JP2021030756A - 無人飛行体の充電システム、無人飛行体及び充電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】管理者の労力に頼ることなく、バッテリーの充電を速やかに実施することができる無人飛行体の充電システム、無人飛行体及び充電装置を提供する。【解決手段】無人飛行体１は、中心部材から放射状に外側へ延在する複数の腕部と、腕部に配置されるモーターと、モーターに接続されるプロペラと、を有し、無人飛行体１の腕部の自由端側が延在する方向は、上方へ向かう成分を有し、モーターは、自由端側の端部に配置されており、中心部材及び／または腕部の下部に、無人飛行体１のバッテリーと電気的に接続される飛行体側端子が配置されており、充電装置５０は、無人飛行体１を載置するための載置部５２と、載置部５２に向かう傾斜を有する案内部５６と、とを有し、載置部５２には、飛行体側端子と電気的に接続し、バッテリーを充電するためのポート側端子５４Ａ，５４Ｃが配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、無人飛行体の充電システム、無人飛行体及び充電装置に関する。

従来、小型無人飛行体（「ドローン」とも呼ばれる）の利用が提案されている。例えば、特許文献１）。

特開２０１７−２４４８８号公報

ドローンは、複数のプロペラをモーターで回転させることによって、飛行のための推力を得る。ドローンは、モーターを駆動するための電力を得るためにバッテリー（電池）を搭載している。しかし、ドローンの飛行性能との関係において、バッテリーの重量は制限される。これにより、ドローンに搭載可能なバッテリーの容量も制限される。このため、従来、ドローンの飛行中において、バッテリーの残量が少なくなると、ドローンを所定の位置に着陸させて、ドローンの操縦者などの管理者がバッテリーの交換または充電を行う必要があった。しかし、管理者の労力に頼ることなく、バッテリーの充電を速やかに行うのが望ましい。

本発明はかかる問題の解決を試みたものであり、管理者の労力に頼ることなく、バッテリーの充電を速やかに実施することができる無人飛行体の充電システム、無人飛行体及び充電装置を提供することを目的とする。

第一の発明は、無人飛行体と充電装置とを有する充電システムであって、前記無人飛行体は、中心部材と、前記中心部材から放射状に外側へ延在する複数の腕部と、前記腕部に配置されるモーターと、前記モーターに接続されるプロペラと、を有し、前記無人飛行体の前記腕部の自由端側が延在する方向は、上方へ向かう成分を有し、前記モーターは、前記自由端側の端部に配置されており、前記中心部材及び／または前記腕部の下部に、前記無人飛行体のバッテリーと電気的に接続される飛行体側端子が配置されており、前記充電装置は、前記無人飛行体を載置するための載置部と、前記載置部から上方に向かって凸の凸形状に構成されており、前記載置部に向かう傾斜を有する案内部と、を有し、前記載置部には、前記飛行体側端子と電気的に接続し、前記バッテリーを充電するためのポート側端子が配置されている、充電システムである。

第一の発明の構成によれば、無人飛行体の中心部材及び／または腕部の下部に飛行体側端子が配置されている。そして、飛行体側端子がポート側端子と接続することによって、バッテリーを有線給電によって迅速に充電することができる。充電装置は、載置部に向かう傾斜を有する案内部を有するから、無人飛行体の降下位置が、案内部が配置されている範囲であれば、無人飛行体は載置部に案内される。例えば、無人飛行体が海上などの水上を飛行して撮影や測定等のミッションを連続的に行い、充電装置が船上に配置されている場合において、充電装置が波によって揺れ動き、無人飛行体が充電装置の中心に降下しない場合であっても、案内部が配置されている範囲に降下すれば、無人飛行体は案内部によって案内されて載置部に着陸することができる。また、無人飛行体のモーターは、中心部材から外側かつ上方に延在する腕部の自由端側に配置されているから、無人飛行体が載置部に着陸する際に、プロペラが案内部と干渉することはない。これにより、管理者の労力に頼ることなく、バッテリーの充電を速やかに実施することができる。

第二の発明は、第一の発明の構成において、前記無人飛行体の前記腕部は、前記中心部材から水平に延在する第一部と、前記第一部から所定の角度で上方に延在する第二部を有し、前記モーターは、前記第二部の自由端側の端部に配置されており、前記飛行体側端子は、前記第一部の下部に配置されている、充電システムである。

第二の発明の構成によれば、無人飛行体の第一部の下部に飛行体側端子が配置されている。そして、飛行体側端子がポート側端子と接することによって、バッテリーを有線給電によって迅速に充電することができる。

第三の発明は、第一の発明または第二の発明の構成において、前記載置部は、前記載置部の平面視における中心に位置し、前記中心部材が配置される位置である中心領域と、前記中心領域から外側へ放射状に配置され、前記腕部を載置するための位置である腕部載置部を有し、前記案内部の前記傾斜は、前記中心領域へ向かう第一傾斜と、前記腕部載置部へ向かう第二傾斜を含む、充電システムである。

第三の発明の構成によれば、無人飛行体は、第一傾斜によって、全体として載置部の中心領域へ案内される。そして、第二傾斜によって、腕部が腕部載置部へ案内され、これにより、無人飛行体の機首方向が所定の方向に導かれる。

第四の発明は、第三の発明の構成において、前記案内部は、前記腕部の数に対応する複数の案内ユニットで構成されており、前記案内ユニットは、平面視において、底辺と、前記底辺の中心から垂直に延びる中心直線上に位置する頂点を有し、前記底辺と前記頂点は直線または曲線で接続される左右対称の形状に構成され、前記第一傾斜は、平面視において、前記底辺の中心位置から前記頂点へ向かう傾斜であり、前記第二傾斜は、平面視において、前記中心直線から側方へ向かう傾斜である、充電システムである。

第四の発明の構成によれば、複数の案内ユニットによって、無人飛行体が載置部に案内される。

第五の発明は、第四の発明の構成において、前記第一傾斜及び前記第二傾斜は、下方に向かうに連れて傾斜が小さくなるように構成されている、充電システムである。

第五の発明の構成によれば、下方に向かうに連れて、第一傾斜及び第二傾斜の傾斜が小さくなるから、無人機が第一傾斜及び第二傾斜を有する案内ユニットの部分に接触しつつ降下する場合において、第一傾斜及び第二傾斜によって、降下速度を徐々に遅くすることができる。

第六の発明は、第四の発明の構成において、前記第一傾斜及び前記第二傾斜は、下方に向かうに連れて傾斜が大きくなるように構成されている、充電システムである。

第六の発明の構成によれば、下方に向かうに連れて、第一傾斜及び第二傾斜の傾斜が大きくなるから、無人機が第一傾斜及び第二傾斜を有する案内ユニットの部分に接触しつつ降下する場合において、上方において下降速度を相対的に大きく低減させることができる。

第七の発明は、第一の発明乃至第六の発明のいずれかの構成において、前記無人飛行体は、前記ポート側端子と前記飛行体側端子が接触するように、機首方向を制御する機首方向制御手段を有する、充電システムである。

第七の発明の構成によれば、無人飛行体は、機首方向制御手段を有するから、機首方向を制御することによって、飛行体側端子とポート側端子が、充電可能な状態において接触するように、載置部に着陸することができる。

第八の発明は、第一の発明乃至第七の発明のいずれかの構成において、少なくとも４以上の前記腕部載置部に、合計で少なくとも２組の前記ポート側端子が配置されており、いずれの前記ポート側端子に前記飛行体側端子が接触したかを判断する接触検知手段と、前記飛行体側端子の極性を判断する極性判断手段と、前記極性判断手段による前記飛行体側端子の極性に応じて、前記ポート側端子の極性を設定する極性設定手段と、を有する充電システムである。

第八の発明の構成によれば、充電装置において、少なくとも２組のポート側端子部が配置されているから、例えば、充電装置が水上で揺れるなどの事情によって、無人飛行体の機首方向の制御の精度が不十分であっても、飛行体側端子部はポート側端子部と接する可能性が向上する。しかも、充電装置は、ポート側端子と接触した飛行体側端子の極性を判断し、ポート側端子の極性を設定することができるから、一層、充電可能な状態になる可能性が向上する。

第九の発明は、バッテリーを充電するためのポート側端子が配置されている充電装置に載置されることによってバッテリーの充電を行う無人飛行体であって、中心部材と、前記中心部材から放射状に外側へ延在する複数の腕部と、前記腕部に配置されるモーターと、前記モーターに接続されるプロペラと、を有し、前記無人飛行体の前記腕部が延在する方向は、上方へ向かう成分を有し、前記モーターは、前記腕部の自由端側の端部に配置されており、前記中心部材及び／または前記腕部の下部に、前記無人飛行体のバッテリーと電気的に接続された飛行体側端子が配置されている、無人飛行体である。

第十の発明は、無人飛行体のバッテリーを充電するための充電装置であって、前記無人飛行体を載置することができる載置部と、前記載置部から上方に向かって凸の凸形状に構成されており、前記載置部に向かう傾斜を有する案内部と、を有し、前記載置部には、前記飛行体側端子と電気的に接続し、前記バッテリーを充電するためのポート側端子が配置されている、充電装置である。

本発明によれば、管理者の労力に頼ることなく、バッテリーの充電を速やかに実施することができる。

本発明の第一の実施形態に係るドローンポート及び無人飛行体を示す概略斜視図である。 無人飛行体を示す概略斜視図である。 無人飛行体の概略平面図及び概略側面図である。 ドローンポートを示す概略平面図である。 案内部を構成する案内ユニットを示す概略側面図である。 案内ユニットを示す概略正面図である。 無人飛行体とドローンポートを示す概略平面図である。 無人飛行体とドローンポートを示す概略平面図である。 ドローンポートの概略断面及び無人飛行体の側面を示す概略図である。 無人飛行体の機能構成を示す概略ブロック図である。 無人飛行体のバッテリーに関連する部材の接続構造を示す概念図である。 ドローンポートの機能構成を示す概略ブロック図である。 ドローンポートの充電用電源に関連する部材の接続構造を示す概念図である。 無人飛行体の動作を示す概略フローチャートである。 ドローンポートの動作を示す概略フローチャートである。 本発明の第二の実施形態に係る無人飛行体を示す概略斜視図である。 ドローンポートを示す概略平面図である。 無人飛行体とドローンポートを示す概略平面図である。 ドローンポートの充電用電源に関連する部材の接続構造を示す概念図である。 ポート側端子の切り替えスイッチ等を示す概念図である。 ポート側端子の切り替えスイッチ等を示す概念図である。 ポート側端子の切り替えスイッチ等を示す概念図である。 ドローンポートの機能構成を示す概略ブロック図である。 ドローンポートの動作を示す概略フローチャートである。 本発明の第三の実施形態に係るに係るドローンポートの概略断面及び無人飛行体の側面を示す概略図である。 本発明の第四の実施形態に係る案内部を構成する案内ユニットを示す概略側面図である。 案内ユニットを示す概略正面図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態）について詳細に説明する。以下の説明においては、同様の構成には同じ符号を付し、その説明を省略又は簡略する。なお、当業者が適宜実施できる構成については説明を省略し、本発明の基本的な構成についてのみ説明する。

＜第一の実施形態＞
図１に示すように、本実施形態の充電システム５００は、無人飛行体１（以下、「無人機１」という。）とドローンポート５０（以下、「ポート５０」という。）を有する。充電システム５００は充電システムの一例であり、無人機１は無人飛行体の一例であり、ポート５０は充電装置の一例である。

＜無人機１の構造について＞
図２に示すように、無人機１は、筐体２を有し、筐体２には上部カバー４（以下、「キャノピー４」という。）が配置されている。筐体２は中心部材の一例である。本実施形態において、図１の矢印Ｚ１に示す方向を「下方」と呼び、矢印Ｚ２に示す方向を「上方」と呼ぶ。下方及び上方を総称して「上下方向」と呼ぶ。上下方向は、鉛直方向でもある。上下方向と直行する方向を「水平方向」と呼ぶ。

筐体２は、無人機１の機能に必要な各種部品を搭載するための部材であり、部品搭載用部材である。筐体２には、自律飛行装置、モーター駆動モジュール、無線通信装置、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）などの航法衛星からの測位用電波を利用する測位装置、無線通信装置、及び、バッテリー等が配置されている。自律飛行装置は、電子コンパス、慣性センサー、気圧センサー等の電子部品を含む。

図２に示すように、筐体２には、複数の丸棒状のアーム８Ａ乃至８Ｄが筐体２から放射状に外側へ延在する態様において接続されている。以下、アーム８Ａ等を総称して、「アーム８」とも呼ぶ。アーム８は、腕部の一例である。

本実施形態において、アーム８は偶数であり、具体的には４本である。アーム８は、アーム根本部６を介して、筐体２に接続されている。

各アーム８の自由端側の端部には、取付部材９を介してモーター１０が配置されている。各モーター１０にはプロペラ１２が接続されている。アーム８は、中空の筒状に構成されており、中空の空間がモーター１０にバッテリーの電力を送信するためのケーブルの通路となる。図２に示すように、アーム８が延在する方向は、上方へ向かう成分を有する。

図３（ａ）は、無人機１を図１の矢印Ｚ１に示す上方から視た概略平面図である。無人機１が前進する方向は、矢印Ｂ１に示す方向であるとする。無人機１が前進する方向が、「機首方向」である。図３（ｂ）は、無人機１を図２の矢印Ａ１に示す方向から視た概略側面図である。上述の自律飛行装置に含まれる電子コンパスは、機首方向を示すように構成されている。

図２及び図３（ｂ）に示すように、各アーム８は、第一部８ａと第二部８ｂを有する。第一部８ａは筐体２から水平に延在している。図３（ｂ）に示すように、第二部８ｂは、第一部８ａから所定の角度θ１０で上方へ延在している。すなわち、アーム８において、第二部８ｂが、上方へ向かう成分を有する部分である。

モーター１０は、第二部８ｂの自由端側の端部に配置されている。角度θ１０は、９０度以上１８０度以下において規定され、望ましくは、１１０度以上１４５度以下である。本実施形態において、角度θ１０は、例えば、１３５度である。図３（ｂ）に示すように、筐体２の最下部を基準とすると、プロペラ１２の上下方向の位置は、キャノピー４の高さよりも高い。詳細には、プロペラ１２の回転面の上下方向の位置は、キャノピー４の高さよりも高い。

アーム８Ａ及び８Ｃの第一部８ａの下部には、それぞれ、飛行体側端子１４Ａ及び１４Ｃが配置されている。飛行体側端子１４Ａ及び１４Ｃを総称して「飛行体側端子１４」と呼ぶ。飛行体側端子１４は、無人機１のバッテリーと電気的に接続される。

キャノピー４は、樹脂で形成されている。筐体２、アーム８及びプロペラ１２は、例えば、炭素繊維強化プラスチックで形成されており、強度を保ちつつ、軽量に構成されている。

無人機１が水平状態を維持している場合において、キャノピー４が存在する方向が上述の上方であり、筐体２が存在する方向が上述の下方である。本実施形態においては、無人機１は水平状態を維持するものとして、説明する。

筐体２には、キャノピー４から突き出す態様において、カメラ１６が配置されている。カメラ１６は、撮影方向の調整が可能であり、例えば、進行方向及び下方の画像を撮影することができる。

＜ポート５０の構造について＞
以下、ポート５０の構造について説明する。図１に示すように、ポート５０は、載置部５２と案内部５６を有する。載置部５２は載置部の一例であり、案内部５６は案内部の一例である。

案内部５６は、複数の案内ユニット５６Ａ乃至５６Ｄで構成される。各案内ユニット５６Ａ等は、案内ユニットの一例である。案内ユニット５６Ａ等の数は、アーム８Ａ等の数に対応している。本実施形態において、アーム８Ａ等の数と案内ユニット５６Ａ等の数は等しい。なお、本実施形態とは異なり、案内ユニット５６Ａ等の数は、アーム８Ａ等の数よりも多くてもよい。すなわち、案内ユニット５６Ａ等の数は、アーム８の数以上であればよい。

案内ユニット５６Ａ等は、載置部５２から上方に向かって凸の凸形状に構成されている。載置部５２の形状は、無人機１の平面視における輪郭に対応して規定される。無人機１の平面視における輪郭は、筐体部２の形状に対応して、中心部に多角形の形状が存在し、中心部から外側に延在するアーム８によって、多角形の中心から外側に延在する複数の細長い長方形の形状を有する。なお、本実施形態とは異なり、例えば、筐体部２の平面視における形状は、多角形ではなく、円形であってもよいし、楕円形であってもよい。

載置部５２は、無人機１を載置するための構成であるから、その輪郭は、無人機１の輪郭よりも所定の割合だけ大きい。所定の割合は、例えば、５％である。なお、載置部５２の輪郭は、厳密に無人機１の平面視における輪郭と相似形である必要はない。

載置部５２に、無人機１が載置され、無人機１のバッテリーの充電が実施される。載置部５２は、平面視における中心に位置し、筐体部２が配置される位置である中心領域５２Ｓ５と、中心領域５２Ｓ５から外側へ放射状に配置され、アームを載置するための位置である枝部５２Ｓ１乃至５２Ｓ４を有する。中心領域５２Ｓ５に無人機１の筐体２が載置され、枝部５２Ｓ１乃至５２Ｓ４にアーム８の第一部８ａが載置される。

図１及び図４に示すように、枝部５２Ｓ１及び５２Ｓ３には、それぞれ、ポート側端子５４Ａ及び５４Ｃが配置されている。ポート側端子５４Ａ及び５４Ｃは、後述の充電用電源部３５０（図１２参照）と電気的に接続される。ポート側端子５４Ａ及び５４Ｃは、ポート側端子の一例である。

図４に示すように、枝部５２Ｓ４には、圧力センサー５８が配置されている。圧力センサー５８によって、無人機１のアーム８が載置部５２に接触したか否かを検知することができる。なお、本実施形態とは異なり、無人機１のアーム８が載置部５２に接触したか否かを検知するためのセンサーは圧力センサーに限らず、例えば、接触センサーでもよいし、赤外線センサーであってもよい。

図１に示すように、中心領域５２Ｓ５は、下方に凸の窪んだ形状に構成されている。図４に示すように、中心領域５２Ｓ５には、電子コンパス６０が配置されている。電子コンパス６０によって、地磁気を検出し、ポート５０における所定の構成の方位を計測することができる。所定の構成は、例えば、案内ユニット５６Ｂと５６Ｄの中心軸Ｘ２及びＸ１である。電子コンパス６０によって、所定の基準方向の方位を測定する。すなわち、電子コンパス６０の出力値は、所定の基準方向である。所定の基準方向は、例えば、案内ユニット５６Ｂの中心線Ｘ２が中心領域５２Ｓ５から外側に向かう方向である。基準方向の絶対方位は、ポート５０が回転することによって変化する。例えば、基準方向の方位は、北である場合もあるし、東である場合もある。

また、図４に示すように、中心領域５２Ｓ５には、航法衛星からの測位用電波を使用して現在位置を測位する測位装置６２が配置されている。測位装置６２は、基本的に、４つ以上の航法衛星からの測位用電波を受信して中心領域５２Ｓ５の位置を測定する。航法衛星からの測位用電波を利用する測位は周知であるから、説明を省略する。本実施形態において、中心領域５２Ｓ５の位置を「基準位置」と呼ぶ。基準位置は、無人機１がポート５０に着陸するときの目標となる位置である。上述の基準方向は、無人機１がポート５０に着陸するときの、機首方向の目標となる方向である。

図４に示すように、例えば、案内ユニット５６Ａは、平面視における略三角形において、底辺５４ｄと、底辺５４ｄの中心から垂直に延びる直線である中心直線Ｙ１上に位置する頂点５４ｅを有し、底辺５４ｄの両端と頂点５４ｅは、ほぼ直線の線分で接続されており、頂点５４ｅの近傍は曲線となっている。案内ユニット５６Ａは中心直線Ｙ１に対して左右対称の形状に構成されている。他の案内ユニット５６Ｂ等の構造も同様である。

案内部５６は、上方から下方に載置部５２に向かう傾斜を有している。例えば、案内ユニット５６Ａについては、傾斜は、載置部５２の平面視における中心領域５２Ｓ５へ向かう第一傾斜と、中心直線Ｙ１から平面視における側方へ向かう第二傾斜で構成される。

図５（ａ）は、案内ユニット５６Ａを図４の矢印Ｄ１方向から視た概略側面図である。図６（ａ）は、案内ユニット５６Ａを図４の矢印Ｄ２方向から視た概略正面図である。図５（ａ）及び図６（ａ）に示すように、案内ユニット５６Ａは、中心部５６ＣＥと左部５６Ｌ及び右部５６Ｒから構成される。図５（ａ）に示すように、中心部５６ＣＥは、上方から下方に向けて傾斜している。傾斜の角度は、水平線との関係において規定される。直線５６Ｙは、底面の長手方向を規定する線であり、水平線である。図５（ｂ）に示すように、中心部５６ＣＥにおいて、上端近傍部５６ａの近傍位置Ｑ１における接線Ｌ１の傾斜θ１は、下方の位置Ｑ２における接線Ｌ２の傾斜θ２よりも大きい。すなわち、案内ユニット５６Ａは、側面視において、上端近傍部５６ａから下方の部分において、下方に向かうほど、傾斜が小さくなるように構成されている。

図６（ａ）に示すように、左部５６Ｌ及び右部５６Ｒは、中心部５６ＣＥから側方に向けて傾斜している。傾斜の角度は、水平線との関係において規定される。直線５６Ｘは、底面の長手方向と直行する方向を規定する線であり、水平線である。図６（ｂ）に示すように、右部５６Ｒの稜線において、上端近傍部５６ａの近傍位置Ｐ１における接線Ｌ３の傾斜θ３は、下方の位置Ｐ２における接線Ｌ４の傾斜θ４よりも大きい。すなわち、案内ユニット５６Ａは、正面視において、上端近傍部５６ａから下方の部分において、下方に向かうほど、傾斜が小さくなるように構成されている。

図５（ａ）に示す傾斜θ１及びθ２は第一傾斜の一例であり、図６（ｂ）に示す傾斜θ３及びθ４は第二傾斜の一例である。

案内ユニット５６Ａは、その側面視及び正面視において、全体として、内側に凸の曲面で構成されるが、上端近傍部５６ａは、外側に凸の曲面として構成される。これにより、無人機１の下降の際に、案内ユニット５６Ａの上端近傍部５６ａに接触した場合において、無人機１が受ける力を分散し、破損することを防止している。そして、上端近傍部５６ａ以外の部分は、内側に凸の曲面であることによって、上下方向の接線と水平線との角度は、下方に向かうにつれて小さくなるから、無人機１が案内ユニット５６Ａと接触しつつ、下降する場合において、下方に向かうほど、下降速度は遅くなり、より低速度における着陸が可能になる。なお、本明細書において、無人機１が載置部５２に接触することを「着陸」という。

＜ポート５０への無人機１の着陸について＞
図７（ａ）は、無人機１が載置部５２に載置された状態を示す。この状態において、無人機１の飛行体側端子１４Ａがポート側端子５４Ａと接し、飛行体側端子１４Ｃがポート側端子５４Ｃと接しており、無人機１のバッテリーの充電が実施される。

図７（ａ）の状態に至る前に、無人機１は上方からポート５０に接近する。無人機１がポート５０に降下するときに、現在位置を測位し、筐体２の位置と基準位置（載置部５２の中心領域５２Ｓ５の位置）が一致し、かつ、機首方向Ｂ１（図３参照）が基準方向（図４の矢印Ｂ２に示す方向）と一致するように位置及び機種方向Ｂ１を調整する。筐体２の位置が基準位置と一致し、機首方向が基準方向と一致することによって、飛行体側端子１４Ａ及び１４Ｃが、それぞれ、ポート側端子５４Ａ及び５４Ｃと接触し、無人機１のバッテリーが充電可能な状態となる。

ポート５０が、例えば、海上などの水上に配置されている場合など、揺れ動く場合においては、無人機１が位置及び機種方向を調整しても、基準位置及び基準方向と一致しない場合がある。例えば、図７（ｂ）に示すように、無人機１の位置及び方向が基準位置及び基準方向とずれた状態において、無人機１が案内部５６と接したとする。そうすると、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、案内部５６の第一傾斜によって、無人機１は全体として中心領域５２Ｓ５に近づくように位置が調整され、第二傾斜によって、アーム８は枝部５２Ｓ１乃至５２Ｓ４のいずれかに配置されるように機首方向が調整され、最終的に図７（ａ）に示す状態において、無人機１は載置部５２に載置され、充電可能な状態となる。

図９は、無人機１の概略側面図、及び、ポート５０の図４のＣＣ線概略断面図を示す。
無人機１は、図９（ａ）に示すように、上方からポート５０に接近する。そして、図９（ｂ）に示す態様において、ポート５０の載置部５２に載置される。プロペラ１２の回転面は、案内部５６の上端部よりも高い位置にあるから、無人機１の降下時において、プロペラ１２が案内部５６と干渉することはない。すなわち、上下方向の位置において、枝部５２Ｓ１等の上面を基準とすると、案内ユニット５６Ａ等までの高さＨ１よりも、プロペラ１２の回転面の下面までの高さＨ２が大きい。

中心領域５２Ｓ５は、凹部となっており、筐体２は、載置部５２と接しない。これにより、筐体２に格納された電子部品に対する着陸時の衝撃が緩和される。すなわち、中心領域５２Ｓ５の窪んだ形状により、中心領域５２Ｓ５は、衝撃緩和部として機能する。

＜無人機１の機能構成について＞
図１０は、無人機１の機能構成の一例を示す概略図である。図１０に示すように、無人機１の制御部１００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１０２、記憶部１０４、無線通信部１０６、衛星測位部１０８、自律制御部１１０、画像処理部１１２、制御電源部１１４を有する。制御部１００は、主電源部２００と電気的に接続されている。

無人機１は、無線通信部１０６によって、外部と通信可能になっている。無人機１は、無線通信部１０４によって、ユーザーが操作する操縦装置（図示せず）から、発進等の指示を受信し、ポート５０との間において、各種情報を送受信する。

無人機１は、衛星測位部１０８によって、無人機１自体の位置を測定することができる。衛星測位部１０８は、基本的に、４つ以上の航法衛星からの測位用電波を受信して無人機１の位置を測定する。

無人機１は、自律制御部１１０によって、モーター１０の回転を制御し、無人機１の飛行速度、飛行方向、機首方向を調整する。自律制御部１１０は、ジャイロセンサー、加速度センサー及び電子コンパスからの出力を利用する。

無人機１は、画像処理部１１２によって、カメラ１６（図２参照）を作動させて外部の画像を取得し、取得した撮影データを処理する。

無人機１は、制御電源部１１４からの電力によって、ＣＰＵ１００等の制御用の部品を駆動する。これに対して、無人機１は、主電源部２００からの電力によって、モーター１０やカメラ１６の動作を実施する。制御電源部１１４は、適宜のタイミングで、主電源部２００によって充電される。

記憶部１０４には、予定経路を自律移動するための移動計画を示すデータ等の自律移動に必要な各種データ及びプログラムのほか、機首方向制御プログラムが格納されている。ＣＰＵ５０と機首方向制御プログラムは、機首方向制御手段の一例である。無人機１は、機首方向制御プログラムによって、ポート側端子５４Ａ及び５４Ｃが載置されている枝部
５２Ｓ１及び５２Ｓ３に、飛行体側端子１４Ａ及び１４Ｃが配置されているアーム８Ａ及び８Ｃの第一部８ａが接するように、機首方向を調整する。すなわち、無人機１は、機首方向が基準方向と一致するように、機首方向を調整する。

機首方向の調整のためのデータとして、例えば、ポート５０の電子コンパス６０の出力値と無人機１の電子コンパスの出力値を利用する。例えば、ポート５０から、基準方向を示すデータを受信し、その方向と機首方向が一致するように、機首方向を調整する。すなわち、無人機１は、ポート５０の電子コンパス６０の出力値と無人機１の電子コンパスの出力値が一致するように、機首方向を調整する。なお、本実施形態とは異なり、機首方向の調整として、カメラ１６による画像を利用してもよい。例えば、案内ユニット５６Ａ乃至５６Ｄに異なる色を着色するなどによって、案内ユニット５６Ａ等を識別可能な状態にしておけば、カメラ１６によって下方を撮影して取得した画像によって、機首方向を判断し、機首方向を調整することができる。

＜無人機１のバッテリーに関連する構成について＞
図１１に示すように、主電源部２００において、電源本体２０４は、端子２０６Ａ及び２０６Ｂを有する。端子２０６Ａ及び２０６Ｂは、電気的な極性が異なり、例えば、端子２０６Ａが正極であり、端子２０６Ｂが負極である。端子２０６Ａ及び２０６Ｂは、切替装置２０２を介して、制御部１００、または、飛行体側端子１４Ａ及び１４Ｃと電気的に接続される。電源本体２０４は、充電可能な二次電池であり、例えば、リチウムバッテリー、あるいは、リチウムポリマーバッテリーである。電源本体２０４が制御部１００と接続されると、電源本体２０４の電力は無人機１の飛行に利用される。これに対して、電源本体２０４が飛行体側端子１４Ａ及び１４Ｃと接続されると、ポート５０のポート側端子５４Ａ等と接触することによって、電源本体２０４が充電可能な状態となる。

＜ポート５０の機能構成について＞
図１２は、ポート５０の機能構成の一例を示す概略図である。図１２に示すように、ポート５０は、制御部３００と充電用電源部３５０を有する。制御部３００は、ＣＰＵ３０２、記憶部３０４、無線通信部３０６、測位部３０８、方位測定部３１０、接触検知部３１２、及び、充電制御部３１４を有する。

測位部３０８は、測位装置６２（図４参照）に対応し、航法衛星からの測位用電波を使用して現在位置を測位する。

方位測定部３１０は、電子コンパス６０（図４参照）に対応し、ポート５０の基準方向を計測する。

接触検知部３１２は、圧力センサー５８（図４参照）に対応し、載置部５２に無人機１のアーム８が接触したか否かを検知する。

ポート５０は、充電制御部３１４によって、無人機１のバッテリーの充電を制御し、また、充電状態を判断する。充電制御部３１４は、充電制御手段の一例である。充電状態の判断は、充電用電源部３５０と無人機１の電源本体２０４が電気的に接続された状態において、電源本体２０４の電圧を計測し、その電圧によって判断する。なお、本実施形態と異なり、無人機１の電源本体２０４の充電を開始するときの電源本体２０４の電池残量と充電時間の関係を示すデータを参照し、電池残量を計測し、所定の充電時間の経過によって、充電が完了したことを判断する構成としてもよい。

ポート５０は、無線通信部３０６によって、測位部３０８によって計測した基準位置、方位測定部３１０によって測定した基準方向、充電制御部３１４によって判断した充電状態を無人機１に送信する。

＜ポート５０の充電用電源部３５０に関連する構成について＞
図１３に示すように、充電用電源部３００において、電源本体３５０は、端子３５２Ａ及び３５２Ｂを有する。端子３５２Ａ及び３５２Ｂは、電気的な極性が異なり、例えば、端子３５２Ａが正極であり、端子３５２Ｂが負極である。端子３５２Ａ及び３５２Ｂは、制御部３００を介してポート側端子５４Ａ及び５４Ｂと電気的に接続されている。

＜充電システム５００の動作について＞
以下、図１４及び図１５を参照して、充電システム５００の動作の概略を説明する。無人機１がバッテリーの充電が必要であると判断すると（図１４のステップＳＴ１）、無人機１は充電位置であるポート５０へ向かって移動し（ステップＳＴ２）、充電位置の上空に到達したと判断すると（ステップＳＴ３）、機首方向を調整しつつ下降する（ステップＳＴ４）。無人機１は、載置部５２に接触したと判断すると（ステップＳＴ５）、モーターを停止し（ステップＳＴ６）、電源本体２０４を飛行体側端子１４Ａ及び１４Ｃに接続する（ステップＳＴ７）。無人機１は、例えば、加速度センサーの出力によって、載置部５２に接触したか否かを判断する。無人機１は、加速度センサーの出力値が、下方への速度が急に消滅したことを示し、かつ、その状態が所定時間継続していれば、載置部５２に接触したと判断することができる。上述のステップＳＴ４とステップＳＴ５との間において、無人機１が、案内部５６と接触する場合には、降下速度を低下させつつ筐体２が中心領域５２Ｓ５に向かうように下降し、かつ、案内部５６によって機首方向が基準方向に調整される。

ポート５０は、無人機１が載置部５２に接触したと判断すると、（図１５のステップＳＴ１０１）、充電を開始し（ステップＳＴ１０２）、充電が完了したと判断すると（ステップＳＴ１０３）、充電を停止し、完了信号を無人機１に送信する（ステップＳＴ１０４）。

無人機１は、完了信号を受信すると、主電源部２００を制御部１００に接続し、飛行を再開する。

＜第二の実施形態＞
図１６乃至図２４を参照して、第二の実施形態について説明する。第一の実施形態と共通する事項は説明を省略し、第一の実施形態と異なる事項についてのみ説明する。

図１６に示すように、第二の実施形態の無人機１Ａにおいては、筐体２の下部にフロート１８が接続されている。フロート１８は、水よりも比重が小さく、水上に浮く材料で形成されている。そのような材料は、例えば、発泡スチロールである。これにより、無人機１Ａが、水上に着水した場合において、無人機１Ａは水中に沈むことなく浮遊し、再度、空中に上昇することができる。

図１７に示すように、ドローンポート５０Ａにおいては、すべての枝部５２Ｓ１等において、ポート側端子５４Ａ等が配置されている。ポート側端子５４Ａと５４Ｃは一組のポート側端子の一例であり、いずれか一方が負極であり、他方が正極であり、かつ、極性の切り替えが可能である。また、ポート側端子５４Ｂと５４Ｄも一組のポート側端子の一例であり、いずれか一方が負極であり、他方が正極であり、かつ、極性の切り替えが可能である。第二実施形態においては、ポート側端子５４Ａ等の極性を自在に設定可能になっている。例えば、ポート側端子５４Ａが正極であり、ポート側端子５４Ｃを負極とすることができ、逆に、ポート側端子５４Ａが負極であり、ポート側端子５４Ｃを正極とすることもできる。

図１８に示すように、無人機１Ａが載置部５２に載置されると、飛行体側端子１４Ａ及び１４Ｃは、ポート側端子５４Ａ及び５４Ｃ、または、ポート側端子５４Ｂ及び５４Ｄと接触する。このように、無人機１Ａの機首方向がいずれの方向であっても、飛行体側端子１４Ａ及び１４Ｃは、必ず、ポート側端子５４Ａ等で構成されるいずれかの一組と接触する。

図１９に示すように、充電用電源部３００において、電源本体部３５０は、端子３５２Ａ及び３５２Ｂを有する。端子３５２Ａ及び３５２Ｂは、制御部３００によって、ポート側端子５４Ａ及び５４Ｃ、または、ポート側端子５４Ｂ及び５４Ｄと電気的に接続される。

図２０に示すように、充電用電源部３００において、回路を形成または切断するためのスイッチ５４Ｓ１乃至５４Ｓ５が配置されている。図２０乃至図２２において、図２０に示す中心線ＭＣを基準として、矢印Ｍ１に示す方向を右側、矢印Ｍ２に示す方向を左側と呼ぶ。スイッチ５４Ｓ１の上流には、コイル５４ＣＯが配置され、コイル５４ＣＯの近傍には、磁気センサー５４Ｍが配置されている。コイル５４ＣＯに電流が流れると、電流の方向に応じた磁束が発生する。磁気センサー５４Ｍは、その磁束を検知し、さらに、磁束の方向を検知する。

図２１（ａ）に示すように、スイッチ５４Ｓ１等のうち、左右の端部近傍のスイッチ５４Ｓ１だけが接続されている状態において、図２１（ｂ）に示すように、ポート側端子５４Ａと飛行体側端子１４Ａが接触し、ポート側端子５４Ｃと飛行体側端子１４Ｃが接続し、無人機１のバッテリーを含む回路を形成する場合を想定する。この場合、図２１（ｂ）における右側のコイル５４ＣＯに電流が流れ、磁束が発生し、磁気センサー５４Ｍによって検知される（以下、「パターン１」と呼ぶ）。図２１（ｂ）の状態とは異なり、ポート側端子５４Ａと飛行体側端子１４Ｃが接触し、ポート側端子５４Ｃと飛行体側端子１４Ａが接続し、無人機１のバッテリーを含む回路を形成すると、コイル５４ＣＯに電流が流れ、磁束が発生し、磁気センサー５４Ｍに検知されるが、パターン１とは逆方向に電流が流れ、磁束の方向はパターン１と逆方向になる（以下、「パターン２」と呼ぶ）。飛行体側端子１４Ａ及び１４Ｃは、ポート側端子５４Ａ及び５４Ｃ（以下、「第一組」と呼ぶ。）、または、ポート側端子５４Ｂ及び５４Ｄ（以下、「第二組」と呼ぶ。）のいずれかと接続する。

ポート５０は、左右いずれの磁気センサー５４Ｍが磁束を検知したかによって、飛行体側端子１４Ａ等が第一組と第二組のいずれと接触したかを判断することができる。さらに、磁束の方向によって、第一組または第二組を構成するポート側端子５４Ａ等が接触した飛行体側端子１４Ａ等の極性を判断することができる。すなわち、コイル５４ＣＯ、スイッチ５４Ｓ１を含む回路は、飛行体側端子１４Ａ等と接続したポート側端子５４Ａ等を判断し、さらに、飛行体側端子１４Ａ等の極性を判断するための回路である（以下、「初期判断回路」と呼ぶ）。

初期判断回路による判断が完了すると、初期判断回路を切断し、充電のための回路（以下、「充電用回路」と呼ぶ。）を形成する。第一組が飛行体側端子１４と接触したことを検知し、さらに、磁束の方向を検知し、パターン１であるとすると、ポート５０は、図２２（ａ）に示すように、第一組側のスイッチ５４Ｓ１の接続を解除し、すなわち、開状態にする。そして、右側のスイッチ５４Ｓ２及び５４Ｓ３を接続状態、すなわち、閉状態にする。そして、スイッチ５４Ｓ４を端子３５２Ａａと接続し、スイッチ５４Ｓ５を端子３５２Ｂｂと接続し、充電用回路を形成する。

これに対し、パターン２の場合には、ポート５０は、例えば、図２２（ｂ）に示すように、第一組側のスイッチ５４Ｓ１の接続を解除し、すなわち、開状態にする。そして、スイッチ５４Ｓ２及び５４Ｓ３を接続状態、すなわち、閉状態にする。そして、スイッチ５４Ｓ４を端子３５２Ｂａと接続し、スイッチ５４Ｓ５を端子３５２Ａａと接続し、充電用回路を形成する。

図２３に示すように、ポート５０は、極性判断部３１６及び極性設定部３１８を有する。極性判断部３１６によって、ポート側端子５４Ａ等に接した飛行体側端子１４Ａ及び１４Ｃの極性を判断することができる。そして、極性設定部３１８によって、ポート側端子５４Ａ等の極性を負極または正極に設定することができる。これにより、飛行体側端子１４Ａ及び１４Ｃの極性に応じて、ポート側端子５４Ａ等の極性を切り替え、充電可能な状態にすることができる。これにより、無人機１の機首方向が異なる状態において載置部５２に着陸した場合であっても、無人機１のバッテリーを充電することができる。

上述のポート５０によるスイッチ５４Ｓ１等の切り替えの処理は、記憶部３０４（図２３参照）に記憶された充電制御プログラムによって実施される。充電制御プログラムとＣＰＵ３０２は充電制御手段の一例である。

図２４に示すように、ポート５０は、無人機１Ａが載置部に接触したと判断すると（ステップＳＴ１０１）、接触したポート側端子を判断し（ステップＳＴ２０１）、飛行体側端子の極性を判断し（ステップＳＴ２０２）、ポート側端子の極性を飛行体側端子の極性に応じて設定し（ステップＳＴ２０３）、充電を開始する（ステップＳＴ１０２）。

＜第三の実施形態＞
図２５を参照して、第三の実施形態について説明する。第一の実施形態と共通する事項は説明を省略し、第一の実施形態と異なる事項についてのみ説明する。

図２５（ａ）に示すように、第三の実施形態の無人機１Ｂのアーム８ＡＡ等は、筐体２の根元から湾曲して上方へ延在している。そして、飛行体側端子１４Ａ及び１４Ｃは、筐体２の下部に配置されている。

また、図２５（ａ）に示すように、ポート５０Ｂの載置部５２Ｂにおいて、中心領域５２Ｓ５５は枝部５２Ｓ１及び５２Ｓ３と同様に平坦であり、中心領域５２Ｓ５５にポート側端子５４Ａ及び５４Ｃが配置されている。

図２５（ｂ）に示すように、無人機１Ｂが載置部５２Ｂに着陸すると、筐体２の下部に配置された飛行体側端子１４Ａ及び１４Ｃと、中心領域５２Ｓ５５に配置されたポート側端子５４Ａ及び５４Ｃとが接触し、無人機１Ｂのバッテリーが有線充電可能な状態となる。

＜第四の実施形態＞
図２６及び図２７を参照して、第四の実施形態について説明する。第一の実施形態と共通する事項は説明を省略し、第一の実施形態と異なる事項についてのみ説明する。

図２６（ａ）は、案内ユニット５６ＡＡの概略側面図である。図２７（ａ）は、案内ユニット５６ＡＡの概略正面図である。第一の実施形態の案内ユニット５６Ａが、第四の実施形態においては案内ユニット５６ＡＡに置き換わる。同様に、第一の実施形態の案内ユニット５６Ｂ等が、案内ユニット５６ＡＡと同一の構成に置き換わる。

図２６（ａ）及び図２７（ａ）に示すように、案内ユニット５６ＡＡは、中心部５６ＣＣと左部５６Ｌ及び右部５６Ｒから構成される。図２６（ａ）に示すように、中心部５６ＣＣは、上方から下方に向けて傾斜している。傾斜の角度は、水平線との関係において規定される。直線５６Ｙは、底面の長手方向を規定する線であり、水平線である。図２６（ｂ）に示すように、中心部５６ＣＣにおいて、上端近傍部５６ａの近傍位置Ｑ１における接線Ｌ５の傾斜θ５は、下方の位置Ｑ２における接線Ｌ６の傾斜θ６よりも小さい。すなわち、案内ユニット５６ＡＡは、側面視において、上端近傍部５６ａから下方の部分において、下方に向かうほど、傾斜が大きくなるように構成されている。

図２７（ａ）に示すように、左部５６Ｌ及び右部５６Ｒは、中心部５６ＣＣから側方に向けて傾斜している。傾斜の角度は、水平線との関係において規定される。直線５６Ｘは、底面の長手方向と直行する方向を規定する線であり、水平線である。図２７（ｂ）に示すように、右部５６Ｒの稜線において、上端近傍部５６ａの近傍位置Ｐ１における接線Ｌ７の傾斜θ７は、下方の位置Ｐ２における接線Ｌ８の傾斜θ８よりも小さい。すなわち、案内ユニット５６ＡＡは、正面視において、上端近傍部５６ａから下方の部分において、下方に向かうほど、傾斜が大きくなるように構成されている。

図２６（ａ）に示す傾斜θ５及びθ６は第一傾斜の一例であり、図２７（ｂ）に示す傾斜θ７及びθ８は第二傾斜の一例である。

案内ユニット５６ＡＡの側面視及び正面視において、全体として、外側に凸の曲面で構成される。これにより、無人機１の下降の際に、案内ユニット５６ＡＡの上端近傍部に接触した場合において、無人機１が受ける力を分散し、破損することを防止している。そして、無人機１が案内ユニット５６ＡＡと接触しつつ、下降する場合において、上方において下降速度を低下させることができる。

なお、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。例えば、アーム８全体または第一部８ａを導電材料で形成し、飛行体側端子として機能するように構成してもよい。

１，１Ａ，１Ｂ 無人飛行体
２ 筐体
４ 上部カバー（キャノピー）
６ アーム根本部
８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄ アーム
８ａ 第一部
８ｂ 第二部
１０ モーター
１２ プロペラ
１４Ａ，１４Ｃ 飛行体側端子
５０，５０Ａ，５０Ｂ ドローンポート
５２ 載置部
５２Ｓ１，５２Ｓ２，５２Ｓ３，５２Ｓ４ 腕部載置部
５２Ｓ５，５２Ｓ５５ 中心領域
５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ，５４Ｄ ポート側端子
２００ 主電源部
３５０ 充電用電源部

Claims (10)

1. 無人飛行体と充電装置とを有する充電システムであって、
   前記無人飛行体は、
   中心部材と、
   前記中心部材から放射状に外側へ延在する複数の腕部と、
   前記腕部に配置されるモーターと、
   前記モーターに接続されるプロペラと、
   を有し、
   前記無人飛行体の前記腕部の自由端側が延在する方向は、上方へ向かう成分を有し、
   前記モーターは、前記自由端側の端部に配置されており、
   前記中心部材及び／または前記腕部の下部に、前記無人飛行体のバッテリーと電気的に接続される飛行体側端子が配置されており、
   前記充電装置は、
   前記無人飛行体を載置するための載置部と、
   前記載置部から上方に向かって凸の凸形状に構成されており、前記載置部に向かう傾斜を有する案内部と、
   を有し、
   前記載置部には、前記飛行体側端子と電気的に接続し、前記バッテリーを充電するためのポート側端子が配置されている、
   充電システム。
2. 前記無人飛行体の前記腕部は、前記中心部材から水平に延在する第一部と、前記第一部から所定の角度で上方に延在する第二部を有し、
   前記モーターは、前記第二部の自由端側の端部に配置されており、
   前記飛行体側端子は、前記第一部の下部に配置されている、
   請求項１に記載の充電システム。
3. 前記載置部は、前記載置部の平面視における中心に位置し、前記中心部材が配置される位置である中心領域と、前記中心領域から外側へ放射状に配置され、前記腕部を載置するための位置である腕部載置部を有し、
   前記案内部の前記傾斜は、前記中心領域へ向かう第一傾斜と、前記腕部載置部へ向かう第二傾斜を含む、
   請求項１または請求項２に記載の充電システム。
4. 前記案内部は、前記腕部の数に対応する複数の案内ユニットで構成されており、
   前記案内ユニットは、平面視において、底辺と、前記底辺の中心から垂直に延びる中心直線上に位置する頂点を有し、前記底辺と前記頂点は直線または曲線で接続される左右対称の形状に構成され、
   前記第一傾斜は、平面視において、前記底辺の中心位置から前記頂点へ向かう傾斜であり、
   前記第二傾斜は、平面視において、前記中心直線から側方へ向かう傾斜である、
   請求項３に記載の充電システム。
5. 前記第一傾斜及び前記第二傾斜は、下方に向かうに連れて傾斜が小さくなるように構成されている、請求項４に記載の充電システム。
6. 前記第一傾斜及び前記第二傾斜は、下方に向かうに連れて傾斜が大きくなるように構成されている、請求項４に記載の充電システム。
7. 前記無人飛行体は、前記ポート側端子と前記飛行体側端子が接触するように、機首方向を制御する機首方向制御手段を有する、
   請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の充電システム。
8. 少なくとも４以上の前記腕部載置部に、合計で少なくとも２組の前記ポート側端子が配置されており、
   いずれの前記ポート側端子に前記飛行体側端子が接触したかを判断する接触検知手段と、
   前記飛行体側端子の極性を判断する極性判断手段と、
   前記極性判断手段による前記飛行体側端子の極性に応じて、前記ポート側端子の極性を設定する極性設定手段と、
   を有する請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の充電システム。
9. バッテリーを充電するためのポート側端子が配置されている充電装置に載置されることによってバッテリーの充電を行う無人飛行体であって、
   中心部材と、
   前記中心部材から放射状に外側へ延在する複数の腕部と、
   前記腕部に配置されるモーターと、
   前記モーターに接続されるプロペラと、
   を有し、
   前記無人飛行体の前記腕部が延在する方向は、上方へ向かう成分を有し、
   前記モーターは、前記腕部の自由端側の端部に配置されており、
   前記中心部材及び／または前記腕部の下部に、前記無人飛行体のバッテリーと電気的に接続された飛行体側端子が配置されている、
   無人飛行体。
10. 無人飛行体のバッテリーを充電するための充電装置であって、
    前記無人飛行体を載置することができる載置部と、
    前記載置部から上方に向かって凸の凸形状に構成されており、前記載置部に向かう傾斜を有する案内部と、
    を有し、
    前記載置部には、前記飛行体側端子と電気的に接続し、前記バッテリーを充電するためのポート側端子が配置されている、
    充電装置。