JP2020196392A - 無人飛行体用給電システム - Google Patents

Abstract

【課題】荷置棚が設置された屋内において荷役作業を行う無人飛行体に、効率よく給電することができる給電システムを提供する。【解決手段】本発明に係る給電システムは、運搬作業を行う無人飛行体１と、無人給電車３と、棚４と、を備える。棚４は、マイクロ波を透過しない非透過部４０と、マイクロ波を透過する透過部４１と、からなる。無人飛行体１は、自機位置検出部と、飛行制御部と、荷保持部と、受電部と、蓄電池と、自機の位置を無人給電車に送信する位置送信部と、を有する。無人給電車３は、レーザスキャナ３２１と、無人飛行体１にマイクロ波を送信する送電部３５と、透過部４１および非透過部４０の位置を記憶している棚位置記憶部３３と、無人飛行体１と送電部３５との間に非透過部４０が位置するときには、送電部３５によるマイクロ波の送信を停止させる送信停止部３７と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、荷置棚が設置された屋内において荷を運搬する無人飛行体に給電する無人飛行体用給電システムに関する。

従来、屋外または屋内において運搬作業を行う無人飛行体が開発されてきた（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の無人飛行体は、ホバリング可能であるとともに自律飛行可能である。この無人飛行体は、把持装置を装着し、装着した把持装置によって荷を吸着し、荷とともに移動して運搬作業を行う。この無人飛行体は、空中を飛行するので運搬車よりも移動速度が速く、運搬作業を行うのに適している。

ところで、無人飛行体は、蓄電容量が少なく、運搬作業を長時間連続して行うことができない。そこで、例えば、特許文献２に記載のピッキングシステムには、複数の無人飛行体が運搬作業に向けて待機する出発部に無人飛行体を給電する給電手段が設けられている。複数の無人飛行体は、この出発部において運搬作業の合間に給電されることにより、運搬作業を行う際に電力不足になることを防止している。

しかしながら、特許文献２に記載の無人飛行体は、運搬作業の合間に出発部に戻り給電するので、出発部と運搬作業場所との間での移動を繰り返すことになる。このことは、無人飛行体の稼働効率の観点から好ましくないので問題であった。

このため、作業中の無人飛行体に対して無線給電することが考えられるが、屋内に設置された荷置棚が障害物となり、効率的に無人飛行体に給電することが困難であった。

特開２０１８−１１４８２２号公報 特開２０１８−０１６４３５号公報

そこで、本発明が解決しようとする課題は、荷置棚が設置された屋内において荷を運搬する無人飛行体に対して効率的に給電することができる無人飛行体用給電システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る無人飛行体用給電システムは、
屋内において荷を運搬する無人飛行体と、マイクロ波によって前記無人飛行体に給電する無人給電車と、前記荷が載置される載置部を有するとともに前記屋内に設置された棚と、を備え、
前記棚は、マイクロ波を透過しない非透過部と、マイクロ波を透過する透過部と、からなり、
前記無人飛行体は、
自機の位置を検出する自機位置検出部と、
前記自機の飛行を制御する飛行制御部と、
前記荷を保持する荷保持部と、
無線送電された電力を受電する受電部と、
前記受電部によって受電された電力を蓄電する蓄電池と、
前記自機の位置を前記無人給電車に送信する位置送信部と、を有し、
前記無人給電車は、
自車の位置を検出する自車位置検出部と、
受信した前記無人飛行体の位置に基づいて、前記無人飛行体にマイクロ波を送信する送電部と、
前記透過部および前記非透過部の位置を記憶している棚位置記憶部と、
前記無人飛行体、前記送電部および前記非透過部の位置に基づいて、前記無人飛行体と前記送電部との間に前記非透過部が位置するか否かを判定し、前記無人飛行体と前記送電部との間に前記非透過部が位置するときには、前記送電部によるマイクロ波の送信を停止させる送信停止部と、を有することを特徴とする。

前記荷には、マイクロ波によって悪影響を受ける第１の荷と、マイクロ波によって悪影響を受けない第２の荷と、があり、
前記給電システムは、好ましくは、
前記棚に載置された前記第１の荷の位置を前記無人給電車に送信する荷位置送信部をさらに備え、
前記送信停止部は、さらに、受信した前記第１の荷の位置と、前記無人飛行体および前記送電部の位置とに基づいて、前記無人飛行体と前記送電部との間に前記第１の荷が位置するか否かを判定し、前記無人飛行体と前記送電部との間に前記第１の荷があるときには、前記送電部によるマイクロ波の送信を停止させる。

上記給電システムは、好ましくは、
前記無人給電車が、受信した前記無人飛行体の位置に基づいて、前記無人飛行体に追従する。

上記給電システムは、例えば、
前記透過部が、プラスチック材またはガラスで構成されたものである。

上記給電システムは、例えば、
前記非透過部が、導電シートで覆われていることによりマイクロ波を透過しない。

上記給電システムは、例えば、
前記棚が、前記非透過部で構成された非透過棚と、前記透過部で構成された透過棚と、が連結されたものである。

上記給電システムは、例えば、
前記無人給電車が、荷役作業を行う荷役車である。

本発明に係る無人飛行体用給電システムは、荷置棚が設置された屋内において荷を運搬する無人飛行体に対して、効率的に給電することができる。

本発明の一実施形態に係る給電システムを示す概略側面図である。 ＡおよびＢは無人飛行体を示し、Ａは上から見た斜視図であり、Ｂは下から見た斜視図であり、Ｃは受電部を示す下面図である。 図１の給電システムを示すブロック図である。 図１の実施形態における給電状態を示し、Ａは側面図であり、Ｂは正面図である。 図１の実施形態における非給電状態を示し、Ａは側面図であり、Ｂは正面図である。

以下、図を参照しつつ、本発明に係る無人飛行体用給電システムの一実施形態について説明する。

図１は、本実施形態に係る給電システムを示す概略側面図である。無人飛行体１は、荷置棚４が設置された屋内において、自機位置を無人給電車３に送信しながら荷Ｗを運搬する。無人給電車３は、受信した無人飛行体１の位置に基づいて、無人飛行体１に追従しながら無人飛行体１に無線送電することにより給電する。

＜無人飛行体＞
図２ＡおよびＢに示すように、無人飛行体１は、円板状の本体１０と、本体１０の側面から水平に延在する４本のアーム１２と、４本のアーム１２の先端側にそれぞれ設けられたモータ１３と、モータ１３に設けられた回転翼１４と、本体１０の上面に設けられた略八角柱状の上部ユニット１５と、本体１０の下面に設けられた２つのスキッド１６と、２つのスキッド１６の間に設けられた荷保持部１７と、荷保持部１７の下面に設けられた受電部１８と、を有する。

上部ユニット１５には、無人飛行体１の位置を検出するためのカメラ１５ａおよび照明部１５ｂが設けられている。天井Ｃ全体には、無人飛行体１の位置を認識するためのマーカ（図示略）が複数設けられている。照明部１５ｂが無人飛行体１の上方を照射し、カメラ１５ａが照明部１５ｂによって照らされたマーカを含む天井Ｃを撮像して上方画像を生成する。

荷保持部１７は、荷Ｗを保持する。荷保持部１７の図２における正面のみが開放されており、荷保持部１７の背面および両側面は、閉じられている。また、荷保持部１７は、マイクロ波非透過材で構成されているので、保持している荷Ｗが下方から送信されるマイクロ波によって悪影響を受けることを防止する。

図２Ｃに示すように、受電部１８は、複数のレクテナ１８ａによって構成されている。レクテナ１８ａは、無人給電車３から送信されたマイクロ波を受信して直流電流に変換する。

図３に示すように、無人飛行体１は、蓄電池２０と、制御装置２１と、高度センサ（図示略）と、通信手段（図示略）と、をさらに有する。

蓄電池２０は、受電部１８に電気的に接続されている。蓄電池２０は、レクテナ１８ａによって変換された直流電流を蓄電するとともに、モータ１３に電力を供給する。蓄電池２０は、鉛蓄電池またはアルカリ蓄電池でもよい。

制御装置２１は、飛行制御部２１０と、記憶部２１１と、自機位置検出部２１２と、位置送信部２１４と、を有する。

飛行制御部２１０は、各モータ１３の回転数を制御することにより、無人飛行体１のホバリングを可能にするとともに、無人飛行体１の飛行方向、飛行高度および飛行速度を制御する。

記憶部２１１は、マーカを含む天井Ｃ全体の画像（以下、単に「天井画像」という）を位置情報とともに予め記憶している。

自機位置検出部２１２は、カメラ１５ａが撮像した上方画像と、天井画像とを照合し、天井画像中のいずれの位置に上方画像が存在するのかを探索するテンプレートマッチングを行う。自機位置検出部２１２は、テンプレートマッチングの結果に基づいて無人飛行体１の水平方向の位置を検出する。さらに、自機位置検出部２１２は、高度センサによって無人飛行体１の高度を検出する。

位置送信部２１４は、通信手段によって無人飛行体１の空間的位置を無人給電車３に送信する。位置送信部２１４は、無人飛行体１の空間的位置を直接無人給電車３に送信してもよいし、ネットワークを介して無人給電車３に送信してもよい。

記憶部２１１は、さらに運搬情報を記憶する。運搬情報には、荷取位置および荷置位置が含まれている。

無人飛行体１は、運搬情報に基づいて、荷取位置に移動するとともに荷Ｗを受け取り、荷置位置に移動するとともに荷Ｗを受け渡す。

＜棚＞
図１および図３に示すように、棚４は、マイクロ波を透過しない非透過部４０と、マイクロ波を透過する透過部４１と、リーダー４２と、荷位置送信部４３と、を有する。非透過部４０および透過部４１は、荷Ｗが載置される載置部４ａをそれぞれ有する。

図１における棚４は、下側４段が非透過部４０であって、上側４段が透過部４１である。非透過部４０は、例えば、導電部材で覆われていることによりマイクロ波を透過しないよう構成されていてもよい。導電部材は、例えば、導電シートであってもよいが単なる一例であって、これに限定されない。透過部４１は、プラスチック材またはガラスで構成されていてもよいが単なる一例であって、マイクロ波を透過する素材で構成されていればこれに限定されない。

荷Ｗには、マイクロ波による無線送電によって悪影響を受ける第１の荷Ｗａと、悪影響を受けない第２の荷Ｗｂと、がある。図１に示すように、斜線のパターンが付された荷Ｗが第１の荷Ｗａである。第１の荷Ｗａは、非透過部４０の載置部４ａに優先的に載置されていく。荷ＷにはＩＣタグがそれぞれ付されており、ＩＣタグには、マイクロ波による悪影響を受けるか否かの情報が記憶されている。

リーダー４２は、荷Ｗが載置される載置部４ａにそれぞれ設けられているとともにＩＣタグを読み取る。棚４は、リーダー４２によっていずれの荷Ｗが棚４のいずれの位置に載置されているのかを検出するとともに、荷位置送信部４３によって荷Ｗのそれぞれの位置を無人給電車３に送信する。なお、荷位置送信部４３は、第１の荷Ｗａの位置のみを無人給電車３に送信してもよい。

＜無人給電車＞
図１および図３に示すように、無人給電車３は、本体３０と、蓄電池３１と、自車位置検出部３２と、棚位置記憶部３３と、荷位置記憶部３４と、送電部３５と、走行装置３６と、送信停止部３７と、通信手段（図示略）と、を有する。

蓄電池３１は、送電部３５に電力を供給する。蓄電池３１は、鉛蓄電池またはアルカリ蓄電池でもよい。

自車位置検出部３２は、公知のレーザ誘導方式によって無人給電車３の位置を検出するが単なる一例であって、無人給電車３の位置を検出する方式は、特に限定されない。自車位置検出部３２は、本体３０の上部に設けられたレーザスキャナ３２１と、解析部（図示略）と、を有する。レーザスキャナ３２１は、水平方向に３６０度回転しながらレーザを送信し、屋内の所定箇所に複数配置された反射板によって反射されたレーザを受信する。解析部は、レーザスキャナ３２１の送受信の方向を解析することにより複数の反射板と無人給電車３との位置関係を特定し、この位置関係に基づいて無人給電車３の位置を検出する。

棚位置記憶部３３は、棚４の非透過部４０および透過部４１の位置を記憶している。荷位置記憶部３４は、荷位置送信部４３から受信した荷Ｗのそれぞれの位置を記憶している。すなわち、荷位置記憶部３４は、第１の荷Ｗａの位置をそれぞれ記憶している。

送電部３５は、無人給電車３の上部に設けられている。送電部３５は、無人飛行体１から受信した無人飛行体１の位置に基づいて、無人飛行体１にマイクロ波を送信することにより、無人飛行体１に無線送電する。送電部３５は、フェーズドアレイアンテナによって構成されていてもよいが、単なる一例であってこれに限定されない。

走行装置３６は、動力部（図示略）と、車輪３６０と、操舵部（図示略）と、を有する。無人給電車３は、動力部の動力によって車輪３６０を回転させて走行する。操舵部は、無人給電車３の位置および無人飛行体１の位置に基づいて、無人給電車３が無人飛行体１を追従することができるように車輪３６０を操舵する。動力部は、例えば、蓄電池３１によって担われてもよいし、別の蓄電池で構成されていてもよい。

送信停止部３７は、受信した無人飛行体１の位置、記憶している非透過部４０の位置および送電部３５の位置に基づいて、無人飛行体１と送電部３５との間に非透過部４０が位置するか否かを判定する。次いで、送信停止部３７は、無人飛行体１と送電部３５との間に非透過部４０が位置するときには、送電部３５によるマイクロ波の送信を停止させる。これにより、送電部３５は、無駄にマイクロ波を送信することを防止される。

送信停止部３７は、さらに、受信した無人飛行体１の位置、受信した第１の荷Ｗａの位置および送電部３５の位置に基づいて、無人飛行体１と送電部３５との間に第１の荷Ｗａが位置するか否かを判定する。次いで、送信停止部３７は、無人飛行体１と送電部３５との間に第１の荷Ｗａが位置するときには、送電部３５によるマイクロ波の送信を停止させる。これにより、第１の荷Ｗａは、マイクロ波によって悪影響を受けることを防止される。

送信停止部３７は、無人飛行体１と送電部３５との間に非透過部４０および第１の荷Ｗａが位置しないときには、たとえ無人飛行体１と送電部３５との間に透過部４１および第２の荷Ｗｂが位置していても送電部３５によるマイクロ波の送信を停止させないので、無人給電車３の給電稼働率を保持することができる。

＜給電方法＞
次に、図４および図５を参照して、本実施形態に係る給電システムの給電方法を詳細に説明する。

図４および図５に示すとおり、非透過部４０の領域を領域Ｒ１とし、透過部４１のうち第１の荷Ｗａが載置されていない領域を領域Ｒ２とし、透過部４１のうち第１の荷Ｗａが載置されている領域を領域Ｒ３とする。

無人飛行体１は、自機位置検出部２１２によって検出した自機位置を無人給電車３に送信する。無人給電車３は、受信した無人飛行体１の位置に基づいて、無人飛行体１に追従しながら、送電部３５によって無人飛行体１に無線送電する。

無人給電車３は、非透過部４０および透過部４１ならびに第１の荷Ｗａの位置を記憶している。図４ＡおよびＢに示すように、無人飛行体１と送電部３５との間に、領域Ｒ２のみが位置するときには、送信停止部３７は、送電部３５によるマイクロ波の送信を停止させない。このとき、無人飛行体１と送電部３５との間に透過部４１が位置するが、無人給電車３による給電効率は、マイクロ波が透過部４１を透過するので低下しない。

図５ＡおよびＢに示すように、無人飛行体１が図４の位置からＸ方向左側に移動し、無人給電車３が無人飛行体１に追従すると、無人飛行体１と送電部３５との間には、領域Ｒ３が位置する。したがって、送信停止部３７は、送電部３５によるマイクロ波の送信を停止させる。これにより、第１の荷Ｗａは、マイクロ波による悪影響を受けることが防止される。また、図５Ｂに示すように、無人飛行体１がＺ方向下側に移動した場合、無人飛行体１と送電部３５との間には、領域Ｒ１が位置する。したがって、送信停止部３７は、送電部３５によるマイクロ波の送信を停止させる。これにより、送電部３５は、無駄にマイクロ波を送信することを防止される。

このように、本実施形態の給電システムは、荷置棚４が設置された屋内において荷Ｗを運搬する無人飛行体１に対して、効率的に給電することができる。しかも、第１の荷Ｗａにマイクロ波が送信されないので第１の荷Ｗａがマイクロ波によって悪影響を受けることを防止することができる。

以上、本発明に係る給電システムの一実施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い。

（１）受電部１８は、無人給電車３によって送信されたマイクロ波を効率的に受電できるのであれば、本体１０に設けられてもよく、設けられる位置を特に限定されない。

（２）第１の荷Ｗａの位置を検出する方法は特に限定されない。例えば、管理装置によって無人飛行体１の運搬作業を管理することにより、第１の荷Ｗａがいずれの場所に存在するのかを管理してもよい。この場合、管理装置が荷位置送信部を有する。

（３）棚４は、非透過部４０と透過部４１とから一体的に構成されていてもよいし、非透過部４０で構成された非透過棚と透過部４１で構成された透過棚とが連結されたものであってもよい。

（４）無人給電車３は、給電専用の車両であってもよいし、フォークリフトなどのような荷役作業を行う荷役車両に送電部３５が設けられた車両であってもよい。

１ 無人飛行体
１０ 本体
１２ アーム
１３ モータ
１４ 回転翼
１５ 上部ユニット
１６ スキッド
１７ 荷保持部
１８ 受電部
１８ａ レクテナ
２０ 蓄電池
２１ 制御装置
２１０ 飛行制御部
２１１ 記憶部
２１２ 自機位置検出部
２１４ 位置送信部
３ 無人給電車
３０ 本体
３１ 蓄電池
３２ 自車位置検出部
３２１ レーザスキャナ
３３ 棚位置記憶部
３４ 荷位置記憶部
３５ 送電部
３６ 走行装置
３６０ 車輪
３７ 送信停止部
４ 棚
４０ 非透過部
４１ 透過部
４２ リーダー
４３ 荷位置送信部
Ｃ 天井
Ｗ 荷
Ｗａ 第１の荷
Ｗｂ 第２の荷

Claims (7)

1. 屋内において荷を運搬する無人飛行体と、マイクロ波によって前記無人飛行体に給電する無人給電車と、前記荷が載置される載置部を有するとともに前記屋内に設置された棚と、を備え、
   前記棚は、マイクロ波を透過しない非透過部と、マイクロ波を透過する透過部と、からなり、
   前記無人飛行体は、
   自機の位置を検出する自機位置検出部と、
   前記自機の飛行を制御する飛行制御部と、
   前記荷を保持する荷保持部と、
   無線送電された電力を受電する受電部と、
   前記受電部によって受電された電力を蓄電する蓄電池と、
   前記自機の位置を前記無人給電車に送信する位置送信部と、を有し、
   前記無人給電車は、
   自車の位置を検出する自車位置検出部と、
   受信した前記無人飛行体の位置に基づいて、前記無人飛行体にマイクロ波を送信する送電部と、
   前記透過部および前記非透過部の位置を記憶している棚位置記憶部と、
   前記無人飛行体、前記送電部および前記非透過部の位置に基づいて、前記無人飛行体と前記送電部との間に前記非透過部が位置するか否かを判定し、前記無人飛行体と前記送電部との間に前記非透過部が位置するときには、前記送電部によるマイクロ波の送信を停止させる送信停止部と、を有する
   ことを特徴とする無人飛行体用給電システム。
2. 前記荷には、マイクロ波によって悪影響を受ける第１の荷と、マイクロ波によって悪影響を受けない第２の荷と、があり、
   前記給電システムが、前記棚に載置された前記第１の荷の位置を前記無人給電車に送信する荷位置送信部をさらに備え、
   前記送信停止部は、さらに、受信した前記第１の荷の位置と、前記無人飛行体および前記送電部の位置とに基づいて、前記無人飛行体と前記送電部との間に前記第１の荷が位置するか否かを判定し、前記無人飛行体と前記送電部との間に前記第１の荷があるときには、前記送電部によるマイクロ波の送信を停止させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の給電システム。
3. 前記無人給電車は、受信した前記無人飛行体の位置に基づいて、前記無人飛行体に追従する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の給電システム。
4. 前記透過部は、プラスチック材またはガラスで構成されたものである
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の給電システム。
5. 前記非透過部は、導電シートで覆われていることによりマイクロ波を透過しない
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の給電システム。
6. 前記棚は、前記非透過部で構成された非透過棚と、前記透過部で構成された透過棚と、が連結されたものである
   ことを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の給電システム。
7. 前記無人給電車は、荷役作業を行う荷役車である
   ことを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の給電システム。

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