WO2020175015A1 - 無人航空機および検査方法 - Google Patents

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WO2020175015A1
WO2020175015A1 PCT/JP2020/003744 JP2020003744W WO2020175015A1 WO 2020175015 A1 WO2020175015 A1 WO 2020175015A1 JP 2020003744 W JP2020003744 W JP 2020003744W WO 2020175015 A1 WO2020175015 A1 WO 2020175015A1
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unmanned aerial
aerial vehicle
distance
stationary object
closed space
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雅幹 本田
雅樹 北村
和樹 江口
龍 橋本
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Mitsubishi Power Ltd
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Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
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    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only

Definitions

  • the present disclosure relates to a closed space inspection technique, and more particularly to an inspection technique using an unmanned aerial vehicle.
  • a combustion furnace such as a boiler used in a thermal power plant is required to be regularly inoperable after the operation is started, and a maintenance inspection needs to be performed by a worker entering the inside.
  • a maintenance inspection it is necessary to clarify the position of the inspection point in the furnace (inspection position), but the combustion furnace has a large capacity and it is difficult to visually grasp the inspection position accurately. Therefore, conventionally, there is a method of measuring the height position and the left-right position of the inspection location with a tape measure and the like to grasp the inspection position by marking, but with this method, it is necessary to construct a scaffold and a gondola for workers. Therefore, a lot of labor, cost and inspection period are required.
  • a distance measuring unit for example, a laser scanner, an ultrasonic sensor, etc.
  • a distance measuring unit for example, a laser scanner, an ultrasonic sensor, etc.
  • an unmanned aerial vehicle equipped with a floating means such as, for example, a propeller, which is equipped with an imaging unit for imaging a structure on the wall surface side of an object (for example, pipes, joints, etc.). Then, it is possible to obtain information on the imaging position of the imaging unit based on information (signals) from the distance measurement unit, ⁇ 0 2020/175015 2 ⁇ (: 170? 2020 /003744
  • Patent Document 2 discloses a signal processing device of a scanning distance measuring device capable of appropriately detecting a monitored object existing behind an object that is a noise source.
  • Non-Patent Document 1 discloses a multi-echo sensor capable of measuring a plurality of reflected lights with a laser beam in a single direction.
  • the distance value is calculated from the echo that is returned first, while in the multi-echo sensor, when multiple echoes (reflected waves) are returned, It is disclosed that it is possible to obtain the distance value by using the method, so that it is resistant to the influence of noise due to the boundary between the light transmitting substance and the object, rain, dew, snow and the like.
  • Patent Document 1 Japanese Unexamined Patent Publication No. 20 1 6-1 5 6 2 8
  • Patent Document 2 JP 2 0 1 2 _ 2 4 2 1 8 9 gazette Non-Patent Document
  • Non-Patent Document 1 Kota Sato, et al., "Study on Properties of Range Sensors Capable of Acquiring Multi-Echo", May 27, 2010, Summary of Invention
  • At least one embodiment of the present invention accurately measures the distance to a stationary object even when a reflective object such as dust is present in the closed space.
  • the purpose is to provide an unmanned aerial vehicle capable of doing.
  • An unmanned aerial vehicle configured to fly in an enclosed space
  • Thrust generating means configured to generate thrust for the aircraft to fly in the air
  • a length measuring means mounted on the aircraft is mounted on the aircraft
  • the length measuring means calculates the length of the length measuring means, ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • a transmitter configured to transmit the measurement wave
  • a receiver configured to receive a reflected wave of the measurement wave
  • a distance configured to calculate a distance to a stationary object existing in the closed space based on the reflected wave of the measurement wave transmitted from the transmitting section, which is received by the receiving section multiple times. And a calculation unit.
  • an unmanned aerial vehicle such as a drone is based on a reflected wave of a measurement wave such as a pulse laser or a millimeter wave transmitted from a transmitter, and a combustion furnace such as a boiler. It is equipped with a length measuring unit that measures the distance to a stationary object (inner wall surface) such as a wall surface that forms a stack or chimney. This length measuring means can measure the distance to the stationary object based on a plurality of reflected waves received with respect to the transmitted measured waves (pulses).
  • the separation can be measured with high accuracy, and the inspection in an enclosed space by an unmanned aerial vehicle can be realized.
  • the position of the unmanned aerial vehicle in the closed space is calculated based on the distance measured by the length measuring means, the position can be calculated accurately, so that the inspection position can be calculated accurately.
  • the length measuring unit measures at least the distance to the stationary object in the horizontal direction.
  • the distance between at least the stationary object existing in the horizontal direction is measured by the length measuring means.
  • the length measuring means As a result, it is possible to provide an unmanned aerial vehicle that can inspect an enclosed space unmanned.
  • other means such as a barometer may be used.
  • the thrust generating means includes a propeller
  • the transmitter is a horizontal transmitter configured to transmit the measurement wave in a horizontal direction. ⁇ 0 2020/175015 5 ⁇ (: 170? 2020 /003744
  • the receiving unit includes a horizontal receiving unit configured to receive the reflected wave of the measurement wave transmitted from the horizontal transmitting unit,
  • the horizontal transmitter and the horizontal receiver are installed above the propeller.
  • the unmanned aerial vehicle is, for example, a drone using a propeller as a thrust generating means.
  • the length measuring means has a transmitting unit (horizontal transmitting unit) and a receiving unit (horizontal receiving unit) for measuring the distance to a stationary object in the horizontal direction, and the horizontal transmitting unit and the horizontal receiving unit are unmanned. It is installed on the aircraft so that it is located above the propellers on the aircraft. The present inventors have found that the soot dust floating due to the rotation of the propeller mainly floats below the propeller.
  • the length-measuring device for measuring the distance to the stationary object in the horizontal direction above the propeller it is possible to position it in the horizontal direction in an environment in which there is less soot dust floating with the stationary object. It is possible to measure the distance to a moving stationary object. Therefore, it is possible to improve the accuracy of measuring the distance in the horizontal direction.
  • the transmission unit includes a vertical transmission unit configured to transmit the measurement wave downward in the vertical direction,
  • the reception unit includes a vertical reception unit configured to receive the reflected wave of the measurement wave transmitted from the vertical transmission unit.
  • the length measuring means includes a transmitter (vertical transmitter) and a receiver (vertical receiver) for measuring the distance (height) to the stationary object in the vertical direction. Part). This makes it possible to measure the above distance in the vertical direction.
  • the thrust generating means includes a propeller
  • the vertical transmission unit and the vertical reception unit are installed below the propeller. ⁇ 0 2020/175015 6 ⁇ (: 170? 2020/003744
  • the unmanned aerial vehicle is, for example, a drone using a propeller as a thrust generating means.
  • the length measuring means has a transmitter (vertical transmitter) and a receiver (vertical receiver) for measuring the distance (height) to a stationary object in the vertical direction.
  • the vertical receiver is installed on the aircraft so that it is located below the propeller. This makes it possible to prevent the influence of the reflected wave from the propeller on the measurement of the distance to the stationary object positioned in the vertical direction. Therefore, it is possible to improve the measurement accuracy of the distance in the vertical direction.
  • the unmanned aerial vehicle calculates the position in flight based on the distance from the stationary object. In this way, by obtaining the position of the unmanned aerial vehicle in flight based on the above distance !-, the position at the time of photographing by the image pickup means can be accurately obtained. Therefore, when actual maintenance work is required through image-based inspection, it is possible to quickly identify and access the position in the closed space where maintenance work is to be performed, which corresponds to the shooting position of the image. .. Also, by being programmed, the unmanned aerial vehicle can autonomously fly along a predetermined flight route. Therefore, it is possible to perform inspection work (flight along the flight route, capture images, etc.) without having to maneuver the unmanned aerial vehicle from a remote location, thereby facilitating and improving the efficiency of the inspection work.
  • An image pickup means mounted on the aircraft is further provided.
  • the unmanned aerial vehicle is provided with an imaging means such as a camera.
  • an imaging means such as a camera.
  • a photographed image of the inspection target can be obtained.
  • the positional information is obtained together with the captured image, when a defect such as damage of the inspection target is confirmed from the image, the position where the defect has occurred can be easily specified, and the inspection can be performed.
  • the stationary object is a wall that forms the closed space that is the internal space of the combustion furnace. According to the configuration of (8) above, maintenance inspection inside the combustion furnace in which combustion ash and the like are accumulated during operation can be easily performed by an unmanned aerial vehicle. For example, since it is possible to eliminate the need for scaffolding and erection, it is possible to reduce the labor, cost, and inspection period for that.
  • the inspection method according to at least one embodiment of the present invention comprises
  • a flight step of flying the unmanned aerial vehicle in the closed space a length measurement step of measuring a distance between the unmanned aerial vehicle and a stationary object existing in the closed space during the flight of the unmanned aerial vehicle; Equipped with
  • the measuring step is
  • a position calculation step of calculating the position of the unmanned aerial vehicle based on the distance is further included.
  • the configuration of (9) to (10) further includes an imaging step of imaging at least one location in the inspection object existing in the closed space. ..
  • Unmanned aerial vehicle is provided.
  • Fig. 1 is a diagram schematically showing an unmanned aerial vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing a configuration of a length measuring unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing an inspection method according to an embodiment of the present invention.
  • the expression that things are in the same state does not mean that they are exactly equal, but also that there is a tolerance or a difference to the same degree. It also indicates the existing state.
  • the representation of a shape such as a quadrangle or a cylinder does not only represent the shape of a quadrangle or a cylinder in a geometrically strict sense, but also an uneven portion or a shape within a range in which the same effect can be obtained.
  • the shape including the chamfered portion and the like is also shown.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an unmanned aerial vehicle 1 according to an embodiment of the present invention.
  • An unmanned aerial vehicle 1 will fly in a closed space 3, such as a drone with a propeller. It is an unmanned aerial vehicle (UAV) configured as described above.
  • the closed space S is the space formed inside the structure. Specifically, for example, it is an internal space such as a combustion furnace such as a boiler or a refuse incinerator, or a chimney, and a space where dust d such as combustion ash is accumulated.
  • the closed space S may have a communication part for communicating with another part.
  • the inner space of a boiler (furnace) having a rectangular horizontal cross-sectional shape is a space that includes a combustion space for burning fuel, but is arranged so that the above-mentioned cross-section is rectangular. It is composed of a side wall, a ceiling part connected to the upper part of the side wall, and a bottom part connected to the lower part of the side wall.
  • the upper part of the side wall has a communication part for communicating with the flue of the boiler.
  • the inner space of the chimney has a side wall to form a flow path for exhaust gas, but the upper part communicates with the outside (atmosphere) and the lower part communicates with the inside of the pipe connecting to the exhaust gas treatment equipment. To be done.
  • the above-mentioned unmanned aerial vehicle 1 includes the airframe 2 and the airframe 2.
  • a thrust generating unit 3 configured to generate thrust for flying in the air, and a length measuring unit 4 mounted (installed) on the airframe 2 are provided.
  • the unmanned aerial vehicle 1 may include inspection information acquisition means such as the imaging means 7. Further, the unmanned aerial vehicle 1 may include the position calculation unit 5.
  • the airframe 2 is a part other than the thrust generator 3 in the unmanned aerial vehicle 1 and the objects such as the longitudinal measuring step 4 mounted on the airframe 2.
  • the machine body 2 includes a machine body 21 and a machine body guard section 22 (front guard section 22A, left guard section 22B) provided to protect the periphery of the machine body 21.
  • the thrust generating means 3 are propellers (rotary vanes), which are provided on the upper surfaces of the four corners of the airframe guard section 22 (four in total).
  • the number of propellers is not limited to that in this embodiment, and may be any number.
  • the aircraft 2 has inspection information acquisition means (objects) necessary for inspecting the inside of the closed space S, such as the inner wall surface of a structure (stationary object 9) such as a wall forming the closed space S. Boarding ⁇ 0 2020/175 015 10 ⁇ (: 170? 2020 /003744
  • the aircraft 2 may be provided with an image pickup means 7 capable of taking an image ⁇ such as each frame constituting a still image or a moving image.
  • the imaging means 7 includes a first camera 7 3 installed on a part of the front guard part 2 28 described above and a support part 24 on the rear guard part 2 20. Includes 7 sq. second camera installed via Further, the first camera 7 3 a still picture, the second camera 7 spoon is turned so that to shoot video.
  • the image capturing means 7 obtains an image of the pipes, joints, etc. located on the inner surface side of the stationary object 9, and the appearance inspection such as the damage of the stationary object 9 based on the image can be obtained. Inspection is possible.
  • the image captured for such an inspection may be stored in a storage medium mounted on the image pickup means 7 or the body 2.
  • This storage medium may be a flash memory or the like detachably mounted on the image pickup means 7 or the like.
  • the flight position (described later) may be stored in the storage medium together with the image.
  • it may be sent to a computer (not shown) installed outside the structure to be displayed on the screen of a display (not shown) or stored in a storage device (not shown). .. Both of these may be performed.
  • the fuselage 2 may not include the fuselage guard portion 22 that protects the fuselage body 21.
  • a rod-shaped member provided so as to extend from the machine body 21 in a plurality of directions (for example, four directions) around the machine body 21 having an arbitrary shape such that the vertical direction is the longitudinal direction.
  • a thrust generating means 3 such as a propeller may be provided on the tip side.
  • the body 21 of the airframe may be provided with legs for allowing the unmanned aerial vehicle 1 to stand on its own.
  • the thrust generating means 3 may be another well-known thrust generating device such as a jet propulsion unit.
  • the image pickup means 7 may have one or more cameras, as long as each camera is capable of shooting at least one of a still image and a moving image.
  • the length-measuring means 4 of the unmanned aerial vehicle 1 having the above-mentioned configuration is shown in FIG. ⁇ 0 2020/175015 1 1 ⁇ (: 170? 2020 /003744
  • a transmitter 41 configured to transmit a measurement such as a directional electromagnetic wave such as a laser or a millimeter wave, and the measurement wave Based on the reflected wave of the measurement wave 3 transmitted from the transmission section 41, which is received multiple times by the reception section 42 and the reception section 42 configured to receive (detect) the reflected wave of ,
  • a distance calculator 4 3 configured to calculate a distance !- with a stationary object 9 present in the closed space 3.
  • the distance !- is a stationary object 9
  • the length-measuring means 4 is a signal processing device of a scanning type distance-measuring device capable of properly detecting a monitored object existing behind an object that is a noise source (Patent This is a multi-eco-sensor (see Non-Patent Document 1) that calculates the distance !- based on multiple echoes instead of calculating the first returned echo (distance !- from the reflected wave ⁇ ). ..
  • the unmanned aerial vehicle 1 such as a drone uses, for example, the combustion wave of a boiler or the like based on the reflected wave "of the measurement wave 3 of the pulse laser or the millimeter wave transmitted from the transmitter 41. Equipped with length measuring means 4 for measuring the distance !- between a stationary object 9 (inner wall surface) such as a wall forming a furnace or chimney. ⁇ 0 2020/175015 12 12 (: 170? 2020 /003744
  • the long means 4 can measure the distance !- to the stationary object 9 based on the plurality of reflected waves "received with respect to the transmitted measurement wave 3 (pulse). , By measuring the distance between the stationary object 9 and the stationary object 9 based on a plurality of reflected waves, it is possible to detect soot and dust such as combustion ash between the length measuring means 4 (reception unit 42) and the stationary object 9. Even if it exists, the distance !- to the stationary object 9 can be accurately measured, and the inspection in the closed space by the unmanned aerial vehicle can be realized.
  • the position of the unmanned aerial vehicle 1 in the closed space 3 is calculated based on the distance 1_ measured by the length measuring means 4, the position can be calculated accurately, It is possible to accurately determine the inspection position and to autonomously fly the unmanned aerial vehicle 1 along a predetermined flight route. Therefore, the inspection in the closed space 3 by the unmanned aerial vehicle 1 can be made efficient.
  • the length-measuring unit 4 described above is configured so that, based on the reflected waves received a plurality of times as described above, the length-measuring unit 4 can be set at least in the horizontal direction (for example, with respect to each other set in the horizontal plane). It is sufficient to measure the distance !- in the orthogonal X direction and the vertical direction) to the stationary object 9. That is, in some embodiments, as shown in FIGS. And the distance !_ and V to the stationary object 9 respectively located in the vertical direction (direction orthogonal to the X direction and the vertical direction)!
  • the length measuring means 4 is for measuring the distance 1_II between the stationary object 9 and the stationary object 9 positioned in the horizontal direction. It is provided with a horizontal measuring means 4 8 and a vertical measuring means 4 13 for measuring the distance !-V between the stationary object 9 located in the vertical direction.
  • the horizontal measuring means 4 3 should measure at least horizontally.
  • a horizontal transmitter 4 1 3 configured to transmit a reflected wave of the measurement wave 3 transmitted from the horizontal transmitter 4 1 3 and a horizontal receiver 4 2 3 configured to receive
  • the vertical measuring means 413 is designed to transmit the measuring wave downward in the vertical direction. ⁇ 0 2020/175015 13 13 (: 17 2020 /003744
  • the vertical transmitter 4 16 configured and the vertical receiver 4 2 6 configured to receive the reflected wave ⁇ / ⁇ / of the measurement wave ⁇ / ⁇ / 3 transmitted from the vertical transmitter 4 1 6 , have.
  • the horizontal transmitter 4 1 3 and horizontal receiver 4 2 3, the horizontal length-measuring unit 4 3, two directions (X direction, ⁇ direction) in the horizontal direction to the length measurement and with twice It may be configured to roll.
  • the horizontal length measuring means 4 3 may have a horizontal transmitter 4 13 and a horizontal receiver 4 2 3 for respectively measuring two directions in the horizontal direction.
  • the horizontal length-measuring unit 4 3 and the vertical length measuring means 4 spoon for measuring direction is the same as the configuration of the different details of 4 spoon vertical length measuring means in FIG. 2 are omitted.
  • the horizontal length measuring means 4 3 described above is a reflected wave of the measurement wave 3 transmitted from the horizontal transmitter 4 1 3 and received by the horizontal receiver 4 2 3 multiple times. Further, a horizontal distance calculation unit 4 3 3 configured to calculate the distance !_ with the stationary object 9 existing in the closed space 3 may be further provided.
  • the vertical distance calculation unit 4 3 configured to calculate the distance !_ V may further be provided, or the distance calculation unit 4 3 included in the length measuring means 4 may be the horizontal distance calculation unit 4 3 3 and vertical distance calculation unit 4 Connected to each of the 3 swaths, both horizontal and vertical distances!- It may be configured to calculate [-V).
  • the horizontal length-measuring unit 4 3 it is installed above the propeller (thrust onset generating means 3).
  • 4 vertical measuring units are installed below the prober.
  • the present inventors have found that the soot bean floating due to the rotation of the propeller mainly floats below the propeller. Therefore, the distance to the stationary object 9 in the horizontal direction! - By positioning the length measuring means 4 for measuring the temperature above the propeller, a ring with less soot and dust floating between the stationary object 9 and ⁇ 0 2020/175 015 14 ⁇ (: 170? 2020 /003744
  • the vertical transmission unit 41 and the vertical reception unit 42 are installed on the aircraft 2 so as to be located below the propeller, so that the vertical stationary unit 9 and the stationary unit 9 are installed.
  • Distance between! -In the measurement of ([-V) it is possible to eliminate the influence of the reflected wave "from the propeller. Therefore, the above distance in the vertical direction!- (!_ ⁇ ) It is possible to improve.
  • the length measuring means 4 has a distance to a horizontally-located stationary object 9! -It may be configured to measure only II and measure the distance [-V between the stationary object 9 located in the vertical direction by another means such as a barometer.
  • the distance between the stationary object 9 existing at least in the horizontal direction by the length measuring means 4! -Measure is possible to provide an unmanned aerial vehicle 1 capable of inspecting the closed space 3 unmanned.
  • the unmanned aerial vehicle 1 measures the distance to the stationary object 9 measured by the length measuring means 4! -Based on drone 1 distance!
  • a position calculation unit 5 configured to calculate the position (hereinafter, flight position) at the time of-measurement may be further provided. This allows the unmanned aerial vehicle 1 to obtain the flight position during flight.
  • the inventors of the present invention have confirmed that the flight position calculated in this manner can be accurately calculated to a level that does not cause any problem in inspection or in autonomous flight (described later).
  • the image captured by the image capturing unit 7 and the flight position at the image capturing by the image capturing unit 7 calculated by the position calculating unit 5 are associated with each other.
  • an output unit 6 for outputting to the above computer (not shown) or a storage medium installed outside the structure is further provided.
  • the output unit 6 is connected to the position calculation unit 5 described above so as to obtain a three-dimensional position in the closed space 3 specified by the position in the X direction, the vertical direction, and the direction. ⁇ 0 2020/175015 15 15 (: 170? 2020 /003744
  • the output unit 6 may output to at least one of the storage medium and the computer (not shown).
  • the position at the time of photographing by the image pickup means 7 can be accurately obtained. Therefore, when the actual maintenance work is required through the inspection based on the image ⁇ , the position corresponding to the shooting position of the image ⁇ in the closed space 3 where the maintenance work should be performed is quickly specified and accessed. be able to.
  • the unmanned aerial vehicle 1 can be autonomously flown along a predetermined flight route.
  • the unmanned aerial vehicle 1 may be manually operated remotely by a person while watching an image (such as a movie) displayed on the screen from outside the structure.
  • FIG. 3 is a diagram showing an inspection method according to an embodiment of the present invention.
  • This inspection method is an inspection method in an enclosed space 3 using an unmanned aerial vehicle 1.
  • the inspection method consists of the flight step (31) of flying the unmanned aerial vehicle 1 in the closed space 3 and the above-mentioned steps existing in the unmanned aerial vehicle 1 and the closed space 3 during the flight of the unmanned aerial vehicle 1.
  • the length measurement step (3 3) above includes the transmission step (3 3 1) for transmitting the measurement wave 3 described above and the measurement wave “Receiving step (3 3 2) and reflected wave of measurement wave 3 transmitted in the above transmitting step (3 3 2) received multiple times in the above receiving step (3 3 1)” And a distance calculation step (3 3 3) for calculating the distance !- between the stationary object 9 and the stationary object 9.
  • the processing contents are the same as those executed by the length measuring unit 4, the transmitting unit 41, the receiving unit 42 and the distance calculating unit 43, the details will be omitted. Further, the flight step (31) is executed by flying the airframe 2 using the thrust generation means 3 already described.
  • the flight step is performed in step 31.
  • a predetermined flight route may be flown.
  • Step 32 while flying along the flight route, it is confirmed whether or not at least one stop position defined on the flight route has been reached.
  • the measurement step (33) is executed with the unmanned aerial vehicle 1 stopped in the air. That is, when the stop position is reached in step 32, the length measuring step (33) is executed in step 33 while the unmanned aerial vehicle 1 is stopped in the air.
  • the above-mentioned transmission step (3 3 1), reception step (3 3 2), and distance calculation step (3 3 3) are executed.
  • the length measurement step (33) by measuring the distance !- to the stationary object 9 based on a plurality of reflected waves, In addition, it is possible to measure the horizontal direction (X direction, vertical direction), the distance in the vertical direction (direction)!
  • the inspection method includes a position calculation step (34) for calculating the position (flight position) of the unmanned aerial vehicle 1 based on the distance !_ described above. May be further provided.
  • the position calculation step (34) is the same as the processing content executed by the position calculation unit 5 which has already been described, and therefore the details thereof will be omitted.
  • the position calculating step is executed in step 34. At this time, the flight position calculated by executing the position calculation step (34) is stored.
  • the inspection method includes an imaging step of imaging at least one location in the inspection object existing in the closed space 3. ⁇ 0 2020/175015 17 17 (: 170? 2020 /003744
  • the inspection object is, for example, the stationary object 9 (inner wall surface) described above.
  • the photographing step (35) is performed using the image pickup means 7 provided in the unmanned aerial vehicle 1 described above. In the embodiment shown in FIG. 3, the photographing step is executed in step 35. At this time, the image ⁇ photographed by executing the photographing step (35) is stored.
  • the flight position obtained by the execution of the position calculation step (34) and the execution of the imaging step (35) are performed. It has an output step (36) that outputs the image so that it can be associated with the image.
  • the output step (36) may be output to the storage medium described above and may be stored by associating the image ⁇ with the flight position.
  • the output step (36) may be output by communication such as wireless communication to a computer or the like outside the closed space 3. In this case, the flight position and the image may be simultaneously output on the same screen. Both of these embodiments may be performed.
  • step 37 it is confirmed whether all the stop positions set on the flight route have been reached. If not stopped at all the stop positions, the flight movement is restarted in step 38, and the process is returned to immediately before step 32 (between 3 1 and 3 2 ). .. On the other hand, if it has already stopped at all stop positions, it will stop (land) the flight. After that, in step 39, the presence or absence of damage on the inspection object is checked (inspected) based on the image ⁇ . At this time, if there is an image that is confirmed to be damaged, etc., the flight position? Are associated with each other, it is possible to specify the actual position in the closed space 3 based on the flight position where the image ⁇ was captured and perform maintenance work.
  • the photographing step (35) is executed after the position calculation step (34), but the order may be reversed. It is also possible to perform step 39 in parallel during flight (before reaching step 63 in step 37). ⁇ 02020/175015 18 ⁇ (: 170? 2020 /003744
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes modes in which the above-described embodiments are modified, and modes in which these modes are appropriately combined.

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Abstract

無人航空機は、閉空間内を飛行するように構成された無人航空機であって、機体と、前記機体が空中を飛行するための推力を発生させるよう構成された推力発生手段と、前記機体に搭載される測長手段と、を備え、前記測長手段は、測定波を送信するよう構成された送信部と、前記測定波の反射波を受信するよう構成された受信部と、前記受信部で複数回受信される、前記送信部から送信された前記測定波の前記反射波に基づいて、前記閉空間内に存在する静止物との間の距離を算出するよう構成された距離算出部と、を有する。

Description

明 細 書
発明の名称 ： 無人航空機および検査方法
技術分野
[0001] 本開示は、 閉空間の検査技術に関し、 特に、 無人航空機を用いた検査技術 に関する。
背景技術
[0002] 例えば火力発電所で用いられるボイラなどの燃焼炉は、 運転開始後には定 期的に運転を停止し、 内部に作業者が入るなどして保守検査を行う必要があ る。 この保守検査時には、 炉内における検査箇所の位置 （検査位置） を明確 にする必要があるが、 燃焼炉は容量が大きく目視で検査位置を正確に把握す ることが困難である。 そこで、 従来から、 検査箇所の高さ位置及び左右位置 を巻尺等により測定し、 マーキングすることで検査位置を把握する方法があ るが、 この方法では、 作業員の足場架設やゴンドラ設置が必要となり、 多大 な労力、 コスト及び点検期間が必要となっている。
[0003] 他方、 屋外の構造物に対する検査では、 無人機および G PS （G l o b a
I P o s i t i o n i n g S y s t e m） を使用することにより、 足場 架設を不要とすることが可能な無人点検技術もある。 しかし、 この方法をボ イラや煙突など構造物の内部の点検に適用しようとしても、 衛星からの電波 が届かないため、 G P Sによる飛行位置の把握ができず、 安定した操縦がで きない。 よって、 このような点検技術を構造物の内部の点検に適用すること は困難である。
[0004] このような課題に対して、 例えば特許文献 1では、 ボイラ （ボイラ火炉） などの構造物の内壁面との距離を計測する距離計測部 （例えばレーザスキヤ ナ、 超音波センサ等） 、 構造物の壁面側の構造体 （例えば配管、 継手等） を 撮像する撮像部などが搭載された、 例えばプロペラなどの浮遊手段を備えた 無人浮遊機 （無人航空機） が開示されている。 そして、 距離計測部の情報 （ 信号） などに基づいて撮像部の撮像位置の情報をえることができ、 構造物の \¥0 2020/175015 2 卩（：170? 2020 /003744
内部に対する無人の点検が可能とされる。
[0005] なお、 特許文献 2には、 ノイズ源となる物体の背後に存在する監視対象物 を適正に検出することが可能な走査式測距装置の信号処理装置が開示されて いる。 また、 非特許文献 1 には、 単一方向のレーザ光で複数の反射光を測定 することができるマルチエコーセンサが開示されている。 この非特許文献 1 には、 従来の側域センサでは、 最初に返るエコーから距離値を算出するのに 対し、 マルチエコーセンサでは複数のエコー （反射波） が返ってくる際に、 それぞれに対して距離値を得ることが出来ため、 光透過物質や物体の境目、 雨や露、 雪などによるノイズの影響に強いという特徴がある旨が開示されて いる。
先行技術文献
特許文献
[0006] 特許文献 1 :特開 2 0 1 6 - 1 5 6 2 8号公報
特許文献 2 :特開 2 0 1 2 _ 2 4 2 1 8 9号公報 非特許文献
[0007] 非特許文献 1 :佐藤功太、 他 1名著、 「マルチエコーを取得可能な測域センサ の性質に関する研究」 、 2 0 1 2年 5月 2 7日 発明の概要
発明が解決しようとする課題
[0008] しかしながら、 例えば燃焼炉の内部のように外部から◦ 3等の位置捕捉 用手段を利用できない空間 （以下閉空間と記す） を、 運転開始後に保守検査 する際には、 燃焼炉等の内部には、 それまでの運転により生じた燃焼灰など の煤塵が堆積している。 このような閉空間の保守検査を、 プロペラなどを有 する無人航空機を用いて行う場合には、 プロペラなどにより生じる気流によ り堆積していた煤塵が舞い上がる。 このため、 このような煤塵 （反射源） が 存在しないことを前提とした側域センサでは、 閉空間内に浮遊している無数 の煤塵による反射波の影響により、 無人航空機と炉壁の内壁面との間の距離 \¥0 2020/175015 3 卩（：170? 2020 /003744
が適切に計測できないことが新たに分かった。 また、 堆積していた煤塵が無 人航空機の飛行により飛散しないように水などを事前に撒くことで、 堆積物 の飛散を抑制することも考えられるが、 このような事前作業が必要となって しまう。
[0009] 上述の事情に鑑みて、 本発明の少なくとも一実施形態は、 閉空間内に煤塵 等の反射物が存在している場合であっても、 静止物との間の距離を精度良く 測定することが可能な無人航空機を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0010] （ 1） 本発明の少なくとも一実施形態に係る無人航空機は、
閉空間内を飛行するように構成された無人航空機であって、
機体と、
前記機体が空中を飛行するための推力を発生させるよう構成された推力発 生手段と、
前記機体に搭載される測長手段と、 を備え、
前記測長手段は、
測定波を送信するよう構成された送信部と、
前記測定波の反射波を受信するよう構成された受信部と、
前記受信部で複数回受信される、 前記送信部から送信された前記測定波の 前記反射波に基づいて、 前記閉空間内に存在する静止物との間の距離を算出 するよう構成された距離算出部と、 を有する。
[001 1 ] 上記 （1） の構成によれば、 例えばドローンなどの無人航空機は、 送信部 から送信した例えばパルスレーザ、 ミリ波などの測定波の反射波に基づいて 、 例えばボイラなどの燃焼炉や煙突などを形成する壁面などとなる静止物 （ 内壁面） との間の距離を測定する測長手段を備える。 この測長手段は、 送信 した測定波 （パルス） に対して受信される複数の反射波に基づいて静止物と の間の距離を測定することが可能である。 このように、 複数の反射波に基づ いて静止物との間の距離を測定することにより、 測長手段 （受信部） と静止 物との間に燃焼灰などの煤塵が存在する場合であっても、 静止物との間の距 \¥0 2020/175015 4 卩（：170? 2020 /003744
離を精度良く測定することができ、 無人航空機による閉空間内の検査を実現 することができる。
[0012] すなわち、 例えば燃焼炉などの内部空間 （閉空間） をその運転後に保守点 検する場合には、 無人航空機が飛行することで閉空間に堆積していた燃焼灰 などの煤塵が舞い上がるため、 測長手段と静止物との間には、 浮遊している 無数の煤塵が存在するようになる。 このため、 送信部から送信した測定波は 、 静止物の他に、 この静止物との間に浮遊する煤塵からも反射するため、 受 信部は、 様々な位置で反射した複数の反射を受信 （検出） することになる。 ところが、 静止物との間に煤塵が存在せず、 静止物のみからの反射波を受信 することを前提として距離を測定すると、 静止物との間の距離を正しく測定 できない。 しかし、 上記の通り、 測長手段が、 複数の反射波に基づいて静止 物との間の距離を測定することにより、 静止物との間の距離を精度良く測定 することができる。
[0013] また、 測長手段によって測定した距離に基づいて閉空間内における無人航 空機の位置を求めるようにすれば、 その位置を精度良く算出できるので、 検 査位置を精度良く求めることや、 予め定めるなどした飛行ルートに沿って無 人航空機を自律的に飛行させることが可能となる。 したがって、 無人航空機 による閉空間内の検査を効率化することもできる。
[0014] （2） 幾つかの実施形態では、 上記 （1） の構成において、
前記測長手段は、 少なくとも水平方向における前記静止物までの距離を測 定する。
上記 （2） の構成によれば、 測長手段によって少なくとも水平方向に存在 する静止物との間の距離を測定する。 これによって、 閉空間を無人で検査す ることが可能な無人航空機を提供することができる。 なお、 鉛直方向の距離 （高さ） については、 例えば気圧計などの他の手段を用いても良い。
[0015] （3） 幾つかの実施形態では、 上記 （1） 〜 （2） の構成において、
前記推力発生手段は、 プロペラを含み、
前記送信部は、 水平方向に前記測定波を送信するよう構成された水平送信 \¥0 2020/175015 5 卩（：170? 2020 /003744
部を含み、
前記受信部は、 前記水平送信部から送信された前記測定波の前記反射波を 受信するよう構成された水平受信部を含み、
前記水平送信部および前記水平受信部は、 前記プロペラよりも上方に設置 されている。
[0016] 上記 （3） の構成によれば、 無人航空機は、 プロペラを推力発生手段とす る例えばドローンなどである。 また、 測長手段は、 水平方向における静止物 との間の距離を測定する送信部 （水平送信部） および受信部 （水平受信部） を有すると共に、 この水平送信部および水平受信部は、 無人航空機の機体に おけるプロペラの上方に位置するように機体に設置される。 本発明者らは、 プロペラの回転により浮遊した煤塵は、 主に、 プロペラの下方に浮遊してい ることを見出している。 よって、 水平方向における静止物との間の距離を測 定する測長手段をプロペラの上方に位置させることにより、 静止物との間に 浮遊する煤塵がより少ないような環境で、 水平方向に位置する静止物との間 の距離を測定することができる。 よって、 水平方向における上記の距離の測 定精度の向上を図ることができる。
[0017] （4） 幾つかの実施形態では、 上記 （ 1 ） 〜 （3） の構成において、
前記送信部は、 鉛直方向の下方に前記測定波を送信するよう構成された鉛 直送信部を含み、
前記受信部は、 前記鉛直送信部から送信された前記測定波の前記反射波を 受信するよう構成された鉛直受信部を含む。
[0018] 上記 （4） の構成によれば、 測長手段は、 鉛直方向における静止物との間 の距離 （高さ） を測定するための送信部 （鉛直送信部） および受信部 （鉛直 受信部） を有する。 これによって、 鉛直方向における上記の距離を測定する ことができる。
[001 9] （5） 幾つかの実施形態では、 上記 （4） の構成において、
前記推力発生手段は、 プロペラを含み、
前記鉛直送信部および前記鉛直受信部は、 前記プロペラよりも下方に設置 \¥0 2020/175015 6 卩（：170? 2020 /003744
されている。
[0020] 上記 （5） の構成によれば、 無人航空機は、 プロペラを推力発生手段とす る例えばドローンなどである。 また、 測長手段は、 鉛直方向における静止物 との間の距離 （高さ） を測定するための送信部 （鉛直送信部） および受信部 （鉛直受信部） を有すると共に、 この鉛直送信部および鉛直受信部は、 プロ ペラのよりも下方に位置するように機体に設置される。 これによって、 鉛直 方向に位置する静止物との間の距離の測定において、 プロペラからの反射波 の影響がないようにすることができる。 よって、 鉛直方向における上記の距 離の測定精度の向上を図ることができる。
[0021 ] （6） 幾つかの実施形態では、 上記 （1） 〜 （5） の構成において、
前記距離に基づいて、 前記無人航空機の位置を算出するよう構成された位 置算出部を、 さらに備える。
上記 （6） の構成によれば、 無人航空機は、 静止物との間の距離に基づい て、 飛行中の位置を算出する。 このように、 飛行中の無人航空機の位置を上 記の距離!-に基づいて求めることで、 撮像手段による撮影時の位置を精度良 く求めることができる。 よって、 画像に基づく検査を通して実際の保守作業 が必要となった場合に、 その画像の撮影位置に対応する、 保守作業を行うベ き閉空間内の位置を迅速に特定し、 アクセスすることができる。 また、 プロ グラムなどされることにより予め定められた飛行ルートに沿って、 無人航空 機を自律的に飛行させることができる。 よって、 無人航空機を人が遠隔地か ら操縦することなく検査作業 （飛行ルートに沿った飛行や画像の撮影など） を行うことができ、 検査作業の容易化および効率化を図ることができる。
[0022] （7） 幾つかの実施形態では、 上記 （1） 〜 （6） の構成において、
前記機体に搭載される撮像手段を、 さらに備える。
上記 （7） の構成によれば、 無人航空機は、 カメラ等の撮像手段を備える 。 これによって、 検査対象の撮影画像を得ることができる。 また、 撮影画像 と共に位置情報を得るようにすれば、 画像から検査対象の破損等の不具合を 確認した場合に、 不具合の生じている位置を容易に特定することができ、 検 \¥0 2020/175015 7 卩（：170? 2020 /003744
査に基づく保守作業の容易化を図ることができる。
[0023] （8） 幾つかの実施形態では、 上記 （1） 〜 （7） の構成において、
前記静止物は、 燃焼炉の内部空間である前記閉空間を形成する壁である。 上記 （8） の構成によれば、 運転により燃焼灰などが堆積している燃焼炉 の炉内の保守検査を、 無人航空機により容易に行うことができる。 例えば足 場や架設を不要とすることができるので、 そのための労力や、 コスト、 点検 期間の削減も実現することができる。
[0024] （9） 本発明の少なくとも一実施形態に係る検査方法は、
無人航空機を用いた閉空間内の検査方法であって、
前記閉空間内で前記無人航空機を飛行させる飛行ステップと、 前記無人航空機の飛行中に、 前記無人航空機と前記閉空間内に存在する静 止物との間の距離を測定する測長ステップと、 を備え、
前記測長ステップは、
測定波を送信する送信ステップと、
前記測定波の反射波を受信する受信ステップと、
前記受信ステップで複数回受信される、 前記送信ステップで送信された前 記測定波の前記反射波に基づいて、 前記静止物との間の距離を算出する距離 算出ステップと、 を有する。
上記 （9） の構成によれば、 上記 （1） と同様の効果を奏する。
[0025] （1 0） 幾つかの実施形態では、 上記 （9） の構成において、
前記距離に基づいて、 前記無人航空機の位置を算出する位置算出ステップ を、 さらに備える。
上記 （1 〇） の構成によれば、 上記 （6） と同様の効果を奏する。
[0026] （1 1） 幾つかの実施形態では、 上記 （9） 〜 （1 0） の構成において、 前記閉空間内に存在する検査対象物における少なくとも 1箇所を撮影する 撮影ステップを、 さらに備える。
上記 （1 1） の構成によれば、 上記 （7） と同様の効果を奏する。
発明の効果 \¥0 2020/175015 8 卩（：170? 2020 /003744
［0027］ 本発明の少なくとも一実施形態によれば、 閉空間内に煤塵等の反射物が存 在している場合であっても、 静止物との間の距離を精度良く測定することが 可能な無人航空機が提供される。
図面の簡単な説明
［0028］ ［図 1］本発明の一実施形態に係る無人航空機を概略的に示す図である。
［図 2］本発明の一実施形態に係る測長手段の構成を概略的に示す図である。 ［図 3］本発明の一実施形態に係る検査方法を示す図である。
発明を実施するための形態
［0029］ 以下、 添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。
ただし、 実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の 寸法、 材質、 形状、 その相対的配置等は、 本発明の範囲をこれに限定する趣 旨ではなく、 単なる説明例にすぎない。
例えば、 「ある方向に」 、 「ある方向に沿って」 、 「平行」 、 「直交」 、 「中心」 、 「同心」 或いは 「同軸」 等の相対的或いは絶対的な配置を表す表 現は、 厳密にそのような配置を表すのみならず、 公差、 若しくは、 同じ機能 が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すもの とする。
例えば、 「同一」 、 「等しい」 及び 「均質」 等の物事が等しい状態である ことを表す表現は、 厳密に等しい状態を表すのみならず、 公差、 若しくは、 同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、 四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、 幾何学的に厳密な意 味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、 同じ効果が得られる 範囲で、 凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
—方、 一の構成要素を 「備える」 、 「具える」 、 「具備する」 、 「含む」
、 又は、 「有する」 という表現は、 他の構成要素の存在を除外する排他的な 表現ではない。
［0030］ 本発明の一実施形態に係る無人航空機 1 を概略的に示す図である。 無人航 空機 1は、 例えばプロペラを備えるドローンなど、 閉空間 3内を飛行するよ うに構成された無人の航空機 （UAV : U n m a n n e d Ae r i a l Ve h i c l e） である。 上記の閉空間 Sは、 構造物の内部に形成された空 間である。 具体的には、 例えば、 ボイラやゴミ焼却炉などの燃焼炉や煙突な どの内部空間であり、 燃焼灰などの煤塵 dが堆積しているような空間である 。 この閉空間 Sは、 その一部が他に連通するための連通部を有していていも 良い。 例えば、 水平方向の断面形状が矩形であるようなボイラ （火炉） の内 部空間は、 燃料を燃焼させるための燃焼空間を含んだ空間であるが、 上記の 断面が矩形となるように配置される側壁部と、 この側壁部の上部に連なる天 井部と、 側壁部の下部に連なる底部とで形成されるが、 例えば側壁部の上部 にはボイラの煙道に連通するための連通部が形成されている。 また、 煙突の 内部空間は、 排ガスが通る流路を形成するために側壁部を有するが、 上部が 外部 （大気） に連通されると共に、 下部は排ガス処理装置等に接続する配管 の内部に連通される。
[0031] そして、 図 1 に示すように、 上記の無人航空機 1は、 機体 2と、 この機体
2が空中を飛行するための推力を発生させるよう構成された推力発生手段 3 と、 機体 2に搭載 （設置） される測長手段 4と、 を備える。 さらに、 無人航 空機 1は、 撮像手段 7などの検査情報取得手段を備えても良い。 また、 無人 航空機 1は、 位置算出部 5を備えても良い。
[0032] 詳述すると、 機体 2は、 無人航空機 1 における推力発生手段 3と、 測長手 段 4などの機体 2に搭載された物以外の部分である。 図 1 に示す実施形態で は、 機体 2は、 機体本体 2 1 と、 機体本体 2 1の周囲を防護するように設け られた機体ガード部 22 （前方側ガード部 22 A、 左側ガード部 22 B、 右 側ガード部 22 C、 後方側ガード部 22 D） と、 を備えている。 また、 推力 発生手段 3はプロペラ （回転羽） であり、 機体ガード部 22の四隅の上面に それぞれ設けられている （合計で 4つ） 。 なお、 プロペラの数は本実施形態 に限定されず、 任意の数で良い。
[0033] また、 機体 2には、 閉空間 Sを形成する壁などの構造物 （静止物 9） の内 壁面など、 閉空間 S内を検査するために必要な検査情報取得手段 （物） が搭 \¥0 2020/175015 10 卩（：170? 2020 /003744
載されている。 具体的には、 図 1 に示すように、 機体 2には、 静止画像や動 画像を構成する各フレームなどの画像◦を撮影することが可能な撮像手段 7 が設置されても良い。 図 1 に示す実施形態では、 撮像手段 7は、 上述した前 方側ガード部 2 2八の一部に設置された第 1カメラ 7 3と、 後方側ガード部 2 2 0に支持部 2 4を介して設置された第 2カメラ 7匕と、 を含んでいる。 また、 第 1カメラ 7 3は静止画を撮影し、 第 2カメラ 7匕は、 動画を撮影す るようになっている。
[0034] そして、 撮像手段 7によって、 静止物 9の内面側に位置する配管や継手等 を撮影した画像◦を得ることで、 その画像◦に基づく静止物 9の損傷の有無 といった外観検査などの検査が可能となる。 このような検査のために撮影さ れる画像◦は、 撮像手段 7や機体 2に搭載された記憶媒体 に記憶されるよ うになっていても良い。 この記憶媒体 は、 撮像手段 7等に着脱可能に搭載 されたフラッシュメモリなどであっても良い。 この際、 記憶媒体 には、 画 像◦と共に飛行位置 （後述） が記憶されるようになっていても良い。 ある いは、 構造物の外部に設置されたコンピュータ （不図示） に送られることで 、 不図示のディスプレイの画面への表示や記憶装置 （不図示） への保存する ようになっていても良い。 これらの両方が実行されても良い。
[0035] ただし、 本実施形態に本発明は限定されない。 他の幾つかの実施形態では 、 機体 2は、 機体本体 2 1 を防護するような機体ガード部 2 2を備えていな くても良い。 例えば、 鉛直方向が長手方向となるなど任意の形状を有する機 体本体 2 1 を中心として、 機体本体 2 1から複数の方向 （例えば 4方向など ） にそれぞれ伸びるように設けられた棒状の部材の先端側にプロペラなどの 推力発生手段 3が設けられていても良い。 この際、 機体本体 2 1は、 無人航 空機 1が自立するための脚部を備えていても良い。 また、 推力発生手段 3は 、 ジェッ ト推進を行うなど、 他の周知な推力発生装置でも良い。 撮像手段 7 は 1台以上のカメラを有していても良く、 各カメラが静止画あるいは動画の 少なくとも一方の撮影が可能になっていれば良い。
[0036] 上述したような構成を備える無人航空機 1の測長手段 4は、 図 2に示すよ \¥0 2020/175015 1 1 卩（：170? 2020 /003744
うに、 例えばレーザやミリ波といった指向性を有する電磁波などである測定 を送信するよう構成された送信部 4 1 と、 この測定波
Figure imgf000013_0001
の反射波 「を受信 （検出） するよう構成された受信部 4 2と、 受信部 4 2で複数回受 信される、 送信部 4 1から送信された測定波 3の反射波 「に基づいて、 閉空間 3内に存在する静止物 9との間の距離！-を算出するよう構成された距 離算出部 4 3と、 を有する。 換言すれば、 上記の距離！-は、 静止物 9との間 の相対距離である。 つまり、 測長手段 4は、 ノイズ源となる物体の背後に存 在する監視対象物を適正に検出することができる走査式測距装置の信号処理 装置 （特許文献 2参照） や、 最初に返るエコー （反射波 〇 から距離！-を 算出するのではなく、 複数のエコーに基づいて距離！-を算出するマルチエコ —センサ （非特許文献 1参照） である。
[0037] このような測長手段 4によって、 閉空間 3内に燃焼灰などの煤麈 が浮遊 し、 測長手段 4と静止物 9との間に無数の煤麈 が存在していたとしても、 静止物 9との間の距離！-を精度良く測定することが可能となる。 すなわち、 本発明者らは、 燃焼灰などの煤麈 が堆積しているような閉空間 3内におい て無人航空機 1 を飛行させると、 プロペラなどの推力発生手段 3によって生 じる気流によって、 閉空間 3は無数の煤麈 が浮遊した状態になることを見 出した。 また、 このような状態において、 最初に返る反射波 「から距離値 を算出するような側域センサを用いて静止物 9との間の距離！-を測定しよう としても、 測長手段 4と静止物 9との間に存在する無数の煤塵 から反射さ れた測定波 3の反射波 「により距離値を算出することになり、 静止物 9 までの距離！-が測定できないことを見出した。 しかしながら、 上記の測長手 段 4を用いることにより、 無人航空機 1 と静止物 9との間の距離！-が、 実用 上問題ないレベルまで精度良く測定することが可能となることを確認した。
[0038] 上記の構成によれば、 例えばドローンなどの無人航空機 1は、 送信部 4 1 から送信した例えばパルスレーザ、 ミリ波などの測定波 3の反射波 「に 基づいて、 例えばボイラなどの燃焼炉や煙突などを形成する壁面などとなる 静止物 9 （内壁面） との間の距離！-を測定する測長手段 4を備える。 この測 \¥0 2020/175015 12 卩（：170? 2020 /003744
長手段 4は、 送信した測定波 3 （パルス） に対して受信される複数の反射 波 「に基づいて静止物 9との間の距離！-を測定することが可能である。 こ のように、 複数の反射波 「に基づいて静止物 9との間の距離！-を測定する ことにより、 測長手段 4 （受信部 4 2） と静止物 9との間に燃焼灰などの煤 麈 が存在する場合であっても、 静止物 9との間の距離！-を精度良く測定す ることができ、 無人航空機による閉空間内の検査を実現することができる。
[0039] また、 後述するように、 測長手段 4によって測定した距離 1_に基づいて閉 空間 3内における無人航空機 1の位置を求めるようにすれば、 その位置を精 度良く算出できるので、 検査位置を精度良く求めることや、 予め定めるなど した飛行ルートに沿って無人航空機 1 を自律的に飛行させることが可能とな る。 したがって、 無人航空機 1 による閉空間 3内の検査を効率化することも できる。
[0040] 幾つかの実施形態では、 上述した測長手段 4は、 上述したような複数回受 信される反射波 「に基づいて、 少なくとも水平方向 （例えば、 水平面に沿 って設定された互いに直交する X方向および丫方向） における静止物 9まで の距離!-を測定すれば良い。 すなわち、 幾つかの実施形態では、 図 1〜図 2 に示すように、 測長手段 4は、 水平方向および鉛直方向 （X方向および丫方 向に直交する方向である 方向） にそれぞれ位置する静止物 9までの距離 !_ し V） を、 それぞれ測定するように構成されても良い。
[0041 ] 図 1〜図 2に示す実施形態では、 図 1〜図 2に示すように、 測長手段 4は 、 水平方向に位置する静止物 9との間の距離 1_ IIを測定するための水平測長 手段 4 8と、 鉛直方向に位置する静止物 9との間の距離!- Vを測定するため の鉛直測長手段 4 13と、 を備えている。
水平測長手段 4 3は、 少なくとも、 水平方向に測定波
Figure imgf000014_0001
を送信するよう 構成された水平送信部 4 1 3と、 水平送信部 4 1 3から送信された測定波 3の反射波 「を受信するよう構成された水平受信部 4 2 3と、 有している 他方、 鉛直測長手段 4 13は、 鉛直方向の下方に測定波 を送信するよう \¥0 2020/175015 13 卩（：17 2020 /003744
構成された鉛直送信部 4 1 6と、 鉛直送信部 4 1 6から送信された測定波 \/\/ 3の反射波\/\/「を受信するよう構成された鉛直受信部 4 2 6と、 を有してい る。
[0042] なお、 水平送信部 4 1 3および水平受信部 4 2 3は、 水平測長手段 4 3は 、 水平方向における 2方向 （X方向、 丫方向） を測長するために、 一緒に回 転などするように構成されていても良い。 あるいは、 水平測長手段 4 3は、 水平方向における 2方向をそれぞれ測定するための水平送信部 4 1 3および 水平受信部 4 2 3を有していても良い。 また、 図 2では、 水平測長手段 4 3 および鉛直測長手段 4匕は測長方向が異なるものの構成は同じであるため、 図 2では鉛直測長手段 4匕の詳細は省略している。
[0043] 図 2に示すように、 上記の水平測長手段 4 3は、 水平受信部 4 2 3で複数 回受信される、 水平送信部 4 1 3から送信された測定波 3の反射波 「に 基づいて、 閉空間 3内に存在する静止物 9との間の距離 !_ を算出するよう 構成された水平距離算出部 4 3 3を、 さらに備えていても良い。 また、 鉛直 測長手段 4匕は、 鉛直受信部 4 2匕で複数回受信される、 鉛直送信部 4 1 匕 から送信された測定波 3の反射波 「に基づいて、 閉空間 3内に存在する 静止物 9との間の距離 !_ Vを算出するよう構成された鉛直距離算出部 4 3匕 を、 さらに備えていても良い。 あるいは、 測長手段 4が備える距離算出部 4 3は、 水平距離算出部 4 3 3および鉛直距離算出部 4 3匕にそれぞれ接続さ れ、 水平方向および鉛直方向の両方の距離！-
Figure imgf000015_0001
[- V） を算出するよう に構成されていても良い。
[0044] また、 図 1 に示す実施形態では、 水平測長手段 4 3は、 プロペラ （推力発 生手段 3） よりも上方に設置されている。 また、 鉛直測長手段 4匕はプロべ ラよりも下方に設置されている。
[0045] 本発明者らは、 プロペラの回転により浮遊した煤麈 は、 主に、 プロペラ の下方に浮遊していることを見出している。 よって、 水平方向における静止 物 9との間の距離！-
Figure imgf000015_0002
を測定する測長手段 4をプロペラの上方に位置 させることにより、 静止物 9との間に浮遊する煤麈 がより少ないような環 \¥0 2020/175015 14 卩（：170? 2020 /003744
境で、 水平方向に位置する静止物 9との間の距離！-を測定することが可能と なる。 よって、 水平方向における上記の距離！-
Figure imgf000016_0001
の測定精度の向上を 図ることができる。
[0046] また、 鉛直送信部 4 1 匕および鉛直受信部 4 2匕は、 プロペラのよりも下 方に位置するように機体 2に設置されることで、 鉛直方向に位置する静止物 9との間の距離！- （[- V） の測定において、 プロペラからの反射波 「の影 響がないようにすることが可能となる。 よって、 鉛直方向における上記の距 離！- （!_▽） の測定精度の向上を図ることができる。
[0047] 他の幾つかの実施形態では、 測長手段 4は、 水平方向に位置する静止物 9 との間の距離！- IIのみを測定し、 鉛直方向に位置する静止物 9との間の距離 [- Vについては、 例えば気圧計など、 他の手段により測定するよう構成され ても良い。
[0048] 上記の構成によれば、 測長手段 4によって少なくとも水平方向に存在する 静止物 9との間の距離！-を測定する。 これによって、 閉空間 3を無人で検査 することが可能な無人航空機 1 を提供することができる。
[0049] また、 幾つかの実施形態では、 図 2に示すように、 無人航空機 1は、 測長 手段 4によって測定された静止物 9までの距離！-に基づいて、 無人航空機 1 の距離！-の測定時の位置 （以下、 飛行位置 ） を算出するよう構成された位 置算出部 5を、 さらに備えても良い。 これによって、 無人航空機 1は、 飛行 中の飛行位置 を得ることが可能となる。 なお、 本発明者らは、 このうよう に算出した飛行位置 が、 検査上あるいは自律的な飛行 （後述） を実現する 上で問題ないレベルまで精度良く求められることを確認している。
[0050] 図 2に示す実施形態では、 無人航空機 1は、 撮像手段 7により撮影された 画像◦と、 位置算出部 5によって算出された、 撮像手段 7による撮影時の飛 行位置 が関連付けられるように、 構造物の外部に設置された上記のコンビ ュータ （不図示） や記憶媒体 などに出力する出力部 6を、 さらに備えてい る。 この出力部 6は、 上記の位置算出部 5に接続されことにより、 X方向、 丫方向、 方向の位置で特定される閉空間 3内の 3次元の位置を求めるよう \¥0 2020/175015 15 卩（：170? 2020 /003744
になっている。 なお、 出力部 6は、 記憶媒体 または上記のコンピュータ （ 不図示） の少なくとも一方に出力すれば良い。
[0051 ] 上記の構成によれば、 無人航空機 1は、 静止物 9との間の距離！-に基づい て、 飛行中の位置を算出する。 このように、 飛行中の無人航空機 1の位置を 上記の距離!-に基づいて求めることで、 撮像手段 7による撮影時の位置を精 度良く求めることができる。 よって、 画像〇に基づく検査を通して実際の保 守作業が必要となった場合に、 その画像〇の撮影位置に対応する、 保守作業 を行うべき閉空間 3内の位置を迅速に特定し、 アクセスすることができる。 また、 プログラムなどされることにより予め定められた飛行ルートに沿って 、 無人航空機 1 を自律的に飛行させることができる。 よって、 無人航空機 1 を人が遠隔地から操縦することなく検査作業 （飛行ルートに沿った飛行や画 像の撮影など） を行うことができ、 検査作業の容易化および効率化を図るこ とができる。 なお、 無人航空機 1は、 構造物の外部から、 画面に表示されて いる画像◦ （動画など） を見ながら、 人が手動により遠隔操縦しても良い。
[0052] 以下、 上述した無人航空機 1 を用いた検査方法について、 図 3を用いて説 明する。 図 3は、 本発明の一実施形態に係る検査方法を示す図である。
この検査方法は、 無人航空機 1 を用いた閉空間 3内の検査方法である。 図 3に示すように、 検査方法は、 閉空間 3内で無人航空機 1 を飛行させる飛行 ステップ （3 1） と、 無人航空機 1の飛行中に、 無人航空機 1 と閉空間 3内 に存在する上述した静止物 9との間の距離！-を測定する測長ステップ （3 3 ） と、 を備える。 また、 上記の測長ステップ （3 3） は、 上述した測定波 3を送信する送信ステップ （3 3 1） と、 測定波
Figure imgf000017_0001
「を受信す る受信ステップ （3 3 2） と、 上記の受信ステップ （3 3 1） で複数回受信 される、 上記の送信ステップ （3 3 2） で送信された測定波 3の反射波 「に基づいて、 静止物 9との間の距離！-を算出する距離算出ステップ （3 3 3） と、 を有する。
[0053] 上記の測長ステップ （3 3） 、 およびこの測長ステップ （3 3） が有する 送信ステップ、 受信ステップ、 距離算出ステップは、 それぞれ、 既に説明し \¥0 2020/175015 16 卩（：17 2020 /003744
た、 測長手段 4、 送信部 4 1、 受信部 4 2、 距離算出部 4 3が実行する処理 内容と同様であるため、 詳細は省略する。 また、 飛行ステップ （3 1） は、 既に説明した推力発生手段 3を用いて機体 2を飛行させることにより実行す る。
[0054] 図 3に示す実施形態では、 ステップ 3 1 において飛行ステップを実行する ようになっている。 例えば予め定められた飛行ルートを飛行させても良い。 ステップ 3 2において、 飛行ルートに沿って飛行している際に、 飛行ルート 上に定められた少なくとも 1箇所の停止位置に到達したか否かを確認するよ うになっている。 そして、 停止位置に到達した場合には、 無人航空機 1 を空 中で停止させた状態で、 測長ステップ （3 3） を実行するようになっている 。 すなわち、 ステップ 3 2において停止位置に到達した場合には、 ステップ 3 3において、 無人航空機 1が空中で停止した状態において、 測長ステップ （3 3） を実行するようになっている。 具体的には、 ステップ 3 3では、 上 述した送信ステップ （3 3 1） 、 受信ステップ （3 3 2） 、 および距離算出 ステップ （3 3 3） を実行する。 このように、 測長ステップ （3 3） におい て、 複数の反射波 「に基づいて静止物 9との間の距離！-を測定することに より、 煤麈〇1が存在する場合であっても、 水平方向の 2方向 （X方向、 丫方 向） 、 鉛直方向 （ 方向） における距離！-などを、 それぞれ精度良く測定す ることが可能となる。
[0055] 幾つかの実施形態では、 図 3に示すように、 検査方法は、 上述した距離 !_ に基づいて、 無人航空機 1の位置 （飛行位置 ） を算出する位置算出ステッ プ （3 4） を、 さらに備えても良い。 位置算出ステップ （3 4） は、 既に説 明した位置算出部 5が実行する処理内容と同様であるため、 詳細は省略する 。 図 3に示す実施形態では、 ステップ 3 4において、 位置算出ステップを実 行するようになっている。 この際、 位置算出ステップ （3 4） の実行により 算出された飛行位置 を記憶するようになっている。
[0056] また、 幾つかの実施形態では、 図 3に示すように、 検査方法は、 閉空間 3 内に存在する検査対象物における少なくとも 1箇所を撮影する撮影ステップ \¥0 2020/175015 17 卩（：170? 2020 /003744
（3 5） を、 さらに備えても良い。 検査対象物は、 例えば上述した静止物 9 （内壁面） などである。 撮影ステップ （3 5） は、 既に説明した無人航空機 1 が備える撮像手段 7を用いて行う。 図 3に示す実施形態では、 ステップ 3 5において、 撮影ステップを実行するようになっている。 この際、 撮影ステ ップ （3 5） の実行により撮影された画像〇を記憶するようになっている。
[0057] また、 図 3に示す実施形態では、 ステップ 3 5の実行後には、 位置算出ス テップ （3 4） の実行により得られた飛行位置 と、 撮影ステップ （3 5） の実行により得られた画像◦とが関連付けられるように出力する出カステッ プ （3 6） を備えている。 この出カステップ （3 6） は、 幾つかの実施形態 では、 上述した記憶媒体 に出力し、 画像◦と飛行位置 とを関連付けて記 憶しても良い。 他の幾つかの実施形態では、 出カステップ （3 6） は、 閉空 間 3外のコンピュータなどに無線通信などの通信により出力しても良い。 こ の場合には、 同一の画面上に飛行位置 と画像◦とが同時に出力されるよう にしても良い。 これらの実施形態の両方を行っても良い。
[0058] その後、 ステップ 3 7において、 飛行ルート上に設定された全ての停止位 置に到達したかを確認するようになっている。 そして、 全ての停止位置で停 止済みではない場合には、 ステップ 3 8において、 飛行による移動を再開し 、 ステップ 3 2の直前 （3 1 と 3 2との間） に戻るようになっている。 他方 、 全ての停止位置で停止済みの場合には、 飛行を停止 （着陸） するなどする 。 その後、 ステップ 3 9において、 画像〇に基づいて、 検査対象物の破損等 の有無をチェック （検査） するようになっている。 この際、 破損等が確認さ れた画像◦が存在する場合には、 その画像◦に飛行位置？が関連付けられて いるので、 画像〇が撮影された飛行位置 に基づいて、 閉空間 3内の実際の 位置を特定し、 保守作業を行うことが可能となる。
[0059] なお、 図 3に示す実施形態では、 位置算出ステップ （3 4） 実行後に撮影 ステップ （3 5） を実行しているが、 この順番は逆でも良い。 また、 飛行中 （ステップ 3 7で丫 6 3になる前） に、 ステップ 3 9を並行して行っても良 い。 \¥02020/175015 18 卩（：170? 2020 /003744
[0060] 本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、 上述した実施形態に 変形を加えた形態や、 これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
符号の説明
[0061] 1 無人航空機
2 機体
2 1 機体本体
22 機体ガード部
22八 前方側ガード部
22巳 左側ガード部
220 右側ガード部
220 後方側ガード部
24 支持部
3 推力発生手段
4 測長手段
43 水平測長手段
4匕 鉛直測長手段
4 1 送信部
4 1 3 水平送信部
4 1 鉛直送信部
42 受信部
423 水平受信部
42 鉛直受信部
43 距離算出部
433 水平距離算出部
43 鉛直距離算出部
5 位置算出部
6 出力部
7 撮像手段 \¥0 2020/175015 19 卩（：170? 2020 /003744
7 3 第 1カメラ
7匕 第 2カメラ
9 静止物
3 閉空間
!- 距離
1- II 水平方向の距離
1- V 鉛直方向の距離
3 測定波
「 反射波
飛行位置
記憶媒体
煤塵

Claims

\¥0 2020/175015 20 卩（：17 2020 /003744 請求の範囲
[請求項 1 ] 閉空間内を飛行するように構成された無人航空機であって、
機体と、
前記機体が空中を飛行するための推力を発生させるよう構成された 推力発生手段と、
前記機体に搭載される測長手段と、 を備え、
前記測長手段は、
測定波を送信するよう構成された送信部と、
前記測定波の反射波を受信するよう構成された受信部と、 前記受信部で複数回受信される、 前記送信部から送信された前記測 定波の前記反射波に基づいて、 前記閉空間内に存在する静止物との間 の距離を算出するよう構成された距離算出部と、 を有することを特徴 とする無人航空機。
[請求項 2] 前記測長手段は、 少なくとも水平方向における前記静止物までの距 離を測定することを特徴とする請求項 1 に記載の無人航空機。
[請求項 3] 前記推力発生手段は、 プロペラを含み、
前記送信部は、 水平方向に前記測定波を送信するよう構成された水 平送信部を含み、
前記受信部は、 前記水平送信部から送信された前記測定波の前記反 射波を受信するよう構成された水平受信部を含み、 前記水平送信部および前記水平受信部は、 前記プロペラよりも上方 に設置されていることを特徴とする請求項 1 または 2に記載の無人航 空機。
[請求項 4] 前記送信部は、 鉛直方向の下方に前記測定波を送信するよう構成さ れた鉛直送信部を含み、
前記受信部は、 前記鉛直送信部から送信された前記測定波の前記反 射波を受信するよう構成された鉛直受信部を含むことを特徴とする請 求項 1〜 3のいずれか 1項に記載の無人航空機。 \¥0 2020/175015 21 卩（：170? 2020 /003744
[請求項 5] 前記推力発生手段は、 プロペラを含み、
前記鉛直送信部および前記鉛直受信部は、 前記プロペラよりも下方 に設置されていることを特徴とする請求項 4に記載の無人航空機。
[請求項 6] 前記機体に搭載される撮像手段を、 さらに備えることを特徴とする 請求項 1〜 5のいずれか 1項に記載の無人航空機。
[請求項 7] 前記距離に基づいて、 前記無人航空機の位置を算出するよう構成さ れた位置算出部を、 さらに備えることを特徴とする請求項 1〜 6のい ずれか 1項に記載の無人航空機。
[請求項 8] 前記静止物は、 燃焼炉の内部空間である前記閉空間を形成する壁で あることを特徴とする請求項 1〜 7のいずれか 1項に記載の無人航空 機。
[請求項 9] 閉空間内を飛行するように構成された無人航空機を用いた検査方法 であって、
前記閉空間内で前記無人航空機を飛行させる飛行ステップと、 飛行中に、 前記無人航空機と前記閉空間内に存在する静止物との間 の距離を測定する測長ステップと、 を備え、
前記測長ステップは、
測定波を送信する送信ステップと、
前記測定波の反射波を受信する受信ステップと、 前記受信ステップで複数回受信される、 前記送信ステップで送信さ れた前記測定波の前記反射波に基づいて、 前記静止物との間の距離を 算出する距離算出ステップと、 を有することを特徴とする検査方法。
[請求項 10] 前記閉空間内に存在する検査対象物における少なくとも 1箇所を撮 影する撮影ステップを、 さらに備えることを特徴とする請求項 9に記 載の検査方法。
[請求項 1 1 ] 前記閉空間内に存在する前記静止物との間の距離に基づいて、 前記 無人航空機の位置を算出する位置算出ステップを、 さらに備えること を特徴とする請求項 9または 1 0に記載の検査方法。
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