JP6832598B1 - Aircraft, inspection method and inspection system - Google Patents
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Abstract
【課題】点検構造物(の内壁等)に接触させないように飛行させて当該内壁の点検を実施する技術を提供すること。【解決手段】本発明は、飛行体を利用して略管状の構造体の内壁を点検するための飛行体、点検方法及び点検システムである。飛行体は、少なくとも点検開始位置において内壁の向きを取得する取得部と、取得した向きに基づいて自機の方向を制御する制御部と、所定の事象の有無を点検する点検部とを備えている。飛行体は、少なくとも点検開始位置において内壁の向きを取得し、取得した向きに基づいて自機の方向を制御し、点検の特性に応じて飛行体を飛行させて点検を行う。【選択図】図2PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique for inspecting an inner wall by flying it so as not to come into contact with the inspection structure (inner wall or the like). The present invention is an air vehicle, an inspection method, and an inspection system for inspecting an inner wall of a substantially tubular structure using an air vehicle. The aircraft is equipped with an acquisition unit that acquires the orientation of the inner wall at least at the inspection start position, a control unit that controls the direction of the aircraft based on the acquired orientation, and an inspection unit that inspects the presence or absence of a predetermined event. There is. The aircraft acquires the orientation of the inner wall at least at the inspection start position, controls the direction of its own aircraft based on the acquired orientation, and flies the aircraft according to the characteristics of the inspection to perform the inspection. [Selection diagram] Fig. 2
Description
本発明は、飛行体並びに当該飛行体を利用した点検方法及び点検システムに関する。 The present invention relates to a flying object and an inspection method and inspection system using the flying object.
飛行体の制御にはGPS(Global Positioning System)が多く用いられているところ
、特に閉所の構造物の点検時などにはGPSの電波が届かないこともある。特許文献1に
は、飛行体に搭載されたセンサによって、当該飛行体と左右側面との距離を最小化する位
置を探知し、飛行体の飛行方法を制御するシステムが開示されている(本願図15参照)
。
GPS (Global Positioning System) is often used to control an air vehicle, but GPS radio waves may not reach it, especially when inspecting closed structures.
..
また特許文献2には、特に断面が略円形の管状構造部の内部を飛行体で点検する場合、
特許文献1に記載の方法(即ち、左右側面との距離を最小化する位置を探知しながら飛行
する方法)では、管状(上方又は下方ほど左右の幅が小さい)内において飛行体は上昇又
は下降してしまう(本願図16参照)。
Further, in
In the method described in Patent Document 1 (that is, the method of flying while detecting the position that minimizes the distance to the left and right side surfaces), the flying object rises or falls in the tubular shape (the width of the left and right is smaller toward the upper or lower side). (See FIG. 16 of the present application).
しかしながら、特許文献1及び特許文献2に記載のシステムでは、例えば、図17に示
されるように、側面に凹部等がある場合、左右の距離Lが急激に変わることから内壁に衝
突する危険性がある。
However, in the systems described in
本発明はこのような背景を鑑みてなされたものであり、点検構造物(の内壁等)に接触
させないように飛行させて当該内壁の点検を実施する技術を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of such a background, and an object of the present invention is to provide a technique for inspecting an inner wall by flying it so as not to come into contact with the inspection structure (inner wall or the like).
本発明によれば、対象面の向きを取得する取得手段と、取得した前記向きに基づいて自
機の方向を制御する制御手段と、を備えた飛行体が得られる。
According to the present invention, it is possible to obtain an air vehicle including an acquisition means for acquiring the orientation of the target surface and a control means for controlling the direction of the own aircraft based on the acquired orientation.
その他本願が開示する課題やその解決方法については、発明の実施形態の欄及び図面に
より明らかにされる。
Other problems disclosed in the present application and solutions thereof will be clarified in the columns and drawings of the embodiments of the invention.
本発明によれば、点検構造物(の内壁等)に接触させないように飛行させて当該内壁の
点検を行うことができる。
According to the present invention, the inner wall can be inspected by flying so as not to come into contact with the inspection structure (inner wall or the like).
本発明の実施形態の内容を列記して説明する。本発明の実施の形態による飛行体は、以
下のような構成を備える。
The contents of the embodiments of the present invention will be described in a list. The flying object according to the embodiment of the present invention has the following configuration.
[項目1]
対象面の向きを取得する取得手段と、
取得した前記向きに基づいて自機の方向を制御する制御手段と、を備えた
飛行体。
[項目2]
項目1に記載の飛行体であって、
前記取得手段は、前記対象面の線成分を検出して前記向きを取得する、
飛行体。
[項目3]
項目2に記載の飛行体であって、
前記取得手段は、前記対象面の少なくとも異なる2点の位置情報から前記線成分を検出
する、
飛行体。
[項目4]
項目2又は項目3のいずれかに記載の飛行体であって、
前記取得手段は、前記対象面の複数の前記線成分を取得して前記向きを検出する、
飛行体。
[項目5]
項目4に記載の飛行体であって、
前記取得手段は、複数の前記線成分を合成した合成線成分に基づいて前記向きを検出す
る、
飛行体。
[項目6]
項目1乃至項目5のいずれかに記載の飛行体であって、
前記取得手段は、異なる複数の前記対象面の向きを取得する、
飛行体。
[項目7]
項目1乃至項目6のいずれかに記載の飛行体であって、
前記取得手段は、互いに対向する2つの前記対象面の向きを取得する、
飛行体。
[項目8]
項目1乃至請求7のいずれかに記載の飛行体であって、
前記取得手段は、前記対象面の水平方向に沿った向きを取得する、
飛行体。
[項目9]
項目1に記載の飛行体であって、
前記取得手段は、前記対象面上の異なる2点までの距離をそれぞれ取得可能であり、か
つ、当該距離に基づいて前記向きを取得する、
飛行体
[項目10]
項目1乃至項目9のいずれかに記載の飛行体であって、
前記取得手段は、左右方向に対向する側面の向きを夫々取得する、
飛行体。
[項目11]
項目1乃至項目10のいずれかに記載の飛行体であって、
前記取得手段は、上下方向に対向する側面の向きを夫々取得する、
飛行体。
[項目12]
項目1乃至項目11のいずれかに記載の飛行体であって、
前記制御手段は、ヨー軸周りに回転制御を行う
飛行体。
[項目13]
項目12に記載の飛行体であって、
前記制御手段は、水平方向において90度以下の範囲で前記回転制御を行う、
飛行体。
[項目14]
項目1乃至項目13のいずれかに記載の飛行体であって、
前記制御部は、自機の向きが前記対象面の前記向きと平行となるように、制御を行う、
飛行体。
[項目15]
項目1乃至項目14のいずれかに記載の飛行体であって、
前記取得手段は、少なくとも前記対象面までの距離を取得し、
前記制御手段は、取得した前記距離に基づいて、前記自機が前記対象面から所定の距離
となるように制御する、
飛行体。
[項目16]
項目1乃至項目15のいずれかに記載の飛行体であって、
所定の事象の有無を点検する点検手段を更に備えており、
前記制御手段は、前記点検の特性に応じて前記飛行体を飛行させる、
飛行体。
[項目17]
項目1乃至項目16のいずれかに記載の飛行体であって、
前記取得手段は、LIDAR(Light Detection and Rangi
ng)を含む、
飛行体。
[項目18]
項目1乃至項目17のいずれかに記載の飛行体であって、
略管状の構造体の内部を飛行するように構成されており、
前記対象面は、前記構造体の内壁を含む、
飛行体。
[項目19]
飛行体を利用して略管状の構造体の内壁を点検する点検方法であって、
少なくとも点検開始位置において前記内壁の向きを取得する取得ステップと、
取得した前記向きに基づいて自機の方向を制御する制御ステップと、を含む
点検方法。
[項目20]
項目19に記載の点検方法であって、
前記飛行体は、所定の事象の有無を点検する点検手段を更に備えており、
前記制御手段は、前記自機の前記方向を制御した後に、前記点検の特性に応じて前記飛
行体を飛行させる、
点検方法。
[項目21]
項目19又は項目20に記載の点検方法であって、
前記点検開始位置に至るまでは作業者による手動制御を受け付ける手動制御受付ステッ
プを含む、
点検方法。
[項目22]
飛行体を利用して略管状の構造体の内壁を点検する点検システムであって、
前記飛行体は、少なくとも点検開始位置において前記内壁の向きを取得する取得部と、
取得した前記向きに基づいて自機の方向を制御する制御部と、所定の事象の有無を点検す
る点検部とを備えており、
前記飛行体は、少なくとも点検開始位置において前記内壁の向きを取得し、取得した前
記向きに基づいて自機の方向を制御し、前記点検の特性に応じて前記飛行体を飛行させて
点検を行う、
点検システム。
[Item 1]
An acquisition method for acquiring the orientation of the target surface,
An air vehicle including a control means for controlling the direction of the own aircraft based on the acquired orientation.
[Item 2]
The flying object according to
The acquisition means detects the line component of the target surface and acquires the orientation.
Aircraft.
[Item 3]
The flying object according to
The acquisition means detects the line component from the position information of at least two different points on the target surface.
Aircraft.
[Item 4]
The flying object according to either
The acquisition means acquires a plurality of the line components of the target surface and detects the orientation.
Aircraft.
[Item 5]
The flying object according to item 4.
The acquisition means detects the orientation based on a composite line component obtained by synthesizing a plurality of the line components.
Aircraft.
[Item 6]
The flying object according to any one of
The acquisition means acquires the orientations of a plurality of different target surfaces.
Aircraft.
[Item 7]
The flying object according to any one of
The acquisition means acquires the orientation of the two target surfaces facing each other.
Aircraft.
[Item 8]
The flying object according to any one of
The acquisition means acquires an orientation along the horizontal direction of the target surface.
Aircraft.
[Item 9]
The flying object according to
The acquisition means can acquire distances to two different points on the target surface, and acquires the orientation based on the distances.
Aircraft [Item 10]
The flying object according to any one of
The acquisition means acquires the orientations of the side surfaces facing each other in the left-right direction.
Aircraft.
[Item 11]
The flying object according to any one of
The acquisition means acquires the orientations of the side surfaces facing each other in the vertical direction.
Aircraft.
[Item 12]
The flying object according to any one of
The control means is an air vehicle that controls rotation around the yaw axis.
[Item 13]
The flying object according to
The control means controls the rotation within a range of 90 degrees or less in the horizontal direction.
Aircraft.
[Item 14]
The flying object according to any one of
The control unit controls so that the orientation of the own machine is parallel to the orientation of the target surface.
Aircraft.
[Item 15]
The flying object according to any one of
The acquisition means acquires at least the distance to the target surface and obtains the distance.
The control means controls the own machine to be a predetermined distance from the target surface based on the acquired distance.
Aircraft.
[Item 16]
The flying object according to any one of
It is also equipped with inspection means to check for the presence or absence of a predetermined event.
The control means flies the flying object according to the characteristics of the inspection.
Aircraft.
[Item 17]
The flying object according to any one of
The acquisition means is LIDAR (Light Detection and Rangi).
ng) including,
Aircraft.
[Item 18]
The flying object according to any one of
It is configured to fly inside a nearly tubular structure and
The target surface includes the inner wall of the structure.
Aircraft.
[Item 19]
It is an inspection method that inspects the inner wall of a substantially tubular structure using an air vehicle.
The acquisition step of acquiring the orientation of the inner wall at least at the inspection start position,
An inspection method including a control step for controlling the direction of the own machine based on the acquired orientation.
[Item 20]
The inspection method according to
The air vehicle is further equipped with inspection means for checking for the presence or absence of a predetermined event.
After controlling the direction of the own aircraft, the control means flies the flying object according to the characteristics of the inspection.
Inspection method.
[Item 21]
The inspection method according to
Includes a manual control reception step that accepts manual control by the operator up to the inspection start position.
Inspection method.
[Item 22]
It is an inspection system that inspects the inner wall of a substantially tubular structure using an air vehicle.
The flying object includes an acquisition unit that acquires the orientation of the inner wall at least at the inspection start position.
It is equipped with a control unit that controls the direction of the own machine based on the acquired orientation and an inspection unit that inspects the presence or absence of a predetermined event.
The flying object acquires the orientation of the inner wall at least at the inspection start position, controls the direction of the own aircraft based on the acquired orientation, and flies the flying object according to the characteristics of the inspection to perform the inspection. ,
Inspection system.
<概要>
以下、本発明の実施形態に係る飛行体、点検方法及び点検システムについて図面を参照
しながら説明する。図1に示されるように、本発明による点検システムは、例えば、トン
ネル、ダクト、暗渠のような少なくとも上下左右を囲まれた管状の構造体5の内部を点検
するためのものである。
<Overview>
Hereinafter, the flying object, the inspection method, and the inspection system according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the inspection system according to the present invention is for inspecting the inside of a
なお、以下における説明は、構造体の内部に存在する「内壁」を例にとって説明をして
いるが、本発明は、構造体の内部のみに限られず、屋外においても、下記の「内壁」に相
当する壁面、側面、その他検知対象面が存在していれば、GPSをも利用して又はGPS
を利用せずに、実施可能である。
In the following description, the "inner wall" existing inside the structure is taken as an example, but the present invention is not limited to the inside of the structure, and even outdoors, the following "inner wall" is used. If there is a corresponding wall surface, side surface, or other surface to be detected, use GPS or GPS
It can be implemented without using.
図示されるように、点検中においては、飛行体1は、左右の内壁LW、RW及び上下の
内壁TW、GNDから等距離離れた所定の1を点検方向dに向かって飛行する。当該点検
に先立って、飛行体1は、点検開始位置において自機の向きが適切な方向となるように初
期方向合わせ(キャリブレーション)を行う(詳しくは後述する)。キャリブレーション
は点検開始時に必須のものであり、当該キャリブレーションが行われない場合には閉所内
において適切な飛行方向を決定することができない。
As shown in the figure, during the inspection, the flying
上述した飛行体、点検方法及び点検システムは、互いに同一の発明概念を有しており、
ハードウェア、方法、システムの観点で切り分けたに過ぎない。従って、以下、本実施の
形態は、点検システムを例に説明する。
The above-mentioned flying objects, inspection methods and inspection systems have the same concept of invention.
It's just a matter of hardware, method, and system. Therefore, the present embodiment will be described below by taking an inspection system as an example.
図2は、本実施形態に用いられる飛行体のハードウェア構成を示すブロック図である。
図示されるブロック図は一例であり、これ以外の機能を備えていてもよい。
FIG. 2 is a block diagram showing a hardware configuration of an air vehicle used in the present embodiment.
The block diagram shown is an example, and may have other functions.
フライトコントローラ11は、プログラマブルプロセッサ(たとえば、中央演算処理装
置(CPU))などの1つ以上のプロセッサを有することができる。
The
フライトコントローラ11は、メモリ12を有しており、当該メモリ12にアクセス可
能である。メモリ12は、1つ以上のステップを行うためにフライトコントローラ11が
実行可能であるロジック、コード、および/またはプログラム命令を記憶している。
The
メモリ12は、たとえば、SDカードやランダムアクセスメモリ(RAM)などの分離
可能な媒体または外部の記憶装置を含んでいてもよい。カメラやセンサ類13から取得し
たデータは、メモリ12に直接に伝達されかつ記憶されてもよい。たとえば、カメラ等1
3で撮影した静止画・動画データが内蔵メモリ又は外部メモリに記録される。カメラ13
は飛行体にジンバル14を介して設置される。
The
The still image / moving image data taken in step 3 is recorded in the internal memory or the external memory.
Is installed on the aircraft via the gimbal 14.
フライトコントローラ11は、飛行体1の状態を制御するように構成された制御モジュ
ールを含んでいる。たとえば、制御モジュールは、6自由度(並進運動x、y及びz、並
びに回転運動θx、θy及びθz)を有する飛行体1の空間的配置、速度、および/また
は加速度を調整するために、ESC15を経由して飛行体1の推進機構(モータ16等)
を制御する。モータ16によりプロペラ17が回転することで飛行体1の揚力を生じさせ
る。制御モジュールは、搭載部、センサ類の状態のうちの1つ以上を制御することができ
る。
The
To control. The
フライトコントローラ11は、1つ以上の外部のデバイス(たとえば、送受信機(プロ
ポ)、端末、表示装置、または他の遠隔の制御器)からのデータを送信および/または受
け取るように構成された送受信部18と通信可能である。送受信機18は、有線通信また
は無線通信などの任意の適当な通信手段を使用することができる。
The
送受信部18は、たとえば、ローカルエリアネットワーク(LAN)、ワイドエリアネ
ットワーク(WAN)、赤外線、無線、WiFi、ポイントツーポイント(P2P)ネッ
トワーク、電気通信ネットワーク、クラウド通信などのうちの1つ以上を利用することが
できる。
The transmission /
送受信部18は、センサ類19で取得したデータ、フライトコントローラ11が生成し
た処理結果、所定の制御データ、端末または遠隔の制御器からのユーザコマンドなどのう
ちの1つ以上を送信および/または受け取ることができる。
The transmission /
本実施の形態によるセンサ類19は、慣性センサ(加速度センサ、ジャイロセンサ)、
GPSセンサ、近接センサ(たとえば、ソナー)、またはビジョン/イメージセンサ(た
とえば、カメラ)を含み得る。
The
It may include GPS sensors, proximity sensors (eg, sonar), or vision / image sensors (eg, cameras).
本実施の形態による測定部20は、3次元LIDAR(Light Detectio
n and Ranging)で構成されている。なお、測定部20は、ステレオカメラ
等のように、奥行きを認識することができる機構、離隔した対象物(との距離)を検知可
能な機構であれば、どのようなものでも採用可能である。
The measuring
It is composed of n and Ringing). The measuring
図3を参照して、機能ブロック図を説明する。飛行体1は、取得手段、制御手段及び点
検手段を有している。取得手段は、少なくとも点検開始位置において内壁の向きを取得す
る。上述したセンサ類がその機能の一部又は全部を担っていてもよい。制御手段は、取得
した向きに基づいて飛行体の方向を制御する。上述したフライトコントローラがその機能
の一部又は全部を担っていてもよい。点検部は、広義には、点検構造物(の内壁)の所定
の事象の有無を点検するために利用される装置、機器等を含む包括的な概念である。例示
すれば、撮像装置(可視光、赤外線カメラ等)や、打鍵装置等、探知装置(金属探知機)
、集音装置、臭気測定器、ガス検知器、空気汚染測定器、検出装置(宇宙線、放射線、電
磁波等を検出するための装置)等の内壁を有する点検構造物の状態を知るために必要な装
置は全て採用可能である。
A functional block diagram will be described with reference to FIG. The
, Sound collector, odor measuring device, gas detector, air pollution measuring device, detection device (device for detecting cosmic rays, radiation, electromagnetic waves, etc.), etc. Necessary to know the condition of inspection structures with inner walls All devices can be adopted.
図4を参照して、本実施の形態による飛行体の方向制御の基本原理を説明する。図4(
a)は方向制御前を示し、図4(b)は方向制御後を示す。
The basic principle of the direction control of the flying object according to the present embodiment will be described with reference to FIG. Figure 4 (
a) shows before the direction control, and FIG. 4B shows after the direction control.
図4(a)において、三角形の飛行体は方向Fが前方(点検装置等が効果的に作用でき
るようにするための飛行体の向き)からずれている。方向Fは、この時点では、内壁から
離れる方向に向いているため、このままでは、内壁から遠ざかる方向に飛行してしまう。
そこで、飛行体は、LIDARを利用することにより、少なくとも内壁の2点P1、P2
までの距離L1、L2を取得することができる。
In FIG. 4A, the direction F of the triangular flying object is deviated from the front (the direction of the flying object so that the inspection device or the like can effectively operate). At this point, the direction F is directed away from the inner wall, so that the flight will fly away from the inner wall as it is.
Therefore, by using LIDAR, the air vehicle can use at least two points P1 and P2 on the inner wall.
Distances L1 and L2 can be obtained.
実際にはLIDARの分解能に応じたさらに多くの測距情報を取得できるが、説明を簡
略化するために2点P1、P2(測定点)のみを例にとり説明を行う。取得手段は、距離
L1、L2の情報から内壁の線成分(ベクトル)V1を取得する。
Actually, more distance measurement information can be acquired according to the resolution of LIDAR, but in order to simplify the explanation, only two points P1 and P2 (measurement points) will be taken as an example for explanation. The acquisition means acquires the line component (vector) V1 of the inner wall from the information of the distances L1 and L2.
なお、図4(a)、(b)の例においては、測定点として2点P1、P2を用いて線成
分V1を抽出することとしているが、線成分の抽出に用いられる測定点の数はこれに限ら
れない。例えば、2以上の複数の測定点の位置に応じて利用すべき線成分として採用する
こととしてもよい。この場合、当該複数の測定点の位置関係(位置のばらつき、それぞれ
の間の距離のばらつき等)に基づいて、採用/不採用を決定することとしてもよい。例え
ば、複数の測定点の並びが所定の閾値に収まるばらつきの範囲内であれば、採用すべき線
成分(直線の線成分)としてもよいし、所定の閾値に収まるばらつきの範囲外であれば(
即ち、直線が作れない場合には)、線成分を構成する測定点としては不採用とすればよい
。
In the examples of FIGS. 4A and 4B, the line component V1 is extracted using two points P1 and P2 as measurement points, but the number of measurement points used for extracting the line component is Not limited to this. For example, it may be adopted as a line component to be used according to the positions of two or more measurement points. In this case, adoption / non-adoption may be decided based on the positional relationship of the plurality of measurement points (variation in position, variation in distance between them, etc.). For example, if the arrangement of a plurality of measurement points is within the range of variation within a predetermined threshold value, it may be a line component (straight line component) to be adopted, or if it is outside the range of variation within a predetermined threshold value. (
That is, if a straight line cannot be formed), it may not be adopted as a measurement point constituting the line component.
図4(b)に示されるように、制御手段は、方向Fと線成分V1とを比較して、飛行体
の向き(方向F)が内壁と平行になるようにヨー方向における回転制御を行う。これによ
り、飛行体の飛行方向が内壁と平行となることから正しい方向に沿って点検を開始するこ
とが可能となる。なお、後述するように、図示された例は、水平方向のヨー方向において
回転制御を行いキャリブレーションを行っていたが、点検構造物の形状や向きに応じて回
転制御の方向は任意の方向とすることができる。また、内壁と平行にすることのみならず
、例えば、内壁と所定の角度を維持した状態にキャリブレーションを行うこととしてもよ
い。この場合、線成分V1と、方向Fとが所定の角度をなすように飛行体を回転制御する
こととすればよい。
As shown in FIG. 4B, the control means compares the direction F with the line component V1 and controls the rotation in the yaw direction so that the direction (direction F) of the flying object is parallel to the inner wall. .. As a result, since the flight direction of the flying object is parallel to the inner wall, it is possible to start the inspection along the correct direction. As will be described later, in the illustrated example, rotation control was performed in the yaw direction in the horizontal direction for calibration, but the direction of rotation control could be any direction depending on the shape and orientation of the inspection structure. can do. In addition to being parallel to the inner wall, for example, calibration may be performed while maintaining a predetermined angle with the inner wall. In this case, the rotation of the flying object may be controlled so that the line component V1 and the direction F form a predetermined angle.
図5を参照して、取得手段によって同一の内壁の異なる複数の線成分を利用したキャリ
ブレーションの方法を説明する。図示されるように、図4に図示した方法と同じ原理によ
り、同一の内壁から複数の線成分V1乃至V4を取得する。取得した複数の線成分V1乃
至V4のうち、線成分V2のみが他の線成分V1、V3、V4と比較して異なる方向とな
っている。このとき、取得手段は、線成分V2をイレギュラーな線成分として回転制御の
ための要素には含めない処理を行う。即ち、図5に示される飛行体は、線成分V1、V3
、V4から飛行すべき方向Fを算出して回転制御を行う。
With reference to FIG. 5, a method of calibration using a plurality of different line components of the same inner wall depending on the acquisition means will be described. As shown, a plurality of line components V1 to V4 are obtained from the same inner wall by the same principle as the method shown in FIG. Of the plurality of acquired line components V1 to V4, only the line component V2 has a direction different from that of the other line components V1, V3, and V4. At this time, the acquisition means performs a process in which the line component V2 is not included in the elements for rotation control as an irregular line component. That is, the flying object shown in FIG. 5 has line components V1 and V3.
, V4 calculates the direction F to fly and controls the rotation.
このように、内壁の一部に欠落箇所が存在している(V2位置)ような場合には、一の
線成分のみを取得していた場合には、偶然に当該欠落箇所の線成分を取得してしまうと誤
ったキャリブレーションが行われてしまう。しかしながら、図5に示されるように同一の
内壁の異なる複数の線成分を利用することとすれば、ノイズとなる線成分を多数決方式で
排除することができ、点検構造物の内壁の状態にかかわらず正しいキャリブレーションを
行うことが可能となる。また、飛行体の向きを取得しておき、飛行体の向きと一致しない
線成分を一律に排除することとしてもよい。この場合、飛行体の向きと線成分の方向が所
定の閾値を超えたものだけ排除することとしてもよい。
In this way, when there is a missing part in a part of the inner wall (V2 position), if only one line component is acquired, the line component of the missing part is acquired by chance. If this is done, incorrect calibration will be performed. However, if a plurality of different line components of the same inner wall are used as shown in FIG. 5, the line components that cause noise can be eliminated by a majority voting method, regardless of the state of the inner wall of the inspection structure. It is possible to perform correct calibration without any problems. Further, the orientation of the flying object may be acquired, and the line components that do not match the orientation of the flying object may be uniformly excluded. In this case, only those whose direction of the flying object and the direction of the line component exceed a predetermined threshold value may be excluded.
なお、ノイズ排除の方法は、多数決方式以外にも、例えば、両隣の線成分と比較を行う
ことにより当該線成分がノイズかどうかを判断することとしてもよい。。また、両隣の線
成分を比較して、より大きな(=長い)線成分を採用し、その隣の線成分と更に比較して
より大きな線成分を採用し、というようなトーナメント方式によって検出範囲の内壁の中
から最大の大きさの線成分を採用することとしてもよい(以下、「トーナメント方式と呼
ぶ)
In addition to the majority voting method, the noise elimination method may be, for example, determining whether or not the line component is noise by comparing with the line components on both sides. .. In addition, the detection range is determined by a tournament method such as comparing the line components on both sides and adopting a larger (= longer) line component, and further comparing with the line component next to it and adopting a larger line component. The line component of the largest size may be adopted from the inner wall (hereinafter referred to as "tournament method").
図6を参照して、例えば、自然構造物や著しく経年劣化した人工構造物のように、内壁
に細かい凹凸が存在している場合のキャリブレーションの方法を説明する。図示されるよ
うに、取得手段は、内壁の所定範囲から複数の線成分V1乃至V5を取得する。その後取
得した線成分V1乃至V5を合成することにより一の合成線成分とし(図示せず)、当該
合成線成分に応じて方向Fを算出する。なお、より多くの線成分を取得することにより、
より正確な合成線成分を取得することが可能となる。この場合にも、一の線成分のみを取
得していた場合のように偶然に当該欠落箇所の線成分を取得してしまい誤ったキャリブレ
ーションが行われてしまうことを防ぐことができる。
With reference to FIG. 6, a calibration method will be described when fine irregularities are present on the inner wall, for example, a natural structure or an artificial structure that has deteriorated significantly over time. As shown, the acquisition means acquires a plurality of line components V1 to V5 from a predetermined range of the inner wall. After that, the acquired line components V1 to V5 are combined to form one synthetic line component (not shown), and the direction F is calculated according to the combined line component. By acquiring more line components,
It is possible to obtain a more accurate composite line component. Also in this case, it is possible to prevent an erroneous calibration from being performed by accidentally acquiring the line component of the missing portion as in the case where only one line component is acquired.
上述した実施の形態は、一の内壁の単数又は複数の線成分を利用してキャリブレーショ
ンを行う方法を説明したが、対向する2つの側面を利用することとしてもよい。この場合
の方法を図7を参照して説明する。
In the above-described embodiment, the method of performing calibration using a single or a plurality of line components of one inner wall has been described, but two opposite sides may be used. The method in this case will be described with reference to FIG.
図7(a)は方向制御前を示し、図7(b)は方向制御後を示す。前記取得手段は、異
なる複数の対象面の線成分V1及びV2を取得する。より詳しくは、図7(a)において
、三角形の飛行体は方向Fが前方から左方向にずれている。方向Fは、この時点では、右
側の内壁から離れる方向かつ左側の内壁に近づく方向を向いているため、このままでは、
左側内壁に衝突してしまう。そこで、飛行体は、LIDARを利用することにより、少な
くとも右側の内壁の2点P1、P2までの距離L1、L2、及び、左側の内壁の2点P3
、P4までの距離L3、L4を取得することができる。
FIG. 7 (a) shows before the direction control, and FIG. 7 (b) shows after the direction control. The acquisition means acquires the line components V1 and V2 of a plurality of different target surfaces. More specifically, in FIG. 7A, the direction F of the triangular flying object is shifted from the front to the left. At this point, the direction F is in the direction away from the inner wall on the right side and the direction toward the inner wall on the left side.
It collides with the inner wall on the left side. Therefore, by using LIDAR, the flying object has at least two points P1 and P2 on the right inner wall, distances L1 and L2 to P2, and two points P3 on the left inner wall.
, P4 distances L3 and L4 can be obtained.
なお、上記と同様に、実際にはLIDARの分解能に応じたさらに多くの測距情報を取
得できるが、説明を簡略化するために一つの内壁あたり2点P1、P2/P3、P4のみ
を例にとり説明を行う。取得手段は、距離L1、L2及び距離L3、L4の情報から内壁
の線成分V1、V2を取得する。
In the same manner as above, more distance measurement information can be actually acquired according to the resolution of LIDAR, but for the sake of simplification of the explanation, only two points P1, P2 / P3, and P4 per inner wall are taken as an example. I will explain to you. The acquisition means acquires the line components V1 and V2 of the inner wall from the information of the distances L1 and L2 and the distances L3 and L4.
図7(b)に示されるように、制御手段は、方向Fと線成分V1、V2とを比較して、
飛行体の向き(方向F)が内壁と平行になるようにヨー方向における回転制御を行う。こ
れにより、飛行体の飛行方向が左右両方の内壁と平行となることから正しい方向に沿って
点検を開始することが可能となる。
As shown in FIG. 7B, the control means compares the direction F with the line components V1 and V2.
Rotation control is performed in the yaw direction so that the direction (direction F) of the flying object is parallel to the inner wall. As a result, since the flight direction of the flying object is parallel to both the left and right inner walls, it is possible to start the inspection along the correct direction.
また、図5又は図6を参照して説明した方法を採用し、一方の内壁と他方の内壁から多
数決方式で線成飛行体の向きを取得しておき、飛行体の向きと一致しない線成分を一律に
排除することとしてもよい。この場合も、飛行体の向きと線成分の方向が所定の閾値を超
えたものだけ排除することとしてもよい。採用した(排除しなかった)線成分を内壁夫々
において加算(合成)し、方向制御を行うこととしてもよい。
Further, by adopting the method described with reference to FIG. 5 or 6, the orientation of the linear flying object is obtained from one inner wall and the other inner wall by a majority vote method, and the line component that does not match the orientation of the flying object is obtained. May be uniformly excluded. In this case as well, only those whose direction of the flying object and the direction of the line component exceed a predetermined threshold value may be excluded. The adopted (not excluded) line components may be added (combined) on each inner wall to control the direction.
また、図8に示されるように、一方の内壁と他方の内壁の向きが異なっている場合につ
いても同様である。図示される点検構造物は前方に向かって末広がりの構造を有している
。このとき、右側の内壁のみの線成分を取得してキャリブレーションを行うと、飛行開始
後、進むにつれて左側の内壁との距離が大きくなってしまい、左右方向において同一の状
況下で点検を行うことができない。そこで、図示されるように、左右方向の内壁から取得
した線成分V1、V2の合成線成分(合成ベクトル)V3を生成して、当該V3を飛行方
向Fとすることとすればよい。
Further, as shown in FIG. 8, the same applies to the case where the orientations of one inner wall and the other inner wall are different. The inspection structure shown has a structure that expands toward the front. At this time, if the line component of only the inner wall on the right side is acquired and calibrated, the distance from the inner wall on the left side will increase as the flight progresses, and inspection should be performed under the same conditions in the left and right directions. I can't. Therefore, as shown in the drawing, a composite line component (composite vector) V3 of the line components V1 and V2 acquired from the inner wall in the left-right direction may be generated, and the V3 may be set as the flight direction F.
更に、図9に示されるように、右側の壁は凹凸が存在し、左側の壁には凹凸が存在して
いない場合、左側の線成分V6乃至V9の前後方向の成分の総和と、右側の線成分V1乃
至V5の総和とを比較すると、左側の線成分の方が大きくなる。これをもって、飛行体の
方向Fを左側の線成分に合わせることとすれば、適切な方向に制御することが可能となる
。
Further, as shown in FIG. 9, when the right wall has unevenness and the left wall does not have unevenness, the sum of the front-back components of the left line components V6 to V9 and the right side Comparing with the sum of the line components V1 to V5, the line component on the left side is larger. With this, if the direction F of the flying object is adjusted to the line component on the left side, it is possible to control in an appropriate direction.
図10に示されるように、キャリブレーションのための回転制御は、少なくとも90度
以下の範囲で行うこととすれば十分である。しかしながら、図示される状態においては、
飛行体の機首が出口(Out)方向を向いていたから90度以内の回転制御で飛行すべき
方向にキャリブレーションを行うことができた。キャリブレーションの際には、少なくと
も機首が点検すべき方向を向いていることが好ましい。
As shown in FIG. 10, it is sufficient that the rotation control for calibration is performed in a range of at least 90 degrees or less. However, in the illustrated state,
Since the nose of the aircraft was facing the Out direction, it was possible to calibrate in the direction in which it should fly by controlling the rotation within 90 degrees. When calibrating, it is preferable that at least the nose is facing the direction to be inspected.
上述したように、互いに対向する2つの内壁の向き(線成分)を取得することによりキ
ャリブレーションを行うことにより点検構造物の内部状態に即したキャリブレーションを
行うことが可能となる。なお、キャリブレーションに使用する内壁は、左右方向に対向す
る内壁のみならず、上下方向に対向する内壁としてもよい。
As described above, it is possible to perform calibration according to the internal state of the inspection structure by performing calibration by acquiring the directions (line components) of the two inner walls facing each other. The inner wall used for calibration may be not only an inner wall facing in the left-right direction but also an inner wall facing in the vertical direction.
即ち、図11に示されるように、取得手段は、左右方向に対向する内壁LW、RWの線
成分D1、D2を夫々取得することによってキャリブレーションを行うこととすれば、水
平方向(XY平面)における飛行方向のキャリブレーションを行うことができる。一方、
図12に示されるように、取得手段は、上下方向に対向する内壁TW、GNDの線成分D
3、D4を夫々取得することによってキャリブレーションを行うこととすれば、垂直方向
(YZ平面)における飛行方向のキャリブレーションを行うことができる。
That is, as shown in FIG. 11, if the acquisition means performs calibration by acquiring the line components D1 and D2 of the inner walls LW and RW facing each other in the left-right direction, the horizontal direction (XY plane). It is possible to calibrate the flight direction in. on the other hand,
As shown in FIG. 12, the acquisition means is a line component D of the inner walls TW and GND facing in the vertical direction.
If calibration is performed by acquiring 3 and D4 respectively, it is possible to calibrate the flight direction in the vertical direction (YZ plane).
<点検の流れ>
続いて、上述した飛行体を利用した点検方法の流れを説明する。図13に示されるよう
に、点検は大きく4つの状態により構成される。即ち、点検開始位置までの手動制御、点
検開始地点へ到着、方向合わせ(キャリブレーション)、飛行点検開始の4つの状態であ
る。図14をも参照して、飛行体は、点検構造物の入り口(点検開始地点)までは例えば
、手動制御を受け付けることにより手動で飛行する。点検開始位置に到着すると、上述し
たキャリブレーションを行い、飛行体が適切な方向となるように制御が行われる。その後
、内壁を撮像等行うことにより構造物内部を点検する。
<Inspection flow>
Subsequently, the flow of the inspection method using the above-mentioned flying object will be described. As shown in FIG. 13, the inspection is roughly composed of four states. That is, there are four states: manual control to the inspection start position, arrival at the inspection start point, direction adjustment (calibration), and flight inspection start. Also referring to FIG. 14, the flying object manually flies to the entrance (inspection start point) of the inspection structure, for example, by accepting manual control. Upon arriving at the inspection start position, the above-mentioned calibration is performed and control is performed so that the flying object is in the appropriate direction. After that, the inside of the structure is inspected by taking an image of the inner wall.
なお、点検開始位置に作業者が近づける場合や、点検開始位置の地面等に飛行体が設置
できる場合には、点検開始位置付近に飛行体を設置してキャリブレーションを行うことと
すればよい。この場合キャリブレーションを行うための高さまでは自動で上昇することと
してもよい。
If the worker approaches the inspection start position, or if the flying object can be installed on the ground or the like at the inspection starting position, the flying object may be installed near the inspection start position and calibrated. In this case, the height for calibration may be automatically increased.
また、上述した実施の形態は、キャリブレーションを主として説明したが、例えば、点
検の最中に飛行方向を調整するために上述した線成分を取得することとしてもよい。これ
により、点検中も適切な方向に飛行を行うことができる。
Further, although the above-described embodiment has mainly described calibration, for example, the above-mentioned line component may be acquired in order to adjust the flight direction during the inspection. As a result, it is possible to fly in an appropriate direction even during the inspection.
なお、上述した実施の形態は、点検開始時のキャリブレーション(左右の内壁の向きを
検知して自機の向きを変更)を主として説明したが、例えば、点検飛行の最中に同様の方
法でリアルタイムに飛行体の向きを修正することとしてもよい。この場合、内壁の検出の
頻度や、検出の範囲、検出の方向などは適宜調整することができる。また、水平方向の検
出(図11)と垂直方向の検出(図12)とを交互に行うこととしてもよい(所定の頻度
で交互に行うこととしてもよい)。これにより、点検飛行中も飛行体の向きと、内壁から
の距離を一定に保ちながら、飛行することが可能となる。
In the above-described embodiment, calibration at the start of inspection (detecting the orientation of the left and right inner walls and changing the orientation of the own aircraft) has been mainly described, but for example, the same method is used during the inspection flight. The orientation of the air vehicle may be corrected in real time. In this case, the frequency of detection of the inner wall, the range of detection, the direction of detection, and the like can be appropriately adjusted. Further, the horizontal detection (FIG. 11) and the vertical detection (FIG. 12) may be alternately performed (they may be alternately performed at a predetermined frequency). As a result, it is possible to fly while keeping the direction of the flying object and the distance from the inner wall constant even during the inspection flight.
上述したように、本発明は、点検飛行開始前のキャリブレーション及び、点検飛行時の
飛行方向制御の両方に適用することが可能である。更には、図4に示した一方の側面(内
壁)の線成分を取得して方向を制御するという基本制御に基づいて以下のような組み合わ
せも採用可能である。
(1)一方のみの側面の複数の線成分を取得して方向制御を行う方法
(1−1)取得した複数の線成分を合成した合成線成分を取得して方向制御を行う方法
(1−2)取得した複数の線成分を平均した平均線成分を取得して方向制御を行う方法
(1−3)当該取得した複数の線成分のうち、内壁の状態に応じて取得すべき線成分の数
を設定する方法(即ち、基本取得線成分の数を設定し、内壁の起伏が多い場合には取得す
る線成分を多くし、内壁の起伏が少ない場合には取得する線成分を少なくする等)
(1−4)当該取得した複数の線成分を所定の条件による重み付けおよび/または比較を
して、線成分のうちで重要なものを採用する方法(例えばトーナメント方式)
(2)2つ以上の側面の線成分を取得して方向制御を行う方法
(2−1)夫々の内壁において、取得した複数の線成分を合成した合成線成分を取得し、
一方の内壁から得られた合成線成分と他方の内壁から得られた合成成分とを比較して方向
制御を行う方法
(2−2)夫々の内壁において、取得した複数の線成分を平均した平均線成分を取得し、
一方の内壁から得られた平均線成分と他方の内壁から得られた平均線成分とを比較して方
向制御を行う方法
(2−3)夫々の内壁において、当該取得した複数の線成分のうち、内壁の状態に応じて
取得すべき線成分の数を設定する方法(即ち、基本取得線成分の数を設定し、内壁の起伏
が多い場合には取得する線成分を多くし、内壁の起伏が少ない場合には取得する線成分を
少なくする等)
(2−4)夫々の内壁において、当該取得した複数の線成分を所定の条件による重み付け
および/または比較をして、線成分のうちで重要なものを採用し、一方の内壁で採用した
線成分と他方の内壁で採用した線成分を所定の条件による重み付けおよび/または比較し
て方向制御を行う方法
(2−5)上記のほか、夫々の内壁の線成分を夫々取得する方法と、夫々取得した内壁の
線成分を飛行方向に反映させる方法とを、壁面の状況等に応じたより効果的な方法で組み
合わせる方法。(即ち、左壁は合成線成分、右壁は平均線成分、飛行方法への反映は重み
付けによる等)
As described above, the present invention can be applied to both calibration before the start of the inspection flight and flight direction control during the inspection flight. Further, the following combinations can be adopted based on the basic control of acquiring the line component of one side surface (inner wall) shown in FIG. 4 and controlling the direction.
(1) A method of acquiring a plurality of line components on only one side surface and performing direction control (1-1) A method of acquiring a composite line component obtained by synthesizing a plurality of acquired line components and performing direction control (1- 2) A method of acquiring an average line component obtained by averaging a plurality of acquired line components and performing direction control (1-3) Of the obtained plurality of line components, the line component to be acquired according to the state of the inner wall. Method of setting the number (that is, set the number of basic acquisition line components, increase the number of line components to be acquired when the inner wall has many undulations, decrease the number of line components to be acquired when the inner wall has few undulations, etc. )
(1-4) A method of weighting and / or comparing a plurality of acquired line components under predetermined conditions and adopting an important line component (for example, a tournament method).
(2) Method of acquiring line components of two or more side surfaces to control the direction (2-1) Obtaining a composite line component obtained by synthesizing a plurality of acquired line components on each inner wall,
Method of controlling the direction by comparing the synthetic line component obtained from one inner wall with the synthetic component obtained from the other inner wall (2-2) An average of a plurality of obtained line components on each inner wall. Get the line component,
Method of performing direction control by comparing the average line component obtained from one inner wall with the average line component obtained from the other inner wall (2-3) Of the plurality of acquired line components on each inner wall , How to set the number of line components to be acquired according to the state of the inner wall (that is, set the number of basic acquisition line components, and if there are many undulations of the inner wall, increase the number of line components to be acquired and undulate the inner wall. If the number is small, the line component to be acquired is reduced, etc.)
(2-4) In each inner wall, the acquired plurality of line components are weighted and / or compared under predetermined conditions, and the most important line component is adopted, and the line adopted in one inner wall. Method of performing direction control by weighting and / or comparing the component and the line component adopted for the other inner wall under a predetermined condition (2-5) In addition to the above, a method of obtaining the line component of each inner wall, respectively. A method of combining the acquired line component of the inner wall in the flight direction with a more effective method according to the condition of the wall surface. (That is, the left wall is the composite line component, the right wall is the average line component, and the reflection in the flight method is by weighting, etc.)
以上説明したように、本発明によれば、GPSが機能しない(機能しにくい)閉所のよ
うな場所であっても、LIDARを利用することによって飛行体1を自律的に飛行させ壁
面を有する構造体の点検(撮像)を行うことが可能となる。
As described above, according to the present invention, even in a closed place where GPS does not function (it is difficult to function), the flying
本発明の飛行体は、マルチコプター・ドローン等の飛行機関連産業(特に、検知機等を
搭載した検知用の飛行体)において利用することができ、さらに、本発明は、カメラ等を
搭載した空撮用の飛行体としても好適に使用することができる他、セキュリティ分野、イ
ンフラ監視等の様々な産業にも利用することができる。
The air vehicle of the present invention can be used in an airplane-related industry such as a multicopter drone (particularly, an air vehicle for detection equipped with a detector or the like), and further, the present invention is the sky equipped with a camera or the like. In addition to being suitable for use as an air vehicle for photography, it can also be used in various industries such as the security field and infrastructure monitoring.
上述した実施の形態は、本発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、本発明を限定
して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良
することができると共に、本発明にはその均等物が含まれることは言うまでもない。
The above-described embodiments are merely examples for facilitating the understanding of the present invention, and are not intended to limit the interpretation of the present invention. It goes without saying that the present invention can be modified and improved without departing from the spirit thereof, and the present invention includes an equivalent thereof.
1 飛行体
5 点検構造物
1
Claims (7)
取得した前記統合した向きに基づいて自機の進行方向を設定する制御手段と、を備え、
前記異なる対象面は、対向する2つの対象面であり、
前記各対象面が延伸する向き、または、前記統合した向きは、前記複数の線成分の合成化または平均化の少なくともいずれかを実行することにより得られる、
ことを特徴とする飛行体。 A plurality of measurement points on each of the target surfaces are detected on at least two or more different target surfaces, and a plurality of line components obtained by connecting the two points of the plurality of measurement points are obtained from the two or more different target surfaces. An acquisition means for detecting, detecting the direction in which each target surface extends from each of the detected plurality of line components, and acquiring the direction in which the plurality of detected directions are integrated.
It is provided with a control means for setting the traveling direction of the own aircraft based on the acquired integrated orientation.
Wherein the different target surface, has two target faces der opposed,
The orientation in which each of the target surfaces extends, or the integrated orientation, is obtained by performing at least one of the synthesis or averaging of the plurality of line components.
An air vehicle characterized by that.
ことを特徴とする請求項1に記載の飛行体。 The acquisition unit acquires the direction of the resultant line component of the detected plurality of lines ingredient as a direction which is the integrated,
The flying object according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1に記載の飛行体。 The acquisition unit is a synthetic line component of the detected plurality of lines component generated for each of the target surface, and acquires the direction of the large synthetic line component of the generated plurality of synthetic lines ingredient as a direction that the integrated ,
The flying object according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1に記載の飛行体。 The acquisition unit is the average line component of the detected plurality of lines component generated for each of the target surface, and acquires the direction of the average line components larger of the generated plurality of average line components as the orientation obtained by the integrated ,
The flying object according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1に記載の飛行体。 The acquisition unit, in the object plane of a predetermined number to generate a mean line component of the detected plurality of lines component, in the remainder of the target surface, generate a synthesized ray components of the detected plurality of lines component And obtain the integrated orientation based on the plurality of line components generated respectively.
The flying object according to claim 1.
制御手段により、取得した前記統合した向きに基づいて自機の進行方向を設定する制御ステップと、を備え、
前記異なる対象面は、対向する2つの対象面であり、
前記各対象面が延伸する向き、または、前記統合した向きは、前記線成分の合成化または平均化の少なくともいずれかを実行することにより得られる、
ことを特徴とする飛行体制御方法。 By the acquisition means, a plurality of measurement points on each of the target surfaces are detected on at least two or more different target surfaces, and a plurality of line components obtained by connecting the two points of the plurality of measurement points are different from the two or more. An acquisition step of detecting each from the target surface, detecting the direction in which each target surface extends from each of the plurality of detected line components, and acquiring the direction in which the plurality of detected directions are integrated.
The control means includes a control step for setting the traveling direction of the own machine based on the acquired integrated orientation.
Wherein the different target surface, has two target faces der opposed,
The orientation in which each of the target surfaces extends, or the integrated orientation, is obtained by performing at least one of the synthesis or averaging of the line components.
An air vehicle control method characterized by that.
前記飛行体制御方法は、
取得手段により、少なくとも二以上の異なる対象面において、前記各対象面上における複数の測定点を検出し、当該複数の測定点の2点を結んで得られる複数の線成分を前記二以上の異なる対象面からそれぞれ検出し、当該検出されたそれぞれの複数の線成分から各対象面が延伸する向きをそれぞれ検出し、当該検出された複数の向きを統合した向きを取得する取得ステップと、
制御手段により、取得した前記統合した向きに基づいて自機の進行方向を設定する制御ステップと、を備え、
前記異なる対象面は、対向する2つの対象面であり、
前記各対象面が延伸する向き、または、前記統合した向きは、前記線成分の合成化または平均化の少なくともいずれかを実行することにより得られる、
ことを特徴とするプログラム。 A program that causes an air vehicle to execute an air vehicle control method.
The flying object control method is
By the acquisition means, a plurality of measurement points on each of the target surfaces are detected on at least two or more different target surfaces, and a plurality of line components obtained by connecting the two points of the plurality of measurement points are different from the two or more. An acquisition step of detecting each from the target surface, detecting the direction in which each target surface extends from each of the plurality of detected line components, and acquiring the direction in which the plurality of detected directions are integrated.
The control means includes a control step for setting the traveling direction of the own machine based on the acquired integrated orientation.
Wherein the different target surface, has two target faces der opposed,
The orientation in which each of the target surfaces extends, or the integrated orientation, is obtained by performing at least one of the synthesis or averaging of the line components.
A program characterized by that.
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