JP6699019B2 - Wall measuring device, flying robot and wall inspection system - Google Patents
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Description
本発明は、レーザ光を用いて壁面の距離および傾きを計測する壁面計測装置、当該壁面計測装置を搭載した飛行ロボット、および、当該飛行ロボットを用いた壁面検査システムに関する。 The present invention relates to a wall surface measuring device that measures a distance and an inclination of a wall surface by using a laser beam, a flying robot equipped with the wall surface measuring device, and a wall surface inspection system using the flying robot.
橋脚等の構造物は、時間の経過とともに老朽化する。このため、この種の構造物では、定期的に壁面の状況が点検され、適宜、修復等の措置が採られる。この場合、たとえば、カメラを用いて壁面の状況が検査される。カメラで撮像した画像を解析することにより、たとえば、橋脚等の表面に生じた亀裂が確認される。 Structures such as piers will deteriorate over time. Therefore, in this type of structure, the condition of the wall surface is regularly inspected, and appropriate measures such as restoration are taken. In this case, for example, the condition of the wall surface is inspected using a camera. By analyzing the image captured by the camera, for example, cracks formed on the surface of the pier or the like are confirmed.
以下の特許文献1には、レーザ光を用いて壁面の距離および傾きを計測する壁面検出手段が記載されている。特許文献1の構成では、自動車に搭載されたレーザスキャナによりレーザ光を水平方向および垂直方向に走査させて、三次元の座標点群のデータが取得される。こうして取得された座標点群データに基づいて、道路の付属物の壁面や道路付近の建物、塀等の壁面が検出される。 The following Patent Document 1 describes a wall surface detection unit that measures the distance and the inclination of the wall surface using laser light. In the configuration of Patent Document 1, a laser scanner mounted on an automobile scans a laser beam in a horizontal direction and a vertical direction to acquire data of a three-dimensional coordinate point group. On the basis of the coordinate point cloud data acquired in this way, the wall surface of an accessory of the road, the wall surface of the building near the road, the wall, etc. is detected.
橋脚等の構造物は、高さが非常に高い場合がしばしばある。また、橋脚が、河川に架けられた橋の橋脚である場合、点検を行う作業者が橋脚付近に近づくことが極めて困難な場合がある。このような場合、空中で停止可能な飛行ロボットにカメラを搭載して構造物の表面を撮像することが有効である。 Structures such as piers are often very tall. Further, when the pier is a pier of a bridge spanning a river, it may be extremely difficult for an operator who performs inspection to approach the vicinity of the pier. In such a case, it is effective to mount a camera on a flying robot that can be stopped in the air and image the surface of the structure.
飛行ロボットにカメラを搭載する場合、カメラの撮像方向が構造物の壁面に対して略垂直となるように、飛行ロボットの姿勢を制御する必要がある。この制御のため、飛行ロボットには、構造物の壁面までの距離および傾きを計測する壁面計測装置が搭載され得る。この場合、飛行ロボットの負荷を軽減するため、搭載される壁面計測装置は、なるべく質量が小さいことが好ましい。これに対し、自動車に搭載されるレーザスキャナは、通常、レーザ光を水平方向および垂直方向にそれぞれ個別に走査させるための2つのアクチュエータが設けられるため、壁面計測装置の質量が大きくなってしまう。 When mounting a camera on a flying robot, it is necessary to control the attitude of the flying robot so that the imaging direction of the camera is substantially perpendicular to the wall surface of the structure. For this control, the flying robot can be equipped with a wall surface measuring device that measures the distance to the wall surface and the inclination of the structure. In this case, in order to reduce the load on the flying robot, it is preferable that the mounted wall surface measuring device has a mass as small as possible. On the other hand, a laser scanner mounted on an automobile is usually provided with two actuators for individually scanning the laser beam in the horizontal direction and the vertical direction, respectively, so that the mass of the wall surface measuring device becomes large.
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、質量をなるべく小さくすることが可能な壁面計測装置、当該壁面計測装置を搭載した飛行ロボット、および、当該飛行ロボット用いた壁面検査システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a wall surface measuring device capable of reducing the mass as much as possible, a flight robot equipped with the wall surface measuring device, and a wall surface inspection system using the flight robot. The purpose is to do.
本発明の第1の態様は、壁面計測装置に関する。この態様に係る壁面計測装置は、レーザ光を出射する光源と、物体から反射された前記レーザ光を受光する光検出器と、前記光源と前記光検出器を1つの軸回りに一体的に回転させる回転部と、前記回転部を支持する支持部材と、前記支持部材に設置され、前記回転部による一部の回転範囲において前記光源から出射された前記レーザ光を反射するミラーと、前記光検出器から出力される信号に基づいて、前記レーザ光が照射された位置における前記物体の壁面について、前記壁面までの距離および傾きをそれぞれ算出する演算処理部と、を備える。前記回転部の回転に伴い前記物体が互いに異なる複数の走査経路で走査されるように、前記ミラーが構成される。また、前記演算処理部は、前記複数の走査経路に沿って前記物体までの距離を計測して得た3次元の座標点群に整合する平面を、前記物体の壁面として取得する。 A first aspect of the present invention relates to a wall surface measuring device. A wall surface measuring device according to this aspect includes a light source that emits a laser beam, a photodetector that receives the laser beam reflected from an object, and the light source and the photodetector that are integrally rotated around one axis. A rotating unit, a supporting member that supports the rotating unit, a mirror that is installed on the supporting member, and that reflects the laser light emitted from the light source in a partial rotation range of the rotating unit; And a calculation processing unit that calculates a distance to the wall surface and an inclination of the wall surface of the object at the position irradiated with the laser light based on a signal output from the container. The mirror is configured so that the object is scanned in a plurality of different scanning paths as the rotating unit rotates. Further, the arithmetic processing unit acquires, as a wall surface of the object, a plane that matches a three-dimensional coordinate point group obtained by measuring distances to the object along the plurality of scanning paths.
本態様に係る壁面計測装置によれば、レーザ光を走査させるための構成として、1軸周りに回転する回転部と、レーザ光を反射するミラーを設けるのみでよい。このため、レーザ光を水平方向および垂直方向にそれぞれ個別に走査させるための2つのアクチュエータを設ける場合に比べて、壁面計測装置の質量を顕著に小さくできる。よって、壁面計測装置を飛行ロボットに搭載する場合に、飛行ロボットにかかる負荷を効果的に抑制できる。さらに、回転部とミラーを配置する構成であるため、壁面計測装置の簡素化および小型化を図ることができる。よって、この点からも、本態様に係る壁面計測装置は、飛行ロボットに搭載する場合に有利である。 According to the wall surface measuring apparatus of this aspect, only a rotating unit that rotates about one axis and a mirror that reflects the laser light need to be provided as a configuration for scanning the laser light. Therefore, the mass of the wall surface measuring device can be significantly reduced as compared with the case where two actuators for individually scanning the laser light in the horizontal direction and the vertical direction are provided. Therefore, when the wall surface measuring device is mounted on the flying robot, the load on the flying robot can be effectively suppressed. Furthermore, since the rotating unit and the mirror are arranged, the wall surface measuring device can be simplified and downsized. Therefore, also from this point, the wall surface measuring device according to this aspect is advantageous when mounted on a flying robot.
第1の態様に係る壁面計測装置は、前記回転部を囲むように3つの前記ミラーが配置され、前記光源から出射された前記レーザ光の光軸を前記3つのミラーで折り曲げることにより、各ミラーに対応する3つの走査経路で前記物体が走査されるよう構成され得る。このように3つの走査経路で物体を走査することにより、物体の壁面を精度良く計測できる。 In the wall surface measuring device according to the first aspect, the three mirrors are arranged so as to surround the rotating portion, and the optical axes of the laser beams emitted from the light source are bent by the three mirrors, whereby the respective mirrors are bent. Can be configured to be scanned in three scanning paths corresponding to By scanning the object through the three scanning paths in this manner, the wall surface of the object can be accurately measured.
また、第1の態様に係る壁面計測装置は、前記回転部を挟むように2つの前記ミラーが配置され、前記光源から出射された前記レーザ光の光軸を前記2つのミラーで折り曲げることにより、各ミラーに対応する2つの走査経路を含む複数の走査経路で前記物体が走査されるよう構成され得る。この構成では、上記のように3つのミラーを用いる場合に比べて、ミラーを1つ削減でき、壁面計測装置の質量を抑制できる。 In the wall surface measuring device according to the first aspect, the two mirrors are arranged so as to sandwich the rotating portion, and the optical axis of the laser light emitted from the light source is bent by the two mirrors. The object may be configured to be scanned in multiple scan paths, including two scan paths corresponding to each mirror. With this configuration, as compared with the case where three mirrors are used as described above, one mirror can be reduced and the mass of the wall surface measuring device can be suppressed.
この場合、壁面計測装置は、前記2つのミラーの間の隙間を前記レーザ光が通過することにより生じる走査経路と、前記2つのミラーにより前記レーザ光が反射されることにより生じる2つの走査経路で、前記物体が走査されるように、前記2つのミラーが配置された構成とされ得る。こうすると、3つの走査経路で物体が走査されるため、物体の壁面を精度良く計測できる。 In this case, the wall surface measuring device has a scanning path generated when the laser light passes through the gap between the two mirrors and two scanning paths generated when the laser light is reflected by the two mirrors. , The two mirrors may be arranged so that the object is scanned. By doing so, the object is scanned through the three scanning paths, so that the wall surface of the object can be accurately measured.
また、第1の態様に係る壁面計測装置は、前記回転部の周囲に1つの前記ミラーが配置され、前記ミラーが配置されていない領域を前記レーザ光が通過することにより生じる走査経路と、前記ミラーにより前記レーザ光が反射されることにより生じる走査経路で、前記物体が走査されるように、前記ミラーが配置された構成とされ得る。この構成では、走査に用いるミラーが1つであるため、壁面計測装置の質量をさらに抑制できる。 Further, the wall surface measuring apparatus according to the first aspect is configured such that one of the mirrors is arranged around the rotating portion, and the scanning path is generated when the laser light passes through a region where the mirror is not arranged, The mirror may be arranged so that the object is scanned in a scanning path generated by the laser beam being reflected by the mirror. With this configuration, since only one mirror is used for scanning, the mass of the wall surface measuring device can be further suppressed.
第1の態様に係る壁面計測装置において、前記複数の走査経路は、当該壁面計測装置に正対向する平面において三角形の各辺に略沿うように設定され得る。こうすると、測定により取得された壁面は、正規の壁面に対して、どの方向項においても傾きの誤差が生じにくくなる。よって、壁面の計測精度を高めることができる。 In the wall surface measuring device according to the first aspect, the plurality of scanning paths may be set so as to substantially follow each side of the triangle in a plane that directly faces the wall surface measuring device. In this way, the wall surface obtained by the measurement is less likely to cause an error in inclination in any direction term with respect to the regular wall surface. Therefore, the measurement accuracy of the wall surface can be improved.
また、第1の態様に係る壁面計測装置は、前記ミラーの反射面が、平面、且つ、一方向に長い形状を有し、前記回転部の回転に伴い前記レーザ光の光軸が前記反射面の長手方向に移動するように、前記ミラーが配置された構成とされ得る。こうすると、簡素な構成のミラーを用いながら、物体における走査軌跡を3方向に設定できる。このため、物体壁面の計測精度を高めることができる。 Further, in the wall surface measuring apparatus according to the first aspect, the reflecting surface of the mirror has a flat surface and a shape that is long in one direction, and the optical axis of the laser light is the reflecting surface as the rotating portion rotates. The mirror may be arranged so as to move in the longitudinal direction. By doing so, the scanning locus of the object can be set in three directions while using a mirror having a simple structure. Therefore, the measurement accuracy of the object wall surface can be improved.
第1の態様に係る壁面計測装置において、前記演算処理部は、平面までの距離および平面の傾きを変化させてその平面に含まれる前記座標点群の数を計数し、計数した数が最も多い平面を、前記物体の前記壁面として取得するよう構成され得る。こうすると、座標点群から円滑に、物体の壁面を取得できる。 In the wall surface measuring device according to the first aspect, the arithmetic processing unit changes the distance to the plane and the inclination of the plane to count the number of the coordinate point groups included in the plane, and the counted number is the largest. It may be configured to capture a plane as the wall surface of the object. By doing so, the wall surface of the object can be smoothly acquired from the coordinate point group.
本発明の第2の態様は、飛行ロボットに関する。この態様に係る飛行ロボットは、上記第1の態様に係る壁面計測装置と、前記壁面を撮像する撮像装置と、静止可能に飛行するためのプロペラ駆動部と、前記壁面計測装置による計測結果に基づいて飛行姿勢を制御する制御部と、を備える。 A second aspect of the present invention relates to a flying robot. A flight robot according to this aspect is based on the wall surface measuring device according to the first embodiment, an imaging device that images the wall surface, a propeller drive unit for flying in a stationary manner, and a measurement result by the wall surface measuring device. And a control unit for controlling the flight attitude.
本態様に係る飛行ロボットによれば、上記のように質量が抑制された壁面計測装置が搭載されるため、飛行の際の負荷が軽減される。よって、円滑かつ安定的に目標の壁面位置へと飛行して壁面の撮像を行うことができる。 According to the flying robot of this aspect, since the wall surface measuring device whose mass is suppressed as described above is mounted, the load during flight is reduced. Therefore, it is possible to smoothly and stably fly to the target wall surface position and image the wall surface.
本発明の第3の態様は、壁面検査システムに関する。この態様に係る壁面検査システムは、第2の態様に係る飛行ロボットと、前記撮像装置により撮像された画像を処理して前記壁面の状況を評価する情報処理装置と、を備える。 A third aspect of the present invention relates to a wall surface inspection system. A wall surface inspection system according to this aspect includes the flying robot according to the second aspect, and an information processing device that processes an image captured by the image capturing device to evaluate the situation of the wall surface.
本態様に係る壁面検査システムによれば、上記の飛行ロボットが用いられるため、円滑かつ安定的に壁面の撮像を行うことができ、壁面の検査を円滑に進めることができる。 According to the wall surface inspection system of this aspect, since the above flying robot is used, the wall surface can be smoothly and stably imaged, and the wall surface can be smoothly inspected.
以上のとおり本発明によれば、質量をなるべく小さくすることが可能な壁面計測装置、当該壁面計測装置を搭載した飛行ロボット、および、当該飛行ロボット用いた壁面検査システムを提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a wall surface measuring device capable of reducing the mass as much as possible, a flight robot equipped with the wall surface measuring device, and a wall surface inspection system using the flight robot.
本発明の特徴は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下の実施の形態は、あくまでも、本発明の一つの実施形態であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以下の実施の形態に記載されたものに制限されるものではない。 The features of the present invention will be further clarified by the following description of the embodiments. However, the following embodiment is just one embodiment of the present invention, and the meanings of the terms of the present invention and each constituent element are not limited to those described in the following embodiment. Absent.
図1は、実施の形態に係る壁面検査システム1の外観を示す斜視図である。図1には、便宜上、飛行ロボット10の前後方向、左右方向および上下方向が実線矢印で示されている。
FIG. 1 is a perspective view showing an appearance of a wall surface inspection system 1 according to an embodiment. In FIG. 1, for convenience, the front-back direction, the left-right direction, and the up-down direction of the flying
図1に示すように、壁面検査システム1は、飛行ロボット10と、情報処理装置20とを備える。
As shown in FIG. 1, the wall surface inspection system 1 includes a flying
飛行ロボット10は、6つのプロペラ11を備える。飛行ロボット10は、プロペラ11を駆動して飛行し、また、プロペラ11を制御して、所定の姿勢で空中に静止することが可能である。飛行ロボット10は、着陸のための一対の脚部12を備えている。
The flying
さらに、飛行ロボット10は、前方向に直線状に延びる筒状のシャフト13を備えている。シャフト13の先端に回転可能に滑車14が装着されている。滑車14の回転軸は、左右方向に平行である。滑車14の回転軸には、滑車14の回転を検出するためのエンコーダ(図示せず)が配されている。エンコーダは、シャフト13の内部を通る配線によって、飛行ロボット10本体の回路部に接続されている。
Furthermore, the flying
橋脚等の壁面2を検査する際、飛行ロボット10は、壁面2に滑車14を接触させた状態で、上下方向に移動する。飛行ロボット10は、この移動の際にエンコーダから出力される信号に基づいて、上下方向における壁面2の位置を取得する。滑車14とエンコーダを用いた構成以外の構成により、上下方向の位置が検出されてもよい。たとえば、飛行ロボット10にGPS(Global Positioning System)の機能を持たせることも可能である。しかし、橋脚では、橋に遮られてGPSの機能が不能となることがある。また、GPSによる測位には所定の誤差がある。このことから、上下方向における壁面2の位置は、図1に示すような構成により、壁面2から直接取得することが好ましい。飛行ロボット10は、さらに、気圧センサやジャイロセンサ等の高度検出用のセンサを備えていてもよい。飛行ロボット10は、このセンサによって、高さ方向における壁面2の位置を取得するよう構成されてもよい。
When inspecting the
飛行ロボット10の下面には、棚15が設けられている。この棚15に壁面計測装置30、撮像装置40およびメモリドライブ50が設置されている。壁面計測装置30およびメモリドライブ50は棚15の上面に設置され、撮像装置40は棚15の下面に設置されている。
A
壁面計測装置30は、前方向にレーザ光を出射し、壁面2からの反射光を受光して、壁面2までの距離および壁面2の傾きを算出する。壁面計測装置30の構成および壁面計測の方法は、追って、図2(a)〜図3(b)を参照して説明する。
The wall
撮像装置40は、飛行ロボット10の前方の領域を撮像する。撮像装置40の撮像方向は、飛行ロボット10の前方向に一致する。メモリドライブ50は、壁面計測装置30の後方に配置されている。メモリドライブ50には、SDカード等の記憶媒体が着脱可能である。メモリドライブ50は、撮像装置40によって撮像された画像を随時記憶媒体に書き込んでいく。
The
飛行ロボット10は、壁面計測装置30により算出された壁面2までの距離および壁面の傾きに基づいて、撮像装置40の撮像方向が壁面2に対して略垂直となり、且つ、滑車14が壁面2に接触するように、自身の位置および姿勢を制御する。この制御を行いつつ、飛行ロボット10は、壁面2に沿って周方向に移動する。その間、撮像装置40は、壁面2を撮像する。撮像された画像は、逐次、メモリドライブ50の記憶媒体に書き込まれる。
Based on the distance to the
飛行ロボット10の飛行経路は、情報処理装置20を介してユーザにより設定される。情報処理装置20は、ケーブルによってリモートコントロール装置60に接続されている。情報処理装置20は、ユーザにより設定された飛行経路に沿って飛行ロボット10を飛行させるための指令信号を、リモートコントロール装置60を介して飛行ロボット10に送信する。
The flight path of the flying
飛行ロボット10の自動位置制御機能は、主として後述する飛行ロボット10の制御部84(図4参照)が実行する。情報処理装置20は、飛行経路となる次の目標位置および飛行動作を指示する指令信号を、リモートコントロール装置30を介して飛行ロボット10の制御部84に送信する。たとえば、壁面2との距離を一定距離に保ちながら壁面2に沿って数メートル降下する旨の指令信号がリモートコントロール装置30から飛行ロボット10に送信される。この指令信号に基づき、飛行ロボット10の制御部84は、プロペラ11を制御して、指令に応じた飛行動作を実行する。これにより、飛行ロボット10は、設定された飛行経路に沿って、壁面2付近を飛行する。
The automatic position control function of the flying
飛行ロボット10は、こうしてユーザが設定した飛行経路に沿って飛行しつつ、壁面計測装置30により算出された壁面2までの距離および壁面2の傾きに基づいて、上記のように、自身の位置および姿勢を制御する。
The flying
飛行ロボット10が飛行する間、滑車14とエンコーダにより検出された飛行ロボット10の位置情報が、随時、飛行ロボット10からリモートコントロール装置60に送信され、情報処理装置20に提供される。情報処理装置20は、受信した位置情報に基づいて、飛行ロボット10が所期の飛行経路に沿って飛行するよう制御する。こうして、飛行ロボット10は、ユーザが設定した飛行経路に沿って飛行する。
While the flying
この他、ユーザがリモートコントロール装置60を操作してマニュアルで飛行ロボット10を壁面2付近で飛行させてもよい。この場合、撮像装置40により取得された画像がリモートコントロール装置60に随時送信され、リモートコントロール装置60のモニタ61に表示される。ユーザは、モニタ61を参照しながら、リモートコントロール装置60を操作して、飛行ロボット10を壁面2に沿って移動させる。この場合も、飛行ロボット10は、壁面計測装置30により算出された壁面2までの距離および壁面2の傾きに基づいて、撮像装置40の撮像方向が壁面2に対して略垂直となり、且つ、滑車14が壁面2に接触するように、自身の位置および姿勢を制御する。
Alternatively, the user may operate the
壁面2の検査が終了すると、ユーザは、飛行ロボット10を回収し、メモリドライブ50から記憶媒体を取り出す。ユーザは、取り出した記憶媒体を情報処理装置20に装着する。情報処理装置20は、たとえば、パーソナルコンピュータで構成される。情報処理装置20は、ユーザからの操作に応じて、記憶媒体から画像情報を読み出し、読み出した画像情報を解析処理して、壁面2の状況を評価する。情報処理装置20は、評価結果を画面に表示する。たとえば、解析処理により、壁面2に亀裂等が見つかると、情報処理装置20は、ユーザにそのことを報知する画面を表示する。
When the inspection of the
図2(a)、(b)は、それぞれ、壁面計測装置30に配された走査検出部31の構成を示す平面図および側面図である。図2(a)、(b)には、図1に示した飛行ロボット10の前後、左右および上下の方向が示されている。また、図2(a)、(b)には、走査検出部31とともに演算処理部32が示されている。演算処理部32は、走査検出部31から出力される信号に基づいて、壁面2までの距離および壁面2の傾きを算出する。
2A and 2B are a plan view and a side view, respectively, showing the configuration of the
図2(a)、(b)に示すように、走査検出部31は、3つのミラー311、312、313と回転部314とを備える。3つのミラー311、312、313と回転部314は、支持部材315に設置されている。3つのミラー311、312、313は、回転部314を囲むように、所定の三角形の各辺に沿って配置されている。ミラー311、312、313は、それぞれ、板状の直方体形状を有し、回転部314側に反射面311a、312a、313aを有する。反射面311a、312a、313aは、それぞれ、平面である。ミラー311、312、313は、たとえば、樹脂等の軽量な素材からなる本体の側面に反射面311a、312a、313aを塗布または蒸着により形成することによって構成される。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the
ミラー311は、平面視において、反射面311aの長手方向が左右方向に平行となるように配置されている。ミラー312は、平面視において、反射面312aの長手方向が上下方向に対して所定角度だけ右方向に傾くように配置されている。ミラー313は、平面視において、反射面313aの長手方向が上下方向に対して所定角度だけ左方向に傾くように配置されている。ミラー312、313は、平面視において、上下方向に平行な対称軸について対称となる位置に配置され、この対称軸に、回転部314の回転軸が垂直に交差している。また、ミラー311は、平面視において、前記対称軸により2等分されるように配置されている。
The
なお、ミラー311、312、313の配置方法は、これに限られるものではない。後述のように、壁面2におけるレーザ光の3つの走査経路が三角形の各辺に略沿うように設定されれば、他の配置方法でミラー311、312、313が配置されてもよい。
The arrangement method of the
回転部314は、飛行ロボット10の前後方向に平行な軸を回転軸として回転する。平面視において回転部314は円形である。回転部314の回転軸は平面視において回転部314の中心に位置付けられている。回転部314は、その側面から、回転軸に垂直な方向にレーザ光を出射する。回転部314の回転に伴って、レーザ光が回転する。ミラー311、312、313は、反射面311a、312a、313aが、それぞれ、回転部314から入射したレーザ光を、飛行ロボット10の前方向に反射するように、配置されている。ミラー311、312、313は、上下左右に平行な平面に対して、反射面311a、312a、313aが同じ角度で傾くように配置されている。なお、上下左右に平行な平面に対する反射面311a、312a、313aの傾き角は、必ずしも互いに同じでなくてもよい。
The
図2(c)は、回転部314に保持された光学系の構成を示す図である。
FIG. 2C is a diagram showing the configuration of the optical system held by the
回転部314には、光源314aと、ミラー314bと、コリメータレンズ314cと、集光レンズ314dと、フィルタ314eと、ミラー314fと、光検出器314gとが設置されている。光源314aは、たとえば、所定波長のレーザ光を出射する半導体レーザである。光源314aから出射されたレーザ光は、ミラー314bで反射された後、コリメータレンズ314cで平行光に変換される。こうして平行光に変換されたレーザ光が、図2(a)に破線矢印で示すように、回転部314の側面から出射される。その後、レーザ光は、ミラー311、312、313の何れかにより反射され、図1に示す壁面2に照射される。
A
壁面2で反射されたレーザ光は、集光レンズ314dによって集光される。フィルタ314eは、光源314aから出射されるレーザ光の波長以外の波長の光をカットする。集光レンズ314dで集光されたレーザ光は、フィルタ314eを透過し、さらに、ミラー314fで反射されて、光検出器314gに収束する。光検出器314gは、受光したレーザ光の強度に応じた信号を、図2(a)、(b)に示す演算処理部32に出力する。
The laser light reflected by the
回転部314の側面は、たとえば、コリメータレンズ314cから壁面2に向かうレーザ光の通過位置と、壁面2から集光レンズ314dに向かうレーザ光の通過位置が開放されている。あるいは、回転部314の側面の全てが、光を透過可能なカバーによって覆われていてもよい。
On the side surface of the
壁面計測動作時、回転部314は、光源314aを駆動した状態で回転する。これにより、図2(c)の光学系と光源314aおよび光検出器314gが一体的に回転する。こうして、上記のように、回転部314の側面から出射されるレーザ光が、回転部314の回転に伴い回転する。光源314aは、一定周期でパルス状に発振される。演算処理部32は、光源314aから出射されるレーザ光と光検出器314gによって受光されるレーザ光との位相差により、壁面2までの距離を計測する。
During the wall surface measurement operation, the
図2(d)は、物体までの距離を計測する手法を説明するタイミングチャートである。 FIG. 2D is a timing chart illustrating a method of measuring the distance to the object.
図2(d)の上段は、光源314aを駆動する駆動信号(パルス列)を示し、図2(d)の下段は、光検出器314gから出力される検出信号(パルス列)を示している。演算処理部32は、駆動信号と検出信号との間の位相差D1に基づいて、タイミングt1で出射されたレーザ光が照射された壁面2の位置までの距離を計測する。具体的には、演算処理部32は、位相差D1と光速とを乗算して距離を算出する。他のタイミングにおいても、同様に、壁面2までの距離が計測される。他のパルスのタイミングにおいても同様の処理により、壁面2までの距離が計測される。
The upper part of FIG. 2D shows a drive signal (pulse train) for driving the
なお、回転部314から壁面2に照射されるレーザ光は、必ずしも、パルスでなくてもよく、正弦波であってもよい。たとえば、走査経路上の各タイミングにおいて、正弦波のレーザ光を数周期分、壁面2に照射し、壁面2からの反射光の位相を検波回路で検知する、いわゆるチャープ式の距離計測方法を用いてもよい。レーザ光を用いた距離検出の手法として、従来周知の種々の手法を用いることができる。
The laser light emitted from the
図3(a)は、回転部314を回転させた際のレーザ光の走査経路を模式的に示す図である。図3(a)には、壁面計測装置30の前後方向に垂直な壁面2を壁面計測装置30の前側から壁面計測装置30の後方に向かって透視した場合の走査経路が示されている。図3(a)にも、図1に示した飛行ロボット10の左右および上下の方向が示されている。
FIG. 3A is a diagram schematically showing the scanning path of the laser light when the
走査経路L1は、回転部314から出射されるレーザ光が図2(a)の反射面311aに入射する期間に、レーザ光が壁面2を移動する走査経路である。走査経路L2は、回転部314から出射されるレーザ光が図2(a)の反射面312aに入射する期間に、レーザ光が壁面2を移動する走査経路である。走査経路L3は、回転部314から出射されるレーザ光が図2(a)の反射面313aに入射する期間に、レーザ光が壁面2を移動する走査経路である。
The scanning path L1 is a scanning path in which the laser light moves on the
図3(a)に示すように、本実施の形態では、図2(a)に示す3つのミラー311、312、313によって、壁面2に3つの走査経路L1、L2、L3が設定される。壁面2が壁面計測装置30の前後方向に垂直である場合、すなわち、壁面2が壁面計測装置30に正対向する平面である場合、図3(a)に示すように、走査経路L1、L2、L3は、三角形の各辺に略沿うように設定される。
As shown in FIG. 3A, in this embodiment, three scanning paths L1, L2, L3 are set on the
図2(a)、(b)に示す演算処理部32は、図2(c)の光検出器314gからの検出信号に基づいて、図3(a)に示す走査経路L1、L2、L3に沿って、所定間隔ごとに、壁面2までの距離を計測する。そして、演算処理部32は、計測した距離と、そのタイミングにおけるレーザ光の走査位置とから、回転部314が1回転する間の3次元座標点群を取得し、取得した3次元の座標点群に整合する平面を、壁面2として取得する。
The
なお、3つのミラー311、312、313で反射されたレーザ光の距離計測の起点が光源314aの鏡像位置になるため、ミラー311、312、313ごとに起点位置が異なることになる。このため、演算処理部32は、ミラー311、312、313ごとの起点位置からの距離により、壁面2上の光点(レーザ光の照射点)の3次元位置を算出する。
Since the origin of distance measurement of the laser light reflected by the three
図3(b)は、壁面2の検出方法を説明するための図である。この検出方法は、ハフ変換に基づく壁面2の検出方法である。
FIG. 3B is a diagram for explaining a method of detecting the
図3(b)において、点O(0,0,0)は、撮像装置40の視点(第一主点)である。撮像装置40の撮像方向は、図3(b)のy軸方向である。この場合、点Oから所定の平面H上に下した垂線の足を点P(px,py、pz)、平面H上の点P以外の任意の点をQ(qx,qy、qz)とすると、次式が成り立つ。
In FIG. 3B, the point O(0,0,0) is the viewpoint (first principal point) of the
{px,py,pz}・{(qx−px),(qy−py),(qz−py)}T=0 … (1) {P x, p y, p z} · {(q x -p x), (q y -p y), (q z -p y)} T = 0 ... (1)
また、OPの長さをρ、OPの方向を図3(b)に示す角度φ、θで表すと、以下の関係が成り立つ。 Further, when the length of OP is represented by ρ and the direction of OP is represented by angles φ and θ shown in FIG. 3B, the following relationship is established.
px=ρcosθ・cosφ
py=ρcosθ・sinφ
pz=ρsinθ
p x =ρ cos θ·cos φ
p y =ρ cos θ·sin φ
p z =ρ sin θ
投票による探索のために、P1≦ρ≦P2、φ1≦φ≦φ2、θ1≦θ≦θ2の範囲で一定のきざみで各変数を振って平面Hを変化させる3重ループを構成する。このループの内側において、上述の距離計測結果で得られた各3次元座標点R(rx,ry,rz)について、式(1)より、次式のeが一定の値ε以下の場合に、その平面Hに1票を投じる。 For the search by voting, a triple loop that changes the plane H by swinging each variable in constant steps in the range of P1≦ρ≦P2, φ1≦φ≦φ2, θ1≦θ≦θ2 is configured. Inside this loop, for each three-dimensional coordinate point R(r x , r y , r z ) obtained from the above distance measurement result, from the equation (1), e in the following equation is equal to or less than a constant value ε. In that case, cast one vote on the plane H.
e=pxrx+pyry+pzrz−ρ2 e=p x r x +p y r y +p z r z −ρ 2
すなわち、ρ、φ、θを上記範囲で変化させて得られる平面Hに、距離計測結果の各3次元座標点R(rx,ry,rz)が含まれると見做せる場合に、その平面に1票を投じる。この処理を、処理対象とされる全ての3次元座標点R(rx,ry,rz)について実行し、平面Hに対する投票数(点数)を求める。こうして、投票数が最も多かった平面Hを壁面2として取得する。
That is, when it can be considered that the plane H obtained by changing ρ, φ, and θ within the above range includes each three-dimensional coordinate point R (r x , r y , r z ) of the distance measurement result, Cast one vote on the plane. This process is executed for all three-dimensional coordinate points R(r x , r y , r z ) to be processed, and the number of votes (points) for the plane H is obtained. In this way, the plane H having the largest number of votes is acquired as the
演算処理部32は、図2(c)の光検出器314gからの検出信号に基づく距離計測により得た3次元座標点群について、上記処理を実行し、3次元座標点群に整合する平面Hを、壁面2として取得する。そして、演算処理部32は、壁面2として取得した平面Hにおける変数ρの値を壁面2までの距離として取得し、また、この平面Hの変数φ、θの値を壁面2の傾きとして取得する。
The
図4は、飛行ロボット10の構成を示すブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the flying
飛行ロボット10は、位置検出部81と、プロペラ駆動部82と、無線通信部83と、制御部84と、インタフェース85とを備える。
The flying
位置検出部81は、図1に示すシャフト13、滑車14および滑車14の回転軸に配置されたエンコーダを含む。プロペラ駆動部82は、図1に示すプロペラ11を駆動するモータを含む。無線通信部83は、図1に示すリモートコントロール装置60と通信を行う。制御部84は、CPU(Central Processing Unit)等の処理回路とROM(Read OnlyMemory)、RAM(Random Access Memory)等のメモリを備え、メモリに保持されたプログラムに従って各部を制御する。インタフェース85は、壁面計測装置30および撮像装置40と通信を行うためのインタフェースである。
The
壁面計測装置30は、図2(a)、(b)に示す走査検出部31および演算処理部32に他に、制御部33と、インタフェース34とを備える。制御部33は、CPU等の処理回路とROM、RAM等のメモリを備え、メモリに保持されたプログラムに従って各部を制御する。インタフェース34は、制御部84と通信を行うためのインタフェースである。
The wall
撮像装置40は、カメラ部41と、画像処理部42と、制御部43と、インタフェース44とを備える。カメラ部41は、撮像レンズやイメージセンサ等の光学ブロックを含む。画像処理部42は、カメラ部41から入力される撮像データを所定の圧縮方式で圧縮し画像データを生成する。制御部43は、CPU等の処理回路とROM、RAM等のメモリを備え、メモリに保持されたプログラムに従って各部を制御する。インタフェース44は、制御部84およびメモリドライブ50と通信を行うためのインタフェースである。
The
壁面検査動作時において、壁面計測装置30の制御部33は、演算処理部32により算出された壁面2までの距離および壁面2の傾きを、制御部84に送信する。制御部84は、壁面計測装置30から受信した情報に基づいて、プロペラ駆動部82を制御する。制御部84は、演算処理部32から受信した壁面2までの距離および壁面2の傾きに基づいて、撮像装置40の撮像方向が壁面2に対して略垂直となり、且つ、滑車14が壁面2に接触するように、自身の位置および姿勢を制御する。
During the wall surface inspection operation, the
また、壁面検査動作時において、撮像装置40の制御部43は、画像処理部42により生成された画像データを随時、制御部84に送信する。制御部84は、受信した画像データを位置検出部81により検出された壁面2の位置を示す位置データに対応付けて、メモリドライブ50に保持された記憶媒体51に書き込む。この際、飛行ロボット10内の時計(図示せず)によって取得された時刻データが記憶媒体51に併せて記憶される。飛行ロボット10内の時計は、予め、情報処理装置20の時計と時刻が合わされている。
Further, during the wall surface inspection operation, the
なお、画像データは、撮像装置40の制御部43が直接、メモリドライブ50の記憶媒体51に書き込んでもよい。この場合、飛行ロボット10本体側の制御部84は、位置検出部81によって検出された位置データを、随時、記憶媒体51上の、画像データに対応するアドレスに書き込む。
Note that the image data may be directly written in the
図5(a)は、壁面計測動作時における壁面計測装置30の処理を示すフローチャートである。
FIG. 5A is a flowchart showing the processing of the wall
壁面計測装置30の制御部33は、図2(c)の光源314aを駆動した状態で、図2(a)、(b)の回転部314を1回転させ、壁面2をレーザ光で走査する(S11)。制御部33は、この走査において所定の間隔で、壁面2までの距離を計測する処理を演算処理部32に実行させ、3次元座標点群を取得させる(S12)。さらに、制御部33は、取得した3次元座標点群に基づいて、壁面2の傾きを計測する処理を演算処理部32実行させる(S13)。制御部33は、演算処理部32が計測した距離と傾きを、飛行ロボット10本体側の制御部84に送信する(S14)。
The
その後、制御部33は、壁面計測動作の終了が指示されたか否かを判定する(S15)。壁面計測動作の終了指示がなされていない場合(S15:NO)、制御部33は、処理をステップS11に戻して、壁面2の計測処理を継続する。壁面計測動作の終了指示がなされていると(S15:NO)、制御部33は、処理を終了する。
After that, the
図5(b)は、図5(a)のステップS13において実行される壁面計測処理を示すフローチャートである。 FIG. 5B is a flowchart showing the wall surface measurement process executed in step S13 of FIG. 5A.
演算処理部32は、図3(b)を参照して説明したように、変数ρ、φ、θに所定の値を与えて平面Hを設定する(S101)。演算処理部32は、設定した平面Hに3次元座標点Rが含まれている場合(S102:YES)、設定した平面Hに1点を加算する(S103)。設定した平面Hに3次元座標点Rが含まれていない場合(S102:NO)、演算処理部32は、設定した平面Hに1点を加算しない。演算処理部32は、ステップS102、S103の処理を全ての3次元座標点について実行し(S104)、当該平面Hに対する点数を決定する。
The
その後、演算処理部32は、変数ρ、φ、θを変化させ得る範囲の全ての平面Hについて、ステップS102〜S104の処理が終了したか否かを判定する(S105)。全ての平面Hについて、ステップS102〜S104の処理が終了していない場合(S105:NO)、演算処理部32は、変数ρ、φ、θに所定の値を与えて、新たに平面Hを設定する(S101)。そして、演算処理部32は、新たに設定した平面Hに対して、ステップS102〜S104の処理を実行し、当該平面Hに対する点数を決定する。
After that, the
こうして、全ての平面Hについて点数を決定した後(S105:YES)、演算処理部32は、点数が最も高い平面Hを、壁面2に設定する(S106)。そして、この平面Hまでの距離、すなわち、図3(b)のρを壁面2までの距離として取得し、この平面Hの傾き、すなわち、図3(b)のφ、θを壁面2の傾きとして取得する。これらの距離ρおよび傾きφ、θは、図5(a)のステップS14の処理により、飛行ロボット10本体側の制御部84に送信される。これを受けて、飛行ロボット10の制御部84は、上記のように、自身の位置および姿勢を制御する。
After determining the scores for all the planes H (S105: YES), the
なお、図5(a)のステップS12で取得される3次元座標点群については、飛行ロボット10に近すぎる座標点および飛行ロボット10から遠すぎる座標点をステップS13における処理対象から除外することが好ましい。たとえば、図1のシャフト13および滑車14により決定される壁面計測装置30からの距離に対して、飛行ロボット10に近づく方向と離れる方向とに距離の閾値を設定し、これら閾値間の範囲から外れる距離の座標点を処理対象から除外する。こうすると、演算処理に要する時間を短縮できる。なお、除外した座標点の数が多い場合は、壁面2の検査位置が壁面2の端付近にあると判定してもよく、あるいは、距離探索に異常があったと判定としてもよい。
Regarding the three-dimensional coordinate point group acquired in step S12 of FIG. 5A, the coordinate points too close to the flying
また、図5(a)の工程が2回目以降において実行される場合、図5(b)のステップS101において設定される壁面Hは、前回の工程によって算出された距離および傾きの壁面を基準として、所定の範囲でパラメータを振って、設定することが好ましい。こうすると、壁面Hを振るパラメータの範囲を極力小さくでき、ハフ変換に基づく壁面の探索処理を高速化できる。 Further, when the step of FIG. 5A is executed after the second time, the wall surface H set in step S101 of FIG. 5B is based on the wall surface of the distance and the inclination calculated in the previous step. It is preferable to set the parameters by shaking them in a predetermined range. By doing so, the range of parameters for shaking the wall surface H can be minimized, and the wall surface search processing based on the Hough transform can be speeded up.
なお、上記のように、図5(a)のステップS12で取得される3次元座標点群について、飛行ロボット10に近すぎる座標点および飛行ロボット10から遠すぎる座標点をステップS13における処理対象から除外する場合、全体の座標点に対して除外する座標点の比率が多い場合は、壁面2の検査位置が壁面2の端付近である可能性がある。この場合、壁面2の端に他の壁面が続くコーナー部分に検査位置が差し掛かりつつあることが想定され得る。したがって、このように除外する座標点の比率が多い場合は、2番目に点数が高い平面Hや、3番目に点数が高い平面Hが最も点数が高い平面Hに繋がる平面となり得るかを判定してもよい。そして、これらの平面Hが最も点数が高い平面Hに繋がる平面となり得ると判定できる場合は、最も点数が高い平面Hが飛行ロボット10の正面にある検査対象の壁面Hの平面であると判定してもよい。
As described above, regarding the three-dimensional coordinate point group acquired in step S12 of FIG. 5A, the coordinate points that are too close to the flying
<実施の形態の効果>
本実施の形態によれば、以下の効果が奏され得る。
<Effects of the embodiment>
According to this embodiment, the following effects can be achieved.
壁面計測装置30は、レーザ光を走査させるための構成として、1軸周りに回転する回転部314と、レーザ光を反射するミラー311、312、313を設けるのみでよい。このため、レーザ光を水平方向および垂直方向にそれぞれ個別に走査させるための2つのアクチュエータを設ける場合に比べて、壁面計測装置30の質量を顕著に小さくできる。よって、壁面計測装置30を飛行ロボット10に搭載する場合に、飛行ロボット10にかかる負荷を効果的に抑制できる。また、回転部314とミラー311、312、313を配置する構成であるため、壁面計測装置30の簡素化および小型化を図ることができる。よって、この点からも、壁面計測装置30を飛行ロボット10に円滑に搭載させ得る。
The wall
また、本実施の形態では、図2(a)、(b)に示すように、回転部314を囲むように配置された3つのミラー311、312、313によってレーザ光の光軸を折り曲げることにより、各ミラーに対応する3つの走査経路L1、L2、L3で壁面2が走査される。このように、3つの走査経路L1、L2、L3で壁面2を走査することにより、壁面2の探索に用いる3次元座標点群を分散させつつ座標点群の数を多くできる。よって、壁面2の探索精度を高めることができる。
Further, in the present embodiment, as shown in FIGS. 2A and 2B, the optical axis of the laser light is bent by the three
また、本実施の形態では、図3(a)に示すように、三角形に略沿った3つの走査経路L1、L2、L3でレーザ光を走査させて壁面2が探索される。このため、探索された壁面2は、正規の壁面に対して、どの方向においても傾きの誤差(ブレ)が生じにくい。よって、壁面2の計測精度を高めることができる。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 3A, the
また、本実施の形態では、図2(a)、(b)に示すように、ミラー311、312、313の反射面311a、312a、313aが、平面、且つ、一方向に長い形状を有し、回転部314の回転に伴いレーザ光の光軸が反射面311a、312a、313aの長手方向に移動するように、ミラー311、312、313が配置されている。これにより、簡素な構成のミラー311、312、313を用いながら、壁面2における走査軌跡L1、L2、L3を3方向に設定できる。このため、壁面2の計測精度を高めることができる。
Further, in the present embodiment, as shown in FIGS. 2A and 2B, the reflecting
また、本実施の形態において、演算処理部32は、図3(b)を参照して説明したように、平面Hまでの距離および平面Hの傾きを変化させてその平面Hに含まれる3次元座標点群の数を計数し、計数した数が最も多い平面Hを、壁面2として取得するよう構成されている。これにより、3次元座標点群から円滑かつ精度良く、壁面2が検出され得る。
Further, in the present embodiment, as described with reference to FIG. 3B, the
また、飛行ロボット10は、上記のように質量が抑制された壁面計測装置30が搭載されるため、飛行の際の負荷が軽減される。よって、円滑かつ安定的に目標の壁面位置へと飛行して壁面2の撮像を行うことができる。さらに、壁面検査システム1は、このような構成の飛行ロボット10を用いるため、円滑かつ安定的に壁面2の撮像を行うことができ、壁面2の検査を円滑に進めることができる。
Further, since the
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態によって制限されるものではなく、本発明の実施形態も、上記以外に種々の変更が可能である。 Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and the embodiment of the present invention can be modified in various ways other than the above.
<変更例1>
上記実施の形態では、3つのミラー311、312、313を用いて壁面2に3つの走査経路L1、L2、L3が設定された。これに対し、変更例1では、ミラー311が省略され、2つのミラー312、313を用いて壁面2に3つの走査経路L1、L2、L3が設定される。
<Modification 1>
In the above embodiment, the three scanning paths L1, L2, L3 are set on the
図6(a)、(b)は、それぞれ、変更例1に係る走査検出部31の構成を示す平面図および側面図である。図6(a)、(b)には、図1に示した飛行ロボット10の前後、左右および上下の方向が示されている。また、図2(a)、(b)には、走査検出部31とともに演算処理部32が示されている。演算処理部32は、上記実施の形態と同様、走査検出部31から出力される信号に基づいて、壁面2までの距離および壁面2の傾きを算出する。
6A and 6B are a plan view and a side view, respectively, showing the configuration of the
図6(a)、(b)に示すように、壁面計測装置30の走査検出部31は、回転部314を挟むように2つのミラー312、313が配置されている。そして、回転部314の側面から出射されたレーザ光の光軸をこれら2つのミラー312、313で折り曲げることにより、各ミラーに対応する2つの走査経路を含む3つの走査経路で壁面2が走査されるよう構成されている。回転部314の構成は、上記実施の形態と同様である。
As shown in FIGS. 6A and 6B, in the
なお、図6(a)、(b)の前後方向および上下方向は、図2(a)、(b)の前後方向および上下方向と異なっている。すなわち、変更例1では、反射面312a、313aによってレーザ光が前方に反射されるように、上下左右に平行な平面に対する反射面312a、313aの傾き角が、図2(a)、(b)の場合に比べて、90度に近づくように設定されている。より詳細には、前後方向に垂直な壁面2において、反射面312a、313aによって前方向に反射されたレーザ光が、それぞれ、図6(c)の走査経路L2、L3を辿るように、反射面312a、313aの傾き角と配置が調整されている。なお、図6(c)の走査経路L1は、ミラー312、313の前側の隙間をレーザ光が通過する期間に、壁面2に設定されるレーザ光の走査経路である。
The front-back direction and the vertical direction in FIGS. 6A and 6B are different from the front-back direction and the vertical direction in FIGS. 2A and 2B. That is, in the first modification, the tilt angles of the reflecting
図6(c)に示す走査経路L1、L2、L3は、前後方向に垂直な壁面2を壁面計測装置30側から前方向に見たときの、当該壁面2上におけるレーザ光の走査経路である。ミラー312、313の前側の隙間をレーザ光が通過する範囲において回転部314が回転すると、壁面2が走査経路L1に沿ってレーザ光で走査される。また、ミラー312の反射面312aにレーザ光が入射する範囲において回転部314が回転すると、壁面2が走査経路L2に沿ってレーザ光で走査され、ミラー313の反射面313aにレーザ光が入射する範囲において回転部314が回転すると、壁面2が走査経路L3に沿ってレーザ光で走査される。
Scanning paths L1, L2, L3 shown in FIG. 6C are scanning paths of laser light on the
変更例1の走査検出部31によっても、上記実施の形態と同様、壁面2に、三角形の各辺に略沿った走査経路L1、L2、L3を設定できる。よって、上記実施の形態と同様の精度で壁面2を検出することができる。
With the
また、変更例2では、上記実施の形態に比べて、ミラー311が削減されるため、壁面計測装置30の質量をさらに抑制できる。よって、飛行ロボット10にかかる負荷をさらに軽減でき、飛行ロボット10をより一層円滑かつ安定的に目標の壁面位置付近で飛行させることができる。
Further, in the second modification, the number of
<変更例2>
図7(a)、(b)は、それぞれ、変更例2に係る走査検出部31の構成を示す平面図および側面図である。図7(c)は、変更例2に係る走査経路L1、L2を模式的に示す図である。
<
7A and 7B are a plan view and a side view, respectively, showing the configuration of the
変更例2の走査検出部31は、上記変更例1の走査検出部31からミラー313を省略した構成となっている。このため、壁面2に設定される走査経路は、図6(c)の走査経路L3が省略されて、走査経路L1、L2のみとなっている。演算処理部32は、レーザ光が走査経路L1、L2を辿る期間において3次元座標点群を取得して壁面2を検出し、壁面2までの距離および壁面2の傾きを計測する。壁面2の検出処理は、上記実施の形態と同様である。
The
変更例2によっても、壁面2を適正に検出できる。ただし、走査経路L3が省略されるため、壁面2の検出に用いる3次元座標点群の数が上記実施の形態および変更例1に比べて減少する。このため、本変更例では、上記実施の形態および変更例1に比べて、壁面2の検出精度がやや低下する。
The
その一方、変更例2では、さらにミラー313が省略されるため、壁面計測装置30の質量をさらに抑制できる。よって、飛行ロボット10にかかる負荷を顕著に軽減できる。これにより、飛行ロボット10を円滑かつ安定的に目標の壁面位置付近で飛行させることができる。
On the other hand, in the second modification, since the
<変更例3>
図8(a)、(b)は、それぞれ、変更例3に係る走査検出部31の構成を示す平面図および側面図である。図8(c)は、変更例3に係る走査経路L1、L2を模式的に示す図である。
<Modification 3>
FIGS. 8A and 8B are a plan view and a side view, respectively, showing the configuration of the
変更例3の走査検出部31は、上記実施の形態の走査検出部31からミラー311を省略した構成となっている。このため、壁面2に設定される走査経路は、図6(c)の走査経路L1が省略されて、走査経路L2、L3のみとなっている。演算処理部32は、レーザ光が走査経路L2、L3を辿る期間において3次元座標点群を取得して壁面2を検出し、壁面2までの距離および壁面2の傾きを計測する。壁面2の検出処理は、上記実施の形態と同様である。
The
変更例3によっても、壁面2を適正に検出できる。ただし、走査経路L1が省略されるため、壁面2の検出に用いる3次元座標点群の数が上記実施の形態および変更例1に比べて減少する。このため、本変更例では、上記実施の形態および変更例1に比べて、壁面2の検出精度がやや低下する。
The
<その他の変更例>
上記実施の形態および変更例1〜3では、三角形の3辺または2辺に略沿うようにレーザ光の走査経路が設定されたが、走査経路の設定方法はこれに限られるものではない。たとえば、曲率半径がある程度小さい円弧状の曲線に沿った一つの走査経路のみが設定されてもよい。走査経路に沿って取得された3次元座標点群が一つの平面を特定可能に3次元空間において分散する限りにおいて、走査経路は、適宜、変更可能である。
<Other changes>
In the above-described embodiment and the first to third modifications, the scanning path of the laser beam is set so as to be substantially along the three sides or the two sides of the triangle, but the method for setting the scanning path is not limited to this. For example, only one scanning path may be set along an arc-shaped curve having a radius of curvature that is somewhat small. The scanning path can be changed as appropriate as long as the three-dimensional coordinate point groups acquired along the scanning path are dispersed in the three-dimensional space so that one plane can be specified.
また、上記実施の形態および変更例1〜3では、ハフ変換に基づく壁面2の検出手法を用いたが、壁面2の検出手法はこれに限られるものではない。たとえば、3次元座標点群から、それぞれの走査軌跡に対応する近似直線を最小二乗法により求め、求めた近似直線と、予め、壁面2の距離および傾きごとに保持した参照直線とを比較し、近似直線に最も整合する参照直線に対応する距離および傾きを、当該壁面2の距離および傾きとして取得してもよい。
Further, in the above-described embodiment and the modified examples 1 to 3, the detection method of the
また、上記実施の形態および変更例1〜3では、ミラー311、312、313の反射面311a、312a、313aが平面であったが、反射面311a、312a、313aは必ずしも平面でなくてもよい。所望の走査経路が壁面2に設定されるように、反射面311a、312a、313aの一部または全部が曲面となっていてもよい。
Further, in the above-described embodiment and Modifications 1 to 3, the reflecting
さらに、上記実施の形態および変更例1〜3では、飛行ロボット10にメモリドライブ50を搭載し、メモリドライブ50に装着された記憶媒体に壁面2の画像データおよび位置データを記憶するようにしたが、メモリドライブ50を省略し、飛行ロボット10から無線通信により、壁面2の画像データおよび位置データを情報処理装置20に随時送信するようにしてもよい。あるいは、記憶媒体が着脱可能となるようにリモートコントロール装置60を構成し、飛行ロボット10から無線通信により、壁面2の画像データおよび位置データを、リモートコントロール装置60に送信して、記憶媒体に記憶するようにしてもよい。
Further, in the above embodiment and Modifications 1 to 3, the flying
この他、本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。 In addition, the embodiment of the present invention can be appropriately modified in various ways within the scope of the technical idea described in the claims.
1 … 壁面検査システム
10 … 飛行ロボット
20 … 情報処理装置
30 … 壁面計測装置
31 … 走査検出部
32 … 演算処理部
311、312、313 … ミラー
314 … 回転部
314a … 光源
314h … 光検出器
40 … 撮像装置
82 … プロペラ駆動部
1... Wall
Claims (10)
物体から反射された前記レーザ光を受光する光検出器と、
前記光源と前記光検出器を1つの軸回りに一体的に回転させる回転部と、
前記回転部を支持する支持部材と、
前記支持部材に設置され、前記回転部による一部の回転範囲において前記光源から出射された前記レーザ光を反射するミラーと、
前記光検出器から出力される信号に基づいて、前記レーザ光が照射された位置における前記物体の壁面について、前記壁面までの距離および傾きをそれぞれ算出する演算処理部と、を備え、
前記回転部の回転に伴い前記物体が互いに異なる複数の走査経路で走査されるように、前記ミラーが構成され、
前記演算処理部は、前記複数の走査経路に沿って前記物体までの距離を計測して得た3次元の座標点群に整合する平面を、前記物体の壁面として取得する、
ことを特徴とする壁面計測装置。 A light source that emits laser light,
A photodetector for receiving the laser light reflected from an object,
A rotating unit that integrally rotates the light source and the photodetector about one axis;
A support member that supports the rotating portion,
A mirror that is installed on the support member and that reflects the laser light emitted from the light source in a part of a rotation range of the rotating unit,
Based on a signal output from the photodetector, a wall surface of the object at the position irradiated with the laser light, an arithmetic processing unit for calculating a distance to the wall surface and an inclination, respectively,
The mirror is configured so that the object is scanned by a plurality of scanning paths different from each other with the rotation of the rotating unit,
The arithmetic processing unit acquires, as a wall surface of the object, a plane that matches a three-dimensional coordinate point group obtained by measuring distances to the object along the plurality of scanning paths.
A wall surface measuring device characterized in that
前記光源から出射された前記レーザ光の光軸を前記3つのミラーで折り曲げることにより、各ミラーに対応する3つの走査経路で前記物体が走査される、請求項1に記載の壁面計測装置。 The three mirrors are arranged so as to surround the rotating part,
The wall surface measuring device according to claim 1, wherein the object is scanned along three scanning paths corresponding to each mirror by bending the optical axis of the laser light emitted from the light source by the three mirrors.
前記光源から出射された前記レーザ光の光軸を前記2つのミラーで折り曲げることにより、各ミラーに対応する2つの走査経路を含む複数の走査経路で前記物体が走査される、請求項1に記載の壁面計測装置。 The two mirrors are arranged so as to sandwich the rotating portion,
The object is scanned in a plurality of scanning paths including two scanning paths corresponding to each mirror by bending the optical axis of the laser light emitted from the light source by the two mirrors. Wall measuring device.
前記ミラーが配置されていない領域を前記レーザ光が通過することにより生じる走査経路と、前記ミラーにより前記レーザ光が反射されることにより生じる走査経路で、前記物体が走査されるように、前記ミラーが配置されている、請求項1に記載の壁面計測装置。 One of the mirrors is arranged around the rotating part,
The mirror is arranged so that the object is scanned by a scanning path generated when the laser light passes through a region where the mirror is not arranged and a scanning path generated when the laser light is reflected by the mirror. The wall surface measuring device according to claim 1, wherein
前記回転部の回転に伴い前記レーザ光の光軸が前記反射面の長手方向に移動するように、前記ミラーが配置されている、請求項1ないし6の何れか一項に記載の壁面計測装置。 The reflecting surface of the mirror has a flat surface and a shape elongated in one direction,
7. The wall surface measuring device according to claim 1, wherein the mirror is arranged so that the optical axis of the laser light moves in the longitudinal direction of the reflecting surface as the rotating unit rotates. ..
前記壁面を撮像する撮像装置と、
静止可能に飛行するためのプロペラ駆動部と、
前記壁面計測装置による計測結果に基づいて飛行姿勢を制御する制御部と、を備える飛行ロボット。 A wall surface measuring device according to any one of claims 1 to 8,
An imaging device for imaging the wall surface;
Propeller drive for flying stationary,
A flying robot comprising: a control unit that controls a flight attitude based on a measurement result by the wall surface measuring device.
前記撮像装置により撮像された画像を処理して前記壁面の状況を評価する情報処理装置と、を備える壁面検査システム。 A flying robot according to claim 9;
A wall surface inspection system, comprising: an information processing device that processes an image captured by the image capturing device to evaluate a situation of the wall surface.
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