JP6884941B2 - マルチコプタの飛行中におけるバッテリ交換方法、供給側マルチコプタ、及び被供給側マルチコプタ - Google Patents

Description

本発明は、マルチコプタの飛行中におけるバッテリ交換方法、供給側マルチコプタ、及び被供給側マルチコプタの技術に関する。

近年、空中撮影、土地の測量、物品の運搬等の様々な用途で、マルチコプタ（「ドローン」とも称する）の利用が広がりつつある。しかしながら、マルチコプタの利用については、未だ様々な問題点が残されている。このマルチコプタの抱える様々な問題点のうち大きな問題点の一つは、航続時間が短いことである。

マルチコプタは、飛行中にバランスをとるために、それぞれプロペラを駆動する複数のロータの回転数を電子制御方式により緻密に制御する。この電子制御の電力供給にはバッテリを用いることになるが、バッテリのエネルギー密度は化石燃料よりも劣っている。そのため、一般的には、マルチコプタの航続時間は約３０分程度と短く、長時間の連読航行に耐えうるマルチコプタの登場が望まれている。

特開２０１６−０７４２５７号広報

大塚真生、小澤愛、高橋七奈、朽名佑太、山田学、「空陸水万能な２輪型４ロータヘリコプタと自動バッテリ交換装置」、ロボティクス・メカトロニクス講演会講演概要集 ２０１５、"2A1-F06(1)"-"2A1-F06(4)"、２０１５年５月

特許文献１には、地上から有線給電を行うことにより、マルチコプタの航続時間を延長する方法が提案されている。しかしながら、この方法では、マルチコプタは、地上に配置された給電装置から延びる送電ケーブルに連結された状態で飛行することになる。そのため、マルチコプタの飛行範囲が送電ケーブルの延びる範囲に限定されてしまうことになり、マルチコプタの飛行の自由度が損なわれてしまう。

加えて、高電圧の送電ケーブルが、マルチコプタの飛行に応じて地上を動き回ることになる。そのため、送電ケーブルが地上の障害物により切断されてしまい、これによって、マルチコプタの飛行する周囲の場所に大きな危険を及ぼしてしまう可能性がある。したがって、特許文献１で提案される方法は限られた場所でしか利用することができない。

また、非特許文献１には、バッテリの交換場所を設けて、その交換場所において、マルチコプタのバッテリを交換することで、マルチコプタの活動範囲を拡大する方法が提案されている。しかしながら、バッテリの交換場所を設けるのが困難な災害地、海上等の場所で、この方法を採用することは難しい。加えて、交換場所に移動し、かつ交換場所で一旦停止する分だけ、マルチコプタの航行に無駄が生じてしまう。したがって、従来の方法では、利用場所が限定的であり、かつマルチコプタの航行に大きな無駄が生じてしまうという問題点があった。

本発明は、一側面では、このような実情を鑑みてなされたものであり、その目的は、利用場所を制限されることなく、かつマルチコプタの航行に大きな無駄を生じさせることなく、マルチコプタの航続時間を延長する技術を提供することである。

本発明は、上述した課題を解決するために、以下の構成を採用する。

すなわち、本発明の一側面に係るマルチコプタの飛行中におけるバッテリ交換方法は、供給用のバッテリを保持する供給側マルチコプタ、及びバッテリの供給対象となる被供給側マルチコプタが、互いに飛行しながら当該両マルチコプタの間でバッテリを供給するための供給経路を確保する第１ステップと、前記供給側マルチコプタが、前記供給用のバッテリを前記被供給側マルチコプタに前記供給経路を介して供給する第２ステップと、前記被供給側マルチコプタが、前記供給側マルチコプタから供給される前記供給用のバッテリを受け取る第３ステップと、前記被供給側マルチコプタが、当該被供給側マルチコプタに搭載された搭載バッテリを、前記供給側マルチコプタから受け取った前記供給用のバッテリに交換する第４ステップと、を備える。

上記構成では、供給側マルチコプタ及び被供給側マルチコプタが互いに飛行しながら、供給側マルチコプタから被供給側マルチコプタにバッテリを供給する。これにより、供給側マルチコプタの飛行可能な範囲であれば、実質的に利用場所を制限されることなく、被供給側マルチコプタのバッテリの交換を行うことができる。加えて、供給側マルチコプタが被供給側マルチコプタの方に近づいて、被供給側マルチコプタのバッテリの交換を行うことで、被供給側マルチコプタの航行に大きな無駄を生じないようにすることができる。したがって、上記構成によれば、利用場所を制限されることなく、かつマルチコプタの航行に大きな無駄を生じさせることなく、マルチコプタの航続時間を延長することができる。なお、「マルチコプタ」とは、２つ以上のプロペラを有するヘリコプタ全般を指し、３つ以上のプロペラを有し、物資の運搬、空中撮影等に利用されている比較的小型のドローンの他、尾翼と本体上部とにそれぞれプロペラを有する一般的なヘリコプタを含む。

上記一側面に係るバッテリ交換方法の別の形態として、前記第１ステップでは、前記供給側マルチコプタは、前記被供給側マルチコプタの上方を飛行してよく、前記第２ステップでは、前記供給側マルチコプタは、前記供給経路に沿って前記供給用のバッテリを投下することで、当該供給用のバッテリを前記被供給側マルチコプタに供給してもよい。当該構成によれば、供給側マルチコプタから被供給側マルチコプタへのバッテリの移動に重力を有効活用することにより、バッテリ供給にかかるコストを低減することができる。また、バッテリ交換の際に、両マルチコプタが上下に配置されるため、姿勢を水平方向に維持したままでバッテリの移動が可能である。そのため、安定してバッテリの交換が可能である。

上記一側面に係るバッテリ交換方法の別の形態として、前記第１ステップでは、前記被供給側マルチコプタの上方を飛行する前記供給側マルチコプタが前記供給経路として垂下部材を垂れ下げ、前記被供給側マルチコプタが、前記供給側マルチコプタから垂れ下げられた前記垂下部材を受け入れることで、前記両マルチコプタの間に前記供給経路が確保されてよく、前記第２ステップでは、前記供給側マルチコプタは、前記垂下部材に沿って前記供給用のバッテリを降下させることで、当該供給用のバッテリを前記被供給側マルチコプタに供給してもよい。当該構成では、垂下部材を利用することにより、供給用のバッテリが供給経路を確実に移動するようにすることができる。したがって、当該構成によれば、バッテリの交換をスムーズにすることができる。なお、垂下部材は、供給側マルチコプタから垂れ下げられ、両マルチコプタ間の供給経路を形成可能な部材であればよく、例えば、ワイヤ、ロッド等の線状に形成された部材であってよい。また、垂下部材には、複数の関節を有し、上下方向に伸縮可能なロッド状の部材が用いられてよい。

上記一側面に係るバッテリ交換方法の別の形態として、前記垂下部材は、少なくとも一方向に対して剛性を有するように構成されてよい。当該構成では、剛性を有する垂下部材を利用することで、バッテリ交換時の垂下部材の振動を抑えることができる。これによって、当該構成によれば、供給側マルチコプタの負担を低減することができる。

上記一側面に係るバッテリ交換方法の別の形態として、前記供給側マルチコプタは、前記垂下部材を巻き取り及び繰り出し可能に構成された駆動部を備えてよく、前記第１ステップでは、前記駆動部により前記垂下部材を繰り出すことで、前記供給側マルチコプタは前記垂下部材を垂れ下げてよい。当該構成によれば、バッテリ交換以外の場面において、垂下部材を垂れ下げないように巻き取り、収納することができる。これによって、例えば、供給側マルチコプタが被補給側マルチコプタの方に飛行する際等に垂下部材が障害物に引っ掛かる等の不用意な事故の発生を低減することができる。

上記一側面に係るバッテリ交換方法の別の形態として、前記供給側マルチコプタは、前記供給用のバッテリを保持し、前記垂下部材に沿って上下方向に移動可能に構成された保持部材を備えてよく、前記第２ステップでは、前記供給側マルチコプタは、前記供給用のバッテリを保持した前記保持部材を前記垂下部材に沿って降下させることで、当該供給用のバッテリを前記被供給側マルチコプタに供給してよい。当該構成によれば、保持部材によってバッテリが垂下部材から外れ難いようにすることができる。これによって、バッテリの交換をスムーズにすることができる。

上記一側面に係るバッテリ交換方法の別の形態として、前記保持部材は、前記保持部材が前記垂下部材に沿って自由落下するのを抑制する抑制機構を備えてよい。当該構成によれば、供給側マルチコプタから被供給側マルチコプタに供給用のバッテリを供給する際に、供給用のバッテリから被供給側マルチコプタに大きな撃力が作用するのを防止することができる。これによって、バッテリ交換の際に、被供給側マルチコプタにかかる負担を低減することができる。

上記一側面に係るバッテリ交換方法の別の形態として、前記被供給側マルチコプタは、前記搭載バッテリを支持する第１バッテリ支持部及び前記供給用のバッテリを支持する第２バッテリ支持部を有するバッテリ交換部であって、前記第１バッテリ支持部及び前記第２バッテリ支持部の位置を入れ替えるように回転可能に構成されたバッテリ交換部を備えてよく、前記供給用のバッテリ及び前記搭載バッテリはそれぞれ、前記バッテリ交換部の回転方向と異なる方向に延びる突起部を備えてよく、前記保持部材は、前記供給用のバッテリ及び前記搭載バッテリそれぞれの前記突起部を前記バッテリ交換部の回転方向に受け入れ、かつ前記突起部を受け入れた状態で前記突起部を下方向に抜け止めするように構成された溝部を備えてよく、前記第２ステップでは、前記供給側マルチコプタは、前記供給用のバッテリの突起部を前記溝部に受け入れた状態で前記供給用のバッテリを保持した前記保持部材を前記垂下部材に沿って降下させてよく、前記第３ステップでは、前記バッテリ交換部の前記第２バッテリ支持部に前記供給用のバッテリを配置させることで、前記被供給側マルチコプタは前記供給用のバッテリを受け取ってよく、前記第４ステップでは、前記被供給側マルチコプタは、前記バッテリ交換部を回転させて、前記供給用のバッテリの前記突起部を前記保持部材の前記溝部から抜け出させ、かつ前記搭載バッテリの前記突起部を前記保持部材の前記溝部に受け入れさせることで、前記搭載バッテリと前記供給用のバッテリとを交換してもよい。バッテリの交換の際に、供給用のバッテリ及び搭載バッテリが交換経路から外れてしまうのを防止することができる。これによって、バッテリの交換をスムーズにすることができる。

上記一側面に係るバッテリ交換方法の別の形態として、前記被供給側マルチコプタは、前記垂下部材を把持する把持部を備えてよく、前記第１ステップでは、前記被供給側マルチコプタは、前記垂下部材を受け入れる際に、前記把持部により前記垂下部材を把持してもよい。当該構成によれば、バッテリ交換の際に把持部により被供給側マルチコプタが垂下部材から離れないようにすることができる。これによって、バッテリの交換をスムーズにすることができる。

上記一側面に係るバッテリ交換方法の別の形態として、上記バッテリ交換方法は、前記第４ステップの後、前記供給側マルチコプタが、前記供給経路を介して、前記被供給側マルチコプタに搭載されていた前記搭載バッテリを回収する第５ステップを更に備えてもよい。そして、前記被供給側マルチコプタは、前記搭載バッテリの回収が完了後に、前記垂下部材から離脱してもよい。当該構成によれば、不要なバッテリが被供給側マルチコプタに残留したり、バッテリ交換付近の場所に放置されたりするのを防止することができる。また、当該構成によれば、バッテリを回収する間、両マルチコプタにより垂下部材を支持した状態を維持することで、当該垂下部材が振動するのを防止することができる。これにより、バッテリを回収する際に供給側マルチコプタにかかる負担を軽減することができる。

また、本発明の一側面に係る供給側マルチコプタは、複数のプロペラを有し、飛行可能に構成された機体と、前記機体から下方に垂れ下げられる垂下部材と、前記垂下部材に沿って上下方向に移動可能に保持された供給用のバッテリと、を備える。

また、本発明の一側面に係る被供給側マルチコプタは、複数のプロペラを有し、飛行可能に構成された機体と、前記機体に搭載され、前記複数のプロペラを駆動する搭載バッテリと、前記機体より上方を飛行する供給側マルチコプタから垂れ下げられる垂下部材を受け入れる受入部と、を備え、前記供給側マルチコプタから前記垂下部材に沿って投下される供給用のバッテリと前記搭載バッテリとを交換可能に構成される。

本発明によれば、利用場所を制限されることなく、かつマルチコプタの航行に大きな無駄を生じさせることなく、マルチコプタの航続時間を延長する技術を提供することができる。

図１は、本発明の適用場面の一例を模式的に例示する。 図２Ａは、実施の形態に係る供給側マルチコプタを模式的に例示する斜視図である。 図２Ｂは、実施の形態に係る供給側マルチコプタを模式的に例示する側面図である。 図３は、実施の形態に係る供給側マルチコプタのシステム構成を模式的に例示する。 図４Ａは、実施の形態に係るバッテリが保持部材に保持されている状態を模式的に例示する斜視図である。 図３Ｂは、実施の形態に係る保持部材を模式的に例示する斜視図である。 図３Ｃは、実施の形態に係るバッテリを模式的に例示する斜視図である。 図５Ａは、実施の形態に係る被供給側マルチコプタを模式的に例示する斜視図である。 図５Ｂは、実施の形態に係る被供給側マルチコプタを模式的に例示する平面図である。 図６は、実施の形態に係る被供給側マルチコプタのシステム構成を模式的に例示する。 図７は、実施の形態に係る被供給側マルチコプタの電子回路の構成を模式的に例示する。 図８は、実施の形態に係る管理用端末の構成を模式的に例示する。 図９Ａは、実施の形態に係るバッテリ交換の過程を模式的に例示する。 図９Ｂは、実施の形態に係るバッテリ交換の過程を模式的に例示する。 図９Ｃは、実施の形態に係るバッテリ交換の過程を模式的に例示する。 図９Ｄは、実施の形態に係るバッテリ交換の過程を模式的に例示する。 図９Ｅは、実施の形態に係るバッテリ交換の過程を模式的に例示する。 図９Ｆは、実施の形態に係るバッテリ交換の過程を模式的に例示する。 図９Ｇは、実施の形態に係るバッテリ交換の過程を模式的に例示する。 図９Ｈは、実施の形態に係るバッテリ交換の過程を模式的に例示する。 図９Ｉは、実施の形態に係るバッテリ交換の過程を模式的に例示する。 図１０Ａは、実施の形態に係る被供給側マルチコプタにおけるバッテリ交換の過程を模式的に例示する。 図１０Ｂは、実施の形態に係る被供給側マルチコプタにおけるバッテリ交換の過程を模式的に例示する。 図１０Ｃは、実施の形態に係る被供給側マルチコプタにおけるバッテリ交換の過程を模式的に例示する。 図１０Ｄは、実施の形態に係る被供給側マルチコプタにおけるバッテリ交換の過程を模式的に例示する。 図１１Ａは、実施の形態に係るバッテリ交換の過程における被供給側マルチコプタの電子回路の状態を模式的に例示する。 図１１Ｂは、実施の形態に係るバッテリ交換の過程における被供給側マルチコプタの電子回路の状態を模式的に例示する。 図１１Ｃは、実施の形態に係るバッテリ交換の過程における被供給側マルチコプタの電子回路の状態を模式的に例示する。 図１２は、変形例に係る被供給側マルチコプタを模式的に例示する。 図１３は、変形例に係る被供給側マルチコプタを模式的に例示する。 図１４は、変形例に係る被供給側マルチコプタを模式的に例示する。 図１５は、変形例に係る被供給側マルチコプタを模式的に例示する。

以下、本発明の一側面に係る実施の形態（以下、「本実施形態」とも表記する）を、図面に基づいて説明する。ただし、以下で説明する本実施形態は、あらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良又は変形が行われてもよい。つまり、本発明の実施にあたって、実施形態に応じた具体的構成が適宜採用されてもよい。なお、以下の説明では、説明の便宜のため、図面内の向きを基準として説明を行う。

§１ 構成例
まず、図１を用いて、本発明の適用場面について説明する。図１は、本発明の適用場面の一例を模式的に例示する。図１に示されるとおり、本実施形態では、管理用端末３に制御されることで２台のマルチコプタ（１、２）は空中を飛行する。

これらのうち、供給側マルチコプタ１は、供給用のバッテリ（後述するバッテリ１５）を保持するマルチコプタである。一方、被供給側マルチコプタ２は、供給側マルチコプタ１からバッテリの供給を受ける対象となるマルチコプタである。被供給側マルチコプタ２には、例えば、撮影装置、配達対象となる荷物等の各種サービスを提供するための積載物が積載されてよい。

本実施形態では、両マルチコプタ（１、２）は互いに飛行しながらバッテリを供給するための供給経路を確保する。そして、供給側マルチコプタ１が、確保した供給経路を介して、被供給側マルチコプタ２にバッテリを供給する。これにより、利用場所を制限されることなく、かつ被供給側マルチコプタ２の航行に大きな無駄を生じさせることなく、被供給側マルチコプタ２の航続時間を延長することができる。以下、各装置の構成について説明する。

［供給側マルチコプタ］
まず、図２Ａ、図２Ｂ、及び図３を用いて、供給側マルチコプタ１の構成について説明する。図２Ａ及び図２Ｂは、本実施形態に係る供給側マルチコプタ１を模式的に例示する斜視図及び側面図である。図３は、本実施形態に係る供給側マルチコプタ１のシステム構成を模式的に例示する。

図２Ａ及び図２Ｂに示されるとおり、供給側マルチコプタ１の機体Ｆ１は、矩形状の本体部１０と、本体部１０の周りに等間隔に分割して配置された４つのプロペラ１１と、を有している。各プロペラ１１は、ロータ１１０により駆動され、これによって、供給側マルチコプタ１の機体Ｆ１は、飛行可能に構成されている。各プロペラ１１は、回転範囲をプロペラガード１２により保護されている。各プロペラガード１２は、プロペラ１１を上下方向に挟むように配置された円環状のフレーム材により構成されている。

本体部１０には、各部を制御するための制御部１９０を含む基板（不図示）、及び各部に電気を供給するための駆動バッテリ（不図示）が搭載されている。これにより、供給側マルチコプタ１は電子制御可能に構成されている。また、本体部１０には、結合ワイヤ１３１を駆動するための結合ワイヤ駆動部１３、及び運搬ワイヤ１４１を駆動するための運搬ワイヤ駆動部１４が搭載されている。更に、本体部１０の下部には、供給用のバッテリ１５が保持されている。この供給用のバッテリ１５は、供給側マルチコプタ１の駆動に利用されるのではなく、供給側マルチコプタ１から被供給側マルチコプタ２に供給されるものである。

各図に示されるとおり、結合ワイヤ駆動部１３は、結合ワイヤ１３１を収容する筐体、結合ワイヤ１３１を巻き取り及び繰り出すための結合ワイヤ用サーボモータ１９３、並びに結合ワイヤ１３１の繰り出し量及び巻き取り量を計測するための結合ワイヤ用ロータリーエンコーダ１９４を備えている。これにより、結合ワイヤ駆動部１３は、結合ワイヤ１３１を巻き取り及び繰り出し可能に構成されている。

同様に、運搬ワイヤ駆動部１４は、運搬ワイヤ１４１を収容する筐体、運搬ワイヤ１４１を巻き取り及び繰り出すための運搬ワイヤ用サーボモータ１９５、並びに運搬ワイヤ１４１の繰り出し量及び巻き取り量を計測するための運搬ワイヤ用ロータリーエンコーダ１９６を備えている。これにより、運搬ワイヤ駆動部１４は、運搬ワイヤ１４１を巻き取り及び繰り出し可能に構成されている。

上記結合ワイヤ１３１は、供給側マルチコプタ１と被供給側マルチコプタ２との間に、供給用バッテリ１５を供給するための供給経路を形成するのに利用される。これに対して、運搬ワイヤ１４１は、供給経路である結合ワイヤ１３１に沿って供給用のバッテリ１５を運搬するのに利用される。

具体的には、結合ワイヤ１３１は、結合ワイヤ駆動部１３により繰り出され、機体Ｆ１（本体部１０）から垂れ下げられる。これにより、結合ワイヤ１３１は、両マルチコプタ（１、２）間の供給経路を構成する。この結合ワイヤ１３１は、本発明の「垂下部材」に相当し、結合ワイヤ駆動部１３は、本発明の「駆動部」に相当する。

本実施形態に係る結合ワイヤ１３１は、面方向に湾曲した板状の金属材料により構成されており、これによって、幅方向に剛性を有するように構成されている。なお、「剛性」とは、後述する被供給側マルチコプタ２にバッテリを供給する際に結合ワイヤ１３１が撓まない程度の剛性を指す。このような結合ワイヤ１３１の金属材料には、例えば、鋼材等が用いられてよい。

一方、運搬ワイヤ１４１は、結合ワイヤ１３１に取り付けられた保持部材１６の上部に連結している。この保持部材１６は、供給用のバッテリ１５を保持しており、運搬ワイヤ１４１の巻き取り及び繰り出しにより、結合ワイヤ１３１に沿って上下方向に移動可能に構成されている。すなわち、供給用のバッテリ１５は、この保持部材１６の移動によって、結合ワイヤ１３１に沿って運搬される。

なお、本実施形態に係る保持部材１６は、運搬ワイヤ１４１により、結合ワイヤ１３１に沿って自由落下するのを抑制されている。そのため、この運搬ワイヤ１４１を含む運搬ワイヤ駆動部１４は、本発明の「抑制機構」に相当する。このような運搬ワイヤ１４１には、つり糸、テグス等を用いることができる。

（バッテリの運搬構成）
ここで、図４Ａ〜図４Ｃを更に用いて、バッテリ１５を運搬する構成を詳細に説明する。図４Ａは、供給用のバッテリ１５が保持部材１６に保持された状態で結合ワイヤ１３１に沿って運搬されている場面を模式的に例示する。図４Ｂは、本実施形態に係る保持部材１６の構成を模式的に例示する斜視図である。図４Ｃは、本実施形態に係る供給用のバッテリ１５の構成を模式的に例示する斜視図である。

図４Ａ及び図４Ｂに示されるとおり、保持部材１６は、結合ワイヤ１３１が挿通する筒状部１６１、及び筒状部１６１の上部から延びる平板状の保持部１６２を備えている。保持部１６２の側面には、円弧状に湾曲した溝部１６３が貫通しており、この溝部１６３の下方は、溝部１６３の幅よりも小さい幅で開放されている。また、保持部１６２の上面には、円環状のワイヤ連結部１６４が設けられており、上記運搬ワイヤ１４１は、このワイヤ連結部１６４に連結されている。

これに対して、図４Ｃに示されるとおり、供給用のバッテリ１５は、略直方体状の筐体部１５１を備えており、筐体部１５１の上部１５２には、首部１５３を介して突起部１５４が連結している。突起部１５４は、保持部材１６の溝部１６３の形状に適合するように、円弧状に湾曲した形状を有している。一方、首部１５３は、溝部１６３下部の開放部分を通過することができるように、溝部１６３下部の開放幅よりも小さい幅に形成されている。

これにより、保持部材１６の溝部１６３は、この突起部１５４を側面側から受け入れ、かつこの突起部１５４を受け入れた状態で当該突起部１５４を下方向に抜け止めするように構成される。すなわち、図４Ａに示されるとおり、突起部１５４が溝部１６３に受け入れられた状態で、保持部材１６とバッテリ１５とが上下方向に外れないように連結される。本実施形態では、バッテリ１５は、この状態で保持部材１６に保持されて、結合ワイヤ１３１を沿って運搬される。なお、筐体部１５１の下部には、プラス及びマイナスそれぞれの端子（不図示）が設けられている。

（システム構成）
次に、供給側マルチコプタ１のシステム構成について説明する。図３に示されるとおり、供給側マルチコプタ１は、制御部１９０及び通信モジュール１９１を備えている。

制御部１９０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等により、各部を制御可能に構成されている。制御部１９０は、１又は複数のマイクロコンピュータにより構成されてよい。また、通信モジュール１９１は、管理用端末３と無線によるデータ通信を行うことができるように構成される。この通信モジュール１９１には、公知の無線通信モジュールが用いられてよい。

制御部１９０は、通信モジュール１９１を介して管理用端末３とデータ通信を行い、管理用端末３から受信したデータに基づいて各部の制御を行う。例えば、供給側マルチコプタ１は、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号に基づき自装置の位置を検出するＧＰＳ情報受信部１９２を備えている。制御部１９０は、このＧＰＳ情報受信部１９２による位置の測定結果（位置情報）を管理用端末３に送信する。管理用端末３は、供給側マルチコプタ１から受信した位置情報に基づいて所望の位置までの航行情報を作成し、作成した航行情報を供給側マルチコプタ１に送信する。制御部１９０は、受信した航行情報に基づいて、各プロペラ１１のロータ１１０を適宜制御する。これにより、供給側マルチコプタ１は、所望の位置に移動するように飛行制御される。

また、例えば、供給側マルチコプタ１は、運搬ワイヤ用ロータリーエンコーダ１９６の他、バッテリ検知センサ１９７を備えている。バッテリ検知センサ１９７は、例えば、マイクロスイッチ等で構成され、本体部１０の下部に接するように供給用のバッテリ１５が配置されたときに、当該供給用のバッテリ１５に接する位置に配置される。これにより、バッテリ検知センサ１９７は、本体部１０の下部に接するようにバッテリが配置されているか否かを検知可能に構成される。

制御部１９０は、運搬ワイヤ用ロータリーエンコーダ１９６及びバッテリ検知センサ１９７の検知結果を参照しながら、管理用端末３からの運搬ワイヤ１４１の繰り出し又は巻き取りの指令に応じて、運搬ワイヤ用サーボモータ１９５を駆動してもよい。これにより、供給側マルチコプタ１は、運搬ワイヤ１４１を繰り出し又は巻き取り、保持部材１６と共にバッテリ１５を上下方向に移動させることができる。

また、例えば、制御部１９０は、結合ワイヤ用ロータリーエンコーダ１９４の検知結果を参照しながら、管理用端末３からの結合ワイヤ１３１の繰り出し又は巻き取りの指令に応じて、結合ワイヤ用サーボモータ１９３を駆動してもよい。これにより、供給側マルチコプタ１は、機体Ｆ１（本体部１０）から結合ワイヤ１３１を垂れ下げるようにしたり、結合ワイヤ１３１を筐体内に収納したりすることができる。なお、結合ワイヤ１３１は、筐体内で巻き芯に巻き回されており、巻き芯は、ばね等により巻き取り方向に回転するように構成されていてもよい。これにより、結合ワイヤ１３１は、結合ワイヤ用サーボモータ１９３が繰り出し方向に力をかけないようにする、又はその力を弱めることで、筐体内に巻き取られるようになっていてもよい。

供給側マルチコプタ１は、以上のような構成により、供給用のバッテリ１５を運搬して、互いに飛行している間に、被供給側マルチコプタ２にバッテリ１５を供給可能に構成される。当該バッテリ交換の際の供給側マルチコプタ１の動作については、後述の動作例で詳細に説明する。

［被供給側マルチコプタ］
次に、図５Ａ、図５Ｂ、及び図６を用いて、被供給側マルチコプタ２の構成について説明する。図５Ａ及び図５Ｂは、本実施形態に係る被供給側マルチコプタ２を模式的に例示する斜視図及び平面図である。図６は、本実施形態に係る被供給側マルチコプタ２のシステム構成を模式的に例示する。

図５Ａ及び図５Ｂに示されるとおり、被供給側マルチコプタ２の機体Ｆ２は、矩形状の本体部２０と、本体部２０の周囲を囲うように配置された枠体２６と、本体部２０の周りに等間隔に分割して枠体２６上に配置された４つのプロペラ２１と、を有している。各プロペラ２１は、ロータ２１０により駆動され、これによって、被供給側マルチコプタ２の機体Ｆ２は、飛行可能に構成されている。

本体部２０には、各部を制御するための制御部２９０を含む基板（不図示）等が搭載される。この本体部２０の隣接する領域には、バッテリ交換部２４が設けられている。バッテリ交換部２４は、円形状の回転部２４０を備えており、回転部２４０の上面には、２つのバッテリ支持部（２４１、２４３）が設けられている。

本体部２０に近接する第１バッテリ支持部２４１は、一対の端子部２４２を有しており、搭載バッテリ２５を支持する。搭載バッテリ２５は、上記供給用のバッテリ１５と同じ構成を有しており、筐体部の上部に首部を介して突起部２５４が設けられており、筐体部の下部にはプラス及びマイナスの端子が設けられている。第１バッテリ支持部２４１には、各端子が端子部２４２に接続された状態で、搭載バッテリ２５が搭載される。これにより、被供給側マルチコプタ２は、電子制御可能になり、例えば、各プロペラ２１を駆動することができる。

一方、本体部２０から離れた側、すなわち、回転部２４０の中心部を挟んで第１バッテリ支持部２４１とは反対側に配置される第２バッテリ支持部２４３は、一対の端子部２４４を有しており、供給側マルチコプタ１から供給されるバッテリ１５を支持する。第１バッテリ支持部２４１と同様に、第２バッテリ支持部２４３の各端子部２４４は、供給されるバッテリ１５の各端子が接続する。

回転部２４０は、回転部用サーボモータ２９４によって、中心部を通る鉛直方向（図５Ｂの紙面に垂直な方向）の軸周りに回転可能に構成されている。これにより、バッテリ交換部２４は、回転部２４０を１８０度回転させることで、第１バッテリ支持部２４１及び第２バッテリ支持部２４３の位置を入れ替えることができる。

図５Ｂに示されるとおり、このバッテリ交換部２４の本体部２０とは反対側で、第２バッテリ支持部２４３に近接する領域には、枠体２６によってコの字型の受入部２３が形成されている。受入部２３は、供給側マルチコプタ１から垂れ下げられる結合ワイヤ１３１を受け入れ可能な大きさに形成されている。

本実施形態に係るプロペラガード２２は、上下方向の一対のフレーム材で構成され、各プロペラ２１を保護可能なように、被供給側マルチコプタ２の機体Ｆ２の外周を囲むように略矩形状に形成されている。ただし、受入部２３の部分では、プロペラガード２２は、各プロペラガード２２の周囲を囲みつつ、機体Ｆ２の内側方向に円弧状に湾曲している。これにより、受入部２３の部分では、プロペラガード２２は開放されており、かつプロペラガード２２から受入部２３の方に開放幅が小さくなるように構成されている。

（システム構成）
次に、被供給側マルチコプタ２のシステム構成について説明する。図６に示されるとおり、被供給側マルチコプタ２は、制御部２９０及び通信モジュール２９１を備えている。制御部２９０は、上記制御部１９０と同様であり、通信モジュール２９１は、上記通信モジュール１９１と同様である。制御部２９０は、通信モジュール２９１を介して管理用端末３とデータ通信を行い、管理用端末３から受信したデータに基づいて各部の制御を行う。

例えば、被供給側マルチコプタ２は、上記供給側マルチコプタ１と同様に、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号に基づき自装置の位置を検出するＧＰＳ情報受信部２９２を備えている。制御部２９０は、ＧＰＳ情報受信部２９２による位置の測定結果を管理用端末３に送信し、これに応じて、管理用端末３から航行情報を受信し、受信した航行情報に基づいて、各プロペラ２１のロータ２１０を適宜制御する。これにより、被供給側マルチコプタ２は、所望の位置に移動するように飛行制御される。

また、例えば、被供給側マルチコプタ２は、結合ワイヤ検知センサ２９３を備えている。結合ワイヤ検知センサ２９３は、例えば、赤外線センサ等により、結合ワイヤ１３１を検知可能に構成される。制御部２９０は、結合ワイヤ検知センサ２９３の検知結果を参照しながら、供給側マルチコプタ１から垂れ下げられる結合ワイヤ１３１を受入部２３で受け入れるように飛行制御することができる。

また、例えば、被供給側マルチコプタ２は、回転部動作検知センサ２９５を備えている。回転部動作検知センサ２９５は、例えば、マイクロスイッチ等により、第１バッテリ支持部２４１及び第２バッテリ支持部２４３の位置が入れ替わった、すなわち、本実施形態では、回転部２４０が１８０度回転したことを検知可能に構成される。制御部２９０は、回転部動作検知センサ２９５の検知結果を参照しながら、回転部用サーボモータ２９４を適宜駆動することにより、第１バッテリ支持部２４１及び第２バッテリ支持部２４３の位置が入れ替わるように回転部２４０を正確に回転させることができる。

また、例えば、被供給側マルチコプタ２は、バッテリ装着検知センサ２９６を備えている。バッテリ装着検知センサ２９６は、例えば、複数のマイクロスイッチを備え、各マイクロスイッチは、各バッテリ支持部（２４１、２４３）に配置される。これにより、バッテリ装着検知センサ２９６は、各バッテリ支持部（２４１、２４３）にバッテリが正しく装着されているか否かを検知可能に構成される。制御部２９０は、バッテリ装着検知センサ２９６の検知結果を管理用端末３に通知することで、例えば、第２バッテリ支持部２４３に供給されるバッテリ１５が正しく装着されたことを知らせることができる。

（電子回路）
次に、図７を用いて、被供給側マルチコプタ２の電子回路について説明する。図７は、被供給側マルチコプタ２の電子回路の一例を模式的に例示する。図７に示されるとおり、電源回路２０１は、各バッテリ支持部（２４１、２４３）の各端子部（２４２、２４４）と電気的に接続している。これにより、電源回路２０１は、各バッテリ支持部（２４１、２４３）に装着されたバッテリからの電気を被供給側マルチコプタ２の各部に供給可能に構成される。

本実施形態では、各端子部（２４２、２４４）は並列になっており、電源回路２０１と各端子部（２４２、２４４）との間に、２つのリレースイッチ（２０２、２０３）が配置されている。第１リレースイッチ２０２は、各端子部（２４２、２４４）と直接配線されている。一方、第２リレースイッチ２０３と端子部（２４２、２４４）との間には、ダイオード（２０４、２０５）がそれぞれ配置されている。各ダイオード（２０４、２０５）は、各端子部（２４２、２４４）から電源回路２０１への方向が順方向となるように接続される。

被供給側マルチコプタ２は、以上のような構成により、供給側マルチコプタ１から結合ワイヤ１３１に沿って投下される供給用のバッテリ１５と搭載バッテリ２５とを交換可能に構成される。当該バッテリ交換の際の被供給側マルチコプタ２の動作については、後述の動作例で詳細に説明する。

［管理用端末］
次に、図８を用いて、管理用端末３の構成について説明する。図８は、本実施形態に係る管理用端末３の構成を模式的に例示する。図８に示されるとおり、管理用端末３は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を含む制御部３１、制御部３１で実行するプログラム９等を記憶する記憶部３２、各マルチコプタ（１、２）と無線通信を行うための通信モジュール３３、マウス、キーボード等の入力を行うための入力装置３４、及びディスプレイ、スピーカ等の出力を行うための出力装置３５が電気的に接続されたコンピュータである。管理用端末３は、制御部３１によりプログラム９を実行して、各マルチコプタ（１、２）と無線通信でデータをやりとりすることで、各マルチコプタ（１、２）の飛行を制御する。

なお、管理用端末３の具体的なハードウェア構成に関して、実施の形態に応じて、適宜、構成要素の省略、置換、及び追加が可能である。例えば、制御部３１は、複数のプロセッサを含んでもよい。また、例えば、入力装置３４及び出力装置３５は、タッチパネルディスプレイに置き換えられてもよい。管理用端末３は、提供されるサービス専用に設計された端末の他、スマートフォンを含む携帯電話、タブレット端末、ＰＣ（Personal Computer）等が用いられてもよい。

§２ 動作例
次に、図９Ａ〜図９Ｉを用いて、バッテリ交換の際の各マルチコプタ（１、２）の動作例について説明する。図９Ａ〜図９Ｉは、バッテリ交換の過程を模式的に例示する。以下で説明するバッテリ交換の手順は、本発明の「バッテリ交換方法」に相当する。ただし、以下で説明する手順は一例に過ぎず、各ステップは可能な限り変更されてもよい。また、以下で説明する手順について、実施の形態に応じて、適宜、ステップの省略、置換、及び追加が可能である。なお、本実施形態では、各マルチコプタ（１、２）は、上記管理用端末３によって制御されて、各ステップの動作を達成する。

当該バッテリ交換の前段階では、被供給側マルチコプタ２は、搭載バッテリ２５を消費しながら、各種サービスの提供のための飛行を行っている。例えば、利用者は、被供給側マルチコプタ２を利用して、空中撮影を行ったり、荷物の配達を行ったりすることができる。そして、搭載バッテリ２５の残量が少なくなってきた際に、利用者は、供給側マルチコプタ１にバッテリ１５を搭載させ、被供給側マルチコプタ２の方に供給側マルチコプタ１を飛行させて、以下のバッテリの交換を行う。

（第１ステップ）
まず、第１ステップでは、供給側マルチコプタ１及び被供給側マルチコプタ２は、互いに飛行しながら両マルチコプタ（１、２）の間にバッテリを供給するための供給経路を確保する。

本実施形態では、図９Ａ及び図９Ｂに示されるとおり、供給側マルチコプタ１が、被供給側マルチコプタ２の上方を飛行する。そして、供給側マルチコプタ１は、結合ワイヤ駆動部１３を駆動することで、結合ワイヤ１３１を機体Ｆ１から垂れ下げるように繰り出す。次に、被供給側マルチコプタ２が、結合ワイヤ検知センサ２９３の検知結果に基づいて、供給側マルチコプタ１から垂れ下げられた結合ワイヤ１３１を受入部２３で受け入れた状態になる位置まで移動する。図９Ｃに示されるとおり、被供給側マルチコプタ２が結合ワイヤ１３１を受入部２３で受け入れた状態になると、両マルチコプタ（１、２）は、結合ワイヤ１３１を介して上下方向に結合される。これにより、両マルチコプタ（１、２）の間にバッテリの供給経路（結合ワイヤ１３１）が確保される。

このとき、被供給側マルチコプタ２では、プロペラガード２２のフレーム材は受入部２３の方に延びており、プロペラガード２２から受入部２３にかけて開放幅が徐々に狭くなるようになっている。そのため、被供給側マルチコプタ２は、結合ワイヤ１３１をプロペラガード２２に沿わせて受入部２３の方に導入することができる。これにより、被供給側マルチコプタ２が受入部２３で結合ワイヤ１３１を受け入れる動作をスムーズに行うことができる。

なお、供給側マルチコプタ１が被供給側マルチコプタ２の上方に移動するタイミングは、結合ワイヤ１３１を繰り出す前、繰り出す間、及び繰り出した後のいずれであってもよい。また、供給側マルチコプタ１が被供給側マルチコプタ２の上方を飛行するように制御してもよいし、被供給側マルチコプタ２が供給側マルチコプタ１の下方を飛行するように制御してもよいし、その両方でもよい。

（第２ステップ）
次の第２ステップでは、供給側マルチコプタ１が、第１ステップで確保した供給経路を介して供給用のバッテリ１５を被供給側マルチコプタ２に供給する。

本実施形態では、供給側マルチコプタ１は、結合ワイヤ１３１に沿って供給用のバッテリ１５を投下する。具体的には、図９Ｄに示されるとおり、供給側マルチコプタ１は、運搬ワイヤ駆動部１４により運搬ワイヤ１４１を繰り出すことで、保持部材１６に保持された供給用のバッテリ１５を結合ワイヤ１３１に沿って降下させる。これにより、供給側マルチコプタ１から被供給側マルチコプタ２に供給用のバッテリ１５が供給される。

このとき、本実施形態では、供給側マルチコプタ１が被供給側マルチコプタ２の上方に配置される。そのため、結合ワイヤ１３１の垂れ下げ、供給用のバッテリ１５の降下等に重力を有効活用することができる。これによって、バッテリ１５の供給にかかるコストを低減することができる。加えて、両マルチコプタ（１、２）が上下に配置されるため、姿勢を水平方向に維持したままでバッテリ１５の移動が可能である。そのため、供給側マルチコプタ１から被供給側マルチコプタ２にバッテリ１５を安定的に移動させることができる。

また、本実施形態では、バッテリ１５の突起部１５４は、保持部材１６の溝部１６３に受け入れられていることで上下方向に抜け止めされている。そのため、結合ワイヤ１３１に沿って降下する間に、供給用のバッテリ１５が、保持部材１６から離脱し、両マルチコプタ（１、２）の周囲に落下してしまうのを防止することができる。

（第３ステップ及び第４ステップ）
図９Ｅ及び図９Ｆに示されるとおり、次の第３ステップでは、被供給側マルチコプタ２が、供給側マルチコプタ１から供給される供給用のバッテリ１５を受け取る。そして、次の第４ステップでは、被供給側マルチコプタ２が、自機に搭載された搭載バッテリ２５を、受け取ったバッテリ１５に交換する。

ここで、図１０Ａ〜図１０Ｄを更に用いて、上記第３ステップ及び第４ステップにおける被供給側マルチコプタ２の動作を詳細に説明する。図１０Ａ〜図１０Ｄは、被供給側マルチコプタ２におけるバッテリ交換の過程を模式的に例示する。図１０Ａに示されるとおり、供給用のバッテリ１５を受け取る前には、被供給側マルチコプタ２は、バッテリ交換部２４の第１バッテリ支持部２４１に搭載バッテリ２５を搭載しており、第２バッテリ支持部２４３は空いた状態になっている。

供給用のバッテリ１５は、この第２バッテリ支持部２４３に近接する受入部２３に受け入れられている結合ワイヤ１３１に沿って降下する。第３ステップでは、図１０Ｂに示すとおり、被供給側マルチコプタ２は、降下するバッテリ１５を第２バッテリ支持部２４３に配置させる。これにより、被供給側マルチコプタ２は、供給用のバッテリ１５を受け取る。

このとき、本実施形態では、両マルチコプタ（１、２）の水平方向の相対位置は、結合ワイヤ１３１によってある程度拘束されている。また、第２バッテリ支持部２４３に受入部２３が隣接することで、結合ワイヤ１３１は、第２バッテリ支持部２４３の近くを通過する。更に、回転部２４０の回転軸が鉛直方向を向いているため、第２バッテリ支持部２４３を含む回転部２４０の上面は、結合ワイヤ１３１の延びる方向に対して略垂直になっている。これらの理由により、本実施形態では、第２バッテリ支持部２４３に供給用のバッテリ１５を装着しやすくなっており、これによって、本第３ステップをスムーズに行うことができる。

また、本実施形態では、保持部材１６は、運搬ワイヤ１４１に連結されているため、自由落下するのを抑制されており、これにより、バッテリ１５の降下速度を抑えることができる。そのため、第２バッテリ支持部２４３に供給用のバッテリ１５が到達した際に、供給用のバッテリ１５から被供給側マルチコプタ２に大きな撃力が作用するのを防止することができる。したがって、本実施形態によれば、本第３ステップにおいて、被供給側マルチコプタ２にかかる負担を低減することができる。

なお、被供給側マルチコプタ２は、バッテリ装着検知センサ２９６の検知結果に基づいて、供給用のバッテリ１５が第２バッテリ支持部２４３に正しく装着されたか否かを確認することができる。例えば、第２バッテリ支持部２４３にバッテリ１５が正しく装着されなかった、保持部材１６の筒状部１６１が降下中に結合ワイヤ１３１に引っ掛かり、被供給側マルチコプタ２までバッテリ１５が降下できなかった場合には、供給用のバッテリ１５の受け取りが失敗する。この場合には、運搬ワイヤ駆動部１４によって運搬ワイヤ１４１を巻き取らせ、再度、被供給側マルチコプタ２による供給用のバッテリ１５の受け取りを試みてもよい。

次の第４ステップでは、図１０Ｃに示すとおり、被供給側マルチコプタ２は、バッテリ交換部２４の回転部２４０を回転させて、第１バッテリ支持部２４１及び第２バッテリ支持部２４３の位置の入れ替えを行う。

ここで、上記のとおり、各バッテリ支持部（２４１、２４３）に載置された各バッテリ（１５、２５）の筐体部の上部には首部を介して突起部（１５４、２５４）が設けられている。各首部は、回転部２４０の回転に沿うように円弧状に形成されており、これにより、各突起部（１５４、２５４）は、回転方向と異なる方向（例えば、径方向）に延びるような形状を有している。

加えて、保持部材１６の溝部１６３は、保持部１６２の側面から貫通しており、円弧状に湾曲した形状を有している。これにより、溝部１６３は、回転部２４０の回転方向に各突起部（１５４、２５４）を受け入れ、それ以外の方向には各突起部（１５４、２５４）が抜け止めされるように構成されている。

そのため、図１０Ｃに示すとおり、被供給側マルチコプタ２は、回転部２４０を回転させることで、供給用のバッテリ１５の突起部１５４を保持部材１６の溝部１６３から抜け出させることができる。また、被供給側マルチコプタ２は、突起部１５４が溝部１６３から抜け出した後、搭載バッテリ２５の突起部２５４を保持部材１６の溝部１６３に受け入れさせることができる。これにより、図１０Ｄに示すとおり、供給用のバッテリ１５と搭載バッテリ２５との交換を行うことができる。

次に、図１１Ａ〜図１１Ｃを用いて、供給用のバッテリ１５と搭載バッテリ２５との交換を行う際の電子回路の状態について説明する。図１１Ａ〜図１１Ｃは、バッテリ交換の過程における被供給側マルチコプタ２の電子回路の状態を模式的に例示する。図１１Ａに示されるとおり、第２バッテリ支持部２４３に供給用のバッテリ１５を装着したが、バッテリ１５と搭載バッテリ２５との交換を行っていない段階では、各リレースイッチ（２０２、２０３）は、第２バッテリ支持部２４３の配線とは切り離されており、第１バッテリ支持部２４１の配線と接続している。そのため、この段階では、搭載バッテリ２５から電源回路２０１に電気が供給される。

上記第４ステップによるバッテリの交換を行う際には、図１１Ｂに示されるとおり、被供給側マルチコプタ２は、第１リレースイッチ２０２の接続を第１バッテリ支持部２４１側の配線から第２バッテリ支持部２４３側の配線に切り替える。これにより、電源回路２０１には、第１リレースイッチ２０２を介してバッテリ１５から電気が供給されるようになる。

このとき、搭載バッテリ２５と供給されたバッテリ１５とは両リレースイッチ（２０２、２０３）を介して接続される。搭載バッテリ２５は消耗しているため、通常、搭載バッテリ２５の電圧は、供給されたばかりのバッテリ１５よりも小さくなっている。そのため、供給されたバッテリ１５と搭載バッテリ２５とが直接接続された場合には、供給されたバッテリ１５から搭載バッテリ２５に電流が流れ、短絡が生じる可能性がある。

これに対して、本実施形態では、第１バッテリ支持部２４１から電源回路２０１への方向が順方向となるようにダイオード２０４が配置されている。すなわち、供給されたバッテリ１５を装着した第２バッテリ支持部２４３から搭載バッテリ２５を装着した第１バッテリ支持部２４１への方向は、ダイオード２０４の逆方向になっている。そのため、供給されたバッテリ１５から搭載バッテリ２５へ電流が流れないようにし、上記のような短絡を防止することができる。

なお、この第１リレースイッチ２０２の切り替えを行う際には、第１リレースイッチ２０２が第１バッテリ支持部２４１及び第２バッテリ支持部２４３の両方の配線に接続していない期間がある。この期間は、ダイオード２０４及び第２リレースイッチ２０３を介して搭載バッテリ２５から電源回路２０１に電気が供給される。

そして、図１１Ｃに示されるとおり、バッテリ１５から電気が供給されるようになった後、被供給側マルチコプタ２は、第２リレースイッチ２０３の接続を第１バッテリ支持部２４１側の配線から第２バッテリ支持部２４３側の配線に切り替える。これにより、搭載バッテリ２５は、電源回路２０１から完全に切り離され、被供給側マルチコプタ２から取り外すことができる状態になる。換言すると、被供給側マルチコプタ２から搭載バッテリ２５を回収することができる状態になる。

（第５ステップ）
上記第４ステップの後、次の第５ステップでは、供給側マルチコプタ１が、結合ワイヤ１３１を介して、被供給側マルチコプタ２に搭載されていた搭載バッテリ２５を回収する。

本実施形態では、上記第４ステップにより、突起部２５４が溝部１６３に抜け止めされた状態で、搭載バッテリ２５は保持部材１６に保持されている。供給側マルチコプタ１は、図９Ｆに示されるとおり、運搬ワイヤ駆動部１４により運搬ワイヤ１４１を巻き取ることで、被供給側マルチコプタ２から搭載バッテリ２５を回収する。この搭載バッテリ２５の回収では、供給側マルチコプタ１は、搭載バッテリ２５が本体部１０の下部に配置されたことをバッテリ検知センサ１９７により検知するまで、運搬ワイヤ駆動部１４による運搬ワイヤ１４１の巻き取りを行ってもよい。

そして、搭載バッテリ２５の回収が完了した後、図９Ｈ及び図９Ｉに示されるとおり、被供給側マルチコプタ２は、結合ワイヤ１３１から離脱する方向に飛行する。これにより、バッテリ交換の作業は終了し、被供給側マルチコプタ２は、各種サービスの提供に戻ることができる。供給側マルチコプタ１は、結合ワイヤ駆動部１３により結合ワイヤ１３１を巻き取った後、搭載バッテリ２５を回収する場所へ移動してよい。

なお、本実施形態では、搭載バッテリ２５の回収が完了した後に、被供給側マルチコプタ２が結合ワイヤ１３１から離脱するようにすることで、搭載バッテリ２５の回収の間は、結合ワイヤ１３１が両マルチコプタ（１、２）により支持された状態を維持することができる。また、結合ワイヤ１３１は、幅方向に剛性を有するように構成されている。これらの理由により、搭載バッテリ２５を回収する際に、結合ワイヤ１３１が大きく振動するのを防止することができる。したがって、本実施形態によれば、搭載バッテリ２５を回収する際に供給側マルチコプタ１にかかる負担を軽減することができる。

［特徴］
以上のとおり、本実施形態では、供給側マルチコプタ１及び被供給側マルチコプタ２が互いに飛行しながら、被供給側マルチコプタ２の消耗した搭載バッテリ２５を供給側マルチコプタ１の保持する新たなバッテリ１５に交換する。このバッテリの交換は、供給側マルチコプタ１の飛行可能な範囲であれば、実質的に利用場所を制限されることなく行うことができる。加えて、供給側マルチコプタ１が被供給側マルチコプタ２に方に近付いて、当該バッテリの交換を行うようにすることで、被供給側マルチコプタ２の航行に大きな無駄を生じないようにすることができる。したがって、本実施形態によれば、利用場所を制限されることなく、かつ被供給側マルチコプタ２の航行に大きな無駄を生じさせることなく、被供給側マルチコプタ２の航続時間を延長することができる。

また、本実施形態では、結合ワイヤ１３１等のバッテリ交換に利用する殆どの機材は供給側マルチコプタ１に搭載されている。そのため、バッテリ交換のための仕様の制約が、被供給側マルチコプタ２については少なくて済む。したがって、本実施形態によれば、被供給側マルチコプタ２を、各種サービスの提供に適した構成にすることができる。

また、本実施形態では、供給側マルチコプタ１は、結合ワイヤ１３１を巻き取り及び繰り出すための結合ワイヤ駆動部１３を備えている。そのため、供給側マルチコプタ１は、上記第１ステップの前、及び上記第５ステップの後、結合ワイヤ１３１を機体Ｆ１から垂れ下げないように巻き取り、筐体内に収容することができる。これによって、例えば、上記第１ステップを実施するため、供給側マルチコプタ１が被供給側マルチコプタ２の方に飛行する際に、結合ワイヤ１３１が障害物に引っ掛かる等の事故の発生を低減することができる。

§３ 変形例
以上、本発明の実施形態を詳細に説明してきたが、前述までの説明はあらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良及び変形を行うことができることは言うまでもない。例えば、以下のような変更が可能である。なお、以下では、上記実施形態と同様の構成要素に関しては同様の符号を用い、上記実施形態と同様の点については、適宜説明を省略した。以下の変形例は適宜組み合わせ可能である。

＜３．１＞
例えば、上記実施形態では、各マルチコプタ（１、２）は４つのプロペラ（１１、２１）を備えている。しかしながら、各マルチコプタ（１、２）のプロペラの数は、このような例に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。各マルチコプタ（１、２）は、姿勢を計測するためのジャイロセンサ等、上記以外のセンサを備えてもよい。本実施形態に係る「マルチコプタ」とは、２つ以上のプロペラを有するヘリコプタ全般を指し、３つ以上のプロペラを有し、物資の運搬、空中撮影等に利用されている比較的小型のドローンの他、尾翼と本体上部とにそれぞれプロペラを有する一般的なヘリコプタを含んでよい。

また、例えば、供給側マルチコプタ１は１つの供給用のバッテリ１５を保持しており、被供給側マルチコプタ２は１つの搭載バッテリ２５を搭載している。しかしながら、供給側マルチコプタ１の保持する供給用のバッテリ１５の数、及び被供給側マルチコプタ２に搭載される搭載バッテリ２５の数はそれぞれ、このような例に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。

＜３．２＞
また、例えば、上記実施形態では、１台の管理用端末３により、両マルチコプタ（１、２）の飛行を制御している。しかしながら、各マルチコプタ（１、２）を制御するための構成は、このような例に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。例えば、各マルチコプタ（１、２）に１又は複数台の管理用端末が用意されてもよい。また、各マルチコプタ（１、２）は、管理用端末３のような情報処理装置に制御されるように構成されるのではなく、ラジオコントローラ等で利用者により直接制御（操縦）されるように構成されてもよい。

＜３．３＞
また、例えば、上記実施形態では、バッテリを交換する際に、供給側マルチコプタ１が被供給側マルチコプタ２の上方を飛行している。しかしながら、バッテリ交換時の両マルチコプタ（１、２）の配置は、このような例に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。例えば、供給側マルチコプタ１は、水平方向にバッテリ１５を供給するように構成されてよい。この場合、バッテリを交換する際、供給側マルチコプタ１は、被供給側マルチコプタ２とほぼ同じ高さに飛行してよい。

＜３．４＞
また、例えば、上記実施形態では、機体Ｆ１から垂れ下げられる垂下部材として、結合ワイヤ１３１を用いている。しかしながら、垂下部材は、このような例に限定されなくてもよい。垂下部材は、供給側マルチコプタから垂れ下げられ、両マルチコプタ間の供給経路を形成可能な部材であればよく、ワイヤの他、例えば、ロッド等の線状に形成された部材であってよい。また、例えば、垂下部材には、複数の関節を有し、上下方向に伸縮可能なロッド状の部材が用いられてよい。

また、垂下部材を利用する方法以外の方法で、両マルチコプタ（１、２）の間の供給経路を形成してもよい。例えば、供給側マルチコプタ１は、コンベア装置を備え、このコンベア装置を被供給側マルチコプタ２に架け渡すことで供給経路を形成してもよい。また、例えば、供給側マルチコプタ１は、被供給側マルチコプタ２がバッテリ１５を受け取ることができるのであれば、被供給側マルチコプタ２に向けてバッテリ１５を直接投下してもよい。この場合、バッテリ１５の投下経路が供給経路となる。

また、例えば、上記実施形態では、被供給側マルチコプタ２のバッテリ交換部２４において、供給用のバッテリ１５と搭載バッテリ２５とを回転により交換している。しかしながら、被供給側マルチコプタ２におけるバッテリの交換方法は、このような例に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。例えば、供給側マルチコプタ１がロボットアームを有する場合には、このロボットアームによって、供給用のバッテリ１５と搭載バッテリ２５とを交換してもよい。また、例えば、被供給側マルチコプタ２がバッテリを搭載可能な箇所を複数有する場合、供給側マルチコプタ１が、被供給側マルチコプタ２の複数のバッテリ搭載箇所のいずれかに供給用のバッテリ１５を配置した後、搭載バッテリ２５を適宜回収することにより、バッテリの交換が行われてよい。

＜３．５＞
また、例えば、上記実施形態では、垂下部材として、一方向に剛性を有する結合ワイヤ１３１が用いられている。しかしながら、垂下部材は、このような例に限定されなくてもよく、金属製の円筒状のロッド等、二方向以上に剛性を有する垂下部材を利用してもよい。少なくとも一方向に剛性を有することで、バッテリ運搬時の垂下部材の振動を抑えることができ、これによって、バッテリ交換の際に供給側マルチコプタ１にかかる負担を軽減することができる。

また、樹脂製の紐等の剛性を有しない垂下部材を利用してもよい。上記実施形態では、供給側マルチコプタ１が被供給側マルチコプタ２の上方に配置されるため、剛性を有しない垂下部材でも、重力により機体Ｆ１から垂れ下がるようにすることができる。そのため、両マルチコプタ（１、２）の間に供給経路を形成するのに、このような剛性を有しない垂下部材を用いることができる。

＜３．６＞
また、例えば、上記実施形態では、供給側マルチコプタ１は、結合ワイヤ駆動部１３により結合ワイヤ１３１を繰り出し及び巻き取り可能に構成されている。しかしながら、結合ワイヤ駆動部１３は省略されてもよく、供給側マルチコプタ１は、結合ワイヤ１３１を垂れ下げたまま飛行してもよい。

＜３．７＞
また、例えば、上記実施形態では、供給用のバッテリ１５は保持部材１６により保持されている。しかしながら、この保持部材１６は省略されてもよい。例えば、バッテリ１５の筐体には、結合ワイヤ１３１の通す貫通孔が設けられてよい。これにより、バッテリ１５は、結合ワイヤ１３１に直接連結されてよい。

＜３．８＞
また、例えば、上記実施形態では、運搬ワイヤ１４１及び運搬ワイヤ駆動部１４により、保持部材１６及びバッテリ１５の自由落下が抑制されている。しかしながら、このような、保持部材１６及びバッテリ１５の自由落下を抑制する抑制機構は、このような例に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。例えば、保持部材１６の筒状部１６１に当該抑制機構としてロータリダンパを取り付けてもよい。これにより、保持部材１６及びバッテリ１５が結合ワイヤ１３１に沿って緩やかに落下するようにすることができる。

＜３．９＞
また、例えば、各マルチコプタ（１、２）の機体（Ｆ１、Ｆ２）の構成及び形状は、実施の形態に応じて適宜変更されてよい。図１２は、その一例を示す。図１２に例示される被供給側マルチコプタ２Ａの機体は、上記被供給側マルチコプタ２よりも少ないフレーム材で構成されている。このように軽量化の観点から、各マルチコプタ（１、２）の機体（Ｆ１、Ｆ２）の構成を決定してもよい。

＜３．１０＞
また、例えば、図１３に示されるとおり、被供給側マルチコプタは、結合ワイヤ１３１を把持する把持部２７を備えてもよい。把持部２７の形状及び構成は、実施の形態に応じて適宜決定することができる。

図１３に示される被供給側マルチコプタ２Ｂでは、把持部２７は、受入部２３の近傍に配置され、棒状に形成されている。把持部２７は、受入部２３を閉じることができる程度の長さを有しており、端部においてフレーム材に軸支されている。そして、この把持部２７は、サーボモータ（不図示）により、その端部を軸に回転可能に構成されている。なお、被供給側マルチコプタ２Ｂの機体の構成は、上記変形例に係る被供給側マルチコプタ２Ａと同じである。また、被供給側マルチコプタ２Ｂのその他の構成は、上記実施形態に係る被供給側マルチコプタ２と同じである。

この把持部２７は、受入部２３に結合ワイヤ１３１を受け入れた後、受入部２３を閉じることで、受入部２３と把持部２７との間で結合ワイヤ１３１を把持する（閉じ込める）ことができる。すなわち、バッテリ交換の際に、被供給側マルチコプタ２が結合ワイヤ１３１から離れないようにすることができる。これにより、上記第３ステップ及び第４ステップにおけるバッテリの受け取り及びバッテリの交換をスムーズに行うことができる。

＜３．１１＞
また、例えば、図１４に示されるとおり、被供給側マルチコプタは、第２バッテリ支持部２４３で受け取った供給用のバッテリ１５を押し込んで、供給用のバッテリ１５の各端子部と第２バッテリ支持部２４３の各端子部２４４との接触を確実にするための押し込み部２８を備えてもよい。

図１４に示される被供給側マルチコプタ２Ｃでは、押し込み部２８は、略Ｌ字状に形成されており、その端部において、第１バッテリ支持部２４１の上部のフレーム材に軸支されている。そして、この押し込み部２８は、サーボモータ（不図示）により、水平方向の回転軸周りに回転可能（図の矢印方向）に構成されている。なお、被供給側マルチコプタ２Ｃの機体の構成は、上記変形例に係る被供給側マルチコプタ２Ａと同じである。また、被供給側マルチコプタ２Ｃのその他の構成は、上記実施形態に係る被供給側マルチコプタ２と同じである。

この押し込み部２８は、上記第３ステップにおいて、第２バッテリ支持部２４３で供給用のバッテリ１５を受け取った後に、サーボモータにより駆動して、図１４に示すとおり当該供給用のバッテリ１５の上部を下方向に押すことができる。これにより、供給用のバッテリ１５の各端子部と第２バッテリ支持部２４３の各端子部２４４との接触を確実にすることができる。

＜３．１２＞
また、例えば、上記実施形態では、バッテリ交換部２４の回転部２４０は、鉛直方向の軸周りに回転するように構成されている。しかしながら、回転部２４０の回転軸は、このような例に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜設定されてよい。

図１５は、本変形例に係る被供給側マルチコプタ２Ｄの構成を例示する。図１５に示される被供給側マルチコプタ２Ｄでは、バッテリ交換部２４Ｄは、本体部２０Ｄの上方に配置されている。また、バッテリ交換部２４Ｄの回転部２４０Ｄにおいて、各バッテリ支持部（２４１Ｄ、２４３Ｄ）は上下方向に配置されている。具体的には、搭載バッテリを支持する第１バッテリ支持部２４１Ｄは下方側に配置されており、供給用のバッテリを受け取る第２バッテリ支持部２４３Ｄは上方側に配置されている。そして、回転部２４０Ｄの回転軸は、水平方向（図の紙面に垂直な方向）を向いている。すなわち、回転部２４０Ｄは、水平方向の軸周りに回転するように構成されている。なお、被供給側マルチコプタ２Ｄの機体の構成は、上記実施形態に係る供給側マルチコプタ１と同じである。また、被供給側マルチコプタ２Ｄのその他の構成は、上記実施形態に係る被供給側マルチコプタ２と同じである。

この被供給側マルチコプタ２Ｄでは、上方に配置された第２バッテリ支持部２４３Ｄで供給用のバッテリを受け取った後、回転部２４０Ｄを駆動することで、受け取った供給用のバッテリと搭載バッテリとを交換することができる。供給用のバッテリの受け取りは、第２バッテリ支持部２４３Ｄが上方側に配置されており、かつ第２バッテリ支持部２４３Ｄの上方が開放されているため、上記第３ステップと同様の方法で実施可能である。この被供給側マルチコプタ２Ｄによれば、供給用のバッテリと搭載バッテリとの交換の際、各バッテリは上下方向に移動するに過ぎない。そのため、バッテリ交換時において、被供給側マルチコプタ２Ｄにおける重心の変動を低減することができる。これにより、被供給側マルチコプタ２Ｄにおいて、安定的にバッテリの交換を行うことができる。なお、回転部２４０Ｄの回転軸は、水平方向から傾いていてもよい。

＜３．１３＞
また、例えば、上記実施形態では、被供給側マルチコプタ２は、搭載バッテリ２５の回収が完了した後、結合ワイヤ１３１から離脱する。しかしながら、バッテリ交換の手順は、このような例に限定されなくてもよい。被供給側マルチコプタ２は、上記第５ステップにおいて、搭載バッテリ２５の回収が行われる前、又は搭載バッテリ２５の回収が行われている間に、結合ワイヤ１３１から離脱してもよい。

１…供給側マルチコプタ、Ｆ１…機体、
１０…本体部、１１…プロペラ、１１０…ロータ、１２…プロペラガード、
１３…結合ワイヤ駆動部、１３１…結合ワイヤ、
１４…運搬ワイヤ駆動部、１４１…運搬ワイヤ、
１５…（供給用の）バッテリ、
１５１…筐体部、１５２…上部、１５３…首部、１５４…突起部、
１６…保持部材、
１６１…筒状部、１６２…保持部、１６３…溝部、１６４…ワイヤ連結部、
１９０…制御部、１９１…通信モジュール、１９２…ＧＰＳ情報受信部、
１９３…結合ワイヤ用サーボモータ、
１９４…結合ワイヤ用ロータリーエンコーダ、
１９５…運搬ワイヤ用サーボモータ、
１９６…運搬ワイヤ用ロータリーエンコーダ、
１９７…バッテリ検知センサ、
２…被供給側マルチコプタ、Ｆ２…機体、
２０…本体部、２１…プロペラ、２１０…ロータ、２２…プロペラガード、
２３…受入部、
２４…バッテリ交換部、
２４０…回転部、２４１…第１バッテリ支持部、２４２…端子部、
２４３…第２バッテリ支持部、２４４…端子部、
２５…搭載バッテリ、２５４…突起部、
２６…枠体部、２７…把持部、
２９０…制御部、２９１…通信モジュール、２９２…ＧＰＳ情報受信部、
２９３…結合ワイヤ検知センサ、
２９４…回転部用サーボモータ、２９５…回転部動作検知センサ、
２９６…バッテリ装着検知センサ、
２０１…電源回路、
２０２…第１リレースイッチ、２０３…第２リレースイッチ、
２０４・２０５…ダイオード

Claims (12)

1. 供給用のバッテリを保持する供給側マルチコプタ、及びバッテリの供給対象となる被供給側マルチコプタが、互いに飛行しながら当該両マルチコプタの間でバッテリを供給するための供給経路を確保する第１ステップと、
   前記供給側マルチコプタが、前記供給用のバッテリを前記被供給側マルチコプタに前記供給経路を介して供給する第２ステップと、
   前記被供給側マルチコプタが、前記供給側マルチコプタから供給される前記供給用のバッテリを受け取る第３ステップと、
   前記被供給側マルチコプタが、当該被供給側マルチコプタに搭載された搭載バッテリを、前記供給側マルチコプタから受け取った前記供給用のバッテリに交換する第４ステップと、
   を備える、
   マルチコプタの飛行中におけるバッテリ交換方法。
2. 前記第１ステップでは、前記供給側マルチコプタは、前記被供給側マルチコプタの上方を飛行し、
   前記第２ステップでは、前記供給側マルチコプタは、前記供給経路に沿って前記供給用のバッテリを投下することで、当該供給用のバッテリを前記被供給側マルチコプタに供給する、
   請求項１に記載のバッテリ交換方法。
3. 前記第１ステップでは、前記被供給側マルチコプタの上方を飛行する前記供給側マルチコプタが前記供給経路として垂下部材を垂れ下げ、前記被供給側マルチコプタが、前記供給側マルチコプタから垂れ下げられた前記垂下部材を受け入れることで、前記両マルチコプタの間に前記供給経路が確保され、
   前記第２ステップでは、前記供給側マルチコプタは、前記垂下部材に沿って前記供給用のバッテリを降下させることで、当該供給用のバッテリを前記被供給側マルチコプタに供給する、
   請求項２に記載のバッテリ交換方法。
4. 前記垂下部材は、少なくとも一方向に対して剛性を有するように構成される、
   請求項３に記載のバッテリ交換方法。
5. 前記供給側マルチコプタは、前記垂下部材を巻き取り及び繰り出し可能に構成された駆動部を備え、
   前記第１ステップでは、前記駆動部により前記垂下部材を繰り出すことで、前記供給側マルチコプタは前記垂下部材を垂れ下げる、
   請求項３又は４に記載のバッテリ交換方法。
6. 前記供給側マルチコプタは、前記供給用のバッテリを保持し、前記垂下部材に沿って上下方向に移動可能に構成された保持部材を備え、
   前記第２ステップでは、前記供給側マルチコプタは、前記供給用のバッテリを保持した前記保持部材を前記垂下部材に沿って降下させることで、当該供給用のバッテリを前記被供給側マルチコプタに供給する、
   請求項３から５のいずれか１項に記載のバッテリ交換方法。
7. 前記保持部材は、前記保持部材が前記垂下部材に沿って自由落下するのを抑制する抑制機構を備える、
   請求項６に記載のバッテリ交換方法。
8. 前記被供給側マルチコプタは、前記搭載バッテリを支持する第１バッテリ支持部及び前記供給用のバッテリを支持する第２バッテリ支持部を有するバッテリ交換部であって、前記第１バッテリ支持部及び前記第２バッテリ支持部の位置を入れ替えるように回転可能に構成されたバッテリ交換部を備え、
   前記供給用のバッテリ及び前記搭載バッテリはそれぞれ、前記バッテリ交換部の回転方向と異なる方向に延びる突起部を備え、
   前記保持部材は、前記供給用のバッテリ及び前記搭載バッテリそれぞれの前記突起部を前記バッテリ交換部の回転方向に受け入れ、かつ前記突起部を受け入れた状態で前記突起部を下方向に抜け止めするように構成された溝部を備え、
   前記第２ステップでは、前記供給側マルチコプタは、前記供給用のバッテリの突起部を前記溝部に受け入れた状態で前記供給用のバッテリを保持した前記保持部材を前記垂下部材に沿って降下させ、
   前記第３ステップでは、前記バッテリ交換部の前記第２バッテリ支持部に前記供給用のバッテリを配置させることで、前記被供給側マルチコプタは前記供給用のバッテリを受け取り、
   前記第４ステップでは、前記被供給側マルチコプタは、前記バッテリ交換部を回転させて、前記供給用のバッテリの前記突起部を前記保持部材の前記溝部から抜け出させ、かつ前記搭載バッテリの前記突起部を前記保持部材の前記溝部に受け入れさせることで、前記搭載バッテリと前記供給用のバッテリとを交換する、
   請求項６又は７に記載のバッテリ交換方法。
9. 前記被供給側マルチコプタは、前記垂下部材を把持する把持部を備え、
   前記第１ステップでは、前記被供給側マルチコプタは、前記垂下部材を受け入れる際に、前記把持部により前記垂下部材を把持する、
   請求項３から８のいずれか１項に記載のバッテリ交換方法。
10. 前記第４ステップの後、前記供給側マルチコプタが、前記供給経路を介して、前記被供給側マルチコプタに搭載されていた前記搭載バッテリを回収する第５ステップを更に備え、
    前記被供給側マルチコプタは、前記搭載バッテリの回収が完了後に、前記垂下部材から離脱する、
    請求項３から９のいずれか１項に記載のバッテリ交換方法。
11. 複数のプロペラを有し、飛行可能に構成された機体と、
    前記機体から下方に垂れ下げられる垂下部材と、
    前記垂下部材に沿って上下方向に移動可能に保持された供給用のバッテリと、
    を備える、
    供給側マルチコプタ。
12. 複数のプロペラを有し、飛行可能に構成された機体と、
    前記機体に搭載され、前記複数のプロペラを駆動する搭載バッテリと、
    前記機体より上方を飛行する供給側マルチコプタから垂れ下げられる垂下部材を受け入れる受入部と、
    を備え、
    前記供給側マルチコプタから前記垂下部材に沿って投下される供給用のバッテリと前記搭載バッテリとを交換可能に構成された、
    被供給側マルチコプタ。

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