JP2017124689A - 小型無人飛行機を利用した遠隔構造物の検査システム - Google Patents

Abstract

【課題】遠隔構造物まで無線で飛行して接近し、遠隔構造物に付着して、かつ移動することができる小型無人飛行機を利用した遠隔構造物検査システムを提供する。
【解決手段】小型無人飛行機をを利用した遠隔構造物検査システムにおいて、小型無人飛行機に移動用の小型移動機構１７及び記録用カメラ１２を取り付け、前記小型無人飛行機を遠隔構造物まで無線で飛行して前記遠隔構造物に付着させ、かつ前記小型無人飛行機を前記小型移動機構により前記遠隔構造物の検査すべき箇所に移動させることにより、前記遠隔構造物の検査を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、小型無人飛行機（ドローン）を利用した遠隔構造物の検査システムに係り、特に、橋りょう等の大型の社会インフラ構造物の維持管理などを目的とした小型無人飛行機を利用した遠隔構造物の検査システムに関するものである。

（１）遠隔構造物の外観検査に、小型無人飛行機（ドローン）を用いた空撮技術が活用され始めている。

（２）また、遠隔構造物に付着して遠隔構造物の検査を行うロボットも開発され始めている。

「ドローン規制 商機浮上」朝日新聞、２０１５年１２月７日月曜日夕刊第１面 「非破壊検査、米ＩＣＭ製垂直走行ロボ投入−足場設置不要、壁面・天井に張り付き検査」、日刊工業新聞 Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｌｉｎｅ 掲載日２０１５年１０月１４日

しかしながら、上記した（１）については、
（ａ）小型無人飛行機の機体の姿勢制御技術、自律飛行技術などの進展により操縦の簡単化が進んでいるものの、強風などの外乱、送信機から送信される制御信号やＧＰＳ信号の受信不良、人為ミスによる小型無人飛行機の機体の不安定化は避けられない。そのため、構造物や構造物上を走行する車両などへの小型無人飛行機の機体衝突の危険性を排除することができず、特に鉄道分野では小型無人飛行機による外観検査の導入は困難である。
（ｂ）小型無人飛行機の飛行中の空撮では、小型無人飛行機の振動、運動によって撮影画像などにブレが生じる。撮影画像などのブレは、大まかな外観写真の撮影には問題が無いが、橋りょう等の大型の社会インフラ構造物の維持管理などを目的とした外観検査用の小型無人飛行機による微細なひび割れの検出精度などには悪影響を与える。記録用カメラ以外の各種センサ搭載時にも測定精度の低下を引き起こす。

上記（２）については、
（ａ）磁石を用いて遠隔構造物に付着させる場合には、鋼材で構成された遠隔構造物にしか適用できない。
（ｂ）掃除機のように吸気によって吸着する方式のものは、遠隔構造物の表面が粗い場合には吸着力が低下する。また、その吸着には大きな電力を必要とする。
（ｃ）有線での電力供給が不可欠なものが多く、遠隔構造物上での移動範囲や、操作場所に制限がある。また、遠隔構造物の表面の段差などを乗り越えられず、移動が制限される場合がある。
（ｄ）橋桁下面などへの小型無人飛行機の吸着力には課題があり、小型無人飛行機の落下の危険が避けられない。

といった問題があった。

このように、上記した（１）の従来の小型無人飛行機を用いた空撮では、小型無人飛行機の機体の遠隔構造物への衝突被害の問題、空中撮影（測定）による画像（データ）の質の低下などの問題があった。

また、（２）の遠隔構造物への吸着型のロボットでは、適用対象（材料、表面状態）の制限、有線での運用による使用場所の制限、ロボット機体の落下の危険などの問題があった。

本発明は、上記状況に鑑みて、上記した問題を解決するために、遠隔構造物まで無線で飛行して接近するとともに、遠隔構造物に付着して、かつ移動することができる、小型無人飛行機を利用した遠隔構造物の検査システムを提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕小型無人飛行機を利用した遠隔構造物の検査システムにおいて、小型無人飛行機に移動用の小型移動機構及び記録用カメラを取り付け、前記小型無人飛行機を遠隔構造物まで無線で飛行して前記遠隔構造物に付着させ、かつ前記小型無人飛行機を前記小型移動機構により前記遠隔構造物の検査すべき箇所に移動させることにより、前記遠隔構造物の検査を行うことを特徴とする。

〔２〕上記〔１〕記載の小型無人飛行機を利用した遠隔構造物の検査システムにおいて、前記遠隔構造物の検査すべき箇所は橋桁の下面であることを特徴とする。

〔３〕上記〔２〕記載の小型無人飛行機を利用した遠隔構造物の検査システムにおいて、前記小型無人飛行機を前記橋桁の下面に付着させ、付着後は前記小型無人飛行機は一定の上昇力を維持し、前記橋桁の下面を前記小型移動機構の駆動制御によって前記小型無人飛行機を移動させることを特徴とする。

〔４〕上記〔３〕記載の小型無人飛行機を利用した遠隔構造物の検査システムにおいて、前記橋桁の下面の床版裏の変状検出を行うことを特徴とする。

〔５〕上記〔３〕記載の小型無人飛行機を利用した遠隔構造物の検査システムにおいて、前記橋桁と橋脚との間の狭隘部の変状検出を行うことを特徴とする。

〔６〕上記〔１〕記載の小型無人飛行機を利用した遠隔構造物の検査システムにおいて、前記記録用カメラには前記遠隔構造物の検査データを記憶することを特徴とする。

〔７〕上記〔１〕記載の小型無人飛行機を利用した遠隔構造物の検査システムにおいて、前記遠隔構造物の検査データを前記飛行体の無線操縦基地に送信可能であることを特徴とする。

〔８〕上記〔１〕または〔６〕記載の小型無人飛行機を利用した遠隔構造物の検査システムにおいて、前記記録用カメラはカメラ角度調整用サーボを備えることを特徴とする。

〔９〕上記〔１〕記載の飛行体を利用した遠隔構造物検査システムにおいて、前記遠隔構造物の検査すべき箇所は前記遠隔構造物の壁面であることを特徴とする。

〔１０〕上記〔９〕記載の小型無人飛行機を利用した遠隔構造物の検査システムにおいて、前記小型移動機構を前記小型無人飛行機のプロペラ面に対して鋭角に設置することにより、前記キャタピラを前記遠隔構造物の壁面に押し付けた状態で、前記小型無人飛行機が前記遠隔構造物の壁面への押し付け力を発揮できるように構成したことを特徴とする。

〔１１〕上記〔１〕〜〔９〕記載の飛行体を利用した遠隔構造物検査システムにおいて、前記小型移動機構が、キャタピラ、ベルト、もしくは車輪であることを特徴とする。

本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
（１）遠隔構造物への接近は小型無人飛行機の無線飛行で行うため、操縦場所を選ばず、遠隔構造物の任意箇所に到達できる。
（２）遠隔構造物への接近後は、安全な位置に小型無人飛行機を付着して作業を行うため、検査位置以外への衝突被害発生の危険を低減できる。
（３）遠隔構造物に付着して画像撮影などの検査を行うため、空撮と比較して記録用カメラ等の計測装置のブレを低減でき、より高精度な撮影（測定）を実施できる。
（４）一般の吸着型装置が乗り越えられない段差なども小型無人飛行機の飛行との併用により乗り越えて移動することができる。
（５）小型無人飛行機の吸着力の不足が生じた場合も、飛行するため、遠隔構造物からの小型無人飛行機の落下の心配がない。
（６）小型無人飛行機が遠隔構造物に吸着することにより、その小型無人飛行機上空の流体量が少なくなるために、その上空の気圧が低くなり、電力消費を低減することができ、バッテリーによる飛行時間を長く維持することができる。

本発明に係る遠隔構造物検査用小型無人飛行機の模式図である。 図１に示す遠隔構造物検査用小型無人飛行機の概略上面図である。 図１に示す遠隔構造物検査用小型無人飛行機の概略側面図である。 図１に示す遠隔構造物検査用小型無人飛行機の概略正面図である。 本発明に係る遠隔構造物検査用小型無人飛行機の下面移動型から側面移動型への変形例を示す模式図である。 本発明に係る遠隔構造物検査用小型無人飛行機（側面移動型）の模式図である。 図６に示す遠隔構造物検査用小型無人飛行機の概略上面図である。 図６に示す遠隔構造物検査用小型無人飛行機の概略側面図である。 図６に示す遠隔構造物検査用小型無人飛行機の概略正面図である。 本発明に係る遠隔構造物検査用小型無人飛行機による検査態様を示す図である。

本発明の小型無人飛行機を利用した遠隔構造物の検査システムは、小型無人飛行機に移動用の小型移動機構及び記録用カメラを取り付け、前記小型無人飛行機を遠隔構造物まで無線で飛行して前記遠隔構造物に付着させ、かつ前記小型無人飛行機を前記小型移動機構により前記遠隔構造物の検査すべき箇所に移動させることにより、前記遠隔構造物の検査を行う。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は本発明に係る遠隔構造物検査用小型無人飛行機の模式図、図２はその遠隔構造物検査用小型無人飛行機の概略上面図、図３はその遠隔構造物検査用小型無人飛行機の概略側面図、図４はその遠隔構造物検査用小型無人飛行機の概略正面図である。

これらの図において、１は遠隔構造物検査用小型無人飛行機、２はその小型無人飛行機の本体部、４はフロペラ、５はバッテリー、６はモータアンプ、７は受信機，８はジャイロ、９はＦＰＶ（Ｆｉｒｓｔ Ｐｅｒｓｏｎ Ｖｉｅｗ）アンテナ、１０は本体部２の先端に配置される第１のＦＰＶカメラ、１１はＦＰＶ送信機、１２は記録用カメラ、１３は記録用カメラ１２の先端に配置される第２のＦＰＶカメラ、１４はカメラ角度調整用サーボ、１５はＧＰＳアンテナ、１６は小型無人飛行機の脚、１７は小型移動機構、１８は小型移動機構用ギアボックス、１９は小型移動機構用モータである。

図１では、後述で例示するが下面移動型遠隔構造物検査用小型無人飛行機を示している。

橋桁下などではＧＰＳを受信できず小型無人飛行機の操縦が困難になる場合が多いが、本発明では、橋桁下面などに付着した後は、小型移動機構で移動することができ、カメラ情報を参考にしながら橋桁下面等を自由に任意箇所に移動できる。なお、小型移動機構としては、キャタピラ、ベルト、もしくは車輪を用いることができる。以下、小型移動機構としてキャタピラを例に説明する。

また、小型移動機構の回転量を計測する装置を追加することによって、小型移動機構の回転量で移動距離を計測することができる。よって、小型移動機構の回転量を用いて等間隔での撮影、測定などを実施することができる。

なお、ここでは、小型移動機構表面に摩擦係数の高いゴム、微細な吸盤構造、超微細毛（ファンデルワールス力利用）などを用いることにより、吸着性能を向上させるようにした。

図５は本発明に係る遠隔構造物検査用小型無人飛行機の下面移動型から側面移動型への変形例を示す模式図である。

図５（ａ）に示す小型移動機構１７は下面移動用から回転して，図５（ｂ）に示すように側面移動用に変形できる。その際、記録用カメラ１２の角度も側面測定用に回転して移動するように構成している。

以下、側面移動型の遠隔構造物検査用小型無人飛行機について説明する。

図６は本発明に係る遠隔構造物検査用小型無人飛行機 (側面移動型）の模式図、図７はその遠隔構造物検査用小型無人飛行機の概略上面図、図８はその遠隔構造物検査用小型無人飛行機の概略側面図、図９はその遠隔構造物検査用小型無人飛行機の概略正面図である。図６において、３Ａはその小型無人飛行機の横はり、３Ｂｂその小型無人飛行機の縦はりである。

ここでは、小型移動機構１７をプロペラ面に対してやや鋭角に設置することにより、小型移動機構１７の駆動により遠隔構造物の壁面に押し付けた状態で、遠隔構造物検査用小型無人飛行機が壁面への押し付け力を発揮できる。

図１０は本発明に係る遠隔構造物検査用小型無人飛行機の適用例を示す模式図である。

この図において、２０は遠隔構造物検査用小型無人飛行機、２１、２２は記録用カメラ、２３は橋脚、２４は橋桁、２５は橋桁２４の下面である。

橋桁２４の下面２５に遠隔構造物検査用小型無人飛行機２０が付着後の移動は、前後進は小型移動機構の前方・後方回転により、回転は左右の小型移動機構を異なる方向に回転させることにより行う。

本発明の遠隔構造物検査用小型無人飛行機２０は、記録用カメラ２１、２２で得られた撮影画像をリアルタイムで送信する機能を持っている。小型無人飛行機の飛行時に機体前方を確認しながら衝突を回避し（ＦＰＶ：Ｆｉｒｓｔ Ｐｅｒｓｏｎ Ｖｉｅｗ）、遠隔構造物に付着後は前方をＦＰＶカメラで確認するとともに、検査用の高解像度カメラの撮影方向の状況も別途地上から確認できる。

本発明の遠隔構造物検査用小型無人飛行機の場合は、上昇力により小型移動機構を面に十分な力で押し付け、小型移動機構と面の摩擦により、小型無人飛行機の機体を安定させる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の小型無人飛行機を利用した遠隔構造物の検査システムは、遠隔構造物まで無線で飛行して接近するとともに、遠隔構造物に付着して、かつ移動することができる，小型無人飛行機を利用した遠隔構造物の検査システムとして利用可能である。

１、２０ 遠隔構造物検査用小型無人飛行機
２ 小型無人飛行機の本体部
３Ａ 小型無人飛行機の横はり
３Ｂ 小型無人飛行機の縦はり
４ フロペラ
５ バッテリー
６ モータアンプ
７ 受信機
８ ジャイロ
９ ＦＰＶ（Ｆｉｒｓｔ Ｐｅｒｓｏｎ Ｖｉｅｗ）アンテナ
１０ 第１のＦＰＶカメラ
１１ ＦＰＶ送信機
１２、２１、２２ 記録用カメラ
１３ 第２のＦＰＶカメラ
１４ カメラ角度調整用サーボ
１５ ＧＰＳアンテナ
１６ 小型無人飛行機の脚
１７ 小型移動機構
１８ 小型移動機構用ギアボックス
１９ 小型移動機構用モータ
２３ 橋脚
２４ 橋桁
２５ 橋桁の下面

Claims (11)

1. 小型無人飛行機に移動用の小型移動機構及び記録用カメラを取り付け、前記小型無人飛行機を遠隔構造物まで無線で飛行して前記遠隔構造物に付着させ、かつ前記小型無人飛行機を前記小型移動機構により前記遠隔構造物の検査すべき箇所に移動させることにより、前記遠隔構造物の検査を行うことを特徴とする小型無人飛行機を利用した遠隔構造物の検査システム。
2. 請求項１記載の小型無人飛行機を利用した遠隔構造物の検査システムにおいて、前記遠隔構造物の検査すべき箇所は橋桁の下面であることを特徴とする小型無人飛行機を利用した遠隔構造物の検査システム。
3. 請求項２記載の小型無人飛行機を利用した遠隔構造物の検査システムにおいて、前記小型無人飛行機を前記橋桁の下面に付着させ、付着後は前記小型無人飛行機は一定の上昇力を維持し、前記橋桁の下面を前記小型移動機構の駆動制御によって前記小型無人飛行機を移動させることを特徴とする小型無人飛行機を利用した遠隔構造物の検査システム。
4. 請求項３記載の小型無人飛行機を利用した遠隔構造物の検査システムにおいて、前記橋桁の下面の床版裏の変状検出を行うことを特徴とする小型無人飛行機を利用した遠隔構造物の検査システム。
5. 請求項３記載の小型無人飛行機を利用した遠隔構造物の検査システムにおいて、前記橋桁と橋脚との間の狭隘部の変状検出を行うことを特徴とする小型無人飛行機を利用した遠隔構造物の検査システム。
6. 請求項１記載の小型無人飛行機を利用した遠隔構造物の検査システムにおいて、前記記録用カメラには前記遠隔構造物の検査データを記憶することを特徴とする小型無人飛行機を利用した遠隔構造物の検査システム。
7. 請求項１記載の小型無人飛行機を利用した遠隔構造物の検査システムにおいて、前記遠隔構造物の検査データを前記飛行体の無線操縦基地に送信可能であることを特徴とする小型無人飛行機を利用した遠隔構造物の検査システム。
8. 請求項１または６記載の小型無人飛行機を利用した遠隔構造物の検査システムにおいて、前記記録用カメラはカメラ角度調整用サーボを備えることを特徴とする小型無人飛行機を利用した遠隔構造物の検査システム。
9. 請求項１記載の小型無人飛行機を利用した遠隔構造物検査システムにおいて、前記遠隔構造物の検査すべき箇所は前記遠隔構造物の壁面であることを特徴とする小型無人飛行機を利用した遠隔構造物検査システム。
10. 請求項９記載の小型無人飛行機を利用した遠隔構造物の検査システムにおいて、前記小型移動機構を前記小型無人飛行機のプロペラ面に対して鋭角に設置することにより、前記小型移動機構を前記遠隔構造物の壁面に押し付けた状態で、前記小型無人飛行機が前記遠隔構造物の壁面への押し付け力を発揮できるように構成したことを特徴とする小型無人飛行機を利用した遠隔構造物の検査システム。
11. 請求項１乃至９記載の小型無人飛行機を利用した遠隔構造物の検査システムにおいて、前記小型移動機構が、キャタピラ、ベルト、もしくは車輪であることを特徴とする小型無人飛行機を利用した遠隔構造物の検査システム。

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