(57)【要約】      （修正有）【課題】障害物との衝突対策や落下時の破損軽減や第三者への安全性向上が図れる飛行体を提供する。【解決手段】複数のプロペラ及びモ−タとそれを制御するための主制御装置３０と補助制御装置３２と電源用蓄電池と衝突防止ガイド（カバ−）と遠隔操作型ジンバルと目視点検用カメラと画像無線機とそれを支持するためのフレ−ムで構成する。測距装置３１で対象物までの位置を自動計測し、所定の距離の範囲内となった場合自動的に補助制御装置の制御機能で機体衝突前に各ロ−タ−ごとの出力調整を自動で行い、機体を上下方向に移動させたり、傾斜させることにより飛行体を水平移動し、衝突を回避する。また、衝突の回避が遅れ衝突した場合は各ロ−タ−周辺部に装備されている衝突防止ガイド（カバ−）でプロペラ部を保護し、急激な落下防止や第三者との衝突時の安全性を向上させる。【選択図】図５
2014227166.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本装置は複数のプロペラ及びモ−タとそれを制御するための主制御装置と補助制御装置と電源用蓄電池と衝突防止ガイド（カバ−）と遠隔操作型ジンバルと目視点検用カメラと画像無線機とそれを支持するためのフレ−ムで構成される飛行体型目視点検装置である。
【請求項２】
請求項１に記載の飛行体型目視点検装置において、既存の無線によって遠隔操縦する飛行体に対し、補助制御装置を搭載することにより障害物への衝突を自動回避する制御手段を有することを特徴とする飛行体型目視点検装置。
【請求項３】
請求項１の飛行体型目視点検装置において、壁面や物体への直接的な衝突を緩和し、主要部品の破損を低減するためのプロペラ用の衝突防止ガイド（カバ−）を有することを特徴とする飛行体型目視点検装置。
【請求項４】
請求項１の飛行体型目視点検装置において、飛行体正面及び上面方向撮影可能なジンバルを有することを特徴とする飛行体型目視点検装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は橋梁やトンネル及びダムなどを遠隔操作により、離れた場所からカメラ画像を取得し、搭載されたカメラに動画あるいは静止画を記録・保存する装置を搭載し、カメラやモニタ−による目視点検機能を有する飛行体型点検装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】近年ラジコンを利用した遠隔操作可能な小形飛行体の開発が進んでいる。特に小形軽量のバッテリ−の開発により電動式のラジコン飛行体の滞空時間延長やマイコン等を活用した姿勢制御技術の進展により安定した遠隔操作による自動飛行が可能となっている。【０００３】多ロ−タ−型の小形飛行体の姿勢保持機能は電子ジャイロや加速度センサ−等の性能向上により、安定したホバ−リングが可能となっている。【０００４】ラジコンを利用した小形飛行体は近年ＧＰＳの位置情報を活用した自動飛行技術の向上により鉛直方向及び水平方向の位置保持が可能で、横風による移動に抵抗する機能を有する装置もある。また、自動飛行による移動経路の指定が可能となっている。【０００５】このような自動飛行型ロボットにおいて、自動飛行を実現するためには、ロボットの現在位置と姿勢を認識する自己位置・姿勢推定機能が不可欠であり、例えば自動飛行型ロボットが周囲状態を検知し、そのデータを基に自己位置を推定しながら、かつ、同時に地図を生成する方法が提案されている。この方法はＳＬＡＭ（Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ  Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｍａｐｐｉｎｇ）とよばれる技術で、ロボットが地図を生成しながら自己位置を推定していくことができるので、自動的に飛行する特徴を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−２５１６００
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】特開２００９−２９７４４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】これまで大河川や山間部の橋梁、構造が複雑な橋梁及び広幅員橋梁の目視点検は困難とされてきた。特に、従来手法の橋梁点検車では道路占用幅が大きく交通規制の必要があり道路交通の障害となっていた。また、足場工の設置では点検者の安全性や設置費用の問題があった。さらに、広幅員橋梁の桁下の目視点検では橋梁点検車ア−ムが不足するため適用困難な箇所もある。また、ダムなどの大型構造物の壁面の目視点検においても従来手法ではロ−プアクセスによる場合安全性と費用の問題がある。【０００９】従来のラジコン技術を活用した遠隔操作型小形飛行体（多ロ−タ−型飛行体）を構造物等の目視点検に使用する場合、その使用条件により操作性及び飛行体安定度が大きく低下する。例えば橋梁下面などではＧＰＳの直接的な受信が困難となり飛行体の高度及び水平方向の位置特定が出来ない。このことにより、ホバ−リング時の横移動防止機能が低下する。また橋梁下では気流の乱れが生じやすく手動操縦の操作性は低下する。【００１０】飛行体は屋外の広い空間内ではＧＰＳからの位置情報や高度情報が容易に得られるため、横風などの影響に対応した自動的な制御による位置の保持が期待できるが、橋梁の桁下やトンネル内等ではＧＰＳを直接受信が出来なくなるため、横風による影響により目視点検撮影時の飛行体の障害物との衝突対策や落下時の破損軽減や第三者への安全性向上が必要となる。【００１１】遠隔操作型の小形飛行体による点検撮影で鮮明な動画及び静止画を得るには高度保持と壁面からの距離を保持する機能が必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】従来の飛行体でＧＰＳ電波を直接受信できない箇所においては横風の影響を受けやすくなり周辺の障害物との衝突の可能性が高まる。このため、本発明の装置は複数のプロペラ及びモ−タとそれを制御するための主制御装置と補助制御装置と電源用蓄電池と衝突防止ガイド（カバ−）と遠隔操作型ジンバルと目視点検用カメラと画像無線機とそれを支持するためのフレ−ムで構成される飛行体型目視点検装置を用いることとする。【００１３】また、本飛行体に搭載した測距装置で対象物までの位置を自動計測し、所定の距離の範囲内となった場合自動的に補助制御装置の制御機能で機体衝突前に各ロ−タ−ごとの出力調整を自動で行い、機体を上下方向に移動させたり、傾斜させることにより飛行体を水平移動し、衝突を回避する。また、衝突の回避が遅れ衝突した場合は各ロ−タ−周辺部に装備されている衝突防止ガイド（カバ−）でプロペラ部を保護し、急激な落下防止や第三者との衝突時の安全性を向上させる。【００１４】本発明の補助制御装置は既存の無線によって操縦する飛行体に対し障害物に衝突するのを回避する手段を付加するものである。【００１５】受信機と主制御装置の間に測距装置を具えた補助制御装置を置くことで障害物を検知して飛行体に回避動作をさせる。【００１６】補助制御装置は受信機の出力である機体を上昇及び下降させるための制御信号を入力とする。【００１７】測距装置は超音波を発信し障害物に反射した超音波を受信することで距離を計測する。【００１８】測距装置は障害物との距離に応じた信号を生成するように構成されているものとする。【００１９】衝突防止ガイド（カバ−）は円形または矩形でプロペラと物体との衝撃を緩和し、プロペラ破損による直接的な落下や第三者との衝突時安全性を向上させる。【００２０】測距装置は可視光または不可視光を使用することができる。【００２１】補助制御装置は測距装置からの信号に応じて受信機から入力された制御信号の代わりとなる制御信号を生成し出力とする。【００２２】主制御装置は受信機及び補助制御装置からの出力に従ってモーターの制御をする。【００２３】主制御装置は補助制御装置からの出力をあたかも受信装置からの出力であるかのように入力信号として処理する。【００２４】補助制御装置を置くことにより主制御装置の詳細を知ることなく主制御装置の動作を変更することができる。【００２５】操縦者が機体を下降させているときは機体が機体の上方にある障害物に近づき衝突する虞はない。【００２６】受信機から出力される信号は一定周期の矩形波であり信号がＨＩＧＨの状態である時間によって機体を制御するものとする。【００２７】受信機から入力された機体を上昇または下降させるための信号が一定の値より大きい時または小さい時をもって機体が上昇中であるか下降中であるかを算定する。【００２８】機体が上昇中でかつ測距装置からの障害物との距離に応じた信号が一定の値より大きいか小さい場合に機体が下降する信号を生成する。【００２９】飛行体型目視点検装置において、飛行体正面及び上面方向撮影可能なジンバルを設けることで橋梁下面（桁下）や橋梁の支承部（支点部）及び下部工壁面の目視点検を容易なものとする。また、ダムなどの壁面の目視点検においても可変型ジンバルを使用することにより目視点検時の遠隔操作による撮影性能を向上させる。
【発明の効果】
【００３０】本発明の飛行体の衝突防止制御機能により、これまで困難とされてきた大河川や山間部の橋梁、構造が複雑な橋梁及び広幅員橋梁の目視点検が容易になる。特に、従来手法の橋梁点検車では交通規制の必要があり道路交通の障害となっていたが、そうした問題も大きく改善される。また、足場工の設置では点検者の安全性や足場設置費用の問題があったが、これも大幅なコスト削減が可能となる。さらに、広幅員橋梁の桁下の目視点検では橋梁点検車が適用困難な箇所もあるが、本発明の装置により点検困難箇所の低減も期待できる。【００３１】ダムの壁面の目視点検は従来はロ−プアクセスにより人力で実施されており、常に安全性の問題や点検費用の問題があったが、本システムの採用により、安全性の向上と点検費用の低減が可能になる。【００３２】トンネル内の点検では壁面からの距離保持や衝突防止機能により、高所作業車や梯子等を使用することなく簡単に目視点検が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の飛行体型目視点検装置の平面図である。（実施例１）
【図２】本発明の飛行体型目視点検装置の側断面図である。（実施例１）
【図３】本発明の飛行体型目視点検装置の衝突防止ガイドフレ−ムの平面詳細図である。（実施例１）
【図４】本発明の飛行体型目視点検装置の衝突防止ガイドフレ−ムの側断面詳細図である。（実施例１）
【図５】本発明の飛行体型目視点検装置に搭載されている補助制御装置のブロック図である。
【図６】本発明の飛行体型目視点検装置の上昇中の障害物に対する補助制御装置の衝突防止のためのフロ−チャ−ト図である。
【図７】本発明の飛行体型目視点検装置に搭載されている受信機と主制御装置間の補助制御装置の割り込み処理のためのフロ−チャ−ト図である。
【図８】本発明の飛行体型目視点検装置に搭載されている補助制御装置のパルス図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】本装置は図１の平面図及び図２の側断面図に示されている多くのプロペラ３を有し、中央制御部７に搭載されている主制御装置３０の飛行制御により自動的に姿勢を保持するための回転制御を行うことが可能でラジコン無線による遠隔操作可能な装置である。本装置には図１の遠隔操作可能なジンバル６や補助制御装置３２とそれに搭載可能なカメラで構成されている。また、さらにプロペラ衝突防止用ガイド４を設置する。
【００３５】本発明の補助制御装置は既存の無線によって操縦する飛行体型目視点検装置に対し障害物に衝突するのを回避する手段を付加するものである。
【００３６】受信機３３と主制御装置３０の間に測距装置３１を具えた補助制御装置３２を置くことで障害物３８を検知して飛行体に回避動作をさせる。
【００３７】補助制御装置３２は受信機３３の出力である機体を上昇及び下降させるための制御信号３６を入力とする。
【００３８】測距装置３１は超音波３７を発信し障害物３８に反射した超音波を受信することで距離を計測する。
【００３９】測距装置３１は障害物３８との距離に応じた信号を生成するように構成されているものとする。
【００４０】測距装置３１は可視光または不可視光を使用することができる。
【００４１】補助制御装置３２は測距装置３１からの信号に応じて受信機３３から入力された制御信号の代わりとなる制御信号を生成し出力とする。
【００４２】主制御装置３０は受信機３３及び補助制御装置３２からの出力に従ってモーター１２の制御をする。
【００４３】主制御装置３０は補助制御装置３２からの出力をあたかも受信機からの出力であるかのように入力信号として処理する。
【００４４】補助制御装置３２を置くことにより主制御装置３０の詳細を知ることなく主制御装置３０の動作を変更することができる。
【００４５】操縦者が機体を下降させているときは機体が機体の上方にある障害物３８に近づき衝突する虞はない。
【００４６】受信機３３から出力される信号は一定周期の矩形波であり信号がＨＩＧＨの状態である時間によって機体を制御するものとする。
【００４７】受信機３３から入力された機体を上昇または下降させるための信号が一定の値より大きい時または小さい時をもって機体が上昇中であるか下降中であるかを算定する。
【００４８】機体が上昇中でかつ測距装置３１からの障害物３８との距離に応じた信号が一定の値より大きいか小さい場合に機体が下降する信号を生成する。
【００４９】ガイドフレ−ム４，２０は円形または矩形でプロペラ３と障害物３８の衝撃を緩和する構造及び材料とする。特に、プロペラ３とガイド２０が近接する場合は流体の入り口損失と出口損失が生じるため、流線型に配慮した断面形とする。また、ガイドフレ−ム固定部２１はガイドフレ−ム２０を支持する構造とする。
【実施例】
【００５０】本装置は橋梁の目視点検、ダムの壁面の目視点検、トンネルなどの壁面目視点検、災害時の被災状況調査用飛行ロボット等への利用が可能である。【００５１】橋梁の目視点検では大きな河川、山間部に架かる橋梁などの直接人が行くことが出来ない箇所への侵入や調査が可能で、さらに従来の橋梁点検車などが適用できない広幅員橋梁への適用が可能である。また、斜張橋、ア−チ橋等の高所の目視点検にも利用可能である。【００５２】ダムの壁面目視点検ではダムへ機体の前面及び背面及び上面のコンクリ−トまたは鋼材の劣化部の点検撮影を行う。【００５３】トンネルの壁面の目視点検ではトンネル内の壁面から距離を保持し、目視点検撮影を行うことが可能である。【００５４】災害時の被災状況調査では大型のヘリコプタ−の法規制により低空飛行できない箇所がある。しかし、本開発の装置では低空飛行が可能で、近接した高さからの撮影が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５５】本発明の飛行体型目視点検装置の補助制御装置は主制御装置の内部のソフトを書き換えることなく衝突防止などの制御機能を得ることが可能である。このため、従来の装置と異なり安価に既存の装置の改良が可能となる。図５では鉛直方向の衝突防止機能例を示しているが、各プロペラの回転を同様の手段で回転制御することにより、飛行体を傾斜させ水平方向の移動も可能とすることができる。このため、この原理を応用することで、水平方向の衝突防止機能を得ることが可能となる。このため、飛行体型目視点検装置以外のヘリコプタ−や球形飛行体への応用も可能である。
【符号の説明】
【００５６】１  飛翔体のメインフレ−ム
２  測距装置（側方）
３  プロペラ
４  プロペラ衝突防止ガイド（カバ−）
５  測距装置（鉛直方向）
６  ジンバル（撮影用カメラを含む）
７  中央制御部品格納部（主制御装置３０、測距装置３１、補助制御装置３２、受信機３３、画像無線機、バッテリ−、モ−タ−用アンプ）
８  制御部品用カバ−
９  プロペラ衝突防止ガイド（カバ−）用固定部
１０  測距装置取り付け部
１１  飛翔体脚部
１２  モ−タ−
２０  プロペラ衝突防止ガイド（カバ−）本体部
２１  プロペラ衝突防止ガイド（カバ−）固定部
３０  主制御装置
３１  測距装置（鉛直方向、側方）
３２  補助制御装置
３３  受信機
３４  主制御装置からの制御信号
３５  （モ−タ−１２）
３６  受信機からの制御信号
４０  開始
４１  初期化
４２  機体が上昇中でありかつ障害物との距離が指定された値より小さくなったことの判断
４３  機体を下降させる制御信号を生成する
５０  割り込み処理
５１  カウンタ−→パルスの幅
５２  出力信号をＬＯＷにする。
５３  ０→パルスの幅
５４  出力信号をＨＩＧＨにする
５５  リタ−ン
６０  パルス幅
６１  周期（約２０ミリ秒）
【図１】
2014227166.tif 000003
【図２】
2014227166.tif 000004
【図３】
2014227166.tif 000005
【図４】
2014227166.tif 000006
【図５】
2014227166.tif 000007
【図６】
2014227166.tif 000008
【図７】
2014227166.tif 000009
【図８】
2014227166.tif 000010