Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP7724496B2 - Non-contact acoustic detection system, unmanned aerial vehicle - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP7724496B2 - Non-contact acoustic detection system, unmanned aerial vehicle - Google Patents

Non-contact acoustic detection system, unmanned aerial vehicle

Info

Publication number
JP7724496B2
JP7724496B2 JP2021123344A JP2021123344A JP7724496B2 JP 7724496 B2 JP7724496 B2 JP 7724496B2 JP 2021123344 A JP2021123344 A JP 2021123344A JP 2021123344 A JP2021123344 A JP 2021123344A JP 7724496 B2 JP7724496 B2 JP 7724496B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
acoustic
measurement position
aerial vehicle
unmanned aerial
contact
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2021123344A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2023018946A (en
Inventor
恒美 杉本
和子 杉本
均 高木
紀之 歌川
千歳 黒田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Gakko Hojin Toin Gakuen
Sato Kogyo Co Ltd
Original Assignee
Gakko Hojin Toin Gakuen
Sato Kogyo Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gakko Hojin Toin Gakuen, Sato Kogyo Co Ltd filed Critical Gakko Hojin Toin Gakuen
Priority to JP2021123344A priority Critical patent/JP7724496B2/en
Publication of JP2023018946A publication Critical patent/JP2023018946A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7724496B2 publication Critical patent/JP7724496B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Description

特許法第30条第2項適用 令和2年度土木学会全国大会第75回年次学術講演会のために令和2年8月1日に発行された、令和2年度土木学会全国大会第75回年次学術講演会 講演概要集(DVD-ROM)にて公開Article 30, paragraph 2 of the Patent Act applies. Published on August 1, 2020, for the 75th Annual Academic Lecture Meeting of the Japan Society of Civil Engineers, 2020. Published in the Lecture Abstracts (DVD-ROM) of the 75th Annual Academic Lecture Meeting of the Japan Society of Civil Engineers, 2020.

特許法第30条第2項適用 日本音響学会2020年秋季研究発表会のために令和2年8月26日に発行された、日本音響学会2020年秋季研究発表会 講演論文集 第543-544頁にて公開Article 30, paragraph 2 of the Patent Act is applicable. Published on August 26, 2020, for the 2020 Autumn Research Presentation of the Acoustical Society of Japan, Proceedings of the 2020 Autumn Research Presentation of the Acoustical Society of Japan, pages 543-544.

特許法第30条第2項適用 令和2年9月6日~11日に開催されたIEEE International Ultrasonics Symposium 2020にて発表Application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act Announced at the IEEE International Ultrasonics Symposium 2020 held from September 6th to 11th, 2020

特許法第30条第2項適用 日本非破壊検査協会2020年度秋季講演大会のために令和2年10月28日に発行された日本非破壊検査協会2020年度秋季講演大会講演概要集 第3-4頁にて公開Article 30, paragraph 2 of the Patent Act is applicable. Published on October 28, 2020, for the 2020 Autumn Lecture Meeting of the Japanese Society for Non-Destructive Inspection, in the Lecture Abstracts for the 2020 Autumn Lecture Meeting of the Japanese Society for Non-Destructive Inspection, pages 3-4.

特許法第30条第2項適用 令和2年11月25日~27日に開催されたSymposium on UltraSonic Electronics(USE2020)にて発表 Application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act Announced at the Symposium on UltraSonic Electronics (USE2020) held from November 25th to 27th, 2020

特許法第30条第2項適用 令和2年11月25日~27日に開催された物理探査学会第143回(2020年度秋季)学術講演会にて発表Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act was applied. Presented at the 143rd (Autumn 2020) Academic Conference of the Japan Society of Exploration Geophysicists held from November 25th to 27th, 2020.

特許法第30条第2項適用 令和2年11月28日に開催された桐蔭医用工学国際シンポジウム2020において「Research on noncontact acoustic inspection method using aerial emission sound wave and laser Doppler vibrometer」と題して発表Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act was applied. A presentation titled "Research on noncontact acoustic inspection method using aerial emission, sound wave, and laser Doppler vibrometer" was given at the Toin International Symposium on Medical Engineering 2020, held on November 28, 2020.

特許法第30条第2項適用 令和2年11月28日に開催された桐蔭医用工学国際シンポジウム2020において「Study on Buried Object Exploration in Shallow Underground Using Sound Waves」と題して発表Patent Law Article 30, Paragraph 2 applied. Presented at the Toin International Symposium on Medical Engineering 2020 held on November 28, 2020, entitled "Study on Buried Object Exploration in Shallow Underground Using Sound Waves."

特許法第30条第2項適用 日本音響学会2021年春季研究発表会のために令和3年2月24日に発行された、日本音響学会2021年春季研究発表会 講演論文集 第583-584頁において公開Article 30, paragraph 2 of the Patent Act is applicable. Published on February 24, 2021, for the 2021 Spring Meeting of the Acoustical Society of Japan, Proceedings of the 2021 Spring Meeting of the Acoustical Society of Japan, pages 583-584.

特許法第30条第2項適用 令和3年4月19日に開催された防衛施設学会年次フォーラム2021にて発表Application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act. Presented at the Defense Construction Association Annual Forum 2021 held on April 19, 2021.

特許法第30条第2項適用 令和3年4月30日に掲載されたhttps://iopscience.iop.org/article/10.35848/1347-4065/abf515において公開Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act applies. Published on April 30, 2021 at https://iopscience.iop.org/article/10.35848/1347-4065/abf515

特許法第30条第2項適用 令和3年6月15日に発行された桐蔭論叢44号 第123-128頁において公開Article 30, paragraph 2 of the Patent Act applies. Published in Toin Ronso No. 44, pages 123-128, published on June 15, 2021.

特許法第30条第2項適用 令和3年6月15日に発行された桐蔭論叢44号 第129-133頁において公開Article 30, paragraph 2 of the Patent Act applies. Published in Toin Ronso No. 44, pages 129-133, published on June 15, 2021.

本発明は、非接触音響探査システム及び当該非接触音響探査システムに用いられる無人航空機に関する。 The present invention relates to a non-contact acoustic detection system and an unmanned aerial vehicle used in the non-contact acoustic detection system.

対象物を非接触に解析・探査することを目的として、対象物に対して音波を照射する技術が種々提案されている。例えば、本発明者らは、過去に下記の特許文献1に開示されている技術を発明している。 Various technologies have been proposed for irradiating objects with sound waves in order to analyze and explore them non-contact. For example, the inventors previously invented the technology disclosed in Patent Document 1 below.

特許文献1には、壁面等の垂直面を測定対象とし、無人航空機(Unmanned aerial vehicle、UAV)に搭載した音響発信源から垂直面に音波を照射して垂直面を加振し、加振した垂直面の振動速度をレーザドップラ振動計によって測定し、測定結果を解析するシステムが開示されている。
このシステムは、音響発信源を無人航空機に搭載して移動させるので、その測定対象が高所等の危険な場所にあったとしても仮設足場を設ける必要がなく、費用面及び作業の安全性の観点において優れている。
Patent Document 1 discloses a system in which a vertical surface such as a wall surface is measured, sound waves are emitted from an acoustic source mounted on an unmanned aerial vehicle (UAV) to the vertical surface to vibrate the vertical surface, the vibration velocity of the vibrated vertical surface is measured using a laser Doppler vibrometer, and the measurement results are analyzed.
This system mounts the acoustic source on an unmanned aerial vehicle and moves it around, so there is no need to set up temporary scaffolding even if the object to be measured is in a dangerous location such as a high place, making it advantageous in terms of cost and work safety.

特開2019-196973号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2019-196973

特許文献1には、無人航空機を飛行させながら音響発信源から垂直面に対して音波を照射することが記載されている。上記のような手法で無人航空機を運用すると、測定対象となる箇所が増えるほど、測定対象の近傍で無人航空機をホバリングさせる時間が増え、無人航空機のバッテリーを早く消費してしまう。 Patent Document 1 describes irradiating sound waves from an acoustic source onto a vertical plane while the unmanned aerial vehicle is flying. When operating an unmanned aerial vehicle using this method, the more locations there are to be measured, the longer the unmanned aerial vehicle must hover near the measurement targets, which quickly consumes the battery of the unmanned aerial vehicle.

ところで、地面等の水平面が測定対象である場合、無人航空機を着陸させた後に音響発信源から音波を照射することによって加振させた水平面の振動速度を測定することができるので、上記のバッテリー消費に関する問題点を改善することができる。
しかしながら、上記のような手法で無人航空機を運用すると、音響発信源が音波を照射する際に生じる振動が、着陸している無人航空機を伝播して測定対象となる水平面に伝わってしまう。音波によって測定対象を加振させるシステムにおいて、このように伝播する振動は、測定対象に局所的な擾乱(ノイズ)を与えることになり、測定精度を低下させる要因になる。
Incidentally, when the measurement target is a horizontal surface such as the ground, the vibration velocity of the horizontal surface can be measured by irradiating sound waves from an acoustic source after the unmanned aerial vehicle has landed, thereby improving the problem of battery consumption mentioned above.
However, when an unmanned aerial vehicle is operated using the above-mentioned method, vibrations generated when the acoustic source emits sound waves propagate through the landing unmanned aerial vehicle and are transmitted to the horizontal surface of the measurement target. In a system that uses sound waves to vibrate a measurement target, such propagated vibrations cause local disturbances (noise) in the measurement target, which reduces measurement accuracy.

本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであり、無人航空機に搭載された音響発信源から音波を測定対象に照射する際に、測定対象に伝播するノイズを低減させる非接触音響探査システム及びそのシステムに用いられる無人航空機を提供するものである。 The present invention has been developed in consideration of the above-mentioned problems, and provides a non-contact acoustic inspection system that reduces noise propagating to a measurement target when sound waves are irradiated onto the measurement target from an acoustic source mounted on the unmanned aerial vehicle, as well as an unmanned aerial vehicle used in the system.

本発明によれば、無人航空機が飛行して測定位置に着陸した後に、前記無人航空機に搭載された音響発信源から下方に音波を照射して前記測定位置を加振し、加振した前記測定位置の振動速度を測定した結果を解析して、前記測定位置を探査する非接触音響探査システムであって、前記無人航空機は、前記音響発信源と、着陸した状態において前記測定位置に接地する脚部と、前記音響発信源が音波を照射する際に前記音響発信源に発生する振動が前記脚部を介して前記測定位置に伝播する経路に設けられ、当該振動の伝播を遮断する振動遮断機構と、を備える、ことを特徴とする非接触音響探査システムが提供される。 According to the present invention, a non-contact acoustic exploration system is provided in which, after an unmanned aerial vehicle flies and lands at a measurement location, an acoustic source mounted on the unmanned aerial vehicle emits sound waves downward to vibrate the measurement location, and the measurement results of the vibration velocity at the excited measurement location are analyzed to explore the measurement location. The unmanned aerial vehicle is equipped with the acoustic source, legs that are in contact with the measurement location when the vehicle has landed, and a vibration isolation mechanism that is located on a path along which vibrations generated in the acoustic source when the acoustic source emits sound waves propagate to the measurement location via the legs and that isolates the propagation of the vibrations.

また、本発明によれば、音波を照射することによって測定位置を加振し、加振した前記測定位置の振動速度を測定した結果を解析して、前記測定位置を探査する非接触音響探査システムに用いられる無人航空機であって、着陸した状態において下方に音波を照射して前記測定位置を加振する音響発信源と、着陸した状態において前記測定位置に接地する脚部と、前記音響発信源が音波を照射する際に前記音響発信源に発生する振動が前記脚部を介して前記測定位置に伝播する経路に設けられ、当該振動の伝播を遮断する振動遮断機構と、を有する無人航空機が提供される。 The present invention also provides an unmanned aerial vehicle for use in a non-contact acoustic exploration system that vibrates a measurement position by irradiating it with sound waves, measures the vibration velocity of the vibrated measurement position, and analyzes the results to explore the measurement position. The unmanned aerial vehicle has an acoustic source that irradiates sound waves downward to vibrate the measurement position when it has landed, legs that are in contact with the measurement position when it has landed, and a vibration isolation mechanism that is provided on a path along which vibrations generated in the acoustic source when it irradiates sound waves propagate to the measurement position via the legs and that isolates the propagation of the vibrations.

上記発明によれば、無人航空機が着陸している状態において、音響発信源から無人航空機の脚部を介して伝播する振動が振動遮断機構によって遮断されるので、測定対象に伝播するノイズを低減させることができる。 According to the above invention, when the unmanned aircraft is in a landing state, vibrations propagating from the acoustic source through the legs of the unmanned aircraft are blocked by the vibration blocking mechanism, thereby reducing noise propagating to the object being measured.

本発明によれば、無人航空機に搭載された音響発信源から音波を測定対象に照射する際に、測定対象に伝播するノイズを低減させる非接触音響探査システム及びそのシステムに用いられる無人航空機が提供される。 The present invention provides a non-contact acoustic inspection system that reduces noise transmitted to a measurement target when sound waves are irradiated onto the measurement target from an acoustic source mounted on the unmanned aerial vehicle, and an unmanned aerial vehicle used in the system.

本発明の実施形態の非接触音響探査システムの構成を示す構成図である。1 is a configuration diagram showing the configuration of a non-contact acoustic inspection system according to an embodiment of the present invention. 遮断方式について検討した3つの案を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing three proposed blocking methods that were considered. 遮断量の計算に用いた1自由度系モデルを示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a single-degree-of-freedom system model used to calculate the amount of blocking. 実測値に基づいて計算した遮断量を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the amount of interruption calculated based on actual measurements. 振動遮断機構の斜視図である。FIG. 振動遮断機構の上面図である。FIG. 測定時における振動遮断機構の側面図である。FIG. 10 is a side view of the vibration isolation mechanism during measurement. 保管時における振動遮断機構の側面図である。FIG. 10 is a side view of the vibration isolation mechanism during storage. 振動遮断機構における音響発信源の揺動モードを示した図である。10A and 10B are diagrams illustrating the oscillation modes of an acoustic source in a vibration isolation mechanism.

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様の構成要素には同一の符号を付し、適宜に説明を省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that in all drawings, similar components will be designated by the same reference numerals, and descriptions will be omitted where appropriate.

<本発明に係る非接触音響探査システムの構成>
図1は、本発明の実施形態の非接触音響探査システム(以下、「探査システム」と略記する)100の構成を示す構成図である。図1(a)は、無人航空機10が飛行している状態を示しており、図1(b)は、無人航空機10が着陸した後に、測定位置に音波を照射している状態を示している。
<Configuration of the non-contact acoustic inspection system according to the present invention>
Fig. 1 is a diagram showing the configuration of a non-contact acoustic exploration system (hereinafter abbreviated as "exploration system") 100 according to an embodiment of the present invention. Fig. 1(a) shows a state in which an unmanned aerial vehicle 10 is flying, and Fig. 1(b) shows a state in which the unmanned aerial vehicle 10 has landed and is irradiating a measurement position with sound waves.

探査システム100は、無人航空機10が飛行して測定位置に着陸した後に、無人航空機10に搭載された音響発信源14から下方に音波を照射して測定位置を加振し、加振した測定位置の振動速度を測定した結果を解析して、測定位置を探査するシステムである。
ここで「測定位置を探査する」とは、加振した測定位置の表面(地表面)の探査に限らず、その測定位置の下層(地中)の探査も含まれる。例えば、図1では、測定位置の下層に埋設されている埋設物BPの存在を探査している様子が描かれている。
The exploration system 100 is a system that, after the unmanned aerial vehicle 10 flies and lands at a measurement location, emits sound waves downward from an acoustic source 14 mounted on the unmanned aerial vehicle 10 to vibrate the measurement location, and then analyzes the results of measuring the vibration velocity of the vibrated measurement location to explore the measurement location.
Here, "probing the measurement position" does not only mean probing the surface (ground surface) of the measurement position where vibration is applied, but also includes probing the layer below the measurement position (underground). For example, Figure 1 shows a state in which the presence of a buried object BP buried below the measurement position is being probed.

探査システム100は、無人航空機10と、レーザドップラ振動計20と、コンピュータ30と、任意波形発生装置40と、を備える。
以下、それぞれの構成について説明する。
The exploration system 100 includes an unmanned aerial vehicle 10, a laser Doppler vibrometer 20, a computer 30, and an arbitrary waveform generator 40.
Each configuration will be explained below.

無人航空機10は、本体部11と、プロペラ12と、脚部13と、音響発信源14と、を有する。
本体部11は、無人航空機10の主たる構成であり、アームを介してプロペラ12につながっている。本体部11は、不図示の受信機、フライトコントローラー、バッテリー、カメラ、ジンバル、センサ等を格納してもよい。なお、本体部11は、ここで例示した構成を必ずしも全て格納する必要はなく、また例示した構成以外のものを格納してもよい。
プロペラ12は、回転することによって無人航空機10に揚力を与える構成であり、不図示のフライトコントローラーからの制御信号に基づいて駆動するモーターによって制御される。なお、音響発信源14が測定位置に対して音波を照射して、その測定位置を加振している状態において、プロペラ12の回転は止めることが好ましい。プロペラ12の回転によって生じる風が、地表面に存在する砂や小石等を動かすことがあり、レーザドップラ振動計20による測定の精度を低下させる要因になるからである。
脚部13は、無人航空機10の着陸装置であり、無人航空機10が着陸した状態において測定位置に接地する構成である。脚部13は、着陸時において衝撃を吸収する役割を果たすと共に、無人航空機10が着陸した状態において音響発信源14と測定位置(地表面)までの間隔を一定程度に確保する役割も果たしている。
音響発信源14は、着陸した状態において下方に音波を照射して測定位置を加振する装置であり、測定位置を面的に加振する平面波音波を出力するフラットスピーカを用いる。
なお、本実施形態では、説明の便宜上、本体部11及び脚部13がそれぞれ個別の構成であるものとして説明するが、それぞれの役割を果たす構成が一体不可分であってもよい。
The unmanned aerial vehicle 10 has a main body 11, a propeller 12, legs 13, and an acoustic emission source 14.
The main body 11 is the main component of the unmanned aerial vehicle 10 and is connected to the propeller 12 via an arm. The main body 11 may store a receiver, flight controller, battery, camera, gimbal, sensor, etc. (not shown). Note that the main body 11 does not necessarily need to store all of the components exemplified here, and may store components other than those exemplified.
The propeller 12 rotates to provide lift to the unmanned aerial vehicle 10, and is controlled by a motor that is driven based on a control signal from a flight controller (not shown). It is preferable to stop the rotation of the propeller 12 while the acoustic source 14 is irradiating the measurement position with sound waves and vibrating the measurement position. This is because the wind generated by the rotation of the propeller 12 may move sand, pebbles, etc. on the ground surface, which may reduce the accuracy of measurements by the laser Doppler vibrometer 20.
The legs 13 are landing gear for the unmanned aerial vehicle 10, and are configured to touch down at the measurement position when the unmanned aerial vehicle 10 has landed. The legs 13 serve to absorb shocks during landing, and also to ensure a certain distance between the acoustic emission source 14 and the measurement position (ground surface) when the unmanned aerial vehicle 10 has landed.
The acoustic source 14 is a device that emits sound waves downward in a landed state to vibrate the measurement position, and uses a flat speaker that outputs plane sound waves that vibrate the measurement position in a planar manner.
In this embodiment, for the sake of convenience, the main body 11 and the leg 13 are described as being separate components, but the components that perform their respective roles may be an inseparable, integrated unit.

レーザドップラ振動計20は、音響発信源14からの音波照射によって加振した測定位置の振動速度を計測する。レーザドップラ振動計20は、安定した場所(音波照射による加振の影響やその他の外乱要因が小さい場所)に設置されることが望ましく、測定位置から離れた位置に設置される。
なお、本発明の実施において用いられる測定器は、必ずしもレーザドップラ振動計である必要はなく、非接触に(或る程度に離れた場所から)測定位置の振動速度を測定できれば足り、例えば、測定の環境や条件によってはレーザ変位計を用いることも想定される。
The laser Doppler vibrometer 20 measures the vibration velocity at a measurement position that has been vibrated by irradiating sound waves from the acoustic source 14. The laser Doppler vibrometer 20 is preferably installed in a stable location (a location where the influence of vibrations due to sound wave irradiation and other disturbance factors is small) and is installed at a location away from the measurement position.
It should be noted that the measuring device used in implementing the present invention does not necessarily have to be a laser Doppler vibrometer; it is sufficient if it can measure the vibration velocity at the measurement position in a non-contact manner (from a certain distance). For example, it is also conceivable to use a laser displacement meter depending on the measurement environment and conditions.

任意波形発生装置40は、所望の周波数の音波を音響発信源14に出力させる装置である。また、任意波形発生装置40は、トリガ信号をコンピュータ30に与え、このトリガ信号に同期してレーザドップラ振動計20による測定が行われるように、コンピュータ30にレーザドップラ振動計20を制御させる役割も担っている。任意波形発生装置40は、音響発信源14に対して無線通信可能であり、音響発信源14が音波を出力する時間や音響発信源14から出力される音波の周波数を制御することができる。
本実施形態に係る任意波形発生装置40は、いわゆるファンクションジェネレータとFMトランスミッターとを組み合わせることによって実現している。
The arbitrary waveform generator 40 is a device that causes the acoustic emission source 14 to output sound waves of a desired frequency. The arbitrary waveform generator 40 also serves to provide a trigger signal to the computer 30 and cause the computer 30 to control the laser Doppler vibrometer 20 so that measurements are performed by the laser Doppler vibrometer 20 in synchronization with the trigger signal. The arbitrary waveform generator 40 is capable of wireless communication with the acoustic emission source 14, and can control the time when the acoustic emission source 14 outputs sound waves and the frequency of the sound waves output from the acoustic emission source 14.
The arbitrary waveform generator 40 according to this embodiment is realized by combining a so-called function generator and an FM transmitter.

コンピュータ30は、任意波形発生装置40を制御する装置であると共に、レーザドップラ振動計20による測定結果に基づいて測定位置を解析する装置である。
コンピュータ30が任意波形発生装置40を制御する手法(音響発信源14に出力させる音波の態様)、及び、コンピュータ30がレーザドップラ振動計20による測定結果を解析する手法は、本発明の目的を達成する範囲において適宜変更可能である。
The computer 30 is a device that controls the arbitrary waveform generator 40 and also a device that analyzes the measurement position based on the measurement results obtained by the laser Doppler vibrometer 20 .
The method by which the computer 30 controls the arbitrary waveform generator 40 (the form of the sound waves output by the acoustic source 14) and the method by which the computer 30 analyzes the measurement results obtained by the laser Doppler vibrometer 20 can be modified as appropriate within the scope of achieving the object of the present invention.

図1に図示した探査システム100によって測定位置を探査する場合、本発明の課題として既に説明したように、音響発信源14が音波を照射する際に発生する振動が脚部13を介して測定位置に伝播し、レーザドップラ振動計20による測定精度の低下を招くおそれがある。
この対策として、無人航空機10における上記の振動の伝播経路に、当該振動の伝播を遮断する振動遮断機構を設けることにした。
以下、振動遮断機構に係る技術思想について、詳細に説明する。
When a measurement position is probed using the probe system 100 shown in FIG. 1 , as already explained as a problem of the present invention, vibrations generated when the acoustic source 14 irradiates sound waves may propagate to the measurement position via the legs 13, which may result in a decrease in the measurement accuracy of the laser Doppler vibrometer 20.
As a countermeasure, a vibration isolation mechanism that blocks the transmission of the vibrations is provided in the transmission path of the vibrations in the unmanned aerial vehicle 10.
The technical concept of the vibration isolation mechanism will be described in detail below.

<遮断量の目標>
先ず、無人航空機10の脚部13から測定位置への振動の遮断量を検討し、50Hzにおいて-40dBとすることを目標とした。
50Hzは、音響発信源14の放射特性の低周波における実用的な適用下限であり、出力可能な音量が限られ、SN比の確保が難しいことからノイズ低減を最も必要とする周波数である。
-40dBは、ノイズを1/100に低減することに等しく、本発明の目的に照らして十分なオーダーの目標である。
<Target amount of blocking>
First, the amount of vibration blocking from the legs 13 of the unmanned aerial vehicle 10 to the measurement position was examined, and the target was set at -40 dB at 50 Hz.
50 Hz is the practical lower limit of the low frequency radiation characteristics of the acoustic source 14, and is the frequency at which noise reduction is most necessary because the volume that can be output is limited and it is difficult to ensure a satisfactory signal-to-noise ratio.
-40 dB is equivalent to a 100-fold reduction in noise, which is a target of sufficient order for the purposes of the present invention.

<最適な遮断方式>
次に、最適な遮断方式について検討した。
振動を遮断する手法としては、無人航空機10の質量を増加させる方式も挙げられるが、無人航空機10の飛行性能の観点から除外した。
従って、振動の伝播経路に弾性体を設けて振動を遮断する方式で具体案を検討した。
<Optimal shutoff method>
Next, we investigated the optimal shutoff method.
One method of isolating vibrations is to increase the mass of the unmanned aerial vehicle 10, but this was ruled out from the perspective of the flight performance of the unmanned aerial vehicle 10.
Therefore, we considered a concrete proposal for a method of blocking vibrations by providing an elastic body in the vibration propagation path.

図2は、遮断方式について検討した3つの案を示す模式図である。
図2(a)に示す案は、無人航空機10の本体部11に対して音響発信源14を弾性体E1(例えば、バネ)で懸架し、起振源である音響発信源14に近い位置で振動を遮断する案である。
図2(b)に示す案は、無人航空機10の脚部13の中途に弾性体E2(例えば、バネ)を挿入し、脚部13の軸方向に伝播する振動を遮断する案である。
図2(c)に示す案は、無人航空機10の脚部13の下端に弾性体E3(例えば、スポンジ)を設け、脚部13から脚部13の接地面に伝播する振動を遮断する案である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing three proposed blocking methods that were investigated.
The proposal shown in Figure 2(a) is a proposal in which the acoustic source 14 is suspended from the main body 11 of the unmanned aerial vehicle 10 by an elastic body E1 (e.g., a spring), and vibrations are blocked at a position close to the acoustic source 14, which is the source of vibration.
The proposal shown in Figure 2(b) is a proposal in which an elastic body E2 (e.g., a spring) is inserted midway along the leg 13 of the unmanned aerial vehicle 10 to block vibrations propagating in the axial direction of the leg 13.
The proposal shown in Figure 2(c) is to provide an elastic body E3 (e.g., a sponge) at the lower end of the leg 13 of the unmanned aerial vehicle 10 to block vibrations propagating from the leg 13 to the contact surface of the leg 13.

図2(b)及び図2(c)に示す案は、いずれも脚部13の折れ曲がり、着陸している状態における無人航空機10のぐらつき、弾性体に泥が付着することによって弾性力が劣化する、といったことが懸念され、最適な方式とは言えない。
一方、図2(a)に示す案は、他の案に比べて効果的かつコンパクトに実現できる可能性があり、この案に絞って設計することとした。
The proposals shown in Figures 2(b) and 2(c) are not optimal methods, as there are concerns about the legs 13 bending, the unmanned aircraft 10 wobbling when landing, and mud adhering to the elastic body, which can cause a deterioration in elastic force.
On the other hand, the plan shown in FIG. 2(a) has the potential to be realized more effectively and compactly than the other plans, and so we decided to focus on this plan for the design.

<遮断量の計算>
図2(a)に示す案を実現するために弾性体E1に求められる遮断量を計算した。
上記の遮断量の計算に当たっては、音響発信源14に生じる振動は上下方向であるものとし、その起振力をF(N)とした。また、音響発信源14は集中質量であるものとし、その質量をM(kg)とした。
音響発信源14は、四隅でバネによって懸架されるものとして、四隅の並列バネの剛性の和をk(N/mm)とし、単純な1自由度系モデルで計算した。
<Calculation of the amount of interruption>
In order to realize the scheme shown in FIG. 2(a), the blocking capacity required for the elastic body E1 was calculated.
In calculating the above-mentioned blocking amount, the vibration generated in the acoustic source 14 was assumed to be in the vertical direction, and the excitation force was assumed to be F 0 (N). Furthermore, the acoustic source 14 was assumed to be a lumped mass, and its mass was assumed to be M (kg).
The acoustic source 14 was assumed to be suspended by springs at the four corners, and the sum of the stiffness of the parallel springs at the four corners was taken as k (N/mm), and calculations were carried out using a simple one-degree-of-freedom system model.

図3は、遮断量の計算に用いた1自由度系モデルを示す図である。
振動方向の上下方向座標をxとすると、力の釣り合いから式(1)が成立する。
FIG. 3 is a diagram showing a single-degree-of-freedom model used to calculate the amount of interruption.
If the vertical coordinate of the vibration direction is x, then equation (1) holds true due to the balance of forces.

ここで、定常解のみを求めれば、式(2)となる。
Here, if only the steady-state solution is found, it becomes equation (2).

伝達力Fはk×xであるから、遮断量Trans=F1/F0として、式(3)のように求まる。
Since the transmission force F1 is k×x, the interruption amount Trans is calculated as F1/F0, as shown in equation (3).

図4は、実測値に基づいて計算した遮断量を示す図である。
具体的には、実際に使用する音響発信源14の質量M=2(kg)とした場合に、図4の実線で示す値はバネ定数k=2(N/mm)とした遮断量の計算結果を示しており、図4の破線で示す値はバネ定数k=0.72(N/mm)とした遮断量の計算結果を示している。
図4に示すとおり、前者については50Hzで-40dBの遮断量を、後者については50Hzで-49dBの遮断量を、それぞれ得ることができる。
FIG. 4 is a diagram showing the amount of interruption calculated based on actual measurements.
Specifically, when the mass M of the acoustic source 14 actually used is set to 2 (kg), the values shown by the solid line in FIG. 4 represent the calculation results of the blocking amount when the spring constant k is set to 2 (N/mm), and the values shown by the dashed line in FIG. 4 represent the calculation results of the blocking amount when the spring constant k is set to 0.72 (N/mm).
As shown in FIG. 4, the former provides a cutoff of −40 dB at 50 Hz, and the latter provides a cutoff of −49 dB at 50 Hz.

ここで、バネ定数のイメージを身近な輪ゴムで例えると、輪ゴム1本のバネ定数は0.02(N/mm)であるから、2(N/mm)のバネ定数を実現するためには、音響発信源14の四隅を100本の輪ゴムで懸架する必要があり、一隅あたり25本の輪ゴムが必要である。
また、0.72(N/mm)のバネ定数を実現するためには、音響発信源14の四隅を36本の輪ゴムで懸架する必要があり、一隅あたり9本の輪ゴムが必要である。
Here, if we use the familiar rubber band as an example of the spring constant, the spring constant of one rubber band is 0.02 (N/mm), so in order to achieve a spring constant of 2 (N/mm), the four corners of the acoustic source 14 would need to be suspended by 100 rubber bands, meaning 25 rubber bands per corner.
Furthermore, to achieve a spring constant of 0.72 (N/mm), the four corners of the acoustic source 14 must be suspended by 36 rubber bands, meaning that nine rubber bands are required per corner.

<振動遮断機構50の構成>
以上のような設計思想に基づいて試作品を作成し、試作品を用いた実験を繰り返して不具合の予防と対処に備えた。そのような試行錯誤の結果として最終的に導き出された振動遮断機構50の構成を、図5~図8に示す。
図5は、振動遮断機構50の斜視図である。図6は、振動遮断機構50の上面図である。図7は、測定時における振動遮断機構50の側面図である。図8は、保管時における振動遮断機構50の側面図である。
<Configuration of vibration isolation mechanism 50>
Based on the design concept described above, a prototype was created and experiments using the prototype were repeated to prevent and deal with any problems. The configuration of the vibration isolation mechanism 50 that was ultimately arrived at as a result of this trial and error is shown in Figures 5 to 8.
Fig. 5 is a perspective view of the vibration isolating mechanism 50. Fig. 6 is a top view of the vibration isolating mechanism 50. Fig. 7 is a side view of the vibration isolating mechanism 50 during measurement. Fig. 8 is a side view of the vibration isolating mechanism 50 during storage.

振動遮断機構50は、無人航空機10の本体部11の下面に取り付けられる装置であり、音響発信源14の四隅のそれぞれをバネ551~554によって懸架する。
なお、本実施形態では、音響発信源14そのものを加工することによって、バネ551~554が音響発信源14を直に懸架可能とする構成を採用したが、音響発信源14を加工することが困難である場合には、音響発信源14を保持する機構(便宜的に当該機構を保持部と称する)を製作し、保持部の四隅をバネ551~554によって懸架して、間接的に音響発信源14を振動遮断機構50に格納する構成としてもよい。
また、以下の説明において、音響発信源14について説明する構造上の特徴は、本発明の目的を達成する範囲において、音響発信源14を保持している保持部に関する特徴として置き換えてもよい。
The vibration isolation mechanism 50 is a device attached to the underside of the main body 11 of the unmanned aerial vehicle 10, and suspends the acoustic source 14 at each of the four corners by springs 551 to 554.
In this embodiment, a configuration is adopted in which the acoustic source 14 itself is processed so that the springs 551 to 554 can directly suspend the acoustic source 14. However, if it is difficult to process the acoustic source 14, a configuration may be adopted in which a mechanism for holding the acoustic source 14 (for convenience, this mechanism will be referred to as a holding portion) is manufactured, and the four corners of the holding portion are suspended by the springs 551 to 554, thereby indirectly storing the acoustic source 14 in the vibration isolation mechanism 50.
In the following description, the structural features described for the acoustic source 14 may be replaced with features relating to the holder that holds the acoustic source 14, as long as the object of the present invention is achieved.

振動遮断機構50は、第一部材51、第二部材52、第三部材53、及び第四部材54からなる枠体(以下、これら4つの部材からなる枠体を総称してフレーム部と称する場合がある)を有する。
第一部材51の両端部にはバネ551とバネ554が取り付けられており、第二部材52の両端部にはバネ552とバネ553とが取り付けられており、上述したように、それぞれが音響発信源14の隅部を懸架する。
第三部材53及び第四部材54は、第一部材51及び第二部材52の間に跨がって設けられる部材であり、それぞれの上面には本体部11の下面に対してネジ留めするためのネジ穴が空けられている。また、第三部材53及び第四部材54には、軽量化を図るために空けられた穴が複数設けられている。
なお、本実施形態では、無人航空機10(本体部11)の下面と音響発信源14との間に、上述のようなフレーム部が設けられており、バネ551~554がフレーム部に対して音響発信源14を懸架する構成を採用しているが、バネ551~554が無人航空機10(本体部11)の下面に対して音響発信源14を直に懸架する構成としてもよい。
The vibration isolation mechanism 50 has a frame body consisting of a first member 51, a second member 52, a third member 53, and a fourth member 54 (hereinafter, the frame body consisting of these four members may be collectively referred to as the frame portion).
Springs 551 and 554 are attached to both ends of the first member 51, and springs 552 and 553 are attached to both ends of the second member 52, and as described above, each suspends a corner of the acoustic emission source 14.
The third member 53 and the fourth member 54 are members provided between the first member 51 and the second member 52, and each has a screw hole on its upper surface for screwing to the lower surface of the main body 11. The third member 53 and the fourth member 54 also have a plurality of holes drilled therein to reduce weight.
In this embodiment, a frame portion as described above is provided between the underside of the unmanned aerial vehicle 10 (main body portion 11) and the acoustic emission source 14, and springs 551 to 554 suspend the acoustic emission source 14 from the frame portion, but the springs 551 to 554 may also suspend the acoustic emission source 14 directly from the underside of the unmanned aerial vehicle 10 (main body portion 11).

バネ551~554は、<遮断量の計算>の項で説明したバネ定数を実現する弾性体であれば、ゴムでの代用が可能であるが、長期の使用及び保管を耐えうる耐久性を考慮すると、ステンレスバネ(SUS系)を用いることが好ましい。 Springs 551-554 can be substituted with rubber as long as the elastic material achieves the spring constant described in the <Calculating the shutoff amount> section. However, considering durability that can withstand long-term use and storage, it is preferable to use stainless steel springs (SUS type).

バネ551~554は、<遮断量の計算>の項で説明したように、バネ定数の低いバネを使用する方が、ノイズの遮断量が大きくなる。一方で、バネ定数の低いバネは、塑性変形することが懸念されるので、保管時(測定に使用しない場合)において、バネ551~554は荷重がかからないこと(無荷重であること)が望ましい。
この対策のため、保管時においてバネ551~554にかかる荷重を低減させるべく、図8に示すように、音響発信源14をフレーム部(第一部材51)に対して接合させることとした。具体的には、第一部材51に対してネジ受け部581とネジ受け部582を設け、第二部材52に対して同様に不図示の二つのネジ受け部を設け、保管時には、それぞれのネジ受け部に対して蝶ねじ(図8には、ネジ受け部581に挿入される蝶ネジ591とネジ受け部582に挿入される蝶ネジ592を図示する)でネジ留めして、音響発信源14を第一部材51及び第二部材52に対して接合可能とした。以下の説明において、上記のネジ受け部と蝶ねじとからなる構成を、便宜的に、接合機構と称する。
As explained in the section <Calculation of the Blocking Amount>, the use of springs with a low spring constant results in a greater amount of noise blocking for springs 551 to 554. However, there is a concern that springs with a low spring constant may undergo plastic deformation, so it is desirable that no load is applied to springs 551 to 554 (no load) during storage (when not being used for measurement).
To address this issue, in order to reduce the load on the springs 551 to 554 during storage, the acoustic emission source 14 is joined to the frame portion (first member 51) as shown in Fig. 8. Specifically, screw receiving portions 581 and 582 are provided on the first member 51, and two similar screw receiving portions (not shown) are provided on the second member 52. During storage, the acoustic emission source 14 can be joined to the first member 51 and the second member 52 by screwing them into the respective screw receiving portions with thumb screws (Fig. 8 shows thumb screw 591 inserted into screw receiving portion 581 and thumb screw 592 inserted into screw receiving portion 582). In the following description, for convenience, the configuration consisting of the screw receiving portions and thumb screws will be referred to as the joining mechanism.

図7と図8とを比べると明らかであるように、測定時におけるバネ551及びバネ554の長さは、保管時におけるバネ551及びバネ554の長さに比べて短くなる。これは、接合機構の働きによって、音響発信源14による荷重がバネ551及びバネ554にかかっていないことによって生じるものである。この現象は、図7と図8において図示しないバネ552及びバネ553の長さについても同様に生じるものである。
当然ながら、接合機構を設ける目的である塑性変形の防止の観点から、保管時(音響発信源14をフレーム部に接合させている状態)におけるバネ551~バネ554の長さは、測定時(音響発信源14をフレーム部に接合させていない状態)におけるバネ551~バネ554の長さに比べて、自然長に近いことが好ましい。
7 and 8, the length of springs 551 and 554 during measurement is shorter than the length of springs 551 and 554 during storage. This occurs because the joining mechanism prevents the load from acoustic source 14 from being applied to springs 551 and 554. This phenomenon also occurs in the lengths of springs 552 and 553, which are not shown in FIGS. 7 and 8.
Naturally, from the viewpoint of preventing plastic deformation, which is the purpose of providing a joining mechanism, it is preferable that the length of springs 551 to 554 during storage (when the acoustic emission source 14 is joined to the frame portion) be closer to its natural length than the length of springs 551 to 554 during measurement (when the acoustic emission source 14 is not joined to the frame portion).

図8に示すように、測定時において、音響発信源14はフレーム部から垂れ下がる。従って、無人航空機10の飛行中及び着陸時には、音響発信源14はブランコのように揺動することになる。このとき、音響発信源14の揺動幅が大きくなると、周囲の部材(例えば、脚部13)に干渉することが懸念される。
この対策のため、音響発信源14の四隅を支持するバネ551~554を傾斜させることとした(以下、この傾斜しているバネ551~554による支持を、傾斜支持と称する)。傾斜支持により、音響発信源14が水平方向に揺動する動きが抑制される。なお、傾斜支持の効果については、後に詳述する。
As shown in Figure 8, during measurement, the acoustic source 14 hangs down from the frame. Therefore, the acoustic source 14 swings like a swing during flight and landing of the unmanned aerial vehicle 10. If the swing amplitude of the acoustic source 14 becomes large, there is a concern that it may interfere with surrounding components (e.g., the legs 13).
To address this issue, the springs 551 to 554 that support the four corners of the sound emitting source 14 are inclined (hereinafter, support by these inclined springs 551 to 554 will be referred to as inclined support). The inclined support prevents the sound emitting source 14 from swinging horizontally. The effect of the inclined support will be described in detail later.

さらに、振動遮断機構50には、傾斜支持とは別に、音響発信源14の揺動幅を規制するために、揺動幅を所定寸法以下に規制する規制機構を設けることとした。具体的には、第一部材51に孔部571を設け、第二部材52に孔部572を設け、それぞれに柱状部材561と柱状部材562を挿入する。柱状部材561と柱状部材562は、それぞれ音響発信源14に固定されており、音響発信源14が孔部571と孔部572の径寸法を超える水平方向の動きが規制される。すなわち、本実施形態では、柱状部材561と孔部571、並びに、柱状部材562と孔部572によって上記の規制機構が実現されている。
上記のような規制機構を設けることにより、バネ551~554による傾斜支持では抑制しきれない、大きな音響発信源14の揺動(水平方向の動き)を、所定寸法以下に規制することができる。
Furthermore, in addition to the tilt support, the vibration isolation mechanism 50 is provided with a restriction mechanism that restricts the oscillation width of the sound emission source 14 to a predetermined dimension or less in order to restrict the oscillation width. Specifically, a hole 571 is provided in the first member 51, a hole 572 is provided in the second member 52, and a columnar member 561 and a columnar member 562 are inserted into the hole 571 and the second member 52, respectively. The columnar member 561 and the columnar member 562 are each fixed to the sound emission source 14, and horizontal movement of the sound emission source 14 that exceeds the diameter of the hole 571 and the hole 572 is restricted. That is, in this embodiment, the restriction mechanism is realized by the columnar member 561 and the hole 571, and the columnar member 562 and the hole 572.
By providing the above-described restricting mechanism, the swing (horizontal movement) of the large sound source 14, which cannot be suppressed by the inclined support provided by the springs 551 to 554, can be restricted to a predetermined dimension or less.

<傾斜支持の効果>
上述したとおり、音響発信源14の揺動を抑制するために、音響発信源14を支持するバネ551~554を傾斜させる構造(傾斜支持)を採用した。以下、傾斜支持の効果について詳細に説明する。
傾斜支持の効果を定量、かつ厳密に表わすには、現象が大変位で非線形、かつ、過渡現象であることから、コンピュータによる数値的解法が必要でハードルが高い。そこで、代替策として、簡便な実験モデルに基づいて、機構学的な解釈と振動としての解釈の二つの観点から相互補完的に揺動抑制のメカニズムを考察した。
<Effect of tilt support>
As described above, a structure (inclined support) is adopted in which the springs 551 to 554 supporting the sound source 14 are inclined in order to suppress the oscillation of the sound source 14. The effect of the inclined support will be described in detail below.
To quantitatively and precisely express the effect of tilt support, the phenomenon involves large displacements, is nonlinear, and is a transient phenomenon, which necessitates a numerical solution using a computer, which is a high hurdle. Therefore, as an alternative, we considered the mechanism of oscillation suppression from two mutually complementary perspectives, a mechanical interpretation and an interpretation as vibration, based on a simple experimental model.

先ず、機構学的に考察するため、実際には音響発信源14は四隅を支持されるが、その揺動の様子を前方あるいは側方から見た二次元で考察する。
図9は、振動遮断機構50の上端(無人航空機10の本体部11の下面)を静止リンクL1とし、振動遮断機構50の下端に設けられる音響発信源14をリンクL3とし、音響発信源14を支持する部材(バネ551~554に相当)をリンクL2及びリンクL4とし、いわゆる"4節リンク機構"を使って、振動遮断機構50における音響発信源14の揺動モードを示した図である。なお、図9において、リンクL3は静止している音響発信源14を摸したものであり、リンクL3'は揺れ幅が最大の状態における音響発信源14を摸している。
First, for the purpose of mechanical consideration, the acoustic source 14 is actually supported at its four corners, and its swinging motion will be considered two-dimensionally as viewed from the front or side.
9 is a diagram showing the oscillation mode of the sound emitting source 14 in the vibration isolation mechanism 50, using a so-called "four-bar link mechanism," in which the upper end of the vibration isolation mechanism 50 (the underside of the main body 11 of the unmanned aerial vehicle 10) is designated as stationary link L1, the sound emitting source 14 provided at the lower end of the vibration isolation mechanism 50 is designated as link L3, and the members supporting the sound emitting source 14 (corresponding to springs 551 to 554) are designated as links L2 and L4. Note that in FIG. 9, link L3 represents the sound emitting source 14 at rest, and link L3' represents the sound emitting source 14 when it is at its maximum oscillation amplitude.

図9(a)は、音響発信源14を垂直吊りしたリンク機構を示しており、図9(b)と図9(c)は、音響発信源14を傾斜吊りしたリンク機構を示している。図9(b)は、リンクL1の長さがリンクL3より短いリンク機構であり、以下の説明において、当該リンク機構をハの字吊りを称する。図9(c)は、リンクL1の長さがリンクL3より長いリンク機構であり、以下の説明において、当該リンク機構を逆ハの字吊りを称する。 Figure 9(a) shows a link mechanism in which the sound emitting source 14 is suspended vertically, while Figures 9(b) and 9(c) show link mechanisms in which the sound emitting source 14 is suspended at an angle. Figure 9(b) shows a link mechanism in which the length of link L1 is shorter than that of link L3, and in the following explanation, this link mechanism will be referred to as a V-shaped suspension. Figure 9(c) shows a link mechanism in which the length of link L1 is longer than that of link L3, and in the following explanation, this link mechanism will be referred to as an inverted V-shaped suspension.

図9(a)に図示する矢印A1、図9(b)に図示する矢印A2、図9(c)に図示する矢印A3は、それぞれが示すリンク機構における水平方向の揺動量の大きさを示している。
図9(b)と図9(c)に示すリンク機構を、図9(a)に示すリンク機構と比べればわかるように、音響発信源14の運動は水平方向への並進運動に回転(回頭)が加わることで揺動量が低減する。
揺動量の大小関係は、垂直吊り>ハの字吊り>逆ハの字吊りとなっており、逆ハの字吊りが揺動量の低減の観点から最も適切な構造であることがわかる。
Arrow A1 shown in FIG. 9(a), arrow A2 shown in FIG. 9(b), and arrow A3 shown in FIG. 9(c) indicate the magnitude of the horizontal swing amount of the link mechanism that each indicates.
As can be seen by comparing the link mechanisms shown in Figures 9(b) and 9(c) with the link mechanism shown in Figure 9(a), the amount of swing of the sound emitting source 14 is reduced by adding rotation (turning) to the horizontal translational movement.
The magnitude relationship of the amount of swing is vertical hanging > V-shaped hanging > inverted V-shaped hanging, and it can be seen that the inverted V-shaped hanging is the most appropriate structure from the viewpoint of reducing the amount of swing.

次に、振動について考察するため、図9(a)~図9(c)に示す各リンク機構の実物モデルを製作し、水平方向に叩いて(打撃して)その運動を観察してみた。
その結果、垂直吊りでは、水平方向及び垂直方向の並進のみが生じるのに対し、傾斜吊りでは、水平方向の打撃の直後から並進と回転(回頭)が生じることがわかった。すなわち、傾斜吊りでは並進と回転が強く連成した振動モードとなる結果、水平方向に入れた打撃のエネルギーは、並進と回転の両モードに分散し注入されるのである。
従って、振動面からは、傾斜吊りによる振動(水平方向の並進)の抑制効果は、回転モードが打撃のエネルギーを負担した結果、垂直吊りに比べて並進モードへのエネルギー注入量が削減されたためと解釈される。
Next, in order to consider vibration, actual models of each link mechanism shown in Figures 9(a) to 9(c) were created and their movements were observed by hitting (striking) them horizontally.
As a result, it was found that with vertical suspension, only horizontal and vertical translation occurs, whereas with inclined suspension, translation and rotation (turning) occur immediately after a horizontal impact. In other words, with inclined suspension, translation and rotation become strongly coupled vibration modes, and the energy of the impact applied in the horizontal direction is dispersed and injected into both translation and rotation modes.
Therefore, from a vibration perspective, the effect of inclined suspension on vibration (horizontal translation) can be interpreted as being due to the rotational mode bearing the impact energy, resulting in a reduction in the amount of energy injected into the translational mode compared to vertical suspension.

上記のような検討結果から、本実施形態における振動遮断機構50におけるバネ551~554は、逆ハの字吊りとなるように、静止している状態において振動遮断機構50の内側に下り傾斜するように取り付けている。
ここで「振動遮断機構50の内側」とは、上方向から視たとき(図8に図示する視点で視たとき)、振動遮断機構50の中心に寄る方向である。また、「振動遮断機構50の内側に下り傾斜する」とは、各バネの下端部が(音響発信源14に取り付けられている部分)、各バネの上端部(第一部材51及び第二部材52に取り付けられている部分)に比べて、振動遮断機構50の中心に寄っていることをいう。
図8に示すとおり、本実施形態におけるバネ551~554は、第一部材51及び第二部材52の延在方向(図8における横方向)についても、第三部材53及び第四部材54の延在方向(図8における縦方向)についても、振動遮断機構50の内側に下り傾斜しているので、前後左右のいずれから視ても逆ハの字吊りを構成している。
これにより、水平方向の全てについて、音響発信源14の揺動を低減させることができる。
Based on the above considerations, the springs 551 to 554 in the vibration isolation mechanism 50 in this embodiment are attached so that they are inclined downward toward the inside of the vibration isolation mechanism 50 when stationary, so as to form an inverted V-shaped hanging configuration.
Here, "inside the vibration isolation mechanism 50" refers to a direction closer to the center of the vibration isolation mechanism 50 when viewed from above (when viewed from the viewpoint shown in FIG. 8). Also, "sloping downward toward the inside of the vibration isolation mechanism 50" refers to the fact that the lower end of each spring (the portion attached to the acoustic source 14) is closer to the center of the vibration isolation mechanism 50 than the upper end of each spring (the portion attached to the first member 51 and the second member 52).
As shown in Figure 8, in this embodiment, the springs 551 to 554 are inclined downward toward the inside of the vibration-isolating mechanism 50 in both the extension direction of the first member 51 and the second member 52 (horizontal direction in Figure 8) and the extension direction of the third member 53 and the fourth member 54 (vertical direction in Figure 8), so that they form an inverted V-shaped suspension when viewed from any direction, front, back, left, or right.
This reduces the vibration of the acoustic source 14 in all horizontal directions.

<変形例>
以上のように、具体的な実施形態を示して本発明を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的が達成される限りにおける種々の変形、改良等の態様も含む。
以下、未だ言及していない変形例について説明する。
<Modification>
As described above, the present invention has been described by showing specific embodiments, but the present invention is not limited to the above-described embodiments and includes various modifications, improvements, and other aspects as long as the object of the present invention is achieved.
Below, we will explain some modifications that have not yet been mentioned.

本発明に係る非接触音響探査システムは、図1を用いて説明した構成に対して別の構成を加えて実現されてもよいし、その構成の一部を別の構成に置換して実現されてもよい。 The non-contact acoustic inspection system according to the present invention may be realized by adding a different component to the configuration described using Figure 1, or by replacing part of that configuration with a different component.

上記の実施形態において、振動遮断機構は、接合機構(蝶ねじとネジ受け部)や規制機構(柱状部材と孔部)を有する態様で説明したが、これらのうち一方又は両方を省いた態様によって本発明が実施されてもよい。 In the above embodiment, the vibration isolation mechanism was described as having a joining mechanism (thumb screw and screw receiver) and a regulating mechanism (columnar member and hole), but the present invention may also be implemented in a form that omits one or both of these.

上記の実施形態において、振動遮断機構は、各バネが音響発信源を傾斜支持することによって、各バネが音響発信源を懸架する役割を果たすと共に、各バネが音響発信源の水平方向の揺動を抑制する役割を果たす旨を説明したが、前者の役割と後者の役割をそれぞれ別のバネに担わせる構成によって、本発明を実施してもよい。
ただし、この変形例によれば、説明した実施形態に比べてバネの数が増えてより複雑な構成となり、振動遮断機構の故障リスクが増大するので、上述した実施形態で説明した構成の方がより望ましい形態だと言える。
In the above embodiment, it has been explained that the vibration isolation mechanism has each spring supporting the acoustic source at an angle, so that each spring serves to suspend the acoustic source and also serves to suppress horizontal oscillation of the acoustic source. However, the present invention may also be implemented by a configuration in which the former and latter roles are performed by different springs.
However, this modified example requires more springs than the described embodiment, resulting in a more complex configuration and increasing the risk of failure of the vibration isolation mechanism, so it can be said that the configuration described in the above-mentioned embodiment is a more desirable form.

本実施形態は以下の技術思想を包含する。
(1)無人航空機が飛行して測定位置に着陸した後に、前記無人航空機に搭載された音響発信源から下方に音波を照射して前記測定位置を加振し、加振した前記測定位置の振動速度を測定した結果を解析して、前記測定位置を探査する非接触音響探査システムであって、前記無人航空機は、前記音響発信源と、着陸した状態において前記測定位置に接地する脚部と、前記音響発信源が音波を照射する際に前記音響発信源に発生する振動が前記脚部を介して前記測定位置に伝播する経路に設けられ、当該振動の伝播を遮断する振動遮断機構と、を備える、ことを特徴とする非接触音響探査システム。
(2)前記振動遮断機構は、前記音響発信源又は前記音響発信源を保持している保持部を、前記無人航空機の本体部の下面又は前記下面に設けられたフレーム部に対して懸架している弾性体を有する、ことを特徴とする(1)に記載の非接触音響探査システム。
(3)前記弾性体は、静止している状態において傾斜している、ことを特徴とする(2)に記載の非接触音響探査システム。
(4)前記弾性体は、静止している状態において前記振動遮断機構の内側に下り傾斜している、ことを特徴とする(3)に記載の非接触音響探査システム。
(5)前記振動遮断機構は、前記音響発信源又は前記保持部を、前記フレーム部に対して接合させる接合機構を有しており、前記音響発信源又は前記保持部を前記フレーム部に接合させている状態において静止している前記弾性体が、前記音響発信源又は前記保持部を前記フレーム部に接合させていない状態において静止している前記弾性体と比べて、自然長に近い、ことを特徴とする(2)から(4)のいずれか一つに記載の非接触音響探査システム。
(6)前記振動遮断機構は、前記音響発信源が水平方向に揺動する幅を、所定寸法以下に規制する規制機構を有する、ことを特徴とする(1)から(5)のいずれか一つに記載の非接触音響探査システム。
(7)音波を照射することによって測定位置を加振し、加振した前記測定位置の振動速度を測定した結果を解析して、前記測定位置を探査する非接触音響探査システムに用いられる無人航空機であって、着陸した状態において下方に音波を照射して前記測定位置を加振する音響発信源と、着陸した状態において前記測定位置に接地する脚部と、前記音響発信源が音波を照射する際に前記音響発信源に発生する振動が前記脚部を介して前記測定位置に伝播する経路に設けられ、当該振動の伝播を遮断する振動遮断機構と、を有する無人航空機。
The present embodiment encompasses the following technical ideas.
(1) A non-contact acoustic exploration system that, after an unmanned aerial vehicle flies and lands at a measurement location, emits sound waves downward from an acoustic source mounted on the unmanned aerial vehicle to vibrate the measurement location, and then analyzes the results of measuring the vibration velocity of the vibrated measurement location to explore the measurement location, wherein the unmanned aerial vehicle is equipped with the acoustic source, legs that are grounded at the measurement location when landed, and a vibration isolation mechanism that is provided on a path along which vibrations generated in the acoustic source when the acoustic source emits sound waves propagate to the measurement location via the legs and that blocks the propagation of the vibrations.
(2) The non-contact acoustic exploration system described in (1) is characterized in that the vibration isolation mechanism has an elastic body that suspends the acoustic source or a holding part that holds the acoustic source from the underside of the main body part of the unmanned aerial vehicle or a frame part provided on the underside.
(3) A non-contact acoustic inspection system as described in (2), characterized in that the elastic body is inclined when in a stationary state.
(4) A non-contact acoustic inspection system as described in (3), characterized in that the elastic body is inclined downward toward the inside of the vibration isolation mechanism when in a stationary state.
(5) A non-contact acoustic exploration system described in any one of (2) to (4), characterized in that the vibration isolation mechanism has a joining mechanism that joins the acoustic source or the holding part to the frame part, and the elastic body that is stationary when the acoustic source or the holding part is joined to the frame part is closer to its natural length than the elastic body that is stationary when the acoustic source or the holding part is not joined to the frame part.
(6) A non-contact acoustic exploration system described in any one of (1) to (5), characterized in that the vibration isolation mechanism has a regulating mechanism that regulates the width of horizontal oscillation of the acoustic source to a predetermined dimension or less.
(7) An unmanned aerial vehicle used in a non-contact acoustic exploration system that vibrates a measurement position by irradiating sound waves, measures the vibration velocity of the vibrated measurement position, and analyzes the results to explore the measurement position, the unmanned aerial vehicle having an acoustic source that irradiates sound waves downward to vibrate the measurement position when landed, legs that are grounded to the measurement position when landed, and a vibration isolation mechanism that is provided on a path along which vibrations generated in the acoustic source when the acoustic source irradiates sound waves are transmitted to the measurement position via the legs and that blocks the propagation of the vibrations.

100 探査システム
10 無人航空機
11 本体部
12 プロペラ
13 脚部
14 音響発信源
20 レーザドップラ振動計
30 コンピュータ
40 任意波形発生装置
50 振動遮断機構
51 第一部材
52 第二部材
53 第三部材
54 第四部材
551、552、553、554 バネ
561、562 柱状部材
571、572 孔部
581、582 ネジ受け部
591、592 蝶ネジ
100 Exploration system 10 Unmanned aerial vehicle 11 Main body 12 Propeller 13 Leg 14 Acoustic source 20 Laser Doppler vibrometer 30 Computer 40 Arbitrary waveform generator 50 Vibration isolation mechanism 51 First member 52 Second member 53 Third member 54 Fourth member 551, 552, 553, 554 Springs 561, 562 Pillar members 571, 572 Hole portions 581, 582 Screw receiving portions 591, 592 Thumb screws

Claims (7)

無人航空機が飛行して測定位置に着陸した後に、前記無人航空機に搭載された音響発信源から下方に音波を照射して前記測定位置を加振し、加振した前記測定位置の振動速度を測定した結果を解析して、前記測定位置を探査する非接触音響探査システムであって、
前記無人航空機は、
前記音響発信源と、
着陸した状態において前記測定位置に接地する脚部と、
前記音響発信源が音波を照射する際に前記音響発信源に発生する振動が前記脚部を介して前記測定位置に伝播する経路に設けられ、当該振動の伝播を遮断する振動遮断機構と、を備える、
ことを特徴とする非接触音響探査システム。
A non-contact acoustic exploration system that, after an unmanned aerial vehicle flies and lands at a measurement position, irradiates sound waves downward from an acoustic source mounted on the unmanned aerial vehicle to vibrate the measurement position, and analyzes the results of measuring the vibration velocity of the vibrated measurement position to explore the measurement position,
The unmanned aerial vehicle comprises:
the acoustic source;
a leg that is brought into contact with the measurement position in a landed state;
a vibration isolation mechanism that is provided on a path along which vibrations generated in the acoustic source when the acoustic source irradiates sound waves propagate to the measurement position via the legs and that isolates the propagation of the vibrations;
A non-contact acoustic inspection system.
前記振動遮断機構は、前記音響発信源又は前記音響発信源を保持している保持部を、前記無人航空機の本体部の下面又は前記下面に設けられたフレーム部に対して懸架している弾性体を有する、
ことを特徴とする請求項1に記載の非接触音響探査システム。
the vibration isolation mechanism has an elastic body that suspends the acoustic source or a holder that holds the acoustic source from the underside of a main body of the unmanned aerial vehicle or a frame portion provided on the underside;
2. The non-contact acoustic inspection system according to claim 1.
前記弾性体は、静止している状態において傾斜している、
ことを特徴とする請求項2に記載の非接触音響探査システム。
The elastic body is inclined in a resting state.
3. The non-contact acoustic inspection system according to claim 2.
前記弾性体は、静止している状態において前記振動遮断機構の内側に下り傾斜している、
ことを特徴とする請求項3に記載の非接触音響探査システム。
The elastic body is inclined downward toward the inside of the vibration isolation mechanism when in a stationary state.
4. The non-contact acoustic inspection system according to claim 3.
前記振動遮断機構は、前記音響発信源又は前記保持部を、前記フレーム部に対して接合させる接合機構を有しており、
前記音響発信源又は前記保持部を前記フレーム部に接合させている状態において静止している前記弾性体が、前記音響発信源又は前記保持部を前記フレーム部に接合させていない状態において静止している前記弾性体と比べて、自然長に近い、
ことを特徴とする請求項2から4のいずれか一項に記載の非接触音響探査システム。
the vibration isolation mechanism has a joining mechanism that joins the sound source or the holding part to the frame part,
the elastic body at rest in a state where the acoustic source or the holding unit is joined to the frame unit has a length closer to a natural length than the elastic body at rest in a state where the acoustic source or the holding unit is not joined to the frame unit;
5. The non-contact acoustic inspection system according to claim 2, wherein the non-contact acoustic inspection system is a non-contact acoustic inspection system.
前記振動遮断機構は、前記音響発信源が水平方向に揺動する幅を、所定寸法以下に規制する規制機構を有する、
ことを特徴とする請求項から5のいずれか一項に記載の非接触音響探査システム。
The vibration isolation mechanism has a restriction mechanism that restricts the width of horizontal oscillation of the sound source to a predetermined dimension or less.
6. The non-contact acoustic inspection system according to claim 2 , wherein the non-contact acoustic inspection system is a non-contact acoustic inspection system.
音波を照射することによって測定位置を加振し、加振した前記測定位置の振動速度を測定した結果を解析して、前記測定位置を探査する非接触音響探査システムに用いられる無人航空機であって、
着陸した状態において下方に音波を照射して前記測定位置を加振する音響発信源と、
着陸した状態において前記測定位置に接地する脚部と、
前記音響発信源が音波を照射する際に前記音響発信源に発生する振動が前記脚部を介して前記測定位置に伝播する経路に設けられ、当該振動の伝播を遮断する振動遮断機構と、
を有する無人航空機。
An unmanned aerial vehicle used in a non-contact acoustic exploration system that vibrates a measurement position by irradiating it with sound waves, measures the vibration velocity of the vibrated measurement position, analyzes the results, and explores the measurement position,
an acoustic source that emits sound waves downward in a landed state to vibrate the measurement position;
a leg that is brought into contact with the measurement position in a landed state;
a vibration isolation mechanism that is provided on a path along which vibrations generated in the acoustic source when the acoustic source irradiates sound waves propagate to the measurement position via the legs, and that isolates the propagation of the vibrations;
An unmanned aerial vehicle having:
JP2021123344A 2021-07-28 2021-07-28 Non-contact acoustic detection system, unmanned aerial vehicle Active JP7724496B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021123344A JP7724496B2 (en) 2021-07-28 2021-07-28 Non-contact acoustic detection system, unmanned aerial vehicle

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021123344A JP7724496B2 (en) 2021-07-28 2021-07-28 Non-contact acoustic detection system, unmanned aerial vehicle

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2023018946A JP2023018946A (en) 2023-02-09
JP7724496B2 true JP7724496B2 (en) 2025-08-18

Family

ID=85159542

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021123344A Active JP7724496B2 (en) 2021-07-28 2021-07-28 Non-contact acoustic detection system, unmanned aerial vehicle

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7724496B2 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012042421A (en) 2010-08-23 2012-03-01 Toin Gakuen Detection method employing sonic wave, non-contact acoustic detection system, program used for system, and recording medium with program recorded thereon
CN107575345A (en) 2017-07-27 2018-01-12 上海交通大学 A kind of fan blade detection means based on four rotors
JP2019196973A (en) 2018-05-09 2019-11-14 学校法人桐蔭学園 Non-contact acoustic analysis system and non-contact acoustic analysis method
CN210284602U (en) 2019-07-30 2020-04-10 苏州领速电子科技有限公司 Shock-absorbing structure for landing of racing unmanned aerial vehicle
CN210971533U (en) 2019-12-06 2020-07-10 中国建筑第七工程局有限公司 A kind of earthwork measurement UAV equipment
US20200307786A1 (en) 2017-10-28 2020-10-01 Avestec Technologies Inc. Method and apparatus for surface attachment of modular unmanned aerial vehicle for inspection

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012042421A (en) 2010-08-23 2012-03-01 Toin Gakuen Detection method employing sonic wave, non-contact acoustic detection system, program used for system, and recording medium with program recorded thereon
CN107575345A (en) 2017-07-27 2018-01-12 上海交通大学 A kind of fan blade detection means based on four rotors
US20200307786A1 (en) 2017-10-28 2020-10-01 Avestec Technologies Inc. Method and apparatus for surface attachment of modular unmanned aerial vehicle for inspection
JP2019196973A (en) 2018-05-09 2019-11-14 学校法人桐蔭学園 Non-contact acoustic analysis system and non-contact acoustic analysis method
CN210284602U (en) 2019-07-30 2020-04-10 苏州领速电子科技有限公司 Shock-absorbing structure for landing of racing unmanned aerial vehicle
CN210971533U (en) 2019-12-06 2020-07-10 中国建筑第七工程局有限公司 A kind of earthwork measurement UAV equipment

Also Published As

Publication number Publication date
JP2023018946A (en) 2023-02-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101309019B1 (en) Seismic isolation apparatus for loading/unloading machine
Sutton et al. Active isolation of multiple structural waves on a helicopter gearbox support strut
US8985502B2 (en) Aircraft provided with a device for reducing vibration, and a method therefor
Ekimov et al. Modulation of torsional waves in a rod with a crack
EA031795B1 (en) Marine seismic vibrator and seismic survey method
CN111307616A (en) Rock structural plane high-frequency disturbance shear test device
Kishore et al. Finite element modelling of the scattering of ultrasonic waves by isolated flaws
JP6691878B2 (en) Elastic wave measurement system
JP7724496B2 (en) Non-contact acoustic detection system, unmanned aerial vehicle
CN203673082U (en) Vibration attenuation and buffering stabilizing platform of gravity testing apparatus
Van Niekerk et al. Active control of a circular plate to reduce transient noise transmission
JP5507132B2 (en) Ultra-low frequency sound generator
RU2594462C1 (en) Vibration exciter of oscillations of mechanical structures
Kouroussis et al. Three-dimensional finite element modelling of dynamic pile-soil-pile interaction in time domain
KR20090113445A (en) Test device of dynamic reducer type vibration isolator
JP7113451B2 (en) Anti-vibration structure, measuring equipment
Oppenheimer et al. A methodology for predicting impact-induced acoustic noise in machine systems
RU2677942C2 (en) Method of decontamination and excitation of vibrations in modal tests and device for its implementation
JP2004332847A (en) Damping device
JP6758010B1 (en) Strike device
Siswanto et al. Shaker table design for electronic device vibration test system
CN218880983U (en) Foundation pile ultrasonic detector
Waubke et al. Simulation of vibrations from railway tunnels
Kilikevičius et al. Research of Dynamics of a Vibration Isolation Platform.
US8689930B2 (en) Seismic vibrator having airwave suppression

Legal Events

Date Code Title Description
A80 Written request to apply exceptions to lack of novelty of invention

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A80

Effective date: 20210820

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20211119

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20240703

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20250423

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20250507

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20250618

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20250701

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20250728

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7724496

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150