JP2023058162A - 無人飛行体の線状体繰出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造として、極めて高い安全性を確保しながら、無人飛行体から外れた線状体を確実に安定してリールに巻き取りできる無人飛行体の線状体繰出装置を提供する。【解決手段】無人飛行体１の線状体繰出装置１０は、無人飛行体１に連結される線状体３を巻き取るリール４と、リール４を線状体３の巻取り方向に駆動しているモーター５と、リール４に巻かれた線状体３の繰り出し長さを検出する検出器８と、モーター５の回転トルクを制御する制御回路６とを備えている。制御回路６は、検出器８からの信号で、線状体３のリール４からの繰り出し長さを検出し、線状体３の先端部に非巻取長さを残す位置で、モーター５のリール巻取り方向の回転を停止する。【選択図】図１

Description

本発明は、無人飛行体に線状体を連結して飛行させる線状体繰出装置に関し、とくに、ヘリコプターやドローンなどの無人飛行体を特定の飛行領域として安全に飛行させる線状体繰出装置に関する。

無線操縦されるヘリコプターやドローンなどの無人飛行体は、妨害電波や電波の伝搬環境の乱れが原因で、正常にコントロールできない状態、すなわちノーコン状態となることがある。ノーコン状態となる確率は、無人飛行体がコントロール用の送信器から遠方に飛行するにしたがって高くなり、また飛行する地形や建物が電波を反射し、あるいは遮蔽する状態でも高くなる。無人飛行体の受信器が受信する電波の強度は送信器からの距離の二乗に比例して弱くなり、また、無人飛行体の受信器から送信器までの間にある電波の伝搬を阻害する建物等の障害物が多くなるからである。ノーコン状態は無人飛行体を正常にコントロールできなくなって安全性が低下するので、本発明者は無人飛行体に線状体を連結し、この線状体の繰り出し張力をコントロールして安全性を確保する装置を開発した。（特許文献１参照）

特開２０１７－１６９３９５号公報

本発明者が先に開発した無人飛行体の線状体繰出装置は、線状体を巻き取るリールと、リールを回転するモーターと、モーターの駆動を制御する制御手段とを備え、無人飛行体に連結している線状体の張力を、リールから繰り出される線状体の繰り出し長さが長くなるに従って増加させることで、無人飛行体が遠方に飛行するのを制限する。この線状体繰出装置は、無人飛行体に連結している線状体の張力を線状体の繰り出し長さに対応して次第に強くして、無人飛行体が遠方に飛行する状態で線状体が自重で垂れ下がるのを防止できる。

以上の装置は、無人飛行体に連結している線状体の張力を線状体の繰り出し長さに対応して次第に強くして線状体が自重で垂れ下がるのを防止している。この装置は、無人飛行体が接近すると線状体の張力を弱くするが、線状体の張力は、自重で常に垂れ下がることがないように、所定の張力とする必要がある。したがって、線状体が無人飛行体から外れると、線状体が高速でリールに巻き取られて、線状体の先端に設けているフックなどが勢いよく装置に衝突して損傷する欠点がある。この弊害は、無人飛行体が接近するに従って張力を小さく制御して解消できるが、張力が小さすぎる線状体は、常に垂れ下がらない状態では無人飛行体に連結できず、高速回転しているロータなどに巻き付く等、種々の弊害の原因となる。

本発明は、さらに以上の欠点を解消することを目的として開発されたもので、本発明の目的は、簡単な構造として、極めて高い安全性を確保しながら、無人飛行体から外れた線状体を確実に安定してリールに巻き取りできる無人飛行体の線状体繰出装置を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明のある態様にかかる無人飛行体の線状体繰出装置は、無人飛行体に連結される線状体を巻き取るリールと、リールを線状体の巻取り方向に駆動しているモーターと、リールに巻かれた線状体の繰り出し長さを検出する検出器と、モーターの回転トルクを制御する制御回路とを備えている。制御回路は、検出器からの信号で、線状体のリールからの繰り出し長さを検出し、線状体の先端部に非巻取長さを残す位置で、モーターのリール巻取り方向の回転を停止する。

以上の無人飛行体の線状体繰出装置は、常に理想的な張力に制御する線状体を無人飛行体に連結して、自由に、しかも安全に飛行させながら、無人飛行体から外れた線状体を、正転するモーターで高速でリールに速やかに巻き取りしながら、完全に巻き取ることなく、非巻取長さを残してリールの回転を停止して安全に停止できる特長がある。それは、以上の装置が、飛行する無人飛行体に連結している線状体を所定の張力に制御して垂れ下がりを防止しながら、線状体が無人飛行体から外れると、先端部に非巻取長さを残す位置までリールで巻き取ってモーターの回転を停止して、線状体の先端が激しく衝突する弊害を防止できるからである。

本発明の他の態様にかかる無人飛行体の線状体繰出装置は、制御回路で線状体の巻き取り方向の速度を検出し、線状体の巻き取り速度が設定値よりも速い状態で、線状体の先端部に非巻取長さを残す位置で、モーターのリール巻取り方向の回転を停止することができる。

以上の無人飛行体の線状体繰出装置は、制御回路で検出する線状体の巻き取り速度が設定値よりも速い状態で、線状体が先端部に非巻取長さを残す位置まで巻き取られるとモーターの回転を停止するので、線状体を設定値よりも遅い速度で巻き取る状態では、線状体を最後までリールに巻き取ることができる。

本発明の他の態様にかかる無人飛行体の線状体繰出装置は、検出器をエンコーダーとして、制御回路がエンコーダーからの信号で線状体の巻き取り速度を検出することができる。以上の無人飛行体の線状体繰出装置は、検出器をエンコーダーとすることで、このエンコーダーからの信号で、簡単かつ正確に線状体の巻き取り速度を検出しながらモーターの回転を停止することができる。

本発明の他の態様にかかる無人飛行体の線状体繰出装置は、検出器をエンコーダーとして、制御回路がエンコーダーからの信号で線状体の繰り出し長さを検出することができる。以上の無人飛行体の線状体繰出装置は、検出器をエンコーダーとすることで、このエンコーダーからの信号で、簡単かつ正確に線状体の繰り出し長さを検出できる。

本発明の他の態様にかかる無人飛行体の線状体繰出装置は、制御回路にスタートスイッチを設け、このスタートスイッチからのスタート信号を検出するタイミングで、リールから繰り出されている線状体の長さを非巻取長さとすることができる。

以上の無人飛行体の線状体繰出装置は、線状体の先端部を、好ましい長さでリールに巻き取ることなく残して、この長さを非巻取長さとするので、簡単かつ容易に、非巻取長さを理想的な長さに調整できる。

本発明の他の態様にかかる無人飛行体の線状体繰出装置は、さらに、リールから繰り出される線状体を挿通するガイドリングを先端に有するガイドアームを備えており、ガイドアームを弾性変形できるアームとすることができる。

以上の無人飛行体の線状体繰出装置は、リールから繰り出される線状体をガイドリングに挿通してガイドアームで理想的な方向としながら、線状体に作用する衝撃やガイドアームに作用する衝撃を、ガイドアームの弾性変形で吸収できる特長がある。

本発明の他の態様にかかる無人飛行体の線状体繰出装置は、さらに、モーターと制御回路を内蔵するケースを備えており、このケースが、互いに交差する面内に位置する第１の底面と第２の底面を有し、第１の底面又は第２の底面を水平面に配置して、線状体の引き出し方向を変更する構造とすることができる。

以上の無人飛行体の線状体繰出装置は、ケースの姿勢を変更して、線状体の引き出し方向を理想的な方向に調整できる特長がある。たとえば、無人飛行体が水平方向に近い方向に飛行する状態と、垂直方向に近い方向に飛行する状態とで、ケースの第１の底面又は第２の底面を水平面に配置する状態で使用して、線状体を好ましい方向に引き出しできる。

本発明の他の態様にかかる無人飛行体の線状体繰出装置は、さらに、モーターを駆動する二次電池のバッテリーを備え、モーターをリールで強制的に逆転されて発電する逆転発電モーターとして、逆転発電モーターの発電電力でバッテリーを充電することができる。

以上の無人飛行体の線状体繰出装置は、モーターが正転方向に作用する回転トルクでリールを巻取り方向に駆動して、線状体を所定の張力に保持するが、無人飛行体が装置から離れる方向に飛行して、線状体がリールが繰り出されると、リールでモーターが逆転される。逆転して発電する逆転発電モーターは、線状体が繰り出される状態で発電する。この発電電力で、バッテリーを充電することで、バッテリーの使用時間を長くできる。さらに、この逆転発電モーターはバッテリーの充電電流を制御してモーターの回転トルクを制御できる。したがって、逆転されるモーターの回転トルクも制御して、繰り出される線状体の張力を設定値にコントロールできる。

本発明の一実施形態に係る無人飛行体の線状体繰出装置の概略ブロック図である。 本発明の一実施形態に係る無人飛行体の線状体繰出装置の概略斜視図である。 本発明の他の実施形態に係る無人飛行体の線状体繰出装置の概略構成図である。 図２に示す無人飛行体の線状体繰出装置の一使用例を示す側面図である。 図２に示す無人飛行体の線状体繰出装置の他の使用例を示す側面図である。

以下、図面に基づいて本発明を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、及びそれらの用語を含む別の用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が制限されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一もしくは同等の部分又は部材を示す。
さらに、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための無人飛行体の線状体繰出装置を例示するものであって、本発明を以下に限定するものではない。また、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図したものである。また、一の実施の形態、実施例において説明する内容は、他の実施の形態、実施例にも適用可能である。また、図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張していることがある。

ヘリコプターやドローンなどの無人飛行体は、制御用の送信器から送信する電波を介して、飛行する速度や方向をコントロールしている。電波を介して飛行状態をコントロールしている無人飛行体は、妨害電波や外部ノイズが原因で、あるいは電波の伝搬状態の悪影響などが原因で、送信器で正常にコントロールできない状態、通称「ノーコン」となることがある。ノーコン状態になると、送信器で無人飛行体の飛行をコントロールできなくなって、安全な飛行ができなくなる。この弊害を防止するために、ノーコン状態においては特定の飛行をするように、あるいはノーコンを少なくする伝送方式などが開発されているが、電波を使用するかぎり、ノーコンを完全に阻止することはできない。

図１の概略ブロック図と図２の概略斜視図に示す線状体繰出装置１０は、ヘリコプターやドローンなどの無線操縦される無人飛行体１とベース基地２とを、所定の長さ（例えば３０ｍ）の線状体３で連結して、無人飛行体１の飛行範囲を特定の範囲に制限して安全性を確保する。ベース基地２に線状体繰出装置１０を設置し、線状体３の先端を無人飛行体１に連結し、線状体３を弛まないように繰り出して、無人飛行体１の飛行範囲をベース基地２の特定範囲に制限して安全性を確保する。

図１と図２に示す実施形態の線状体繰出装置１０は、無人飛行体１に先端を連結している線状体３と、線状体３を巻き取るリール４と、リール４を所定の回転トルクで巻取り方向に駆動して、線状体３を所定の張力に保持して弛みを防止するモーター５と、リール４に巻かれた線状体３の繰り出し長さを検出する検出器８と、モーター５の回転を制御して、線状体３の張力を設定値にコントロールする制御回路６と、モーター５と制御回路６を内蔵するケース７と、モーター５と制御回路６に電力を供給するバッテリー９とを備える。

図１と図２の線状体繰出装置１０は、ケース７にバッテリー９を脱着自在に連結して、ケース７から外してバッテリー９を充電できる構造としているが、バッテリー９をケース７に内蔵して、外部の充電器（図示せず）を接続して充電することもできる。バッテリー９は、リチウムイオン二次電池などの二次電池が適している。それは、二次電池は、モーター５の発電電力で充電してバッテリー９の使用時間を延長できるからである。

バッテリー９を装備する線状体繰出装置１０は、商用電源に接続することなく独立して使用できるので、商用電源のない屋外で便利に使用できる。ただし、バッテリー９に代わって、商用電源をモーターや制御回路の最適電圧に変換する電源回路（図示せず）を内蔵することもできる。商用電源を使用する電源は、長時間連続して線状体繰出装置１０を使用するのに適している。また、発電機を電源として使用することもできる。

線状体３は、無人飛行体１に連結されて、飛行する無人飛行体１の飛行をコントロールできる張力で切れない全ての線材を使用できるが、無人飛行体１に引き上げられるので、無人飛行体１のペイロードを軽くするために、テグスや細いワイヤなどの軽い線材が適している。ただ、線状体３には、これ等の線材のみでなく、ケーブル、ロープ、テープ等も使用できる。

リール４は、所定の長さの線状体３、たとえば３０ｍの線状体３を巻き取りできる円筒状の巻き取り軸４Ａの両端に鍔４Ｂを設けている。リール４は、鍔４Ｂの間で巻き取り軸４Ａに線状体３を巻回する。リール４は、モーター５で巻取り方向に駆動されて、線状体３をあらかじめ設定している張力で巻取り方向に引っ張っている。線状体３は、巻取り方向に駆動しているリール４で、常に所定の張力で引っ張られている。リール４が線状体３を巻取り方向に引っ張る張力は、無人飛行体１の飛行を制限することなく、弛みが発生しない引張り力に設定される。線状体３は、無人飛行体１が線状体繰出装置１０から離れる方向に飛行するときには、線状体３がリール４が繰り出され、無人飛行体１が線状体繰出装置１０に接近する時には、リール４に巻き取られる。線状体３が繰り出され、あるいは線状体３を巻き取るいずれの状態においても、線状体３の張力は設定された張力にコントロールされる。

リール４は、線状体３の長さを考慮して巻き取り軸４Ａを最適な外径とする。例えば、３０ｍの釣り糸の線状体３を巻き取るリール４は、巻き取り軸４Ａの外径を、たとえば２～１０ｃｍφとする。巻き取り軸４Ａの外径が、全ての線状体３を巻き取った状態と、全ての線状体３を繰り出した状態での巻き径の変化が少ない太いリール４は、モーター５の回転トルクに対する巻回する線状体３の張力の変動を少なくできるので、モーター５の制御を簡単にできる特徴がある。リール４を回転するモーター５は、線状体３の巻取り方向に駆動する回転トルクで、線状体３の張力を調整する。線状体３は、常に弛まない張力に保持される。線状体３は、リール４からの繰り出し量が長くなると弛みが大きくなる。線状体３の繰り出し量が多くなって線状体３の弛みが大きくなる弊害は、繰り出し量でリール４の回転トルクを調整して解消できる。リール４は、線状体３の繰り出し量が長くなると巻き径が細くなるので、モーター５を回転トルクを一定に保持して、線状体３の張力を繰り出し量が長くなると強くすることもできる。さらに、軽くて短い線状体３は、垂れ下がりも少ないので、線状体３の張力を一定に保持してリール４に巻き取ることもできる。

モーター５は回転軸５ａをリール４の回転軸４ａに連結して、リール４を回転する。好ましくは、図１に示すように、モーター５の回転軸５ａをリール４の回転軸４ａに直接に連結する。モーター５がリール４を駆動する回転トルクは、リール４で巻回される線状体３の張力を特定する。正確には、リール４に巻回される線状体３の張力は、モーター５の回転トルクに比例して、リール４の巻き径に反比例する。リール４の巻き取り軸を太くして、線状体３の巻回量で巻き径がほとんど変化しないリール４は、巻回量を考慮することなく、回転トルクのみで線状体３の張力を設定値にできる。巻回量で巻き径が変化するリール４は、リール４の巻き径で回転トルクを調整して線状体３の張力を設定値に保持する。

モーター５は、制御回路６に制御されて、リール４に巻回される線状体３の張力を設定値に保持する。モーター５は、無人飛行体１が線状体繰出装置１０に接近する方向に飛行して、線状体３を巻き取る方向にリール４を回転し、あるいは無人飛行体１が線状体繰出装置１０から遠ざかる方向に飛行して、線状体３を繰り出す方向にリール４を回転し、さらに無人飛行体１が所定の位置にホバリングして停止する状態でリール４が回転しない全ての飛行状態において、リール４を回転するトルクを制御して線状体３の張力を設定値に制御する。

モーター５の回転トルクは、制御回路６でコントロールされる。制御回路６は、モーター５の型式に最適な方法で回転トルクを制御する。モーター５には、三相交流モーター、直流モーター等が使用できるが、三相交流モーターは供給電圧と周波数で回転トルクを制御できる。直流モーターは供給電圧で回転トルクをコントロールできる。さらに、モーター５には、逆転時に発電する逆転発電モーターも使用できる。逆転発電モーターは、無人飛行体１が線状体繰出装置１０から離れる方向に飛行して、線状体３がリール４から繰り出されて回転するリール４で逆転されて発電する。この逆転発電モーターは、線状体３がリール４から繰り出されて、モーター５が逆転して発電する電力でバッテリー９を充電できる。逆転発電モーターは、バッテリー９の充電電流をコントロールして回転トルクを制御できるので、制御回路６は充電電流を制御して回転トルクを制御する。逆転発電モーターは、制御回路６でバッテリー９の充電電流を大きくして、巻取り方向の回転トルクを強くして線状体３の張力を強くでき、また充電電流を小さくして巻取り方向の回転トルクを小さくして、線状体３の張力を弱くできる。

制御回路６は、モーター５の回転トルクを設定値に制御して、リール４が巻回する線状体３の張力を設定値にコントロールする。制御回路６は、線状体３の繰り出し長さに関係なく、線状体３の張力を設定値とし、あるいは線状体３の繰り出し長さが長くなると設定値を強くすることもできる。短い線状体３は、常に一定の張力として線状体３の弛みを防止できる。長い線状体３は、繰り出し長さが長くなると張力を強くして弛みを防止できる。線状体３の繰り出し長さで張力を変更する制御回路６は、線状体３がリール４から繰り出される長さを検出して、張力の設定値を変更する。制御回路６は、無人飛行体１が自由に飛行でき、かつ飛行する無人飛行体１に連結している線状体３が弛まないように、線状体３の張力を記憶部１５に記憶する。制御回路６が記憶する設定値は、無人飛行体１の重量や速度などを考慮して変更することもできる。張力の設定値が変更できる制御回路６は、張力を設定するキーボード、ダイヤル、ボタンスイッチなどの入力手段（図示せず）を有し、入力手段から入力される張力となるように、モーター５の回転トルクを制御する。

制御回路６は、電圧と周波数とで三相交流モーターの回転トルクを制御し、あるいは電圧を制御して直流モーターの回転トルクを制御して、線状体３の張力を設定値にコントロールする。三相交流モーターの制御回路６は、回転トルクを制御して線状体３の張力を設定値とする電圧や周波数を回転数の関数として記憶し、あるいはルックアップテーブルとして記憶部１５に記憶している。直流モーターの制御回路６は、回転トルクを設定値とする電圧を回転数の関数として、あるいはルックアップテーブルとして記憶部１５に記憶している。逆転発電モーターの制御回路６は、充電電流を回転数の関数として記憶し、あるいはルックアップテーブルとして記憶している。制御回路６は、モーター５の回転数を検出し、検出する回転数から回転トルクを設定値とする電圧、周波数、充電電流等を演算して、モーター５の回転トルクを設定値に制御する。制御回路６は、一定の周期でパルス電圧を供給する電源を使用し、この電源でパルス幅を調整して、すなわちパルスのデューティーを調整して実質的な電圧を調整して回転トルクを制御できる。

制御回路６は、線状体３の張力を検出し、検出する張力が設定値となるようにモーター５の電流、あるいは電流と周波数を調整して回転トルクを制御することもできる。この制御回路６は、たとえば、図３に示すように、線状体３の張力を検出する張力検出部３１を備えて、この張力検出部３１で検出される線状体３の張力に基づいてモーター５の回転トルクを制御することができる。図３の一部拡大図に示す張力検出部３１は、リール４から繰り出される線状体３が掛けられた３個のプーリ３２を備えており、前後のプーリ３２は固定プーリ３２Ａとして回転軸の位置を固定すると共に、中間のプーリ３２は可動プーリ３２Ｂとして回転軸の位置を線状体３の張力に応じて移動できるようにしている。さらに、張力検出部３１は、可動プーリ３２Ｂの回転軸の変位を検出するための張力アーム３３を備えている。張力アーム３３は、後端を傾動自在に固定すると共に、先端には可動プーリ３２Ｂが連結されており、さらに中間部に弾性体３４が連結されて、この弾性体３４により線状体３に張力をかける方向に付勢されている。この張力検出部３１は、張力アーム３３の位置を検出して線状体３の張力を検出する。

図３の制御回路６は、張力検出部３１の張力アーム３３で検出する線状体３の張力が設定値となるようにモーター５の回転トルクを調整する。張力アーム３３は弾性体３４で線状体３を引っ張る方向に付勢されて、線状体３の張力が強くなると張力アーム３３が傾動する。線状体３の張力を検出して、検出する張力でモーター５の回転をコントロールする制御回路６は、簡単な構造で線状体３の張力を設定値にできる。また、線状体３の張力を確実に設定値にできる特徴がある。さらに、この制御回路６は、張力アーム２３の慣性を少なくして、線状体３の張力を速やかに検出して、線状体３の張力を正確に制御できる。

制御回路６は、検出器８からの信号で、リール４からの繰り出される線状体３の長さを検出する。図１に示す検出器８はエンコーダー２３としている。ただ、検出器８は、エンコーダーには特定せず、リール４やモーター５の回転数等からリール４から繰り出される線状体３の長さを検出できる他のすべてこの機構が使用できる。検出器８であるエンコーダー２３には、リール４の回転角を検出できる全ての機構のものが使用できるが、好ましくは非接触式のロータリーエンコーダーを使用する。ロータリーエンコーダーは、リール４の回転軸４ａに連結しているエンコーダーディスク１１に光りビームを照射し、光ビームの透過光や反射光を受光素子で検出して、エンコーダーディスク１１の回転角を検出する。エンコーダーディスク１１は外周縁部に沿って光ビームを透過する多数の貫通穴、あるいは光ビームを反射する多数の反射スポットを一定の間隔で設けている。エンコーダーディスク１１が回転すると、光ビームが貫通穴を透過し、あるいは反射スポットで反射されて受光素子に検出される。エンコーダー２３は、受光素子が検出する光ビームの数をカウントして、エンコーダーディスク１１の回転角を検出する。エンコーダーディスク１１の回転角から、線状体３の繰り出し長さは演算できる。リール４が１回転する毎に、巻き取り軸４Ａの外周に相当する線状体３が繰り出されるからである。

線状体３として釣り糸を使用する場合、釣り糸は細いので、全長を３０ｍとする釣り糸を巻き取るリール４は、線状体３の巻き取り長さに対して巻き取り軸４Ａの太さがほとんど変化しない。このリール４は、線状体３の繰り出し長さがエンコーダーディスク１１の回転角に比例する。制御回路６は、検出器８であるエンコーダー２３からの信号で、線状体３のリール４からの繰り出し長さを検出する。線状体３の繰り出し長さで張力をコントロールする装置は、繰り出し長さでモーター５の回転トルクを制御して、線状体３の張力を所定の値にコントロールする。

線状体３は先端に無人飛行体１を連結して使用するが、リール４から繰り出された状態で、無人飛行体１から外され、また外れることもある。無人飛行体１から外れた線状体３は、張力が設定値となるように引っ張られて、リール４に巻き取られる。先端を無人飛行体１に連結されている線状体３は、モーター５でリール４を巻取り方向に駆動して、張力を設定値に維持しているので、先端が無人飛行体１から外れた線状体３は、張力が設定値よりも小さくなるため、張力を強くするようにモーター５が回転して、リール４に巻き取られる。この状態はモータ－５が最大回転数で回転しても張力が設定値とならないので、モーターはリール４を最大回転数で回転して、線状体３を高速で巻き取る。したがって、線状体３が無人飛行体１から外れると、線状体３は高速でリール４に巻き取られる。さらに、この状態でリール４に巻き取られていた線状体３は、次第に加速されて高速でリール４に巻き取られる。

モーター５とリール４の最大回転数は、無人飛行体１が線状体繰出装置１０に接近する最大速度を考慮して設定される。無人飛行体１が最大速度で線状体繰出装置１０に接近しても、線状体３が弛まない状態を理想とするからである。無人飛行体１の最高速は、時速数十ｋｍと相当に速いことから、線状体の最大巻き取り速度もこの程度の速度に設定される。したがって、無人飛行体１から外れた線状体３は、一般的には時速３０ｋｍ程度、秒速では約１０ｍ／ｓｅｃ程度の速さで巻き取られる。以上のように、相当な高速でリール４に巻き取られる線状体３は、先端に連結しているフック等が激しく衝突して、一部を損傷し、また安全性を阻害する原因となる。

制御回路６は、モーター５の巻取り方向の回転トルクを、線状体３の張力が設定値となるように制御してリール４を回転する。先端が切り離された線状体３は、張力が設定値以下となるので、モーター５は最大回転数で回転してリール４を高速回転させて線状体３を高速で巻き取るが、制御回路６は線状体３が完全にリール４に巻き取られる前に、線状体３の先端部にあらかじめ設定している「非巻取長さ」を残して、モーター５の回転を強制的に停止する。

モーター５の回転を強制的に停止する線状体３の「非巻き取り長さ」は、例えば３０ｃｍ～５ｍであって、無人飛行体１から外れた状態で巻き取られる線状体３の先端が高速で線状体繰出装置１０に衝突する事態を回避できる長さとする。ただ、線状体３の非巻き取り長さは、用途に応じて種々に変更することもできる。

非巻取長さを残してモーター５の回転を停止する制御回路６は、線状体３の非巻取長さを記憶する記憶部１５を備えている。記憶部１５は、あらかじめ非巻取長さを入力して記憶しており、またユーザーが非巻取長さを設定して記憶することができる。記憶部１５は、テンキーなどの入力部を設けて非巻取長さを設定することができる。この記憶部１５は、線状体３の非巻取長さをユーザーが変更して設定できる。

さらに、制御回路６は、スタートスイッチ１６から入力される信号で非巻取長さを設定することもできる。この制御回路６は、スタートスイッチ１６からのスタート信号を検出するタイミングで、リール４から繰り出されている線状体３の長さを非巻取長さとして記憶する。この制御回路６は、ユーザーが線状体３を所定の長さ、例えば数十ｃｍ～数ｍ程度をリール４から繰り出す状態でスタートスイッチ１６を押して、リール４に巻き取られていない線状体３の長さを非巻取長さに設定できる。この制御回路６は、ユーザーが線状体３の先端部を、好ましい長さでリール４に巻き取ることなく残してスタートスイッチ１６を押して、線状体３の非巻取長さを自由に変更できるので、使用する最初にスタートスイッチ１６を押して、簡単かつ容易に、非巻取長さを理想的な長さに調整できる特長がある。

さらに、図１の線状体繰出装置１０は、機械式のブレーキ機構１２を備える。この線状体繰出装置１０は、ブレーキ機構１２をユーザーが手動で操作して、緊急時にリール４を強制的に停止できる。図のブレーキ機構１２は、リール４の回転軸４ａにブレーキディスク１３を固定し、このブレーキディスク１３をブレーキバッド１４を押し付けて、摩擦抵抗で停止する。ブレーキ機構１２は、手動のレバー（図示せず）などでブレーキバッド１４を制御して回転軸４ａの回転を停止する。

以上の線状体繰出装置１０は、制御回路６が、検出器８からの信号で線状体３のリールから４の繰り出し長さを検出し、リール４に巻き取られる線状体３の先端部に非巻取長さを残す位置でモーター５の回転を強制的に停止する。これにより、無人飛行体１から外れた状態でリール４に巻き取られる線状体３が最後まで巻き取られるのを阻止して、線状体３が先端まで高速で巻き取られることによる弊害を防止できる。ただ、線状体繰出装置１０は、制御回路６で線状体３の巻き取り方向の速度を検出し、線状体３の巻き取り速度が設定値よりも速い状態において、線状体３の先端部に非巻取長さを残す位置でモーター５の回転を停止することもできる。

この線状体繰出装置１０は、制御回路６が検出器８からの信号で線状体３の巻き取り速度を検出し、検出された巻き取り速度が設定値以上の状態で、線状体３が先端部に非巻取長さを残す位置まで巻き取られるとモーター５の回転を強制的に停止する。検出器８をエンコーダー２３とする装置においては、制御回路６は、エンコーダー２３からの信号でリール４又はモーター５の回転数を検出し、検出された回転数とリール４の巻き径から線状体３の巻き取り速度を演算して検出する。制御回路６は、例えば、線状体３がリール４に巻き取られる速度が、秒速で約１ｍ／ｓｅｃ以上となると、線状体３の巻き取り速度が設定値以上であると判定することができる。

ただ、制御回路６は、必ずしも線状体３の巻き取り速度を正確に演算する必要はなく、リール４に巻き取られる線状体３の巻き径の変化を考慮することなく、多少の誤差を含めた状態で、線状体３の巻き取り速度を検出することもできる。さらに、制御回路６は、リール４の巻き径を一定として、リール４の回転数のみから線状体３の巻き取り速度を検出することもできる。この場合は、エンコーダー２３で検出されるリール４の回転数が設定値以上の時に線状体３の巻き取り速度が設定値以上であると判定する。

以上の線状体繰出装置１０は、線状体３の巻き取り速度が設定値よりも速い状態では、線状体３の先端部に非巻取長さを残す位置まで線状体３が巻き取られると、モーター５の回転を強制的に停止するので、設定速度よりも速い巻き取り速度で巻き取られる線状体３が先端まで高速で巻き取られるのを防止して、安全性を向上できる。また、この線状体繰出装置１０は、線状体３の巻き取り速度が設定値よりも遅い状態では、線状体３が非巻取長さまで巻き取られてもモーター５を停止することなく、線状体３を最後まで巻き取ることができる。

線状体３は、ガイドアーム１７を介してリール４から引き出されて無人飛行体１に連結される。ケース７は、リール４の繰り出し側にガイドアーム１７を連結している。リール４に巻かれた線状体３は、ガイドアーム１７の先端部に設けてるガイドリング１８に通されて、先端を無人飛行体１に連結する。ガイドアーム１７は、リール４に均等に線状体３を巻き取るように、ガイドリング１８をリール４の軸方向に往復運動させる往復運動機構１９を備えている。往復運動機構１９は、モーターと、モーターの回転を往復運動に変換する機構を備え、モーターの回転が制御回路６にコントロールされて、ガイドリング１８をリール４の両端に往復運動して、リール４に均等に線状体３を巻き取る。

ガイドアーム１７は、弾性変形できる材質で成形され、あるいは一部をバネ材で構成している。弾性変形するガイドアーム１７は、ガイドリング１８に挿通している線状体３の張力の変動や衝撃を吸収して、線状体３の張力変動を抑制し、またケース７から突出しているガイドアーム１７自体の衝撃による変形や損傷を防止できる。

線状体３は、ガイドリング１８に挿通されて繰り出されるので、ガイドリング１８の内面を擦りながら繰り出され、あるいは巻き取られる。ガイドリング１８は、線状体３をリール４からスムーズに繰り出し、また均等に巻き取る位置に配置される。ガイドリング１８を通過した線状体３は、無人飛行体１の方向に引き出される。ガイドリング１８は、線状体３を内面に摺動させて引き出し方向を変更するので、線状体３との間で摩擦抵抗が発生する。とくに、線状体３は所定の張力が作用する状態で、ガイドリング１８を通過するので、張力がガイドリング１８との摩擦抵抗を大きくする。この摩擦抵抗は、線状体３の引き出し方向が、ガイドリング１８の中心軸からずれるに従って大きくなる。

線状体３の摩擦抵抗を小さくするために、ケース７は線状体３の引き出し方向を変更して摩擦抵抗を小さくできる形状としている。図２、図４、及び図５のケース７は、直方体で、互いに直交する第１の底面７Ａと第２の底面７Ｂの両方に足２１を設けている。足２１を設けている底面の対向面７Ｃ、７Ｄにはグリップ２２を設けている。足２１はゴム状弾性体で底面の四隅部に固定している。グリップ２２はコ字状で両端を対向面７Ｃ、７Ｄに固定して中央部に配置している。このケース７は、第１の底面７Ａをベース基地２の地面２０などの水平面に配置し、あるいは第２の底面７Ｂをベース基地２の水平面２０に設置して、線状体３の摩擦抵抗を少なくする。

図４は第１の底面７Ａをベース基地の水平面に設置して使用する状態を示している。この姿勢の線状体繰出装置１０は、無人飛行体１が垂直方向に飛行する状態で線状体３の摩擦抵抗を小さくできる。線状体３を上向きに引き出して、ガイドリング１８との摩擦抵抗を小さくできるからである。無人飛行体１が水平方向に飛行する状態では、図５に示すように、第２の底面７Ｂを水平面２０に設置する。この姿勢のケース７は、水平方向に線状体３を引き出して、ガイドリング１８との摩擦抵抗を小さくできるからである。

図２、図４、及び図５の線状体繰出装置１０は、ケース７を直方体の六面体として、互いに直交する第１の底面７Ａと第２の底面７Ｂを設けているが、ケース７は、互いに交差する面内に位置する、第１の底面７Ａと第２の底面７Ｂを設け、第１の底面７Ａと第２の底面７Ｂを水平面２０に配置して、線状体３の引き出し方向を変更できる多面体とすることができる。また、第１の底面７Ａと第２の底面７Ｂを設けて、他の表面を湾曲面とすることもできる。また、第１の底面７Ａと第２の底面７Ｂは、好ましくは互いに直交する姿勢とするが、必ずしも直交姿勢とする必要はなく、例えば、第１の底面７Ａと第２の底面７Ｂとが、４５度ないし１２０度で交差することもできる。

本発明は、無人飛行体に線状体を連結して飛行させる線状体繰出装置として、とくに、ヘリコプターやドローンなどの無人飛行体を特定の飛行領域として安全に飛行させる線状体繰出装置として好適に使用できる。

１…無人飛行体
２…ベース基地
３…線状体
４…リール
４Ａ…巻き取り軸
４Ｂ…鍔
４ａ…回転軸
５…モーター
５ａ…回転軸
６…制御回路
７…ケース
７Ａ…第１の底面
７Ｂ…第２の底面
８…検出器
９…バッテリー
１０…線状体繰出装置
１１…エンコーダーディスク
１２…ブレーキ機構
１３…ブレーキディスク
１４…ブレーキパッド
１５…記憶部
１６…スタートスイッチ
１７…ガイドアーム
１８…ガイドリング
１９…往復運動機構
２０…水平面
２１…足
２２…グリップ
２３…エンコーダー
３１…張力検出部
３２…プーリ
３２Ａ…固定プーリ
３２Ｂ…可動プーリ
３３…張力アーム
３４…弾性体

本発明は、無人飛行体に線状体を連結して飛行させる線状体繰出装置に関し、とくに、ヘリコプターやドローンなどの無人飛行体を特定の飛行領域として安全に飛行させる線状体繰出装置に関する。

無線操縦されるヘリコプターやドローンなどの無人飛行体は、妨害電波や電波の伝搬環境の乱れが原因で、正常にコントロールできない状態、すなわちノーコン状態となることがある。ノーコン状態となる確率は、無人飛行体がコントロール用の送信器から遠方に飛行するにしたがって高くなり、また飛行する地形や建物が電波を反射し、あるいは遮蔽する状態でも高くなる。無人飛行体の受信器が受信する電波の強度は送信器からの距離の二乗に比例して弱くなり、また、無人飛行体の受信器から送信器までの間にある電波の伝搬を阻害する建物等の障害物が多くなるからである。ノーコン状態は無人飛行体を正常にコントロールできなくなって安全性が低下するので、本発明者は無人飛行体に線状体を連結し、この線状体の繰り出し張力をコントロールして安全性を確保する装置を開発した。（特許文献１参照）

特開２０１７－１６９３９５号公報

本発明者が先に開発した無人飛行体の線状体繰出装置は、線状体を巻き取るリールと、リールを回転するモーターと、モーターの駆動を制御する制御手段とを備え、無人飛行体に連結している線状体の張力を、リールから繰り出される線状体の繰り出し長さが長くなるに従って増加させることで、無人飛行体が遠方に飛行するのを制限する。この線状体繰出装置は、無人飛行体に連結している線状体の張力を線状体の繰り出し長さに対応して次第に強くして、無人飛行体が遠方に飛行する状態で線状体が自重で垂れ下がるのを防止できる。

以上の装置は、無人飛行体に連結している線状体の張力を線状体の繰り出し長さに対応して次第に強くして線状体が自重で垂れ下がるのを防止している。この装置は、無人飛行体が接近すると線状体の張力を弱くするが、線状体の張力は、自重で常に垂れ下がることがないように、所定の張力とする必要がある。したがって、線状体が無人飛行体から外れると、線状体が高速でリールに巻き取られて、線状体の先端に設けているフックなどが勢いよく装置に衝突して損傷する欠点がある。この弊害は、無人飛行体が接近するに従って張力を小さく制御して解消できるが、張力が小さすぎる線状体は、常に垂れ下がらない状態では無人飛行体に連結できず、高速回転しているロータなどに巻き付く等、種々の弊害の原因となる。

本発明は、さらに以上の欠点を解消することを目的として開発されたもので、本発明の目的は、簡単な構造として、極めて高い安全性を確保しながら、無人飛行体から外れた線状体を確実に安定してリールに巻き取りできる無人飛行体の線状体繰出装置を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明のある態様にかかる無人飛行体の線状体繰出装置は、無人飛行体に連結される線状体を巻き取るリールと、リールを線状体の巻取り方向に駆動しているモーターと、リールに巻かれた線状体の繰り出し長さを検出する検出器と、モーターの回転トルクを制御する制御回路とを備えている。制御回路は、検出器からの信号で、線状体のリールからの繰り出し長さを検出し、線状体の先端部に非巻取長さを残す位置で、モーターのリール巻取り方向の回転を停止する。また制御回路が、線状体の巻き取り方向の速度を検出して、線状体の巻き取り速度が設定値よりも速い状態で、線状体の先端部に非巻取長さを残す位置で、モーターのリール巻取り方向の回転を停止する。

以上の無人飛行体の線状体繰出装置は、常に理想的な張力に制御する線状体を無人飛行体に連結して、自由に、しかも安全に飛行させながら、無人飛行体から外れた線状体を、正転するモーターで高速でリールに速やかに巻き取りしながら、完全に巻き取ることなく、非巻取長さを残してリールの回転を停止して安全に停止できる特長がある。それは、以上の装置が、飛行する無人飛行体に連結している線状体を所定の張力に制御して垂れ下がりを防止しながら、線状体が無人飛行体から外れると、先端部に非巻取長さを残す位置までリールで巻き取ってモーターの回転を停止して、線状体の先端が激しく衝突する弊害を防止できるからである。

以上の無人飛行体の線状体繰出装置は、制御回路で検出する線状体の巻き取り速度が設定値よりも速い状態で、線状体が先端部に非巻取長さを残す位置まで巻き取られるとモーターの回転を停止するので、線状体を設定値よりも遅い速度で巻き取る状態では、線状体を最後までリールに巻き取ることができる。

本発明の他の態様にかかる無人飛行体の線状体繰出装置は、検出器をエンコーダーとして、制御回路がエンコーダーからの信号で線状体の巻き取り速度を検出することができる。以上の無人飛行体の線状体繰出装置は、検出器をエンコーダーとすることで、このエンコーダーからの信号で、簡単かつ正確に線状体の巻き取り速度を検出しながらモーターの回転を停止することができる。

本発明の他の態様にかかる無人飛行体の線状体繰出装置は、検出器をエンコーダーとして、制御回路がエンコーダーからの信号で線状体の繰り出し長さを検出することができる。以上の無人飛行体の線状体繰出装置は、検出器をエンコーダーとすることで、このエンコーダーからの信号で、簡単かつ正確に線状体の繰り出し長さを検出できる。

本発明の他の態様にかかる無人飛行体の線状体繰出装置は、無人飛行体に連結される線状体を巻き取るリールと、リールを線状体の巻取り方向に駆動しているモーターと、リールに巻かれた線状体の繰り出し長さを検出する検出器と、モーターの回転トルクを制御する制御回路とを備え、制御回路にスタートスイッチを設け、このスタートスイッチからのスタート信号を検出するタイミングで、リールから繰り出されている線状体の長さを非巻取長さとすることができる。

以上の無人飛行体の線状体繰出装置は、線状体の先端部を、好ましい長さでリールに巻き取ることなく残して、この長さを非巻取長さとするので、簡単かつ容易に、非巻取長さを理想的な長さに調整できる。

本発明の他の態様にかかる無人飛行体の線状体繰出装置は、さらに、リールから繰り出される線状体を挿通するガイドリングを先端に有するガイドアームを備えており、ガイドアームを弾性変形できるアームとすることができる。

以上の無人飛行体の線状体繰出装置は、リールから繰り出される線状体をガイドリングに挿通してガイドアームで理想的な方向としながら、線状体に作用する衝撃やガイドアームに作用する衝撃を、ガイドアームの弾性変形で吸収できる特長がある。

本発明の他の態様にかかる無人飛行体の線状体繰出装置は、無人飛行体に連結される線状体を巻き取るリールと、リールを線状体の巻取り方向に駆動しているモーターと、リールに巻かれた線状体の繰り出し長さを検出する検出器と、モーターの回転トルクを制御する制御回路とを備え、さらに、モーターと制御回路を内蔵するケースを備えており、このケースが、互いに交差する面内に位置する第１の底面と第２の底面を有し、第１の底面又は第２の底面を水平面に配置して、線状体の引き出し方向を変更する構造とすることができる。

以上の無人飛行体の線状体繰出装置は、ケースの姿勢を変更して、線状体の引き出し方向を理想的な方向に調整できる特長がある。たとえば、無人飛行体が水平方向に近い方向に飛行する状態と、垂直方向に近い方向に飛行する状態とで、ケースの第１の底面又は第２の底面を水平面に配置する状態で使用して、線状体を好ましい方向に引き出しできる。

本発明の他の態様にかかる無人飛行体の線状体繰出装置は、さらに、モーターを駆動する二次電池のバッテリーを備え、モーターをリールで強制的に逆転されて発電する逆転発電モーターとして、逆転発電モーターの発電電力でバッテリーを充電することができる。

以上の無人飛行体の線状体繰出装置は、モーターが正転方向に作用する回転トルクでリールを巻取り方向に駆動して、線状体を所定の張力に保持するが、無人飛行体が装置から離れる方向に飛行して、線状体がリールが繰り出されると、リールでモーターが逆転される。逆転して発電する逆転発電モーターは、線状体が繰り出される状態で発電する。この発電電力で、バッテリーを充電することで、バッテリーの使用時間を長くできる。さらに、この逆転発電モーターはバッテリーの充電電流を制御してモーターの回転トルクを制御できる。したがって、逆転されるモーターの回転トルクも制御して、繰り出される線状体の張力を設定値にコントロールできる。

本発明の一実施形態に係る無人飛行体の線状体繰出装置の概略ブロック図である。 本発明の一実施形態に係る無人飛行体の線状体繰出装置の概略斜視図である。 本発明の他の実施形態に係る無人飛行体の線状体繰出装置の概略構成図である。 図２に示す無人飛行体の線状体繰出装置の一使用例を示す側面図である。 図２に示す無人飛行体の線状体繰出装置の他の使用例を示す側面図である。

以下、図面に基づいて本発明を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、及びそれらの用語を含む別の用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が制限されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一もしくは同等の部分又は部材を示す。
さらに、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための無人飛行体の線状体繰出装置を例示するものであって、本発明を以下に限定するものではない。また、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図したものである。また、一の実施の形態、実施例において説明する内容は、他の実施の形態、実施例にも適用可能である。また、図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張していることがある。

ヘリコプターやドローンなどの無人飛行体は、制御用の送信器から送信する電波を介して、飛行する速度や方向をコントロールしている。電波を介して飛行状態をコントロールしている無人飛行体は、妨害電波や外部ノイズが原因で、あるいは電波の伝搬状態の悪影響などが原因で、送信器で正常にコントロールできない状態、通称「ノーコン」となることがある。ノーコン状態になると、送信器で無人飛行体の飛行をコントロールできなくなって、安全な飛行ができなくなる。この弊害を防止するために、ノーコン状態においては特定の飛行をするように、あるいはノーコンを少なくする伝送方式などが開発されているが、電波を使用するかぎり、ノーコンを完全に阻止することはできない。

図１の概略ブロック図と図２の概略斜視図に示す線状体繰出装置１０は、ヘリコプターやドローンなどの無線操縦される無人飛行体１とベース基地２とを、所定の長さ（例えば３０ｍ）の線状体３で連結して、無人飛行体１の飛行範囲を特定の範囲に制限して安全性を確保する。ベース基地２に線状体繰出装置１０を設置し、線状体３の先端を無人飛行体１に連結し、線状体３を弛まないように繰り出して、無人飛行体１の飛行範囲をベース基地２の特定範囲に制限して安全性を確保する。

図１と図２に示す実施形態の線状体繰出装置１０は、無人飛行体１に先端を連結している線状体３と、線状体３を巻き取るリール４と、リール４を所定の回転トルクで巻取り方向に駆動して、線状体３を所定の張力に保持して弛みを防止するモーター５と、リール４に巻かれた線状体３の繰り出し長さを検出する検出器８と、モーター５の回転を制御して、線状体３の張力を設定値にコントロールする制御回路６と、モーター５と制御回路６を内蔵するケース７と、モーター５と制御回路６に電力を供給するバッテリー９とを備える。

図１と図２の線状体繰出装置１０は、ケース７にバッテリー９を脱着自在に連結して、ケース７から外してバッテリー９を充電できる構造としているが、バッテリー９をケース７に内蔵して、外部の充電器（図示せず）を接続して充電することもできる。バッテリー９は、リチウムイオン二次電池などの二次電池が適している。それは、二次電池は、モーター５の発電電力で充電してバッテリー９の使用時間を延長できるからである。

バッテリー９を装備する線状体繰出装置１０は、商用電源に接続することなく独立して使用できるので、商用電源のない屋外で便利に使用できる。ただし、バッテリー９に代わって、商用電源をモーターや制御回路の最適電圧に変換する電源回路（図示せず）を内蔵することもできる。商用電源を使用する電源は、長時間連続して線状体繰出装置１０を使用するのに適している。また、発電機を電源として使用することもできる。

線状体３は、無人飛行体１に連結されて、飛行する無人飛行体１の飛行をコントロールできる張力で切れない全ての線材を使用できるが、無人飛行体１に引き上げられるので、無人飛行体１のペイロードを軽くするために、テグスや細いワイヤなどの軽い線材が適している。ただ、線状体３には、これ等の線材のみでなく、ケーブル、ロープ、テープ等も使用できる。

リール４は、所定の長さの線状体３、たとえば３０ｍの線状体３を巻き取りできる円筒状の巻き取り軸４Ａの両端に鍔４Ｂを設けている。リール４は、鍔４Ｂの間で巻き取り軸４Ａに線状体３を巻回する。リール４は、モーター５で巻取り方向に駆動されて、線状体３をあらかじめ設定している張力で巻取り方向に引っ張っている。線状体３は、巻取り方向に駆動しているリール４で、常に所定の張力で引っ張られている。リール４が線状体３を巻取り方向に引っ張る張力は、無人飛行体１の飛行を制限することなく、弛みが発生しない引張り力に設定される。線状体３は、無人飛行体１が線状体繰出装置１０から離れる方向に飛行するときには、線状体３がリール４が繰り出され、無人飛行体１が線状体繰出装置１０に接近する時には、リール４に巻き取られる。線状体３が繰り出され、あるいは線状体３を巻き取るいずれの状態においても、線状体３の張力は設定された張力にコントロールされる。

リール４は、線状体３の長さを考慮して巻き取り軸４Ａを最適な外径とする。例えば、３０ｍの釣り糸の線状体３を巻き取るリール４は、巻き取り軸４Ａの外径を、たとえば２～１０ｃｍφとする。巻き取り軸４Ａの外径が、全ての線状体３を巻き取った状態と、全ての線状体３を繰り出した状態での巻き径の変化が少ない太いリール４は、モーター５の回転トルクに対する巻回する線状体３の張力の変動を少なくできるので、モーター５の制御を簡単にできる特徴がある。リール４を回転するモーター５は、線状体３の巻取り方向に駆動する回転トルクで、線状体３の張力を調整する。線状体３は、常に弛まない張力に保持される。線状体３は、リール４からの繰り出し量が長くなると弛みが大きくなる。線状体３の繰り出し量が多くなって線状体３の弛みが大きくなる弊害は、繰り出し量でリール４の回転トルクを調整して解消できる。リール４は、線状体３の繰り出し量が長くなると巻き径が細くなるので、モーター５を回転トルクを一定に保持して、線状体３の張力を繰り出し量が長くなると強くすることもできる。さらに、軽くて短い線状体３は、垂れ下がりも少ないので、線状体３の張力を一定に保持してリール４に巻き取ることもできる。

モーター５は回転軸５ａをリール４の回転軸４ａに連結して、リール４を回転する。好ましくは、図１に示すように、モーター５の回転軸５ａをリール４の回転軸４ａに直接に連結する。モーター５がリール４を駆動する回転トルクは、リール４で巻回される線状体３の張力を特定する。正確には、リール４に巻回される線状体３の張力は、モーター５の回転トルクに比例して、リール４の巻き径に反比例する。リール４の巻き取り軸を太くして、線状体３の巻回量で巻き径がほとんど変化しないリール４は、巻回量を考慮することなく、回転トルクのみで線状体３の張力を設定値にできる。巻回量で巻き径が変化するリール４は、リール４の巻き径で回転トルクを調整して線状体３の張力を設定値に保持する。

モーター５は、制御回路６に制御されて、リール４に巻回される線状体３の張力を設定値に保持する。モーター５は、無人飛行体１が線状体繰出装置１０に接近する方向に飛行して、線状体３を巻き取る方向にリール４を回転し、あるいは無人飛行体１が線状体繰出装置１０から遠ざかる方向に飛行して、線状体３を繰り出す方向にリール４を回転し、さらに無人飛行体１が所定の位置にホバリングして停止する状態でリール４が回転しない全ての飛行状態において、リール４を回転するトルクを制御して線状体３の張力を設定値に制御する。

モーター５の回転トルクは、制御回路６でコントロールされる。制御回路６は、モーター５の型式に最適な方法で回転トルクを制御する。モーター５には、三相交流モーター、直流モーター等が使用できるが、三相交流モーターは供給電圧と周波数で回転トルクを制御できる。直流モーターは供給電圧で回転トルクをコントロールできる。さらに、モーター５には、逆転時に発電する逆転発電モーターも使用できる。逆転発電モーターは、無人飛行体１が線状体繰出装置１０から離れる方向に飛行して、線状体３がリール４から繰り出されて回転するリール４で逆転されて発電する。この逆転発電モーターは、線状体３がリール４から繰り出されて、モーター５が逆転して発電する電力でバッテリー９を充電できる。逆転発電モーターは、バッテリー９の充電電流をコントロールして回転トルクを制御できるので、制御回路６は充電電流を制御して回転トルクを制御する。逆転発電モーターは、制御回路６でバッテリー９の充電電流を大きくして、巻取り方向の回転トルクを強くして線状体３の張力を強くでき、また充電電流を小さくして巻取り方向の回転トルクを小さくして、線状体３の張力を弱くできる。

制御回路６は、モーター５の回転トルクを設定値に制御して、リール４が巻回する線状体３の張力を設定値にコントロールする。制御回路６は、線状体３の繰り出し長さに関係なく、線状体３の張力を設定値とし、あるいは線状体３の繰り出し長さが長くなると設定値を強くすることもできる。短い線状体３は、常に一定の張力として線状体３の弛みを防止できる。長い線状体３は、繰り出し長さが長くなると張力を強くして弛みを防止できる。線状体３の繰り出し長さで張力を変更する制御回路６は、線状体３がリール４から繰り出される長さを検出して、張力の設定値を変更する。制御回路６は、無人飛行体１が自由に飛行でき、かつ飛行する無人飛行体１に連結している線状体３が弛まないように、線状体３の張力を記憶部１５に記憶する。制御回路６が記憶する設定値は、無人飛行体１の重量や速度などを考慮して変更することもできる。張力の設定値が変更できる制御回路６は、張力を設定するキーボード、ダイヤル、ボタンスイッチなどの入力手段（図示せず）を有し、入力手段から入力される張力となるように、モーター５の回転トルクを制御する。

制御回路６は、電圧と周波数とで三相交流モーターの回転トルクを制御し、あるいは電圧を制御して直流モーターの回転トルクを制御して、線状体３の張力を設定値にコントロールする。三相交流モーターの制御回路６は、回転トルクを制御して線状体３の張力を設定値とする電圧や周波数を回転数の関数として記憶し、あるいはルックアップテーブルとして記憶部１５に記憶している。直流モーターの制御回路６は、回転トルクを設定値とする電圧を回転数の関数として、あるいはルックアップテーブルとして記憶部１５に記憶している。逆転発電モーターの制御回路６は、充電電流を回転数の関数として記憶し、あるいはルックアップテーブルとして記憶している。制御回路６は、モーター５の回転数を検出し、検出する回転数から回転トルクを設定値とする電圧、周波数、充電電流等を演算して、モーター５の回転トルクを設定値に制御する。制御回路６は、一定の周期でパルス電圧を供給する電源を使用し、この電源でパルス幅を調整して、すなわちパルスのデューティーを調整して実質的な電圧を調整して回転トルクを制御できる。

制御回路６は、線状体３の張力を検出し、検出する張力が設定値となるようにモーター５の電流、あるいは電流と周波数を調整して回転トルクを制御することもできる。この制御回路６は、たとえば、図３に示すように、線状体３の張力を検出する張力検出部３１を備えて、この張力検出部３１で検出される線状体３の張力に基づいてモーター５の回転トルクを制御することができる。図３の一部拡大図に示す張力検出部３１は、リール４から繰り出される線状体３が掛けられた３個のプーリ３２を備えており、前後のプーリ３２は固定プーリ３２Ａとして回転軸の位置を固定すると共に、中間のプーリ３２は可動プーリ３２Ｂとして回転軸の位置を線状体３の張力に応じて移動できるようにしている。さらに、張力検出部３１は、可動プーリ３２Ｂの回転軸の変位を検出するための張力アーム３３を備えている。張力アーム３３は、後端を傾動自在に固定すると共に、先端には可動プーリ３２Ｂが連結されており、さらに中間部に弾性体３４が連結されて、この弾性体３４により線状体３に張力をかける方向に付勢されている。この張力検出部３１は、張力アーム３３の位置を検出して線状体３の張力を検出する。

図３の制御回路６は、張力検出部３１の張力アーム３３で検出する線状体３の張力が設定値となるようにモーター５の回転トルクを調整する。張力アーム３３は弾性体３４で線状体３を引っ張る方向に付勢されて、線状体３の張力が強くなると張力アーム３３が傾動する。線状体３の張力を検出して、検出する張力でモーター５の回転をコントロールする制御回路６は、簡単な構造で線状体３の張力を設定値にできる。また、線状体３の張力を確実に設定値にできる特徴がある。さらに、この制御回路６は、張力アーム２３の慣性を少なくして、線状体３の張力を速やかに検出して、線状体３の張力を正確に制御できる。

制御回路６は、検出器８からの信号で、リール４からの繰り出される線状体３の長さを検出する。図１に示す検出器８はエンコーダー２３としている。ただ、検出器８は、エンコーダーには特定せず、リール４やモーター５の回転数等からリール４から繰り出される線状体３の長さを検出できる他のすべてこの機構が使用できる。検出器８であるエンコーダー２３には、リール４の回転角を検出できる全ての機構のものが使用できるが、好ましくは非接触式のロータリーエンコーダーを使用する。ロータリーエンコーダーは、リール４の回転軸４ａに連結しているエンコーダーディスク１１に光りビームを照射し、光ビームの透過光や反射光を受光素子で検出して、エンコーダーディスク１１の回転角を検出する。エンコーダーディスク１１は外周縁部に沿って光ビームを透過する多数の貫通穴、あるいは光ビームを反射する多数の反射スポットを一定の間隔で設けている。エンコーダーディスク１１が回転すると、光ビームが貫通穴を透過し、あるいは反射スポットで反射されて受光素子に検出される。エンコーダー２３は、受光素子が検出する光ビームの数をカウントして、エンコーダーディスク１１の回転角を検出する。エンコーダーディスク１１の回転角から、線状体３の繰り出し長さは演算できる。リール４が１回転する毎に、巻き取り軸４Ａの外周に相当する線状体３が繰り出されるからである。

線状体３として釣り糸を使用する場合、釣り糸は細いので、全長を３０ｍとする釣り糸を巻き取るリール４は、線状体３の巻き取り長さに対して巻き取り軸４Ａの太さがほとんど変化しない。このリール４は、線状体３の繰り出し長さがエンコーダーディスク１１の回転角に比例する。制御回路６は、検出器８であるエンコーダー２３からの信号で、線状体３のリール４からの繰り出し長さを検出する。線状体３の繰り出し長さで張力をコントロールする装置は、繰り出し長さでモーター５の回転トルクを制御して、線状体３の張力を所定の値にコントロールする。

線状体３は先端に無人飛行体１を連結して使用するが、リール４から繰り出された状態で、無人飛行体１から外され、また外れることもある。無人飛行体１から外れた線状体３は、張力が設定値となるように引っ張られて、リール４に巻き取られる。先端を無人飛行体１に連結されている線状体３は、モーター５でリール４を巻取り方向に駆動して、張力を設定値に維持しているので、先端が無人飛行体１から外れた線状体３は、張力が設定値よりも小さくなるため、張力を強くするようにモーター５が回転して、リール４に巻き取られる。この状態はモータ－５が最大回転数で回転しても張力が設定値とならないので、モーターはリール４を最大回転数で回転して、線状体３を高速で巻き取る。したがって、線状体３が無人飛行体１から外れると、線状体３は高速でリール４に巻き取られる。さらに、この状態でリール４に巻き取られていた線状体３は、次第に加速されて高速でリール４に巻き取られる。

モーター５とリール４の最大回転数は、無人飛行体１が線状体繰出装置１０に接近する最大速度を考慮して設定される。無人飛行体１が最大速度で線状体繰出装置１０に接近しても、線状体３が弛まない状態を理想とするからである。無人飛行体１の最高速は、時速数十ｋｍと相当に速いことから、線状体の最大巻き取り速度もこの程度の速度に設定される。したがって、無人飛行体１から外れた線状体３は、一般的には時速３０ｋｍ程度、秒速では約１０ｍ／ｓｅｃ程度の速さで巻き取られる。以上のように、相当な高速でリール４に巻き取られる線状体３は、先端に連結しているフック等が激しく衝突して、一部を損傷し、また安全性を阻害する原因となる。

制御回路６は、モーター５の巻取り方向の回転トルクを、線状体３の張力が設定値となるように制御してリール４を回転する。先端が切り離された線状体３は、張力が設定値以下となるので、モーター５は最大回転数で回転してリール４を高速回転させて線状体３を高速で巻き取るが、制御回路６は線状体３が完全にリール４に巻き取られる前に、線状体３の先端部にあらかじめ設定している「非巻取長さ」を残して、モーター５の回転を強制的に停止する。

モーター５の回転を強制的に停止する線状体３の「非巻き取り長さ」は、例えば３０ｃｍ～５ｍであって、無人飛行体１から外れた状態で巻き取られる線状体３の先端が高速で線状体繰出装置１０に衝突する事態を回避できる長さとする。ただ、線状体３の非巻き取り長さは、用途に応じて種々に変更することもできる。

非巻取長さを残してモーター５の回転を停止する制御回路６は、線状体３の非巻取長さを記憶する記憶部１５を備えている。記憶部１５は、あらかじめ非巻取長さを入力して記憶しており、またユーザーが非巻取長さを設定して記憶することができる。記憶部１５は、テンキーなどの入力部を設けて非巻取長さを設定することができる。この記憶部１５は、線状体３の非巻取長さをユーザーが変更して設定できる。

さらに、制御回路６は、スタートスイッチ１６から入力される信号で非巻取長さを設定することもできる。この制御回路６は、スタートスイッチ１６からのスタート信号を検出するタイミングで、リール４から繰り出されている線状体３の長さを非巻取長さとして記憶する。この制御回路６は、ユーザーが線状体３を所定の長さ、例えば数十ｃｍ～数ｍ程度をリール４から繰り出す状態でスタートスイッチ１６を押して、リール４に巻き取られていない線状体３の長さを非巻取長さに設定できる。この制御回路６は、ユーザーが線状体３の先端部を、好ましい長さでリール４に巻き取ることなく残してスタートスイッチ１６を押して、線状体３の非巻取長さを自由に変更できるので、使用する最初にスタートスイッチ１６を押して、簡単かつ容易に、非巻取長さを理想的な長さに調整できる特長がある。

さらに、図１の線状体繰出装置１０は、機械式のブレーキ機構１２を備える。この線状体繰出装置１０は、ブレーキ機構１２をユーザーが手動で操作して、緊急時にリール４を強制的に停止できる。図のブレーキ機構１２は、リール４の回転軸４ａにブレーキディスク１３を固定し、このブレーキディスク１３をブレーキバッド１４を押し付けて、摩擦抵抗で停止する。ブレーキ機構１２は、手動のレバー（図示せず）などでブレーキバッド１４を制御して回転軸４ａの回転を停止する。

以上の線状体繰出装置１０は、制御回路６が、検出器８からの信号で線状体３のリールから４の繰り出し長さを検出し、リール４に巻き取られる線状体３の先端部に非巻取長さを残す位置でモーター５の回転を強制的に停止する。これにより、無人飛行体１から外れた状態でリール４に巻き取られる線状体３が最後まで巻き取られるのを阻止して、線状体３が先端まで高速で巻き取られることによる弊害を防止できる。ただ、線状体繰出装置１０は、制御回路６で線状体３の巻き取り方向の速度を検出し、線状体３の巻き取り速度が設定値よりも速い状態において、線状体３の先端部に非巻取長さを残す位置でモーター５の回転を停止することもできる。

この線状体繰出装置１０は、制御回路６が検出器８からの信号で線状体３の巻き取り速度を検出し、検出された巻き取り速度が設定値以上の状態で、線状体３が先端部に非巻取長さを残す位置まで巻き取られるとモーター５の回転を強制的に停止する。検出器８をエンコーダー２３とする装置においては、制御回路６は、エンコーダー２３からの信号でリール４又はモーター５の回転数を検出し、検出された回転数とリール４の巻き径から線状体３の巻き取り速度を演算して検出する。制御回路６は、例えば、線状体３がリール４に巻き取られる速度が、秒速で約１ｍ／ｓｅｃ以上となると、線状体３の巻き取り速度が設定値以上であると判定することができる。

ただ、制御回路６は、必ずしも線状体３の巻き取り速度を正確に演算する必要はなく、リール４に巻き取られる線状体３の巻き径の変化を考慮することなく、多少の誤差を含めた状態で、線状体３の巻き取り速度を検出することもできる。さらに、制御回路６は、リール４の巻き径を一定として、リール４の回転数のみから線状体３の巻き取り速度を検出することもできる。この場合は、エンコーダー２３で検出されるリール４の回転数が設定値以上の時に線状体３の巻き取り速度が設定値以上であると判定する。

以上の線状体繰出装置１０は、線状体３の巻き取り速度が設定値よりも速い状態では、線状体３の先端部に非巻取長さを残す位置まで線状体３が巻き取られると、モーター５の回転を強制的に停止するので、設定速度よりも速い巻き取り速度で巻き取られる線状体３が先端まで高速で巻き取られるのを防止して、安全性を向上できる。また、この線状体繰出装置１０は、線状体３の巻き取り速度が設定値よりも遅い状態では、線状体３が非巻取長さまで巻き取られてもモーター５を停止することなく、線状体３を最後まで巻き取ることができる。

線状体３は、ガイドアーム１７を介してリール４から引き出されて無人飛行体１に連結される。ケース７は、リール４の繰り出し側にガイドアーム１７を連結している。リール４に巻かれた線状体３は、ガイドアーム１７の先端部に設けてるガイドリング１８に通されて、先端を無人飛行体１に連結する。ガイドアーム１７は、リール４に均等に線状体３を巻き取るように、ガイドリング１８をリール４の軸方向に往復運動させる往復運動機構１９を備えている。往復運動機構１９は、モーターと、モーターの回転を往復運動に変換する機構を備え、モーターの回転が制御回路６にコントロールされて、ガイドリング１８をリール４の両端に往復運動して、リール４に均等に線状体３を巻き取る。

ガイドアーム１７は、弾性変形できる材質で成形され、あるいは一部をバネ材で構成している。弾性変形するガイドアーム１７は、ガイドリング１８に挿通している線状体３の張力の変動や衝撃を吸収して、線状体３の張力変動を抑制し、またケース７から突出しているガイドアーム１７自体の衝撃による変形や損傷を防止できる。

線状体３は、ガイドリング１８に挿通されて繰り出されるので、ガイドリング１８の内面を擦りながら繰り出され、あるいは巻き取られる。ガイドリング１８は、線状体３をリール４からスムーズに繰り出し、また均等に巻き取る位置に配置される。ガイドリング１８を通過した線状体３は、無人飛行体１の方向に引き出される。ガイドリング１８は、線状体３を内面に摺動させて引き出し方向を変更するので、線状体３との間で摩擦抵抗が発生する。とくに、線状体３は所定の張力が作用する状態で、ガイドリング１８を通過するので、張力がガイドリング１８との摩擦抵抗を大きくする。この摩擦抵抗は、線状体３の引き出し方向が、ガイドリング１８の中心軸からずれるに従って大きくなる。

線状体３の摩擦抵抗を小さくするために、ケース７は線状体３の引き出し方向を変更して摩擦抵抗を小さくできる形状としている。図２、図４、及び図５のケース７は、直方体で、互いに直交する第１の底面７Ａと第２の底面７Ｂの両方に足２１を設けている。足２１を設けている底面の対向面７Ｃ、７Ｄにはグリップ２２を設けている。足２１はゴム状弾性体で底面の四隅部に固定している。グリップ２２はコ字状で両端を対向面７Ｃ、７Ｄに固定して中央部に配置している。このケース７は、第１の底面７Ａをベース基地２の地面２０などの水平面に配置し、あるいは第２の底面７Ｂをベース基地２の水平面２０に設置して、線状体３の摩擦抵抗を少なくする。

図４は第１の底面７Ａをベース基地の水平面に設置して使用する状態を示している。この姿勢の線状体繰出装置１０は、無人飛行体１が垂直方向に飛行する状態で線状体３の摩擦抵抗を小さくできる。線状体３を上向きに引き出して、ガイドリング１８との摩擦抵抗を小さくできるからである。無人飛行体１が水平方向に飛行する状態では、図５に示すように、第２の底面７Ｂを水平面２０に設置する。この姿勢のケース７は、水平方向に線状体３を引き出して、ガイドリング１８との摩擦抵抗を小さくできるからである。

図２、図４、及び図５の線状体繰出装置１０は、ケース７を直方体の六面体として、互いに直交する第１の底面７Ａと第２の底面７Ｂを設けているが、ケース７は、互いに交差する面内に位置する、第１の底面７Ａと第２の底面７Ｂを設け、第１の底面７Ａと第２の底面７Ｂを水平面２０に配置して、線状体３の引き出し方向を変更できる多面体とすることができる。また、第１の底面７Ａと第２の底面７Ｂを設けて、他の表面を湾曲面とすることもできる。また、第１の底面７Ａと第２の底面７Ｂは、好ましくは互いに直交する姿勢とするが、必ずしも直交姿勢とする必要はなく、例えば、第１の底面７Ａと第２の底面７Ｂとが、４５度ないし１２０度で交差することもできる。

本発明は、無人飛行体に線状体を連結して飛行させる線状体繰出装置として、とくに、ヘリコプターやドローンなどの無人飛行体を特定の飛行領域として安全に飛行させる線状体繰出装置として好適に使用できる。

１…無人飛行体
２…ベース基地
３…線状体
４…リール
４Ａ…巻き取り軸
４Ｂ…鍔
４ａ…回転軸
５…モーター
５ａ…回転軸
６…制御回路
７…ケース
７Ａ…第１の底面
７Ｂ…第２の底面
８…検出器
９…バッテリー
１０…線状体繰出装置
１１…エンコーダーディスク
１２…ブレーキ機構
１３…ブレーキディスク
１４…ブレーキパッド
１５…記憶部
１６…スタートスイッチ
１７…ガイドアーム
１８…ガイドリング
１９…往復運動機構
２０…水平面
２１…足
２２…グリップ
２３…エンコーダー
３１…張力検出部
３２…プーリ
３２Ａ…固定プーリ
３２Ｂ…可動プーリ
３３…張力アーム
３４…弾性体

Claims (8)

1. 無人飛行体に連結される線状体を巻き取るリールと、
   前記リールを前記線状体の巻取り方向に駆動してなるモーターと、
   前記リールに巻かれた前記線状体の繰り出し長さを検出する検出器と、
   前記モーターの回転トルクを制御する制御回路とを備え、
   前記制御回路が、
   前記検出器からの信号で、前記線状体の前記リールからの繰り出し長さを検出し、
   前記線状体の先端部に非巻取長さを残す位置で、前記モーターのリール巻取り方向の回転を停止する無人飛行体の線状体繰出装置。
2. 請求項１に記載の無人飛行体の線状体繰出装置であって、
   前記制御回路が、前記線状体の巻き取り方向の速度を検出して、前記線状体の巻き取り速度が設定値よりも速い状態で、前記線状体の先端部に非巻取長さを残す位置で、前記モーターのリール巻取り方向の回転を停止する無人飛行体の線状体繰出装置。
3. 請求項２に記載の無人飛行体の線状体繰出装置であって、
   前記検出器がエンコーダーで、前記制御回路が、前記エンコーダーからの信号で前記線状体の巻き取り速度を検出する無人飛行体の線状体繰出装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載の無人飛行体の線状体繰出装置であって、
   前記検出器がエンコーダーで、前記制御回路が、前記エンコーダーからの信号で前記線状体の繰り出し長さを検出する無人飛行体の線状体繰出装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか一項に記載の無人飛行体の線状体繰出装置であって、
   前記制御回路がスタートスイッチを備え、
   前記スタートスイッチからのスタート信号を検出するタイミングで、前記リールから繰り出されている前記線状体の長さを非巻取長さとする無人飛行体の線状体繰出装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか一項に記載の無人飛行体の線状体繰出装置であって、さらに、
   前記リールから繰り出される前記線状体を挿通するガイドリングを先端に有するガイドアームを備え、
   前記ガイドアームが弾性変形できるアームである無人飛行体の線状体繰出装置。
7. 請求項１ないし６のいずれか一項に記載の無人飛行体の線状体繰出装置であって、さらに、
   前記モーターと前記制御回路を内蔵するケースを備え、
   前記ケースが、互いに交差する面内に位置する第１の底面と第２の底面を有し、
   前記第１の底面又は前記第２の底面を水平面に配置して、前記線状体の引き出し方向を変更できる無人飛行体の線状体繰出装置。
8. 請求項１ないし７のいずれか一項に記載の無人飛行体の線状体繰出装置であって、さらに、
   前記モーターを駆動する二次電池のバッテリーを備え、
   前記モーターが前記リールで強制的に逆転されて発電する逆転発電モーターで、
   前記制御回路が、前記逆転発電モーターの発電電力で前記バッテリーを充電する無人飛行体の線状体繰出装置。

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