JP2018202958A - 噴射ノズルを備えた無人航空機、およびコンクリート構造物の補修方法 - Google Patents

Abstract

【課題】噴射対象物に噴射材を噴射するための噴射ノズルを備えた無人航空機において、より噴射作業を精度良く行うことができる手段を提供する。【解決手段】無人航空機Ａに設けた噴射ノズル１０の噴射軌跡Ｂの周囲の空間のうち少なくとも一部の空間にエアカーテンＣを生成するエアカーテン生成手段２０を設ける。その他、噴射対象物と無人航空機Ａとの距離や無人航空機Ａの傾きを測定する検知手段３０と、前記検知手段３０の測定値に応じて、異なる発光動作を行う状態表示手段４０を設けてもよい。【選択図】図１

Description

本発明は、噴射対象物に噴射材を噴射するための噴射ノズルを備えた無人航空機、および該無人航空機を用いたコンクリート構造物の補修方法に関する。

近年、建設分野で無人航空機（「ドローン」ともいう。）を用いた種々の技術が開発されている。
例えば、特許文献１には、無人航空機の経路を決定して検査に必要な撮影データを得ることで、安定した飛行を実現する、構造物の状態検査方法が開示されている。
また、特許文献２には、ドローンに搭載したカメラで施工現場を空撮して現況地形を検出する旨の開示がある。

特開２０１７−３７００８号公報 特開２０１７−７１９１６号公報

本願出願人は、上記した背景技術の流れに伴い、コンクリート構造物の補修において、無人航空機から補修剤をコンクリート構造物に噴射する方法を着想したところ、当該着想の実現にあたり、以下に記載する課題のうち少なくとも何れか１つの解決課題を見出した。
（１）噴射材である補修剤の噴射が外部気流によって乱れる。
無人航空機に備えた噴射ノズルから噴射した補修剤の噴射軌跡が、外部気流（風や無人航空機のプロペラ回転による気流など）によって乱れ、意図した箇所への噴射が難しい。
（２）噴射対象物であるコンクリート構造物と無人航空機との離隔距離や無人航空機の姿勢を一定に保つことが難しい。
オペレータは、コンクリート構造物と無人航空機との離隔距離を適切な範囲に調整するように、視認でもって無人航空機を運転するため、無人航空機がオペレータから離れれば離れるほど、視認による離隔調整や姿勢保持が難しくなる。

よって、本発明は、噴射対象物に噴射材を噴射するための噴射ノズルを備えた無人航空機において、より噴射作業を精度良く行うことができる手段の提供を目的とするものである。

上記課題を解決すべくなされた本願の第１発明は、噴射対象物に噴射材を噴射するための噴射ノズルを備えた無人航空機であって、前記噴射ノズルの噴射軌跡の周囲の空間のうち少なくとも一部の空間にエアカーテンを生成する、エアカーテン生成手段を設けたことを特徴とするものである。
また、本願の第２発明は、前記第１発明において、前記エアカーテンが、少なくとも前記噴射軌跡の下方に生成されることを特徴とする。
また、本願の第３発明は、前記第１発明または第２発明において、前記エアカーテンが、少なくとも前記噴射軌跡の全周を囲むように生成されることを特徴とする。
また、本願の第４発明は、噴射対象物に噴射材を噴射するための噴射ノズルを備えた無人航空機であって、噴射対象物と無人航空機との距離を測定する、距離センサと、前記距離センサの測定値に応じて、異なる発光動作を行う、状態表示手段と、を設けたことを特徴とする。
また、本願の第５発明は、噴射対象物に噴射材を噴射するための噴射ノズルを備えた無人航空機であって、無人航空機の傾きを測定する、傾斜センサと、前記傾斜センサの測定値に応じて、異なる発光動作を行う、状態表示手段と、を設けたことを特徴とする。
また、本願の第６発明は、噴射対象物に噴射材を噴射するための噴射ノズルを備えた無人航空機であって、噴射対象物と無人航空機との距離を測定する、距離センサと、無人航空機の傾きを測定する、傾斜センサと、前記距離センサおよび前記傾斜センサの測定値に応じて、異なる発光動作を行う、状態表示手段と、を設けたことを特徴とする。
また、本願の第７発明は、前記第６発明において、前記状態表示手段が、無人航空機の左右方向に配置した２つの発光部からなり、前記発光部は、前記傾斜センサによる左右方向の傾斜角度に応じて、異なる発光動作を行うことを特徴とする。
また、本願の第８発明は、コンクリート構造物の補修方法であって、
前記第１発明乃至第７発明のうち何れかに記載の噴射ノズルを備えた無人航空機から、前記コンクリート構造物に補修剤を吹き付けることを特徴とする。

本願発明によれば以下に記載する効果のうち、少なくとも何れか１つの効果を奏する。
（１）噴射軌跡の乱れを軽減または抑制することができる。
噴射ノズルの噴射軌跡の周囲の空間のうち少なくとも一部の空間にエアカーテンを生成することで、外部気流による噴射材の噴射軌跡の乱れを軽減または抑制することができる。
（２）無人航空機の稼働に起因する気流を遮ることができる。
エアカーテンを少なくとも噴射軌跡の下方に生成することで、特に無人航空機のプロペラ回転から生じる気流を遮ることができる。
（３）あらゆる外部気流を遮ることができる。
エアカーテンを噴射軌跡の全周にわたって生成することで、あらゆる外部気流を遮ることができる。
（４）適正な離隔距離の可否判断が容易となる。
無人航空機に、距離センサと状態表示手段を設けることで、オペレータその他の作業員からの離隔距離の適正の可否判断が容易となる。
（５）適正な保持姿勢の可否判断が容易となる。
無人航空機に、傾斜センサと状態表示手段を設けることで、オペレータその他の作業員からの無人航空機の保持姿勢の可否判断が容易となる。
（６）無人航空機の適正な離隔距離や保持姿勢の可否判断が容易となる。
無人航空機に、距離センサと傾斜センサと状態表示手段を設けることで、オペレータその他の作業員から、適正な離隔距離や保持姿勢の可否判断が容易となる。
（７）姿勢状態の視認性が向上する。
状態表示手段を２つの発光部で構成することで、無人航空機がどちらの方向に傾斜しているかを各発光部の発光動作で示すことができ、無人航空機の姿勢状態の視認性が向上する。
（８）噴射材の均一な噴射を可能とする。
上記した各効果のうち少なくとも何れか１つの効果によって、噴射対象物に、噴射材を均一に噴射することができる。
（９）人の出入りが困難な現場での施工に優れる。
無人航空機を用いることにより、海上の橋梁や、高所作業車の乗り入れや仮設足場の設置が困難な現場などでのコンクリート構造物の補修作業を容易に実施することができる。

本発明に係る無人航空機の側面側概略図。 本発明に係る無人航空機において噴射ノズルおよびエアカーテン生成手段を省略した正面側斜視図。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施例について説明する。

＜１＞全体構成
本実施例に係る無人航空機は、図１に示すように、噴射ノズル１０と、エアカーテン生成手段２０と、検知手段３０と、状態表示手段４０と、を少なくとも具備する。
以下、各構成要素の詳細について説明する。

＜２＞無人航空機
無人航空機Ａは、無人で飛行可能な装置であり、公知のドローンやラジコン機などを用いることができる。
本発明では、特に、ホバリング状態の維持や、該ホバリング状態から水平移動や垂直移動への遷移動作に優れる製品を用いると好ましい。
その他、図１において図示しないが、無人航空機Ａには、後述する噴射ノズル１０から噴出する噴射材を貯蔵しているタンクや、該噴射ノズル１０やエアカーテン生成手段２０に圧縮空気を供給可能なコンプレッサや、噴射ノズル１０の前方を撮影するカメラなどを搭載しておくことができる。

＜３＞噴射ノズル
噴射ノズル１０は、無人航空機Ａの前方に位置する噴射対象物へと噴射材を噴射するための部材である。
噴射ノズル１０は、その噴射軌跡Ｂが無人航空機Ａの周囲へと向くように配置している。

＜４＞エアカーテン生成手段
エアカーテン生成手段２０は、エアカーテンＣを生成するための手段である。
本実施例では、エアカーテン生成手段２０を、無人航空機Ａに搭載したエアノズル２１で構成しており、コンプレッサから送られる圧縮空気をエアノズル２１から放出することで、噴射ノズル１０による噴射材の噴射軌跡Ｂの周囲にエアカーテンＣを生成し、該エアカーテンＣでもって噴射軌跡Ｂ内への外部気流の侵入を妨げることで、噴射した噴射材が外部気流によって飛散してしまうことを軽減する。

＜４．１＞エアカーテンの生成領域の一例
本実施例では、噴射ノズル１０の噴射口に対向するように無人航空機Ａを正面視したとき、前記噴射孔を取り囲むようにエアノズル２１を複数配置し、噴射材の噴射軌跡Ｂを、全周にわたってエアカーテンＣで覆うように構成している。
当該構成によれば、突風や、無人航空機Ａが具備するプロペラの回転による気流など、あらゆる外部気流に対して防御効果を発揮することができる。

なお、前述した、無人航空機Ａが飛行によって生じる気流の影響を軽減・抑制するためには、エアカーテンが、少なくとも噴射材の噴射軌跡の下方に生成されるようにエアノズルの配置設計を行えばよい。

＜５＞検知手段
検知手段３０は、無人航空機Ａの状態を検知するための手段である。
検知手段３０には、無人航空機Ａと、噴射ノズル１０の噴射方向側に位置する噴射対象物との離隔距離を測定可能な距離センサや、無人航空機の姿勢を検知する傾斜センサなどが含まれる。
これらのセンサは、公知製品の無人航空機Ａに新たに設けても良いし、公知製品の無人航空機が予め具備しているセンサを流用してもよい。
また、各センサの取付位置は特段限定しない。
本実施例では、距離センサおよび傾斜センサの両方を備えた検知手段３０を、無人航空機Ａの前方側のフレーム（プロペラガードＡ１）に取り付けている。

＜６＞状態表示手段
状態表示手段４０は、前記検知手段３０による検知状態に応じて、異なる通知動作を行うことで、オペレータやその他の作業員に、無人航空機Ａの状態を知らせるための部材である。
状態表示手段４０による通知動作は、視覚的または聴覚的による手法、もしくはこれらの組合せなどを適宜採用することができる。
また、状態表示手段４０との取付位置は特段限定しないが、オペレータの視覚または聴覚による認識が容易な場所に取り付けておくことが好ましい。

＜６．１＞発光による通知
本実施例では、図２に示すように、状態表示手段４０を左右方向に並設した２つの発光部４１ａ，４１ｂで構成している。
各発光部４１ａ，４１ｂには多色発光式のＬＥＤを用い、以下の表に示す条件で、発光する色を変えるよう構成している。

＜７＞使用例
次に、本実施例に係る無人航空機の使用方法について説明する。
本方法では、老朽化したコンクリート構造物のコンクリート表面に補修剤を吹き付けて行う補修方法において、本実施例に係る無人航空機Ａを用いた場合を想定する。

＜７．１＞吹き付け箇所への移動・吹き付け
まず、オペレータは、補修材を吹き付ける箇所まで無人航空機Ａを飛行させる。
所定の位置に無人航空機Ａが到着した後は、オペレータは、前記発光部４１ａ，４１ｂによる状態表示を確認して、適宜好ましい離隔距離および姿勢を維持したまま無人航空機Ａを水平移動させて一段目の噴射作業を実施する。
このとき、噴射ノズル１０の噴射作業と並行してエアカーテン生成手段２０によるエアカーテンＣの生成を行うことで、外部気流による噴射軌跡Ｂの乱れに伴う補修剤の飛散を防止してより均一な補修剤の吹き付けを実現する。

＜７．２＞吹き付け中の姿勢制御
なお、噴射ノズル１０やエアノズル２１での噴射動作に伴い、無人航空機Ａは、後方へと移動する力が働くものの、元々無人航空機Ａは、ジャイロによって各プロペラの回転数をリアルタイムでコントロールする公知の制御機構を備えているため、無人航空機Ａの位置や姿勢が大きく変動することはない。
また、予め、各ノズルの動作時に生じうる力を計算し、無人航空機Ａの制御機構に組み込んでおけば、無人航空機Ａをより確実に姿勢保持することもできる。

＜７．３＞次段への移動
所定長までドローンを移動させて一段目の吹き付け作業が完了した後は、ドローンを上昇させて二段目の噴射作業を行う。
これらの作業を適宜繰り返して、対象であるコンクリート構造物への補修剤の吹き付け作業を進める。

＜８＞まとめ
このように、本実施例に係る無人航空機によれば、エアカーテンによる噴射材の飛散防止と、距離センサによる噴射対象物との離隔距離の適正化と、傾斜センサによる無人航空機の適切な姿勢制御とでもって、噴射対象物に噴射材を均一に噴射することができる。
また、無人航空機は、使用現場に制約が無いため、海上や、高所作業車の乗り入れや仮設足場の設置が困難な現場などでの使用に適しているため、海上の橋梁などのコンクリート構造物に対する補修作業に最適である。

なお、本発明は、前記した実施例１の構成から、エアカーテン生成手段２０、検知手段３０を構成する各種センサの何れか、および状態表示手段４０のうち少なくとも何れかを省略することもできる。
この場合、省略した構成要素から得られる効果は発揮できないものの、総合的に精度よく噴射作業を実施できる点に変わりはない。

１０ 噴射ノズル
２０ エアカーテン生成手段
２１ エアノズル
３０ 検知手段
４０ 状態表示手段
４１ 発光部
Ａ 無人航空機
Ｂ 噴射軌跡
Ｃ エアカーテン

上記課題を解決すべくなされた本願の第１発明は、噴射対象物に噴射材を噴射するための噴射ノズルを備えた無人航空機であって、前記噴射ノズルの噴射軌跡の周囲の空間のうち少なくとも下方の空間に、前記無人航空機に備えたプロペラの回転から生じる気流を含んだ外部気流の進入を遮るためのエアカーテンを生成する、エアカーテン生成手段を設けたことを特徴とするものである。
また、本願の第２発明は、前記第１発明において、噴射対象物と無人航空機との距離と、無人航空機の姿勢を検知する検知手段と、前記検知手段の検知状態に応じて異なる発光動作を行う、状態表示手段と、をさらに設けたことを特徴とする。
また、本願の第３発明は、前記第２発明において、前記状態表示手段が、無人航空機の左右方向に配置した２つの発光部からなり、前記発光部は、前記無人航空機の検知状態に応じて、それぞれ異なる発光動作を行うことを特徴とする。
また、本願の第４発明は、前記第１発明乃至第３発明のうち何れかにおいて、前記エアカーテンが、少なくとも前記噴射軌跡の全周を囲むように生成されることを特徴とする。
また、本願の第５発明は、コンクリート構造物の補修方法であって、前記第１発明乃至第４発明のうち何れかに記載の噴射ノズルを備えた無人航空機から、前記コンクリート構造物に補修剤を吹き付けることを特徴とする。
また、本願の第６発明は、コンクリート構造物の補修方法であって、前記第２発明乃至第４発明のうち何れかに記載の噴射ノズルを備えた無人航空機から、前記状態表示手段による発光動作でもって、噴射対象物に対する無人航空機の離隔距離および姿勢を確認しながら、前記コンクリート構造物に補修剤を吹き付けることを特徴とする。

上記課題を解決すべくなされた本願の第１発明は、噴射対象物に噴射材を噴射するための噴射ノズルを備えた無人航空機であって、前記噴射ノズルの噴射軌跡の周囲の空間のうち少なくとも下方の空間に、前記無人航空機に備えたプロペラの回転から生じる気流を含んだ外部気流の進入を遮るためのエアカーテンを生成する、エアカーテン生成手段と、噴射対象物と無人航空機との距離と、無人航空機の姿勢を検知する検知手段と、前記検知手段の検知状態に応じて異なる発光動作を行う、状態表示手段と、を設けたことを特徴とするものである。
また、本願の第２発明は、前記第１発明において、前記状態表示手段が、無人航空機の左右方向に配置した２つの発光部からなり、前記発光部は、前記無人航空機の検知状態に応じて、それぞれ異なる発光動作を行うことを特徴とする。
また、本願の第３発明は、前記第１発明または第２発明のうち何れかにおいて、前記エアカーテンが、少なくとも前記噴射軌跡の全周を囲むように生成されることを特徴とする。
また、本願の第４発明は、コンクリート構造物の補修方法であって、前記第１発明乃至第３発明のうち何れかに記載の噴射ノズルを備えた無人航空機から、前記コンクリート構造物に補修剤を吹き付けることを特徴とする。
また、本願の第５発明は、コンクリート構造物の補修方法であって、前記第１発明乃至第３発明のうち何れかに記載の噴射ノズルを備えた無人航空機から、前記状態表示手段による発光動作でもって、噴射対象物に対する無人航空機の離隔距離および姿勢を確認しながら、前記コンクリート構造物に補修剤を吹き付けることを特徴とする。

Claims (8)

1. 噴射対象物に噴射材を噴射するための噴射ノズルを備えた無人航空機であって、
   前記噴射ノズルの噴射軌跡の周囲の空間のうち少なくとも一部の空間にエアカーテンを生成する、エアカーテン生成手段を設けたことを特徴とする、
   噴射ノズルを備えた無人航空機。
2. 前記エアカーテンが、少なくとも前記噴射軌跡の下方に生成されることを特徴とする、
   請求項１に記載の噴射ノズルを備えた無人航空機。
3. 前記エアカーテンが、少なくとも前記噴射軌跡の全周を囲むように生成されることを特徴とする、
   請求項１または２に記載の噴射ノズルを備えた無人航空機。
4. 噴射対象物に噴射材を噴射するための噴射ノズルを備えた無人航空機であって、
   噴射対象物と無人航空機との距離を測定する、距離センサと、
   前記距離センサの測定値に応じて、異なる発光動作を行う、状態表示手段と、
   を設けたことを特徴とする、
   噴射ノズルを備えた無人航空機。
5. 噴射対象物に噴射材を噴射するための噴射ノズルを備えた無人航空機であって、
   無人航空機の傾きを測定する、傾斜センサと、をさらに設け、
   前記傾斜センサの測定値に応じて、異なる発光動作を行う、状態表示手段と、
   を設けたことを特徴とする、
   噴射ノズルを備えた無人航空機。
6. 噴射対象物に噴射材を噴射するための噴射ノズルを備えた無人航空機であって、
   噴射対象物と無人航空機との距離を測定する、距離センサと、
   無人航空機の傾きを測定する、傾斜センサと、
   前記距離センサおよび前記傾斜センサの測定値に応じて、異なる発光動作を行う、状態表示手段と、
   を設けたことを特徴とする、
   噴射ノズルを備えた無人航空機。
7. 前記状態表示手段が、無人航空機の左右方向に配置した２つの発光部からなり、
   前記発光部は、前記傾斜センサによる左右方向の傾斜角度に応じて、異なる発光動作を行うことを特徴とする、
   請求項６に記載の噴射ノズルを備えた無人航空機。
8. コンクリート構造物の補修方法であって、
   請求項１乃至７のうち何れかに記載の噴射ノズルを備えた無人航空機から、前記コンクリート構造物に補修剤を吹き付けることを特徴とする、
   コンクリート構造物の補修方法。

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