JP6604768B2 - 構造物点検システム - Google Patents
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Description
従来、このような点検作業は、総足場組み立てや高所作業車を使用するなどして、人手によって行うのが一般的である。
しかしながら、人手による点検作業には、高所作業等、危険が伴う場合があり、また人が近づけない場所で点検が必要となる可能性もある。
また、人手による点検作業では点検作業者によって点検結果がバラつく可能性もある。
さらに、大規模な構造物では、点検のために作業者が構造物内を巡回する時間、点検結果を集計する時間など、点検作業に多大な時間が必要となる。
そこで、特許文献1、2に開示されているような複数のローターを有する無線操縦式の回転翼機に、カメラや各種の計測を行なう計測センサを搭載し、回転翼機を構造物の近傍に飛行させて構造物をカメラで撮影し、また、計測センサで計測して点検を行なうことが考えられる。
従来、回転翼機の蓄電池の充電率が低下した場合には、例えばバッテリ交換を行って飛行を継続できるようにしているが、回転翼機をバッテリ交換作業者の元に戻す必要があり、作業の効率が低いという課題がある。
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、移動体を用いて構造物の状態を点検する際の作業効率を向上させることにある。
請求項2の発明にかかる構造物点検システムは、前記エネルギー供給装置は、前記移動体に対する自装置の位置を特定する位置特定情報を発信する位置情報発信部を更に備え、前記移動体は、前記位置特定情報を受信する位置情報受信部を更に備え、前記制御部は、前記位置特定情報に基づいて前記移動体を前記エネルギー供給装置に移動させる、ことを特徴とする。
請求項3の発明にかかる構造物点検システムは、前記エネルギー供給部は、前記エネルギー蓄積部に対して非接触で充電を供給する非接触電力伝送装置である、ことを特徴とする。
請求項4の発明にかかる構造物点検システムは、前記移動体は回転翼機であり、前記エネルギー供給装置は、前記回転翼機が着地可能な面を有し、前記回転翼機は、前記エネルギー供給装置からの前記エネルギーの供給中に飛行動作を停止して前記面上に静止する、ことを特徴とする。
本発明によれば、エネルギー供給装置に位置情報発信部を設けたので、GPS衛星からの測位信号が受信できない箇所の点検作業においても移動体とエネルギー供給装置との位置関係を把握し、エネルギー供給装置への移動や点検箇所の把握を効率的に行う上で有利となる。
本発明によれば、エネルギー供給部が非接触電力伝送装置であるので、移動体への充電を容易に行うことができる。また、コネクタ等を介して充電を行う場合と比較して機器の構成がシンプルになり、エネルギー供給装置および移動体の耐久性を向上させる上で有利となる。
本発明によれば、エネルギー蓄積部がキャパシタであるので、充電を短時間で行うことができ、点検作業の効率を向上させる上で有利となる。また、低電圧で充電可能であるので、充電時の電力消費量を抑えるとともに、エネルギー供給装置の設置容易性やメンテナンス性を向上させる上で有利となる。
本発明によれば、エネルギー蓄積部が更に蓄電池を備えるので、点検作業中に電力が不足して移動体に不具合(墜落による故障や帰還困難等)が生じる可能性を更に低減することができる。
以下に添付図面を参照して、本発明にかかる構造物点検システムの好適な実施の形態を詳細に説明する。
図1は、実施の形態にかかる構造物点検システム10のシステム構成を示すブロック図である。
構造物点検システム10は、無線操縦式の回転翼機(移動体)20、エネルギー供給装置30、管理端末12を含んで構成され、構造物などの検査対象物の点検を行なう。
なお、図2において、符号Fは前方、符号Bは後方、符号Lは左方、符号Rは右方、符号Uは上方、符号Dは下方を示す。
機体22は、前後方向に延在する本体部2202を有し、本体部2202の後部に、上方に突出する上後部2204が設けられ、本体部2202の後部の両側には幅方向外側に突出する左後部2206Aおよび右後部2206Bが設けられている。
3つの車輪24は、互いに間隔をおいて単一の仮想平面上を転動可能に設けられ、3つの車輪24は全方向に転動可能である。
左右一対のロータ26A、26Bは、それぞれ左右のロータケース25A、25Bに支持されている。
駆動部202は、左右一対のロータ26A、26Bを回転させるものであり、本実施の形態では、左ロータケース25Aに収容された左ロータ駆動部202Aと、右ロータケース25Bに収容された右ロータ駆動部202Bとで構成されている。
左右のロータ駆動部202A、202Bは、例えば、エネルギー蓄積部203(図1参照)に蓄積された電力を用いて稼働する不図示のモータと、モータの駆動軸の回転駆動力をロータに伝達する不図示の動力伝達機構とを含んで構成される。なお、このような動力伝達機構として従来公知の様々な機構が使用可能である。
また、左右一対のロータ26A、26Bの回転方向は互いに反対向きとなっており、機体22の姿勢が保たれるように図られている。
したがって、左右一対のロータ26A、26Bは、連結アーム27を介して一体的に連結されている。
回転翼機20は、検出部201、駆動部202、エネルギー蓄積部203、位置情報受信部204、制御部205、通信部206を含んで構成されている。
検出部201は、後述する回転翼機20の機体22に設けられ、構造物の状態を検出しその検出情報を生成するものであり、制御部205によって動作が制御される。
検出部201としては、例えば、検査対象物を撮影して画像情報を生成するカメラが挙げられる。
また、検出部201は、ソレノイドなどのアクチュエータを用いてハンマーで検査対象物の壁面を打撃し、ハンマーで壁面が打撃された際に発生する打音を検出して検出信号を生成する機構を用いることができる。この場合、検出信号の周波数、波長、振幅などに基づいて検査対象物のひびや空洞の有無、あるいは、壁面に接着されたタイルなどの外装材の剥がれの有無などを評価することが可能である。
あるいは、検出部201は、検査対象物の壁面の凹凸形状を検出して3次元形状を示す形状情報を検出情報として生成する3Dスキャナ、検査対象物から発せられる赤外線を受光することで温度情報を検出情報として生成する赤外線温度計など従来公知の様々な計測センサが使用可能である。
本実施の形態では、エネルギーは電力であり、エネルギー蓄積部203は、電気二重層を用いて電力を蓄積するキャパシタ2302と、蓄電池2304とを備える。
本実施の形態では、駆動部202への電力供給は基本的にキャパシタ2302が行い、キャパシタ2302の充電率が所定値以下となり、かつ後述するエネルギー供給装置30での充電が行えない場合に、蓄電池2304に蓄積された電力を用いるようにする。
また、キャパシタ2302には、後述するエネルギー供給装置30からの給電を受けるための受電側コイル2306が接続されている。
キャパシタ2302を使用することで、充電時間の短縮と充電電圧の低電圧化を図ることができる。
キャパシタ2302は、具体的には例えば電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタなどである。
蓄電池2304への充電は、例えば後述するエネルギー供給装置30からキャパシタ2302を介して行ってもよいし、図示しない電力供給装置から蓄電池2304に直接充電できる機構を設けてもよい。
蓄電池2304は、キャパシタ2302と比較して充電時間が長く、また充電電圧も高いが、充電容量が大きく長時間の飛行が可能となる。
蓄電池2304は、具体的には例えばリチウムイオンバッテリやニッケル水素バッテリなどである。
位置情報受信部204で特定した回転翼機20の現在位置は、回転翼機20の飛行経路の制御等に用いられる。
また、位置情報受信部204は、後述するエネルギー供給装置30の位置情報発信部34から発信される位置特定情報を受信して、回転翼機20に対するエネルギー供給装置30の位置を特定することが可能である。これにより、上記GPS衛星からの測位信号が受信できない場合にもエネルギー供給装置30への飛行経路を特定することができる。
制御部205は、エネルギー蓄積部203のエネルギー蓄積率(充電率)を監視するとともに、エネルギー蓄積率が所定値以下となった場合に回転翼機20をエネルギー供給装置30に移動させてエネルギーの補給を行うよう制御する。
本実施の形態では、制御部205は、キャパシタ2302の充電率を監視し、充電率が所定値以下となった場合に回転翼機20をエネルギー供給装置30に移動させて充電を行うよう制御する。
また、制御部205は、キャパシタ2302の充電率が所定値以下となり、かつエネルギー供給装置30での充電が行えない場合に蓄電池2304に蓄積された電力を用いて駆動部202を駆動させる。すなわち、蓄電池2304はバックアップ用電源として機能する。
なお、本実施の形態では、制御部205は、各エネルギー供給装置30の位置情報(例えば構造物に対する位置座標または緯度経度情報など)を記憶しているものとする。詳細は後述するが、制御部205は、回転翼機20が最寄りのエネルギー供給装置30に到達できるだけのエネルギー蓄積率を下回る前に、回転翼機20をエネルギー供給装置30へと移動させて充電を行うようにする。
管理端末12は、例えばパーソナルコンピュータやタブレット端末、スマートホン等であり、検査対象物周辺に位置する点検作業者が保持している。
管理端末12は、回転翼機20の通信部206と無線通信を行なう不図示の通信部を備え、回転翼機20の制御部205から送信される画像情報、検出情報、位置情報などの情報を受け付ける。
そして、管理端末12は、それら画像情報、検出情報、位置情報にもとづいて検査対象物の状態の評価を行い、あるいは、評価結果を報知し、評価結果を記憶手段に格納する。また、管理端末12は、受け付けた画像情報、検出情報、位置情報をそのままの形態であるいは加工したのち報知し、記憶手段に格納してもよい。
エネルギー供給装置30は、エネルギー供給部32と、位置情報発信部34とを備える。本実施の形態では、エネルギー供給装置30は点検対象の構造物の近傍に複数設けられている。
構造物の近傍とは、構造物の周囲を飛行する回転翼機20がわずかな消費電力で到達できる位置であり、例えば構造物または構造物と隣接する建物等に設けられた支柱上などである。
エネルギー供給部32は、回転翼機20のエネルギー蓄積部203にエネルギー(電力)を供給する。本実施の形態では、エネルギー供給部32は、エネルギー蓄積部203に対して非接触で充電を供給する非接触電力伝送装置である。
より詳細には、エネルギー供給部32は、送電側コイル3202を備えている。回転翼機20の受電側コイル2306が近づいた状態で送電側コイル3202に通電すると、送電側コイル3202に生じた磁束が受電側コイル2306に誘導され、受電側コイル2306に電流が流れて、キャパシタ2302が充電される。
なお、エネルギー供給部32によるエネルギーの供給は、従来公知の様々な方法が使用可能である。
位置情報発信部34が発信する位置特定情報とは、例えばGPS衛星からの測位信号と同様の情報である。すなわち、各位置情報発信部34は信号の発信時間を送信し、回転翼機20の制御部205は、各信号の受信時刻と発信時刻との差分から位置情報発信部34(エネルギー供給装置30)までの距離を算出する。上述のように、制御部205は各エネルギー供給装置30の位置情報を把握しており、少なくとも3つの位置特定信号を受信することで、各エネルギー供給装置30に対する回転翼機20の現在位置を特定することができる。
なお、位置情報発信部34は全てのエネルギー供給装置30に設ける必要はないが、距離誤差を考慮して、4つ以上のエネルギー供給装置30に位置情報発信部34を設けるのが望ましい。
このように、位置情報発信部34を設けることによって、点検対象箇所がトンネル内や橋梁の下面などGPS衛星からの測位信号が受信できない可能性がある場所であっても、回転翼機20をエネルギー供給装置30に到達させることができる。
なお、点検対象箇所がGPS衛星からの測位信号が受信可能な場所である場合には、位置情報発信部34を設けずに、上記測位信号を用いてエネルギー供給装置30の位置を特定するようにしてもよい。
図3ではエネルギー供給装置30は矩形の筐体35を有し、この筐体35内に送電側コイル3202を含むエネルギー供給部32と、位置情報発信部34が収容されている。
筐体35の上面3502は、回転翼機20が着地するのに必要な面積が確保されており、回転翼機20は充電中に飛行動作を停止して上面3502上に静止する。
なお、回転翼機20を飛行させたままで充電を行ってもよいが、図3のようにエネルギー供給装置30上に着地可能とすることによって、充電中の電力消費を低減する上で有利となる。
また、エネルギー供給装置30の設置は、例えば筐体35の側面3504等に、構造物に設置した支柱を接続することによって行う。
なお、点検作業開始時には、キャパシタ2302および蓄電池2304を満充電状態にしておく。
点検作業者が管理端末12を介して点検の開始を指示すると(ステップS500)、回転翼機20は飛行を開始する。このとき、回転翼機20の駆動部202は、キャパシタ2302の電力を用いて駆動する。
回転翼機20は、検出部201により構造物の状態を検出し(ステップS502)、検出した情報を管理端末12へと送信する(ステップS504)。
また、回転翼機20の位置情報受信部204は、エネルギー供給装置30の位置情報発信部34から発信される位置特定情報を受信し、制御部205は回転翼機20に対する各エネルギー供給装置30の位置を特定する(ステップS506)。
キャパシタ2302の充電率が所定値を超えている場合には(ステップS508:No)、ステップS520に移行する。
一方、キャパシタ2302の充電率が所定値以下となった場合(ステップS508:Yes)、制御部205は、点検作業を中断させ(ステップS510)、最寄りのエネルギー供給装置30に回転翼機20を移動させる(ステップS512)。そして、エネルギー供給装置30に到達すると(ステップS514:Yes)、キャパシタ2302の充電を行い、充電が完了すると点検作業に復帰する(ステップS516)。
このように、蓄電池2304はキャパシタ2302の充電が行えない場合のバックアップ電源として使用可能である。
図5では点検対象の構造物として橋梁40、特に橋梁40の下面46の点検を行う場合について図示している。
橋梁40の下面46には、複数のエネルギー供給装置30が設置されている。エネルギー供給装置30は、橋梁40の両側に設けられた支柱42によって支持されている。
エネルギー供給装置30は、可搬型として点検作業毎に設置してもよいし、橋梁40の設置時に固定設置してもよい。
エネルギー供給装置30を可搬型とすれば、点検作業の実施毎に設置することが可能となり、構造物に常時エネルギー供給装置30を設置する場合と比較して低コストであり、またエネルギー供給装置30のメンテナンス性を向上させる上で有利となる。
下面46へと移動した回転翼機20は、検出部201によって橋梁40の状態を検出する(状態P2)。
この間、回転翼機20の駆動部202は、キャパシタ2302の電力を用いて駆動する。また、回転翼機20の位置情報受信部204は、エネルギー供給装置30の位置情報発信部34から発信される位置特定情報を受信する。
制御部205は、キャパシタ2302の充電率を監視するとともに、位置特定情報に基づいて回転翼機20とエネルギー供給装置30との位置関係を把握する。そして、キャパシタ2302の充電率が所定値以下となると、点検作業を中断し、回転翼機20を最寄りのエネルギー供給装置30に移動させて充電を行うように制御する(状態P3)。
キャパシタ2302が満充電となると、制御部205は、点検作業を中断した箇所に回転翼機20を移動させて点検作業を再開させる。点検作業が終了すると、制御部205は回転翼機を点検開始位置である橋梁40の上面44へと帰還させる。
なお、点検作業の終了後に回転翼機20を点検開始位置に帰還させる際には、飛行距離がほぼ確定していることから蓄電池2304の電力を用いてもよい。
また、エネルギー供給装置30が複数設けられているので、回転翼機20がエネルギー供給装置30に到達する前にエネルギーがなくなってしまう可能性を低減でき、回転翼機20が墜落等により破損するリスクを低減する上で有利となる。
また、構造物点検システム10は、エネルギー供給装置30に位置情報発信部34を設けたので、GPS衛星からの測位信号が受信できない箇所の点検作業においても回転翼機20とエネルギー供給装置30との位置関係を把握し、エネルギー供給装置30への移動や点検箇所の把握を効率的に行う上で有利となる。
また、構造物点検システム10は、エネルギー供給部32が非接触電力伝送装置であるので、回転翼機20への充電を容易に行うことができる。また、コネクタ等を介して充電を行う場合と比較して機器の構成がシンプルになり、エネルギー供給装置30および回転翼機20の耐久性を向上させる上で有利となる。
また、構造物点検システム10は、エネルギー蓄積部203がキャパシタ2302であるので、充電を短時間で行うことができ、点検作業の効率を向上させる上で有利となる。また、低電圧で充電可能であるので、充電時の電力消費量を抑えるとともに、エネルギー供給装置30のメンテナンス性を向上させる上で有利となる。
また、構造物点検システム10は、エネルギー蓄積部203が更に蓄電池2304を備えるので、点検作業中に電力が不足して回転翼機20に不具合(墜落による故障や帰還困難等)が生じる可能性を更に低減することができる。
また、本実施の形態では、エネルギー供給部32が非接触電力伝送装置であるものとして説明したが、これに限らず、エネルギー供給装置30および回転翼機20にそれぞれ設けられたコネクタを接続して充電を行うようにしてもよい。
Claims (4)
- 移動体を用いて構造物の状態を点検する構造物点検システムであって、
前記移動体は、
前記構造物の状態を検出する検出部と、
前記移動体の移動用動力を発生する駆動部と、
前記駆動部を駆動するエネルギーを蓄積するエネルギー蓄積部と、
前記エネルギー蓄積部のエネルギー蓄積率を監視する制御部と、を備え、
前記エネルギーは電力であり、
前記エネルギー蓄積部は、電気二重層を用いて電力を蓄積するキャパシタと、蓄電池とを備え、
前記構造物の近傍には、前記エネルギー蓄積部に前記エネルギーを供給するエネルギー供給部を備えるエネルギー供給装置が複数設けられ、
前記駆動部は、点検時には前記キャパシタの電力を用いて前記移動用動力を発生し、
前記制御部は、前記キャパシタのエネルギー蓄積率が所定値以下となった場合には、前記移動体を前記エネルギー供給装置に移動させて前記キャパシタの前記エネルギーの補給を行うよう制御し、前記キャパシタの充電率が所定値以下となり、かつ前記エネルギー供給装置での充電が行えない場合に前記蓄電池に蓄積された電力を用いて前記駆動部を駆動させ前記移動体を指定された帰還位置に帰還させる、
ことを特徴とする構造物点検システム。 - 前記エネルギー供給装置は、前記移動体に対する自装置の位置を特定する位置特定情報を発信する位置情報発信部を更に備え、
前記移動体は、前記位置特定情報を受信する位置情報受信部を更に備え、
前記制御部は、前記位置特定情報に基づいて前記移動体を前記エネルギー供給装置に移動させる、
ことを特徴とする請求項1記載の構造物点検システム。 - 前記エネルギー供給部は、前記エネルギー蓄積部に対して非接触で充電を供給する非接触電力伝送装置である、
ことを特徴とする請求項1または2記載の構造物点検システム。 - 前記移動体は回転翼機であり、
前記エネルギー供給装置は、前記回転翼機が着地可能な面を有し、
前記回転翼機は、前記エネルギー供給装置からの前記エネルギーの供給中に飛行動作を停止して前記面上に静止する、
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載の構造物点検システム。
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