JPWO2019198768A1 - 無人飛行体 - Google Patents
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Abstract
Description
以下、本発明の一実施形態である無人航空機、無人航空機の飛行制御機構、及びこれらを用いる方法を、図面を参照しつつ説明する。ただし本発明による無人航空機、無人航空機の飛行制御機構、及びこれらを用いる方法が以下に説明する具体的態様に限定されるわけではなく、本発明の範囲内で適宜変更可能であることに留意する。例えば、本発明に係る無人航空機は自律飛行型の無人航空機である必要はなく、無人航空機の機能構成も、図9に示されるものに限らず同様の動作が可能であれば任意であり、例えば通信部の機能を主演算部に統合する等、複数の構成要素が実行すべき動作を単独の構成要素により実行してもよいし、あるいは主演算部の機能を複数の演算部に分散する等、図示される単独の構成要素の実行すべき動作を複数の構成要素により実行してもよい。無人航空機の自律制御プログラムは、ハードディスクドライブ等の記録デバイスに記録されて主演算部により読み出されて実行されるものであってもよいし(図示される自律制御プログラムが複数のプログラムモジュールに分解されてもよいし、その他の任意のプログラムが主演算部等により実行されてもよい。)、マイコン等を用いた組み込み型のシステムによって同様の動作が実行されてもよい。以下の実施形態で示される全ての構成要素を本発明に係る無人航空機、無人航空機の飛行制御機構が備える必要はなく(例えば、図1B中のロータ13〜16の制御により無人航空機の推進を制御する場合、推力発生プロペラ25を備える必要はないし、自律制御を行わずに完全に外部からの制御で無人航空機を飛行させるならば自律制御プログラムや各種データベースを備える必要もない。)、また示される方法ステップの全てを本発明に係る方法が備える必要もない。無人航空機を浮揚させるための回転翼も、図1B等で示されるような4つのロータ13〜16に限らず4以上の任意の回転翼であってよい。推力を発生させるためのプロペラも、図1D等に示す推力発生プロペラ25に限らず任意のプロペラであってよい。また本発明に係る無人航空機の飛行制御機構は、回転翼機、固定翼機等、任意の無人航空機を制御するために用いることができるのであり、本発明に係る無人航空機も回転翼機に限られない。無人航空機の機体サイズも任意である。以下の実施例においては無人航空機が閉鎖性空間内を撮影飛行する一例を示すが、閉鎖性空間に限らず任意の環境で、そして任意の目的で本発明の無人航空機を飛行させることができるのであり、飛行制御機構も閉鎖性空間内に限らず任意の環境で使用可能である。なお、閉鎖性空間が完全に閉鎖されている必要はなく、少なくとも部分的に閉鎖された、無人航空機の飛行が少なくとも一部制約される空間であればよい。例えば、以下の実施形態に示すようにマンホールを介して外部と接続されている下水道管路内の管状空間も閉鎖性空間であるし、高速道路のトンネルも閉鎖性空間である。保持部材によって保持される先行衝突部材の数も2に限らず任意であるし、機体に取り付けられる飛行制御機構の数も任意である。なお、保持部材は、例えば金属、プラスチック等から形成することができるが、保持部材としての機能が発揮できるならば弾性体等、任意の材料から形成されたものであっても構わない。その他の部材や構成要素も、本発明の機能を発揮できるならば任意の材料からなるものであってよい。
図1Aから図1Fに、本発明の一実施形態である無人航空機の外観を示す。図1Aは斜視図であり、図1Bは図1Aのzの正方向から見た図であり、図1Cはyの正方向から見た図であり、図1Dは進行方向の後方側から見た斜視図であり、図1E,図1Fは図1Aのzの負方向側(ただし互いに異なる方向)から見た斜視図である。無人航空機1は、一例においては口径400mm程度の閉鎖性空間内を飛行できるよう、全幅(図1A中、y方向の幅)約250mm、全長(図1A中、x方向の幅)約550mmのサイズで設計されており、本体部2(防水ケース3に収納されている。)と、本体部2からの制御信号により駆動する5つのモータ17〜21(図9参照。)と、モータ17〜20の各々の駆動により回転して無人航空機1を浮揚させる4つのロータ(回転翼)13〜16と(ロータ13,16はzの正方向から見て時計回りに回転し、ロータ14,15はzの正方向から見て反時計回りに回転する等、隣り合うロータ同士は逆向きに回転する。)、モータ21の駆動により回転して無人航空機1の推力を発生させる推力発生プロペラ25と、調査カメラ22と、前方カメラ23と、超音波センサ24とを備えており、各構成要素はフレーム4を用いて統合されている。
以下、無人航空機1による閉鎖性空間内部での撮影飛行の一例として、下水道管路内の撮影飛行を図10から図14を用いて説明する。ただし、既に述べたとおり本発明の無人航空機、無人航空機の飛行制御機構、及びこれらを用いる方法の用途がそのような撮影飛行に限られるわけではなく、任意の環境で、そして任意の目的で、本発明の無人航空機、無人航空機の飛行制御機構、及びこれらを用いる方法を用いることができる。
次に、本発明の一実施形態である無人飛行体、撮影調査システム、及び撮影調査方法を、図面を参照しつつ説明する。ただし本発明による撮影調査システム、撮影調査方法が以下に説明する具体的態様に限定されるわけではなく、本発明の範囲内で適宜変更可能であることに留意する。例えば、本発明による撮影調査に用いる無人飛行体は、図16A等に示すタイプの無人飛行体である必要はなく、図1A等に示す無人飛行体(無人航空機)であっても、その他の任意の無人飛行体であってもよい。図16A等に示す無人飛行体は、先行衝突部材5〜8、保持部材9,10等からなる飛行制御機構を備えていないこと以外は、図1A等に示す無人飛行体と同様の原理で動作する無人飛行体であってよく、機能構成も図9に示すものであってよいが、本発明に用いることができる無人飛行体はそのようなものに限られず任意であり、例えば図16A等に示す無人飛行体に、図1A等に示される飛行制御機構を備えてもよい。その他の構成も任意であり、例えば通信部の機能を主演算部に統合する等、複数の構成要素が実行すべき動作を単独の構成要素により実行してもよいし、あるいは主演算部の機能を複数の演算部に分散する等、図示される単独の構成要素の実行すべき動作を複数の構成要素により実行してもよい。無人飛行体の自律制御プログラムは、ハードディスクドライブ等の記録デバイスに記録されて主演算部により読み出されて実行されるものであってもよいし(図示される自律制御プログラムが複数のプログラムモジュールに分解されてもよいし、その他の任意のプログラムが主演算部等により実行されてもよい。)、マイコン等を用いた組み込み型のシステムによって同様の動作が実行されてもよい。以下の実施形態で示される全ての構成要素を無人飛行体が備える必要はなく(例えば、図16B中のロータ13〜16の制御により無人飛行体の推進を制御する場合、推力発生プロペラ25を備える必要はないし、自律制御を行わずに完全に外部からの制御で無人航空機を飛行させるならば自律制御プログラムや各種データベースを備える必要もない。)、また示される方法ステップの全てを本発明に係る方法が備える必要もない。無人飛行体を浮揚させるための回転翼も、図16B等で示されるような4つのロータ13〜16に限らず4以上の任意の回転翼であってよい。推力を発生させるためのプロペラも、図16D等に示す推力発生プロペラ25に限らず任意のプロペラであってよい。本発明において用いることができる無人飛行体は回転翼機に限られない。無人飛行体の機体サイズも任意である。以下の実施例においては無人飛行体が下水道管路等の閉鎖性空間内を撮影飛行する一例を示すが、閉鎖性空間に限らず任意の調査空間で、そして任意の目的で本発明の撮影調査を行うことができる。なお、閉鎖性空間が完全に閉鎖されている必要はなく、少なくとも部分的に閉鎖された、無人飛行体の飛行が少なくとも一部制約される空間であればよい。例えば、以下の実施形態に示すようにマンホールを介して外部と接続されている下水道管路内の管状空間も閉鎖性空間であるし、高速道路のトンネルも閉鎖性空間である。撮影調査システムに含まれる、その他の部材や構成要素も、本発明の機能を発揮できるならば任意の材料からなるものであってよい。その他、第一実施形態の無人航空機に関連して説明した構成の任意性は、第二実施形態の撮影調査において用いられる無人飛行体においても全て同様に成立する。また図1A〜図15において説明した要素等と同様であってよい要素等には、図16A以降においても同様の参照符号、番号を付している。
図16Aから図16Fに、本発明の撮影調査に用いることができる無人飛行体の外観を示す。図16Aは斜視図であり、図16Bは図16Aのzの正方向(座標系は図1Aと同様に定義する。)から見た図であり、図16Cはyの正方向から見た図であり、図16Dは進行方向の後方側から見た斜視図であり、図16E,図16Fは図16Aのzの負方向側(ただし互いに異なる方向)から見た斜視図である。無人飛行体1は、一例においては口径400mm程度の閉鎖性空間(調査空間)内を飛行できるよう、全幅(図16A中、y方向の幅)約250mm、全長(図16A中、x方向の幅)約570mmのサイズで設計されており、本体部2(防水ケース3に収納されている。)と、本体部2からの制御信号により駆動する5つのモータ17〜21(図17参照。)と、モータ17〜20の各々の駆動により回転して無人飛行体1を浮揚させる4つのロータ(回転翼)13〜16と(ロータ13,16はzの正方向から見て時計回りに回転し、ロータ14,15はzの正方向から見て反時計回りに回転する等、隣り合うロータ同士は逆向きに回転する。)、モータ21の駆動により回転して無人飛行体1の推力を発生させる推力発生プロペラ25と、調査カメラ22と、前方カメラ23と、前方を照明する照明ライト48を備えており(さらに、不図示の超音波センサ24を任意の位置に備えてもよい。)、各構成要素はフレーム4を用いて統合されている。またフレーム後部4aには、図16Dに示すとおり線状部材49が結び付けられている(図16D以外の図では線状部材49を適宜省略する。)。
以下、無人飛行体1を用いた調査空間内部での撮影調査の一例として、下水道管路内の撮影飛行を図18から図30を用いて説明する。
図18は、撮影調査を行うための、無人飛行体を含む撮影調査システムの構成例を示す図である。撮影調査システムは、無人飛行体1と、無人飛行体1を置くことができる飛行開始台(発射台)52と、ラップトップPC等の外部制御装置51と、釣り用の電動リールと同様の原理で釣り糸等の線状部材49を自動的に巻き取る自動巻き装置等の引き寄せ装置50と、を備える。一例において、撮影調査は、(1)外部制御装置51を用いて無人飛行体1の飛行を制御する操縦者、(2)無人飛行体1を載せた飛行開始台52の調査空間への挿入作業と、調査空間内で目的地まで到達した、或いは管きょの破損や堆積物の存在等、何らかの理由により進むことができなくなった無人飛行体1を、引き寄せ装置50を用いて飛行開始台52へと引き寄せて、飛行開始台52と無人飛行体1とを地上へと回収する作業とを行う、発射台・巻取機操作者、及び(3)補助者、の3名の作業員により撮影調査システムを用いて行われる。
次に、撮影調査システムを用いて行う撮影調査方法を説明する。まず発射台・巻取機操作者は、棒状体53を持って、挿入口55a、そしてマンホール42aから調査空間内へと、当該棒状体53を飛行開始台52の側から挿入することにより、無人飛行体1を載せた飛行開始台52を調査空間(地下空間)内に入れる(図25)。なお、既に述べたとおり、挿入口55aとマンホール42aの少なくとも一方よりも、無人飛行体1又は飛行開始台52の方が大きい場合は、飛行開始台52を棒状体53に沿うように、或いは挿入口55aとマンホール42aを通過できる範囲で図23Cに示すとおり棒状体53と飛行開始台52との間で或る程度の角度をなすようスイングさせて(飛行開始台52にストッパーフック(図24B)を設ける等して、無人飛行体1を飛行開始台52に固定しておく。なお、後の飛行開始時においては、無人飛行体1を適切に操縦して離陸させることにより無人飛行体1をストッパーフックから解放することができるし、あるいは遠隔制御によりストッパーフックが動いて無人飛行体1から外れてから無人飛行体1が飛行を開始するよう構成する等、飛行を開始する際に無人飛行体1をストッパーフックから解放する方法は任意である。)から、飛行開始台52及び棒状体53を挿入し、挿入後にスイングしていた飛行開始台52を元に戻す(遠隔制御により電動で元に戻してもよいし、単純に飛行開始台52を下に押し付ける等して元に戻してもよい。)。或いは、飛行開始台52及び無人飛行体1を、予め挿入口55aとマンホール42aのどちらに比べても小さく(挿入口55aとマンホール42aの両方を通過できるよう)構成しておけば、飛行開始台52をスイングさせることなく挿入できる(この場合、飛行開始台52をスイング可能に構成する必要はないしストッパーも不要である。)。飛行開始台52が調査空間内で着地後(図26)、操縦者は、外部制御装置51(記憶部65に記憶された操縦プログラムが処理部64により実行中であるとする。)の入力部68から制御命令を入力することにより、無人飛行体1の飛行を開始させる(図27)。無人飛行体1の後端部には線状部材49がつながれており、無人飛行体1は線状部材49を引っ張りながら調査空間内を飛行する。これに伴い、引き寄せ装置50の円筒類似部材(スプール)63は図22中の矢印方向とは逆方向に回転し、線状部材49がとかれていく(延びていく)。
2 本体部
3 防水ケース
4 フレーム
4a フレーム後部
4b,4c 貫通孔
4A〜4D 回転停止位置
5〜8 先行衝突部材
5A〜8A 先行衝突部材用軸部
9,10 保持部材
9A,10A 孔
9B−1,9B−2,10B−1,10B−2
先行衝突部材取付部材
9C−1,9C−2,10C−1,10C−2
孔
11,12 保持部材取付部材
11A,12A 保持部材用軸部
13〜16 ロータ
17〜21 モータ
22 調査カメラ
23 前方カメラ
24 超音波センサ
25 推力発生プロペラ
26 重心
27A モータ部材
27B モータ部材
27C モータ部材
27A−1 溝
28A 主演算部
28b 信号変換部
29 制御信号生成部
30〜34 スピードコントローラ
35 通信アンテナ
36 通信部
37 各種センサ
38a 自律制御プログラム
38b 各種データベース
39 記録装置
40 電源系
41 地表面
42a,42b マンホール
43 下水道管路、調査空間
44 内壁
45 接続部
46 水
47 境界面
48 照明ライト
49 線状部材
49a ワイヤー(ピアノ線等)
50 引き寄せ装置
51 外部制御装置
52 飛行開始台(発射台)
52a ストッパー
53 棒状体
53a スイングアーム
54 台車
55 窓
55a 挿入口
56 無線LAN(Wi−Fi)中継機
57a,57b 外部電源装置
58 車輪(4つ)
59 ガイド部材
60 車輪(4つ)
61 傾斜部
61a,61b スリット
62 貫通孔
63 円筒類似部材(スプール)
64 処理部
65 記憶部
66 表示部
67 通信部
68 入力部
69 展開画像
Claims (3)
- 少なくとも4つの回転翼と、該少なくとも4つの回転翼の回転を制御する制御部とを備えた無人飛行体であって、
前記無人飛行体の機体上の位置であって、且つ、前記少なくとも4つの回転翼のうち、進行方向側に位置する1以上の回転翼と、進行方向の逆側に位置する1以上の回転翼との間の位置にある、調査カメラを備え、
少なくとも部分的に液体が存在する面上を飛行する際、飛び散った液体が前記機体よりも上方に達することを、前記少なくとも4つの回転翼により少なくとも一部防止しつつ飛行する、
無人飛行体。 - 推力発生プロペラを更に備え、
前記少なくとも4つの回転翼の回転により浮きつつ前記推力発生プロペラの回転により推進する、
請求項1に記載の無人飛行体。 - 前記無人飛行体の機体上の位置であって、前記少なくとも4つの回転翼のうち、進行方向側に位置する1以上の回転翼と、進行方向の逆側に位置する1以上の回転翼との間の位置であって、且つ、前記調査カメラの位置とは異なる位置にある、進行方向撮影カメラと、
無人飛行体側通信部と
を更に備え、
前記進行方向撮影カメラにより調査空間内で進行方向を撮影し、該進行方向の撮影で得られた進行方向撮影データを前記無人飛行体側通信部から送信しつつ、該調査空間内を飛行する、
請求項1又は2に記載の無人飛行体。
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