JP6961153B2

JP6961153B2 - 無人測定装置、測定方法及びプログラム

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Publication number: JP6961153B2
Application number: JP2017101883A
Authority: JP
Inventors: 智幸伊豆
Original assignee: 智幸伊豆
Priority date: 2017-05-23
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Publication date: 2021-11-05
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Description

本発明は、無人測定装置、測定方法及びプログラムに関する。

従来、無人測定装置を利用して、構造物の面を検査する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２０１７−７５８６３号公報

ところで、図１９に示すように、地面２００に形成した竪穴２０２内部の形状を計測するために、吊下げ部材２０４に固定した紐状部材２０６に、例えば、レーザースキャナ２１０を接続して、竪穴２０２を構成する壁面２０２ａの形状を計測する場合がある。この計測方法において、レーザースキャナ２１０が紐状部材２０６に鉛直に吊り下げられた状態で計測することが必要である。しかし、風などの影響によって紐状部材２０６が揺れると、それに伴って、レーザースキャナ２１０も、例えば、矢印Ｘ１方向に揺れ動く。レーザースキャナ２１０が揺れ動くと、レーザースキャナ２１０が紐状部材２０６に鉛直状態に吊り下げられた状態から乖離し、壁面２０２ａの形状を正確に計測することができない。

本発明はかかる問題の解決を試みたものであり、紐状部材に吊り下げられた状態（以下、「鉛直状態」という。）において、紐状部材の揺れによって受動的に動かされても、迅速に鉛直状態に回復することができる無人測定装置、測定方法及びプログラムを提供することを目的とする。

第一の発明は、複数のモーターにそれぞれ接続されたプロペラによって推力を得ることができ、自律飛行可能な無人測定装置であって、紐状部材に吊り下げられることを可能にするための接続手段と、前記紐状部材の揺れによって前記無人測定装置が受動的に移動させられていることを検知する受動移動検知手段と、前記受動移動検知手段によって、前記無人測定装置が受動的に移動させられていることを検知した場合に、前記無人測定装置を前記紐状部材に鉛直に吊り下げられた状態に回復するための回復動作制御手段と、を有する無人測定装置である。

第一の発明の構成によれば、無人測定装置は、受動移動検知手段によって、紐状部材の揺れによって受動的に移動させられていることを検知することができ、回復動作制御手段によって、紐状部材に鉛直に吊り下げられた状態に回復することができる。これにより、紐状部材に吊り下げられた状態において、紐状部材の揺れによって受動的に動かされても、迅速に鉛直状態に回復することができる。

第二の発明は、第一の発明の構成において、前記接続手段は、前記紐状部材が揺れ動いた場合であっても、前記無人測定装置が水平状態を維持することができるように構成されている、無人測定装置である。

第三の発明は、第一の発明の構成において、前記受動移動検知手段は、前記紐状部材の揺れによって前記無人測定装置が受動的に移動させられている移動方向、移動速度及び移動距離を検知するように構成されており、さらに、前記無人測定装置の受動的な移動を停止するための前記モーターの駆動態様を示す停止条件を算出する停止条件算出手段と、前記停止条件に基づいて、前記モーターを駆動する停止動作制御手段と、前記停止動作制御手段によって前記無人測定装置が停止させられた後に、前記無人測定装置を前記紐状部材に鉛直に吊り下げられた状態にするための前記モーターの駆動態様を示す回復条件を算出する回復条件算出手段と、を有し、前記回復動作制御手段は、前記回復条件に基づいて、前記モーターを制御するように構成されている、無人測定装置である。

第四の発明は、第三の発明の構成において、前記停止条件に示される前記モーターの駆動態様によって発生する推力は、前記無人測定装置の受動的な移動方向とは逆の方向であり、前記停止条件に示される前記モーターの回転速度は時間の経過にともなって、速くなるように規定される、無人測定装置である。

第五の発明は、第四の発明の構成において、前記回復条件に示される前記モーターの回転速度は、前記無人測定装置が前記紐状部材に鉛直に吊り下げられた状態に近づくにともなって遅くなるように規定されている、無人測定装置である。

第六の発明は、第五の発明の構成において、前記回復動作制御手段は、前記モーターの回転によって発生する推力を、前記無人測定装置が前記紐状部材に鉛直に吊り下げられた状態から遠ざかる方向に発生させ、前記無人測定装置が前記紐状部材に鉛直に吊り下げられた状態に近づいているか否かを判断し、前記紐状部材に鉛直に吊り下げられた状態に近づいていない場合には、前記モーターの回転速度を遅くし、加速を伴って前記紐状部材に鉛直に吊り下げられた状態に近づいている場合には、前記モーターの回転速度を速くするように構成されている、無人測定装置である。

第七の発明は、第四の発明の構成において、前記回復動作制御手段は、前記モーターの回転によって発生する推力を、前記無人測定装置が前記紐状部材に鉛直に吊り下げられた状態に近づく方向に発生させ、前記無人測定装置が前記紐状部材に鉛直に吊り下げられた状態に至る直前に、前記推力の方向を反転させ、前記無人測定装置が前記紐状部材に鉛直に吊り下げられた状態に至るように制御する、無人測定装置である。

第八の発明は、第一の発明の構成において、前記回復動作制御手段は、前記モーターの回転によって前記無人測定装置を上方へ移動させ、次いで、前記無人測定装置が前記紐状部材に鉛直に吊り下げられた状態の位置の上空に移動し、その後、前記無人測定装置が前記紐状部材に鉛直に吊り下げられた状態の位置に至るように制御する、無人測定装置である。

第九の発明は、第二の発明の構成において、前記回復動作制御手段は、複数の前記モーターを回転させることによって、下向きの推力を発生するように構成されており、さらに、前記複数のモーターが回転している状態において、前記無人測定装置が移動しているか否かを判断する能動移動判断手段を有し、前記回復動作制御手段は、前記能動移動状態判断手段によって、前記複数のモーターが回転している状態において、前記無人測定装置が移動していないと判断した場合に、複数の前記モーターの回転を停止するように構成されている、無人測定装置である。

第十の発明は、第一の発明の構成において、前記無人測定装置は、前記移動状態検知手段によって、前記無人測定装置が前記紐状部材の揺れによって移動させられていることを検知した場合には、前記無人測定装置が前記紐状部材に鉛直に吊り下げられた状態に復帰するまで測定を中断する、または、揺れによって受動的に移動させられている間の測定データを分離するように構成されている、無人測定装置である。

第十一の発明は、紐状部材に吊り下げられることを可能にするための接続手段を有し、複数のモーターにそれぞれ接続されたプロペラによって推力を得ることができ、自律飛行可能な無人測定装置が実施する測定方法であって、前記紐状部材の揺れによって前記無人測定装置が受動的に移動させられていることを検知する受動移動検知ステップと、前記受動移動検知手段によって、前記無人測定装置が受動的に移動させられていることを検知した場合に、前記無人測定装置を前記紐状部材に鉛直に吊り下げられた状態に回復するための回復動作制御ステップと、を含む測定方法である。

第十二の発明は、紐状部材に吊り下げられることを可能にするための接続手段を有し、複数のモーターにそれぞれ接続されたプロペラによって推力を得ることができ、自律飛行可能な無人測定装置を制御するコンピュータを前記紐状部材の揺れによって前記無人測定装置が受動的に移動させられていることを検知する受動移動検知手段、前記受動移動検知手段によって、前記無人測定装置が受動的に移動させられていることを検知した場合に、前記無人測定装置を前記紐状部材に鉛直に吊り下げられた状態に回復するための回復動作制御手段、として機能させるためのプログラムである。

本発明によれば、紐状部材に吊り下げられた状態において、紐状部材の揺れによって受動的に動かされても、迅速に鉛直状態に回復することができる無人測定装置、測定方法及びプログラムを提供することができる。

本発明の実施形態に無人測定装置の作用を示す概略図である。無人測定装置を示す概略図である。接続部材を示す概略図である。接続部材を示す概略図である。接続部材を示す概略図である。無人測定装置の機能ブロックを示す図である。無人測定装置の移動方法を示す図である。無人測定装置の移動方法を示す図である。無人測定装置の移動方法を示す図である。無人測定装置の移動方法を示す図である。無人測定装置が鉛直状態に回復する過程を示す概略図である。無人測定装置が鉛直状態に回復するための推力を示す概略図である。無人測定装置の動作を示すフローチャートである。無人測定装置の動作を示すフローチャートである。第二の実施形態における無人測定装置が鉛直状態に回復するための推力を示す概略図である。第三の実施形態に無人測定装置の作用を示す概略図である。第三の実施形態に無人測定装置の作用を示す概略図である。第四の実施形態における無人測定装置の作用を示す概略図である。従来の無人測定装置の作用を示す概略図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態）について詳細に説明する。以下の説明においては、同様の構成には同じ符号を付し、その説明を省略又は簡略する。なお、当業者が適宜実施できる構成については説明を省略し、本発明の基本的な構成についてのみ説明する。

＜第一の実施形態＞
本実施形態の無人測定装置１（以下、「無人機１」という。）は、紐状部材に鉛直に吊り下げら得た状態（以下、「鉛直状態」という。）において、各種の測定を行うための装置である。例えば、図１に示すように、無人機１は、地面２００に形成した竪穴２０２内部の形状を計測するために、吊下げ部材２０４に固定した紐状部材２０６に、吊り下げられている。無人機１には、測定装置１２が配置されている。測定装置１２の種類に限定はなく、例えば、レーザースキャナ、画像を取得するカメラ、竪穴２０２内部の気体の成分や放射性物質の状態を計測する装置であってもよいが、以下、レーザースキャナであるとして説明する。無人機１は、紐状部材２０６に鉛直に吊り下げられた状態（鉛直状態）において、竪穴２０２の壁面２０２ａの形状を計測するようになっている。なお、無人機１の重心位置は、無人機１の中心に位置するように構成されている。

紐状部材２０６は、風などの影響で揺れ動く場合がある。そうすると、無人機１は、例えば、矢印Ｍ１に示す受動的な移動（以下、「受動移動」という。）をさせられる。無人機１は、矢印Ｍ１に示す受動移動を検知し、無人機１自体の推力発生手段を駆動させて、矢印Ｍ２に示す能動的な移動（以下、「能動移動」という。）を実施し、鉛直状態を回復する。無人機１は、鉛直状態ではない間は測定を停止する、あるいは、鉛直状態における測定による測定データと鉛直状態ではない状態における測定による測定データを分離するようになっている。これにより、鉛直状態において測定したデータのみを測定後の工程で使用することができる。

図２に示すように、無人機１は、筐体２を有する。筐体２には、無人機１の各部を制御するコンピュータ、自律飛行装置、無線通信装置、ＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）を利用した測位装置、慣性センサー、気圧センサー、バッテリー等が配置されている。慣性センサーは、例えば、３軸角速度、３軸加速度、３軸地磁気を計測することができるモーションセンサユニットである。

また、筐体２には、測定装置１２が配置されている。測定装置１２は、レーザースキャナであり、レーザーが発射されて対象に反射して戻ってくるまでの時間や、戻って来たレーザーの位相と基準となる位相との差分（位相差）によって、距離を測定する。これにより、壁面２０２ａの点群データを取得する。点群データは、壁面２０２ａの形状を示す。

筐体２には、丸棒状のアーム４が接続されている。アーム４にはモーター６Ａ乃至６Ｄが接続されており、各モーター６Ａ等にはプロペラ８が接続されている。モーター６Ａ等の回転により、上方（矢印Ｚ１方向）の推力が発生するようになっている。

アーム４には保護枠１０が接続され、プロペラ８が外部の物体に直接接触することを防止している。アーム４及び保護枠１０は、例えば、炭素繊維強化プラスチックで形成されており、強度を保ちつつ、軽量に構成されている。

アーム４には、また、固定装置３０が接続されている。固定装置３０は、接続手段の一例である。

図３に示すように、固定装置３０は、第一部材３２、第二部材３６及び中間部材３４から構成される。第一部材３２には、半円周形状の上部環状部材４０が接続されており、上部環状部材４０に紐状部材２０６が固定される。第二部材３６には、半円周形状の下部環状部材３８が接続されており、下部環状部材３８がアーム４に接続される。

第一部材３２及び第二部材３６は、略円柱状の形状に構成され、内部には、それぞれ、開口部を有する略球形の球状空間３２ｃ，３６ｃが形成されている。第一部材３２の下面３２ｂには球状空間３２ｃの開口部が形成されており、第二部材３６の上面３６ａには球状空間３６ｃの開口部が形成されている。

図３及び図４に示すように、中間部材３４は、両端が略球状に拡径した略円柱状の部材であり、胴体部３４ｂの両端に球状部３４ａ及び３４ｃが形成されている。球状部３４ａ及び３４ｃの直径は、球状空間３２ｃ及び３６ｃの直径よりも小さく、球状空間３２ｃ及び３６ｃの開口部の直径よりも大きい。このため、中間部材３４の球状部３４ａ及び３４ｃが、球状空間３２ｃ及び３６ｃにそれぞれ配置されることで、第一部材３２、第二部材３６及び中間部材３４は、相対的に回転可能な状態で接続される。

中間部材３４と第一部材３２は、第一部材３２の円周方向に相対的に３６０度回転可能であり、円周方向と直交する方向には、下面３２ｂが胴体部３４ｂと接するまで、いずれの方向にも略９０度回転可能である。中間部材３４と第二部材３６は、第二部材３６の円周方向に相対的に３６０度回転可能であり、円周方向と直交する方向には、上面３６ａが胴体部３４ｂと接するまで、いずれの方向にも略９０度回転可能である。このため、図５に示すように、例えば、紐状部材２０６の揺れによって、第一部材３２が鉛直状態に対して傾きを生じた場合であっても、無人機１の質量によって、中間部材３４は第一部材３２に対して回転し、無人機１は水平状態を維持する。

図６は、無人機１の機能構成を示す図である。無人機１は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）５０、記憶部５２、無線通信部５４、ＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）部５６、慣性センサー部５８、駆動制御部６０、赤外線センサー部６２、及び、電源部６６を有する。

無人機１は、無線通信部５４によって、基地局（図示せず）と通信可能になっている。無人機１は、無線通信部５４によって、基地局から、発進等の指示を受信する。

無人機１は、ＧＰＳ部５６と慣性センサー部５８によって、無人機１自体の位置を測定することができる。ＧＰＳ部５６は、基本的に、３つ以上のＧＰＳ衛星からの電波を受信して無人機１の位置を計測する。なお、竪穴２０２内においては、ＧＰＳ部５６による位置計測は行わない。慣性センサー部５８は、上述のモーションセンサユニットからの出力を受信して、出発点からの無人機１の移動を積算して、無人機１の位置を計測する。無人機１自体の位置情報は、無人機１の移動経路の決定及び自律移動のために使用する。また、慣性センサー部５８は、上述のモーションセンサユニットからの出力を受信する。

駆動制御部６０によって、無人機１は各プロペラ８に接続された各モーター６Ａ等の回転を制御し、上下水平移動や空中停止、傾きなどの姿勢を制御するようになっている。

赤外線センサー部６２によって、無人機１は、測定装置１２による赤外線の送受信を制御する。

電源部６６は、例えば、交換可能な可充電電池であり、無人機１の各部に電力を供給するようになっている。なお、紐状部材２０６が電力ケーブルを兼ねるようにしたり、紐状部材２０６と平行して電力ケーブルを備えることによって、電力ケーブルから電源を得るようにしてもよい。

記憶部５２には、自律移動に必要な各種データ及びプログラムのほか、以下のプログラムが格納されている。

無人機１の記憶部５２には、自律移動プログラム、受動移動検知プログラム、停止条件算出プログラム、停止動作制御プログラム、回復条件算出プログラム、回復動作制御プログラム、及び、測定調整プログラムが格納されている。ＣＰＵ５０と自律移動プログラムは自律移動手段の一例である。ＣＰＵ５０と受動移動検知プログラムは受動移動検知手段の一例である。ＣＰＵ５０と停止条件算出プログラムは停止条件算出手段の一例である。ＣＰＵ５０と停止動作制御プログラムは停止動作制御手段の一例である。ＣＰＵ５０と回復条件算出プログラムは回復条件算出手段の一例である。ＣＰＵ５０と回復動作制御プログラムは回復動作制御手段の一例である。ＣＰＵ５０と測定調整プログラムは測定調整手段の一例である。

無人機１は、自律移動プログラムによって、無人機１の自律飛行を制御する。具体的には、無人機１は、各モーター６Ａ等の出力を調整し、予定した位置を外れたり、姿勢が乱れた場合には修正し、予め規定された位置及び姿勢を維持するようになっている。

図７乃至図１０を使用して、無人機１の自律飛行の態様を説明する。図７に示すように、無人機１は、モーター６Ａ，６Ｂ，６Ｃ及び６Ｄの回転軸（ローター）の回転を制御することによって、矢印Ａ１乃至Ａ８に示すように、水平方向における３６０度の方向へ移動できるようになっている。モーター６Ａは矢印Ｂ１の方向（時計回りの方向）へ回転し、隣り合うモーター６Ｂ及びモーター６Ｄは、それぞれ、矢印Ｂ１方向とは逆方向である矢印Ｂ２方向、矢印Ｂ４方向へ回転する。モーター６Ｃは、モーター６Ａが回転する矢印Ｂ１方向と同一方向（時計回りの方向）である矢印Ｂ３方向へ回転する。すなわち、モーター６Ａ乃至６Ｄの回転方向は、隣り合うモーターとは逆方向になっている。これにより、モーター６Ａ乃至６Ｄの回転による反作用を相殺し、反作用によって無人機１が回転することを防止するようになっている。

図８に示すように、無人機１は、矢印Ａ４方向へ移動するときには、モーター６Ａとモーター６Ｄを同一回転数で回転させる。すなわち、隣り合う２つのモーター６Ａ等を同一回転数で回転させることによって、２つのモーター６Ａ等を結ぶ線分と垂直方向に移動することができる。

これに対して、隣り合う２つのモーター６Ａ等を結ぶ線分と垂直方向の方向から４５度の角度だけずれた方向へ移動する場合には、無人機１が４５度回転したうえで、隣り合う２つのモーター６Ａ等を同一回転数で回転させる。例えば、無人機１が矢印Ａ３方向へ移動しようとする場合、図９（ａ）に示すように、モーター６Ａとモーター６Ｃを回転させると、その反作用により、無人機１は矢印Ｃ１に示す方向に回転する。図９（ｂ）は図９（ａ）の状態から無人機１が４５度回転した状態である。図９（ｂ）の状態で、モーター６Ａとモーター６Ｄを同一回転数で回転させると、無人機１は矢印Ａ３に示す方向へ移動する。

無人機１は、矢印Ａ３方向への移動が完了すると、図１０（ａ）に示すように、モーター６Ｂとモーター６Ｄを回転させ、無人機１を矢印Ｃ２に示す方向に回転させる。矢印Ｃ２方向への４５度の回転が完了すると、図１０（ｂ）に示す状態になる。

無人機１は、上述のように、紐状部材２０６に接続された状態において、水平方向に自由に移動することができ、鉛直状態から乖離した場合には、以下に説明するようにモーター６Ａ等を駆動して、鉛直状態を回復するように構成されている。以下、無人機１全体の動きについて説明するときに、個々のモーター６Ａ等の制御についての説明は省略する。

無人機１は、受動移動検知プログラムによって、紐状部材２０６の揺れによる無人機１の受動移動の移動方向及び移動速度を検知する。具体的には、無人機１は、慣性センサー部５８を介して、上述のモーションセンサユニットからの出力を受信して、鉛直状態における無人機１の位置を基準とする無人機１の受動移動の移動方向、移動速度及び移動距離を算出する。

無人機１は、停止条件算出プログラムによって、無人機１の受動移動を停止するためのモーター６Ａ等の駆動態様を含む停止条件を算出する。無人機１の進行方向（以下、「駆動方向」という。）は、無人機１の受動移動の方向の水平方向の成分の反対方向である。例えば、無人機１が、図１１（ａ）の矢印Ｍ１に示す受動移動をしている場合、水平方向の成分の速度ベクトルはベクトルａ１である。図１１（ａ）示す座標における「Ｖ０」は、鉛直状態における無人機１の位置を示す。停止条件における駆動方向は、速度ベクトルａ１の反対方向のベクトル−ａ１に示す方向である。モーター６Ａ等の回転速度（回転数（ｒｐｍ：ｒｏｕｎｄｐｅｒｍｉｎｉｕｔｅ）は、徐々に早くしていき、推力を徐々に大きくしていく。そして、受動移動の速度が速いほど、回転速度の増加率（推力の増加率）を大きくする。

無人機１は、停止動作制御プログラムによって、上述の停止条件でモーター６Ａ乃至６Ｄを駆動し、受動移動を停止させる。停止条件は、無人機１の受動移動の水平成分の速度ベクトルａ１と反対方向への移動であり、下方向には重力Ｇ１がかかっているから、無人機１の受動移動はいずれ停止する。ここで、停止条件による無人機１の能動的な移動を実施しない場合には、受動移動の停止が遅れる。すなわち、停止動作制御プログラムによるモーター６Ａ乃至６Ｄの駆動は、受動移動を迅速に停止させる効果がある。無人機１のモーター６Ａ乃至６Ｄの回転速度を次第に早くしていく（推力を次第に大きくしていく）ことによって、いずれかのタイミングで無人機１の受動移動は停止する。無人機１は、受動状態が停止すると、停止条件によるモーター６Ａ乃至６Ｄの駆動を停止する。

無人機１が受動移動を停止した位置において、モーターＡ乃至６Ｄの駆動を停止し、その停止状態を維持すると、無人機１には、紐状部材２０６が描く円弧方向に重力Ｇ１による力Ｆが働くから、下方に移動し、座標Ｖ０を通り越して、逆方向へ移動する。例えば、モーター６Ａ乃至６Ｄの駆動を停止したままの場合には、図１１（ｂ）の矢印Ｍ２に示すように移動し、座標Ｖ０の方向へ向かい、さらに、矢印−Ｍ２に示すように、座標Ｖ０を通り越してしまう。なお、無人機１が、矢印Ｍ１の受動移動を停止した後も、上述の停止条件によるモーター６Ａ乃至６Ｄの駆動を継続すると、さらに速い速度で座標Ｖ０を通り越して、矢印Ｍ１とは反対方向に移動することになる。

そこで、無人機１は、迅速に座標Ｖ０に向かい、かつ、静止するための条件である回復条件を算出する。回復条件は、無人機１の駆動方向とモーター６Ａ等の回転速度を含む。駆動方向は、例えば、図１１（ｂ）に示すように、矢印Ｍ２に示す移動の水平成分のベクトルａ２と反対方向のベクトル−ａ２に示す方向である。回復条件に含まれるモーター６Ａ等の回転速度は、例えば、受動移動を停止したときの回転速度の９０％の回転速度である。ただし、後述のように、無人機１は、座標Ｖ０に向かって移動する間において、回転速度を調整する。

無人機１は、上述の回復条件を算出すると、回復動作制御プログラムによって、無人機１を座標Ｖ０まで導き、鉛直状態を回復する。鉛直状態を回復するまでの動作を「回復動作」と呼ぶ。無人機１は、回復動作において、実際の移動状態を慣性センサーによって継続的に検知し、モーター６Ａ等の回転速度を調整する。受動移動が停止した後に無人機１に加わる力は、モーター６Ａ乃至６Ｄによる推力を除けば、重力Ｇ１だけであると仮定すると、無人機１が、重力Ｇ１による力Ｆと等しい推力を発生する場合には、無人機１は、現在位置を維持し、座標Ｖ０に近づくことはない。このため、無人機１は、力Ｆよりも小さい推力を発生させる。重力Ｇ１の紐状部材２０６が描く円弧方向への分力は、力Ｆ＝Ｇ１ｓｉｎθである。角度θは、紐状部材２０６が鉛直状態から乖離する度合を示す（図１参照）。角度θが小さくなるほど、すなわち、無人機１が座標Ｖ０に近づくほど、力Ｆは小さくなる。このため、無人機１は、能動的に発生させる推力を座標Ｖ０に近づくにつれて低下させる。例えば、図１１（ｂ）に示すベクトル−ａ２に示す推力よりも、図１１（ｃ）に示すベクトル−ａ３に示す推力の方が小さい。

無人機１は、力Ｆによる加速を伴うことなく、座標Ｖ０に近づくようにモーター６Ａ等の回転を制御する。すなわち、無人機１は、受動移動を停止させた後は、重力Ｇ１による力Ｆと逆方向で、かつ、力Ｆよりも小さい推力を発生しつつ、無人機１を座標Ｖ０まで導き、座標０において静止させるようになっている。無人機１は、回復動作を実施している間において、座標Ｖ０に近づいているか、及び、無人機１の移動速度が次第に低下しているかを確認する。無人機１は、座標Ｖ０に近づいていない場合には、モーター６Ａ等の回転速度を遅くする制御を行う。無人機１は、移動速度が次第に低下していない場合には、モーター６Ａ等の回転速度を速くする制御を行う。

図１２に、停止条件と回復条件の一例を示す。停止条件によって、モーター６Ａ乃至６Ｄを回転速度が次第に早くなるように回転させ、時刻ｔ１で受動移動が停止すると、無人機１は、すべてのモーター６Ａ等の駆動を停止する。そして、停止条件における推力の方向−ｘ１とは反対方向である−ｘ２の方向の推力を発生させる。そして、無人機１は、矢印−ｘ２方向の推力を、時間経過と共に低下させ、座標Ｖ０に到達する時刻ｔ３において推力は０となるようにする。

無人機１は、測定調整プログラムによって、鉛直状態ではなくなっている間は測定を中断し、鉛直状態を回復したときに測定を再開するようになっている。なお、これとは異なり、無人機１は、鉛直状態ではなくなっている間も測定を継続したうえで、鉛直状態における測定による測定データと鉛直状態ではなくなっている間の測定による測定データを分離することができるようにしてもよい。

以下、無人機１の動作を、図１３及び図１４のフローチャートを参照して説明する。無人機１は、基地局から測定開始の指示を受信すると測定を開始する（図１３のステップＳＴ１）。無人機１は、受動移動を検知すると（ステップＳＴ２）、測定を中断し（ステップＳＴ３）、位置を修正する（ステップＳＴ４）。ステップＳＴ４において、無人機１は、鉛直状態を回復する。鉛直状態を回復すると、無人機１は、測定を再開し（ステップＳＴ５）、作業が終了したと判断すると（ステップＳＴ６）、測定を停止する。

ステップＳＴ４において、無人機１は、紐状部材２０６の揺れによる受動移動の速度及び方向を測定し、その受動的な移動を停止するための推力の方向とモーター６Ａ等の回転速度を含む停止条件を算出する（ステップＳＴ４１）。続いて、無人機１は、停止条件に基づいて、モーター６Ａ乃至６Ｄの回転を開始し（ステップＳＴ４２）、受動移動が停止したと判断すると（ステップＳＴ４３）、回復条件を算出し（ステップＳＴ４４）、回復条件に基づいて、モーター６Ａ乃至６Ｄの回転を開始する（ステップＳＴ４５）。無人機１は、モーター６Ａ乃至６Ｄの回転数を漸減し（ステップＳＴ４６）、最下点に到着した（鉛直状態を回復した）と判断すると（ステップＳＴ４７）、ステップＳＴ５へ進む。

＜第二の実施形態＞
第二の実施形態について、第一の実施形態と異なる点を中心に説明する。図１５に示すように、第二の実施形態においては、無人機１は、回復動作制御プログラムによって、回復動作において、重力Ｇ１の水平成分による移動と同一方向ｘ２の推力を発生し、迅速に座標Ｖ０へ向かう。そして、座標Ｖ０の直前において、逆方向−ｘ２の推力を発生し、座標Ｖ０において静止するように、モーター６Ａ等の回転を制御する。すなわち、第一の実施形態においては、座標Ｖ０への移動を「重力Ｇ１−無人機１の推力」によって生じる速度で実施したが、第二の実施形態においては、座標Ｖ０への移動を「重力Ｇ１＋無人機１の推力」によって生じる速度で実施するから、より迅速に座標Ｖ０へ移動することができる。そして、座標Ｖ０へ到達する直前に推力の方向を逆転し、制動する（ブレ―キをかける）ことによって、座標Ｖ０において静止する。

＜第三の実施形態＞
第三の実施形態について、第一の実施形態と異なる点を中心に説明する。図１６及び図１７に示すように、第三の実施形態の無人機１は、受動移動検知プログラムによって、矢印Ｍ１に示す受動移動を検知すると、回復動作制御プログラムによって、すべてのモーター６Ａ等を同一回転速度で回転させ、上方（矢印Ｚ１方向）の推力を発生させて、上方へ移動する。そうすると、紐状部材２０６は撓み（図１７参照）、無人機１は紐状部材２０６の揺れによる影響を離脱する。この状態で、無人機１は、回復動作制御プログラムによって、鉛直状態の方向（矢印Ｎ１に示す方向）へ移動し、鉛直状態における位置の上空に移動し、さらに、下方（矢印Ｚ２方向）へ移動し、鉛直状態において無人機１が紐状部材２０６に吊り下げられた状態の位置に回帰する。この回復動作を実施している間の位置は、慣性センサー部５８によって受信したデータに基づいて継続的に算出し、無人機１の移動を制御する。

＜第四の実施形態＞
第四の実施形態について、第一の実施形態と異なる点を中心に説明する。第四の実施形態の無人機１Ａのプロペラ８のプロペラピッチは、第一の実施形態の無人機１のプロペラ８とは逆に形成されており、モーター６Ａ等が所定方向に回転すると、無人機１Ａは下方への推力を発生するように構成されている。図１８に示すように、無人機１Ａは、受動移動検知プログラムによって、矢印Ｍ１に示す受動移動を検知すると、回復動作制御プログラムによって、すべてのモーター６Ａ等を同一回転速度で回転させ、下方（矢印Ｚ２方向）へ向かう推力を発生させる。そうすると、無人機１Ａは、矢印Ｍ２に示す方向に能動移動し、紐状部材２０６に吊り下げられた状態における最下点に至ると、モーター６Ａ等を回転した状態において、能動移動を停止する。無人機１Ａが、紐状部材２０６に吊り下げられた状態における最下点に位置する状態は、紐状部材２０６に鉛直に吊り下げられた状態である。この状態において、無人機１Ａは、さらに下方へ向かうことはできないから、モーター６Ａ等を回転させていても、現在位置を維持する。

無人機１Ａの記憶部５２（図６参照）には、能動移動判断プログラムが格納されている。ＣＰＵ５０と能動移動判断プログラムは、能動移動判断手段の一例である。無人機１Ａは、能動移動判断プログラムによって、慣性センサーからの出力を受信し、モーター６Ａ等を回転させている状態において、能動移動が生じているか否かを判断する。

無人機１Ａは、モーター６Ａ等を回転させている状態において、能動移動が生じていないと判断した場合には、回復動作制御プログラムによって、モーター６Ａ等の回転を停止する。能動移動が生じていないことは、無人機１Ａが紐状部材２０６に鉛直に吊り下げられた状態に至ったことを意味するから、上述の制御によって、無人機１Ａは鉛直状態を回復することができる。

＜第五の実施形態＞
第五の実施形態について、第四の実施形態と異なる点を中心に説明する。第五の実施形態の無人機１Ａは、回復動作制御プログラムによって、測定装置１２による測定中は、常に、すべてのモーター６Ａ等を同一回転速度で回転させている。これにより、無人機１Ａは、紐状部材２０６に下方に向かう力を加え続けるから、紐状部材２０６が揺れにくい。

無人機１Ａは、受動移動検知プログラムによって、矢印Ｍ１に示す受動移動を検知すると、回復動作制御プログラムによって、すべてのモーター６Ａ等の回転速度を上げ、下方（矢印Ｚ２方向）の推力を増加させる。そうすると、無人機１Ａは、迅速に矢印Ｍ２に示す方向に能動移動し、紐状部材２０６に吊り下げられた状態における最下点に至り、鉛直状態を回復する。

なお、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

１，１Ａ無人測定装置
２筐体
６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄモーター
８プロペラ
１２測定装置

Claims

複数のモーターにそれぞれ接続されたプロペラによって推力を得ることができ、自律飛行可能な無人測定装置であって、
紐状部材に吊り下げられることを可能にするための接続手段と、
前記紐状部材の揺れによって前記無人測定装置が受動的に移動させられていることを検知する受動移動検知手段と、
前記受動移動検知手段によって、前記無人測定装置が受動的に移動させられていることを検知した場合に、前記無人測定装置を前記紐状部材に鉛直に吊り下げられた状態に回復するための回復動作制御手段と、
を有する無人測定装置。
前記接続手段は、前記紐状部材が揺れ動いた場合であっても、前記無人測定装置が水平状態を維持することができるように構成されている、
請求項１に記載の無人測定装置。
前記受動移動検知手段は、前記紐状部材の揺れによって前記無人測定装置が受動的に移動させられている移動方向、移動速度及び移動距離を検知するように構成されており、
さらに、
前記無人測定装置の受動的な移動を停止するための前記モーターの駆動態様を示す停止条件を算出する停止条件算出手段と、
前記停止条件に基づいて、前記モーターを駆動する停止動作制御手段と、
前記停止動作制御手段によって前記無人測定装置が停止させられた後に、前記無人測定装置を前記紐状部材に鉛直に吊り下げられた状態にするための前記モーターの駆動態様を示す回復条件を算出する回復条件算出手段と、
を有し、
前記回復動作制御手段は、前記回復条件に基づいて、前記モーターを制御するように構成されている、
請求項１に記載の無人測定装置。
前記停止条件に示される前記モーターの駆動態様によって発生する推力は、前記無人測定装置の受動的な移動方向とは逆の方向であり、
前記停止条件に示される前記モーターの回転速度は時間の経過にともなって、速くなるように規定される
請求項３に記載の無人測定装置。
前記回復条件に示される前記モーターの回転速度は、前記無人測定装置が前記紐状部材に鉛直に吊り下げられた状態に近づくにともなって遅くなるように規定されている、
請求項４に記載の無人測定装置。
前記回復動作制御手段は、前記モーターの回転によって発生する推力を、前記無人測定装置が前記紐状部材に鉛直に吊り下げられた状態から遠ざかる方向に発生させ、前記無人測定装置が前記紐状部材に鉛直に吊り下げられた状態に近づいているか否かを判断し、前記紐状部材に鉛直に吊り下げられた状態に近づいていない場合には、前記モーターの回転速度を遅くし、加速を伴って前記紐状部材に鉛直に吊り下げられた状態に近づいている場合には、前記モーターの回転速度を速くするように構成されている、
請求項５に記載の無人測定装置。
前記回復動作制御手段は、前記モーターの回転によって発生する推力を、前記無人測定装置が前記紐状部材に鉛直に吊り下げられた状態に近づく方向に発生させ、前記無人測定装置が前記紐状部材に鉛直に吊り下げられた状態に至る直前に、前記推力の方向を反転させ、前記無人測定装置が前記紐状部材に鉛直に吊り下げられた状態に至るように制御する、
請求項４に記載の無人測定装置。
前記回復動作制御手段は、前記モーターの回転によって前記無人測定装置を上方へ移動させ、次いで、前記無人測定装置が前記紐状部材に鉛直に吊り下げられた状態の位置の上空に移動し、その後、前記無人測定装置が前記紐状部材に鉛直に吊り下げられた状態の位置に至るように制御する、
請求項１に記載の無人測定装置。
前記回復動作制御手段は、複数の前記モーターを回転させることによって、下向きの推力を発生するように構成されており、
さらに、
前記複数のモーターが回転している状態において、前記無人測定装置が移動しているか否かを判断する能動移動判断手段を有し、
前記回復動作制御手段は、前記能動移動判断手段によって、前記複数のモーターが回転している状態において、前記無人測定装置が移動していないと判断した場合に、複数の前記モーターの回転を停止するように構成されている、
請求項２に記載の無人測定装置。
前記無人測定装置は、前記受動移動検知手段によって、前記無人測定装置が前記紐状部材の揺れによって移動させられていることを検知した場合には、前記無人測定装置が前記紐状部材に鉛直に吊り下げられた状態に復帰するまで測定を中断する、または、揺れによって受動的に移動させられている間の測定データを分離するように構成されている、
請求項１に記載の無人測定装置。
紐状部材に吊り下げられることを可能にするための接続手段を有し、複数のモーターにそれぞれ接続されたプロペラによって推力を得ることができ、自律飛行可能な無人測定装置が実施する測定方法であって、
前記紐状部材の揺れによって前記無人測定装置が受動的に移動させられていることを検知する受動移動検知ステップと、
前記受動移動検知ステップにおいて、前記無人測定装置が受動的に移動させられていることを検知した場合に、前記無人測定装置を前記紐状部材に鉛直に吊り下げられた状態に回復するための回復動作制御ステップと、
を含む測定方法。
紐状部材に吊り下げられることを可能にするための接続手段を有し、複数のモーターにそれぞれ接続されたプロペラによって推力を得ることができ、自律飛行可能な無人測定装置を制御するコンピュータを
前記紐状部材の揺れによって前記無人測定装置が受動的に移動させられていることを検知する受動移動検知手段、
前記受動移動検知手段によって、前記無人測定装置が受動的に移動させられていることを検知した場合に、前記無人測定装置を前記紐状部材に鉛直に吊り下げられた状態に回復するための回復動作制御手段、
として機能させるためのプログラム。