(57)【要約】    【課題】  たとえば台風の直後等の悪天候下、機体の向きやロータブレードの回転面の傾き等、ラジコンヘリのホバリング姿勢が風向き等によって厳しく制限される状況においても対象を的確に撮像することができる、ラジコンヘリによる空撮装置を提供すること。【解決手段】  ラジコンヘリコプタに、少なくとも該ヘリコプタを遠隔操縦するための制御装置（ＰＣ）、撮像装置、ＧＰＳ用アンテナ、無線通信装置、バッテリ、およびジャイロスコープを搭載したライフライン等の施設の被災、損傷、劣化状況の空撮装置であって、ラジコンヘリコプタの飛行方向（Ｘ軸）に垂直かつ鉛直方向（Ｚ軸）の軸心回りに３６０°回転自在なスキッドと、該スキッドに搭載され、Ｘ軸に垂直かつ水平方向（Ｙ軸）の軸心回りに回転自在な前記撮像装置の配設用台座を設けてなる。【選択図】  図１
2010006089.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラジコンヘリコプタに、少なくとも該ヘリコプタを遠隔操縦するための制御装置（ＰＣ）、撮像装置、ＧＰＳ用アンテナ、無線通信装置、バッテリ、およびジャイロスコープを搭載したライフライン等の施設の被災、損傷、劣化状況の空撮装置であって、前記ラジコンヘリコプタの飛行方向（Ｘ軸）に垂直かつ鉛直方向（Ｚ軸）の軸心回りに３６０°回転自在なスキッドと、該スキッドに搭載され、Ｘ軸に垂直かつ水平方向（Ｙ軸）の軸心回りに回転自在な前記撮像装置の配設用台座を設けてなるライフライン等の施設の被災、損傷、劣化状況の空撮装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠隔制御（remote control）或いは自律制御（automatic control）によって飛行する無線操縦ヘリコプタ（radio controlled helicopter、以下、ラジコンヘリと略称する。）によって、台風、地震等の天災に起因する、ライフラインたとえば送電系統等の送電線、電柱、碍子等施設の被災、損傷状況或いは経年変化による送電線、碍子等の劣化状況を、無人のラジコンヘリによって撮像し、これを無線ＬＡＮにより地上基地局へ画像を伝送するライフライン等の施設の被災、損傷、劣化状況の空撮装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地震、台風、津波などの災害発生時、送電系統等ライフラインを確保するために、送電線、電柱、碍子等施設の被災、損傷状況の迅速な把握が必要となる。従来、たとえば送電系統にあって、山間地や離島など直接に近づくことが困難な被災現場における倒壊電柱等の損傷状況を、有人ヘリコプタによって確認している。有人ヘリコプタによる被災状況等の確認には飛行高度、天候（風速など）による制約があり、必ずしも状況を的確に捉えることができない問題がある。そこで、これら制約を可及的に排除できる、ライフライン等施設の被災状況の画像情報収集手段が望まれている。
【０００３】
このような要請に応えるものとして、無人飛行体に、カメラと、カメラから出力される映像データを記録する手段を装備した空撮装置であって、飛行中に機体と撮影対象間の距離を測定し、その結果からカメラのズーム倍率を決定して対象を撮影しまた、カメラを上下又は左右に変化させながら対象の映像データを取り込むようにした空撮方法及び装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−０２７４４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に開示の無人飛行体を利用した空撮装置は、予め設定された所定のルートで無人飛行体を飛行せしめる自律飛行装置と、ＧＰＳ信号から飛行中の位置を特定する飛行位置特定手段と、機体と撮影対象間の距離を測定する測距手段と、カメラのアングル、ズーム倍率、撮影開始及び終了などを制御するカメラ制御手段と、撮影の開始位置、カメラのアングル、撮影開始位置から対象までの距離、カメラのズーム倍率、撮影終了位置などの撮影条件情報の記録手段、撮影開始位置で測距手段を制御して機体と対象間の距離を測定する実距離測定手段と、測定された対象までの実距離と撮影条件情報に記録されている対象までの距離との差からカメラフレーム内で被写体が所定の大きさとなるようにカメラのズーム倍率を算出し、算出されたズーム倍率に前記撮影条件を更新する手段と、前記撮影条件情報に基づき前記各手段を制御する撮影処理制御手段とを機体に備えた構成となっている。
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に開示の無人飛行体を利用した空撮装置は、特許文献１における図１に示されているように、カメラはヘリコプタの前端部に配置されており、たとえば台風の直後等の悪天候下、機体の向きやロータブレードの回転面の傾き等、ラジコンヘリのホバリング姿勢が風向き等によって厳しく制限される状況にあって、たとえば飛行体の後ろ向きの方向に対象がある場合に、対象を所望の角度、距離から的確に撮像することができない問題がある。
【０００６】
本発明は、上記のような状況においても対象を的確に撮像することができる、ラジコンヘリによる空撮装置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】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明は、ラジコンヘリコプタに、少なくとも該ヘリコプタを遠隔操縦するための制御装置（ＰＣ）、撮像装置、ＧＰＳ用アンテナ、無線通信装置、バッテリ、およびジャイロスコープを搭載したライフライン等の施設の被災、損傷、劣化状況の空撮装置であって、前記ラジコンヘリコプタの飛行方向（Ｘ軸）に垂直かつ鉛直方向（Ｚ軸）の軸心回りに３６０°回転自在なスキッドと、該スキッドに搭載され、Ｘ軸に垂直かつ水平方向（Ｙ軸）の軸心回りに回転自在な前記撮像装置の配設用台座を設けてなるライフライン等の施設の被災、損傷、劣化状況の空撮装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、撮像手段はラジコンヘリの進行方向（Ｘ軸）に垂直な上下方向（Ｚ軸）回りに３６０°、Ｘ軸に垂直な水平方向（Ｙ軸）回りに３６０°回転することができるから、たとえば台風の直後等の悪天候下、機体の向きやロータブレードの回転面の傾き等、ラジコンヘリのホバリング姿勢が風向き等によって厳しく制限される状況にあっても、ラジコンヘリの機体の姿勢とは独立に、対象をあらゆる角度から的確に捉えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の空撮装置は、ラジコンヘリに、少なくとも１台の小型ＰＣ（飛行制御、撮像制御、無線通信制御用、飛行データ、撮像データ収集用）、撮像装置（ビデオカメラ）、ＧＰＳ（global positioning system）アンテナ、ジャイロスコープ、無線通信装置、バッテリを搭載したものである。本発明においては、撮像装置が、ラジコンヘリの機体下部のスキッドに搭載されている。前記スキッドは、ラジコンヘリの飛行（進行）方向（Ｘ軸）に垂直な上下方向（Ｚ軸）回りに３６０°回転自在に構成される。而してスキッドは、機体下部のフレームに固設されているサーボモータによって、Ｚ軸回りに回転駆動される。
【００１０】
一方、スキッドには、撮像装置を搭載するフレームがＯリングを介して吊下されており、このＯリングによるサスペンション機構によって、ラジコンヘリの振動の撮像装置への伝播を吸収し撮像画面のぶれを小さくしている。
【００１１】
撮像装置（ビデオカメラ）を搭載するフレームとして、ラジコンヘリの進行方向正面視、溝形の撮像装置搭載用フレームがラジコンヘリ進行方向（Ｘ軸）に垂直かつ水平方向即ちＹ軸回りに回転自在にスキッドのフレームに枢支されている。而して撮像装置搭載用フレームはたとえばサーボモータによってタイミングベルトを介してＹ軸回りに回転駆動される。
【実施例１】
【００１２】
以下、本発明をその一実施例に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明のライフライン等の施設の被災、損傷、劣化状況の空撮装置におけるラジコンヘリを示す模式図、図２は、スキッドおよび撮像装置の配設状況を示す正面図、図３は、撮像装置を搭載するフレームがＯリングを介して吊下されている模様を示す平面図、図４はその側面図、図５は、ラジコンヘリの無線操縦制御システムを示すブロックダイアグラム、図６は、ラジコンヘリの無線操縦制御およびスキッドのＹ軸回りの回転角（θ）およびＺ軸回りの回転角（ψ）の制御法を示すブロックダイアグラムである。
【００１３】
図１において、１はラジコンヘリの機体、２はメインロータ、３はテールロータ、４はスキッド、５はビデオカメラ、６はジャイロユニットである。ラジコンヘリは、メインロータ２のブレードのピッチ角をメインロータの回転角に対応させて変えることによって、メインロータブレードの回転面の傾斜を変化させて浮上、前後進、左右進せしめられる。テールロータ３は、メインロータ２の反力で機体１がＺ軸回りに回転するのを防止すべく機能するとともに、機首を左右方向に変化させるべく機能する。
【００１４】
ジャイロユニット６は、機体１の進行方向（Ｘ軸）が所期の方向からずれているときの角度（ヨー角）を検出すべく機能する。機体１のＸ軸方向が所期の方向からずれている角度偏差があるとき、この偏差を零にすべくテールロータ３のブレードの傾き（テールロータ３の回転軸心に垂直な面とのなす角）を変えることによって、テールロータ３の回転軸心方向の推力を変化させて、ヨー角を制御する。
【００１５】
図２において、４０はフレームであって、機体１の下部に固設されている。４はスキッドであり、この実施例においては、フレーム４０にベアリングを介して回転自在に吊下されている。スキッド４の頂部にはウォームホイール４２が固設されており、図示しないウォームと噛合している。而してウォームは、フレーム４０に配設されている、図示しないサーボモータによって回転駆動され、これによってスキッド４はＺ軸回りに所期の角度だけ回転する。
【００１６】
図３および図４において、５は撮像装置（ビデオカメラ）、５１はフレームであって、Ｏリング６０を介してスキッド４に吊下されている。このＯリングによる吊下によって機体１からの振動を吸収し、撮像装置（ビデオカメラ）５の振動を小ならしめる。Ｏリング６０はフレーム５１（平面四角形）の各角隅部における突起６２（断面円形の有溝）およびスキッド４のフレーム（平面四角形）の各角隅部における突起６１（断面円形の有溝）にタイトに巻回されている。
【００１７】
図２において、５２は撮像装置（ビデオカメラ）搭載用フレームであり、フレーム５１に枢支されていて機体１の前後からみて溝形を呈しており、フレーム５１に枢支されている支点を回転中心としてＹ軸回りに回転自在である。撮像装置（ビデオカメラ）５はこの撮像装置（ビデオカメラ）搭載用フレーム５２の幅方向（Ｙ軸方向）中央部に配設されている台座に固定される。
【００１８】
５４は撮像装置（ビデオカメラ）搭載用フレーム駆動プーリ、５５はタイミングベルトである。５６はサーボモータであって、撮像装置（ビデオカメラ）搭載用フレーム５２とフレーム５１の支点における枢軸に固設されている撮像装置（ビデオカメラ）搭載用フレーム駆動プーリ５４を、タイミングベルト５５を介して回転駆動する。叙上の構成によって、撮像装置（ビデオカメラ）５はＹ軸回りにθを３６０°、Ｚ軸回りにψを３６０°変化させることができ、ラジコンヘリの飛行或いはホバリング姿勢とは独立に所望の方向、距離で対象を撮像できる。撮像装置（ビデオカメラ）５と撮像対象間の距離の測定は、それ自体周知のレーザ測距装置によって行う。
【００１９】
図５に、ラジコンヘリの遠隔無線操縦システムを示す。ＧＰＳによってラジコンヘリの絶対位置を検出し、目標位置までの相対位置をレーザ等によって検出してその検出信号に基づいてメインロータ２を制御する。一方、ジャイロユニット６によって機体１のヨー角を検出し、その検出結果に基づいて、テールロタブレードの傾きを変えテールロータ３の回転軸方向の推力を操作パラメータとしてヨー角の制御を行う。本発明においては、プロポと呼ばれる、手動の操縦装置によるラジコンヘリの遠隔無線操縦を行うこともできる。
【００２０】
本発明においては、ＧＰＳ、電子地図を利用して、ラジコンヘリの自律飛行制御を行うこともできる。また、環境に関するセンサを搭載し、通信システムを介して遠隔地へ検知した環境情報を伝送することもできる。さらに、火災などの状況を撮像装置で捉え、搭載している消化剤等を遠隔操作によって投下するように構成することもできる。
【００２１】
本発明においては、データ収集シテム、無線伝送システムもラジコンヘリに搭載される。データ収集シテムは、飛行データ、位置情報データ、画像情報などを収集するクライアントサーバである。無線伝送システムは、動画をＳＤＨＣメモリに記録するとともに、ＮＴＳＣ（アナログビデオ）信号として出力する。このＮＴＳＣ信号をネットワークビデオサーバユニットに入力することで、動画情報をインタネットプロトコルで取り扱い可能な信号に変換する。さらに、この信号を長距離無線ＬＡＮ（ラジコンヘリ搭載側）からリアルタイムの動画情報として送信し、地上側サーバの無線ＬＡＮユニットで受信する。
【００２２】
図６に、ラジコンヘリの無線操縦制御およびスキッドのＹ軸回りの回転角（θ）およびＺ軸回りの回転角（ψ）の制御法を示すブロックダイアグラムを示す。メインロータ２、テールロータ３を操作端とする制御は、機体１のＸ、Ｙ、Ｚにおける位置をＧＰＳ、レーザ測距装置によって検出し、その偏差をＰＩＤ（比例積分微分制御）によって線形計画法あるいは非線形計画法で操作端を作動させることによって行われる。また、スキッド４１のＺ軸回りの回転角（ψ）、Ｙ軸回りの回転角（θ）も、偏差をＰＩＤ（比例積分微分制御）によって線形計画法あるいは非線形計画法で操作端を作動させることによって行われる。
【００２３】
図７に、本発明のラジコンヘリの飛行制御、撮像制御、通信システム、地図データ提供サービスシステムと連動したラジコンヘリの飛行、撮像制御のための地上管理システム、空撮装置の遠隔管理システムを統合したネットワークを示す。
地上管理システムにおける入力装置１１０によって入力された飛行指示、撮像指示は、地上管理システム側無線通信手段１０８からラジコンヘリ側無線通信手段１０５を経由してラジコンヘリに搭載されているコンピュータ（ＰＣ）１０２に送信され、該コンピュータ（ＰＣ）１０２からラジコンヘリおよび撮像装置５へ送信される。而して、ラジコンヘリの飛行および撮像装置５を地上管理システムから制御することができる。
【００２４】
地上管理システムにおけるコンピュータ（ＰＣ）１０７は、位置座標データ取得手段（ＧＰＳ）が取得した位置座標データをラジコンヘリに搭載されているコンピュータ（ＰＣ）と、ラジコンヘリ側無線通信手段１０５および地上管理システム側無線通信手段１０８を介して受信し、通信手段１１１と公衆通信網１１３を介して地図データサービス（Google map等）１１４へ送信する。
【００２５】
地図データサービス（Google map等）１１４は、送信された位置座標データを含む地図データおよび当該地図の範囲の航空写真または衛星写真を返信し、地上管理システムにおけるコンピュータ（ＰＣ）１０７がそれを受信し、当該地図の範囲の航空写真または衛星写真上に空撮装置に対する飛行軌跡、飛行指示、撮影完了範囲、動画像撮像指示範囲などを重畳させて地上管理システムにおける表示装置１０９に表示する。また、重畳された画面において、入力装置１１０を用いて新たな飛行指示または動画像撮像指示を入力することができる。
【００２６】
遠隔地に配置されたコンピュータ１１５は、位置座標データ取得手段１０３が取得した位置座標データ等を地上管理システム１１２および公衆通信網１１３ならびに通信手段１１６を介して地図データサービス（Google map等）１１４へ送信する。地図データサービス（Google map等）１１４は送信された位置座標データを含む地図データおよび当該地図の範囲の航空写真または衛星写真を返信し、遠隔地に配置されたコンピュータ１１５がそれを受信し、当該地図の範囲の航空写真または衛星写真上に空撮装置に対する飛行軌跡、飛行指示、撮影完了範囲、動画像撮像指示範囲などを重畳させて地上管理システムにおける表示装置１１７に表示する。また、重畳された画面において、入力装置１１８を用いて新たな飛行指示または動画像撮像指示を入力することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明のライフライン等の施設の被災、損傷、劣化状況の空撮装置におけるラジコンヘリを示す模式図
【図２】スキッドおよび撮像装置の配設状況を示す正面図
【図３】撮像装置を搭載するフレームがＯリングを介して吊下されている模様を示す平面図
【図４】撮像装置を搭載するフレームがＯリングを介して吊下されている模様を示す側面図
【図５】ラジコンヘリの無線操縦制御システムを示すブロックダイアグラム
【図６】ラジコンヘリの無線操縦制御およびスキッドのＹ軸回りの回転（θ）およびＺ軸回りの回転角（ψ）の制御法を示すブロックダイアグラム
【図７】本発明のラジコンヘリの飛行制御、撮像制御、通信システム、地図データ提供サービスシステムと連動したラジコンヘリの飛行、撮像制御のための地上管理システム、空撮装置の遠隔管理システムを統合したネットワークを示すブロックダイアグラム
【符号の説明】
【００２８】
１  機体
２  メインロータ
３  テールロータ
４  スキッド
５  撮像装置（ビデオカメラ）
６  ジャイロユニット
４０  フレーム
４２  ウォームホイール
５１  フレーム
５２  撮像装置（ビデオカメラ）搭載用フレーム
５３  支点
５４  撮像装置（ビデオカメラ）搭載用フレーム駆動プーリ
５５  タイミングベルト
５６  駆動用サーボモータ
６０  Ｏリング
６１  Ｏリング巻回突起（スキッド側）
６２  Ｏリング巻回突起（撮像装置（ビデオカメラ）搭載用フレーム側）
１０１  ラジコンヘリ
１０２  ラジコンヘリ搭載コンピュータ（ＰＣ）
１０３  位置座標データ取得手段
１０４  動画像取得手段
１０５  ラジコンヘリに搭載の無線通信手段
１０６  空撮装置
１０７  地上管理システムにおけるコンピュータ（ＰＣ）
１０８  地上管理システムにおける無線通信手段
１０９  地上管理システムにおける表示装置
１１０  地上管理システムにおける入力装置
１１１  地上管理システムにおける通信手段
１１２  地上管理システム
１１３  公衆通信網
１１４  地図データ提供サービス（Google map等）
１１５  遠隔管理システムに配置されたコンピュータ
１１６  遠隔管理システムにおける通信手段
１１７  遠隔管理システムにおける表示装置
１１８  遠隔管理システムにおける入力装置
１１９  ラジコンヘリ遠隔管理システム
【図１】
2010006089.tif 000003
【図２】
2010006089.tif 000004
【図３】
2010006089.tif 000005
【図４】
2010006089.tif 000006
【図５】
2010006089.tif 000007
【図６】
2010006089.tif 000008
【図７】
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