特開 2022-108420 風力発電設備の点検方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022108420

(43)【公開日】2022-07-26

(54)【発明の名称】風力発電設備の点検方法

(51)【国際特許分類】

   F03D 80/50 20160101AFI20220719BHJP

   F03D 1/06 20060101ALI20220719BHJP

   F03D 13/25 20160101ALI20220719BHJP

   F03D 17/00 20160101ALI20220719BHJP

   B64C 39/02 20060101ALI20220719BHJP

   B64C 27/08 20060101ALI20220719BHJP

   B64D 47/08 20060101ALI20220719BHJP

   B64C 13/18 20060101ALI20220719BHJP

   B64D 45/00 20060101ALI20220719BHJP

   G05D 1/10 20060101ALI20220719BHJP

【ＦＩ】

F03D80/50

F03D1/06 A

F03D13/25

F03D17/00

B64C39/02

B64C27/08

B64D47/08

B64C13/18 Z

B64D45/00 A

G05D1/10

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021003396

(22)【出願日】2021-01-13

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り 令和２年１０月２０日 関西電力株式会社のホームページにて公開（ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｋｅｐｃｏ．ｃｏ．ｊｐ／ｃｏｒｐｏｒａｔｅ／ｐｒ／２０２０／１０２０＿１ｊ．ｈｔｍｌ） 令和２年１１月４日 秋田県庁にて公開

(71)【出願人】

【識別番号】000156938

【氏名又は名称】関西電力株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】角田 恵

(72)【発明者】

【氏名】嶋田 隆一

(72)【発明者】

【氏名】村上 岳彦

【テーマコード（参考）】

3H178

5H301

【Ｆターム（参考）】

3H178AA03

3H178AA22

3H178AA24

3H178AA26

3H178AA43

3H178BB56

3H178BB73

3H178BB79

3H178CC02

3H178CC25

3H178DD04Z

3H178DD06Z

3H178DD12Z

3H178DD31Z

3H178DD41Z

3H178DD51X

3H178DD52X

3H178DD54Z

3H178DD61Z

3H178EE02

3H178EE03

3H178EE10

3H178EE13

3H178EE15

3H178EE23

3H178EE24

3H178EE26

3H178EE32

5H301AA06

5H301AA10

5H301BB10

5H301CC04

5H301CC07

5H301CC10

5H301GG07

5H301GG08

5H301GG09

5H301GG17

(57)【要約】

【課題】洋上など遠距離にある風力発電設備を、自律飛行する無人航空機によって点検する。
【解決手段】風力発電設備の点検方法は、無人航空機１０が風車４０の上空まで自律飛行するステップと、無人航空機１０が風車４０の上空においてナセル４３の現時点の方位を判定するステップと、判定したナセル４３の現時点の方位に基づいて、無人航空機１０がハブ４２に正対する位置に移動するステップと、無人航空機１０がハブ４２に正対する位置において第１ブレード４１Ａの現時点の回転角度を判定するステップと、判定した第１ブレード４１Ａの現時点の回転角度に基づいて、無人航空機１０が第１ブレード４１Ａの点検開始位置に移動するステップと、無人航空機１０が点検開始位置から第１ブレード４１Ａの長手方向に沿って移動しながら、搭載されたカメラによって第１ブレード４１Ａの点検用画像を撮影するステップとを備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

風力発電設備の点検方法であって、
無人航空機が、前記風力発電設備の風車の上空まで自律飛行するステップと、
前記無人航空機に設けられたコントローラが、前記風車の上空において前記風車のナセルの現時点の方位を判定するステップと、
前記判定した前記ナセルの現時点の方位に基づいて、前記コントローラが前記風車のハブに正対する位置に自機を移動させるステップと、
前記コントローラが、前記ハブに正対する位置において前記風車の第１ブレードの現時点の回転角度を判定するステップと、
前記判定した前記第１ブレードの現時点の回転角度に基づいて、前記コントローラが前記第１ブレードの点検開始位置に自機を移動させるステップと、
前記コントローラが、前記点検開始位置から前記第１ブレードの長手方向に沿って自機を移動させながら、前記無人航空機に搭載されたカメラによって前記第１ブレードの点検用画像を撮影するステップと、
前記第１ブレードの前記点検用画像に基づいて、前記第１ブレードの損傷箇所を自動判定するステップとを備える、風力発電設備の点検方法。

【請求項2】

前記風車のブレードは回転可能であり、
前記点検用画像を撮影するステップにおいて、前記コントローラは、前記無人航空機に搭載された距離センサからの情報に基づいて、前記第１ブレードの回転に応じて自機と前記第１ブレードとの間の距離を一定に保ちながら、前記第１ブレードの長手方向に沿って自機を移動させる、請求項１に記載の風力発電設備の点検方法。

【請求項3】

前記ナセルの現時点の方位を判定するステップにおいて、前記コントローラは、前記無人航空機に搭載された地磁気センサからの情報と、前記風車の上空からの前記カメラの撮影画像とに基づいて、前記ナセルの現時点の方位を判定する、請求項１または２に記載の風力発電設備の点検方法。

【請求項4】

前記第１ブレードの現時点の回転角度を判定するステップにおいて、前記コントローラは、前記ハブに正対する位置からの前記カメラの撮影画像に基づいて、前記第１ブレードの現時点の回転角度を判定する、請求項１～３のいずれか１項に記載の風力発電設備の点検方法。

【請求項5】

前記ハブに正対する位置は、前記風車のブレードの回転軸と同一高さかつ前記ナセルの回転軸の軸線から等距離の第１仮想円周線上にある、請求項１～４のいずれか１項に記載の風力発電設備の点検方法。

【請求項6】

前記点検開始位置は、前記風車のブレードの回転面から前記ハブの側に一定距離かつ前記ブレードの回転軸の軸線から等距離の第２仮想円周線上にある、請求項１～５のいずれか１項に記載の風力発電設備の点検方法。

【請求項7】

前記風車は、洋上に設けられている、請求項１～６のいずれか１項に記載の風力発電設備の点検方法。

【請求項8】

無人航空機であって、
前記無人航空機を推進および空中停止させる推進機構と、
カメラと、
前記推進機構および前記カメラを制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、
点検対象の風車の上空まで自機を自律飛行させ、
前記風車の上空において前記風車のナセルの現時点の方位を判定し、
前記判定した前記ナセルの現時点の方位に基づいて、前記風車のハブに正対する位置に自機を移動させ、
前記風車のハブに正対する位置において前記風車の第１ブレードの現時点の回転角度を判定し、
前記判定した前記第１ブレードの現時点の回転角度に基づいて、前記第１ブレードの点検開始位置に自機を移動させ、
前記点検開始位置から前記第１ブレードの長手方向に沿って自機を移動させながら、前記カメラによって前記第１ブレードの点検用画像を撮影するように構成される、無人航空機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、風力発電設備の点検方法および無人航空機に関する。

【背景技術】

【0002】

洋上風力発電の導入拡大およびコスト低減は、世界的に急速に進んでいる。特に、陸上風力発電の導入可能な適地が限定的である日本において、洋上風力発電の導入拡大は不可欠である。

【0003】

洋上風力発電設備のライフサイクルコストにおいて、建設後の運用費および維持管理費の構成比率は無視できない。近年、タービンおよび構造物などの建設に関係するコストの低減に伴い、運用・維持管理費の割合は、建設に関係するコストの割合に匹敵しつつある。したがって、定期点検および緊急発電停止後の臨時点検などに要する時間およびコストを低減することは、風力発電設備の稼働率を高め、発電コストを低減するために極めて重要である。

【0004】

従来、風力発電設備における風車のブレードを点検する際には、ハブから垂下させたロープを利用して作業員がブレードに沿って移動しながら、目視等で損傷の有無を確認していた。このため、点検作業に多くの時間を要していた。

【0005】

そこで、作業員の負担を減らし、点検時間およびコストを低減するために、ドローンなどの無人航空機（ＵＡＶ：Unmanned Aerial Vehicle）を利用して、風力発電設備を点検する方法が種々提案されている（たとえば、特開２０１９－７３９９９号公報（特許文献１）を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１９－７３９９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

洋上風力発電設備において洋上の風車が落雷等を受けたために設備が緊急停止した場合、運転再開のためには臨時で設備の外観点検を行う必要がある。従来、外観点検のために船舶で洋上の設備まで向かう必要があり、この移動にも時間を要していた。さらに、波浪の程度によっては、洋上の設備に船舶で近付けない場合もあった。

【0008】

船舶による移動に代えて、陸上の拠点施設と洋上の風力発電設備との間でＵＡＶを往復させて、ＵＡＶによって風車を点検することは、原理的には可能であるが、実際上は多くの課題を有している。課題の１つは、風力発電設備をＵＡＶの自律飛行によって点検する具体的手順が明らかでないという点である。自律飛行ではなく、陸上の拠点施設から洋上のＵＡＶをリアルタイムで遠隔制御しようとすると、通信遅延により制御にタイムラグが生じる。このため、制御指令がＵＡＶに到達した時点でＵＡＶの周囲の状況が変化している場合には、ＵＡＶを意図した通りに遠隔制御できない。

【0009】

同様の課題は、山岳地域などの陸上の僻地に設けられた風力発電設備の点検の場合にも生じ得る。従来技術は、風車の目視が容易な近距離地点からＵＡＶを遠隔制御する場合を想定しており、上記の課題を解決するものではない。

【0010】

したがって、本開示の目的の１つは、洋上など目視が困難なほど遠距離にある風力発電設備を、自律飛行する無人航空機によって点検する方法、およびこの点検方法に利用する無人航空機の構成を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本開示の一局面における風力発電設備の点検方法は、無人航空機が、風力発電設備の風車の上空まで自律飛行するステップと、無人航空機に設けられたコントローラが、風車の上空において風車のナセルの現時点の方位を判定するステップと、判定したナセルの現時点の方位に基づいて、コントローラが風車のハブに正対する位置に自機を移動させるステップと、コントローラが、ハブに正対する位置において風車の第１ブレードの現時点の回転角度を判定するステップと、判定した第１ブレードの現時点の回転角度に基づいて、コントローラが第１ブレードの点検開始位置に自機を移動させるステップと、コントローラが、点検開始位置から第１ブレードの長手方向に沿って自機を移動させながら、無人航空機に搭載されたカメラによって第１ブレードの点検用画像を撮影するステップと、第１ブレードの点検用画像に基づいて、第１ブレードの損傷箇所を自動判定するステップとを備える。

【0012】

本開示の他の局面における無人航空機は、無人航空機を推進および空中停止させる推進機構と、カメラと、推進機構およびカメラを制御するコントローラとを備える。コントローラは、点検対象の風車の上空まで自機を自律飛行させ、風車の上空において風車のナセルの現時点の方位を判定し、判定したナセルの現時点の方位に基づいて、風車のハブに正対する位置に自機を移動させ、風車のハブに正対する位置において風車の第１ブレードの現時点の回転角度を判定し、判定した第１ブレードの現時点の回転角度に基づいて、第１ブレードの点検開始位置に自機を移動させ、点検開始位置から第１ブレードの長手方向に沿って自機を移動させながら、カメラによって第１ブレードの点検用画像を撮影するように構成される。

【発明の効果】

【0013】

上記の一局面および他の局面によれば、洋上など目視が困難なほど遠距離にある風力発電設備を、自律飛行する無人航空機によって点検できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】ドローンの構成例を概念的に示す外観図である。

【図2】図１のドローンの構成を示す機能ブロック図である。

【図3】洋上風力発電設備の風車の構成例を概念的に示す図である。

【図4】拠点施設に設けられた端末装置の構成例を示す機能ブロック図である。

【図5】洋上に設けられた風車の点検手順を示すフローチャートである。

【図6】図５のステップＳ１３０において、ドローンの移動位置を説明するための図である。

【図7】図５のステップＳ１４０において、ブレードの現時点の回転角度の判定方法について説明するための図である。

【図8】図５のステップＳ１５０において、ブレードの点検開始位置の判定方法を説明するための図である。

【図9】図５のステップＳ１６０～Ｓ１８０において、ブレードを点検する経路を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、実施形態について図面を参照して詳しく説明する。以下では、ＵＡＶを利用して洋上の風車を点検する場合を例に挙げて説明するが、山岳地域などの陸上の僻地に設けられた風車を点検する場合も同様である。また、ＵＡＶとしてドローンを例に挙げて説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰り返さない場合がある。

【0016】

［ドローンの構成例］
図１は、ドローンの構成例を概念的に示す外観図である。図１（Ａ）は、ドローン１０を正面から見た外観図を示し、図１（Ｂ）は、ドローン１０を右側面から見た外観図を示す。

【0017】

図２は、図１のドローンの構成を示す機能ブロック図である。図２では、図１の本体部１１の内部構成の一例がさらに詳細に示されている。

【0018】

図１および図２を参照して、ドローン１０は、本体部１１の上部に腕部１２を介して接続されたプロペラモータ１３およびプロペラ１４と、本体部１１の下部に取り付けられた脚部２２とを備える。腕部１２の内部には、プロペラモータ１３を駆動するためのモータ駆動回路１５が設けられている。さらに、ドローン１０は、本体部１１の下部に取り付けられたエンジン１６および発電機１７と、ジンバル１９，２１をそれぞれ介して本体部１１の下部に搭載されたカメラ１８，２０と、本体部１１の上部に取り付けられたＬｉＤＡＲ（Laser Imaging Detection and Ranging）センサ２４とを備える。

【0019】

図１の例では、プロペラモータ１３およびプロペラ１４は４セット設けられているが、これに限定されない。各プロペラモータ１３の回転速度を制御することにより、ドローン１０の垂直方向の上昇および下降、任意の斜め方向の上昇および下降、空中停止、前進、後退、右移動、左移動、右回転、左回転などが可能である。すなわち、プロペラモータ１３およびプロペラ１４によって、ドローン１０を推進および空中停止させる推進機構２３が構成される。

【0020】

発電機１７は、エンジン１６によって駆動されることにより、ドローン１０の動作に必要な電力を生成する。これにより、長時間および低気温でのドローン１０の飛行が可能になる。

【0021】

カメラ１８は、ドローン１０の前方を撮影するための前方用カメラ１８であり、カメラ２０は、ドローン１０の直下を撮影するための直下用カメラ２０である。前方用カメラ１８は、点検用画像を撮影するための高解像度のカメラ１８Ａと、ＦＰＶ（First Person View：一人称視点）用の動画像を撮影するための低解像度のカメラ１８Ｂとを含む。同様に、直下用カメラ２０は、点検用画像を撮影するための高解像度のカメラ２０Ａと、ＦＰＶ用画像を撮影するための低解像度のカメラ２０Ｂとを含む。低解像度のカメラ１８Ｂ，２０Ｂによって撮影された動画像は、拠点施設の端末装置７０に送信される。これにより、拠点施設の点検員は、カメラ１８Ｂ，２０Ｂで撮影された映像をリアルタイムで見ることができる。なお、カメラ１８，２０の撮影方向は、それぞれジンバル１９，２１を構成するアクチュエータによって調整できる。ジンバル１９，２１を構成するアクチュエータは拠点施設の端末装置７０からの信号でも調整できる。

【0022】

ジンバル１９，２１は、それぞれカメラ１８，２０の向きを３次元で調整できる電動アクチュエータである。ジンバル１９，２１は、加速度センサおよび角速度センサの検出値に基づいて、ドローン１０の姿勢が変化してもカメラ１８，２０の撮像方向それぞれ一定に保つことができる。

【0023】

ＬｉＤＡＲセンサ２４は、パルス状のレーザー光を走査させることにより、対象物からの反射光に基づいて、対象物までの距離および角度を検出する。ＬｉＤＡＲセンサ２４に代えて他の距離センサを用いても構わない。

【0024】

図２に示すように、本体部１１は、コントローラ３０、記憶装置３１、慣性計測ユニット３２、送受信機３３、ＧＰＳ（Global Positioning System）受信機３４、電源回路３５、蓄電池３６などを内蔵する。

【0025】

コントローラ３０は、モータ駆動回路１５、カメラ１８、ＬｉＤＡＲセンサ２４などの動作を制御する。コントローラ３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、および不揮発性メモリを含むマイクロコンピュータによって構成されてもよいし、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）によって構成されてもよいし、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などの専用回路によって構成されてもよい。また、コントローラ３０は、これらのうちの少なくとも２つの組み合わせによって構成されてもよい。

【0026】

記憶装置３１は、一例として、ＳＤメモリカードなどの着脱可能な不揮発性の記録媒体３８と、記録媒体３８へのデータの書き込みおよび記録媒体３８からのデータの読み出しを行うためのリーダライタ３７とを含む。リーダライタ３７は、コントローラ３０の指令に従って、カメラ１８によって撮影された点検用の静止画像、コントローラ３０の制御内容、およびフライト情報などを記録媒体３８に格納する。

【0027】

慣性計測ユニット３２は、加速度センサ、角速度センサ（ジャイロセンサ）、地磁気センサ、気圧センサ、温度センサなどを１つのパッケージに統合したセンサユニットである。コントローラ３０は、慣性計測ユニット３２の各種センサの検出値に基づいて、ドローン１０の自律飛行および姿勢制御を行う。

【0028】

送受信機３３は、点検対象の風車に設けられた送受信機および陸上拠点施設の端末装置の送受信機に対して信号、データなどの情報の送受信を行う。たとえば、送受信機３３は、風車の稼働状態の情報、拠点施設の端末装置からの指令などを受信する。また、送受信機３３は、コントローラ３０の指令に従って、低解像度のカメラ１８Ｂ，２０Ｂによって撮影された監視用の動画像を拠点施設に向けて送信する。

【0029】

ＧＰＳ受信機３４は、ＧＰＳ衛星からの信号を受信する。コントローラ３０は、ＧＰＳ受信機３４の受信信号に基づいて、ドローン１０の現在位置を検知する。

【0030】

電源回路３５は、発電機１７によって生成された電力に基づいて、ドローン１０の各部を駆動するための電源電圧を生成する。

【0031】

蓄電池３６は、ドローン１０の補助電源として用いられる。たとえば、蓄電池３６は、エンジン１６および発電機１７の停止中に、コントローラ３０、記憶装置３１、送受信機３３などを駆動するための電源を供給する。

【0032】

［風車の構成例］
図３は、洋上風力発電設備の風車の構成例を概念的に示す図である。図３を参照して、風車４０は、タワー４４の上部に搭載されたナセル４３と、ハブ４２と、ハブ４２に取り付けられた３枚のブレード４１とを備える。また、タワー４４の下部は、基底部４５を介在して浮体４６に連結される。これにより、タワー４４を海水面４９の上に浮上させることができる。

【0033】

ブレード４１は、ハブ４２に連結されたロータ軸５０の回転によって、ロータ軸５０の軸方向回りに回転する。また、ブレード４１の長手方向の軸回りの角度（ピッチ角６３）と、タワー４４の長手方向の軸回りに回動可能なナセル４３の角度（ヨー角）とが調整できる。

【0034】

ナセル４３は、増速機５２と、ブレーキ装置５３と、発電機５４と、コントローラ６０と、送受信機６１とを格納する。

【0035】

増速機５２は、ロータ軸５０と動力伝達軸５１との間に設けられ、ロータ軸５０の回転速度を増速し、増速した回転速度で動力伝達軸５１を回転させる。ブレーキ装置５３は、コントローラ６０の指令に従って、動力伝達軸５１の回転を停止させる。発電機５４は、動力伝達軸５１の回転によって交流電力を生成する。発電機５４によって生成された交流電力は、電源ケーブル５５によって変圧器５６に伝送され、変圧器５６によって昇圧される。さらに、変圧器５６によって昇圧された交流電力は、電力ケーブル５７を介して陸上の電力設備に送電される。

【0036】

コントローラ６０は、風車４０の全体の動作を制御する。たとえば、ナセル４３の上部に設けられた図示されていない風向および風速計の計測結果に基づいて、ブレード４１のピッチ角およびナセル４３のヨー角を調整する。コントローラ６０のハードウェア構成は、図２に示すドローン１０のコントローラ３０の場合と同様に種々の構成があり得る。

【0037】

コントローラ６０は、さらに、送受信機６１およびアンテナ６２を介して、ドローン１０および陸上の拠点施設との間で情報のやり取りを行う。送受信機６１は、ドローン１０と拠点施設との間の通信を中継するように構成されていてもよい。風車４０と陸上の拠点施設との間の通信には、光ファイバ通信などの有線通信を用いてもよい。

【0038】

［拠点施設の端末装置の構成例］
図４は、拠点施設に設けられた端末装置の構成例を示す機能ブロック図である。端末装置７０は、ドローン１０の移動中および風車４０の点検中における監視、および点検用画像の解析などに用いられる。

【0039】

図４に示すように、端末装置７０は、ＣＰＵ７１、ＲＡＭ７２、および不揮発性メモリ７３を含むコンピュータをベースに構成される。端末装置７０は、さらに、ディスプレイ装置７４と、入力装置７５と、記憶装置７６と、送受信機７８とを含む。これの構成要素は、バス７９を介して相互に接続される。

【0040】

ディスプレイ装置７４として、液晶ディスプレイまたは有機ＥＬ（Electroluminescence）ディスプレイなどを利用できる。たとえば、ディスプレイ装置７４は、風車４０の点検中および陸上拠点施設と洋上の風車４０との間の移動中にカメラ１８Ｂ，２０Ｂによって撮影された動画像を表示する。

【0041】

入力装置７５は、点検員の端末装置７０への入力を受け付けるためのキーボードおよびマウスなどを含む。

【0042】

記憶装置７６は、着脱可能な記録媒体からデータを読み込むためのリーダライタを含むように構成されている。たとえば、記憶装置７６のリーダライタには、ドローン１０のカメラ１８によって撮影された点検用画像などが格納された記録媒体３８を装着することができる。

【0043】

送受信機７８は、アンテナ７７を介して、ドローン１０の送受信機３３および風車４０の送受信機６１と通信する。

【0044】

［洋上の風車の点検手順］
以下、上記で説明したドローン１０、風車４０、および端末装置７０の構成に基づいて、洋上風力発電設備の風車４０の点検手順について説明する。

【0045】

図５は、洋上に設けられた風車の点検手順を示すフローチャートである。まず、図５のステップＳ１００において、陸上の拠点施設に設けられた端末装置７０は、送受信機７８を介して、洋上の風車４０から発電機５４の緊急停止の通知を受ける。

【0046】

緊急停止の時点において、風車４０のコントローラ６０は、ブレード４１の回転面が風を正面から受けるようにナセル４３のヨー角を調整するとともに、風の方向とブレード４１の風受け面とが平行になるようにブレード４１のピッチ角６３を調整する。これによって、ブレード４１は風から揚力を受けなくなるので、風車４０の破損を防止できる。

【0047】

さらに、風車４０のコントローラ６０は、風速が比較的小さい場合には、ブレーキ装置５３によってブレード４１の回転を完全に停止させる。これによって、ブレード４１の点検が容易になる。風速が比較的大きい場合には、風車４０の破損を防止するために、コントローラ６０は、ブレード４１が回転可能な状態にする。この場合も、風から揚力をほとんど受けないようにブレード４１のピッチ角６３が調整されているので、ブレード４１は緩やかに回転する。

【0048】

次のステップＳ１１０において、点検員がドローン１０のエンジン１６および発電機１７をスタートさせ、さらに、たとえばプログラムを実行させることにより、ドローン１０のコントローラ３０に風車４０の緊急点検を開始させる。これにより、ドローン１０は、点検対象の風車４０の上空に向けて飛行を開始する。

【0049】

より詳細には、ドローン１０のコントローラ３０は、ＧＰＳ受信機３４によって受信したＧＰＳ信号に基づく自機の位置情報と、端末装置７０から受信した点検対象の風車４０の位置情報とに基づいて、自機の飛行方向を決定する。コントローラ３０は、モータ駆動回路１５を制御することにより、自機を十分な高さまで離陸させた後、決定した飛行方向に自機を移動させる。コントローラ３０は、ＧＰＳ信号による自機の位置情報に基づいて、点検対象の風車４０の上空に到達するまで自機の移動を続ける。

【0050】

その次のステップＳ１２０において、ドローン１０のコントローラ３０は、モータ駆動回路１５を制御することにより、点検対象の風車４０のナセル４３の上空で自機を空中停止させる。この空中停止状態で、コントローラ３０はナセル４３の現時点の停止方位を判定する。

【0051】

より詳細には、コントローラ３０は、直下用カメラ２０を用いて、風車４０の上空の位置からナセル４３を撮影する。コントローラ３０は、撮影したナセル４３の画像に基づいて、停止しているナセル４３の方向と自機の停止方向（たとえば、正面方向）とのずれ角を検出する。次に、コントローラ３０は、慣性計測ユニット３２の地磁気センサによって地磁気の方向を検出する。地磁気の検出結果に基づいて、コントローラ３０は、自機の停止方向の方位を判定し、さらにこの判定結果から、ナセル４３の現時点の停止方位（すなわち、ハブ４２の正面方向の方角）を判定する。

【0052】

その次のステップＳ１３０において、ドローン１０のコントローラ３０は、判定したナセル４３の現時点の方位の情報に基づいて、ハブ４２の正面の位置に自機を移動させ、自機の正面をハブ４２に正対させる。

【0053】

図６は、図５のステップＳ１３０において、ドローンの移動位置を説明するための図である。

【0054】

図６に示すように、ブレード４１の回転軸と同一高さで、ナセル４３の回転軸８６の軸線から一定距離の仮想円周線８７が想定できる。仮想円周線８７の半径は、ドローン１０がブレード４１と衝突せずに、ブレード４１のほぼ全体が前方用カメラ１８の撮影範囲に入るように設定される。この仮想円周線８７上で、ナセル４３の現時点の停止方位に基づいて決定されるハブ４２に正対する方向が、ドローン１０を移動させるべき目標位置８５である。ドローン１０のコントローラ３０は、ＧＰＳ信号に基づく自機の位置が目標位置８５に一致するように自機を移動させる。そして、コントローラ３０は、自機が目標位置８５に到達すると、地磁気センサによる地磁気の方向に基づいて、自機の正面がハブ４２に正対するように自機を回転させる。

【0055】

再び図５を参照して、次のステップＳ１４０において、ドローン１０のコントローラ３０は、前方用カメラ１８を用いて、ハブ４２に正対する位置からハブ４２およびブレード４１（図７での４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ）を撮影する。コントローラ３０は、撮影したブレード４１の画像に基づいて、ブレード４１の現時点の回転角度を判定する。ブレード４１の回転が停止している場合には、ブレード４１の現時点の回転角度は停止角度である。ブレード４１が緩やかに回転している場合には、コントローラ３０は、複数のブレード４１の画像に基づいて、ブレード４１の現時点の回転角度を判定する。

【0056】

図７は、図５のステップＳ１４０において、ブレードの現時点の回転角度の判定方法について説明するための図である。図７を参照して、コントローラ３０は、まず、撮影した画像において鉛直方向（０°）を決定する。鉛直方向は、ハブ４２に対するタワー４４の方向から決定できる。次に、コントローラ３０は、決定した鉛直方向から第１のブレード４１Ａまでの角度α（すなわち、第１のブレード４１Ａの現時点の回転角度）を決定する。第１のブレード４１Ａの現時点の回転角度αは最大で１２０°である。

【0057】

再び図５を参照して、次のステップＳ１５０において、ドローン１０のコントローラ３０は、第１のブレード４１Ａの現時点の回転角度に基づいてブレードの点検開始位置を判定する。

【0058】

図８は、図５のステップＳ１５０において、ブレードの点検開始位置の判定方法を説明するための図である。図８（Ａ）は、ブレード４１およびナセル４３を上方から見た図を示し、図８（Ｂ）は、ブレード４１（４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ）およびハブ４２を正面から見た図を示す。

【0059】

図８（Ａ）および図８（Ｂ）を参照して、ブレード４１の回転面から一定距離の面内で、ブレード４１の回転軸８８の軸線から等距離の仮想円周線８９が想定できる。ブレード４１の回転面から仮想円周線８９までの距離は、ドローン１０がブレード４１に衝突せずに、ブレード４１の表面の詳細な状態が撮影可能な位置に設定される。仮想円周線８９の半径は、ブレード４１のハブ４２に近接する側の端点が前方用カメラ１８Ａまたは直下用カメラ２０Ａの撮影範囲に入るように設定される。点検開始位置は、仮想円周線８９上で、仮想円周線８９の中心からブレード４１の現時点の回転角度（停止角度）の方向に位置する図８のＡ点である。ブレード４１が緩やかに回転している場合には、現時点の回転角度の方向よりも回転の下流側の位置に、点検開始位置であるＡ点が設定される。Ａ点は、ステップＳ１４０においてハブ４２およびブレード４１を撮影した位置８５から、一定距離および一定角度βだけ移動した点に相当する。なお、本実施形態の場合、図９に示すように最初の撮影開始位置は、ブレード４１Ａの第１の風受け面９２を撮影するために、Ａ点からブレード４１Ａの短手方向に移動したＡ１点である。

【0060】

再び図５を参照して、次のステップＳ１６０において、ドローン１０のコントローラ３０は、モータ駆動回路１５を制御することにより、ステップＳ１５０で判定した点検開始位置に自機を移動させる。そして、コントローラ３０は、前方用カメラ１８Ａまたは直下用カメラ２０Ａによって点検対象のブレード４１Ａを画像の中心に捉えるように、自機の位置および向きを調整する。

【0061】

その次のステップＳ１７０において、ドローン１０のコントローラ３０は、モータ駆動回路１５を制御することにより、点検対象のブレード４１Ａの点検開始位置からブレード４１Ａの長手方向に沿って自機を移動させながら、カメラ１８Ａまたは２０Ａで点検用画像を撮影する。ブレード４１が回転可能な状態であり、実際に緩やかに回転している場合には、コントローラ３０は、ＬｉＤＡＲセンサ２４を利用して自機と点検対象のブレード４１Ａとの間の距離をブレード４１の回転に応じて一定に保ちつつ、ブレード４１Ａの長手方向に沿って自機を移動させながら、カメラ１８で点検用画像を撮影する。これによって、ブレード４１の回転に応じて、点検用画像の撮影を継続できる。

【0062】

その次のステップＳ１８０において、ドローン１０のコントローラ３０は、撮影するブレード４１Ａの面を変更して上記のステップＳ１６０およびＳ１７０を繰り返す。本実施形態では、図９（Ｂ）に示すブレード４１Ａの断面図において、ブレード４１Ａの第１の風受け面９２、第１の風受け面９２と反対の第２の風受け面９３、およびブレード４１Ａの前縁９０の撮影が行われる。さらに、ブレード４１Ａの後縁９１付近の画像を撮影してもよい。

【0063】

次に点検すべきブレードがある場合には（ステップＳ１９０でＹＥＳ）、ドローン１０のコントローラ３０は、当該ブレードに対して上記のステップＳ１６０～Ｓ１８０を繰り返す。

【0064】

図９は、図５のステップＳ１６０～Ｓ１８０において、ブレードを点検する経路を説明するための図である。図９（Ａ）は、ブレード４１（４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ）、ハブ４２、およびタワー４４を正面から見た図を示し、図９（Ｂ）は、ブレード４１Ａの断面図を示す。

【0065】

図９を参照して、最初に、第１のブレード４１Ａの第１の風受け面９２を撮影する。このため、ドローン１０のコントローラ３０は、図８を参照して説明したＡ点から、ブレード４１Ａの短手方向に位置するＡ１点に自機を移動させる（経路ａ１）。その後、コントローラ３０は、ブレード４１Ａの長手方向に沿ってＡ１点からＡ２点まで（経路ａ２）自機を移動させながらカメラ１８Ａまたは２０Ａでブレード４１Ａを撮影する。

【0066】

次に、ブレード４１の第２の風受け面９３を撮影するために、コントローラ３０は、Ａ２点からブレード４１Ａの短手方向に位置するＡ３点に自機を移動させる（経路ａ３）。その後、コントローラ３０は、ブレード４１Ａの長手方向に沿ってＡ３点からＡ４点まで（経路ａ４）自機を移動させながらカメラ１８Ａまたは２０Ａでブレード４１Ａを撮影する。

【0067】

その次に、ブレード４１Ａの前縁９０を撮影するために、コントローラ３０は、Ａ４点からブレード４１Ａの短手方向に位置するＡ点に自機を移動させる（経路ａ５）。なお、ブレード４１が回転可能な状態の場合には、Ａ点は元のＡ点と一致しない場合がある。その後、コントローラ３０は、ブレード４１Ａの長手方向に沿ってＡ点からＡ５点まで（経路ａ６）自機を移動させながらカメラ１８Ａまたは２０Ａでブレード４１Ａを撮影する。コントローラ３０は、撮影終了後にＡ５点からＡ点まで（経路ａ７）自機を移動させる。

【0068】

その次に、第２のブレード４１Ｂを撮影するために、コントローラ３０は、Ａ点に対してブレード４１の回転方向に１２０°離間したＢ点に自機を移動させる。コントローラ３０は、第１のブレード４１Ａの場合と同様の経路で、第２のブレード４１Ｂをカメラ１８Ａまたは２０Ａで撮影する。

【0069】

その次に、第３のブレード４１Ｃを撮影するために、コントローラ３０は、Ｂ点に対してブレード４１の回転方向に１２０°離間したＣ点に自機を移動させる。コントローラ３０は、第１のブレード４１Ａの場合と同様の経路で、第３のブレード４１Ｃをカメラ１８Ａまたは２０Ａで撮影する。

【0070】

再び図５を参照して、点検対象の風車４０の全てのブレード４１の撮影を完了後に（ステップＳ１９０でＮＯ）、ドローン１０のコントローラ３０は、ＧＰＳ信号に基づいて、自機を風車４０から陸上の拠点施設まで移動させて着陸させる（ステップＳ２００）。点検員は、撮影した点検用画像を記録媒体３８から端末装置７０の記憶装置７６に取り込む。なお、この点検用画像の取り込みは、ドローン１０と端末装置７０との間の通信回線を利用して、端末装置７０が自動的に行うようにしてもよい。

【0071】

次のステップ２１０において、端末装置７０のＣＰＵ７１は、プログラムに従って動作することにより、撮影した点検用画像に基づいて点検対象の風車４０のブレード４１の損傷箇所を自動判定する。ブレード４１の損傷箇所の自動判定には、機械学習の手法を用いることができる。以上によって、緊急停止した風車４０の点検が終了する。

【0072】

上記のステップＳ１２０，Ｓ１４０において、カメラ１８，２０による画像情報に代えて、ＬｉＤＡＲセンサ２４からの情報を利用してもよい。

【0073】

［効果］
上記で説明した点検手順に従うことにより、自律飛行するドローン１０を利用して、洋上など目視が困難なほど遠距離にある風力発電設備を点検可能になる。

【0074】

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この出願の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0075】

１０ ドローン（無人航空機）、１１ 本体部、１３ プロペラモータ、１４ プロペラ、１５ モータ駆動回路、１６ エンジン、１７，５４ 発電機、１８ 前方用カメラ、２０ 直下用カメラ、１９，２１ ジンバル、２４ ＬｉＤＡＲセンサ、２３ 推進機構、３０，６０ コントローラ、３２ 慣性計測ユニット、３３，６１，７８ 送受信機、３４ ＧＰＳ受信機、４０ 風車、４１ ブレード、４１Ａ 第１のブレード、４２ ハブ、４３ ナセル、４４ タワー、７０ 端末装置、８５ ハブに正対する位置、８６ ナセルの回転軸、８８ ブレードの回転軸、８７，８９ 仮想円周線、９０ 前縁、９１ 後縁、９２，９３ 風受け面。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】