WO2023210398A1 - 浮遊する移動体及びプローブ機構 - Google Patents

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WO2023210398A1
WO2023210398A1 PCT/JP2023/015080 JP2023015080W WO2023210398A1 WO 2023210398 A1 WO2023210398 A1 WO 2023210398A1 JP 2023015080 W JP2023015080 W JP 2023015080W WO 2023210398 A1 WO2023210398 A1 WO 2023210398A1
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shaft
spring
central axis
amount
movement
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PCT/JP2023/015080
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English (en)
French (fr)
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純 川▲崎▼
雅樹 渋谷
典真 岡田
廣昭 望月
栄二 保坂
宏臣 栗林
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Thk株式会社
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    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C25/00—Alighting gear
    • B64C25/32—Alighting gear characterised by elements which contact the ground or similar surface 
    • B64C25/58—Arrangements or adaptations of shock-absorbers or springs
    • B64C25/62—Spring shock-absorbers; Springs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C39/00—Aircraft not otherwise provided for
    • B64C39/02—Aircraft not otherwise provided for characterised by special use
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U10/00—Type of UAV
    • B64U10/10—Rotorcrafts
    • B64U10/13—Flying platforms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D17/00—Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U2101/00—UAVs specially adapted for particular uses or applications
    • B64U2101/25—UAVs specially adapted for particular uses or applications for manufacturing or servicing
    • B64U2101/26—UAVs specially adapted for particular uses or applications for manufacturing or servicing for manufacturing, inspections or repairs

Definitions

  • the present invention relates to a floating moving object and a probe mechanism.
  • Unmanned flying vehicles have been used for a variety of purposes, and their development has been active.
  • Unmanned flying vehicles include radio-controlled unmanned helicopters and so-called drones.
  • a technique is known in which an arm is attached to an unmanned flying vehicle to perform various tasks (see, for example, Patent Document 1).
  • Patent Document 1 describes that a change in the center of gravity when a fruit is held by an arm is offset by movement of a battery or a motor to stabilize the aircraft.
  • the reaction force can be gradually changed as the probe moves forward and backward within the stroke range of the compression spring while the probe is in contact with the receptor. It can reduce the shock at the time of contact and the sudden loss of reaction force at the time of separation. At the same time, within the stroke range, contact can be maintained without generating excessive reaction force even if the position of the aircraft changes.
  • a compression spring increases the overall length of the probe, which may increase the mass of the unmanned aerial vehicle. Further, for example, in the case of a compression spring, it is necessary to secure a space in which the spring can fit in the most compressed state, and the total length of the probe becomes longer by the amount of space. Further, the reaction force generated by the compression spring provided on the probe is proportional to the displacement of the spring.
  • the reaction force of the spring immediately after the probe contacts the receptor be small. The same applies to the reduction in reaction force when the aircraft leaves the contact state. That is, when the probe contacts the receptor, if the reaction force increases rapidly, it becomes difficult to control the aircraft, and the attitude of the aircraft may become unstable.
  • the reaction force changes slowly.
  • the aircraft body gets too close to the wind power generator, there is a risk that the aircraft body and the wind power generator will come into contact with each other, so it is preferable to forcefully push the aircraft body back.
  • the spring constant of the compression spring is set so that the reaction force of the spring is small immediately after the probe contacts the receptor, the aircraft will be pushed back strongly even when it gets too close to the wind generator. It can be difficult to generate a reaction force.
  • the present invention was made in view of the various circumstances described above, and its purpose is to bring a floating moving body into contact with an object with appropriate pressure.
  • One aspect of the present invention is a base material to which one end of the spring is connected; a shaft to which the other end of the spring is connected, the shaft moving relative to the base material in the direction of the central axis of the shaft when it comes into contact with an object; Equipped with the spring is arranged such that a central axis of the spring has an angle with respect to a central axis of the shaft; It is a floating moving object.
  • one of the aspects of the present invention is a base material to which one end of the tension spring is connected; a shaft to which the other end of the tension spring is connected, the shaft moving relative to the base material in the direction of the central axis of the shaft when it comes into contact with an object; Equipped with
  • the base material includes a guide that supports the shaft movably in the central axis direction, The other end of the tension spring is connected to a side closer to the guide than the guide in a direction in which the shaft moves relative to the base material when it comes into contact with the object,
  • the tension spring is Before the shaft contacts the object, the central axis of the tension spring is perpendicular to the central axis of the shaft, After the shaft contacts the object, the angle between the central axis of the tension spring and the central axis of the shaft becomes smaller as the base material approaches the object; be placed, It is a probe mechanism.
  • a floating moving body can be brought into contact with a target object with appropriate pressure.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a schematic configuration of a drone that inspects a wind power generator according to an embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a schematic configuration of a drone including a probe mechanism according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of a schematic configuration of a probe mechanism according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a view from above of a state immediately after the probe mechanism according to the embodiment comes into contact with a target object.
  • FIG. 3 is a view from above of a state in which the drone is moving forward after the probe mechanism according to the embodiment comes into contact with a target object.
  • FIG. 6 is a view from above of the state immediately after the drone retreats from the state shown in FIG. 5 according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram comparing a probe using a conventional compression spring and a probe mechanism according to a first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the relationship between the amount of movement of the shaft and the reaction force according to the embodiment. It is a diagram summarizing whether the reaction force generated in each of the lines L1, L2, L3, and L4 according to the embodiment satisfies the requirements.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of a schematic configuration of a probe mechanism according to a second embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram of the probe mechanism according to the second embodiment viewed from above, showing a state before the shaft and the conductive wire come into contact with the object.
  • FIG. 7 is a view of the probe mechanism according to the second embodiment viewed from above, showing the state after the shaft or the conductive wire contacts the object.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of a schematic configuration of a probe mechanism according to a third embodiment.
  • the floating moving object includes a base material to which one end of a spring is connected, and a shaft to which the other end of the spring is connected, and the shaft moves toward the base material when it comes into contact with an object. a shaft that moves relatively in the direction of the central axis.
  • the spring is arranged such that the central axis of the spring has an angle with respect to the central axis of the shaft.
  • the shaft When the tip of the shaft contacts the object, the shaft can move relative to the base material in the direction of the central axis of the shaft.
  • a member for inspecting the object can be attached to the tip of the shaft.
  • a spring is connected to the shaft. Note that the spring does not necessarily need to be directly connected to the shaft, and may be connected to the shaft via a member fixed to the shaft.
  • the spring is connected at one end to the substrate and is stretched by movement of the shaft relative to the substrate. Since an elastic force is generated in the stretched spring, the spring generates elastic force so as to return the shaft that has moved in contact with the object to its original position.
  • the spring is arranged so that its central axis is at an angle to the central axis of the shaft. That is, the spring is arranged so that the central axis of the spring and the central axis of the shaft are not parallel to each other. Since the other end of the spring is connected to the shaft, the position of the other end of the spring changes as the shaft moves, and the angle between the central axis of the shaft and the central axis of the spring changes. As the spring stretches, the elastic force generated in the direction of the central axis of the spring increases, and as the spring stretches, the angle between the central axis of the shaft and the central axis of the spring becomes smaller. Therefore, as the spring stretches, the component of elastic force in the direction of the central axis of the shaft increases. Therefore, the force pushing back the shaft increases non-linearly as the shaft moves, and the reaction force that the shaft receives from the object also increases non-linearly.
  • the amount of increase in reaction force relative to the amount of increase in shaft movement (hereinafter also referred to as the rate of increase in reaction force) is small, so it is possible to suppress a sudden increase in reaction force. .
  • This makes it easier to control the moving body, so it is possible to prevent the posture of the moving body from becoming unstable.
  • the rate of increase of the reaction force increases, so the reaction force increases rapidly. As a result, before any part of the moving body other than the shaft comes into contact with the object, a large force pushing back the moving body is suddenly generated, and the moving body can be strongly pushed back. Therefore, it is possible to suppress parts other than the shaft from coming into contact with the object.
  • the spring is a tension spring, and after the shaft contacts the object, the closer the base material is to the object, the more the angle between the center axis of the spring and the center axis of the shaft increases.
  • the spring may be arranged so as to be small. The closer the base material is to the object, the smaller the angle between the center axis of the spring and the center axis of the shaft, which allows a larger force to be applied to the shaft, and therefore a larger reaction force. Therefore, it is possible to suppress the moving object from coming into contact with the target object.
  • the base material includes a guide that supports the shaft so as to be movable in the central axis direction, and the other end of the spring is provided with a guide that supports the base material when the shaft contacts the object. It may be connected on the side in which it moves relative to the other side. Since the base material is provided with a guide, the shaft can be moved relative to the base material in the direction of the central axis of the shaft. Further, since the other end of the spring is connected to the side in the movement direction of the shaft rather than the guide, the spring can expand as the shaft moves. For example, a linear bush can be used for the guide.
  • the spring may be arranged such that a central axis of the spring is orthogonal to a central axis of the shaft.
  • the central axis of the spring is perpendicular to the central axis of the shaft, even if an elastic force is generated in the spring, no force is generated in the direction that moves the shaft. Therefore, the elastic force immediately after contacting the object can be reduced.
  • the shaft contacts the object and is pushed, the shaft moves relative to the base material. As a result, the angle between the center axis of the spring and the center axis of the shaft becomes smaller than 90 degrees. This generates an elastic force in the direction of bringing the shaft into contact with the object. Furthermore, the more the shaft moves, the greater the elastic force can be.
  • the spring may be arranged such that when the amount of movement of the shaft is larger than the target amount of movement, the ratio of the amount of increase in the reaction force to the amount of increase in the amount of movement of the shaft is greater than a predetermined value.
  • the ratio of the amount of increase in the reaction force to the amount of increase in the amount of movement of the shaft (hereinafter also referred to as the rate of increase in reaction force) is relatively small.
  • the moving body can be easily controlled by arranging the springs so that the rate of increase in reaction force is less than a predetermined value.
  • the relatively larger rate of increase of the reaction force can suppress the movable body from coming into contact with the object.
  • the rate of increase in the reaction force may vary depending on, for example, the spring constant and the length of the spring before the shaft contacts the object. Therefore, by determining the spring constant, the length of the spring before the shaft contacts the object, etc., and arranging the spring so that the above conditions are met, the amount of movement of the shaft can be adjusted to the target amount of movement. It is possible to both reduce the rate of increase in reaction force when the amount of movement is smaller than the target amount of movement, and increase the rate of increase in reaction force when the amount of movement of the shaft is larger than the target amount of movement.
  • the above predetermined value is the rate of increase in the reaction force when the amount of movement of the shaft is the target amount of movement, and is the boundary between the rate of increase that stabilizes the posture of the moving object and the rate of increase that strongly pushes back the moving object. This is the rate of increase.
  • the probe mechanism includes a base material to which one end of a tension spring is connected, and a shaft to which the other end of the tension spring is connected, and when the probe mechanism contacts an object, the probe mechanism a shaft that moves relatively in the direction of the central axis of the shaft, the base material includes a guide that supports the shaft so as to be movable in the direction of the central axis, and the other end of the tension spring is connected to the guide.
  • the tension spring is connected to the direction in which the shaft moves relative to the base material when it contacts the object, and the tension spring is connected to the tension spring before the shaft contacts the object.
  • the central axis of the tension spring and the shaft become perpendicular to each other as the base material approaches the object, such that the central axis of the spring is perpendicular to the central axis of the shaft. It is arranged so that the angle it makes with the central axis is small.
  • a probe is a tool for contacting and investigating an object, and the shape of the probe is not limited to a needle shape. Furthermore, although the probe mechanism can be provided on a floating moving object, it is not limited to a floating moving object.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a schematic configuration of a drone 1 that inspects a wind power generator 20 according to an embodiment.
  • the wind power generator 20 includes a tower 21 that stands upright on the ground, and blades 22 that are provided at the top of the tower 21 and rotate in response to the wind.
  • the drone 1 is an example of a floating moving object.
  • the drone 1 is, for example, a drone that inspects the receptor 23 attached to the blade 22 of the wind power generator 20.
  • the wind power generator 20 may be provided with a receptor 23 in order to suppress damage caused by lightning.
  • the receptor 23 is connected to a ground electrode via an electric wire or the like, so that lightning current flows from the receptor 23 to the ground electrode.
  • the drone 1 checks whether the electric wire from the receptor 23 to the ground electrode is conductive. For example, the current value when the drone 1 applies voltage to the receptor 23 may be detected. Therefore, since the drone 1 also needs to be connected to the ground electrode via an electric wire, the drone 1 is connected with a wire 30 that leads to the ground electrode.
  • the wire 30 may include an electric wire for controlling the drone 1 or an electric wire for supplying power to the drone 1.
  • the wire 30 is connected to an inspection device 31 for inspecting the receptor 23.
  • the inspection device 31 is a device for inspecting continuity of the electric wire from the receptor 23 to the ground electrode. Note that for the purpose of holding the weight of the wire 30, a drone other than the drone 1, a robot that moves on the tower 21, or the like may be placed on the wire 30.
  • the drone 1 has a probe mechanism 10.
  • the probe mechanism 10 is a mechanism for checking continuity by contacting the receptor 23, and includes, for example, an electrode.
  • the above wire 30 is connected to the electrode of the probe mechanism 10.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of a schematic configuration of the drone 1 including the probe mechanism 10 according to the first embodiment.
  • the drone 1 includes a main body 110.
  • the main body 110 includes a plurality of propulsion units 111.
  • four propulsion units 111 are mounted on the main body 110, but as long as the main body 110 can fly, the number of propulsion units 111 mounted can be four if more than one.
  • the propulsion unit 111 includes a propeller 112, which is a rotary blade, and an actuator 113 for rotationally driving the propeller 112.
  • the propulsion units 111 mounted on the main body 110 are all of the same type, but the actuators 113 in each propulsion unit 111 can be controlled independently. Therefore, it is possible to appropriately control the propulsive force obtained by each propulsion unit 111, and thus it is possible to appropriately control the flight attitude, flight speed, etc. of the main body 110 and the drone 1.
  • the direction of the propulsive force of the propulsion unit 111 when the drone 1 is stationary in the air is defined as the downward direction in the vertical direction.
  • the downward direction is the same as the direction of gravity.
  • the upward direction is the tip side in the central axis direction of the tower 21 in FIG. 1
  • the downward direction is the ground side in the central axis direction of the tower 21 in FIG.
  • the direction perpendicular to the central axis of the tower 21 is defined as the horizontal direction.
  • the main body part 110 has a body 114 roughly in the center, and a propulsion unit 111 is provided on the distal end side of the body 114 radially from there via a bridge 115.
  • the four propulsion units 111 are arranged at equal intervals on the circumference with the body 114 as the center.
  • legs 120 are connected to the bridge 115 to support the main body 110 when landing.
  • the four legs 120 are arranged at equal intervals on the circumference of the body 114 and extend downward from the bridge 115.
  • the number of leg parts 120 is not limited to this, and may be three or more.
  • the body 114 is equipped with a battery for supplying driving power to the actuator 113 of each propulsion unit 111, and a control device 60 that controls power supply from the battery to the actuator 113.
  • the control device 60 includes a computer equipped with a CPU (Central Processing Unit), RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), and EPROM (Erasable Programmable ROM), a flight controller that controls the attitude and movement of the drone 1, etc. Become. Various programs, various tables, etc. are stored in the EPROM. The CPU loads the program stored in the EPROM into the working area of the RAM and executes it. Through the execution of this program, instructions such as movement or ascent are given to the flight controller, and based on this, the flight controller controls the actuators 113, etc. Control. Thereby, the CPU realizes a function that meets a predetermined purpose.
  • a CPU Central Processing Unit
  • RAM Random Access Memory
  • ROM Read Only Memory
  • EPROM Erasable Programmable ROM
  • control device 60 may include a communication unit that communicates with the outside by wire or wirelessly, receives a control command via the communication unit, and may switch the content of the operation according to the control command.
  • control device 60 allows the flight controller to control the propulsion unit 111 according to the control input by the operator manually operating the controller or the flight plan stored in the flight controller in advance, as in a normal drone. Good too.
  • control device 60 controls the probe mechanism 10 to contact the receptor 23 based on signals from a laser sensor 151 and a camera 152, which will be described later.
  • a support portion 141 is provided at the top of the body 114 to support a rod 140 to which the probe mechanism 10 is attached. Further, the probe mechanism 10 is arranged above a horizontal plane including the four propellers 112.
  • the rod 140 is formed into a cylindrical shape and is arranged horizontally.
  • the direction of the central axis of the rod 140 when the drone 1 is stationary in the air, and the direction from the support part 141 to the probe mechanism 10, is defined as the front direction
  • the direction from the support part 141 to the probe mechanism 10 is defined as the front direction.
  • the direction toward the side where is not attached is defined as the rear direction.
  • the probe mechanism 10 is attached to the front end of the rod 140. Further, the probe mechanism 10 is provided with a laser sensor 151 for measuring the distance to the target object (that is, the receptor 23), and a camera 152 for specifying the position of the receptor 23.
  • a laser sensor 151 for measuring the distance to the target object (that is, the receptor 23)
  • a camera 152 for specifying the position of the receptor 23.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a schematic configuration of the probe mechanism 10 according to the first embodiment.
  • the probe mechanism 10 includes an arm 11, a shaft 12, and two springs 13.
  • the arm 11 is fixed to the tip of a rod 140 via a shaft fixing member 142.
  • the arm 11 is a plate-shaped member that extends horizontally from the tip of the rod 140. Note that hereinafter, a direction perpendicular to the up-down direction and the front-back direction is referred to as the left-right direction. When looking at the drone 1 from the front of the drone 1, the right side is defined as the right direction, and the left side is defined as the left direction.
  • the arm 11 is an example of a base material.
  • a protrusion 11B that protrudes rearward from the center portion 11A of the arm 11 is formed.
  • a hole 11C for attaching the spring 13 to the arm 11 is formed in each of the protrusions 11B.
  • a pin or bolt may be passed through the hole 11C and the spring 13 may be hooked to the pin or bolt, or the end of the spring 13 may be hooked directly to the hole 11C.
  • one or more bent portions 11D are formed such that the protruding portion 11B is located above the central portion 11A of the arm 11.
  • the arm 11 is bent parallel to the central axis of the shaft 12, for example.
  • a support or the like may be arranged on the arm 11 so that the protruding part 11B and the hole 11C are arranged above the central part 11A.
  • the shaft 12 is a cylindrical member that moves relative to the arm 11 in the front-back direction.
  • the shape is not limited to the cylindrical shape, and may be provided with rolling grooves that hold the balls that roll between them and the guide 16 and prevent rotation in the roll direction, such as in a ball spline or LM guide.
  • the shaft 12 is arranged so that its central axis is parallel to the central axis of the rod 140, and moves back and forth in parallel to the central axis of the rod 140.
  • a spring connecting portion 14 to which a spring 13 is connected is provided at the rear end of the shaft 12 .
  • Two holes 14A for attaching the spring 13 are formed in the spring connection part 14.
  • the holes 14A are formed on the right and left sides of the shaft 12, respectively.
  • a detection unit 15 is attached to the front end of the shaft 12.
  • the detection unit 15 according to this embodiment includes an electrode 15A for the purpose of inspecting the wind power generator.
  • One end of a wire 30 is connected to the electrode 15A, and the other end of this wire 30 is connected to an inspection device 31 placed on the ground.
  • a structure such as a non-slip structure may be added around the electrode 15A.
  • the arm 11 is provided with a guide 16 that supports the shaft 12 so that it can move forward and backward in the central axis direction.
  • the guide 16 includes, for example, a rolling guide device such as a linear bush.
  • the guide which has a cylindrical cross section, has a plurality of balls provided on the inner diameter of the cylinder along the central axis direction, and can smoothly guide the shaft.
  • the friction between the guide 16 and the shaft 12 can push the shaft 12 forward at least due to the elastic force of the spring 13, which will be described later, and when the tip of the shaft 12 contacts the receptor 23 or the like, the shaft 12 can be pushed backward. is set to move to.
  • the spring 13 is a tension spring, and one end thereof is connected to the spring connection part 14, and the other end is connected to the protrusion part 11B.
  • one spring 13 is attached to the hole 11C of the right protrusion 11B of the arm 11 and the right hole 14A of the spring connection part 14, and the other spring 13 is attached to the left side of the arm 11. It is attached to the hole 11C of the protruding portion 11B and the hole 14A on the right side of the spring connecting portion 14.
  • the central axis of the spring 13 is disposed perpendicular to the central axis of the shaft 12 and in the horizontal direction (that is, in the left-right direction) when no force is applied to the shaft 12 from the outside.
  • the amount of rearward protrusion of the protrusion 11B is determined so that the spring 13 does not come into contact with the arm 11 and the guide 16.
  • the vertical position of the protrusion 11B is determined so that the spring 13 is arranged horizontally.
  • the positions of the protrusion 11B and the hole 11C may be shifted forward for the purpose of holding the shaft 12 so that it does not move due to factors such as vibration or its own weight, or
  • the center axis of the spring 13 and the center axis of the shaft 12 are physically restrained in the front position where they are orthogonal even when no external force is applied.
  • the shaft 12 may be maintained in a state where it is pressed forward with a constant force by the elastic force of the spring 13.
  • the distance between the hole 11C of the protruding portion 11B of the arm 11 and the central axis of the shaft 12 is determined, for example, to be a distance that allows the required reaction force to be obtained.
  • the distance between the hole 11C of the protrusion 11B of the arm 11 and the central axis of the shaft 12 is too short, the distance between the central axis of the shaft 12 and the central axis of the spring 13 when the shaft 12 moves The amount of change in the angle increases. Therefore, when the receptor 23 is contacted, the reaction force increases rapidly, making it difficult to control the attitude of the drone 1.
  • the distance between the hole 11C of the protrusion 11B of the arm 11 and the central axis of the shaft 12 is too long, the distance between the central axis of the shaft 12 and the central axis of the spring 13 when the shaft 12 moves The amount of change in the angle becomes smaller. Therefore, when the receptor 23 is contacted, the reaction force changes slowly, but there is a possibility that the required reaction force may not be obtained. Therefore, the distance between the hole 11C of the protrusion 11B of the arm 11 and the central axis of the shaft 12 and the spring constant are determined so as to push the shaft 12 with the required force. Note that the distance between the hole 11C of the protruding portion 11B of the arm 11 and the hole 14A of the spring connecting portion 14 or the length of the spring 13 can be determined in the same manner.
  • the drone 1 configured in this manner flies so that the electrode 15A at the tip of the probe mechanism 10 comes into contact with the receptor 23 when testing continuity from the receptor 23 of the wind power generator 20 to the ground electrode. For example, until the receptor 23 can be imaged by the camera 152, the user visually controls the drone 1, and when the receptor 23 can be imaged by the camera 152, the image taken by the camera 152 and the laser sensor 151 The drone 1 performs autonomous flight based on the distance to the receptor 23 or blade 22 measured by . Then, the control device 60 controls the propulsion unit 111 so that the distance to the receptor 23 or the blade 22 measured by the laser sensor 151 is a predetermined distance while bringing the electrode 15A into contact with the receptor 23. In this way, by maintaining the contact state between the electrode 15A and the receptor 23, a continuity test of the receptor 23 can be performed.
  • FIG. 4 is a diagram of the state immediately after the probe mechanism 10 according to the embodiment contacts the target object 200, viewed from above.
  • FIG. 5 is a top view of the state in which the drone 1 is moving forward after the probe mechanism 10 according to the embodiment contacts the target object 200.
  • FIG. 6 is a view from above of the state immediately after the drone 1 retreats from the state shown in FIG. 5 according to the embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram of the state in which the drone 1 according to the embodiment is retreating, viewed from above.
  • the central axis of the spring 13 is perpendicular to the central axis of the shaft 12, and the length of the spring 13 is at its shortest. .
  • the spring 13 in this state does not generate any force in the direction of the central axis of the shaft 12. Note that the spring 13 in this state may be longer than its free length. Further, in the state shown in FIG. 4, the front end of the spring connecting portion 14 is in contact with the rear end of the guide 16. Therefore, even before the probe mechanism 10 contacts the object 200, the shaft 12 does not move forward relative to the guide 16 any further.
  • the shaft 12 can move backward relative to the guide 16. However, until the shaft 12 contacts the object 200, even if the shaft 12 attempts to move relatively backward, it will be pulled back by the elastic force of the spring 13.
  • the angle between the central axis of the spring 13 and the central axis of the shaft 12 becomes smaller than 90 degrees. That is, the spring 13 is connected obliquely to the shaft 12. At this time, since the spring 13 is longer than its free length, an elastic force is generated in the direction in which the spring 13 contracts.
  • This elastic force includes a component in the central axis direction of the shaft 12, and since the shaft 12 is restricted from moving in directions other than the central axis direction by the guide 16, the shaft 12 moves in the central axis direction. . Since the shaft 12 is pushed forward by this elastic force, the spring connecting portion 14 is maintained in contact with the guide 16 in the state shown in FIG. In this way, the central axis of the spring 13 remains perpendicular to the central axis of the shaft 12 until the probe mechanism 10 comes into contact with the object 200.
  • the shaft 12 receives a reaction force from pushing the object 200, so the shaft 12 moves rearward relative to the guide 16.
  • the spring 13 is stretched, an elastic force is generated in the direction in which the spring 13 contracts. Since this elastic force includes a component in the direction of the central axis of the shaft 12, the shaft 12 is urged forward. Therefore, the electrode 15A at the tip of the shaft 12 is pressed against the object 200. Thereby, the contact state between the electrode 15A and the target object 200 is maintained.
  • the angle between the central axis of the spring 13 and the central axis of the shaft 12 becomes smaller than 90 degrees, the elastic force of the spring 13 increases, and the proportion of the elastic force acting in the direction of expansion and contraction also increases. The reaction force received from 200 also increases.
  • the drone 1 is moving in a direction away from the target object 200.
  • the shaft 12 is urged toward the object 200 by the spring 13
  • the electrode 15A is prevented from separating from the object 200. Therefore, for example, even if the posture of the drone 1 becomes unstable and moves in the front-back direction, the contact state between the electrode 15A and the object 200 can be maintained.
  • the drone 1 is moving further away from the target object 200 than in the state shown in FIG. In this case, as the length of the spring 13 becomes shorter, the force pressing the shaft 12 against the object 200 becomes smaller, but it is possible to maintain the contact state between the electrode 15A and the object 200. In addition, since the reaction force that the shaft 12 receives from the object 200 becomes smaller, the drone 1 is prevented from being pushed by a strong force, so when the drone 1 moves away from the object 200, the attitude of the drone 1 becomes unstable. can be prevented from becoming.
  • FIG. 8 is a diagram comparing a conventional probe using a compression spring and the probe mechanism 10 according to the first embodiment.
  • Reference numeral 91 indicates a probe that uses a conventional compression spring, and indicates the probe just before contacting the object.
  • Reference numeral 92 indicates a probe that uses a conventional compression spring, and indicates the probe that is about to contact the object. The state in which the spring is most compressed upon contact is shown, and the reference numeral 93 indicates the probe mechanism 10 according to the present embodiment, and the state of the probe mechanism 10 immediately before contacting the object.
  • Reference numeral 94 shows the probe mechanism 10 according to this embodiment in a state where the shaft 12 has moved most backward with respect to the arm 11.
  • FIG. 8 shows a case where the stroke amount of a probe using a conventional compression spring is equal to the stroke amount of the probe mechanism 10 according to this embodiment. This stroke amount is indicated by L10.
  • the spring 13 when the spring 13 is most compressed, the spring 13 is disposed perpendicular to the shaft 12, as indicated by the reference numeral 93, so that The required length is shorter. Therefore, it is possible to save space in the length direction of the shaft 12.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining the relationship between the movement amount of the shaft 12 and the reaction force according to the embodiment.
  • the horizontal axis indicates the amount of movement of the shaft 12, and the vertical axis indicates the reaction force that the shaft 12 receives from the object.
  • Line L1 shows the case of the probe mechanism 10 according to the present embodiment
  • line L2 shows the case of a probe using a conventional compression spring with a relatively small spring constant
  • line L3 shows the case of the probe mechanism 10 according to the present embodiment.
  • Line L4 shows a case where the probe uses a conventional compression spring and has a relatively large spring constant
  • line L4 shows a case where the probe uses a conventional compression spring and has a medium spring constant.
  • the “target amount of movement” in FIG. 9 is, for example, 100 mm, and is the amount of movement of the shaft 12 that becomes a target when inspecting the wind power generator 20.
  • the control device 60 controls the actuator 113 and the like so that the stroke of the shaft 12 matches the target movement amount.
  • the reaction force with respect to the amount of movement of the shaft 12 has a nonlinear relationship.
  • the reaction force has a linear relationship with the amount of movement, as shown by lines L2, L3, and L4.
  • the amount of increase in reaction force rate of increase in reaction force
  • the force pushing the receptor 23 with the shaft 12 becomes excessively large, it is preferable to quickly generate a large reaction force.
  • the amount of movement when the amount of movement is large, it is preferable that the increase rate of the reaction force is large, and therefore, it is preferable that the slope of the line in FIG. 9 is large.
  • line L2 when the amount of movement is small, the rate of increase in reaction force is small, so the above requirement is met; however, when the amount of movement is large, the rate of increase in reaction force is too small, and the above requirement is met. does not match.
  • line L3 when the amount of movement is large, the rate of increase in reaction force is large, so the above requirement is met; however, when the amount of movement is small, the rate of increase in reaction force is too large, and the above requirement is met. does not match.
  • line L4 when the amount of movement is small, the rate of increase in reaction force may become excessively large, and when the amount of movement is large, the rate of increase in reaction force may become excessively small, so that the above requirements are not met. does not match.
  • FIG. 10 is a diagram summarizing whether the reaction forces generated in each of the lines L1, L2, L3, and L4 according to the embodiment satisfy requirements.
  • the circles in FIG. 10 indicate that the requirements are met, and the cross marks indicate that the requirements are not met. Further, the triangle mark indicates that although the requirements are met depending on the conditions, they are not completely satisfied.
  • “At the time of contact” is the time immediately after the shaft 12 contacts the receptor 23, and indicates, for example, a case where the amount of movement of the shaft 12 is smaller than the target amount of movement.
  • “excessive” means when the force pushing the receptor 23 with the shaft 12 becomes excessively large, and indicates, for example, a case where the amount of movement of the shaft 12 is larger than the target amount of movement.
  • the probe mechanism 10 according to the present embodiment satisfies the requirements in both "at the time of contact” and “at the time of excessive contact.” In this way, the probe mechanism 10 according to the present embodiment can generate an appropriate reaction force both in “at the time of contact” and “at the time of excessive force", which could not be achieved with a probe using a conventional compression spring.
  • the rate of increase of the reaction force changes. Therefore, when the amount of movement of the shaft 12 is smaller than the target amount of movement after the shaft 12 contacts the object, the rate of increase of the reaction force is less than the predetermined value, and the amount of movement of the shaft 12 is greater than the target amount of movement.
  • the spring 13 may be arranged so that the rate of increase in reaction force is greater than a predetermined value.
  • the predetermined value here is the rate of increase of the reaction force when the amount of movement of the shaft is the target amount of movement.
  • the length of the shaft 12 in the central axis direction can be made shorter.
  • the force pressing the receptor 23 with the spring 13 is small, and the reaction force is also small, so the reaction force increases rapidly and the drone It is possible to suppress difficulty in posture control in step 1.
  • the force of the spring 13 to move the shaft 12 forward becomes larger, and the drone 1 can be pushed back with a large force, so that the components of the drone 1 other than the shaft 12 are Contact with the generator 20 can be suppressed.
  • the electrode 15A can be pressed against the receptor 23 with an appropriate force by the spring 13, it becomes possible to perform a continuity test easily and with high precision.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of a schematic configuration of a probe mechanism 1000 according to the second embodiment.
  • the probe mechanism 1000 according to this embodiment includes two shafts 1001, two guides 1002, a movable frame 1003, a fixed frame 1004, a mount 1005, a sensor 1006, two springs 1007, and a conducting wire 1008.
  • the probe mechanism 1000 is attached to the tip of the rod 140 described in the first embodiment.
  • the mount 1005 When attaching the probe mechanism 1000 to the rod 140, the mount 1005 is fixed to the tip of the rod 140. Alternatively, the rod 140 and the fixed frame 1004 may be fixed. This fixing is performed via the shaft fixing member 142 similarly to the first embodiment. Further, a sensor 1006 is fixed to the upper surface of the mount 1005. The sensor 1006 is the laser sensor 151 and camera 152 described in the first embodiment. Further, a fixed side frame 1004 is fixed to the mount 1005. The fixed side frame 1004 is formed in a cylindrical shape and extends in the left-right direction, which is perpendicular to the rod 140. However, the fixed side frame 1004 may have a plate shape or the like, and is not limited to a cylindrical shape. Guides 1002 are provided at both ends of the fixed frame 1004, respectively.
  • the guide 1002 supports the shaft 1001 so as to be movable forward and backward.
  • the two shafts 1001 are arranged so that their central axes are parallel to the central axis of the rod 140. Further, the two shafts 1001 are arranged equidistantly apart on the right and left sides of the rod 140.
  • the rear ends of the two shafts 1001 are connected via a moving frame 1003.
  • the movable frame 1003 is a cylindrical member arranged parallel to the fixed frame 1004.
  • One end side of a different spring 1007 is connected to both ends of the moving side frame 1003, respectively.
  • the springs 1007 are tension springs, and the other end of each spring 1007 is connected to the mount 1005.
  • a conducting wire 1008 is stretched between the tips of the two shafts 1001.
  • the conductive wire 1008, like the electrode 15A in the first embodiment, is pressed against the receptor 23 when testing continuity of the receptor 23.
  • One end of a wire 30 is connected to the conducting wire 1008, and the other end of this wire 30 is connected to an inspection device 31 placed on the ground.
  • FIG. 12 is a view of the probe mechanism 1000 according to the second embodiment viewed from above, showing a state before the shaft 1001 and the conductive wire 1008 come into contact with the object.
  • the spring 1007 is arranged in the left-right direction so as to be perpendicular to the shaft 1001 and the rod 140.
  • FIG. 13 is a view of the probe mechanism 1000 according to the second embodiment viewed from above, showing the state after the shaft 1001 or the conducting wire 1008 contacts the object.
  • the shaft 1001 and the movable frame 1003 move backward relative to the mount 1005. This tensions the spring 1007 and changes the angle of the spring 1007 with respect to the shaft 1001.
  • This change in the angle of spring 1007 generates a force that pushes shaft 1001 forward. Therefore, the shaft 1001 and the conducting wire 1008 can be pressed against the object.
  • the probe mechanism 1000 according to the second embodiment exhibits the same effects as the first embodiment, and also allows the wind power generator 20 to be inspected using the conducting wire 1008. Even if the conductive wire 1008 and the receptor 23 shift in the left-right direction, the contact between the conductive wire 1008 and the receptor 23 can be maintained.
  • FIG. 14 is a diagram showing an example of a schematic configuration of a probe mechanism 1100 according to the third embodiment.
  • the probe mechanism 1100 according to this embodiment includes four shafts 1101, four guides 1102, a moving frame 1103, a fixed frame 1104, a mount 1105, a sensor 1106, four springs 1107, and a plurality of conductive wires 1108. There is.
  • the probe mechanism 1100 is attached to the tip of the rod 140 described in the first embodiment.
  • the four shafts 1101 are arranged to be offset in the vertical and horizontal directions so as to be parallel to the rod 140. Note that two shafts 1101 are arranged above the mount 1105, and the left shaft 1101 is called a first shaft 1101A, and the right shaft 1101 is called a second shaft 1101B. Further, two shafts 1101 are arranged below the mount 1105, and the shaft 1101 on the right side is called a third shaft 1101C, and the shaft 1101 on the left side is called a fourth shaft 1101D.
  • a plane including the first shaft 1101A and the second shaft 1101B is a horizontal plane. Similarly, the plane including the third shaft 1101C and the fourth shaft 1101D is a horizontal plane.
  • a plane including the first shaft 1101A and the third shaft 1101C is perpendicular to the horizontal plane.
  • the plane including the second shaft 1101B and the fourth shaft 1101D is perpendicular to the horizontal plane.
  • Each shaft 1101 has the same length in the front-rear direction.
  • All shafts 1101 are connected via a moving frame 1103 at their rear ends. Further, all the shafts 1101 are supported by a fixed frame 1104 via guides 1102. The guide 1102 supports the shaft 1101 so that it can move forward and backward.
  • the movable frame 1103 and the fixed frame 1104 are each formed by connecting a plurality of cylindrical members. However, the shape of the member may be plate-like or the like, and is not limited to a cylindrical shape.
  • a mount 1105 is fixed to the fixed frame 1104.
  • a sensor 1106 is attached to the mount 1105.
  • one end side of four springs 1107 is connected to the mount 1105, and the other end side of each spring 1107 is connected to the four upper, lower, left, and right corners of the moving frame 1103, respectively.
  • the springs 1107 are arranged radially around the mount 1105.
  • Spring 1107 is a tension spring. Further, the rear end portion of each shaft 1101 is connected to the four corners of the moving frame 1103.
  • a conducting wire 1108 is stretched between the tips of the four shafts 1101.
  • the conducting wire 1108 is connected, for example, between the first shaft 1101A and the second shaft 1101B, between the first shaft 1101A and the fourth shaft 1101D, between the second shaft 1101B and the third shaft 1101C, and between the third shaft 1101B and the third shaft 1101C. It is stretched between 1101C and fourth shaft 1101D.
  • the conducting wire 1108 is pressed against the receptor 23 when testing continuity of the receptor 23.
  • One end of a wire 30 is connected to the conducting wire 1108, and the other end of the wire 30 is connected to an inspection device 31 placed on the ground.
  • the conductive wire 1108 may be replaced with a member such as a coarse mesh or a transparent electrode, which covers a wide area and allows confirmation of continuity, as long as the conductor wire 1108 has a property and shape that does not inhibit the operation of the sensor 1106.
  • the probe mechanism 1100 four springs 1107 are arranged on the same plane before the shaft 1101 and the conducting wire 1108 come into contact with the object.
  • This plane is a plane perpendicular to the shaft 1101.
  • the shaft 1101 and the movable frame 1103 move backward relative to the mount 1105. This movement tensions the spring 1107 and changes the angle of the spring 1107 with respect to the shaft 1101, so that part of the elastic force of the spring 1107 becomes a force that pushes the shaft 1101 forward. This force allows the shaft 1101 or the conducting wire 1108 to be pressed against the object.
  • the probe mechanism 1100 exhibits the same effects as the first embodiment, and also allows the wind power generator 20 to be inspected using the conducting wire 1108. Therefore, even if the position of the drone 1 is Even if the conductive wire 1108 and the receptor 23 are shifted in the vertical or horizontal direction, the contact between the conductive wire 1108 and the receptor 23 can be maintained.
  • the drone 1 that performs a continuity test on the wind power generator 20 has been described. However, for example, by attaching an end effector other than the detection unit 15 to the tip of the shaft 12, it is also possible to perform other tests or operations. You can also do it. Further, in the above embodiment, the flying drone 1 has been described as an example of a floating mobile object, but the invention is not limited to this. It can also be applied to moving objects that are not in contact with the ground, such as moving objects. Further, in the first embodiment, the arm 11 is arranged horizontally, but the arm 11 is not limited to this, and may be arranged vertically or diagonally. The shaft 12 does not necessarily need to be arranged horizontally. Further, the spring 13 may be a plurality of springs connected in series. In this case, springs with different spring constants may be connected. Further, a plurality of springs may be arranged in parallel.

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Abstract

ばね１３の一端が接続される基材１１と、ばね１３の他端が接続されるシャフト１２であって、対象物に接触したときに基材１１に対してシャフト１２の中心軸方向に相対的に移動するシャフト１２と、を備え、ばね１３の中心軸が、シャフトの中心軸に対して角度を有するように、ばね１３が配置される。

Description

浮遊する移動体及びプローブ機構
　本発明は、浮遊する移動体及びプローブ機構に関する。
　近年では、無人飛行体が様々な用途に利用され、その開発が盛んに行われている。無人飛行体としては、無線操縦される無人ヘリコプタや、いわゆるドローンが利用されている。ここで、無人飛行体にアームを取り付けて、様々な作業を行わせる技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１では、果物をアームで保持したときの重心の変化をバッテリまたはモータの移動によって相殺して、機体を安定させることが記載されている。
特表２０１９－５３７１６１号公報
　無人飛行体を利用して構造物の点検を行うことが考えられる。例えば、風力発電機のレセプタを点検することができる。このときには、ドローンに取り付けたプローブを風力発電機のレセプタに接触させて導通を点検する。しかし、ドローンに取り付けたプローブをレセプタに接触させると、レセプタからの反力によりドローンの姿勢が不安定となる虞がある。特に接触の際の衝撃や、接触した状態から機体が離れる際の急激な反力の消失による影響が大きい。また、プローブをドローン本体に固定した場合、接触位置を超えて前進しようとした際の反力により機体が回転してしまう一方で、機体がわずかでも後退すると直ちに接触した状態から機体が離れてしまうため、ちょうどよい接触状態を維持する難易度が高い。これに対して、例えば、圧縮ばねを設けることにより、プローブがレセプタに接触した状態で、圧縮バネによるストロークの範囲内で前進・後退するのに従って徐々に反力が変化するようにすることで、接触時の衝撃と離れる際の急激な反力の消失衝撃を緩和できる。同時に、ストローク範囲内であれば機体の位置が変動しても過剰な反力を発生させることなく接触を維持することができる。
　しかし、圧縮ばねを用いることにより、プローブの全長が長くなってしまい、無人飛行体の質量が増加する虞がある。また、例えば、圧縮ばねは、最も縮んだ状態でばねが収まるスペースを確保する必要があり、そのスペースの分だけプローブの全長が長くなる。また、プローブに設けた圧縮ばねが発生させる反力は、ばねの変位に比例する。ここで、衝撃の吸収およびドローンの制御の安定化を考えると、プローブがレセプタに接触した直後のばねの反力は小さいほうが好ましい。これは、接触した状態から機体が離れる際の反力の減少についても同様である。すなわち、プローブがレセプタに接触するときには、反力が急激に増加すると機体の制御が困難となり機体の姿勢が不安定になり得る。そのため、反力の変化は緩慢であることが好ましい。一方、機体が風力発電機に近付きすぎた場合には、機体と風力発電機とが接触する虞があるため、機体を強く押し戻すことが好ましい。しかし、プローブがレセプタに接触した直後のばねの反力が小さくなるように圧縮ばねのばね定数を設定した場合には、機体が風力発電機に近付きすぎたときであっても、機体を強く押し戻す反力を発生させることが困難になり得る。
　本発明は、上記したような種々の実情を鑑みてなされたものであり、その目的は、浮遊する移動体を対象物に適切な圧力で接触させることにある。
　本発明の態様の一つは、
　ばねの一端が接続される基材と、
　前記ばねの他端が接続されるシャフトであって、対象物に接触したときに前記基材に対して前記シャフトの中心軸方向に相対的に移動するシャフトと、
　を備え、
　前記ばねの中心軸が、前記シャフトの中心軸に対して角度を有するように、前記ばねが配置される、
　浮遊する移動体である。
　また、本発明の態様の一つは、
　引張ばねの一端が接続される基材と、
　前記引張ばねの他端が接続されるシャフトであって、対象物に接触したときに前記基材に対して前記シャフトの中心軸方向に相対的に移動するシャフトと、
　を備え、
　前記基材は、前記シャフトを中心軸方向に移動可能に支持する案内を備え、
　前記引張ばねの前記他端は、前記案内よりも、前記シャフトが前記対象物に接触したときに前記基材に対して相対的に移動する方向側に接続され、
　前記引張ばねが、
　　前記シャフトが前記対象物に接触する前は、前記引張ばねの中心軸が、前記シャフトの中心軸と直交するように、
　　前記シャフトが前記対象物に接触した後は、前記基材が前記対象物に近付くほど、前記引張ばねの中心軸と前記シャフトの中心軸とのなす角が小さくなるように、
　配置される、
　プローブ機構である。
　本発明によれば、浮遊する移動体を対象物に適切な圧力で接触させることができる。
実施形態に係る風力発電機を点検するドローンの概略構成の一例を示した図である。 第１実施形態に係るプローブ機構を備えたドローンの概略構成の一例を示した図である。 第１実施形態に係るプローブ機構の概略構成の一例を示した図である。 実施形態に係るプローブ機構が対象物に接触した直後の状態を上方から見た図である。 実施形態に係るプローブ機構が対象物に接触した後に、ドローンが前進しているときの状態を上方から見た図である。 実施形態に係る図５に示した状態からドローンが後退した直後の状態を上方から見た図である。 実施形態に係るドローンが後退している途中の状態を上方から見た図である。 従来の圧縮ばねを用いたプローブと第実施形態に係るプローブ機構とを比較した図である。 実施形態に係るシャフトの移動量と反力との関係を説明するための図である。 実施形態に係る線Ｌ１，線Ｌ２、線Ｌ３，及び、線Ｌ４の夫々において発生する反力が要求を満たしているか否かをまとめた図である。 第２実施形態に係るプローブ機構の概略構成の一例を示した図である。 第２実施形態に係るプローブ機構を上側から見た図であって、シャフト及び導線が対象物に接触する前の状態を示した図である。 第２実施形態に係るプローブ機構を上側から見た図であって、シャフト又は導線が対象物に接触した後の状態を示した図である。 第３実施形態に係るプローブ機構の概略構成の一例を示した図である。
　本発明に係る浮遊する移動体は、ばねの一端が接続される基材と、前記ばねの他端が接続されるシャフトであって、対象物に接触したときに前記基材に対して前記シャフトの中心軸方向に相対的に移動するシャフトと、を備える。そして、前記ばねの中心軸が、前記シャフトの中心軸に対して角度を有するように、前記ばねが配置される。
　シャフトは、先端が対象物に接触すると、シャフトの中心軸方向に基材に対して相対移動することができる。このシャフトの先端には、例えば、対象物を点検するための部材を取り付けることができる。シャフトには、ばねが接続されている。なお、ばねは、シャフトに直接接続する必要は必ずしもなく、シャフトに固定されている部材を介してシャフトに接続されていてもよい。このばねは、一端が基材に接続されており、シャフトが基材に対して相対的に移動することにより伸ばされる。伸びたばねには弾性力が発生するため、ばねは、対象物に接触して移動したシャフトを元の位置に戻すように弾性力を発生させる。
　ばねは、その中心軸が、シャフトの中心軸に対して角度を有するように配置されている。すなわち、ばねの中心軸とシャフトの中心軸とが平行にならないように、ばねが配置されている。ばねの他端はシャフトに接続されているため、シャフトの移動に伴い、ばねの他端の位置が変化するので、シャフトの中心軸とばねの中心軸との角度が変化する。ばねが伸びるに従って、ばねの中心軸方向に発生する弾性力が大きくなり、さらに、ばねが伸びるに従って、シャフトの中心軸とばねの中心軸とのなす角が小さくなる。したがって、ばねが伸びるに従って、シャフトの中心軸方向の弾性力の成分が増加する。そのため、シャフトを押し戻す力は、シャフトの移動に伴い非線形に増加するので、シャフトが対象物から受ける反力も非線形に増加する。
　シャフトが対象物に接触した直後には、シャフトの移動量の増加量に対する反力の増加量（以下、反力の増加率ともいう）が小さいため、反力が急激に増加することを抑制できる。これにより、移動体の制御が容易になるため、移動体の姿勢が不安定になることを抑制できる。一方、シャフトの移動量が大きくなると、反力の増加率が大きくなるため、反力が急激に増加する。これにより、シャフト以外の移動体の部位が対象物に接触する前に、移動体を押し戻す大きな力が急激に発生して、移動体を強く押し返すことができる。したがって、シャフト以外の部位が対象物に接触することを抑制できる。
　また、前記ばねは、引張ばねであり、前記シャフトが前記対象物に接触した後は、前記基材が前記対象物に近付くほど、前記ばねの中心軸と前記シャフトの中心軸とのなす角が小さくなるように、前記ばねが配置されていてもよい。基材が対象物に近付くほど、ばねの中心軸とシャフトの中心軸とのなす角が小さくなることにより、より大きな力をシャフトに加えることができるため、より大きな反力を得ることができる。そのため、移動体が対象物に接触することを抑制できる。また、シャフトが対象物に接触した直後には、ばねの中心軸とシャフトの中心軸とのなす角が大きいために、反力が小さく、また、シャフトの移動に伴う反力の増加率も小さいため、移動体の制御が容易になる。
　また、前記基材は、前記シャフトを中心軸方向に移動可能に支持する案内を備え、前記ばねの前記他端は、前記案内よりも、前記シャフトが前記対象物に接触したときに前記基材に対して相対的に移動する方向側に接続されていてもよい。基材が案内を備えることにより、基材に対してシャフトをシャフトの中心軸方向に移動させることができる。また、ばねの他端が、案内よりも、シャフトの移動方向側に接続されているため、シャフトの移動と共にばねが伸びることができる。案内には、例えばリニアブッシュを採用することができる。
　また、前記シャフトが前記対象物に接触する前は、前記ばねの中心軸が、前記シャフトの中心軸と直交するように、前記ばねが配置されていてもよい。ばねの中心軸がシャフトの中心軸と直交しているときには、たとえばねに弾性力が発生していたとしても、シャフトを移動させる方向には力が発生していない。したがって、対象物に接触した直後の弾性力を小さくすることができる。一方、シャフトが対象物に接触してシャフトが押されると、シャフトが基材に対して相対移動する。これにより、ばねの中心軸とシャフトの中心軸とのなす角が、９０度よりも小さくなる。これにより、シャフトを対象物に接触させる方向に弾性力が発生する。また、シャフトが移動するほど、弾性力をより大きくすることができる。
　また、前記シャフトが前記対象物に接触した後において、前記シャフトの移動量が目標移動量よりも小さいときには、前記シャフトの移動量の増加量に対する反力の増加量の比が所定値未満となり、前記シャフトの移動量が前記目標移動量よりも大きいときには、前記シャフトの移動量の増加量に対する反力の増加量の比が所定値よりも大きくなるように、前記ばねが配置されていてもよい。上記のように、シャフトが対象物に接触した後にシャフトが移動するにしたがって、シャフトとばねとのなす角が小さくなり且つばねが伸びるため、反力が非線形に増加する。ここで、シャフトの移動量が目標移動量よりも小さいときには、シャフトの移動量の増加量に対する反力の増加量の比（以下、反力の増加率ともいう。）が比較的小さいほうが、移動体を制御し易い。この場合、反力の増加率が所定値未満となるようにばねを配置することにより、移動体の制御が容易になる。一方、シャフトの移動量が目標移動量よりも大きいときには、反力の増加率が比較的大きいほうが、移動体が対象物に接触することを抑制できる。この場合、反力の増加率が所定値よりも大きくなるようにばねを配置することにより、移動体が対象物に接触することを抑制できる。ここで、反力の増加率は、例えば、ばね定数、および、シャフトが対象物に接触する前のばねの長さ等によって変化し得る。そのため、上記の条件が満たされるように、ばね定数、および、シャフトが対象物に接触する前のばねの長さ等を決定して、ばねを配置することにより、シャフトの移動量が目標移動量よりも小さいときに反力の増加率を小さくすることと、シャフトの移動量が目標移動量よりも大きいときに反力の増加率を大きくすることとを両立できる。なお、上記の所定値は、シャフトの移動量が目標移動量のときの反力の増加率であり、移動体の姿勢を安定させる増加率と、移動体を強く押し返す増加率との境界となる増加率である。
　また、本発明に係るプローブ機構は、引張ばねの一端が接続される基材と、前記引張ばねの他端が接続されるシャフトであって、対象物に接触したときに前記基材に対して前記シャフトの中心軸方向に相対的に移動するシャフトと、を備え、前記基材は、前記シャフトを中心軸方向に移動可能に支持する案内を備え、前記引張ばねの前記他端は、前記案内よりも、前記シャフトが前記対象物に接触したときに前記基材に対して相対的に移動する方向側に接続され、前記引張ばねが、前記シャフトが前記対象物に接触する前は、前記引張ばねの中心軸が、前記シャフトの中心軸と直交するように、前記シャフトが前記対象物に接触した後は、前記基材が前記対象物に近付くほど、前記引張ばねの中心軸と前記シャフトの中心軸とのなす角が小さくなるように、配置される。
　なお、プローブは対象物に接触して調べるための用具であり、プローブの形状は針状に限らない。また、プローブ機構は、浮遊する移動体に備えることができるが、備えることができるのは浮遊する移動体に限らない。
　以下に図面を参照して、本発明を実施するための形態を説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。また、以下の実施形態は可能な限り組み合わせることができる。
＜第１実施形態＞
　第１実施形態では、風力発電機２０を点検するドローン１を例に挙げて説明する。図１は、実施形態に係る風力発電機２０を点検するドローン１の概略構成の一例を示した図である。風力発電機２０は、地上に直立するタワー２１と、タワー２１の上部に備わり風を受けて回転するブレード２２を備える。なお、ドローン１は、浮遊する移動体の一例である。
　ドローン１は、例えば、風力発電機２０のブレード２２に取り付けられたレセプタ２３を点検するドローンである。ここで、風力発電機２０では、落雷の被害を抑制するためにレセプタ２３を設けることがある。レセプタ２３は、接地電極に電線等を介して接続されており、雷の電流がレセプタ２３から接地電極に流れるようになっている。
　レセプタ２３から接地電極までの電線が導通しているか否かをドローン１によって点検する。例えば、ドローン１がレセプタ２３に電圧を印加したときの電流値を検出してもよい。そのため、ドローン１も接地電極まで電線を介して接続されている必要があるので、ドローン１には、接地電極まで通じるワイヤ３０が接続されている。このワイヤ３０には、ドローン１の制御用の電線またはドローン１に電力を供給するための電線が含まれていてもよい。ワイヤ３０は、レセプタ２３を点検するための点検装置３１に接続されている。点検装置３１は、レセプタ２３から接地電極までの電線の導通を点検するための装置である。なお、ワイヤ３０の重量を保持するなどの目的で、ドローン１とは別のドローンもしくはタワー２１上を移動するロボットなどをワイヤ３０上に配置してもよい。
　ドローン１は、プローブ機構１０を有している。プローブ機構１０は、レセプタ２３に接触させることにより導通を点検するための機構であり、例えば電極を含んで構成されている。プローブ機構１０の電極には上記のワイヤ３０が接続されている。
　図２は、第１実施形態に係るプローブ機構１０を備えたドローン１の概略構成の一例を示した図である。ドローン１は、本体部１１０を含んで構成される。本体部１１０は、複数の推進ユニット１１１を有している。なお、図１に示す例では、４つの推進ユニット１１１が本体部１１０に搭載されているが、本体部１１０の飛行が可能な限りにおいては、推進ユニット１１１の搭載数は複数であれば４つに限られない。推進ユニット１１１は、回転翼であるプロペラ１１２とそれを回転駆動するためのアクチュエータ１１３を有している。本体部１１０に搭載されている推進ユニット１１１は、全て同種類のユニットであるが、それぞれの推進ユニット１１１においてアクチュエータ１１３は独立して制御可能である。そのため、各推進ユニット１１１により得られる推進力を適宜制御することが可能であり、以て、本体部１１０及びドローン１における飛行姿勢や飛行速度等を適宜制御することが可能となる。
　なお、以下において、ドローン１が空中で静止しているときの推進ユニット１１１の推進力の方向、すなわち、図２の上側に向かう方向を上下方向の上方向とし、推進力とは逆方向、すなわち、図２の下側に向かう方向を上下方向の下方向とする。下方向は、重力方向と同じである。また、上方向は、図１におけるタワー２１の中心軸方向の先端側であり、下方向は、図１におけるタワー２１の中心軸方向の地面側である。また、タワー２１の中心軸と直交する方向を水平方向とする。
　ここで本体部１１０では、概ねその中央にボディ１１４を有し、そこから放射状にブリッジ１１５を介して、その先端側に推進ユニット１１１が設けられている。４つの推進ユニット１１１は、ボディ１１４を中心として円周上に等間隔で配列されている。
　また、ブリッジ１１５には、着陸するときに本体部１１０を支持する４つの脚部１２０が接続されている。４つの脚部１２０は、ボディ１１４を中心として円周上に等間隔で配列され、ブリッジ１１５から下方向に伸びている。なお、本実施形態では、４つの脚部１２０を備えているが、脚部１２０の数はこれに限らず、３つ以上であればよい。
　また、ボディ１１４には、各推進ユニット１１１のアクチュエータ１１３に駆動電力を供給するためのバッテリや、当該バッテリからアクチュエータ１１３への電力供給等を制御する制御装置６０が搭載されている。
　制御装置６０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ROM）が備わるコンピュータと、ドローン１の姿勢や動作を制御するフライトコントローラー などからなる。ＥＰＲＯＭには、各種プログラム、各種テーブル等が格納される。ＥＰＲＯＭに格納されたプログラムをＣＰＵがＲＡＭの作業領域にロードして実行し、このプログラムの実行を通じて、フライトコントローラーへ移動または上昇などの指示がなされ、それを基にしてフライトコントローラーがアクチュエータ１１３等を制御する。これにより、所定の目的に合致した機能をＣＰＵが実現する。
　また、制御装置６０は、外部と有線または無線によって通信を行う通信部を備え、通信部を介して制御指令を受信して、その制御指令に応じて動作の内容を切替えてもよい。このときに、制御装置６０は、通常のドローンと同じように操作者が手動でコントローラーを操作することによる制御入力やあらかじめフライトコントローラーに格納された飛行計画に従ってフライトコントローラーが推進ユニット１１１を制御してもよい。また、制御装置６０は、後述するレーザセンサ１５１及びカメラ１５２からの信号に基づいて、プローブ機構１０をレセプタ２３に接触させる制御を実施する。
　ボディ１１４の上部には、プローブ機構１０を取り付けるロッド１４０を支持する支持部１４１が設けられている。また、プローブ機構１０は、４つのプロペラ１１２を含む水平面よりも上側に配置される。ロッド１４０は、円筒形に形成されており、水平方向に配置されている。なお、以下において、ドローン１が空中で静止しているときの、ロッド１４０の中心軸の方向であって、支持部１４１からプローブ機構１０に向かう方向を前方向とし、支持部１４１からプローブ機構１０が取り付けられていない側に向かう方向を後方向とする。
　プローブ機構１０は、ロッド１４０の前端に取り付けられる。また、プローブ機構１０には、対象物（すなわち、レセプタ２３）までの距離を測定するためのレーザセンサ１５１、レセプタ２３の位置を特定するためのカメラ１５２が設けられている。
　図３は、第１実施形態に係るプローブ機構１０の概略構成の一例を示した図である。プローブ機構１０は、アーム１１、シャフト１２、及び、２つのばね１３を備えて構成されている。アーム１１は、ロッド１４０の先端にシャフト固定部材１４２を介して固定されている。アーム１１およびシャフト１２の材料には、例えば樹脂又は金属などを適宜使用できる。アーム１１は、ロッド１４０の先端部から水平方向に延びる板状の部材である。なお、以下では、上下方向及び前後方向に直交する方向を左右方向とする。そして、ドローン１の前方からドローン１を見て右側を右方向とし、左側を左方向とする。なお、アーム１１は、基材の一例である。
　アーム１１の左右方向の夫々の端部には、アーム１１の中央部１１Ａよりも後方に突出している突出部１１Ｂが形成されている。両突出部１１Ｂには、夫々、アーム１１にばね１３を取り付けるための孔１１Ｃが形成されている。なお、アーム１１にばね１３を取り付けるときには、孔１１Ｃにピン又はボルトを通し、このピン又はボルトにばね１３を引っ掛けてもよいし、孔１１Ｃにばね１３の端部を直接引っ掛けてもよい。また、突出部１１Ｂが、アーム１１の中央部１１Ａよりも上方向に位置するように１つ以上の屈曲部１１Ｄが形成されている。屈曲部１１Ｄでは、例えば、シャフト１２の中心軸と平行にアーム１１が屈曲されている。なお、アーム１１を屈曲させるのではなく突出部１１Ｂと孔１１Ｃを中央部１１Ａよりも上方向に配置するための支柱などをアーム１１上に配置してもよい。
　シャフト１２は、アーム１１に対して前後方向に相対移動する円筒形の部材である。ただし、形状は円筒形に限らず、ボールスプラインやＬＭガイドのように案内１６との間を転動するボールを保持し、ロール方向の回転を防ぐ転動溝を備えていてもよい。シャフト１２は、その中心軸がロッド１４０の中心軸と平行となるように配置され、ロッド１４０の中心軸と平行に進退する。シャフト１２の後端部には、ばね１３が接続されるばね接続部１４が設けられている。ばね接続部１４には、ばね１３を取り付けるための２つの孔１４Ａが形成されている。孔１４Ａは、シャフト１２よりも右側及び左側に夫々形成されている。
　シャフト１２の前端部には、検知部１５が取り付けられている。本実施形態に係る検知部１５は、風力発電機の点検を目的とする電極１５Ａを備えている。電極１５Ａにはワイヤ３０の一端が接続され、このワイヤ３０の他端は地上に配置される点検装置３１に接続されている。また、電極１５Ａがレセプタ２３に接触した後で滑りなどによってその位置がずれることを抑制するため、その周囲に別途滑り止めなどの構造を追加してもよい。
　アーム１１には、シャフト１２を中心軸方向に進退可能に支持する案内１６が設けられている。案内１６は、例えば、リニアブッシュのような転がり案内装置を含んで構成される。断面円筒状の案内は、その円筒の内径に中心軸方向に沿って複数のボールが設けられており、スムーズにシャフトを案内することが可能である。案内１６とシャフト１２との摩擦は、少なくとも、後述するばね１３の弾性力によりシャフト１２を前方に押し出すことができ、且つ、シャフト１２の先端がレセプタ２３等に接触したときに、シャフト１２が後方に移動するように設定される。
　ばね１３は、引張ばねであり、その一端がばね接続部１４に接続され、他端が突出部１１Ｂに接続される。２つのばね１３のうち、一方のばね１３は、アーム１１の右側の突出部１１Ｂの孔１１Ｃと、ばね接続部１４の右側の孔１４Ａとに取り付けられ、他方のばね１３は、アーム１１の左側の突出部１１Ｂの孔１１Ｃと、ばね接続部１４の右側の孔１４Ａとに取り付けられる。
　ここで、ばね１３の中心軸は、外部からシャフト１２に力が加わっていないときに、シャフト１２の中心軸と直交するように、且つ、水平方向（すなわち、左右方向）に配置される。このときに、ばね１３が、アーム１１及び案内１６に接触しないように、突出部１１Ｂの後方への突出量が決定される。また、このときに、ばね１３が水平方向に配置されるように、突出部１１Ｂの上下方向の位置が決定される。また、シャフト１２に力が加わっていなくても、振動や自重などの要因でシャフト１２が移動しないように保持するなどの目的で、突出部１１Ｂ及び孔１１Ｃの位置を前方にシフトさせる、または、案内１６とばね接続部１４の間にスペーサーを設けるなどの方法で、ばね１３の中心軸とシャフト１２の中心軸が外部から力が加わっていない状態でも直交する手前の位置で物理的に拘束され、ばね１３の弾性力によってシャフト１２が前方に一定の力で押し付けられている状態が維持されるように構成してもよい。
　また、アーム１１の突出部１１Ｂの孔１１Ｃと、シャフト１２の中心軸との距離は、例えば、要求される反力を得られる距離となるように決定される。例えば、アーム１１の突出部１１Ｂの孔１１Ｃと、シャフト１２の中心軸との距離が短すぎる場合には、シャフト１２の移動したときの、シャフト１２の中心軸とばね１３の中心軸とのなす角の変化量が大きくなる。したがって、レセプタ２３に接触したときに反力が急激に大きくなり、ドローン１の姿勢の制御が難しくなる。一方、アーム１１の突出部１１Ｂの孔１１Ｃと、シャフト１２の中心軸との距離が長すぎる場合には、シャフト１２の移動したときの、シャフト１２の中心軸とばね１３の中心軸とのなす角の変化量が小さくなる。したがって、レセプタ２３に接触したときに反力の変化が緩慢となるが、要求する反力が得られない虞もある。したがって、要求される力でシャフト１２を押すように、アーム１１の突出部１１Ｂの孔１１Ｃとシャフト１２の中心軸との距離、及び、ばね定数が決定される。なお、アーム１１の突出部１１Ｂの孔１１Ｃとばね接続部１４の孔１４Ａとの距離、または、ばね１３の長さも、同様にして決定することができる。
　このように構成されたドローン１では、風力発電機２０のレセプタ２３から接地電極までの導通を検査するときに、プローブ機構１０の先端の電極１５Ａをレセプタ２３に接触させるように飛行する。例えば、カメラ１５２によってレセプタ２３が撮像可能となるまでは、ユーザによる目視でのドローン１の操縦が行われ、カメラ１５２によってレセプタ２３が撮像可能となると、カメラ１５２によって撮像される画像及びレーザセンサ１５１によって測定されるレセプタ２３もしくはブレード２２までの距離に基づいて、ドローン１が自律飛行を実施する。そして、制御装置６０は、電極１５Ａをレセプタ２３に接触させつつ、レーザセンサ１５１によって測定されるレセプタ２３もしくはブレード２２までの距離が所定の距離となるように推進ユニット１１１を制御する。このようにして、電極１５Ａとレセプタ２３との接触状態を維持することで、レセプタ２３の導通検査を実施することができる。
　次に、図４から図７に基づいて、プローブ機構１０を対象物２００に接触させるときの動作を説明する。図４は、実施形態に係るプローブ機構１０が対象物２００に接触した直後の状態を上方から見た図である。図５は、実施形態に係るプローブ機構１０が対象物２００に接触した後に、ドローン１が前進しているときの状態を上方から見た図である。図６は、実施形態に係る図５に示した状態からドローン１が後退した直後の状態を上方から見た図である。図７は、実施形態に係るドローン１が後退している途中の状態を上方から見た図である。
　図４に示されるように、プローブ機構１０が対象物２００に接触したときには、ばね１３の中心軸がシャフト１２の中心軸と直交しており、ばね１３の長さが最も短い状態となっている。この状態におけるばね１３は、シャフト１２の中心軸方向の力を発生させていない。なお、この状態におけるばね１３は、自由長よりも長くなっていてもよい。また、図４に示した状態では、ばね接続部１４の前端が案内１６の後端に接触している。したがって、プローブ機構１０が対象物２００に接触する前であっても、シャフト１２が案内１６に対してこれ以上前方に相対移動することはない。
　また、図４に示した状態では、シャフト１２は、案内１６に対して後方に相対移動が可能である。ただし、シャフト１２が対象物２００に接触するまでは、シャフト１２が後方に相対移動しようとしても、ばね１３の弾性力によって引き戻される。ここで、シャフト１２が案内１６に対して相対的に後方に移動すると、ばね１３の中心軸とシャフト１２の中心軸とのなす角が、９０度よりも小さくなる。すなわち、ばね１３がシャフト１２に対して斜めに接続された状態となる。このときには、ばね１３が自由長よりも長くなっているため、ばね１３が縮む方向に弾性力が発生する。この弾性力には、シャフト１２の中心軸方向の成分が含まれており、且つ、シャフト１２は案内１６により中心軸方向以外の移動が制限されているため、シャフト１２は中心軸方向に移動する。この弾性力によりシャフト１２が前方に押されるため、図４に示した状態では、ばね接続部１４が案内１６に接触した状態が維持される。このように、プローブ機構１０が対象物２００に接触するまでは、ばね１３の中心軸がシャフト１２の中心軸と直交した状態が維持されている。
　また、シャフト１２が対象物２００に接触した後であっても、ばね１３の中心軸とシャフト１２の中心軸とのなす角が９０度に近い状態では、ばね１３がシャフト１２を前方に押す力が小さいため、対象物２００から受ける反力も小さくなる。
　また、図５に示した状態では、シャフト１２が対象物２００を押すことにより反力を受けるため、シャフト１２が案内１６に対して相対的に後方に移動する。このときには、ばね１３が伸びるため、ばね１３が縮む方向に弾性力が発生する。この弾性力には、シャフト１２の中心軸方向の成分が含まれているため、シャフト１２は前方に付勢される。したがって、シャフト１２の先端部の電極１５Ａが対象物２００に押し付けられる。これにより、電極１５Ａと対象物２００との接触状態が維持される。また、ばね１３の中心軸とシャフト１２の中心軸とのなす角が、９０度よりも小さくなるほど、ばね１３の弾性力が大きくなり、伸縮方向に働く弾性力の割合も大きくなるため、対象物２００から受ける反力も大きくなる。
　次に、図６に示した状態では、ドローン１が対象物２００から遠ざかる方向に移動している。このときにも、シャフト１２はばね１３によって対象物２００の方向に付勢されているため、電極１５Ａが対象物２００から離れることが抑制される。したがって、例えば、ドローン１の姿勢が不安定となり前後方向に移動したとしても、電極１５Ａと対象物２００との接触状態を維持することができる。
　また、図７に示した状態では、図６に示した状態よりもドローン１が対象物２００から更に遠ざかる方向に移動している。この場合、ばね１３の長さが短くなることによりシャフト１２を対象物２００に押し付ける力が小さくなるが、電極１５Ａと対象物２００の接触状態の維持は可能である。また、シャフト１２が対象物２００から受ける反力が小さくなるため、強い力でドローン１が押されることが抑制されるので、ドローン１が対象物２００から離れるときに、ドローン１の姿勢が不安定になることを抑制できる。
　図８は、従来の圧縮ばねを用いたプローブと第１実施形態に係るプローブ機構１０とを比較した図である。符号の９１は、従来の圧縮ばねを用いたプローブであって、対象物に接触する直前のプローブを示しており、符号の９２は、従来の圧縮ばねを用いたプローブであって、対象物に接触してばねが最も圧縮された状態を示しており、符号の９３は、本実施形態に係るプローブ機構１０であって、対象物に接触する直前のプローブ機構１０の状態を示しており、符号の９４は、本実施形態に係るプローブ機構１０であってシャフト１２がアーム１１に対して後方に最も移動した状態を示している。図８では、従来の圧縮ばねを用いたプローブのストローク量と、本実施形態に係るプローブ機構１０のストローク量とが等しい場合を示している。このストローク量をＬ１０で示している。
　従来の圧縮ばねを用いたプローブ（符号９１，符号９２）では、シャフトの中心軸と圧縮ばねの中心軸が同一線上に存在しており、圧縮ばねが最も圧縮された状態（すなわち、符号９２で示した状態）においても圧縮されたばねが収まるスペース（すなわち、図８においてＬ１１で示した長さ分のスペース）が必要となる。したがって、符号９１に示されるように、対象物に接触する前には、Ｌ１２で示した長さ分のスペースが必要となる。
　一方、本実施形態に係るプローブ機構１０では、ばね１３が最も縮んだときに、符号９３で示されるように、ばね１３がシャフト１２と直交するように配置されるため、シャフト１２の中心軸方向に必要な長さが短くなる。したがって、シャフト１２の長さ方向の省スペース化が可能となる。
　ところで、シャフト１２をレセプタ２３に接触させた直後に、急激に大きな反力が発生するとドローン１の姿勢制御が困難になり得る。したがって、シャフト１２をレセプタ２３に接触させた直後では、反力の変化が緩慢であるのことが好ましい。一方、シャフト１２をレセプタ２３に接触させた後に、ドローン１が過度に前進してしまうと、シャフト１２以外の例えばプロペラ１１２が風力発電機２０のブレード２２等に接触する虞があるため、ドローン１を大きな力で押し戻すことが好ましい。
　ここで、図９は、実施形態に係るシャフト１２の移動量と反力との関係を説明するための図である。横軸はシャフト１２の移動量を示しており、縦軸はシャフト１２が対象物から受ける反力を示している。線Ｌ１は、本実施形態に係るプローブ機構１０の場合を示しており、線Ｌ２は、従来の圧縮ばねを用いたプローブであってばね定数が比較的小さい場合を示しており、線Ｌ３は、従来の圧縮ばねを用いたプローブであってばね定数が比較的大きい場合を示しており、線Ｌ４は、従来の圧縮ばねを用いたプローブであってばね定数が中程度の場合を示している。なお、従来の圧縮ばねを用いたプローブは、図８において符号９１及び符号９２で示されるプローブと同じである。図９における「目標移動量」は、例えば１００ｍｍであり、風力発電機２０を点検するときに目標となるシャフト１２の移動量である。風力発電機２０の点検時には、シャフト１２のストロークが目標移動量となるように、制御装置６０がアクチュエータ１１３等を制御する。
　線Ｌ１で示されるように、本実施形態に係るプローブ機構１０では、シャフト１２の移動量に対する反力が非線形の関係となる。一方、従来の圧縮ばねを用いたプローブでは、線Ｌ２，線Ｌ３，線Ｌ４で示されるように、移動量に対する反力が線形の関係となる。上記のように、シャフト１２がレセプタ２３に接触した直後には、シャフト１２の移動量の増加量に対する反力の増加量（反力の増加率）は小さいほうが好ましいため、図９における線の傾きが小さいほうが好ましい。一方、シャフト１２でレセプタ２３を押す力が過度に大きくなった場合には、速やかに大きな反力を発生させることが好ましい。したがって、移動量が大きいときには、反力の増加率は大きいほうが好ましいため、図９における線の傾きが大きいほうが好ましい。例えば、線Ｌ２では、移動量が小さいときには、反力の増加率が小さいために上記の要求に合致しているが、移動量が大きいときには、反力の増加率が小さすぎて、上記の要求には合致していない。一方、線Ｌ３では、移動量が大きいときには、反力の増加率が大きいために上記の要求に合致しているが、移動量が小さいときには、反力の増加率が大きすぎて、上記の要求には合致していない。さらに、線Ｌ４では、移動量が小さいときには反力の増加率が過度に大きくなる虞があり、また、移動量が大きいときには反力の増加率が過度に小さくなる虞があり、上記の要求には合致しない。
　以上の関係を図１０にまとめている。図１０は、実施形態に係る線Ｌ１，線Ｌ２、線Ｌ３，及び、線Ｌ４の夫々において発生する反力が要求を満たしているか否かをまとめた図である。図１０中の丸印は要求を満たしていることを示しており、ばつ印は要求を満たしていないことを示している。また、三角印は、条件によっては要求を満たすが完全に満足するには至らないことを示している。「接触時」は、シャフト１２がレセプタ２３に接触した直後のときであり、例えば、シャフト１２の移動量が目標移動量よりも小さい場合を示している。一方、「過大時」は、シャフト１２でレセプタ２３を押す力が過度に大きくなったときであり、例えば、シャフト１２の移動量が目標移動量よりも大きい場合を示している。
　図１０において、「接触時」及び「過大時」の両方で要求を満たすのは、本実施形態に係るプローブ機構１０だけである。このように、本実施形態に係るプローブ機構１０では、従来の圧縮ばねを用いたプローブでは実現できなかった「接触時」及び「過大時」の両方において適切な反力を発生させることができる。
　なお、前述のように、アーム１１の突出部１１Ｂの孔１１Ｃと、シャフト１２の中心軸との距離（アーム１１の突出部１１Ｂの孔１１Ｃとばね接続部１４の孔１４Ａとの距離、または、ばね１３の長さとしてもよい。）、及び、ばね１３のばね定数によって、反力の増加率が変わる。したがって、シャフト１２が対象物に接触した後においてシャフト１２トの移動量が目標移動量よりも小さいときには、反力の増加率が所定値未満となり、シャフト１２の移動量が目標移動量よりも大きいときには、反力の増加率が所定値よりも大きくなるように、ばね１３を配置してもよい。ここでいう所定値は、シャフトの移動量が目標移動量であるときの反力の増加率である。
　以上説明したように、第１実施形態に係るプローブ機構１０によれば、シャフト１２の中心軸方向の長さをより短くすることができる。また、シャフト１２がレセプタ２３に接触した後のシャフト１２の移動量が小さいときには、ばね１３でレセプタ２３を押し付ける力が小さいために、その反力も小さくなるので、反力が急激に増加してドローン１の姿勢制御が困難になることを抑制できる。一方、シャフト１２の移動量が大きいときには、ばね１３がシャフト１２を前方に移動させる力がより大きくなるため、ドローン１を大きな力で押し戻すことができるので、シャフト１２以外のドローン１の部材が風力発電機２０に接触することを抑制できる。また、ばね１３によって電極１５Ａをレセプタ２３に適切な力で押し付けることができるため、導通検査を容易且つ高精度に実施することが可能となる。
＜第２実施形態＞
　図１１は、第２実施形態に係るプローブ機構１０００の概略構成の一例を示した図である。本実施形態に係るプローブ機構１０００は、２つのシャフト１００１、２つの案内１００２、移動側フレーム１００３、固定側フレーム１００４、マウント１００５、センサ１００６、２つのばね１００７、及び、導線１００８を備えている。プローブ機構１０００は、第１実施形態で説明したロッド１４０の先端部に取り付けられる。
　ロッド１４０にプローブ機構１０００を取り付けるときには、ロッド１４０の先端部にマウント１００５を固定する。もしくは、ロッド１４０と固定側フレーム１００４とを固定してもよい。この固定は、第１実施形態と同様にシャフト固定部材１４２を介して行う。また、マウント１００５の上面には、センサ１００６が固定されている。センサ１００６は、第１実施形態で説明したレーザセンサ１５１、及び、カメラ１５２である。また、マウント１００５には、固定側フレーム１００４が固定されている。固定側フレーム１００４は、円筒形に形成されており、ロッド１４０に直交する方向であって左右方向に延びている。ただし、固定側フレーム１００４は板状などでもよく、円筒形状に限定しない。固定側フレーム１００４の両端には夫々案内１００２が設けられている。案内１００２は、第１実施形態で説明した案内１６と同様に、シャフト１００１を前後方向に進退可能に支持している。２つのシャフト１００１は、その中心軸がロッド１４０の中心軸と平行となるように配置される。また、２つのシャフト１００１は、ロッド１４０の右側及び左側に等距離に離間して配置される。
　２つのシャフト１００１の後端は、移動側フレーム１００３を介して接続されている。移動側フレーム１００３は、固定側フレーム１００４と平行に配置されている円筒形の部材である。移動側フレーム１００３の両端には、夫々、異なるばね１００７の一端側が接続されている。ばね１００７は、引張ばねであり、夫々のばね１００７の他端はマウント１００５に接続されている。２つのシャフト１００１の先端の間には、導線１００８が張られている。導線１００８は、第１実施形態における電極１５Ａと同様に、レセプタ２３の導通を検査するときにレセプタ２３に押し付けられる。導線１００８にはワイヤ３０の一端が接続され、このワイヤ３０の他端は地上に配置される点検装置３１に接続される。
　図１２は、第２実施形態に係るプローブ機構１０００を上側から見た図であって、シャフト１００１及び導線１００８が対象物に接触する前の状態を示した図である。この状態では、ばね１００７は、シャフト１００１及びロッド１４０に直交するように左右方向に配置されている。一方、図１３は、第２実施形態に係るプローブ機構１０００を上側から見た図であって、シャフト１００１又は導線１００８が対象物に接触した後の状態を示した図である。シャフト１００１又は導線１００８が対象物に接触すると、シャフト１００１及び移動側フレーム１００３が、マウント１００５に対して相対的に後退する。これにより、ばね１００７が引張されると共に、ばね１００７のシャフト１００１に対する角度が変化する。このばね１００７の角度の変化により、シャフト１００１を前方に押し出す力が発生する。したがって、シャフト１００１及び導線１００８を対象物に押し付けることができる。
　以上説明したように第２実施形態によるプローブ機構１０００によれば、第１実施形態と同様の効果を発揮すると共に、導線１００８によって風力発電機２０を点検することができるため、例えドローン１の位置が左右方向にずれたとしても、導線１００８とレセプタ２３との接触を維持することができる。
＜第３実施形態＞
　図１４は、第３実施形態に係るプローブ機構１１００の概略構成の一例を示した図である。本実施形態に係るプローブ機構１１００は、４つのシャフト１１０１、４つの案内１１０２、移動側フレーム１１０３、固定側フレーム１１０４、マウント１１０５、センサ１１０６、４つのばね１1０７、及び、複数の導線１１０８を備えている。プローブ機構１１００は、第１実施形態で説明したロッド１４０の先端部に取り付けられる。
　４つのシャフト１１０１は、ロッド１４０と平行となるように、上下方向及び左右方向にずらして配置される。なお、マウント１１０５よりも上側には２つのシャフト１１０１が配置されており、左側のシャフト１１０１を第一シャフト１１０１Ａ、右側のシャフト１１０１を第二シャフト１１０１Ｂとする。また、マウント１１０５よりも下側には２つのシャフト１１０１が配置されており、右側のシャフト１１０１を第三シャフト１１０１Ｃ、左側のシャフト１１０１を第四シャフト１１０１Ｄとする。第一シャフト１１０１Ａ及び第二シャフト１１０１Ｂを含む平面は、水平面となる。同様に、第三シャフト１１０１Ｃ及び第四シャフト１１０１Ｄを含む平面は、水平面となる。また、第一シャフト１１０１Ａ及び第三シャフト１１０１Ｃを含む平面は、水平面に直交している。同様に第二シャフト１１０１Ｂ及び第四シャフト１１０１Ｄを含む平面は、水平面に直交している。各シャフト１１０１の前後方向の長さは同じである。
　全てのシャフト１１０１は、後端部において移動側フレーム１１０３を介して接続されている。また、全てのシャフト１１０１は、案内１１０２を介して固定側フレーム１１０４に支持されている。案内１１０２は、シャフト１１０１を前後方向に進退可能に支持している。移動側フレーム１１０３及び固定側フレーム１１０４は、夫々複数の円筒形の部材を接続することで形成されている。ただし、部材の形状は板状などでもよく、円筒形に限定しない。
　固定側フレーム１１０４にはマウント１１０５が固定されている。マウント１１０５には、センサ１１０６が取り付けられている。また、マウント１１０５には、４つのばね１１０７の一端側が接続されており、各ばね１１０７の他端側は夫々移動側フレーム１１０３の上下左右の四隅に接続されている。ばね１１０７は、マウント１１０５を中心として放射状に配置されている。ばね１１０７は、引張ばねである。また、移動側フレーム１１０３の四隅には、各シャフト１１０１の後端部が接続されている。
　４つのシャフト１１０１の先端の間には、導線１１０８が張られている。導線１１０８は、例えば、第一シャフト１１０１Ａと第二シャフト１１０１Ｂとの間、第一シャフト１１０１Ａと第四シャフト１１０１Ｄとの間、第二シャフト１１０１Ｂと第三シャフト１１０１Ｃとの間、及び、第三シャフト１１０１Ｃと第四シャフト１１０１Ｄとの間に張られている。導線１１０８は、第１実施形態における電極１５Ａと同様に、レセプタ２３の導通を検査するときにレセプタ２３に押し付けられる。導線１１０８にはワイヤ３０の一端が接続され、このワイヤ３０の他端は地上に配置される点検装置３１に接続される。また、センサ１１０６の動作を阻害しない性質・形状であれば導線１１０８は目の粗いメッシュや透明な電極など、広範囲を覆い導通の確認が取れる部材で置き換えてもよい。
　プローブ機構１１００は、シャフト１１０１及び導線１１０８が対象物に接触する前は、４つのばね１１０７が同一平面上に配置されている。この平面は、シャフト１１０１と直交する面である。一方、シャフト１１０１及び導線１１０８が対象物に接触すると、シャフト１１０１及び移動側フレーム１１０３がマウント１１０５に対して後方に相対的に移動する。この移動により、ばね１１０７が引張されると共に、シャフト１１０１に対するばね１１０７の角度が変化することで、ばね１１０７の弾性力の一部がシャフト１１０１を前方に押し出す力となる。この力により、シャフト１１０１又は導線１１０８を対象物に押し付けることができる。
　以上説明したように本実施形態によるプローブ機構１１００によれば、第１実施形態と同様の効果を発揮すると共に、導線１１０８によって風力発電機２０を点検することができるため、例えドローン１の位置が上下方向または左右方向にずれたとしても、導線１１０８とレセプタ２３との接触を維持することができる。
＜その他の実施形態＞
　上記実施形態では、風力発電機２０の導通検査を行うドローン１について説明したが、例えば、シャフト１２の先端に検知部１５以外の他のエンドエフェクタを取り付けることにより、他の検査または作業をすることもできる。また、上記実施形態では、浮遊する移動体の一例として、飛行するドローン１を例に挙げて説明したが、これに限らず、例えば、水面に浮かびながら移動する移動体、水中に潜りながら移動する移動体など、地面に接していない移動体に適用することもできる。また、第１実施形態では、アーム１１を水平方向に配置しているが、これに限らず、垂直方向に配置してもよく、斜め方向に配置してもよい。シャフト１２ついても水平方向に配置する必要は必ずしもない。また、ばね１３は、複数のばねを直列に連結したものであってもよい。この場合、ばね定数が異なるばねを連結してもよい。また、複数のばねを並列に配置してもよい。
１・・・ドローン、１０・・・プローブ機構、１１・・・アーム、１２・・・シャフト、１３・・・ばね、１４・・・ばね接続部、１５・・・検知部、１６・・・案内
 

Claims (6)

  1. 　ばねの一端が接続される基材と、
    　前記ばねの他端が接続されるシャフトであって、対象物に接触したときに前記基材に対して前記シャフトの中心軸方向に相対的に移動するシャフトと、
    　を備え、
    　前記ばねの中心軸が、前記シャフトの中心軸に対して角度を有するように、前記ばねが配置される、
    　浮遊する移動体。
  2. 　前記ばねは、引張ばねであり、
    　前記シャフトが前記対象物に接触した後は、前記基材が前記対象物に近付くほど、前記ばねの中心軸と前記シャフトの中心軸とのなす角が小さくなるように、前記ばねが配置される、
    　請求項１に記載の浮遊する移動体。
  3. 　前記基材は、前記シャフトを中心軸方向に移動可能に支持する案内を備え、
    　前記ばねの前記他端は、前記案内よりも、前記シャフトが前記対象物に接触したときに前記基材に対して相対的に移動する方向側に接続される、
    　請求項１または２に記載の浮遊する移動体。
  4. 　前記シャフトが前記対象物に接触する前は、前記ばねの中心軸が、前記シャフトの中心軸と直交するように、前記ばねが配置される、
    　請求項１または２に記載の浮遊する移動体。
  5. 　前記シャフトが前記対象物に接触した後において、前記シャフトの移動量が目標移動量よりも小さいときには、前記シャフトの移動量の増加量に対する反力の増加量の比が所定値未満となり、前記シャフトの移動量が前記目標移動量よりも大きいときには、前記シャフトの移動量の増加量に対する反力の増加量の比が所定値よりも大きくなるように、前記ばねが配置される、
    　請求項１または２に記載の浮遊する移動体。
  6. 　引張ばねの一端が接続される基材と、
    　前記引張ばねの他端が接続されるシャフトであって、対象物に接触したときに前記基材に対して前記シャフトの中心軸方向に相対的に移動するシャフトと、
    　を備え、
    　前記基材は、前記シャフトを中心軸方向に移動可能に支持する案内を備え、
    　前記引張ばねの前記他端は、前記案内よりも、前記シャフトが前記対象物に接触したときに前記基材に対して相対的に移動する方向側に接続され、
    　前記引張ばねが、
    　　前記シャフトが前記対象物に接触する前は、前記引張ばねの中心軸が、前記シャフトの中心軸と直交するように、
    　　前記シャフトが前記対象物に接触した後は、前記基材が前記対象物に近付くほど、前記引張ばねの中心軸と前記シャフトの中心軸とのなす角が小さくなるように、
    　配置される、
    　プローブ機構。
     
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