JP6375503B2 - 飛行型検査装置および検査方法 - Google Patents
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Description
図1は本発明の一実施形態にかかる飛行型検査装置1の外観を示す斜視図である。飛行型検査装置1は、主に、複数(ここでは4つ)の回転翼911を備える小型無人飛行機であるマルチコプター91と、マルチコプター91にそれぞれ取り付けられた測距センサ20と、カメラ30とを有している。
図3に、略鉛直に立設されたビルの壁面を対象面Wとして、上記のような構成を有する飛行型検査装置1を用いた対象面Wの検査の概要を示している。図3(a),(b)に示すように、対象面Wの検査を行っている最中にある検査装置1は、マルチコプター91のヨー軸aを鉛直にし、正面方向(+b方向)を対象面Wに正対させている。左右軸(±c方向)は、対象面Wの幅方向に平行に向けられる。対象面Wの検査中、検査装置1は、測距センサ20によって、複数の計測方向に対して対象面Wまでの距離(対象距離)を計測する測距を連続的に実行しながら、制御部831によって、マルチコプター91の位置および姿勢を制御する。測距センサ20によって得られた対象距離の情報は、リアルタイムで、制御部831の推定手段40で処理され、対象面Wに対するカメラ30の対面パラメータの推定が行われる。本実施形態においては、測距センサ20として、マルチコプター91のヨー軸aに垂直な面内で1次元的に計測方向をスキャンするものを用いているので、対面パラメータに含まれる対象面Wに対する検査部の角度とは、ヨー軸aを中心として、対象面Wに対して検査部が向いている方向のヨー角Θを指す。さらに、制御部831は、推定手段40での対面パラメータの推定を含む飛行制御に加え、カメラ30による対象面Wの撮影、つまり検査部による検査も連続的に実行する。
次に、推定手段40において、測距センサ20で得られた各方向への対象距離の情報に基づいて、対象面Wに対するカメラ30の対面パラメータ、つまり対象面Wに対するカメラ30の角度、およびその角度方向における対象面Wからのカメラ30の距離を推定する方法の具体例について説明する。ここで、対面パラメータは、カメラ30による撮影の条件を一定に維持する観点から、カメラ30に対して規定されるものであるが、説明を簡素に行うため、マルチコプター91の中心点についての対面パラメータ、つまりマルチコプター91の中心点の対象面Wに対するヨー角Θ、およびそのヨー角Θの方向における対象面Wからのマルチコプター91の中心点の距離Dについて考える。マルチコプター91の中心点には、測距センサ20の測距軸が設けられている。マルチコプター91に対するカメラ30の取付け位置および取付け角度は既知なので、マルチコプター91の中心点についての対面パラメータが定まれば、自動的にカメラ30についての対面パラメータも定まる。
対象面Wが鉛直に立設された平面とみなせる場合に、図3のようにマルチコプター91のヨー軸aを鉛直にし、正面方向(+b方向)を対象面Wに正対させてマルチコプター91を配置すると、マルチコプター91の正面方向(+b方向)が、対象面Wの面直方向Nに一致する。この状態についての平面図を図4(a)に示す。また、測距センサ20の計測方向θをヨー軸aを中心に変化させた場合に、各計測方向で計測される対象面Wまでの距離である対象距離Lを、計測方向θの関数として図4(b)に示す。
L=L0/cosθ (1)
と表される。定数L0は、面直方向Nに沿ったマルチコプター91の中心点から対象面Wまでの距離に対応する。
L=L0/cos(θ+θa) (2)
と表わすことができる。
対象面Wが曲面である場合にも、基本的には上記と同様の推定方法を適用することができる。ただし、曲面の形状によっては、必ずしも、マルチコプター91が対象面Wに正対する面直方向Nにおいて対象距離Lが極小値をとるとは限らない。例えば、構造物の設計情報等から、対象面Wの曲面の形状が既知であれば、その形状を円弧等の単純な数式に近似し、その数式を上記式(1)や式(2)に重畳して、曲面形状を反映した解析式を作成すればよい。そして、作成した解析式を用いて、上記と同様に、対面パラメータΘ,Dの推定を行えばよい。
次に、対象面Wに、凹凸がある場合について考える。例として、図8(a)に、平面状の対象面Wの上に、突起物Pが存在する場合について考える。このような状況は、例えば、ビルの外壁面にパイプが露出している場合に想定される。
次に、図9のように、対象面Wが折れ曲がっている場合について考える。このような折れ曲がり構造は、ビルの角部等にしばしば見られる。この場合において、相互に直交した各部位X,Y,Zに対して一定の距離L0を保って正対したまま、折れ曲がりに沿って、A→B→C→Dのように、マルチコプター91を飛行させる。
次に、本発明の一実施形態にかかる検査方法について簡単に説明する。本実施形態にかかる検査方法は、上記実施形態にかかる飛行型検査装置1を用いて、面状の検査対象である対象面Wの状態を検査するものである。
20 測距センサ(測距部)
30 カメラ(検査部)
51 固定カメラ(撮影手段)
52 制御コンピュータ(外部制御手段)
81 送受信器
91 マルチコプター(小型無人飛行機)
a ヨー軸
B レーザービーム
D ヨー角方向への対象面からの距離
I 撮影像
L 対象距離
P 突起物
W 対象面
θ 計測方向
Θ カメラまたはマルチコプターのヨー角
Claims (10)
- 複数の回転翼と、該複数の回転翼による飛行を制御する制御部と、を有する小型無人飛行機と、
前記小型無人飛行機に取り付けられ、面状の検査対象である対象面の状態を非接触にて検査する検査部と、
前記対象面までの距離である対象距離を複数の計測方向に対して計測する測距部と、を備える飛行型検査装置において、
前記制御部は、前記測距部によって計測された前記対象距離の情報に基づいて、前記検査部の前記対象面に対する角度および該角度における前記対象面からの距離よりなる対面パラメータを推定する推定手段を備え、
前記飛行型検査装置は、前記推定手段における推定結果に基づいて、前記検査部の前記対象面に対する前記対面パラメータを一定に維持しながら、前記対象面に沿って前記小型無人飛行機を移動させ、前記対象面の複数の位置に対して前記検査部による検査を行い、
第一の推定制御および第二の推定制御のいずれか少なくとも一方を実行することを特徴とする飛行型検査装置。
前記第一の推定制御においては、前記制御部が、前記対象面の第一の部位に対する前記検査部の前記対面パラメータを一定に維持する第一の制御を行いながら、前記小型無人飛行機を前記第一の部位に平行に移動させている状態において、
前記推定手段は、前記計測方向の関数としての前記対象距離に2つの極小点が存在し、該2つの極小点のうち前記小型無人飛行機の移動方向前方の計測方向に位置する極小点における対象距離が、前記小型無人飛行機の移動に伴って小さくなるのを検出すると、前記移動方向の前方に、前記小型無人飛行機に近づく方向に面を向けた第二の部位が前記対象面に存在すると推定し、
前記制御部は、前記2つの極小点における前記対象距離が等しくなった時に、前記第二の部位に対する前記検査部の前記対面パラメータを一定に維持する第二の制御に、前記第一の制御から移行する。
前記第二の推定制御においては、前記制御部が、前記対象面の第三の部位に対する前記検査部の前記対面パラメータを一定に維持する第三の制御を行いながら、前記小型無人飛行機を前記第三の部位に平行に移動させている状態において、
前記推定手段は、前記計測方向の関数としての前記対象距離が無限大となる挙動を検出すると、前記小型無人飛行機の移動方向の前方に、前記小型無人飛行機から離れる方向に面を向けた第四の部位が前記対象面に存在すると推定し、
前記制御部は、前記対象距離が無限大となる計測方向よりも前記移動方向後方の計測方向において、極小点を挟んで前記対象距離が対称となった状態を検出した時に、前記第四の部位に対する前記検査部の前記対面パラメータを一定に維持する第四の制御に、前記第三の制御から移行する。 - 前記測距部は、測距軸に垂直に複数の計測方向に対して前記対象距離を計測し、
前記推定手段は、前記検査部の前記対象面に対する角度として、前記測距軸に垂直な面内における前記検査部の角度を推定することを特徴とする請求項1に記載の飛行型検査装置。 - 前記測距軸は、前記小型無人飛行機のヨー軸上または該ヨー軸と平行に設けられることを特徴とする請求項2に記載の飛行型検査装置。
- 前記制御部は、外部からの信号に基づいて、前記小型無人飛行機の位置および姿勢を変更することができ、前記検査部による検査を行う間は、前記小型無人飛行機の前記対象面に対する前記対面パラメータの制御を、前記外部からの信号に基づかず、前記推定手段における推定結果に基づいて行うとともに、前記小型無人飛行機の前記対象面に沿った位置の制御を、前記外部からの信号に基づいて行うことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の飛行型検査装置。
- 前記測距部は、前記小型無人飛行機に回転可能に取り付けられており、該回転によって前記対象距離を前記複数の計測方向に対して計測することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の飛行型検査装置。
- 前記推定手段は、前記計測方向の関数としての前記対象距離が極小値をとる計測方向を、前記対象面に直交する面直方向であるとして、前記対面パラメータの推定を行うことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の飛行型検査装置。
- 前記推定手段は、前記対象距離をL、前記対象面に直交する面直方向を基準とした前記計測方向をθ、前記面直方向に沿った前記測距部から前記対象面までの距離をL0として、L=L0/cosθの関数形を用いて、前記対面パラメータの推定を行うことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の飛行型検査装置。
- 前記測距部は、3つ以上の計測方向に対して前記対象距離を計測し、前記推定手段は、一部の計測方向における対象距離と計測方向との間の関係が、該一部以外の計測方向における該関係から推定される関数形から逸脱していれば、該一部の計測方向の計測結果を無視して前記対面パラメータの推定を行うことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の飛行型検査装置。
- 請求項1から8のいずれか1項に記載の飛行型検査装置を用いて面状の検査対象である対象面の状態を検査することを特徴とする検査方法。
- 前記対象面に対して固定され、前記小型無人飛行機よりも離れた位置から前記対象面を撮影する撮影手段と、前記撮影手段に撮影された前記対象面の撮影像を基に、前記小型無人飛行機の位置および姿勢を制御することができる外部制御手段と、を用い、
前記制御部によって、前記検査部の前記対象面に対する前記対面パラメータを一定に維持しながら、前記外部制御手段によって、前記対象面に沿って前記小型無人飛行機を移動させ、前記対象面の検査を行うことを特徴とする請求項9に記載の検査方法。
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2016
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KR102170907B1 (ko) * | 2019-05-09 | 2020-10-28 | 주식회사 이쓰리 | 무인항공기를 이용한 미세먼지 측정장치 |
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