JP2021133284A - 無人航空機組込み清掃装置 - Google Patents

Abstract

【課題】清掃具を清掃対象面に容易に密着させることができ、当該清掃対象面をより確実に清掃すること可能な無人航空機組込み清掃装置の提供。【解決手段】ドローン組込み清掃装置１は、上部フレーム３２と、ショックアブソーバー３３，３５と、下部フレーム３７と、電動縦回転ロータブラシ３９とを備える。上部フレーム３２は、本体フレーム２１の下側において略水平方向に延在する。下部フレーム３７は、ショックアブソーバー３３，３５の下端部にそれぞれ連結される。ショックアブソーバー３３，３５は、電動縦回転ロータブラシ３９がソーラーパネルＰＮに接触した際の反作用力によって収縮するように構成されている。電動縦回転ロータブラシ３９は、当該反作用力に伴うショックアブソーバー３３，３５の収縮に応じてソーラーパネルＰＮの傾斜に沿って傾斜し、ソーラーパネルＰＮに圧着するように構成されている。【選択図】図４

Description

本発明は、高所に設置されたソーラーパネル等を清掃するのに用いられる無人航空機組込み清掃装置に関する。

従来、ドローンを利用してソーラーパネルの表面を清掃するドローン組込み清掃装置が提案されている。例えば、特許文献１に記載のドローン組込み清掃装置は、ドローン（１０）と、ドローン（１０）に装着された清掃ユニット（２０）とを有する。清掃ユニット（２０）は、種々の表面を清掃するための複数の回転ブラシ（２２）と、複数の回転ブラシ（２２）を回転駆動する回転モータ（２４Ａ）とを備える。

特許文献１の図６において、傾斜したソーラーパネル（５０）を清掃する一例が示されている。ソーラーパネル（５０）の清掃時には、ドローン（１０）が水平姿勢を維持した状態で飛行し、２つの回転ブラシ（２２）がソーラーパネル（５０）の傾斜に沿うように傾斜する。その際、２つの回転ブラシ（２２）は、旋回モータ（２４Ｃ）によって適切な角度に制御される共に、直動モータ（２４Ｂ１）によって適切な長さに制御される。

特開２０１６−２０９８０１号公報

上述した特許文献１に記載の発明は、ドローン（１０）の操縦者がソーラパネル（５０）の傾斜に応じて２つの回転ブラシ（２２）の角度及び長さを正確に制御できることが前提となる。

しかし、高所に設置されたソーラーパネルの傾斜に沿って２つの回転ブラシ（２２）の角度及び長さを正確に制御（操縦）するのは容易ではなく、ソーラパネル（５０）に２つの回転ブラシ（２２）が十分に密着しない可能性がある。

そこで、本発明は、清掃具を清掃対象面に容易に密着させることができ、当該清掃対象面をより確実に清掃すること可能な無人航空機組込み清掃装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、本体フレームと飛行用プロペラとを含む無人航空機に組み込まれる無人航空機組込み清掃装置であって、前記本体フレームの下側において略水平方向に延在する上部フレームと、前記上部フレームのうち一端側に上端部が支持され、伸縮方向が略鉛直方向となるように配置される第１伸縮部材と、前記上部フレームのうち他端側に上端部が支持され、伸縮方向が略鉛直方向となるように配置される第２伸縮部材と、前記第１伸縮部材の下端部及び前記第２伸縮部材の下端部にそれぞれ連結される下部フレームと、前記下部フレームに支持される清掃具と、を備え、前記第１伸縮部材及び前記第２伸縮部材は、前記清掃具が清掃対象面に接触した際の反作用力によって収縮するように構成されており、前記清掃具は、前記反作用力に伴う前記第１伸縮部材及び前記第２伸縮部材の収縮に応じて前記清掃対象面の傾斜に沿って傾斜し、前記清掃対象面に圧着するように構成されていることを特徴とする無人航空機組込み清掃装置を提供している。

ここで、前記第１伸縮部材の前記上端部は、第１ダンパーゴムを介して前記上部フレームに支持され、前記第１伸縮部材の前記下端部は、第２ダンパーゴムを介して前記下部フレームに連結され、前記第２伸縮部材の前記上端部は、第３ダンパーゴムを介して前記上部フレームに支持され、前記第２伸縮部材の前記下端部は、第４ダンパーゴムを介して前記下部フレームに連結されるのが好ましい。

また、前記上部フレーム及び前記下部フレームを補強するための補強フレームを更に備え、前記補強フレームは、前記第１ダンパーゴムと第５ダンパーゴムとの間に延在する第１補強フレームと、前記第２ダンパーゴムと前記第５ダンパーゴムとの間に延在する第２補強フレームとを含むのが好ましい。

また、前記上部フレームの長手方向を軸として前記上部フレームを所定方向に回転させる格納用ヒンジを更に備え、前記無人航空機には、前記本体フレームの下側に着陸用のスキッドが設けられ、前記無人航空機の着陸時において、前記上部フレームが前記格納用ヒンジを介して前記所定方向に回転し、前記清掃具が鉛直方向に関して前記スキッドに収まるように配置されるのが好ましい。

また、前記本体フレームと前記上部フレームとの間には、タンクが設けられ、前記下部フレームと前記清掃具との間には、前記タンクから供給される水を前記清掃具に散水するための散水具が設けられているのが好ましい。

また、前記清掃具は、略水平方向に回転軸を有する電動縦回転ロータブラシであることが好ましい。

また、前記清掃具は、電動スクイージーであることが好ましい。

また、前記第１伸縮部材及び前記第２伸縮部材は、ショックアブソーバーであることが好ましい。

本発明によれば、清掃具が清掃対象面に接触した際の反作用力によって第１伸縮部材及び第２伸縮部材が収縮し、清掃具が清掃対象面の傾斜に沿って傾斜するように構成されている。そのため、清掃具を清掃対象面に容易に密着させることができ、当該清掃対象面をより確実に清掃することが可能である。

本発明の実施形態によるドローン組込み清掃装置を示す概略構成図。 図１のＩＩ矢視図。 ドローン組込み清掃装置のシステム構成の一例を示すシステム構成図。 ソーラーパネル清掃時におけるドローン組込み清掃装置を示す図。 ドローン着陸時におけるドローン組込み清掃装置を示す図。 変形例に係る清掃具（電動スクイージー）を示す図。

＜１．実施形態＞
本発明の実施形態による無人航空機組込み清掃装置について、図１から図５を参照しながら説明する。以下では、無人航空機組込み清掃装置の一例として、市販のドローンに清掃ユニットを組み込んだドローン組込み清掃装置１（図１参照）を例示する。

図１及び図２に示すように、ドローン組込み清掃装置１は、ドローン２と、ドローン２に組み込まれる清掃ユニット３とを備えて構成される。ドローン組込み清掃装置１は、遠隔操作装置６（図３参照）を介してドローンの操縦者により遠隔操作される。

ドローン２は、公知の無人航空機の一例であり、後述の清掃ユニット３の清掃作業に伴う力学的な反作用や振動等による影響を吸収できる程度の飛行性能を備えている。

具体的には、ドローン２は、本体フレーム２１、飛行用のプロペラ２３、着陸用のスキッド２５等を備えて構成される。

本体フレーム２１は、中央の筐体２１１から十字状に張り出した４本のアーム２１３を備えている。４本のアーム２１３の先端には、それぞれ、駆動用のプロペラ用モータ２１３Ｍ及び飛行用のプロペラ２３が取り付けられている。

清掃ユニット３は、タンク３０と、軸受部材３１と、上部フレーム３２と、２本のショックアブソーバー３３，３５と、補強フレーム３６と、下部フレーム３７と、散水ノズル３８と、電動縦回転ロータブラシ３９とを備えて構成される。

タンク３０は、本体フレーム２１と上部フレーム３２との間に配置され、電動縦回転ロータブラシ３９に散水するための水を格納するリザーバータンクである。タンク３０内の水は、図示しない経路を介して散水ノズル３８に供給される。

軸受部材３１は、格納用ヒンジＨＧを介して上部フレーム３２を回転可能に支持する部材である。

上部フレーム３２は、軸受部材３１に回転可能に支持され、略水平方向に延在する棒状のカーボンパイプである。上部フレーム３２の一端にはダンパーゴム４１が接続されている。また、上部フレーム３２の他端にはダンパーゴム４３が接続されている。ダンパーゴム４１及びダンパーゴム４３には、同じ大きさ（同じ径）のものが用いられている。

なお、ダンパーゴム４１は、本発明による第１ダンパーゴムの一例である。また、ダンパーゴム４３は、本発明による第３ダンパーゴムの一例である。

ショックアブソーバー３３は、本発明による第１伸縮部材の一例であり、ダンパーゴム４１を介して上部フレーム３２の一端に連結されている。また、ショックアブソーバー３５は、本発明による第２伸縮部材の一例であり、ダンパーゴム４３を介して上部フレーム３２の他端に連結されている。

換言すれば、上部フレーム３２の一端は、ダンパーゴム４１を介してショックアブソーバー３３を支持する。また、上部フレーム３２の他端は、ダンパーゴム４３を介してショックアブソーバー３５を支持する。

ショックアブソーバー３３，３５は、いずれも、伸縮方向が略鉛直方向となるように配置されている。

補強フレーム３６は、上部フレーム３２及び下部フレーム３７を補強するためのフレームであり、２本の補強フレーム３６１，３６２を備えて構成される。

補強フレーム３６１は、本発明による第１補強フレームの一例であり、ダンパーゴム４１とダンパーゴム４５との間に延在する棒状のカーボンパイプである。

補強フレーム３６２は、本発明による第２補強フレームの一例であり、ダンパーゴム４３とダンパーゴム４５との間に延在する棒状のカーボンパイプである。

なお、ダンパーゴム４５は、本発明による第５ダンパーゴムの一例である。ダンパーゴム４５には、上述したダンパーゴム４１及びダンパーゴム４３よりも大きな径のものが用いられている。

下部フレーム３７は、ダンパーゴム４２を介してショックアブソーバー３３の下端に連結されると共に、ダンパーゴム４４を介してショックアブソーバー３５の下端に連結されている。

なお、ダンパーゴム４２は本発明による第２ダンパーゴムの一例であり、ダンパーゴム４４は本発明による第４ダンパーゴムの一例である。ダンパーゴム４２及びダンパーゴム４４には、上述したダンパーゴム４１及びダンパーゴム４３と同じ大きさ（同じ径）のものが用いられている。

下部フレーム３７は、カーボンパイプ３７１と、カーボンパイプ３７２と、カーボンパイプ３７３と、カーボンパイプ３７４とを備えて構成される。

カーボンパイプ３７１は、ダンパーゴム４２とダンパーゴム４５との間を直線上に延伸するフレームである。また、カーボンパイプ３７２は、ダンパーゴム４４とダンパーゴム４５との間を直線上に延伸するフレームである。

カーボンパイプ３７３は、ダンパーゴム４２から側方に向けて斜め下方に延伸した後、鉛直方向に屈曲して下側に延伸するくの字状のフレームである。また、カーボンパイプ３７４は、ダンパーゴム４４から側方に向けて斜め下方に延伸した後、鉛直方向に屈曲して下側に延伸するくの字状のフレームである。

カーボンパイプ３７３とカーボンパイプ３７４との間には、電動縦回転ロータブラシ３９を回転可能に支持するロータブラシ軸受３９０が設けられている。

下部フレーム３７は、ロータブラシ軸受３９０を介して電動縦回転ロータブラシ３９を回転可能に支持する。

散水ノズル３８は、電動縦回転ロータブラシ３９の上方において複数配置されている。散水ノズル３８は、図示しない経路を介してタンク３０から供給された水を電動縦回転ロータブラシ３９に散水する。

電動縦回転ロータブラシ３９は、本発明による清掃具の一例であり、略水平方向に回転軸を有する電動式のロータブラシである。電動縦回転ロータブラシ３９は、ソーラーパネル等の清掃対象面に圧着された状態で回転し、当該清掃対象面を清掃する。

図３に示すように、ドローン組込み清掃装置１は、上述した各構成に加え、飛行制御部５１と、飛行用通信部５３と、バッテリ５５と、清掃ユニット制御部５７と、清掃用通信部５９とを備えて構成される。

飛行用通信部５３は、適宜のアンテナを具備し、遠隔操作装置６のドローン操作部６１から無線にて送信された信号を受信し、飛行制御部５１に入力する。

飛行制御部５１は、プロペラ用モータ２１３Ｍを制御することにより、ドローン２の飛行の高度、方向、姿勢等を維持したり、変更したりする。

清掃用通信部５９は、適宜のアンテナを具備し、遠隔操作装置６の清掃ユニット操作部６３から無線にて送信された信号を受信し、清掃ユニット制御部５７に入力する。

清掃ユニット制御部５７は、電動縦回転ロータブラシ３９を制御することにより、電動縦回転ロータブラシ３９を回転させたり、停止させたりする。

バッテリ５５は、ドローン組込み清掃装置１における電源を必要とする構成要素に電気を供給する。

図４に示すように、本発明による清掃対象面の一例であるソーラーパネルＰＮの清掃時において、ドローン２は、電動縦回転ロータブラシ３９がソーラーパネルＰＮに対して押し付けられるように操縦される。その際、ドローン２は、水平姿勢を維持した状態で飛行する。

ソーラーパネルＰＮに電動縦回転ロータブラシ３９が押し付けられると、ショックアブソーバー３３，３５は、電動縦回転ロータブラシ３９がソーラーパネルＰＮに接触した際の反作用力によって収縮する。

また、各フレーム間に設けられた５つのダンパーゴム４１〜４５は、電動縦回転ロータブラシ３９がソーラーパネルＰＮに接触した際の反作用力によって変形する。

その結果、電動縦回転ロータブラシ３９は、ショックアブソーバー３３，３５の収縮及び５つのダンパーゴム４１〜４５の変形に応じてソーラーパネルＰＮの傾斜に沿って傾斜し、ソーラーパネルＰＮに圧着する。

図５に示すように、ドローン２の着陸時においては、上部フレーム３２が格納用ヒンジＨＧを介して所定方向Ｄに回動し、電動縦回転ロータブラシ３９が鉛直方向に関して着陸用のスキッド２５に収まるように配置される。

上述した実施形態によれば、電動縦回転ロータブラシ３９がソーラーパネルＰＮに接触した際の反作用力によってショックアブソーバー３３，３５が収縮し、電動縦回転ロータブラシ３９がソーラーパネルＰＮの傾斜に沿って傾斜するように構成されている。

そのため、操縦者が回転ブラシの角度や長さを制御する先行技術に比べて、電動縦回転ロータブラシ３９をソーラーパネルＰＮに容易に密着させることができ、ソーラーパネルＰＮをより確実に清掃することが可能である。

特に、上述した実施形態によれば、ショックアブソーバー３３，３５に加え、５つのダンパーゴム４１〜４５が各フレーム間に設けられている。そのため、ソーラーパネルＰＮの比較的な小さな凹凸がダンパーゴム４１〜４５の変形により吸収され、電動縦回転ロータブラシ３９をソーラーパネルＰＮの細かな凹凸に追従させることが可能である。その結果、ソーラーパネルＰＮを満遍なく清掃することができる。

また、上述した実施形態によれば、上部フレーム３２が格納用ヒンジＨＧを介して回転可能に構成されているため、ドローン２の着陸時に、鉛直方向に関して清掃ユニット３をスキッド２５内に収めることが可能である。

＜２．変形例＞
本発明による無人航空機組込み清掃装置は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。

例えば、上述した実施形態では、清掃具の一例として電動縦回転ロータブラシ３９を例示したが、これに限定されない。図６に示すように、清掃具として電動スクイージー８９を用いるようにしてもよい。その場合、スクイージー固定金具８９０を用いて電動スクイージー８９を固定するようにすればよい。

また、上述した実施形態では、２本のショックアブソーバー３３，３５を用いて電動縦回転ロータブラシ３９を傾斜させる場合を例示したが、これに限定されず、１本のショックアブソーバーを用いて電動縦回転ロータブラシ３９を傾斜させるようにしてもよい。具体的には、上述した実施形態における２本のショックアブソーバー３３，３５のうち一方を伸縮しない棒状部材で構成するようにしてもよい。

以上のように本発明に係る無人航空機組込み清掃装置は、高所に設置されたソーラーパネル等の清掃対象面を清掃するのに適している。

１ ドローン組込み清掃装置
２ ドローン
３ 清掃ユニット
６ 遠隔操作装置
２１ 本体フレーム
２３ プロペラ
２５ スキッド
３０ タンク
３１ 軸受部材
３２ 上部フレーム
３３，３５ ショックアブソーバー
３６ 補強フレーム
３７ 下部フレーム
３８ 散水ノズル
３９ 電動縦回転ロータブラシ
４１，４２，４３，４４，４５ ダンパーゴム
５１ 飛行制御部
５３ 飛行用通信部
５５ バッテリ
５７ 清掃ユニット制御部
５９ 清掃用通信部
６１ ドローン操作部
６３ 清掃ユニット操作部
８９ 電動スクイージー
２１１ 筐体
２１３ アーム
２１３Ｍ プロペラ用モータ
３６１，３６２ 補強フレーム
３７１，３７２，３７３，３７４ カーボンパイプ
３９０ ロータブラシ軸受
８９０ スクイージー固定金具
ＨＧ 格納用ヒンジ
ＰＮ ソーラーパネル

Claims (8)

1. 本体フレームと飛行用プロペラとを含む無人航空機に組み込まれる無人航空機組込み清掃装置であって、
   前記本体フレームの下側において略水平方向に延在する上部フレームと、
   前記上部フレームの一端に上端部が支持され、伸縮方向が略鉛直方向となるように配置される第１伸縮部材と、
   前記上部フレームの他端に上端部が支持され、伸縮方向が略鉛直方向となるように配置される第２伸縮部材と、
   前記第１伸縮部材の下端部及び前記第２伸縮部材の下端部にそれぞれ連結される下部フレームと、
   前記下部フレームに支持される清掃具と、
   を備え、
   前記第１伸縮部材及び前記第２伸縮部材は、前記清掃具が清掃対象面に接触した際の反作用力によって収縮するように構成されており、
   前記清掃具は、前記反作用力に伴う前記第１伸縮部材及び前記第２伸縮部材の収縮に応じて前記清掃対象面の傾斜に沿って傾斜し、前記清掃対象面に圧着するように構成されていることを特徴とする無人航空機組込み清掃装置。
2. 前記第１伸縮部材の前記上端部は、第１ダンパーゴムを介して前記上部フレームに支持され、
   前記第１伸縮部材の前記下端部は、第２ダンパーゴムを介して前記下部フレームに連結され、
   前記第２伸縮部材の前記上端部は、第３ダンパーゴムを介して前記上部フレームに支持され、
   前記第２伸縮部材の前記下端部は、第４ダンパーゴムを介して前記下部フレームに連結されることを特徴とする請求項１に記載の無人航空機組込み清掃装置。
3. 前記上部フレーム及び前記下部フレームを補強するための補強フレームを更に備え、
   前記補強フレームは、前記第１ダンパーゴムと第５ダンパーゴムとの間に延在する第１補強フレームと、前記第２ダンパーゴムと前記第５ダンパーゴムとの間に延在する第２補強フレームとを含むことを特徴とする請求項２に記載の無人航空機組込み清掃装置。
4. 前記上部フレームの長手方向を軸として前記上部フレームを回転させる格納用ヒンジを更に備え、
   前記無人航空機には、前記本体フレームの下側に着陸用のスキッドが設けられ、
   前記無人航空機の着陸時において、前記上部フレームが前記格納用ヒンジを介して回転し、前記清掃具が鉛直方向に関して前記スキッドに収まるように配置されることを特徴とする請求項１から３のうち何れかに記載の無人航空機組込み清掃装置。
5. 前記本体フレームと前記上部フレームとの間には、タンクが設けられ、
   前記下部フレームと前記清掃具との間には、前記タンクから供給される水を前記清掃具に散水するための散水具が設けられていることを特徴とする請求項１から４のうち何れかに記載の無人航空機組込み清掃装置。
6. 前記清掃具は、略水平方向に回転軸を有する電動縦回転ロータブラシであることを特徴とする請求項１から５のうち何れかに記載の無人航空機組込み清掃装置。
7. 前記清掃具は、電動スクイージーであることを特徴とする請求項１から５のうち何れかに記載の無人航空機組込み清掃装置。
8. 前記第１伸縮部材及び前記第２伸縮部材は、ショックアブソーバーであることを特徴とする請求項１から７のうち何れかに記載の無人航空機組込み清掃装置。

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