JP6625248B2 - Camera stabilizer for inspection target surface inspection and inspection target surface inspection system including the same - Google Patents
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Description
この発明は、橋梁や建物等の構造物の垂直壁面等の点検対象面の近接目視点検のためにその垂直壁面等の点検対象面を点検用カメラで撮影する際に点検用カメラの姿勢を安定させる点検対象面点検用カメラ安定装置および、その点検対象面点検用カメラ安定装置を具える点検対象面点検システムに関するものである。 The present invention stabilizes the posture of the inspection camera when the inspection surface such as a vertical wall surface is photographed by the inspection camera for close visual inspection of the inspection surface such as a vertical wall surface of a structure such as a bridge or a building. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a camera stabilizing device for inspecting a surface to be inspected, and a system for inspecting an inspecting surface including the camera stabilizer for inspecting the surface to be inspected.
近年の道路法施行規則の一部改正により、全国で約70万箇所ある道路橋に対して、国が定める統一的な基準による5年に1回の近接目視点検が義務付けられており、その点検部位には、点検員による直接点検が困難な、橋梁の橋脚等の垂直壁面も含まれている。 Due to the recent revision of the Enforcement Regulations of the Road Law, approximately 700,000 road bridges nationwide are required to have a close visual inspection every five years based on a unified national standard. The part includes vertical walls such as piers of bridges, which are difficult to inspect directly by inspectors.
このような点検員による直接点検が困難な部位の点検システムとしては従来、例えば特許文献1記載の橋梁下面の点検装置が知られている。この点検装置は、橋梁の上部通路上を移動可能な台車と、台車に突設されて水平方向へ延在する基部アームと、基部アームの先端部に支持されて垂直方向へ延在する垂下アームと、台車に設けられて垂下アームを昇降させる垂下アーム昇降手段と、垂下アームの下端部に中間部を固定されて水平方向へ延在する水平アームと、水平アームの先端部に下端部を固定されて上向きに延在する入り込みアームと、入り込みアームの上端部に首振り機構を介して搭載された点検用カメラと、水平アームの水平バランスを取るウエイトと、台車に設けられて点検用カメラの撮影画像を表示する画像表示手段とを具えており、この点検装置によれば、橋梁下面に設けられたガス管等の長尺付属物の点検を橋梁の上部通路から、手間をかけずに短時間で的確に行うことができる。 Conventionally, as an inspection system for a part where direct inspection by an inspector is difficult, for example, an inspection device for a lower surface of a bridge described in Patent Document 1 is known. The inspection device includes a bogie movable on an upper passage of a bridge, a base arm protruding from the bogie and extending in a horizontal direction, and a hanging arm supported by a distal end of the base arm and extending in a vertical direction. A hanging arm raising / lowering means provided on a trolley for raising and lowering the hanging arm, a horizontal arm having an intermediate portion fixed to the lower end of the hanging arm and extending in the horizontal direction, and a lower end fixed to the tip of the horizontal arm Arm, an inspection camera mounted on the upper end of the entry arm via a swing mechanism, a weight for horizontally balancing the horizontal arm, and an inspection camera provided on the trolley. According to this inspection device, inspection of a long accessory such as a gas pipe provided on the lower surface of the bridge can be performed from the upper passage of the bridge without any trouble. Accurate in time It can be carried out.
また、点検員による直接点検が困難な部位の点検のためには、無人飛行体に点検用カメラを搭載して点検システムを構成することが考えられ、無人飛行体としては例えば、改正航空法でいうドローン(無人航空機)のうち、複数のロータにより浮上、飛行および空中での静止を行うマルチコプタが特許文献2等により知られている。マルチコプタは、現在では多種のものが市販されており、一般に、マイクロコンピュータを持つフライトコントローラ(FC)およびGPS(全地球測位システム)や3軸ジャイロセンサ、3軸加速度計等を搭載していて、それらによる自身の位置・姿勢制御によりある程度の自律飛行が可能であるとともに、無線通信機を搭載していてその通信機能によりスマートフォン等からなる操縦装置での遠隔操縦が可能である。さらにマルチコプタは通常、前方や下方等の視界を撮影する飛行用ビデオカメラを搭載していて、操縦員の操縦装置にその飛行用ビデオカメラで撮影している動画を送ることができる。
In addition, for inspection of parts where direct inspection by inspectors is difficult, it is conceivable to configure an inspection system by mounting an inspection camera on an unmanned aerial vehicle. Among such drones (unmanned aerial vehicles), a multicopter in which a plurality of rotors levitate, fly, and stop in the air is known from
マルチコプタに点検用カメラを搭載して垂直面の点検を行うシステムとしては例えば、特許文献3記載の写真撮影用移動体が知られている。この写真撮影用移動体は、橋梁等の点検対象の垂直面の撮影のために、マルチコプタに点検用カメラを左右軸(ピッチ軸)および前後軸(ロール軸)周りに姿勢変更可能なジンバルおよび上下軸(ヨー軸)周りに向き変更可能な回転制御手段を介して搭載するとともに、点検用カメラの左右に超音波式の距離センサを設け、マルチコプタを遠隔操縦してマルチコプタの飛行制御手段で飛行モータと併せて作動制御されるジンバルにより点検用カメラの水平姿勢を保持しながらマルチコプタを点検対象の垂直面の近傍で空中静止させるとともに、左右の距離センサで測定した点検対象の垂直面までの距離が互いに等しくなるように回転制御手段を動作させ、距離センサで測定した点検対象の垂直面までの距離が互いに等しくなった時に点検用カメラがその点検対象の垂直面に対し真正面に向いたものとして、撮影すべきタイミングを示す緑色のレーザポインタをその点検対象の垂直面に照射して点検用カメラのシャッタ操作を促し、もしくは点検用カメラのシャッタ操作を自動的に行ってその点検対象の垂直面の静止画を撮影する。 As a system in which an inspection camera is mounted on a multicopter to inspect a vertical plane, for example, a moving body for photography described in Patent Document 3 is known. This multi-copter is a gimbal that can change the attitude of the inspection camera around the left-right axis (pitch axis) and the front-rear axis (roll axis), and the up-and-down direction for photographing a vertical surface to be inspected such as a bridge. It is mounted via rotation control means that can change the direction around the axis (yaw axis), and ultrasonic distance sensors are provided on the left and right of the inspection camera, and the multi-copter is remotely operated and the flight motor is controlled by the multi-copter flight control means. The multi-copter is stopped in the air near the vertical surface to be inspected while maintaining the horizontal position of the inspection camera by the gimbal that is operated in conjunction with the gimbal, and the distance to the vertical surface to be inspected measured by the left and right distance sensors is reduced. The rotation control means is operated so as to be equal to each other, and when the distance to the vertical surface of the inspection object measured by the distance sensor becomes equal to each other, the inspection cap is used. Irradiates a green laser pointer indicating the timing to be photographed on the vertical surface of the inspection target to prompt the shutter operation of the inspection camera, The shutter operation of the camera is automatically performed to capture a still image on the vertical plane to be inspected.
ところで、点検用カメラで構造物の垂直壁面等の点検対象面を撮影し、その撮影画像を用いて点検対象面の近接目視点検を行うためには、点検対象面の欠損やひび割れ等の不具合の状況を画像から正確に把握できるように、点検対象面に対し点検用カメラを高精度に正対させて撮影を行う必要があるのに対し、特許文献1記載の点検装置では、垂下アームおよび水平アームを介して支持された入り込みアームの上端部に首振り機構を介して点検用カメラが搭載されていることから、点検用カメラの支持剛性を充分に得るのが構造的に困難であり、それゆえ、点検用カメラを構造物の点検対象面に高精度に正対させて撮影を行うのは困難であるという問題があった。 By the way, in order to photograph the inspection target surface such as the vertical wall surface of the structure with the inspection camera, and to perform close visual inspection of the inspection target surface using the captured image, it is necessary to inspect the inspection target surface for defects such as loss and cracks. In order to be able to accurately grasp the situation from the image, it is necessary to shoot the inspection camera with the inspection camera facing the inspection target surface with high precision. On the other hand, in the inspection device described in Patent Document 1, the hanging arm and the horizontal Since the inspection camera is mounted via the swing mechanism on the upper end of the entering arm supported via the arm, it is structurally difficult to obtain sufficient support rigidity of the inspection camera. Therefore, there is a problem that it is difficult to photograph the inspection camera with high accuracy facing the inspection target surface of the structure.
そこで本願発明者は、特許文献2で知られるようなマルチコプタに点検用カメラを搭載して点検システムを構成し、その点検用カメラの撮影画像で構造物の点検対象面の近接目視点検を行うことも検討したが、特許文献2のようなマルチコプタは飛行中の位置決め精度が充分でなく、しかも点検用カメラを搭載するとその搭載方法によっては機体のバランスを取るのが困難になることから、カメラを点検対象面に対して高精度に正対させて維持するのは困難であるという問題があった。
Therefore, the present inventor configures an inspection system by mounting an inspection camera on a multicopter as disclosed in
また、特許文献3のようにしてマルチコプタに点検用カメラを搭載して点検システムを構成することも検討したが、この点検システムでは、マルチコプタを遠隔操縦により点検対象面の近くで空中静止させ、マルチコプタの飛行制御手段で飛行モータと併せて作動制御されるジンバルにより水平姿勢を保持した点検用カメラが点検対象面に対し正対した時にその点検用カメラのシャッタを切ってその点検対象面を撮影するので、マルチコプタの位置や姿勢が安定しないような気流や気象等の条件下では、飛行モータの制御のための飛行制御手段の負荷が大きくなってジンバルの制御に遅れが生じ、点検対象面の近接目視点検用の画像を点検用カメラで確実に撮影することは困難であるという問題があった。 Also, as described in Patent Document 3, it has been considered to configure an inspection system by mounting an inspection camera on a multicopter. In this inspection system, the multicopter is stopped in the air near a surface to be inspected by remote control, and the multicopter is stopped. When the inspection camera holding the horizontal attitude by the gimbal operated and controlled in conjunction with the flight motor by the flight control means faces the inspection target surface, the shutter of the inspection camera is released and the inspection target surface is photographed. Therefore, under conditions such as airflow and weather where the position and attitude of the multicopter are not stable, the load on the flight control means for controlling the flight motor increases, causing a delay in gimbal control and the proximity of the inspection target surface. There has been a problem that it is difficult to reliably photograph an image for visual inspection with an inspection camera.
それゆえこの発明は、上述の如き支持剛性の確保が困難な点検装置や安定姿勢の確保が困難なマルチコプタ等を使用しても構造物の垂直壁面等の点検対象面の近接目視点検用の画像を点検用カメラで確実に撮影することができる点検対象面点検用カメラ安定装置および、それを具える点検対象面点検システムを提供することを目的としている。 Therefore, the present invention provides an image for close visual inspection of a surface to be inspected, such as a vertical wall surface of a structure, even if an inspection device or a multi-copter or the like that has difficulty in securing the support rigidity or a stable posture is difficult to use as described above. It is an object of the present invention to provide a camera stabilizing device for inspecting a surface to be inspected, which can surely photograph an image with a camera for inspection, and a system for inspecting an inspecting surface including the same.
この発明は、上記課題を有利に解決するものであり、この発明の点検対象面点検用カメラ安定装置は、点検対象面の動画または複数枚の静止画を継続的に撮影する点検用カメラを前記点検対象面に正対させるためのものであって、
前記点検用カメラを固定搭載可能なカメラマウントと、
基本位置で互いに直交する上下軸と前後軸と左右軸との3軸の各軸周りに前記カメラマウントの向きを変更するカメラマウント向き変更機構と、
前記カメラマウントに前記点検用カメラとともに固定搭載されて、前記点検対象面の、前記点検用カメラの少なくとも左右方向に互いに離間した複数箇所までの距離をそれぞれ継続的に測定する距離センサと、
前記距離センサが測定した前記点検対象面の複数箇所までの距離と姿勢センサが検出した前記点検対象面点検用カメラ安定装置の姿勢とに基づき、前記点検用カメラが前記点検対象面に常に正対するように前記カメラマウント向き変更機構の動作を継続的に制御するカメラマウント向き制御手段と、
を具えることを特徴とするものである。
The present invention advantageously solves the above-mentioned problems, and a camera stabilizing device for inspecting an inspection target surface of the present invention includes an inspection camera for continuously photographing a moving image or a plurality of still images of an inspection target surface. It is for facing directly to the inspection target surface,
A camera mount capable of fixedly mounting the inspection camera,
A camera mount direction changing mechanism for changing the direction of the camera mount around three axes of a vertical axis, a front-rear axis, and a left-right axis that are orthogonal to each other at a basic position;
A distance sensor that is fixedly mounted together with the inspection camera on the camera mount, and continuously measures distances to a plurality of locations on the inspection target surface that are separated from each other in at least the left-right direction of the inspection camera,
The inspection camera always faces the inspection target surface based on the distance to the plurality of locations on the inspection target surface measured by the distance sensor and the posture of the inspection target surface inspection camera stabilizer detected by the posture sensor. Camera mount orientation control means for continuously controlling the operation of the camera mount orientation change mechanism,
It is characterized by having.
また、この発明の点検対象面点検システムは、
前記点検対象面点検用カメラ安定装置と、
前記点検対象面点検用カメラ安定装置の前記カメラマウントに搭載された前記点検用カメラと、
前記点検対象面点検用カメラ安定装置を介して前記点検用カメラを前記点検対象面の近傍に配置するカメラ配置手段と、
を具えることを特徴とするものである。
In addition, the inspection target surface inspection system of the present invention includes:
A camera stabilizer for inspecting the inspection target surface;
The inspection camera mounted on the camera mount of the inspection target surface inspection camera stabilizer,
Camera placement means for placing the inspection camera near the inspection target surface via the inspection target surface inspection camera stabilizer,
It is characterized by having.
この発明の点検対象面点検用カメラ安定装置にあっては、カメラマウントが、点検対象面の動画または複数枚の静止画を継続的に撮影する点検用カメラを固定搭載でき、カメラマウント向き変更機構が、基本位置で互いに直交する上下軸(ヨー軸)と前後軸(ロール軸)と左右軸(ピッチ軸)との3軸の各軸周りにカメラマウントの向きを変更し、カメラマウントに固定搭載された距離センサが、点検用カメラの少なくとも左右方向に互いに離間した、点検対象面の複数箇所までの距離をそれぞれ継続的に測定し、カメラマウント向き制御手段が、距離センサがそれぞれ継続的に測定した点検対象面の複数箇所までの距離と姿勢センサが検出したカメラ安定装置の姿勢とに基づき、点検用カメラが点検対象面に常に正対するようにカメラマウント向き変更機構の動作を継続的に制御する。 In the camera stabilizing device for inspecting a surface to be inspected according to the present invention, the camera mount can be fixedly equipped with an inspection camera for continuously photographing a moving image or a plurality of still images on the surface to be inspected, and a camera mount orientation changing mechanism. However, the orientation of the camera mount is changed around the three axes of the vertical axis (yaw axis), the front-rear axis (roll axis), and the left-right axis (pitch axis) orthogonal to each other at the basic position, and fixed to the camera mount The distance sensor is continuously measured at least to a plurality of locations on the inspection target surface, which are separated from each other at least in the left-right direction of the inspection camera, and the camera mount orientation control means is continuously measured by the distance sensor. Based on the distance to the inspection target surface and the position of the camera stabilizer detected by the attitude sensor, the camera camera should always face the inspection target surface. To continuously control the operation of the door direction change mechanism.
従って、この発明の点検対象面点検用カメラ安定装置によれば、点検対象面点検システムによる当該点検対象面点検用カメラ安定装置の支持剛性や支持精度が充分高くなくても、距離センサがそれぞれ測定した点検対象面の複数箇所までの距離と当該垂直面点検用カメラ安定装置が有する姿勢センサが検出したカメラ安定装置の姿勢とに基づいて点検用カメラを点検対象面に常に正対させておき、その点検用カメラで点検対象面の動画または複数枚の静止画を撮影することで、点検対象面の点検用画像を確実に得ることができる。 Therefore, according to the inspection object surface inspection camera stabilizer of the present invention, even if the support rigidity and the supporting accuracy of the inspection object surface inspection camera stabilizer by the inspection object inspection system are not sufficiently high, the distance sensors can be measured. The inspection camera is always directly opposed to the inspection target surface based on the distance to the plurality of locations on the inspection target surface and the attitude of the camera stabilizer detected by the attitude sensor included in the vertical surface inspection camera stabilizer, By shooting a moving image or a plurality of still images of the inspection target surface with the inspection camera, an inspection image of the inspection target surface can be reliably obtained.
なお、この発明の点検対象面点検用カメラ安定装置においては、前記カメラマウントの、前記距離センサが距離をそれぞれ測定する点検対象面の複数個所は、前記カメラマウントに搭載された点検用カメラの左右方向に互いに離間していると好ましい。このように距離センサが距離をそれぞれ測定する点検対象面の複数個所を点検用カメラの左右方向に互いに離間させれば、距離センサが測定した距離から上下軸(ヨー軸)周りのカメラの向きを容易に求めることができる。 In the camera stabilizing device for inspecting an inspection target surface according to the present invention, a plurality of portions of the inspection target surface of the camera mount on which the distance sensors measure the distances are located at right and left sides of the inspection camera mounted on the camera mount. Preferably, they are spaced apart from each other in the direction. In this way, if a plurality of locations on the inspection target surface where the distance sensor measures the distance are separated from each other in the left-right direction of the inspection camera, the direction of the camera around the vertical axis (yaw axis) is calculated from the distance measured by the distance sensor. It can be easily obtained.
また、この発明の点検対象面点検用カメラ安定装置においては、前記カメラマウントの、前記距離センサが距離をそれぞれ測定する点検対象面の複数個所は、前記カメラマウントに搭載された点検用カメラの上下方向にも互いに離間していると好ましい。このように距離センサが距離をそれぞれ測定する点検対象面の複数個所を点検用カメラの上下方向にも互いに離間させれば、距離センサが測定した距離から左右軸(ピッチ軸)周りのカメラの向きも容易に求めることができる。 Further, in the camera stabilizing device for inspecting a surface to be inspected according to the present invention, a plurality of portions of the surface to be inspected of the camera mount where the distance sensors each measure a distance are located above and below an inspection camera mounted on the camera mount. It is preferable that they are also separated from each other in the direction. In this way, if a plurality of portions of the inspection target surface where the distance sensor measures the distance are separated from each other also in the vertical direction of the inspection camera, the direction of the camera around the left and right axis (pitch axis) from the distance measured by the distance sensor Can also be easily obtained.
さらに、この発明の点検対象面点検用カメラ安定装置においては、前記距離センサは、当該距離センサから遠ざかるにつれて互いに離れる方向へ向けられて前記カメラマウントに固定された複数の距離センサであると好ましい。このように複数の距離センサをそれらの距離センサから遠ざかるにつれて互いに離れる方向へ向ければ、複数の距離センサで各々測定した点検対象面までの距離の差を、複数の距離センサを互いに同一方向へ向けた場合よりも大きくできるので、点検用カメラをより高精度に点検対象面に向けることができる。 Further, in the camera stabilizing device for inspecting a surface to be inspected according to the present invention, it is preferable that the distance sensor is a plurality of distance sensors fixed to the camera mount so as to be directed away from each other as the distance sensor is separated. As described above, if the plurality of distance sensors are directed away from each other as they move away from each other, the difference in the distance to the inspection target surface measured by each of the plurality of distance sensors is directed to the same direction. Therefore, the inspection camera can be more accurately directed to the inspection target surface.
また、この発明の点検対象面点検システムにあっては、
点検対象面点検用カメラ安定装置のカメラマウントに点検用カメラが搭載され、
その点検用カメラが点検対象面の動画または複数枚の静止画を継続的に撮影し、
カメラ配置手段が、点検対象面点検用カメラ安定装置を介して点検用カメラを点検対象面の近傍に配置し、
その点検対象面点検用カメラ安定装置のカメラマウント向き変更機構が、基本位置で互いに直交する3軸の各軸周りにカメラマウントの向きを変更し、カメラマウントに点検用カメラとともに固定搭載された距離センサが、点検用カメラの少なくとも左右方向に互いに離間した、点検対象面の複数箇所までの距離をそれぞれ継続的に測定し、カメラマウント向き制御手段が、距離センサがそれぞれ継続的に測定した点検対象面の複数箇所までの距離と姿勢センサが検出したカメラ安定装置の姿勢とに基づき、点検用カメラが点検対象面に常に正対するようにカメラマウント向き変更機構の動作を継続的に制御する。
In the inspection target surface inspection system of the present invention,
A camera for inspection is mounted on the camera mount of the camera stabilizer for the surface to be inspected.
The inspection camera continuously shoots a video or multiple still images of the inspection target surface,
Camera placement means places the inspection camera near the inspection target surface via the inspection target inspection camera stabilizer,
The camera mount orientation changing mechanism of the camera stabilizer for the inspection target surface changes the direction of the camera mount around each of three axes orthogonal to each other at the basic position, and the distance fixedly mounted together with the inspection camera on the camera mount. The sensor continuously measures the distance to a plurality of locations on the inspection target surface, which are separated from each other at least in the left-right direction of the inspection camera, and the camera mount orientation control means continuously measures the distance of each of the inspection targets by the distance sensor. The operation of the camera mount orientation changing mechanism is continuously controlled based on the distance to a plurality of points on the surface and the posture of the camera stabilizer detected by the posture sensor so that the inspection camera always faces the inspection target surface.
従って、この発明の点検対象面点検システムによれば、点検対象面点検システム自体による点検用カメラの支持剛性や支持精度が充分高くなくても、そこに設けたこの発明の点検対象面点検用カメラ安定装置が、基本位置で互いに直交する3軸の各軸周りに関して点検用カメラを点検対象面に常に正対させておくことができるので、点検対象面に常に正対したその点検用カメラで点検対象面の動画または複数枚の静止画を撮影することで、点検対象面の点検用画像を確実に得ることができる。 Therefore, according to the inspection target surface inspection system of the present invention, even if the inspection rigidity and the supporting accuracy of the inspection camera by the inspection target inspection system itself are not sufficiently high, the inspection target surface inspection camera of the present invention provided there is provided. Since the stabilizer can keep the inspection camera always facing the inspection target surface around each of the three axes orthogonal to each other at the basic position, inspection is performed with the inspection camera always facing the inspection target surface. By photographing a moving image or a plurality of still images on the target surface, an inspection image of the inspection target surface can be reliably obtained.
なお、この発明の点検対象面点検システムにおいては、前記点検用カメラが撮影した前記点検対象面の動画のデータに同期された、前記距離センサがそれぞれ測定した点検対象面の複数個所の距離のデータを出力する距離データ同期出力手段を具えていると好ましい。このように点検用カメラが撮影した動画のデータに同期された点検対象面の複数個所の距離データを距離データ同期出力手段が出力すれば、その距離データを解析することで、点検用カメラが点検対象面に正対した時点の点検用画像をより高精度に得ることができる。 In the inspection target surface inspection system according to the present invention, the distance data at a plurality of locations on the inspection target surface measured by the distance sensor are synchronized with the video data of the inspection target surface captured by the inspection camera. It is preferable to include distance data synchronization output means for outputting the distance data. If the distance data synchronization output means outputs the distance data at a plurality of locations on the inspection target surface synchronized with the video data captured by the inspection camera in this way, the inspection camera can inspect the distance data by analyzing the distance data. An inspection image at the time of directly facing the target surface can be obtained with higher accuracy.
また、この発明の点検対象面点検システムにおいては、前記カメラ配置手段は、前記点検対象面点検用カメラ安定装置と前記点検用カメラとを搭載するとともに、前記姿勢センサを持つ前記カメラマウント向き制御手段と別個に、姿勢センサを持つ飛行制御手段を有し、前記点検対象面の近傍を飛行する無人飛行体であると好ましい。このようにすれば、前述したマルチコプタの如き従来の無人飛行体を用いて点検対象面点検システムを安価かつ容易に構成することができ、その際、無人飛行体による点検用カメラの支持精度がさほど高くなくても、また無人飛行体の飛行姿勢がさほど安定していなくても、あるいは無人飛行体の飛行モータの制御のための姿勢センサからの信号に基づく飛行制御手段の負荷が大きくなっても、点検対象面点検用カメラ安定装置が、点検用カメラを点検対象面に常に正対させておくことができる。 Further, in the inspection target surface inspection system of the present invention, the camera placement unit includes the inspection target surface inspection camera stabilizer and the inspection camera, and the camera mount orientation control unit having the posture sensor. In addition, it is preferable that the unmanned aerial vehicle has a flight control means having an attitude sensor and flies in the vicinity of the inspection target surface. With this configuration, the inspection target surface inspection system can be configured easily and inexpensively using a conventional unmanned aerial vehicle such as the above-described multicopter, and at that time, the support accuracy of the inspection camera by the unmanned aerial vehicle is very small. Even if the flight attitude of the unmanned aerial vehicle is not very stable, or if the load on the flight control means based on the signal from the attitude sensor for controlling the unmanned aerial vehicle's flight motor increases. In addition, the camera for stabilizing the inspection target surface can always keep the inspection camera directly facing the inspection target surface.
一方、この発明の点検対象面点検システムにおいては、前記カメラ配置手段は、少なくとも1本の支持アームを搭載し、その支持アームで前記点検対象面点検用カメラ安定装置と前記点検用カメラとを支持して前記点検対象面の近傍に配置する台車であっても好ましい。このようにすれば、前述した従来の台車型の点検装置を用いて点検対象面点検システムを安価かつ容易に構成することができ、その際、支持アームによる点検用カメラの支持剛性がさほど高くなくても、点検対象面点検用カメラ安定装置が、点検用カメラを点検対象面に常に正対させておくことができる。 On the other hand, in the inspection target surface inspection system of the present invention, the camera arranging means has at least one support arm mounted thereon, and the support arm supports the inspection target surface inspection camera stabilizer and the inspection camera. It is also preferable that the truck is arranged near the inspection target surface. With this configuration, the inspection target surface inspection system can be configured easily and inexpensively using the above-described conventional bogie-type inspection device. At this time, the support rigidity of the inspection camera by the support arm is not so high. Even so, the inspection object surface inspection camera stabilizer can always keep the inspection camera directly facing the inspection object surface.
以下、この発明の実施の形態を図面に基づく実施例によって詳細に説明する。ここに、図1は、この発明の点検対象面点検用カメラ安定装置の一実施形態の垂直面点検用カメラ安定装置を点検用カメラとともにマルチコプタに搭載したこの発明の点検対象面点検システムの一実施形態の垂直面点検システムを示す斜視図、図2は、上記実施形態の垂直面点検システムを示す正面図、図3は、上記実施形態の垂直面点検システムを示す平面図、図4は、上記実施形態の垂直面点検システムを示す底面図、図5は、上記実施形態の垂直面点検システムを示す左側面図、そして図6は、上記実施形態の垂直面点検システムを示す右側面図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to examples based on the drawings. Here, FIG. 1 is an embodiment of the inspection target surface inspection system of the present invention, in which the vertical inspection camera stabilizer of one embodiment of the inspection object inspection camera stabilizer of the present invention is mounted on a multicopter together with the inspection camera. FIG. 2 is a front view showing the vertical surface inspection system of the above embodiment, FIG. 3 is a plan view showing the vertical surface inspection system of the above embodiment, and FIG. FIG. 5 is a bottom view showing the vertical surface inspection system of the embodiment, FIG. 5 is a left side view showing the vertical surface inspection system of the embodiment, and FIG. 6 is a right side view showing the vertical surface inspection system of the embodiment. .
この実施形態の垂直面点検システム1は、上記実施形態の垂直面点検用カメラ安定装置11と、その垂直面点検用カメラ安定装置11のカメラマウント12に所定の配置で着脱可能に固定搭載された点検用カメラ21と、垂直面点検用カメラ安定装置11を介して点検用カメラ21を構造物の点検対象面としての垂直面の近傍に配置する、カメラ配置手段としてのマルチコプタ31とを具えており、垂直面点検用カメラ安定装置11は後述の如く、カメラマウント12の向きを変更するジンバル機構13を有するとともに、カメラマウント向き制御手段としてのジンバル制御ユニット(GCU)14を有している。また、点検用カメラ21は、高解像度の通常のデジタルカメラであり、撮影対象の動画または複数枚の静止画を継続的に撮影してその動画や静止画の画像データを録画および/または出力することができる。
The vertical plane inspection system 1 of this embodiment is detachably fixedly mounted in a predetermined arrangement on the
マルチコプタ31は、機体32と、その機体32の下部に搭載したバッテリ33と、機体32の斜め前後方向に水平に突出する4本の腕32aの先端に搭載されてそのバッテリ33により駆動される4個の飛行モータ34と、それらの飛行モータ34により隣り合うもの同士で互いに逆方向に回転駆動されてそれぞれ推力を生ずる4つの可変ピッチロータ35と、4本の腕32aにそれぞれ2個ずつ搭載されて上記バッテリ33により駆動され4つの可変ピッチロータ35のピッチをそれぞれ変化させる4個のサーボモータ36と、を有しており、飛行モータ34により可変ピッチロータ35の回転速度を変化させるとともにサーボモータ36により可変ピッチロータ35のピッチをそれぞれ変化させることで、機体32に加わる推力の大きさや方向および機体32の向きを変化させて浮上、飛行および空中静止(ホバリング)することができる。
The
マルチコプタ31はまた、上記垂直面点検用カメラ安定装置11のジンバル制御ユニット14とは別に、機体32の中央部に、飛行制御用の3軸加速度センサと3軸ジャイロセンサとを持つ機体情報取得手段としての慣性計測ユニット(IMU)と、GPSと、通常のマイクロコンピュータを持つフライトコントローラ(FC)と、無線通信ユニットと、電源管理ユニット(PMU)とを有する、飛行制御手段としての制御装置37を搭載し、その制御装置37のフライトコントローラが、バッテリ33からの電源管理ユニットを介する給電により、慣性計測ユニットおよびGPSから得られる機体32の加速度、姿勢および位置情報に基づいて機体32の位置および姿勢を安定させる制御を行って、マルチコプタ31の浮上、飛行および空中静止を補助する。この制御装置37の補助により、マルチコプタ31は、例えば通常のデジタルプロポーショナル型の操縦装置から制御装置37の無線通信ユニットを介してフライトコントローラに制御指令を与えることで、操縦装置の手動操作によって比較的容易かつ安全に遠隔操縦することができる。
In addition to the
マルチコプタ31はさらに、4つの可変ピッチロータ35を全体的に囲む概ね矩形の保護枠38を有するとともに、着陸用の脚となる二本のスキッド39を有している。また、マルチコプタ31は、周囲の撮影および探知用に機体32の前方および左右側方と上方および下方とに向けてそれぞれ配置された、2個ずつカメラおよび超音波センサを持つビジョンユニット40と、機体32の中央部に配置され、それらのビジョンユニット40からの画像および距離情報を処理して3次元的な視覚を得る視覚処理ユニット41とを持つ飛行用視覚システム(例えば商品名「Guidance」)を搭載し、その飛行用視覚システムからの周辺構造物の位置や高さの情報を操縦装置に無線で伝達して、橋梁下や建物間等の、GPSから位置情報が得づらい環境でもマルチコプタ31を安全に飛行させる操作を可能にする。
The
図7は、マルチコプタ31を省略した状態で上記実施形態の垂直面点検用カメラ安定装置11を点検用カメラ21とともに示す斜視図、図8は、上記実施形態の垂直面点検用カメラ安定装置11を点検用カメラ21とともに示す正面図、図9は、上記実施形態の垂直面点検用カメラ安定装置11を点検用カメラ21とともに示す右側面図、図10は、上記実施形態の垂直面点検用カメラ安定装置11を点検用カメラ21とともに示す平面図、図11は、上記実施形態の垂直面点検用カメラ安定装置11を点検用カメラ21とともに示す底面図、図12(a),(b),(c)は、上記実施形態の垂直面点検用カメラ安定装置11のジンバル機構13を支持する支持構体の部品をそれぞれ示す斜視図、図13は、上記実施形態の垂直面点検用カメラ安定装置11の作動状態を示す説明図、図14(a),(b)は、点検用カメラ21に対する2つの距離センサの従来のカメラ安定装置での配置および上記実施形態の垂直面点検用カメラ安定装置11での配置をそれぞれ示す説明図、そして図15は、上記実施形態の垂直面点検用カメラ安定装置11のジンバル制御ユニット14の構成を示すブロック線図である。
FIG. 7 is a perspective view showing the
垂直面点検用カメラ安定装置11は、点検用カメラ21の底面および背面を支持する図ではアングル状のカメラ支持部材12aと点検用カメラ21の前面を支持する図では断面L字状のカメラ押さえ部材12bとが組み合わされてそれらの間に点検用カメラ21を着脱可能に固定搭載するカメラマウント12を有するとともに、そのカメラマウント12ひいてはそこに搭載した点検用カメラ21の向きを上下軸(ヨー軸)であるz軸と前後軸(ロール軸)であるx軸と左右軸(ピッチ軸)であるy軸との、基本位置で互いに直交する3軸の各軸周りに変更するカメラマウント向き変更機構としてのジンバル機構13を有している。
The vertical surface
なお、これら3軸の、ジンバル機構13の動作開始前の位置である基本位置は、図1〜図6に示すようにマルチコプタ31が水平面上に置かれた状態で、z軸がマルチコプタ31の上下方向、x軸がマルチコプタ31の前後方向、y軸がマルチコプタ31の左右方向に延在するように設定されており、カメラマウント12に固定搭載された点検用カメラ21の図1〜図11に示す初期姿勢での前後方向、左右方向および上下方向は、ジンバル機構13の上記基本位置でのx軸方向、y軸方向およびz軸方向(図7参照)に設定されている。
The basic positions of these three axes, which are positions before the operation of the
ジンバル機構13は、カメラ支持部材12aの図8では右端部に固定されたL字状の連結部材12cを介してカメラマウント12を出力部材で支持してカメラマウント12をそこに搭載された点検用カメラ21と一緒にy軸(ピッチ軸)周りに回動させるピッチ軸モータ13aと、そのピッチ軸モータ13aを点検用カメラ21の前後方向に延在する一方の腕で支持する中間ブラケット13bと、点検用カメラ21の左右方向に延在するその中間ブラケット13bの他方の腕を出力部材で支持してその中間ブラケット13bをカメラマウント12およびそこに搭載された点検用カメラ21と一緒にx軸(ロール軸)周りに回動させるロール軸モータ13cと、そのロール軸モータ13cを点検用カメラ21の概ね上下方向であるz軸方向に延在する一方の腕で支持する基部ブラケット13dと、点検用カメラ21の前後方向に延在するその基部ブラケット13dの他方の腕を出力部材で支持してその基部ブラケット13dを中間ブラケット13bとカメラマウント12およびそこに搭載された点検用カメラ21と一緒にz軸(ヨー軸)周りに回動させるヨー軸モータ13eとを有している。
The
さらに垂直面点検用カメラ安定装置11は、上記ヨー軸モータ13eを介してジンバル機構13、カメラマウント12およびそこに搭載された点検用カメラ21を支持する支持構体15を有し、図12(a),(b)および(c)は、その支持構体15のカメラベースプレート15a、ジョイントベースプレート15bおよびロックプレート15cをそれぞれ示す。ここで、カメラベースプレート15aは、図8および図9に示すように、その上面に上記ヨー軸モータ13eを固定支持するとともに、その下面に、カメラマウント向き制御手段としての上述したジンバル制御ユニット14を固定支持し、このジンバル制御ユニット14は、垂直面点検用カメラ安定装置11の支持構体15の姿勢を検出する姿勢センサとしての3軸ジャイロ(角速度)センサを通常のマイクロコンピュータとともに搭載している。
Further, the vertical plane
支持構体15は、図7〜9に示すように、カメラベースプレート15aと、ジョイントベースプレート15bと、ロックプレート15cとを上から順に配置して、カメラベースプレート15aを貫通して水平方向に位置決めするとともに弾性ブッシュで上下から挟んで弾性的に支持する4本の支柱15dでカメラベースプレート15aをジョイントベースプレート15bに結合し、そのジョイントベースプレート15bをロックプレート15cに図ではねじ固定することで防振機能を持つように構成され、そのロックプレート15cはこの実施形態の垂直面点検用カメラ安定装置11では、上述のようにマルチコプタ31が水平面上に置かれた状態でジンバル機構13の基本位置に位置するz軸,x軸およびy軸がマルチコプタ31の上下方向、前後方向および左右方向にそれぞれ延在する向きで、マルチコプタ31の機体32の上端部に設けられた搭載面32b上に固定されている。
As shown in FIGS. 7 to 9, the
さらに垂直面点検用カメラ安定装置11は、カメラマウント12のカメラ支持部材12aに固定搭載された点検用カメラ21の、図示例では左右方向に互いに離間した2箇所でカメラ支持部材12aに固定され、それらの箇所からそれぞれ点検対象の垂直面に向けられた例えば超音波式の2つの距離センサ16を有しており、各距離センサ16は、図13に示すように、点検対象の垂直面VPに向けて送波器16aから超音波SSWを発信し、その超音波SSWが垂直面VPで反射した反射波を受波器16bで受信して、超音波の発信から受信までの時間と音速とに基づき距離センサ16から垂直面VPまでの距離をそれぞれ実質上継続的に測定し、その距離センサ16から垂直面VPまでの距離を示す信号をジンバル制御ユニット14のマイクロコンピュータに実質上継続的に供給する。なお図13中、矢印Fはマルチコプタ31の機体32の前方、矢印Dはマルチコプタ31の機体32の下方をそれぞれ示す。2つの距離センサ16は、上記の超音波式に代えてレーザ式のものを用いても良い。
Further, the
ところで特許文献3に記載されたものの如き従来の写真撮影用移動体では、図14(a)に示すように、点検用カメラ21の左右に設けられた超音波式の距離センサ16が、互いに同一の方向かつ点検用カメラ21の光軸とも同一の方向に向けられるとともに、距離センサ16間の距離ΔLを小さくされて全体をコンパクトに構成されているが、このように2つの距離センサ16が互いに同一方向に向けられるとともに距離センサ16間の距離ΔLを小さくされると、2つの距離センサ16の各々の垂直面VPまでの測定距離Δx1,Δx2の差であるΔx1−Δx2が小さくなるため、より精度の高い制御を行おうとすると距離センサ16に求められる分解能が高くなり、距離センサ16が高価かつ大型のものになってしまう。
By the way, in a conventional moving body for photographing such as that described in Patent Document 3, as shown in FIG. 14A,
これに対しこの実施形態の垂直面点検用カメラ安定装置11では、図14(b)に示すように、点検用カメラ21の左右に設けられた2つの距離センサ16が、互いに同一の方向でなく、点検用カメラ21の光軸方向に対し互いに同一の角度をなす方向であって、かつ距離センサ16から遠ざかるにつれて互いに離れる方向に向けられてカメラ支持部材12aに固定されるとともに、距離センサ16間の距離ΔLを小さくされて全体をコンパクトに構成されており、このように2つの距離センサ16が互いに離れる方向へ向けられることで、距離センサ16間の距離ΔLを従来と同様に小さくしても2つの距離センサ16の各々の垂直面VPまでの測定距離Δx1,Δx2の差であるΔx1−Δx2が、2つの距離センサ16が互いに同一の方向に向けられている場合よりも大きくなるため、高価かつ大型の距離センサ16を用いなくても、より精度の高い制御を行うことができる。
On the other hand, in the
そしてジンバル制御ユニット14のマイクロコンピュータは、上記3軸ジャイロ(角速度)センサが検出した、垂直面点検用カメラ安定装置11の支持構体15の初期姿勢からのジンバル機構13の各軸周りの角度変化から得られる支持構体15の現在の姿勢に基づき、カメラマウント12に固定搭載された点検用カメラ21の底面が常時水平になるとともに点検用カメラ21の光軸Lが常時水平に向くようにジンバル機構13のピッチ軸モータ13aとロール軸モータ13cとを継続的に動作させ、その点検用カメラ21の水平出しが行われている状態で、上記2つの距離センサ16がそれぞれ測定した垂直面VPの2箇所までの距離に基づき、点検用カメラ21が垂直面VPに常に正対するようにジンバル機構13のヨー軸モータ13eを実質上継続的に動作させる。
The microcomputer of the
図15は、上記2つの距離センサ16がそれぞれ測定した垂直面VPの2箇所までの距離に基づいてジンバル制御ユニット14のマイクロコンピュータが実行するヨー軸モータ13eの制御方法を示す説明図であり、図示のようにマイクロコンピュータは、ステップS1およびS2で、2つの距離センサ16が測定した距離センサ値1および距離センサ値2を入力し、ステップS3で、それらの距離センサ値1,2に基づきヨー軸モータ13eへの、点検用カメラ21の光軸Lを垂直面VPに直交させる指令値を演算し、ステップS4で、そのモータ指令値をヨー軸モータ13eに与える、という処理を所定の短時間毎に繰り返し実行し、点検用カメラ21がその左右方向の向きに関して垂直面VPに実質上常に正対するようにジンバル機構13を動作させる。
FIG. 15 is an explanatory diagram showing a control method of the
上述のように構成されたこの実施形態の垂直面点検システム1にあっては、垂直面点検用カメラ安定装置11がマルチコプタ31に搭載されるとともに、垂直面点検用カメラ安定装置11のカメラマウント12に点検用カメラ21が搭載され、マルチコプタ31が、検査員による操縦装置の手動操作で遠隔操縦されるとともに制御装置37および飛行用視覚システムの補助を受けて、橋梁の橋脚等の点検対象の垂直面VPの近傍位置を飛行し、好ましくはその近傍位置で空中静止し、その飛行もしくは空中静止に伴い、ジンバル機構13が、基本位置で互いに直交する3軸の各軸周りにカメラマウント12の向きを変更し、点検用カメラ21の左右方向に互いに離間した2箇所でカメラマウント12に固定された2つの距離センサ16が、それら2箇所から垂直面VPの2箇所までの距離をそれぞれ継続的に測定してジンバル制御ユニット14に送る。
In the vertical plane inspection system 1 of this embodiment configured as described above, the vertical plane
そしてジンバル制御ユニット14が、2つ距離センサ16がそれぞれ測定した垂直面VPまでの距離のデータをその距離測定時の時間情報と一緒にメモリ等に記録するとともに、それら垂直面VPの2箇所までの距離とそのジンバル制御ユニット14自身の3軸角速度センサが検出した支持構体15の現在の姿勢とに基づき点検用カメラ21が垂直面VPに常に正対するようにジンバル機構13の動作を継続的に制御し、点検用カメラ21が、操縦装置の手動操作で任意の時点から撮影を開始してその垂直面VPの動画または複数枚の静止画を継続的に撮影し、その動画または静止画を録画時の時間情報と一緒にメモリカード等に録画し、マルチコプタ31の飛行終了後に点検用カメラ21からその動画または静止画の画像データを読み出すとともにジンバル制御ユニット14から記録した距離のデータを読み出して、それら画像データと距離データとをそれぞれの時間情報を用いて同期させることで、点検用カメラ21が垂直面VPに正対した状態で録画した動画または静止画の画像データが得られる。
Then, the
なお、点検用カメラ21が、撮影した垂直面VPの動画または複数枚の静止画を録画時の時間情報と一緒にメモリカード等に録画するのに代えて、もしくは加えて、ジンバル制御ユニット14が、距離データ同期出力手段として、その動画または複数枚の静止画を録画時の時間情報と一緒に操縦装置に送信し、操縦装置の画面上に実質上実時間で表示させてもよい。
In addition, instead of or in addition to the
従って、この実施形態の垂直面点検システム1によれば、垂直面点検システム1のマルチコプタ31による点検用カメラ21の支持剛性や支持精度が充分高くなくても、そこに設けたこの実施形態の垂直面点検用カメラ安定装置11が点検用カメラ21を点検対象の垂直面VPに常に正対させておくことができるので、垂直面VPに常に正対したその点検用カメラ21で垂直面VPの動画または複数枚の静止画を撮影することで、垂直面VPの点検用画像を確実に得ることができる。
Therefore, according to the vertical plane inspection system 1 of this embodiment, even if the support rigidity and the support accuracy of the
しかも、この実施形態の垂直面点検システム1によれば、周囲の気流や気象等の条件によってマルチコプタ31の飛行姿勢がさほど安定しなくても、あるいはマルチコプタ31の飛行モータ34の制御のための3軸角速度センサや3軸加速度センサからの信号に基づく制御装置37の負荷が大きくなっても、制御装置37とは別個に設けられたジンバル制御ユニット14で制御されるジンバル機構13によって点検用カメラ21を点検対象の垂直面VPに常に正対させておくことができるので、垂直面VPの点検用画像を確実に得ることができる。
In addition, according to the vertical plane inspection system 1 of this embodiment, even if the flight attitude of the
図16は、台車から吊り下げたポールの先端部に上記実施形態の垂直面点検用カメラ安定装置11を点検用カメラ21とともに搭載したこの発明の他の一実施形態の垂直面点検システム2を示す斜視図であり、図中、先の実施形態と同様の部分はそれと同一の符号にて示す。
FIG. 16 shows a vertical
この実施形態の垂直面点検システム2は、上記実施形態の垂直面点検用カメラ安定装置11と、その垂直面点検用カメラ安定装置11のカメラマウント12に所定の配置で着脱可能に固定搭載された点検用カメラ21と、垂直面点検用カメラ安定装置11を介して点検用カメラ21を構造物の点検対象の垂直面の近傍に配置する、カメラ配置手段としての台車型点検装置51とを具えており、垂直面点検用カメラ安定装置11は上述の如く、カメラマウント12の向きを変更するジンバル機構13を有するとともに、カメラマウント向き制御手段としてのジンバル制御ユニット(GCU)14を有している。また、点検用カメラ21は、高解像度の通常のデジタルカメラであり、撮影対象の動画または複数枚の静止画を継続的に撮影してその動画または静止画の画像データを録画および/または出力することができる。
The vertical
台車型点検装置51は、点検対象の垂直面VPを有する橋梁Bの床板P上、例えば側部の歩道上に配置されるとともに下部に複数のキャスタ52aを設けられて移動可能とされた台車52と、その台車52上に搭載されるとともに後述の如く垂直面点検用カメラ安定装置11とそのカメラマウント12に着脱可能に固定搭載された点検用カメラ21との動作を制御し、さらにその点検用カメラ21から送られてくる橋梁Bの橋桁Gの上下フランジ間のウエブの表面である垂直面VPの動画または複数枚の静止画の画像をその撮影時の時間情報および垂直面点検用カメラ安定装置11の2つの距離センサ16が測定した垂直面VPの2箇所までの距離とともに記録し、および/またはディスプレイ装置の画面上に表示するパーソナルコンピュータ53とを有している。
The trolley
台車52上にはさらに、概略水平に延在するポール支持フレーム54の基端部が固定され、そのポール支持フレーム54の先端部は、橋梁Bの高欄Hを越えて床板Pの外に突出して縦ポール55の上部を回動可能に支持し、縦ポール55は、多重筒状をなして概略垂直に延在するとともに、図示しないウインチから出し入れされるワイヤ56の先端を下端部に連結されてそのウインチの操作で伸縮し、縦ポール55の下端部は、概略水平に延在する横ポール57の後端部付近の中間部を支持し、その横ポール57の先端部は、床板Pの下方で概略垂直に延在して橋桁G間に入り込む入り込みポール58の下端部を支持し、入り込みポール58の上端部は、垂直面点検用カメラ安定装置11と、その垂直面点検用カメラ安定装置11のカメラマウント12に所定の配置で着脱可能に固定搭載された点検用カメラ21とを支持している。また、横ポール57の後端部には、垂直面点検用カメラ安定装置11と点検用カメラ21と横ポール57の中間部から先の部分との重量に対し横ポール57の中間部から後ろの部分でバランスをとって横ポール57を概略水平に維持するためのウエイト59が設けられている。
A base end of a
上述のように構成されたこの実施形態の垂直面点検システム2にあっては、垂直面点検用カメラ安定装置11が台車型点検装置51に搭載されるとともに、垂直面点検用カメラ安定装置11のカメラマウント12に点検用カメラ21が搭載され、台車型点検装置51が、横ポール57を橋桁Gに沿わせて配置した状態で検査員Cによるウインチの操作で縦ポール55を伸張し、次いで検査員Cによる縦ポール55の回動操作で横ポール57の先端部および入り込みポール58を橋桁Gの下方に配置し、その後に縦ポール55を短縮させて入り込みポール58を橋桁G間に入り込ませることで、点検対象の垂直面VPの近傍位置に垂直面点検用カメラ安定装置11および点検用カメラ21を配置し、その配置に伴い、ジンバル機構13が、基本位置で互いに直交する3軸の各軸周りにカメラマウント12の向きを変更し、点検用カメラ21の左右方向に互いに離間した2箇所でカメラマウント12に固定された2つの距離センサ16が、それら2箇所から垂直面VPの2箇所までの距離をそれぞれ継続的に測定してジンバル制御ユニット14に送る。
In the vertical
そしてジンバル制御ユニット14が、2つ距離センサ16がそれぞれ測定した垂直面VPの2箇所までの距離のデータをその距離測定時の時間情報と一緒にメモリ等に記録するとともに、それら垂直面VPまでの距離とそのジンバル制御ユニット14自身の3軸角速度センサが検出した支持構体15の現在の姿勢とに基づき点検用カメラ21が垂直面VPに常に正対するようにジンバル機構13の動作を継続的に制御し、点検用カメラ21が、パーソナルコンピュータ53からの指令で任意の時点から撮影を開始してその垂直面VPの動画または複数枚の静止画を継続的に撮影し、その動画または複数枚の静止画を録画時の時間情報と一緒にメモリカード等に録画し、点検終了後にパーソナルコンピュータ53が、点検用カメラ21からその動画または複数枚の静止画の画像データを読み出すとともにジンバル制御ユニット14から記録した距離のデータを読み出して、それら動画データと距離データとをそれぞれの時間情報を用いて同期させることで、点検用カメラ21が垂直面VPに正対した状態で録画した動画または複数枚の静止画の画像データを取得し、その動画または複数枚の静止画をディスプレイ装置の画面上に表示する。
The
なお、点検用カメラ21が、撮影した垂直面VPの動画または複数枚の静止画を録画時の時間情報と一緒にメモリカード等に録画するのに代えて、もしくは加えて、ジンバル制御ユニット14が、距離データ同期出力手段として、その動画または複数枚の静止画を録画時の時間情報と一緒にパーソナルコンピュータ53に送り、パーソナルコンピュータ53がその動画または複数枚の静止画をディスプレイ装置の画面上に実質上実時間で表示してもよい。
In addition, instead of or in addition to the
従って、この実施形態の垂直面点検システム2によれば、垂直面点検システム2の台車型点検装置51による点検用カメラ21の支持剛性や支持精度が充分高くなくても、そこに設けたこの実施形態の垂直面点検用カメラ安定装置11が点検用カメラ21を点検対象の垂直面VPに常に正対させておくことができるので、垂直面VPに常に正対したその点検用カメラ21で垂直面VPの動画または複数枚の静止画を撮影することで、垂直面VPの点検用画像を確実に得ることができる。
Therefore, according to the vertical
図17は、距離センサ16として一台の2次元点群センサを搭載したこの発明の点検対象面点検用カメラ安定装置の他の一実施形態としての湾曲面点検用カメラ安定装置11Aを、マルチコプタを省略した状態で点検用カメラ21とともに示す斜視図であり、この実施形態の湾曲面点検用カメラ安定装置11Aも、先の実施形態の垂直面点検用カメラ安定装置11と同様にしてマルチコプタ31に搭載して、この発明の点検対象面点検システムの他の一実施形態を構成し、先の実施形態の垂直面点検用カメラ安定装置11と同様の作用効果を奏することができる。
FIG. 17 shows a
ここで、距離センサ16としての2次元点群センサは、カメラマウント12の下面に固定されたセンサ基部16cと、そのセンサ基部16cに設けられたモータでジンバル機構13のz軸(ヨー軸)と平行な軸線周りに連続的に回動駆動されるレーザスキャナ部16dとを有しており、レーザスキャナ部16dはレーザ光を実質的に連続的に出力して対象物からの反射光を受光し、その反射光から三角測量の原理で対象物との距離を測定する。これにより距離センサ16はz軸(ヨー軸)と直交する平面で切断した点検対象面の断面形状を点群として実質上連続的に取得することができ、この実施形態の湾曲面点検用カメラ安定装置11Aは、その距離センサ16が取得した点検対象面の断面形状に基づき、その断面形状が例え橋脚の側部のように水平方向に湾曲していても点検用カメラ21をジンバル機構13のヨー軸周りに関して点検対象面に正対させ続けることができる。
Here, the two-dimensional point cloud sensor as the
なお、このような2次元点群センサとしては、例えばShenzhen Yuedeng Technology社が製造する360°レーザスキャナ、商品名YDLIDERX4を使用することができる。 In addition, as such a two-dimensional point group sensor, for example, a 360 ° laser scanner manufactured by Shenzhen Yuedeng Technology, a trade name of YDLIDERX4 can be used.
図18は、距離センサ16として3次元点群センサを搭載したこの発明の点検対象面点検用カメラ安定装置のさらに他の一実施形態としての下向き面点検用カメラ安定装置11Bを、マルチコプタを省略した状態で点検用カメラ21とともに示す斜視図であり、この実施形態の下向き面点検用カメラ安定装置11Bも、先の実施形態の垂直面点検用カメラ安定装置11と同様にしてマルチコプタ31に搭載して、この発明の点検対象面点検システムの他の一実施形態を構成し、先の実施形態の垂直面点検用カメラ安定装置11と同様の作用効果を奏することができる。
FIG. 18 shows a
ここで、距離センサ16としての3次元点群センサは、カメラマウント12の下面に固定されたセンサ本体16eと、そのセンサ本体16eの正面左右に配置された2台の赤外線カメラ16fと、それらの赤外線カメラ16fの間に配置されて正面の一定範囲に多数のドットからなるドットパターンを赤外線で照射するプロジェクタ16gと、センサ本体16e内に収納された図示しない演算処理回路とを有しており、その演算処理回路は、プロジェクタ16gが照射して2台の赤外線カメラ16fが撮影した点検対象面の表面上のドットパターンの各ドットの視差から点検対象面の3次元形状を求め、その形状データを出力することができ、この実施形態の下向き面点検用カメラ安定装置11Bは、その距離センサ16が取得した点検対象面の3次元形状に基づき、姿勢センサからのデータに代えてあるいは加えて、距離センサ16から点検用カメラの左右方向および上下方向に互いに離間した点検対象面の複数箇所までの距離から、ジンバル機構13のピッチ軸、ヨー軸およびロール軸周りの点検用カメラ21の姿勢を点検対象面に常に正対するように制御することができ、これにより、その点検対称面の3次元形状が例え橋桁の下面のように斜め下や真下に向く下向き面であったとしても点検用カメラ21をジンバル機構13の直交3軸周りに関して点検対象面に正対させ続けることができる。
Here, the three-dimensional point cloud sensor as the
なお、このような3次元点群センサとしては、例えばインテル株式会社が販売する、商品名リアルセンスデプスカメラ D435を使用することができる。 As such a three-dimensional point cloud sensor, for example, a Realsense depth camera D435 (trade name, sold by Intel Corporation) can be used.
以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上述の例に限定されるものでなく、特許請求の範囲の記載範囲内で適宜変更し得るものであり、例えば、カメラ配置手段としての無人飛行体は、上記例のマルチコプタ31に限られず、他の構成や機能を持つものであってもよい。
As described above, the present invention has been described based on the illustrated examples. However, the present invention is not limited to the above examples, and can be appropriately changed within the scope of the claims. For example, unmanned flight as camera arrangement means The body is not limited to the
また、カメラマウントに固定されて点検対象面の複数個所までの距離を継続的に測定する距離センサは、上記例における超音波式やレーザ式や光学式等の非接触式センサに限られず、点検対象面点検システムの点検対象等に応じて正確な距離測定ができるものを適宜選択することができる。 In addition, the distance sensor fixed to the camera mount and continuously measuring the distance to a plurality of locations on the inspection target surface is not limited to the ultrasonic type, laser type, optical type or other non-contact type sensor in the above example. A device that can accurately measure the distance can be appropriately selected according to the inspection target of the target surface inspection system.
さらに、図17に示す湾曲面点検用カメラ安定装置や図18に示す下向き面点検用カメラ安定装置を搭載するカメラ配置手段は、図1に示す実施形態の点検対象面点検システムにおける無人飛行体に代えて、図16に示す実施形態の点検対象面点検システムにおける台車としても良く、他の構成のものとしても良い。 Further, the camera arranging means on which the camera stabilizer for curved surface inspection shown in FIG. 17 and the camera stabilizer for downward surface inspection shown in FIG. 18 are mounted is used for an unmanned aerial vehicle in the inspection object surface inspection system of the embodiment shown in FIG. Instead, a truck in the inspection target surface inspection system of the embodiment shown in FIG. 16 may be used, or another configuration may be used.
さらに、カメラ配置手段が点検対象面点検用カメラ安定装置を介して点検用カメラを点検対象面の近傍に充分な精度で安定して配置できる場合には、そのカメラ配置手段が、カメラマウント向き変更機構およびカメラマウント向き制御手段を兼ねるように、点検対象面点検システムを構成しても良い。 Further, when the camera arranging means can stably arrange the inspection camera in the vicinity of the inspection target surface with sufficient accuracy via the camera stabilizing device for inspecting the inspection target surface, the camera arranging means changes the camera mount orientation. The inspection target surface inspection system may be configured to also serve as a mechanism and a camera mount direction control unit.
かくしてこの発明の点検対象面点検用カメラ安定装置によれば、点検対象面点検システムによる当該点検対象面点検用カメラ安定装置の支持剛性や支持精度が充分高くなくても、距離センサがそれぞれ測定した点検対象面の複数箇所までの距離と当該垂直面点検用カメラ安定装置が有する姿勢センサが検出したカメラ安定装置の姿勢とに基づいて点検用カメラを点検対象面に常に正対させておき、その点検用カメラで点検対象面の動画または複数枚の静止画を撮影することで、点検対象面の点検用画像を確実に得ることができる。 Thus, according to the camera stabilizer for inspecting the inspection target surface of the present invention, even if the support rigidity and the supporting accuracy of the camera stabilizer for inspecting the inspection target surface by the inspection target inspection system are not sufficiently high, the distance sensors respectively measure. Always keep the inspection camera directly facing the inspection target surface based on the distance to a plurality of locations on the inspection target surface and the attitude of the camera stabilizer detected by the attitude sensor of the vertical surface inspection camera stabilizer. By photographing a moving image or a plurality of still images of the inspection target surface with the inspection camera, an inspection image of the inspection target surface can be reliably obtained.
そしてこの発明の点検対象面点検システムによれば、点検対象面点検システム自体による点検用カメラの支持剛性や支持精度が充分高くなくても、そこに設けたこの発明の点検対象面点検用カメラ安定装置が、基本位置で互いに直交する3軸の各軸周りに関して点検用カメラを点検対象面に常に正対させておくことができるので、点検対象面に常に正対したその点検用カメラで点検対象面の動画または複数枚の静止画を撮影することで、点検対象面の点検用画像を確実に得ることができる。 According to the inspection target surface inspection system of the present invention, even if the support rigidity and the supporting accuracy of the inspection camera by the inspection target inspection system itself are not sufficiently high, the inspection target inspection camera of the present invention provided therewith can be stabilized. Since the device can always keep the inspection camera directly facing the inspection target surface around each of the three axes orthogonal to each other at the basic position, the inspection target is always inspected with the inspection camera always facing the inspection target surface. By capturing a moving image of the surface or a plurality of still images, an inspection image of the inspection target surface can be reliably obtained.
1,2 垂直面点検システム
11 垂直面点検用カメラ安定装置
11A 湾曲面点検用カメラ安定装置
11B 下向き面点検用カメラ安定装置
12 カメラマウント
12a カメラ支持部材
12b カメラ押さえ部材
13 ジンバル機構
13a ピッチ軸モータ
13b 中間ブラケット
13c ロール軸モータ
13d 基部ブラケット
13e ヨー軸モータ
14 ジンバル制御ユニット
15 支持構体
15a カメラベースプレート
15b ジョイントベースプレート
15c ロックプレート
15d 支柱
16 距離センサ
21 点検用カメラ
31 マルチコプタ
32 機体
32a 腕
32b 搭載面
33 バッテリ
34 飛行モータ
35 可変ピッチロータ
36 サーボモータ
37 制御装置
38 保護枠
39 スキッド
40 ビジョンユニット
41 視覚処理ユニット
51 台車型点検装置
52 台車
52a キャスタ
53 パーソナルコンピュータ
54 ポール支持フレーム
55 縦ポール
56 ワイヤ
57 横ポール
58 入り込みポール
59 ウエイト
B 橋梁
C 検査員
D 機体の下方
F 機体の前方
G 橋桁
H 高欄
L 光軸
P 床板
VP 垂直面
Claims (10)
前記点検用カメラを固定搭載可能なカメラマウントと、
基本位置で互いに直交する上下軸と前後軸と左右軸との3軸の各軸周りに前記カメラマウントの向きを変更するカメラマウント向き変更機構と、
前記カメラマウントに前記点検用カメラとともに固定搭載されて、前記点検対象面の、前記点検用カメラの少なくとも左右方向に互いに離間した複数箇所までの距離をそれぞれ継続的に測定する距離センサと、
前記距離センサが測定した前記点検対象面の複数箇所までの距離と姿勢センサが検出した前記点検対象面点検用カメラ安定装置の姿勢とに基づき、前記点検用カメラが前記点検対象面に常に正対するように前記カメラマウント向き変更機構の動作を継続的に制御するカメラマウント向き制御手段と、
を具えることを特徴とする点検対象面点検用カメラ安定装置。 In a camera stabilizing device for inspection target surface inspection for directly facing the inspection target surface the inspection camera that continuously shoots a moving image or a plurality of still images of the inspection target surface,
A camera mount capable of fixedly mounting the inspection camera,
A camera mount direction change mechanism for changing the direction of the camera mount around each of three axes of a vertical axis, a front-rear axis, and a left-right axis that are orthogonal to each other at a basic position;
A distance sensor that is fixedly mounted together with the inspection camera on the camera mount, and continuously measures distances to a plurality of locations on the inspection target surface that are separated from each other in at least the left-right direction of the inspection camera,
The inspection camera always faces the inspection target surface based on the distance to the plurality of locations on the inspection target surface measured by the distance sensor and the posture of the inspection target surface inspection camera stabilizer detected by the posture sensor. Camera mount direction control means for continuously controlling the operation of the camera mount direction change mechanism,
A camera stabilizer for inspecting a surface to be inspected, comprising:
前記点検対象面点検用カメラ安定装置の前記カメラマウントに搭載された前記点検用カメラと、
前記点検対象面点検用カメラ安定装置を介して前記点検用カメラを前記点検対象面の近傍に配置するカメラ配置手段と、
を具えることを特徴とする点検対象面点検システム。 A camera stabilizer for inspecting a surface to be inspected according to any one of claims 1 to 6,
The inspection camera mounted on the camera mount of the inspection target surface inspection camera stabilizer,
Camera placement means for placing the inspection camera near the inspection target surface via the inspection target surface inspection camera stabilizer,
An inspection target surface inspection system characterized by comprising:
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