JP2018027719A

JP2018027719A - 回転翼型無人航空機及び放射線量計測システム

Info

Publication number: JP2018027719A
Application number: JP2016159125A
Authority: JP
Inventors: 健一柳; Ken Ichiyanagi
Original assignee: Kikuchi Seisakusho Co Ltd
Current assignee: Kikuchi Seisakusho Co Ltd
Priority date: 2016-08-15
Filing date: 2016-08-15
Publication date: 2018-02-22

Abstract

【課題】天候に左右されることなく、車両と一緒に移動しながらドローンを長時間飛行させて、広いエリアのγ線量分布を効率よく測定する技術を実現する。
【解決手段】放射線量分布計測システム１０は、ドローン２０と給電・計測車両６０とを備える。ドローン２０は、給電・計測車両６０から電源ケーブル５０により有線で電力供給を受けるとともに、γ線検出器４０を搭載し上空１０ｍの位置で地表１０ｍ四方にメッシュ状に設定されたエリアのγ線量を測定する。ドローン２０の回転翼ユニット２２は、インナーロータ型モータ２３と回転翼２４とを備える。インナーロータ型モータ２３のアウタケースは密閉防水構造で、側面部分にはフィン状のヒートシンクが設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転翼型無人航空機及び放射線量計測システムに関する。

近年注目を浴びているマルチ回転翼型の無人航空機であるドローンは、その機動性の高さから、空中撮影や各種の環境計測、監視等に利用され、様々な技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。

ところで、福島第一原発の事故を受け、放射線汚染の被害がある地域では、除染作業を迅速かつ効率的に行うために局所的に放射線量が高い箇所（いわゆるホットスポット）の調査が急務となっている。しかし、ホットスポットを調査するためには、被害が想定される場所に入って、放射線量を隈無く測定しなければならず、時間とリスクとを強いられる。

特に、ドローンは、自律飛行ができ、人の立ち入りが困難な場所への侵入が安全かつ容易であることから、災害地や危険区域などの空中撮影に広く活用されている。上記のホットスポットの調査においても、ドローンに搭載したγ線検出器（放射線量測定器）による測定の実用化が検討されている。

特開２０１５−２０７１４９号公報

ドローンによるホットスポット調査には次のような課題がある。すなわち、ドローンに搭載されたγ線検出器が１０ｍの上空から１０ｍ四方エリアのγ線量を測定するのに要する時間は、現在の性能で約３分であり、バッテリ搭載型のドローンでは１回の飛行で３エリアしか測定できない。現在導入されているドローンは、雨天時に飛行することができず、調査の進行が天候に大きく左右されるという課題がある。一方、現実的にホットスポット調査に費やせる日程には限りがあり、極力気象条件による影響を排除し、調査を円滑に進行させることができる新たな技術の導入が求められていた。

本発明は、このような状況に鑑みなされたものであって、回転翼型無人航空機を用いて環境計測を行う場合に、雨天等の気象状況であっても計測を行うことができる技術を提供することにある。

本発明の回転翼型無人航空機は、回転翼を駆動するモータがインナーロータ型である。
また、前記モータのアウタケースにヒートシンクが形成されてもよい。
また、外部の給電装置から有線給電されてもよい。
本発明の放射線量分布計測システムは、上記の回転翼型無人航空機と、前記回転翼型無人航空機に搭載された放射線量測定器と、を備える。

本発明によると、回転翼型無人航空機を用いて環境計測を行う場合に、雨天等の気象状況であっても計測を行う技術を実現できる。

本実施形態に係る、放射線量分布計測システムの概略を示す図である。本実施形態に係る、ドローンを示した平面図及び斜視図である。本実施形態に係る、回転翼ユニットの分解斜視図である。本実施形態に係る、ドローンの機能ブロック図である。本実施形態に係る、給電・計測車両の機能ブロック図である。

次に、本発明を実施するための形態（以下、単に「実施形態」という）を、図面を参照して具体的に説明する。

本実施形態の概要は次の通りである。本実施形態では、回転翼型無人航空機であるドローンを用いたホットスポットの調査の実質的な稼働率向上の観点から、ドローンの防水性能を向上させ、雨天時の飛行を可能にする技術を導入する。一般にドローンに使用されているアウターロータ型のモータでは、本体の軽量化および放熱性の観点から、アウタケースに通気開口部が多く形成され、そのアウタケースが回転翼（プロペラ）に直結するロータを兼ねている。すなわち、回転翼ユニットに防水性を完全に犠牲にしたアウターロータ型のモータを使用しているため、既存のドローンは、雨天時に飛行できない。そこで、本実施形態では、回転翼を回転させるモータとして、インナーロータ型のモータを導入することで防水性能を確保する。また、密閉防水構造でロータを格納するアウタケースに放熱構造（ヒートシンク等）を設け、モータの放熱性を確保する。以下、具体的に説明する。

図１は本実施形態に係る放射線量分布計測システム１０の概略を示す図である。放射線量分布計測システム１０は、ドローン２０と給電・計測車両６０とを備える。ドローン２０は、給電・計測車両６０から電源ケーブル５０により有線で電力供給を受けるとともに、γ線検出器４０を搭載し上空１０ｍの位置で地表１０ｍ四方にメッシュ状に設定されたエリアのγ線量を測定する。給電・計測車両６０は、たとえばライトバントラックのような車両で、情報処理装置６１と、給電装置６２と、巻き取り機６３とを備える。

図２はドローン２０を示した図であって、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は斜視図である。ここでは、γ線検出器４０等を搭載する前のドローン２０の本体構成を示している。ドローン２０の本体のペイロードは約３０ｋｇである。

ドローン２０の本体は、例えば、アルミニウム合金や複合材料等のフレームで構成されており、本体フレーム３０と、それから横方向に放射状に延びる６本のアーム３９と、本体フレーム３０の下方向に設けられた一対の脚部３８を備える。各アーム３９の先端には回転翼ユニット２２ａ〜２２ｆが取り付けられている。回転翼ユニット２２ａ〜２２ｆを区別しない場合は、「回転翼ユニット２２」と略する。ドローン２０には、一般には、４つ以上の回転翼ユニット２２が取り付けられる。回転翼ユニット２２の回転径は例えば直径７６０ｍｍである。回転翼ユニット２２の取り付け径（アーム径）は例えば直径１６００ｍｍである。

図３は、回転翼ユニット２２の分解斜視図である。回転翼ユニット２２は、インナーロータ型モータ２３と回転翼２４とを備える。インナーロータ型モータ２３がアーム３９の先端に取り付けられる。

インナーロータ型モータ２３は、外形略円筒形を呈した金属製（例えばアルミニウム合金）のアウタケース３１を有し、天面から出力軸３２が延出している。この出力軸３２に回転翼２４が取り付けられる。

アウタケース３１は防水密閉されており、その内部には、ロータが格納されている。アウタケース３１の側面には、フィン状のヒートシンク３３が縦状に複数設けられている。この構成によって、内部のロータの発熱を適切に放熱しつつ、防水性能を確保することができる。ヒートシンク３３の形状やフィンの数は、インナーロータ型モータ２３の出力、すなわち発熱量に応じて適宜設定されうる。

図４はドローン２０の機能ブロック図である。ここでは、ドローン２０の本体の飛行動作及び搭載される機器に着目して示している。

ドローン２０は、飛行制御装置２１と、回転翼ユニット２２（２２ａ〜２２ｆ）と、ＤＣ−ＤＣコンバータ２５と、通信モジュール２６と、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System:全地球測位システム）モジュール２７と、９軸センサ２８と、カメラ２９と、γ線検出器４０とを備える。

飛行制御装置２１は、いわゆるモーターコントローラであって、各回転翼ユニット２２（インナーロータ型モータ２３）の動作を制御することで、飛行進行方向の制御やホバリングの制御を行う。制御方式として、飛行制御装置２１に予め組み込まれたプログラムにより自律飛行する方式や、給電・計測車両６０からの遠隔操縦する方式がある。ここでは遠隔操縦する方式を想定する。

ＤＣ−ＤＣコンバータ２５は、給電・計測車両６０の給電装置６２から電源ケーブル５０を介して供給される直流高電圧（例えば３００Ｖ以上）の電力を直流低電圧（例えば４８Ｖ）の電力に変換し、電力を必要とするドローン２０の各構成要素へ供給する。

通信モジュール２６は、給電・計測車両６０と通信を行うモジュールである。有線または無線のいずれでもよいが、有線通信の場合、それに用いる情報処理用ケーブルは、電源ケーブル５０と収束した集合ケーブルとすることができる。

ＧＮＳＳモジュール２７は、ＧＰＳ（Global Positioning System）とも呼ばれ、ＧＮＳＳ衛星から送信された電波を受信し、受信した電波に基づいて位置情報を算出する。

９軸センサ２８は、３軸ジャイロと、３軸Ｇセンサと、３軸電子コンパスとを備え、検出結果は飛行制御装置２１が行うドローン２０の飛行制御に用いられる。

カメラ２９は、例えばＣＣＤカメラであって、撮影内容は給電・計測車両６０へ送信される。例えば、給電・計測車両６０から遠隔操作される場合に、ＧＮＳＳの位置情報と共に飛行制御に用いられたり、地表を撮影し測定結果に関連づけられる。

γ線検出器４０は、１０ｍ下の地表１０ｍ四方エリアのγ線量を測定する。測定結果は、通信モジュール２６を介して給電・計測車両６０の情報処理装置６１に送信される。

図５は給電・計測車両６０の機能ブロック図である。給電・計測車両６０は、上述のように、情報処理装置６１と、給電装置６２と、巻き取り機６３と、通信モジュール６４とを備える。

情報処理装置６１は、例えばノートＰＣ（Personal Computer）やそれに接続される周辺機器等で構成されており、ドローン２０と通信を行い、ドローン２０やγ線検出器４０の動作制御を行ったり、γ線検出器４０の測定結果を取得し解析等を行う。

より具体的には、情報処理装置６１は、計測装置６５と、ドローン飛行制御装置６６とを備える。

計測装置６５は、γ線検出器４０を用いた計測、位置情報に紐付いた計測データの解析、計測データの記録管理、計測データの外部出力等の処理を行う。

ドローン飛行制御装置６６は、測定プログラムに従ってドローン２０を所定エリアに誘導飛行させ、その測定位置でホバリングさせながらγ線量測定を行う制御を実行する。

給電装置６２は、いわゆる高圧発電機であって、細くて軽い電源ケーブル５０を介して、ドローン２０に対し電力（高電圧（例えば３００Ｖ以上）×直流小電流）を常時供給する。なお、巻き取り機６３は、ドローン２０と給電・計測車両６０の距離に応じて電源ケーブル５０の導出量を調整する。

通信モジュール６４は、ドローン２０の通信モジュール２６と有線または無線で通信を行う。

以上、本実施形態によると、回転翼ユニット２２のインナーロータ型モータ２３を採用したことで、防水構造の回転翼ユニット２２を実現でき、雨天に左右されることなくγ線量分布の計測が可能となる。また、インナーロータ型モータ２３のアウタケース３１にヒートシンク３３を設けたことで、所望の放熱性能を確保でき、さらに、電源ケーブル５０による有線給電の構成としていることから、給電・計測車両６０と一緒に移動しながらドローン２０を長時間連続して飛行させ広いエリアのγ線量分布を効率よく測定することができる。

以上、本発明を実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、また、そうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

１０放射線量分布計測システム２０ドローン
２１飛行制御装置２２回転翼ユニット
２３、２３ａ〜２３ｆインナーロータ型モータ
２４、２４ａ〜２４ｆ回転翼
２５ＤＣ−ＤＣコンバータ２６通信モジュール
２７ＧＮＳＳモジュール２８９軸センサ
２９カメラ３０本体フレーム
３１アウタケース３２出力軸
３３ヒートシンク３８脚部
３９アーム４０ γ線検出器
５０電源ケーブル６０給電・計測車両
６１情報処理装置６２給電装置
６３巻き取り機６４通信モジュール
６５計測装置６６ドローン飛行制御装置

Claims

回転翼を駆動するモータがインナーロータ型であることを特徴とする回転翼型無人航空機。
前記モータのアウタケースにヒートシンクが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転翼型無人航空機。
外部の給電装置から有線給電されることを特徴とする請求項１または２に記載の回転翼型無人航空機。
請求項１から３までのいずれかに記載の回転翼型無人航空機と、
前記回転翼型無人航空機に搭載された放射線量測定器と、
を備えることを特徴とする放射線量計測システム。