JP2019089470A - 被覆材被覆用無人航空機、無人航空機を用いた被覆材の被覆方法 - Google Patents

Abstract

【課題】構造物に対して被覆材を高精度に被覆することが可能な無人航空機を用いた被覆材の被覆方法を提供する。【解決手段】構造物に対して被覆材を無人航空機により被覆する無人航空機を用いた被覆材の被覆方法において、被覆材被覆用無人航空機１を構造物の表面に近接させつつ飛行させ、近接させた構造物の表面に被覆材被覆用無人航空機１に設けられた車輪２９を接触させて走行させつつ、当該表面に対して被覆材を被覆することを特徴とする。【選択図】図７

Description

本発明は、構造物に対して被覆材を被覆するための被覆材被覆用無人航空機、構造物に対して被覆材を無人航空機により被覆する無人航空機を用いた被覆材の被覆方法に関する。

セメントやモルタル等により構成されたコンクリート製の構造物は、経時劣化を起こす場合が多い。特に、このコンクリート製の構造物の経時劣化は、海水に起因する塩害、大気中の炭酸ガス等の各種酸性物質等の周辺環境の影響に基づく。その結果、構造物中には微細な欠陥や隙間が生じ、強度、耐久性、防水性能等が低下し、漏水や中性化等が生じてしまう。従って、これらの影響によるコンクリート構造物の経時劣化を防止するためには、その表面に表面含浸材等の表面含浸材を塗布し、表層部の中に形成された空隙にこの表面含浸材を含浸させ、水密化を図る方法が従来から用いられてきた。

ちなみに、この表面含浸材の例としては、有機材料以外にケイ酸等に代表される無機材料を用いたものがある。そして、このケイ酸系の劣化防止剤としては、ケイ酸ナトリウム等のアルカリケイ酸塩、或いはケイ酸ナトリウム（Ｎａ₂ＳｉＯ₃）のアルカリ成分であるＮａイオンを取り除いたコロイドシリカがある。また表面含浸材には、ケイ酸系以外にシラン系のものもある。

ところで、このような表面含浸材を実際に構造物中に塗布する際には、人手による作業により行っていた。特に構造物が高所にある場合には、足場を架設した上で塗布作業を行わざるを得ず、労力の負担が大きくなるばかりか施工期間が長期化してしまい、さらには施工コストが大きくなってしまうという問題点もあった。

このため、このような構造物への表面含浸材の塗布を人手を介することなく自動的に行うことが可能な技術が従来より望まれていた。その表面含浸材の自動塗布技術として、小型でかつ無人飛行が可能なドローン（マルチコプター）や無人ヘリコプター等を始めとした無人航空機を利用する途が考えられる。このような無人航空機を構造物への表面含浸材の塗布に直接利用する従来技術は特段存在しないが、例えば特許文献１に示すように農薬等の薬液を無人航空機により空中散布する技術が提案されている。このような無人航空機には、薬液を貯留する薬液タンクと、薬液タンク中の薬液を圧送するためのポンプと、ポンプにより圧送されてきた薬液を散布するノズルが実装されている。無人航空機は、散布対象領域となる農作地上に予め飛行経路を設定し、その飛行経路上を飛行しつつノズルから薬液を散布する。

従来の無人航空機は、完全浮遊タイプであることから、風が強い場合において安定した飛行軌道が描けない場合が多く、位置安定性に欠けるという問題点があった。かかる場合においても特許文献１に示すような農薬散布に無人航空機を利用する場合には、薬液を下向きにかつ広範囲に散布すればよいため特段大きな問題にはならないかもしれない。しかし、構造物における垂直面や水平面に表面含浸材を塗布する場合には、完全浮遊タイプの無人航空機では施工精度の悪化を免れることができない問題点があった。

特許第５８９０５６９号公報

そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、構造物に対して被覆材を高精度に被覆することが可能な被覆材被覆用無人航空機、並びに構造物に対して被覆材を無人航空機により高精度に被覆する無人航空機を用いた被覆材の被覆方法を提供することにある。

第１発明に係る被覆材被覆用無人航空機は、構造物に対して被覆材を被覆するための被覆材被覆用無人航空機において、上記構造物の表面に近接させつつ飛行するように制御する飛行制御手段と、上記飛行制御手段により近接させた上記構造物の表面に車輪を接触させて走行させるための走行手段と、上記走行手段により走行させている上記構造物の表面に対して、液体状の上記被覆材を被覆させる被覆手段とを備えることを特徴とする。

第２発明に係る被覆材被覆用無人航空機は、第１発明において、上記被覆手段は、上記被覆材を塗布する塗布手段により構成されていることを特徴とする。

第３発明に係る被覆材被覆用無人航空機は、第２発明において、上記塗布手段は、上記被覆材を塗布するためのローラーを有し、上記ローラーは、上記構造物における垂直面及び水平面に対して上記車輪と共に接触させて走行可能な位置に配置されていることを特徴とする。

第４発明に係る被覆材被覆用無人航空機は、第１発明〜第３発明の何れかにおいて、上記飛行制御手段及び上記走行手段は、上記被覆材の塗布領域に対して設定された経路上を飛行並びに走行するように制御されることを特徴とする。

第５発明に係る被覆材被覆用無人航空機は、第１発明〜第４発明の何れかにおいて、上記飛行制御手段による飛行制御を手動で操作するための操作端末を更に備えることを特徴とする。

第６発明に係る無人航空機を用いた被覆材の被覆方法は、構造物に対して被覆材を無人航空機により被覆する無人航空機を用いた被覆材の被覆方法において、上記無人航空機を上記構造物の表面に近接させつつ飛行させ、上記近接させた構造物の表面に上記無人航空機に設けられた車輪を接触させて走行させつつ、当該表面に対して液体状の上記被覆材を被覆することを特徴とする。

第７発明に係る無人航空機を用いた被覆材の被覆方法は、第６発明において、上記構造物の表面に上記被覆材を上記無人航空機により塗布することにより被覆することを特徴とする。

第８発明に係る無人航空機を用いた被覆材の被覆方法は、第７発明において、被覆材を塗布するためのローラーを上記構造物における垂直面及び水平面に対して上記車輪と共に接触させて走行させることを特徴とする。

第９発明に係る無人航空機を用いた被覆材の被覆方法は、第６発明〜第８発明の何れかにおいて、上記被覆材の塗布領域に対して設定された経路上を上記無人航空機が飛行並びに走行するように制御することを特徴とする。

上述した構成からなる本発明によれば、完全浮遊タイプの無人航空機を介して被覆材を塗布するのではなく、塗布対象の面に車輪を接触させて走行させながら塗布を行う。このため、位置安定性に優れ、風が強い場合においても特段影響を受けることなく被覆材を塗布することが可能となる。このため、本発明によれば、被覆材を構造物に対して塗布する際の施工精度を向上させることができる。また本発明によれば人手を介することなく全て被覆材被覆用無人航空機により自動的に施工が実現できることから、労力の負担を軽減でき、施工期間の短縮化、施工コストの縮減化を図ることが可能となる。

本発明を適用した被覆材被覆用無人航空機の斜視図並びにこれを操縦するための操縦端末の外観構成を示す図である。 本発明を適用した被覆材被覆用無人航空機の平面図である。 本発明を適用した被覆材被覆用無人航空機の側面図である。 タンクからノズルを介してローラーに至るまでの流路構成を示す図である。 制御ユニットの詳細なブロック構成について説明するための図である。 本発明を適用した被覆材被覆用無人航空機の飛行計画の策定例を示す図である。 （ａ）は、垂直面に沿って被覆材被覆用無人航空機を上昇させる例を示す図であり、（ｂ）は、水平面に沿って被覆材被覆用無人航空機を上昇させる例を示す図である。 ローラーの構成を省略し、被覆材をノズルから直接噴霧する例を示す図である。

以下、本発明を適用した被覆材被覆用無人航空機を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明をする。

図１は、本発明を適用した被覆材被覆用無人航空機１の斜視図並びにこれを操縦するための操縦端末２の外観構成を示している。また図２は、被覆材被覆用無人航空機１の平面図であり、図３は被覆材被覆用無人航空機１の側面図である。

被覆材被覆用無人航空機１は、いわゆる小型でかつ無人飛行が可能なドローン（マルチコプター）や無人ヘリコプターであり、ローター１１と、ローター１１を駆動するローター用モーター１２と、先端にローター用モーター１２が取り付けられたモーターステイ１３と、モーターステイ１３の根本に取り付けられた据付器具２０と、据付器具２０を上下から挟持する第１中央プレート１６及び第２中央プレート１７と、この第１中央プレート１６及び第２中央プレート１７の間に設けられた制御ユニット１５及びバッテリー１４とを備えている。

またこの被覆材被覆用無人航空機１は、第１中央プレート１６の下方側に設けられたタンク２４と並びにノズル２３と、第１中央プレート１６から下方に向けて延長する複数本の脚部２６と、平面視で第１中央プレート１６及び第２中央プレート１７の周囲に張り巡らされた骨組２８と、進行方向Ａに向けて前側に設けられた一対の車輪２９ａと、進行方向Ａに向けて後側に設けられた一対の車輪２９ｂと、車輪２９ｂ近傍の骨組２８から斜め上方に向けて延長された管体３０と、管体３０に設けられたローラー３１と、車輪２９を駆動する車輪用モーター３２とを備えている。

ローター１１は、ローター用モーター１２の回転に基づき回転するとともに、被覆材被覆用無人航空機１に対して浮力を与えることができるものである。本実施の形態においては、６基のローター１１を有するヘキサコプターを例にとり説明をするが、これに限定されるものではなく、要求される飛行性能や、故障に対する信頼性、許容されるコスト等に応じて、ローター１１を１基で構成したヘリコプター、ローター１１を３基で構成したトリコプター、ローター１１を４基で構成したクアッドコプター、ローター１１を８基で構成したオクトコプターとして具現化されるものであってもよい。

なお、ローター１１の周囲にはフード４１を配設するようにしてもよい。このフード４１を配設することにより、ローター１１を回転させることによる気流の方向性を制御することが可能となる。

ローター用モーター１２は、ローター１１それぞれに対して設けられており、バッテリー１４からモーターステイ１３を介して供給されてくる電力に基づいて回転動作可能とされている。ローター用モーター１２は、上記の機能を有する限りにおいて限定されず、いかなる市販のものを適用することができる。ローター用モーター１２を回転させることによりローター１１を回転させることができ、被覆材被覆用無人航空機１を即座に垂直方向に向けて上昇させ又は下降させることができ、或いはその場で静止させることも可能となる。また、被覆材被覆用無人航空機１を前後左右に移動させる場合は、進行方向のローター用モーター１２の回転数を下げ、進行方向とは反対側のローター用モーター１２の回転数を上げる。これにより、被覆材被覆用無人航空機１は進行方向に対して前かがみの姿勢となり、進行方向に移動することが可能となる。また、ローター用モーター１２の回転方向による出力の調整を行うことで、被覆材被覆用無人航空機１自体を回転させることも可能となる。これらローター用モーター１２の回転数の制御は、制御ユニット１５を介して行われる。

モーターステイ１３は、第１中央プレート１６及び第２中央プレート１７から互いに異なる方向に向けて延長されている。特に６基のローター１１を有するヘキサコプターで構成する場合、これらをそれぞれ支持するモーターステイ１３は、平面視で互いに約６０°間隔となるように延長されている。このモーターステイ１３は、例えば金属製又は樹脂製、カーボン製、又はその他の材料からなる管体で構成されていてもよい。かかる場合には、このモーターステイ１３の管体内にバッテリー１４からの電力供給のためのケーブルを挿通させることができる。

第１中央プレート１６及び第２中央プレート１７は、互いに金属製又は樹脂製等の板状体で構成されている。この第１中央プレート１６及び第２中央プレート１７は、挟持させる据付器具２０を介して互いに略平行となるように設けられる。第１中央プレート１６には脚部２６を取り付ける上で必要な図示しないネジ孔等が予め設けられている。第２中央プレート１７についても同様に制御ユニット１５を取り付ける上で必要なネジ孔が予め設けられている。

制御ユニット１５は、各種制御に必要な集積回路やデバイスを収容するための筐体で構成されている。この制御ユニット１５は、第２中央プレート１７上に設けられたネジ孔にネジを介して固定される。この制御ユニット１５のブロック構成の詳細は後述する。

バッテリー１４は、制御ユニット１５やローター用モーター１２、車輪用モーター３２を駆動させるために必要な電力を供給するための電池である。またバッテリー１４は、ノズル２３を制御する上で必要な電力も供給する。このバッテリー１４は、着脱自在に構成され、充電が可能な仕様とされていてもよい。

タンク２４は、液体状の被覆材を貯留するためのタンクであり、その材質は樹脂、金属等の材料で構成されている。このタンク２４は、開閉自在に設けられた図示しない蓋を有し、被覆材を注入する場合には図示しない蓋を開け、実際に被覆材を散布する場合には、これが漏れないように図示しない蓋を強固に閉蓋することとなる。

このタンク２４に貯留される被覆材は、例えば表面含浸材や塗料等、構造物の表面を被覆するものであればいかなる材料で構成されていてもよい。中でも表面含浸材は、有機材料以外にケイ酸等に代表される無機材料を用いたものがある。そして、このケイ酸系の劣化防止剤としては、ケイ酸ナトリウム等のアルカリケイ酸塩、或いはケイ酸ナトリウム（Ｎａ₂ＳｉＯ₃）のアルカリ成分であるＮａイオンを取り除いたコロイドシリカがある。また表面含浸材には、ケイ酸系以外にシラン系のものもある。このような表面含浸材を、コンクリート製の構造物中に形成された微細な欠陥や隙間に含浸させることで、コンクリートの経時劣化を防止することができる。

車輪２９は、車輪用モーター３２の回転に基づき回転するとともに、進行方向Ａ又はその進行方向Ａと反対方向に向けて移動推進力を与えることができるものである。車輪２９は、本実施の形態において、進行方向Ａに向けて前後一対の合計４輪で構成されている場合を例にとり説明をするが、これに限定されるものではなく、要求される走行性能や、許容されるコスト等に応じて、少なくとも１輪で構成されているものであれば何輪で構成されていてもよい。

車輪２９は、図３に示すようにその外周が被覆材被覆用無人航空機１本体の最も外側に位置していることが前提となる。即ち、図３に示すように、側面視で最右端、最左端に位置しているのは車輪２９の外周であり、最上端に位置しているのも、車輪２９の上端となる。

車輪用モーター３２は、車輪２９のそれぞれの軸に対して設けられており、バッテリー１４から供給されてくる電力に基づいて回転動作可能とされている。車輪用モーター３２は、上記の機能を有する限りにおいて限定されず、いかなる市販のものを適用することができる。車輪用モーター３２を回転させることにより車輪２９を回転させることができ、被覆材被覆用無人航空機１を即座に進行方向Ａ又はその反対方向に向けて走行させることができる。また回転させていた車輪用モーター３２の回転を停止させることにより、走行中の被覆材被覆用無人航空機１の走行を停止させることが可能となる。また左右一対の車輪用モーター３２のうち何れか一方の駆動を停止させることにより、左右一対の車輪２９の何れかのみを回転させることができることから、走行方向を回転させることが可能となる。また、車輪用モーター３２の出力の調整を行うことで、被覆材被覆用無人航空機１の走行スピードを変化させることができる。

図４は、タンク２４からノズル２３を介してローラー３１に至るまでの流路構成を示している。タンク２４から排出される被覆材は、２つのパイプ３６ａ、３６ｂに分岐して流れる。そしてパイプ３６ａは、ポンプ３５ａへ到達し、パイプ３６ｂは、ポンプ３５ｂへ到達する。ポンプ３５ａからホース３３が連続してノズル２３ａへと連続することとなる。またポンプ３５ｂからホース３３が連続してノズル２３ｂへと連続することとなる。更にノズル２３ａから管体３０が連続してローラー３１ａへと連続することになる。またノズル２３ｂから管体３０が連続してローラー３１ｂへと連続することになる。

ここでポンプ３５ａ、３５ｂは、モーターを動力源としてピストンが往復動することにより被覆材をパイプ３６ａ、３６ｂから吸い込み、ホース３３ひいては各ノズル２３ａ、２３ｂへ吐出する構造のものである。ちなみにポンプ３５ａ、３５ｂは、制御ユニット１５を介して独立に制御可能とされている。例えばポンプ３５ａについては制御ユニット１５から動作命令が送信され、ポンプ３５ｂについては制御ユニット１５から動作命令が送信されなかった場合には、ポンプ３５ａにつながるノズル２３ａのみから被覆材が噴射される一方、ポンプ３５ｂにつながるノズル２３ｂから被覆材の噴射を停止するように制御することができる。なお、上述した例では２つのポンプ３５ａ、３５ｂで構成する場合を例にとり説明をしたが、これに限定されるものではなく、小面積の被覆材の塗布の場合等は、ポンプ３５を一つのみで構成するようにしてもよい。また大面積の被覆材の塗布時には、このポンプ３５を３つ以上で構成してもよい。

またポンプ３５の吐出力を制御することにより、ノズル２３からの被覆材の塗布量を制御することもできる。即ち、ポンプ３５からの被覆材の吐出力を弱くすることでノズル２３からの被覆材の塗布量を低くすることができ、ポンプ３５からの被覆材の吐出力を強くすることでノズル２３からの被覆材の塗布量を増加させることができる。しかもポンプ３５ａ、３５ｂ間で別々にこの吐出力を制御することができるため、ノズル２３ａと、ノズル２３ｂとにつき、互いに独立して散布量を制御することが可能となる。

ノズル２３は、第１中央プレート１６の下側に支持されてなり、接続されたホース３３を介して被覆材が送られてくる。ノズル２３を介して噴出された被覆材は、それぞれ管体３０を介してローラー３１ａ、３１ｂへと送出される。

ローラー３１ａ、３１ｂは、例えばスポンジ等で構成されてなり、管体３０を軸にして回転自在に構成されている。ローラー３１ａ、３１ｂまで送出されてきた被覆材は、この管体３０に形成された小孔を介してローラー３１ａ、３１ｂを構成するスポンジ内に滲出していくことになる。このローラー３１ａ、３１ｂは、自身が回転する過程で、滲出してきた被覆材を塗布することが可能となる。なお、本発明においては、上述した構成からなるタンク２４を省略するようにしてもよい。かかる場合には、タンク２４の代替として被覆材を外部からホース等を介して搬送するようにしてもよい。

次に制御ユニット１５の詳細な構成について説明をする。制御ユニット１５は、図５に示すようにフライトコントローラ５０を中心とし、これに対してそれぞれ接続されている無線通信部５１、電動ジンバル５２、カメラ５３、ＥＳＣ（Electronic Speed Controller）５４とを備えている。なお、この電動ジンバル５２、カメラ５３の構成は必須ではなく、省略するようにしてもよい。

無線通信部５１は、操縦端末２との間で無線通信を行う上で必要な周波数変換やその他各種変換処理を行い、電気信号を電波に変換し、或いは電波を電気信号に変換するアンテナも含まれる。この無線通信部５１は、操縦端末２から送信されてきた電波に重畳されてきた操縦情報を電気信号に変換した上でフライトコントローラ５０へ出力する。その結果、操縦端末２からの操縦情報に基づいたフライトコントローラ５０の制御が実現されることとなる。またこの無線通信部５１は、フライトコントローラ５０から送られてきたデータを電波に変換して操縦端末２に送信する。なお、可能であれば、これらデータをインターネット網等を始めとした公衆通信網へ送信するようにしてもよい。なお、この無線通信部５１は、公衆通信網から各種情報を無線通信を通じて取得し、これをフライトコントローラ５０へ送信するようにしてもよい。

フライトコントローラ５０は、制御部５７と、この制御部５７に接続されている飛行制御センサ群５５及びＧＮＳＳ（Global Navigation Satelite System）受信部５６とを備えている。

制御部５７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１１と、このＣＰＵ１１１に対してそれぞれ接続されているメモリ１１２、ＰＷＭコントローラ１１３とを有している。この制御部５７は、ポンプ３５、ノズル２３に接続されている。

メモリ１１２は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ(Random Access Memory)として具現化される記憶手段である。ＲＯＭは、制御ユニット１５全体のハードウェア資源を制御するためのプログラムが格納されている。またＲＡＭは、データの蓄積や展開等に使用する作業領域として使用され、制御ユニット１５全体のハードウェア資源を制御するときの各種命令を一時的に記憶する。

ＣＰＵ１１１は、全ての構成要素を制御するためのいわゆる中央演算ユニットである。このＣＰＵ１１１は、メモリ１１２に記憶されているプログラムを読み出して各種動作を行うための命令を各構成要素に対して通知する。例えばメモリ１１２に記憶されているプログラムが被覆材被覆用無人航空機１の飛行経路の決定方法や飛行方法、走行方向に関するものであれば、これに基づいて飛行するための各種命令を静止して各構成要素に送信する。また、メモリ１１２に記憶されているプログラムが被覆材被覆用無人航空機１による表面含浸剤の塗布方法に関するものであれば、これに基づいて表面含浸剤を塗布するための各種命令を生成して各構成要素に送信する。

またＣＰＵ１１１は、無線通信部５１から送られてきた操縦情報やその他の情報に基づいて各種命令を生成して各構成要素に送信する。またＣＰＵ１１１は、飛行制御センサ群５５から送られてきたデータやＧＮＳＳ受信部５６から送られてきた被覆材被覆用無人航空機１の現在位置情報に基づいて各構成要素を制御する。さらにＣＰＵ１１１は、接続されたポンプ３５、ノズル２３を制御するための電気的な信号を生成し、送信する。ＣＰＵ１１１は、電動ジンバル５２、カメラ５３をそれぞれ制御するとともに、ＰＷＭコントローラ１１３に対しても必要な命令を送信する。

ＰＷＭコントローラ１１３は、ＣＰＵ１１１による制御の下、ＥＳＣ５４を介してローター用モーター１２、車輪用モーター３２の回転数、回転速度等を制御する。

飛行制御センサ群５５は、少なくとも加速度センサ、角速度センサ、気圧センサ（高度センサ）、地磁気センサ（方位センサ）に加え、飛行高度を検出するための高度計、風速や風向を検出するための風向風速計、機体の傾斜角度や傾斜方向を検出するための加速度センサ、ジャイロセンサ等を始めとした各種センサで構成されている。ちなみに飛行制御センサ群５５は、これらのセンサが全て実装されている場合に限定されるものではない。例えば加速度センサ、角速度センサから被覆材被覆用無人航空機１の飛行速度を検知することができる。またジャイロセンサや加速度センサ、角速度センサから被覆材被覆用無人航空機１の傾き方向や傾き角度を検知することができる。また風向風速計から被覆材被覆用無人航空機１の飛行時においてその場において吹く風の風向、風速をリアルタイムに検知することが可能となる。高度計から被覆材被覆用無人航空機１の飛行高度をリアルタイムに検知することが可能となる。飛行制御センサ群５５は、検知した各データを制御部５７へ送信する。

ＧＮＳＳ受信部５６は、人工衛星から送られてくる衛星測位信号に基づいて被覆材被覆用無人航空機１の飛行時における現時点の位置情報をリアルタイムに取得する。ＧＮＳＳ受信部５６は、取得した位置情報を制御部５７へ送信する。

電動ジンバル５２は、カメラ５３が載置される回転台である。この電動ジンバル５２は、制御部５７におけるＣＰＵ１１１による制御の下で回転自在に構成されている。この電動ジンバル５２を回転させることによりカメラ５３の撮影方向を変化させることができる。電動ジンバル５２は、被覆材被覆用無人航空機１からの揺動がカメラ５３に伝達しないようにするための振動吸収機構が設けられていてもよい。

カメラ５３は、電動ジンバル５２の回転に基づいて定められた撮影方向の被写体を撮像する。カメラ５３の撮像タイミングは、ＣＰＵ１１１により制御されることとなる。カメラ５３は撮影した画像を制御部５７へ送信する。この制御部５７へ送信された画像は、ＣＰＵ１１１による制御の下でメモリ１１２に記憶される他、必要に応じて無線通信部５１を介して公衆通信網へと送られる場合もある。

なお上述した構成要素のうち、フライトコントローラ５０、電動ジンバル５２、カメラ５３、ＥＳＣ５４は何れもバッテリー１４に接続されており、電力が供給される。

操縦端末２は、例えばＰＣ（パーソナルコンピューター）、携帯端末、スマートフォン、タブレット型端末、ウェアラブル端末等の無線通信可能な端末装置で構成されているが、これに限定されるものではなく、専用のコントローラーにより具現化されるものであってもよい。操縦端末２は、ユーザが実際に所望の操作を行うためのユーザＩ／Ｆ６と、このユーザＩ／Ｆ６に接続された無線通信部７とを備えている。

ユーザＩ／Ｆ６は、被覆材被覆用無人航空機１を操縦するための操縦情報を入力するためのタッチパネル、ボタン、レバー等で構成されている。またこのユーザＩ／Ｆ６は、ユーザに対して各種情報を表示するための液晶パネル等も含まれる。ユーザＩ／Ｆ６は、入力された操縦情報を無線通信部７へ送信する。またユーザＩ／Ｆ６は、無線通信部７が受信した各種情報が送信された場合には、必要に応じてこれを液晶パネル等を介してユーザに表示する。

無線通信部７は、被覆材被覆用無人航空機１との間で無線通信を行う上で必要な周波数変換やその他各種変換処理を行い、電気信号を電波に変換し、或いは電波を電気信号に変換するアンテナも含まれる。この無線通信部７は、被覆材被覆用無人航空機１から送信されてきた情報や、公衆通信網から送られてきた情報をユーザＩ／Ｆ６へ出力する。また無線通信部７はユーザＩ／Ｆ６から送られてきた操縦情報を電波に変換し、被覆材被覆用無人航空機１へ送信する。

次に上述した構成からなる被覆材被覆用無人航空機１の動作について説明をする。

先ず被覆材被覆用無人航空機１は、表面含浸剤を塗布するための塗布対象領域に関する情報の入力を受け付ける。この塗布対象領域に関する情報は、被覆材を実際に散布する構造物の図面に関する情報等である。ここでいう構造物とは、あらゆる建築構造物に加え、橋梁やトンネル、道路等に代用されるあらゆる土木構造物も含まれる。このユーザ自身がこの塗布対象領域を入力する場合には、操縦端末２におけるユーザＩ／Ｆ６を介して入力操作を行う。この入力された塗布対象領域は、無線通信部７を介して被覆材被覆用無人航空機１における無線通信部５１に送信される。フライトコントローラ５０における制御部５７は、この塗布対象領域を取得し、必要に応じてこれをメモリ１１２に格納する。

次にＣＰＵ１１１は、この塗布対象領域に対して、実際に飛行計画を策定する。この飛行計画の策定については、メモリ１１２に記憶された飛行計画策定プログラムを読み出して実行する。なお、飛行計画の策定は、メモリ１１２からの読み出しに基づく場合に限定されるものではなく、ユーザＩ／Ｆ６からの入力情報に基づくものであってもよい。かかる場合には、ユーザＩ／Ｆ６から飛行計画に関する入力情報を受け付ける都度、この被覆材被覆用無人航空機１の制御部５７へ送信するようにしてもよい。

図６は、飛行計画の策定例を示している。ＣＰＵ１１１は、橋梁１３１の橋脚を構成する垂直面１３２や天井を構成する水平面１３３等からなる塗布対象領域に対して、矢印で示すような被覆材被覆用無人航空機１の飛行経路についての飛行計画を策定する。仮にこの飛行経路は、垂直面１３２ａを塗布するべく被覆材被覆用無人航空機１を垂直面１３２ａに沿って上昇させ、次に水平面１３３を塗布するべく被覆材被覆用無人航空機１を水平面１３３に沿って水平方向に移動させ、更に垂直面１３２ｂを塗布するべく被覆材被覆用無人航空機１を垂直面１３２ｂに沿って下降させる。この飛行経路は、ＣＰＵ１１１により自動設定するようにしてもよいが、これ自体をユーザがマニュアルで入力するようにしても良いことは勿論である。

設定されたＣＰＵ１１１に基づいて被覆材被覆用無人航空機１を飛行させるための制御をＰＷＭコントローラ１１３に対して行う。ＰＷＭコントローラ１１３は、このＣＰＵ１１１による制御の下でＥＳＣ５４を介してローター用モーター１２の回転数、回転速度、回転方向等を制御することにより、図６に示す飛行経路上を飛行させる。

図７（ａ）は、この垂直面１３２ａに沿って被覆材被覆用無人航空機１を上昇させる例を示している。ＣＰＵ１１１は、橋梁１３１の垂直面１３２ａに近接させつつ飛行するように制御し、この近接させた垂直面１３２ａに車輪２９ｂを接触させる。上述したように被覆材被覆用無人航空機１の最左端に位置しているのは車輪２９ｂの外周であることから、垂直面１３２ａに被覆材被覆用無人航空機１を近接させると、この車輪２９ｂの外周を接触させることが可能となる。また管体３０は、車輪２９ｂに対して斜め外側上方に向けて延長されていることから、車輪２９ｂを垂直面１３２ａに接触させることにより、その管体３０の先に取り付けられているローラー３１も、垂直面１３２ａに接触させることが可能となる。即ち、垂直面１３２ａには車輪２９ｂとローラー３１の双方が接触された状態となる。

この状態で飛行経路に基づき被覆材被覆用無人航空機１を上方に向けて浮上させるように制御する。かかる場合には、フライトコントローラ５０による制御の下で、ローター用モーター１２を回転させることにより機体を上方に向けて浮上させるとともに、車輪用モーター３２を回転させることにより車輪２９ｂを回転させることで、車輪２９ｂを垂直面１３２ａに接触させることで上方に向けて走行させる。車輪２９ｂを垂直面１３２ａ上にて走行させることにより、同じくこの垂直面１３２ａに接触しているローラー３１も同様に垂直面１３２ａ上にて走行することとなる。

このようにして、車輪２９ｂ並びにローラー３１により被覆材被覆用無人航空機１を上方に向けて走行させる過程りで、制御部５７は、ポンプ３５に対して動作命令を送信し、ポンプによる被覆材の吐出を行わせる。その結果、タンク２４に貯留されている被覆材は、ポンプ３５によりノズル２３まで送られる。そしてこのノズル２３に送られた被覆材は、管体３０を介してローラー３１まで送出されることとなる。その結果、この被覆材は、ローラー３１がこの垂直面１３２ａを走行する過程で当該ローラー３１から滲出されてくることになる。更にこの滲出した表面含浸財は、垂直面１３２ａに付着するとともに走行するローラー３１により垂直面１３２ａに塗布されることになる。

このとき、この管体３０を垂直面１３２ａに向けて押圧するように予めスプリング等を介して付勢させておくことにより、ローラー３１による垂直面１３２ａへの密着性を高めることができ、効率的な塗布を実現できる。

従って、このローラー３１を垂直面１３２ａに対して上方に向けて走行させながら、当該ローラー３１を介して被覆材を塗布し続けることが可能となる。

図７（ｂ）は、この水平面１３３に沿って被覆材被覆用無人航空機１を水平移動させる例を示している。ＣＰＵ１１１は、橋梁１３１の水平面１３３に近接させつつ飛行するように制御し、この近接させた水平面１３３に車輪２９を接触させる。上述したように被覆材被覆用無人航空機１の上端に位置しているのは車輪２９の外周であることから、水平面１３３に被覆材被覆用無人航空機１を近接させると、この車輪２９の外周を接触させることが可能となる。また管体３０は、車輪２９に対して斜め外側上方に向けて延長されていることから、車輪２９を水平面１３３に接触させることにより、その管体３０の先に取り付けられているローラー３１も、水平面１３３に接触させることが可能となる。即ち、水平面１３３には車輪２９とローラー３１の双方が接触された状態となる。

この状態で飛行経路に基づき被覆材被覆用無人航空機１の浮上を保持するように制御する。かかる場合には、フライトコントローラ５０による制御の下で、ローター用モーター１２を回転させることにより機体を飛行高さが一定となるように制御する。また同時に車輪用モーター３２を回転させることにより車輪２９を回転させることで、車輪２９を水平面１３３に接触させつつ進行方向Ａに向けて走行させる。車輪２９を水平面１３３上にて走行させることにより、同じくこの水平面１３３に接触しているローラー３１も同様に水平面１３３上にて走行することとなる。

この水平面１３３上を被覆する際において、ローター１１の負圧を利用し、あたかも水平面１３３上の張り付かせるように動作させるようにしてもよい。即ち、ローター１１を回転させ続けることにより水平面１３３に対して負圧を発生させ続けることでフード４１を水平面１３３にあたかも張り付いているような状態とすることが可能となる。この状態で被覆材の塗布を行うことにより、ローラ３１の水平面１３３に対する接触圧を高くすることができる。

このとき、この管体３０を水平面１３３に向けて押圧するように予めスプリング等を介して付勢させておくことにより、ローラー３１による水平面１３３への密着性を高めることができ、効率的な塗布を実現できる。

このようにして、車輪２９並びにローラー３１により被覆材被覆用無人航空機１を進行方向Ａに向けて走行させる過程で、制御部５７は、ポンプ３５に対して動作命令を送信し、ポンプによる被覆材の吐出を行わせる。その結果、タンク２４に貯留されている被覆材は、ポンプ３５によりノズル２３まで送られる。そしてこのノズル２３に送られた被覆材は、管体３０を介してローラー３１まで送出されることとなる。その結果、この被覆材は、ローラー３１がこの水平面１３３を走行する過程で当該ローラー３１から滲出されてくることになる。更にこの滲出した被覆材は、水平面１３３に付着するとともに走行するローラー３１により水平面１３３に塗布されることになる。

従って、このローラー３１を水平面１３３に対して進行方向Ａに向けて走行させながら、当該ローラー３１を介して被覆材を塗布し続けることが可能となる。

同様に垂直面１３２ｂについても被覆材を塗布する場合には、被覆材被覆用無人航空機１の進行方向Ａの向きを１８０°回転させ、車輪２９ｂ並びにローラー３１を垂直面１３２ｂに接触させた状態で下降させながら塗布を行うことになる。

上述した方法からなる本発明によれば、完全浮遊タイプの無人航空機を介して被覆材を塗布するのではなく、塗布対象の面に車輪２９を接触させて走行させながら塗布を行う。このため、位置安定性に優れ、風が強い場合においても特段影響を受けることなく被覆材を塗布することが可能となる。このため、本発明によれば、被覆材を構造物に対して塗布する際の施工精度を向上させることができる。また本発明によれば人手を介することなく全て被覆材被覆用無人航空機１により自動的に施工が実現できることから、労力の負担を軽減でき、施工期間の短縮化、施工コストの縮減化を図ることが可能となる。

なお本発明では、構造物の橋梁１３１について水平面１３３、垂直面１３２以外のアーチ状の曲面や、凹凸を有する面、その他構造物のあらゆる形状に対して同様の方法により被覆材を塗布することが可能となる。

また被覆材被覆用無人航空機１は、バッテリー１４に基づいて動作し、操縦端末２を介して無線通信により制御される場合を前提として説明をしたが、これに限定されるものではなく、有線通信を通じて制御されるものであってもよい。かかる場合には、バッテリー１４を省略し、有線を通じて外部電源から電力が供給されるものであってもよい。

また、上述した実施の形態では、あくまで被覆材をローラー３１を介して構造物の表面に塗布する場合を例にとり説明をしたが、これに限定されるものではない。例えば図８に示すように、ローラー３１の構成を省略し、被覆材をノズル２３から直接噴霧するようにしてもよい。かかる場合には、そのノズル２３の位置は車輪２９の走行位置の近傍に配置され、車輪２９を走行させる過程でノズル２３から被覆材を噴霧する形態となる。即ち、本発明によれば、被覆材被覆用無人航空機１により被覆材を構造物に被覆するものであれば、他のいかなる構成で実行するようにしてもよい。

１ 被覆材被覆用無人航空機
７ 無線通信部
１１ ローター
１２ ローター用モーター
１３ モーターステイ
１４ バッテリー
１５ 制御ユニット
１６ 中央プレート
１７ 中央プレート
２０ 据付器具
２３ ノズル
２４ タンク
２６ 脚部
２８ 骨組
２９ 車輪
３０ 管体
３１ ローラー
３２ 車輪用モーター
３３ ホース
３５ ポンプ
３６ パイプ
４１ フード
５０ フライトコントローラ
５１ 無線通信部
５２ 電動ジンバル
５３ カメラ
５５ 飛行制御センサ群
５６ ＧＮＳＳ受信部
５７ 制御部
１１２ メモリ
１１３ コントローラ
１３１ 橋梁
１３２ 垂直面
１３３ 水平面

Claims (9)

1. 構造物に対して被覆材を被覆するための被覆材被覆用無人航空機において、
   上記構造物の表面に近接させつつ飛行するように制御する飛行制御手段と、
   上記飛行制御手段により近接させた上記構造物の表面に車輪を接触させて走行させるための走行手段と、
   上記走行手段により走行させている上記構造物の表面に対して、液体状の上記被覆材を被覆させる被覆手段とを備えること
   を特徴とする被覆材被覆用無人航空機。
2. 上記被覆手段は、上記被覆材を塗布する塗布手段により構成されていること
   を特徴とする請求項１記載の被覆材被覆用無人航空機。
3. 上記塗布手段は、上記被覆材を塗布するためのローラーを有し、
   上記ローラーは、上記構造物における垂直面及び水平面に対して上記車輪と共に接触させて走行可能な位置に配置されていること
   を特徴とする請求項２記載の被覆材被覆用無人航空機。
4. 上記飛行制御手段及び上記走行手段は、上記被覆材の塗布領域に対して設定された経路上を飛行並びに走行するように制御されること
   を特徴とする請求項１〜３のうち何れか１項記載の被覆材被覆用無人航空機。
5. 上記飛行制御手段による飛行制御を手動で操作するための操作端末を更に備えること
   を特徴とする請求項１〜４のうち何れか１項記載の被覆材被覆用無人航空機。
6. 構造物に対して被覆材を無人航空機により被覆する無人航空機を用いた被覆材の被覆方法において、
   上記無人航空機を上記構造物の表面に近接させつつ飛行させ、
   上記近接させた構造物の表面に上記無人航空機に設けられた車輪を接触させて走行させつつ、当該表面に対して液体状の上記被覆材を被覆すること
   を特徴とする無人航空機を用いた被覆材の被覆方法。
7. 上記構造物の表面に上記被覆材を上記無人航空機により塗布することにより被覆すること
   を特徴とする請求項６記載の無人航空機を用いた被覆材の被覆方法。
8. 被覆材を塗布するためのローラーを上記構造物における垂直面及び水平面に対して上記車輪と共に接触させて走行させること
   を特徴とする請求項７記載の無人航空機を用いた被覆材の被覆方法。
9. 上記被覆材の塗布領域に対して設定された経路上を上記無人航空機が飛行並びに走行するように制御すること
   を特徴とする請求項６〜８のうち何れか１項記載の無人航空機を用いた被覆材の被覆方法。

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