JP2019182228A - 有線ドローンシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ドローンの姿勢制御を妨げることがない有線ドローンシステムを提供する。【解決手段】ドローンシステムは、ドローン１と、ドローン１に固定された自在継手１０と、自在継手１０に連結された電力ケーブル５と、自在継手１０内に配置され、電力ケーブル５とドローン１の両方に電気的に接続された回転コネクタ２１，３１，４１とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、電力ケーブルを通じて電力が供給される有線ドローンシステムに関する。

ドローンは、空中の広い範囲を飛行することができるため、高所での撮影や観測などの目的に広く使用されている。通常、ドローンはバッテリーを内蔵しており、プロペラを回転させるためのモータは、バッテリーから供給される電力により駆動される。したがって、ドローンの飛行時間は、バッテリーの持続時間に依存する。そこで、ドローンの長時間の飛行を可能とするために、電力ケーブルを介して電力をドローンに供給する有線ドローンが開発されている。

特開２０１５−１８９３２１号公報

しかしながら、有線ドローンは、電力ケーブル自体がドローンの動作を機械的に拘束し、ドローンの姿勢制御の妨げとなってしまう。結果として、ドローンが目的の場所まで飛行できないことがある。

そこで、本発明は、ドローンの姿勢制御を妨げることがない有線ドローンシステムを提供する。

一態様では、ドローンと、前記ドローンに固定された自在継手と、前記自在継手に連結された電力ケーブルと、前記自在継手内に配置され、前記電力ケーブルと前記ドローンの両方に電気的に接続された回転コネクタとを備えたドローンシステムが提供される。

一態様では、前記自在継手は、Ｘ軸を中心に回転可能なＸ軸回転継手と、Ｙ軸を中心に回転可能なＹ軸回転継手と、Ｚ軸を中心に回転可能なＺ軸回転継手を備える。
一態様では、前記回転コネクタは、前記Ｘ軸回転継手と同軸上に配置されたＸ軸回転コネクタと、前記Ｙ軸回転継手と同軸上に配置されたＹ軸回転コネクタと、前記Ｚ軸回転継手と同軸上に配置されたＺ軸回転コネクタを備える。
一態様では、前記Ｘ軸回転コネクタは、前記ドローンの正極電線および負極電線にそれぞれ接続された２つのＸ軸回転端子と、前記Ｘ軸回転端子にそれぞれ接触する２つのＸ軸静止端子を備え、前記２つのＸ軸静止端子は、２つのＸＹ電線にそれぞれ接続されており、前記Ｙ軸回転コネクタは、前記２つのＸＹ電線にそれぞれ接続された２つのＹ軸回転端子と、前記Ｙ軸回転端子にそれぞれ接触する２つのＹ軸静止端子を備え、前記２つのＹ軸静止端子は、２つのＹＺ電線にそれぞれ接続されており、前記Ｚ軸回転コネクタは、前記２つのＹＺ電線にそれぞれ接続された２つのＺ軸静止端子と、前記Ｚ軸静止端子にそれぞれ接触する２つのＺ軸回転端子を備え、前記２つのＺ軸回転端子は、前記電力ケーブルの正極電線および負極電線にそれぞれ接続されている。

上述した自在継手は、電力ケーブルに対するドローンの姿勢の自由度を向上させることができる。また、回転コネクタは、自在継手の動きを妨げることなく、送電を確保することができる。したがって、上述したドローンシステムは、安定した姿勢で長時間飛行することができる。

ドローンシステムの一実施形態を示す上面図である。 図１に示す自在継手の一実施形態を示す模式図である。 自在継手内に配置されたＸ軸回転コネクタ、Ｙ軸回転コネクタ、およびＺ軸回転コネクタの一実施形態を示す模式図である。 自在継手の他の実施形態を示す模式図である。 図４に示す自在継手内に配置されたＸ軸回転コネクタ、Ｙ軸回転コネクタ、およびＺ軸回転コネクタの他の実施形態を示す模式図である。 複数のドローンを直列に接続した一実施形態を示す模式図である。 複数のドローンを直列に接続した一実施形態を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１はドローンシステムの一実施形態を示す模式図である。図１に示すように、ドローンシステムは、ドローン１と、ドローン１に電力を供給する電力ケーブル５と、ドローン１および電力ケーブル５に接続された自在継手１０を有する。ドローン１は、３つ以上のプロペラ６と、これらプロペラ６にそれぞれ連結された複数のモータ７を備えている。本実施形態では、４つのプロペラ６および４つのモータ７が設けられている。電力ケーブル５は、自在継手１０を介してドローン１に連結されている。自在継手１０は、ドローン１に固定されている。より具体的には、電力ケーブル５がプロペラ６に接触しないように、自在継手１０は、ドローン１の最も外側の部位に固定されている。

図２は、自在継手１０の一実施形態を示す模式図である。自在継手１０は、Ｘ軸を中心に回転可能なＸ軸回転継手１２と、Ｙ軸を中心に回転可能なＹ軸回転継手１５と、Ｚ軸を中心に回転可能なＺ軸回転継手１８を有している。Ｘ軸回転継手１２はドローン１に連結され、Ｙ軸回転継手１５はＸ軸回転継手１２に連結され、Ｚ軸回転継手１８はＹ軸回転継手１５および電力ケーブル５に連結されている。Ｘ軸回転継手１２は、ドローン１に固定された第１Ｘ軸シャフト１２Ａと、第１Ｘ軸シャフト１２Ａと同軸上に連結された第２Ｘ軸シャフト１２Ｂを備えている。第１Ｘ軸シャフト１２Ａおよび第２Ｘ軸シャフト１２Ｂの中心軸はＸ軸に一致し、第１Ｘ軸シャフト１２Ａおよび第２Ｘ軸シャフト１２Ｂは、Ｘ軸を中心に互いに相対的に回転可能となっている。

Ｙ軸回転継手１５は、第２Ｘ軸シャフト１２Ｂに接続された第１Ｙ軸シャフト１５Ａと、第１Ｙ軸シャフト１５Ａに回転可能に連結された第２Ｙ軸シャフト１５Ｂを備えている。第１Ｙ軸シャフト１５Ａは、第２Ｘ軸シャフト１２Ｂと一体に構成されてもよく、または別体として構成されてもよい。第１Ｙ軸シャフト１５Ａと第２Ｙ軸シャフト１５Ｂは、ピボット軸１６によって互いに回転可能に連結されている。このピボット軸１６の軸心は、Ｙ軸に一致する。したがって、第１Ｙ軸シャフト１５Ａおよび第２Ｙ軸シャフト１５Ｂは、Ｙ軸を中心に互いに相対的に回転可能となっている。

Ｚ軸回転継手１８は、第２Ｙ軸シャフト１５Ｂに接続された第１Ｚ軸シャフト１８Ａと、第１Ｚ軸シャフト１８Ａと同軸上に連結された第２Ｚ軸シャフト１８Ｂを備えている。第１Ｚ軸シャフト１８Ａは、第２Ｙ軸シャフト１５Ｂと一体に構成されてもよく、または別体として構成されてもよい。第１Ｚ軸シャフト１８Ａおよび第２Ｚ軸シャフト１８Ｂの中心軸はＺ軸に一致し、第１Ｚ軸シャフト１８Ａおよび第２Ｚ軸シャフト１８Ｂは、Ｚ軸を中心に互いに相対的に回転可能となっている。電力ケーブル５は、第２Ｚ軸シャフト１８Ｂの側部に接続されており、Ｚ軸の周りを回転できるようになっている。

Ｘ軸回転継手１２の回転軸心であるＸ軸は、Ｙ軸回転継手１５の回転軸心であるＹ軸と垂直であり、Ｙ軸は、Ｚ軸回転継手１８の回転軸心であるＺ軸と垂直である。したがって、Ｘ軸回転継手１２、Ｙ軸回転継手１５、およびＺ軸回転継手１８を備えた自在継手１０は、電力ケーブル５に対するドローン１の自由な回転および自由な傾動を許容する。ドローン１は、空中で安定した姿勢を維持することができ、安定して飛行することができる。

ドローンシステムは、自在継手１０内に配置されたＸ軸回転コネクタ２１、Ｙ軸回転コネクタ３１、およびＺ軸回転コネクタ４１をさらに備えている。Ｘ軸回転コネクタ２１は、Ｘ軸回転継手１２内に配置され、Ｙ軸回転コネクタ３１はＹ軸回転継手１５内に配置され、Ｚ軸回転コネクタ４１はＺ軸回転継手１８内に配置されている。Ｘ軸回転コネクタ２１、Ｙ軸回転コネクタ３１、およびＺ軸回転コネクタ４１は、電力ケーブル５とドローン１の両方に電気的に接続されている。すなわち、Ｘ軸回転コネクタ２１、Ｙ軸回転コネクタ３１、およびＺ軸回転コネクタ４１は、自在継手１０の自由な動きを許容しつつ、電力ケーブル５とドローン１との電気的接続を維持することができる回転コネクタである。

図３は、Ｘ軸回転コネクタ２１、Ｙ軸回転コネクタ３１、およびＺ軸回転コネクタ４１の一実施形態を示す模式図である。Ｘ軸回転コネクタ２１はＸ軸回転継手１２と同軸上に配置され、Ｙ軸回転コネクタ３１はＹ軸回転継手１５と同軸上に配置され、Ｚ軸回転コネクタ４１はＺ軸回転継手１８と同軸上に配置されている。すなわち、Ｘ軸回転コネクタ２１はＸ軸上に配置され、Ｙ軸回転コネクタ３１はＹ軸上に配置され、Ｚ軸回転コネクタ４１はＺ軸上に配置されている。

Ｘ軸回転コネクタ２１は、ドローン１の正極電線２および負極電線３にそれぞれ接続された２つのＸ軸回転端子２３と、これらＸ軸回転端子２３にそれぞれ接触する２つのＸ軸静止端子２４を備えている。２つのＸ軸静止端子２４は、２つのＸＹ電線２７にそれぞれ接続されている。Ｘ軸回転コネクタ２１とＹ軸回転コネクタ３１は２つのＸＹ電線２７によって電気的に接続されている。

本実施形態では、Ｘ軸回転端子２３は、リング形状を有しており、Ｘ軸静止端子２４は、Ｘ軸回転端子２３に接触する金属ブラシから構成される。２つのＸ軸回転端子２３は、Ｘ軸に沿って並列に配置されており、Ｘ軸を中心に回転可能である。ドローン１の正極電線２および負極電線３は、Ｘ軸回転端子２３とともに回転可能となっている。このような構成を有するＸ軸回転コネクタ２１にはスリップリングを使用することができる。

Ｘ軸回転端子２３がＸ軸を中心に回転しているとき、Ｘ軸静止端子２４はＸ軸回転端子２３に対して相対的に静止したままで、Ｘ軸回転端子２３と接触した状態を維持している。したがって、Ｘ軸回転コネクタ２１は、ドローン１の正極電線２および負極電線３がＸ軸回転端子２３とともに回転しつつ、一方のＸＹ電線２７と正極電線２との電気的接続、および他方のＸＹ電線２７と負極電線３との電気的接続を維持することができる。

Ｙ軸回転コネクタ３１は、上記２つのＸＹ電線２７にそれぞれ接続された２つのＹ軸回転端子３３と、これらＹ軸回転端子３３にそれぞれ接触する２つのＹ軸静止端子３４を備えている。２つのＹ軸静止端子３４は、２つのＹＺ電線３７にそれぞれ接続されている。Ｙ軸回転コネクタ３１とＺ軸回転コネクタ４１は２つのＹＺ電線３７によって電気的に接続されている。

本実施形態では、Ｙ軸回転端子３３は、リング形状を有しており、Ｙ軸静止端子３４は、Ｙ軸回転端子３３に接触する金属ブラシから構成される。２つのＹ軸回転端子３３は、Ｙ軸に沿って並列に配置されており、Ｙ軸を中心に回転可能である。２つのＸＹ電線２７は、Ｙ軸回転端子３３とともに回転可能となっている。このような構成を有するＹ軸回転コネクタ３１にはスリップリングを使用することができる。

Ｙ軸回転端子３３がＹ軸を中心に回転しているとき、Ｙ軸静止端子３４はＹ軸回転端子３３に対して相対的に静止したままで、Ｙ軸回転端子３３と接触した状態を維持している。したがって、Ｙ軸回転コネクタ３１は、２つのＸＹ電線２７がＹ軸回転端子３３とともに回転しつつ、２つのＸＹ電線２７と２つのＹＺ電線３７とのそれぞれの電気的接続を維持することができる。

Ｚ軸回転コネクタ４１は、上記２つのＹＺ電線３７にそれぞれ接続された２つのＺ軸静止端子４３と、これらＺ軸静止端子４３にそれぞれ接触する２つのＺ軸回転端子４４を備えている。２つのＺ軸回転端子４４は、電力ケーブル５の正極電線５Ａおよび負極電線５Ｂにそれぞれ接続されている。

本実施形態では、Ｚ軸回転端子４４は、リング形状を有しており、Ｚ軸静止端子４３は、Ｚ軸回転端子４４に接触する金属ブラシから構成される。２つのＺ軸回転端子４４は、Ｚ軸に沿って並列に配置されており、Ｚ軸を中心に回転可能である。電力ケーブル５の正極電線５Ａおよび負極電線５Ｂは、Ｚ軸回転端子４４とともに回転可能となっている。このような構成を有するＺ軸回転コネクタ４１にはスリップリングを使用することができる。

Ｚ軸回転端子４４がＺ軸を中心に回転しているとき、Ｚ軸静止端子４３はＺ軸回転端子４４に対して相対的に静止したままで、Ｚ軸回転端子４４と接触した状態を維持している。したがって、Ｚ軸回転コネクタ４１は、電力ケーブル５の正極電線５Ａおよび負極電線５ＢがＺ軸回転端子４４とともに回転しつつ、一方のＹＺ電線３７と電力ケーブル５の正極電線５Ａとの電気的接続、および他方のＹＺ電線３７と電力ケーブル５の負極電線５Ｂとの電気的接続を維持することができる。

図３に示す構成によれば、電力は、電力ケーブル５から、Ｚ軸回転コネクタ４１、ＹＺ電線３７、Ｙ軸回転コネクタ３１、ＸＹ電線２７、およびＸ軸回転コネクタ２１を経由して、ドローン１に供給される。Ｘ軸回転コネクタ２１、Ｙ軸回転コネクタ３１、およびＺ軸回転コネクタ４１の組み合わせは、ドローン１が電力ケーブル５に対してあらゆる方向に傾いても、電力ケーブル５とドローン１との電気的接続を維持することができる。さらに、Ｘ軸回転コネクタ２１、Ｙ軸回転コネクタ３１、およびＺ軸回転コネクタ４１は、Ｘ軸回転継手１２、Ｙ軸回転継手１５、およびＺ軸回転継手１８と同軸上にそれぞれ配置されているので、Ｘ軸回転コネクタ２１、Ｙ軸回転コネクタ３１、およびＺ軸回転コネクタ４１は、自在継手１０の動きを妨げない。したがって、ドローン１は、その姿勢が電力ケーブル５によって妨げられることなく、長時間飛行を続けることができる。

図４は、自在継手１０の他の実施形態を示す模式図であり、図５は、図４に示す自在継手１０内に配置されたＸ軸回転コネクタ、Ｙ軸回転コネクタ、およびＺ軸回転コネクタの他の実施形態を示す模式図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図２および図３に示す実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。

本実施形態では、電力ケーブル５は、第２Ｚ軸シャフト１８Ｂの中心に接続されており、第２Ｚ軸シャフト１８Ｂと同軸に配置されている。すなわち、電力ケーブル５は、Ｚ軸回転継手１８と同軸上に配置されている。本実施形態でも、Ｘ軸回転コネクタ２１、Ｙ軸回転コネクタ３１、およびＺ軸回転コネクタ４１は、Ｘ軸回転継手１２、Ｙ軸回転継手１５、およびＺ軸回転継手１８と同軸上にそれぞれ配置されているので、Ｘ軸回転コネクタ２１、Ｙ軸回転コネクタ３１、およびＺ軸回転コネクタ４１は、自在継手１０の動きを妨げない。

図６は、複数のドローン１を直列に接続した一実施形態を示す模式図である。特に説明しない本実施形態の構成および動作は、上述した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。図６に示すように、複数のドローン１は、電力ケーブル５および自在継手１０によって横方向に接続されている。電力ケーブル５がドローン１のプロペラ６に接触しないように、自在継手１０は、プロペラ６よりも外側に配置されている。電力は、各電力ケーブル５を経由して各ドローン１に供給される。隣接するドローン１同士の衝突を避けるために、ドローン１同士を図示しない棒状部材で連結し、電力ケーブル５を各棒状部材内に配置してもよい。

図７は、複数のドローン１を直列に接続した一実施形態を示す模式図である。特に説明しない本実施形態の構成および動作は、図６に示す実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。図７に示すように、複数のドローン１は、電力ケーブル５および自在継手１０によって縦方向に接続されている。電力ケーブル５がドローン１のプロペラ６に接触しないように、自在継手１０は、ドローン１の中心に配置されている。
なお、図６および図７において、離着陸時などに、電力ケーブル５とドローン１の位置関係に自由度を与えすぎてドローン１の操縦を困難にしないように、Ｘ軸回転継手１２、Ｙ軸回転継手１５、およびＺ軸回転継手１８の少なくとも１つの回転を制限するロック機構を設けてもよい。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

１ ドローン
２ 正極電線
３ 負極電線
５ 電力ケーブル
５Ａ 正極電線
５Ｂ 負極電線
６ プロペラ
７ モータ
１０ 自在継手
１２ Ｘ軸回転継手
１２Ａ 第１Ｘ軸シャフト
１２Ｂ 第２Ｘ軸シャフト
１５ Ｙ軸回転継手
１５Ａ 第１Ｙ軸シャフト
１５Ｂ 第２Ｙ軸シャフト
１６ ピボット軸
１８ Ｚ軸回転継手
１８Ａ 第１Ｚ軸シャフト
１８Ｂ 第２Ｚ軸シャフト
２１ Ｘ軸回転コネクタ
２３ Ｘ軸回転端子
２４ Ｘ軸静止端子
２７ ＸＹ電線
３１ Ｙ軸回転コネクタ
３３ Ｙ軸回転端子
３４ Ｙ軸静止端子
３７ ＹＺ電線
４１ Ｚ軸回転コネクタ
４３ Ｚ軸静止端子
４４ Ｚ軸回転端子

Claims (4)

1. ドローンと、
   前記ドローンに固定された自在継手と、
   前記自在継手に連結された電力ケーブルと、
   前記自在継手内に配置され、前記電力ケーブルと前記ドローンの両方に電気的に接続された回転コネクタとを備えたドローンシステム。
2. 前記自在継手は、Ｘ軸を中心に回転可能なＸ軸回転継手と、Ｙ軸を中心に回転可能なＹ軸回転継手と、Ｚ軸を中心に回転可能なＺ軸回転継手を備える、請求項１に記載のドローンシステム。
3. 前記回転コネクタは、前記Ｘ軸回転継手と同軸上に配置されたＸ軸回転コネクタと、前記Ｙ軸回転継手と同軸上に配置されたＹ軸回転コネクタと、前記Ｚ軸回転継手と同軸上に配置されたＺ軸回転コネクタを備える、請求項２に記載のドローンシステム。
4. 前記Ｘ軸回転コネクタは、前記ドローンの正極電線および負極電線にそれぞれ接続された２つのＸ軸回転端子と、前記Ｘ軸回転端子にそれぞれ接触する２つのＸ軸静止端子を備え、前記２つのＸ軸静止端子は、２つのＸＹ電線にそれぞれ接続されており、
   前記Ｙ軸回転コネクタは、前記２つのＸＹ電線にそれぞれ接続された２つのＹ軸回転端子と、前記Ｙ軸回転端子にそれぞれ接触する２つのＹ軸静止端子を備え、前記２つのＹ軸静止端子は、２つのＹＺ電線にそれぞれ接続されており、
   前記Ｚ軸回転コネクタは、前記２つのＹＺ電線にそれぞれ接続された２つのＺ軸静止端子と、前記Ｚ軸静止端子にそれぞれ接触する２つのＺ軸回転端子を備え、前記２つのＺ軸回転端子は、前記電力ケーブルの正極電線および負極電線にそれぞれ接続されている、請求項３に記載のドローンシステム。

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