JP2017154577A - 無人航空機を用いた施設内点検システム - Google Patents

Abstract

【課題】点検を要する設備が収容された施設内を所定の飛行ルートに沿って検査機能を有する無人航空機を正確に自動飛行させることができ、これによって作業員が現場に出向かなくても施設内に設置された設備の点検をすることができる無人航空機を用いた施設内点検システムを提供する。
【解決手段】検査機器を搭載した無人航空機４を例えば焼却処理施設３内で自動飛行させて設備の点検を行うようにした施設内点検システム１であって、複数の固定器５と移動器３３との間での無線信号の空中伝搬時間を利用して計測される無人航空機４の焼却処理施設３内における現在の三次元位置情報と、焼却処理施設３内における設備２の配置に基づいて定められる飛行ルートの三次元位置情報とに基づいて、無人航空機４がその飛行ルートに沿って自動飛行するように制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、点検を要する設備が収容された施設内で検査機能を有する無人航空機を自動飛行させて施設内を点検するようにした無人航空機を用いた施設内点検システムに関し、特に、作業環境等に起因して作業員の負担が大きい焼却処理施設内点検に適用されて好適な施設内点検システムに関するものである。

近年、例えば廃棄物の焼却処理施設は高度に自動化、省力化が達成されているものの、トラブルの早期発見および適切な予防保全の実施という観点から、作業員による焼却処理施設内の定期的な巡回・点検作業は欠かすことができない。

これまでの焼却処理施設内の点検作業は、作業員が現場を巡回し、機器の異常時等を目視にて確認、点検することにより詳しい状況を把握している。広大な焼却処理施設内を点検して巡回するにあたって、点検が可能な範囲は足場を設けた動線上に限られており、足場を設けていない高所などを点検する際は足場を組む作業が伴う。また、高温蒸気や薬品の類が漏れ出している空間については、作業員は防護服を着用したうえで点検を行う。

例えば、収集された廃棄物を貯留するごみピット内については、複数台の監視カメラによる監視を行っており、ごみピット内に貯留されている廃棄物を焼却炉へと投入するごみクレーンが異常停止した際はごみクレーンの走行を案内するレール上に作業員が向かい、手動にてバケットを引き上げて点検を行う。さらに、現場点検した記録をデータとして保存する運用の場合は、管理パソコンなどに手入力、または記録用紙（原紙）をスキャニングするなど、作業員の手作業にて行われる。

上記のような現場点検作業では、以下のような問題があった。
（１）広大な焼却処理施設内を巡回点検するのは作業員への負担が多く、迅速に点検できる範囲は足場を設けた場所に限られている。
（２）足場を設けていない高所などを点検する際は足場を組む作業を伴い、多大な労力、人手、時間を要する。
（３）ごみピット内は複数台の監視カメラにより監視しているが、ごみの堆積状況やごみクレーンの停止位置などによっては死角が発生し、詳細な状況を確認できない箇所が存在する。
（４）ごみクレーンが異常停止した時等、ごみピット内での作業は臭気の兼ね合いもあり、作業員への肉体的、精神的負担が甚大なものになる。
（５）高圧蒸気や薬品の類が漏れ出している空間には、作業員は防護服を着用しなければ近づくことができず、現場確認を行う前に準備時間を要する。
（６）現場点検した記録をデータとして保存するには、管理パソコンなどに手入力、または記録用紙（原紙）をスキャニングするなど、作業員による手間が発生する。

上記のような問題を解決し得るものとして、焼却処理施設内に敷設されたレールに沿って走行する点検ロボットにより、焼却処理施設内の巡回・点検を行うようにしたものが例えば特許文献１にて提案されている。

特許第４２９３９９８号公報

しかしながら、上記特許文献１に係るものでは、レールが敷設された範囲でしか点検を行うことができないため、点検可能な範囲が狭く、点検可能な範囲を広げるためにレールの敷設範囲を広げようとしても、広大な焼却処理施設内にレールを敷設するには物理的にもコスト的にも限度があるため、点検可能な範囲の拡充を思うように図ることができないという問題点がある。

そこで、検査機能を有する無人航空機を利用して点検を行うことが考えられる。今日における無人航空機の利用方法として確立されている例としては、手動操作による壁面調査や煙突の検査などがあるが、いずれも主に屋外にて手動飛行させることを前提としたものであり、飛行経路を指定し、自動的に飛行させる場合はＧＰＳを利用している。ここで、ＧＰＳとは、グローバル・ポジショニング・システム（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）のことであり、衛星を用いた測位システム（地球上の現在位置を測定するためのシステム）を指し、測定誤差は１０ｍほどである。

しかしながら、ＧＰＳを利用して無人航空機を施設内で自動飛行させて点検するようにしたものでは、無人航空機の現在の三次元位置を求める際のＧＰＳ測位システムによる測定誤差が大きすぎるため（測定誤差：１０ｍ程度）、施設内の設備の配置に基づいて定められる飛行ルートに沿って無人航空機を正確に自動飛行させることが困難であり、点検を要する設備の所定箇所を焦点を合わせ正確に撮像したり調査したりすることができず、作業員に代わって必要十分な点検を行うことができないという問題点がある。

本発明は、前述のような問題点に鑑みてなされたもので、点検を要する設備が収容された施設内を所定の飛行ルートに沿って検査機能を有する無人航空機を正確に自動飛行させることができ、これによって作業員が現場に出向かなくても施設内に設置された設備の点検をすることができる無人航空機を用いた施設内点検システムを提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するために、本発明による無人航空機を用いた施設内点検システムは、
検査機器を搭載し所定の飛行制御信号に従って飛行制御される無人航空機を、点検を要する設備が収容された施設の内部で自動飛行させることにより、前記設備の点検を行うようにした無人航空機を用いた施設内点検システムであって、
前記施設内の三次元的に異なる所定位置に配される複数の固定器と、
前記無人航空機に搭載される移動器と、
前記無人航空機に対し所定の飛行制御信号を送信して前記無人航空機の飛行を制御する飛行制御手段とを備え、
前記固定器と前記移動器との間で無線信号を伝搬可能とし、
前記飛行制御手段は、前記固定器と前記移動器との間での無線信号の空中伝搬時間を利用して計測される前記無人航空機の前記施設内における現在の三次元位置情報と、前記施設内における前記設備の配置に基づいて定められる飛行ルートの三次元位置情報とに基づいて、前記無人航空機が前記飛行ルートに沿って自動飛行するよう演算処理を行ってその演算結果に従った飛行制御信号を前記無人航空機へと送信して、前記無人航空機が前記飛行ルートに沿って自動飛行するように制御することを特徴とするものである（第１発明）。

本発明において、前記無人航空機は、障害物を検知する障害物検知器と、前記障害物検知器からの障害物検知信号に基づいて前記飛行ルートの近くに障害物が接近しているか否かを判断する衝突判断部と、前記飛行制御手段による飛行制御とは独立して優先的に当該無人航空機を制御する自立飛行制御部とを備え、前記自立飛行制御部は、前記衝突判断部が前記飛行ルートの近くに障害物が接近していると判断したときに、障害物との衝突を回避するため、前記無人航空機が障害物から遠ざかるように飛行制御するのが好ましい（第２発明）。
なお、衝突回避した後の無人航空機の動作については、飛行制御手段（より具体的には、後述する「制御用ＰＣ１０」）にて任意に決定できるようにする（例：安全な場所に停止する、もしくは安全を確認でき次第、自動飛行を継続する等）のが好ましい。

本発明において、前記無人航空機が搭載する前記検査機器としては、前記設備に付設される計器を撮像しその計器が示す数値を数値データとして認識する機能を有する撮像装置を含み、前記飛行制御手段は、前記計器の位置データに基づいて、前記撮像装置が前記計器を撮像可能となるように前記無人航空機の飛行を制御し、前記撮像装置による前記計器の撮像によって認識された数値データを前記無人航空機に搭載される無線通信機により無線送信して、無線送信された数値データをデータ保存・管理手段で保存・管理するのが好ましい（第３発明）。
ここで、上記データ保存・管理手段としては、例えば、後述する中央制御室１１内に配置されるサーバ９などが挙げられ、このサーバ９にはデータシートを用意しておき、受信した計測データをデータシート上における該当するタグナンバーの該当欄に自動的に記入するようにするのがより好ましい。

本発明において、前記無人航空機に対しワイヤレスで給電可能な給電台を前記施設内に設置し、前記飛行制御手段は、前記無人航空機を前記給電台に着陸するように飛行制御して、前記給電台に着陸した前記無人航空機に対しワイヤレスにて給電するようにするのが好ましい（第４発明）。

本発明によれば、施設内の三次元的に異なる所定位置に配される複数の固定器とそれら固定器との間で無線信号を伝搬可能に無人航空機に搭載される移動器との間での無線信号の空中伝搬時間を利用して計測される無人航空機の施設内における現在の三次元位置情報と、施設内における設備の配置に基づいて定められる飛行ルートの三次元位置情報とに基づいて、無人航空機がその飛行ルートに沿って自動飛行するように制御されるので、点検を要する設備が収容された施設内を所定の飛行ルートに沿って検査用の無人航空機を正確に自動飛行させることができ、これによって作業員が現場に出向かなくても施設内に設置された設備の点検をすることができる。

また、第２発明の構成を採用することにより、衝突回避飛行の反応速度を向上させることができるので、障害物との衝突をより確実に回避することができ、安全性を向上させることができる。

また、第３発明の構成を採用することにより、設備に付設される計器が示す数値データを自動的に保存・管理することができ、従来は作業員が行っていた計器の数値データの入力作業が不要になり、作業員の労力を軽減することができる。

また、第４発明の構成を採用することにより、無人航空機に対する充電の際に、有線接続等の物理的な接続をする手間を省略することができ、全自動化を実現することができる。

本発明の一実施形態に係る無人航空機を用いた施設内点検システムの概略システム構成図である。 同システムにおいて用いられる無人航空機を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 同無人航空機に搭載されるコントローラの機能ブロック図である。 同無人航空機の飛行制御説明図で、（ａ）は焼却処理施設内を上から見た平面図、（ｂ）は焼却処理施設内を横から見た断面図である。 衝突回避飛行プログラムの処理内容を示すフローチャートである。

次に、本発明による無人航空機を用いた施設内点検システムの具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の述べる実施の形態は、廃棄物を焼却処理する焼却処理施設に本発明が適用された例であるが、勿論これに限定されるものではない。

＜施設内点検システムの概略説明＞
図１に示される無人航空機を用いた施設内点検システム（以下、単に「施設内点検システム」と称する。）１は、点検を要する設備２（図４（ａ）および（ｂ）参照）が収容された焼却処理施設３内で三次元的な移動が可能な無人航空機４と、焼却処理施設３内の三次元的に異なる所定位置に配される複数の固定器５と、これら固定器５に有線（例えばＵＳＢケーブル等）にて接続されるハブ６およびＷｉＦｉ（登録商標）方式の無線通信機（以下、「ＷｉＦｉルータ」と称する。）７と、ハブ６に対し通信ネットワーク８を介して接続されるサーバ９および制御用パーソナルコンピュータ（以下、「制御用ＰＣ」と称する。）１０とを備えている。

ここで、ハブ６は、複数の固定器５の間を繋ぎ合わせ、電源の入切やデータの送受信を一括で管理する役目をし、サーバ９は、各固定器５、後述する移動器３３等の情報を管理・保管する役目をし、制御用ＰＣ１０は、位置情報の解析や無人航空機４の飛行を制御する役目をし、これらハブ６、サーバ９および制御用ＰＣ１０等は中央制御室１１内に配置されている。

＜無人航空機の説明＞
図２（ａ）および（ｂ）に示されるように、無人航空機４は、その本体部分を構成する航空機本体１２と、航空機本体１２から四方に水平に張り出される４つのアーム１３と、各アーム１３の端部に設置されるモータ１４と、各モータ１４によって回転駆動されるプロペラ１５とを備えて構成されている。
このような構成の無人航空機４は、複数（本例では４つ）のプロペラ１５を回転させることで離着陸が可能であり、シングルローターの所謂ヘリコプタータイプのものと比べ、より大きな積載量が期待でき、更に、ホバリング能力（空中で停止する能力）が高く、安定性があり、細かな飛行もできるため、本実施形態の施設内点検システム１の用途に最も適している。

＜コントローラの説明＞
航空機本体１２には、図３に示されるようなコントローラ２０が内蔵されており、コントローラ２０は、主として、ＣＰＵ（中央演算処理装置）２１、種々のデータや所定プログラム等を記憶するメモリ２２、およびその他の電気回路等のハードウェア（図示省略）により構成されている。

＜コントローラに接続される機器の説明＞
コントローラ２０には、４つのモータ１４、無線インターフェイス２３、撮像装置２４、障害物検知器２５および各種センサ２６がそれぞれ所定信号を伝達可能に接続されている。

４つのモータ１４は、図示されないモータ駆動回路等を介してＣＰＵ２１にそれぞれ信号伝達可能に接続され、無人航空機４を駆動する駆動装置として機能する。

無線インターフェイス２３は、複数の固定器５との間で無線信号を伝搬可能に航空機本体１２の適所に搭載される演算処理機能を有する移動器３３と、ＷｉＦｉルータ７を経由してサーバ９に対しデータを無線送信可能に航空機本体１２に搭載される無線送信機３４とを含むものである。

ここで、複数の固定器５と移動器３３との間で無線信号をやり取りする方式としては、例えばＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅ Ｂａｎｄ）による通信方式が好適である。
ＵＷＢとは、数ＧＨｚにわたる帯域を使用する通信方式である。詳細な通信方法はインパルス方式を採用する。これは、例えば、パルス幅が０．２ｎｓｅｃ程度のパルスを０．５ｎｓｅｃ間隔で、固定器５と移動器３３との間にて信号をやり取りする方式で、パルスの空中伝搬時間を利用して高精度な三次元の測位・測距センサが実現できる。電波を利用するため、照度、温度、風等の外乱の影響を受けることなく計測が可能な技術である。
焼却処理施設３内に設置されている複数個の固定器５と測定対象である無人航空機４に搭載する移動器３３との距離を信号到達時間により計算して、空間的な位置を測定する。数ｎｓｅｃ程度の非常に短いパルス電波を使用することで、リアルタイムに誤差最大数ｃｍ以内という精度にて現在位置を測定することができる。
ＧＰＳを利用した位置測定の誤差が１０ｍ以上であるのに対し、ＵＷＢは上記のように非常に高精度での位置測定を行える。固定器５からの測定可能距離は３０ｍ程度であり、固定器５を複数個要所に配置すれば、焼却処理施設３内の領域は網羅できる。また、送信出力が非常に小さいため、消費電力がほとんどない点も特徴である。

撮像装置２４は、航空機本体１２の下部などに取り付けられており（図２（ｂ）参照）、静止画または動画を撮像するデジタルカメラやビデオカメラ等からなり、レンズや撮像素子等から構成され、入射された被写体像を表す光が例えばＣＣＤの受光面に結像され、カメラ信号処理回路およびＡ／Ｄ変換器等を介して、ＣＰＵ２１に画像データが送信される。
また、撮像装置２４は、設備２に付設される計器を撮像しその計器が示す数値を数値データとして認識する機能を有している。
撮像装置２４からの画像データや数値データは、無線通信機３４から無線送信され、ＷｉＦｉルータ７を経由してサーバ９に送信される。

障害物検知器２５は、飛行ルート上の障害物を検知するものであり、例えば、レーザー光による走査によって障害物を検知するレーザースキャナーや、発射した電波の反射波を受信して障害物を検知するレーダー等が好適に用いられる。障害物検知器２５からの検知信号はＣＰＵ２１に送信される。

各種センサ２６は、航空機本体１２の適所に取り付けられており、無人航空機４の位置や高度、速度、方向などの各種情報を取得するセンサ群であり、例えば、無人航空機４の加速度を計測する三軸加速度計や、無人航空機の角度の角速度を検出する三軸ジャイロスコープなどから構成される。各種センサ２６からの検出信号はＣＰＵ２１に送信される。

＜ＣＰＵの機能モジュールの説明＞
ＣＰＵ２１においては、メモリ２２からプログラムを適宜に読み込んで実行することにより、ルート飛行制御部３５、衝突判断部３６、自立飛行制御部３７、撮像制御部３８などの種々の機能モジュールを仮想的に構築し、構築された各機能モジュールによって、各部の動作制御を行っている。

ルート飛行制御部３５は、各種センサ２６からの検出信号をリアルタイムで読み込みながら制御用ＰＣ１０（図１参照）からの飛行制御信号に従って、各モータ１４の回転を制御する。なお、このルート飛行制御部３５および制御用ＰＣ１０を含む構成が本発明の「飛行制御手段」に相当する。
衝突判断部３６は、障害物検知器２５からの検知信号に基づいて飛行ルートの近くに障害物が接近しているか否かを判断する。
自立飛行制御部３７は、飛行ルートの近くに障害物が接近していると衝突判断部３６が判断したときに、制御用ＰＣ１０からの飛行制御信号に基づくルート飛行制御部３５による飛行制御とは独立して優先的に、障害物との衝突を回避するように無人航空機４を制御する役目をする。
撮像制御部３８は、撮像装置２４のフォーカスやズーム、レンズ方向を調整する機能を有している。

＜ワイヤレス給電による自動給電システム＞
なお、無人航空機４に搭載した駆動用バッテリーは充電する必要があるため、無人航空機４を自動化するにはワイヤレス給電による自動給電システムが望まれる。そこで、ワイヤレス給電するために、図１に示されるように、焼却処理施設３内の一角に電磁誘導方式または磁界共鳴方式の給電台４０を設置し、給電台４０には移動器３３と同様の発信器を装備し、制御用ＰＣ１０にて位置情報を判断できるようにしておく。そして、無人航空機４の充電が少なくなった場合や、自動飛行が終了後には給電台４０に着陸させて、ワイヤレスにて給電する。
以上より、充電の際には有線接続等の物理的な接続をする手間を省略することができ、全自動化を実現できる。

以上に述べたように構成される施設内点検システム１において、ＵＷＢによる無人航空機４の位置を把握するまでの原理を図１を用いて以下に説明する。

＜無人航空機の現在位置情報の取得についての説明＞
複数の固定器５と移動器３３との間の距離を測定する際は、移動器３３が複数の固定器５との間でＵＷＢ信号の伝播時間を測定し、距離ａ〜ｆを求める。この時点において、各固定器５からの距離情報は移動器３３が持っており、移動器３３が取得した距離情報を、ＷｉＦｉルータ７を経由させてサーバ１０へ伝送する。
制御用ＰＣ１０は、移動器３３より受信した各固定器５からの距離情報をもとに、移動器３３の現在位置、つまり無人航空機４の現在位置を算出する。算出された位置データは制御用ＰＣ１０内のマップにプロットされ、画面上で確認することも可能となる。なお、このマップはＣＡＤ等の３Ｄ空間を作成できる市販ソフトウェアを用いて作成したものに、位置測定情報をプロットできると仮定する。マップ内の任意の点（ｘ、ｙ、ｚ）は、各固定器５の距離情報により判別することができる。
以上により、移動器３３を搭載した無人航空機４の焼却処理施設３内における現在の位置情報が制御用ＰＣ１０によって把握される。

次に、施設内点検システム１において、ＵＷＢの位置情報に基づく無人航空機４の飛行制御について、図３並びに図４（ａ）および（ｂ）を用いて以下に説明する。

＜平面方向の飛行制御の説明＞
図４（ａ）に示される焼却処理施設３内を上から見た平面図において、焼却処理施設３内における設備２の配置に基づいて定められる飛行ルートに沿って、すなわち図４（ａ）中（１）〜（５）で示される複数の地点を昇順で白抜き矢印で示される経路に従って無人航空機４を自動飛行させる制御を行うとする。
まず、（１）地点から自動飛行を開始することを前提とする。（１）地点の位置情報は、複数の固定器５からの距離ａ，ｂ，ｃ，ｄにより判断している。次に、（２）地点へ向かうとする。（２）地点の位置情報は、複数の固定器５からの距離ａ´，ｂ´，ｃ´，ｄ´により判断できる。取得した（２）地点の位置情報は、制御用ＰＣ１０上で認識している。制御用ＰＣ１０により（２）地点へ向かって前進、減速、停止、ホバリング等の一連の動作指示を無人航空機４に出力する。動作指示のタイミングは、無人航空機４の位置情報により判断する。
ここで、制御ＰＣ１０から無人航空機４への動作指示の出力について、より具体的には、（１）地点の位置情報と、（２）地点の位置情報とに基づいて、無人航空機４が（１）地点から（２）地点に向かって白抜き矢印で示される経路に沿って前進し、その後、減速、停止、ホバリング等の一連の動作を伴って自動飛行するように制御用ＰＣ１０が演算処理を行い、その演算結果に従った飛行制御信号を制御用ＰＣ１０からＷｉＦｉルータ７，無線通信機３４（図３参照）を介して無人航空機４のコントローラ２０に送信することによって行われる。そして、コントローラ２０のルート飛行制御部３５は、各種センサ２６からの検出信号をリアルタイムで読み込みながら制御用ＰＣ１０からの飛行制御信号に従って、各モータ１４の回転を制御し、無人航空機４を（２）地点へと直線的に自動飛行させる。（２）地点以降も同じように自動飛行させると、予定の飛行ルートに沿って無人航空機４を正確に自動飛行させることができる。

＜高さを含めた三次元での飛行制御の説明＞
また、図４（ｂ）に示される焼却処理施設３内を横から見た断面図において、異なる所定高さ位置に複数（本例では３個）の固定器５を配置することにより、距離ａ，ｂ，ｃから高さも含めた地点を指定できる。前述の平面的な二次元での位置制御に加え、この三次元要素を付加することにより、高さも含めた三次元での位置制御を行うことができる。
以上より、ＧＰＳでの制御では不可能であった高精度の自動飛行が可能となり、平面方向、高さ方向ともに指定した空間を自動飛行させることが可能になる。また、足場を設けていない高所なども、座標を入力するだけで容易に点検することが可能となる。

＜障害物検知器による無人航空機の衝突回避制御の説明＞
前述したように、ＵＷＢを利用することで飛行精度は格段に向上するものの、それでも誤差最大数ｃｍ以内という精度である。それでは障害物の多い空間においては、無人航空機４を安全に自動飛行させるには不安が残る。そこで、さらに安全性を向上させるために、障害物検知器２５による無人航空機４の衝突回避制御を行うものとする。かかる衝突回避制御について、主に図３の機能ブロック図および図５に示されるフローチャートを用いて以下に説明する。なお、図５中記号「Ｓ」はステップを表す。

まず、制御用ＰＣ１０からの飛行制御信号に従ってルート飛行制御部３５による自動飛行制御が実施されている状態（Ｓ１）において、衝突判断部３６は、障害物検知器２５からの検知信号に基づいて、飛行ルートの近くに障害物が接近しているか否かを判断する（Ｓ２）。
ステップＳ２において、飛行ルートの近くに障害物が接近していないと判断した場合には、自動飛行制御を引き続き実行する。一方、飛行ルートの近くに障害物が接近していると判断した場合には、移動器３３は、障害物検知器２５からの検知信号に基づいて無人航空機４と障害物との位置関係を演算処理し、演算結果に基づき両者の位置関係を把握する（Ｓ３）。
次いで、自立飛行制御部３７は、ステップＳ３において把握した無人航空機４と障害物との位置関係に基づいて、障害物との衝突を回避するため、無人航空機４が障害物から遠ざかるように飛行を制御する（Ｓ４）。この衝突回避動作を行った位置情報や、衝突回避動作の結果等を無線通信機３４からＷｉＦｉルータ７を経由させてサーバ９へ伝送し、無人航空機４の飛行状態を遠隔からでも把握できるようにする。また、衝突回避した後の無人航空機の動作については、例えば、安全な場所に停止する、もしくは安全を確認でき次第、自動飛行を継続するなど、制御用ＰＣ１０にて任意に決定できるようにする（Ｓ５）。
こうして、無人航空機４が障害物に近づくと、レーザースキャナー等の障害物検知器２５で障害物を検知し、この検知信号をＣＰＵ２１で判断し、速やかに障害物を回避させる。これにより、制御用ＰＣ１０で判断させるよりも伝送距離を短縮できるため、反応速度が向上し、安全性が向上する。
なお、人やごみクレーンなど、移動する障害物に対しては、移動器３３と同様の発信器を持たせることで、制御用ＰＣ１０にて移動する障害物の位置情報を把握し、予め障害物を回避させるものとする。
以上より、ＧＰＳでの制御では困難であった障害物の多い空間においても、安全に無人航空機４を自動飛行させることが可能になる。また、これまで人がごみピット内に入って作業していたクレーンの点検作業等も、障害物検知器２５を無人航空機４に搭載することにより、より安全に、かつ人の労力を要さずに可能となる。

上記の衝突回避した後の無人航空機４の動作については、制御用ＰＣ１０にて任意に決定できるようにする（例：安全な場所に停止する、もしくは安全を確認でき次第、自動飛行を継続する等）。

＜現場計器の数値データ取得の説明＞
次に、無人航空機４の巡回点検により収集した現場計器等の映像データに対し、撮像装置２４が有する数字認識機能により数値データ化し、無線などを利用して中央制御室１１などの遠隔地へデータ伝送するための制御方法について以下に説明する。

焼却処理施設３内に設置された設備２における計測値を確認したい現場計器の位置情報および飛行ルートを制御用ＰＣ１０に登録し、制御用ＰＣ１０は、その登録情報と、無人航空機４の現在の三次元位置情報とに基づいて、無人航空４機の現在地点から計測値を確認したい現場計器に向かって飛行ルートに沿って前進し、その後、減速、停止、ホバリング等の一連の動作を伴って自動飛行するように演算処理を行ってその演算結果に従った飛行制御信号を制御用ＰＣ１０からＷｉＦｉルータ７，無線通信機３４を介して無人航空機４のコントローラ２０に送信する。コントローラ２０のルート飛行制御部３５は、各種センサ２６からの検出信号をリアルタイムで読み込みながら制御用ＰＣ１０からの飛行制御信号に従って、各モータ１４の回転を制御し、無人航空機４を目的の現場計器のある地点へと直線的に自動飛行させる。これにより、無人航空機４を現場計器の付近に正確に到達させることができる。

現場計器には自らのタグナンバー等のデータを発信する発信器を付加しておくことで、その位置関係を制御用ＰＣ１０にて判断し、無人航空機４はさらに正確に現場計器のもとへ自動飛行することが可能となる。つまり、無人航空機４（移動器３３）と現場計器（発信器）の位置関係を制御用ＰＣ１０で把握することで、無人航空機４の向き、高さを調整し、照準を合わせることが容易になり、精度も向上する。

計測データ取得の際は現場計器の前で無人航空機４をホバリングさせて撮像装置２４で撮像し、情報タグ情報を含めた数値データを取得する。数値に置換した計測データは、中央制御室１１のサーバ９にＷｉＦｉルータ７を経由させてリアルタイムで送信する。サーバ９にはデータシートを用意しておき、受信した計測データをデータシート上における該当するタグナンバーの該当欄に自動的に記入する。
以上より、これまで手入力などで対応してきた現場計器の計測データを、自動的に保存することが可能となる。

なお、撮像装置２４に搭載するカメラとして全方位カメラを採用することで、飛行ルート上の全方位の撮像が可能になり、限られた１回の飛行時間で、１方位カメラの採用時に比べてさらに広範囲の状況把握が可能となる。これにより、無人航空機４に搭載した駆動用バッテリーに依存する限られた飛行時間（連続探索距離）の中で、より効率的な自動飛行が可能となる。また、搭載カメラ２４を遠赤外線仕様とすることにより、温度異常など、さらに詳しい情報も確認することができる。

＜作用効果の説明＞
本実施形態の施設内点検システム１によれば、焼却処理施設３内の三次元的に異なる所定位置に配される複数の固定器５とそれら固定器５との間で無線信号を伝搬可能に無人航空機４に搭載される移動器３３との間での無線信号の空中伝搬時間を利用して計測される無人航空機４の焼却処理施設３内における現在の三次元位置情報と、焼却処理施設３内における設備２の配置に基づいて定められる飛行ルートの三次元位置情報とに基づいて、無人航空機４がその飛行ルートに沿って自動飛行するように制御されるので、点検を要する設備２が収容された焼却処理施設３内を所定の飛行ルートに沿って検査用の無人航空機４を正確に自動飛行させることができ、これによって作業員が現場に出向かなくても焼却処理施設３内に設置された設備２の点検をすることができる。
したがって、以下のような効果を得ることができる。
（１）焼却処理施設３内の巡回点検などに関する作業員の負担を軽減できる。
（２）高所など、足場の有無に関わらず、人が容易にアクセスできない場所の状態も確認できる。
（３）ごみクレーン異常停止時において、ごみクレーン本体へ直接接近しての確認ができる。
（４）ごみピット転落時、ごみピット火災時において、ごみピット内の詳細把握などに適応できる。
（５）高圧蒸気や薬液が漏れている箇所等、人体に危険を伴う可能性がある場所にも接近可能である。

また、本実施形態の施設内点検システム１において、無人航空機４は、障害物を検知する障害物検知器２５と、障害物検知器２５からの障害物検知信号に基づいて飛行ルートの近くに障害物が接近しているか否かを判断する衝突判断部３６と、制御用ＰＣ１０による飛行制御とは独立して優先的に当該無人航空機４を制御する自立飛行制御部３７とを備え、自立飛行制御部３７は、飛行ルートの近くに障害物が接近していると衝突判断部３６が判断したときに、障害物との衝突を回避するように無人航空機４の飛行を制御することにより、制御用ＰＣ１０で判断させるよりも伝送距離を短縮できるため、衝突回避飛行の反応速度を向上させることができ、障害物との衝突をより確実に回避することができて、安全性を向上させることができる。

また、本実施形態の施設内点検システム１において、無人航空機４には、設備２に付設される計器を撮像しその計器が示す数値を数値データとして認識する機能を有する撮像装置２４が搭載され、制御用ＰＣ１０は、計器の位置データに基づいて、撮像装置２４が計器を撮像可能となるように無人航空機４の飛行を制御し、撮像装置２４による計器の撮像によって認識された数値データを無人航空機４に搭載される無線通信機３４により無線送信して、無線送信された数値データをサーバ９で保存・管理することにより、設備２に付設される計器が示す数値データを自動的に保存・管理することができ、従来は作業員が行っていた計器の数値データの入力作業が不要になり、作業員の労力を軽減することができる。

以上、本発明の無人航空機を用いた施設内点検システムについて、一実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

本発明の無人航空機を用いた施設内点検システムは、点検を要する設備が収容された施設内を所定の飛行ルートに沿って検査機能を有する無人航空機を正確に自動飛行させることができ、これによって作業員が現場に出向かなくても施設内に設置された設備の点検をすることができるという特性を有していることから、作業環境等に起因して作業員の負担が大きい焼却処理施設等を含む廃棄物処理施設の内部点検の用途に好適に用いることができるほか、例えば、水処理施設や発電施設等の内部点検の用途にも用いることができ、産業上の利用可能性が大である。

１ 施設内点検システム
２ 設備
３ 焼却処理施設
４ 無人航空機
５ 固定器
６ ハブ
７ ＷｉＦｉルータ
９ サーバ（データ保存・管理手段）
１０ 制御用ＰＣ（飛行制御手段）
２４ 撮像装置（検査機器）
２５ 障害物検知器
３３ 移動器
３４ 無線通信機
３５ ルート飛行制御部（飛行制御手段）
３６ 衝突判断部
３７ 自立飛行制御部
３８ 撮像制御部

Claims (4)

1. 検査機器を搭載し所定の飛行制御信号に従って飛行制御される無人航空機を、点検を要する設備が収容された施設の内部で自動飛行させることにより、前記設備の点検を行うようにした無人航空機を用いた施設内点検システムであって、
   前記施設内の三次元的に異なる所定位置に配される複数の固定器と、
   前記無人航空機に搭載される移動器と、
   前記無人航空機に対し所定の飛行制御信号を送信して前記無人航空機の飛行を制御する飛行制御手段とを備え、
   前記固定器と前記移動器との間で無線信号を伝搬可能とし、
   前記飛行制御手段は、前記固定器と前記移動器との間での無線信号の空中伝搬時間を利用して計測される前記無人航空機の前記施設内における現在の三次元位置情報と、前記施設内における前記設備の配置に基づいて定められる飛行ルートの三次元位置情報とに基づいて、前記無人航空機が前記飛行ルートに沿って自動飛行するよう演算処理を行ってその演算結果に従った飛行制御信号を前記無人航空機へと送信して、前記無人航空機が前記飛行ルートに沿って自動飛行するように制御することを特徴とする無人航空機を用いた施設内点検システム。
2. 前記無人航空機は、障害物を検知する障害物検知器と、前記障害物検知器からの障害物検知信号に基づいて前記飛行ルートの近くに障害物が接近しているか否かを判断する衝突判断部と、前記飛行制御手段による飛行制御とは独立して優先的に当該無人航空機を制御する自立飛行制御部とを備え、前記自立飛行制御部は、前記衝突判断部が前記飛行ルートの近くに障害物が接近していると判断したときに、障害物との衝突を回避するため、前記無人航空機が障害物から遠ざかるように飛行制御することを特徴とする請求項１に記載の無人航空機を用いた施設内点検システム。
3. 前記無人航空機が搭載する前記検査機器としては、前記設備に付設される計器を撮像しその計器が示す数値を数値データとして認識する機能を有する撮像装置を含み、前記飛行制御手段は、前記計器の位置データに基づいて、前記撮像装置が前記計器を撮像可能となるように前記無人航空機の自動飛行を制御し、前記撮像装置による前記計器の撮像によって認識された数値データを前記無人航空機に搭載される無線通信機により無線送信して、無線送信された数値データをデータ保存・管理手段で保存・管理することを特徴とする請求項１または２に記載の無人航空機を用いた施設内点検システム。
4. 前記無人航空機に対しワイヤレスで給電可能な給電台を前記施設内に設置し、前記飛行制御手段は、前記無人航空機を前記給電台に着陸するように飛行制御して、前記給電台に着陸した前記無人航空機に対しワイヤレスにて給電するようにしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の無人航空機を用いた施設内点検システム。
   
   

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