JP2023153652A - 無人飛行体及び荷捌方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ホバリング中に安全に荷捌き作業を行うことができる無人飛行体及び荷捌方法を提供する。【解決手段】複数の回転翼を備え、荷物２をロープ３によって吊り下げで搬送する無人飛行体１であって、現在位置を検出する座標検出部と、現在高度を検出する高度検出部と、座標検出部及び高度検出部による検出結果に基づいて飛行動作を制御するフライトコントローラと、を備える。無人飛行体１は、目的地の目的地座標（座標Ｘ）に到達すると、荷物２が着地する荷捌き高度Ｈまで下降した後、座標Ｘに近接して設置されたポート５０のポート座標（座標Ｙ）まで移動する荷捌き動作を、フライトコントローラの制御によってロープ３がたるんだ状態で実行する。【選択図】図２

Description

本発明は、複数回転翼を備える無人飛行体及び荷捌方法に関する。

複数の回転翼を備えた無人飛行体は、ドローンやマルチコプターと称され、荷物の運搬等の様々な分野での利用が計画・実践されている。無人飛行体による荷物の搬送として、荷物をロープで吊り下げて運搬する形態が知られている（例えば、特許文献１参照）。この搬送方法は、荷物のサイズが無人飛行体の足（スキッド）の内側に収まらない大きさである場合に特に有効である。

特開２０２０－２００１２３号公報

しかしながら、ロープを荷物に接続したり、切り離したりする荷捌き作業を、無人飛行体を着陸させて行うためには、無人飛行体を着陸させる大きなポート（例えば、５ｍ×５ｍ）を一定時間設置する必要がある。着陸用の大きなポートは、他の作業の邪魔になると共に、設備のレンタル代等の高額な維持管理費用が必要になってしまう。

そこで、荷捌き作業は、無人飛行体のホバリング中に行うことも検討されている。しかし、ホバリング中の無人飛行体は、ロープから鉛直方向以外の力が作用すると、飛行が不安定(墜落)になるリスクがあり、安全性が懸念される。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、上述の課題を解消し、ホバリング中に安全に荷捌き作業を行うことができる無人飛行体及び荷捌方法を提供することにある。

本発明の無人飛行体は、複数の回転翼を備え、荷物をロープによって吊り下げで搬送する無人飛行体であって、現在位置を検出する座標検出部と、現在高度を検出する高度検出部と、前記座標検出部及び前記高度検出部による検出結果に基づいて飛行動作を制御するフライトコントローラと、を備え、目的地の目的地座標に到達すると、前記荷物が着地する荷捌き高度まで下降した後、前記目的地座標に近接して設置されたポートのポート座標まで移動する荷捌き動作を、前記フライトコントローラの制御によって前記ロープがたるんだ状態で実行する。
さらに、本発明の無人飛行体において、前記荷捌き高度は、前記ロープのロープ長をＬ、前記目的地座標と前記ポート座標との間の離隔距離をＷ、水平方向の誤差をＥ_ｈ、鉛直方向の誤差の検出誤差をＥ_ｖとそれぞれした場合、｛Ｌ^２－（Ｗ＋Ｅ_ｈ）^２｝＾^{（１/２）}－Ｅ_ｖよりも低く、且つ前記ポートの高さよりも高い値に設定される。
さらに、本発明の無人飛行体は、荷捌き作業の作業終了通知を受信すると、前記目的地座標まで移動した後、前記ロープの前記ロープ長以上の高度まで上昇する。
また、本発明の荷捌方法は、複数の回転翼を備えた無人飛行体にロープで吊り下げられて搬送される荷物の荷捌方法であって、前記無人飛行体は、目的地の目的地座標に到達すると、前記荷物が着地する荷捌き高度まで下降させた後、前記目的地座標に近接して設置されたポートのポート座標まで移動し、前記無人飛行体が前記ポート座標まで水平移動した後に、前記ポートに待機していた作業員が荷捌き作業を行う。
さらに、本発明の荷捌方法において、前記ポートは、仮設設置された足場である。

本発明によると、ポートによって無人飛行体と作業員との接触リスクを低減することができるため、ホバリング中に安全に荷捌き作業を行うことができるという効果を奏する。

本発明に係る無人飛行体を用いた荷捌き方法を説明する説明図である。 本発明に係る無人飛行体を用いた荷捌き方法を説明する説明図である。 本発明に係る無人飛行体の構成を示すブロック図である。 図３に示す操縦端末に設けられた表示部の表示例を示す図である。

次に、本発明を実施するための形態（以下、単に「実施形態」という）を、図面を参照して具体的に説明する。

本実施形態の無人飛行体１は、図１及び図２を参照すると、目的地の座標（緯度・経度）Ｘと、ポート５０の座標（緯度・経度）Ｙとの間を、荷捌き高度Ｈを維持した状態で水平移動を行う。図１及び図２において、（ａ）は無人飛行体１を側方から見た図であり、（ｂ）は無人飛行体１を上空から見た図である。本実施形態は、荷物２を吊り下げる繊維ロープ、ワイヤーロープ、チェーン、テープ等のひも状部材をロープ３と総称する。

（荷捌き動作）
目的地の座標Ｘまで到着すると、無人飛行体１は、図１に示すように、荷物２が着地する荷捌き高度Ｈまで高度を下げる。

荷捌き高度Ｈは、ロープ３のロープ長Ｌと、目的地の座標Ｘとポート５０の座標Ｙとの離隔距離Ｗと、水平方向の誤差Ｅ_ｈ（ｍ）と、鉛直方向の誤差Ｅ_ｖ（ｍ）と基づいて算出される。水平方向の誤差Ｅ_ｈは、無人飛行体１による座標の検出誤差や制御誤差である。鉛直方向の誤差Ｅ_ｖは、無人飛行体１による高度の検出誤差や制御誤差である。

荷捌き高度Ｈは、｛Ｌ^２－（Ｗ＋Ｅ_ｈ）^２｝＾^{（１/２）}－Ｅ_ｖを基準高度Ｈ_０として算出し、例えば、予め設定された値を減算したり、予め設定された１未満の係数を乗算したりすることで、基準高度よりも低く算出された値である。これにより、無人飛行体１が荷捌き高度Ｈまで高度を下げることで、ロープ３は、たるんだ状態となる。

次に、無人飛行体１は、図２に示すように、荷捌き高度Ｈを維持した状態で、目的地の座標Ｘからポート５０の座標Ｙまで水平移動を行う。この水平移動でも、ロープ３は、たるんだ状態が維持される。

ポート５０は、無人飛行体１の地面への墜落を防ぐ天板５１を備え、天板５１の下部が作業員の待機・退避スペースとなっている構造物である。ポート５０は、無人飛行体１の着陸を想定する必要がなく、作業員が待機・退避できる最低限のスペースが確保できれ良い。従って、ポート５０は、サイズが小さくて良く、施工費や維持管理費用を抑えることができる。また、天板５１の形状や材質には、特に制限はない。

ポート５０は、例えば、くさび緊結式足場や枠組足場等の足場等を使用した仮設構造物として設置できる。仮設構造物とすることで、ポート５０は、単に移動でき、且つ撤去も容易なため、邪魔になれば簡単に移動することができる。

本実施形態のポート５０は、目的地（荷捌き作業として荷積み・回収・交換を行う箇所）の方向にブランケット足場等で構成された庇５２が設けられている。庇５２を設けることで、天板５１を支える脚５３等の支持部材に邪魔されることなく、庇５２の下部に出入りでき、荷捌きの作業性や退避の際の安全性が向上する。庇５２は、固定でもスライド式でも良い。

作業員は、無人飛行体１がポート５０の座標Ｙの上空に到達するまで、ポート５０（天板５１・庇５２の下部）に待機し、無人飛行体１との接触リスクを回避する。無人飛行体１がポート５０の座標Ｙの上空に到達してホバリングしている状態で、作業員は、ポート５０から出て荷捌き作業を行い、荷物２を回収・交換する。なお、無人飛行体１が空荷でポート５０に飛来した場合には、荷捌き作業として荷物２の荷積みのみを行う。

荷捌き作業が終了すると、作業員は、再びポート５０に退避し、送信端末６０を用いてホバリングしている無人飛行体１に作業終了通知を送信する。送信端末６０は、作業終了通知を無人飛行体１に送信する機能を有する専用の端末であっても良く、無人飛行体１の操縦機能等のその他の機能を有する兼用端末（例えば、通知を受けた操縦者が操縦端末から送信）であっても良い。

作業終了通知を受信した無人飛行体１は、荷捌き高度Ｈを維持した状態で、荷捌き高度Ｈを維持した状態で、ポート５０の座標Ｙから目的地の座標Ｘまで水平移動を行う。この水平移動でも、ロープ３は、たるんだ状態が維持され、無人飛行体１は、図１に示すように、ロープ３がたるんだ状態で荷物２（目的地の座標Ｘ）の鉛直上方に位置することになる。また、無人飛行体１がポート５０の座標Ｙもしくは目的地の座標Ｘに到達した時刻から予め設定された時間が経過した場合に、無人飛行体１が作業終了を認識しても良い。

次に、無人飛行体１は、ロープ３のロープ長Ｌ以上の高度まで十分に鉛直上昇した後、設定された次の目的地に向けて飛行を開始する。なお、荷捌き作業で荷物２の回収のみを行った場合でも、無人飛行体１を目的地の座標Ｘまで水平移動されることで、ロープ３がポート５０に絡まってしまうことを予防できる。

以上の荷捌き作業において、無人飛行体１の水平移動は、ロープ３がたるんだ状態で行われる。従って、無人飛行体１にロープ３から鉛直方向以外の力が作用することなく、無人飛行体１の墜落リスクが低減される。

無人飛行体１は、図３を参照すると、複数のロータユニット４と、送受信部５と、座標検出部６と、高度検出部７と、方位検出部８と、電子スピードコントローラ（以下、ＥＳＣと称す）９と、フライトコントローラ（以下、ＦＣと称す）１０と、を備える。また、無人飛行体１は、これらの構成に電源を供給する図示しないバッテリを搭載している。

ロータユニット４は、モータ４１と、ロータ４２と、を備える。回転翼であるロータ４２は、モータ４１の回転軸に取り付けられ、モータ４１の回転駆動に伴って回転する。ロータ４２の回転によって揚力が発生し、無人飛行体１は、飛行可能となる。

送受信部５は、パソコン等の情報処理装置からなる管理端末２０から送信される飛行ルート・離着陸時の条件設定等の各種飛行情報や、プロポ等のラジコンの操縦端末３０からの各種操縦情報を受信する機能を有している。送受信部５の通信方法は、特に制限はない。

座標検出部６は、無人飛行体１の現在位置（緯度・経度）を検出する。高度検出部７は、無人飛行体１の現在高度を検出する。方位検出部８は、無人飛行体１の機体方向を検出する。座標検出部６、高度検出部７、方位検出部８はとしては、ＧＰＳ信号を使用するＧＰＳセンサ、レーザーあるいはミリ波を使用する距離センサ、気圧センサ、イメージセンサ、方位磁石等の各種センサを単体もしくは組み合わせで用いることができる。

ＥＳＣ９は、の制御によって、モータ４１の回転速度（回転数）を制御するコントローラである。

ＦＣ１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリ（flash memory）等を備えたマイクロコンピュータ等の情報処理部である。ＲＯＭには無人飛行体１の飛行を制御するための制御プログラムが記憶されている。ＥＳＣ９は、ＲＯＭに記憶されている制御プログラムを読み出し、制御プログラムをＲＡＭに展開させることで、無人飛行体１の飛行制御を行い、上述の離着陸動作を実行する。

ＦＣ１０は、各種の飛行情報を記憶する飛行情報記憶部１１、荷捌き高度Ｈを算出する荷捌き高度算出部１２として機能する。

飛行情報記憶部１１は、例えば、電源が切れても情報が保持されるラッシュメモリで構成される。飛行情報記憶部１１は、飛行ルートと、荷捌き情報と、を含む飛行情報が記憶される。

飛行ルートは、出発地の座標と、目的地の座標Ｘと、飛行経路及び指定高度と、を含む情報である。飛行ルートは、送受信部５によって管理端末２０や操縦端末３０から受信されたものが飛行情報記憶部１１に記憶される。

荷捌き情報は、目的地の座標Ｘと、離隔距離Ｗと、離間方向Ａと、ロープ３のロープ長Ｌと、を含む情報である。離隔距離Ｗは、目的地の座標Ｘとポート５０の座標Ｙの間の距離である。離間方向Ａは、目的地の座標Ｘからポート５０の座標Ｙに向けた方向である。

離隔距離Ｗ及び離間方向Ａは、送受信部５によって管理端末２０や操縦端末３０からポート５０の座標Ｙを受信し、ポート５０の座標Ｙと目的地の座標Ｘとから求めることができる。また、送受信部５によって管理端末２０や操縦端末３０から離隔距離Ｗ及び離間方向Ａを受信し、ポート５０の座標Ｙは、離隔距離Ｗ及び離間方向Ａと目的地の座標Ｘとから求めても良い。

また、荷捌き情報は、荷捌き高度Ｈを含む。荷捌き高度Ｈは、荷捌き高度算出部１２によって算出されたものが飛行情報記憶部１１に記憶される。

荷捌き高度算出部１２は、ロープ３のロープ長Ｌと、離隔距離Ｗと、水平方向の誤差Ｅ_ｈと、鉛直方向の誤差Ｅ_ｖと基づいて荷捌き高度Ｈを算出する。水平方向の誤差Ｅ_ｈは、座標検出部６における検出誤差及びＦＣ１０による水平方向の制御誤差である。鉛直方向の誤差Ｅ_ｖは、高度検出部７における検出誤差及びＦＣ１０による鉛直方向の制御誤差である。である。荷物２の大きさや形状によってロープ３の取り付け位置が異なるため、ロープ長Ｌにも誤差が生じるが、この誤差も水平方向の誤差Ｅ_ｈや鉛直方向の誤差Ｅ_ｖに含めると良い。

荷捌き高度算出部１２は、｛Ｌ^２－（Ｗ＋Ｅ_ｈ）^２｝＾^{（１/２）}－Ｅ_ｖを基準高度Ｈ_０として算出し、基準高度Ｈ_０から予め設定された値を減算、もしくは予め設定された１未満の係数を乗算することで、基準高度Ｈ_０よりも低い値の荷捌き高度Ｈを算出する。荷捌き高度算出部１２は、荷捌き高度Ｈの下限をポート５０の高さＨ_１として荷捌き高度Ｈを算出する。

荷捌き高度算出部１２は、管理端末２０に設けても良い。この場合、荷捌き高度Ｈは、送受信部５によって管理端末２０から受信されたものが飛行情報記憶部１１に記憶される。

ＦＣ１０は、飛行情報記憶部１１に記憶された各種の飛行情報に基づいて、無人飛行体１の飛行を制御する。これにより、無人飛行体１は、設定された飛行ルートでの飛行や、上述した離着陸動作を自律的に実行することができる。

無人飛行体１の飛行動作の一部もしくは全部は、操縦端末３０による操縦に切り換えることができる。上述した離着陸動作を操縦端末３０による操縦に切り換えた場合、無人飛行体１は、離隔距離Ｗ、離間方向Ａ及び荷捌き高度Ｈと、離着陸時の実動作情報とを操縦端末３０に送信し、操縦端末３０による操縦をアシストする。

離着陸時の実動作情報は、高度検出部７によって検出された現在高度を含む。また、離着陸時の実動作情報は、現在高度が荷捌き高度Ｈに到達（離陸時は上昇によって、着陸動作時は下降によって）した後に、座標検出部６によって検出された移動距離及び移動方向である。

図４は、操縦端末３０に設けられた表示部３１の一例である。表示部３１は、離隔距離Ｗ、離間方向Ａ及び荷捌き高度Ｈと、離着陸時の実動作情報とを並べて表示するアシスト表示欄を備える。これにより、操縦端末３０を操作する操作者は、離隔距離Ｗ、離間方向Ａ及び荷捌き高度Ｈに基づいて、無人飛行体１をポート５０の上空まで操縦し、荷捌き作業を安全に実行することができる。

以上説明したように、本実施形態は、複数の回転翼（ロータ４２）を備え、荷物２をロープ３によって吊り下げで搬送する無人飛行体１であって、現在位置を検出する座標検出部６と、現在高度を検出する高度検出部７と、座標検出部６及び高度検出部７による検出結果に基づいて飛行動作を制御するフライトコントローラ（ＦＣ）１０と、を備える。無人飛行体１は、目的地の目的地座標（座標Ｘ）に到達すると、荷物２が着地する荷捌き高度Ｈまで下降した後、座標Ｘに近接して設置されたポート５０のポート座標（座標Ｙ）まで移動する荷捌き動作を、ＦＣ１０の制御によってロープ３がたるんだ状態で実行する。
この構成により、ポート５０によって無人飛行体１と作業員との積極リスクを低減することができるため、ホバリング中に安全に荷捌き作業を行うことができる。

また、本実施形態において、荷捌き高度Ｈは、ロープ３のロープ長Ｌ、離隔距離Ｗ、水平方向の誤差Ｅ_ｈ、鉛直方向の誤差Ｅ_ｖを用いて、式｛Ｌ^２－（Ｗ＋Ｅ_ｈ）^２｝＾^{（１/２）}－Ｅ_ｖで算出した基準高度Ｈ_０よりも低く、且つポート５０の高さＨ_１よりも高い値に設定される。
この構成により、荷捌き動作時にロープ３が伸びきり、伸びきったロープ３から無人飛行体１に対して鉛直方向以外の強い力が作用することを防止できるため、荷捌き作業を安全に実行できる。

さらに、本実施形態において、無人飛行体１は、荷捌き作業の作業終了通知を受信すると、目的地の座標Ｘまで移動した後、ロープ３のロープ長Ｌ以上の高度まで上昇する。
この構成により、荷物２を吊り下げる際に、ロープ３から無人飛行体１に鉛直方向以外の強い力が作用することを防止できる。また、荷物２が接続されていない場合には、ロープ３がポート５０に絡まってしまうことを防止できる。

以上、実施形態をもとに本発明を説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせ等にいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

１ 無人飛行体
２ 荷物
３ ロープ
４ ロータユニット
５ 送受信部
６ 座標検出部
７ 高度検出部
８ 方位検出部
９ 電子スピードコントローラ（ＥＳＣ）
１０ フライトコントローラ（ＦＣ）
１１ 飛行情報記憶部
１２ 荷捌き高度算出部
２０ 管理端末
３０ 操縦端末
３１ 表示部
４１ モータ
４２ ロータ
５０ ポート
５１ 天板
５２ 庇
５３ 脚
６０ 送信端末

Claims (5)

1. 複数の回転翼を備え、荷物をロープによって吊り下げで搬送する無人飛行体であって、
   現在位置を検出する座標検出部と、
   現在高度を検出する高度検出部と、
   前記座標検出部及び前記高度検出部による検出結果に基づいて飛行動作を制御するフライトコントローラと、を備え、
   目的地の目的地座標に到達すると、前記荷物が着地する荷捌き高度まで下降した後、前記目的地座標に近接して設置されたポートのポート座標まで移動する荷捌き動作を、前記フライトコントローラの制御によって前記ロープがたるんだ状態で実行することを特徴とする無人飛行体。
2. 前記荷捌き高度は、前記ロープのロープ長をＬ、前記目的地座標と前記ポート座標との間の離隔距離をＷ、水平方向の誤差をＥ_ｈ、鉛直方向の誤差をＥ_ｖとそれぞれした場合、｛Ｌ^２－（Ｗ＋Ｅ_ｈ）^２｝＾^{（１/２）}－Ｅ_ｖよりも低く、且つ前記ポートの高さよりも高い値に設定されることを特徴とする請求項１に記載の無人飛行体。
3. 荷捌き作業の作業終了通知を受信すると、前記目的地座標まで移動した後、前記ロープの前記ロープ長以上の高度まで上昇することを特徴とする請求項２に記載の無人飛行体。
4. 複数の回転翼を備えた無人飛行体にロープで吊り下げられて搬送される荷物の荷捌方法であって、
   前記無人飛行体は、目的地の目的地座標に到達すると、前記荷物が着地する荷捌き高度まで下降させた後、前記目的地座標に近接して設置されたポートのポート座標まで移動し、
   前記無人飛行体が前記ポート座標まで水平移動した後に、前記ポートに待機していた作業員が荷捌き作業を行うことを特徴とする荷捌方法。
5. 前記ポートは、仮設設置された足場であることを特徴とする請求項４に記載の荷捌方法。

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