JP2017100602A - 無人航空機システム及びそれを用いたロープ掛け方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ロープ掛け作業を行う際に、大型トラックのように対象物の高さや距離が大きい場合であっても、作業の安全性が高く、一人で作業を行うことが容易である、ロープ掛けのための無人航空機システム及びそれを用いたロープ掛け方法を提供する。
【解決手段】物体を挟んで一方側から他方側に該物体の上部を越えてロープ掛けをするために用いられるロープ２０と、複数の回転翼３１を有する無人航空機３０と、飛行を制御するための制御装置４０と、前記ロープ２０と前記無人航空機３０とを繋ぐリード紐５０を有する無人航空機システを用い、作業者が前記制御装置４０を操作して、前記リード紐５０と前記無人航空機３０が前記物体の上を飛び越えて、前記物体の一方側から他方側にリード紐５０を送り、送られたリード紐５０を作業者が手繰り寄せて前記ロープ２０を引き寄せることでロープ掛けを行う方法。
【選択図】図１

Description

本発明はロープ掛けに用いる無人航空機システム及びそれを用いたロープ掛け方法に関するものである。

従来、大型トラック等において、荷台のロープ掛けを行う作業は、作業者が荷台の上に上る必要があり、きわめて危険な作業である。ロープ掛け作業の事故の例と、その対策が公知である（例えば、特許文献１参照）。

社団法人全日本トラック協会編、「労災事故の防止に向けたトラックドライバーの積卸し・シートがけ・固縛の安全作業マニュアル」、平成１４年２月、ｐ．１１−１８、［online］、［平成２７年１１月２６日検索］、インターネット〈URL：http://www.jta.or.jp/rodotaisaku/pdf/anzensagyo.pdf〉

ロープ掛け作業の危険性としては、非特許文献１に記載のように、作業者が荷台の上に乗った際に、バランスを崩したり、足を滑らして、荷台から地面に転落する事故等である。

小型のトラック等では、荷台がそれほど高くないし、ロープの重量もさほど重くならないことから、ロープを荷台の一方側から反対側へ投げることで、一人でもロープ掛けをすることが可能である。しかし大型トラックの場合は、荷台の高さが高く、反対側までの距離も長く、ロープの重量が重くなる。一人で荷台の反対側に向かってロープを投げることは極めて困難である。

そのため、一人でロープ掛け作業を行う場合は、ロープを抱えて荷台の上に上ったり、降りたりする作業を繰り返す必要があり、時間と手間がかかる作業である。

上記のような点から、大型トラックのロープ掛け作業は、二入以上の作業者で行い、一人が荷台の上に乗り、もう一人が地上にいて、作業を行うのが、一般的であり人手を要する作業である。

本発明の目的は、ロープ掛け作業を行う際に、大型トラックのように対象物の高さや距離が大きい場合であっても、作業の安全性が高く、一人で作業を行うことが容易である、ロープ掛けのための無人航空機システム及びそれを用いたロープ掛け方法を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明のロープ掛けのための無人航空機システムは、
物体を挟んで一方側から他方側に該物体の上部を越えてロープ掛けをするために用いられるロープと、
前記物体を飛び越えることが可能であり複数の回転翼を有する無人航空機と、
前記無人航空機の飛行を制御するための制御装置と、
前記物体を飛び越えるのに十分な長さであり、前記ロープと前記無人航空機とを繋ぐリード紐を有し、
作業者が前記制御装置を操作することで、前記リード紐と前記無人航空機が前記物体の上を飛び越えて、前記物体の一方側から他方側にロープ掛けが行われる
ものである。

前記無人航空機システムにおいて、前記リード紐の端部が、前記ロープに着脱可能に形成されていることが好ましい。

前記無人航空機システムにおいて、前記リード紐の端部が、前記無人航空機に着脱可能に形成されていることが好ましい。

前記無人航空機システムにおいて、前記無人航空機が、着地の際に障害物を避けることが可能な障害物回避システムを有することが好ましい。

前記無人航空機システムにおいて、前記無人航空機が、前記リード紐に加わる負荷を検知することが可能な負荷検知システムを有することが好ましい。

本発明のロープ掛け方法は、上記の無人航空機システムを用いたロープ掛け方法であって、
作業者が、前記リード紐が接続された前記無人航空機を制御して前記物体の上を飛び越えさせた後、前記物体を飛び越えた前記無人航空機に接続された前記リード紐を手繰り寄せることにより前記ロープを引き寄せて、前記物体の一方側から他方側にロープ掛けを行うものである。

本発明は、無人航空機システムを用い、リード紐が無人航空機とロープを繋いで、ロープ掛けを行う物体の上を飛び越えさせて、リード紐を手繰り寄せることで、ロープを掛ける方法を採用したことにより、ロープ掛け作業を行う際に、大型トラックのように対象物の高さや距離が大きい場合であっても、高所に上って作業する必要が無いので、作業の安全性が高い。また、一人で作業を行う場合であっても容易にロープ掛け作業を行うことができる。

本発明の無人航空機システムの一実施例の概略の構成を示す説明図である。 図１の無人航空機システムの制御系統の概略を示すブロック図である。 トラックの荷台にロープ掛けをした後の状態を示す図であり（ａ）は側面図であり、（ｂ）は平面図である。 （ａ）〜（ｃ）はロープ掛け方法の一例を説明するため工程図である。 （ｄ）〜（ｆ）はロープ掛け方法の一例を説明するため工程図である。

以下、本発明のロープ掛けのための無人航空機システムについて、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の無人航空機システムの一実施例の概略の構成を示す説明図である。図１に示す実施例の無人航空機システムは、大型トラックの荷台を対象物体とし、荷台にロープ掛けを行う場合の例を示す。

図１の無人航空機システムは、大型トラック７０の荷台７１の左右側部の一方側から、荷台７１を挟んで反対側の他方側に、荷台７１の上部を超えてロープ掛けをするのに用いられる。無人航空機システム１０は、ロープ掛けに用いられるロープ２０と、複数の回転翼を有する無人航空機としてのマルチコプタ３０と、該マルチコプタ３０を制御するための制御装置４０と、ロープ２０と、マルチコプタ３０とロープ２０を繋ぐためのリード紐５０とから構成されている。以下、これらの各構成について詳細に説明する。

ロープ２０は、小型トラック、大型トラック等のトラックの荷台のロープ掛けに用いられる各種のロープを、そのまま利用することが可能である。ロープの太さ、重さ、材質等は特に限定されない。

図２は図１の無人航空機システムの制御系統の概略を示すブロック図である。図２に示すように、マルチコプタ３０は、飛行のための揚力を発生させる複数の回転翼３１、飛行動作等を制御するメインコントローラ３２、受信器３３、電気機器や、電子機器の部品に電力を供給するためのバッテリ３４を有する。各回転翼３１にはＤＣモータ３１１が結合されており、ＥＳＣ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｓｐｅｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）３１２を介して、メインコントローラ３２に接続されている。

マルチコプタは、プロペラを垂直方向に配置した回転翼を３個以上有するものが一般的である。回転翼の数が２個の場合には姿勢を制御する為に、回転中に連続的にプロペラの角度を変える機構を有する。マルチコプタは、例えば回転翼を３個備えるトライコプタ、４個のクアドコプタ、6個のヘキサコプタ、8個のオクタコプタ、さらにそれ以上のローター数を備えるマルチコプタまで適宜変更可能である。

メインコントローラ３２は、マイクロコントローラである制御部３２１を備えている。制御部３２１は、ＣＰＵ（中央処理装置）３２２、ＲＡＭ／ＲＯＭ（記憶装置）３２３、及びＰＷＭコントローラ３２４等を備えている。

マルチコプタ３０の制御は、ＰＷＭコントローラ３２４からの指示が、ＥＳＣ３１２を介して、各ＤＣモータ３１１の回転速度が制御される。複数の回転翼３１の各回転翼の回転方向や回転速度のバランス等により、マルチコプタ３０の姿勢や位置を制御することが可能である。

メインコントローラ３２は、センサ群３２５及びＧＰＳ受信器３２６を備えており、これらは制御部３２１に接続されている

また、センサ群３２５には、加速度センサ、ジャイロセンサ（角速度センサ）、気圧センサ、地磁気センサ（電子コンパス）等から、適宜、選択することができる。

制御部３２１のＲＡＭ／ＲＯＭ３２３には、マルチコプタ３０の飛行時における飛行制御アルゴリズムが実装された飛行制御プログラムが記憶されている。制御部３２１はセンサ群３２５等から取得した情報を用いて、飛行制御プログラムによりマルチコプタ３０の姿勢及び位置を制御することができる。

マルチコプタ３０の離陸は、ロープ掛けを行う作業者（以下、単に作業者ということもある）が制御装置である無線送信機４０を用いて飛行制御信号をマルチコプタに送信して、手動で行うように形成されている。無線送信機４０からの信号は、受信機３３により受信して、メインコントローラ３０に送られる。

またマルチコプタ３０は、センサ群３２５等から取得した情報を用いて、ロープ掛けを行う対象物に対し、その情報を飛び越えるように飛行するための飛行ルートがパラメータ化されている飛行プログラムを実装しており、離陸後にロープ掛けを行うための飛行を自律的に行い着陸することが可能に構成されている。

マルチコプタ３０の着陸は、上記飛行プログラムにより、離陸後、自動で着陸するようになっている。なお、必要に応じて、作業者が制御装置４０のストップボタン４２を操作して、マルチコプタの飛行中にホバリング状態から飛行開始地点に手動で着陸させることも可能である。

マルチコプタ３０は、障害物回避システム３５が設けられている。障害物回避システム３５は、マルチコプタ３０の下面側に設けた、超音波センサやレーザ測距装置等のセンサ３５１と、所定の制御を行うコントローラ３５２とから構成されている。

マルチコプタ３０をトラック７０の側面から離陸させる場合、作業者がマルチコプタ３０の前方が飛び越える対象となる荷台７１側と相対するように設置し、方向確認が完了している旨をマルチコプタに通知し、飛び越える対象を明示するのが好ましい。このようにすることで、離陸後のマルチコプタの移動方向を迅速に検知できる。すなわち、一般に、マルチコプタが離陸する際、飛び越える対象が存在するか不明な場合、浮上しながら周囲の障害物をレーザや映像等のセンサで検知し、最大の障害物を飛び越える対象として認識することになる。しかし、仮にマルチコプタの近傍に飛び越える対象（荷台）以外の大きな構造物があると、誤動作して荷台とは別の方向に進行する可能性がある。これに対し、手動で進行方向を指定してやると、対象を素早く確実に対象を飛び越えることが可能となる。

またマルチコプタ３０が対象を飛び越えた後に着陸する際に、マルチコプタ３０が進行方向に対し１８０度転回してから着陸するように飛行プログラムを制御することができる。その場合、マルチコプタ３０を最初に対象を飛び越えさせる場合、最初だけ前方を対象に相対するように配置して発進させれば、その後の飛行では、離陸する際に常にマルチコプタ３０の正面が対象と相対するようになる。

障害物回避システム３５によるマルチコプタ３０の飛行制御は、センサ３５１が着地地点の障害物の有無を確認し、着陸地点に障害物があった場合には、予め規定した範囲で、トラック７０の側面の進行方向の前後方向で障害物のない場所を着陸地点として探し、当該部分にマルチコプタ３０を移動させで着地させる。マルチコプタ３０の着地地点を移動させるのは、メインコントローラでマルチコプタ３０の各回転翼３１の回転速度のバランス等を制御することで行う。

マルチコプタ３０には、着地検知システム３７が設けられている。着地検知システム３７は、脚部に加わるテンションを検知する張力検出器、地面との距離を測る測距装置等のセンサを用いることができる。また着地検知システムとしてマルチコプタ３０のＤＣモータ３１１の負荷電流をモニタする電流計等を用いてもよい。着地するとＤＣモータ３１１に加わる負荷電流が小さくなる。負荷電流の観測により着地したことを判断できる。

着地検知システム３７が、マルチコプタ３０の接地を検知すると、ＰＷＭコントローラ３２４は、ＥＳＣ３１２に停止信号を送信させてＤＣモータ３１１を停止して、ブレード３１３の回転を停止させる。

マルチコプタ３０は、リード紐５０の係止を容易にするために、下側にリード紐５０の端部を係止するための係止部３８が設けられている。係止部３８は、リード紐５０の端部の係止具５１、５２等（後述する）が係止しやすい形状に形成されている。係止部３８は、例えばフック等の鉤状の部材や、リング等の環状の部材を用いることができる。

マルチコプタ３０は、飛行の安全性を高めるために、負荷検知システム３６が設けられている。負荷検知システム３６は、リード紐５０のテンションを検知するためのテンションセンサ３６１と、タイマ３６２から構成されている。テンションセンサ３６１は、マルチコプタ３０の係止部３８に接続されていて、リード紐５０に加わる負荷を測定することが可能である。

負荷検知システム３６は、テンションセンサ３６１により得られるリード紐５０に加わる負荷（リード紐のテンション）が、マルチコプタ３０の備える牽引力を超え、タイマ３６２により測定される時間が予め設定した時間を経過した場合、メインコントローラが、マルチコプタ３０が離陸した地点に戻るように、飛行を制御する。具体的な飛行の制御は、ＥＳＣ３１２により、各回転翼３１の回転方向や回転速度のバランス等を制御することにより行われる。

このように負荷検知システム３６が上記作動を行うことにより、何らかの理由により、マルチコプタ３０がリード紐５０を十分引っ張りきれない場合に、マルチコプタ３０が墜落する事故や、ＤＣモータ３１１に負荷がかかり故障することを避けることができる。

マルチコプタ３０の受信器３３は、送信機４０からの無線信号を受信する無線受信器として形成されていて、送信機４０の無線周波数に対応している。

送信機４０は、作業者が意図する制御命令をマルチコプタ３０の受信器３３に送信するための無線送信機として構成されている。送信機４０は、スタート信号を送るためのスタートボタン４１とストップ信号を送るためのストップボタン４２を有する。制御装置４０のインターフェイスは、スタートボタン４１とストップボタン４２の二つのボタンだけであり、それ以外のボタンは設けられていない。そして制御装置４０がマルチコプタ３０に対して送信する信号は、スタートの信号と、ストップの信号の２種類だけに限定されている。

一般にマルチコプタの制御は、「プロポ」と呼ばれる送信機を用いて操作する。しかし、プロポの操作は、熟練が必要であり、だれでも操作ができるというものではなかった。これに対し、制御装置４０の操作が、スタートとストップの２種類のボタンだけで行うため、マルチコプタの操作に習熟していない人でも、操作を簡単に行うことができる。

リード紐５０は、ロープ掛けを行う対象となる物体（本実施例ではトラックの荷台）に対し、一方側から他方側に物体の上を掛け渡すのに十分な長さを有している。リード紐５０は、通常、ロープ２０よりも細く、軽量の材料が用いられる。リード紐５０の材質としては、特に限定されず、柔軟な可撓性部材からなる紐であればよい。

リード紐５０は、強度と柔軟性が優れる点から、テグスのようなものが好ましい。またリード紐５０は、無色透明のものでもよいが、蛍光色や、有色に着色されている方が、視認性が高くなるという点から好ましい。リード紐５０として、例えばテントのガイロープ等を利用することができる。

マルチコプタ３０は荷台の上を超えて飛行する際に、軽量なリード紐５０だけを運搬する。ロープ２０はリード紐５０に接続されているが、地面に置かれたままであり、その荷重はマルチコプタの負荷にならない。リード紐５０は、ロープ２０よりも軽量であるから、マルチコプタ３０は、重量の重いロープ２０を運ぶ必要がない。そのため回転翼３１の出力が小さい、小型のマルチコプタ３０を使用することが可能である。小型のマルチコプタ３０は、低コストである。

リード紐５０の端部は、マルチコプタ３０の係止部３８又はロープ２０の中間部分に対し着脱可能に形成されている。具体的には、リード紐５０の両端部に、接続を容易にするための係止具５１、５２が取り付けられている。係止具５１、５２は、例えば、フックや鐶、カラビナ等の環状金具等が挙げられる。環状金具は、通常、ばねの力で閉じているが、力を加えると環が開いて、ロープ２０の中間部分やマルチコプタ３０の係止部３８等に容易に係止することが可能である。

以下、本発明のロープ掛け方法について説明する。図３はトラックの荷台にロープ掛けをした後の状態を示す図であり（ａ）は側面図であり、（ｂ）は平面図である。図３（ａ）、（ｂ）に示すように、本発明のロープ掛け方法は、例えば、トラック７０の荷台７１の左右の側面のロープフック７２に交互にロープを掛けていく場合に用いることができる。

図４（ａ）〜（ｃ）、図５（ｄ）〜（ｆ）はロープ掛け方法の一例を説明するため工程図である。図４（ａ）〜（ｃ）及び図５（ｄ）〜（ｆ）は、それぞれ、トラックの平面図を示し、図中下側がトラックの前方で、図中上側がトラックの後方であり、図中トラックの左右がトラックの側面として示した。

まず、図４（ａ）に示すように、トラックの左側にロープ２０、マルチコプタ３０、リード紐５０を用意する。ロープ２０は、先端からトラックの荷台７１の上をまたいで一往復可能な長さ分だけ、たるませた状態とし、その長さ分の中央に、リード紐５０の一方の端部の係止具５１を取り付けて接続する。リード紐５０の長さは、トラックの荷台７１をまたいで十分な長さである。リード紐５０の他方の端部の係止具５２は、マルチコプタ３０の係止部３８に接続して係止しておく。

マルチコプタ３０をトラックの荷台７１の左側に、その進行方向前方が荷台７１側となるように向けて配置する。作業者Ｓがマルチコプタの制御装置４０のスタートボタン４１をオンにして、回転翼を起動させてマルチコプタ３０離陸させる。マルチコプタ３０は、センサ群３２５等により計測した情報により、荷台７１を飛び越えるべき物体と認識する。マルチコプタ３０は、リード紐５０が接続された状態で荷台７１を飛び越えると共に、当初の方向から１８０度回転し、前方が荷台７１と相対する状態で、荷台７１右側に着地する。マルチコプタ３０は、着地すると、着地検知システム３７により、回転翼３１を速やかに停止させる〔図４（ｂ）参照〕。

図４（ｃ）に示すように、作業者Ｓがマルチコプタ３０に接続されているリード紐５０を手で手繰り寄せると、リード紐５０に接続されたロープ２０が、荷台７１の左側から荷台７１の上を通り右側の手元まで来る。これで荷台７１の左右側面間に一往復分の長さだけロープ２０を掛けた状態となる。ここで、ロープ２０からリード紐５０の係止具５１を外し、ロープ２０をトラックのロープフック７２に固定する。

次いで、図５（ｄ）に示すように、作業者Ｓはマルチコプタ３０とリード紐５０と共に、トラックの左側に移動して、図４（ａ）〜（ｃ）に示した作業を繰り返す。すなわちマルチコプタ３０に接続されたリード紐５０の他方の端部の係止具５２をロープ２０のトラックの荷台を一往復する分の長さだけ弛ませて、その長さの中間の部分に装着する。マルチコプタ３０を荷台７１の左側に、その進行方向前方が荷台７１側となるように配置し、制御装置４０のスタートボタンをオンにして、マルチコプタ３０を離陸させる。マルチコプタ３０は荷台７１を飛び越えて、荷台７１の右側に着地して、回転翼３１を自動的に停止させる〔図５（ｅ）参照〕。

次いで図５（ｆ）に示すように、作業者Ｓがリード紐５０を手で手繰り寄せる。ロープ２０が荷台７１の上を通り手元まで来ると、荷台７１の左右側面間に更に一往復分の長さだけロープ２０を掛けた状態になる。ロープ２０からリード紐５０の係止具５１を外し、ロープ２０をトラックのロープフック７２に固定する。作業者は、図５（ａ）〜（ｃ）の作業を所定の回数、繰り返すことにより、ロープ掛け作業を完了させることができる。

この方法により、作業者は荷台に上ることなくロープ掛け作業を実施することができる。また、二人以上で作業をすることなく、一人でもロープ掛け作業を完了させることができる。またマルチコプタ３０が運搬するのは、ロープ２０よりも軽量なリード紐５０だけなので、マルチコプタ３０も小型のものを使用できる。

マルチコプタ３０が停止している状態で、制御装置４０のスタートボタン４１を押した場合、上記したように、トラック７０と荷台７１を認識して、荷台７１の上を飛び越えて飛行して、反対側に着地し、自動で動作を停止する。

また、マルチコプタ３０が飛行中に制御装置４０のストップボタン４２を押した場合、マルチコプタ３０は空中でも地上でも、その場所を維持した状態となる（一旦停止状態）。この状態でスタートボタン４１をもう一度押すと、マルチコプタ３０は動作を再開する。

またマルチコプタ３０が一旦停止状態で、更にストップボタン４２を押すと、離陸した地点に戻る。いずれの場合でも、マルチコプタ３０が地上に到達した際には、回転翼３１は速やかに回転を停止する。

また、マルチコプタ３０が飛行中に、リード紐５０に加わる負荷が大きくなりテンションがマルチコプタ３０の牽引力を超えて、マルチコプタ３０がリード紐５０を引っ張ることができない場合は、負荷検知システム３６により、予め規定した時間が経つと離陸した地点に戻るようになっている。

また、マルチコプタ３０が着地する場合に、障害物がある場合は、障害物回避システム３５により、障害物の無い位置に移動してから着地する。障害物回避システム３５は、センサで着陸予定地点近傍の障害物の有無を確認し、障害物がない場合は、そのまま着陸する。着陸予定地点近傍に障害物がある場合は、予め規定した範囲で、トラック７０の進行方法と平行に移動して着陸可能な場所をセンサで確認し、障害物のないところに着地する。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。

１０ ロープ掛けのための無人航空機システム
２０ ロープ
３０ マルチコプタ
３１ 回転翼
３１１ ＤＣモータ
３１２ ＥＳＣ
３１３ ブレード
３２ メインコントローラ
３２１ 制御部
３２２ ＣＰＵ
３２３ ＲＡＭ／ＲＯＭ
３２４ ＰＷＭコントローラ
３２５ センサ群
３２６ ＧＰＳ受信器
３３ 無線受信器
３４ バッテリ
３５ 障害物回避システム
３５１ センサ
３５２ コントローラ
３６ 負荷検知システム
３６１ テンションセンサ
３６２ タイマ
４０ 無線送信機（マルチコプタの制御装置）
５０ リード紐
５１ 係止具
５２ 係止具
７０ トラック
７１ 荷台
７２ ロープフック
Ｓ 作業者

Claims (6)

1. 物体を挟んで一方側から他方側に該物体の上部を越えてロープ掛けをするために用いられるロープと、
   前記物体を飛び越えることが可能であり複数の回転翼を有する無人航空機と、
   前記無人航空機の飛行を制御するための制御装置と、
   前記物体を飛び越えるのに十分な長さであり、前記ロープと前記無人航空機とを繋ぐリード紐を有し、
   作業者が前記制御装置を操作することで、前記リード紐と前記無人航空機が前記物体の上を飛び越えて、前記物体の一方側から他方側にロープ掛けが行われることを特徴とするロープ掛けのための無人航空機システム。
2. 前記リード紐の端部が、前記ロープに着脱可能に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のロープ掛けのための無人航空機システム。
3. 前記リード紐の端部が、前記無人航空機に着脱可能に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の無人航空機システム。
4. 前記無人航空機が、着地の際に障害物を避けることが可能な障害物回避システムを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の無人航空機システム。
5. 前記無人航空機が、前記リード紐に加わる負荷を検知することが可能な負荷検知システムを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の無人航空機システム。
6. 前記請求項１〜５のいずれか１項に記載の無人航空機システムを用いたロープ掛け方法であって、
   作業者が、前記リード紐が接続された前記無人航空機を制御して前記物体の上を飛び越えさせた後、前記物体を飛び越えた前記無人航空機に接続された前記リード紐を手繰り寄せることにより前記ロープを引き寄せて、前記物体の一方側から他方側にロープ掛けを行うことを特徴とするロープ掛け方法。

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