JP6634314B2 - Facility inspection system using unmanned aerial vehicles - Google Patents
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Description
本発明は、点検を要する設備が収容された施設内で検査機能を有する無人航空機を自動飛行させて施設内を点検するようにした無人航空機を用いた施設内点検システムに関し、特に、作業環境等に起因して作業員の負担が大きい焼却処理施設内点検に適用されて好適な施設内点検システムに関するものである。 The present invention relates to an in-facility inspection system using an unmanned aerial vehicle in which an unmanned aerial vehicle having an inspection function is automatically flown and inspected in a facility in which a facility requiring inspection is housed, and in particular, a work environment and the like. The present invention relates to an in-house inspection system which is suitably applied to an in-house inspection of an incineration treatment facility which places a heavy burden on workers due to the above.
近年、例えば廃棄物の焼却処理施設は高度に自動化、省力化が達成されているものの、トラブルの早期発見および適切な予防保全の実施という観点から、作業員による焼却処理施設内の定期的な巡回・点検作業は欠かすことができない。 In recent years, for example, waste incineration facilities have been highly automated and labor-saving, but from the viewpoint of early detection of trouble and implementation of appropriate preventive maintenance, regular patrols in the incineration facilities by workers・ Inspection work is indispensable.
これまでの焼却処理施設内の点検作業は、作業員が現場を巡回し、機器の異常時等を目視にて確認、点検することにより詳しい状況を把握している。広大な焼却処理施設内を点検して巡回するにあたって、点検が可能な範囲は足場を設けた動線上に限られており、足場を設けていない高所などを点検する際は足場を組む作業が伴う。また、高温蒸気や薬品の類が漏れ出している空間については、作業員は防護服を着用したうえで点検を行う。 In the past inspection work in incineration facilities, workers patrol the site, visually confirming and inspecting when equipment is abnormal, etc., to grasp the detailed situation. When inspecting and patrol inside the vast incineration facility, the range that can be inspected is limited to the flow line with scaffolding, and when inspecting high places without scaffolding, it is necessary to work with scaffolding Accompany. In the case of high-temperature steam or chemicals leaking out, workers should wear protective clothing and check.
例えば、収集された廃棄物を貯留するごみピット内については、複数台の監視カメラによる監視を行っており、ごみピット内に貯留されている廃棄物を焼却炉へと投入するごみクレーンが異常停止した際はごみクレーンの走行を案内するレール上に作業員が向かい、手動にてバケットを引き上げて点検を行う。さらに、現場点検した記録をデータとして保存する運用の場合は、管理パソコンなどに手入力、または記録用紙(原紙)をスキャニングするなど、作業員の手作業にて行われる。 For example, in a garbage pit that stores collected waste, monitoring is performed by multiple surveillance cameras, and a garbage crane that inputs waste stored in the garbage pit to an incinerator stops abnormally. In such a case, the worker goes to the rail that guides the traveling of the garbage crane and manually lifts the bucket to perform an inspection. Further, in the case of an operation of saving the record of the inspection at the site as data, the operation is manually performed by an operator, such as manually inputting the data into a management personal computer or scanning the recording paper (base paper).
上記のような現場点検作業では、以下のような問題があった。
(1)広大な焼却処理施設内を巡回点検するのは作業員への負担が多く、迅速に点検できる範囲は足場を設けた場所に限られている。
(2)足場を設けていない高所などを点検する際は足場を組む作業を伴い、多大な労力、人手、時間を要する。
(3)ごみピット内は複数台の監視カメラにより監視しているが、ごみの堆積状況やごみクレーンの停止位置などによっては死角が発生し、詳細な状況を確認できない箇所が存在する。
(4)ごみクレーンが異常停止した時等、ごみピット内での作業は臭気の兼ね合いもあり、作業員への肉体的、精神的負担が甚大なものになる。
(5)高圧蒸気や薬品の類が漏れ出している空間には、作業員は防護服を着用しなければ近づくことができず、現場確認を行う前に準備時間を要する。
(6)現場点検した記録をデータとして保存するには、管理パソコンなどに手入力、または記録用紙(原紙)をスキャニングするなど、作業員による手間が発生する。
The on-site inspection work described above has the following problems.
(1) It is burdensome for a worker to perform a round inspection inside a vast incineration facility, and the range of quick inspection is limited to a place where a scaffold is provided.
(2) Inspection of a high place where a scaffold is not provided involves a work of assembling the scaffold, which requires a great deal of labor, manpower and time.
(3) Although the inside of the garbage pit is monitored by a plurality of surveillance cameras, blind spots occur depending on the state of garbage accumulation and the stop position of the garbage crane, and there are places where detailed conditions cannot be confirmed.
(4) When the garbage crane stops abnormally, etc., the work in the garbage pit has a balance with odor, and the physical and mental burden on the worker becomes enormous.
(5) Workers cannot approach the space where high-pressure steam or chemicals are leaking unless they wear protective clothing, and preparation time is required before checking the site.
(6) In order to save the records of the field inspection as data, labor is required by the operator, such as manually inputting the data into a management personal computer or scanning the recording paper (base paper).
上記のような問題を解決し得るものとして、焼却処理施設内に敷設されたレールに沿って走行する点検ロボットにより、焼却処理施設内の巡回・点検を行うようにしたものが例えば特許文献1にて提案されている。 As a device capable of solving the above-mentioned problem, an inspection robot that travels along a rail laid in an incineration plant performs patrol and inspection in the incineration plant. It has been proposed.
しかしながら、上記特許文献1に係るものでは、レールが敷設された範囲でしか点検を行うことができないため、点検可能な範囲が狭く、点検可能な範囲を広げるためにレールの敷設範囲を広げようとしても、広大な焼却処理施設内にレールを敷設するには物理的にもコスト的にも限度があるため、点検可能な範囲の拡充を思うように図ることができないという問題点がある。 However, according to the above-mentioned Patent Literature 1, inspection can be performed only in the range where the rail is laid, so that the range that can be checked is narrow, and an attempt is made to widen the range in which the rail is laid in order to increase the range that can be checked. However, there is a physical and cost limit to laying rails in a vast incineration facility, and there is a problem that it is not possible to expand the range that can be inspected as desired.
そこで、検査機能を有する無人航空機を利用して点検を行うことが考えられる。今日における無人航空機の利用方法として確立されている例としては、手動操作による壁面調査や煙突の検査などがあるが、いずれも主に屋外にて手動飛行させることを前提としたものであり、飛行経路を指定し、自動的に飛行させる場合はGPSを利用している。ここで、GPSとは、グローバル・ポジショニング・システム(Global Positioning System)のことであり、衛星を用いた測位システム(地球上の現在位置を測定するためのシステム)を指し、測定誤差は10mほどである。 Therefore, it is conceivable to perform the inspection using an unmanned aerial vehicle having an inspection function. Examples of the use of unmanned aerial vehicles that have been established today include manual wall surveys and chimney inspections, all of which are mainly intended for manual flight outdoors. The GPS is used to specify a route and automatically fly. Here, the GPS is a Global Positioning System, which refers to a positioning system using a satellite (a system for measuring the current position on the earth), and a measurement error is about 10 m. is there.
しかしながら、GPSを利用して無人航空機を施設内で自動飛行させて点検するようにしたものでは、無人航空機の現在の三次元位置を求める際のGPS測位システムによる測定誤差が大きすぎるため(測定誤差:10m程度)、施設内の設備の配置に基づいて定められる飛行ルートに沿って無人航空機を正確に自動飛行させることが困難であり、点検を要する設備の所定箇所を焦点を合わせ正確に撮像したり調査したりすることができず、作業員に代わって必要十分な点検を行うことができないという問題点がある。 However, in the case where the unmanned aerial vehicle is made to fly automatically in the facility using the GPS to perform inspection, the measurement error by the GPS positioning system when obtaining the current three-dimensional position of the unmanned aerial vehicle is too large (measurement error : About 10 m), it is difficult to automatically fly an unmanned aerial vehicle accurately along a flight route determined based on the arrangement of the facilities in the facility, and focuses and accurately images a predetermined location of the facility that requires inspection. In addition, there is a problem that it is not possible to perform a necessary and sufficient inspection on behalf of a worker.
本発明は、前述のような問題点に鑑みてなされたもので、点検を要する設備が収容された施設内を所定の飛行ルートに沿って検査機能を有する無人航空機を正確に自動飛行させることができ、これによって作業員が現場に出向かなくても施設内に設置された設備の点検をすることができる無人航空機を用いた施設内点検システムを提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and allows an unmanned aerial vehicle having an inspection function to automatically and accurately fly along a predetermined flight route in a facility accommodating facilities that require inspection. Accordingly, it is an object of the present invention to provide an in-facility inspection system using an unmanned aerial vehicle capable of inspecting equipment installed in the facility without a worker visiting the site.
前記目的を達成するために、本発明による無人航空機を用いた施設内点検システムは、
検査機器を搭載し所定の飛行制御信号に従って飛行制御される無人航空機を、点検を要する設備が収容された施設の内部で自動飛行させることにより、前記設備の点検を行うようにした無人航空機を用いた施設内点検システムであって、
前記施設内の三次元的に異なる所定位置に配される複数の固定器と、
前記無人航空機に搭載される移動器と、
前記無人航空機に対し所定の飛行制御信号を送信して前記無人航空機の飛行を制御する飛行制御手段とを備え、
前記固定器と前記移動器との間で無線信号を伝搬可能とし、
前記飛行制御手段は、前記固定器と前記移動器との間での無線信号の空中伝搬時間を利用して計測される前記無人航空機の前記施設内における現在の三次元位置情報と、前記施設内における前記設備の配置に基づいて定められる飛行ルートの三次元位置情報とに基づいて、前記無人航空機が前記飛行ルートに沿って自動飛行するよう演算処理を行ってその演算結果に従った飛行制御信号を前記無人航空機へと送信して、前記無人航空機が前記飛行ルートに沿って自動飛行するように制御することを特徴とするものである(第1発明)。
In order to achieve the above object, an in-facility inspection system using an unmanned aerial vehicle according to the present invention,
An unmanned aerial vehicle equipped with inspection equipment and controlled in flight in accordance with a predetermined flight control signal is automatically flown inside a facility accommodating the equipment requiring inspection. Inspection system in the facility
A plurality of fixing devices arranged at predetermined three-dimensionally different positions in the facility,
A mobile device mounted on the unmanned aerial vehicle,
Flight control means for transmitting a predetermined flight control signal to the unmanned aerial vehicle and controlling the flight of the unmanned aerial vehicle,
Radio signals can be propagated between the fixed device and the mobile device,
The flight control means, current three-dimensional position information in the facility of the unmanned aerial vehicle measured using the air propagation time of the radio signal between the fixed device and the mobile device, Based on the three-dimensional position information of the flight route determined based on the arrangement of the equipment in the above, the unmanned aircraft performs arithmetic processing so as to automatically fly along the flight route, and a flight control signal according to the arithmetic result Is transmitted to the unmanned aerial vehicle to control the unmanned aerial vehicle to automatically fly along the flight route (first invention).
本発明において、前記無人航空機は、障害物を検知する障害物検知器と、前記障害物検知器からの障害物検知信号に基づいて前記飛行ルートの近くに障害物が接近しているか否かを判断する衝突判断部と、前記飛行制御手段による飛行制御とは独立して優先的に当該無人航空機を制御する自立飛行制御部とを備え、前記自立飛行制御部は、前記衝突判断部が前記飛行ルートの近くに障害物が接近していると判断したときに、障害物との衝突を回避するため、前記無人航空機が障害物から遠ざかるように飛行制御するのが好ましい(第2発明)。
なお、衝突回避した後の無人航空機の動作については、飛行制御手段(より具体的には、後述する「制御用PC10」)にて任意に決定できるようにする(例:安全な場所に停止する、もしくは安全を確認でき次第、自動飛行を継続する等)のが好ましい。
In the present invention, the unmanned aerial vehicle is an obstacle detector that detects an obstacle, and determines whether an obstacle is approaching the flight route based on an obstacle detection signal from the obstacle detector. A collision judging section for judging, and an independent flight control section for controlling the unmanned aerial vehicle preferentially independently of the flight control by the flight control means. When it is determined that an obstacle is approaching near the route, it is preferable to control the flight so that the unmanned aerial vehicle moves away from the obstacle in order to avoid collision with the obstacle (second invention).
The operation of the unmanned aerial vehicle after the collision is avoided can be arbitrarily determined by the flight control means (more specifically, the “
本発明において、前記無人航空機が搭載する前記検査機器としては、前記設備に付設される計器を撮像しその計器が示す数値を数値データとして認識する機能を有する撮像装置を含み、前記飛行制御手段は、前記計器の位置データに基づいて、前記撮像装置が前記計器を撮像可能となるように前記無人航空機の飛行を制御し、前記撮像装置による前記計器の撮像によって認識された数値データを前記無人航空機に搭載される無線通信機により無線送信して、無線送信された数値データをデータ保存・管理手段で保存・管理するのが好ましい(第3発明)。
ここで、上記データ保存・管理手段としては、例えば、後述する中央制御室11内に配置されるサーバ9などが挙げられ、このサーバ9にはデータシートを用意しておき、受信した計測データをデータシート上における該当するタグナンバーの該当欄に自動的に記入するようにするのがより好ましい。
In the present invention, the inspection equipment mounted on the unmanned aerial vehicle includes an imaging device having a function of imaging an instrument attached to the facility and recognizing a numerical value indicated by the instrument as numerical data, and the flight control means includes: Controlling the flight of the unmanned aerial vehicle so that the imaging device can image the instrument based on the position data of the instrument, and converting the numerical data recognized by the imaging of the instrument by the imaging device to the unmanned aircraft. It is preferable that the numerical data transmitted wirelessly is transmitted by a wireless communication device mounted on the computer and that the numerical data transmitted wirelessly is stored and managed by a data storing and managing means (third invention).
Here, as the data storage / management means, for example, a
本発明において、前記無人航空機に対しワイヤレスで給電可能な給電台を前記施設内に設置し、前記飛行制御手段は、前記無人航空機を前記給電台に着陸するように飛行制御して、前記給電台に着陸した前記無人航空機に対しワイヤレスにて給電するようにするのが好ましい(第4発明)。 In the present invention, a power feeding stand capable of wirelessly feeding power to the unmanned aerial vehicle is installed in the facility, and the flight control means controls flight so that the unmanned aerial vehicle lands on the power feeding stand. It is preferable to wirelessly supply power to the unmanned aerial vehicle that has landed at (fourth invention).
本発明によれば、施設内の三次元的に異なる所定位置に配される複数の固定器とそれら固定器との間で無線信号を伝搬可能に無人航空機に搭載される移動器との間での無線信号の空中伝搬時間を利用して計測される無人航空機の施設内における現在の三次元位置情報と、施設内における設備の配置に基づいて定められる飛行ルートの三次元位置情報とに基づいて、無人航空機がその飛行ルートに沿って自動飛行するように制御されるので、点検を要する設備が収容された施設内を所定の飛行ルートに沿って検査用の無人航空機を正確に自動飛行させることができ、これによって作業員が現場に出向かなくても施設内に設置された設備の点検をすることができる。 According to the present invention, between a plurality of fixed devices arranged at predetermined three-dimensionally different positions in a facility and a mobile device mounted on an unmanned aerial vehicle so that radio signals can be propagated between the fixed devices. Based on the current three-dimensional position information in the facility of the unmanned aerial vehicle measured using the air propagation time of the wireless signal and the three-dimensional position information of the flight route determined based on the arrangement of the facilities in the facility Since the unmanned aerial vehicle is controlled to fly automatically along its flight route, it is necessary to automatically and automatically fly the unmanned aerial vehicle for inspection along a predetermined flight route in a facility containing the equipment requiring inspection. Thus, the equipment installed in the facility can be inspected without the worker having to go to the site.
また、第2発明の構成を採用することにより、衝突回避飛行の反応速度を向上させることができるので、障害物との衝突をより確実に回避することができ、安全性を向上させることができる。 In addition, by adopting the configuration of the second invention, the reaction speed of the collision avoidance flight can be improved, so that collision with an obstacle can be avoided more reliably, and safety can be improved. .
また、第3発明の構成を採用することにより、設備に付設される計器が示す数値データを自動的に保存・管理することができ、従来は作業員が行っていた計器の数値データの入力作業が不要になり、作業員の労力を軽減することができる。 In addition, by adopting the configuration of the third invention, it is possible to automatically save and manage the numerical data indicated by the instruments attached to the equipment, and to input the numerical data of the instruments conventionally performed by the worker. Becomes unnecessary, and the labor of the worker can be reduced.
また、第4発明の構成を採用することにより、無人航空機に対する充電の際に、有線接続等の物理的な接続をする手間を省略することができ、全自動化を実現することができる。 In addition, by employing the configuration of the fourth aspect of the invention, when charging an unmanned aerial vehicle, the trouble of making a physical connection such as a wired connection can be omitted, and full automation can be realized.
次に、本発明による無人航空機を用いた施設内点検システムの具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の述べる実施の形態は、廃棄物を焼却処理する焼却処理施設に本発明が適用された例であるが、勿論これに限定されるものではない。 Next, a specific embodiment of a facility inspection system using an unmanned aerial vehicle according to the present invention will be described with reference to the drawings. The embodiment described below is an example in which the present invention is applied to an incineration facility that incinerates waste, but is not limited to this.
<施設内点検システムの概略説明>
図1に示される無人航空機を用いた施設内点検システム(以下、単に「施設内点検システム」と称する。)1は、点検を要する設備2(図4(a)および(b)参照)が収容された焼却処理施設3内で三次元的な移動が可能な無人航空機4と、焼却処理施設3内の三次元的に異なる所定位置に配される複数の固定器5と、これら固定器5に有線(例えばUSBケーブル等)にて接続されるハブ6およびWiFi(登録商標)方式の無線通信機(以下、「WiFiルータ」と称する。)7と、ハブ6に対し通信ネットワーク8を介して接続されるサーバ9および制御用パーソナルコンピュータ(以下、「制御用PC」と称する。)10とを備えている。
<Outline of the facility inspection system>
An in-facility inspection system using an unmanned aerial vehicle shown in FIG. 1 (hereinafter simply referred to as an “in-facility inspection system”) 1 accommodates
ここで、ハブ6は、複数の固定器5の間を繋ぎ合わせ、電源の入切やデータの送受信を一括で管理する役目をし、サーバ9は、各固定器5、後述する移動器33等の情報を管理・保管する役目をし、制御用PC10は、位置情報の解析や無人航空機4の飛行を制御する役目をし、これらハブ6、サーバ9および制御用PC10等は中央制御室11内に配置されている。
Here, the hub 6 connects the plurality of fixed
<無人航空機の説明>
図2(a)および(b)に示されるように、無人航空機4は、その本体部分を構成する航空機本体12と、航空機本体12から四方に水平に張り出される4つのアーム13と、各アーム13の端部に設置されるモータ14と、各モータ14によって回転駆動されるプロペラ15とを備えて構成されている。
このような構成の無人航空機4は、複数(本例では4つ)のプロペラ15を回転させることで離着陸が可能であり、シングルローターの所謂ヘリコプタータイプのものと比べ、より大きな積載量が期待でき、更に、ホバリング能力(空中で停止する能力)が高く、安定性があり、細かな飛行もできるため、本実施形態の施設内点検システム1の用途に最も適している。
<Explanation of unmanned aircraft>
As shown in FIGS. 2A and 2B, the unmanned
The unmanned
<コントローラの説明>
航空機本体12には、図3に示されるようなコントローラ20が内蔵されており、コントローラ20は、主として、CPU(中央演算処理装置)21、種々のデータや所定プログラム等を記憶するメモリ22、およびその他の電気回路等のハードウェア(図示省略)により構成されている。
<Description of controller>
The aircraft
<コントローラに接続される機器の説明>
コントローラ20には、4つのモータ14、無線インターフェイス23、撮像装置24、障害物検知器25および各種センサ26がそれぞれ所定信号を伝達可能に接続されている。
<Description of devices connected to controller>
To the
4つのモータ14は、図示されないモータ駆動回路等を介してCPU21にそれぞれ信号伝達可能に接続され、無人航空機4を駆動する駆動装置として機能する。
The four
無線インターフェイス23は、複数の固定器5との間で無線信号を伝搬可能に航空機本体12の適所に搭載される演算処理機能を有する移動器33と、WiFiルータ7を経由してサーバ9に対しデータを無線送信可能に航空機本体12に搭載される無線送信機34とを含むものである。
The
ここで、複数の固定器5と移動器33との間で無線信号をやり取りする方式としては、例えばUWB(Ultra Wide Band)による通信方式が好適である。
UWBとは、数GHzにわたる帯域を使用する通信方式である。詳細な通信方法はインパルス方式を採用する。これは、例えば、パルス幅が0.2nsec程度のパルスを0.5nsec間隔で、固定器5と移動器33との間にて信号をやり取りする方式で、パルスの空中伝搬時間を利用して高精度な三次元の測位・測距センサが実現できる。電波を利用するため、照度、温度、風等の外乱の影響を受けることなく計測が可能な技術である。
焼却処理施設3内に設置されている複数個の固定器5と測定対象である無人航空機4に搭載する移動器33との距離を信号到達時間により計算して、空間的な位置を測定する。数nsec程度の非常に短いパルス電波を使用することで、リアルタイムに誤差最大数cm以内という精度にて現在位置を測定することができる。
GPSを利用した位置測定の誤差が10m以上であるのに対し、UWBは上記のように非常に高精度での位置測定を行える。固定器5からの測定可能距離は30m程度であり、固定器5を複数個要所に配置すれば、焼却処理施設3内の領域は網羅できる。また、送信出力が非常に小さいため、消費電力がほとんどない点も特徴である。
Here, as a method of exchanging wireless signals between the plurality of fixed
UWB is a communication system that uses a band covering several GHz. A detailed communication method employs an impulse method. This is a method of exchanging signals between the
The distance between the plurality of fixed
While the error of the position measurement using the GPS is 10 m or more, UWB can perform the position measurement with extremely high accuracy as described above. The measurable distance from the fixing
撮像装置24は、航空機本体12の下部などに取り付けられており(図2(b)参照)、静止画または動画を撮像するデジタルカメラやビデオカメラ等からなり、レンズや撮像素子等から構成され、入射された被写体像を表す光が例えばCCDの受光面に結像され、カメラ信号処理回路およびA/D変換器等を介して、CPU21に画像データが送信される。
また、撮像装置24は、設備2に付設される計器を撮像しその計器が示す数値を数値データとして認識する機能を有している。
撮像装置24からの画像データや数値データは、無線通信機34から無線送信され、WiFiルータ7を経由してサーバ9に送信される。
The
Further, the
Image data and numerical data from the
障害物検知器25は、飛行ルート上の障害物を検知するものであり、例えば、レーザー光による走査によって障害物を検知するレーザースキャナーや、発射した電波の反射波を受信して障害物を検知するレーダー等が好適に用いられる。障害物検知器25からの検知信号はCPU21に送信される。
The
各種センサ26は、航空機本体12の適所に取り付けられており、無人航空機4の位置や高度、速度、方向などの各種情報を取得するセンサ群であり、例えば、無人航空機4の加速度を計測する三軸加速度計や、無人航空機の角度の角速度を検出する三軸ジャイロスコープなどから構成される。各種センサ26からの検出信号はCPU21に送信される。
The
<CPUの機能モジュールの説明>
CPU21においては、メモリ22からプログラムを適宜に読み込んで実行することにより、ルート飛行制御部35、衝突判断部36、自立飛行制御部37、撮像制御部38などの種々の機能モジュールを仮想的に構築し、構築された各機能モジュールによって、各部の動作制御を行っている。
<Description of CPU functional modules>
In the
ルート飛行制御部35は、各種センサ26からの検出信号をリアルタイムで読み込みながら制御用PC10(図1参照)からの飛行制御信号に従って、各モータ14の回転を制御する。なお、このルート飛行制御部35および制御用PC10を含む構成が本発明の「飛行制御手段」に相当する。
衝突判断部36は、障害物検知器25からの検知信号に基づいて飛行ルートの近くに障害物が接近しているか否かを判断する。
自立飛行制御部37は、飛行ルートの近くに障害物が接近していると衝突判断部36が判断したときに、制御用PC10からの飛行制御信号に基づくルート飛行制御部35による飛行制御とは独立して優先的に、障害物との衝突を回避するように無人航空機4を制御する役目をする。
撮像制御部38は、撮像装置24のフォーカスやズーム、レンズ方向を調整する機能を有している。
The route
The
When the
The
<ワイヤレス給電による自動給電システム>
なお、無人航空機4に搭載した駆動用バッテリーは充電する必要があるため、無人航空機4を自動化するにはワイヤレス給電による自動給電システムが望まれる。そこで、ワイヤレス給電するために、図1に示されるように、焼却処理施設3内の一角に電磁誘導方式または磁界共鳴方式の給電台40を設置し、給電台40には移動器33と同様の発信器を装備し、制御用PC10にて位置情報を判断できるようにしておく。そして、無人航空機4の充電が少なくなった場合や、自動飛行が終了後には給電台40に着陸させて、ワイヤレスにて給電する。
以上より、充電の際には有線接続等の物理的な接続をする手間を省略することができ、全自動化を実現できる。
<Automatic power supply system using wireless power supply>
Since the drive battery mounted on the unmanned
As described above, when charging, the trouble of making a physical connection such as a wired connection can be omitted, and full automation can be realized.
以上に述べたように構成される施設内点検システム1において、UWBによる無人航空機4の位置を把握するまでの原理を図1を用いて以下に説明する。
In the in-facility inspection system 1 configured as described above, the principle up to grasping the position of the unmanned
<無人航空機の現在位置情報の取得についての説明>
複数の固定器5と移動器33との間の距離を測定する際は、移動器33が複数の固定器5との間でUWB信号の伝播時間を測定し、距離a〜fを求める。この時点において、各固定器5からの距離情報は移動器33が持っており、移動器33が取得した距離情報を、WiFiルータ7を経由させてサーバ10へ伝送する。
制御用PC10は、移動器33より受信した各固定器5からの距離情報をもとに、移動器33の現在位置、つまり無人航空機4の現在位置を算出する。算出された位置データは制御用PC10内のマップにプロットされ、画面上で確認することも可能となる。なお、このマップはCAD等の3D空間を作成できる市販ソフトウェアを用いて作成したものに、位置測定情報をプロットできると仮定する。マップ内の任意の点(x、y、z)は、各固定器5の距離情報により判別することができる。
以上により、移動器33を搭載した無人航空機4の焼却処理施設3内における現在の位置情報が制御用PC10によって把握される。
<Explanation on acquisition of current location information of unmanned aircraft>
When measuring the distance between the plurality of fixed
The
As described above, the current position information in the
次に、施設内点検システム1において、UWBの位置情報に基づく無人航空機4の飛行制御について、図3並びに図4(a)および(b)を用いて以下に説明する。
Next, flight control of the unmanned
<平面方向の飛行制御の説明>
図4(a)に示される焼却処理施設3内を上から見た平面図において、焼却処理施設3内における設備2の配置に基づいて定められる飛行ルートに沿って、すなわち図4(a)中(1)〜(5)で示される複数の地点を昇順で白抜き矢印で示される経路に従って無人航空機4を自動飛行させる制御を行うとする。
まず、(1)地点から自動飛行を開始することを前提とする。(1)地点の位置情報は、複数の固定器5からの距離a,b,c,dにより判断している。次に、(2)地点へ向かうとする。(2)地点の位置情報は、複数の固定器5からの距離a´,b´,c´,d´により判断できる。取得した(2)地点の位置情報は、制御用PC10上で認識している。制御用PC10により(2)地点へ向かって前進、減速、停止、ホバリング等の一連の動作指示を無人航空機4に出力する。動作指示のタイミングは、無人航空機4の位置情報により判断する。
ここで、制御PC10から無人航空機4への動作指示の出力について、より具体的には、(1)地点の位置情報と、(2)地点の位置情報とに基づいて、無人航空機4が(1)地点から(2)地点に向かって白抜き矢印で示される経路に沿って前進し、その後、減速、停止、ホバリング等の一連の動作を伴って自動飛行するように制御用PC10が演算処理を行い、その演算結果に従った飛行制御信号を制御用PC10からWiFiルータ7,無線通信機34(図3参照)を介して無人航空機4のコントローラ20に送信することによって行われる。そして、コントローラ20のルート飛行制御部35は、各種センサ26からの検出信号をリアルタイムで読み込みながら制御用PC10からの飛行制御信号に従って、各モータ14の回転を制御し、無人航空機4を(2)地点へと直線的に自動飛行させる。(2)地点以降も同じように自動飛行させると、予定の飛行ルートに沿って無人航空機4を正確に自動飛行させることができる。
<Explanation of flight control in plane direction>
In the plan view of the inside of the
First, it is assumed that automatic flight starts from the point (1). (1) The position information of the point is determined based on the distances a, b, c, and d from the plurality of fixed
Here, with respect to the output of the operation instruction from the
<高さを含めた三次元での飛行制御の説明>
また、図4(b)に示される焼却処理施設3内を横から見た断面図において、異なる所定高さ位置に複数(本例では3個)の固定器5を配置することにより、距離a,b,cから高さも含めた地点を指定できる。前述の平面的な二次元での位置制御に加え、この三次元要素を付加することにより、高さも含めた三次元での位置制御を行うことができる。
以上より、GPSでの制御では不可能であった高精度の自動飛行が可能となり、平面方向、高さ方向ともに指定した空間を自動飛行させることが可能になる。また、足場を設けていない高所なども、座標を入力するだけで容易に点検することが可能となる。
<Explanation of flight control in three dimensions including height>
Further, in the cross-sectional view of the inside of the
As described above, high-precision automatic flight, which was impossible with GPS control, becomes possible, and it is possible to automatically fly in a designated space in both the plane direction and the height direction. In addition, even a high place where no scaffold is provided can be easily inspected simply by inputting coordinates.
<障害物検知器による無人航空機の衝突回避制御の説明>
前述したように、UWBを利用することで飛行精度は格段に向上するものの、それでも誤差最大数cm以内という精度である。それでは障害物の多い空間においては、無人航空機4を安全に自動飛行させるには不安が残る。そこで、さらに安全性を向上させるために、障害物検知器25による無人航空機4の衝突回避制御を行うものとする。かかる衝突回避制御について、主に図3の機能ブロック図および図5に示されるフローチャートを用いて以下に説明する。なお、図5中記号「S」はステップを表す。
<Explanation of collision avoidance control of unmanned aerial vehicles by obstacle detector>
As described above, the use of UWB greatly improves the flight accuracy, but the accuracy is still within a few centimeters at the maximum. Then, in a space with many obstacles, anxiety remains for safely flying the unmanned
まず、制御用PC10からの飛行制御信号に従ってルート飛行制御部35による自動飛行制御が実施されている状態(S1)において、衝突判断部36は、障害物検知器25からの検知信号に基づいて、飛行ルートの近くに障害物が接近しているか否かを判断する(S2)。
ステップS2において、飛行ルートの近くに障害物が接近していないと判断した場合には、自動飛行制御を引き続き実行する。一方、飛行ルートの近くに障害物が接近していると判断した場合には、移動器33は、障害物検知器25からの検知信号に基づいて無人航空機4と障害物との位置関係を演算処理し、演算結果に基づき両者の位置関係を把握する(S3)。
次いで、自立飛行制御部37は、ステップS3において把握した無人航空機4と障害物との位置関係に基づいて、障害物との衝突を回避するため、無人航空機4が障害物から遠ざかるように飛行を制御する(S4)。この衝突回避動作を行った位置情報や、衝突回避動作の結果等を無線通信機34からWiFiルータ7を経由させてサーバ9へ伝送し、無人航空機4の飛行状態を遠隔からでも把握できるようにする。また、衝突回避した後の無人航空機の動作については、例えば、安全な場所に停止する、もしくは安全を確認でき次第、自動飛行を継続するなど、制御用PC10にて任意に決定できるようにする(S5)。
こうして、無人航空機4が障害物に近づくと、レーザースキャナー等の障害物検知器25で障害物を検知し、この検知信号をCPU21で判断し、速やかに障害物を回避させる。これにより、制御用PC10で判断させるよりも伝送距離を短縮できるため、反応速度が向上し、安全性が向上する。
なお、人やごみクレーンなど、移動する障害物に対しては、移動器33と同様の発信器を持たせることで、制御用PC10にて移動する障害物の位置情報を把握し、予め障害物を回避させるものとする。
以上より、GPSでの制御では困難であった障害物の多い空間においても、安全に無人航空機4を自動飛行させることが可能になる。また、これまで人がごみピット内に入って作業していたクレーンの点検作業等も、障害物検知器25を無人航空機4に搭載することにより、より安全に、かつ人の労力を要さずに可能となる。
First, in a state where the automatic flight control is performed by the route
If it is determined in step S2 that an obstacle is not approaching near the flight route, the automatic flight control is continuously executed. On the other hand, when determining that an obstacle is approaching near the flight route, the mobile unit 33 calculates the positional relationship between the unmanned
Next, based on the positional relationship between the unmanned
In this way, when the unmanned
In addition, for a moving obstacle such as a person or a garbage crane, a transmitter similar to the moving unit 33 is provided so that the
As described above, it is possible to safely fly the unmanned
上記の衝突回避した後の無人航空機4の動作については、制御用PC10にて任意に決定できるようにする(例:安全な場所に停止する、もしくは安全を確認でき次第、自動飛行を継続する等)。
The operation of the unmanned
<現場計器の数値データ取得の説明>
次に、無人航空機4の巡回点検により収集した現場計器等の映像データに対し、撮像装置24が有する数字認識機能により数値データ化し、無線などを利用して中央制御室11などの遠隔地へデータ伝送するための制御方法について以下に説明する。
<Explanation of acquisition of numerical data of field instruments>
Next, the image data of the field instruments and the like collected by the patrol inspection of the unmanned
焼却処理施設3内に設置された設備2における計測値を確認したい現場計器の位置情報および飛行ルートを制御用PC10に登録し、制御用PC10は、その登録情報と、無人航空機4の現在の三次元位置情報とに基づいて、無人航空4機の現在地点から計測値を確認したい現場計器に向かって飛行ルートに沿って前進し、その後、減速、停止、ホバリング等の一連の動作を伴って自動飛行するように演算処理を行ってその演算結果に従った飛行制御信号を制御用PC10からWiFiルータ7,無線通信機34を介して無人航空機4のコントローラ20に送信する。コントローラ20のルート飛行制御部35は、各種センサ26からの検出信号をリアルタイムで読み込みながら制御用PC10からの飛行制御信号に従って、各モータ14の回転を制御し、無人航空機4を目的の現場計器のある地点へと直線的に自動飛行させる。これにより、無人航空機4を現場計器の付近に正確に到達させることができる。
The position information and the flight route of the on-site instrument for which the user wants to check the measurement value of the
現場計器には自らのタグナンバー等のデータを発信する発信器を付加しておくことで、その位置関係を制御用PC10にて判断し、無人航空機4はさらに正確に現場計器のもとへ自動飛行することが可能となる。つまり、無人航空機4(移動器33)と現場計器(発信器)の位置関係を制御用PC10で把握することで、無人航空機4の向き、高さを調整し、照準を合わせることが容易になり、精度も向上する。
By adding a transmitter for transmitting data such as its own tag number to the on-site instrument, the positional relationship is determined by the
計測データ取得の際は現場計器の前で無人航空機4をホバリングさせて撮像装置24で撮像し、情報タグ情報を含めた数値データを取得する。数値に置換した計測データは、中央制御室11のサーバ9にWiFiルータ7を経由させてリアルタイムで送信する。サーバ9にはデータシートを用意しておき、受信した計測データをデータシート上における該当するタグナンバーの該当欄に自動的に記入する。
以上より、これまで手入力などで対応してきた現場計器の計測データを、自動的に保存することが可能となる。
When acquiring the measurement data, the unmanned
As described above, it becomes possible to automatically save the measurement data of the on-site instrument which has been handled by the manual input or the like.
なお、撮像装置24に搭載するカメラとして全方位カメラを採用することで、飛行ルート上の全方位の撮像が可能になり、限られた1回の飛行時間で、1方位カメラの採用時に比べてさらに広範囲の状況把握が可能となる。これにより、無人航空機4に搭載した駆動用バッテリーに依存する限られた飛行時間(連続探索距離)の中で、より効率的な自動飛行が可能となる。また、搭載カメラ24を遠赤外線仕様とすることにより、温度異常など、さらに詳しい情報も確認することができる。
In addition, by using an omnidirectional camera as a camera mounted on the
<作用効果の説明>
本実施形態の施設内点検システム1によれば、焼却処理施設3内の三次元的に異なる所定位置に配される複数の固定器5とそれら固定器5との間で無線信号を伝搬可能に無人航空機4に搭載される移動器33との間での無線信号の空中伝搬時間を利用して計測される無人航空機4の焼却処理施設3内における現在の三次元位置情報と、焼却処理施設3内における設備2の配置に基づいて定められる飛行ルートの三次元位置情報とに基づいて、無人航空機4がその飛行ルートに沿って自動飛行するように制御されるので、点検を要する設備2が収容された焼却処理施設3内を所定の飛行ルートに沿って検査用の無人航空機4を正確に自動飛行させることができ、これによって作業員が現場に出向かなくても焼却処理施設3内に設置された設備2の点検をすることができる。
したがって、以下のような効果を得ることができる。
(1)焼却処理施設3内の巡回点検などに関する作業員の負担を軽減できる。
(2)高所など、足場の有無に関わらず、人が容易にアクセスできない場所の状態も確認できる。
(3)ごみクレーン異常停止時において、ごみクレーン本体へ直接接近しての確認ができる。
(4)ごみピット転落時、ごみピット火災時において、ごみピット内の詳細把握などに適応できる。
(5)高圧蒸気や薬液が漏れている箇所等、人体に危険を伴う可能性がある場所にも接近可能である。
<Explanation of operation and effect>
According to the in-facility inspection system 1 of the present embodiment, a plurality of fixing
Therefore, the following effects can be obtained.
(1) It is possible to reduce the burden on workers for patrol inspections in the
(2) Regardless of the presence or absence of a scaffold, such as a high place, the state of a place where a person cannot easily access can also be confirmed.
(3) When the garbage crane is abnormally stopped, it is possible to confirm that the garbage crane is directly approached.
(4) When the garbage pit falls or the garbage pit fires, it can be applied to grasp details in the garbage pit.
(5) It is possible to access places where there is a danger to the human body, such as places where high-pressure steam or chemicals leak.
また、本実施形態の施設内点検システム1において、無人航空機4は、障害物を検知する障害物検知器25と、障害物検知器25からの障害物検知信号に基づいて飛行ルートの近くに障害物が接近しているか否かを判断する衝突判断部36と、制御用PC10による飛行制御とは独立して優先的に当該無人航空機4を制御する自立飛行制御部37とを備え、自立飛行制御部37は、飛行ルートの近くに障害物が接近していると衝突判断部36が判断したときに、障害物との衝突を回避するように無人航空機4の飛行を制御することにより、制御用PC10で判断させるよりも伝送距離を短縮できるため、衝突回避飛行の反応速度を向上させることができ、障害物との衝突をより確実に回避することができて、安全性を向上させることができる。
Further, in the in-facility inspection system 1 of the present embodiment, the unmanned
また、本実施形態の施設内点検システム1において、無人航空機4には、設備2に付設される計器を撮像しその計器が示す数値を数値データとして認識する機能を有する撮像装置24が搭載され、制御用PC10は、計器の位置データに基づいて、撮像装置24が計器を撮像可能となるように無人航空機4の飛行を制御し、撮像装置24による計器の撮像によって認識された数値データを無人航空機4に搭載される無線通信機34により無線送信して、無線送信された数値データをサーバ9で保存・管理することにより、設備2に付設される計器が示す数値データを自動的に保存・管理することができ、従来は作業員が行っていた計器の数値データの入力作業が不要になり、作業員の労力を軽減することができる。
Further, in the in-facility inspection system 1 of the present embodiment, the unmanned
以上、本発明の無人航空機を用いた施設内点検システムについて、一実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。 As described above, the in-facility inspection system using the unmanned aerial vehicle of the present invention has been described based on one embodiment. However, the present invention is not limited to the configuration described in the above embodiment, and a range that does not depart from the gist of the present invention. The configuration can be changed as appropriate.
本発明の無人航空機を用いた施設内点検システムは、点検を要する設備が収容された施設内を所定の飛行ルートに沿って検査機能を有する無人航空機を正確に自動飛行させることができ、これによって作業員が現場に出向かなくても施設内に設置された設備の点検をすることができるという特性を有していることから、作業環境等に起因して作業員の負担が大きい焼却処理施設等を含む廃棄物処理施設の内部点検の用途に好適に用いることができるほか、例えば、水処理施設や発電施設等の内部点検の用途にも用いることができ、産業上の利用可能性が大である。 The in-facility inspection system using the unmanned aerial vehicle of the present invention can accurately and automatically fly an unmanned aerial vehicle having an inspection function along a predetermined flight route in a facility in which equipment requiring inspection is accommodated. The incineration treatment facility has a characteristic that the workers installed in the facility can be inspected even if the workers do not go to the site. It can be used suitably for internal inspection of waste treatment facilities including wastewater treatment facilities, and can also be used for internal inspection of water treatment facilities and power generation facilities. It is.
1 施設内点検システム
2 設備
3 焼却処理施設
4 無人航空機
5 固定器
6 ハブ
7 WiFiルータ
9 サーバ(データ保存・管理手段)
10 制御用PC(飛行制御手段)
24 撮像装置(検査機器)
25 障害物検知器
33 移動器
34 無線通信機
35 ルート飛行制御部(飛行制御手段)
36 衝突判断部
37 自立飛行制御部
38 撮像制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 In-
10 PC for control (flight control means)
24 Imaging device (inspection equipment)
25 obstacle detector 33
36
Claims (3)
前記施設内における平面方向に加え高さ方向も含めた三次元的に異なる所定位置に配される複数の固定器と、
前記無人航空機に搭載される移動器と、
前記無人航空機に対し所定の飛行制御信号を送信して前記無人航空機の飛行を制御する飛行制御手段とを備え、
前記固定器と前記移動器との間で無線信号を伝搬可能とし、
前記飛行制御手段は、前記固定器と前記移動器との間での無線信号の空中伝搬時間を利用して計測される前記無人航空機の前記施設内における現在の三次元位置情報と、前記施設内における前記設備の配置に基づいて定められる飛行ルートの三次元位置情報とに基づいて、前記無人航空機が前記飛行ルートに沿って自動飛行するよう演算処理を行ってその演算結果に従った飛行制御信号を前記無人航空機へと送信して、平面方向に加え高さ方向も含めた三次元での位置制御を行うことにより、前記無人航空機が前記飛行ルートに沿って自動飛行するように制御し、
前記無人航空機が搭載する前記検査機器としては、前記設備に付設される計器を撮像しその計器が示す数値を数値データとして認識する機能を有する撮像装置を含み、
前記飛行制御手段は、前記計器の位置データに基づいて、前記撮像装置が前記計器を撮像可能となるように前記無人航空機が前記計器の付近に到達するよう前記無人航空機の自動飛行を制御し、前記撮像装置による前記計器の撮像によって認識された数値データを前記無人航空機に搭載される無線通信機により無線送信して、無線送信された数値データをデータ保存・管理手段で保存・管理することを特徴とする無人航空機を用いた施設内点検システム。 An unmanned aerial vehicle equipped with inspection equipment and controlled in flight in accordance with a predetermined flight control signal is automatically flown inside a facility accommodating the equipment requiring inspection. Inspection system in the facility
A plurality of fixing devices arranged at predetermined positions that differ three-dimensionally, including the height direction in addition to the plane direction in the facility,
A mobile device mounted on the unmanned aerial vehicle,
Flight control means for transmitting a predetermined flight control signal to the unmanned aerial vehicle and controlling the flight of the unmanned aerial vehicle,
Radio signals can be propagated between the fixed device and the mobile device,
The flight control means, current three-dimensional position information in the facility of the unmanned aerial vehicle measured using the air propagation time of the radio signal between the fixed device and the mobile device, Based on the three-dimensional position information of the flight route determined based on the arrangement of the equipment in the above, the unmanned aircraft performs arithmetic processing so as to automatically fly along the flight route, and a flight control signal according to the arithmetic result By transmitting to the unmanned aerial vehicle, by performing three-dimensional position control including the height direction in addition to the plane direction, the unmanned aircraft is controlled to automatically fly along the flight route ,
The inspection equipment mounted on the unmanned aerial vehicle includes an imaging device having a function of imaging a gauge attached to the facility and recognizing a numerical value indicated by the gauge as numerical data,
The flight control means controls automatic flight of the unmanned aerial vehicle such that the unmanned aerial vehicle arrives near the instrument so that the imaging device can image the instrument, based on the position data of the instrument, Wirelessly transmitting numerical data recognized by the imaging device by the imaging of the instrument by a wireless communication device mounted on the unmanned aerial vehicle, and storing and managing the wirelessly transmitted numerical data by a data storage / management unit. In-facility inspection system using unmanned aerial vehicles.
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