JP6973124B2 - 飛翔機 - Google Patents

Description

本願の開示する技術は、飛翔機に関する。

近年、対象物の壁面に沿って移動する飛翔機を用い、対象物に対する種々の作業を飛翔機に行わせることが検討されている。このような飛翔機は、対象物の壁面に沿って安定して移動できることが望まれる。そこで、吸着機構を備え、この吸着機構による吸着力によって壁面に吸着できる飛翔機が提案されている。また、このような吸着機構を備える飛翔機としては、例えば、プロペラを有する飛翔機本体に吸着機構が連結機構を介して回転可能に連結され、飛翔機本体に対する吸着機構の取付角度を調節できるものがある（例えば、特許文献１参照）。

特表２０１６−５２２１１３号公報 特開２０１７−１２４６８９号公報 特開２０１７−８９２１１号公報 特開２０１７−１２４６９１号公報

吸着機構が対象物の壁面に吸着した状態で、飛翔機に対する吸着機構の取付角度が固定されていると、飛翔機本体に外力が作用した場合に、壁面から引き剥がす力が吸着機構に作用し、吸着機構が壁面から離れてしまう虞がある。

本願の開示する技術は、一つの側面として、吸着機構が対象物の壁面に吸着した状態で、飛翔機本体に外力が作用した場合でも、吸着機構が壁面に吸着した状態を維持できる飛翔機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本願の開示する技術によれば、飛翔機本体と、吸着機構と、連結機構と、ロック部と、制御部とを備える飛翔機が提供される。飛翔機本体は、プロペラを有する。吸着機構は、対象物の壁面に吸着する。連結機構は、飛翔機本体を吸着機構に姿勢変化可能に連結する。ロック部は、吸着機構に対する飛翔機本体の姿勢変化を規制するロック状態を有する。制御部は、吸着機構が対象物の壁面に吸着した状態で飛翔機本体への外力により飛翔機本体の姿勢が対象物の壁面に対して変化する場合に、ロック部のロック状態を解除する。

本願の開示する技術によれば、吸着機構が対象物の壁面に吸着した状態で、飛翔機本体に外力が作用した場合でも、吸着機構が壁面に吸着した状態を維持できる。

本実施形態に係る飛翔機の上面図である。 図１の飛翔機の左側面図である。 図１の飛翔機の使用方法の一例として飛翔機を橋脚の検査に使用する方法を示す斜視図である。 図１の制御部による制御の流れの一例を示すフローチャートである。

以下、本願の開示する技術の一実施形態を説明する。

図１、図２は、本実施形態に係る飛翔機１０を示す図である。図１、図２に示される矢印ＦＲ、矢印ＵＰ、矢印ＲＨは、飛翔機１０の前後方向前側、上下方向上側、左右方向右側をそれぞれ示している。図１、図２に示されるように、飛翔機１０は、飛翔機本体１２と、検出装置１４と、吸着機構１６と、連結機構１８と、ロック部２０と、検出部２２と、制御部２４とを備える。

飛翔機本体１２は、飛翔機１０の本体部を構成しており、フレーム２６と、複数の推進部２８とを有する。フレーム２６は、一例として、上面視で四角枠状に形成されている。複数の推進部２８の個数は、一例として、４個である。この複数の推進部２８は、フレーム２６の四隅にそれぞれ配置されている。複数の推進部２８は、互いに同一の構成である。各推進部２８は、プロペラ３０と、プロペラモータ３２とを有する。

プロペラ３０及びプロペラモータ３２は、飛翔機本体１２の上下方向を軸方向としてそれぞれ配置されている。プロペラモータ３２は、フレーム２６に固定されており、プロペラ３０は、プロペラモータ３２の出力軸に固定されている。プロペラモータ３２は、飛翔機本体１２の上方から下方へ向かう気流が発生する方向にプロペラ３０を回転させる。複数のプロペラ３０の回転により、飛翔機１０は飛翔する。また、複数のプロペラ３０の回転数が独立して調節されることにより、飛翔機１０の姿勢や方向が変更される。

検出装置１４（壁面検出装置）は、対象物の壁面の状態を検出するものであり、飛翔機本体１２に搭載されている。具体的には、フレーム２６の前枠部及び後枠部には、飛翔機本体１２の前後方向に延びる取付フレーム３４（図１参照）の前端部及び後端部が固定されている。検出装置１４は、取付フレーム３４の中央部に支持部材３６及びスタビライザ３８（図２参照）等を介して固定されている。

この検出装置１４には、対象物の壁面の状態を検出するためのカメラや各種センサ等が適用される。検出装置１４は、飛翔機本体１２が水平状態にあるときに、飛翔機１０の前方に位置する対象物の壁面と対向する向きに固定されている。なお、検出装置１４は、ジンバル付きの雲台に搭載されても良い。

吸着機構１６は、対象物の壁面に吸着するものであり、飛翔機本体１２の前方に配置されている。この吸着機構１６は、フレーム４０と、左右一対の吸着装置４２と、左右一対の走行装置４４と、左右一対の受動輪４６（図２参照）とを有する。フレーム４０は、吸着機構１６の上下方向及び左右方向に延びる枠状に形成されている。左右一対の吸着装置４２は、フレーム４０の前面の左右両側にそれぞれ配置されている。この左右一対の吸着装置４２は、フレーム４０の上下方向の中央部に位置する。

各吸着装置４２は、ダクト４８と、ファン５０と、ファンモータ５２とを有する。ダクト４８は、吸着機構１６の前後方向を軸方向とする筒状に形成されており、ファン５０は、ダクト４８の内側に収容されている。ファン５０及びファンモータ５２は、吸着機構１６の前後方向を軸方向としてそれぞれ配置されている。ダクト４８及びファンモータ５２は、フレーム４０に固定されており、ファン５０は、ファンモータ５２の出力軸に固定されている。ファンモータ５２は、空気が前方からダクト４８に吸引される方向にファン５０を回転させる。ファン５０が回転し、空気が前方からダクト４８に吸引されることにより、吸着装置４２に吸着力が発生する。

左右一対の走行装置４４は、フレーム４０の前面上部の左右両側にそれぞれ配置されている。この左右一対の走行装置４４は、左右一対の吸着装置４２の間に位置する。各走行装置４４は、駆動輪５４と、駆動モータ５６とを有する。駆動輪５４及び駆動モータ５６は、吸着機構１６の左右方向を軸方向としてそれぞれ配置されている。フレーム４０には、前側に突出する支持部５８が設けられており、駆動モータ５６は、支持部５８に支持されている。駆動輪５４は、駆動モータ５６の出力軸に固定されており、駆動モータ５６は、駆動輪５４を双方向に回転させる。

左右一対の受動輪４６（図２参照）は、フレーム４０の前面下部の左右両側にそれぞれ配置されている。この左右一対の受動輪４６は、左右一対の走行装置４４の下側に位置する。受動輪４６は、駆動輪５４と同様に、吸着機構１６の左右方向を軸方向としてそれぞれ配置されている。フレーム４０には、前側に突出する支持部６０が設けられており、受動輪４６は、支持部６０に回転可能に支持されている。

駆動輪５４及び受動輪４６は、対象物の壁面上を走行するものである。駆動輪５４の前端部及び受動輪４６の前端部は、吸着機構１６の前端部よりも吸着機構１６の前方に突出している。吸着機構１６が対象物の壁面に吸着した状態で駆動輪５４が回転し、駆動輪５４及び受動輪４６が対象物の壁面上を走行することにより、飛翔機１０が対象物の壁面に沿って移動する。

連結機構１８は、飛翔機本体１２を吸着機構１６に姿勢変化可能に連結するものであり、アーム６２と、複数の関節６４、６６、６８とを有する。アーム６２は、飛翔機本体１２と吸着機構１６とを連結しており、複数の関節６４、６６、６８は、アーム６２に設けられている。複数の関節６４、６６、６８は、より具体的には、ヨー軸関節と、ピッチ軸関節と、ロール軸関節にそれぞれ相当する。以降、関節６４、関節６６、関節６８を、ヨー軸関節６４、ピッチ軸関節６６、ロール軸関節６８と称する。

ヨー軸関節６４は、飛翔機本体１２のヨー軸回りに回転可能に構成されており、ピッチ軸関節６６は、飛翔機本体１２のピッチ軸回りに回転可能に構成されている。また、ロール軸関節６８は、飛翔機本体１２のロール軸回りに回転可能に構成されている。飛翔機本体１２のヨー軸は、飛翔機本体１２の上下方向を軸方向としており、飛翔機本体１２のピッチ軸は、飛翔機本体１２の左右方向を軸方向としており、飛翔機本体１２のロール軸は、飛翔機本体１２の前後方向を軸方向としている。ヨー軸関節６４、ピッチ軸関節６６、及び、ロール軸関節６８が回転することにより、吸着機構１６に対する飛翔機本体１２の姿勢が変化する。

ヨー軸関節６４、ピッチ軸関節６６、及び、ロール軸関節６８は、吸着機構１６から飛翔機本体１２に向かうに従って、ヨー軸関節６４、ピッチ軸関節６６、及び、ロール軸関節６８の順に配置されている。より具体的には、ヨー軸関節６４は、アーム６２における吸着機構１６側の端部に設けられており、ピッチ軸関節６６は、ヨー軸関節６４の飛翔機本体１２側にヨー軸関節６４と隣接して設けられている。また、ロール軸関節６８は、アーム６２における飛翔機本体１２側の端部に設けられている。

上述のアーム６２は、より具体的には、ヨー軸関節６４とピッチ軸関節６６とを繋ぐ第一アーム７０と、ピッチ軸関節６６とロール軸関節６８とを繋ぐ第二アーム７２とを有する。このアーム６２は、側面視で吸着装置４２の中心軸と同軸上に配置されている（図２参照）。吸着装置４２の中心軸は、吸着装置４２に設けられたファン５０の回転軸と一致する。

ロック部２０は、吸着機構１６に対する飛翔機本体１２の姿勢変化を規制するものであり、複数のモータ７４、７６、７８を有する。モータ７４は、飛翔機本体１２（吸着機構１６）の上下方向を軸方向として配置されており、モータ７６は、飛翔機本体１２の左右方向を軸方向として配置されている。また、モータ７８は、飛翔機本体１２の前後方向を軸方向として配置されている。

モータ７４の本体は、吸着機構１６のフレーム４０に固定されており、モータ７４の出力軸には、第一アーム７０の前端部が固定されている。また、モータ７６の本体は、第一アーム７０の後端部に固定されており、モータ７６の出力軸には、第二アーム７２の前端部が固定されている。また、モータ７８の本体は、飛翔機本体１２のフレーム２６に固定されており、モータ７８の出力軸には、第二アーム７２の後端部が固定されている。

モータ７４は、吸着機構１６のフレーム４０と第一アーム７０とを連結することでヨー軸関節６４として機能し、モータ７６は、第一アーム７０と第二アーム７２とを連結することでピッチ軸関節６６として機能する。また、モータ７８は、第二アーム７２と飛翔機本体１２のフレーム２６とを連結することでロール軸関節６８として機能する。

すなわち、モータ７４は、吸着機構１６のフレーム４０に固定された本体に対して、第一アーム７０に固定された出力軸が回転することで、ヨー軸関節６４として機能する。また、モータ７６は、第一アーム７０に固定された本体に対して、第二アーム７２に固定された出力軸が回転することで、ピッチ軸関節６６として機能する。さらに、モータ７８は、飛翔機本体１２のフレーム２６に固定された本体に対して、第二アーム７２に固定された出力軸が回転することで、ロール軸関節６８として機能する。

以降、モータ７４、モータ７６、及び、モータ７８を、ヨー軸関節モータ７４、ピッチ軸関節モータ７６、及び、ロール軸関節モータ７８と称する。このヨー軸関節モータ７４、ピッチ軸関節モータ７６、及び、ロール軸関節モータ７８には、例えば、通電時にロックし、非通電時にロックが解除するモータが好適であり、例えば、クラッチを有する減速機付きモータや、ステッピングモータ等が使用される。

ヨー軸関節モータ７４、ピッチ軸関節モータ７６、及び、ロール軸関節モータ７８がロックした状態が、ロック部２０のロック状態である。ロック部２０がロック状態になると、ヨー軸関節６４、ピッチ軸関節６６、及び、ロール軸関節６８の回転が規制され、吸着機構１６に対する飛翔機本体１２の姿勢変化が規制される。

一方、ヨー軸関節モータ７４、ピッチ軸関節モータ７６、及び、ロール軸関節モータ７８のロックが解除された状態が、ロック部２０のロック状態が解除された状態である。ロック部２０のロック状態が解除されると、ヨー軸関節６４、ピッチ軸関節６６、及び、ロール軸関節６８の回転が許容され、吸着機構１６に対する飛翔機本体１２の姿勢変化が許容される。

検出部２２（姿勢変化検出部）は、吸着機構１６が対象物の壁面に吸着した状態で飛翔機本体１２の姿勢が対象物の壁面に対して変化することを検出するためのものである。この検出部２２は、複数の測距センサ８０と、左右一対の圧力センサ８２とを有する。

複数の測距センサ８０は、フレーム４０の上下左右の四隅にそれぞれ配置されている。左右一対の圧力センサ８２は、駆動輪５４と対象物の壁面との接触点から吸着機構１６の後側へ延びる延長線上に配置される。この左右一対の圧力センサ８２は、より具体的には、上述の走行装置４４の駆動モータ５６を支持する支持部５８に設けられている。なお、支持部５８に圧力センサ８２が設けられるのと同様に、上述の受動輪４６を支持する支持部６０にも、圧力センサ８２が設けられても良い。

複数の測距センサ８０は、対象物の壁面との距離に応じた信号をそれぞれ出力する。左右一対の圧力センサ８２は、対象物の壁面から走行装置４４を介して支持部５８に作用する圧力に応じた信号を出力する。測距センサ８０及び圧力センサ８２から出力される信号は、検出部２２の検出結果に相当する。

制御部２４は、飛翔機１０の動作を制御するものであり、例えば、記憶装置、演算装置、及び、入出力回路等を有する電気回路を備える。この制御部２４は、飛翔機本体１２に搭載されるか、又は、飛翔機本体１２から離れた場所に配置される。

制御部２４が飛翔機本体１２に搭載される場合、制御部２４は、各モータ、測距センサ８０、及び、圧力センサ８２と信号線等を介して電気的に接続される。一方、制御部２４が飛翔機本体１２から離れた場所に配置される場合、制御部２４は、飛翔機本体１２に搭載された中継基板等を介して各モータ、測距センサ８０、及び、圧力センサ８２と電気的に接続される。制御部２４と中継基板とは、有線で接続されても良く、また、無線で接続されても良い。

この制御部２４は、操縦者が操作する操作部８４（リモートコントローラ）と有線又は無線で接続される。制御部２４は、操縦者の操作に応じて操作部８４から出力された信号に基づいて飛翔機１０の空中での移動や対象物の壁面に沿った移動を制御する機能を有する。また、制御部２４は、吸着機構１６が壁面に吸着した状態で飛翔機本体１２への外力により飛翔機本体１２の姿勢が壁面に対して変化する場合には、検出部２２から出力された信号に基づいて吸着機構１６が壁面に吸着した状態を維持する制御を行う機能を有する。

以上の連結機構１８、ロック部２０、及び、制御部２４は、後述のように、吸着機構１６が対象物の壁面に吸着した状態で飛翔機本体１２に外力が作用する場合には、この外力が吸着機構１６に伝達しないように外力を逃す働きをする外力逃し装置９０を形成する。

なお、飛翔機１０には、バッテリ９２が接続される。バッテリ９２は、飛翔機本体１２に搭載されるか、又は、飛翔機本体１２から離れた場所に配置される。上述の各モータ、測距センサ８０、圧力センサ８２、及び、制御部２４には、バッテリ９２から電力が供給される。

次に、本実施形態に係る飛翔機１０の使用方法と併せて飛翔機１０の動作の一例を説明する。

図３には、図１の飛翔機１０の使用方法の一例が示されている。図３に示されるように、本実施形態に係る飛翔機１０の使用方法では、一例として、橋１００に設けられた橋脚１０２の壁面に沿って飛翔機１０を移動させながら、橋脚１０２の検査等の作業を飛翔機１０に行わせる。橋脚１０２は、「対象物」の一例である。本実施形態では、一例として、図１、図２に示される制御部２４及びバッテリ９２が橋桁１０４の上に置かれており、この制御部２４及びバッテリ９２と飛翔機本体１２とは、ケーブル９４を介して接続されている。

飛翔機１０は、操縦者による操作部８４の操作に応じて飛翔する。また、飛翔機１０が橋脚１０２の壁面に近づいた状態で、吸着装置４２を作動させると、吸着装置４２による吸着力が発生し、図３に示されるように、吸着機構１６が橋脚１０２の壁面に吸着する。ここで、図１、図２に示される制御部２４は、吸着機構１６が橋脚１０２の壁面に吸着すると、図４のフローチャートで示されるステップＳ１〜ステップＳ７を実行する。

すなわち、ステップＳ１では、制御部２４が、検出装置１４が作動しているか否かを判断する。検出装置１４は、操縦者による操作部８４の操作に応じて作動する。検出装置１４が作動するときには、図１、図２に示される複数のプロペラモータ３２の回転数が制御され、飛翔機本体１２が水平に保たれる。飛翔機本体１２が水平に保たれることにより、検出装置１４が橋脚１０２の壁面と対向する。

そして、検出装置１４が作動すると、カメラや各種センサ等によって橋脚１０２の壁面の状態が検出される。検出装置１４で検出された情報は、制御部２４及びバッテリ９２と共に橋桁１０４の上に置かれた情報処理装置にケーブル９４又は無線で送信されるか、又は、検出装置１４の記憶装置に記憶される。検出装置１４が作動していない場合、制御部２４は、検出装置１４が作動するまでステップＳ１を繰り返し実行する。一方、検出装置１４が作動している場合、制御部２４は、ステップＳ２に移行する。

ステップＳ２では、制御部２４が、図１、図２に示されるロック部２０をロック状態にする。つまり、制御部２４は、ロック部２０のヨー軸関節モータ７４、ピッチ軸関節モータ７６、及び、ロール軸関節モータ７８を通電させてロックする。このようにロック部２０がロック状態になると、図１、図２に示される連結機構１８のヨー軸関節６４、ピッチ軸関節６６、及び、ロール軸関節６８の回転が規制され、吸着機構１６に対する飛翔機本体１２の姿勢変化が規制された状態になる。

これにより、吸着機構１６が橋脚１０２の壁面に吸着した状態で吸着機構１６に対する飛翔機本体１２の姿勢が固定されるので、検出装置１４が橋脚１０２の壁面と一定の距離と位置を保ったまま対向する。このように、制御部２４は、吸着機構１６が橋脚１０２の壁面に吸着した状態で検出装置１４が作動しているときには、ロック部２０をロック状態にする。そして、制御部２４は、ロック部２０を作動させると、ステップＳ３に移行する。

ステップＳ３では、制御部２４が、図１、図２に示される検出部２２の検出結果に基づいて飛翔機本体１２に外力が作用しているか否か判断する。ここで、飛翔機本体１２に風が当たるなどして外力が作用すると、この外力により飛翔機本体１２の姿勢が橋脚１０２の壁面に対して変化しようとする。このとき、飛翔機本体１２に作用した外力が、ロック状態にある連結機構１８を伝わり、吸着機構１６に壁面から引き剥がす力として作用する。例えば、飛翔機本体１２の側面に横風が当たると、飛翔機本体１２にヨー軸回りの回転力が加わり、風上側の吸着装置４２が壁面から離れ始める。

そして、吸着機構１６が壁面から剥がれ始めると、検出部２２では、測距センサ８０と壁面との間の距離、及び、壁面から圧力センサ８２に作用する圧力が変化するため、この変化に応じた信号が測距センサ８０及び圧力センサ８２から出力される。

制御部２４は、上述の信号が測距センサ８０及び圧力センサ８２から出力された際に、この信号の出力が、飛翔機本体１２の姿勢が意図的に変化したことによるものであるか否かを判断する。この場合の飛翔機本体１２の姿勢が意図的に変化することとは、操作部８４の操作に応じて複数のプロペラモータ３２が制御されたことによるものである。そして、制御部２４は、上述の信号の出力が飛翔機本体１２の意図的な姿勢変化によるものでない場合には、飛翔機本体１２の姿勢変化が飛翔機本体１２への外力によるものであると判断する。制御部２４は、このように飛翔機本体１２に外力が作用したと判断した場合には、ステップＳ４に移行する。

一方、制御部２４は、上述の信号の出力が飛翔機本体１２の意図的な姿勢変化によるものである場合には、飛翔機本体１２の姿勢変化が飛翔機本体１２への外力によるものではないと判断する。制御部２４は、このように飛翔機本体１２に外力が作用していないと判断した場合には、後述するステップＳ７に移行する。

ステップＳ４では、制御部２４が、ロック部２０のロック状態を解除する。つまり、制御部２４は、ロック部２０のヨー軸関節モータ７４、ピッチ軸関節モータ７６、及び、ロール軸関節モータ７８を非通電としてロックを解除する。ロック部２０のロック状態が解除されると、連結機構１８のヨー軸関節６４、ピッチ軸関節６６、及び、ロール軸関節６８の回転が許容され、吸着機構１６に対する飛翔機本体１２の姿勢変化が可能になる。

このように、飛翔機本体１２への外力により飛翔機本体１２の姿勢が橋脚１０２の壁面に対して変化する場合には、ロック部２０のロック状態が解除される。このため、飛翔機本体１２に外力が作用しても、ヨー軸関節６４、ピッチ軸関節６６、及び、ロール軸関節６８が回転することにより、吸着機構１６へ伝わる外力が逃されて、吸着機構１６に壁面から引き剥がす力が作用することが抑制される。これにより、飛翔機本体１２に外力が作用しても、吸着機構１６が壁面に吸着した状態に維持される。続いて、制御部２４は、ステップＳ５に移行する。

ステップＳ５では、制御部２４が、飛翔機本体１２の姿勢を元に戻す制御を行う。つまり、制御部２４は、飛翔機本体１２の姿勢が元に戻るように、複数のプロペラモータ３２を制御する。例えば、飛翔機本体１２の右側面に横風が当たって飛翔機本体１２がヨー軸を中心に右回りに回転した場合には、ロール軸回りに飛翔機本体１２が右に傾くように複数のプロペラモータ３２を制御し、飛翔機本体１２の姿勢を元に戻す。

これにより、ロック部２０のロック状態を解除したことに伴って吸着機構１６に対する飛翔機本体１２の姿勢が変化した場合には、飛翔機本体１２の姿勢が元に戻されて、飛翔機本体１２が再び水平になる。そして、飛翔機本体１２が再び水平になることにより、検出装置１４が橋脚１０２の壁面と再び対向する。

本実施形態では、吸着機構１６が壁面に吸着された状態に維持されるため、吸着機構１６が起点となることにより、飛翔機本体１２の姿勢を容易に元に戻すことが可能である。そして、上述のように飛翔機本体１２の姿勢を元に戻す制御を行った後に、制御部２４は、ステップＳ６に移行する。

ステップＳ６では、ロック部２０を再びロック状態にする。これにより、吸着機構１６が橋脚１０２の壁面に吸着した状態で吸着機構１６に対する飛翔機本体１２の姿勢が固定されるので、検出装置１４が橋脚１０２の壁面と一定の距離と位置を保ったまま対向する。続いて、制御部２４は、ステップＳ７に移行する。

ステップＳ７では、制御部２４が、検出装置１４が停止されたか否かを判断する。操縦者による操作部８４の操作により検出装置１４が停止された場合には、一連の処理を終了する。一方、検出装置１４が停止されていない場合、制御部２４は、ステップＳ１に戻る。そして、制御部２４は、ステップＳ７で一連の処理を終了するまで、ステップＳ１〜ステップＳ７を繰り返し実行する。

これにより、飛翔機本体１２に外力が作用したときには、ロック部２０のロック状態が解除されて、吸着機構１６へ伝わる外力が逃されて、吸着機構１６に壁面から引き剥がす力が作用することが抑制される。また、飛翔機本体１２に外力が作用していないときには、ロック部２０がロック状態となり、吸着機構１６に対する飛翔機本体１２の姿勢が固定されて飛翔機本体１２が水平に保たれる。以上の要領で、制御部２４は、吸着機構１６が対象物の壁面に吸着されたときには、吸着機構１６が対象物の壁面に吸着した状態が維持されるように制御する。

次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。

以上詳述したように、本実施形態に係る飛翔機１０によれば、吸着機構１６が対象物の壁面に吸着した状態で、飛翔機本体１２に外力が作用していない平常時には、ロック部２０がロックされる。したがって、吸着機構１６が対象物の壁面に吸着した状態で吸着機構１６に対する飛翔機本体１２の姿勢が固定されるので、検出装置１４を対象物の壁面に対して一定の距離と位置を保ったまま対向させることができる。これにより、検出装置１４を用いて対象物の壁面の状態を適切に検出できる。

一方、吸着機構１６が対象物の壁面に吸着した状態で、飛翔機本体１２に外力が作用すると、飛翔機本体１２に作用した外力が、ロック状態にある連結機構１８を伝わり、吸着機構１６に壁面から引き剥がす力として作用する。ところが、吸着機構１６が対象物の壁面に吸着した状態で飛翔機本体１２への外力により飛翔機本体１２の姿勢が対象物の壁面に対して変化する場合には、ロック部２０のロック状態が解除される。したがって、飛翔機本体１２に外力が作用しても、連結機構１８のヨー軸関節６４、ピッチ軸関節６６、及び、ロール軸関節６８が回転することにより、吸着機構１６へ伝わる外力が逃されるので、吸着機構１６に壁面から引き剥がす力が作用することを抑制できる。これにより、吸着機構１６が対象物の壁面に吸着した状態で、飛翔機本体１２に外力が作用した場合でも、吸着機構１６が壁面に吸着した状態を維持できる。

また、吸着機構１６には、対象物の壁面との距離を検出する測距センサ８０と、対象物の壁面からの圧力を検出する圧力センサ８２とを有する検出部２２が設けられている。したがって、上述のように吸着機構１６が対象物の壁面に吸着した状態で飛翔機本体１２への外力により飛翔機本体１２の姿勢が対象物の壁面に対して変化する場合には、この飛翔機本体１２の姿勢変化を検出部２２により迅速に検出できる。また、制御部２４は、検出部２２の検出結果に基づいてロック部２０のロック状態を解除するので、飛翔機本体１２の姿勢が変化したときには、これに対応してロック部２０のロック状態を的確に解除できる。これにより、吸着機構１６へ伝わる外力を的確に逃すことができるので、吸着機構１６に壁面から引き剥がす力が作用することをより一層効果的に抑制できる。

また、制御部２４は、ロック部２０のロック状態を解除したことに伴って吸着機構１６に対する飛翔機本体１２の姿勢が変化した場合には、飛翔機本体１２の姿勢を元に戻す制御を行う。したがって、ロック部２０のロック状態を解除したことに伴って吸着機構１６に対する飛翔機本体１２の姿勢が変化した場合には、飛翔機本体１２の姿勢が元に戻されて、飛翔機本体１２を再び水平にすることができる。そして、飛翔機本体１２が再び水平になることにより、検出装置１４が対象物の壁面と再び対向するので、検出装置１４を用いた作業を再開できる。

しかも、吸着機構１６は、上述の通り対象物の壁面に吸着された状態に維持されるため、飛翔機本体１２の姿勢を元に戻す制御が行われる際には、吸着機構１６が起点となることにより、飛翔機本体１２の姿勢を容易に元に戻すことができる。

また、飛翔機１０は、飛翔機本体１２と吸着機構１６とに分離されており、吸着機構１６は、対象物の壁面に吸着している状態では自身の重量を支えるため、飛翔機本体１２の慣性モーメントが小さくなる。これにより、飛翔機本体１２の姿勢を元に戻す制御が行われる際には、姿勢制御の応答性が良くなるので、飛翔機本体１２の姿勢を素早く元に戻すことができる。

また、制御部２４は、飛翔機本体１２の姿勢を元に戻す制御を行った後に、ロック部２０をロック状態にする。これにより、吸着機構１６が対象物の壁面に吸着した状態で吸着機構１６に対する飛翔機本体１２の姿勢が固定されるので、再び検出装置１４を対象物の壁面と一定の距離と位置を保ったまま対向させることができる。

また、連結機構１８は、飛翔機本体１２と吸着機構１６とを連結するアーム６２と、アーム６２に設けられた複数の関節として、ヨー軸関節６４、ピッチ軸関節６６、及び、ロール軸関節６８を有する。したがって、飛翔機本体１２に外力が作用したときには、アーム６２が複数の関節で折れ曲がることにより、飛翔機本体１２と吸着機構１６との間の距離を変えるように飛翔機本体１２の姿勢を変化させることができる。これにより、飛翔機本体１２に作用した外力を吸着機構１６に伝達しないように適切に逃すことができる。

また、ヨー軸関節６４は、アーム６２における吸着機構１６側の端部に設けられている。したがって、吸着機構１６からヨー軸関節６４までのモーメント長を短くすることができる。これにより、例えば、横風などによる外力が飛翔機本体１２に作用することにより、ヨー軸関節６４に対して飛翔機本体１２の左右方向への力が作用する場合でも、吸着機構１６に対してヨー軸回りに作用するモーメントを低減できる。この結果、吸着機構１６を壁面から離れにくくすることができる。

また、ピッチ軸関節６６は、ヨー軸関節６４の飛翔機本体１２側にヨー軸関節６４と隣接して設けられている。したがって、吸着機構１６からピッチ軸関節６６までのモーメント長を短くすることができる。これにより、例えば、上下風などによる外力が飛翔機本体１２に作用することにより、ピッチ軸関節６６に対して飛翔機本体１２の上下方向への力が作用する場合でも、吸着機構１６に対してピッチ軸回りに作用するモーメントを低減できる。この結果、吸着機構１６を壁面から離れにくくすることができる。

また、連結機構１８のアーム６２は、側面視で吸着装置４２の中心軸と同軸上に配置されている（図２参照）。したがって、吸着装置４２の中心軸からアーム６２までのピッチ軸回りのモーメント長を無くすことができる。これにより、例えば、飛翔機本体１２に前後方向の慣性力が作用することにより、アーム６２と吸着機構１６との接続部に対して飛翔機本体１２の前後方向への力が作用する場合でも、吸着機構１６に対してピッチ軸回りに作用するモーメントを低減できる。この結果、吸着機構１６を壁面から離れにくくすることができる。

また、連結機構１８は、飛翔機本体１２と吸着機構１６とを連結するアーム６２と、アーム６２に設けられた複数の関節として、ヨー軸関節６４、ピッチ軸関節６６、及び、ロール軸関節６８を有する。そして、ロック部２０は、ヨー軸関節６４、ピッチ軸関節６６、及び、ロール軸関節６８の回転を規制する。したがって、ロック部２０の小型化を図りつつ、吸着機構１６に対する飛翔機本体１２の姿勢変化を的確に規制できる。

また、飛翔機１０は、飛翔機本体１２と吸着機構１６とに分離されている。したがって、吸着機構１６が対象物の壁面に吸着している状態では、吸着機構１６が自身の重量を支えるため、飛翔機本体１２も自身の重量を支えることができれば良い。これにより、飛翔機本体１２を小型化できるので、飛翔機１０も全体的に小型化できる。

また、飛翔機１０は、飛翔機本体１２の前方に吸着機構１６を有しているので、吸着機構１６が対象物の壁面に吸着している状態では、飛翔機本体１２に搭載された検出装置１４を対象物の壁面から適度に離すことができる。これにより、検出装置１４を用いて対象物の壁面の状態を適切に検出できる。

また、検出装置１４は、飛翔機本体１２に搭載されているので、例えば吸着機構１６の走行装置４４が対象物の壁面上を走行する場合でも、検出装置１４に伝達される走行振動を飛翔機本体１２において吸収できる。これにより、検出装置１４の振動を抑制できるので、検出装置１４を用いて対象物の壁面の状態を適切に検出できる。

次に、本実施形態の変形例について説明する。

上記実施形態において、連結機構１８は、ヨー軸関節６４、ピッチ軸関節６６、及び、ロール軸関節６８を有する。しかしながら、連結機構１８は、ヨー軸関節６４、ピッチ軸関節６６、及び、ロール軸関節６８と同様に機能するボールジョイントを有していても良い。また、連結機構１８は、ヨー軸関節６４、ピッチ軸関節６６、及び、ロール軸関節６８を有する構成や、ボールジョイントを有する構成以外でも良い。

また、ヨー軸関節６４、ピッチ軸関節６６、及び、ロール軸関節６８は、吸着機構１６側から飛翔機本体１２側に向かうに従って、ヨー軸関節６４、ピッチ軸関節６６、及び、ロール軸関節６８の順に配置されている。しかしながら、ヨー軸関節６４、ピッチ軸関節６６、及び、ロール軸関節６８は、上記以外の順に配置されていても良い。

また、連結機構１８は、ヨー軸関節６４、ピッチ軸関節６６、及び、ロール軸関節６８を一つずつ有する。しかしながら、連結機構１８は、ヨー軸関節６４、ピッチ軸関節６６、及び、ロール軸関節６８のいずれかを複数有していても良い。つまり、連結機構１８における関節の数は、４個以上でも良い。

また、ヨー軸関節６４、ピッチ軸関節６６、及び、ロール軸関節６８は、ヨー軸関節モータ７４、ピッチ軸関節モータ７６、及び、ロール軸関節モータ７８によってそれぞれ形成されている。しかしながら、ヨー軸関節６４、ピッチ軸関節６６、及び、ロール軸関節６８は、モータ以外の構造物によってそれぞれ形成されていても良い。

また、ロック部２０には、ヨー軸関節モータ７４、ピッチ軸関節モータ７６、及び、ロール軸関節モータ７８が用いられているが、例えば電磁クラッチなどのロック状態及びロック解除状態を取り得る装置が用いられても良い。

また、ロック部２０は、連結機構１８に一体に設けられているが、連結機構１８とは別に独立して設けられていても良い。

また、検出部２２は、対象物の壁面との距離を測定する測距センサ８０、及び、対象物の壁面からの圧力を検出する圧力センサ８２の両方を有するが、測距センサ８０及び圧力センサ８２のどちらか一方は省かれても良い。また、検出部２２は、吸着機構１６に設けられているが、飛翔機本体１２に設けられていても良い。

また、制御部２４は、ロック部２０のロック状態を解除したことに伴って吸着機構１６に対する飛翔機本体１２の姿勢が変化した場合には、飛翔機本体１２の姿勢が元に戻るように、複数のプロペラモータ３２を制御する。しかしながら、制御部２４は、ロック部２０のロック状態を解除したことに伴って吸着機構１６に対する飛翔機本体１２の姿勢が変化した場合には、飛翔機本体１２の姿勢が元に戻るように、ヨー軸関節モータ７４、ピッチ軸関節モータ７６、及び、ロール軸関節モータ７８を制御しても良い。

また、ロック部２０は、飛翔機本体１２が水平状態にあるときにロック状態になるが、例えば飛翔機本体１２が対象物の壁面側に傾斜した状態にあるときにロック状態になっても良い。また、この場合に、制御部２４は、飛翔機本体１２の姿勢を元に戻す制御を行う際に、飛翔機本体１２が対象物の壁面側に傾斜した状態に戻るような制御を行っても良い。

また、ロック部２０により飛翔機本体１２が水平状態以外の姿勢で固定される場合には、飛翔機本体１２の姿勢が固定されているときに、検出装置１４が対象物の壁面と対向するように検出装置１４の向きが固定されても良い。

また、吸着機構１６は、走行装置４４を有するが、走行装置４４は省かれても良い。

また、上記実施形態において、飛翔機１０が移動する対象物は、橋以外に、例えば、建物、トンネル、ダム、屋根、梯子、電柱、煙突、大型旅客機、及び、その他の構造物の少なくともいずれかでも良い。

また、飛翔機１０に行わせる作業は、検査以外に、例えば、撮影、観測、記録、点検、運搬、塗装、マーキング、及び、その他の作業の少なくともいずれかでも良い。

また、上記複数の変形例のうち組み合わせ可能な変形例は、適宜、組み合わされて実施されても良い。

以上、本願の開示する技術の一実施形態について説明したが、本願の開示する技術は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

なお、上述の本願の開示する技術の一実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。

（付記１）
プロペラを有する飛翔機本体と、
対象物の壁面に吸着する吸着機構と、
前記飛翔機本体を前記吸着機構に姿勢変化可能に連結する連結機構と、
前記吸着機構に対する前記飛翔機本体の姿勢変化を規制するロック状態を有するロック部と、
前記吸着機構が前記対象物の壁面に吸着した状態で前記飛翔機本体への外力により前記飛翔機本体の姿勢が前記対象物の壁面に対して変化する場合に、前記ロック部のロック状態を解除する制御部と、
を備える飛翔機。
（付記２）
前記吸着機構が前記対象物の壁面に吸着した状態で前記飛翔機本体の姿勢が前記対象物の壁面に対して変化することを検出する検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記吸着機構が前記対象物の壁面に吸着した状態で前記飛翔機本体の姿勢が前記対象物の壁面に対して変化することが前記検出部により検出され、かつ、前記飛翔機本体の姿勢変化が前記飛翔機本体への外力による場合には、前記ロック部のロック状態を解除する、
付記１に記載の飛翔機。
（付記３）
前記吸着機構には、前記対象物の壁面との距離、及び、前記対象物の壁面からの圧力の少なくとも一方を検出する検出部が設けられ、
前記制御部は、前記検出部の検出結果に基づいて前記ロック部のロック状態を解除する、
付記１又は付記２に記載の飛翔機。
（付記４）
前記制御部は、前記ロック部のロック状態を解除したことに伴って前記吸着機構に対する前記飛翔機本体の姿勢が変化した場合には、前記飛翔機本体の姿勢を元に戻す制御を行う、
付記１〜付記３のいずれか一項に記載の飛翔機。
（付記５）
前記飛翔機本体は、
複数の前記プロペラと、
前記複数のプロペラをそれぞれ回転させる複数のプロペラモータと、
を有し、
前記制御部は、前記ロック部のロック状態を解除したことに伴って前記吸着機構に対する前記飛翔機本体の姿勢が変化した場合には、前記飛翔機本体の姿勢が元に戻るように、前記複数のプロペラモータを制御する、
付記４に記載の飛翔機。
（付記６）
前記連結機構は、
前記飛翔機本体と前記吸着機構とを連結するアームと、
前記アームに設けられた関節と、
を有し、
前記ロック部は、前記関節として機能する関節モータを有し、
前記制御部は、前記ロック部のロック状態を解除したことに伴って前記吸着機構に対する前記飛翔機本体の姿勢が変化した場合には、前記飛翔機本体の姿勢が元に戻るように、前記関節モータを制御する、
付記４に記載の飛翔機。
（付記７）
前記制御部は、前記飛翔機本体の姿勢を元に戻す制御を行った後に、前記ロック部をロック状態にする、
付記４〜付記６のいずれか一項に記載の飛翔機。
（付記８）
前記連結機構は、
前記飛翔機本体と前記吸着機構とを連結するアームと、
前記アームに設けられた関節と、
を有し、
前記ロック部は、前記関節の回転を規制する、
付記１〜付記７のいずれか一項に記載の飛翔機。
（付記９）
前記連結機構は、
前記飛翔機本体と前記吸着機構とを連結するアームと、
前記アームに設けられ、前記飛翔機本体のヨー軸回りに回転可能なヨー軸関節と、
前記アームに設けられ、前記飛翔機本体のピッチ軸回りに回転可能なピッチ軸関節と、
前記アームに設けられ、前記飛翔機本体のロール軸回りに回転可能なロール軸関節と、
を有する、
付記１〜付記８のいずれか一項に記載の飛翔機。
（付記１０）
前記ヨー軸関節は、前記アームにおける吸着機構側の端部に設けられている、
付記９に記載の飛翔機。
（付記１１）
前記ピッチ軸関節は、前記ヨー軸関節の前記飛翔機本体側に前記ヨー軸関節と隣接して設けられている、
付記１０に記載の飛翔機。
（付記１２）
前記吸着機構は、前記飛翔機本体の前方に配置され、
前記吸着機構には、ファンを有する吸着装置が設けられ、
前記アームは、側面視で前記吸着装置の中心軸と同軸上に配置されている、
付記９〜付記１１のいずれか一項に記載の飛翔機。
（付記１３）
前記吸着機構には、前記対象物の壁面上を走行する車輪が設けられている、
付記１〜付記１２のいずれか一項に記載の飛翔機。
（付記１４）
前記吸着機構には、前記車輪としての駆動輪を回転させる駆動モータが設けられている、
付記１３に記載の飛翔機。
（付記１５）
前記飛翔機本体には、前記対象物の壁面の状態を検出する検出装置が搭載されている、
付記１〜付記１４のいずれか一項に記載の飛翔機。
（付記１６）
前記制御部は、前記吸着機構が前記対象物の壁面に吸着した状態で前記検出装置が作動しているときには、前記ロック部をロック状態にする、
付記１５に記載の飛翔機。
（付記１７）
プロペラを有する飛翔機本体を、対象物の壁面に吸着する吸着機構に姿勢変化可能に連結する連結機構と、
前記吸着機構に対する前記飛翔機本体の姿勢変化を規制するロック部と、
前記吸着機構が前記対象物の壁面に吸着した状態で前記飛翔機本体への外力により前記飛翔機本体の姿勢が前記対象物の壁面に対して変化する場合に、前記ロック部のロック状態を解除する制御部と、
を備える飛翔機の外力逃し装置。
（付記１８）
付記１〜付記１６のいずれか一項に記載の飛翔機を用い、橋、建物、トンネル、ダム、屋根、梯子、電柱、煙突、大型旅客機、及び、その他の構造物の少なくともいずれかである対象物の垂直な壁面に沿って前記飛翔機を移動させながら、検査、撮影、観測、記録、点検、運搬、塗装、マーキング、及び、その他の作業の少なくともいずれかを前記飛翔機に行わせることを含む、
飛翔機の使用方法。

１０ 飛翔機
１２ 飛翔機本体
１４ 検出装置
１６ 吸着機構
１８ 連結機構
２０ ロック部
２２ 検出部
２４ 制御部
３０ プロペラ
３２ プロペラモータ
４２ 吸着装置
４４ 走行装置
５４ 駆動輪
５６ 駆動モータ
６２ アーム
６４ ヨー軸関節
６６ ピッチ軸関節
６８ ロール軸関節
７４ ヨー軸関節モータ
７６ ピッチ軸関節モータ
７８ ロール軸関節モータ
８０ 測距センサ
８２ 圧力センサ
８４ 操作部
９０ 外力逃し装置

Claims (5)

1. プロペラを有する飛翔機本体と、
   対象物の壁面に吸着する吸着機構と、
   前記飛翔機本体を前記吸着機構に姿勢変化可能に連結する連結機構と、
   前記吸着機構に対する前記飛翔機本体の姿勢変化を規制するロック状態を有するロック部と、
   前記吸着機構が前記対象物の壁面に吸着した状態で前記飛翔機本体への外力により前記飛翔機本体の姿勢が前記対象物の壁面に対して変化する場合に、前記ロック部のロック状態を解除する制御部と、
   を備える飛翔機。
2. 前記吸着機構には、前記対象物の壁面との距離、及び、前記対象物の壁面からの圧力の少なくとも一方を検出する検出部が設けられ、
   前記制御部は、前記検出部の検出結果に基づいて前記ロック部のロック状態を解除する、
   請求項１に記載の飛翔機。
3. 前記制御部は、前記ロック部のロック状態を解除したことに伴って前記吸着機構に対する前記飛翔機本体の姿勢が変化した場合には、前記飛翔機本体の姿勢を元に戻す制御を行う、
   請求項１又は請求項２に記載の飛翔機。
4. 前記制御部は、前記飛翔機本体の姿勢を元に戻す制御を行った後に、前記ロック部をロック状態にする、
   請求項３に記載の飛翔機。
5. 前記連結機構は、
   前記飛翔機本体と前記吸着機構とを連結するアームと、
   前記アームに設けられた関節と、
   を有し、
   前記ロック部は、前記関節の回転を規制する、
   請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の飛翔機。

Images