"回転翼無人機を制御する方法であって、該無人機は、該無人機の姿勢及び速度を制御するためにそれぞれ個々に制御可能なモーターによって駆動される複数のローターを有し、該方法は、該無人機が、非ゼロ水平線形速度及び水平線に対して非ゼロ傾斜角で飛行している、初期の時点における移動状態16から、該無人機が、ゼロ水平線形速度及びゼロ傾斜角を有する、最終的な時点におけるホバリング状態18までの遷移を実施する方法であり、a該初期の時点における該水平線形速度の成分と、該傾斜角と、角速度とを表す初期測定値を取得することからなるステップと、b該初期の時点と該最終的な時点との間の停止時間の値を設定することからなるステップと、cステップaで取得された該初期測定値と、ステップbで設定された該停止時間とに基づいて、該初期の時点における速度から設定時間の終了時におけるゼロ速度まで、時間の関数として、該水平線形速度の最適に連続的に低下する変動をモデル化する所定の予測関数をパラメーター化することからなるステップと、d該無人機の該モーター34を制御するループ26~40のための設定点の値を生成することからなるステップであって、これらの設定点の値は、ステップcにおいてパラメーター化された該予測関数に基づいて、所与の時点における事前に計算された目標水平線形速度に対応する、該設定点を生成することからなるステップと、e該ホバリング状態に達すると、ゼロ水平線形速度及び地面に対してゼロ傾斜角で前記無人機を安定化させることに適しているホバリング飛行制御ループ26~40、48~58を稼動することからなるステップと、を含むことを特徴とする、方法。前記所定の予測関数は多項式関数であり、前記関数をパラメーター化する前記ステップcは、該多項式の係数を決定するステップである、請求項1に記載の方法。前記多項式関数は四次多項式関数である、請求項2に記載の方法。前記多項式関数は、以下の型の関数であり、式中、utは、前記事前に計算された目標水平線形速度の成分のうちの1つであり、vtは、前記事前に計算された目標水平線形速度のもう1つの成分であり、Tは、ステップbで設定された前記停止時間の値であり、au、bu、av及びbvは、ステップcで定められた前記多項式の前記係数である、請求項2に記載の方法。ステップbにおいて設定された前記停止時間の前記値は、前記初期の時点における前記無人機の前記水平線形速度の関数である値である、請求項1に記載の方法。ステップbにおいて設定された前記停止時間の前記値は、前記無人機に装着された保護フェアリングの存在又は不存在の関数である値である、請求項1に記載の方法。ステップbにおいて設定された前記停止時間の前記値は、前記無人機の垂直速度とは無関係の値である、請求項1に記載の方法。しかしながら、速度及び傾斜角に対するゼロ目標値が、制御ループに対して設定点として直接与えられる場合、無人機は、長い経路を辿った後に、及び多くの場合その速度が1回又は複数回符号を変化させた後に、すなわち、無人機が固定点を超過、反転、振動等した後に、最終的なホバリング状態に達するために、多くの場合に極めて長い時間がかかることが確認される。この時間には停止時間すなわち、最終的なホバリング状態に達するためにかかる、遷移の開始から測定される時間が含まれ、該停止時間は、熟練したユーザーが移動状態からホバリング状態への遷移を直接制御する状況と比較した場合に最適ではない、ということが観察されることが多い。本発明の目的は、この遷移が、完全に自動であるように管理されかつ最適化されることを可能にする、すなわち、遷移が、迅速に、短い軌道に沿って、かつ無人機の速度の符号のいかなる変化も無人機のいかなる振動もなしに、したがってホバリング状態に達するための最短時間で行われる、方法を提供することである。上述したように、本発明の方法は、i無人機が非ゼロの水平線形速度で飛行しており、水平に対して非ゼロの傾斜角である、初期の時点における移動状態から、ii無人機が、双方ともゼロである水平線形速度及び傾斜角を有する、最終的な時点におけるホバリング状態までの遷移を実行する方法である。本方法は、特徴として、a該初期の時点における該水平線形速度の成分と、該傾斜角と、角速度とを表す初期測定値を取得することからなるステップと、b該初期の時点と該最終的な時点との間の停止時間の値を設定することからなるステップと、cステップaで取得された該初期測定値と、ステップbで設定された該停止時間とに基づいて、該初期の時点における速度から設定時間の終了時におけるゼロ速度まで、時間の関数として、該水平線形速度の最適な連続的に低下する変動をモデル化する所定の予測関数をパラメーター化することからなるステップと、d該無人機の前記モーター34を制御するループ26~40のための設定点の値を生成することからなるステップであって、これらの設定点の値は、ステップcにおいてパラメーター化された該予測関数に基づいて、所与の時点における事前に計算された目標水平線形速度に対応する、該設定点の値を生成することからなるステップと、e該ホバリング状態に達すると、ゼロ水平線形速度及び地面に対してゼロ傾斜角で該無人機を安定化させることに適しているホバリング飛行制御ループ26~40、48~58を稼動することからなるステップと、を含む。前記所定の予測関数は有利には多項式関数であり、特に四次多項式関数であり、前記関数をパラメーター化する前記ステップcは、前記多項式の係数を決定するステップである。より詳細には、前記多項式関数は、以下の型の関数とすることができ、式中、utは、前記事前に計算された目標水平線形速度の成分のうちの1つであり、vtは、前記事前に計算された目標水平線形速度のもう1つの成分であり、Tは、ステップbで設定された前記停止時間の値であり、au、bu、av及びbvは、ステップcで定められた前記多項式の前記係数である。ステップbにおいて設定された前記停止時間の前記値は、好ましくは前記初期の時点における前記無人機の前記水平線形速度及び/又は前記無人機に装着された保護フェアリングの存在若しくは不存在の関数である値である。前記停止時間の前記値は、前記無人機の前記垂直速度とは無関係の値とすることができる。以下、添付図面を参照して与えられる本発明の方法の実施態様を説明する。添付図面では、同一であるか又は機能的に類似している要素を示すために図面間で同じ符号を用いる。以下、本発明の実施態様を、特に上述した特許文献1、及び特許文献2高度計及び前方監視カメラによって提供される情報に基づく自動安定化システムの一例を記載している並びに特許文献3特に、無人機によって使用されるジャイロ及び加速度計について記載しているに記載されているような、フランス、パリのParrotSA製のAR.Droneモデル等のクアッドリコプターの操縦について説明する。無人機は、組み込まれた航行及び姿勢制御システムによって独立して制御されるモーターによって駆動される、同一平面上の4つのローターを有している。無人機はまた、その無人機の向かっている方向の景色の画像を与える正面カメラと、地面の画像を与えると共に並進移動における水平速度を計算するためにも用いられる下方監視カメラとを有している。無人機は、タッチスクリーンを有する機器によって構成される遠隔制御機器によって制御され、タッチスクリーンは、正面カメラによって捕捉される画像を、それら画像の上に重ねられる、ユーザーが指でタッチスクリーンに触れるだけで制御を稼動することができるようにする特定数のシンボルと共に表示する。機器は、特に、マルチメディア機器又は携帯情報端末、たとえばiPhoneタイプの携帯電話か又はiPodTouchタイプ米国、AppleInc.の登録商標のマルチメディアプレイヤーとすることができ、そうした機器は、操縦コマンドを検出し、かつWi-FiIEEE802.11又はBluetooth登録商標タイプのローカルネットワーク無線接続を介する無人機との両方向データ交換のために必要な、さまざまな検知部を組み込んでいる。無人機を操縦することは、a前方又は後方に移動するためにピッチ軸を中心に回転させること、及び/又はb左へ又は右へシフトするためにロール軸を中心に回転させること、及び/又はc無人機の主軸を右又は左に旋回させ、したがって正面カメラの向いている方向及び無人機の前方方向を旋回させるために、ヨー軸を中心に回転させること、及びd無人機の高度をそれぞれ下げるか若しくは上げるように、スロットル設定を変化させることにより、並進移動において上向きに若しくは下向きに移動させること、により、それを操ることを含む。操縦コマンドが、ユーザーによって遠隔制御機器から直接与えられる反応モードで操縦している場合、機器を傾けることにより直観的な方法で、ピッチ軸及びロール軸を中心に旋回させるコマンドa及びbが得られる。該方法は、たとえば、無人機を前方に移動させるためには、ピッチ軸を中心に機器を前方に傾けることで十分であり、右へシフトさせるためには、ロール軸を中心に機器を右に傾けることで十分である、こと等である。コマンドc及びdは、ユーザーがタッチスクリーンの特定の対応するゾーンに指を接触させることによって与えられる動作からもたらされる。図1は、状態図の形態で、無人機がとり得るさまざまな機能的形態を示している。スイッチをオンにし、かつ或る特定の数の初期化ステップを実行したブロック10直後、無人機は、そのモーターが始動するための用意ができている作動可能状態であるブロック12。ユーザーによって送信されるコマンドにより、モーターが作動し無人機が離陸するブロック14。その後、2つの主な動作モードが実行可能である。操縦の第1のすなわち操縦飛行モードブロック16では、無人機を、ユーザーが、上述したように以下の組合せを用いることによって直接操作する。すなわち、第1に、機器の傾き検出器によって発信される信号であり、たとえば、無人機を前方に移動させるために、ユーザーが対応するピッチ軸を中心に機器を傾け、右又は左に移動させるために、ユーザーがロール軸に対してその同じ機器を傾けることにより発信される信号、及び第2に、タッチスクリーンで使用可能なコマンド、特に上/下スロットル制御に対応する及び右/左に回転ヨー軸を中心に無人機を旋回させるである。操縦の他方のモードブロック18は、ホバリング飛行を安定化させるための独立したシステムを利用する自動モードである。この自動操縦モードは、特に、離陸段階の最後に、ユーザーが機器のタッチスクリーンから操縦する指を離すとすぐに、又は機器と無人機との間の無線リンクが中断された場合に、稼動される。飛行は、操縦されていてもホバリング中であっても、機器の特定の制御が押下された後、又はバッテリが不足してきた場合に、着陸状態ブロック20になることによって終了する。この状態になることにより、モーターの回転速度が低下し、対応して高度が下がる。地面との接触が検出されると、状態はもう一度ブロック12の作動可能状態に戻る。異常が検出された場合に緊急状態に対応する故障状態ブロック22も提供され、それにより、モーターが即座に停止する。特に、モーターの故障ローターの回転が妨げられる、ソフトウェア異常の場合に、又は加速度計が衝撃を検出した結果として、上述した状態のうちのいずれかからこの故障状態に達する可能性がある。本発明は、より詳細には、操縦飛行移動状態、ブロック16から静止飛行ホバリング状態、ブロック18への遷移ブロック24に関する。その着想は、無人機が、非ゼロ傾斜で、したがって比較的高い可能性がある水平速度で移動している移動状態から、静止しており、自動操縦/安定化システムによって固定位置に維持されているホバリング状態になることができるように、また、これが最短時間で、かついかなる水平速度反転もなく行われるように、上記遷移を漸進的に管理するということである。この目的を達成するために、本発明は、最適なコマンドを事前計算することと、遷移段階を通して自動操縦システムに適切な対応する設定点を与えることとを提案する。ユーザーが操縦飛行からホバリング飛行に移ることを引き起こすために制御を手放した時、ゼロの速度コマンドを即座に与えることは、上述したように、無人機を停止させる最良の方法ではない。無人機の初期状態水平速度及び傾斜角から開始して、無人機の速度及び傾斜角を最短時間でゼロにするために、最適な角度コマンドが計算される。この目的で、無人機の挙動は、設定点に対する無人機の実際の角度応答を表す伝達関数によって事前に特定され、これにより、無人機の挙動を予測し、最短時間で無人機を停止させるための最適な設定点を与えることが可能になる。さらに、操縦飛行からホバリング飛行への遷移を計画することにより、設定点を超過することがなく、すなわち、無人機は、その速度の符号を変化させることなくゼロ速度に達し、すなわち、停止手順を通して、無人機は同じ方向に移動し続け、決して反転しないことが確保される。操縦飛行からホバリング飛行への遷移の該計画は、無人機の垂直速度ゼロであっても、ユーザーによって変更されてもよいとは無関係に、無人機の線形水平速度成分に作用することが注目されるべきである。ホバリング飛行ブロック18から操縦飛行ブロック16への逆の遷移は、初期状態がゼロの速度及び傾斜の状態である限り、いかなる特定の困難ももたらさず、そのため、ユーザーが与えるコマンドによって定義される目標値を速度又は傾斜に対する設定点の値として与えることで十分であることもまた注目されるべきである。図2は、無人機のさまざまな検知部及び制御部と自動操縦との機能ブロック図である。しかしながら、図は相互接続された回路の形態であるが、さまざまな機能は本質的にはソフトウェアによって実施され、図は単に例示の目的のものであることに留意すべきである。操縦システムは、無人機の角速度及び姿勢を制御するため、ホバリングを安定化させるため、並びに自動で又はユーザーからのコマンドに応じて高度の変化を制御するための、いくつかのネストされたループを含む。最も内側のループ、すなわち角速度を制御するループは、ジャイロ26によって提供される信号と、角速度設定点28によって構成される基準との双方を利用し、これらのデータは、角速度補正ステージ30への入力として与えられる。このステージ30はステージ32を駆動し、ステージ32は、モーターによって駆動されるローターの組み合わされた動作により無人機の角速度を補正するために、個々のモーターの速度を独立して制御するように、特にパルス幅変調PWM技法を用いることによりモーター34を制御する。角速度制御ループは、ジャイロ26及び加速度計36により提供される情報に基づいて動作する姿勢制御ループ内にネストされ、これらのデータは姿勢推定器ステージ38への入力として与えられ、姿勢推定器段38の出力は、姿勢を補正する比例積分PI型ステージ40に与えられる。ステージ40は、ステージ28に対して角速度設定点を出力し、該角速度設定点は、無人機がホバリング飛行状態図1のブロック18にあるか若しくは操縦飛行とホバリング飛行との遷移状態ブロック24にある間に、無人機の自動操縦によって内部で生成されたデータ、又は無人機が操縦飛行形態にあるときに図1のブロック16、ユーザー44によって直接与えられたコマンドから、回路42によって生成された角度設定点から同様に導出され、上記選択肢の一方又は他方の選択は、スイッチ46によって表現される。要約すると、設定点ユーザーによって与えられるか又は自動操縦によって内部で生成されると、姿勢推定器回路38によって与えられる角度測定値との間の誤差に基づいて、姿勢制御ループ回路26~40は、回路40のPI補正器を用いて角速度設定点を計算する。そして、角速度制御ループ回路26~34は、上記角速度設定点と、ジャイロ26によって実際に測定された角速度との差を計算し、該ループは、この情報を用いて、回転速度設定点したがって上昇力設定点を計算し、ユーザーが最初に要求したか又は自動操縦装置が計画した操縦を実施するために、該回転速度設定点を無人機の個々のモーターに提供する。姿勢制御ループは、それ自体、自動操縦モード動作用のホバリング飛行制御ループ内にネストされ、該自動操縦モードでは、ユーザーによって与えられる設定点が内部で生成される信号に置き換えられる。垂直ビデオカメラ48及び高度計として作用するテレメーターセンサー50は、プロセッサー回路52に与えられるデータを提供し、プロセッサー回路52は、回路54によって計算される水平速度を推定するために必要な補正を適用するために、ジャイロ26からもデータを受け取る。この水平速度推定値は、テレメーターセンサー50から情報を受け取る回路52によって提供される高度推定値に基づいて、回路58によって与えられる垂直速度の推定値によって補正されることができる。回路54によって推定される水平速度は、回路60が、後述する方法で速度設定点を計算することを可能にするのに役立ち、その後上記設定点は、回路42によって角度設定点に変換された後に、姿勢制御ループへの入力として与えられる。要約すると、自動操縦装置が稼動されると、ユーザー44によって直接送信された設定点は、ホバリング飛行を制御するループ回路28~60によって内部で生成される設定点に置き換えられ、該ループは、無人機の速度をゼロにするため、又は無人機を速度及び傾斜の両方がゼロである飛行形態で維持するために、姿勢制御ループ回路28~34に送信される設定点を計算する。無人機の垂直移動に関して、ユーザー44は、回路64に直接与えられる上昇速度設定点VZ、又は回路62に与えられる高度設定点のいずれかを与え、回路62は、回路66を用いて、回路56によって生成される高度推定値に基づいて上昇速度設定点を計算する。いずれの場合も、上昇速度設定されるか又は計算されるは回路68に与えられ、回路68は、上昇速度設定点VZを、回路58によって提供される対応する推定速度と比較し、それに従って、上昇速度設定点と測定された上昇速度との差を最小にするために、すべてのモーターの回転速度を同時に上昇又は低下させるように、モーター制御データを変更する回路32。本発明の特徴的な方法においては、無人機が、操縦飛行状態16とホバリング飛行状態18との間の中間的な遷移状態図1のブロック24にあるとき、姿勢制御設定点は、ゼロ姿勢設定点すなわち、したがってゼロ速度設定点ではなく、むしろ、遷移を最小にし、ホバリング状態に達するために必要な時間を最小にするように、無人機の予測可能な挙動の関数として事前計算される設定点である。無人機のモーターを制御する設定点を、操縦飛行からホバリング飛行への遷移段階中に定める方法を、以下に説明する。水平並進移動における速度成分は、u及びvで表されuは無人機の進行方向、vは横方向、垂直並進移動の速度はwで表され、3つの速度成分すべてが、無人機に関連する座標系でしたがって、地球座標系に対する無人機のいかなる傾斜角にも無関係に表現される。無人機の4つのプロペラii=1,,4の各々は、モーターの回転速度ωiの二乗に比例するトルクΓi及び上方推力Fiを発揮する。基本的な力学の関係は、無人機の移動座標系への投影に適用され、それにより、以下の3つの式が得られる。式中、p、q及びrは、3つの軸を中心とする角速度であり、gは、重力加速度であり、φ及びθは、水平線に対する無人機の傾斜を示す2つの角度オイラー角であり、Cx及びCyは、2つの水平軸に沿った移動に対する抵抗の係数無人機に加えられる摩擦力を表すであり、aは、推力及び上昇速度を回転速度ωに関連付ける係数であり、mは無人機の質量である。慣性の法則の動的モーメントが、該系systemに対して同様に、依然として移動座標系への投影に適用され、以下の3つの式がもたらされる。式中、Ix、Iy及びIzは、3つの軸を中心とする無人機の慣性モーメントを表すパラメーターであり、lは、モーターと無人機の重心との間の距離である。これらの式において、左側の第1項は、系の動的慣性モーメントに対応し、第2項は、動的慣性モーメントに対するコリオリの力の寄与を表し、右側は、上昇力Fiによって加えられるモーメントと、ローター各々のプロペラによって生成されるトルクGiとに対応する。最後に、3つのオイラー角φ、θ及びΨを含む以下の関係も適用される。したがって、系の挙動は、9つの未知数において合計9つの式によって記述される。無人機が水平にホバリングしているゼロの速度及び傾斜平衡点の付近では、以下が適用される。u=v=w=θ=φ=0式1~9は以下のようになる。したがって、平衡点の付近では、以下のようになる。i=1,,4に対してwi=ω1-ω0とし、上記式1~9を、平衡点に関して一次に線形化することにより、以下の線形化された方程式系が生成される。これにより、無人機の挙動のモデルが生成され、このモデルは、遷移段階中の無人機の挙動を予測するために用いられ、該段階中に適用される。以下のステップは、該段階中に最適な軌跡を決定することからなる。遷移段階は、状態から状態に、最短時間でホバリング状態に達するように移ることからなる。目標軌跡モデルに基づいて計画された軌跡の形状を定めること、及び自動操縦に対し、無人機がこの目標軌跡の可能な限り近くを辿るのを可能にする設定点を与えることにより、速度u及びvを漸進的にゼロにするべきである。軸の各々に沿って、方程式系は、2つの初期状態、すなわちu≠0及びθ≠0と2つの最終的な状態、すなわちu=0及びθ=0と同様に、v≠0、φ≠0及びv=0、φ=0を有している。したがって、方程式系を解くことができるためには、四次の多項式を得る必要がある。本明細書では、以下のt時間パラメーターの四次の多項式を利用する。これらの多項式は、事前に設定される時間Tこの停止時間を、初期の時点における飛行状態の関数としてどのように定めることが可能であるかは、後に説明するの長さでホバリング状態に達するために、無人機に与えられるべき目標速度に対応する。この多項式を得るために、以下の係数の2つの対au,bu及びav,bvを定めることが必要である。初期状態から、以下が得られる。そして、同様に以下が得られることが分かる。したがって、式19及び20の多項式の各々を明確にパラメーター化することができ、それにより、任意の時点tにおける水平速度の2つの成分u又はvを、停止のための設定された時間T、初期速度u0及びv0、並びに初期傾斜角φ0及びθ0の関数として得ることができる。図3は、式19の多項式関係によって定義される速度成分utを与える曲線の形状を示し、ここでT=0.7秒s、初期状態u0=1m/s及びθ0=0°であり、それにより、計算されたパラメーターau=6.0479及びbu=2.9155が得られる。速度が、1m/sの初期速度から設定時間T=0.7sの最後におけるゼロの速度まで、単調にすなわち反転することなく低下することが注目されるべきである。また、終点T=0.7sの付近における曲線に対する接線の勾配がゼロであり、それにより、多項式の全次数が妥当なものと証明されることも注目されるべきである。目標水平速度が定められたら、各時点tにおいて無人機の姿勢制御ループに適用すべき対応する角度設定点図2の回路42からの出力において提供される設定点を定めることが適切である。無人機の角度伝達関数は事前に特定されるため、角度設定点に対するその挙動はあらかじめ知られている。無人機のさまざまなセンサーによって測定される初期状態の関数、及び設定時間Tの関数としてau、av、bu及びbvを定めた後、各時点tに対して以下の値、すなわち、3ut、dut/dt、d2ut/dt2及びd3ut/dt3、並びにvt、dvt/dt、d2vt/dt2及びd3vt/dtが計算される。pがラプラス変換の複素変数である場合に、以下の2つの伝達関数を用いることにより、以下のように各時点における角度設定点の値を与える2つの微分方程式が得られる。また、物理学の方程式も与えられる。式19及び20の上記で計算された多項式により、求められた値ut及びvtが与えられる。また、逐次微分により、以下すなわち、が得られる。したがって、無人機姿勢制御ループに与えるための設定点θreftが得られるそれは角度φについても当てはまる。この制御は、設定時間に無人機を停止させるために最適である。図4及び図5は、約3m/sの初期速度、-15°の初期角度及び1.5sの設定停止時間に対する飛行で得られる試験結果を示す。図4は、モデルによって予測される傾斜角θt、実際に測定された同角度予測された角度と非常に近いことが分かる、及びモデルによって予測される角度を得るために無人機姿勢制御ループに与えるための角度設定点θreftの変動を示す。図5は、多項式関数によって与えられる目標速度ut、及び実際に測定された速度目標速度に非常に近いことが分かるの変動を示す。この図はさらに、一定の間隔で低下する目標速度を与える代りに、遷移段階の開始から即座にゼロ速度設定点が与えられた場合に、観察されたであろう速度曲線の形状も示す。図4及び図5において、設定停止時間の最後に、速度及び角度が、超過することなく、したがって速度の符号のいかなる変化もなく、すなわち無人機がホバリング点を超えた後に反転する図5の破線に示すようにゼロ速度設定点が用いられる場合に発生することなく、ゼロに達することが分かる。設定停止時間は、有利には、初期の時点における無人機の飛行状態の関数であるパラメーターである。特に、無人機の初期速度の関数として停止時間を選択することが可能であり、すなわち、無人機の初期速度が高速であるほど、設定停止時間は長くなる。同様に、無人機は、衝撃保護フェアリングを付けて、又はなしで飛行することができる。フェアリング付きの飛行では、無人機の慣性モーメントははるかに大きくなる。それにより、制御の目的でより多くの動力が必要となり、したがって、システムの全体的な応答時間が低速化し、そのため設定停止時間を長くする必要がある。例として、以下の表の応用においてこれら2つのパラメーターに応じて停止時間を選択することができる。これらの値は、試験的に得られたものであり、該値は、一定の高度を維持しながら停止時間を最適にする。"