JP7492167B2

JP7492167B2 - 格納装置、無人飛行体及びシステム

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Publication number: JP7492167B2
Application number: JP2022570908A
Authority: JP
Inventors: 勇臣濱野; 淳荒武; 洋介櫻田; 大輔内堀; 一旭渡邉
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2020-12-24
Filing date: 2020-12-24
Publication date: 2024-05-29
Anticipated expiration: 2040-12-24
Also published as: US20240059402A1; WO2022137460A1; JPWO2022137460A1

Description

本開示は、格納装置、無人飛行体及びシステムに関する。

近年、インフラ構造物の点検に、複数のプロペラの回転によって飛行する無人飛行体（例えば、ドローン、マルチコプタなど）が用いられることがある。

このような無人飛行体を格納する手法として、人手によるハンドリリース及びキャッチを利用することが知られている（非特許文献１）。他の手法として、地上に設置して無人飛行体の保管を自律的に行う地上ステーションを用いることが知られている（非特許文献２）。さらに、無人飛行体の下部に２つのアームを設け、水平に固定された棒を２つのアームで把持して無人飛行体がぶら下がるようにすることも知られている（非特許文献３）。

"［ドローンテクニック］ドローンのハンドキャッチの方法と必要性［注意事項］"、［online］、2018年4月8日、［2020年12月1日検索］、インターネット〈URL：https://www.droneskyfish.com/entry/hand-catch-drone〉土屋健太、"AIRMADAの完全自律ドローンステーション"、［online］、2017年1月18日、［2020年12月1日検索］、インターネット〈URL：https://www.borg.media/airmada-2017-01-18/〉 Kaiyu Hang, et. al., "Perching and resting - A paradigm for UAV maneuvering with modularized landing gears," Science Robotics, No. 4, eaau6637(2019), 13 March 2019.

しかし、ハンドリリース及びキャッチを利用する手法は、無人飛行体の格納に熟練した人手が必要になる。地上ステーションは地上に設置することが想定されているため、地下の基盤設備で使用すると、漏水等による溜り水が発生し、無人飛行体を損傷するおそれがある。無人飛行体の下部に２つのアームを設けて水平棒を把持する手法は、無人飛行体に２つのアームを設ける必要があり、また、水平棒を把持する際に無人飛行体の上下が反転するため、上下反転時の振動により無人飛行体に設けられた機器を損傷するおそれがある。

本開示の目的は、地下及び地上、並びに、屋内及び屋外を問わず、無人飛行体の出発及び帰還の動作を、人手を介さず安全に実施することが可能な格納装置、無人飛行体及びシステムを提供することである。

一実施形態に係る格納装置は、無人飛行体を格納する格納装置であって、前記無人飛行体を把持するための把持部と、前記無人飛行体の上面が吸着するための吸着面を有する本体部と、を備え、前記無人飛行体は、前記本体部の前記吸着面と前記無人飛行体の前記上面との少なくともいずれかに設けられた、ゲル状の粘着体と、吸盤と、面ファスナーと、針との少なくともいずれかにより、前記本体部の前記吸着面に吸着する。

一実施形態に係る無人飛行体は、プロペラと、格納装置の本体に吸着するための吸着面を上面に有する本体部と、フックと、を備え、前記格納装置の前記本体の吸着面と前記本体部の前記上面との少なくともいずれかに設けられた、ゲル状の粘着体と、吸盤と、面ファスナーと、針との少なくともいずれかにより、前記格納装置の前記本体に吸着する。

一実施形態に係るシステムは、上記格納装置と上記無人飛行体とを備える。

本開示の一実施形態によれば、地下及び地上、並びに、屋内及び屋外を問わず、無人飛行体の出発及び帰還の動作を、人手を介さず安全に実施することが可能となる。

本開示の一実施形態に係る点検システムの概要を示す図である。本開示の一実施形態に係る無人飛行体の外観例を示す正面図である。本開示の一実施形態に係る無人飛行体の内部構成例を示すブロック図である。本開示の一実施形態に係る格納装置を用いて無人飛行体が離発着する様子を説明する図である。本開示の一実施形態に係る格納装置を用いて無人飛行体が離発着する様子を説明する図である。本開示の一実施形態に係る格納装置を用いて無人飛行体が離発着する様子を説明する図である。無人飛行体の上面に吸着体が設けられた構成例を示す図である。無人飛行体の上面に吸着体が設けられた構成例を示す図である。格納装置の本体部の下面及び無人飛行体の上面に吸着体が設けられた構成例を示す図である。格納装置の本体部の下面及び無人飛行体の上面に吸着体が設けられた構成例を示す図である。格納装置の本体部と吸着体との間に衝撃吸収体が設けられた構成例を示す図である。格納装置の本体部と吸着体との間に衝撃吸収体が設けられた構成例を示す図である。格納装置の本体部に把持部を出し入れするための孔が設けられた構成例を示す図である。格納装置の本体部に把持部を出し入れするための孔が設けられた構成例を示す図である。格納装置の把持部がマジックハンド構造を有する構成例を示す図である。格納装置の把持部がマジックハンド構造を有する構成例を示す図である。格納装置の把持部がマジックハンド構造を有する構成例を示す図である。格納装置の把持部がフック構造を有する構成例を示す図である。格納装置の把持部がフック構造を有する構成例を示す図である。格納装置の把持部がフック構造を有する構成例を示す図である。格納装置の把持部が斜めのフック構造を有する構成例を示す図である。格納装置の把持部が斜めのフック構造を有する構成例を示す図である。格納装置の把持部がねじ構造を有する構成例を示す図である。格納装置の把持部がねじ構造を有する構成例を示す図である。格納装置の把持部が吸着体を有する構成例を示す図である。格納装置の把持部が吸着体を有する構成例を示す図である。格納装置の把持部が吸着体を有する構成例を示す図である。格納装置の本体部の下面に無人飛行体の上面が吸盤により吸着する構成例を示す図である。格納装置の本体部の下面に無人飛行体の上面が吸盤により吸着する構成例を示す図である。格納装置の本体部の下面に無人飛行体の上面が吸盤により吸着する構成例を示す図である。格納装置の本体部の下面に無人飛行体の上面が吸盤により吸着する構成例を示す図である。格納装置の本体部の下面に無人飛行体の上面が面ファスナーにより吸着する構成例を示す図である。格納装置の本体部の下面に無人飛行体の上面が面ファスナーにより吸着する構成例を示す図である。格納装置の本体部の下面に無人飛行体の上面が針により吸着する構成例を示す図である。格納装置の本体部の下面に無人飛行体の上面が針により吸着する構成例を示す図である。格納装置の本体部の下面に無人飛行体の上面が針により吸着する構成例を示す図である。格納装置の本体部の下面に無人飛行体の上面が針により吸着する構成例を示す図である。格納装置の本体部の下面に無人飛行体の上面が無人飛行体内の負圧により吸着する構成例を示す図である。格納装置の本体部の下面に無人飛行体の上面が無人飛行体内の負圧により吸着する構成例を示す図である。格納装置の本体部の下面に無人飛行体の上面が無人飛行体内の負圧により吸着する構成例を示す図である。格納装置の本体部の下面に無人飛行体の上面が無人飛行体内の負圧により吸着する構成例を示す図である。格納装置の本体部の内部構成例を示すブロック図である。マジックハンド構造を有する把持部から無人飛行体が出発する動作手順を示すフローチャートである。ねじ構造を有する把持部から無人飛行体が出発する動作手順を示すフローチャートである。格納装置の本体部の吸着体へ無人飛行体が帰還する動作手順を示すフローチャートである。格納装置の把持部から無人飛行体が出発する様子を説明する図である。格納装置の把持部から無人飛行体が出発する様子を説明する図である。格納装置の把持部から無人飛行体が出発する動作手順を示すフローチャートである。

以下、本開示に係る格納装置について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図面は本発明を十分に理解できる程度に概略的に示しているに過ぎない。よって、本発明は、図示例のみに限定されるものではない。また、図示の便宜上、各図面における縮尺は、実際とは異なっている場合もある。

（点検システム）
まず、本開示に係る格納装置を用いた点検システムについて説明する。図１は、点検システム１の概要を示す図である。図１に示す点検システム１は、格納装置１０と、無人飛行体３０と、を備える。点検システム１は、端末５０を更に含む構成であってもよい。なお、図１では、無人飛行体３０の数が１機である場合を示しているが、無人飛行体３０の数は複数であってもよい。

マンホール１００の開口部には、マンホール１００の出入口を塞ぐように、取り外し可能な蓋が載置される。格納装置１０は、このマンホール１００の蓋に置き換えて設置可能な構造を有する。図１は、格納装置１０がマンホール１００の蓋に置き換えて設置された状態、すなわち、格納装置１０の本体部２０がマンホール１００の上孔上部に設置された状態を示している。もっとも、格納装置１０は、マンホール１００の蓋に置き換えて設置される場合に限られず、地下及び地上、並びに、屋内及び屋外を問わず、任意の場所に設置することができる。

マンホール１００は、例えば通信用マンホールである。なお、マンホール１００は、メンテナンスホールと称されてもよい。マンホール１００内の基盤設備では、漏水などによる溜り水１０１が発生し得る。

端末５０は、無人飛行体３０の操作者（例えば点検者）Ｕによって所持されて操作される。端末５０と無人飛行体３０との間では、無線通信が行われる。操作者Ｕは、端末５０を操作し、無人飛行体３０の動作を制御する。無人飛行体３０は、端末５０からの飛行制御に関する指示がなくても飛行可能である。

点検システム１において、無人飛行体３０は、自律的に飛行を制御しながら、又は操作者Ｕによる端末５０の操作に従って飛行を制御しながら、マンホール１００の内部を撮像（言い換えると、空撮）する。無人飛行体３０は、撮像した映像データを、端末５０に送信してもよい。操作者Ｕは、無人飛行体３０により撮像された映像データを確認することで、マンホール１００の内部を点検する。なお、操作者Ｕにより点検される項目は、例えば、マンホール１００の内壁（つまり壁面）の異常の有無、マンホール１００に繋がる地下道に貯留される地下水の状態、マンホール１００内に設置された物体（構造物、機器など）の状態などである。

無人飛行体３０を格納する格納装置１０は、無人飛行体３０を把持するための把持部１１と、無人飛行体３０の上面が吸着するための吸着面を有する本体部２０と、を備える。無人飛行体３０が保管される間、無人飛行体３０は把持部１１により把持される。把持部１１は、例えば、無人飛行体３０に設けられたフック１２を吊り下げて、無人飛行体３０を把持してもよい。無人飛行体３０が出発する際、把持部１１は無人飛行体３０をリリースする。リリースにより把持部１１から離れた無人飛行体３０は、マンホール１００内を飛行して撮像等を行う。撮像等の一連の作業を終えた無人飛行体３０は、本体部２０の吸着面に向かって突進することにより、その上面を吸着面に押し付ける。図１の例では、本体部２０の下部には吸着体１３が設けられて吸着面が形成されている。無人飛行体３０は吸着体１３の表面である吸着面に接触すると本体部２０に保持される。したがって、本実施形態に係る格納装置１０によれば、地下及び地上、並びに、屋内及び屋外を問わず、無人飛行体３０の出発及び帰還の動作を、人手を介さず安全に実施することが可能となる。

（無人飛行体）
図２は、無人飛行体３０の外観例を示す正面図である。図２に示すように、無人飛行体３０は、制御基板を内蔵する制御ボックス３１１と、モータ３５２に軸支された４枚のプロペラ（回転翼）３５１と、振動及び衝撃を吸収する緩衝用のバンパー３１７と、カメラ３４と、フック１２とを備える。無人飛行体３０は、カメラ３４を複数備えていてもよい。無人飛行体３０の上面３１３は、格納装置１０の本体部２０に吸着するための吸着面を有する。

図３は、無人飛行体３０の内部構成例を示すブロック図である。無人飛行体３０は、制御部３１と、メモリ３２と、通信部３３と、カメラ３４と、回転翼機構３５と、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）受信機３６と、慣性計測装置（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）３７と、磁気コンパス３８と、測距センサ３９と、を備える。

通信部３３は、端末５０との間で無線通信を行う。無線通信方式には、例えば、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）などの無線ＬＡＮ、あるいは特定小電力無線などが挙げられる。

カメラ３４は、無人飛行体３０の周囲を撮像して撮像画像のデータを生成する。カメラ３４の画像データは、メモリ３２に格納される。

回転翼機構３５は、複数（例えば、４枚）のプロペラ３５１と、複数のプロペラ３５１を回転させる複数（例えば、４個）のモータ３５２と有する。

ＧＮＳＳ受信機３６は、複数の航法衛星であるＧＮＳＳ衛星から発信された時刻及び各ＧＮＳＳ衛星の位置（例えば座標）を示す複数の信号を受信する。ＧＮＳＳ受信機３６は、受信された複数の信号に基づいて、ＧＮＳＳ受信機３６の位置（つまり、無人飛行体３０の位置）を算出する。ＧＮＳＳ受信機３６は、無人飛行体３０の位置情報を制御部３１に出力する。

慣性計測装置３７は、無人飛行体３０の姿勢を検出し、検出結果を制御部３１に出力する。慣性計測装置３７は、無人飛行体３０の姿勢として、無人飛行体３０の前後、左右及び上下の３軸方向の加速度と、ピッチ軸、ロール軸及びヨー軸の３軸方向の角速度とを検出する。慣性計測装置３７は、例えば、遅い動きの計測も可能な半導体型センサにより実現することができる。

磁気コンパス３８は、無人飛行体３０の機首の方位を検出し、検出結果を制御部３１に出力する。測距センサ３９は、無人飛行体３０と制御部３１により指定された目的物との距離を検出し、検出結果を制御部３１に出力する。

メモリ３２は、制御部３１がカメラ３４、回転翼機構３５、ＧＮＳＳ受信機３６、慣性計測装置３７、磁気コンパス３８、及び測距センサ３９を制御するのに必要なコンピュータプログラム（プログラム）などを格納する。メモリ３２は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体でよい。メモリ３２は、無人飛行体３０の内部に設けられてよいし、無人飛行体３０から取り外し可能に設けられてもよい。

制御部３１は、本実施形態では、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、又はＳｏＣ（System on a Chip）などのプロセッサであり、同種又は異種の複数のプロセッサにより構成されてもよい。制御部３１は、ＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)、又はＦＰＧＡ(Field-Programmable Gate Array)などの専用のハードウェアによって構成されてもよい。

制御部３１は、無人飛行体３０の各部の動作を統括して制御するための信号処理、他の各部との間のデータの入出力処理、及びデータの演算処理を行う。制御部３１は、メモリ３２に格納されたコンピュータプログラムに従って無人飛行体３０の自律飛行を制御する。制御部３１は、自律飛行する際、メモリ３２に記憶された飛行経路及び飛行時間などのデータを参照する。なお、制御部３１は、通信部３３を介して端末５０から受信した命令に従って、無人飛行体３０の飛行を制御してもよい。

制御部３１は、カメラ３４により撮像された画像データを取得して解析することで、無人飛行体３０の周囲の環境を特定する。制御部３１は、無人飛行体３０の周囲の環境に基づいて、例えば障害物を回避するよう飛行を制御する。制御部３１は、回転翼機構３５を制御することで、無人飛行体３０の飛行を制御する。飛行制御では、無人飛行体３０の緯度、経度、及び高度を含む位置が変更される。

プログラムは、コンピュータ（無人飛行体３０）が読み取り可能な記録媒体に記録されていてもよい。このような記録媒体を用いれば、プログラムをコンピュータにインストールすることが可能である。ここで、プログラムが記録された記録媒体は、非一過性（non-transitory）の記録媒体であってもよい。非一過性の記録媒体は、特に限定されるものではないが、例えば、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、又はＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリなどであってもよい。また、このプログラムは、ネットワークを介して外部装置からダウンロードされる形態としてもよい。

（格納装置）
図４Ａ～図４Ｃは、本開示の一実施形態に係る格納装置１０ａを用いて無人飛行体３０が離発着する様子を説明する図である。図４Ａ～図４Ｃに示す格納装置１０ａにおいては、本体部２０の下面２１に吸着体１３ａが設けられて吸着面が２２が形成されており、無人飛行体３０の上面３１３が吸着面２２に吸着することが可能になっている。吸着体１３ａの具体的な構成例は後述する。

図４Ａでは、格納装置１０ａの把持部１１が無人飛行体３０に設けられたフック１２を吊り下げて、無人飛行体３０を把持している。無人飛行体３０が出発する場合、図４Ｂに示すように、格納装置１０ａの把持部１１は無人飛行体３０の把持を止めて、無人飛行体３０をリリースする。リリースにより把持部１１から離れた無人飛行体３０は、マンホール１００内を飛行して撮像等を行う。図４Ｃに示すように、撮像等の一連の作業を終えた無人飛行体３０は、本体部２０の吸着面２２に向かって突進することにより、その上面３１３を吸着面２２に押し付ける。吸着体１３ａのいずれかの場所に無人飛行体３０の上面３１３が押し付けられると、本体部２０は無人飛行体３０を吸着して保持する。無人飛行体３０を格納装置１０ａに格納する際に、無人飛行体３０が正確に位置決めされる必要はない。このように、格納装置１０ａは無人飛行体３０の出発と帰還について異なる機構を有するため、格納装置１０ａによれば、飛行体による点検の出発及び帰還動作において、人手を介さず安全に点検を実施することができる。また、格納装置１０ａの本体部２０は、地上又は地下、あるいは屋内又は屋外を問わずに設置することができるため、地下及び地上、並びに、屋内及び屋外を問わずに、無人飛行体３０の出発及び帰還の動作を安全に実施することが可能である。

図４Ａは、吸着体１３ａが格納装置１０ａの本体部２０の下面２１に設けられて吸着面２２３が形成された場合の例を示しているが、吸着体１３は、本体部２０の下面２１と無人飛行体３０の上面３１３との少なくともいずれかに設けられればよい。図５Ａ及び図５Ｂは、無人飛行体３０の上面３１３に吸着体１３ｂが設けられた格納装置１０ｂの構成例を示す図である。図５Ａは、本体部２０の把持部１１が無人飛行体３０のフック１２をリリースして、無人飛行体３０が出発する様子を示している。図５Ｂは、撮像等の一連の作業を終えた無人飛行体３０が、本体部２０の吸着面２２に向かって突進することにより、その上面３１３に設けられた吸着体１３ｂを吸着面２２に押し付け、本体部２０に無人飛行体３０を保持させる様子を示している。図６Ａ及び図６Ｂは、本体部２０の下面２１及び無人飛行体３０の上面３１３の両方に吸着体１３ａ，１３ｂが設けられた格納装置１０ｃの構成例を示す図である。図６Ａは、本体部２０の把持部１１が無人飛行体３０のフック１２をリリースして、無人飛行体３０が出発する様子を示している。図６Ｂは、無人飛行体３０が、本体部２０の吸着面２２に向かって突進することにより、その上面３１３に設けられた吸着体１３ｂを本体部２０に設けられた吸着体１３ａに押し付け、本体部２０の吸着面２２に無人飛行体３０を保持させる様子を示している。このように、本体部２０の下面２１と無人飛行体３０の上面３１３との少なくともいずれかに吸着体１３を設けることで、無人飛行体３０の上面３１３を吸着面２２に押し付けて本体部２０に無人飛行体３０を保持させることが可能である。

図４Ａ～図４Ｃは、吸着体１３ａが本体部２０の下部に直接設けられた例を示しているが、吸着体１３ａと本体部２０との間に衝撃を吸収する材料である衝撃吸収体を設けてもよい。図７Ａ及び図７Ｂは、格納装置１０ｄの本体部２０と吸着体１３ａとの間に衝撃吸収体１４が設けられた構成例を示す図である。図７Ａは、本体部２０の把持部１１が無人飛行体３０のフック１２をリリースして、無人飛行体３０が出発する様子を示している。図７Ｂは、撮像等の一連の作業を終えた無人飛行体３０が、本体部２０の吸着体１３ａに向かって突進することにより、その上面３１３を吸着体１３ａに押し付け、本体部２０に無人飛行体３０を保持させる様子を示している。ここで、無人飛行体３０が勢いよく吸着体１３ａへ衝突しても、衝撃吸収体１４においてその衝撃が緩和され、本体部２０及び無人飛行体３０の損傷を防ぐことが可能である。衝撃吸収体１４の素材は、例えば、低反発ウレタンとしてもよい。衝撃吸収体１４の素材は衝撃を吸収できるものであれば低反発ウレタンに限られず、例えば、スポンジ、ゴム、ゲル、布、エアーキャップ、紙（例えば、段ボール）、又は発泡スチロール等としてもよい。

なお、図７Ａ及び図７Ｂは、本体部２０と吸着体１３ａとの間に衝撃吸収体１４が設けられた例を示しているが、吸着体１３ａ及び衝撃吸収体１４を同一の材料のゲルで構成し、吸着体１３ａ及び衝撃吸収体１４を一体として実現してもよい。また、無人飛行体３０の上面３１３に吸着体１３ｂを設ける場合は、上面３１３と吸着体１３ｂの間にも衝撃吸収体１４を設けて、衝突時の衝撃を緩和するようにしてもよい。

本実施形態に係る格納装置１０において、無人飛行体３０は、出発の際は把持部１１からリリースされ、帰還の際は吸着面２２へ吸着する。そのため、図４Ａ～図４Ｃのように把持部１１が本体部２０から突出していると、帰還の際、無人飛行体３０が把持部１１に衝突する可能性がある。そこで、本体部２０は、把持部１１を出し入れするための孔を備えてもよい。図８Ａ及び図８Ｂは、格納装置１０ｅの本体部２０に把持部１１を出し入れするための孔１６が設けられた構成例を示す図である。図８Ａは、本体部２０の把持部１１が無人飛行体３０のフック１２をリリースして、無人飛行体３０が出発する様子を示している。無人飛行体３０が出発すると、把持部１１は、孔１６の中で本体部２０から突出しない位置まで引き上げられ、吸着体１３ａの表面よりも内側に格納される。図８Ｂは、無人飛行体３０が、本体部２０の吸着体１３ａに向かって突進することにより、その上面３１３を吸着体１３ａに押し付け、本体部２０に無人飛行体３０を保持させる様子を示している。図８Ｂに示すように、把持部１１は本体部２０から突出していないため、帰還の際、無人飛行体３０は把持部１１を回避する必要がない。

（把持部）
次に、格納装置１０の把持部１１について説明する。図９Ａ～図９Ｃは、格納装置１０ｆの把持部１１ａがマジックハンド構造を有する構成例を示す図である。把持部１１ａは、その先端が開閉可能な構造を有する。図９Ａは、閉じた把持部１１ａが無人飛行体３０のフック１２を吊り下げて、無人飛行体３０を把持する様子を示している。図９Ｂは、把持部１１ａが解放されて、無人飛行体３０をリリースし、無人飛行体３０が出発している様子を示している。図９Ｃは、把持部１１ａが、帰還した無人飛行体３０を再度把持してキャッチし、無人飛行体３０を格納する様子を示している。なお、無人飛行体３０は、その上面３１３を吸着体１３ａに接触させて、本体部２０に無人飛行体３０を保持させてもよい。

図１０Ａ～図１０Ｃは、格納装置１１ｇの把持部１１ｂがフック構造を有する構成例を示す図である。把持部１１ｂは、カギ型のフック構造を有する。図１０Ａは、把持部１１ｂのカギの部分に無人飛行体３０のフック１２を吊り下げて、無人飛行体３０を把持する様子を示している。把持部１１ｂのように、把持部がカギ型のフック構造を有する場合、無人飛行体３０は、一旦上昇し、更に横スライドすることで、把持部１１ｂからフック１２を外してから出発する。図１０Ｂは、無人飛行体３０が上昇した状態を示している。図１０Ｃは、上昇した無人飛行体３０が横スライドした状態を示している。このような一連の動作により、無人飛行体３０は、把持部１１ｂからフック１２を外してから出発することが可能になる。なお、帰還の際には、無人飛行体３０は、その上面３１３を吸着体１３ａに接触させて、本体部２０に無人飛行体３０を保持させるが、再度、フック１２を把持部１１ｂに吊り下げさせてもよい。

図１１Ａ及び図１１Ｂは、格納装置１０ｈの把持部１１ｃが斜めのフック構造を有する構成例を示す図である。図１１Ａは、把持部１１ｃのカギの部分に無人飛行体３０のフック１２を吊り下げて、無人飛行体３０を把持する様子を示している。把持部１１ｃのように、把持部が斜めのフック構造を有する場合、無人飛行体３０は、上昇するだけで、把持部１１ｃからフック１２を外して出発することができる。図１１Ｂは、無人飛行体３０が上昇して、把持部１１ｃからフック１２を外した状態を示している。なお、帰還の際には、無人飛行体３０は、その上面３１３を吸着体１３ａに接触させて、本体部２０に無人飛行体３０を保持させるが、再度、フック１２を把持部１１ｃに吊り下げさせてもよい。

図１２Ａ及び図１２Ｂは、格納装置１０ｉの把持部１１がねじ構造を有する構成例を示す図であり、それぞれ格納装置１０ｉの正面図及び上面図を示している。格納装置１０ｉにおいては、本体部２０及び無人飛行体３０の上面には互いに係合するオスねじ１１ｄ及びメスねじ１１ｅが設けられ、ねじが締められることにより、把持部１１は無人飛行体３０を把持する。図１２Ａ及び図１２Ｂは、本体部２０の下部にオスねじ１１ｄが設けられ、無人飛行体３０の上部にメスねじ１１ｅが設けられた例を示しているが、本体部２０の下部にメスねじ１１ｅが設けられ、無人飛行体３０の上部にオスねじ１１ｄが設けられてもよい。

図１２Ａは、格納装置１０ｉから無人飛行体３０が出発する様子を示している。図１２Ａでは、無人飛行体３０がねじを緩める方向にヨー回転をしている。回転によりオスねじ１１ｄとメスねじ１１ｅが外れると、無人飛行体３０は出発する。図１２Ｂは、格納装置１０ｉへ無人飛行体３０が帰還する様子を示している。図１２Ｂでは、無人飛行体３０がねじを締める方向にヨー回転をしている。これにより、無人飛行体３０は格納装置１０の本体部２０に固定される。なお、無人飛行体３０は、その上面３１３を吸着体１３ａ（不図示）に接触させて、本体部２０に無人飛行体３０を保持させてもよい。また、オスねじ１１ｄ及びメスねじ１１ｅのピッチを大きくすることで、無人飛行体３０は少ない回転数でねじを外して出発することが可能になる。また、本体部２０は、無人飛行体３０を固定させたままオスねじ１１ｄを回転させることで、自動的にねじを緩めたり、締めたりできるようにしてもよい。

図１３Ａ～図１３Ｃは、格納装置１０ｊの把持部１１ｆが吸着体を有する構成例を示す図である。図１３Ａは、吸着体により構成された把持部１１ｆが無人飛行体３０の上面３１３に接触して、無人飛行体３０を把持する様子を示している。図１３Ａに示すように、把持部１１ｆの側面はシリンダ４５で覆われている。把持部１１ｆが無人飛行体３０を把持する状態では、［シリンダ４５の長さ］＜［把持部１１ｆの長さ］となる。把持部１１ｆは、シリンダ４５により無人飛行体３０を押し出すことで、無人飛行体３０をリリースする。図１３Ｂは、シリンダ４５により無人飛行体３０を押し出してリリースした状態を示している。リリースした状態では、［シリンダ４５の長さ］＞［把持部１１ｆの長さ］となる。図１３Ｃは、無人飛行体３０が、本体部２０の吸着体１３ａに向かって突進することにより、その上面３１３を把持部１１ｆに押し付け、本体部２０に無人飛行体３０を保持させる様子を示している。なお、無人飛行体３０を押し出す機構はシリンダ４５を用いたものに限られず、例えば、ばねを用いて実現してもよい。把持部１１ｆが有する吸着体の具体的構成は後述する。

（吸着体）
次に、本体部２０の下面２１及び無人飛行体３０の上面３１３の少なくともいずれかに設けられる吸着体１３について説明する。把持部１１ｆが有する吸着体についても吸着体１３と同様に実現することができる。吸着体１３は、ゲル状の有機材料により実現される粘着体としてもよい。具体的には、ゲル状の有機材料は、天然ゴム系接着剤、でんぷん系接着剤、天然ゴムラテックス接着剤、樹脂、のり、ボンド、水ガラス、アスファルト、及び漆などがある。もっとも、構成品を少なくすることができ、安価であることから、吸着体１３に用いる粘着体としては、耐震マットに使用されるようなオレフィン系またはスチレン系樹脂を使用することが望ましい。

また、吸着体１３は吸盤により実現してもよい。図１４Ａ～図１４Ｄは、格納装置１０ｋ，１０ｌの本体部２０の下面である吸着面２２に無人飛行体３０の上面３１３が吸盤１３ｃにより吸着する構成例を示す図である。図１４Ａは格納装置１０ｋの本体部２０の正面図であり、図１４Ｂは格納装置１０ｋの本体部２０の下面図である。格納装置１０ｋの本体部２０の吸着面２２に吸盤１３ｃを設ける場合は、複数の吸盤１３ｃが設けられる。ただし、無人飛行体３０の機体を面で安定して支えるためには３点以上の吸盤で吸着する必要がある。そこで、図１４Ａ及び図１４Ｂは、説明の簡略化のために、吸着体１３として、３つの吸盤１３ｃを示す。図１４Ｃは、無人飛行体３０の上面図である。図１４Ｃに示されるように、無人飛行体３０を上面から見ると、把持部１１が通過する開口部３５５、上面３１３、及びプロペラ３５１等が観察される。無人飛行体３０の上面３１３が上昇して吸盤１４Ｃに押し付けられると、無人飛行体３０は吸盤１４Ｃに固定される。なお、吸盤１３ｄは本体部２０の吸着面２２の代わりに、図１４Ｄのように、無人飛行体３０の上面３１３に設けられてもよい。その場合は、無人飛行体３０の重量を軽くするために、無人飛行体３０に設ける吸盤１３ｄの個数を１つとしてもよい。

また、吸着体１３は面ファスナーにより実現してもよい。図１５Ａ及び図１５Ｂは、格納装置１０ｍの本体部２０の下面２１に無人飛行体３０の上面３１３が面ファスナー１３ｅ，１３ｆにより吸着する構成例を示す図である。図１５Ａは、無人飛行体３０が格納装置１０ｍから出発した様子を示す。本体部２０の吸着面２２にはフック（オス）の面ファスナー１３ｅが設けられ、無人飛行体３０の上面３１３にはループ（メス）の面ファスナー１３ｆが設けられてもよい。無人飛行体３０側は、空中の移動によりほこり又は他の物体等と接触する可能性が高いためである。仮に無人飛行体３０にフックの面ファスナー１３ｅを設けると、飛行中のホコリが絡んだり、他の物体に引っ掛かったりする危険が高くなる。図１５Ｂは、無人飛行体３０が格納装置１０ｍへ帰還した様子を示す。図１５Ｂは、無人飛行体３０が、本体部２０の吸着面２２に向かって突進することにより、面ファスナー１３ｅ及び１３ｆが絡み合って、本体部２０に無人飛行体３０が固定される様子を示している。

また、吸着体１３は針により実現してもよい。図１６Ａ～図１６Ｄは、格納装置１０ｎ，１０ｏの本体部２０の下面２１に無人飛行体３０の上面３１３が針１３ｈ，１３ｉにより吸着する構成例を示す図である。図１６Ａの例では、無人飛行体３０の上面３１３に針１３ｈが設けられている。針１３ｈは、生け花の剣山のように多数の針が集まったものである。本体部２０の下面２１には、針１３ｈが刺さることが可能な樹脂１３ｇが設けられて、吸着面２２が形成されている。図１６Ａ及び図１６Ｂは、無人飛行体３０が出発する際も帰還する際も針１３ｈ，１３ｉを利用する。図１６Ａのように、針１３ｈが樹脂１３ｇへ突き刺さっている状態では、無人飛行体３０は本体部２０側に固定される。プロペラ３５１の駆動により無人飛行体３０を下方へ移動させる揚力が働くと、針１３ｈは樹脂１３ｇから離れて、無人飛行体３０は出発する。また、飛行中の無人飛行体３０が上方に移動して針１３ｈを樹脂１３ｇへ押し付けると、針１３ｈは樹脂１３ｇへ刺さり、無人飛行体３０は本体部２０に固定される。針１３ｈ及び樹脂１３ｇは、このような無人飛行体３０の固定及び針１３ｈの脱着が可能なように、材料および構成等が選択される。なお、無人飛行体３０が出発する際に無人飛行体３０を本体部２０から離隔させるためのシリンダを設けるようにしてもよい。

図１６Ａ及び図１６Ｂは、針１３ｈが無人飛行体３０の上面３１３に設けられ、樹脂１３ｇが本体部２０の下面２１に設けられた例を示しているが、図１６Ｃのように、樹脂１３ｊが無人飛行体３０の上面３１３に設けられ、針１３ｉが本体部２０の下面２１に設けられるようにしてもよい。また、図１６Ｄに示すように、針１３ｈ，１３ｉの先端にカギ（かえし）１３１を設けてもよい。これにより針１３ｈ，１３ｉが樹脂１３ｇ，１３ｊから抜けにくくすることができる。

また、無人飛行体３０の本体部２０への吸着は、負圧により実現してもよい。すなわち、
無人飛行体３０の筐体を気密性が保たれた密閉構造とし、無人飛行体３０内の気圧を外気圧よりも下げた上で、無人飛行体３０の筐体の開口部３５５を本体部２０の吸着面２２に接触させることで、無人飛行体３０の本体部２０へ吸着させてもよい。図１７Ａ～図１７Ｄは、格納装置１０ｐの本体部２０の下面２１の吸着面２３に無人飛行体３０の上面３１３が無人飛行体３０内の負圧により吸着する構成例を示す図である。図１７Ａは無人飛行体３０の上面図であり、図１７Ｂは無人飛行体３０の正面図である。無人飛行体３０の上面には、周状のゴム製の部材３１８及び開口部３５５が設けられる。無人飛行体３０の側面ガードは面状であり、気密性を保つ密閉構造を有する。無人飛行体３０の下部には、ルーバー状の弁３１９が設けられ、弁３１９が閉じられると無人飛行体３０の内部は密閉される。弁３１９が開放されている場合、外気圧Ｐ_０＝機体内圧Ｐ_１の関係にある。

図１７Ｃは格納装置１０ｐの側面図である。本体部２０の下部には、無人飛行体３０を密着させるために、鏡面状かつ平面の吸着面２３が設けられている。図１７Ｄに示すように、無人飛行体３０は帰還時に本体部２０の吸着面２３に貼り付き、プロペラ３５１の回転を停止させると同時にルーバー状の弁３１９を閉じる。弁３１９が閉じられるまでプロペラ３５１により無人飛行体３０内部の空気が排気されるため、弁３１９が閉じられて密閉されると無人飛行体３０の内側は負圧となり、外気圧Ｐ_０＞機体内圧Ｐ_１となる。これにより、無人飛行体３０のゴム製の部材３１８が吸着面２３に吸い付けられて、無人飛行体３０は本体部２０に固定される。なお、無人飛行体３０の部材３１８の素材はゴムに限定されない。部材３１８の素材は、外部と空気のやり取りをしない密閉性が保てるものであればよいため、ビニル素材、又はシリコン素材等であってもよい。

（動作フロー）
次に、無人飛行体３０が出発及び帰還する際の本体部２０及び無人飛行体３０の動作について説明する。図１８Ａは、格納装置１０の本体部２０の内部構成例を示すブロック図である。本体部２０は、把持部機構制御部２７及びセンシング部２８を備えた制御部２５を備える。センシング部２８は、無人飛行体３０が備えるプロペラ３５１の動作を検知する検知部として動作する。センシング部２８は、例えば、赤外線センサ等を用いて実現することができる。把持部機構制御部２７は、センシング部２８が検知したプロペラ３５１の動作に基づき把持部１１の解放を制御する。把持部機構制御部２７は、本実施形態では、ＣＰＵ、ＭＰＵ、ＧＰＵ、ＤＳＰ、又はＳｏＣなどのプロセッサであり、同種又は異種の複数のプロセッサにより構成されてもよい。把持部機構制御部２７は、ＡＳＩＣ、又はＦＰＧＡなどの専用のハードウェアによって構成されてもよい。

図１８Ｂは、マジックハンド構造を有する把持部１１ａから無人飛行体３０が出発する動作手順を示すフローチャートである。図１８Ｂの各ステップの動作は、無人飛行体３０の制御部３１又は本体部２０の把持部機構制御部２７の制御に基づき実行される。

ステップＳ１において、制御部３１は、無人飛行体３０のプロペラ３５１をＯＮにし、モータ３５２の駆動を開始する。

ステップＳ２において、把持部機構制御部２７は、センシング部２８が検知したプロペラ３５１の回転数を取得する。

ステップＳ３において、把持部機構制御部２７は、プロペラ３５１の回転数が安定したか否かを判定する。具体的には、把持部機構制御部２７は、無人飛行体３０がホバリング可能な回転数まで到達しているか否かを判定する。到達している場合（ステップＳ３でＹＥＳ）はステップＳ４へ進み、到達していない場合（ステップＳ３でＮＯ）はステップＳ２へ戻る。

ステップＳ４において、把持部機構制御部２７は、把持部１１ａを開放するように制御する。そして、処理を終了する。このように、把持部機構制御部２７は、プロペラ３５１の回転数が安定したことを確認して把持部１１を開放するため、無人飛行体３０を安全に出発させることが可能である。

図１９は、図１２Ａのようにねじ構造を有する把持部から無人飛行体３０が出発する動作手順を示すフローチャートである。図１９の各ステップの動作は、無人飛行体３０の制御部３１又は本体部２０の把持部機構制御部２７の制御に基づき実行される。図１９では、把持部機構制御部２７は、無人飛行体３０を固定させたままオスねじ１１ｄを回転させることが可能である。

ステップＳ１１において、制御部３１は、無人飛行体３０のプロペラ３５１をＯＮにし、モータ３５２の駆動を開始する。

ステップＳ１２において、把持部機構制御部２７は、センシング部２８が検知したプロペラ３５１の回転数を取得する。

ステップＳ１３において、把持部機構制御部２７は、プロペラ３５１の回転数が安定したか否かを判定する。具体的には、把持部機構制御部２７は、無人飛行体３０がホバリング可能な回転数まで到達しているか否かを判定する。到達している場合（ステップＳ１３でＹＥＳ）はステップＳ１４へ進み、到達していない場合（ステップＳ１３でＮＯ）はステップＳ１２へ戻る。

ステップＳ１４において、把持部機構制御部２７は、無人飛行体３０を固定させたままオスねじ１１ｄを、ねじを緩める方向に回転させる。

ステップＳ１５において、把持部機構制御部２７は、ねじを外すことにより、把持部１１ａを開放する。そして、処理を終了する。このように、把持部機構制御部２７は、プロペラ３５１の回転数が安定したことを確認してオスねじ１１ｄを回転させて、把持部１１を開放するため、無人飛行体３０を安全に出発させることが可能である。なお、ここでは、ステップＳ１４において、本体部２０の把持部機構制御部２７が、オスねじ１１ｄを回転させる例を説明したが、無人飛行体３０がヨー回転をすることによりねじを緩めてもよい。

図２０は、格納装置１０の本体部２０の吸着面２２へ無人飛行体３０が帰還する動作手順を示すフローチャートである。図２０の各ステップの動作は、無人飛行体３０の制御部３１の制御に基づき実行される。

ステップＳ２１において、制御部３１は、無人飛行体３０を本体部２０の吸着面２２へ向かって飛行させる。

ステップＳ２２において、制御部３１は、無人飛行体３０の上面３１３と本体部２０の吸着面２２との間の距離Ｌを測距センサ３９により取得する。さらに、制御部３１は、慣性計測装置３７により無人飛行体３０の加速度を取得する。制御部３１は、距離Ｌ＝０であり、かつ、無人飛行体３０が静止しているか否かを判定する。Ｌ＝０かつ静止している場合（ステップＳ２２でＹＥＳ）はステップＳ２３へ進み、そうでない場合（ステップＳ２２でＮＯ）はステップＳ２１へ戻る。

ステップＳ２３において、制御部３１は、無人飛行体３０のプロペラ３５１をＯＦＦにして、モータ３５２の駆動を終了する。そして、処理を終了する。このように、制御部３１は、無人飛行体３０が本体部２０に接触し、静止したことを確認してからプロペラ３５１をＯＦＦにするため、無人飛行体３０を安全に格納装置１０に格納することができる。

図２１Ａ及び図２１Ｂは、格納装置１０の把持部１１から無人飛行体３０が出発する様子を説明する図である。図２１Ａ及び図２１Ｂにおいて、Ｆ_ｇは、無人飛行体３０の重力である。Ｆ_０は、吸着体１３ａが無人飛行体３０を吸着する力の最大値である。Ｆ_ａは、プロペラ３５１の駆動により、無人飛行体３０を下方に移動させる力である。Ｆ_ｇ＋Ｆ_ａ＞Ｆ_０となった場合に、無人飛行体３０は本体部２０から離れて出発することになる。

図２１Ｃは、格納装置１０の把持部１１から無人飛行体３０が出発する動作手順を示すフローチャートである。図２１Ｃの各ステップの動作は、無人飛行体３０の制御部３１の制御に基づき実行される。

ステップＳ３１において、制御部３１は、無人飛行体３０のプロペラ３５１をＯＮにし、モータ３５２の駆動を開始する。

ステップＳ３２において、制御部３１は、センシング部２８が検知したプロペラ３５１の回転数を取得する。

ステップＳ３３において、制御部３１は、プロペラ３５１の回転数が増加しているか否かを判定する。増加している場合（ステップＳ３３でＹＥＳ）はステップＳ３４へ進み、増加していない場合（ステップＳ３３でＮＯ）はステップＳ３２へ戻る。

ステップＳ３４において、プロペラ３５１の回転数の増加により下向きの駆動が発生する。したがって、Ｆ_ａが増加することになる。

ステップＳ３５において、Ｆ_ａの増加に伴い、Ｆ_ｇ＋Ｆ_ａ＞Ｆ_０となる。これにより、無人飛行体３０は本体部２０から離れることになる。

ステップＳ３６において、制御部３１は、無人飛行体３０が出発するように制御する。そして、処理を終了する。

以上のように、点検システム１において、無人飛行体３０を格納する格納装置１０は、無人飛行体３０を把持するための把持部１１と、無人飛行体３０の上面３１３が吸着するための吸着面２２を有する本体部２０と、を備える。したがって、格納装置１０によれば、地下及び地上、並びに、屋内及び屋外を問わず、飛行体による点検の出発及び帰還動作において、人手を介さず安全に点検を実施することができる。また、点検システム１は、出発と帰還が異なる機構をもち、飛行体の改造を必要とせず、通常飛行する動作を利用した機構を有するため、実施することが容易である。

本開示は上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、ブロック図に記載の複数のブロックは統合されてもよいし、又は１つのブロックは分割されてもよい。フローチャートに記載の複数のステップは、記述に従って時系列に実行する代わりに、各ステップを実行する装置の処理能力に応じて、又は必要に応じて、並列的に又は異なる順序で実行されてもよい。その他、本開示の趣旨を逸脱しない範囲での変更が可能である。

１点検システム
１０格納装置
１１把持部
１２フック
１３吸着体
１４衝撃吸収体
１６孔
２０本体部
２１下面
２２，２３吸着面
２５制御部
２７把持機構制御部
２８センシング部
３０無人飛行体
３１制御部
３２メモリ
３３通信部
３４カメラ
３５回転翼機構
３６ＧＮＳＳ受信機
３７慣性計測装置
３８磁気コンパス
３９測距センサ
４５シリンダ
５０端末
１００マンホール
１０１溜り水
３１１制御ボックス
３１３上面部
３１７バンパー
３１８部材
３１９弁
３５１プロペラ
３５２モータ
３５５開口部

Claims

無人飛行体を格納する格納装置であって、
前記無人飛行体を把持するための把持部と、
前記無人飛行体の上面が吸着するための吸着面を有する本体部と、
を備え、
前記無人飛行体は、前記本体部の前記吸着面と前記無人飛行体の前記上面との少なくともいずれかに設けられた、ゲル状の粘着体と、吸盤と、面ファスナーと、針との少なくともいずれかにより、前記本体部の前記吸着面に吸着する、
格納装置。
前記無人飛行体が備えるプロペラの動作を検知する検知部と、
前記検知部が検知した前記プロペラの動作に基づき前記把持部の解放を制御する制御部と、
を更に備える、請求項１に記載の格納装置。
前記本体部は、前記把持部を出し入れするための孔を備える、請求項１又は２に記載の格納装置。
前記把持部は、前記無人飛行体に設けられたフックを吊り下げて、当該無人飛行体を把持する、請求項１から３のいずれか一項に記載の格納装置。
前記把持部は、マジックハンド構造と、フック構造と、ねじ構造と、吸着体との少なくともいずれかにより、前記無人飛行体を把持する、請求項１から３のいずれか一項に記載の格納装置。
プロペラと、
格納装置の本体に吸着するための吸着面を上面に有する本体部と、
フックと、
を備え、
前記格納装置の前記本体の吸着面と前記本体部の前記上面との少なくともいずれかに設けられた、ゲル状の粘着体と、吸盤と、面ファスナーと、針との少なくともいずれかにより、前記格納装置の前記本体に吸着する、
無人飛行体。
請求項１から５のいずれか一項に記載の格納装置と、
請求項６に記載の無人飛行体と、
を備える、システム。