JP2020175737A - 無人飛行体用給電システムおよび制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無人飛行体の稼働時間を向上できる無人飛行体用給電システムおよび制御装置を提供する。【解決手段】無人飛行体用給電システムは、荷役を行う複数の荷役車両と、荷役の支援を行う無人飛行体としてのドローンと、複数の荷役車両と通信する制御装置５０とを備える。ドローンは、無線で供給された電力を受ける無線受電部と、無線受電部で受けた電力を蓄えるバッテリとを備え、複数の荷役車両の各々は、ドローンに対して無線で給電する無線給電部を備える。制御装置５０は、複数の荷役車両から給電車両を選定する給電車両選定部５２と、給電車両として選定された荷役車両の無線給電部がドローンに対して給電するように荷役車両を制御する給電制御部５５とを備える。【選択図】図４

Description

本発明は、荷役車両から無人飛行体に対して給電するための無人飛行体用給電システムおよび制御装置に関するものである。

一般的に、フォークリフト等の荷役車両は、所定の荷積場所まで走行する動作、荷積場所で荷物を取る動作、荷物を保持した状態で荷積場所から所定の荷降場所まで走行する動作、および、荷降場所で荷物を置く動作を行う。

また、荷役車両の動作を支援するように構成された小型の無人飛行体の研究開発が行われている。荷役車両の動作を支援する無人飛行体として、例えば特許文献１には、荷物を取る動作を支援するための撮像装置を備えたものが記載されている。

また、特許文献１には、荷役車両であるフォークリフト上に無人飛行体が待機するように構成し、待機中の無人飛行体に対して給電することが記載されている。

特開２０１７−３６１０２号公報

ところで、特許文献１の構成では、無人飛行体に対して給電するためには、無人飛行体が荷役車両に着地する必要があるため、無人飛行体は長時間にわたって飛行することができないという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、無人飛行体の稼働時間を向上できる無人飛行体用給電システムおよび制御装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、荷役を行う複数の荷役車両と、荷役または荷役の支援を行う無人飛行体と、複数の前記荷役車両と通信する制御装置とを備え、前記無人飛行体は、無線で供給された電力を受ける無線受電部と、前記無線受電部で受けた電力を蓄えるバッテリとを備え、前記複数の荷役車両の各々は、前記無人飛行体に対して無線で給電する無線給電部を備え、前記制御装置は、複数の前記荷役車両から給電車両を選定する給電車両選定部と、前記給電車両として選定された前記荷役車両の前記無線給電部が前記無人飛行体に対して給電するように前記荷役車両を制御する給電制御部とを備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の無人飛行体用給電システムにおいて、前記制御装置は、複数の前記荷役車両の荷役スケジュールを取得する荷役スケジュール取得部をさらに備え、前記給電車両選定部は、前記荷役スケジュールに基づいて前記給電車両を選定することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の無人飛行体給電システムにおいて、前記給電制御部は、前記給電車両として選定された前記給電車両が前記無人飛行体に追従しながら給電するように前記荷役車両を制御することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の無人飛行体用給電システムにおいて、複数の前記無人飛行体を備え、前記制御装置は、複数の前記無人飛行体が備える前記バッテリの蓄電量情報を取得する蓄電量情報取得部と、前記蓄電量情報に基づいて複数の前記無人飛行体から給電対象を選定する給電対象選定部とをさらに備え、前記給電制御部は、前記給電対象として選定された前記無人飛行体に対して給電するように前記荷役車両を制御することを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、荷役を行う複数の荷役車両と通信する制御装置であって、複数の前記荷役車両から給電車両を選定する給電車両選定部と、前記給電車両として選定された前記荷役車両が荷役または荷役の支援を行う無人飛行体に対して給電するように前記荷役車両を制御する給電制御部とを備えることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の制御装置において、複数の前記荷役車両の荷役スケジュールを取得する荷役スケジュール取得部をさらに備え、前記給電車両選定部は、前記荷役スケジュールに基づいて前記給電車両を選定することを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項５または６に記載の無人飛行体給電システムにおいて、前記給電制御部は、前記給電車両として選定された前記給電車両が前記無人飛行体に追従しながら給電するように前記荷役車両を制御することを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項５〜７のいずれか一項に記載の制御装置において、複数の前記無人飛行体が備えるバッテリの蓄電量情報を取得する蓄電量情報取得部と、前記蓄電量情報に基づいて複数の前記無人飛行体から給電対象を選定する給電対象選定部とをさらに備え、前記給電制御部は、前記給電対象として選定された前記無人飛行体に対して給電するように前記荷役車両を制御することを特徴とする。

本発明によれば、無人飛行体の稼働時間を向上できる無人飛行体用給電システムおよび制御装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る無人飛行体用給電システムを示す概要図である。 同実施形態に係る無人飛行体の上方に設けられたマーカーの一例を示す模式図である。 （Ａ）は、同実施形態に係る荷役車両の概略構成を示すブロック図であり、（Ｂ）は、同実施形態に係る無人飛行体の概略構成を示すブロック図である。 同実施形態に係る制御装置の概略構成を示すブロック図である。

図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。図１は、無人搬送システム１および無人飛行体用給電システム２の概略構成を示している。
図１に示すように、無人搬送システム１は、複数の荷役車両１０と、複数のドローン３０とにより構成されている。また、無人飛行体用給電システム２は、ドローン３０と、制御装置５０と、給電車両としての荷役車両１０とにより構成されている。荷役車両１０、ドローン３０、および、制御装置５０は、互いに通信可能に構成されている。

荷役車両１０は、荷役を行う無人搬送車であって、荷物を所定の荷積場所から所定の荷降場所まで搬送する。荷役車両１０は、フォークＦとレーザースキャナＳとを備えたレーザー式無人フォークリフトであり、レーザースキャナＳは、レーザーを水平に３６０°回転しながら送信し、反射板Ｒで反射されたレーザーを受信する。荷役車両１０は、レーザースキャナＳによるレーザーの受信結果に基づいて、レーザーを反射した３つ以上の反射板Ｒを認識し、レーザースキャナＳから反射板Ｒまでの距離と反射板Ｒの方角（方位）とを算出する。また、荷役車両１０は、ドローン３０の位置情報を受信し、反射板Ｒまでの距離および反射板Ｒの方角の算出結果と、その反射板Ｒを備えているドローン３０の位置情報とに基づいて、屋内における荷役車両１０自身の位置を推定し、その推定結果（荷役車両１０の位置情報）に基づいて移動する。また、荷役車両１０は、荷役車両１０自身の位置情報を制御装置５０に送信する。荷役車両１０の詳しい構成は、図３（Ａ）を参照して説明する。

ドローン３０は、荷役車両１０による荷役の支援を行う無人飛行体であって、荷役車両１０が荷積場所から荷降場所まで走行する動作を支援する。ドローン３０は、レーザーを反射する反射板Ｒを備えており、反射板Ｒが所定の高さに配置されるように、所定の高さを維持しながら飛行する。また、ドローン３０は、天井Ｃに設けられたマーカーＭ（図２参照）を撮影するカメラ（図示略）を備えており、マーカーＭの認識結果に基づいて、ドローン３０自身の位置を推定し、その推定結果（ドローン３０の位置情報）に基づいて移動する。また、ドローン３０は、ドローン３０自身の位置情報を荷役車両１０および制御装置５０に送信する。ドローン３０の詳しい構成は、図３（Ｂ）を参照して説明する。

制御装置５０は、複数のドローン３０から給電対象を選定するとともに、複数の荷役車両１０から給電車両を選定し、給電車両として選定された荷役車両１０から給電対象として選定されたドローン３０に対して給電するように荷役車両１０を制御する。制御装置５０の詳しい構成は、図４を参照して説明する。

図２は、天井Ｃに設けられたマーカーＭの一例を示している。
図２に示すように、複数のマーカーＭは、直交するＸ方向およびＹ方向において、互いに間隔をあけて設けられており、異なる形状（外形）および模様を有している。すなわち、屋内における位置に応じてマーカーＭの各々は特徴を有しており、各マーカーＭは、屋内における位置情報を示している。

図３（Ａ）は、各荷役車両１０の概略構成を示すブロック図である。
図３（Ａ）に示すように、荷役車両１０は、バッテリ１１と、車両位置推定部１２と、荷役スケジュール記憶部１３と、走行制御部１４と、無線給電部１５とを備えている。

バッテリ１１は、充電可能な二次電池により構成されており、荷役車両１０の各部に電力を供給する。バッテリ１１は、荷役車両１０を稼働させていないときに充電される。バッテリ１１の蓄電容量は、ドローン３０が備えるバッテリ３２（図３（Ｂ）参照）の蓄電容量に比べて大きい。

車両位置推定部１２は、レーザースキャナＳを用いて検出された反射板Ｒの検出結果と、その反射板Ｒを備えているドローン３０の位置情報とに基づいて、荷役車両１０の位置を推定する。

荷役スケジュール記憶部１３は、荷役車両１０の荷役スケジュールを記憶している。荷役スケジュールは、荷役車両１０が行う荷役の予定に係る情報であって、荷役スケジュールには、例えば、荷役の開始時刻、荷積場所、荷降場所、および、荷役の終了時刻に係る情報が含まれている。

走行制御部１４は、荷役車両１０の位置情報（荷役車両１０の位置の推定結果）と、荷役スケジュールとに基づいて、荷役車両１０の走行を制御する。具体的には、走行制御部１４は、所定時刻に荷積場所から荷降場所まで荷物を搬送するように荷役車両１０を移動させる。また、給電車両として選定された荷役車両１０の走行制御部１４は、給電対象として選定されたドローン３０に追従するように荷役車両１０を移動させる。

無線給電部１５は、特定の送電方向にマイクロ波を送る送電アンテナにより構成されている。給電車両として選定された荷役車両１０の無線給電部１５は、給電対象として選定されたドローン３０に対して無線（マイクロ波）で給電する。

図３（Ｂ）は、各ドローン３０の概略構成を示すブロック図である。
図３（Ｂ）に示すように、ドローン３０は、無線受電部３１と、バッテリ３２と、飛行体位置推定部３３と、飛行制御部３４とを備えている。

無線受電部３１は、荷役車両１０から送られたマイクロ波を受けるレクテナ（図示略）と、当該レクテナで受けたマイクロ波を直流電流に変換してバッテリ３２に供給する回路（図示略）とにより構成されている。すなわち、無線受電部３１は、荷役車両１０から無線により供給された電力を受ける。

バッテリ３２は、充電可能な二次電池により構成されており、ドローン３０の各部に電力を供給する。バッテリ３２の蓄電量は、ドローン３０の各部へ電力を供給することによって減り、荷役車両１０から供給された電力を蓄えることによって増える。

飛行体位置推定部３３は、ドローン３０の上方の撮影結果に基づいて、ドローン３０の上方に位置するマーカーＭを認識し、そのマーカーＭの特徴的情報（例えば形状、模様、周囲の他のマーカーＭまでの距離等）に基づいて、屋内におけるドローン３０の位置を推定する。

飛行制御部３４は、ドローン３０の位置情報（ドローン３０の位置の推定結果）と、他のドローン３０の位置情報とに基づいて、ドローン３０の飛行を制御する。具体的には、飛行制御部３４は、ドローン３０が他のドローン３０や移動棚（不図示）に衝突しないようにドローン３０を移動させる。

図４は、制御装置５０の概略構成を示すブロック図である。
制御装置５０は、荷役スケジュール取得部５１と、給電車両選定部５２と、蓄電量情報取得部５３と、給電対象選定部５４と、給電制御部５５とを備えている。制御装置５０の各部５１〜５５は、同一または複数の集積回路により構成されている。

荷役スケジュール取得部５１は、複数の荷役車両１０の荷役スケジュールを取得する。すなわち、荷役スケジュール取得部５１は、荷役車両１０と制御装置５０との通信によって、複数の荷役車両１０から予め設定されている（すなわち荷役スケジュール記憶部１３に記憶されている）荷役スケジュールを取得する。

給電車両選定部５２は、複数の荷役車両１０から給電車両を選定する。具体的には、給電車両選定部５２は、荷役スケジュール取得部５１で取得した荷役スケジュールに基づいて、荷役を行っていない状態の荷役車両１０（すなわち荷物を搬送していない荷役車両１０）を検出し、その荷役車両１０を給電車両として選定する。

蓄電量情報取得部５３は、複数のドローン３０が備えるバッテリ３２の蓄電量情報を取得する。すなわち、蓄電量情報取得部５３は、ドローン３０と制御装置５０との通信によって、複数のドローン３０からバッテリ３２の蓄電量に係る情報を取得する。

給電対象選定部５４は、蓄電量情報取得部５３で取得した蓄電量情報に基づいて、複数のドローン３０から給電対象を選定する。具体的には、給電対象選定部５４は、例えば、バッテリ３２の蓄電量（最大蓄電量に対する蓄電量の割合）が最も低くなっているドローン３０を給電対象として選定する。

給電制御部５５は、給電車両選定部５２で給電車両として選定された荷役車両１０が、給電対象選定部５４で給電対象として選定されたドローン３０に対して給電するように荷役車両１０を制御する。具体的には、給電制御部５５は、制御装置５０と荷役車両１０の通信によって、給電車両である荷役車両１０が給電対象であるドローン３０に追従しながら給電するように荷役車両１０を制御する。

本実施形態においては以下の効果が得られる。
（１）制御装置５０は、複数の荷役車両１０から給電車両を選定する給電車両選定部５２と、給電車両として選定された荷役車両１０の無線給電部１５がドローン３０に対して給電するように荷役車両１０を制御する給電制御部５５とを備える。この構成によれば、飛行中のドローン３０のバッテリ３２の蓄電量を回復させることができるため、ドローン３０の稼働時間を向上できる。また、制御装置５０の給電車両選定部５２が、複数の荷役車両１０から給電車両を選定するため、管理者が複数の荷役車両１０から給電車両を選定する手間を省くことができる。

（２）給電車両選定部５２は、荷役スケジュールに基づいて給電車両を選定するため、荷役を行っていない荷役車両１０を給電車両として有効に活用することができ、荷役が滞らないようにすることができる。

（３）給電制御部５５は、給電車両として選定された荷役車両１０がドローン３０に追従しながら給電するように荷役車両１０を制御するため、荷役車両１０がドローン３０に追従しない構成に比べて、荷役車両１０とドローン３０との距離を短くすることができ、給電効率を高めることができる。

（４）制御装置５０は、蓄電量情報取得部５３と給電対象選定部５４とを備え、給電制御部５５は、給電対象として選定されたドローン３０に対して給電するように荷役車両１０を制御するため、管理者が複数のドローン３０から給電対象を選定する手間を省くことができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、上記構成を適宜変更することもできる。例えば、上記実施形態を、以下のように変更して実施してもよく、以下の変更を適宜組み合わせてもよい。

・マーカーＭを天井Ｃ以外の場所に設けてもよい。また、飛行体位置推定部３３がＧＰＳを用いてドローン３０の位置を推定するように構成してもよい。すなわち、ドローン３０の位置を推定することができるのであれば、飛行体位置推定部３３を適宜変更してもよい。

・荷役車両１０に代えて、レーザー誘導式無人フォークリフト以外の荷役車両を採用してもよい。すなわち、荷役車両は、例えば、フォークＦ以外の移載装置を備えた無人搬送車両や、磁気または画像認識を利用した誘導方式の無人搬送車両であってもよい。

・ドローン３０に代えて、荷役を行う無人飛行体を採用してもよい。すなわち、無人飛行体が荷役の支援を行わず、無人飛行体自身が荷役を行うように構成してもよい。

１ 無人搬送システム
２ 無人飛行体用給電システム
１０ 荷役車両
１５ 無線給電部
３０ ドローン（無人飛行体）
３１ 無線受電部
３２ バッテリ
５０ 制御装置
５１ 荷役スケジュール取得部
５２ 給電車両選定部
５３ 蓄電量情報取得部
５４ 給電対象選定部
５５ 給電制御部

Claims (8)

1. 荷役を行う複数の荷役車両と、
   荷役または荷役の支援を行う無人飛行体と、
   複数の前記荷役車両と通信する制御装置とを備え、
   前記無人飛行体は、無線で供給された電力を受ける無線受電部と、前記無線受電部で受けた電力を蓄えるバッテリとを備え、
   前記複数の荷役車両の各々は、前記無人飛行体に対して無線で給電する無線給電部を備え、
   前記制御装置は、複数の前記荷役車両から給電車両を選定する給電車両選定部と、前記給電車両として選定された前記荷役車両の前記無線給電部が前記無人飛行体に対して給電するように前記荷役車両を制御する給電制御部とを備える
   ことを特徴とする無人飛行体用給電システム。
2. 前記制御装置は、複数の前記荷役車両の荷役スケジュールを取得する荷役スケジュール取得部をさらに備え、
   前記給電車両選定部は、前記荷役スケジュールに基づいて前記給電車両を選定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の無人飛行体用給電システム。
3. 前記給電制御部は、前記給電車両として選定された前記荷役車両が前記無人飛行体に追従しながら給電するように前記荷役車両を制御する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の無人飛行体給電システム。
4. 複数の前記無人飛行体を備え、
   前記制御装置は、複数の前記無人飛行体が備える前記バッテリの蓄電量情報を取得する蓄電量情報取得部と、前記蓄電量情報に基づいて複数の前記無人飛行体から給電対象を選定する給電対象選定部とをさらに備え、
   前記給電制御部は、前記給電対象として選定された前記無人飛行体に対して給電するように前記荷役車両を制御する
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の無人飛行体用給電システム。
5. 荷役を行う複数の荷役車両と通信する制御装置であって、
   複数の前記荷役車両から給電車両を選定する給電車両選定部と、
   前記給電車両として選定された前記荷役車両が荷役または荷役の支援を行う無人飛行体に対して給電するように前記荷役車両を制御する給電制御部とを備える
   ことを特徴とする制御装置。
6. 複数の前記荷役車両の荷役スケジュールを取得する荷役スケジュール取得部をさらに備え、
   前記給電車両選定部は、前記荷役スケジュールに基づいて前記給電車両を選定する
   ことを特徴とする請求項５に記載の制御装置。
7. 前記給電制御部は、前記給電車両として選定された前記荷役車両が前記無人飛行体に追従しながら給電するように前記荷役車両を制御する
   ことを特徴とする請求項５または６に記載の無人飛行体給電システム。
8. 複数の前記無人飛行体が備えるバッテリの蓄電量情報を取得する蓄電量情報取得部と、
   前記蓄電量情報に基づいて複数の前記無人飛行体から給電対象を選定する給電対象選定部とをさらに備え、
   前記給電制御部は、前記給電対象として選定された前記無人飛行体に対して給電するように前記荷役車両を制御する
   ことを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の制御装置。

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