JP6725171B1 - 飛行体、点検方法及び点検システム - Google Patents

Abstract

【課題】飛行体を構造物に接触させないように飛行させることができるようにする。【解決手段】本発明は、略管状の構造体の内壁を撮像する飛行体であって、前記内壁との距離を測定する測定部と、前記測定部による測定結果に基づいて前記内壁から所定の距離を維持するように前記飛行体を制御する制御部と、前記内壁の少なくとも表面を撮像する撮像部と、を備える飛行体であって、前記制御部は、前記飛行体を自律飛行で飛行制御し、前記構造体内の所定範囲内に仮想的な飛行空間を設定し、前記飛行体が当該飛行空間内を飛行するように制御する、ことを特徴とする飛行体。【選択図】図１０

Description

本発明は、飛行体に関する。

飛行体の制御にはＧＰＳ（Global Positioning System）が多く用いられているところ、構造物の点検時などにはＧＰＳの電波が届かないこともあり、ＧＰＳに頼らない飛行制御も行われている。たとえば、特許文献１には、測距データと２次元画像データとを用いて自己位置を把握するシステムが開示されている。

特開２０１６−１１１４１４号公報

しかしながら、特許文献１に記載のシステムでは、構造体内部（例えば、トンネル、ダクト、暗渠のような管状の構造体内部）のような暗部を飛行する場合には光源を確保しなければ自己の位置を測定することができない。

本発明はこのような背景を鑑みてなされたものであり、ＧＰＳに依らずに飛行体を所望の方向に構造体（の内壁等）に接触させないように飛行させて当該内壁の点検を実施する技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明の主たる発明は、略管状の構造体の内壁を撮像する飛行体であって、前記内壁との距離を測定する測定部と、前記測定部による測定結果に基づいて前記内壁から所定の距離を維持するように前記飛行体を制御する制御部と、前記内壁の少なくとも表面を撮像する撮像部と、を備える飛行体であって、前記制御部は、前記飛行体を自律飛行で飛行制御し、前記構造体内の所定範囲内に仮想的な飛行空間を設定し、前記飛行体が当該飛行空間内を飛行するように制御することとする。

その他本願が開示する課題やその解決方法については、発明の実施形態の欄及び図面により明らかにされる。

本発明によれば、飛行体を構造物に接触させないように飛行させることができる。

本実施形態に係る飛行体１の機能ブロック図である。 本実施の形態による点検システムの概要を示す図である。 図２のトンネル内を垂直方向から示した図である。 図２のトンネル内を水平方向から示した図である。 図２の点検システムの撮像の様子を概念的に示す図である。 図５の点検システムの撮像の様子を概念的に示す他の図である。 図５の点検システムの撮像の様子を概念的に示す更に他の図である。 図５の点検システムの撮像により得られる画像例である。 本実施の形態による点検システムを他の構造体に応用した例を示す図である。 本実施の形態による点検システムの飛行体の飛行の様子を示す図である。 図１０に示す点検システムを水平方向から示した図である。 本発明による他の実施の形態による飛行の様子を示す図である。 図１２の飛行体による撮像の様子を示す図である。 本発明による他の実施の形態による他の飛行の様子を示す図である。 本発明による他の実施の形態による他の飛行の様子を示す図である。 本発明による他の実施の形態による他の飛行の様子を示す図である。 本発明による他の実施の形態による他の飛行の様子を示す図である。 本発明による他の実施の形態による他の飛行の様子を示す図である。 本発明による他の実施の形態による他の飛行の様子を示す図である。

本発明の実施形態の内容を列記して説明する。本発明の実施の形態による飛行体は、以下のような構成を備える。

［項目１］
略管状の構造体の内壁を撮像する飛行体であって、
前記内壁との距離を測定する測定部と、
前記測定部による測定結果に基づいて前記内壁から所定の距離を維持するように前記飛行体を制御する制御部と、
前記内壁の少なくとも表面を撮像する撮像部とを備える
飛行体。
［項目２］
請求項１に記載の飛行体であって、
前記測定部は、前記内壁のうちの一の対象側面からの距離を測定し、
前記制御部は、前記対象側面から所定の距離を維持するように前記飛行体を制御する
飛行体。
［項目３］
請求項１又は請求項２に記載の飛行体であって、
前記制御部は、前記構造体内の所定範囲内に仮想的な飛行空間を設定し、前記飛行体が当該飛行空間内を飛行するように制御する、
飛行体。
［項目４］
請求項３に記載の飛行体であって、
前記制御部は、前記飛行空間を前記構造体の延伸方向に沿って当該構造体の中心から所定範囲内に設定し、当該飛行空間内を飛行させる、
飛行体。
［項目５］
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の飛行体であって、
前記制御部は、前記飛行体が前記構造体の延伸方向に沿って当該構造体の中心を飛行するように制御する、
飛行体。
［項目６］
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の飛行体であって、
前記撮像部は、前記内壁の前記表面を撮像範囲がオーバーラップするようにして連続的に撮像する、
飛行体。
［項目７］
請求項６に記載の飛行体であって、
前記構造体は、進行方向に沿って見た場合に、左側面、右側面、上側面及び下側面を有しており、
少なくとも前記左側面、前記上側面及び前記右側面の順に撮像する第１撮像、並びに少なくとも前記右側面、前記上側面及び前記左側面の順に撮像する第２撮像を交互に繰り返すことにより、前記撮像範囲が前記進行方向と前記進行方向に直交方向との双方においてオーバーラップするように、前記撮像部を制御する撮像制御部を更に備えている、
飛行体。
［項目８］
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の飛行体であって、
前記測定部は、３次元ＬＩＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）を含む、
飛行体。
［項目９］
飛行体を利用して略管状の構造体の内壁を撮像して行う点検方法であって、
前記飛行体と前記内壁との距離を測定する測定ステップ、
測定結果に基づいて前記内壁から所定の距離を維持するように前記飛行体を制御する制御ステップ、
前記内壁の少なくとも表面を撮像する撮像ステップ、
撮像された前記表面を分析する分析ステップを含む、
点検方法。
［項目１０］
飛行体と分析装置とを備える点検システムであって、略管状の構造体の内壁を撮像する点検システムにおいて、
前記飛行体は、
前記内壁との距離を測定する測定部と、
前記測定部による測定結果に基づいて前記内壁から所定の距離を維持するように前記飛行体を制御する制御部と、
前記内壁の少なくとも表面を撮像する撮像部とを備えており、
前記分析装置は、
撮像された前記前記表面を分析する分析部を含む、
点検システム。

＜実施の形態１＞
以下、本発明の実施形態に係る点検システムについて図面を参照しながら説明する。本発明による点検システムは、例えば、トンネル、ダクト、暗渠のような少なくとも上下左右を囲まれた管状の構造体の内部を点検するためのものである。

図１は、本実施形態に用いられる飛行体の機能ブロック図を示すものである。図示されるブロック図は一例であり、これ以外の機能を備えていてもよい。

フライトコントローラ１１は、プログラマブルプロセッサ（たとえば、中央演算処理装置（ＣＰＵ））などの１つ以上のプロセッサを有することができる。

フライトコントローラ１１は、メモリ１２を有しており、当該メモリ１２にアクセス可能である。メモリ１２は、１つ以上のステップを行うためにフライトコントローラ１１が実行可能であるロジック、コード、および／またはプログラム命令を記憶している。

メモリ１２は、たとえば、ＳＤカードやランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの分離可能な媒体または外部の記憶装置を含んでいてもよい。カメラやセンサ類１３から取得したデータは、メモリ１２に直接に伝達されかつ記憶されてもよい。たとえば、カメラ等１３で撮影した静止画・動画データが内蔵メモリ又は外部メモリに記録される。カメラ１３は飛行体にジンバル１４を介して設置される。

フライトコントローラ１１は、飛行体１の状態を制御するように構成された制御モジュールを含んでいる。たとえば、制御モジュールは、６自由度（並進運動ｘ、ｙ及びｚ、並びに回転運動θｘ、θｙ及びθｚ）を有する飛行体１の空間的配置、速度、および／または加速度を調整するために、ＥＳＣ１５を経由して飛行体１の推進機構（モータ１６等）を制御する。モータ１６によりプロペラ１７が回転することで飛行体１の揚力を生じさせる。制御モジュールは、搭載部、センサ類の状態のうちの１つ以上を制御することができる。

フライトコントローラ１１は、１つ以上の外部のデバイス（たとえば、送受信機（プロポ）、端末、表示装置、または他の遠隔の制御器）からのデータを送信および／または受け取るように構成された送受信部１８と通信可能である。送受信機１８は、有線通信または無線通信などの任意の適当な通信手段を使用することができる。

送受信部１８は、たとえば、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、赤外線、無線、ＷｉＦｉ、ポイントツーポイント（Ｐ２Ｐ）ネットワーク、電気通信ネットワーク、クラウド通信などのうちの１つ以上を利用することができる。

送受信部１８は、センサ類１９で取得したデータ、フライトコントローラ１１が生成した処理結果、所定の制御データ、端末または遠隔の制御器からのユーザコマンドなどのうちの１つ以上を送信および／または受け取ることができる。

本実施の形態によるセンサ類１９は、慣性センサ（加速度センサ、ジャイロセンサ）、ＧＰＳセンサ、近接センサ（たとえば、ソナー）、またはビジョン／イメージセンサ（たとえば、カメラ）を含み得る。

本実施の形態による測定部２０は、３次元ＬＩＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）で構成されている。なお、測定部２０は、ステレオカメラ等のように、奥行きを認識することができる機構、離隔した対象物（との距離）を検知可能な機構であれば、どのようなものでも採用可能である。

図２に示されるように、本実施の形態においては、トンネル状の構造体５の内部を当該構造体５の延伸方向ｄに沿って飛行体１を飛行させる。

構造体５は、延伸方向ｄ（即ち、進行方向）に沿って見た場合に、左側面ＬＷ、右側面ＲＷ、上側面ＴＷ及び下側面ＧＮＤを有している。飛行体１は、入口Ｉｎから入り出口Ｏｕｔに向けて飛行する。

飛行体１は入口Ｉｎの手前までは手動操作などにより操作され、構造体５の内部においては後述する自律飛行で飛行制御される。

図３及び図４に示されるように、飛行体１は、左側面ＬＷ及び右側面ＲＷから等距離であり、且つ上側面ＴＷ及び下側面ＧＮＤからも等距離を維持して飛行する。即ち、飛行体１が、構造体５の延伸方向ｄに沿って当該構造体５の中心付近を飛行するように制御される（（ａ）乃至（ｃ）参照）。

飛行体１が構造体５の内部にある状態において、ＬＩＤＡＲによって左側面ＬＷ、右側面ＲＷ、上側面ＴＷ及び下側面ＧＮＤまだの距離とその形状を検知する。検知の結果によって、飛行体１は、各側面までの距離と方向に関する情報を取得することが可能となり、当該情報に基づいて飛行を行う。

図５乃至図８に示されるように、飛行体１は、カメラ１３を撮像方向ＰＤ、即ち、左側面ＬＷの最下部、上側面ＴＷ及び右側面ＲＷの最下部まで連続的に撮像する（第１撮像ステップ：ＰＤ１）。その後、進行方向に移動して（ＰＤ２）、右側面ＲＷの最下部、上側面ＴＷ及び左側面ＬＷの最下部まで連続的に撮像する（第２撮像ステップ：ＰＤ３）本実施の形態による飛行体１は、第１撮像ステップと第２撮像ステップとを反復しながら進行方向ｄへの飛行と撮像とを行う。

詳しくは、図５乃至図７に示されるように、撮像範囲を撮像方向ＰＤに沿って所定の割合でオーパラップさせて撮像する。オーバーラップさせて撮像することにより、構造体５の内壁をもれなく撮像することができる。

飛行体１が進行方向ｄに移動すると、図６に示されるように反対方向へ向かって撮像を行う。このとき、撮像範囲は進行方向ｄにおいても所定の割合でオーバーラップさせて撮像する。また、飛行体１は、カメラに対して、かかる動きを行うようにするための方向制御部を備えている。方向制御部によって、カメラは、所謂ワイパーのような反復変位を行うことができる。

撮像された画像は、図８に示されるように、夫々の撮像範囲が合成されて、左側面ＬＷ、上側面ＴＷ及び右側面ＲＷが開かれた状態の１枚の画像として加工される。この際、例えば、壁面に欠陥（ヒビ等の異常）がある場合には、それを目視にて確認することとしてもよいし、自動で分析することとしてもよい。

＜実施の形態２＞
上述した実施の形態は、上側面ＴＷの高さが一定であったが、例えば、図９に示されるように、構造体５の上側面ＴＷの高さが途中から変化するような場合であっても、同様に飛行することが可能である。

即ち、上下方向における中心を飛行するように制御されることによって上側面ＴＷの高さが低くなる箇所に来るとそれに対応して飛行高度が下がることとなる。

図１０及び図１１に示されるように、本実施の形態においては、構造体５の中心から所定範囲内に仮想的な飛行空間Ｖを設定し、飛行体１を当該飛行空間内において飛行させる。

即ち、図１０に示されるように、飛行体１は、水平方向においては幅Ｖｗの範囲に収まるように飛行制御がされ、図１１に示されるように、垂直方向においては、幅Ｖｈの範囲に収まるように飛行制御される。

飛行経路を構造体４の中心に厳密に定めた場合、当該中心から少しでも外れた場合に、当該飛行体１の位置を中心に戻そうとする制御が頻繁に働くこととなり、カメラによる撮像のブレ等が生じる恐れがある。しかしながら、上述したように、飛行範囲に所定の幅を持たせることによって、このような問題を解決することか可能となる。

＜実施の形態３＞
図１２に示されるように、飛行体１は、いずれか一の側面（例えば、右側面ＲＷ）を撮像することとしてもよい。この場合、例えば、右側面ＲＷから所定の距離Ｌ’’を維持した状態で、位置（ａ）乃至位置（ｃ）の飛行を行いつつ当該側面を連続的に撮像する。

図１３に示されるように、飛行体１は、右側面ＲＷを上方ＰＤ１及び下方ＰＤ２に連続的にその撮像範囲をオーバーラップさせながら移動する。

＜実施の形態４＞
図１０及び図１１のように、飛行体１は、構造体５の中心から所定範囲に設定された飛行空間Ｖ内を飛行するように制御されていたが、本発明はこれに限られない。即ち、図１４及び図１５に示されるように、構造体５内に任意の飛行空間Ｖ’を設定し、当該飛行空間Ｖ’内を飛行するように制御することとしてもよい。即ち、図１４に示されるように、上方から見た場合に左側寄りに、且つ、図１５に示されるように、水平方向から見た場合に下寄りに飛行経路が設定される。この場合、飛行体１は、水平方向の飛行空間Ｖｗと垂直方向の飛行空間Ｖｈ内を飛行することとなる。

なお、当該飛行空間Ｖ’は、撮像する側面や撮像の範囲等に応じて、その位置、大きさ（ＶｗやＶｈ）、延伸する方向、形状は適宜設定することとすればよい。

＜実施の形態５＞
上述した実施の形態においては、飛行体１は、直線的に飛行するように制御されていたが、例えば、図１６に示されるように、構造体５の途中から飛行位置を変更することとしてもよい。

例えば、図示されるように、位置（ａ）乃至位置（ｂ）まだは、右側面ＲＷから所定距離Ｌ’’を維持して飛行し、位置（ｂ）に到達すると、左側面から所定距離Ｌ’’’を維持するようにして飛行するように制御される。

かかる飛行制御によれば、例えば、図１７に示されるような所謂クランク状の構造体であったとしても、自律的な飛行と撮像を行うことができる。

＜実施の形態６＞
上述した実施の形態による飛行体１は、左側面ＬＷ、上側面ＴＷ及び右側面ＲＷの３面の撮像を行うこととしていた。しかしながら、例えば、図１８に示されるように、左側面ＬＷ、上側面ＴＷ、右側面ＲＷ及び下側面ＧＮＤの４面を撮像することとしてもよい。即ち、撮像方向ＰＤ１、ＰＤ２及びＰＤ３の順に連続的に撮像を行う。

＜実施の形態７＞
図７及び図１８に示されるように、飛行体１は、構造体５の内壁側面を一周するようにして撮像した後、飛行体１を進行方向へ飛行させて進行させ、更に構造体５の内壁側面を一周するようにして撮像することを繰り返して撮像を行った。しかしながら、例えば、図１９に示されるように、進行しながら撮像を行うこととしてもよい。

以上説明したように、本発明によれば、ＧＰＳが機能しない（機能しにくい）閉所のような場所であっても、ＬＩＤＡＲを利用することによって構造体の内壁をあたかも飛行のためのガイドのように利用して、飛行体１を自律的に飛行させ構造体の内部の点検（撮像）を行うことが可能となる。

本発明の飛行体は、マルチコプター・ドローン等の飛行機関連産業において利用することができ、さらに、本発明は、カメラ等を搭載した空撮用の飛行体としても好適に使用することができる他、セキュリティ分野、農業、インフラ監視等の様々な産業にも利用することができる。

上述した実施の形態は、本発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良することができると共に、本発明にはその均等物が含まれることは言うまでもない。

１ 飛行体
５ 構造体（トンネル）

Claims (8)

1. 略管状の構造体の内壁を撮像する飛行体であって、
   前記内壁との距離を測定する測定部と、
   前記測定部による測定結果に基づいて前記内壁から所定の距離を維持するように前記飛行体を制御する制御部と、
   前記内壁の少なくとも表面を撮像する撮像部と、を備える飛行体であって、
   前記制御部は、
   前記飛行体を自律飛行で飛行制御し、
   前記構造体内の所定範囲内に仮想的な飛行空間を設定し、前記飛行体が当該飛行空間内を飛行するように制御し、
   前記仮想的な飛行空間は、前記構造体の延伸方向に沿った所定位置を中心とした所定範囲内である、
   ことを特徴とする飛行体。
2. 請求項１に記載の飛行体であって、
   前記制御部は、前記飛行空間を前記構造体の延伸方向に沿って当該構造体の中心から所定範囲内に設定し、当該飛行空間内を飛行させる、
   ことを特徴とする飛行体。
3. 請求項１または請求項２に記載の飛行体であって、
   前記測定部は、前記内壁のうちの一の対象側面からの距離を測定し、
   前記制御部は、前記対象側面から所定の距離を維持するように前記飛行体を制御する、 ことを特徴とする飛行体。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の飛行体であって、
   前記撮像部は、前記内壁の前記表面を撮像範囲がオーバーラップするようにして連続的に撮像する、
   ことを特徴とする飛行体。
5. 請求項４に記載の飛行体であって、
   前記構造体は、進行方向に沿って見た場合に、左側面、右側面、上側面及び下側面を有しており、
   少なくとも前記左側面、前記上側面及び前記右側面の順に撮像する第１撮像、並びに少なくとも前記右側面、前記上側面及び前記左側面の順に撮像する第２撮像を交互に繰り返すことにより、前記撮像範囲が前記進行方向と前記進行方向に直交方向との双方においてオーバーラップするように、前記撮像部を制御する撮像制御部を更に備えている、
   ことを特徴とする飛行体。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の飛行体であって、
   前記測定部は、３次元ＬＩＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）を含む、
   ことを特徴とする飛行体。
7. 飛行体を利用して略管状の構造体の内壁を撮像して行う点検方法であって、
   前記飛行体と前記内壁との距離を測定する測定ステップ、
   測定結果に基づいて前記内壁から所定の距離を維持するように前記飛行体を制御する制御ステップ、
   前記内壁の少なくとも表面を撮像する撮像ステップ、
   撮像された前記表面を分析する分析ステップを含む、点検方法であって、
   前記制御ステップは、
   前記飛行体を自律飛行で飛行制御し、
   前記構造体内の所定範囲内に仮想的な飛行空間を設定し、前記飛行体が当該飛行空間内を飛行するように制御し、
   前記仮想的な飛行空間は、前記構造体の延伸方向に沿った所定位置を中心とした所定範囲内である、
   ことを特徴とする点検方法。
8. 飛行体と分析装置とを備える点検システムであって、略管状の構造体の内壁を撮像する点検システムにおいて、
   前記飛行体は、
   前記内壁との距離を測定する測定部と、
   前記測定部による測定結果に基づいて前記内壁から所定の距離を維持するように前記飛行体を制御する制御部と、
   前記内壁の少なくとも表面を撮像する撮像部と、を備えており、
   前記分析装置は、
   撮像された前記前記表面を分析する分析部を含み、
   前記制御部は、
   前記飛行体を自律飛行で飛行制御し、
   前記構造体内の所定範囲内に仮想的な飛行空間を設定し、前記飛行体が当該飛行空間内を飛行するように制御し、
   前記仮想的な飛行空間は、前記構造体の延伸方向に沿った所定位置を中心とした所定範囲内である、
   ことを特徴とする点検システム。

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