JP5635333B2 - 反射ターゲット形成用ラジオコントロール航空機 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、岩盤または構造物のような対象に反射ターゲットを形成する遠隔操作可能な反射ターゲット形成用ラジオコントロール航空機に関する。

鉄道または道路近傍における岩盤、構造物は、安全上の管理を必要とする。そのため、岩盤斜面、構造物の振動を計測し、その安定性を評価、判定する方法が必要とされる。

一般的な判定方法は、岩盤斜面、構造物等の対象に３軸成分の振動計を取り付けて対象の振動を測定する手法である。しかし、この手法は、足場の架設などを要する高所等へのセンサの設置作業を必要とするので、取り付け不可能な対象も少なくない。また、作業に際して、鉄道、鉄道構造物の通行止め、送電鉄塔のき電停止等のサービスを停止しなければならない場合もある。

上記問題を解決するため、非接触式で構造物の振動を判定する方法も提案されている。
この判定方法は、レーザードップラー速度計を用いて屋外で構造物の微小な振動を計測する手法である（特許文献１参照）。しかし、この方法は、高所の構造物に反射ターゲットを人手で形成するため、安全上の問題を有していた。

この問題を解消する他の方法は、反射塗料と発射機を利用して光の反射性が十分でない遠隔地の構造物の振動を計測する手法である（特許文献２、３参照）。

特許４００１８０６号公報 特開２００４−１８４３７７号公報 特開２００８−２８１４２２号公報

しかし、発射機が対象から遠くに離れるにつれて、発射機の命中精度は低下する。したがって、発射機は、遠くの対象に対して計画した位置に反射塗料を命中できないこともあった。

そこで、本発明の目的は、対象に反射ターゲットを確実に形成する反射ターゲット形成用ラジオコントロール航空機を提供することにある。

以下、符号を付して本発明の特徴を説明する。なお、符号は参照のためであり、本発明を実施形態に限定するものでない。

本発明の特徴に係わる反射ターゲット形成用ラジオコントロール航空機（１０）は、送信機（３１）によって遠隔操作される飛行可能なラジオコントロール航空機（１０）であって、機体（１１）と、機体（１１）に取り付けられる共に反射塗料を噴射可能な塗料噴射装置（２０）と、前記塗料噴射装置（２０）または前記機体（１１）に取り付けられた撮像装置（２８）と、前記撮像装置（２８）を保護する保護機構（２５）を有し、前記塗料噴射装置（２０）は、前記反射塗料を内蔵する塗料容器と、前記塗料容器の上に配置された発射ボタンと、前記発射ボタンに取り付けられた噴射ノズルと、前記発射ボタンを押し下げるように支点Ｐ１について回転可能に支持された操作レバーと、を有し、前記保護機構（２５）は、前記操作レバーに固定されると共に支点Ｐ２について回転可能な連結部材と、前記連結部材の先端から下方に延びる保護部材と、を有し、前記塗料噴射装置（２０）が塗料を噴射する前に前記保護機構（２５）は前記撮像装置（２８）を覆う。

塗料噴射装置（２０Ａ、２０Ｂ）は反射塗料を撹拌する撹拌装置（２９、１２５）を有する。

同航空機は機体（１１）に対して塗料噴射装置（２０）を移動させる移動装置（１６）を有する。

同航空機は撮像装置（２８）を保護する保護機構（２５）を有し、塗料噴射装置（２０）が反射塗料を噴射する前に保護機構（２５）は撮像装置（２８）を覆う。

前記撮像装置は互いに離れて配置された第１の撮像装置（２８Ａ）および第２の撮像装置（２８Ｂ）を有し、第１の撮像装置（２８Ａ）と第２の撮像装置（２８Ｂ）は対象（Ｒ２）の３次元画像を生成するために対象（Ｒ２）を同期して撮影する。

本発明の特徴によれば、送信機により航空機を遠隔操作して、航空機を対象の近くに移動させ、塗料噴射装置は近くから対象へ反射塗料を噴射するので、対象に反射ターゲットを確実に形成することができる。

航空機を遠隔操作して対象に反射ターゲットを形成するので、安全に反射ターゲットを形成することができる。

距離計は対象と塗料噴射装置との間の距離を測定するので、対象と塗料噴射装置との間の距離を把握することができる。

撮像装置は対象の画像を撮影するので、反射ターゲットの形成を確認することができる。

攪拌装置は反射塗料を均一に混ぜるので、均一な反射ターゲットを形成することができる。

移動装置は塗料噴射装置を対象により近くに近づけるので、対象に反射ターゲットをより確実に形成することができる。

保護機構は、撮像装置を覆うので、撮像装置を反射塗料から保護することができる。

対象を３次元画像化することにより、離れた対象の立体的形状を把握することができる。

第１の実施形態に係わるＲＣヘリコプターの斜視図である。 図１に示す塗料噴射装置の拡大側面図である。 図１に示すＲＣヘリコプターの制御ブロック図である。 図１に示すＲＣヘリコプターに用いる送信機の概要図である。 図１に示すＲＣヘリコプターの使用方法を示す概要図である。 非接触振動計測システムを用いた振動測定を示す概要図である。 非接触振動計測システムの構成を示す概要図である。 第２の実施形態に係わるＲＣヘリコプターの塗料噴射装置の拡大概要図である。 第３の実施形態に係わるＲＣヘリコプターの塗料噴射装置の拡大概要図である。 第４の実施形態に係わるＲＣヘリコプターの塗料噴射装置の拡大概要図である。 第５の実施形態に係わるＲＣヘリコプターの平面図である。

以下、図面を参照して実施の形態を詳細に説明する。

第１の実施形態
本発明の反射ターゲット形成用ラジオコントロール航空機の実施形態をラジオコントロールヘリコプター（以下、ＲＣヘリコプター）１０を例に説明する。

図１に示すように、ＲＣヘリコプター１０は、機体１１と、機体１１の上部に設置されたメインローター１２と、機体１１の後部に設置された駆動装置としてのテイルローター（図示なし）と、機体１１の前部に支持部材１５によって支持された塗料噴射装置２０を有する。なお、ＲＣヘリコプター１０の代わりに、空中で停止可能なティルトロータ機、ティルトウイング機、飛行船を用いてもよい。

図２に示すように、塗料噴射装置２０は、反射塗料を内蔵する塗料容器２１と、塗料容器２１の上に配置された発射ボタン２２と、発射ボタン２２に取り付けられた噴射ノズル２３を有する。また、塗料噴射装置２０は、発射ボタン２２を押し下げるように支点Ｐ１について回転可能に支持された操作レバー２４と、操作レバー２４によって操作される保護機構２５と、操作レバー２４の動作を制御する噴射用サーボ２６を有する。ここで、反射塗料は、自反射性ガラスビーズを用いた塗料である。保護機構２５は、操作レバー２４に固定されたると共に支点Ｐ２について回転可能な連結部材２５ａと、連結部材２５ａの先端から下方へ延びる保護部材２５ｂを有する。保護部材２５ｂはＣＣＤカメラ２８の前に配置される。

塗料噴射装置２０は、反射塗料容器の前面に配置された距離計２７と、撮像装置としてのＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ-ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ）カメラ２８を有する。距離計２７は、例えば、超音波距離計、光波系のレーザー距離計である。ＣＣＤカメラ２８は噴射ノズル２３の噴射方向と一致するように配置される。なお、ＣＣＤカメラ２８の代わりに、撮像装置として撮像管を用いてもよい。距離計２７、ＣＣＤカメラ２８は機体１１に取り付けてもよい。ＣＣＤカメラ２８および送信機３１のモニター部は３Ｄ映像の収録および表示に対応したものでもよい。

次に、ＲＣヘリコプター１０の制御システムを説明する。

図３に示すように、制御システムは、送信機３１、受信機３２、検出装置４０、制御装置５０を有する。制御装置５０と検出装置４０及び受信機３２との間に入力インターフェース（図示省略）が介在する。また、制御装置５０と制御対象との間に出力インターフェース（図示省略）が介在する。

図４に示すように、送信機３１は、ＲＣヘリコプター１０の進行方向、スピードを操作する運転操作部３１ａ、３１ｂと、反射塗料の噴射を操作する噴射操作部３１ｃと、ＣＣＤカメラ２８の撮影した画像、岩塊までの距離を示すモニター部３１ｄと、複数種類の警報音を発するアラーム部３１ｅと、画像を保存するための画像保存スイッチ３１ｆと、受信機３２と通信するためのアンテナ３１ｇを有する。送信機３１は、ＲＣヘリコプター１０、塗料噴射装置２０を操作するためのコントローラとして機能する。送信機３１は、各操作部３１ａ、３１ｂ、３１ｃの操作により、各指令信号を出力する。

図３において、受信機３２は、機体１１に搭載される。受信機３２は送信機３１の指令信号を受信し、制御装置５０へ受信信号を出力する。

検出装置４０は、機体１１のヨウ軸についてのヨウ角を検出するラダージャイロスコープ４１と、機体１１のピッチ軸についてのピッチ角を検出するエレベータジャイロスコープ４２と、機体１１のロール軸についてのロール角を検出するエルロンジャイロスコープ４３と、距離計２７、ＣＣＤカメラ２８を有する。

制御装置５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを有する。ＣＰＵは制御プログラムに従って制御処理を実行する。ＲＯＭは制御プログラムを格納する。ＲＡＭはＣＰＵの処理に必要なデータを一時的に格納する。

制御装置５０は、機体１１の姿勢を制御する姿勢制御部５１、ローター制御部５２、監視制御部５３、噴射制御部５４を有する。姿勢制御部５１は、各ジャイロスコープ４１、４２、４３が測定した各角度と各設定角度とを比較して、各ジャイロスコープの角度４１、４２、４３が各設定角度に一致するようにラダー操作サーボ６１、エレベータ操作サーボ６２、エルロン操作サーボ６３のそれぞれへ制御信号を出力する。

ラダー操作サーボ６１は、制御信号に基づいて機体１１のヨウ角を一定するように機体１１の左右回転を制御する。エレベータ操作サーボ６２は、制御信号に基づいて機体１１のピッチ角を一定にするように機体１１の前後回転を制御する。エルロン操作サーボ６３は、機体１１のロール角を一定にするように水平面での機体１１の回転を制御する。

ローター制御部５２は送信機３１からの指令信号に基づいてメインローターモーター６４、テイルローターモーター６５へ制御信号を出力する。

監視制御部５３はＣＣＤカメラ２８からの画像信号を送信機３１のモニター部に出力する。また、監視制御部５３は距離計２７の測定した距離信号、距離に応じた警報信号を送信機３１のアラーム部３１ｅへ出力する。

噴射制御部５４は、送信機３１からの指令信号に基づいて噴射用サーボ２６へ制御信号を出力する。

次に、例えば、岩盤中の岩塊への反射ターゲットの形成方法について説明する。

図５に示すように、この形成方法では、例えば、送信機３１は同じ機能を有した第１の送信機３１Ａ、第２の送信機３１Ｂを使用する。第１の送信機３１ＡはＲＣヘリコプター１０の運転操作、塗料噴射装置２０の操作に用いる。第２の送信機３１Ｂは画像の確認、保存、また、警報音の確認に用いる。

第１の操作者は、第１の送信機３１Ａの運転操作部３１ａ、３１ｂ（図４参照）を操作し、第１の送信機３１Ａに受信機３２へ向けて指令信号を出力させる。ＲＣヘリコプター１０は地上から離陸し、岩盤Ｒ１の対象としての岩塊Ｒ２へ向けて移動し、岩塊Ｒ２の前でホバリングさせる。

このとき、図３において、ラダー操作サーボ６１は、機体１１を左右に回転させ、ヨウ角を制御する。エレベータ操作サーボ６２は、機体１１を前後に回転させ、機体１１のピッチ角を制御する。エルロン操作サーボ６３は、水平面で機体１１を回転させ機体１１のロール角を制御する。

また、距離計２７は岩塊Ｒ２までの距離を測定し、距離信号を監視制御部５３へ出力する。監視御部５３は、距離信号、および、距離に応じた種類の警報信号を送信機３１Ａ、３１Ｂへ出力する。送信機３１Ａ、３１Ｂのモニター部３１ｄは距離を表示する。送信機３１Ａ、３１Ｂのアラーム部３１ｅは警報信号に基づいて岩塊Ｒ２までの距離に応じた種類の警報音を発生する。

ＣＣＤカメラ２８は岩塊Ｒ２を撮影し、監視制御部５３を経由して岩塊Ｒ２の画像信号を送信機３１Ａ、３２Ｂへ出力する。各送信機３１Ａ、３１Ｂのモニター部３１ｄは画像信号に基づいて岩塊Ｒ２の画像を表示する。

第２の操作者は、第２の送信機３１Ｂのモニター部３１ｄで岩塊Ｒ２の画像を確認し、画像保存スイッチ３１ｆを押して画像を保存する。また、第２の操作者は、警報音の種類により、衝突を回避し、噴射可能距離を確認する。

第１の操作者は、第１の送信機３１Ａの噴射操作部３１ｃを操作し、第１の送信機３１Ａに受信機３２へ指令信号を出力させる。噴射制御部５４は、噴射制御信号を噴射用サーボ２６へ出力する。図２において、噴射用サーボ２６は噴射制御信号に基づいて操作レバー２４を支点Ｐ１について反時計方向へ回転させる。操作レバー２４は保護機構２５の連結部材２５ａを支点Ｐ２について反時計方向に回転させる。保護部材２５ｂは下方へ移動し、ＣＣＤカメラ２８の前面を覆う。続いて、操作レバー２４は発射ボタン２２を押し下げる。これにより、反射塗料が塗料容器２１から噴射ノズル２３を通って岩塊Ｒ２へ噴射される。ここで、保護部材２５ｂは反射塗料からＣＣＤカメラ２８を保護する。図５において、反射塗料Ｃ１は岩塊Ｒ２に付着する。反射塗料Ｃ１が乾燥すると、反射ターゲットＴ１が完成する（図６参照）。反射ターゲットＴ１は、入射した方向に光を反射する再帰性反射面を形成する。

なお、第２の送信機３１Ｂの代わりに、パーソナルコンピューター（ＰＣと称する。）を用いてもよい。ＰＣは、距離計２７の距離信号、ＣＣＤカメラ２８の画像信号を受信して距離、画像を表示、保存する。また、ＰＣは、距離計２７の警報信号を受信し、警報音を発生する。

次に、図６に示すように、非接触型振動計測システム７０を用いて岩盤Ｒ１の岩塊Ｒ２の振動を計測する。

図７に示すように、非接触振動計測システム７０は、非接触型振動計７１と、非接触型振動計７１に取り付けられた望遠レンズ７２と、非接触型振動計７１に取り付けられたスコープ７３と、非接触型振動計７１に固定された接触型振動計７４と、非接触型振動計７１に設置された鉛直角度測定器７５と、非接触型振動計７１に設置された水平角度測定器７６と、水平角度測定器７６に配置された水準器付きベース７７と、非接触型振動計７１、接触型振動計７４、鉛直角度測定器７５、水平角度測定器７６及び水準器付きベース７７を支持する支持装置７８と、非接触型振動計７１及び接触型振動計７４に電力を供給する電源装置７９と、電源装置７９によって電力を供給されると共に非接触型振動計７１に電気的に接続した無線伝送装置８１と、無線伝送装置８１と無線で通信可能なレコーダ（図示なし）を有する。

非接触型振動計７１は、例えば、レーザードップラー速度計を有する。非接触型振動計７１は、ジャイロ機構及びサーボモータを有し、支点を中心に全方向に回転可能である。接触型振動計７４は、例えば、センサの傾きの影響を受けないサーボ型速度計を用いる。鉛直角度測定器７５は、例えば、ジャイロセンサであり、水平面に対する非接触型振動計１１の成す鉛直角度を測定する。また、水平角度測定器７６は、例えば、電子コンパス、測角儀であり、水平面において基準方向に対する非接触型振動計１１の成す水平角度を測定する。鉛直角度測定器７５及び水平角度測定器７６は回転する非接触型振動計１１と連動して動作する。

図６において、非接触型振動計７１は、反射ターゲットＴ１に対してレーザーＬ１を発射し、反射ターゲットＴ１によって反射されたレーザーＬ２を検出して岩塊Ｒ２の振動を測定する。

以上の実施形態によれば、送信機３１によりＲＣヘリコプター１０を遠隔操作して、ＲＣへリコプター１０を岩塊Ｒ２の近くに移動させ、塗料噴射装置２０は近くから岩塊Ｒ２へ反射塗料Ｃ１を噴射するので、岩塊Ｒ２に反射ターゲットＴ１を確実に形成することができる。

ＲＣへリコプター１０を遠隔操作して岩塊Ｒ２に反射ターゲットＴ１を形成するので、岩塊Ｒ２に反射ターゲットＴ１を安全に形成することができる。

第２の実施形態
図８に示すように、塗料噴射装置２０Ａは、塗料容器２１と噴射ノズル２３との間に撹拌装置２９を有する。撹拌装置２９はカップ２９ａと、カップ２９ａの中に回転可能な撹拌羽根２９ｂを有する。カップ２９ａと塗料容器２１とは配管Ｐ１によって接続される。配管Ｐ１は途中から２本に分かれてカップ２９ａの上下部位と連絡する。

この塗料噴射装置２０Ａによれば、反射塗料が塗料容器２１から配管Ｐ１を通ってカップ２９ａの上下部位に導入される。撹拌羽根２９ｂは回転してカップ２９ａの反射塗料を撹拌する。これにより、反射塗料は均一に混ぜられ、均一な反射ターゲットを形成することができる。

第３の実施形態
図９に示すように、反射塗料噴射装置２０Ｂは、圧縮空気を有するガスカートリッジ１２１と、ガスカートリッジ１２１に接続したレギュレータ１２２と、レギュレータ１２２に接続すると共に反射塗料Ｃ１を内蔵する塗料容器１２３と、塗料容器１２３の底部に接続した配管１２４と、配管１２４の中に配置された攪拌装置としての攪拌ミキサー１２５と、配管の出口と接続したスプレーガン１２６と、塗料容器１２３の入口に配置された逆止弁１２７と、塗料容器１２３の頂部に配置されたレリーフ弁１２８、塗料容器１２３とレギュレータ１２２との間に配置された電磁弁１２９を有する。ここで、攪拌ミキサー１２５は、例えば、金属又は樹脂からなる螺旋体である。電磁弁１２９は送信機３１によって遠隔操作可能である。

次に、反射塗料噴射装置２０Ｂの動作を説明する。

送信機３１は指令信号によって電磁弁１２９を開状態にさせる。ガスカートリッジ１２１内の圧縮ガスはレギュレータ１２２によって圧力調整され、塗料容器１２３内の圧力を高める。このガス圧により反射塗料Ｃ１は塗料容器１２３から配管１２４へ圧送される。続いて、塗料Ｃ１は配管１２４の攪拌ミキサー１２５を通過する。このとき、攪拌ミキサー１２５は反射塗料Ｃ１に螺旋流を生じさせ、反射塗料Ｃ１を撹拌し、均一にすることができる。反射塗料Ｃ１がスプレーガン１２６に一定以上の圧力を加えると、スプレーガン１２６は閉状態から開状態になり、前方へ反射塗料Ｃ１を噴射する。

本実施形態によれば、攪拌ミキサー１２５は配管１２４の内部に組み込まれているので、装置の小型化を達成することができる。

第４の実施形態
図１０に示すように、ＲＣヘリコプター１０は、塗料噴射装置２０を機体１１に対して移動させる移動装置１６を有する。移動装置１６は、機体１１に接続された機体支持部材１６ａと、塗料噴射装置２０の塗料容器２１に接続される共に機体支持部材１６ａに直線移動可能に接続された容器支持部材１６ｂと、容器支持部材１６ｂに取り付けられたアクチュエータ１６ｃを有する。ここで、容器支持部材１６ｂを機体支持部材１６ａの中に挿入可能である。アクチュエータ１６ｃは、例えば、ステッピングモーターであり、容器支持部材１６ｂを前後に移動させる。アクチュエータ１６ｃは送信機３１によって操作される。

本実施形態によれば、移動装置１６は塗料噴射装置２０を対象の岩塊Ｒ２にさらに近づけるので、岩塊Ｒ２に反射ターゲットをより確実に形成することができる。

第５の実施形態
図１１に示すように、塗料噴射装置２０Ｃは、噴射ノズル２３の軸線に対して対称に配置されたＣＣＤカメラ２８Ａ、２８Ｂを有する。ＣＣＤカメラ２８Ａ、２８Ｂは支持部材１５に固定された支持棒１７の両端に取り付けられる。ＣＣＤカメラ２８Ａ、２８Ｂは、互いに所定の距離で離れており、撮影対象に対して視差を確保する。

この塗料噴射装置２０Ｃによれば、ＣＣＤカメラ２８Ａ、２８Ｂを同期して作動させて、それぞれ対象の岩塊Ｒ２を撮影し、それぞれ第１および第２の画像信号を生成する。図３において、監視制御部５３は第１および第２の画像信号に基づいて３次元画像信号を生成する。モニター部３１ｄは３次元画像信号に基づいて岩塊Ｒ２の３次元画像を表示する。

本実施形態によれば、岩塊Ｒ２を３次元画像化することにより、離れた岩塊Ｒ２の立体的形状を把握することができる。

なお、以上の実施形態は発明の趣旨を変更しない範囲で変更、修正可能である。反射ターゲット形成の対象は、岩盤、岩塊に限定されず、構造物であってもよい。

１０ ヘリコプター
１１ 機体
１２ メインローター
１６ 移動装置
２０ 塗料噴射装置
２１ 塗料容器
２２ 発射ボタン
２３ 噴射ノズル
２４ 操作レバー
２５ 保護機構
２６ 噴射用サーボ
２７ 距離計
２８ ＣＣＤカメラ
２９ 攪拌装置
３１ 送信機
３２ 受信機
１２５ 攪拌ミキサー

Claims (5)

1. 送信機によって遠隔操作される飛行可能なラジオコントロール航空機であって、
   機体と、
   機体に取り付けられる共に反射塗料を噴射可能な塗料噴射装置と、
   前記塗料噴射装置または前記機体に取り付けられた撮像装置と、
   前記撮像装置を保護する保護機構を有し、
   前記塗料噴射装置は、前記反射塗料を内蔵する塗料容器と、前記塗料容器の上に配置された発射ボタンと、前記発射ボタンに取り付けられた噴射ノズルと、前記発射ボタンを押し下げるように支点Ｐ１について回転可能に支持された操作レバーと、を有し、
   前記保護機構は、前記操作レバーに固定されると共に支点Ｐ２について回転可能な連結部材と、前記連結部材の先端から下方に延びる保護部材と、を有し、
   前記塗料噴射装置が塗料を噴射する前に前記保護機構は前記撮像装置を覆う、
   反射ターゲット形成用ラジオコントロール航空機。
2. 前記塗料噴射装置または前記機体に取り付けられた距離計を有する、
   請求項１に記載の反射ターゲット形成用ラジオコントロール航空機。
3. 前記塗料噴射装置は反射塗料を撹拌する撹拌装置を有する、
   請求項１又は２に記載の反射ターゲット形成用ラジオコントロール航空機。
4. 前記機体に対して前記塗料噴射装置を移動させる移動装置を有する、
   請求項１乃至３の何れか一つに記載の反射ターゲット形成用ラジオコントロール航空機。
5. 前記撮像装置は互いに離れて配置された第１の撮像装置および第２の撮像装置を有し、
   第１の撮像装置と第２の撮像装置は対象の３次元画像を生成するために対象を同期して撮影する、
   請求項１乃至４の何れか一つに記載の反射ターゲット形成用ラジオコントロール航空機。

Images