JP7213104B2 - 無人航空機および検査方法 - Google Patents

Description

本開示は、閉空間の検査技術に関し、特に、無人航空機を用いた検査技術に関する。

例えば火力発電所で用いられるボイラなどの燃焼炉は、運転開始後には定期的に運転を停止し、内部に作業者が入るなどして保守検査を行う必要がある。この保守検査時には、炉内における検査箇所の位置（検査位置）を明確にする必要があるが、燃焼炉は容量が大きく目視で検査位置を正確に把握することが困難である。そこで、従来から、検査箇所の高さ位置及び左右位置を巻尺等により測定し、マーキングすることで検査位置を把握する方法があるが、この方法では、作業員の足場架設やゴンドラ設置が必要となり、多大な労力、コスト及び点検期間が必要となっている。

他方、屋外の構造物に対する検査では、無人機およびＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を使用することにより、足場架設を不要とすることが可能な無人点検技術もある。しかし、この方法をボイラや煙突など構造物の内部の点検に適用しようとしても、衛星からの電波が届かないため、ＧＰＳによる飛行位置の把握ができず、安定した操縦ができない。よって、このような点検技術を構造物の内部の点検に適用することは困難である。

このような課題に対して、例えば特許文献１では、ボイラ（ボイラ火炉）などの構造物の内壁面との距離を計測する距離計測部（例えばレーザスキャナ、超音波センサ等）、構造物の壁面側の構造体（例えば配管、継手等）を撮像する撮像部などが搭載された、例えばプロペラなどの浮遊手段を備えた無人浮遊機（無人航空機）が開示されている。そして、距離計測部の情報（信号）などに基づいて撮像部の撮像位置の情報をえることができ、構造物の内部に対する無人の点検が可能とされる。

なお、特許文献２には、ノイズ源となる物体の背後に存在する監視対象物を適正に検出することが可能な走査式測距装置の信号処理装置が開示されている。また、非特許文献１には、単一方向のレーザ光で複数の反射光を測定することができるマルチエコーセンサが開示されている。この非特許文献１には、従来の側域センサでは、最初に返るエコーから距離値を算出するのに対し、マルチエコーセンサでは複数のエコー（反射波）が返ってくる際に、それぞれに対して距離値を得ることが出来ため、光透過物質や物体の境目、雨や露、雪などによるノイズの影響に強いという特徴がある旨が開示されている。

特開２０１６－１５６２８号公報 特開２０１２－２４２１８９号公報

佐藤功太、他１名著、「マルチエコーを取得可能な測域センサの性質に関する研究」、２０１２年５月２７日

しかしながら、例えば燃焼炉の内部のように外部からＧＰＳ等の位置捕捉用手段を利用できない空間（以下閉空間と記す）を、運転開始後に保守検査する際には、燃焼炉等の内部には、それまでの運転により生じた燃焼灰などの煤塵が堆積している。このような閉空間の保守検査を、プロペラなどを有する無人航空機を用いて行う場合には、プロペラなどにより生じる気流により堆積していた煤塵が舞い上がる。このため、このような煤塵（反射源）が存在しないことを前提とした側域センサでは、閉空間内に浮遊している無数の煤塵による反射波の影響により、無人航空機と炉壁の内壁面との間の距離が適切に計測できないことが新たに分かった。また、堆積していた煤塵が無人航空機の飛行により飛散しないように水などを事前に撒くことで、堆積物の飛散を抑制することも考えられるが、このような事前作業が必要となってしまう。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、閉空間内に煤塵等の反射物が存在している場合であっても、静止物との間の距離を精度良く測定することが可能な無人航空機を提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る無人航空機は、
閉空間内を飛行するように構成された無人航空機であって、
機体と、
前記機体が空中を飛行するための推力を発生させるよう構成された推力発生手段と、
前記機体に搭載される測長手段と、を備え、
前記測長手段は、
測定波を送信するよう構成された送信部と、
前記測定波の反射波を受信するよう構成された受信部と、
前記受信部で複数回受信される、前記送信部から送信された前記測定波の前記反射波に基づいて、前記閉空間内に存在する静止物との間の距離を算出するよう構成された距離算出部と、を有する。

上記（１）の構成によれば、例えばドローンなどの無人航空機は、送信部から送信した例えばパルスレーザ、ミリ波などの測定波の反射波に基づいて、例えばボイラなどの燃焼炉や煙突などを形成する壁面などとなる静止物（内壁面）との間の距離を測定する測長手段を備える。この測長手段は、送信した測定波（パルス）に対して受信される複数の反射波に基づいて静止物との間の距離を測定することが可能である。このように、複数の反射波に基づいて静止物との間の距離を測定することにより、測長手段（受信部）と静止物との間に燃焼灰などの煤塵が存在する場合であっても、静止物との間の距離を精度良く測定することができ、無人航空機による閉空間内の検査を実現することができる。

すなわち、例えば燃焼炉などの内部空間（閉空間）をその運転後に保守点検する場合には、無人航空機が飛行することで閉空間に堆積していた燃焼灰などの煤塵が舞い上がるため、測長手段と静止物との間には、浮遊している無数の煤塵が存在するようになる。このため、送信部から送信した測定波は、静止物の他に、この静止物との間に浮遊する煤塵からも反射するため、受信部は、様々な位置で反射した複数の反射を受信（検出）することになる。ところが、静止物との間に煤塵が存在せず、静止物のみからの反射波を受信することを前提として距離を測定すると、静止物との間の距離を正しく測定できない。しかし、上記の通り、測長手段が、複数の反射波に基づいて静止物との間の距離を測定することにより、静止物との間の距離を精度良く測定することができる。

また、測長手段によって測定した距離に基づいて閉空間内における無人航空機の位置を求めるようにすれば、その位置を精度良く算出できるので、検査位置を精度良く求めることや、予め定めるなどした飛行ルートに沿って無人航空機を自律的に飛行させることが可能となる。したがって、無人航空機による閉空間内の検査を効率化することもできる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記測長手段は、少なくとも水平方向における前記静止物までの距離を測定する。
上記（２）の構成によれば、測長手段によって少なくとも水平方向に存在する静止物との間の距離を測定する。これによって、閉空間を無人で検査することが可能な無人航空機を提供することができる。なお、鉛直方向の距離（高さ）については、例えば気圧計などの他の手段を用いても良い。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）～（２）の構成において、
前記推力発生手段は、プロペラを含み、
前記送信部は、水平方向に前記測定波を送信するよう構成された水平送信部を含み、
前記受信部は、前記水平送信部から送信された前記測定波の前記反射波を受信するよう構成された水平受信部を含み、
前記水平送信部および前記水平受信部は、前記プロペラよりも上方に設置されている。

上記（３）の構成によれば、無人航空機は、プロペラを推力発生手段とする例えばドローンなどである。また、測長手段は、水平方向における静止物との間の距離を測定する送信部（水平送信部）および受信部（水平受信部）を有すると共に、この水平送信部および水平受信部は、無人航空機の機体におけるプロペラの上方に位置するように機体に設置される。本発明者らは、プロペラの回転により浮遊した煤塵は、主に、プロペラの下方に浮遊していることを見出している。よって、水平方向における静止物との間の距離を測定する測長手段をプロペラの上方に位置させることにより、静止物との間に浮遊する煤塵がより少ないような環境で、水平方向に位置する静止物との間の距離を測定することができる。よって、水平方向における上記の距離の測定精度の向上を図ることができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）～（３）の構成において、
前記送信部は、鉛直方向の下方に前記測定波を送信するよう構成された鉛直送信部を含み、
前記受信部は、前記鉛直送信部から送信された前記測定波の前記反射波を受信するよう構成された鉛直受信部を含む。

上記（４）の構成によれば、測長手段は、鉛直方向における静止物との間の距離（高さ）を測定するための送信部（鉛直送信部）および受信部（鉛直受信部）を有する。これによって、鉛直方向における上記の距離を測定することができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（４）の構成において、
前記推力発生手段は、プロペラを含み、
前記鉛直送信部および前記鉛直受信部は、前記プロペラよりも下方に設置されている。

上記（５）の構成によれば、無人航空機は、プロペラを推力発生手段とする例えばドローンなどである。また、測長手段は、鉛直方向における静止物との間の距離（高さ）を測定するための送信部（鉛直送信部）および受信部（鉛直受信部）を有すると共に、この鉛直送信部および鉛直受信部は、プロペラのよりも下方に位置するように機体に設置される。これによって、鉛直方向に位置する静止物との間の距離の測定において、プロペラからの反射波の影響がないようにすることができる。よって、鉛直方向における上記の距離の測定精度の向上を図ることができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）～（５）の構成において、
前記距離に基づいて、前記無人航空機の位置を算出するよう構成された位置算出部を、さらに備える。
上記（６）の構成によれば、無人航空機は、静止物との間の距離に基づいて、飛行中の位置を算出する。このように、飛行中の無人航空機の位置を上記の距離Ｌに基づいて求めることで、撮像手段による撮影時の位置を精度良く求めることができる。よって、画像に基づく検査を通して実際の保守作業が必要となった場合に、その画像の撮影位置に対応する、保守作業を行うべき閉空間内の位置を迅速に特定し、アクセスすることができる。また、プログラムなどされることにより予め定められた飛行ルートに沿って、無人航空機を自律的に飛行させることができる。よって、無人航空機を人が遠隔地から操縦することなく検査作業（飛行ルートに沿った飛行や画像の撮影など）を行うことができ、検査作業の容易化および効率化を図ることができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）～（６）の構成において、
前記機体に搭載される撮像手段を、さらに備える。
上記（７）の構成によれば、無人航空機は、カメラ等の撮像手段を備える。これによって、検査対象の撮影画像を得ることができる。また、撮影画像と共に位置情報を得るようにすれば、画像から検査対象の破損等の不具合を確認した場合に、不具合の生じている位置を容易に特定することができ、検査検査に基づく保守作業の容易化を図ることができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（１）～（７）の構成において、
前記静止物は、燃焼炉の内部空間である前記閉空間を形成する壁である。
上記（８）の構成によれば、運転により燃焼灰などが堆積している燃焼炉の炉内の保守検査を、無人航空機により容易に行うことができる。例えば足場や架設を不要とすることができるので、そのための労力や、コスト、点検期間の削減も実現することができる。

（９）本発明の少なくとも一実施形態に係る検査方法は、
無人航空機を用いた閉空間内の検査方法であって、
前記閉空間内で前記無人航空機を飛行させる飛行ステップと、
前記無人航空機の飛行中に、前記無人航空機と前記閉空間内に存在する静止物との間の距離を測定する測長ステップと、を備え、
前記測長ステップは、
測定波を送信する送信ステップと、
前記測定波の反射波を受信する受信ステップと、
前記受信ステップで複数回受信される、前記送信ステップで送信された前記測定波の前記反射波に基づいて、前記静止物との間の距離を算出する距離算出ステップと、を有する。
上記（９）の構成によれば、上記（１）と同様の効果を奏する。

（１０）幾つかの実施形態では、上記（９）の構成において、
前記距離に基づいて、前記無人航空機の位置を算出する位置算出ステップを、さらに備える。
上記（１０）の構成によれば、上記（６）と同様の効果を奏する。

（１１）幾つかの実施形態では、上記（９）～（１０）の構成において、
前記閉空間内に存在する検査対象物における少なくとも１箇所を撮影する撮影ステップを、さらに備える。
上記（１１）の構成によれば、上記（７）と同様の効果を奏する。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、閉空間内に煤塵等の反射物が存在している場合であっても、静止物との間の距離を精度良く測定することが可能な無人航空機が提供される。

本発明の一実施形態に係る無人航空機を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態に係る測長手段の構成を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態に係る検査方法を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

本発明の一実施形態に係る無人航空機１を概略的に示す図である。無人航空機１は、例えばプロペラを備えるドローンなど、閉空間Ｓ内を飛行するように構成された無人の航空機（ＵＡＶ：Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｅｒｉａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）である。上記の閉空間Ｓは、構造物の内部に形成された空間である。具体的には、例えば、ボイラやゴミ焼却炉などの燃焼炉や煙突などの内部空間であり、燃焼灰などの煤塵ｄが堆積しているような空間である。この閉空間Ｓは、その一部が他に連通するための連通部を有していていも良い。例えば、水平方向の断面形状が矩形であるようなボイラ（火炉）の内部空間は、燃料を燃焼させるための燃焼空間を含んだ空間であるが、上記の断面が矩形となるように配置される側壁部と、この側壁部の上部に連なる天井部と、側壁部の下部に連なる底部とで形成されるが、例えば側壁部の上部にはボイラの煙道に連通するための連通部が形成されている。また、煙突の内部空間は、排ガスが通る流路を形成するために側壁部を有するが、上部が外部（大気）に連通されると共に、下部は排ガス処理装置等に接続する配管の内部に連通される。

そして、図１に示すように、上記の無人航空機１は、機体２と、この機体２が空中を飛行するための推力を発生させるよう構成された推力発生手段３と、機体２に搭載（設置）される測長手段４と、を備える。さらに、無人航空機１は、撮像手段７などの検査情報取得手段を備えても良い。また、無人航空機１は、位置算出部５を備えても良い。

詳述すると、機体２は、無人航空機１における推力発生手段３と、測長手段４などの機体２に搭載された物以外の部分である。図１に示す実施形態では、機体２は、機体本体２１と、機体本体２１の周囲を防護するように設けられた機体ガード部２２（前方側ガード部２２Ａ、左側ガード部２２Ｂ、右側ガード部２２Ｃ、後方側ガード部２２Ｄ）と、を備えている。また、推力発生手段３はプロペラ（回転羽）であり、機体ガード部２２の四隅の上面にそれぞれ設けられている（合計で４つ）。なお、プロペラの数は本実施形態に限定されず、任意の数で良い。

また、機体２には、閉空間Ｓを形成する壁などの構造物（静止物９）の内壁面など、閉空間Ｓ内を検査するために必要な検査情報取得手段（物）が搭載されている。具体的には、図１に示すように、機体２には、静止画像や動画像を構成する各フレームなどの画像Ｇを撮影することが可能な撮像手段７が設置されても良い。図１に示す実施形態では、撮像手段７は、上述した前方側ガード部２２Ａの一部に設置された第１カメラ７ａと、後方側ガード部２２Ｄに支持部２４を介して設置された第２カメラ７ｂと、を含んでいる。また、第１カメラ７ａは静止画を撮影し、第２カメラ７ｂは、動画を撮影するようになっている。

そして、撮像手段７によって、静止物９の内面側に位置する配管や継手等を撮影した画像Ｇを得ることで、その画像Ｇに基づく静止物９の損傷の有無といった外観検査などの検査が可能となる。このような検査のために撮影される画像Ｇは、撮像手段７や機体２に搭載された記憶媒体ｍに記憶されるようになっていても良い。この記憶媒体ｍは、撮像手段７等に着脱可能に搭載されたフラッシュメモリなどであっても良い。この際、記憶媒体ｍには、画像Ｇと共に飛行位置Ｐ（後述）が記憶されるようになっていても良い。あるいは、構造物の外部に設置されたコンピュータ（不図示）に送られることで、不図示のディスプレイの画面への表示や記憶装置（不図示）への保存するようになっていても良い。これらの両方が実行されても良い。

ただし、本実施形態に本発明は限定されない。他の幾つかの実施形態では、機体２は、機体本体２１を防護するような機体ガード部２２を備えていなくても良い。例えば、鉛直方向が長手方向となるなど任意の形状を有する機体本体２１を中心として、機体本体２１から複数の方向（例えば４方向など）にそれぞれ伸びるように設けられた棒状の部材の先端側にプロペラなどの推力発生手段３が設けられていても良い。この際、機体本体２１は、無人航空機１が自立するための脚部を備えていても良い。また、推力発生手段３は、ジェット推進を行うなど、他の周知な推力発生装置でも良い。撮像手段７は１台以上のカメラを有していても良く、各カメラが静止画あるいは動画の少なくとも一方の撮影が可能になっていれば良い。

上述したような構成を備える無人航空機１の測長手段４は、図２に示すように、例えばレーザやミリ波といった指向性を有する電磁波などである測定波Ｗｓを送信するよう構成された送信部４１と、この測定波Ｗｓの反射波Ｗｒを受信（検出）するよう構成された受信部４２と、受信部４２で複数回受信される、送信部４１から送信された測定波Ｗｓの反射波Ｗｒに基づいて、閉空間Ｓ内に存在する静止物９との間の距離Ｌを算出するよう構成された距離算出部４３と、を有する。換言すれば、上記の距離Ｌは、静止物９との間の相対距離である。つまり、測長手段４は、ノイズ源となる物体の背後に存在する監視対象物を適正に検出することができる走査式測距装置の信号処理装置（特許文献２参照）や、最初に返るエコー（反射波Ｗｒ）から距離Ｌを算出するのではなく、複数のエコーに基づいて距離Ｌを算出するマルチエコーセンサ（非特許文献１参照）である。

このような測長手段４によって、閉空間Ｓ内に燃焼灰などの煤塵ｄが浮遊し、測長手段４と静止物９との間に無数の煤塵ｄが存在していたとしても、静止物９との間の距離Ｌを精度良く測定することが可能となる。すなわち、本発明者らは、燃焼灰などの煤塵ｄが堆積しているような閉空間Ｓ内において無人航空機１を飛行させると、プロペラなどの推力発生手段３によって生じる気流によって、閉空間Ｓは無数の煤塵ｄが浮遊した状態になることを見出した。また、このような状態において、最初に返る反射波Ｗｒから距離値を算出するような側域センサを用いて静止物９との間の距離Ｌを測定しようとしても、測長手段４と静止物９との間に存在する無数の煤塵ｄから反射された測定波Ｗｓの反射波Ｗｒにより距離値を算出することになり、静止物９までの距離Ｌが測定できないことを見出した。しかしながら、上記の測長手段４を用いることにより、無人航空機１と静止物９との間の距離Ｌが、実用上問題ないレベルまで精度良く測定することが可能となることを確認した。

上記の構成によれば、例えばドローンなどの無人航空機１は、送信部４１から送信した例えばパルスレーザ、ミリ波などの測定波Ｗｓの反射波Ｗｒに基づいて、例えばボイラなどの燃焼炉や煙突などを形成する壁面などとなる静止物９（内壁面）との間の距離Ｌを測定する測長手段４を備える。この測長手段４は、送信した測定波Ｗｓ（パルス）に対して受信される複数の反射波Ｗｒに基づいて静止物９との間の距離Ｌを測定することが可能である。このように、複数の反射波Ｗｒに基づいて静止物９との間の距離Ｌを測定することにより、測長手段４（受信部４２）と静止物９との間に燃焼灰などの煤塵ｄが存在する場合であっても、静止物９との間の距離Ｌを精度良く測定することができ、無人航空機による閉空間内の検査を実現することができる。

また、後述するように、測長手段４によって測定した距離Ｌに基づいて閉空間Ｓ内における無人航空機１の位置を求めるようにすれば、その位置を精度良く算出できるので、検査位置を精度良く求めることや、予め定めるなどした飛行ルートに沿って無人航空機１を自律的に飛行させることが可能となる。したがって、無人航空機１による閉空間Ｓ内の検査を効率化することもできる。

幾つかの実施形態では、上述した測長手段４は、上述したような複数回受信される反射波Ｗｒに基づいて、少なくとも水平方向（例えば、水平面に沿って設定された互いに直交するＸ方向およびＹ方向）における静止物９までの距離Ｌを測定すれば良い。すなわち、幾つかの実施形態では、図１～図２に示すように、測長手段４は、水平方向および鉛直方向（Ｘ方向およびＹ方向に直交する方向であるＺ方向）にそれぞれ位置する静止物９までの距離Ｌ（Ｌｈ、Ｌｖ）を、それぞれ測定するように構成されても良い。

図１～図２に示す実施形態では、図１～図２に示すように、測長手段４は、水平方向に位置する静止物９との間の距離Ｌｈを測定するための水平測長手段４ａと、鉛直方向に位置する静止物９との間の距離Ｌｖを測定するための鉛直測長手段４ｂと、を備えている。
水平測長手段４ａは、少なくとも、水平方向に測定波Ｗｓを送信するよう構成された水平送信部４１ａと、水平送信部４１ａから送信された測定波Ｗｓの反射波Ｗｒを受信するよう構成された水平受信部４２ａと、有している。
他方、鉛直測長手段４ｂは、鉛直方向の下方に測定波Ｗｓを送信するよう構成された鉛直送信部４１ｂと、鉛直送信部４１ｂから送信された測定波Ｗｓの反射波Ｗｒを受信するよう構成された鉛直受信部４２ｂと、を有している。

なお、水平送信部４１ａおよび水平受信部４２ａは、水平測長手段４ａは、水平方向における２方向（Ｘ方向、Ｙ方向）を測長するために、一緒に回転などするように構成されていても良い。あるいは、水平測長手段４ａは、水平方向における２方向をそれぞれ測定するための水平送信部４１ａおよび水平受信部４２ａを有していても良い。また、図２では、水平測長手段４ａおよび鉛直測長手段４ｂは測長方向が異なるものの構成は同じであるため、図２では鉛直測長手段４ｂの詳細は省略している。

図２に示すように、上記の水平測長手段４ａは、水平受信部４２ａで複数回受信される、水平送信部４１ａから送信された測定波Ｗｓの反射波Ｗｒに基づいて、閉空間Ｓ内に存在する静止物９との間の距離Ｌｈを算出するよう構成された水平距離算出部４３ａを、さらに備えていても良い。また、鉛直測長手段４ｂは、鉛直受信部４２ｂで複数回受信される、鉛直送信部４１ｂから送信された測定波Ｗｓの反射波Ｗｒに基づいて、閉空間Ｓ内に存在する静止物９との間の距離Ｌｖを算出するよう構成された鉛直距離算出部４３ｂを、さらに備えていても良い。あるいは、測長手段４が備える距離算出部４３は、水平距離算出部４３ａおよび鉛直距離算出部４３ｂにそれぞれ接続され、水平方向および鉛直方向の両方の距離Ｌ（Ｌｈ、Ｌｖ）を算出するように構成されていても良い。

また、図１に示す実施形態では、水平測長手段４ａは、プロペラ（推力発生手段３）よりも上方に設置されている。また、鉛直測長手段４ｂはプロペラよりも下方に設置されている。

本発明者らは、プロペラの回転により浮遊した煤塵ｄは、主に、プロペラの下方に浮遊していることを見出している。よって、水平方向における静止物９との間の距離Ｌ（Ｌｈ）を測定する測長手段４をプロペラの上方に位置させることにより、静止物９との間に浮遊する煤塵ｄがより少ないような環境で、水平方向に位置する静止物９との間の距離Ｌを測定することが可能となる。よって、水平方向における上記の距離Ｌ（Ｌｈ）の測定精度の向上を図ることができる。

また、鉛直送信部４１ｂおよび鉛直受信部４２ｂは、プロペラのよりも下方に位置するように機体２に設置されることで、鉛直方向に位置する静止物９との間の距離Ｌ（Ｌｖ）の測定において、プロペラからの反射波Ｗｒの影響がないようにすることが可能となる。よって、鉛直方向における上記の距離Ｌ（Ｌｖ）の測定精度の向上を図ることができる。

他の幾つかの実施形態では、測長手段４は、水平方向に位置する静止物９との間の距離Ｌｈのみを測定し、鉛直方向に位置する静止物９との間の距離Ｌｖについては、例えば気圧計など、他の手段により測定するよう構成されても良い。

上記の構成によれば、測長手段４によって少なくとも水平方向に存在する静止物９との間の距離Ｌを測定する。これによって、閉空間Ｓを無人で検査することが可能な無人航空機１を提供することができる。

また、幾つかの実施形態では、図２に示すように、無人航空機１は、測長手段４によって測定された静止物９までの距離Ｌに基づいて、無人航空機１の距離Ｌの測定時の位置（以下、飛行位置Ｐ）を算出するよう構成された位置算出部５を、さらに備えても良い。これによって、無人航空機１は、飛行中の飛行位置Ｐを得ることが可能となる。なお、本発明者らは、このうように算出した飛行位置Ｐが、検査上あるいは自律的な飛行（後述）を実現する上で問題ないレベルまで精度良く求められることを確認している。

図２に示す実施形態では、無人航空機１は、撮像手段７により撮影された画像Ｇと、位置算出部５によって算出された、撮像手段７による撮影時の飛行位置Ｐが関連付けられるように、構造物の外部に設置された上記のコンピュータ（不図示）や記憶媒体ｍなどに出力する出力部６を、さらに備えている。この出力部６は、上記の位置算出部５に接続されことにより、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の位置で特定される閉空間Ｓ内の３次元の位置を求めるようになっている。なお、出力部６は、記憶媒体ｍまたは上記のコンピュータ（不図示）の少なくとも一方に出力すれば良い。

上記の構成によれば、無人航空機１は、静止物９との間の距離Ｌに基づいて、飛行中の位置を算出する。このように、飛行中の無人航空機１の位置を上記の距離Ｌに基づいて求めることで、撮像手段７による撮影時の位置を精度良く求めることができる。よって、画像Ｇに基づく検査を通して実際の保守作業が必要となった場合に、その画像Ｇの撮影位置に対応する、保守作業を行うべき閉空間Ｓ内の位置を迅速に特定し、アクセスすることができる。また、プログラムなどされることにより予め定められた飛行ルートに沿って、無人航空機１を自律的に飛行させることができる。よって、無人航空機１を人が遠隔地から操縦することなく検査作業（飛行ルートに沿った飛行や画像の撮影など）を行うことができ、検査作業の容易化および効率化を図ることができる。なお、無人航空機１は、構造物の外部から、画面に表示されている画像Ｇ（動画など）を見ながら、人が手動により遠隔操縦しても良い。

以下、上述した無人航空機１を用いた検査方法について、図３を用いて説明する。図３は、本発明の一実施形態に係る検査方法を示す図である。
この検査方法は、無人航空機１を用いた閉空間Ｓ内の検査方法である。図３に示すように、検査方法は、閉空間Ｓ内で無人航空機１を飛行させる飛行ステップ（Ｓ１）と、無人航空機１の飛行中に、無人航空機１と閉空間Ｓ内に存在する上述した静止物９との間の距離Ｌを測定する測長ステップ（Ｓ３）と、を備える。また、上記の測長ステップ（Ｓ３）は、上述した測定波Ｗｓを送信する送信ステップ（Ｓ３１）と、測定波Ｗｓの反射波Ｗｒを受信する受信ステップ（Ｓ３２）と、上記の受信ステップ（Ｓ３１）で複数回受信される、上記の送信ステップ（Ｓ３２）で送信された測定波Ｗｓの反射波Ｗｒに基づいて、静止物９との間の距離Ｌを算出する距離算出ステップ（Ｓ３３）と、を有する。

上記の測長ステップ（Ｓ３）、およびこの測長ステップ（Ｓ３）が有する送信ステップ、受信ステップ、距離算出ステップは、それぞれ、既に説明した、測長手段４、送信部４１、受信部４２、距離算出部４３が実行する処理内容と同様であるため、詳細は省略する。また、飛行ステップ（Ｓ１）は、既に説明した推力発生手段３を用いて機体２を飛行させることにより実行する。

図３に示す実施形態では、ステップＳ１において飛行ステップを実行するようになっている。例えば予め定められた飛行ルートを飛行させても良い。ステップＳ２において、飛行ルートに沿って飛行している際に、飛行ルート上に定められた少なくとも１箇所の停止位置に到達したか否かを確認するようになっている。そして、停止位置に到達した場合には、無人航空機１を空中で停止させた状態で、測長ステップ（Ｓ３）を実行するようになっている。すなわち、ステップＳ２において停止位置に到達した場合には、ステップＳ３において、無人航空機１が空中で停止した状態において、測長ステップ（Ｓ３）を実行するようになっている。具体的には、ステップＳ３では、上述した送信ステップ（Ｓ３１）、受信ステップ（Ｓ３２）、および距離算出ステップ（Ｓ３３）を実行する。このように、測長ステップ（Ｓ３）において、複数の反射波Ｗｒに基づいて静止物９との間の距離Ｌを測定することにより、煤塵ｄが存在する場合であっても、水平方向の２方向（Ｘ方向、Ｙ方向）、鉛直方向（Ｚ方向）における距離Ｌなどを、それぞれ精度良く測定することが可能となる。

幾つかの実施形態では、図３に示すように、検査方法は、上述した距離Ｌに基づいて、無人航空機１の位置（飛行位置Ｐ）を算出する位置算出ステップ（Ｓ４）を、さらに備えても良い。位置算出ステップ（Ｓ４）は、既に説明した位置算出部５が実行する処理内容と同様であるため、詳細は省略する。図３に示す実施形態では、ステップＳ４において、位置算出ステップを実行するようになっている。この際、位置算出ステップ（Ｓ４）の実行により算出された飛行位置Ｐを記憶するようになっている。

また、幾つかの実施形態では、図３に示すように、検査方法は、閉空間Ｓ内に存在する検査対象物における少なくとも１箇所を撮影する撮影ステップ（Ｓ５）を、さらに備えても良い。検査対象物は、例えば上述した静止物９（内壁面）などである。撮影ステップ（Ｓ５）は、既に説明した無人航空機１が備える撮像手段７を用いて行う。図３に示す実施形態では、ステップＳ５において、撮影ステップを実行するようになっている。この際、撮影ステップ（Ｓ５）の実行により撮影された画像Ｇを記憶するようになっている。

また、図３に示す実施形態では、ステップＳ５の実行後には、位置算出ステップ（Ｓ４）の実行により得られた飛行位置Ｐと、撮影ステップ（Ｓ５）の実行により得られた画像Ｇとが関連付けられるように出力する出力ステップ（Ｓ６）を備えている。この出力ステップ（Ｓ６）は、幾つかの実施形態では、上述した記憶媒体ｍに出力し、画像Ｇと飛行位置Ｐとを関連付けて記憶しても良い。他の幾つかの実施形態では、出力ステップ（Ｓ６）は、閉空間Ｓ外のコンピュータなどに無線通信などの通信により出力しても良い。この場合には、同一の画面上に飛行位置Ｐと画像Ｇとが同時に出力されるようにしても良い。これらの実施形態の両方を行っても良い。

その後、ステップＳ７において、飛行ルート上に設定された全ての停止位置に到達したかを確認するようになっている。そして、全ての停止位置で停止済みではない場合には、ステップＳ８において、飛行による移動を再開し、ステップＳ２の直前（Ｓ１とＳ２との間）に戻るようになっている。他方、全ての停止位置で停止済みの場合には、飛行を停止（着陸）するなどする。その後、ステップＳ９において、画像Ｇに基づいて、検査対象物の破損等の有無をチェック（検査）するようになっている。この際、破損等が確認された画像Ｇが存在する場合には、その画像Ｇに飛行位置Ｐが関連付けられているので、画像Ｇが撮影された飛行位置Ｐに基づいて、閉空間Ｓ内の実際の位置を特定し、保守作業を行うことが可能となる。

なお、図３に示す実施形態では、位置算出ステップ（Ｓ４）実行後に撮影ステップ（Ｓ５）を実行しているが、この順番は逆でも良い。また、飛行中（ステップＳ７でＹｅｓになる前）に、ステップＳ９を並行して行っても良い。

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

１ 無人航空機
２ 機体
２１ 機体本体
２２ 機体ガード部
２２Ａ 前方側ガード部
２２Ｂ 左側ガード部
２２Ｃ 右側ガード部
２２Ｄ 後方側ガード部
２４ 支持部
３ 推力発生手段
４ 測長手段
４ａ 水平測長手段
４ｂ 鉛直測長手段
４１ 送信部
４１ａ 水平送信部
４１ｂ 鉛直送信部
４２ 受信部
４２ａ 水平受信部
４２ｂ 鉛直受信部
４３ 距離算出部
４３ａ 水平距離算出部
４３ｂ 鉛直距離算出部
５ 位置算出部
６ 出力部
７ 撮像手段
７ａ 第１カメラ
７ｂ 第２カメラ
９ 静止物
Ｓ 閉空間
Ｌ 距離
Ｌｈ 水平方向の距離
Ｌｖ 鉛直方向の距離
Ｗｓ 測定波
Ｗｒ 反射波
Ｐ 飛行位置
ｍ 記憶媒体
ｄ 煤塵

Claims (11)

1. 燃焼炉の内部の閉空間内を飛行するように構成された無人航空機であって、
   機体と、
   前記機体が空中を飛行するための推力を発生させるよう構成された推力発生手段と、
   前記機体に搭載される測長手段と、を備え、
   前記測長手段は、
   測定波を送信するよう構成された送信部と、
   前記測定波に対応する複数の反射波を受信するよう構成された受信部と、
   前記受信部で複数回受信される、前記送信部から送信された前記測定波の前記複数の反射波に基づいて、前記閉空間内に存在する静止物との間の距離を算出するよう構成された距離算出部と、を有することを特徴とする無人航空機。
2. 前記測長手段は、少なくとも水平方向における前記静止物までの距離を測定することを特徴とする請求項１に記載の無人航空機。
3. 前記推力発生手段は、プロペラを含み、
   前記送信部は、水平方向に前記測定波を送信するよう構成された水平送信部を含み、
   前記受信部は、前記水平送信部から送信された前記測定波の前記反射波を受信するよう構成された水平受信部を含み、
   前記水平送信部および前記水平受信部は、前記プロペラよりも上方に設置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の無人航空機。
4. 前記送信部は、鉛直方向の下方に前記測定波を送信するよう構成された鉛直送信部を含み、
   前記受信部は、前記鉛直送信部から送信された前記測定波の前記反射波を受信するよう構成された鉛直受信部を含むことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の無人航空機。
5. 前記推力発生手段は、プロペラを含み、
   前記鉛直送信部および前記鉛直受信部は、前記プロペラよりも下方に設置されていることを特徴とする請求項４に記載の無人航空機。
6. 前記機体に搭載される撮像手段を、さらに備えることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の無人航空機。
7. 前記距離に基づいて、前記無人航空機の位置を算出するよう構成された位置算出部を、さらに備えることを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の無人航空機。
8. 前記静止物は、燃焼炉の内部空間である前記閉空間を形成する壁であることを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の無人航空機。
9. 燃焼炉の内部の閉空間内を飛行するように構成された無人航空機を用いた検査方法であって、
   前記閉空間内で前記無人航空機を飛行させる飛行ステップと、
   飛行中に、前記無人航空機と前記閉空間内に存在する静止物との間の距離を測定する測長ステップと、を備え、
   前記測長ステップは、
   測定波を送信する送信ステップと、
   前記測定波に対応する複数の反射波を受信する受信ステップと、
   前記受信ステップで複数回受信される、前記送信ステップで送信された前記測定波の前記複数の反射波に基づいて、前記静止物との間の距離を算出する距離算出ステップと、を有することを特徴とする検査方法。
10. 前記閉空間内に存在する検査対象物における少なくとも１箇所を撮影する撮影ステップを、さらに備えることを特徴とする請求項９に記載の検査方法。
11. 前記閉空間内に存在する前記静止物との間の距離に基づいて、前記無人航空機の位置を算出する位置算出ステップを、さらに備えることを特徴とする請求項９または１０に記載の検査方法。

Images