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JP7731164B2 - Winch System - Google Patents
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JP7731164B2 - Winch System - Google Patents

Winch System

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JP7731164B2
JP7731164B2 JP2024123653A JP2024123653A JP7731164B2 JP 7731164 B2 JP7731164 B2 JP 7731164B2 JP 2024123653 A JP2024123653 A JP 2024123653A JP 2024123653 A JP2024123653 A JP 2024123653A JP 7731164 B2 JP7731164 B2 JP 7731164B2
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Description

本開示は、ウィンチシステムに関する。 This disclosure relates to a winch system.

従来、上方からケーブル等でカメラを吊り下げた状態で、施設内部を点検する方法が知られている。例えば特許文献1には、立坑の上部開口からカメラを吊り下げて立坑内の腐食状態などを確認する装置が開示されている。 Conventionally, there is a known method of inspecting the interior of a facility by suspending a camera from above using a cable or similar device. For example, Patent Document 1 discloses a device that suspends a camera from the top opening of a shaft to check the state of corrosion inside the shaft.

特開2016-223164号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-223164

また、カメラを備えたドローンをケーブルで吊り下げて施設内で点検することを想定した場合、ドローンの制御と、ケーブルの巻き取り及び繰り出し等の操作を並行して行うことが難しい。 Furthermore, if a drone equipped with a camera is suspended by a cable to inspect inside a facility, it would be difficult to control the drone and perform operations such as winding and unwinding the cable at the same time.

そこで、本開示は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ケーブルで吊り下げられる機体の制御と、ケーブルの制御とを容易に行うことが可能なウィンチシステムを提供することである。 This disclosure has been made in consideration of the above-mentioned problems, and its purpose is to provide a winch system that makes it easy to control both the aircraft suspended by the cable and the cable itself.

本開示によれば、推力発生部を備える機体を吊り下げるケーブルに接続される電動ウィンチと、
操縦装置からの操縦信号を受信する受信部と、
前記受信部で受信した前記操縦信号に基づいて、前記電動ウィンチの動作を指示するウィンチ動作信号を生成する信号生成部と、を備え、
前記操縦信号は、前記機体に対する上昇指示または下降指示の情報を含み、
前記信号生成部は、前記上昇指示に基づいて巻き取り指示の情報を含む前記ウィンチ動作信号を生成し、前記下降指示に基づいて繰り出し指示の情報を含む前記ウィンチ動作信号を生成する、ことを特徴とするウィンチシステムが提供される。
According to the present disclosure, an electric winch connected to a cable that suspends an airframe having a thrust generating unit;
a receiving unit that receives a control signal from a control device;
a signal generating unit that generates a winch operation signal that instructs operation of the electric winch based on the operation signal received by the receiving unit,
the control signal includes information on an ascending instruction or a descending instruction for the aircraft,
A winch system is provided, characterized in that the signal generating unit generates the winch operation signal including winding instruction information based on the raising instruction, and generates the winch operation signal including payout instruction information based on the lowering instruction.

本開示によれば、ケーブルで吊り下げられる機体の制御と、ケーブルの制御とを容易に行うことが可能なウィンチシステムを提供することができる。 This disclosure provides a winch system that can easily control both the aircraft suspended by the cable and the cable itself.

本開示の一実施形態に係るシステムを示す側面図である。FIG. 1 is a side view of a system according to an embodiment of the present disclosure. 同実施形態に係るウィンチシステムのブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of the winch system according to the embodiment. 同実施形態に係る機体の構成例を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a configuration example of a machine body according to the embodiment. 同実施形態に係る撓み抑制装置の構成例を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a configuration example of a deflection suppression device according to the embodiment;

以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Preferred embodiments of the present disclosure will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. Note that in this specification and drawings, components having substantially the same functional configuration will be assigned the same reference numerals, and redundant explanations will be omitted.

<概要>
図1は、本開示の一実施形態に係る点検システム1(以下、単に「システム」とも称する)の概要図である。本実施形態に係るシステム1は、例えば、煙突、各種製造炉、構造物、設備、配管等に対する種々の検査、修理、または工場等における計器の確認等、様々な用途における作業に用いられ得る。対象施設は、特に限定されないが、上部に開口を有する施設とすることができる。図1の例では、対象施設の内部空間Aにつり下げられた機体10のカメラで、内壁Wを撮影して点検することができる。
<Overview>
FIG. 1 is a schematic diagram of an inspection system 1 (hereinafter also simply referred to as the "system") according to one embodiment of the present disclosure. The system 1 according to this embodiment can be used for a variety of tasks, such as various inspections and repairs of chimneys, various manufacturing furnaces, structures, equipment, piping, etc., or checking instruments in factories, etc. The target facility is not particularly limited, but can be a facility with an opening at the top. In the example of FIG. 1, an interior wall W can be photographed and inspected using a camera mounted on a machine body 10 suspended in an interior space A of the target facility.

図1に示すように、システム1は、機体10と、機体10を上方から吊り下げるケーブル20と、ケーブル20の繰り出し及び巻き取りを行う電動ウィンチ30と、機体10及び電動ウィンチ30を制御するための操縦装置40と、を備える。 As shown in FIG. 1, the system 1 includes an aircraft 10, a cable 20 that suspends the aircraft 10 from above, an electric winch 30 that reels in and pays out the cable 20, and a control device 40 that controls the aircraft 10 and the electric winch 30.

本例の機体10は、無人飛行体(ドローン)であり、ケーブル20で吊り下げられなくても飛行可能であり、任意の位置、任意の姿勢に制御することができる。機体10は、推力発生部11から得られる推力によって、上昇(浮上)、下降、ホバリング(空中停止)、前後左右等の水平移動、旋回動作が可能である。なお、機体10はケーブル20により支持されるため、上方への推力は推力発生部11から得なくてもよい。機体10は、これに限られず、自力での浮上が不可能な構造であってもよい。 The aircraft 10 in this example is an unmanned aerial vehicle (drone) that can fly without being suspended by a cable 20 and can be controlled to any position and any attitude. The aircraft 10 is capable of ascending (levitating), descending, hovering (stopping in the air), horizontal movement such as forward, backward, left, and right, and turning using the thrust obtained from the thrust generating unit 11. Note that, because the aircraft 10 is supported by the cable 20, it is not necessary for it to obtain upward thrust from the thrust generating unit 11. The aircraft 10 is not limited to this and may have a structure that is unable to levitate under its own power.

機体10は、推力発生部11と、推力発生部11を支持する本体部12とを備える。本体部は、支持構造としてのフレームと、フレーム上に設けられた電子部品を保護するカバーとを有している。本体部を構成するフレームは、特に限定されないが、例えば、炭素繊維樹脂、ガラス繊維樹脂、マグネシウム、マグネシウム合金、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄鋼、チタンその他の材料の何れかまたはそれらの組み合わせで構成される。 The aircraft 10 comprises a thrust generating unit 11 and a main body 12 that supports the thrust generating unit 11. The main body has a frame as a support structure and a cover that protects electronic components mounted on the frame. The frame that constitutes the main body is not particularly limited, but may be made of any of the following materials, or a combination of these: carbon fiber resin, glass fiber resin, magnesium, magnesium alloy, aluminum, aluminum alloy, steel, titanium, or other materials.

推力発生部11は、例えば、複数の回転翼と、当該回転翼を回転させるモータ、電力を供給するバッテリ等を備える。推力発生部を構成する各回転翼は、上向きの推力を発生させることができ、回転翼の回転方向を変更すれば下向きの推力を発生させることもできる。また、推力発生部は、前後左右方向の平行移動(水平移動)のための推力を発生させることができる。推力発生部は、旋回方向の推力を発生させることも可能である。また、推力発生部は、機体の向き(姿勢)、傾きも変更することができる。回転翼は、本実施形態においては、機体の周囲の4箇所(前側と後側にそれぞれ左右1箇所ずつ)に設けられているが、本発明はかかる例に限定されず、例えば回転翼を機体の周囲6箇所、8箇所に設けてもよい。飛行体1の構造、形状、装備およびサイズ等に応じて、回転翼の設けられる数は適宜変更されうる。 The thrust generating unit 11 includes, for example, multiple rotors, a motor for rotating the rotors, a battery for supplying power, and the like. Each rotor that makes up the thrust generating unit can generate an upward thrust, and by changing the rotation direction of the rotor, a downward thrust can also be generated. The thrust generating unit can also generate thrust for parallel movement (horizontal movement) in the front-to-back and left-to-right directions. The thrust generating unit can also generate thrust in the turning direction. The thrust generating unit can also change the direction (attitude) and inclination of the aircraft. In this embodiment, the rotors are provided at four locations around the aircraft (one on each side of the front and rear), but the present invention is not limited to this example. For example, the rotors may be provided at six or eight locations around the aircraft. The number of rotors provided can be changed as appropriate depending on the structure, shape, equipment, size, etc. of the aircraft 1.

機体10のフレームは、回路基板、フライトコントローラ、ESC(Electric Speed Controller)、センサ、バッテリ等、回転翼の制御および動力に係る部品を積載して支持する。フレームには、フライトコントローラを含む制御回路が実装されてもよい。バッテリからモータ、カメラおよびセンサ類に電力が供給され、フライトコントローラによりモータの回転数等の制御が行われる。フライトコントローラは、例えば、中央演算処理装置(CPU)や、FPGA(Field-Programmable Gate Array)のようなプログラマブルプロセッサなど、1つ以上のプロセッサ23bを有することができる。フライトコントローラは、メモリを有しており、当該メモリにアクセス可能である。メモリは、1つ以上のステップを行うためにフライトコントローラが実行可能であるロジック、コード、および/またはプログラム命令を記憶している。メモリ等の記憶部は、たとえば、SDカードやランダムアクセスメモリ(RAM)などの分離可能な媒体または外部の記憶装置を含んでいてもよい。カメラ/センサから取得したデータは、メモリに直接に伝達され記憶されてもよい。たとえば、カメラで撮影した静止画・動画データが内蔵メモリ又は外部メモリに記録される。フライトコントローラは、機体10の状態を制御するように構成された制御モジュールを含んでいる。たとえば、制御モジュールは、6自由度(並進運動x、y及びz、並びに回転運動θx、θy及びθz)を有する機体10の空間的配置、速度、および/または加速度を調整するために、ESCを経由して機体10のモータを制御する。センサは、例えば、慣性センサ(IMU(Inertial Measurement Sensor)等の慣性計測装置)、加速度センサ、ジャイロセンサ、GPSセンサ、風センサ、温度センサ、湿度センサ、気圧センサ、高度センサ、LiDAR(Laser Imaging Detection and Ranging)等の近接センサ、またはカメラ以外のビジョン/イメージセンサ等を含み得る。また、センサは、フライトコントローラに搭載されるものであってもよいし、フライトコントローラの外部に設けられるものであってもよい。また、カメラは、任意のカメラであってもよい。例えば、カメラは、一般的なカメラの他に、赤外線カメラ、ステレオカメラ等であってもよい。カメラは、例えば、自己位置推定に用いるためのカメラと、撮影対象を撮像するためのカメラとがそれぞれ設けられていてもよい。 The frame of the aircraft 10 supports components related to rotor control and power, such as circuit boards, flight controllers, ESCs (electric speed controllers), sensors, and batteries. A control circuit including a flight controller may be mounted on the frame. The battery supplies power to the motor, camera, and sensors, and the flight controller controls the motor's rotation speed and other parameters. The flight controller may have one or more processors 23b, such as a central processing unit (CPU) or a programmable processor such as an FPGA (field-programmable gate array). The flight controller has and can access memory. The memory stores logic, code, and/or program instructions that the flight controller can execute to perform one or more steps. The memory or other storage unit may include a separable medium or an external storage device, such as an SD card or random access memory (RAM). Data acquired from the camera/sensor may be directly transmitted to and stored in memory. For example, still and video data captured by the camera may be recorded in an internal or external memory. The flight controller includes a control module configured to control the state of the airframe 10. For example, the control module controls the motors of the airframe 10 via the ESC to adjust the spatial orientation, velocity, and/or acceleration of the airframe 10, which has six degrees of freedom (translational motion x, y, and z, and rotational motion θx, θy, and θz). The sensors may include, for example, inertial sensors (inertial measurement units such as an IMU (Inertial Measurement Sensor)), acceleration sensors, gyro sensors, GPS sensors, wind sensors, temperature sensors, humidity sensors, barometric pressure sensors, altitude sensors, proximity sensors such as LiDAR (Laser Imaging Detection and Ranging), or vision/image sensors other than cameras. The sensor may be mounted on the flight controller or may be provided externally to the flight controller. The camera may be any camera. For example, the camera may be a general camera, an infrared camera, a stereo camera, or the like. For example, the camera may include a camera for use in self-position estimation and a camera for capturing images of the subject.

機体10の姿勢は、適宜センサから得られる入力に基づいてフライトコントローラが制御するものであってもよい。また、機体10の姿勢制御は、推力発生部11から得られる推力の調整により行われるものであってもよいし、また、ケーブル20を上下方向や水平方向(前後左右、斜め)に移動させることによって行われてもよいし、その両方であってもよい。具体的には、機体10の水平方向に対する姿勢が0度となるように目標値を定める場合、姿勢のフィードバック制御は、回転翼の各々の回転数を制御するものであってもよいし、また、ケーブル20の水平方向や上下方向の移動を制御するものであってもよい。これにより、風やドリフトの影響により機体10の姿勢が傾いてしまっても、機体10の水平方向の移動を抑制し、姿勢をより確実に維持することが可能となる。なお、推力を発生させる回転翼の数は特に限定されないが、機体10の姿勢をより安定させる点から、回転翼の数は4つ以上であることが好ましい。また、推力発生部としては、回転翼以外の機構により実現されるものであってもよい。 The attitude of the aircraft 10 may be controlled by a flight controller based on inputs obtained from appropriate sensors. Furthermore, attitude control of the aircraft 10 may be performed by adjusting the thrust obtained from the thrust generating unit 11, or by moving the cable 20 vertically or horizontally (forward/backward/left/right, or diagonally), or both. Specifically, when a target value is set so that the aircraft 10's attitude relative to the horizontal direction is 0 degrees, attitude feedback control may involve controlling the rotation speed of each rotor, or may involve controlling the horizontal and vertical movement of the cable 20. This makes it possible to suppress horizontal movement of the aircraft 10 and more reliably maintain its attitude, even if the aircraft 10's attitude tilts due to wind or drift. Note that the number of rotors generating thrust is not particularly limited, but to further stabilize the attitude of the aircraft 10, four or more rotors are preferable. Furthermore, the thrust generating unit may be realized by a mechanism other than a rotor.

また、機体10を水平面に沿って回転(いわゆる水平面に直交するヨー軸まわりの回転)させる場合は、ケーブル20をねじることによって実現してもよいし、回転翼の回転の制御により実現されてもよい。回転翼によるヨー軸まわりの回転制御は、例えば、4つの回転翼のうち、それぞれの回転方向を異ならせることによって、機体10をヨー軸まわりに回転させることが可能である。具体的には、右前側、左後側の2つの回転翼(第1の回転翼)の回転方向を反時計回りとし、左前側、右後側の回転翼(第2の回転翼)の回転方向を時計回りとし、第1の回転翼と第2の回転翼の各々の回転数を異ならせる制御を行うことで、機体10をヨー軸まわりに回転することが可能である。なお、第1の回転翼と第2の回転翼の回転方向はそれぞれ反対であってもよい。 Furthermore, when rotating the aircraft 10 along a horizontal plane (so-called rotation around a yaw axis perpendicular to the horizontal plane), this may be achieved by twisting the cable 20 or by controlling the rotation of the rotors. Controlling rotation around the yaw axis using the rotors can be achieved, for example, by varying the rotation direction of each of the four rotors, thereby rotating the aircraft 10 around the yaw axis. Specifically, the rotation direction of the two rotors on the right front and left rear (first rotors) is set counterclockwise, and the rotation direction of the rotors on the left front and right rear (second rotors) is set clockwise, and the rotation speeds of the first rotor and second rotor are controlled to be different, thereby rotating the aircraft 10 around the yaw axis. The rotation directions of the first rotor and second rotor may be opposite to each other.

機体10は、1つまたは複数のカメラを備え、機体10の周囲を撮影し、画像データ(静止画、動画を含む)を取得することができる。カメラは、機体10の上下、前後、左右、の何れの向きに設けられてもよく、機体10上の位置も特に限定されない。例えば、機体10の前方側に、前向き(撮影方向が機体の前方となる向き)で設置することができる。 Aircraft 10 is equipped with one or more cameras, which can capture images of the area around aircraft 10 and acquire image data (including still images and video). The cameras may be installed facing up and down, front and back, left and right of aircraft 10, and there are no particular restrictions on their location on aircraft 10. For example, they may be installed on the front side of aircraft 10, facing forward (with the camera facing forward).

機体10は、操縦装置40、及び他の外部装置等に対して信号を送受信するための通信部を有する。機体10は、カメラやセンサ等で取得したデータを、操縦装置40を含む外部装置に通信部を介して送信することができる。なお、機体10が取得したデータは機体10に設けた記憶部に記憶してもよいし、外部装置に送信して記憶するようにしてもよい。通信部は、有線通信または無線通信などの任意の適当な通信手段を使用することができる。通信部は、たとえば、ローカルエリアネットワーク(LAN)、ワイドエリアネットワーク(WAN)、赤外線、無線、WiFi、ポイントツーポイント(P2P)ネットワーク、電気通信ネットワーク、クラウド通信などの任意の通信方式のうちの1つ以上を利用することができる。 The aircraft 10 has a communication unit for sending and receiving signals to the control device 40 and other external devices. The aircraft 10 can transmit data acquired by cameras, sensors, etc. to external devices including the control device 40 via the communication unit. The data acquired by the aircraft 10 may be stored in a memory unit provided on the aircraft 10, or may be transmitted to and stored in an external device. The communication unit can use any appropriate communication means, such as wired communication or wireless communication. The communication unit can use one or more of any communication method, such as a local area network (LAN), wide area network (WAN), infrared, wireless, Wi-Fi, point-to-point (P2P) network, telecommunications network, or cloud communication.

フライトコントローラは、通信部を介して操縦装置40からの操縦信号を受信して、当該操縦信号に基づいて推力発生部11が制御され、移動、旋回等の動作が制御される。また、操縦装置40からの信号に応じてカメラの操作も可能である。カメラの操作とは、撮影の開始、停止、ズーム操作、カメラの向きの変更等を含む。また、操縦装置40からの制御信号に基づいて、機体10に設けた各種センサやライトの制御も可能である。機体10の重心は、平面視で機体10の略中心に位置することが好ましいが、これに限られるものではない。 The flight controller receives control signals from the control device 40 via the communication unit, and controls the thrust generating unit 11 based on the control signals, thereby controlling operations such as movement and rotation. It is also possible to operate the camera in response to signals from the control device 40. Camera operation includes starting and stopping filming, zooming, changing the camera orientation, etc. It is also possible to control various sensors and lights provided on the aircraft 10 based on control signals from the control device 40. It is preferable that the center of gravity of the aircraft 10 is located approximately in the center of the aircraft 10 when viewed from above, but this is not limited to this.

図3に示すように、ケーブル20に回転ジョイント7を設けてもよい。回転ジョイント7は、回転自在な構成となっており、回転ジョイント7の一方側(例えば図3の下側)に接続されるケーブル20の回転(捩れ)が、回転ジョイント7の他方側(例えば図3の上側)に接続されるケーブル20に伝わらないようになっている。このような構成により、例えば機体がヨー軸周りに回転した場合でも、ケーブル20が捩れないので捩れ方向の反力等の影響を受けることがなく、機体の制御が容易となる。回転ジョイント7の位置は特に限定されず任意の位置に設けることができるが、接続部52付近の主部50に設けることが好ましい。 As shown in Figure 3, a rotary joint 7 may be provided on the cable 20. The rotary joint 7 is configured to be freely rotatable, and rotation (twist) of the cable 20 connected to one side of the rotary joint 7 (e.g., the lower side in Figure 3) is not transmitted to the cable 20 connected to the other side of the rotary joint 7 (e.g., the upper side in Figure 3). With this configuration, even when the aircraft rotates around the yaw axis, the cable 20 does not twist, and is therefore not affected by reaction forces in the torsional direction, making it easier to control the aircraft. The position of the rotary joint 7 is not particularly limited and can be provided at any position, but it is preferably provided on the main section 50 near the connection section 52.

また、図3に示すように、ケーブル20に重り8を設けてもよい。重り8を設けることで、機体及びケーブル20が、気流の影響を受けにくくなり、安定性が向上する。また、重り8を設けた場合でも、ケーブル20によって機体を支持しているため、機体を制御する際のバッテリの消費量にはほとんど影響がない。重り8の位置は、回転ジョイント7の上側でも下側でもよく、回転ジョイント7と一体であってもよい。なお、重り8の位置は特に限定されず、ケーブル20の主部20a、各枝部20b、接続部20c、あるいは機体の何れかの位置に、1つ、もしくは複数の位置にそれぞれ設けてもよい。 As shown in Figure 3, a weight 8 may also be attached to the cable 20. By providing the weight 8, the aircraft and cable 20 are less susceptible to air currents, improving stability. Furthermore, even if a weight 8 is provided, the aircraft is supported by the cable 20, so there is almost no effect on battery consumption when controlling the aircraft. The weight 8 may be located above or below the rotary joint 7, or may be integrated with the rotary joint 7. The location of the weight 8 is not particularly limited, and it may be located in one or more positions on the main portion 20a of the cable 20, each branch portion 20b, or connection portion 20c, or on the aircraft.

また、図3に示すように、機体には光を発するライト9を設けてもよい。ライト9の位置及び向きは特に限定されないが、カメラ6の撮影方向、撮影範囲を照らすように配置されることが好ましい。図示例では機体の前方を撮影するカメラ6に対応して、機体の前方を照らすようにライト9が設けられている。ライト9は、図示例ではカメラ6の上側に位置しているが、カメラ6の下側、左側、右側の何れの位置にあってもよい。 Also, as shown in Figure 3, the aircraft may be provided with a light 9 that emits light. The position and orientation of the light 9 are not particularly limited, but it is preferable that the light 9 be positioned so that it illuminates the shooting direction and shooting range of the camera 6. In the illustrated example, the light 9 is provided to illuminate the front of the aircraft, corresponding to the camera 6 that shoots images in front of the aircraft. In the illustrated example, the light 9 is located above the camera 6, but it may be located below, on the left, or right side of the camera 6.

ケーブル20は、一端が機体10に接続され、他端が電動ウィンチ30に接続される。ケーブル20は機体10を吊り下げて支持する。ケーブル20は、例えば途中で分岐して機体10の本体部12の上部の4隅に接続されてもよいし、あるいは分岐せずに本体部の中央に接続されてもよい。 One end of the cable 20 is connected to the aircraft 10, and the other end is connected to the electric winch 30. The cable 20 suspends and supports the aircraft 10. The cable 20 may, for example, branch midway and be connected to the four corners at the top of the main body 12 of the aircraft 10, or it may be connected to the center of the main body without branching.

ケーブル20を構成する素材は特に限定されない。ケーブル20は、例えば、繊維、金属または硬質プラスチック等からなり、部分的に素材が異なっていたり、他の棒材、板材等が一部に設けられたりしてもよい。 The material from which cable 20 is made is not particularly limited. Cable 20 may be made of, for example, fiber, metal, or hard plastic, and may be made of different materials in parts, or may have other rods, plates, etc. installed in parts.

ケーブル20は、電力を供給可能な電力ケーブル、信号を送受信可能な通信ケーブル等(図3の符号21参照)を含んでいてもよい。これによれば、電動ウィンチ30側に設けた電源部から機体10に電力を供給したり、機体10への制御信号等のデータを送信したり、逆に機体10から電動ウィンチ30側に設けた情報処理装置に画像データ等の各種データを送信したりすることができる。 The cable 20 may include a power cable capable of supplying power, a communication cable capable of transmitting and receiving signals, etc. (see reference numeral 21 in Figure 3). This allows power to be supplied to the machine 10 from a power supply unit provided on the electric winch 30 side, data such as control signals to the machine 10 to be transmitted, and conversely, various data such as image data to be transmitted from the machine 10 to an information processing device provided on the electric winch 30 side.

電動ウィンチ30は、操縦装置40からの操縦信号を受信する通信部(受信部)31と、通信部31で受信した操縦信号に基づいて、電動ウィンチ30の動作を指示するウィンチ動作信号を生成する制御部(信号生成部)32と共に、ウィンチシステムSを構成する。ウィンチシステムSは、記憶部等の他の構成を備えてもよい。通信部31は、電動ウィンチ30側からの信号を、操縦装置40、機体10、及び他の外部装置等に送信することができるものであってもよいし、信号の送信はせずに受信のみを行う構成であってもよい。制御部32は、図示しない記憶部に予め記憶された情報を参照しつつ、操縦装置40からの操縦信号に基づいてウィンチ動作信号を生成し、電動ウィンチ30を構成するモータを制御する。ウィンチ動作信号は、当該モータの回転方向、回転速度、回転角度等の情報を含む。ウィンチ動作信号でモータを制御することで、ケーブル20の繰り出し、巻き取りを開始したり、停止したり、速度を変更したりすることができる。電動ウィンチ30は、モータと、モータを回転させるための電源部を備える。電源部は、例えば、外部電源でもよいし、充電可能なバッテリ等でもよい。ウィンチシステムSに設けられる電動ウィンチ30、電子部品、バッテリ等は、それらを覆う防水ケース、防水カバー等によって覆われていることが好ましい。 The electric winch 30 constitutes a winch system S together with a communication unit (receiver) 31 that receives control signals from the control device 40 and a control unit (signal generator) 32 that generates winch operation signals that instruct the operation of the electric winch 30 based on the control signals received by the communication unit 31. The winch system S may also include other components, such as a memory unit. The communication unit 31 may be capable of transmitting signals from the electric winch 30 to the control device 40, the aircraft 10, and other external devices, or may be configured to only receive signals without transmitting them. The control unit 32 generates winch operation signals based on the control signals from the control device 40 while referencing information pre-stored in a memory unit (not shown), and controls the motor that constitutes the electric winch 30. The winch operation signals include information such as the motor's rotation direction, rotation speed, and rotation angle. Controlling the motor with the winch operation signal allows the cable 20 to be started, stopped, or its speed to be changed. The electric winch 30 includes a motor and a power supply unit for rotating the motor. The power supply may be, for example, an external power source or a rechargeable battery. The electric winch 30, electronic components, battery, etc. provided in the winch system S are preferably covered by a waterproof case, waterproof cover, etc.

ウィンチシステムSは、電動ウィンチ30を支持する支持部33と、ケーブル20をガイドするガイド部34と、を備える。支持部33は、地面、施設の上面等に載置可能な三脚等のベース部33aと、ベース部33aから延在する支柱部33bと、支柱部33bから延びるアーム部33cと、を備える。支柱部33b、アーム部33cには、ガイド部34としての1以上のガイドローラが設けられている。本例では、支柱部33bとアーム部33cの連結部、及び、アーム部33cの先端部に、ガイドローラが設けられている。ベース部33a、支柱部33b及びアーム部33cは、折り畳むことにより全体としてコンパクトに持ち運ぶことができるようにしてもよい。支柱部33b及びアーム部33cは、それぞれ伸縮したり、回転したり、前後左右上下方向の何れかに傾斜したり、折り曲げたりすることができるようにしてもよい。これにより、ケーブル20及び機体10の平面視での位置を制御することができる。また、支柱部33b及びアーム部33cの動作は、操縦装置40からの操縦信号に基づいて、制御部32によって制御されるようにしてもよいし、手動で伸縮、回転、傾斜、折り曲げ等を行ってもよい。例えば、水平方向に延びるアーム部33cの延在方向にアーム部33cを伸ばすことで、機体10の位置をアーム部33cの延在方向に移動させることができる。その際、機体10の高さが変わらないように、電動ウィンチ30を制御してケーブル20を繰り出すようにしてもよい。 The winch system S includes a support unit 33 that supports the electric winch 30 and a guide unit 34 that guides the cable 20. The support unit 33 includes a base unit 33a, such as a tripod, that can be placed on the ground, the top surface of a facility, etc., a support unit 33b extending from the base unit 33a, and an arm unit 33c extending from the support unit 33b. The support unit 33b and the arm unit 33c are provided with one or more guide rollers as the guide unit 34. In this example, guide rollers are provided at the connection between the support unit 33b and the arm unit 33c and at the tip of the arm unit 33c. The base unit 33a, the support unit 33b, and the arm unit 33c may be folded to make the entire system compact and portable. The support unit 33b and the arm unit 33c may each be able to extend and retract, rotate, tilt in any of the forward/backward, left/right, up/down directions, or bend. This allows the positions of the cable 20 and the aircraft 10 to be controlled in a planar view. The operation of the support section 33b and the arm section 33c may be controlled by the control section 32 based on control signals from the control device 40, or they may be manually extended, rotated, tilted, bent, etc. For example, by extending the arm section 33c in the direction in which the arm section 33c extends horizontally, the position of the aircraft 10 can be moved in the direction in which the arm section 33c extends. In this case, the electric winch 30 may be controlled to pay out the cable 20 so that the height of the aircraft 10 does not change.

支柱部33bには、支持部33の転倒を防止するためのワイヤー、紐等を連結することができる連結部が設けられている。連結部は、例えばリング状、フック状、他の連結構造であってもよい。当該連結部に連結したワイヤーを、アーム部33cと逆側に延在させ、地面や他の重量物に連結することにより、支持部33がアーム部33c及び機体10の重みでアーム部33c側に倒れることを防止することができる。連結部は、支柱部33bの中央部分から上側部分に設けられていることが好ましい。 The support post 33b is provided with a connecting portion to which a wire, string, etc. can be connected to prevent the support post 33 from tipping over. The connecting portion may be, for example, ring-shaped, hook-shaped, or have another connecting structure. By extending the wire connected to the connecting portion on the opposite side from the arm post 33c and connecting it to the ground or another heavy object, it is possible to prevent the support post 33 from tipping over toward the arm post 33c due to the weight of the arm post 33c and the aircraft body 10. The connecting portion is preferably provided in the upper portion from the center of the support post 33b.

ここで、電動ウィンチ30でケーブル20を巻き取る際に、ケーブル20に撓みが生じると、ケーブル20が電動ウィンチ30で絡まり乱巻き状態となるおそれがある。そのため、本例では、図4に示すように、電動ウィンチ30でケーブル20を巻き取る際に、ケーブル20に撓みが生じるのを防止するための撓み抑制装置35が支柱部33bに設けられている。撓み抑制装置35は、電動ウィンチ30の上側に位置し、第1ローラ35aと第2ローラ35bとの間にケーブル20を挟み込むことで、電動ウィンチ30と撓み抑制装置35の間のケーブル20のテンションを維持する。これにより、電動ウィンチ30で巻き取るケーブル20の撓みを抑制し、乱巻きを防ぐことができる。本例では、第1ローラ35aは第1支持部35cに対して回転可能に固定されており、第2ローラ35bは第2支持部35dに対して回転可能に固定されている。第2支持部35dは、第1支持部35cに対して回転軸35eを中心として揺動(回転)可能に保持され、第2支持部35dは、ばね等の付勢部材により、第1支持部35cに向けて付勢されている。第1支持部35cから離れる方向に第2支持部35dを開くことで、ケーブル20を第1ローラ35aと第2ローラ35bの間に挟んだり、取り出したりすることができる。第1ローラ35aと第2ローラ35bの少なくとも一方の外表面には、ゴム、エラストマ等の滑り止め部が設けられていることが好ましい。 Here, if the cable 20 sags when being wound by the electric winch 30, the cable 20 may become tangled and irregularly wound around the electric winch 30. Therefore, in this example, as shown in FIG. 4, a sag suppression device 35 is provided on the support column 33b to prevent the cable 20 from sagging when being wound by the electric winch 30. The sag suppression device 35 is located above the electric winch 30 and sandwiches the cable 20 between the first roller 35a and the second roller 35b, thereby maintaining tension in the cable 20 between the electric winch 30 and the sag suppression device 35. This suppresses sagging of the cable 20 being wound by the electric winch 30 and prevents irregular winding. In this example, the first roller 35a is rotatably fixed to the first support portion 35c, and the second roller 35b is rotatably fixed to the second support portion 35d. The second support portion 35d is held so as to be able to swing (rotate) around the rotation axis 35e relative to the first support portion 35c, and is biased toward the first support portion 35c by a biasing member such as a spring. By opening the second support portion 35d in a direction away from the first support portion 35c, the cable 20 can be sandwiched between the first roller 35a and the second roller 35b or removed. It is preferable that the outer surface of at least one of the first roller 35a and the second roller 35b be provided with an anti-slip portion made of rubber, elastomer, or the like.

電動ウィンチ30の巻き取り、繰り出しにより、ケーブル20の長さを調整することができる。ケーブル20の長さ(繰り出し量)に応じて、機体10が上下動して、例えば、カメラの撮影高さを変更することができる。なお、電動ウィンチ30の設置位置は特に限定されず、飛行環境の内部であっても外部であってもよい。また、例えば機体10の上方にガイドローラを設置してケーブル20を支持することで、電動ウィンチ30は、機体の下方に配置することも可能である。例えば、電動ウィンチ30の位置は、点検対象施設の外部もしくは内部の地面であってもよい。 The length of the cable 20 can be adjusted by winding and unwinding the electric winch 30. Depending on the length (unwinding amount) of the cable 20, the aircraft 10 moves up and down, allowing, for example, the camera's shooting height to be changed. The installation location of the electric winch 30 is not particularly limited and may be inside or outside the flight environment. Also, by installing guide rollers above the aircraft 10 to support the cable 20, for example, the electric winch 30 can be placed below the aircraft. For example, the electric winch 30 may be located on the ground outside or inside the facility to be inspected.

電動ウィンチ30は、操縦装置40の入力に基づいて巻き取り、繰り出し等の制御が実行されるが、部分的に、プログラム等に従って自律的に制御されるものであってもよい。 The electric winch 30 performs control of winding, unwinding, etc. based on input from the control device 40, but may also be partially controlled autonomously according to a program, etc.

操縦装置40からの操縦信号は、例えば、機体10に対する上昇指示または下降指示の情報を含む。信号生成部32は、上昇指示に基づいて巻き取り指示の情報を含むウィンチ動作信号を生成し、下降指示に基づいて繰り出し指示の情報を含むウィンチ動作信号を生成する。これにより、例えば操縦者が操縦装置40に設けられた操作スティックを一方に倒す、または、タッチパネルに表示された操作アイコンを一方にスライド操作するなどして、機体10の上昇を指示する操作を行うだけで、自動的に電動ウィンチ30がケーブル20を巻き取り、機体10を上昇させることができる。同様に、操縦者が操縦装置40を手動操作して機体10の下降を指示する操作を行うだけで、自動的に電動ウィンチ30がケーブル20を繰り出し、機体10を下降させることができる。 The control signal from the control device 40 includes, for example, information instructing the aircraft 10 to ascend or descend. The signal generation unit 32 generates a winch operation signal including information instructing it to reel in based on an ascending instruction, and generates a winch operation signal including information instructing it to pay out based on a descending instruction. As a result, the electric winch 30 can automatically reel in the cable 20 and raise the aircraft 10 simply by the operator instructing the aircraft 10 to ascend by, for example, tilting the control stick provided on the control device 40 to one side or sliding an operation icon displayed on the touch panel to one side. Similarly, the electric winch 30 can automatically pay out the cable 20 and lower the aircraft 10 simply by the operator manually operating the control device 40 to instruct the aircraft 10 to descend.

操縦装置40は、機体10の推力発生部11等を制御するための操縦信号を送信するものであり、例えば、通常の無人飛行体を操縦するための送受信機(プロポ)、スマートフォン、タブレット端末等の情報処理装置とすることができるが、これに限られない。 The control device 40 transmits control signals to control the thrust generating unit 11 of the aircraft 10, and can be, for example, a transmitter/receiver (radio transmitter) for controlling a conventional unmanned aerial vehicle, or an information processing device such as a smartphone or tablet terminal, but is not limited to these.

操縦装置40は、機体10の推力発生部11及び電動ウィンチ30の動作を制御することができる。操縦装置40は、機体10に設けられた通信部、及び、電動ウィンチ30に接続される受信部31に対して操縦信号(制御指示情報)を送信することができる。操縦信号は、機体10の上昇、下降、停止、前後左右斜めの水平移動、左右の旋回等を指示する情報を含む。つまり、操縦信号は、機体10の向き制御する情報、機体10の平行位置(水平方向の位置)を制御する情報を含むことができる。 The control device 40 can control the operation of the thrust generating unit 11 and the electric winch 30 of the aircraft 10. The control device 40 can transmit control signals (control instruction information) to the communication unit provided on the aircraft 10 and the receiving unit 31 connected to the electric winch 30. The control signals include information that instructs the aircraft 10 to ascend, descend, stop, move horizontally forward, backward, left, right, and diagonally, and turn left and right, etc. In other words, the control signals can include information to control the orientation of the aircraft 10 and information to control the parallel position (horizontal position) of the aircraft 10.

操縦装置40は、機体10に設けたカメラ、センサ等を制御するための信号も送信可能であり、例えば撮影の開始、停止、ズーム操作、カメラの向きの変更、機体10に設けた各種センサの制御やライトの点灯、消灯等の制御指示信号も送信可能である。 The control device 40 can also transmit signals to control the cameras, sensors, etc. installed on the aircraft 10, such as control instruction signals to start and stop recording, operate the zoom, change the camera orientation, control various sensors installed on the aircraft 10, and turn lights on and off.

操縦装置40は、使用者(オペレータ)による手動操作を受け付ける入力部を有する。入力部は、例えば、左右一対の棒状の操作スティックや、回転ダイヤル、押しボタン、タッチパネルの画面に表示される各種アイコン、あるいは、音声入力のためのマイク等とすることができるが、使用者からの入力を受け付けるものであれば特に限定されない。操縦装置40は、移動経路情報やセンシングによる自律的な飛行プログラム(例えば、GCS(Ground Control Station))に基づいて、操縦信号を送信することができるものであってもよい。 The control device 40 has an input unit that accepts manual operation by the user (operator). The input unit can be, for example, a pair of rod-shaped control sticks (left and right), a rotary dial, a push button, various icons displayed on a touch panel screen, or a microphone for voice input, but is not particularly limited as long as it accepts input from the user. The control device 40 may also be capable of transmitting control signals based on travel route information or an autonomous flight program using sensing (e.g., a GCS (Ground Control Station)).

本実施形態のシステムにあっては、1台の操縦装置40で、機体10の制御と、電動ウィンチ30の制御を同時に実行可能である。これにより、ケーブル20で吊り下げた機体10の位置や姿勢を制御するための操作が容易となる。また、機体10をケーブル20で吊り下げて作業を行うことで、機体10が墜落することや施設内で回収不能となることを防止することができる。また、ケーブル20で吊り下げることで、機体10の推力発生部11が自重以上の上向きの推力を発生させる必要がなく、バッテリの消耗を低減させて長時間の使用が可能となる。また、機体10を空中停止(ホバリング)させる際の操縦の必要がなく、操縦が容易となる。 In the system of this embodiment, a single control device 40 can simultaneously control the aircraft 10 and the electric winch 30. This simplifies operations to control the position and attitude of the aircraft 10 suspended by the cable 20. Furthermore, by performing work with the aircraft 10 suspended by the cable 20, it is possible to prevent the aircraft 10 from falling or becoming unable to be recovered within the facility. Furthermore, by suspending the aircraft 10 by the cable 20, the thrust generating unit 11 of the aircraft 10 does not need to generate upward thrust greater than its own weight, reducing battery consumption and enabling extended use. Furthermore, there is no need to control the aircraft 10 when hovering in the air, making it easier to control.

以上、本実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。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も含まれる。 The present embodiment has been described above, but the above embodiment is intended to facilitate understanding of the present invention and is not intended to limit the present invention. The present invention may be modified or improved without departing from its spirit, and equivalents thereof are also included within the present invention.

上記実施形態では、機体が繋留体により吊り下げられている状態において、推力発生部が機体に生じる重力Gよりも小さい力(推力DF2)を上方に生じさせてケーブル20に掛かる負担を軽減する構成としていたが(図3参照)、これに限られず、推力発生部が機体に対して下方に力を生じさせる構成としてもよい。なお、推力発生部は、一時的に機体に生じる重力Gよりも大きい力(推力DF2)を上方に生じさせてもよい。 In the above embodiment, when the aircraft is suspended by the tether, the thrust generating unit generates an upward force (thrust force DF2) that is smaller than the force of gravity G acting on the aircraft, thereby reducing the strain on the cable 20 (see Figure 3). However, this is not limited to this, and the thrust generating unit may also be configured to generate a downward force on the aircraft. Note that the thrust generating unit may also temporarily generate an upward force (thrust force DF2) that is greater than the force of gravity G acting on the aircraft.

なお、上記実施形態においては、自律的な制御を機体のフライトコントローラにより実行するものとして説明したが、本技術はかかる例に限定されない。すなわち、かかる自律飛行制御方法は、機体においてエッジで処理される例に限られず、他の自律制御装置により遠隔で上述した補正処理がなされ、その処理結果を飛行体に送信し、かかる結果をもとに駆動部を制御するようなものであってもよい。つまり、かかる自律飛行制御方法を実行するハードウェアの主体は特に限定されず、上述した機能部は複数のハードウェアにより実行されるものであってもよい。これは、電動ウィンチ30の制御部32も同様である。 In the above embodiment, autonomous control is described as being performed by the aircraft's flight controller, but the present technology is not limited to this example. In other words, this autonomous flight control method is not limited to edge processing on the aircraft, but may instead involve another autonomous control device remotely performing the above-mentioned correction processing, transmitting the processing results to the aircraft, and controlling the drive unit based on these results. In other words, the main hardware that executes this autonomous flight control method is not particularly limited, and the above-mentioned functional units may be executed by multiple pieces of hardware. The same applies to the control unit 32 of the electric winch 30.

また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。 Furthermore, the effects described in this specification are merely descriptive or exemplary and are not limiting. In other words, the technology disclosed herein may achieve other effects in addition to or in place of the above-mentioned effects that would be apparent to those skilled in the art from the description herein.

なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
(項目1)
推力発生部を備える機体を吊り下げるケーブルに接続される電動ウィンチと、
操縦装置からの操縦信号を受信する受信部と、
前記受信部で受信した前記操縦信号に基づいて、前記電動ウィンチの動作を指示するウィンチ動作信号を生成する信号生成部と、を備え、
前記操縦信号は、前記機体に対する上昇指示または下降指示の情報を含み、
前記信号生成部は、前記上昇指示に基づいて巻き取り指示の情報を含む前記ウィンチ動作信号を生成し、前記下降指示に基づいて繰り出し指示の情報を含む前記ウィンチ動作信号を生成する、ことを特徴とするウィンチシステム。
(項目2)
前記電動ウィンチを支持する支持部と、
前記ケーブルをガイドするガイド部と、を備える、請求項1に記載のウィンチシステム。
(項目3)
前記操縦信号は、機体の向き制御する情報を含む、請求項1または2に記載のウィンチシステム。
(項目4)
前記操縦信号は、機体の平行位置を制御する情報を含む、請求項1または2に記載のウィンチシステム。
The following configurations also fall within the technical scope of the present disclosure.
(Item 1)
an electric winch connected to a cable that suspends the airframe having the thrust generating unit;
a receiving unit that receives a control signal from a control device;
a signal generating unit that generates a winch operation signal that instructs operation of the electric winch based on the operation signal received by the receiving unit,
the control signal includes information on an ascending instruction or a descending instruction for the aircraft,
The winch system is characterized in that the signal generating unit generates the winch operation signal including winding instruction information based on the ascending instruction, and generates the winch operation signal including payout instruction information based on the descending instruction.
(Item 2)
a support portion that supports the electric winch;
The winch system according to claim 1 , further comprising: a guide portion that guides the cable.
(Item 3)
The winch system according to claim 1 or 2, wherein the control signal includes information for controlling the orientation of the aircraft.
(Item 4)
The winch system according to claim 1 or 2, wherein the control signal includes information for controlling the parallel position of the aircraft body.

1 ウィンチシステム
10 機体
20 ケーブル
30 電動ウィンチ
31 受信部
32 信号生成部
40 操縦装置
REFERENCE SIGNS LIST 1 Winch system 10 Airframe 20 Cable 30 Electric winch 31 Receiving unit 32 Signal generating unit 40 Control device

Claims (7)

推力発生部を備える機体を吊り下げて該機体を支持するケーブルに接続される電動ウィンチと、
操縦装置から前記機体の通信部に対して前記ケーブルを介さずに送信される操縦信号を受信する受信部と、
前記受信部で受信した前記操縦信号に基づいて、前記電動ウィンチの動作を指示するウィンチ動作信号を生成する信号生成部と、を備え、
前記操縦信号は、前記機体に対する上昇指示または下降指示の情報を含み、
前記信号生成部は、前記上昇指示に基づいて巻き取り指示の情報を含む前記ウィンチ動作信号を生成し、前記下降指示に基づいて繰り出し指示の情報を含む前記ウィンチ動作信号を生成し、
前記推力発生部は、前記機体に生じる重力よりも小さい上向きの推力、または、下向きの推力を発生させ
前記機体と前記電動ウィンチの間に位置する撓み抑制装置が設けられており、
前記撓み抑制装置は、前記電動ウィンチで前記ケーブルを巻き取る際に前記電動ウィンチと前記撓み抑制装置の間のケーブルのテンションを維持することで該ケーブルに撓みが生じるのを防止する、ことを特徴とするウィンチシステム。
an electric winch connected to a cable that suspends and supports a vehicle body including a thrust generating unit;
a receiving unit that receives a control signal transmitted from a control device to a communication unit of the aircraft without passing through the cable;
a signal generating unit that generates a winch operation signal that instructs operation of the electric winch based on the operation signal received by the receiving unit,
the control signal includes information on an ascending instruction or a descending instruction for the aircraft,
the signal generating unit generates the winch operation signal including information on a winding instruction based on the raising instruction, and generates the winch operation signal including information on a payout instruction based on the lowering instruction,
the thrust generating unit generates an upward thrust or a downward thrust that is smaller than the gravity acting on the airframe ,
a deflection restraint device is provided that is located between the aircraft body and the electric winch;
A winch system characterized in that the deflection suppression device prevents deflection of the cable by maintaining tension in the cable between the electric winch and the deflection suppression device when the cable is wound by the electric winch .
前記電動ウィンチを支持する支持部と、
前記ケーブルをガイドするガイド部と、を備える、請求項1に記載のウィンチシステム。
a support portion that supports the electric winch;
The winch system according to claim 1 , further comprising: a guide portion that guides the cable.
前記操縦信号は、機体の向き制御する情報を含む、請求項1または2に記載のウィンチシステム。 A winch system as described in claim 1 or 2, wherein the control signal includes information for controlling the orientation of the aircraft. 前記操縦信号は、機体の平行位置を制御する情報を含む、請求項1または2に記載のウィンチシステム。 A winch system as described in claim 1 or 2, wherein the control signal includes information for controlling the parallel position of the aircraft. 前記ケーブルは、給電ケーブルではない、請求項1に記載のウィンチシステム。 The winch system of claim 1, wherein the cable is not a power cable. 前記推力発生部は、前記機体に生じる重力よりも小さい上向きの推力を発生させる、請求項1に記載のウィンチシステム。 The winch system described in claim 1, wherein the thrust generating unit generates an upward thrust that is smaller than the gravity acting on the aircraft. 前記撓み抑制装置は、前記電動ウィンチと前記撓み抑制装置の間のケーブルを挟み込む一対のローラを備え、
前記一対のローラの少なくとも一方の外表面には、滑り止め部が設けられている、請求項1に記載のウィンチシステム。
the deflection suppression device includes a pair of rollers that sandwich the cable between the electric winch and the deflection suppression device,
The winch system according to claim 1 , wherein an outer surface of at least one of the pair of rollers is provided with an anti-slip portion .
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