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技術 無人飛行体の制御方法

出願人 中国電力株式会社
発明者 真壁勝久江本清谷口正和大原久征
出願日 2017年11月22日 (4年1ヶ月経過) 出願番号 2017-224201
公開日 2019年6月20日 (2年6ヶ月経過) 公開番号 2019-093868
状態 特許登録済
技術分野 飛行船・気球・飛行機 電池等の充放電回路 電磁波による給配電方式
主要キーワード グランドワイヤ 二つ割れ 水平脚 動力モータ 送配電設備 点検ルート 楕円環状 飛行ロボット
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図面 (12)

課題

無人飛行体を用いた架空電線点検業務において、飛行距離飛行時間を確保しつつ必要な情報を効率よく収集する。

解決手段

無人飛行体3は、飛行制御装置250、環の一部を開閉可能な環状のリング体411、電流発生装置41、リング開閉装置42、及び電力供給装置を備える。無人飛行体は、リング体の環の内側に架空電線2を収容して電磁誘導作用により生じる電流に基づく電力推力発生装置又は飛行制御装置に供給する。2つの無人飛行体をケーブルで接続し、ケーブルの途中に枠体を設け、枠体に一つ以上の撮影装置を設ける。2つの無人飛行体は、枠体の内側に架空電線を収容するとともにリング体の環の内側に架空電線を収容した状態で架空電線に沿って飛行する。枠体に設けた撮影装置や無人飛行体に設けた撮影装置により、架空電線の様々な方向から情報を取得する。

概要

背景

特許文献1には、「停電せず、低コスト架空送電線点検する」、「架空地線に設置され、当該架空地線よりも低い位置に架設される送電線撮影する送電線撮影装置であって、前記送電線撮影装置を前記架空地線に沿って移動させる移動手段と、前記送電線を撮影する撮影手段と、を備える」と記載されている。

特許文献2には、「架空電線グランドワイヤに流れる架空電線からの誘導電流とり出し直流変換して蓄電池充電し、蓄電池を電源として利用する。」、「架空電線のグランドワイヤには電流とり出し用としてグランドワイヤを1次巻線とする電流変成器を設け、電流変成器はグランドワイヤに沿って長形状に設け、グランドワイヤに流れる架空電線の誘導電流をとり出す」と記載されている。

特許文献3には、配電線内挿するコアと、このコアに巻回された二次巻線一次巻線は、測定対象の配電線が相当)を備えて構成された電源用CTについて記載されている。

特許文献4には、「複数のドローンにより構成されるドローン群に対して、給電ケーブルを用いて複数のドローンに電力の供給を行う」、「ドローン群は、モータ手段を駆動制御することにより飛行姿勢制御を行うことが可能な複数のドローンと、複数のドローンの隣接するドローン同士を接続して、複数のドローンをネットワーク状に接続する有線ケーブルと、複数のドローンの少なくとも1つのドローンに一端が接続される給電ケーブルと、給電ケーブルの他端側に接続され、地上に配置される電力供給手段とを有する。ドローン群では、電力供給手段から給電ケーブルおよび有線ケーブルを通じて、複数のドローンを駆動するための電力が、電力供給手段から各ドローンへと供給される。」と記載されている。

非特許文献1には、架空地線に流れる誘導電流を活用した航空障害灯電源装置について記載されている。

概要

無人飛行体を用いた架空電線の点検業務において、飛行距離飛行時間を確保しつつ必要な情報を効率よく収集する。無人飛行体3は、飛行制御装置250、環の一部を開閉可能な環状のリング体411、電流発生装置41、リング開閉装置42、及び電力供給装置を備える。無人飛行体は、リング体の環の内側に架空電線2を収容して電磁誘導作用により生じる電流に基づく電力を推力発生装置又は飛行制御装置に供給する。2つの無人飛行体をケーブルで接続し、ケーブルの途中に枠体を設け、枠体に一つ以上の撮影装置を設ける。2つの無人飛行体は、枠体の内側に架空電線を収容するとともにリング体の環の内側に架空電線を収容した状態で架空電線に沿って飛行する。枠体に設けた撮影装置や無人飛行体に設けた撮影装置により、架空電線の様々な方向から情報を取得する。

目的

本発明はこうした背景に鑑みてなされたものであり、無人飛行体を用いた架空電線の点検業務において、飛行距離や飛行時間を確保しつつ必要な情報を効率よく収集することが可能な無人飛行体の制御方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

推力発生装置と、前記推力発生装置を制御する飛行制御装置と、環の一部を開閉可能な環状のリング体、及び前記リング体に巻回された導電コイルを有する電流発生装置と、前記リング体の前記環の一部を開閉するリング開閉装置と、前記導電コイルに生じる電流に基づく電力を前記推力発生装置又は前記飛行制御装置に供給する電力供給装置と、を備えた無人飛行体制御方法であって、2つの前記無人飛行体をケーブルを介して接続し、前記ケーブルの途中にその下方の一部が開口する略環状枠体を設け、前記枠体に少なくとも一つ以上のセンサを設け、前記2つの無人飛行体が、編隊飛行して架空電線に接近するステップ飛行しつつ前記枠体の内側に前記開口から前記架空電線を収容するステップ、飛行しつつ夫々の前記リング体の前記環の一部を開いて夫々の前記環の内側に架空電線を収容するステップ、飛行しつつ夫々の前記リング体の前記環の一部を閉じるステップ、及び、前記架空電線を流れる電流の電磁誘導作用により前記導電コイルに生じる電流に基づく前記電力を前記推力発生装置又は前記飛行制御装置に供給するステップ、前記枠体の内側に前記架空電線を収容するとともに前記リング体の前記環の内側に前記架空電線を収容した状態で前記架空電線に沿って飛行するステップ、を実行する、無人飛行体の制御方法。

請求項2

請求項1に記載の無人飛行体の制御方法であって、前記センサの少なくとも一つを、前記架空電線が前記枠体の内側に収容されている状態で前記架空電線よりも低い位置となるように前記枠体に設ける、無人飛行体の制御方法。

請求項3

請求項1又は2に記載の無人飛行体の制御方法であって、前記センサは撮影装置であり、前記撮影装置を、撮影範囲に前記架空電線が含まれるように前記枠体に設ける、無人飛行体の制御方法。

請求項4

請求項1に記載の無人飛行体の制御方法であって、前記ケーブルに沿って、前記無人飛行体から前記センサの駆動電力を供給するための電力供給線を設ける、無人飛行体の制御方法。

請求項5

請求項1に記載の無人飛行体の制御方法であって、前記ケーブルに沿って、前記無人飛行体に設けられた電子機器と前記センサとが通信するための通信線を設ける、無人飛行体の制御方法。

請求項6

請求項1に記載の無人飛行体の制御方法であって、前記枠体を、前記ケーブルの重心位置の近傍に取り付ける無人飛行体の制御方法。

請求項7

請求項1に記載の無人飛行体の制御方法であって、前記電流発生装置は、貫通型変流器を用いて構成される、無人飛行体の制御方法。

請求項8

請求項1に記載の無人飛行体の制御方法であって、前記2つの無人飛行体のうちのいずれかは、前記飛行制御装置が設けられる台座部と、前記台座部から当該台座部の外周方向所定長さで延出し、前記推力発生装置が設けられる複数のアームと、前記台座部の下方に延出して設けられる複数の脚支柱と、を備え、前記電流発生装置は、前記複数の脚支柱によって囲まれる空間に、前記環の一部を下方に向けて設けられる、無人飛行体の制御方法。

技術分野

0001

本発明は、無人飛行体制御方法に関する。

背景技術

0002

特許文献1には、「停電せず、低コスト架空送電線点検する」、「架空地線に設置され、当該架空地線よりも低い位置に架設される送電線撮影する送電線撮影装置であって、前記送電線撮影装置を前記架空地線に沿って移動させる移動手段と、前記送電線を撮影する撮影手段と、を備える」と記載されている。

0003

特許文献2には、「架空電線グランドワイヤに流れる架空電線からの誘導電流とり出し直流変換して蓄電池充電し、蓄電池を電源として利用する。」、「架空電線のグランドワイヤには電流とり出し用としてグランドワイヤを1次巻線とする電流変成器を設け、電流変成器はグランドワイヤに沿って長形状に設け、グランドワイヤに流れる架空電線の誘導電流をとり出す」と記載されている。

0004

特許文献3には、配電線内挿するコアと、このコアに巻回された二次巻線一次巻線は、測定対象の配電線が相当)を備えて構成された電源用CTについて記載されている。

0005

特許文献4には、「複数のドローンにより構成されるドローン群に対して、給電ケーブルを用いて複数のドローンに電力の供給を行う」、「ドローン群は、モータ手段を駆動制御することにより飛行姿勢制御を行うことが可能な複数のドローンと、複数のドローンの隣接するドローン同士を接続して、複数のドローンをネットワーク状に接続する有線ケーブルと、複数のドローンの少なくとも1つのドローンに一端が接続される給電ケーブルと、給電ケーブルの他端側に接続され、地上に配置される電力供給手段とを有する。ドローン群では、電力供給手段から給電ケーブルおよび有線ケーブルを通じて、複数のドローンを駆動するための電力が、電力供給手段から各ドローンへと供給される。」と記載されている。

0006

非特許文献1には、架空地線に流れる誘導電流を活用した航空障害灯電源装置について記載されている。

先行技術

0007

特開2013−62946号公報
特開昭49−95159号公報
特開2004−103791号公報
特開2017−52389号公報
電気学術論文誌B”、「架空地線に流れる誘導電流を活用した航空障害灯用電源装置の開発」、公開日 2008/12/19 、121巻8号、山口 達史, 長修,岡 正憲, 高野 誠治, 前崎 恒司, 友永 和之, 中浩、一般社団法人 電気学会、光電気東京電力

発明が解決しようとする課題

0008

無人飛行体(ドローン等)を利用した架空電線の点検業務においては、蓄電装置バッテリ)の容量と重量により飛行距離飛行時間が制限されてしまうことが課題となる。また例えば、架空電線の点検業務においては、架空電線の様々な方向からの情報を効率よく収集する必要がある。

0009

本発明はこうした背景に鑑みてなされたものであり、無人飛行体を用いた架空電線の点検業務において、飛行距離や飛行時間を確保しつつ必要な情報を効率よく収集することが可能な無人飛行体の制御方法を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

0010

上記目的を達成するための本発明のうちの一つは、推力発生装置と、前記推力発生装置を制御する飛行制御装置と、環の一部を開閉可能な環状のリング体、及び前記リング体に巻回された導電コイルを有する電流発生装置と、前記リング体の前記環の一部を開閉するリング開閉装置と、前記導電コイルに生じる電流に基づく電力を前記推力発生装置又は前記飛行制御装置に供給する電力供給装置と、を備えた無人飛行体の制御方法であって、2つの前記無人飛行体をケーブルを介して接続し、前記ケーブルの途中にその下方の一部が開口する略環状枠体を設け、前記枠体に少なくとも一つ以上のセンサを設け、前記2つの無人飛行体が、編隊飛行して架空電線に接近するステップ、飛行しつつ前記枠体の内側に前記開口から前記架空電線を収容するステップ、飛行しつつ夫々の前記リング体の前記環の一部を開いて夫々の前記環の内側に架空電線を収容するステップ、飛行しつつ夫々の前記リング体の前記環の一部を閉じるステップ、及び、前記架空電線を流れる電流の電磁誘導作用により前記導電コイルに生じる電流に基づく前記電力を前記推力発生装置又は前記飛行制御装置に供給するステップ、前記枠体の内側に前記架空電線を収容するとともに前記リング体の前記環の内側に前記架空電線を収容した状態で前記架空電線に沿って飛行するステップ、を実行する。

0011

本発明によれば、架空電線を流れる電流の電磁誘導作用により導電コイルに生じる電流に基づく電力を推力発生装置又は飛行制御装置に供給するので、無人飛行体は、飛行しつつ架空電線から電力供給を受けることができ、無人飛行体の飛行距離や飛行時間を延ばすことができる。また2つの無人飛行体をケーブルで接続し、ケーブルの途中にその下方の一部が開口する略環状の枠体を設け、上記枠体に少なくとも一つ以上のセンサ(撮影装置等)を設け、上記枠体の内側に架空電線を収容するとともにリング体の環の内側に架空電線を収容した状態で架空電線に沿って飛行するようにしたので、枠体に設けられた一つ以上のセンサから架空電線に関する情報を取得することができる。また枠体に複数のセンサを設けることで、架空電線に関する情報を架空電線の様々な方向から取得することができる。また無人飛行体に搭載されている撮影装置と併せて、多様な方向から架空電線に関する情報を取得することができる。このように本発明によれば、無人飛行体を用いた架空電線の点検業務において、飛行距離や飛行時間を確保しつつ必要な情報を効率よく収集することができる。

0012

本発明の他の一つは、上記無人飛行体の制御方法であって、前記センサの少なくとも一つを、前記架空電線が前記枠体の内側に収容されている状態で前記架空電線よりも低い位置となるように前記枠体に設ける。

0013

本発明によれば、架空電線よりも低い位置から架空電線に関する情報を取得することができ、無人飛行体に搭載されたセンサだけでは取得できない情報を取得することができる。

0014

本発明の他の一つは、上記無人飛行体の制御方法であって、前記センサは撮影装置であり、前記撮影装置を、撮影範囲に前記架空電線が含まれるように前記枠体に設ける。

0015

このようにセンサとして撮影装置を設けることで、架空電線を様々な方向から撮影することができ、必要な情報を効率よく収集することができる。

0016

本発明の他の一つは、上記無人飛行体の制御方法であって、前記ケーブルに沿って、前記無人飛行体から前記センサの駆動電力を供給するための電力供給線を設ける。

0017

このようにケーブルに沿って、無人飛行体からセンサの駆動電力を供給するための電力供給線を設けることで、センサの駆動時間を延ばすことができる。

0018

本発明の他の一つは、上記無人飛行体の制御方法であって、前記ケーブルに沿って、前記無人飛行体に設けられた電子機器と前記センサとが通信するための通信線を設ける。

0019

このようにケーブルに沿って、無人飛行体に設けられた電子機器とセンサとが通信するための通信線を設けることで、例えば、無人飛行体からセンサを制御することができる。またセンサによって取得された情報を無人飛行体に送ることができる。

0020

本発明の他の一つは、上記無人飛行体の制御方法であって、前記枠体を、前記ケーブルの重心位置の近傍に取り付ける。

0021

このように枠体をケーブルの重心位置の近傍に取り付けることで、飛行中に枠体やケーブルの挙動を安定させることができ、2つの無人飛行体を安全に飛行させることができる。

0022

本発明の他の一つは、上記無人飛行体の制御方法であって、前記電流発生装置は、貫通型変流器を用いて構成される。

0023

本発明の他の一つは、上記無人飛行体の制御方法であって、前記2つの無人飛行体のうちのいずれかは、前記飛行制御装置が設けられる台座部と、前記台座部から当該台座部の外周方向所定長さで延出し、前記推力発生装置が設けられる複数のアームと、前記台座部の下方に延出して設けられる複数の脚支柱と、を備え、前記電流発生装置は、前記複数の脚支柱によって囲まれる空間に、前記環の一部を下方に向けて設けられる。

0024

その他、本願が開示する課題、及びその解決方法は、発明を実施するための形態の欄、及び図面により明らかにされる。

発明の効果

0025

本発明によれば、無人飛行体を用いた架空電線の点検業務において、飛行距離や飛行時間を確保しつつ必要な情報を効率よく収集することができる。

図面の簡単な説明

0026

無人飛行体の正面図である。
無人飛行体を正面斜め上方から眺めた斜視図である。
電流発生装置の構造及び原理を説明する図である。
無人飛行体のハードウェア構成ブロック図)並びに送信機を示す図である。
制御回路が備える機能(ソフトウェア構成)を示す図である。
充電制御装置の構成(ハードウェア構成)を示す図である。
2つの無人飛行体により架空電線の点検業務を行う際の様子を説明する図である。
2つの無人飛行体及び枠体を架空電線に結合する様子を説明する図である。
無人飛行体が飛行しながらリング体の内側に架空電線を収容する手順を説明する図である。
2つの無人飛行体及び枠体が架空電線に結合している様子を示す図である。
飛行制御処理を説明するフローチャートである。

実施例

0027

以下、発明を実施するための形態について説明する。尚、以下の説明において、同一の又は類似する構成について共通の符号を付して説明を省略することがある。

0028

図1及び図2に本発明の一実施形態として説明する無人飛行体3の外観を示している。図1は無人飛行体3の正面図、図2は無人飛行体3を正面斜め上方から眺めた斜視図である。

0029

無人飛行体3は、例えば、マルチプタバイコプタ(bicopter)トリコプタ(tricopter)、クアッドコプタ(quadcopter)、ヘキサコプタ(hexacopter)、オクトコプタ(octocopter)等)、ヘリコプタ飛行機飛行ロボット等である。以下の説明において、無人飛行体3は、遠隔制御による飛行が可能であり、かつ、自律制御機構を備えて自律飛行が可能なクアッドコプタであるものとする。尚、後述するように、本実施形態では、2つの無人飛行体3を編隊飛行させる。

0030

無人飛行体3は、その基本骨格フレーム)として、台座部31と、台座部31から+y方向を基準として、夫々、45°、135°、225°、315°の角度で水平方向に延出する4つのアーム32と、台座部31の下方(−z方向)に延出して設けられる脚部33(後述の脚支柱331,水平脚332を含む。スキッドとも称される。)と、を備える。アーム32や脚部33は、例えば、筒状(円筒状、角筒状等)やトラス状の部材を用いて構成される。これらは例えば樹脂や金属等を素材として構成される。

0031

台座部31は、上下方向(z軸方向)に複数段板材を有する構造(本例では上下2段)になっている。脚部33は、台座部31から夫々左右方向(±x軸方向)に開脚しつつ下方に所定長さで延出する2本の脚支柱331と、脚支柱331の下端に固定され水平(y軸方向)に所定長さ(例えば、無人飛行体3の前後方向(y軸方向)の長さ)で延出する水平脚332とを有する。

0032

台座部31の上段には、飛行制御装置250や撮影装置282が設けられている。また台座部31の下段には、バッテリ260(蓄電装置)や後述の充電制御装置82等が設けられている。これらは例えば、両面テープ面ファスナネジ等を用いて台座部31に固定される。

0033

4つのアーム32の夫々の端部近傍には、その回転軸の方向を上下方向(z軸方向)に向けて動力モータ255(推力発生装置)が設けられている。各動力モータ255の回転軸にはプロペラ271(回転翼)が取り付けられている。各動力モータ255にはモータ制御装置254が接続されている。

0034

台座部31の下方には、台座部31の下段と2本の脚支柱331とで囲まれる空間Sが形成されており、この空間Sに電流発生装置41とリング開閉装置42とが設けられている。

0035

図3は電流発生装置41の構造及び原理を説明する図である。電流発生装置41は、充電制御装置82及びバッテリ260とともに、無人飛行体3の各構成に駆動電力を供給する電力供給装置240を構成する。

0036

同図に示すように、電流発生装置41は、磁性材料からなる環状(リング状)のリング体411と、リング体411に沿って巻回された導電コイル412とを含む。導電コイル412の両端部は充電制御装置82の入力端子に接続される。

0037

リング体411は、その環の内側の孔415に架空電線2を貫通させて収容するように架空電線2に結合する。リング体411が架空電線2に結合した状態では、架空電線2を流れる電流による電磁誘導作用により導電コイル412に電流(誘導電流)が生じ、この電流は充電制御装置82に入力される。

0038

充電制御装置82は、導電コイル412を通じて入力される交流直流に変換してバッテリ260の充電電流として利用する。尚、このような電流発生装置41の構成は、例えば、既存の貫通型の電源用CT(変流器(Current Transformer))を用いて実現することもできる(例えば、特許文献3,4、非特許文献2を参照)。

0039

リング体411の内側表面は、架空電線2との間の摩擦係数が小さな素材からなる。そのため、無人飛行体3は、リング体411を架空電線2と結合した状態のまま、架空電線2に沿って飛行(移動)することができる。リング体411の形状は必ずしも限定されないが、例えば、環内に収容される架空電線2との間で摩擦が生じにくい形状(例えば、円環状や楕円環状等)とすることが好ましい。

0040

図4に、無人飛行体3のハードウェア構成(ブロック図)並びにユーザが利用する送信機6を示している。同図に示すように、無人飛行体3は、飛行制御装置250、推力発生装置270、電力供給装置240(電流発生装置41、充電制御装置82、バッテリ260)、リング開閉装置42、及び撮影装置282を備える。尚、無人飛行体3の各構成(推力発生装置270、飛行制御装置250、リング開閉装置42、及び撮影装置282)は、電力供給装置240から供給される電力によって動作する。上記各構成への駆動電力の供給は、バッテリ260から行ってもよいし、充電制御装置82から直接行ってもよい。同図に示すように、無人飛行体3の飛行制御装置250は、後述するケーブルCに沿って設けられた通信/制御線を介して接続している。また無人飛行体3の電力供給装置240は、後述するケーブルCに沿って設けられた電力供給線を介して接続している。

0041

推力発生装置270は、モータ制御装置254及び動力モータ255を備える。モータ制御装置254(ESC(Electronic Speed Controller)、アンプ等とも称される。)は、例えば、電気抵抗値の大きさの制御やPWM(Pulse Width Modulation)制御によって動力モータ255の回転を制御する。モータ制御装置254は、飛行のための推力を発生する。制御回路251は、各種センサ253から入力される情報に基づき複数の動力モータ255の夫々の回転数を制御することにより、無人飛行体3の動作(姿勢ピッチロール、ヨー)、移動(前進後退左右移動、上昇、下降)等)を制御する。動力モータ255は、電動モータであり、例えば、ブラシレスモータである。尚、推力発生装置270は、エンジン内燃機関)によるものであってもよい。

0042

飛行制御装置250は、制御回路251、無線通信装置252、各種センサ253、各種インタフェース(以下、各種I/F258と称する。)、及び通信回路259を含む。

0043

制御回路251は、プロセッサ(CPU、MPU等)や記憶装置(RAM、ROM、NVRAM外部記憶装置等)を含んで構成され、情報処理装置として機能する。制御回路251は、例えば、プロセッサ及び記憶素子が一体的にパッケージングされてマイクロコンピュータマイコン)として実現されるものであってもよい。

0044

各種センサ253は、例えば、ジャイロセンサ角速度センサ)、3軸加速度センサ気圧センサ磁気センサ超音波センサ深度カメラタイムオブフライト(TOF: Time Of Flight)カメラステレオカメラレーザレーダ(LiDAR: Laser imaging Detection and Ranging)、赤外線深度センサ、超音波センサ等)、GPS信号(GPS:Grobal Positioning System)の受信装置(以下、GPSとも称する。)、感圧センサ赤外線センサ等である。

0045

ジャイロセンサは、例えば、無人飛行体3の前後左右の傾きや回転の角速度を示す信号を出力する。3軸加速度センサは、例えば、無人飛行体3の加速度(前後左右上下の各方向の加速度)を検出する。気圧センサは、気圧を示す信号を出力する。気圧センサの情報は、例えば、無人飛行体3の高度や昇降速度等を求める際に用いられる。磁気センサは、例えば、無人飛行体3の機軸が現在向いている方位を示す信号を出力する。

0046

超音波センサは、例えば、無人飛行体3と周囲の物体送配電設備障害物、地面等)との間の距離を示す信号を出力する。深度カメラは、無人飛行体3の周囲に存在する物体までの距離を示す情報を出力する。

0047

GPS信号の受信装置(GPS)は、無人飛行体3の現在位置を示す情報を出力する。例えば、GPS信号の受信装置(GPS)が受信した、準天頂衛星から送られてくるGPS信号を用いることで、数cm程度の誤差で無人飛行体3の現在位置をリアルタイムに特定することができる。

0048

感圧センサは、例えば、無人飛行体3の脚部33の所定位置に設けられ、無人飛行体3の所定部位が他の物体に接触したことを示す信号を出力する。無人飛行体3は、例えば、感圧センサの信号に基づき自身が送電設備等の外部の物体に接触したことを検知し、物体を回避したり物体から離脱するための飛行制御を行う。

0049

無線通信装置252は、遠隔地に存在する送信機6と直接的又は間接的に無線通信する。無線通信装置252は、送信機6から送られてくる無線信号を受信し、受信した無線信号の内容を制御回路251に入力する。送信機6は、無人飛行体3から送られてくる映像をリアルタイムに表示する映像受信表示装置FPV(First Persons View)装置等)を備えていてもよい。

0050

各種I/F258は、ユーザからの情報の受け付けやユーザへの情報提供を行うためのインタフェースであり、例えば、プッシュタン、スイッチ、タッチパネルLED、スピーカ等を含む。

0051

通信回路259は、無人飛行体3の他の構成(モータ制御装置254、充電制御装置82、リング開閉装置42、撮影装置282等)や後述する枠体60に設けられた撮影装置283と通信するための回路(SPI(Serial Peripheral Interface)、I2C(Inter-IntegratedCircuit)、RTP(Real-time Transport Protocol)、シリアル通信方式(RS−232C等)、USB(Universal Serial Bus)等)により通信する回路等)を含む。

0052

バッテリ260は、例えば、リチウムポリマー二次電池電気二重層キャパシタ電気二重層コンデンサ)、リチウムイオン二次電池等である。バッテリ260の端子間電圧は充電制御装置82から制御回路251に通知され、制御回路251は上記端子間電圧に基づきバッテリ260の残量を把握する。

0053

リング開閉装置42は、リング体411を架空電線2に装着する際にリング体411の開閉制御(リング体411の環の孔415に架空電線2を出し入れするための、リング体411の環の一部に設けられる導入口416の開閉制御)を行うための機構(制御回路251によって制御されるサーボモータ機械式開閉機構等)を含む。本例ではリング体411は半円状の左右一対の部材からなり、リング開閉装置42は、リング体411を二つ割れさせることによりリング体411の下方側に架空電線2の導入口416を形成する構造である。

0054

撮影装置282は、例えば、カメラ(ビデオカメラデジタルカメラ)、カメラ制御機構、カメラの撮影方向を一定に保つためのジンバル(Gimbal)(2軸ジンバル、3軸ジンバル等)、地上局と通信するための通信装置等を含む。撮影装置282は、各種センサ253の一つとしても位置付けられる。撮影装置282は、点検対象(架空電線2や送電鉄塔等)である物体の映像を撮影し、撮影した映像(映像データ)を地上局に無線伝送する。映像の無線伝送はリアルタイムでもよいしそうでなくてもよい。尚、地上局では、無人飛行体3から受信した映像について、例えば、画像処理AI(Artificial Intelligence)、機械学習による解析を行って点検対象の状態を把握する。撮影装置282は、撮影した映像(映像データ)を記録媒体に記録(録画)する機能を備えていてもよい。尚、後述する撮影装置283についても撮影装置282と同様の構成及び機能を備える。

0055

図5に制御回路251が備える機能(ソフトウェア構成)を示している。同図に示すように、制御回路251は、姿勢制御部511、操舵制御部512、飛行制御部513、リング開閉装置制御部515、及び撮影装置制御部516を備える。これらの機能は、例えば、制御回路251のプロセッサが、制御回路251の記憶装置に格納されているプログラム読み出して実行することにより実現される。

0056

また同図に示すように、制御回路251は、地図情報531及び飛行経路532を記憶する。地図情報531は3次元の地図情報を含む。飛行経路532は、出発地点から最終の着陸地点までを結ぶ経路点検ルートを含む経路)を示す情報を含む。

0057

姿勢制御部511は、各種センサ253から入力される信号に応じてモータ制御装置254(動力モータ255)を制御して無人飛行体3の姿勢制御を行う。

0058

操舵制御部512は、無線通信装置252から入力される信号に応じてモータ制御装置254(動力モータ255)を制御し、無人飛行体3の動作(移動、回転、上昇、下降等)を制御する。

0059

飛行制御部513は、各種センサ253から取得される情報に基づき推力発生装置270を制御して無人飛行体3の自律的な飛行制御を行う。この自律的な飛行制御は、例えば、AI技術を利用して自動又は半自動で行われるものであってもよい。手動制御等の受動的な制御時、飛行制御部513は、無線通信装置252が受信した送信機6からの指示に応じて推力発生装置270を制御することにより無人飛行体3の飛行姿勢や動作を制御する。

0060

飛行制御部513は、各種センサ253から入力される信号(例えば、GPS信号)に基づき、予め設定された飛行経路(出発地点、点検ルート、及び各着陸地点を結ぶ飛行経路)に沿って無人飛行体3を飛行させる。飛行経路は、手動設定されたものでもよいしAI技術等を用いて自動設定されたものでもよい。また飛行制御部513は、各種センサ253から入力される信号に基づき、架空電線2との間の距離を高精度かつリアルタイムに把握する。

0061

リング開閉装置制御部515は、リング開閉装置42の開閉を制御(例えば、リング開閉装置42のサーボモータを制御)する。

0062

撮影装置制御部516は、撮影装置282及び後述する撮影装置283の動作(撮影の開始や停止、撮影方向、ズーム倍率制御等)を制御する。

0063

図6図4に示した充電制御装置82の詳細な構成を示している。同図に示すように、充電制御装置82は、充電制御回路811、及び通信回路812を備える。

0064

充電制御回路811は、バッテリ260の充電を効率よく行うための回路、バッテリ260の端子間電圧の監視回路、各種保護回路等を備える。充電制御回路811は、バッテリ260の端子間電圧を監視しつつ受電電力をバッテリ260に効率よく供給することによりバッテリ260の充電を行う。充電制御回路811は、例えば、CVCC(Constant Voltage. Constant Current)方式の制御を行いつつバッテリ260を充電する。充電制御回路811は、電流発生装置41から供給される電力によりバッテリ260を充電する。また充電制御回路811は、電流発生装置41から供給される電力を、後述するケーブルCに沿って設けられた電力供給線を通じて、後述する撮影装置283に供給する。また充電制御回路811は、バッテリ260の電力を撮影装置283に供給することもできる。

0065

通信回路812は、飛行制御装置250の通信回路259と通信する。充電制御回路811は、通信回路812を介してバッテリ260の情報を制御回路251に伝達する。

0066

[架空電線の点検]
図7は、以上に説明した構成からなる2つの無人飛行体3により架空電線2の点検業務を行う際の様子を説明する図である。同図に示すように、架空電線2の点検に際しては、2つの無人飛行体3を、ケーブルCで接続した状態で編隊飛行させる。同図に示すように、ケーブルCの途中には、その所定位置に一つ以上の撮影装置283が設けられた枠体60が取り付けられている。

0067

同図に示すように、枠体60は略環状(略矩形状のフレーム構造体)の構造体であり、その下方の一部には、架空電線2を収容する(取り込む)ための開口が形成されている。尚、この例では、枠体60を略矩形状としているが、枠体60は、例えば、略円形状略楕円形状等の他の形状としてもよい(いずれの形状とした場合でもその下方の一部には、架空電線2を収容する(取り込む)ための開口が形成される)。

0068

前述したように、枠体60の所定位置には、一つ以上の撮影装置283(センサの一種として位置づけられる)が設けられている。撮影装置283は、無人飛行体3に設けられている撮影装置282と供に、架空電線2の全体の映像を多様な方向から撮影することができるように配置することが好ましい。同図の例では、枠体60の異なる位置に4つの撮影装置283a〜283dを設けている。撮影装置282及び撮影装置283の夫々の撮影方向は、架空電線2の全体の映像を効率よく(例えば、一回の飛行で)撮影できるように設定される。また撮影装置283を枠体60に設けたことで、架空電線2を至近距離から接写することもできる。これにより精度の高い映像を撮影することができ、架空電線2の点検精度や質を向上することができる。

0069

この例では、2つの撮影装置283a,283bを、これらが点検飛行時に架空電線2よりも低い位置になるように設けており、これらにより架空電線2の下部の様子を撮影することができる。またこの例では、2つの撮影装置283c,283dを、これらが点検飛行時に架空電線2の高さ程度の位置になるように設けており、これらにより架空電線2の側方の様子を撮影することができる。尚、架空電線2の上部の様子は、例えば、無人飛行体3に設けられている撮影装置282によって撮影することができる。

0070

撮影装置283には、2つの無人飛行体3の少なくともいずれかからケーブルCに沿って延出する電力供給線から電力が供給される。供給された電力は、例えば、直接、撮影装置283の電力とされてもよいし、また例えば、撮影装置283に内蔵されているバッテリの充電に用いられてもよい。このように撮影装置283は、ケーブルCを介して無人飛行体3から電力供給を受けることができるので、撮影時間を増やすことができる。

0071

撮影装置283は、2つの無人飛行体3の少なくともいずれかからケーブルCに沿って延出する通信/制御線を介して、無人飛行体3の制御回路251(電子機器)と接続されている。これにより無人飛行体3から、撮影装置283を制御(撮影制御撮影開始/停止等)、ズーム制御、撮影方向の制御、ジンバルの設定や動作等)することができる。通信/制御線を介して撮影装置283から無人飛行体3に映像等の情報を送ることができる。

0072

尚、一方の無人飛行体3が他方の無人飛行体3の飛行制御や姿勢制御に与える影響を抑えるため、無人飛行体3の飛行中、ケーブルCは常に緊張しない状態に維持されることが好ましい。そのような制御は、例えば、各無人飛行体3が夫々各種センサ253の情報を利用して精密な位置制御を行い、ケーブルCを弛ませた状態で編隊飛行することで実施することができる。ケーブルCは、例えば、柔軟な素材を用いて構成され、例えば、化学繊維樹脂繊維ガラス繊維等)や天然繊維等の素材からなる。尚、衝突等によりケーブルCやケーブルCに沿って設けられている電力供給線や通信/制御線が傷つくのを防ぐため、例えば、蛇腹ホース等のカバーで覆うようにしてもよい。

0073

無人飛行体3の飛行制御や姿勢制御に与える影響を抑えるため、枠体60は、ケーブルCの重心位置もしくは重心位置の近傍に設けることが好ましい。飛行制御や姿勢制御に与える影響を抑えることで、撮影装置283を安定して支持することができ、撮影映像品質を向上することができる。枠体60をケーブルCに取り付ける方法は、螺子止め接着一体成型等、必ずしも限定されない。例えば、枠体60にケーブルCを嵌通させるようにしてもよい。尚、枠体60を、例えば、「やじろべえ」(Balancing toy)の原理を利用してケーブルCに設けることで、飛行時の安定性を高めることができる。

0074

[架空電線との結合と飛行]
図8に示すように、2つの無人飛行体3は、ケーブルCで接続された状態のまま飛行して架空電線2に近づき、リング体411に架空電線2を収容し、枠体60の内側にその下方の開口から架空電線2を収容することにより、架空電線2に結合する。

0075

図9は、無人飛行体3の夫々が飛行しながらリング体411の内側に架空電線2を収容する手順を説明する図である。無人飛行体3は、まず(a)に示すように、架空電線2に上方から近づく。続いて(b)に示すように、無人飛行体3は、リング体411の環の一部を開いて下降し、リング体411の孔415に架空電線2を収容する。そして無人飛行体3は、(c)に示すように、リング体411を閉じて架空電線2と結合する。

0076

図10に示すように、2つの無人飛行体3は、架空電線2に結合した後、いずれも架空電線2を流れる電流による電磁誘導作用によって生じる電流によりバッテリ260を充電しつつ架空電線2が延出する方向に沿って飛行し、架空電線2等の点検(撮影装置282及び撮影装置283による架空電線2の撮影や撮影した映像の伝送等、AIや機械学習を利用した撮影映像のデータ分析による異常有無の判定等)を行う。

0077

尚、架空電線2に沿った編隊飛行中、2つの無人飛行体3は、夫々各種センサ253から取得される情報に基づき、架空電線2からの離隔距離他機との間の距離が適正位置になるようにリアルタイムに制御する。

0078

前述したように、リング体411の内側表面は、架空電線2との間の摩擦係数が小さな素材からなるので、2つの無人飛行体3はいずれも架空電線2に沿ってスムーズに移動することができる。尚、このように2つの無人飛行体3が架空電線2に結合した状態において、例えば、バッテリ260の不足故障により浮力が失われたり突風が吹いた場合でも、リング体411が架空電線2に掛かっているので落下したり飛行ルートを逸脱してしまうようなことはない。

0079

2つの無人飛行体3は、送電鉄塔等の飛行の妨げとなる物体が近づいてくると、夫々図9に示した手順を逆に辿ることによりリング体411を架空電線2の結合を解いて架空電線2から離脱する。

0080

[飛行制御処理]
図11は、ケーブルCで接続された2つの無人飛行体3が、点検のための編隊飛行に際して行う処理(以下、飛行制御処理S1100と称する。)を説明するフローチャートである。以下、同図とともに飛行制御処理S1100について説明する。

0081

同図に示すように、まず出発地において、2つの無人飛行体3は、ユーザの登録操作等により飛行経路532を記憶し(S1111)、地上に設けられている充電設備を利用してバッテリ260の充電(飛行前充電)を行う(S1112)。尚、飛行経路532の設定に際し、ユーザは、編隊飛行中における2つの無人飛行体3の間隔を設定する。

0082

続いて、2つの無人飛行体3は、ケーブルCで接続された状態で編隊飛行しつつ出発地を離陸し、飛行経路532に沿って編隊飛行を開始する(S1113)。飛行中、各無人飛行体3は、GPS等の各種センサ253の情報に基づきリアルタイムに自身の現在位置を把握し、架空電線2に接近したか否かを判定する(S1114)。2つの無人飛行体3は、例えば、現在位置と架空電線2までの距離が予め設定された距離以下となった場合に架空電線2に接近したと判定する。

0083

2つの無人飛行体3は、架空電線2に接近したと判定すると(S1114:YES)、前述の手順により、枠体60の内側に下方の開口から架空電線2を収容するとともに(S1115)、リング体411を架空電線2に結合する(S1116)。

0084

続いて、2つの無人飛行体3は、各種センサ253から取得される情報に基づき架空電線2に沿って飛行を開始し、架空電線2の点検(撮影装置282及び撮影装置283による架空電線2の撮影及び撮影した映像(映像データ)の地上局への送信等)を開始する(S1117)。尚、撮影に際しては、例えば、送信機6から無人飛行体3に制御信号送り、これに応じて無人飛行体3の制御回路が251が撮影装置282や撮影装置283をリアルタイムに制御することも可能である。

0085

点検中、2つの無人飛行体3は、架空電線2に沿って編隊飛行しつつ、架空電線2から離脱するタイミングが到来したか否かをリアルタイムに判定する(S1118)。尚、架空電線2から離脱するタイミングは、例えば、無人飛行体3が障害物(送電鉄塔、難着雪リング捻れ防止ダンパ等)に接近した場合や、現在位置が予め飛行経路532に設定されている点検対象区間の点検が終了した場合等に到来する。

0086

架空電線2から離脱するタイミングが到来すると(S1118:YES)、2つの無人飛行体3は夫々リング体411を開いて架空電線2から離脱する(S1119)。架空電線2から離脱するタイミングが到来していなければ(S1118:NO)、2つの無人飛行体3はそのまま架空電線2に沿って飛行を続ける。

0087

続いて、2つの無人飛行体3は、帰投のタイミングが到来したか否かを判定する(S1120)。尚、帰投のタイミングは、例えば、予定されていた全ての点検作業が終了した場合や何らかの障害が発生した場合、地上局から帰投指示を受信した場合等に到来する。

0088

帰投のタイミングが到来していなければ(S1120:NO)、処理はS1114に戻り、2つの無人飛行体3は点検のための飛行を続ける。帰投のタイミングが到来していれば(S1120:YES)、処理はS1121に進み、2つの無人飛行体3は帰投のための飛行を開始し(S1121)、着陸地の上空に到達すると着陸のための制御を行って着陸地に着陸する(S1122)。

0089

以上詳細に説明したように、本実施形態の構成及び方法によれば、無人飛行体3は、飛行しながら架空電線2から電力供給を受けることができ、飛行距離や飛行時間を延ばすことができる。

0090

また2つの無人飛行体3をケーブルCにより接続し、ケーブルの途中にその下方の一部が開口する略環状の枠体60を設け、上記枠体に少なくとも一つ以上の撮影装置283を設け、枠体60の内側に架空電線2を収容するとともにリング体411の環の内側に架空電線2を収容した状態で架空電線2に沿って飛行するようにしたので、枠体60に設けられた一つ以上の撮影装置283から架空電線2に関する情報を取得することができる。また枠体60に複数の撮影装置283を設けることで、架空電線2に関する情報を架空電線2の様々な方向から取得することができる。また無人飛行体3の撮影装置282と併せて、架空電線2の多様な方向から多くの情報を取得することができる。このように本実施形態の構成及び方法によれば、無人飛行体3を用いた架空電線2の点検業務において、飛行距離や飛行時間を確保しつつ必要な情報を効率よく収集することができる。

0091

ところで、以上の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。例えば、上記の実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また上記実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

0092

例えば、以上では、枠体60の所定位置に、一つ以上の撮影装置283を設けたが、架空電線2の他の種類の情報を取得するためのセンサ(例えば、超音波センサ、深度カメラ(タイムオブフライトカメラ、ステレオカメラ、レーザレーダ、赤外線深度センサ、超音波センサ等)、赤外線センサ等)を設け、これらセンサから架空電線2の情報を取得するようにしてもよい。

0093

また上記の各構成、機能部、処理部、処理手段等は、それらの一部または全部を、例えば、集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリハードディスクSSD(Solid State Drive)等の記録装置、またはICカードSDカード、DVD等の記録媒体に置くことができる。

0094

上記の各図において、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、必ずしも実装上の全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。例えば、実際にはほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

0095

以上に説明した実施形態における各種機能部の配置形態は一例に過ぎない。各種機能部の配置形態は、ハードウェアやソフトウェアの性能、処理効率通信効率等の観点から最適な配置形態に変更し得る。

0096

2架空電線、3無人飛行体、6送信機、Cケーブル、41電流発生装置、42リング開閉装置、60枠体、82充電制御装置、240電力供給装置、250飛行制御装置、251制御回路、260バッテリ、270推力発生装置、282撮影装置、283 撮影装置、411リング体、412導電コイル、415 孔、416 導入口、513飛行制御部、515 リング開閉装置制御部、811充電制御回路、812通信回路、S1100 飛行制御処理

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