JP2016209801A - ドローン組込み清掃装置及びその清掃ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】種々の表面の清掃を低コストで簡易に行うために、ドローンを用いた清掃装置を提供する。【解決手段】ドローン組込み清掃装置が、本体フレーム（11）と飛行用プロペラ（13）とを具備し遠隔操作されて無人飛行するドローン（10）と、前記ドローン（10）に装着された清掃ユニット（20）と、を有し、前記清掃ユニット（20）が、種々の表面を清掃するための１又は複数の回転ブラシ（22）と、遠隔操作されて前記回転ブラシ（22）を回転駆動する回転モータ（24A）と、を具備する。清掃ユニット（20）が、遠隔操作されて前記回転ブラシ（22）を直線移動させる直動モータ（24B,24B1）をさらに具備する。【選択図】図１

Description

本発明は、ソーラーパネルや屋根等の種々の表面を清掃するための、ドローンを組み込んだ清掃装置及びその清掃ユニットに関する。

高所に設置されるソーラーパネルや屋根等の屋外にある種々の表面上には、砂や埃、雨垂れ、鳥糞等の汚れが付着する。このような汚れは、美観を損ねるとともに屋根の場合は劣化を早める。また、ソーラーパネルの場合は発電効率を低下させることとなる。従って、これらの表面を定期的に清掃することが好ましい。特許文献１には、ソーラーパネル上を縦横に走行する清掃装置が開示されている。また、特許文献２には、同様に屋根を清掃するための装置が開示されている。

一方、昨今、遠隔操作による無人飛行装置であるドローンが注目されており、写真撮影、監視、種々の物の散布や配送等への利用が普及しつつある。

特開２０１０−１８６８１９号公報 特開平８−２５６９６３号公報

上述した従来のソーラーパネルや屋根等の自動清掃装置は、大がかりな清掃用設備を高所に設置することが必要であり、設備費用や作業の負担が大きく、また時間のかかるものであった。

そこで本発明は、ソーラーパネルや屋根等の種々の表面の清掃を低コストで簡易に行うために、ドローンを利用した清掃装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、以下の構成を有する。なお、括弧内の数字は、後述する図面中の符号であり、参考のために付するものである。

本発明の第１の態様は、ドローン組込み清掃装置であって、本体フレーム（１１）と飛行用プロペラ（１３）とを具備し遠隔操作されて無人飛行するドローン（１０）と、前記ドローン（１０）に装着された清掃ユニット（２０）と、を有し、前記清掃ユニット（２０）が、種々の表面を清掃するための１又は複数の回転ブラシ（２２）と、遠隔操作されて前記回転ブラシ（２２）を回転駆動する回転モータ（２４Ａ）と、を具備する。

上記態様において、前記清掃ユニット（２０）が、遠隔操作されて前記回転ブラシ（２２）を直線移動させる直動モータ（２４Ｂ，２４Ｂ１）をさらに具備してもよい。

上記態様において、着地用の脚部（２９，２９Ａ）と、遠隔操作されて前記脚部（２９， ２９Ａ）を前記回転ブラシ（２２）の清掃動作を妨げない位置へと変位させる変位手段（２４Ｂ２，２４Ｃ１）をさらに具備してもよい。

上記態様において、前記清掃ユニット（２０）が、遠隔操作されて前記回転ブラシ（２２）を旋回させる旋回モータ（２４Ｃ）をさらに具備してもよい。

本発明の第２の態様は、本体フレーム（１１）と飛行用のプロペラ（１３）とを具備し遠隔操作されて無人飛行するドローン（１０）に装着可能な清掃ユニット（２０）であって、種々の表面を清掃するための１又は複数の回転ブラシ（２２）と、遠隔操作されて前記回転ブラシ（２２）を回転駆動する回転モータ（２４Ａ）と、を具備する。

本発明によるドローン組込み清掃装置は、遠隔操作によりドローンを屋根等の高所へ到達させ、さらに遠隔操作により清掃ユニットによる清掃作業を行わせることができる。

本発明によれば、ソーラーパネルや屋根等の種々の表面の清掃を低コストで簡易に行うことができるため、大きな負担無く頻繁に行うことができる。回転ブラシによる簡単な清掃であっても、頻繁に行うことにより、表面を清浄な状態に長く維持することができる。この結果、ソーラーパネルの場合は、発電効率の低下を防止できる。また、種々の表面において、本格的なメンテナンス作業の頻度を低減することができるので、維持費を抑制することができる。

図１は、本発明によるドローン組込みソーラーパネル清掃装置の一実施形態における構成例を概略的に示した外観斜視図である。 図２は、図１に示したソーラーパネル清掃装置のシステム構成の一例を概略的かつ模式的に示した図である。 図３（ａ）（ｂ）は、直動モータの機能を説明するための図である。 図４は、図１に示したソーラーパネル清掃装置によるソーラーパネルの清掃時の状況を概略的に示した図である。 図５は、本発明のソーラーパネル清掃装置の変形形態の一例を概略的に示した図である。 図６は、、本発明のソーラーパネル清掃装置の別の変形形態の一例を概略的に示した図である。 図７（ａ）（ｂ）は、本発明のソーラーパネル清掃装置のさらに別の変形形態の一例を概略的に示した図である。 図８（ａ）（ｂ）は、本発明のソーラーパネル清掃装置のさらに別の変形形態の一例を概略的に示した図である。

以下、本発明の実施例を示した図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
本発明は、ソーラーパネルや屋根等の屋外における種々の表面の塵や埃を除去する清掃を行うために、遠隔操作される無人飛行装置であるドローンと、清掃ユニットとを組み合わせたドローン組込み清掃装置を提供するものである。

本発明を実施する場合、市販や自作のドローンに対し別個の装置である清掃ユニットを装着する形態（以下、この形態を「装着型」と称する）と、ドローンの機能と清掃ユニットの機能を一体設計して１つの専用装置とする形態（以下、この形態を「一体型」と称する）のいずれも可能である。装着型の場合は、清掃ユニットを取り外せばドローンを別の用途に利用できるが、一体型の場合は清掃ユニットを取り外すことはできない。

以下では、基本的に装着型の実施形態を例として説明するが、一体型とする場合の変形例については随時説明する。各図面において、共通又は類似する構成要素については同じ符号を付している。

図１は、本発明によるドローン組込み清掃装置（以下、「清掃装置」と略称する）の一実施形態における構成例を概略的に示した外観斜視図である。図１に示すように、清掃装置１は、ドローン１０と、清掃ユニット２０とから構成されている。

ドローン１０は、本体フレーム１１と、飛行用のプロペラ１３とを具備する。図示の例では、本体フレーム１１は中央部の筐体から十字状に張り出した４本のアームを具備し、各アームの先端にプロペラ用モータ１２とプロペラ１３がそれぞれ取り付けられている。また、ドローン１０には、通常、着地時に用いる脚部１４も設けられている。本発明では、清掃ユニット２０による清掃作業が可能であれば、ドローン１０の形態や性能は特に限定しないが、清掃作業に伴う力学的な反作用や振動等による影響を受けない程度の飛行性能を備えていることを前提とする。このために、清掃ユニット２０とドローン１０の間にコイルスプリングやラバー等の弾性材による緩衝部材を設けてもよい。

清掃ユニット２０は、例えば適宜の筐体形状の清掃ユニットフレーム２１を具備し、清掃ユニットフレーム２１が、ドローン１０の本体フレーム１１の下面に適宜の固定具により装着される。図示しないが、弾性材等の緩衝部材を介在させて装着してもよい。清掃ユニット２０は、種々の表面を清掃するための１つ以上の回転ブラシ２２を有する。図示の例では、２つの回転ブラシ２２が設けられている。回転ブラシ２２は、清掃ユニットフレーム２１の下面から下方に延びる軸２３の先端に設けられている。回転ブラシ２２は、軸２３に垂直な板部材の下面に多数の剛毛を具備し、剛毛は、ソーラーパネル等の対象とする表面を傷つけない材料で形成される。なお、図示の回転ブラシの形状は一例であり、種々の形状とすることが可能である。例えば、軸２３から十字状に適宜の長さで張り出したアームの下面に剛毛を具備する形状でもよい。また、軸２３と回転ブラシ２２の間に振動を吸収するためのコイルスプリングやラバー等の弾性材による緩衝部材を設けてもよい。

図２は、図１に示した清掃装置１のシステム構成の一例を概略的かつ模式的に示した図である。図２では、ユーザが手元で使用する遠隔操作装置３０も示している。

ドローン１０は、基本的には一般的な構成要素のみを有しており、飛行用無線通信部１５、飛行制御部１６、プロペラ用モータ１２、プロペラ及び脚部（図示せず）等を有する。飛行用無線通信部１５は、適宜のアンテナを具備し、遠隔操作装置３０のドローン操作部３１から無線にて送信された信号を受信し、飛行制御部１６に伝える。飛行制御部１６は、受信した信号に基づいて、プロペラ用モータ１２を制御することにより、ドローン１０の飛行の高度、方向、姿勢等を維持したり、変更したりする。バッテリ１７は、ドローン１０における電源を必要とする構成要素に電気を供給する。

清掃ユニット２０は、回転ブラシ２２及びその軸２３、回転モータ２４Ａ、直動モータ２４Ｂ、清掃制御部２６、清掃用無線通信部２７、バッテリ２８を有する。

回転モータ２４Ａは、軸２３に連結されており、これにより回転ブラシ２２を回転駆動する。

清掃用無線通信部２７は、適宜のアンテナを具備し、遠隔操作装置３０の清掃操作部３２から無線にて送信された信号を受信し、清掃制御部２６に伝える。このようにして清掃制御部２６が遠隔操作される。清掃制御部２６は、受信した信号に基づいて、回転モータ２４Ａ又は直動モータ２４Ｂを制御することにより、回転ブラシ２２の回転駆動又は直線移動を起動させたり、停止させたりする。バッテリ２８は、清掃ユニット２０における電源を必要とする構成要素に電気を供給する。

ドローン１０と清掃ユニット２０を一体型として設計する場合、無線通信部、制御部、バッテリ等の共通する構成要素を別個に設けずに、１つにまとめてもよい。

図示しないが、清掃ユニット２０に種々のセンサを搭載してもよい。例えば、対象とする表面に対する高さや位置を検知するためのセンサを搭載する。そのセンサ信号を、清掃制御部２６が清掃用無線通信部２７を介して遠隔操作装置３０に送信することにより、遠隔操作装置３０がそれに基づいた適切な信号を送信するようにしてもよい。

図３は、図２に示した直動モータ２４Ｂの機能を説明するための図である。直動モータ２４Ｂは任意要素であるが、設けられることが好ましい。直動モータ２４Ｂは、回転ブラシ２２を上下方向に突出又は後退させるものである。図３（ａ）に示すように、回転ブラシ２２は、非使用時（着地中）にはドローン１０の脚部１４より上方に後退した位置にある。そして、使用時（飛行中）には、図３（ｂ）に示すように直動モータ２４Ｂにより回転モータ２４Ａの本体を直線移動させることにより、回転ブラシ２２を脚部１４よりも下方に突出させる。これにより、回転ブラシ２２は、脚部１４に妨げられずに清掃動作を行うことができる。

別の実施形態として、直動モータ２４Ｂを設けない場合は、回転ブラシ２２が常に図３（ｂ）に示すように脚部１４より突出していなければならない。この場合、着地時や着地中には、突出した回転ブラシ２２が支障となるので、例えば、回転ブラシ２２を収容しかつ脚部１４で着地できるような特別な台座などを用意して、その上に着地させることが必要となる。

図４は、ソーラーパネルの清掃を例として、図１に示した清掃装置１による清掃状況の一例を概略的に示した図である。図４では、傾斜した屋根に設置されたソーラーパネル５０を清掃している。この場合、清掃装置１の姿勢が屋根の傾斜と同じになるように、ドローン１０を傾斜させた状態に制御する。また、回転ブラシ２２がソーラーパネル５０の表面に適度に当たるように、表面からの高さを適切に制御する。この状態で、回転モータ２４Ａにより回転ブラシ２２を回転駆動しつつ、ドローン１０を例えばソーラーパネル５０の縦横方向に適宜移動させる。これにより、ソーラーパネル５０上の塵や埃が回転ブラシ２２により除去される。

ここで、本発明の清掃装置の遠隔操作方法の一例を挙げる。先ず、対象とする表面上での清掃装置の高さ及び移動経路のパターンを予めプログラムし、遠隔操作装置が具備する記憶装置に記憶しておく。清掃作業を行うときは、遠隔操作装置においてプログラムの起動操作のみを行うと、プログラムに従って信号がドローンへ自動的に送信される。全ての遠隔操作を手動で行うことは難しいため、このような自動制御を活用することが有用である。

図５は、本発明の清掃装置の変形形態の一例を概略的に示した図である。図５では、清掃装置１Ａの清掃ユニット２０の部分のみを示している。

清掃装置１Ａの清掃ユニット２０は、清掃ユニットフレーム２１の下面に旋回モータ２４Ｃを具備する。旋回モータ２４Ｃには、回転ブラシ２２の軸２３の基部が連結され、軸２３は点Ｏを中心として旋回可能である。例えば、軸２３は矢印Ｉのように揺動したり、矢印ＩＩのように円錐面を描くように旋回したりすることができる。旋回モータ２４Ｃも、図２に示した遠隔操作される清掃制御部２６により制御される。

旋回モータ２４Ｃは、図２に示した回転モータ２４Ａ及び直動モータ２４Ｂと組み合わせて設けられる。このような回転、旋回、直動を組み合わせた動きを実現するモータ機構は公知技術である。これにより、回転ブラシ２２の多様な動きが可能となり、効率的な清掃を実現することができる。

図６は、本発明の清掃装置の別の変形形態の一例を概略的に示した図である。図６では、清掃装置１Ｂの清掃ユニット２０の部分のみを示している。

清掃装置１Ｂの清掃ユニット２０は、図５に示した旋回モータ２４Ｃと、直動モータとの組合せの一例を示した図である。図６における直動モータ２４Ｂ１は、回転ブラシ２２と軸２３の連結部に設けられている。図示しないが、回転ブラシ２２の回転モータも当然に設けられている。

図６では、一例として、傾斜したソーラーパネル５０を清掃中の状況を示している。この場合、清掃装置１Ｂのドローン１０は水平状態を維持しており、２つの回転ブラシ２２のみが、ソーラーパネル５０の傾斜に沿うように傾斜している。２つの回転ブラシ２２は旋回モータ２４Ｃにより適切な角度に制御されるとともに、各回転ブラシ２２はその直動モータ２４Ｂ１によりそれぞれ適切な長さに制御されている。図６のような使用例は、ソーラーパネル５０の傾斜が大きく、その傾斜に沿うような傾いた姿勢でドローン１０を飛行させることが困難な場合に有効である。但し、この形態を適用する場合、ドローン１０のプロペラとソーラーパネルとの間の距離が十分に確保され、互いに干渉しないことを前提とする。

図７は、本発明の清掃装置のさらに別の変形形態の一例を概略的に示した図である。

清掃装置１Ｃは、図１に示した実施形態におけるドローン１０の脚部１４に替えて、清掃ユニット２０が、清掃ユニットフレーム２１の下面から下方に延びる脚部２９を有する（既製のドローンに清掃ユニットを装着する装着型の場合、既製のドローン１０の脚部は予め取り外しておく）。さらに清掃ユニット２０は、脚部２９を上下方向に突出又は後退させる直線移動のための直動モータ２４Ｂ２を具備する。直動モータ２４Ｂ２は、遠隔操作される清掃制御部２６により制御される。

図７（ａ）に示すように、非使用時（着地中）には、脚部２９は、回転ブラシ２２より下方に突出した位置にある。そして、使用時（飛行中）には、図７（ｂ）に示すように直動モータ２４Ｂ２により脚部２９を直線移動させることにより、脚部２９を回転ブラシ２２よりも上方に後退させる。これにより、回転ブラシ２２は、脚部２９に妨げられずに清掃動作を行うことができる。

図８は、本発明の清掃装置のさらに別の変形形態の一例を概略的に示した図である。

清掃装置１Ｄは、図７に示した清掃装置１Ｃの変形形態であり、清掃ユニット２０が、清掃ユニットフレーム２１の下面に旋回モータ２４Ｃ１を具備し、旋回モータ２４Ｃに連結された脚部２９Ａを有する。旋回モータ２４Ｃ１は、遠隔操作される清掃制御部２６により制御される。

図８（ａ）に示すように、非使用時（着地中）には、脚部２９Ａは、回転ブラシ２２より下方に突出した位置にある。そして、使用時（飛行中）には、図８（ｂ）に示すように旋回モータ２４Ｃ１により外側に９０度旋回させることにより、脚部２９Ａを回転ブラシ２２よりも上方に位置させる。これにより、回転ブラシ２２は、脚部２９Ａに妨げられずに清掃動作を行うことができる。

図７及び図８に示した清掃ユニット２０に設けた着地用の脚部を、回転ブラシ２２の清掃動作を妨げない位置へと変位させる変位手段は、これらに限られず多様な変形が可能であり、それらについても本発明に含まれるものである。また、図７及び図８に示した形態は、必要に応じて図５及び図６に示した形態と組み合わせてもよい。

ドローンと清掃ユニットを一体型として設計する場合も、清掃装置の着地用の脚部を設けるとともに、その脚部を回転ブラシの清掃動作を妨げない位置に変位させる機構を設けることが好適である。

以上に述べた本発明の各実施形態は一例を示したものであり、これら以外にも種々の公知技術を適用した多様な変形形態が可能であり、それらについても本発明に含まれるものとする。

１ 清掃装置
１０ ドローン
１１ 本体フレーム
１２ プロペラ用モータ
１３ プロペラ
１４ 脚部
１５ 飛行用無線通信部
１６ 飛行制御部
１７ バッテリ
２０ 清掃ユニット
２１ 清掃ユニットフレーム
２２ 回転ブラシ
２３ ブラシ軸
２４Ａ 回転モータ
２４Ｂ、２４Ｂ１、２４Ｂ２ 直動モータ
２４Ｃ ２４Ｃ１ 旋回モータ
２６ 清掃制御部
２７ 清掃用無線通信部
２８ バッテリ
２９ 脚部
３０ 遠隔操作装置
３１ ドローン操作部
３２ 清掃ユニット操作部

Claims (5)

1. 本体フレーム（１１）と飛行用プロペラ（１３）とを具備し遠隔操作されて無人飛行するドローン（１０）と、前記ドローン（１０）に装着された清掃ユニット（２０）と、を有し、
   前記清掃ユニット（２０）が、種々の表面を清掃するための１又は複数の回転ブラシ（２２）と、遠隔操作されて前記回転ブラシ（２２）を回転駆動する回転モータ（２４Ａ）と、を具備する
   ドローン組込み清掃装置。
2. 前記清掃ユニット（２０）が、遠隔操作されて前記回転ブラシ（２２）を直線移動させる直動モータ（２４Ｂ，２４Ｂ１）をさらに具備する、
   請求項１に記載のドローン組込み清掃装置。
3. 着地用の脚部（２９，２９Ａ）と、遠隔操作されて前記脚部（２９，２９Ａ）を前記回転ブラシ（２２）の清掃動作を妨げない位置へと変位させる変位手段（２４Ｂ２， ２４Ｃ１）をさらに具備する、
   請求項１又は２に記載のドローン組込み清掃装置。
4. 前記清掃ユニット（２０）が、遠隔操作されて前記回転ブラシ（２２）を旋回させる旋回モータ（２４Ｃ）をさらに具備する、
   請求項１〜３のいずれかに記載のドローン組込み清掃装置。
5. 本体フレーム（１１）と飛行用のプロペラ（１３）とを具備し遠隔操作されて無人飛行するドローン（１０）に装着可能な清掃ユニット（２０）であって、
   種々の表面を清掃するための１又は複数の回転ブラシ（２２）と、遠隔操作されて前記回転ブラシ（２２）を回転駆動する回転モータ（２４Ａ）と、を具備する
   ドローンに装着される清掃用の清掃ユニット。

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