JP2016522113A - 自動化されかつ多目的に使用可能な、飛行性能を備えた自己昇降する構造体 - Google Patents

Abstract

本発明の課題は、補給ステーションもしくは基盤ステーションと常に関係なく、清掃目的、修繕目的、被覆工程、印刷工程ならびに監視目的のための適切な表面に自動的に到達し、独力で表面あるいは正面まで行き、独力で表面上を移動し、そして表面から離れる、自動化されかつ多目的に使用可能な、飛行性能を備えた構造体を提供することである。本発明による自動化されかつ多目的に使用可能な、真空吸着ユニット（２）を備えた自己昇降する構造体（１）の場合、自己昇降する構造体（１）に、二つ、三つあるいはそれ以上のローター（１１）あるいはプロペラ（１１）を備えたマルチコプター（３）が配置されている。

Description

本発明は、自動化されかつ多目的に使用可能な、マルチコプターと接続された状態の自己昇降する構造体に関し、この構造体は出発位置から独力で清掃すべきあるいは検査すべき面まで達し、この面を清掃し、検査し、あるいは手入れをし、その後、再度出発位置に帰還することができる。

最も近い従来技術として特許文献１が挙げられ、この特許文献においては、飛行船と接続された正面清掃設備が記載されている。この解決手段は構造上の大きさの理由で建造物の外側でしか使用できないという短所がある。さらに運転には手間をかけてのみ実現しなければならない。特殊な構造的状態のせいで、この解決手段はさらに風に対して特別に弱い。

これ以外に多くの分野にわたり使用するための正面昇降設備が知られており、この設備において、各々の建造物の屋根の上あるいは天井の下にあるクレーンにキャビンが懸架しており、かつこれらのクレーンにおいて正面で降ろされるかあるいは上に牽引される。正面昇降設備を運転するために必要不可欠な構成要素が手間をかけて設置されかつ整備される必要があるという短所をこれらの設備は備えている。さらに、これらは特に建造物の内部に手間をかけてしか隠すことができない。その上さらに、このような正面清掃設備は垂直な正面でしか使用できない。近づくのが難しい場所はさらに手間をかけてのみ到達可能である。さらに場合によっては手作業の構成も必要不可欠である。とりわけ傾斜した面あるいはオーバーハングを備えた面は、これらの正面昇降設備では到達できない。

長いブームに配置され、建造物の内側および外側の正面で使用できる設備も、手間をかけてしか実現可能でなく、かつ限られた作動半径しか備えていないという短所を有する。

国際特許出願公開第２０１０／０８３６１９号公報

従って本発明の課題は、補給ステーションもしくは基盤ステーションと常に接続されていることなく、清掃目的、修繕目的、被覆工程、印刷工程ならびに監視目的のための適切な面に自動的に到達し、独力で正面の表面まで行き、独力で表面上を移動し、そして表面から離れる、自動化されかつ多目的に使用可能な、飛行性能を備えた構造体を提供することである。

本発明により、提示された適用の場合、自動化され多目的に使用可能な自己昇降する構造体が提供されることが達せられ、自己昇降する構造体はマルチコプターに配置されており、従ってマルチコプターの補助により、任意の面のほぼどの位置にも到達する。これにより、建物の内側においても外側においても、これまで到達できなかったあるいはかなり面倒をかけてだけ到達できた接近困難な面に到達できる。この装置により、多様な用途が実現され、活動を行うことができる。さらに、二つ、三つあるいはそれ以上のローターあるいはプロペラを備えたマルチコプターは、自己昇降する構造体の簡単で確実な飛行を保証する飛行性能を備えている。その上さらに、各々の面における、あるいは各々の面上における、自己昇降する構造体の確実な降着ならびに配置が確実に可能である。さらにマルチコプターの自重は僅かである。マルチコプターは適切な制御により、外部環境が必要な場合でも、自己昇降する構造体に安定して作動することができる。

自己昇降する構造体の有利な態様は、請求項２〜９に示してある。

請求項２によれば、自己昇降する構造体とマルチコプターは互いに相対的に可動であると特に有利である。これにより位置の調節が互いに可能である。テコの作用あるいは風の影響による不利な状況を回避しあるいは構造的簡素化を達成するために、例えば使用する際にあるいは準備ができた状態においては、この位置の調節が各々の与えられた状態と今ある位置に装置を合わせるのを可能にする。さらに、装置はこれを分解することなく、場所をとらずに使用されるか、あるいは保管することができる。

移動においてそして移動における融通性を高めるために、請求項３によれば、自己昇降する構造体はマルチコプターに支持アームを用いて配置されている。従って、面に対するおよびマルチコプターに対する自己昇降する構造体の特別な位置が達せられ、自己昇降する構造体とマルチコプターの不利な相互の影響は回避される。

請求項４によれば、自己昇降する構造体には、清掃装置、器具ホルダ、組立装置、印刷装置、被覆装置ならびに視覚的監視のための手段があるかあるいは取付けられることにより手間のかかる改造を行う必要もなく、異なる仕事を実現させることができる。先に挙げた補助手段は、自己昇降する構造体と問題なく組合わせることができる。これにより装置の使用範囲は著しく広がる。

請求項５によれば、マルチコプターならびに自己昇降する構造体には、貯蔵容器が設けられており、これらの貯蔵容器により、水、清掃剤ならびに圧縮空気のような、その都度の使用目的に不可欠な操業材料の連行が可能になる。場合によってはその都度の操業材料の必要不可欠な量を一緒に持って行けるように、複数の貯蔵容器が適切な方法で組合されるかあるいは別々に使用されることがさらに可能である。

請求項６によれば、マルチコプターならびに自己昇降する構造体には、少なくとも一つの場所に融通が利きかつ固定式のエネルギー補給部が設けられていることにより、必要な場合には、ドッキングステーションにおける短い滞在だけが必要不可欠である。その理由は、蓄電池の交換あるいは電池の交換のみが行われ、比較的長く持続する充電過程が回避されるからである。従って、自己昇降する構造体を備えたマルチコプターは迅速に再び使用の準備ができている。その際に、作業の中断は極めて短い。

自動化され多目的な用途を保障するために、請求項７によれば、ドッキングステーションがある。このドッキングステーションでは、特に運転に必要不可欠なマルチコプターならびに自己昇降する構造体、ならびにその都度使用される補充部品の運転に必要な蓄電池のエネルギーを補給するためのインターフェースが運転中である。貯蔵容器を対応して需要に即して充填するためには、さらに水、清掃剤ならびに圧縮空気のための使用目的に応じて、マルチコプターならびに自己昇降する構造体に補給するためのインターフェースがある。

マルチコプターならびに自己昇降する構造体の蓄電池のより長い運転時間を達するために、そして蓄電池の中間充電のために、請求項８によれば、マルチコプターならびに自己昇降する構造体には光起電力モジュールが設けられている。これにより、充電サイクルの間の装置の運転時間を伸ばすことが可能であり、それにより装置はより長く使用状態のままであり得ることができ、従ってより効率的に作業する。特に電池の後充電が予見できない理由から遅延されるかあるいは阻止され、もしくは特定の結果を達するために必要とされていない場合、さらにエネルギー補給における困難な状況は取除くことができる。

信頼できる運転のために、そして使用領域を拡張するために、請求項９によれば、マルチコプターにも視聴覚的監視のための手段が設けられている。これにより、飛行時および飛行の適切な制御時の周囲の監視、ならびに場合によっては自己昇降する構造体に設けられた視聴覚的監視に関係なく使用時の周囲の監視が可能になる。

マルチコプターあるいは自己昇降する構造体が請求項１０によれば位置決定のための手段を備えていると有利である。従って、その都度の中断場所は確実に認識でき、かつ装置を捜し出すことができる。さらに、経路の最適化の目的のために、その都度の位置の近くに位置決めされたマルチコプターが、特定の使用の場合に優先されることが、位置決定により可能である。さらにマルチコプターは決まった位置を目指して制御することができる。絶対位置あるいは相対位置特定システムとしての位置決めのやり方に応じて、高精度に実施する移動が可能である。

請求項１１によりマルチコプターと自己昇降する構造体が遠隔操作可能であるかあるいは遠隔制御可能であることにより、目的に合致した需要に即した使用が可能である。位置データと結合して、操作者による持続する制御が必要不可欠であることなく、このようにして自動化されて具体的な座標が制御できる。自動化された経過の修正が可能である。

本発明による装置は図に基づいて示してあり、かつ以下の実施例で詳しく説明する。

クアドロコプターとしてのマルチコプターに配置された状態の、幅の狭い面を下にして置かれた自己昇降する構造体を上から見た立体図で示す。 クアドロコプターとしてのマルチコプターに配置された状態の、幅の狭い面を下にして置かれた自己昇降する構造体を上から見た図１とは異なる立体図で示す。 クアドロコプターとしてのマルチコプターに配置された状態の、幅の狭い面を下にして置かれた自己昇降する構造体を下から見た立体図で示す。 クアドロコプターとしてのマルチコプターに配置された状態の、幅の狭い面を下にして置かれた自己昇降する構造体の側面図である。 マルチコプターに配置されかつマルチコプターに対して縦方向に配置された自己昇降する構造体を備えたクアドロコプターとしてのマルチコプターを上から見た立体図で示す。 マルチコプターに配置されかつマルチコプターに対して縦方向に配置された自己昇降する構造体を備えたクアドロコプターとしてのマルチコプターの側面図である。 クアドロコプターとしてのマルチコプターと、クアドロコプターに配置され、かつアドロコプターに対して幅の狭い面を下にして置かれた自己昇降する構造体とのドッキングステーションである。 マルチコプターに配置されかつマルチコプターのために縦方向に配置された自己昇降する構造体を備えたクアドロコプターとしてのマルチコプターの作業位置での建物の表面における側面図である。 マルチコプターに配置されかつマルチコプターに対して縦方向に配置された自己昇降する構造体を備えたクアドロコプターとしてのマルチコプターの作業位置での建物の表面における別の側面図である。 支持アームを介して縦方向に配置された自己昇降する構造体を備えたクアドロコプターとしてのマルチコプターを上から見た立体図である。 支持アームを介してクアドロコプターとしてのマルチコプターに配置された状態での、幅の狭い面を下にして置かれた自己昇降する構造体を上から見た立体図である。

本発明による自動化されかつ多目的に使用可能な、真空吸着ユニット２を備えた自己昇降する構造体は、マルチコプター３に配置されている。このマルチコプター３は、図１〜３、５及び７に示したように、良好な飛行性能に基づいてクアドロコプターである。しかし、例えばバイコプター、トリコプター、およびシックスコプター、オクトコプターあるいはそれ以上のマルチコプターのような、二つ、三つあるいはそれ以上のローター１１あるいはプロペラ１１を備えた別のマルチコプター３も適切である。要求および担持すべき負荷に応じて、各々のマルチコプター３は選択されるべきである。マルチコプター３および自己昇降する構造体１ならびに構造体に配置される補助手段は、電池あるいは蓄電池によりエネルギーを供給される。

自己昇降する構造体１は、二つの互いに独立したモーターで駆動される回り継手９を用いてマルチコプター３に配置されている。その際にこれらの回り継手９は、その回転軸が互いに直角をなすように配置されている。従って、自己昇降する構造体１とマルチコプター３から成る装置は、ほぼ任意の姿勢あるいは位置で互いに対して据えられうる。それにより、偏った負荷分布によるテコの効果のような飛行挙動への不利な影響は少なくとも減らすことができる。このことは各々の面１０での作業にも当てはまる。その際に、自己昇降する構造体１へのマルチコプター３の影響および建物の面１０での真空吸着ユニット２の付着作用の影響が減らされるように、マルチコプター３は置かれることができる。

マルチコプター３と自己昇降する構造体１の間の調節手段により建物の面１０あるいは正面１０へ近づけることにより、自己昇降する構造体１の真空吸着ユニット２が面１０あるいは建物の正面１０の方向に向くように、自己昇降する構造体１は、各々の面１０あるいは建物の正面１０の位置あるいは傾斜に適合させることができる。第一の接触により、自己昇降する構造体１の真空吸着ユニット２は、面１０あるいは建物の正面１０に吸着し、別の動きの役割を果たす。その際に、面１０の位置合わせはほぼ随意である。垂直かあるいは傾斜した正面１０も同様に到達される。確実な移動もその都度可能である。図８は傾斜した正面１０における、マルチコプター３と自己昇降する構造体１から成る装置を示す。

マルチコプター３により、自己昇降する構造体１は任意の面１０のほぼ任意の場所に搬送されることができるので、これらの場所では、異なる作業あるいは活動を行うことができる。このようにして、予め設定された面部分が清掃されるか、あるいはこの部分で手入れ作業、修繕作業もしくは視聴覚的な検査作業が行われることが意図されている。各々の作業と活動に必要不可欠な器具あるいは補助手段は、問題なく自己昇降する構造体に取付けることができる。清掃手段あるいは水のために設けられた貯蔵容器６は、必要に応じて、修繕作業を行うために、材料を収容するために、あるいは器具ホルダ４もしくは組立装置４の形態の器具のためにも装備を変えることができる。それに加えて、清掃目的のための圧縮空気タンクも設けられている。しかし、できるだけ過剰な圧縮空気の備蓄が、場合によっては組込まれるベンチュリ式真空吸着ユニット２のためにも挿入され、かつこれらの真空吸着ユニットに送られ得る。

さらに、マルチコプター３の周囲に拡張されるかあるいは補充される自己昇降する構造体１は、建造物あるいは他の領域の監視を適切に行うことを目的として使用できる。このために、少なくとも自己昇降する構造体１は、監視カメラ５ならびにマイクロフォンを備えることが考慮されている。ローカルエリアネットワークあるいはモバイルネットワークのようなワイヤレスネットワーク接続を介して、必要な場合には、マルチコプター３と自己昇降する構造体１が遠隔操作でき、画像データと音響データが遠隔操作装置あるいは監視場所に転送される。さらに、視覚的かつ音響的検出の手段はマルチコプター３にも設けられている。これにより、手動による、かつ遠隔操作される航法が可能になり、そしてその航法は少なくとも簡素化される。航法と位置の監視は、さらに位置を決定するための現存の手段により簡素化される。これにより、自動化された遠隔操作運転が可能である。使用される位置決めシステムに応じて、最も精確な現在位置データと移動データが検出できる。従って、必要な場合に、完全に自動化された航法が可能である。位置決めデータを用いて、特に極めて見通しのきかない場所に関する与えられた状態において、自己昇降する構造体１を備えたマルチコプター３の現在の滞在地に関する監視が可能である。

電池あるいは蓄電池を充電するために、ならびに貯蔵タンク６を後から満たすためにあるいは器具または材料を装備するために、ドッキングステーション７がある。電池あるいは蓄電池の充電状態が臨界値に達したかあるいはすでに下回ったのと同時に、マルチコプター３はエネルギー備蓄を利用して即刻ドッキングステーション７へと飛ぶ。自己昇降する構造体１の貯蔵容器６あるいは電池あるいは蓄電池が空かあるいは少なくともかなり空になっているかあるいは放電している場合、同じことが言える。ドッキングステーション７において、マルチコプター３と自己昇降する構造体１は、再度運転のために準備する。

ドッキングステーション７において、確実に取付けられた固定式の電池あるいは蓄電池は自動化されて充電できる。電池あるいは蓄電池は、マルチコプター３と自己昇降する構造体１の装置のエネルギー補給部である。その際に、この装置の共通のエネルギー補給部ならびに各々マルチコプター３と自己昇降する構造体１のための分離したエネルギー補給部が設けられている。特に短時間の中断のために、代替え的に充電された電池あるいは充電された蓄電池に対して、場所的に融通の利く電池あるいは蓄電池の自動化された交換が考慮される。このようにして作業経過における時間的な中断を減らすことができる。このために、ドッキングステーション７により、マルチコプター３と自己昇降する構造体１のその都度の場所に融通の利くエネルギー補給部を切り離すことができ、かつ充電されたエネルギー補給部に取り替えることができる。

エネルギー不足を補償するために、かつ使用場所に応じて、ドッキングステーションにおけるエネルギー補給部の交換あるいは充電のための中断を回避するために、光起電力モジュール８が設けられている。これはマルチコプター３にも自己昇降する構造体１にも配置されることができる。

図９〜１１は自己昇降する構造体１を示しており、この自己昇降する構造体は支持アーム１２を介してクアドロコプターとしてのマルチコプター３に配置されている。その際に、支持アーム１２は電動モーターで調節可能な球継手９を用いて自己昇降する構造体１に配置されている。従って、自己昇降する構造体１は単独で手を加えるべき面１０に対して必要な姿勢で旋回しかつ回転することができる。それ故、マルチコプター３の姿勢が面に対して変わることなく、面１０上での自己昇降する構造体１の移動が可能である。それによりてこ作用は最小限に減らされる。支持アーム１２はこの具体的な実施例においてはマルチコプター３に不動に固定されている。この際に、マルチコプター３に対する自己昇降する構造体１の姿勢をさらに個々に調節するために、マルチコプター３には回り継手９があることも考慮されている。このようにして、球継手９は自己昇降する構造体１に回り継手９としても構成可能である。支持アーム１２を介して自己昇降する構造体１とマルチコプター３の配置により、頭上での使用が実現できる。その際に、自己昇降する構造体１はマルチコプターを介して旋回される。

１ 自己昇降する構造体
２ 真空吸着ユニット
３ マルチコプター
４ 清掃装置、器具ホルダ、組立装置、印刷装置、被覆装置
５ 視覚的監視部、音響的監視部
６ 貯蔵容器
７ ドッキングステーション
８ 光起電力モジュール
９ 継手、球継手、回り継手
１０ 正面、面
１１ ローター、プロペラ
１２ 支持アーム

Claims (11)

1. 自動化されかつ多目的に使用可能な、真空吸着ユニット（２）を備えた自己昇降する構造体（１）において、
   自己昇降する構造体（１）に、二つ、三つあるいはそれ以上のローター（１１）あるいはプロペラ（１１）を備えたマルチコプター（３）が配置されていることを特徴とする自己昇降する構造体（１）。
2. 自己昇降する構造体（１）とマルチコプター（３）が、少なくとも一つの継手（９）を用いて互いに相対的に可動であることを特徴とする請求項１に記載の自己昇降する構造体。
3. 自己昇降する構造体（１）が少なくとも一つの支持アーム（１２）を用いてマルチコプター（３）に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の自己昇降する構造体。
4. 自己昇降する構造体（１）には、清掃装置（４）、器具ホルダ（４）、組立装置（４）、印刷装置（４）、被覆装置（４）および／または音響的および／または視覚的に監視するための手段（５）が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の自己昇降する構造体。
5. マルチコプター（３）および／または自己昇降する構造体（１）に、水、清掃剤および／または圧縮空気のための少なくとも一つの貯蔵容器（６）が配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の自己昇降する構造体。
6. マルチコプター（３）および／または自己昇降する構造体（１）が、少なくとも一つの場所に融通の利くおよび／または固定式のエネルギー補給部を備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の自己昇降する構造体。
7. 少なくとも一つのドッキングステーション（７）が設けられており、ドッキングステーション（７）には、エネルギー補給部を充電するための、エネルギー補給部を交換するための、圧縮空気を補給するための、水を補給するための、清掃剤を補給するためのおよび／または器具を交換するためのインターフェースが設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の自己昇降する構造体。
8. マルチコプター（３）および／または自己昇降する構造体（１）が、光起電力モジュール（８）を備えていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の自己昇降する構造体。
9. マルチコプター（３）が音響的および／または視覚的監視手段を備えていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の自己昇降する構造体。
10. マルチコプター（３）および／または自己昇降する構造体（１）が、位置を決定するための手段を備えていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の自己昇降する構造体。
11. マルチコプター（３）および／または自己昇降する構造体（１）が、手動および／または自動化されて遠隔操作可能であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の自己昇降する構造体。

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