JP7737221B2 - プログラム修正システム - Google Patents

Description

本発明は、プログラム修正システムに関する。

特許文献１には、エンジンまたはモータによりプロペラを回転させて揚力を得る所謂ドローンについて開示がある。

特開平４－１７３４９７号公報

特許文献１に記載のような所謂ドローンの設計においては、例えば、プロペラの駆動制御に係る種々のパラメータを設定する必要がある。これらのパラメータの設定の全てを人間が行う場合、作業負担が増大してしまうという問題がある。

本発明は、設計作業における設計者への負担を軽減することが可能なプログラム修正システムを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明のプログラム修正システムは、無人飛行装置の動力装置を駆動制御するメインプログラムに提供する飛行指示情報を生成するサブプログラムと、前記無人飛行装置の運動のシミュレーションを実行するシミュレーション部と、前記無人飛行装置の運動を測定する測定部と、前記測定部による測定結果と、前記シミュレーション部によるシミュレーションの実行結果とに基づいて、前記メインプログラムおよび前記サブプログラムの修正を実行するプログラム修正部と、を備え、前記メインプログラムおよび前記サブプログラムには、パラメータの設定の修正が可能である修正可能範囲が予め定められた１または複数の対象パラメータが設けられており、前記プログラム修正部は、前記測定部による前記測定結果と、前記シミュレーション部によるシミュレーションの前記実行結果との差が、予め設定した所定条件を満たすように、前記メインプログラムに設けられた前記対象パラメータを前記修正可能範囲内で変化させる第１の修正処理を所定回数だけ実行し、前記所定回数の前記第１の修正処理の実行後に、前記測定部による前記測定結果と、前記シミュレーション部によるシミュレーションの前記実行結果との差が、前記所定条件を満たさない場合に、前記測定部による前記測定結果と、前記シミュレーション部によるシミュレーションの前記実行結果との差が、前記所定条件を満たすように、前記サブプログラムに設けられた前記対象パラメータを前記修正可能範囲内で変化させる第２の修正処理を実行する。

また、前記プログラム修正部は、前記測定部による前記測定結果と、前記シミュレーション部によるシミュレーションの前記実行結果とを比較した比較結果が、前記所定条件を満たさなかった場合に、前記メインプログラムおよび前記サブプログラムの修正を実行可能であってもよい。

また、予め設定された環境情報に基づく前記無人飛行装置の実機試験の実行を前記サブプログラムおよび前記シミュレーション部に指令し、前記環境情報に基づく前記無人飛行装置の運動のシミュレーションの実行を前記シミュレーション部に指令する指令部を備え、前記サブプログラムは、前記環境情報に基づいて生成した前記飛行指示情報を前記メインプログラムに送信し、前記シミュレーション部は、前記環境情報に基づいて、前記無人飛行装置の運動のシミュレーション、または、前記環境情報に基づく前記無人飛行装置の前記実機試験を実行してもよい。

また、前記シミュレーション部は、前記環境情報に基づく前記無人飛行装置の前記実機試験が実行される場合に、前記環境情報に基づいて、前記無人飛行装置の周辺環境を再現する環境再現装置を制御し、前記環境再現装置は、降雨装置、送風装置、熱源装置、映像装置、音響装置、および、電波妨害装置の少なくともいずれかを備えてもよい。

本発明によれば、設計作業における設計者への負担を軽減することが可能となる。

本実施形態に係る無人飛行装置およびコントローラの概略斜視図である。 本実施形態におけるプログラム修正システムの構成を示すブロック図である。 プログラム修正部における比較処理を説明する図である。 指令部における処理を示すフローチャートである。 シミュレーション部における処理を示すフローチャートである。 サブプログラムにおける処理を示すフローチャートである。 メインプログラムにおける処理を示すフローチャートである。 プログラム修正部における処理を示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、本実施形態に係る無人飛行装置１００およびコントローラ１２０の概略斜視図である。無人飛行装置１００は、回転する翼によって揚力（推力）を得ることができるマルチコプターであり、所謂ドローンと呼ばれる無人機である。

無人飛行装置１００は、本体部１０２と、アーム部１０４と、回転翼部１０６と、を備える。本体部１０２は、電源（バッテリ）１０８と、中央制御部１１０と、受信部１１２とを備える。

電源１０８は、無人飛行装置１００の各部（例えば、回転翼部１０６や中央制御部１１０）に電力を供給する。

図１に示すように、本実施形態では、アーム部１０４および回転翼部１０６の組み合わせが、本体部１０２の周囲に４組配置されている。アーム部１０４は、回転翼部１０６に電力を供給するための電力供給経路を備える。アーム部１０４は、一端が本体部１０２に接続され、他端が回転翼部１０６に接続される。アーム部１０４は、本体部１０２と回転翼部１０６を連結させ、回転翼部１０６を支持する。また、回転翼部１０６は、動力装置（モータ１０６ａ）と、モータ１０６ａに接続される回転翼１０６ｂとを備える。

また、受信部１１２は、飛行指示情報を無線で送信可能な送信機であるコントローラ１２０の送信部１２２から送信される飛行指示情報を受信する。飛行指示情報は、具体的には、例えば、無人飛行装置１００の上昇、下降、空中停止（ホバリング）、水平移動に係る操縦信号を含む。

中央制御部１１０は、回転翼部１０６を制御し、無人飛行装置１００の上昇、下降、空中停止（ホバリング）、水平移動などの制御を行うためのメインプログラム１１４を備えている。

メインプログラム１１４は、受信部１１２で受信された飛行指示情報に基づいて演算を行い、回転翼部１０６のそれぞれのモータ１０６ａを制御し、無人飛行装置１００の上昇、下降、空中停止（ホバリング）、水平移動などの制御を行う。

ところで、回転翼部１０６のそれぞれのモータ１０６ａを制御する際にメインプログラム１１４で演算を行うためには、種々のパラメータを設定する必要がある。無人飛行装置１００を構成する各部品の配置方法や、モータ１０６ａの種類等に応じて、その挙動の特性が異なるため、これらのパラメータの設定の全てを人間が行う場合、作業負担が増大してしまう。そこで、本実施形態では、メインプログラム１１４や後述するサブプログラム３０８におけるパラメータの設定を自動で行うことで、作業負担の軽減を可能としている。

図２は、本実施形態のプログラム修正システム２００の構成を示す概略ブロック図である。図２に示すように、プログラム修正システム２００は、無人飛行装置１００と自動試験自動修正装置３００とを備える。

自動試験自動修正装置３００は、指令部３０２、シミュレーション部３０４、記憶部３０６、サブプログラム３０８、プログラム修正部３１０とを備える。自動試験自動修正装置３００は、例えば、パーソナルコンピュータ等である。

自動試験自動修正装置３００には、無人飛行装置１００のシミュレーションや実機試験を実行するため前提条件を示す環境情報４００、および、無人飛行装置１００が所望の性能を発揮するためのモータ１０６ａの出力態様を示す目標スペック情報４０２が入力される。環境情報４００には、例えば、無人飛行装置１００の飛行を行う際の飛行ルート（コース）や、無人飛行装置１００の周囲の天候情報等が含まれている。また、目標スペック情報４０２には、例えば、無人飛行装置１００のモータ１０６ａの出力が所定の基準を満たすための情報等が含まれている。

記憶部３０６は、自動試験自動修正装置３００に入力された環境情報４００および目標スペック情報４０２を記憶する。

実機試験では、無人飛行装置１００のモータ１０６ａを実際に駆動させて、無人飛行装置１００の運動の測定を行う。なお、無人飛行装置１００を実際に飛行させて実機試験を実行してもよいし、無人飛行装置１００の運動を測定可能な装置に無人飛行装置１００を取り付けた状態で実機試験を実行してもよい。いずれにしても、無人飛行装置１００のモータ１０６ａを実際に駆動させて、無人飛行装置１００の運動の測定を実行すればよい。

また、自動試験自動修正装置３００には、コントローラ１２０、測定部４０４、環境再現装置４０６が接続されている。コントローラ１２０は、例えば、飛行指示情報を無線で送信可能な送信機である。測定部４０４は、例えば、各種センサやカメラの少なくともいずれか含む。また、環境再現装置４０６は、例えば、降雨装置、送風装置、熱源装置、映像装置、音響装置、および、電波妨害装置の少なくともいずれか含み、無人飛行装置１００の周辺環境を再現可能である。

例えば、無人飛行装置１００の運動を測定可能な装置に無人飛行装置１００を取り付けた状態で実機試験を実行する場合には、無人飛行装置１００のモータ１０６ａを実際に駆動させて、無人飛行装置１００の運動の測定を行った場合と略等しい条件となるように、シミュレーション部３０４が環境再現装置４０６の送風装置を制御することができる。あるいは、環境情報４００に無人飛行装置１００の周囲の環境が雨であるという情報が記憶されていた場合には、シミュレーション部３０４は、送風装置および降雨装置を制御して、実機試験中における無人飛行装置１００の周囲の周辺環境を再現する。

指令部３０２は、無人飛行装置１００を実際に駆動させる実機試験の実行を指示（指令）するための実機試験指示情報をサブプログラム３０８およびシミュレーション部３０４へ送信する。

サブプログラム３０８は、指令部３０２から実機試験指示情報を受信すると、記憶部３０６に記憶された環境情報４００に基づいて、無人飛行装置１００のモータ１０６ａを駆動させるための飛行指示情報を生成し、コントローラ１２０へ出力する。そして、コントローラ１２０の送信部１２２は、自動試験自動修正装置３００のサブプログラム３０８から出力された飛行指示情報を、無人飛行装置１００の受信部１１２へ送信する。

受信部１１２によって飛行指示情報が受信されると、メインプログラム１１４は、受信した飛行指示情報に基づいて、モータ１０６ａの駆動制御を実行する。メインプログラム１１４によるモータ１０６ａの駆動制御中には、シミュレーション部３０４は、環境再現装置４０６を制御して、実機試験中における無人飛行装置１００の周囲の周辺環境を再現する。

なお、本実施形態では、送信部１２２および受信部１１２による飛行指示情報の送受信を無線によって実行することとしたが、有線にて飛行指示情報の送受信を実行することとしてもよい。

上記のようにして、メインプログラム１１４によるモータ１０６ａの駆動制御と、シミュレーション部３０４による環境再現装置４０６の制御が同時に実行されている（実機試験が実行されている）間には、測定部４０４によって、無人飛行装置１００の運動データが実測され、この実機試験の測定結果が、記憶部３０６に記憶される。

また、指令部３０２は、無人飛行装置１００のシミュレーション（模擬試験）の実行を指示するための飛行計画を示す模擬試験指示情報をシミュレーション部３０４へ送信する。

シミュレーション部３０４は、模擬試験指示情報を指令部３０２から受信すると、記憶部３０６に記憶された環境情報４００および目標スペック情報４０２を取得する。そして、環境情報４００および目標スペック情報４０２に基づいて、上記の実機試験と同条件で、無人飛行装置１００のシミュレーションを実行し、シミュレーションの実行結果を記憶部３０６に保存する。シミュレーションの実行方法は、既存の技術を参照できるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。

そして、プログラム修正部３１０は、記憶部３０６に記憶された無人飛行装置１００のシミュレーションの実行結果と、記憶部３０６に記憶された実機試験の測定結果とを比較する比較処理を実行する。そして、比較処理を実行した結果、予め設定された所定条件を満たさなかった場合には、比較結果に基づいて、メインプログラム１１４およびサブプログラム３０８のパラメータの設定の修正を実行する。なお、プログラム修正部３１０によるメインプログラム１１４のパラメータの設定の修正は、例えば、無線にて行ってもよいし、有線にて行ってもよい。

図３は、プログラム修正部３１０における比較処理を説明する図である。例えば、図３（ａ）に示すように、モータ１０６ａの回転数の制御が実行された場合に、図３（ｂ）中の一点鎖線のようなシミュレーションの実行結果が記憶され、図３（ｂ）の実線のように、実機試験の測定結果が記憶されたとする。この場合、プログラム修正部３１０は、例えば、図３（ｂ）中の区間Ａにおけるシミュレーションの実行結果と実機試験の測定結果との差が大きい（予め設定された所定条件を満たさない）と判断して、メインプログラム１１４、または、サブプログラム３０８、あるいは両方のパラメータの設定の修正（変更）を実行する。例えば、設定の修正が可能である修正可能範囲が予め定められた対象パラメータを、予め設定しておき、プログラム修正部３１０は、シミュレーションの実行結果と実機試験の測定結果との差が、所定条件を満たすように、対象パラメータを修正可能範囲内で変化させる。なお、対象パラメータは、単数としてもよいし、複数としてもよい。対象パラメータが複数である場合には、１回の修正で複数の対象パラメータの設定を修正してもよいし、１回の修正で１の対象パラメータの設定を修正することとしてもよい。

なお、シミュレーションの実行結果と、実機試験の測定結果との比較は、それぞれの絶対値の差で比較してもよいし、シミュレーションの実行結果に対する実機試験の測定結果の割合で比較してもよい。

そして、シミュレーションの実行結果と実機試験の測定結果との差が、所定条件を満たしてパラメータの設定が最適となるまで、パラメータの設定を修正と、比較処理とを交互に実行する。本実施形態では、メインプログラム１１４のパラメータの設定の修正を、サブプログラム３０８のパラメータの設定の修正に優先して実行する。具体的には、例えば、メインプログラム１１４のパラメータの設定の修正を予め設定された所定回数の範囲内で実行しても、パラメータの設定が最適とならない場合に、サブプログラム３０８のパラメータの設定の修正を実行することとしてもよい。このようにすることで、メインプログラム１１４およびサブプログラム３０８のパラメータの設定を効率的に最適化することが可能となる。

次に、プログラム修正システム２００における制御の動作の流れを図４～図８を参照して説明する。図４は、指令部３０２における処理を示すフローチャートである。指令部３０２は、実機試験を実行可能か（Ｓ１００－１）、および、シミュレーションを実行可能か（Ｓ１００－３）を判定する。

なお、実機試験の実行中である場合、および、シミュレーションの実行中である場合には、指令部３０２は、実機試験の実行が不可能である（Ｓ１００－１のＮＯ）と判断する。同様に、実機試験の実行中である場合、および、シミュレーションの実行中である場合には、指令部３０２は、シミュレーションの実行が不可能である（Ｓ１００－３のＮＯ）と判断する。また、メインプログラム１１４およびサブプログラム３０８のパラメータの設定の最適化が既に完了している場合にも、上記ステップＳ１００－１およびＳ１００－３でＮＯが選択される。

実機試験を実行する場合（Ｓ１００－１のＹＥＳ）には、指令部３０２は、実機試験指示情報をサブプログラム３０８およびシミュレーション部３０４に送信する（Ｓ１００－５）。また、シミュレーションを実行する場合（Ｓ１００－３のＹＥＳ）には、模擬試験指示情報をシミュレーション部３０４に送信する（Ｓ１００－７）。

図５は、シミュレーション部３０４における処理を示すフローチャートである。シミュレーション部３０４は、指令部３０２から模擬試験指示情報を受信したか否か（Ｓ２００－１）、および、指令部３０２から実機試験指示情報を受信したか否か（Ｓ２００－３）を判定する。その結果、模擬試験指示情報を受信した場合（Ｓ２００－１のＹＥＳ）には、シミュレーション部３０４は、記憶部３０６に記憶された環境情報４００を取得し（Ｓ２００－５）、記憶部３０６に記憶された目標スペック情報４０２を取得する（Ｓ２００－７）。そして、シミュレーション部３０４は、取得した環境情報４００および目標スペック情報４０２に基づいて、シミュレーションの実行を開始し（Ｓ２００－９）、シミュレーションの実行結果を記憶部３０６に記憶する（Ｓ２００－１１）。

一方、指令部３０２から実機試験指示情報を受信した場合（Ｓ２００－３のＹＥＳ）には、シミュレーション部３０４は、記憶部３０６に記憶された環境情報４００を取得し（Ｓ２００－１３）、取得した環境情報４００に基づいて環境再現装置４０６の制御を行う（Ｓ２００－１５）。このとき、例えば、取得した環境情報４００に記憶されたコース情報に基づいて、サブプログラム３０８による無人飛行装置１００の制御に応じて、環境再現装置４０６の制御を随時行うことができる。

図６は、サブプログラム３０８における処理を示すフローチャートである。サブプログラム３０８は、指令部３０２から実機試験指示情報を受信したか判定する（Ｓ３００－１）。その結果、実機試験指示情報を受信した場合（Ｓ３００－１のＹＥＳ）には、サブプログラム３０８は、環境情報４００を取得して（Ｓ３００－３）、取得した環境情報４００に基づいて飛行指示情報のコントローラ１２０への出力を開始する（Ｓ３００－５）。ここでは、取得した環境情報４００に記憶されコース情報を完走するまでの飛行指示情報を随時（連続して）、コントローラ１２０へ出力する。なお、コントローラ１２０は、飛行指示情報が入力されると、送信部１２２から受信部１１２へ飛行指示情報を無線で送信する。なお、飛行指示情報は例えば、所定期間毎に出力することとしてもよい。

図７は、メインプログラム１１４における処理を示すフローチャートである。メインプログラム１１４は、受信部１１２によって飛行指示情報が受信されたか否かを判定する（Ｓ４００－１）。その結果、飛行指示情報を受信した（Ｓ４００－１のＹＥＳ）場合には、メインプログラム１１４は、モータ１０６ａの駆動制御を実行する（Ｓ４００－３）。

図８は、プログラム修正部３１０における処理を示すフローチャートである。プログラム修正部３１０は、比較処理の実行を開始するか否か判定する（Ｓ５００－１）。具体的には、例えば、シミュレーションの実行中および実機試験の実行中には、比較処理の実行を開始しないことが決定される。また、メインプログラム１１４およびサブプログラム３０８のパラメータの設定の最適化が既に完了している場合にも、比較処理の実行を開始しないことが決定される。

比較処理の実行を開始する場合（Ｓ５００－１のＹＥＳ）、プログラム修正部３１０は、記憶部３０６に記憶されたシミュレーションの実行結果を取得し（Ｓ５００－３）、記憶部３０６に記憶された実機試験の測定結果を取得する（Ｓ５００－５）。そして、プログラム修正部３１０は、シミュレーションの実行結果と、実機試験の測定結果との比較を行い、シミュレーションの実行結果と、実機試験の測定結果との差が、予め設定された所定条件を満たすか否かを判定する比較処理を実行する（Ｓ５００－７）。

その結果、予め設定された所定条件を満たさない場合（Ｓ５００－７のＮＯ）には、プログラム修正部３１０は、メインプログラム１１４のパラメータの設定の修正を実行するか（Ｓ５００－９のＹＥＳ）、サブプログラム３０８のパラメータの設定を修正を実行するか（Ｓ５００－９のＮＯ）を判定する。本実施形態では、上記したように、メインプログラム１１４のパラメータの設定の修正を予め設定された所定回数の範囲内で実行しても、パラメータの設定が最適とならない場合に、サブプログラム３０８のパラメータの設定の修正を実行することを決定する。

その結果、メインプログラム１１４のパラメータの設定を修正を実行する（Ｓ５００－９のＹＥＳ）場合には、プログラム修正部３１０は、メインプログラム１１４のパラメータの設定を修正し（Ｓ５００－１１）、サブプログラム３０８のパラメータの設定を修正を実行する（Ｓ５００－９のＮＯ）場合には、サブプログラム３０８の設定を修正する（Ｓ５００－１３）。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態では、１の自動試験自動修正装置３００が、指令部３０２、シミュレーション部３０４、サブプログラム３０８、プログラム修正部３１０を備える場合を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、指令部３０２、シミュレーション部３０４、サブプログラム３０８、プログラム修正部３１０がそれぞれ別の装置（例えば、パーソナルコンピュータ）に設けられていてもよい。

また、上記実施形態では、電源１０８によりモータ１０６ａが駆動される場合を示したが、回転翼部１０６の動力源にエンジンを採用してもよい。

また、上記実施形態では、無人飛行装置１００が回転翼部１０６を４つ備える場合を示したが、本発明はこれに限定されず、無人飛行装置１００は回転翼部１０６を１つだけ備えてもよいし、回転翼部１０６を複数備えてもよい。

本発明は、プログラム修正システムに利用することができる。

１００ 無人飛行装置
１０６ａ モータ（動力装置）
１１４ メインプログラム
２００ プログラム修正システム
３００ 自動試験自動修正装置
３０２ 指令部
３０４ シミュレーション部
３０６ 記憶部
３０８ サブプログラム
３１０ プログラム修正部
４００ 環境情報
４０２ 目標スペック情報（目標数値）
４０４ 測定部
４０６ 環境再現装置

Claims (4)

1. 無人飛行装置の動力装置を駆動制御するメインプログラムに提供する飛行指示情報を生成するサブプログラムと、
   前記無人飛行装置の運動のシミュレーションを実行するシミュレーション部と、
   前記無人飛行装置の運動を測定する測定部と、
   前記測定部による測定結果と、前記シミュレーション部によるシミュレーションの実行結果とに基づいて、前記メインプログラムおよび前記サブプログラムの修正を実行するプログラム修正部と、
   を備え、
   前記メインプログラムおよび前記サブプログラムには、パラメータの設定の修正が可能である修正可能範囲が予め定められた１または複数の対象パラメータが設けられており、
   前記プログラム修正部は、
   前記測定部による前記測定結果と、前記シミュレーション部によるシミュレーションの前記実行結果との差が、予め設定した所定条件を満たすように、前記メインプログラムに設けられた前記対象パラメータを前記修正可能範囲内で変化させる第１の修正処理を所定回数だけ実行し、
   前記所定回数の前記第１の修正処理の実行後に、前記測定部による前記測定結果と、前記シミュレーション部によるシミュレーションの前記実行結果との差が、前記所定条件を満たさない場合に、前記測定部による前記測定結果と、前記シミュレーション部によるシミュレーションの前記実行結果との差が、前記所定条件を満たすように、前記サブプログラムに設けられた前記対象パラメータを前記修正可能範囲内で変化させる第２の修正処理を実行するプログラム修正システム。
2. 前記プログラム修正部は、
   前記測定部による前記測定結果と、前記シミュレーション部によるシミュレーションの前記実行結果とを比較した比較結果が、前記所定条件を満たさなかった場合に、前記メインプログラムおよび前記サブプログラムの修正を実行可能である請求項１に記載のプログラム修正システム。
3. 予め設定された環境情報に基づく前記無人飛行装置の実機試験の実行を前記サブプログラムおよび前記シミュレーション部に指令し、前記環境情報に基づく前記無人飛行装置の運動のシミュレーションの実行を前記シミュレーション部に指令する指令部を備え、
   前記サブプログラムは、
   前記環境情報に基づいて生成した前記飛行指示情報を前記メインプログラムに送信し、
   前記シミュレーション部は、
   前記環境情報に基づいて、前記無人飛行装置の運動のシミュレーション、または、前記環境情報に基づく前記無人飛行装置の前記実機試験を実行する請求項１または２のいずれか一項に記載のプログラム修正システム。
4. 前記シミュレーション部は、
   前記環境情報に基づく前記無人飛行装置の前記実機試験が実行される場合に、前記環境情報に基づいて、前記無人飛行装置の周辺環境を再現する環境再現装置を制御し、
   前記環境再現装置は、
   降雨装置、送風装置、熱源装置、映像装置、音響装置、および、電波妨害装置の少なくともいずれかを備える請求項３に記載のプログラム修正システム。