JP6082860B2 - 照明システム - Google Patents

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Description

本発明は、たとえば、屋内外夜間工事現場において施工作業を行う建設会社、または大規模災害現場において救援作業を行う自衛隊によって使用される、照明システムに関する。
無人探査ヘリコプターなどのUAV(Unmanned Aerial Vehicle)は、米国などで研究されてきた航空機である。
近年では、このようなUAVが農業利用などを目的として応用されている(たとえば、特許文献1参照)。
特開2014−76676号公報
そこで、本発明者は、つぎに説明するように、UAVがさらに多様な利用を目的としてより広く応用されることが望ましいと考えている。
たとえば、屋内外夜間工事現場において施工作業を行う建設会社、または大規模災害現場において救援作業を行う自衛隊によって使用される、従来の照明システムは、内燃力発電機構によって供給される電力を利用して、照明ポールの上端に設置された照明器による照明を行う。
しかしながら、このような従来の照明システムは、必ずしも高い利便性を有しない。
なお、クレーンなどの重機によって吊り下げなければ移動が困難であり、CO2(二酸化炭素)排出をともなう内燃力発電機構が利用されるので、軽量性、ならびに高環境効率性および低騒音性などといった観点から見て、従来の照明システムには短所が見られると言える。
また、高さ調節が困難であって、倒壊の恐れがある照明ポールの上端に設置された照明器が利用されるので、サイズ調節容易性および高安全性などといった観点から見ても、従来の照明システムには短所が見られると言える。
本発明は、前述された従来の課題を考慮し、より高い利便性を有する照明システムを提供することを目的とする。
第1の本発明は、地上に載置された電源箱から電力を供給する給電ワイヤと、
前記電源箱から前記給電ワイヤによって前記供給される電力を利用して投光する照明ユニットと、
前記照明ユニットを搭載し、前記電源箱から前記給電ワイヤによって前記供給される電力を利用して浮揚するマルチコプターと、
前記電源箱から前記給電ワイヤによって前記供給される電力が利用できなくなり、前記マルチコプターが下降するとき、前記給電ワイヤを巻取る給電ワイヤリール機構と、
前記給電ワイヤが挿通される中空構造のスタンドポール部を有する、前記地上に載置されたスタンドと、
を備え
前記下降したマルチコプターは、前記スタンドポール部の上端で静止することを特徴とする照明システムである。
第2の本発明は、前記電源箱から前記給電ワイヤによって前記供給される電力が利用できなくなったとき、代替的に前記電力を供給する非常用バッテリを備えことを特徴とする第1の本発明の照明システムである。
第3の本発明は、前記電源箱から前記給電ワイヤによって前記供給される電力が利用できなくなった旨の情報は、前記電源箱の側へ伝送され、
前記電源箱から前記給電ワイヤによって前記供給される電力が利用できなくなったとき、前記給電ワイヤは前記電源箱の側へ巻取られることを特徴とする第1または第2の本発明の照明システムである。
第4の本発明は、前記マルチコプターは、画像データを収集する撮像ユニットを搭載し、
前記収集される画像データは、前記電源箱の側へ伝送されることを特徴とする第1から第3の何れかの本発明の照明システムである。
第5の本発明は、前記電源箱は、上方から認識可能な浮揚位置決め用マーカーを有し、
前記マルチコプターは、前記浮揚位置決め用マーカーの認識結果に基づいて浮揚することを特徴とする第1から第4の何れかの本発明の照明システムである。
第6の本発明は、前記マルチコプターに対する所定の認証処理が行われないと、前記マルチコプターは浮揚できないことを特徴とする第1から第5の何れかの本発明の照明システムである。
本発明によって、より高い利便性を有する照明システムを提供することができる。
本発明の実施の形態の照明システムの概略図 本発明の実施の形態の地上局の外観図 本発明の実施の形態のマルチコプターの外観図 本発明の実施の形態の照明システムのブロック図 本発明の別の実施の形態(その一)の照明システムのブロック図 本発明の別の実施の形態(その二)の照明システムのブロック図 本発明の別の実施の形態(その三)の照明システムのブロック図 本発明の別の実施の形態(その四)の照明システムのブロック図 本発明の別の実施の形態(その五)の照明システムのブロック図 本発明の別の実施の形態(その六)の照明システムのブロック図 本発明の実施の形態の照明システムの制御動作を説明する流れ図 本発明の実施の形態の給電ワイヤリール機構の外観図 本発明の別の実施の形態(その七)の照明システムの概略図
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
はじめに、図1〜3を参照しながら、本実施の形態の照明システム100の構成および動作について具体的に説明する。
ここに、図1は、本発明の実施の形態の照明システム100の概略図であり、図2は、本発明の実施の形態の地上局200の外観図であり、図3は、本発明の実施の形態のマルチコプター400の外観図である。
図3においては、その他の構成要素の理解が容易になるように、照明システム100は示されていない。
照明システム100は、LED(light emitting diode)照明装置500を搭載し、地上局200から給電ワイヤ300によって供給される電力を利用して浮揚するマルチコプター400を備える照明システムである。
照明システム100は、商用のAC(alternate current)電源部310を主として利用する比較的に安価な照明システムであるが、およそ100ルクスの平均照度が数メートルの半径を有する照明可能サークル範囲において確保される優れた照明環境を実現することができる。
そして、照明システム100の、特別なメンテナンス作業なく稼働することができる連続稼働時間は、およそ100時間である。
したがって、照明システム100は、たとえば、屋内外夜間工事現場において施工作業を行う建設会社、または大規模災害現場において救援作業を行う自衛隊によって好適に使用される、廉価であってシステム耐久性が高い実用的な照明監視システムとして期待される。
照明システム100は、クレーンなどの重機によって吊り下げなければ移動が困難であり、CO2排出をともなう内燃力発電機構によって供給される電力を利用する、従来の照明システムと比較して、軽量性、ならびに高環境効率性および低騒音性などの長所を有する。
そして、照明システム100は、高さ調節が困難であって、倒壊の恐れがある照明ポールの上端に設置された照明器を利用する、従来の照明システムと比較して、サイズ調節容易性および高安全性などの長所を有する。
たとえば、このような従来の照明システムが利用する照明ポールの高さはせいぜいおよそ10メートルであるが、浮揚するマルチコプター400の飛行高度は20〜30メートルであり自由に調節することができる。
さて、給電ワイヤ300、LED照明装置500、およびマルチコプター400などの、照明システム100が備える構成要素について、具体的な説明を順番に行う。
給電ワイヤ300は、電源箱の一例としての地上局200から電力を供給する構成要素である。
地上局200が行う電源供給には、AC電源部310が主として利用されるが、必要であれば、大型リチウム二次電池または燃料電池などを有するバッテリ電源部が併せて利用される。そして、地上局200は、悪天候に耐えられる堅牢な防水性筐体構造を有するが、組み立て式であって、一個のコンパクトなトランクケースに収納可能である。
LED照明装置500は、地上局200から給電ワイヤ300によって供給される電力を利用して投光する照明ユニットの一例としての構成要素である。
LED照明装置500は、オンおよびオフ、ならびに投光位置調節および投光角度調節がラジオ制御サーボ機構を利用する遠隔操作によって行われる一個または二個以上のLED照明器510を有する。LED照明器510は、多数のLEDチップがAl(アルミニウム)基板に実装されたチップオンボード構造を有し、ローター部420からのダウンバーストによって冷却されるようにローター部420の下方の脚部430などにクリップ(図示省略)を利用して取付けられる。LED照明装置500のLED出力は、合計400ワット以上であり、3キロワットの水銀灯出力に匹敵する強力な出力である。
マルチコプター400は、LED照明装置500を搭載し、地上局200から給電ワイヤ300によって供給される電力を利用して浮揚する浮揚ユニットの一例としての構成要素である。
4個のローター421を有するローター部420は、地上局200から給電ワイヤ300によって供給される電力を利用して浮揚するために利用される。
なお、ただ1個のローター421を有するローター部420が地上局200から給電ワイヤ300によって供給される電力を利用して浮揚するために利用される変形例としての実施の形態も、考えられる。
もちろん、ローター421には、ローター回転にともなう危険性および心理的な恐怖感などを抑制するために、周囲を覆うシュラウドなどの遮蔽部材が装着されてもよい。
マルチコプター400の自立制御ホバリングおよび自立制御旋回は、およそ4メートルの半径を有する浮揚可能サークル範囲において、必要であれば、GPS(global positioning system)を利用して実行される。給電ワイヤ300は、マルチコプター400の行方不明の発生を抑制するマルチコプター飛行エリア規制ワイヤとしても機能する。そして、マルチコプター400は、悪天候に耐えられる堅牢な防水性筐体構造を有するが、組み立て式であって、一個のコンパクトなトランクケースに収納可能である。
つぎに、図4を主として参照しながら、本実施の形態の照明システム100の構成および動作についてより具体的に説明する。
ここに、図4は、本発明の実施の形態の照明システム100のブロック図である。
図4においては、給電系が太い実線を利用して図示されるとともに、制御系が細い実線を利用して図示されている。
制御系においては、地上局制御部210が、地上局通信部211をはじめとする地上局200の種々の構成要素を制御し、マルチコプター制御部410が、マルチコプター通信部411をはじめとするマルチコプター400の種々の構成要素を制御する。
マルチコプター400に対する所定の認証処理が行われないと、マルチコプター400は浮揚できない。
所定の認証処理は、マルチコプター400の機体寿命などの各種条件についての問題がないことを機体番号に基づいて確認するために、短距離無線通信に対応したスマートフォン110のID(identification)認証機能を利用して、通信ネットワーク120に接続されたホストコンピューター130によって行われる。
このような所定の認証処理は、たとえば、盗難行為およびテロリズム行為に対する安全性を向上させる目的において有効である。
地上局200は、上方から認識可能な浮揚位置決め用マーカー201を有し、マルチコプター400は、浮揚位置決め用マーカー201の認識結果に基づいて浮揚する。
浮揚位置決め用マーカー201の認識は、高精度の画像処理をともなう認識であり、マーカー撮像ユニット450を利用して行われる。
なお、図5に示されているように、浮揚位置決め用マーカー201の認識が専用のマーカー撮像ユニット450を利用せずに撮像ユニット700を利用して行われる変形例としての実施の形態も、考えられる。
ここに、図5は、本発明の別の実施の形態(その一)の照明システム100のブロック図である。
図5に示されているような、浮揚位置決め用マーカー201の認識が撮像ユニット700を利用して行われる実施の形態においては、マーカー撮像ユニット450が利用されないので、部品点数が削減され、高いコストパフォーマンスが実現される。
このような浮揚位置決め用マーカー201の認識は、たとえば、GPSを利用するだけでは実現が困難である自立制御ホバリングおよび自立制御旋回の正確性を向上させる目的において有効である。
マルチコプター400は、画像データを収集する撮像ユニット700を搭載し、収集される画像データは、地上局200の側へ伝送される。
撮像ユニット700は、LED照明装置500による投光を利用して夜間監視撮像などを行う、横方向のピクセル数がおよそ4000であり縦方向のピクセル数がおよそ2000である、いわゆる4K解像度に対応した4Kカメラを有する。画像データは、無線通信で地上局200の側へ伝送され、モニター220などに鮮明な転送監視画像として表示されるとともに、SD(secure digital)メモリカード230などに記録される。
なお、図6に示されているように、画像データが通信ワイヤ412を利用して有線通信で地上局200の側へ伝送される変形例としての実施の形態も、考えられる。
ここに、図6は、本発明の別の実施の形態(その二)の照明システム100のブロック図である。
図6に示されているような、画像データが通信ワイヤ412を利用して伝送される実施の形態においては、有線通信が利用されるので、画像データを伝送するための通信速度が向上され、高いシステム信頼性が実現される。
また、図7に示されているように、モニター220は利用されるが、SDメモリカード230は利用されない変形例としての実施の形態も、考えられる。
ここに、図7は、本発明の別の実施の形態(その三)の照明システム100のブロック図である。
図7に示されているような、モニター220は利用されるが、SDメモリカード230は利用されない実施の形態においては、SDメモリカード230が利用されないので、部品点数が削減され、高いコストパフォーマンスが実現される。
また、図8に示されているように、SDメモリカード230は利用されるが、モニター220は利用されない変形例としての実施の形態も、考えられる。
ここに、図8は、本発明の別の実施の形態(その四)の照明システム100のブロック図である。
図8に示されているような、SDメモリカード230は利用されるが、モニター220は利用されない実施の形態においては、モニター220が利用されないので、部品点数が削減され、高いコストパフォーマンスが実現される。
このような撮像ユニット700の搭載は、たとえば、現場作業従事者による作業車両盗難などの不正行為の予防性を向上させる目的において有効である。
非常用バッテリ600は、地上局200から給電ワイヤ300によって供給される電力が利用できなくなったとき、代替的に電力を供給する構成要素であり、地上局200から給電ワイヤ300によって供給される電力が利用できなくなった旨の情報は、地上局200の側へ伝送される。
地上局200から給電ワイヤ300によって供給される電力が利用できなくなった旨の情報は、無線通信で地上局200の側へ伝送される。
なお、図6に示されているように、地上局200から給電ワイヤ300によって供給される電力が利用できなくなった旨の情報が通信ワイヤ412を利用して有線通信で地上局200の側へ伝送される変形例としての実施の形態も、考えられる。
図6に示されているような、地上局200から給電ワイヤ300によって供給される電力が利用できなくなった旨の情報が通信ワイヤ412を利用して伝送される実施の形態においては、有線通信が利用されるので、給電ワイヤ300によって供給される電力が利用できなくなった旨の情報を伝送するための通信速度が向上され、高いシステム信頼性が実現される。
地上局200から給電ワイヤ300によって供給される電力が利用できなくなったとき、マルチコプター400は下降する。
非常用バッテリ600は、マルチコプター400の側へ搭載される。
このようなマルチコプター400の側への非常用バッテリ600の搭載は、たとえば、給電ワイヤ300が断線した場合における、供給電力の自動切替によるマルチコプター400の強制的な下降の実行確実性を向上させる目的において有効である。
なお、図9に示されているように、非常用バッテリ600が地上局200の側へ搭載される変形例としての実施の形態も、考えられる。
ここに、図9は、本発明の別の実施の形態(その五)の照明システム100のブロック図である。
図9に示されているような、非常用バッテリ600が地上局200の側へ搭載される実施の形態においては、非常用バッテリ600がマルチコプター400の側へ搭載されないので、使用消費電力がマルチコプター400のペイロード減少にともなって削減され、高いコストパフォーマンスが実現される。
かくの如き機体トラブルなどの外部報知は、たとえば、所定の発光色を有する警告ランプ440の点灯および消灯、および警告ブザー(図示省略)の鳴動を利用して行われる。
地上局200から給電ワイヤ300によって供給される電力が利用できなくなり、マルチコプター400が下降するとき、モーターを有する給電式の給電ワイヤリール機構320は給電ワイヤ300を地上局200の側へ巻取る。
なお、図10に示されているように、地上局200から給電ワイヤ300によって供給される電力が利用できなくなり、マルチコプター400が下降するとき、巻取りドラムおよびぜんまいバネを有する無給電式の給電ワイヤリール機構320が給電ワイヤ300をマルチコプター400の側へ巻取る変形例としての実施の形態も、考えられる。
ここに、図10は、本発明の別の実施の形態(その六)の照明システム100のブロック図である。
図10に示されているような、マルチコプター400が下降するとき、無給電式の給電ワイヤリール機構320が給電ワイヤ300を巻取る実施の形態においては、無給電式の給電ワイヤリール機構320が利用されるので、使用消費電力が削減され、高いコストパフォーマンスが実現される。
このような給電ワイヤ300の巻取りは、たとえば、マルチコプター400の強制的な下降が実行される場合における、給電ワイヤ300の絡まりの発生にともなう危険性を抑制する目的において有効である。
もちろん、図6に示されているような実施の形態においては、通信ワイヤ412が同様に巻取られてもよい。
つぎに、図11を主として参照しながら、本実施の形態の照明システム100の構成および動作についてさらにより具体的に説明する。
ここに、図11は、本発明の実施の形態の照明システム100の制御動作を説明する流れ図である。
前述されたように、地上局制御部210が、地上局通信部211をはじめとする地上局200の種々の構成要素を制御し、マルチコプター制御部410が、マルチコプター通信部411をはじめとするマルチコプター400の種々の構成要素を制御する。
かくの如き制御動作を実現するための制御ルーチンについて詳細に説明すると、つぎの通りである。
前述された所定の認証処理の結果が成功であるとき、制御ルーチンが開始される。
そして、地上局200から給電ワイヤ300によって供給される電力が利用できるか否かが、判断される(ステップS1)。
地上局200から給電ワイヤ300によって供給される電力が利用できると判断された(ステップS1)場合には、後に詳述される正常モードでの制御が実行される(ステップS2)。
そして、照明システム100の稼動が現場作業従事者によって命令されていることを確認するために、システム稼動命令が入力されているか否かが判断される(ステップS3)。
システム稼動命令が入力されていると判断された(ステップS3)場合には、地上局200から給電ワイヤ300によって供給される電力が利用できるか否かが再び判断される(ステップS1)。
システム稼動命令が入力されていないと判断された(ステップS3)場合には、制御ルーチンが終了される。
地上局200から給電ワイヤ300によって供給される電力が利用できないと判断された(ステップS1)場合には、後に詳述される非正常モードでの制御が実行され(ステップS4)、制御ルーチンが終了される。
さて、正常モードでの制御、および非正常モードでの制御について順番に説明する。
まず、正常モードでの制御について説明する。
マルチコプター制御部410は、マーカー撮像ユニット450に、浮揚位置決め用マーカー201の認識を行わせる。
そして、マルチコプター制御部410は、マルチコプター400が浮揚するように、浮揚位置決め用マーカー201の認識結果に基づいてローター部420を制御する。
マルチコプター制御部410は、撮像ユニット700に、画像データを収集させる。
そして、マルチコプター制御部410は、収集された画像データが無線通信で地上局200の側へ伝送されるように、マルチコプター通信部411を制御する。
地上局制御部210は、無線通信で地上局200の側へ伝送された画像データが受信されるように、地上局通信部211を制御する。
そして、地上局制御部210は、モニター220に、画像データを鮮明な転送監視画像として表示させるとともに、SDメモリカード230に、画像データを記録させる。
ついで、非正常モードでの制御について説明する。
非正常モードでの制御においては、地上局200から給電ワイヤ300によって供給される電力が利用できないので、マルチコプター400が浮揚している場合においては、供給電力の自動切替によるマルチコプター400の強制的な下降が実行され、マルチコプター400は着陸させられる。
より具体的に説明すると、つぎの通りである。
マルチコプター制御部410は、地上局200から給電ワイヤ300によって供給される電力が利用できなくなったとき、非常用バッテリ600に、代替的に電力を供給させる。
そして、マルチコプター制御部410は、マルチコプター400が下降するように、ローター部420を制御する。
さらに、マルチコプター制御部410は、地上局200から給電ワイヤ300によって供給される電力が利用できなくなった旨の情報が無線通信で地上局200の側へ伝送されるように、マルチコプター通信部411を制御する。
地上局制御部210は、無線通信で地上局200の側へ伝送された、地上局200から給電ワイヤ300によって供給される電力が利用できなくなった旨の情報が受信されるように、地上局通信部211を制御する。
そして、地上局制御部210は、給電ワイヤリール機構320に、給電ワイヤ300を地上局200の側へ巻取らせる。
給電ワイヤリール機構320は、本発明の実施の形態の給電ワイヤリール機構320の外観図である図12に示されているような構成を有する。給電式のモーター装置321は、マルチコプター400が下降するときには、ドラム形状の給電ワイヤリール322を回転させて給電ワイヤ300を地上局200の側へ巻取らせる。このため、マルチコプター400の強制的な下降は、簡素な構成を利用して安全に実行される。
なお、給電ワイヤ300は、たとえば、本発明の別の実施の形態(その七)の照明システム100の概略図である図13に示されているように、スタンド330を介して地上局200とマルチコプター400とを接続してもよい。地上に載置されるスタンド本体部331に対して上下方向にスライド可能なスタンドポール部332は給電ワイヤ300が挿通される中空構造を有し、スライド調節はスタンドポール部332の上端の地上高が1〜2メートルであるように行われる。このため、マルチコプター400の強制的な下降が実行されると、給電ワイヤ300が地上局200の側へ巻取られ、マルチコプター400は現場作業従事者などに衝突することなくスタンドポール部332の上端に吊り下げられるように安全な姿勢で静止する。
本発明の照明システムは、より高い利便性を有し、たとえば、屋内外夜間工事現場において施工作業を行う建設会社、または大規模災害現場において救援作業を行う自衛隊によって使用される、照明システムに利用する目的に有用である。
100 照明システム
110 スマートフォン
120 通信ネットワーク
130 ホストコンピューター
200 地上局
201 浮揚位置決め用マーカー
210 地上局制御部
211 地上局通信部
220 モニター
230 SDメモリカード
300 給電ワイヤ
310 AC電源部
320 給電ワイヤリール機構
321 モーター装置
322 給電ワイヤリール
330 スタンド
331 スタンド本体部
332 スタンドポール部
400 マルチコプター
410 マルチコプター制御部
411 マルチコプター通信部
412 通信ワイヤ
420 ローター部
421 ローター
430 脚部
440 警告ランプ
450 マーカー撮像ユニット
500 LED照明装置
510 LED照明器
600 非常用バッテリ
700 撮像ユニット

Claims (6)

  1. 地上に載置された電源箱から電力を供給する給電ワイヤと、
    前記電源箱から前記給電ワイヤによって前記供給される電力を利用して投光する照明ユニットと、
    前記照明ユニットを搭載し、前記電源箱から前記給電ワイヤによって前記供給される電力を利用して浮揚するマルチコプターと、
    前記電源箱から前記給電ワイヤによって前記供給される電力が利用できなくなり、前記マルチコプターが下降するとき、前記給電ワイヤを巻取る給電ワイヤリール機構と、
    前記給電ワイヤが挿通される中空構造のスタンドポール部を有する、前記地上に載置されたスタンドと、
    を備え
    前記下降したマルチコプターは、前記スタンドポール部の上端で静止することを特徴とする照明システム。
  2. 前記電源箱から前記給電ワイヤによって前記供給される電力が利用できなくなったとき、代替的に前記電力を供給する非常用バッテリを備えことを特徴とする請求項1に記載の照明システム。
  3. 前記電源箱から前記給電ワイヤによって前記供給される電力が利用できなくなった旨の情報は、前記電源箱の側へ伝送され、
    前記電源箱から前記給電ワイヤによって前記供給される電力が利用できなくなったとき、前記給電ワイヤは前記電源箱の側へ巻取られることを特徴とする請求項1または2に記載の照明システム。
  4. 前記マルチコプターは、画像データを収集する撮像ユニットを搭載し、
    前記収集される画像データは、前記電源箱の側へ伝送されることを特徴とする請求項1から3の何れかに記載の照明システム。
  5. 前記電源箱は、上方から認識可能な浮揚位置決め用マーカーを有し、
    前記マルチコプターは、前記浮揚位置決め用マーカーの認識結果に基づいて浮揚することを特徴とする請求項1から4の何れかに記載の照明システム。
  6. 前記マルチコプターに対する所定の認証処理が行われないと、前記マルチコプターは浮揚できないことを特徴とする請求項1から5の何れかに記載の照明システム。
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