JP2020138640A - Structure inspection device using unmanned flight body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無人飛行体、いわゆるドローンを用いた構造物検査装置に関する。 The present invention relates to a structure inspection device using an unmanned aerial vehicle, a so-called drone.
橋梁や橋脚などの構造物は、定期的に、目視などによって検査することが義務づけられている。構造物の側壁部分の検査などの場合、作業員が命綱をつけて構造物から下降し、構造物にひび割れなどの劣化が生じていないかを確認し、劣化が生じている場合は劣化部分を写真撮影している。このような検査作業は非常に危険であり、且つ、検査に時間がかかる。また、土木技術の発展により、構造物の大型化により、構造物の検査対象箇所はより高高度化する傾向にあるため、人による目視検査の危険性はますます高くなっている。また、橋梁の下側部分など、オーバーハングした箇所を検査する場合は、足場を組む必要があり、検査コストが問題となる。 Structures such as bridges and piers are required to be inspected by visual inspection on a regular basis. In the case of inspection of the side wall of the structure, the worker attaches a lifeline and descends from the structure to check if the structure has deteriorated such as cracks, and if it has deteriorated, check the deteriorated part. I'm taking a picture. Such inspection work is extremely dangerous and the inspection takes time. In addition, due to the development of civil engineering technology, the size of the structure is increasing, and the inspection target part of the structure tends to be higher in altitude, so that the risk of visual inspection by humans is becoming higher and higher. In addition, when inspecting an overhanging part such as the lower part of a bridge, it is necessary to build a scaffolding, and the inspection cost becomes a problem.
一方、ドローンとして市販されている無人飛行体には撮像装置が標準的に装備されている。そこで、このような無人飛行体を用いて構造物の細部を写真撮影し、劣化の有無を確認する検査方法が考えられる。ところが、市販の無人飛行体は、内蔵二次電池から供給される電力によってプロペラを駆動したり、撮像装置を駆動しているため、一回の充電での飛行可能時間はせいぜい２０〜３０分程度である。一つの構造物を検査するためには、繰り返し何回も無人飛行体を飛行させなければならないが、飛行を中断した箇所に無人飛行体を正確に戻すことが非常に困難であり、検査漏れが生じる虞があり、現実的ではない。また、人工島などに架けられる架橋の下は海上であったり、高速道路などに架けられる架橋の下は深い谷であったりするので、構造物の下側から無人飛行体を飛行させて構造物の検査を行なうことは非常に困難である。 On the other hand, unmanned aerial vehicles commercially available as drones are equipped with an imaging device as standard equipment. Therefore, an inspection method can be considered in which the details of the structure are photographed using such an unmanned aerial vehicle to confirm the presence or absence of deterioration. However, since commercially available unmanned aerial vehicles drive propellers and image pickup devices by the electric power supplied from the built-in secondary battery, the flight time on a single charge is about 20 to 30 minutes at most. Is. In order to inspect one structure, it is necessary to fly the unmanned aerial vehicle many times repeatedly, but it is very difficult to accurately return the unmanned aerial vehicle to the place where the flight was interrupted, and the inspection omission It may occur and is not realistic. In addition, there are seas under the bridges over artificial islands, and deep valleys under the bridges over highways, so unmanned aerial vehicles are flown from under the structure to the structure. It is very difficult to carry out the inspection.
一方で、例えば特許文献１や特許文献２には、ビルディングの屋上や橋梁などの構造物から水平にクレーンのアームを伸ばし、アームからケーブルを介してドローンなどの無人飛行体を吊り下げて構造物の検査を行なうことが提案されている。特許文献１では、アームから吊り下げた給電ケーブルが無人飛行体のプロペラに接触して飛行不能になるのを防止するために、ケーブルの引き出し長さを調節している。しかしながら、特許文献１には、ケーブルを介して無人飛行体に電力を供給する点に関しては言及がなく、むしろケーブルを信号線として使用し、無人飛行体の制御を行なうことが提案されている。また、特許文献２では、無人飛行体の飛行高度が一定となるように、無人飛行体の水平方向への移動に伴ってワイヤーの繰り出し量を調節している。そして、ケーブルを介して無人飛行体に電力を供給させてもよいことが提案されている。しかしながら、特許文献２には、ケーブルを介して電力を供給する場合のケーブルの絶縁被覆の劣化や芯線の断線など、実用化に向けて解決しなければならない課題に関しては言及がなく、あくまでもアイデアの１つとして提案されているにすぎない。 On the other hand, for example, in Patent Document 1 and Patent Document 2, an arm of a crane is extended horizontally from a structure such as a building roof or a bridge, and an unmanned aerial vehicle such as a drone is suspended from the arm via a cable. It is proposed to carry out the inspection of. In Patent Document 1, the pull-out length of the cable is adjusted in order to prevent the power supply cable suspended from the arm from coming into contact with the propeller of the unmanned aerial vehicle and becoming incapable of flying. However, Patent Document 1 does not mention the point of supplying electric power to the unmanned aerial vehicle via the cable, but rather it is proposed to use the cable as a signal line to control the unmanned aerial vehicle. Further, in Patent Document 2, the amount of wire feeding is adjusted as the unmanned aerial vehicle moves in the horizontal direction so that the flight altitude of the unmanned aerial vehicle becomes constant. Then, it is proposed that the unmanned aerial vehicle may be supplied with electric power via a cable. However, Patent Document 2 does not mention problems that must be solved for practical use, such as deterioration of the insulation coating of the cable and disconnection of the core wire when power is supplied via the cable, and is merely an idea. It is only proposed as one.
特許文献３では、無人飛行体が制御不能になったとしても、無人飛行体の墜落を防止するために、無人飛行体の中心部に穴を設け、その穴に係留索を貫通させている。無人飛行体は、基本的に係留索に対して垂直方向にしか移動できず、水平方向の移動は係留索を吊り下げるアームを旋回させることによって行なわれる。また、係留索はおもりによって垂直方向に垂れ下がっているだけであり、係留索を介して無人飛行体に電力を供給することはできない。特許文献４には、複数の無人飛行体を同時に飛行させ、地上に設置された電源から、給電ケーブルを介して中継用無人飛行体に電力を供給し、さらに、中継用無人飛行体から別の給電ケーブルを介して写真撮影を行なう撮影用無人飛行体に電力を供給することが提案されている。 In Patent Document 3, even if the unmanned aerial vehicle becomes uncontrollable, in order to prevent the unmanned aerial vehicle from crashing, a hole is provided in the center of the unmanned aerial vehicle, and a mooring line is penetrated through the hole. The unmanned aerial vehicle can basically move only in the direction perpendicular to the mooring line, and the horizontal movement is performed by turning the arm that suspends the mooring line. In addition, the mooring line only hangs vertically due to the weight, and power cannot be supplied to the unmanned aerial vehicle through the mooring line. In Patent Document 4, a plurality of unmanned aerial vehicles are simultaneously flown, power is supplied to the relay unmanned aerial vehicle from a power source installed on the ground via a power supply cable, and further, another from the relay unmanned aerial vehicle. It has been proposed to power an unmanned aerial vehicle for photography that takes pictures via a power cable.
これら特許文献２又は４に記載された方法によれば、給電ケーブルを介して無人飛行体に電力を供給することができるため、無人飛行体の飛行可能時間が大幅に拡大され、内蔵二次電池から無人飛行体に電力を供給する場合と比較して構造物の検査に適している。しかしながら、特許文献２に記載された方法では、アームを備えたクレーンが構造物に固定されており、移動性がなく、汎用的な構造物検査装置として実用化するには様々な課題を解決する必要がある。また、特許文献４に記載された方法では、複数の無人飛行体を同時に飛行させなければならず、且つ、これら複数の無人飛行体の間に給電ケーブルが接続されているため、給電ケーブルが無人飛行体のプロペラや飛行ルートの周囲に存在する障害物などと干渉させることなく、複数の無人飛行体を同時に遠隔操縦することは非常に困難である。さらに、何れの場合も、ケーブルの絶縁被覆の劣化や芯線の断線など、実用化に向けて解決しなければならない課題は解決されていない。 According to the methods described in Patent Documents 2 or 4, since electric power can be supplied to the unmanned vehicle via the power supply cable, the flight time of the unmanned vehicle is greatly extended, and the built-in secondary battery is used. It is more suitable for inspecting structures than when powering an unmanned air vehicle. However, in the method described in Patent Document 2, a crane provided with an arm is fixed to a structure, has no mobility, and solves various problems for practical use as a general-purpose structure inspection device. There is a need. Further, in the method described in Patent Document 4, since a plurality of unmanned aerial vehicles must be flown at the same time and a power supply cable is connected between the plurality of unmanned aerial vehicles, the power supply cable is unmanned. It is very difficult to remotely control multiple unmanned aerial vehicles at the same time without interfering with the propellers of the aircraft or obstacles around the flight route. Further, in any case, problems that must be solved for practical use, such as deterioration of the insulation coating of the cable and disconnection of the core wire, have not been solved.
本発明は、上記従来例の問題を解決するためになされたものであり、移動が容易であり、給電ケーブルを介して無人飛行体に電力の供給が可能であり、無人飛行体の長時間の連続飛行が可能な、様々な構造物の検査に適する汎用性の高い構造物検査装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, is easy to move, can supply electric power to the unmanned aerial vehicle via a power supply cable, and can supply electric power to the unmanned aerial vehicle for a long time. It is an object of the present invention to provide a highly versatile structure inspection device suitable for inspection of various structures capable of continuous flight.
上記目的を達成するために、本発明に係る無人飛行体を用いた構造物検査装置は、
撮像装置を備え、遠隔操縦される無人飛行体と、前記無人飛行体に給電ケーブルを介して電力を供給する地上支援車とを備え、
前記地上支援車は、
前記給電ケーブルの引き出し及び巻き取りを行なう自動巻き取り装置と、
前記給電ケーブルを介して前記無人飛行体に電力を供給するための電源装置と、
垂直面内で起伏可能であり、水平面内で旋回可能であり、伸縮可能なアームと、
前記自動巻き取り装置の近傍及び前記アームの先端部近傍に設けられ、前記給電ケーブルの引き出し及び巻き取りの際に前記給電ケーブルをガイドするガイド部材と、
を備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the structure inspection device using the unmanned aerial vehicle according to the present invention is
It is equipped with an image pickup device, an unmanned aerial vehicle that is remotely controlled, and a ground support vehicle that supplies power to the unmanned aerial vehicle via a power supply cable.
The ground support vehicle
An automatic winding device that pulls out and winds the power supply cable, and
A power supply device for supplying electric power to the unmanned aerial vehicle via the power supply cable, and
With an arm that can be undulated in a vertical plane, swiveled in a horizontal plane, and stretchable,
A guide member provided near the automatic winding device and near the tip of the arm to guide the power feeding cable when the power feeding cable is pulled out and wound up.
It is characterized by being equipped with.
前記ガイド部材は、前記給電ケーブルの絶縁被覆に接触し、前記給電ケーブルの引き出し及び巻き取りに伴って回転するガイドローラであってもよい。 The guide member may be a guide roller that comes into contact with the insulating coating of the power feeding cable and rotates as the power feeding cable is pulled out and wound up.
または、前記開口の近傍に設けられたガイド部材は、表面が鏡面に仕上げられ、水平断面が環状であり、垂直断面が円形、楕円形、半円形又は放物線形のリング部材であってもよい。 Alternatively, the guide member provided in the vicinity of the opening may be a ring member having a mirror-finished surface, an annular horizontal cross section, and a circular, elliptical, semicircular or parabolic vertical cross section.
また、前記開口の近傍に設けられたガイド部材は、前記アームと共に水平面内で旋回してもよい。 Further, the guide member provided in the vicinity of the opening may rotate in the horizontal plane together with the arm.
あるいは、前記開口の近傍に設けられたガイド部材は、前記地上支援車の上面に固定されていてもよい。 Alternatively, the guide member provided in the vicinity of the opening may be fixed to the upper surface of the ground support vehicle.
前記給電ケーブルは、前記アームの先端から下方に垂れ下がった状態で、前記無人飛行体の上面側に接続されていてもよい。 The power feeding cable may be connected to the upper surface side of the unmanned aerial vehicle in a state of hanging downward from the tip of the arm.
前記地上支援車は、前記無人飛行体を離着陸させるためのポートをさらに備えていてもよい。 The ground support vehicle may further include a port for taking off and landing the unmanned aerial vehicle.
上記構成によれば、橋梁や橋脚など検査対象物の検査対象範囲の上方近傍に地上支援車を移動させ、無人飛行体の飛行を開始した後、アームを水平方向に伸ばし、無人飛行体をアームよりも低い高さで飛行させる。それによって、地上支援車の位置よりも低い検査対象範囲、例えば橋梁のオーバーハングした部分の内側などを撮影し、検査することができる。また、地上支援車を適宜移動させることにより、広範囲の検査対象領域の撮影を行なうことができる。さらに、無人飛行体には、給電ケーブルを介して地上支援車側から電力が供給されるので、長時間にわたって無人飛行体を連続して飛行させることができ、検査漏れが発生する可能性が低減される。また、地上支援車の内部から給電ケーブルを引き出すための開口の近傍及びアームの先端部近傍には、例えばガイドローラなどのガイド部材が設けられているため、無人飛行体の移動に伴って給電ケーブルを引き出したり巻き取ったりする際、給電ケーブルの絶縁被覆はガイド部材の外周面によってガイドされ、予期しない箇所に接触する可能性が低減され、給電ケーブルの絶縁被覆が損傷したり、芯線が破断したりする可能性が低減される。また、ガイド部材としてスムーズに回転するガイドローラを用いることによって、給電ケーブルの絶縁被覆がガイドローラの外周面と擦れることはほとんどなくなり、給電ケーブルの絶縁被覆の劣化を防止することができる。 According to the above configuration, after moving the ground support vehicle to the upper vicinity of the inspection target range of the inspection target such as a bridge or a pier and starting the flight of the unmanned vehicle, the arm is extended in the horizontal direction and the unmanned vehicle is armed. Fly at a lower height than. Thereby, it is possible to photograph and inspect the inspection target range lower than the position of the ground support vehicle, for example, the inside of the overhanging portion of the bridge. Further, by appropriately moving the ground support vehicle, it is possible to take a picture of a wide range of inspection target areas. Furthermore, since power is supplied to the unmanned aerial vehicle from the ground support vehicle side via the power supply cable, the unmanned aerial vehicle can be continuously flown for a long period of time, and the possibility of inspection omission is reduced. Will be done. In addition, since guide members such as guide rollers are provided near the opening for pulling out the power supply cable from the inside of the ground support vehicle and near the tip of the arm, the power supply cable is provided as the unmanned vehicle moves. When pulling out or winding the power supply cable, the insulation coating of the power supply cable is guided by the outer peripheral surface of the guide member, reducing the possibility of contact with unexpected points, damaging the insulation coating of the power supply cable, or breaking the core wire. The possibility of spilling is reduced. Further, by using the guide roller that rotates smoothly as the guide member, the insulating coating of the feeding cable hardly rubs against the outer peripheral surface of the guide roller, and deterioration of the insulating coating of the feeding cable can be prevented.
本発明の一実施形態に係る無人飛行体を用いた構造物検査装置及びその構造物検査装置に適した構造物検査システムについて説明する。図１に示す構造物検査システムは、撮像装置１１を備えた無人飛行体（ドローン）１０と、無人飛行体１０に給電ケーブル２を介して電力を供給する地上支援車２０を備えた構造物検査装置１と、発電機６と、無人飛行体１０の飛行を制御する飛行制御装置７と、無人飛行体１０から送信される画像データを受信する受信装置８と、受信した画像データの画像解析を行なう解析装置９などで構成されている。地上支援車２０の内部には、例えば手動操作される台車上に、給電ケーブル２が巻き付けられた電動式のリール(自動巻き取り装置)３と、リール３の正転・逆転を制御し、給電ケーブル２の繰り出し量を調整する巻き取り制御装置４と、給電ケーブル２を介して無人飛行体１０に直流電力を供給する電源装置５などが搭載されている。 A structure inspection device using an unmanned aerial vehicle according to an embodiment of the present invention and a structure inspection system suitable for the structure inspection device will be described. The structure inspection system shown in FIG. 1 is a structure inspection including an unmanned vehicle (drone) 10 equipped with an image pickup device 11 and a ground support vehicle 20 for supplying power to the unmanned vehicle 10 via a power supply cable 2. The device 1, the generator 6, the flight control device 7 that controls the flight of the unmanned vehicle 10, the receiving device 8 that receives the image data transmitted from the unmanned vehicle 10, and the image analysis of the received image data. It is composed of an analysis device 9 and the like. Inside the ground support vehicle 20, for example, an electric reel (automatic winding device) 3 on which a power supply cable 2 is wound on a manually operated trolley and a forward / reverse rotation of the reel 3 are controlled to supply power. A take-up control device 4 that adjusts the amount of feeding of the cable 2 and a power supply device 5 that supplies DC power to the unmanned vehicle 10 via the power supply cable 2 are mounted.
構造物５０が橋梁や橋脚などの場合、上面はフラットであるため、地上支援車２０の移動又は走行は容易である。この構造物検査システムは、地上支援車２０を検査対象領域の真上近傍まで移動させ、地上支援車２０から水平に伸ばしたアーム３０から給電ケーブル２を吊り下げ、その先に無人飛行体１０を接続して構造物５０の下側を飛行させ、検査対象領域の検査を行なう。 When the structure 50 is a bridge, a pier, or the like, the upper surface is flat, so that the ground support vehicle 20 can easily move or run. In this structure inspection system, the ground support vehicle 20 is moved to the vicinity directly above the inspection target area, the power supply cable 2 is hung from the arm 30 extending horizontally from the ground support vehicle 20, and the unmanned vehicle 10 is placed ahead of the arm 30. It is connected and flies under the structure 50 to inspect the inspection target area.
無人飛行体１０は、市販されているものを改造して使用することができ、例えば、無人飛行体１０に搭載されている二次電池に給電ケーブル２を着脱可能なように接続して構成される。なお、給電ケーブル２を介して無人飛行体１０に電力が供給されるため、無人飛行体１０に二次電池を搭載しておく必要はないが、万が一給電ケーブル２が外れた場合でも無人飛行体１の墜落を防止するために、無人飛行体１０に二次電池を搭載しておくことが好ましい。給電ケーブル２は、例えば無人飛行体１０の上方（プロペラ側）から無人飛行体１０に接続すれば、給電ケーブル２の自重は無人飛行体１０にはほとんどかかることはないけれども、給電ケーブル２としては、例えば直径３ｍｍ程度の細くて軽いものを用いる必要がある。電源装置５としては、例えば直流３６０Ｖで１０００Ｗ程度の電力を無人飛行体１０に供給する能力を有するものを使用する。 The unmanned aerial vehicle 10 can be used by modifying a commercially available one. For example, the unmanned aerial vehicle 10 is configured by connecting the power supply cable 2 to the secondary battery mounted on the unmanned aerial vehicle 10 so as to be detachable. To. Since power is supplied to the unmanned vehicle 10 via the power supply cable 2, it is not necessary to mount a secondary battery on the unmanned vehicle 10, but even if the power supply cable 2 is disconnected, the unmanned vehicle In order to prevent the crash of 1, it is preferable to mount a secondary battery on the unmanned vehicle 10. If the power supply cable 2 is connected to the unmanned aerial vehicle 10 from above (propeller side) of the unmanned aerial vehicle 10, for example, the weight of the power supply cable 2 is hardly applied to the unmanned aerial vehicle 10, but the power supply cable 2 For example, it is necessary to use a thin and light one having a diameter of about 3 mm. As the power supply device 5, for example, one having a capacity of supplying electric power of about 1000 W to the unmanned aerial vehicle 10 at DC 360 V is used.
地上支援車２０としては、自律移動式のもの、無線操縦によるもの、及び手動式のものの何れであってもよい。風力発電用の風車を検査する場合、無人飛行体１０は、もっぱら垂直方向に移動し、水平方向の移動量は少ないため、地上支援車２０としては、手動式のものを例示している。また、図１では、発電機６を例示しているが、電源装置５を商用電源に直接接続してもよいし、電気自動車のバッテリーなどに接続してもよい。また、発電機６を地上支援車２０に搭載してもよい。 The ground support vehicle 20 may be an autonomous mobile vehicle, a radio-controlled vehicle, or a manual vehicle. When inspecting a wind turbine for wind power generation, the unmanned aerial vehicle 10 moves exclusively in the vertical direction and the amount of movement in the horizontal direction is small. Therefore, as the ground support vehicle 20, a manual type is exemplified. Further, although the generator 6 is illustrated in FIG. 1, the power supply device 5 may be directly connected to a commercial power source, or may be connected to a battery of an electric vehicle or the like. Further, the generator 6 may be mounted on the ground support vehicle 20.
飛行制御装置７及び受信装置８は、無人飛行体１０とセットで販売されているものをそのまま使用することができる。解析装置９は、市販のパーソナルコンピュータを使用することができ、受信装置８を介して、無人飛行体１０から送信された画像データを画像処理し、モニタ画面上に表示させる。巻き取り制御装置４は、無人飛行体１０の高度に応じて、リール３からの給電ケーブル２の引き出し量を調節するものであり、例えばリール３の近傍に取り付けられたテンションセンサなどを用いて給電ケーブル２にかかる張力を測定し、張力が低下すれば給電ケーブル２を巻き取る方向にリール３を回転させ、また張力が上昇すれば給電ケーブル２を繰り出す方向にリール３を回転させ、それによって給電ケーブル２が不必要に垂れ下がることを防止する。あるいは、無人飛行体１０の位置情報に基づいて、解析装置９から巻き取り制御装置４に対してリールの回転方向及び回転量を指示するようにしてもよい。 As the flight control device 7 and the receiving device 8, those sold as a set with the unmanned aerial vehicle 10 can be used as they are. A commercially available personal computer can be used as the analysis device 9, and the image data transmitted from the unmanned vehicle 10 is image-processed and displayed on the monitor screen via the receiving device 8. The take-up control device 4 adjusts the amount of pulling out of the power supply cable 2 from the reel 3 according to the altitude of the unmanned air vehicle 10, and power is supplied by using, for example, a tension sensor attached in the vicinity of the reel 3. The tension applied to the cable 2 is measured, and if the tension decreases, the reel 3 is rotated in the direction of winding the power supply cable 2, and if the tension increases, the reel 3 is rotated in the direction of feeding out the power supply cable 2, thereby supplying power. Prevents the cable 2 from hanging unnecessarily. Alternatively, the analysis device 9 may instruct the take-up control device 4 of the rotation direction and the amount of rotation of the reel based on the position information of the unmanned aerial vehicle 10.
図２は、無人飛行体１０に給電ケーブル２を接続していない状態における地上支援車２０の上面の構成を示す図であり、図３は、地上支援車２０の断面の構成を示す図である。また、図４は、地上支援車２０に着脱式又は可動式のポート２３を取り付け、ポート２３に無人飛行体１０を着陸させた状態を示す。無人飛行体１０は、このポート２３に対してほぼ垂直に離着陸させる。図２及び図３から理解されるように、地上支援車２０の上面２１の中央部には、給電ケーブル２を地上支援車２０の内部から引き出すための開口２２が設けられており、開口２２の近傍には、垂直面内で起伏可能であり、水平面内で旋回可能であり、且つ、伸縮可能なアーム３０が設けられている。一般的に、アーム３０は、例えば水平から垂直までの範囲で任意の仰角をとることができるように起伏可能であるが、俯角をとることができるように構成してもよい。リール３は、地上支援車２０の内部であって、その水平面におけるほぼ中央部に設置されており、給電ケーブル２は、地上支援車２０の上面２１のほぼ中央部に形成された円形の開口２２から外部に引き出され、無人飛行体１０に接続されている。 FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the upper surface of the ground support vehicle 20 in a state where the power supply cable 2 is not connected to the unmanned aerial vehicle 10, and FIG. 3 is a diagram showing a cross-sectional configuration of the ground support vehicle 20. .. Further, FIG. 4 shows a state in which the detachable or movable port 23 is attached to the ground support vehicle 20 and the unmanned aerial vehicle 10 is landed on the port 23. The unmanned aerial vehicle 10 takes off and landing substantially perpendicular to the port 23. As can be understood from FIGS. 2 and 3, an opening 22 for pulling out the power supply cable 2 from the inside of the ground support vehicle 20 is provided in the central portion of the upper surface 21 of the ground support vehicle 20, and the opening 22 is provided. In the vicinity, an arm 30 that can undulate in a vertical plane, can swivel in a horizontal plane, and can expand and contract is provided. Generally, the arm 30 can be undulated so that it can take an arbitrary elevation angle in a range from horizontal to vertical, for example, but it may be configured so that it can take a depression angle. The reel 3 is inside the ground support vehicle 20, and is installed at a substantially central portion in the horizontal plane thereof. The power supply cable 2 is a circular opening 22 formed at a substantially central portion of the upper surface 21 of the ground support vehicle 20. It is pulled out from the outside and connected to the unmanned aerial vehicle 10.
この構成例では、地上支援車２０の上面２１の開口２２の周囲には、環状のレール２４が設けられており、レール２４上を基台３１が移動する。基台３１上には、水平な第１回転軸３２が設けられており、２本のアーム３０が第１回転軸３２の両端に平行に固定されている。アーム３０は、この第１回転軸３２を中心として、垂直面内で起伏する。２本のアーム３０の先端近傍には、水平な第２回転軸３３を中心として回転する第１ガイドローラ３４が設けられている。また、基台３１上で、リール３の近傍、すなわち開口２２の近傍には、地上支援車２０の上面２１又はレール２４から所定の高さに設けられた水平な第３回転軸３５を中心として回転する第２ガイドローラ３６が設けられている。第１ガイドローラ３４及び第２ガイドローラ３６は、無人飛行体１０の飛行に伴って給電ケーブル２が引き出されたり、巻き戻されたりする際に、給電ケーブル２の絶縁被覆が擦れて損傷するのを防止したり、金属疲労により芯線が破断したりするのを防止するためのものであり、表面が鏡面に仕上げられていたり、ベアリングによってスムーズに回転するように構成されている。また、給電ケーブル２の芯線が急角度で折り曲げられるのを防止するために、一定以上の直径を有している。 In this configuration example, an annular rail 24 is provided around the opening 22 on the upper surface 21 of the ground support vehicle 20, and the base 31 moves on the rail 24. A horizontal first rotating shaft 32 is provided on the base 31, and two arms 30 are fixed in parallel to both ends of the first rotating shaft 32. The arm 30 undulates in a vertical plane about the first rotation axis 32. Near the tips of the two arms 30, a first guide roller 34 that rotates about a horizontal second rotating shaft 33 is provided. Further, on the base 31, in the vicinity of the reel 3, that is, in the vicinity of the opening 22, the horizontal third rotating shaft 35 provided at a predetermined height from the upper surface 21 or the rail 24 of the ground support vehicle 20 is centered. A rotating second guide roller 36 is provided. In the first guide roller 34 and the second guide roller 36, when the power feeding cable 2 is pulled out or rewound as the unmanned vehicle 10 flies, the insulating coating of the power feeding cable 2 is rubbed and damaged. This is to prevent the core wire from breaking due to metal fatigue, and the surface is mirror-finished or the bearing is configured to rotate smoothly. Further, in order to prevent the core wire of the power feeding cable 2 from being bent at a steep angle, it has a diameter of a certain value or more.
ポート２３は、例えば蝶番などによって地上支援車２０に取り付けられ、引き出された状態で水平となる天板２３ａ及び支柱２３ｂなどで構成されている。無人飛行体１０をポート２３に対して垂直に離着陸させることによって、給電ケーブル２が予期しない箇所に接触したり、絡まったりするのを防止することができる。また、図１に示すように、無人飛行体１０は、例えば水平に引き延ばされたアーム３０の先端から下向きに吊り下げられた給電ケーブル２に接続され、例えば橋梁などの構造物５０のオーバーハングした内側を飛行し、構造物５０の検査対象領域を撮像装置１１によって撮影する。そのため、図４に示すように、給電ケーブル２は、無人飛行体１０の上方から接続されている。その場合、給電ケーブル２が回転するプロペラ１２と接触すると、無人飛行体１０の推進力が失われ、墜落する危険性がある。図５に示すように、無人飛行体１０には、このようなプロペラ１１の周囲にプロペラガード１２が設けられている。また、プロペラガードを備えた市販の無人飛行体１０に、さらに図示しないガードフェンスを追加加工してもよい。また、無人飛行体１０の本体部の上面に、樹脂製の櫓１３及びリング１４を取り付け、給電ケーブル２を一端リング１４に巻き付けた上で、無人飛行体１０に内蔵されている二次電池に接続されている。 The port 23 is composed of a top plate 23a and a support column 23b that are attached to the ground support vehicle 20 by a hinge or the like and become horizontal in a pulled out state. By taking off and landing the unmanned aerial vehicle 10 perpendicularly to the port 23, it is possible to prevent the power supply cable 2 from coming into contact with or getting entangled with an unexpected location. Further, as shown in FIG. 1, the unmanned aerial vehicle 10 is connected to, for example, a power supply cable 2 suspended downward from the tip of a horizontally extended arm 30, and is overhanging a structure 50 such as a bridge. It flies inside the hang and photographs the inspection target area of the structure 50 by the imaging device 11. Therefore, as shown in FIG. 4, the power supply cable 2 is connected from above the unmanned aerial vehicle 10. In that case, if the power supply cable 2 comes into contact with the rotating propeller 12, the propulsive force of the unmanned aerial vehicle 10 is lost, and there is a risk of crashing. As shown in FIG. 5, the unmanned aerial vehicle 10 is provided with a propeller guard 12 around such a propeller 11. Further, a guard fence (not shown) may be additionally processed on the commercially available unmanned aerial vehicle 10 provided with the propeller guard. Further, a resin turret 13 and a ring 14 are attached to the upper surface of the main body of the unmanned aerial vehicle 10, the power supply cable 2 is once wound around the ring 14, and then the secondary battery built in the unmanned aerial vehicle 10 is used. It is connected.
図６は、地上支援車２０の他の構成例を示す。図２〜４に示す構成例では、給電ケーブル２を引き出すための開口２２を円形とし、第２ガイドローラ３６を基台３１上に設け、アーム３０の旋回と共に第２ガイドローラ３６も旋回させるように構成したが、図５に示す構成例では、開口２２を矩形、例えば正方形とし、矩形の各角辺に沿って４つの第２ガイドローラ３８がそれぞれ水平な第３回転軸３７を中心として回転自在に、地上支援車２０の上面２１に固定されている。アーム３０は、基台３１と共に、第１ガイドローラ３４の第２回転軸３３が第３回転軸３７と平行になるように、９０度ごとに旋回停止（クリックストップ）するように構成されていてもよい。地上支援車２０は、車輪によって水平方向に任意の姿勢をとることができるので、アーム３０の旋回角度が９０度ごとに制限されていたとしても、地上支援車２０の姿勢を微調整することによってアーム３０の向きを調節することができる。 FIG. 6 shows another configuration example of the ground support vehicle 20. In the configuration example shown in FIGS. 2 to 4, the opening 22 for pulling out the power supply cable 2 is circular, the second guide roller 36 is provided on the base 31, and the second guide roller 36 is rotated at the same time as the arm 30 is rotated. However, in the configuration example shown in FIG. 5, the opening 22 is a rectangle, for example, a square, and the four second guide rollers 38 rotate about the horizontal third rotation axis 37 along each corner of the rectangle. It is freely fixed to the upper surface 21 of the ground support vehicle 20. The arm 30 is configured to stop turning (click stop) every 90 degrees so that the second rotating shaft 33 of the first guide roller 34 is parallel to the third rotating shaft 37 together with the base 31. May be good. Since the ground support vehicle 20 can take an arbitrary posture in the horizontal direction by the wheels, even if the turning angle of the arm 30 is limited by 90 degrees, the posture of the ground support vehicle 20 can be finely adjusted. The orientation of the arm 30 can be adjusted.
あるいは、アーム３０を基台３１と共に任意の角度に旋回できるように構成してもよい。その場合、アーム３０の旋回角度によっては、給電ケーブル２が第２ガイドローラ３８の外周面に対して斜めに接触したり、あるいは、互いに直交する２つの第２ガイドローラ３８の隙間に挟まったりする虞がある。図６に示す構成例では、各第２ガイドローラ３８の両端部に、例えば弾性を有する樹脂材料で形成されたリング状の弾性部材を嵌め込み、弾性部材の端面同士を当接させている。あるいは、第２ガイドローラ３８自体を弾性樹脂で形成してもよい。それによって、給電ケーブル２が２つの第２ガイドローラ３８の当接部に接触したとすると、給電ケーブル２の絶縁被覆と第２ガイドローラ３８の外周面との間に作用する摩擦力によって、互いに端面が当接する２つの第２ガイドローラ３８が回転する。さらに、互いに直交する２つの第２ガイドローラ３８の当接部の近傍であって、矩形の開口２２の四隅には、樹脂製のケーブル巻き込み防止用のプロテクタ２５が設けられている。その結果、給電ケーブル２が互いに直交する２つの第２ガイドローラ３８の隙間に挟まったり、給電ケーブル２の絶縁被覆が擦れて損傷するのを防止することができる。なお、第１ガイドローラ３４、第２ガイドローラ３６又は３８として外周面が円筒状のものを例示しているが、ガイドローラ３４、第２ガイドローラ３６又は３８の外周面を糸巻き状としたり、両端にフランジを形成してもよい。また、糸巻き状の断面はなめらかな凹曲面であってもよい（図８参照）。 Alternatively, the arm 30 may be configured to be able to turn at an arbitrary angle together with the base 31. In that case, depending on the turning angle of the arm 30, the power feeding cable 2 may come into contact with the outer peripheral surface of the second guide roller 38 at an angle, or may be sandwiched between two second guide rollers 38 orthogonal to each other. There is a risk. In the configuration example shown in FIG. 6, ring-shaped elastic members made of, for example, an elastic resin material are fitted into both ends of each of the second guide rollers 38, and the end faces of the elastic members are brought into contact with each other. Alternatively, the second guide roller 38 itself may be formed of elastic resin. As a result, if the power supply cable 2 comes into contact with the abutting portions of the two second guide rollers 38, the frictional force acting between the insulating coating of the power supply cable 2 and the outer peripheral surface of the second guide roller 38 causes each other. The two second guide rollers 38 that the end faces come into contact with rotate. Further, resin-made protectors 25 for preventing cable entrainment are provided at the four corners of the rectangular opening 22 near the contact portions of the two second guide rollers 38 that are orthogonal to each other. As a result, it is possible to prevent the power feeding cable 2 from being sandwiched between the gaps between the two second guide rollers 38 which are orthogonal to each other, and the insulating coating of the power feeding cable 2 from being rubbed and damaged. Although the first guide roller 34 and the second guide roller 36 or 38 have a cylindrical outer peripheral surface, the outer peripheral surfaces of the guide roller 34 and the second guide roller 36 or 38 may be wound in a thread. Flange may be formed at both ends. Further, the pincushion-shaped cross section may be a smooth concave curved surface (see FIG. 8).
図７は、地上支援車２０のさらに他の構成例を示す。上記各構成例では、地上支援車２０の上面２１の開口２２の近傍に、第２ガイドローラ３６又は３８が設けられているが、図７に示す構成例では、開口２２の近傍に設けられたガイド部材として、表面が鏡面に仕上げられ、水平断面が環状であり、垂直断面が円形（いわゆるドーナツ状）、楕円形、半円形又は放物線形などの滑らかな曲面のガイド部材３９が設けられている。この構成によれば、給電ケーブル２の引き出し及び巻き取りに伴って、その絶縁被覆がガイド部材３９の外周面に擦れるが、ガイド部材３９の表面を鏡面とすることによって、給電ケーブル２の絶縁被覆の劣化を最小限に抑制することができる。また、アーム３０を水平面内において任意の角度に旋回させたとしても、給電ケーブル２が常に曲面に当接するので、給電ケーブル２の引き出し及び巻き取りの際の負荷が均一になる。 FIG. 7 shows still another configuration example of the ground support vehicle 20. In each of the above configuration examples, the second guide roller 36 or 38 is provided in the vicinity of the opening 22 on the upper surface 21 of the ground support vehicle 20, but in the configuration example shown in FIG. 7, it is provided in the vicinity of the opening 22. As the guide member, a guide member 39 having a smooth curved surface such as a mirror-finished surface, an annular horizontal cross section, and a circular (so-called donut-shaped) vertical cross section, an elliptical shape, a semicircular shape, or a parabolic shape is provided. .. According to this configuration, the insulating coating of the power feeding cable 2 rubs against the outer peripheral surface of the guide member 39 as the power feeding cable 2 is pulled out and wound up. However, by making the surface of the guide member 39 a mirror surface, the insulating coating of the power feeding cable 2 is provided. Deterioration can be minimized. Further, even if the arm 30 is swiveled at an arbitrary angle in the horizontal plane, the power feeding cable 2 always abuts on the curved surface, so that the load at the time of pulling out and winding the power feeding cable 2 becomes uniform.
図８は、地上支援車２０のさらに他の構成例を示す。上記各構成例では、アーム３０が基台３１と共に、地上支援車２０の上面２１に設けられた環状のレール２４上を移動し、給電ケーブル１は地上支援車２０の内部から開口２２を通って引き出されるように構成されているが、図８に示す構成例では、アーム３０が基台３１ごと、地上支援車２０の上面において、所定の回転軸の周りに旋回し、リール３が基台３１上に設けられている。アーム３０の長さを長くするほど、第１回転軸３２に掛かる給電ケーブル２の自重によるモーメントが大きくなる。それに対して、基台３１の回転中心に対して反対側にリール３が設けられているので、地上支援車２０が傾く可能性が小さくなる。特に、無人飛行体１０が制御不能になった場合に、無人飛行体１０の自重により、地上支援車２０が傾いたり、構想物から転落したりするのを防止することができる。 FIG. 8 shows still another configuration example of the ground support vehicle 20. In each of the above configuration examples, the arm 30 moves together with the base 31 on the annular rail 24 provided on the upper surface 21 of the ground support vehicle 20, and the power supply cable 1 passes through the opening 22 from the inside of the ground support vehicle 20. Although it is configured to be pulled out, in the configuration example shown in FIG. 8, the arm 30 rotates together with the base 31 on the upper surface of the ground support vehicle 20 around a predetermined rotation axis, and the reel 3 is the base 31. It is provided above. The longer the length of the arm 30, the larger the moment due to the weight of the power supply cable 2 applied to the first rotating shaft 32. On the other hand, since the reel 3 is provided on the opposite side of the rotation center of the base 31, the possibility that the ground support vehicle 20 is tilted is reduced. In particular, when the unmanned aerial vehicle 10 becomes uncontrollable, the weight of the unmanned aerial vehicle 10 can prevent the ground support vehicle 20 from tilting or falling from the concept.
以上説明したように、本発明に係る無人飛行体を用いた構造物検査装置１によれば、橋梁や橋脚など検査対象物５０の検査対象範囲の上方近傍に地上支援車２０を移動させ、ポート２３から無人飛行体１０を垂直離陸させ、無人飛行体１０の飛行を開始させる。その後、地上支援車２０に設けられているアーム３０を垂直面内で起伏させると共に水平面内で旋回させ、検査対象範囲の近傍において水平方向に伸ばし、無人飛行体１０をアーム３０よりも低い高度で飛行させる。無人飛行体１０の移動に伴ってリール３が所定方向に回転し給電ケーブル２が引き出されるが、地上支援車２０の内部から給電ケーブル２を引き出すための開口２２の近傍及びアーム３０の先端部近傍には、例えばガイドローラ３４，３６などのガイド部材が設けられているため、無人飛行体１０の移動に伴って給電ケーブル２が引き出しされる際、給電ケーブル２の絶縁被覆はガイドローラ３４，３６など部材の外周面によってガイドされ、予期しない箇所に接触する可能性が低減され、給電ケーブル２の絶縁被覆が損傷したり、芯線が破断したりする可能性が低減される。給電ケーブル２を地上支援車２０の内部に巻き取る際も同様である。 As described above, according to the structure inspection device 1 using the unmanned flying object according to the present invention, the ground support vehicle 20 is moved to the upper vicinity of the inspection target range of the inspection target 50 such as a bridge or a pier, and the port. The unmanned aircraft 10 is taken off vertically from 23, and the flight of the unmanned aircraft 10 is started. After that, the arm 30 provided on the ground support vehicle 20 is raised and lowered in a vertical plane and swiveled in a horizontal plane, extended horizontally in the vicinity of the inspection target range, and the unmanned aerial vehicle 10 is extended at an altitude lower than that of the arm 30. Let it fly. As the unmanned vehicle 10 moves, the reel 3 rotates in a predetermined direction and the power supply cable 2 is pulled out. However, the vicinity of the opening 22 for pulling out the power supply cable 2 from the inside of the ground support vehicle 20 and the vicinity of the tip of the arm 30 Is provided with guide members such as guide rollers 34 and 36, so that when the power supply cable 2 is pulled out with the movement of the unmanned vehicle 10, the insulating coating of the power supply cable 2 is the guide rollers 34 and 36. Guided by the outer peripheral surface of the member, the possibility of contact with an unexpected portion is reduced, and the possibility of damaging the insulating coating of the power feeding cable 2 or breaking the core wire is reduced. The same applies when the power supply cable 2 is wound inside the ground support vehicle 20.
給電ケーブル２が地上支援車２０から引き出され、無人飛行体１０を検査対象物のオーバーハングした部分の内側などの検査対象範囲を飛行させ、撮像装置１１を用いて撮影を行なうことにより、人が容易には近づくことができない危険な箇所の検査を行なうことができる。また、地上支援車２０を適宜移動させることにより、広範囲の検査対象領域の撮影を行なうことができる。さらに、無人飛行体１０には、給電ケーブル２を介して地上支援車２０から電力が供給されるので、長時間にわたって無人飛行体１０を連続して飛行させることができ、検査漏れが発生する可能性が低減される。また、地上支援車２０の移動が容易であり、給電ケーブル２を介して無人飛行体１０に電力の供給が可能であるので、無人飛行体１０の長時間の連続飛行を可能とし、様々な構造物の検査に適する。 The power supply cable 2 is pulled out from the ground support vehicle 20, the unmanned aerial vehicle 10 is made to fly in the inspection target range such as the inside of the overhanged portion of the inspection target, and the image pickup device 11 is used to take a picture. It is possible to inspect dangerous areas that cannot be easily approached. Further, by appropriately moving the ground support vehicle 20, it is possible to take a picture of a wide range of inspection target areas. Further, since power is supplied to the unmanned aerial vehicle 10 from the ground support vehicle 20 via the power supply cable 2, the unmanned aerial vehicle 10 can be continuously flown for a long period of time, and inspection omission may occur. The sex is reduced. Further, since the ground support vehicle 20 can be easily moved and power can be supplied to the unmanned aerial vehicle 10 via the power supply cable 2, the unmanned aerial vehicle 10 can be continuously flown for a long time and has various structures. Suitable for inspection of things.
１ 構造物検査装置
２ 給電ケーブル
３ リール（自動巻き取り装置）
４ 自動巻き取り装置
５ 電源装置
６ 発電機
７ 飛行制御装置
８ 受信装置
９ 解析装置
１０ 無人飛行体
１１ 撮像装置
１２ プロペラ
１３ プロペラガード
２０ 地上支援車
２１ 地上支援車の上面
２２ 開口
２３ ポート
２４ レール
３０ アーム
３１ 基台
３２ 第１回転軸
３３ 第２回転軸
３４ 第１ガイドローラ（ガイド部材）
３５ 第３回転軸
３６ 第２ガイドローラ（ガイド部材）
３７ 第２回転軸
３８ 第２ガイドローラ（ガイド部材）
３９ ガイド部材
５０ 検査対象物
1 Structure inspection device 2 Power supply cable 3 Reel (automatic winding device)
4 Automatic take-up device 5 Power supply device 6 Generator 7 Flight control device 8 Receiver device 9 Analytical device 10 Unmanned aircraft 11 Imaging device 12 Propeller 13 Propeller guard 20 Ground support vehicle 21 Ground support vehicle top surface 22 Opening 23 port 24 Rail 30 Arm 31 Base 32 1st rotating shaft 33 2nd rotating shaft 34 1st guide roller (guide member)
35 3rd rotation shaft 36 2nd guide roller (guide member)
37 Second rotation shaft 38 Second guide roller (guide member)
39 Guide member 50 Inspection object
Claims (7)
前記地上支援車は、
前記給電ケーブルの引き出し及び巻き取りを行なう自動巻き取り装置と、
前記給電ケーブルを介して前記無人飛行体に電力を供給するための電源装置と、
垂直面内で起伏可能であり、水平面内で旋回可能であり、伸縮可能なアームと、
前記自動巻き取り装置の近傍及び前記アームの先端部近傍に設けられ、前記給電ケーブルの引き出し及び巻き取りの際に前記給電ケーブルをガイドするガイド部材と、
を備えたことを特徴とする無人飛行体を用いた構造物検査装置。 A structure inspection device using an unmanned aerial vehicle equipped with an imaging device and remotely controlled, and a ground support vehicle that supplies electric power to the unmanned aerial vehicle via a power supply cable.
The ground support vehicle
An automatic winding device that pulls out and winds the power supply cable, and
A power supply device for supplying electric power to the unmanned aerial vehicle via the power supply cable, and
With an arm that can be undulated in a vertical plane, swiveled in a horizontal plane, and stretchable,
A guide member provided near the automatic winding device and near the tip of the arm to guide the power feeding cable when the power feeding cable is pulled out and wound up.
A structure inspection device using an unmanned aerial vehicle, which is characterized by being equipped with.
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