JP6024074B1 - 写真撮影用無人移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】撮影対象物を真正面から撮影するタイミングを正確に把握でき、橋梁等の点検や調査、検査に用いることができるレベルの写真撮影が可能となる、写真撮影用無人移動体を提供する。【解決手段】 写真撮影用のカメラを備えたカメラユニット１と、機体とを備えた写真撮影用無人移動体であって、前記カメラユニット１に、写真撮影用レンズ１４の左右に配置され、撮影対象物との距離を測定する一組の距離測定センサ１１と、該距離測定センサ１１を用いて測定された地点の距離が等しい際に、撮影対象物に対してレーザを照射する、レーザ照射モジュール１３とを備え、カメラユニット１と機体との間に、振動吸収手段として、縦振動吸収用のダンパーを配置すると共に、横振動吸収用の防振ゲル片を積層して配置した。【選択図】図２

Description

本発明は、写真撮影用無人移動体に関する。

橋梁等の構造物の点検や調査、検査等の際に、ドローンにカメラを取り付けた写真撮影用無人移動体を用い、橋梁等の対象物に対して近接距離で撮影した写真に基づき状態を判断する試みがされている。
この際、的確な判断するためには、画像補正の必要がない写真を撮ることが絶対的な条件であり、そのためには、例えば、橋脚の壁面等の垂直面を、正面から高精度で撮影することが必要となる。

しかしながら、実際の現場では、写真撮影用無人移動体自体が発生する振動に加え、該写真撮影用無人移動体が風や現場の気流等の影響を強く受けるため、微妙に動く条件下で適当なタイミングで撮影せざるを得なかった。
そのため、垂直面を対象として撮影しても、真正面から撮影できたものが少なく、しかも、画像自体が不鮮明なものが多くて、橋梁等の点検や調査、検査に用いることができるレベルではなかった。

特許文献１には、ヘリコプターの機体に着脱自在に取り付けられる機体連結フレーム１２Ａ，１２Ｂと、搭載物支持フレーム１４Ａ，１４Ｂとを備え、機体連結フレーム１２Ａ，１２Ｂに、縦方向の振動を吸収・減衰するインシュレータ２８を設置し、インシュレータ２８を上方から圧縮する方向となるように搭載物支持フレーム１４Ａ，１４Ｂを取り付け、搭載物支持フレーム１４Ａ，１４Ｂを、機体連結フレーム１２Ａ，１２Ｂに対し、インシュレータ２８を間に挟み込むように介在させた状態で取り付けた、ヘリコプター用防振懸架装置が記載されている。

該特許文献１に記載の装置を、例えば、写真撮影用無人移動体に取り付けて撮影しても、振動の影響を軽減することは可能であるが、撮影対象物を真正面から撮影するタイミングを正確に把握することが困難であり、橋梁等の点検や調査、検査に用いることができるレベルの写真を撮影することは極めて困難であると思われる。
そのため、撮影対象物を、例えば、真正面から撮影するタイミングを正確に把握でき、橋梁等の点検や調査、検査に用いることができるレベルの写真撮影が可能となる、写真撮影用無人移動体が望まれていた。

本発明の課題を解決するための手段は、下記のとおりである。

第１に、
写真撮影用のカメラを備えたカメラユニットと、
機体とを備えた写真撮影用無人移動体であって、
前記カメラユニットに、
中心位置に対して左右に配置され、望ましくは写真撮影用レンズの左右に配置され、撮影対象物との距離を少なくとも２点で測定する一組の距離測定センサと、
該一組の距離測定センサを用いて、各々測定された地点の距離が相互に等しく、画像補正の必要がない、撮影対象物となる面に対する真正面の位置で、撮影対象物に対してレーザを照射する、レーザ照射モジュールとを備えたことを特徴とする、写真撮影用無人移動体。
距離測定センサとしては、例えば、超音波センサを用いることができる。
無人移動体は、無人で動作する機体であればよく、空中を飛行可能な飛行体、地面を走行可能な走行体、水面を移動可能な船体、水中を移動可能な潜水体等が該当する。
第２に、
写真撮影用のカメラを備えたカメラユニットと、
機体とを備えた写真撮影用無人移動体であって、
前記カメラユニットに、
左右に配置され、撮影対象物との距離を測定する一組の距離測定センサと、
該左右に配置された一組の距離測定センサによって各々測定された距離が相互に等しく、画像補正の必要がない、撮影対象物となる面に対する真正面の位置で、撮影対象物に対して自動でシャッター操作を行う機能を備えたことを特徴とする、写真撮影用無人移動体。
第３に、
上記第１または第２に記載の写真撮影用無人移動体であって、
カメラユニットと機体との間に、
振動吸収手段として、
縦振動吸収用のダンパーを配置すると共に、
横振動吸収用の防振ゲルを配置したことを特徴とする、前記写真撮影用無人移動体。
防振ゲルは、数枚の防振ゲル片を積層して構成することもでき、積層した防振ゲル片の上に、滑り止め兼用の防振スポンジパッドを組み合わせて用いることもできる。
第４に、
上記第１〜３のいずれか一つに記載の写真撮影用無人移動体であって、
回転制御手段として、
カメラユニットの回転制御を、回転軸に取り付けたプーリと組み合わせるベルトを介したサーボモータによって行うことを特徴とする、写真撮影用無人移動体。

本発明によれば、以下の効果を奏することができる。

撮影対象物となる垂直面に対する真正面の位置、すなわち、カメラユニットが、左右の距離が等しくなる水平面を形成した際に、レーザ照射モジュールから撮影対象物に対してレーザが照射されるので、撮影のタイミングを正確に把握することができる。
そのため、画像補正の必要がなく、例えば、橋梁等の点検や調査、検査に用いることができるレベルの写真撮影が可能となる。

特に、振動吸収手段として、縦振動吸収用のダンパーを配置すると共に、横振動吸収用の防振ゲル配置したものは、写真撮影用無人移動体自体が発生する振動や、風や現場の気流等の影響を受けても縦横両方向の振動を効率よく吸収するため、鮮明な画像の写真撮影が可能となる。
ここで、数枚の防振ゲル片を積層した積層防振ゲル片を用いた場合には、横方向の振動吸収効果がより優れ、積層した防振ゲル片の上に、滑り止め兼用の防振スポンジパッドを組み合わることで、さらに優れた防振効果を得ることができる。

また、回転制御手段として、カメラユニットの回転制御を、回転軸に取り付けたプーリと組み合わせるベルトを介したサーボモータによって行うものは、カメラユニットを機体の上に取り付けた場合であっても、十分なトルク力によって回転方向の姿勢制御が可能となり、撮影対象物に対する適切な位置調整が可能となる。

本発明の写真撮影用無人移動体の概略の斜視図である。 本発明の写真撮影用無人移動体のカメラユニットの正面図である。 本発明の写真撮影用無人移動体の振動吸収手段及び回転制御手段の概略を表す斜視図である。 本発明の写真撮影用無人移動体の振動吸収手段の概略を表す平面図である。

以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しつつ具体的に説明する。
ここで、添付図面において同一の部材には同一符号を付しており、また重複した説明は省略されている。
なお、ここでの説明は本発明が実施される一形態であることから、本発明は該当形態に限定されるものではない。

本発明に係る写真撮影用無人移動体は、図1に概略を示すように、写真撮影用のカメラを備えたカメラユニット１を、４つのローター２１を有する機体２の上に備えることで、上方空間に対する撮影を可能にした飛行用のドローンであり、例えば、橋梁の下側部分の写真撮影を可能としたものである。
そして、該カメラユニット１は、ジンバル３によって、通常は垂直位置の保持が可能なように構成されている
なお、実際の飛行の際には、図示は省略するが、各ローター２１をガードするガード部材を取り付ける。

前記カメラユニット１は、図２に示すように、距離測定センサとして一組の超音波センサ１１と、スイッチでオンオフが可能で通常は常時照射することで計測基準の設定を可能とする一組のガイドレーザ照射モジュール１２と、撮影タイミングを知らせるタイミングレーザ照射モジュール１３と、静止画撮影用の一眼レフカメラの写真撮影用レンズ１４と、撮影の際に光るフラッシュ１５と、動画撮影用の小型ビデオカメラの動画レンズ１６と、スイッチでオンオフが可能で撮影方向を照らすために通常は常時点灯する高輝度ＬＥＤライト１７とが、基板１８の所定位置に取り付けられている。

前記超音波センサ１１は、送波器と受波器とで構成され、送波器から超音波を対象物に向けて発信し、その反射波を受波器で受信することにより、撮影対象物までの距離を測定するものである。
本発明では、超音波センサ１１を一組用い、中心付近に配置された写真撮影用レンズ１４の左右に各々配置することで、写真撮影用レンズ１４の左側部分と右側部分とにおける、撮影対象物との距離を各々測定可能としている。
距離の計算などは、図示は省略するマイコンユニットによって行われる。

前記一組のガイドレーザ照射モジュール１２は、一組の超音波センサ１１の下方に、各々配置され、一組のオレンジ色のレーザポインタを撮影対象物に常時示すことで、計測基準の設定を可能としたものである。
すなわち、一組のオレンジ色のレーザポインタ間の距離は、前記一組のガイドレーザ照射モジュール１２の取り付け間隔と等しくなるので、撮影対象物に表れたひび割れなどの長さの推測が容易となる。

前記タイミングレーザ照射モジュール１３は、写真撮影用レンズ１４の下方に位置する動画レンズ１６に隣接して配置され、一組の超音波センサ１１によって測定された左右部分における測定対象物との距離が等しくなった際に、撮影のタイミングを示す緑色のレーザポインタを照射するものである。

前記写真撮影レンズ１４は、図示は省略する一眼レフカメラに取り付けられたもので、ズーム機能付のものである。

前記フラッシュ１５は、写真撮影用レンズ１４に隣接して設置されており、一眼レフカメラに連動し、シャッターが押された際に発光するものである。
前記動画レンズ１６は、図示は省略する動画撮影用の小型ビデオカメラのレンズ部分である。

前記高輝度ＬＥＤライト１７は、スイッチでオンオフが可能で、タイミングレーザ照射モジュール１３及び動画レンズ１６を間に挟むように２個ずつ、合計４個が配置されている。

なお、図１中、符号１９は、カメラユニット１を機体２上に取り付けるためのジョイント円板である。

前記機体２は、図１に示すように、４つのローター２１に加え、２本の脚２２を有するものであり、図示は省略するが、２本の脚２２の間に重量物であるバッテリーを取り付けて重心を下げることで、重量バランスを良好なものとすることができる。

なお、図１、図３、図４において、符号２３は、カメラユニット１のジョイント円板１９との接続部分となる基台円板である。
また、図３、図４において、符号２３ａは、基台円板２３の外周部分に一部が突出して形成され中心に開孔部を有する取付用の小円突出部であり、特に図４に示すように、等間隔に１２個が配置されている。

前記カメラユニット１と機体２との間には、図３に示すように、振動吸収手段４として、縦振動吸収用の８個のゴム製のダンパー４１と、横振動吸収用のシリコーンを主原料とする３層の積層防振ゲル片４２とが配置されている。

前記ダンパー４１は、図４に示すように、図基台円板２３に形成された１２個の小円突出部２３ａのうちの８箇所、すなわち、アナログ時計表示で１時、２時、４時、５時、７時、８時、１０時、１１時の位置のものに組み合わせたものである。
なお、詳細な図示は省力するが、ダンパー４１の設置個数や設置箇所は、カメラユニット１の重量や天候条件等に応じて自由に調整することができる。
図４中で、０時、３時、６時、９時の位置の小円突出部２３ａの一部が２点鎖線で示されているのは、ここにもダンパー４１を配置する可能性があることを示している。

前記積層防振ゲル片４２は、同素材の防振ゲル片を３層に重ねて構成したものを、カメラユニット１のジョイント円板１９（図１参照）と組み合わせる機体２側の基台円板２２上に４箇所配置したものである。
図示は省略するが、積層防振ゲル片４２の上面に、滑り止め兼用の防振スポンジパッドを取り付けることで、さらに防振効果を高めることができる。
また、積層防振ゲル片４２は、図４中において２点鎖線で示すように、内側にずらして配置することもできる。

また、前記カメラユニット１と機体２との間には、図３に示すように、回転制御手段５として、プーリー５１、ベルト５２、サーボモータ５３とを有している。
該回転制御手段５は、カメラユニット１の回転制御を、回転軸に取り付けたプーリ５１と組み合わせるベルト５２を介したサーボモータ５３によって行うものである。

次に、本実施形態にかかるドローンの作用効果について説明する。

該ドローンは、図示は省略する、リモートコントロール機器により、飛行及び姿勢の制御と、写真撮影を行うものである。

例えば、橋梁の橋脚上部の垂直面の状態を点検や調査、検査する場合には、リモートコントロール機器を操作して、ドローンを飛ばして近接位置でなるべく停止状態となるようにコントロールする。
この際、ガイドレーザ照射モジュール１２から照射されるオレンジ色のレーザポインタを目印として、撮影対象物の近接位置まで近づける。

この際、カメラユニット１に取り付けた一組の超音波センサ１１によって、左右部分における距離を測定し、マイコンユニットによって距離を計算しつつ、撮影対象物となる垂直面に対する真正面の位置、すなわち、カメラユニット１が、左右の距離が等しくなる水平面を形成した際に、タイミングレーザ照射モジュール１３から撮影対象物に対して緑色レーザポインタが照射される。
そして、緑色レーザポインタが照射されたことを確認することで、撮影のタイミングを正確に把握しつつ、カメラのシャッター操作を行う。
なお、緑色レーザポインタが照射されると同時に、自動でシャッター操作を行うように、設定することもできる。
また、マイコンユニットによって距離を計算しつつ、撮影対象物となる垂直面に対する真正面の位置、すなわち、カメラユニット１が、左右の距離が等しくなる水平面を形成した際に、緑色レーザポインタが照射されない場合であっても、自動でシャッターが切れるように設定することもできる。

その結果、例えば、撮影対象物となる垂直面に対する真正面の位置から写真撮影ができるので、画像補正の必要がなく、橋梁等の点検や調査、検査に用いることができるレベルの写真撮影が可能となる。
しかも撮影された写真に、緑色のレーザーポインタが写り込んでいる場合は、例えば、真正面の位置から撮影した写真であることが目視で明確となる。

この際、振動吸収手段４として、縦振動吸収用のダンパー４１を適切な位置に配置すると共に、横振動吸収用に３枚の防振ゲル片を積層した積層防振ゲル片４２も適切な位置に配置しているので、ドローンが発生する振動や、風や現場の気流等の影響を受けても縦横両方向の振動を効率よく吸収し、鮮明な画像の写真撮影が可能となる。

また、回転制御手段５として、カメラユニット１の回転制御を、回転軸に取り付けたプーリ５１と組み合わせるベルト５２を介したサーボモータ５３によって行うので、カメラユニット１が機体２の上に取り付けられ、カメラユニット１の回転制御に大きなトルクが必要などローンであっても、十分なトルク力によって回転方向の姿勢制御が可能となり、撮影対象物に対する適切な位置調整が可能となる。
ここで、カメラユニット１が常に適切な方向を向くように、自動で回転制御を行うように設定することもできる。

１ カメラユニット
１１ 超音波センサ
１２ ガイドレーザ照射モジュール
１３ タイミングレーザ照射モジュール
１４ 写真撮影用レンズ
１５ フラッシュ
１６ 動画レンズ
１７ 高輝度ＬＥＤライト
１８ 基板
１９ ジョイント円板
２ 機体
２１ ローター
２２ 脚
２３ 基台円板
２３ａ 孔
３ ジンバル
４ 振動吸収手段
４１ ダンパー
４２ 積層防振ゲル片
５ 回転制御手段
５１ プーリ
５２ ベルト
５３ サーボモータ

特開２００９−２４８８５３号公報

Claims (4)

1. 写真撮影用のカメラを備えたカメラユニットと、
   機体とを備えた写真撮影用無人移動体であって、
   前記カメラユニットに、
   撮影対象物との距離を少なくとも２点で測定する一組の距離測定センサと、
   該一組の距離測定センサを用いて、各々測定された地点の距離が相互に等しく、撮影対象物となる面に対する真正面の位置で、撮影対象物に対してレーザを照射する、レーザ照射モジュールとを備えたことを特徴とする、写真撮影用無人移動体。
2. 写真撮影用のカメラを備えたカメラユニットと、
   機体とを備えた写真撮影用無人移動体であって、
   前記カメラユニットに、
   左右に配置され、撮影対象物との距離を測定する一組の距離測定センサと、
   該左右に配置された一組の距離測定センサによって各々測定された距離が相互に等しく、撮影対象物となる面に対する真正面の位置で、撮影対象物に対して自動でシャッター操作を行う機能を備えたことを特徴とする、写真撮影用無人移動体。
3. カメラユニットと機体との間に、
   振動吸収手段として、
   縦振動吸収用のダンパーを配置すると共に、
   横振動吸収用の防振ゲルを配置したことを特徴とする、請求項１または２に記載の写真撮影用無人移動体。
4. 回転制御手段として、
   カメラユニットの回転制御を、回転軸に取り付けたプーリと組み合わせるベルトを介したサーボモータによって行うことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つに記載の写真撮影用無人移動体。
   

Images