JP2019036269A - 無人小型飛行体の飛行制御方法、内部空間の状況及びその壁面状況の点検方法 - Google Patents

Abstract

【課題】煙突、トンネル等の内部空間に、ＧＰＳを利用しない方法で無人小型飛行体の位置確認しながら、無人小型飛行体を遠隔操縦飛行させる。また、この無人小型飛行体の飛行中に、前記内部空間の状況、その壁面の状況を点検して、点検作業のコストダウン、点検期間の短縮化を図る。【解決手段】煙突、トンネル等の内部空間１１０において、無人小型飛行体１Ａの飛行中にカメラ６で前方視界を撮影し、この飛行中、飛行高さの計測と、無人小型飛行体１Ａと内部空間１１０の横複数方向の壁面１２０との間隔の計測をする。カメラ撮影した撮像と各計測データは、無線によって無線操縦端末器１０に送信され、操縦者が手元のディスプレイ２１を見ながら無線操縦端末器１０を操作して、無人小型飛行体１Ａの飛行ができるようにする。【選択図】図６

Description

本発明は、煙突、トンネル等のＧＰＳ電波が捕捉されない内部空間に無人小型飛行体を無線操縦飛行させる無人小型飛行体の飛行制御方法と、
この飛行制御方法によって無人小型飛行体を飛行させながら、前記内部空間の状況及びその壁面状況を点検する、内部空間の状況及びその壁面状況の点検方法に関する。

無人小型飛行体の１種にマルチコプタがある。マルチコプタの無線による遠隔操縦では、ＧＰＳを利用した位置確認が行われる。
しかしながら、煙突、焼却炉、大径管路、トンネル、坑道、地下道、地下鉄駅構内、地下街、地下施設、大型ドーム施設、一部の建物内、等の内部空間においてはＧＰＳ電波が届かないため、マルチコプタを位置認しながら飛行させることが出来ない。

ところで、工場やゴミ焼却施設等の大型炉や煙突は、永年経過により、内壁の厚さが薄くなっている箇所、耐火材の一部脱落や亀裂等もあり、内壁に付着物がこびりついていることや、煙突事態に孔が開いていることもある。このため内壁の点検を定期的に行って、不具合な箇所があれば補修をする必要があり、煤煙物質等の付着物の除去もする必要がある。大型の下水道に例示される大径管路、トンネル、地下道等の内壁も、定期点検する必要がある。

従来、高い煙突、焼却炉等の内壁の点検は、点検作業者が煙突内や焼却炉内に吊り下げたゴンドラに乗って行っていた。大径管路、トンネル、地下道等の各内壁の点検は、高所作業車等を使って、点検者が点検位置まで移動していた。そして、不具合がある箇所があれば、その個所をカメラ撮影し、スプレー塗料でマーキングし、点検書類に記入していた。
しかしながら、このような点検は、作業に手間と時間と人手を要する。このため、点検作業コストが高くなり、点検作業に日数を要していた。

最近では、例えば特許文献１に例示される自走式探傷装置等も提案されている。
しかしながら、この装置は、点検現場までの運搬に時間と人手を要し、大径管路、トンネル、地下道、一部の建物の内壁の点検には使用できない。

本願発明者達は、カメラを搭載した無人小型飛行体を前記内部空間に飛行させて、内部空間の状況、及びその壁面状況を点検する方法を検討したが、ＧＰＳ電波が捕捉されない内部空間という環境下では、無人小型飛行体の飛行位置の確認ができないため、危険である。
また、内部空間の状況及びその壁面カメラ撮影しても、撮影した箇所の特定がしにくい、ということが判明した。

特開２０１３−２１０２９６号公報 特開２０１６−１０７８４３号公報

そこで、本願発明者達は、さらに鋭意検討を重ねた結果、ＧＰＳ電波が捕捉されない内部空間という環境下においても、無人小型飛行体の飛行高さと、無人小型飛行体と前記内部空間の壁面との間隔とが、それぞれ計測できれば、無線による遠隔操縦によって飛行させることできるという結論を得た。そして、繰り返しの試験飛行によって、安全に飛行させることができ、特に前記内部空間の状況及びその壁面状況の点検の時間が格段に早くなることを確認した。

本発明が解決しようとする課題は、煙突、焼却炉、大径管路、トンネル、坑道、地下道、地下鉄駅構内、地下街、地下施設、大型ドーム施設、一部の建物等の内部空間に、ＧＰＳを利用しない方法で無人小型飛行体の位置確認しながら、無人小型飛行体を遠隔操縦飛行させる、無人小型飛行体の飛行制御方法を提供することにある。
また、この無人小型飛行体の飛行中に、前記内部空間の状況、その壁面の状況を点検して、点検作業のコストダウン、点検期間の短縮化を図る、内部空間の状況及びその壁面状況の点検方法を提供することにある。

本発明は、無人小型飛行体の飛行制御方法と、煙突、トンネル等の内部空間における壁面状況の点検方法とがある。何れの方法も、前記内側空間に無人小型飛行体を無線で遠隔操縦して飛行させる点と、カメラ撮影する点と、ＧＰＳ以外の同じ技術で飛行位置の確認をする点とにおいて共通する。

請求項１に係る無人小型飛行体の飛行制御方法では、次の工程が実行される。
（１）煙突、焼却炉、大径管路、トンネル、坑道、地下道、地下鉄駅構内、地下街、地下施設、大型ドーム施設、一部の建物内、等のＧＰＳ電波が捕捉されない内部空間に、カメラを搭載した無人小型飛行体を前記内部空間の地面上に居る操縦者が操作する無線操縦端末器による無線信号によって遠隔操縦飛行させる。
（２）前記無人小型飛行体の前方は、該無人小型飛行体に搭載した照明下にある。
（３）この飛行中に、前記カメラによって前記無人小型飛行体の前方視界が撮影される。
（４）また、この飛行中に、飛行高さ計測手段による前記無人小型飛行体の飛行高さの計測と、前記無人小型飛行体に搭載した複数個の距離計測センサによる前記無人小型飛行体と前記内側空間の横複数方向の壁面との間隔の計測と、がされる。
（５）前記カメラが撮影した撮像と、前記各計測による各計測データは、無線によって前記無線操縦端末器に送信されて、該無線操縦端末器のディスプレイ及び／又は該無線操縦端末器に通信接続されたディスプレイに表示される。
（６）前記無人小型飛行体の遠隔操縦者は、前記撮像と前記各計測データが表示された前記２つのディスプレイの何れか及び／又は無人小型飛行体を見て、無人小型飛行体の飛行高さの確認と、前記壁面に接触させない横方向の位置確認をしながら、前記無人小型飛行体を安全に前記内部空間の所望の位置まで飛行させる制御をする。

本発明に係る無人小型飛行体の飛行制御方法（以下、本発明飛行制御方法と略称する。）は、ＧＰＳ電波が捕捉されない内部空間において、前記無人小型飛行体を地面上から無線で遠隔操縦して、安全に所望の位置に飛行させる方法である。
本発明飛行制御方法は、人が行くことが容易でないこれらの内部空間に、人に代わってこの無人小型飛行体を行かせる。また、人が行ける場合でも、人よりも早く行かせる。

前記無人小型飛行体は、ドローン、ＵＡＶとも称され、本発明飛行制御方法に最適な無人小型飛行体は、複数組のプロペラがある小型のマルチコプタである。
市販の小型マルチコプタは、低速飛行、上昇、空中停止、水平回転、旋回等が行えるため、前記内部空間の飛行に最適な機種であり、カメラを搭載する機能も標準装備されている。

請求項２においては、前記無人小型飛行体について、このマルチコプタに限定した。
このマルチコプタは、前記各プロペラが前記内部空間の壁面に接触するのを防止するガード枠材を備えている。
このガード枠材は、複数組のプロペラ全体を囲む図１に示す円形リング枠、又は、特表２０１６−５２２１１３号公報の図１〜図５に示すプロペラ毎に囲む連結円形リング枠である。更に、マルチコプタが天井に直接接触しないようにする、アーチ形状の枠材、又は、ドーム格子形状の枠材を前記無人小型飛行体の上方に設けてもよい。

請求項１に記載のカメラは、マルチコプタの前方を撮影するためにある。
このカメラは、マルチコプタのセンターフレームの下方に、横方向に向けて取り付けられており、上下回動方向の移動調整、横回動方向の移動調整が自在である。
これらの移動調整機能は、市販のマルチコプタの多くの機種が備える公知技術である。

このカメラによって撮影した撮像は、地面上側の無線操縦端末器のディスプレイ及び／又は該無線操縦端末器に通信接続されたディスプレイに表示される。
無線操縦端末器に通信接続されたディスプレイとは、例えば、ゴーグル型ディスプレイや、液晶ディスプレイを指す。
無線操縦端末器は、無人小型飛行体の無線による遠隔操縦用のコントローラの他、スマートフォンも含む。

本発明飛行制御方法は、ＧＰＳを利用しない方法で、高さ計測手段を用いた前記無人小型飛行体の飛行高さの計測（以下飛行高さ計測と略称する。）と、無人小型飛行体と前記内側空間の壁面との間隔の距離計測（以下、間隔の計測と略称する。）と、を行う。これらの計測は、無人小型飛行体の飛行中に行われ続けるようにしてもよく、間欠的に行われるようにしてもよい。

飛行高さの計測とその確認は、無人小型飛行体を所望の所に安全飛行させるために行う。また、前記カメラが前記内部空間及びその壁面のどの高さの辺りを撮影するのかを知るために行う。

飛行高さの計測は、具体的には、次の何れかの方法で行われる。

（ａ）煙突内、焼却炉内等に吊るした巻尺の目盛を、前記カメラ（標準搭載したカメラ、又は３６０°パノラマビューカメラ）で撮影し、これを前記ディスプレイで見て確認する方法。
標準搭載したカメラは９０°程度の視野角であるため、前記巻尺が撮影されない場合があり、この場合には、カメラの向きを横方向に回動させる、無人小型飛行体の向きを変える等して、巻尺が撮影されるようにする。

（ｂ）細径のワイヤーを巻き付けたリールを地面上に固定し、この細径のワイヤーの先端部を無人小型飛行体に接続して、この細径のワイヤーの繰り出した長さを測定して行う方法。
この長さの測定は、例えば、この細径のワイヤーに接触させたプーリーの回転数を回転数検知センサで検知して行う。
ワイヤーに目盛になる着色をしてもよい。
細径のワイヤーは、上昇させた無人小型飛行体（マルチコプタ）が煙突内、焼却炉内の上方から、不用意に飛び出すのを防止するためにも利用される。

（ｃ）前記無人小型飛行体に気圧センサを搭載して、離陸した地点からの気圧の変化量によって、前記無人小型飛行体の上昇、下降した高度を計測する方法。

（ｄ）地面上にレーザ距離センサを上向きに設置し、このレーザ距離センサから前記無人小型飛行体に向けて微弱レーザ光を出射して、距離計測する方法。
具体的に例示すると、高精度レーザ変位センサを用い、高精度レーザ変位センサから半導体レーザ光を無人小型飛行体に向けて投光して、三角測距方式で距離計測する。
高精度レーザ変位センサは、煙突、焼却炉等の高さがある距離も測定できる。
高精度レーザ変位センサは、市販品を用いることが可能である。

（ｅ）レーザ距離センサを前記無人小型飛行体に下向き姿勢で搭載して、地面上までの距離を計測する方法。このレーザ距離センサも、高精度レーザ変位センサで対応できる。

内部空間の壁面との間隔の距離計測とその確認は、前記無人小型飛行体（特にマルチコプタのプロペラ）が、常に壁面との距離を同じ間隔で行えるようにするために行う。
また、前記カメラ（前述の標準装備されるカメラ、３６０°パノラマビューカメラ）による撮影が、常に同じ間隔で行えるようにするために行う。
前記壁面は、周側壁、両側壁、前方壁、天井壁等である。例えば、前記内部空間が煙突内及び焼却炉内である場合、無人小型飛行体を煙突内及び焼却炉内の中心に沿って昇降させる過程で、内側の壁面を撮影することができる。

前記内部空間の壁面との間隔の計測は、複数個の距離計測センサを用いて行う。
具体的には、各距離計測センサを、無人小型飛行体の前記センターフレームの横１２０°毎の３個所、又は、横９０°毎の４個所に、夫々外方向に向けて搭載する。無人小型飛行体（マルチコプタ）を煙突内及び焼却炉内の中心に沿って上昇させることに限定すると、距離計測センサを横１２０°毎の３個所に搭載するだけで十分である。無人小型飛行体（マルチコプタ）を煙突及び焼却炉以外の内部空間に飛行させる場合も含めると、センサを横９０°毎の４個所に搭載する。このようにすると、無人小型飛行体の飛行位置が偏らない。各計測センサは、例えば、超音波式センサ、気圧センサ、光学式センサの何れかが用いられる超音波式センサの使用については、実施例において詳述する。

請求項１，２に記載の飛行制御方法は、例えば、次の目的で利用される。

（ａ）前記内部空間の様子のカメラ撮影。

（ｂ）前記内部空間における、ＣＯ，ＣＯ２、その他のガス、放射能等の濃度測定。
無人小型飛行体に搭載した濃度測定センサによる濃度測定データを順次メモリに記憶させる方法と、この濃度測定データを無線で地面上の端末装置に送信する方法とがあり、これらの何れか或いは双方で行われる。
濃度測定センサは、ＣＯ濃度測定センサ、ＣＯ２濃度測定センサ、放射能濃度測定センサのように、測定目的に見合った１又は複数個のセンサが選択される。濃度測定データは、カメラ撮影した撮像と共に或いは別途、前記ディスプレイに表示される。この表示は、数値表示の他、ソフトウエア処理により測定場所毎の一覧表による表示、グラフ表示、チャート表示、マッピング表示等に変換可能である。

（ｃ）前記内部空間に向けた物資の運搬、内部空間に置かれた物の持ち出し。
例えば、この内部空間がトンネル、地下道であって、人が居るこのトンネル、地下道、内で落盤、天井及び壁面の崩壊、交通事故、等の異常事態が発生した際に、すぐに救援者及び点検者等がこのトンネル、地下道、内に入ることが危険な場合もあることが想定される。
トンネル内、地下道内で異常事態が発生した場合、無人小型飛行体が救援者及び点検者隊に代わって救援物資をトンネル内、地下道内に搬送したり点検することが可能になる。救援物資は、小型照明器具、小型無線機、救命救護用品、誘導ロープ、食料、飲用水、消火用品等である。救命救護用品は、例えば、酸素マスク及び医療器具、医薬、医療用品等である。誘導ロープは、トンネル内、地下道内に居る人の誘導用の他、トンネル内、地下道内に居る人による排煙ダクト及び必要な物資の引き込み用等に使用される。

上記（ａ）（ｂ）（ｃ）に記載の利用方法を併用すると、更に有効な利用方法になる。

請求項３に係る内部空間の状況及びその壁面状況の点検方法では、次の工程が実行される。
（１）請求項１又は２に記載の無人小型飛行体の飛行制御方法によって該無人小型飛行体を前記内部空間に飛行させる。
（２）この飛行中に、前記カメラが撮影した前記内部空間の状況及びその壁面状況の撮像は、順次２Ｄ又は３Ｄにマッピングされる。
（３）このマッピングによって仮想的に区切られた各撮像に位置識別情報が自動付与されて、該カメラが備えるＲＡＭ媒体、又は前記無人小型飛行体側に接続したＲＡＭ媒体に記憶され、或いは、無線を通じて前記無線操縦端末器に送信される。
（４）無人小型飛行体の遠隔操縦者は、前記無線操縦端末器のディスプレイ又はパソコンのディスプレイに表示された前記内部空間の状況及びその壁面状況を見て、該内部空間の状況及びその壁面状況を点検する。

請求項３に係る点検方法は、前記内部空間に無人小型飛行体を飛行させ、この飛行中に前記内部空間の状況及びその壁面状況をカメラ撮影し、このカメラ撮影をしながら前記何れかのディスプレイを見て点検する方法と、カメラ撮影後に前記何れかのディスプレイを見て点検する方法とがあり、少なくとも後者の点検方法を行う。

前記マッピングと前記位置識別情報に付加は、カメラ撮影した箇所を特定するためにある。

請求項４に係る内部空間の状況及びその壁面状況の点検方法は、請求項３に記載の点検方法において、更に次の工程を含む。
（１）小型のマルチコプタを用いた煙突、焼却炉等の前記内部空間の壁面状況のカメラ撮影においては、前記マルチコプタを前記内部空間の上端近くまで上昇させた後の下降飛行させる過程で前記壁面状況を撮影する。
（２）該マルチコプタが地上近くまで達すると、再び上昇させる。
（３）そして、横方向の向きを変えた状態で再び行われる下降飛行させる過程で前記壁面状況を撮影する。
（４）これを繰り返して前記壁面を水平３６０°の範囲で撮影する。

請求項４に係る点検方法は、カメラ撮影を縦列方向に行う。
縦列方向のカメラ撮影は、動画撮影によって連続的に行ってもよく、カメラ視野角ごとに間欠的に行ってもよい。

このようにして水平３６０°の範囲をカメラ撮影すると、縦長の壁面撮像が複数本になり、複数本の壁面撮像は隣り合う部分の一部が重複した状態で撮影されている。
全撮影後の画像処理において行われる壁面撮像の接ぎ合わせ作業では、この重複した部分があることによって、正確な接ぎ合わせができ、接ぎ合わせが終えると、この重ね合された部分は削除される。

請求項５に係る内部空間の状況及びその壁面状況の点検方法は、請求項３に記載の点検方法において、更に次の工程が実行される。
（１）前記カメラは、水平方向の視野角が３６０°パノラマビューカメラが用いられる。
（２）小型のマルチコプタを用いた煙突、焼却炉等の内部空間の壁面状況の撮影においては、前記マルチコプタを前記内部空間の上端近くまで上昇させた後の下降飛行させる過程で前記壁面状況を水平３６０°の範囲で順次撮影する。

３６０°パノラマビューカメラは、市販品（例えば、株式会社ニコン製のＫｅｙＭｉｓｓｉｏｎ ３６０）が用いられる。３６０°のパノラマカメラで撮影した撮像も、マッピングされる。

請求項６に係る内部空間の状況及びその壁面状況の点検方法は、請求項３に記載の点検方法において、更に次の工程を含む。
（１）前記カメラは、前記無人小型飛行体に標準装備された飛行用カメラと、前記壁面状況を撮影して点検するために前記無人小型飛行体に搭載した、前記内部空間の状況及びその壁面状況の撮影のための点検用カメラとからなる。
（２）該点検用カメラで撮影された撮像が２次元マッピング又は３Ｄマッピングされる。
（３）無人小型飛行体の遠隔操縦者は、前記無線操縦端末器のディスプレイ又はパソコンのディスプレイにマッピング表示された前記内部空間の状況及びその壁面状況の撮像を見て、該壁面の状況を点検する。

請求項７に係る内部空間の状況及びその壁面状況の点検方法は、請求項６に記載の点検方法において、記点検用カメラは、水平方向の視野角が３６０°のパノラマビューカメラが用いられる。

３６０°パノラマビューカメラは、前述したものと同じものが用いられる。このパノラマカメラで撮影した撮像も、マッピングされる。

請求項１に係る無人小型飛行体の飛行制御方法によれば、ＧＰＳ電波が捕捉されない、煙突、焼却炉、大径管路、トンネル、坑道、地下道、地下鉄駅構内、地下街、地下施設、大型ドーム施設、一部の建物等の内部空間において、無人小型飛行体を位置確認しながら安全に遠隔操縦飛行させることができる。

請求項２に係る無人小型飛行体の飛行制御方法によれば、前記各プロペラを横方向から囲む位置にガード枠材を設けた結果、各プロペラを前記壁面に接触させる危険性がなく、安全に無人小型飛行体を飛行させることができる。

請求項３に係る内部空間の状況及びその壁面状況の点検方法によれば、ＧＰＳ電波が捕捉されない内部空間の状況、その壁面の状況の点検を、カメラを搭載した無人小型飛行体を飛行させて行うことができるため、点検作業の大幅なコストダウンになる。また、点検期間の短縮化を実現させる。

請求項４に係る内部空間の状況及びその壁面状況の点検方法によれば、無人小型飛行体に標準装備されるカメラを用いた水平３６０°の範囲の撮影が縦列ごとに行うことができる。

請求項５に係る内部空間の状況及びその壁面状況の点検方法によれば、煙突、焼却炉等の内部空間の壁面の撮影が３６０°パノラマビューカメラで行えるため、無人小型飛行体の１回の上昇飛行と下降飛行だけで行えるため、壁面状況の点検が更に早く行える。

請求項６に係る内部空間の状況及びその壁面状況の点検方法によれば、標準搭載した飛行用カメラと、前記内部空間の状況及びその壁面状況の撮影及び点検用のカメラを用いて行うため、内部空間に合わせた飛行と撮影が行える。

請求項７に係る内部空間の状況及びその壁面状況の点検方法によれば、更に、壁面状況の撮影及び点検用に３６０°パノラマビューカメラを用いため、無人小型飛行体の１回の上昇飛行と下降飛行だけで壁面状況の撮影と点検が更に早く行える。

（ａ）は本発明点検方法で用いるカメラを搭載した第１実施形態のマルチコプタを示した斜視図、（ｂ）はマルチコプタの無線操縦端末器を正面図、（ｃ）は同じく背面図。 第１実施形態のマルチコプタを煙突内に飛行させて壁面状況を点検する方法を示した正面断面図。 （ａ）は第１実施形態のマルチコプタを煙突内に飛行させて壁面状況を点検する方法を示した平面断面図、（ｂ）はマルチコプタと壁面との間の間隔を計測する距離センサの配置例を示した図、（ｃ）はマルチコプタの飛行経路を展開して示した図。 第１実施形態に係る無人小型飛行体の飛行制御及びカメラ撮像処理の構成を示すブロック図。 ３６０°パノラマビューカメラを搭載した第２実施形態のマルチコプタを示した斜視図。 第２実施形態のマルチコプタを煙突内に飛行させて壁面状況を点検する方法を示した正面断面図。 第２実施形態に係る無人小型飛行体の飛行制御及びカメラ撮像処理の構成を示すブロック図。 （ａ）は第２実施形態のマルチコプタをトンネル内に飛行させて壁面状況を点検する方法を示した正面断面図、（ｂ）はトンネル内の点検を示す側面断面図。

［第１実施形態のマルチコプタ１Ａ］
図１（ａ）は、第１実施形態マルチコプタ１Ａを示している。
無人小型飛行体の一形態であるマルチコプタ１Ａは、平面視六角形状のセンターフレーム２を有する。センターフレーム２から下方には脚部３，３が設けられ、センターフレーム２から横放射状に６本のフレームアーム４，４・・が突出している。各フレームアーム４，４・・の先端部には、モータＭ，Ｍ・・によって回転する６組のプロペラ５，５・・が位置している。センターフレーム２から下方には、ジンバル付きカメラホルダ（図示せず）を介して、カメラ６が横外向き姿勢で装着されている。プロペラ５，５・・の回転領域の外側には、プロペラ５，５‥が飛行周囲の壁面に接触するのを防止する大径リング状のガード枠材９が、マルチコプタ１に支持された状態で位置している。

［無線操縦端末器１０］
マルチコプタ１Ａの遠隔操縦は、図１（ｂ）に示す無線操縦端末器（コントローラ）１０を操作して行う。無線操縦端末器１０の本体ケース１１上には、飛行制御を行う２本のジョイスティック１２Ｌ，１２Ｒが設けられている。この実施形態による無線操縦端末器１０には、スマートフォン２０が支持されている。無線操縦端末器１０とスマートフォン２０とは、信号線（図示せず）によって信号接続されて、カメラ６による撮像はスマートフォン２０のディスプレイ２１に表示される。カメラ６が撮影した撮像は、スマートフォン２０内部のＲＡＭ媒体に、読出し可能に一時記憶できる。

図１（ｃ）に示すように、無線操縦端末器（コントローラ）１０の背面側には、フライトモードスイッチ１３、ビデオ録画ボタン１４、ジンバルボタン１５、シャッターボタン１６、再生ボタン１７、カメラ設定ダイヤル１８、ＵＳＢポート１９，１９が設けられている。ＵＳＢポート１９，１９には、カメラ撮影した撮像等を一時記憶させるＨＤＤなどが接続される。

［煙突１００内におけるマルチコプタ１Ａの飛行制御とカメラ撮影］
図２、図３（ａ）は、煙突１００の内部空間１１０においてマルチコプタ１Ａを位置決めしながら下降する途中の状態が示されている。マルチコプタ１Ａ側からのカメラ撮影は、マルチコプタ１Ａの下降中に行われ、壁面１２０の状態を撮影する。

カメラ撮影する前段階において、マルチコプタ１Ａを煙突１００の内部空間１１０の中心になる地面Ｇ上に置き、マルチコプタ１Ａの中心下方となる地面Ｇ上にレーザ距離センサ４０を上向きにして置く。この後、無線操縦端末器１０を操作してマルチコプタ１Ａを煙突１００の内部空間１１０の上部まで上昇させた後、マルチコプタ１Ａを下降させる。

マルチコプタ１Ａの上昇と下降は、マルチコプタ１Ａの飛行高さ計測と、マルチコプタ１Ａが内部空間１１０の壁面１２０に接触しないようにする横方向の間隔を計測（距離計測）しながら行う。

図２に示す事例におけるマルチコプタ１Ａの高さ計測には、レーザ距離センサ４０が用いられている。
レーザ距離センサ４０からマルチコプタ１Ａのセンターフレーム２下面に向けて投光したレーザ光は、反射光となってレーザ距離センサ４０に受光され、これによりマルチコプタ１Ａの飛行高さが三角測距方式で距離計測される。マルチコプタ１Ａの飛行高さを計測すると、カメラ撮影した壁面１２０の高さの位置が特定できる。飛行高さの計測データは、信号線又は無線或いは赤外線で無線操縦端末器１０に送信される。

図２、図３（ａ）に示すように、煙突１００及び焼却炉等の大径縦向き円筒体の壁面１２０と無人小型飛行体１Ａとの間隔の計測には、３個の距離センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３が用いられる。
図３（ａ）及び（ｂ）に示す実施形態によると、３個の距離センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３は、何れも無人小型飛行体のセンターフレーム２下面の横１２０°毎の３個所に、夫々外方向に向けて搭載されている。３個の距離センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３の搭載個所は，センターフレーム２下面に限定されず、センターフレーム２の側面、センターフレーム２の上面に搭載してもよい。３個の距離センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３をこの向きにすると、無人小型飛行体１Ａが水平回転方向のどの向きに変化しても、無人小型飛行体１Ａと壁面１２０との間隔の計測が正確に行える。

１台のカメラと、３個の距離センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３を搭載した無人小型飛行体１Ａの煙突１００内における飛行は、図３（ｃ）の飛行経路展開図に示すように、煙突内部の上端近くまで上昇をさせた後、そのまま下降させ、次及びそれ以降の上昇を終えた後は、無人小型飛行体１Ａの横方向の向きを変更させる飛行経路になる。
この飛行経路を採ると、煙突内部空間の全ての壁面をカメラ撮影することができる。無人小型飛行体１Ａの横方向の向きは、次の上昇をさせた後で行ってもよく、無人小型飛行体１Ａの降下を終えた後で行ってもよい。
カメラ撮影は、無人小型飛行体１Ａの上昇の過程で行うようにしてもよい。また、上昇と下降の双方の過程で行うようにしてもよい。

図４に示すブロック図によると、無線操縦端末器１０から無線で送られてくる飛行制御信号は、データ送受信部３９からモデム３７に伝えられ、更に各種スイッチ及びセンサ類、カメラ６等を制御するスイッチ機構３４からサーボ制御部３５を経てマルチコプタ本体各部３６を駆動させる。ここにいう本体各部にはプロペラを回転させるモータ、照明も含まれる。

距離センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３は信号処理部３０に信号接続されており、距離センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３により計測された計測データは、データ送受信部３９に至る。そして、無線信号で無線操縦端末器１０に送られる。小型のマルチコプタを用いた煙突、焼却炉等の前記内部空間の壁面状況のカメラ撮影においては、前記マルチコプタを前記内部空間の上端近くまで上昇させた後の下降飛行させる過程で前記壁面状況を撮影し、
該マルチコプタが地上近くまで達すると、再び上昇させ、
横方向の向きを変えた状態で再び行われる下降飛行させる過程で前記壁面状況を撮影し、
これを繰り返して前記壁面を水平３６０°の範囲で撮影する、請求項３に記載の内部空間の状況及びその壁面状況の点検方法カメラ６が撮影した撮像は、画像処理部３２において２次元又は３次元にマッピングされて、撮像送信部３３から無線信号で無線操縦端末器１０に送られる。

レーザ距離センサ４０で計測された飛行高さの計測データは、アンプ４１を通じて無線操縦端末器１０に送られる。

そして、カメラ撮影した撮像と、上記各計測データとが、ディスプレイ表示される。

［第２実施形態のマルチコプタ１Ｂ］
図５は、第２実施形態のマルチコプタ１Ｂを示している。第２実施形態のマルチコプタ１Ｂは、センターフレーム２の上面中央に、３６０°の視野角があるパノラマビューカメラ７が搭載されている。これ以外の形態は、図１（ａ）に示す第１実施形態の無人小型飛行体１Ａと同じであるため、同一符号を付すに留める。

［煙突１００内におけるマルチコプタ１Ａの飛行制御とカメラ撮影］
図６に示すように、第２実施形態の無人小型飛行体１Ｂは、ドーム型の３６０°パノラマビューカメラ７を搭載しているため、上昇の後の１回の降下で全ての壁面１１０がカメラ撮影できる利点がある。

図７に示すブロック図においては、飛行用のカメラ６と、３６０°パノラマビューカメラ７の双方がマッピング用の画像処理部３２に信号接続されているが、煙突の点検用に限定した場合には、飛行用のカメラ６と３６０°パノラマビューカメラ７とは、別経路の無線送受信となっており、３６０°パノラマビューカメラ７は、マッピング用の画像処理部３２から無線送信部３３に信号接続されて、パソコンに撮像が送信される。図示していないが、カメラ６にもマッピング用の別の画像処理部を信号接続させてもよい。

図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、３６０°パノラマビューカメラ７を搭載した無人小型飛行体１Ｂは、カメラ撮影する視野角が上方まで及ぶため、トンネル２００の内部空間２１０における状況、壁面の点検に各段の有用性と効果がある。

図示していないが、上述した各実施形態において、無人小型飛行体の飛行高さが所定高さを超えたとき、無人小型飛行体と壁面との間隔が所定距離を超えたときに、無線操縦端末器又は前述したスマートフォン或いはパソコンから信号音が発するようにしてもよい。

また、無線操縦端末器側のディスプレイに代えて、或いはこのディスプレイと併用して、無線操縦者が着用するゴーグル型ディスプレイによる撮像表示と位置情報の表示が行えるようにしてもよい。

本発明に係る無人小型飛行体の飛行制御方法と、内部空間の状況及びその壁面状況の点検方法は、建築構造物等の各種点検をする分野において利用される。

１Ａ （第１実施形態の）マルチコプタ（無人小型飛行体）
１Ｂ （第２実施形態の）マルチコプタ（無人小型飛行体）
５ プロペラ
６ カメラ
７ ３６０°パノラマビューカメラ
８ 支持アーム
９ ガード枠材
１０ 無線操縦端末器（コントローラ）
２０ スマートフォン
２１ ディスプレイ
４０ レーザ距離センサ
１００ 煙突
１１０ 内部空間
１２０ 壁面
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ 距離センサ

Claims (7)

1. 煙突、焼却炉、大径管路、トンネル、坑道、地下道、地下鉄駅構内、地下街、地下施設、大型ドーム施設、一部の建物内、等のＧＰＳ電波が捕捉されない内部空間に、カメラを搭載した無人小型飛行体を前記内部空間の地面上に居る操縦者が操作する無線操縦端末器による無線信号によって遠隔操縦飛行させ、
   前記無人小型飛行体の前方は、該無人小型飛行体に搭載した照明下にあり、
   この飛行中に、前記カメラによって前記無人小型飛行体の前方視界が撮影され、
   また、この飛行中に、飛行高さ計測手段による前記無人小型飛行体の飛行高さの計測と、前記無人小型飛行体に搭載した複数個の距離計測センサによる前記無人小型飛行体と前記内側空間の横複数方向の壁面との間隔の計測と、がされ、
   前記カメラが撮影した撮像と、前記各計測による計測データは、無線によって前記無線操縦端末器に送信されて、該無線操縦端末器のディスプレイ及び／又は該無線操縦端末器に通信接続されたディスプレイに表示され、
   前記無人小型飛行体の遠隔操縦者は、前記撮像と前記各計測データが表示された前記２つのディスプレイの何れか及び／又は無人小型飛行体を見て、無人小型飛行体の飛行高さの確認と、前記壁面に接触させない横方向の位置確認をしながら、前記無人小型飛行体を安全に前記内部空間の所望の位置まで飛行させる制御をする、無人小型飛行体の飛行制御方法。
2. 前記無人小型飛行体は、複数のプロペラを備えた小型のマルチコプタであり、
   該マルチコプタの飛行において、前記各プロペラを横方向から囲む位置に設けたリング形状のガード枠材によって、前記各プロペラが前記壁面に接触するのが防止される、請求項１に記載の無人小型飛行体の飛行制御方法。
3. 請求項１又は２に記載の無人小型飛行体の飛行制御方法によって該無人小型飛行体を前記内部空間に飛行させ、
   この飛行中に、前記カメラが撮影した前記内部空間の状況及びその壁面状況の撮像は、順次２Ｄ又は３Ｄにマッピングされ、
   このマッピングによって仮想的の区切られた各撮像に位置識別情報が自動付与されて、該カメラが備えるＲＡＭ媒体、又は前記無人小型飛行体側に接続したＲＡＭ媒体に記憶され、或いは、無線を通じて前記無線操縦端末器に送信され、
   無人小型飛行体の遠隔操縦者は、前記無線操縦端末器のディスプレイ又はパソコンのディスプレイに表示された前記内部空間の状況及びその壁面状況を見て、該内部空間の状況及びその壁面状況を点検する、内部空間の状況及びその壁面状況の点検方法。
4. 小型のマルチコプタを用いた煙突、焼却炉等の前記内部空間の壁面状況のカメラ撮影においては、前記マルチコプタを前記内部空間の上端近くまで上昇させた後の下降飛行させる過程で前記壁面状況を撮影し、
   該マルチコプタが地上近くまで達すると、再び上昇させ、
   横方向の向きを変えた状態で再び行われる下降飛行させる過程で前記壁面状況を撮影し、
   これを繰り返して前記壁面を水平３６０°の範囲で撮影する、請求項３に記載の内部空間の状況及びその壁面状況の点検方法。
5. 前記カメラは、水平方向の視野角が３６０°のパノラマビューカメラが用いられ、
   小型のマルチコプタを用いた煙突、焼却炉等の前記内部空間の壁面状況の撮影においては、前記マルチコプタを前記内部空間の上端近くまで上昇させた後の下降飛行させる過程で前記壁面状況を水平３６０°の範囲で順次撮影する、請求項３に記載の内部空間の状況及びその壁面状況の点検方法。
6. 前記カメラは、前記無人小型飛行体に標準装備された飛行用カメラと、前記壁面状況を撮影して点検するために前記無人小型飛行体に搭載した、前記内部空間の状況及びその壁面状況の撮影のための点検用カメラとからなり、
   該点検用カメラで撮影された撮像が２次元マッピング又は３Ｄマッピングされ、
   無人小型飛行体の遠隔操縦者は、前記無線操縦端末器のディスプレイ又はパソコンのディスプレイにマッピング表示された前記内部空間の状況及びその壁面状況の撮像を見て、該壁面の状況を点検する、請求項３に記載の内部空間の状況及びその壁面状況の点検方法。
7. 前記点検用カメラは、水平方向の視野角が３６０°のパノラマビューカメラが用いられる、請求項６に記載の内部空間の状況及びその壁面状況の点検方法。

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