JP6760601B2

JP6760601B2 - 天井制気口用測定装置

Info

Publication number: JP6760601B2
Application number: JP2016234167A
Authority: JP
Inventors: 晋太郎酒本; 裕行冨田; 仁有隅; 加藤　晋; 晋加藤
Original assignee: Shinryo Corp; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: Shinryo Corp; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2016-12-01
Filing date: 2016-12-01
Publication date: 2020-09-23
Anticipated expiration: 2036-12-01
Also published as: JP2018091684A

Description

本発明は、天井制気口を通過する空気の風量や温度を測定するための天井制気口用測定装置に関する。

従来、空調設備や換気設備の施工時や保守点検時等において、天井面に設置される吹出口や吸込口等の天井制気口を通過する空気の風量や温度を測定する場合、天井制気口の下方に脚立等の足場を設置し、その足場に作業員が乗って天井制気口に計測機器を近づけながら行うのが一般的である。

しかしながら、この方法では、足場設備が必要となるため手間が掛かると共に、高所作業となるため安全性の向上を図り難いという問題がある。

そこで、この種の問題を解決するため、手押しにより装置を天井制気口の下方に移動させ、昇降ポストにより集風フードを上昇させて制気口に接触させ、内蔵のセンサーによって風量及び風温を測定可能とした空調用制気口の風量風温測定装置が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００４−２５７８４２号公報

しかしながら、上記した特許文献１に記載の風量風温測定装置では、制気口が設置されている天井高さが高くなる程、装置の大きさや重量が増すため、装置の強度や転倒のリスクを考慮して、実質的には測定可能な天井高さに制限（例えば、５ｍ程度）が生じてしまうという問題がある。

また、天井制気口の下方に什器や機器などが置かれている場合、測定装置を設置することができないという問題がある。

本発明は、上記した課題を解決すべくなされたものであり、天井制気口が設置される天井高さや、天井制気口の下方における什器や機器などの設置状況に拘わらず、使用することが可能な天井制気口用測定装置を提供することを目的とする。

上記した目的を達成するため、本発明は、天井制気口を通過する空気の風量や温度を測定するための天井制気口用測定装置であって、前記天井制気口を通過する空気を捕集するための集風フードと、該集風フードにより捕集された空気の風量や温度を検出するためのセンサーと、を有する測定ユニットと、該測定ユニットを目標とする前記天井制気口まで飛行させて、該天井制気口を覆うように前記集風フードを天井面に接触させる飛行手段と、を備えていることを特徴とする。

また、本発明に係る天井制気口用測定装置において、前記飛行手段は、前記測定ユニットの周囲に設けられ、平面視で該測定ユニットの中心に対して点対称な複数の位置にそれぞれ配置されるプロペラと、該プロペラを上下方向に移動可能なように設けられる上下機構と、飛行時に前記上下機構によって前記プロペラを下方に移動させる一方、ホバリング時に前記上下機構によって前記プロペラを上方に移動させるように制御する飛行制御部と、を備えていることを特徴とする。

また、本発明に係る天井制気口用測定装置において、前記上下機構はリニアアクチュエータを備え、該リニアアクチュエータは下方にモータが配置される鉛直姿勢で前記プロペラより前記測定ユニットに近接した位置に設けられていることを特徴とする。

また、本発明に係る天井制気口用測定装置において、前記集風フードは上方に向かって拡幅された形状を有し、該集風フードの下端から下方に向かってセンサーフードが形成され、該センサーフードの内部に前記センサーが支持されていることを特徴とする。

また、本発明に係る天井制気口用測定装置において、前記飛行手段には、外周を囲うようにプロペラガードが設けられ、該プロペラガードの外面に緩衝体が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、天井制気口が設置される天井高さや、天井制気口の下方における機器等の設置状況に拘わらず、使用することが可能な天井制気口用測定装置を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る天井制気口用測定装置の全体構成を示す概略図である。本発明の実施の形態に係る天井制気口用測定装置の風量測定装置本体を示す平面図である。本発明の実施の形態に係る天井制気口用測定装置の全体構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態に係る天井制気口用測定装置の作用を示す側面図である。本発明の実施の形態に係る天井制気口用測定装置の位置を外部カメラで検出する方法を示す説明図である。本発明の実施の形態に係る天井制気口用測定装置を内部カメラで天井制気口に位置合わせする方法を示す説明図である。本発明の実施の形態に係る天井制気口用測定装置のホバリング時の状態を示す側面図である。本発明の実施の形態に係る天井制気口用測定装置の飛行時の状態を示す側面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態に係る天井制気口用測定装置について説明する。なお、以下の説明では、天井制気口用測定装置を、天井制気口を通過する空気の風量を測定するために使用する場合について例示して説明する。また、天井制気口用測定装置の前後左右の向きについては、説明の便宜上、図２に示した向きを基準として説明する。

図１〜図３に示すように、本発明の実施の形態に係る天井制気口用測定装置は、天井制気口１１を通過する空気の風量を測定する風量測定ユニット１２と風量測定ユニット１２を目標とする天井制気口１１まで飛行させる飛行手段１３とを備える風量測定装置本体１０と、風量測定装置本体１０の位置を計測する外部カメラ１４と、風量測定ユニット１２と飛行手段１３と外部カメラ１４との間でそれぞれ無線通信可能な統合制御コンピュータ１５と、を備えて構成されている。

風量測定ユニット１２は、天井制気口１１を通過する空気を捕集するための集風フード１６と、内部に風速センサー１７を搭載するセンサーフード１８と、統合制御コンピュータ１５との間で無線通信可能な制御ボックス１９と、を備えて構成されている。

集風フード１６は、矩形筒状で上方に向かって拡幅された形状を有しており、その上端には全周に亘ってゴムパッキン２０が装着されている。センサーフード１８は、集風フード１６の下端から下方に向かって矩形筒状に形成される上側部分１８ａと、上側部分１８ａから下方に向かって外側に湾曲して形成される下側部分１８ｂと、により構成されている。集風フード１６とセンサーフード１８の接続箇所辺りから下方に向かって外側に傾斜するように４本の脚部２１が取り付けられている。各脚部２１の下端はセンサーフード１８の下端より下方に延出しており、風量測定装置本体１０は各脚部２１によって自立可能となっている。

センサーフード１８の上側部分１８ａの内面の５箇所から内側に向かってセンサー支持部２２がそれぞれ片持ち梁状に延出している。各センサー支持部２２の先端には風速センサー１７が取り付けられ、風速センサー１７は、センサーフード１８の内部中心とその周囲に均等に配置されている。

制御ボックス１９は、図１に示されているように、センサーフード１８の上側部分１８ａの外面に固定されている。図３に示されているように、制御ボックス１９は、風速センサー１７の制御回路２３と、制御回路２３と統合制御コンピュータ１５との間に介装される通信回路２４と、を備えている。

飛行手段１３は、風量測定ユニット１２の周囲に格子状に固定される細棒状の支持部材２５に設けられている。飛行手段１３は、支持部材２５に支持されて上下方向に移動可能な上下機構２６と、上下機構２６に支持されるプロペラ２８と、天井面に向くように設けられる内部カメラ２９と、天井制気口測定装置１０の飛行姿勢を検出するためのジャイロセンサ３０と、天井制気口測定装置１０の飛行制御を行うためのマイコンコンピュータ３１と、マイクロコンピュータ３１と統合制御コンピュータ１５との間に介装される無線通信モジュール３２と、前記各構成に電源を供給するバッテリ３３及び外部電源３４と、を備えて構成されている。なお、前記上記各構成に対する電源供給をバッテリ３３と外部電源３４のいずれかによって行うかについては、ケーブルの接続を切り替えることで選択可能となっている。

支持部材２５は、集風フード１６とセンサーフード１８との接続箇所辺りを前後両側から挟むように水平且つ互いに平行に配置される前後一対の第１支持部材３５，３５と、集風フード１６とセンサーフード１８との接続箇所辺りを左右両側から挟むように水平且つ互いに平行に配置される左右一対の第２支持部材３６，３６と、を備えて構成されている。また、支持部材２５の外周を囲うようにプロペラガード３７が設けられている。

上下機構２６は、風量測定ユニット１２を両側から挟むように第１支持部材３５，３５と第２支持部材３６，３６にそれぞれ２箇所ずつ設けられる８個のリニアアクチュエータ３８と、各リニアアクチュエータ３８にそれぞれ設けられる８個のプロペラ支持部３９と、を備えて構成されている。

リニアアクチュエータ３８は、第１支持部材３５，３５と第２支持部材３６，３６において風量測定ユニット１２に近接した位置にそれぞれ鉛直姿勢で固定されるボールネジ４０と、ボールネジ４０の下端部に設けられるモータ４１と、を備え、モータ４１によりボールネジ４０が鉛直姿勢で正逆回転可能となっている。

プロペラ支持部３９は、ボールネジ４０から第１支持部材３５，３５又は第２支持部材３６，３６に沿って風量測定ユニット１２とプロペラガード３７の中間位置まで外側に向かって水平に延出している。プロペラ支持部３９の内側端部は、ボールネジ４０に螺合し、プロペラ支持部３９の外側端部はプロペラ２８及びモータ２７を支持している。これにより、プロペラ支持部３９は、ボールネジ４０の回転に伴い、ボールネジ４０に沿って上下に移動可能となっている。

プロペラ２８は、平面視で風量測定ユニット１２の中心に対して点対称な８箇所にそれぞれ均等に配置され、プロペラ２８の下方に設けられるモータ２７によって回転可能となっている。内部カメラ２９は、後側の第１支持部材３５の中央部から後方に延出するカメラ支持部４２の先端に取り付けられている。

ジャイロセンサ３０、マイコンコンピュータ３１、無線通信モジュール３２、バッテリ３３は、それぞれ、平面視で風量測定ユニット１２の中心に対して点対称な位置に均等に配置されている。具体的には、ジャイロセンサ３０は、左側の第２支持部材３６の前端部に固定され、マイコンコンピュータ３１は、後側の第１支持部材３５の左端部に固定され、無線通信モジュール３２は、右側の第２支持部材３６の後端部に固定され、バッテリ３３は、前側の第１支持部材３５の右端部に固定されている。このように各制御部品等を均等にバランス良く配置することにより、風量測定装置本体１０の飛行時の安定性及び制御性を向上させることができる。

プロペラガード３７は、平面視で、集風フード１６と平行な略矩形状に形成され、４箇所の角部は湾曲して形成されている。プロペラガード３７の前側中央部には、マーカー板４３が取り付けられ、マーカー板４３には前方から視認可能なように赤色円形状のマーカー４４（図５参照）が左右に横並びで描かれている。プロペラガード３７の外面には、マーカー板４３の取り付け部分を除いて、緩衝体４５が取り付けられており、緩衝体４５は、例えば、エアバックにより構成されている。

外部カメラ１４は、風量測定ユニット１２や飛行手段１３と別体で床面に載置可能となっている。外部カメラ１４は、統合制御コンピュータ１５との無線通信が可能に設けられ、バッテリ（図示省略）が搭載されている。

統合制御コンピュータ１５は、風量測定ユニット１２、飛行手段１３、及び外部カメラ１４とそれぞれ無線通信可能に設けられている。統合制御コンピュータ１５は、インタフェース（図示省略）を搭載しており、風量測定ユニット１２からのデータ（風速センサー１７による風速測定結果、内部カメラ２９の取得画像、バッテリ３３の残量状態など）の受信、制御コマンド（モータ２７に対する回転制御命令、風速センサー１７に対する風速測定命令）の送信、及び外部カメラ１４からの画像の受信等が可能なように設けられている。

次に、主に図３〜図８を参照しつつ、本発明の実施の形態に係る天井制気口測定装置１０により天井制気口１１を通過する空気の風量を測定する方法について説明する。

まず、図４に示されているように、風量測定の対象となる天井制気口１１が設けられた部屋の床面に外部カメラ１４と風量測定装置本体１０が設置される。この時、部屋のＣＡＤデータと該ＣＡＤデータ上の外部カメラ１４の設置位置は予め統合制御コンピュータ１５の記憶部に格納されており、さらに外部カメラ１４は風量測定装置本体１０の移動範囲が納まるように配置され、また風量測定装置本体１０は外部カメラ１４の画角（縦横各９０°）内に納まるように設置される。

統合制御コンピュータ１５は、外部カメラ１４から取得した画像を解析し、画像形成装置本体１０に取り付けられた２個のマーカー４４の形状と大きさ及び位置を認識することで、水平を保持した状態の風量測定装置本体１０の位置と姿勢を求める。統合制御コンピュータ１５は、風量測定装置本体１０の位置と姿勢を求めた後、風量測定装置本体１０と目標とする天井制気口１１との位置関係を求め、モータ２７を制御することで８枚のプロペラ２８の回転数を制御する。これにより、風量測定装置本体１０は僅かに傾斜した姿勢で水平移動及び上昇し、目標とする天井制気口１１の真下まで最短経路で飛行する（図４（ａ）参照）。

この飛行時、飛行手段１３のマイクロコンピュータ３１は、図８に示すように、モータ４１によりボールネジ４０を正方向に回転させ、プロペラ支持部３９を下方に移動させる（図８の矢印参照）。これにより、風量測定装置本体１０の重心位置が上がり、飛行時の制御性を高めることができる。

このように風量測定装置本体１０が目標とする天井制気口１１の真下まで飛行して、内部カメラ２９によって目標とする天井制気口１１が認識されると、統合制御コンピュータ１５は、内部カメラ２９を用いた風量測定装置本体１０と天井制気口１１との位置合わせ制御に切り替え、天井制気口１１に位置合わせするように風量測定装置本体１０の位置と方向を制御する。

この場合、風量測定装置本体１０の位置制御は、内部カメラ２９から取得した画像と予め統合制御コンピュータ１５に入力された天井制気口１１の画像とを比較し、天井制気口１１が内部カメラ２９から取得した画像のどこにあるかを求め（パターンマッチング）、天井制気口１１がカメラ画像の中心に配置されるように風量測定装置本体１０の位置を制御することにより行われる。

また、風量測定装置本体１０の水平方向の向きの制御は、内部カメラ２９から取得した画像から色の境目を線分として抽出する（Ｈｏｕｇｈ変換）ことで求めた天井制気口１１のエッジと画像のローカル座標の軸とが成す角度θ（図６参照）を求め、θが４５°より小さい場合はθが０°になるように、θが４５°以上の場合はθが９０°になるように、風量測定装置本体１０の水平方向の向きを制御することにより行われる。

このように風量測定装置本体１０を目標とする天井制気口１１に位置合わせすると、統合制御コンピュータ１５は、風量測定装置本体１０を水平姿勢に保持したまま天井制気口１１に向かって鉛直方向に上昇させ（図４（ｂ）参照）、集風フード１２のゴムパッキン２０を天井面に押し当てた状態で停止させる。この鉛直方向の移動時及び停止（ホバリング）時、飛行手段１３のマイクロコンピュータ３１は、図７に示すように、モータ４１によりボールネジ４０を逆方向に回転させ、プロペラ支持部３９を上方に移動させる（図７の矢印参照）。これにより、風量測定装置本体１０の重心位置が下がり、鉛直方向の移動時及び停止（ホバリング）時の安定性を向上させることができる。

次いで、統合制御コンピュータ１５は、この停止（ホバリング）状態を維持しながら、５個の風速センサー１７が計測した風速測定結果に基づき、センサーフード１８内を通過する風速の平均値を求め、この平均値にセンサーフード１８の断面積を乗じて天井制気口１１を通過する風量を算出する。この時、集風フード１６は隙間なく天井面に押し当てられているため、風量を正確に算出することができる。

次いで、統合制御コンピュータ１５は、部屋のＣＡＤ情報及び外部カメラ１４による計測結果に基づき、次に風量測定する天井制気口１１が存在すると判断すると、風力測定装置本体１０を次の天井制気口１１の方向へ飛行させる（図４（ｃ）参照）。そして、上記したのと同様の方法で、内部カメラ２９で撮影された天井制気口１１の画像から位置合わせを行った後、風量を測定する。

以降、測定対象のすべての天井制気口１１に対して、同様の方法を繰り返し、すべての天井制気口１１における風力測定が終了すると、統合制御コンピュータ１５は、風力測定装置本体１０を床面に着陸させ、飛行を終了させると共に風量測定作業を終了させる。

上記したように本発明の実施の形態に係る天井制気口用測定装置によれば、天井制気口１１の風量測定のために足場設備を必要としないため、高所作業がなくなり、安全性の向上を図ることができる。

また、天井制気口１１が設置されている天井高さが高くなることで装置の大きさや重量が増えることがないため、測定可能な天井高さに制限が生じることがない。さらに、天井制気口１１の下方に什器や機器などが置かれていた状況下であっても、使用することができるため、汎用性を高めることができる。

また、風量測定装置本体１０を目標とする天井制気口１１の真下まで飛行させる時には、上下機構２６により風量測定装置本体１０の重心位置を上げることで制御性を向上させることができるため、風量測定装置本体１０を最短距離で天井制気口１１の真下まで効率良く飛行させることができる。一方、天井制気口１１の真下において風量測定装置本体１０を鉛直方向に移動させる時及び天井面において停止（ホバリング）させる時には、上下機構２６により風量測定装置本体１０の重心位置を下げることで安定性を向上させることができ、風量測定装置本体１０が傾いたりするのを確実に防止することができる。

なお、上記した本発明の実施の形態の説明では、本発明に係る天井制気口用測定装置を、天井制気口１１を通過する空気の風量を測定するために使用する場合について説明したが、これは単なる例示に過ぎず、本発明は、天井制気口１１を通過する空気の温度を測定する場合にも適用可能である。

また、上記した本発明の実施の形態の説明は、本発明に係る天井制気口用測定装置における好適な実施の形態を説明しているため、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。すなわち、上記した本発明の実施の形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、かつ、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能であり、上記した本発明の実施の形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

１０風量測定装置本体
１１天井制気口
１２風量測定ユニット
１３飛行手段
１６集風フード
１７風速センサー
１８センサーフード
２６上下機構
２８プロペラ
３７プロペラガード
３８リニアアクチュエータ
４１モータ
４５緩衝体

Claims

天井制気口を通過する空気の風量や温度を測定するための天井制気口用測定装置であって、
前記天井制気口を通過する空気を捕集するための集風フードと、該集風フードにより捕集された空気の風量や温度を検出するためのセンサーと、を有する測定ユニットと、
該測定ユニットを目標とする前記天井制気口まで飛行させて、該天井制気口を覆うように前記集風フードを天井面に接触させる飛行手段と、
を備えていることを特徴とする天井制気口用測定装置。
前記飛行手段は、前記測定ユニットの周囲に設けられ、
平面視で該測定ユニットの中心に対して点対称な複数の位置にそれぞれ配置されるプロペラと、
該プロペラを上下方向に移動可能なように設けられる上下機構と、
飛行時に前記上下機構によって前記プロペラを下方に移動させる一方、ホバリング時に前記上下機構によって前記プロペラを上方に移動させるように制御する飛行制御部と、
を備えていることを特徴とする請求項１に記載の天井制気口用測定装置。
前記上下機構はリニアアクチュエータを備え、該リニアアクチュエータは下方にモータが配置される鉛直姿勢で前記プロペラより前記測定ユニットに近接した位置に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の天井制気口用測定装置。
前記集風フードは上方に向かって拡幅された形状を有し、該集風フードの下端から下方に向かってセンサーフードが形成され、該センサーフードの内部に前記センサーが支持されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの請求項に記載の天井制気口用測定装置。
前記飛行手段には、外周を囲うようにプロペラガードが設けられ、該プロペラガードの外面に緩衝体が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの請求項に記載の天井制気口用測定装置。