JP2019182268A - 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に連結された連結軸１７，１８を有し、ドローン１を連結軸１７，１８を中心に回転可能に支持するジンバル機構２と、ジンバル機構２に連結された電力ケーブル５と、電力ケーブル５からジンバル機構２を通ってドローン１まで延びる電力ライン２１，２６，３１，２４，２８，３３と、電力ラインに電気的に接続され、かつ連結軸１７，１８と同軸上に配置された回転コネクタ４０Ａ，４０Ｂとを備える。【選択図】図３

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、前記ドローンに連結された連結軸を有し、前記ドローンを前記連結軸を中心に回転可能に支持するジンバル機構と、前記ジンバル機構に連結された電力ケーブルと、前記電力ケーブルから前記ジンバル機構を通って前記ドローンまで延びる電力ラインと、前記電力ラインに電気的に接続され、かつ前記連結軸と同軸上に配置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、前記連結軸は、異なる方向に延びる第１連結軸と第２連結軸であり、前記回転コネクタは、前記第１連結軸と同軸上に配置された第１回転コネクタと、前記第２連結軸と同軸上に配置された第２回転コネクタである。
一態様では、前記ジンバル機構は、前記第１連結軸を中心に回転可能な第１支持構造体と、前記第２連結軸を中心に回転可能な第２支持構造体を備えており、前記第１支持構造体は前記第１連結軸により前記第２支持構造体に連結されており、前記第２支持構造体は、前記第２連結軸により前記ドローンに連結されている。
一態様では、前記電力ケーブルに接続された第３回転コネクタをさらに備える。
一態様では、前記ドローンに対する前記ジンバル機構の相対的な回転を制限するロック機構をさらに備える。
一態様では、前記ドローンおよび前記ジンバル機構はそれぞれ複数設けられ、前記複数のジンバル機構は、少なくとも１つの接続電力ラインにより直列に連結されている。

ジンバル機構は、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、ドローンに対してジンバル機構が傾いたときでも、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。 第１ロック機構の詳細な構造を示す図である。 電力ケーブルから図１に示すドローンに電力を送る配線構造の一実施形態を示す模式図である。 複数のドローンおよび複数のジンバル機構を備えたドローンシステムを示す図である。 ドローンの他の実施形態を示す上面図である。 電力ケーブルから図５に示すドローンに電力を送る配線構造の一実施形態を示す模式図である。 図５および図６に示す複数のドローンおよび複数のジンバル機構を備えたドローンシステムを示す図である。 ドローンの他の実施形態を示す上面図である。 電力ケーブルから図８に示すドローンに電力を送る配線構造の一実施形態を示す模式図である。 図８および図９に示す複数のドローンおよび複数のジンバル機構を備えたドローンシステムを示す図である。 電力ケーブルからドローンに電力を送る配線構造の一実施形態を示す模式図である。 図１１に示す複数のドローンおよび複数のジンバル機構を備えたドローンシステムを示す図である。 電力ケーブルからドローンに電力を送る配線構造の一実施形態を示す模式図である。 図１３に示す複数のドローンおよび複数のジンバル機構を備えたドローンシステムを示す図である。

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上面図である。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を回転可能に支持するジンバル機構２と、ジンバル機構２に連結された電力ケーブル５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（図示せず）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つのモータが設けられている。

ドローン１は、ジンバル機構２に回転可能に連結されている。ジンバル機構２は、電力ケーブル５に連結された第１支持構造体１０と、第１支持構造体１０に連結された第２支持構造体１５と、第１支持構造体１０と第２支持構造体１５とを連結する第１連結軸１７と、第２支持構造体１５とドローン１とを連結する第２連結軸１８を備えている。第１連結軸１７および第２連結軸１８は、互いに異なる方向に延びている。本実施形態では、第１支持構造体１０および第２支持構造体１５は環状であり、第２支持構造体１５は第１支持構造体１０の内側に配置されている。一実施形態では、第１支持構造体１０および第２支持構造体１５は、半環状、四角形、またはその他の形状を有してもよい。

本実施形態では、２つの第１連結軸１７が一直線上に並び、２つの第２連結軸１８が一直線上に並んでおり、第１連結軸１７と第２連結軸１８は互いに垂直である。各第１連結軸１７は、第１支持構造体１０に固定されており、第１支持構造体１０と一体に回転可能である。各第１連結軸１７は、第２支持構造体１５に設けられた軸受（図示せず）によって回転可能に支持されている。各第２連結軸１８は、第２支持構造体１５に固定されており、第２支持構造体１５と一体に回転可能である。各第２連結軸１８は、ドローン１に設けられた軸受（図示せず）によって回転可能に支持されている。

一実施形態では、各第１連結軸１７は第２支持構造体１５に固定されてもよく、かつ各第１連結軸１７は第１支持構造体１０に設けられた軸受（図示せず）によって回転可能に支持されてもよい。一実施形態では、各第２連結軸１８はドローン１に固定されてもよく、かつ各第２連結軸１８は第２支持構造体１５に設けられた軸受（図示せず）によって回転可能に支持されてもよい。

第１支持構造体１０は、第１連結軸１７によって第２支持構造体１５に連結されている。第２支持構造体１５は、第２連結軸１８によってドローン１に連結されている。第２連結軸１８は、ドローン１に連結されており、第１連結軸１７は、第２支持構造体１５および第２連結軸１８を介してドローン１に連結されている。第１支持構造体１０と第２支持構造体１５は第１連結軸１７を中心に互いに相対的に回転可能であり、第２支持構造体１５とドローン１は第２連結軸１８を中心に互いに相対的に回転可能である。ドローン１は、第１連結軸１７を中心に回転可能であり、かつ第２連結軸１８を中心に回転可能である。したがって、ドローン１は第１支持構造体１０に対してあらゆる方向に回転（傾動）可能である。このような構成を有するジンバル機構２は、電力ケーブル５に対するドローン１の姿勢の自由度を向上させることができる。

ドローン１が離陸、着陸時、あるいは飛行中の特定の作業において、ジンバル機構２がドローン１に対して大きく傾いていると、ジンバル機構２がドローン１の動作を阻害する場合がある。例えば、ドローン１の着陸時に第１支持構造体１０の一部がドローン１の図示しないランディングギア（着陸脚）よりも下にあると、ランディングギアよりも先に第１支持構造体１０が着陸面に接地することになる。このとき、ランディングギアではなく第１支持構造体１０がドローン１の重量を支えることになり、十分な強度がないと第１支持構造体１０が破損する危険もある。またランディングギアが着陸面に接地した際に着陸面からの反力で第１支持構造体１０が急回転し、ドローン１の転覆や電力ケーブル５の切断などさまざまな様態の事故が発生する危険がある。

このような事故を防ぐため、本実施形態のドローンシステムは、ドローン１に対するジンバル機構２の相対的な回転を制限する第１ロック機構７１および第２ロック機構７２を備えている。第１ロック機構７１は、第２支持構造体１５に対する第１支持構造体１０の相対的な回転を制限し、第２ロック機構７２は、ドローン１に対する第２支持構造体１５の相対的な回転を制限するように構成されている。第１ロック機構７１または第２ロック機構７２のいずれか一方のみを設けてもよい。

第１ロック機構７１は、第２支持構造体１５に固定されている。第１ロック機構７１は、第１連結軸１７を保持（ロック）することにより、第２支持構造体１５に対する第１連結軸１７および第１支持構造体１０の相対的な回転を制限するように構成されている。第２ロック機構７２は、ドローン１に固定されている。第２ロック機構７２は、ドローン１内に配置されてもよい。第２ロック機構７２は、第２連結軸１８を保持（ロック）することにより、ドローン１に対する第２連結軸１８および第２支持構造体１５の相対的な回転を制限するように構成されている。

第１ロック機構７１および第２ロック機構７２は、通常は作動していないが、自動で、または操縦者の遠隔操作により動作し、ジンバル機構２の回転を制限（防止）し、あるいは回転を止めることができる。例えば、ドローン１の離陸あるいは着陸時に、第１支持構造体１０および第２支持構造体１５がドローン１と平行になるようにロックがかかり、これによりランディングギアが第１支持構造体１０および第２支持構造体１５に邪魔されることなく接地、離地できるようにすることが可能である。

第１ロック機構７１および第２ロック機構７２は同じ構成を有しているので、以下第１ロック機構７１の詳細な構造について図２を参照して説明する。図２に示すように、第１ロック機構７１は、第１連結軸１７の外周面に対向する２つのブレーキパッド７５と、２つのブレーキパッド７５にそれぞれ連結された２つのアクチュエータ７６と、第１連結軸１７の回転角度を検出する角度検出器７７と、第１連結軸１７の回転角度に基づいてアクチュエータ７６を作動させるアクチュエータ制御部７８とを備えている。一実施形態では、１つのブレーキパッド７５と、このブレーキパッド７５に連結された１つのアクチュエータ７６のみを設けてもよい。

各アクチュエータ７６は、ブレーキパッド７５を第１連結軸１７の外周面に押し付けるように構成されている。アクチュエータ７６の構成は特に限定されないが、例えば、モータとボールねじ機構との組み合わせ、またはエアシリンダなどからアクチュエータ７６を構成することができる。２つのブレーキパッド７５の配置は、第１連結軸１７を中心に対称である。アクチュエータ７６が駆動されると、ブレーキパッド７５は第１連結軸１７に押し付けられ、これにより第１連結軸１７がブレーキパッド７５によって保持される。結果として、第１連結軸１７、およびこの第１連結軸１７に固定された第１支持構造体１０の第２支持構造体１５に対する相対的な回転が防止される。

第１連結軸１７の外周面には、複数のパターン８０が形成されている。これらのパターン８０は、第１連結軸１７の軸心を中心に等間隔に配列されている。角度検出器７７は、パターン８０に対向して配置されている。角度検出器７７は、第１連結軸１７の外周面に光を導き、パターン８０からの反射光に基づいて第１連結軸１７の回転角度を検出するように構成されている。このような角度検出器７７には、光学式ロータリエンコーダが使用できる。角度検出器７７は、アクチュエータ制御部７８に電気的に接続されている。アクチュエータ制御部７８は、角度検出器７７によって検出された第１連結軸１７の回転角度に基づいて、アクチュエータ７６を作動させる。

第１ロック機構７１および第２ロック機構７２の動作の一例は次の通りである。第１支持構造体１０および第２支持構造体１５が水平姿勢となったときに、第１ロック機構７１および第２ロック機構７２を作動させて第１支持構造体１０および第２支持構造体１５の回転を止める。具体的には、第１支持構造体１０の水平姿勢に相当する第１連結軸１７の回転角度を角度検出器７７が検出したとき、アクチュエータ制御部７８は、アクチュエータ７６を作動させて、ブレーキパッド７５を第１連結軸１７の外周面に押し付ける。第２ロック機構７２も同様に動作する。すなわち、第２支持構造体１５の水平姿勢に相当する第２連結軸１８の回転角度を角度検出器が検出したとき、アクチュエータ制御部は、アクチュエータを作動させて、ブレーキパッドを第２連結軸１８の外周面に押し付ける。結果として、第１支持構造体１０および第２支持構造体１５のドローン１に対する回転が制限（防止）される。

一実施形態では、上述した角度検出器７７、アクチュエータ制御部７８、パターン８０は省略してもよい。この場合は、第１支持構造体１０および／または第２支持構造体１５が適切な角度にあるときに、操縦者が遠隔操作により第１ロック機構７１および／または第２ロック機構７２を作動させてもよい。

第１連結軸１７が第２支持構造体１５に固定され、かつ第１連結軸１７が第１支持構造体１０に設けられた軸受（図示せず）によって回転可能に支持される実施形態では、第１ロック機構７１は、第１支持構造体１０に固定されてもよい。同様に、第２連結軸１８がドローン１に固定され、かつ第２連結軸１８が第２支持構造体１５に設けられた軸受（図示せず）によって回転可能に支持される実施形態では、第２ロック機構７２は、第２支持構造体１５に固定されてもよい。この場合でも、第１ロック機構７１および第２ロック機構７２は、第１支持構造体１０および第２支持構造体１５の回転を制限することができる。

図３は、電力ケーブル５から図１に示すドローン１に電力を送る配線構造の一実施形態を示す模式図である。図３では、ジンバル機構２は模式的に描かれている。図３に示すように、ドローン１は、電力ケーブル５からジンバル機構２を通ってドローン１まで延びる電力ラインを備えている。より具体的には、電力ラインは、電力ケーブル５の正極電線５Ａに電気的に接続された第１正極電力ライン２１と、電力ケーブル５の負極電線５Ｂに電気的に接続された第１負極電力ライン２４と、第１正極電力ライン２１および第１負極電力ライン２４にそれぞれ電気的に接続された第２正極電力ライン２６および第２負極電力ライン２８と、第２正極電力ライン２６および第２負極電力ライン２８にそれぞれ電気的に接続された第３正極電力ライン３１および第３負極電力ライン３３を備えている。

第２正極電力ライン２６および第２負極電力ライン２８は、２つの第１回転コネクタ４０Ａ，４０Ｂを介して第１正極電力ライン２１および第１負極電力ライン２４にそれぞれ電気的に接続されている。すなわち、第２正極電力ライン２６は、第１回転コネクタ４０Ａを介して第１正極電力ライン２１に接続され、第２負極電力ライン２８は、他方の第１回転コネクタ４０Ｂを介して第１負極電力ライン２４に接続されている。

２つの第１回転コネクタ４０Ａ，４０Ｂは、ジンバル機構２の２つの第１連結軸１７内にそれぞれ配置されており、これら２つの第１連結軸１７と同軸上に配置されている。一方の第１回転コネクタ４０Ａは、第１正極電力ライン２１に接続された第１静止端子４１ａと、この第１静止端子４１ａに接触している第１回転端子４２ａを備えている。他方の第１回転コネクタ４０Ｂは、第１負極電力ライン２４に接続された第１静止端子４１ｂと、この第１静止端子４１ｂに接触している第１回転端子４２ｂを備えている。本実施形態では、第１回転端子４２ａ，４２ｂは、リング形状を有しており、第１静止端子４１ａ，４１ｂは、第１回転端子４２ａ，４２ｂに接触する金属ブラシから構成される。２つの第１回転端子４２ａ，４２ｂは、第２正極電力ライン２６および第２負極電力ライン２８にそれぞれ接続されている。第１回転コネクタ４０Ａ，４０Ｂにはスリップリングを使用することができる。

第１回転端子４２ａがその軸心を中心に回転しているとき、第１静止端子４１ａは第１回転端子４２ａに対して相対的に静止したままで、第１回転端子４２ａと接触した状態を維持している。したがって、第１回転コネクタ４０Ａは、第２正極電力ライン２６が第１回転端子４２ａとともに回転しつつ、第１正極電力ライン２１と第２正極電力ライン２６との電気的接続を維持することができる。同様に、第１回転端子４２ｂがその軸心を中心に回転しているとき、第１静止端子４１ｂは第１回転端子４２ｂに対して相対的に静止したままで、第１回転端子４２ｂと接触した状態を維持している。したがって、第１回転コネクタ４０Ｂは、第２負極電力ライン２８が第１回転端子４２ｂとともに回転しつつ、第１負極電力ライン２４と第２負極電力ライン２８との電気的接続を維持することができる。

第３正極電力ライン３１および第３負極電力ライン３３は、２つの第２回転コネクタ５０Ａ，５０Ｂを介して第２正極電力ライン２６および第２負極電力ライン２８にそれぞれ電気的に接続されている。すなわち、第３正極電力ライン３１は、第２回転コネクタ５０Ａを介して第２正極電力ライン２６に接続され、第３負極電力ライン３３は、他方の第２回転コネクタ５０Ｂを介して第２負極電力ライン２８に接続されている。

２つの第２回転コネクタ５０Ａ，５０Ｂは、ジンバル機構２の２つの第２連結軸１８内にそれぞれ配置されており、これら２つの第２連結軸１８と同軸上に配置されている。一方の第２回転コネクタ５０Ａは、第２正極電力ライン２６に接続された第２静止端子５１ａと、この第２静止端子５１ａに接触している第２回転端子５２ａを備えている。他方の第２回転コネクタ５０Ｂは、第２負極電力ライン２８に接続された第２静止端子５１ｂと、この第２静止端子５１ｂに接触している第２回転端子５２ｂを備えている。本実施形態では、第２回転端子５２ａ，５２ｂは、リング形状を有しており、第２静止端子５１ａ，５１ｂは、第２回転端子５２ａ，５２ｂに接触する金属ブラシから構成される。２つの第２回転端子５２ａ，５２ｂは、第３正極電力ライン３１および第３負極電力ライン３３にそれぞれ接続されている。第２回転コネクタ５０Ａ，５０Ｂにはスリップリングを使用することができる。

第２回転端子５２ａがその軸心を中心に回転しているとき、第２静止端子５１ａは第２回転端子５２ａに対して相対的に静止したままで、第２回転端子５２ａと接触した状態を維持している。したがって、第２回転コネクタ５０Ａは、第３正極電力ライン３１が第２回転端子５２ａとともに回転しつつ、第２正極電力ライン２６と第３正極電力ライン３１との電気的接続を維持することができる。同様に、第２回転端子５２ｂがその軸心を中心に回転しているとき、第２静止端子５１ｂは第２回転端子５２ｂに対して相対的に静止したままで、第２回転端子５２ｂと接触した状態を維持している。したがって、第２回転コネクタ５０Ｂは、第３負極電力ライン３３が第２回転端子５２ｂとともに回転しつつ、第２負極電力ライン２８と第３負極電力ライン３３との電気的接続を維持することができる。

このように、電力ケーブル５の正極電線５Ａおよび負極電線５Ｂは、第１正極電力ライン２１および第１負極電力ライン２４にそれぞれ接続され、第１正極電力ライン２１および第１負極電力ライン２４は、２つの第１回転コネクタ４０Ａ，４０Ｂを経由して第２正極電力ライン２６および第２負極電力ライン２８にそれぞれ接続され、第２正極電力ライン２６および第２負極電力ライン２８は、２つの第２回転コネクタ５０Ａ，５０Ｂを経由して第３正極電力ライン３１および第３負極電力ライン３３にそれぞれ接続され、第３正極電力ライン３１および第３負極電力ライン３３は、ドローン１に接続される。

本実施形態によれば、第１回転コネクタ４０Ａ，４０Ｂおよび第２回転コネクタ５０Ａ，５０Ｂは、ジンバル機構２の動作を妨げることなく、ジンバル機構２内での送電を可能とする。電力ケーブル５から電力がドローン１に供給されるので、ドローン１は、バッテリーを搭載することが不要であり、ドローン１自体をコンパクトにすることができる。さらに、ドローン１は、バッテリーの容量に制限されることなく、長時間飛行を続けることができる。

図４は、複数のドローン１および複数のジンバル機構２を備えたドローンシステムを示す図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図１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。この実施形態のドローンシステムは、複数組のドローン１およびジンバル機構２を備えている。図４では、複数組のドローン１およびジンバル機構２のうちの２組のみが描かれている。一実施形態では、ドローンシステムは、２組のドローン１およびジンバル機構２のみを備えてもよい。複数のジンバル機構２のうちの１つは、電力ケーブル５に接続されている。

複数のジンバル機構２は、接続電力ライン９０により直列に接続されている。接続電力ライン９０は、第１正極電力ライン２１に接続された正極接続電力ライン９０Ａと、第１負極電力ライン２４に接続された負極接続電力ライン９０Ｂを有している。本実施形態では、正極接続電力ライン９０Ａおよび負極接続電力ライン９０Ｂの一部は、ジンバル機構２の第１支持構造体１０内を延びている。

正極接続電力ライン９０Ａの一端は、隣接する２つのジンバル機構２のうちの一方に配置された第１正極電力ライン２１に接続され、正極接続電力ライン９０Ａの他端は、隣接する２つのジンバル機構２のうちの他方に配置された第１正極電力ライン２１に接続されている。負極接続電力ライン９０Ｂの一端は、隣接する２つのジンバル機構２のうちの一方に配置された第１負極電力ライン２４に接続され、負極接続電力ライン９０Ｂの他端は、隣接する２つのジンバル機構２のうちの他方に配置された第１負極電力ライン２４に接続されている。各ドローン１の飛行は、複数のジンバル機構２が互いに接触しないように図示しない制御装置により制御される。制御のために必要となるドローン位置は、ドローン１に内蔵した位置センサーを用いてもよいし、外部からの画像やレーダー、超音波等を用いた距離計測あるいはその複合でもよい。

図５は、ドローン１の他の実施形態を示す上面図であり、図６は、電力ケーブル５から図５に示すドローン１に電力を送る配線構造の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は、図１乃至図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。

図５および図６に示す実施形態では、電力ケーブル５は、第３回転コネクタ６０を経由して第１支持構造体１０に連結されている。第３回転コネクタ６０は、ジンバル機構２の第１支持構造体１０に固定されている。第３回転コネクタ６０は、第１支持構造体１０が電力ケーブル５に対して回転することを許容しつつ、電力を送ることが可能な装置である。このような第３回転コネクタ６０にはスリップリングを使用することができる。

図６に示すように、第１正極電力ライン２１および第１負極電力ライン２４は、第３回転コネクタ６０を介して電力ケーブル５の正極電線５Ａおよび負極電線５Ｂにそれぞれ電気的に接続されている。第３回転コネクタ６０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た２つの第３静止端子６１と、これら２つの第３静止端子６１にそれぞれ接触している２つの第３回転端子６２を備えている。本実施形態では、第３回転端子６２は、リング形状を有しており、第３静止端子６１は、第３回転端子６２にそれぞれ接触する金属ブラシから構成される。２つの第３回転端子６２は、第１正極電力ライン２１および第１負極電力ライン２４にそれぞれ接続されている。

第３回転端子６２はその軸心を中心に回転しているとき、第３静止端子６１は第３回転端子６２に対して相対的に静止したままで、第３回転端子６２と接触した状態を維持している。したがって、第３回転コネクタ６０は、第１正極電力ライン２１および第１負極電力ライン２４が第３回転端子６２とともに回転しつつ、電力ケーブル５の正極電線５Ａと第１正極電力ライン２１との電気的接続、および電力ケーブル５の負極電線５Ｂと第１負極電力ライン２４との電気的接続を維持することができる。本実施形態によれば、ジンバル機構２に対する電力ケーブル５のねじれが防止され、ドローン１の姿勢の自由度がより高められる。

本実施形態では、電力ケーブル５の正極電線５Ａおよび負極電線５Ｂは、第３回転コネクタ６０を経由して第１正極電力ライン２１および第１負極電力ライン２４にそれぞれ接続され、第１正極電力ライン２１および第１負極電力ライン２４は、２つの第１回転コネクタ４０Ａ，４０Ｂを経由して第２正極電力ライン２６および第２負極電力ライン２８にそれぞれ接続され、第２正極電力ライン２６および第２負極電力ライン２８は、２つの第２回転コネクタ５０Ａ，５０Ｂを経由して第３正極電力ライン３１および第３負極電力ライン３３にそれぞれ接続され、第３正極電力ライン３１および第３負極電力ライン３３は、ドローン１に接続される。

図７は、図５および図６に示す複数のドローン１および複数のジンバル機構２を備えたドローンシステムを示す図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図４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では、複数組のドローン１およびジンバル機構２のうちの２組のみが描かれている。このドローンシステムは、複数の第３回転コネクタ６０を備えている。複数の第３回転コネクタ６０のうちの１つは、電力ケーブル５に接続され、他の第３回転コネクタ６０は、隣接する２つのジンバル機構２の間に配置されている。隣接する２つのジンバル機構２の間に配置された各第３回転コネクタ６０は、接続電力ライン９０の正極接続電力ライン９０Ａおよび負極接続電力ライン９０Ｂに接続されている。

図８は、ドローン１の他の実施形態を示す上面図であり、図９は、電力ケーブル５から図８に示すドローン１に電力を送る配線構造の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は、図１乃至図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、ジンバル機構２は、第１支持構造体１０および第１連結軸１７を備えるが、上述した第２支持構造体１５および第２連結軸１８は備えていない。第１支持構造体１０は、２つの第１連結軸１７によってドローン１に連結されている。すなわち、第１支持構造体１０とドローン１は、第１連結軸１７を中心に互いに相対的に回転可能となっている。本実施形態の電力ラインは、第１正極電力ライン２１、第１負極電力ライン２４、第２正極電力ライン２６、および第２負極電力ライン２８を含むが、上述した第３正極電力ライン３１および第３負極電力ライン３３は備えていない。さらに、第２回転コネクタ５０Ａ，５０Ｂも設けられていない。第２正極電力ライン２６および第２負極電力ライン２８は、それぞれ２つの第１連結軸１７を通って延び、ドローン１に接続されている。

ドローンシステムは、ドローン１に対するジンバル機構２の相対的な回転を制限するロック機構７３をさらに備えている。このロック機構７３は、ドローン１に対する第１支持構造体１０の相対的な回転を制限するように構成されている。ロック機構７３は、ドローン１に固定されている。ロック機構７３の詳細な構成は、図２に示す構成と同じであるので、その重複する説明を省略する。一実施形態では、ロック機構７３は、第１支持構造体１０に固定されてもよい。

電力ケーブル５の正極電線５Ａおよび負極電線５Ｂは、第１正極電力ライン２１および第１負極電力ライン２４にそれぞれ接続され、第１正極電力ライン２１および第１負極電力ライン２４は、２つの第１回転コネクタ４０Ａ，４０Ｂを経由して第２正極電力ライン２６および第２負極電力ライン２８にそれぞれ接続され、第２正極電力ライン２６および第２負極電力ライン２８は、ドローン１に接続される。図１乃至図７に示す実施形態に比べて、本実施形態のドローン１の姿勢の自由度は低いが、ドローン１が上下方向に飛行する限り、ドローン１の姿勢は水平に保たれる。

図１０は、図８および図９に示す複数のドローン１および複数のジンバル機構２を備えたドローンシステムを示す図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図４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１０では、複数組のドローン１およびジンバル機構２のうちの２組のみが描かれている。図７に示す複数の第３回転コネクタ６０は、図１０に示す実施形態にも同様に適用することができる。

図１１は、電力ケーブル５からドローン１に電力を送る配線構造の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は、図１乃至図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、１つの第１回転コネクタ４０および１つの第２回転コネクタ５０が設けられている。

第１回転コネクタ４０は、第１正極電力ライン２１および第１負極電力ライン２４にそれぞれ接続された２つの第１静止端子４１と、これら２つの第１静止端子４１にそれぞれ接触している２つの第１回転端子４２を備えている。本実施形態では、第１回転端子４２は、リング形状を有しており、第１静止端子４１は、第１回転端子４２にそれぞれ接触する金属ブラシから構成される。２つの第１回転端子４２は、第２正極電力ライン２６および第２負極電力ライン２８にそれぞれ接続されている。

第２回転コネクタ５０は、第２正極電力ライン２６および第２負極電力ライン２８にそれぞれ接続された２つの第２静止端子５１と、これら２つの第２静止端子５１にそれぞれ接触している２つの第２回転端子５２を備えている。本実施形態では、第２回転端子５２は、リング形状を有しており、第２静止端子５１は、第２回転端子５２にそれぞれ接触する金属ブラシから構成される。２つの第２回転端子５２は、第３正極電力ライン３１および第３負極電力ライン３３にそれぞれ接続されている。

図１２は、図１１に示す複数のドローン１および複数のジンバル機構２を備えたドローンシステムを示す図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図４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１２では、複数組のドローン１およびジンバル機構２のうちの２組のみが描かれている。図７に示す複数の第３回転コネクタ６０は、図１２に示す実施形態にも同様に適用することができる。

図１３は、電力ケーブル５からドローン１に電力を送る配線構造の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は、図１乃至図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、第１正極電力ライン２１は、第１正極無端線２１ａと、この第１正極無端線２１ａから分岐する２つの第１正極分岐線２１ｂとを備えている。第１正極無端線２１ａは第１支持構造体１０内を延び、電力ケーブル５の正極電線５Ａに接続されている。２つの第１正極分岐線２１ｂは、２つの第１連結軸１７内をそれぞれ延び、かつ第１正極無端線２１ａに接続されている。第１負極電力ライン２４は、第１負極無端線２４ａと、この第１負極無端線２４ａから分岐する２つの第１負極分岐線２４ｂとを備えている。第１負極無端線２４ａは第１支持構造体１０内を延び、電力ケーブル５の負極電線５Ｂに接続されている。２つの第１負極分岐線２４ｂは、２つの第１連結軸１７内をそれぞれ延び、かつ第１負極無端線２４ａに接続されている。

第２正極電力ライン２６は、第２正極無端線２６ａと、第２正極無端線２６ａから分岐する２つの第２正極分岐外線２６ｂと、第２正極無端線２６ａから分岐する２つの第２正極分岐内線２６ｃを備えている。第２正極無端線２６ａは第２支持構造体１５内を延びている。２つの第２正極分岐外線２６ｂは、２つの第１連結軸１７内をそれぞれ延び、かつ第２正極無端線２６ａに接続されている。２つの第２正極分岐内線２６ｃは、２つの第２連結軸１８内をそれぞれ延び、かつ第２正極無端線２６ａに接続されている。

第２負極電力ライン２８は、第２負極無端線２８ａと、第２負極無端線２８ａから分岐する２つの第２負極分岐外線２８ｂと、第２負極無端線２８ａから分岐する２つの第２負極分岐内線２８ｃを備えている。第２負極無端線２８ａは第２支持構造体１５内を延びている。２つの第２負極分岐外線２８ｂは、２つの第１連結軸１７内をそれぞれ延び、かつ第２負極無端線２８ａに接続されている。２つの第２負極分岐内線２８ｃは、２つの第２連結軸１８内をそれぞれ延び、かつ第２負極無端線２８ａに接続されている。

第１回転コネクタ４０Ａ，４０Ｂのそれぞれは、第１正極電力ライン２１の第１正極分岐線２１ｂおよび第１負極電力ライン２４の第１負極分岐線２４ｂにそれぞれ接続された２つの第１静止端子４１と、これら２つの第１静止端子４１にそれぞれ接触している２つの第１回転端子４２を備えている。本実施形態では、第１回転端子４２は、リング形状を有しており、第１静止端子４１は、第１回転端子４２にそれぞれ接触する金属ブラシから構成される。２つの第１回転端子４２は、第２正極電力ライン２６の第２正極分岐外線２６ｂおよび第２負極電力ライン２８の第２負極分岐外線２８ｂにそれぞれ接続されている。

第２回転コネクタ５０Ａ，５０Ｂのそれぞれは、第２正極電力ライン２６の第２正極分岐内線２６ｃおよび第２負極電力ライン２８の第２負極分岐内線２８ｃにそれぞれ接続された２つの第２静止端子５１と、これら２つの第２静止端子５１にそれぞれ接触している２つの第２回転端子５２を備えている。本実施形態では、第２回転端子５２は、リング形状を有しており、第２静止端子５１は、第２回転端子５２にそれぞれ接触する金属ブラシから構成される。２つの第２回転端子５２は、第３正極電力ライン３１および第３負極電力ライン３３にそれぞれ接続されている。第３正極電力ライン３１および第３負極電力ライン３３は、ドローン１に接続されている。

図１４は、図１３に示す複数のドローン１および複数のジンバル機構２を備えたドローンシステムを示す図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図４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１４では、複数組のドローン１およびジンバル機構２のうちの２組のみが描かれている。図７に示す複数の第３回転コネクタ６０は、図１４に示す実施形態にも同様に適用することができる。

図６に示す第３回転コネクタ６０は、図９，図１１，図１３に示す実施形態にも適用することができる。また、図８，図９に示す実施形態は、図１１に示す実施形態および図１３に示す実施形態にも適用することができる。

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 ジンバル機構
５ 電力ケーブル
５Ａ 正極電線
５Ｂ 負極電線
６ プロペラ
１０ 第１支持構造体
１５ 第２支持構造体
１７ 第１連結軸
１８ 第２連結軸
２１ 第１正極電力ライン
２１ａ 第１正極無端線
２１ｂ 第１正極分岐線
２４ 第１負極電力ライン
２４ａ 第１負極無端線
２４ｂ 第１負極分岐線
２６ 第２正極電力ライン
２６ａ 第２正極無端線
２６ｂ 第２正極分岐外線
２６ｃ 第２正極分岐内線
２８ 第２負極電力ライン
２８ａ 第２負極無端線
２８ｂ 第２負極分岐外線
２８ｃ 第２負極分岐内線
３１ 第３正極電力ライン
３３ 第３負極電力ライン
４０，４０Ａ，４０Ｂ 第１回転コネクタ
４１，４１ａ，４１ｂ 第１静止端子
４２，４２ａ，４２ｂ 第１回転端子
５０，５０Ａ，５０Ｂ 第２回転コネクタ
５１，５１ａ，５１ｂ 第２静止端子
５２，５２ａ，５２ｂ 第２回転端子
６０ 第３回転コネクタ
６１ 第３静止端子
６２ 第３回転端子
７１ 第１ロック機構
７２ 第２ロック機構
７３ ロック機構
７５ ブレーキパッド
７６ アクチュエータ
７７ 角度検出器
７８ アクチュエータ制御部
８０ パターン
９０ 接続電力ライン
９０Ａ 正極接続電力ライン
９０Ｂ 負極接続電力ライン

Claims (6)

1. ドローンと、
   前記ドローンに連結された連結軸を有し、前記ドローンを前記連結軸を中心に回転可能に支持するジンバル機構と、
   前記ジンバル機構に連結された電力ケーブルと、
   前記電力ケーブルから前記ジンバル機構を通って前記ドローンまで延びる電力ラインと、
   前記電力ラインに電気的に接続され、かつ前記連結軸と同軸上に配置された回転コネクタとを備えたドローンシステム。
2. 前記連結軸は、異なる方向に延びる第１連結軸と第２連結軸であり、
   前記回転コネクタは、前記第１連結軸と同軸上に配置された第１回転コネクタと、前記第２連結軸と同軸上に配置された第２回転コネクタである、請求項１に記載のドローンシステム。
3. 前記ジンバル機構は、前記第１連結軸を中心に回転可能な第１支持構造体と、前記第２連結軸を中心に回転可能な第２支持構造体を備えており、
   前記第１支持構造体は前記第１連結軸により前記第２支持構造体に連結されており、
   前記第２支持構造体は、前記第２連結軸により前記ドローンに連結されている、請求項２に記載のドローンシステム。
4. 前記電力ケーブルに接続された第３回転コネクタをさらに備える、請求項３に記載のドローンシステム。
5. 前記ドローンに対する前記ジンバル機構の相対的な回転を制限するロック機構をさらに備える、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のドローンシステム。
6. 前記ドローンおよび前記ジンバル機構はそれぞれ複数設けられ、
   前記複数のジンバル機構は、少なくとも１つの接続電力ラインにより直列に連結されている、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のドローンシステム。

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