JP3223598U - 物品移送用ドローン - Google Patents

Abstract

【課題】自律飛行して、物品を確実に目的地まで届けることのできる物品移送用ドローンを提供する。【解決手段】物品移送用ドローン１は、機体本体２と、機体本体２の中心部から水平放射状に伸びる複数のロータアーム３と、ロータアーム３のそれぞれの先端に固定されて複数のプロペラを有するロータ４と、ロータ４毎に設けられるロータ駆動部５と、機体本体２の底面に設けられ物品を保持する物品保持装置と、を備える。ドローン１は、移動制御部によって、飛行条件入力部２２に入力される目的地の緯度経度と飛行高度とに基づく飛行経路で移動するよう、位置情報取得部が測定した緯度経度情報及び高度センサーで取得した測定情報に基づきロータ駆動部５のそれぞれを個別に制御され、目的地の緯度経度に到達すると放出制御部によって、物品保持装置による物品の保持を解除する制御を行う。【選択図】図２

Description

本考案は、物品を目的地まで移送して届ける物品移送用ドローンに関する。本明細書でドローンとは、無人の小型飛行体を意味する。

近年、ドローンは、ホビー用から産業用へと応用分野が広がってきている。中でも運送や測量・建設・土木、さらにはインフラ設備の監視等でドローンを活用した取り組みが活発となってきている。

インフラ設備の監視には、鉄塔の間の送電線への樹木や障害物との接触を監視するためにドローンを飛行させて、送電線を含む領域内の三次元形状を撮像する監視システムが知られている（例えば、特許文献１を参照）。同システムは、監視者から受け付けた撮像条件に基づき制御装置がドローンの飛行の制御プログラムを生成して、制御装置は遠隔操作でこのプログラムに従ってドローンを飛行させながら、目的の画像を撮像させるものである。

特開２０１８−１２９７１３号公報

しかしながら、ドローンを制御装置からの制御信号で飛行させる場合、遠方のときや、地形、建造物、樹木等による遮蔽がある場合にドローンが受信する信号レベルが減衰し低くなると、目的地まで飛ばせなくなる。特に、ドローンを利用して災害地に医薬品や食料などの救援物資を移送するとき、被災地の状況で地形、建造物、樹木等の遮蔽でドローンが受信する信号レベルが減衰し低くなり、ドローンが目的地まで飛行できないことが起きる。また、地震や火山噴火等の天災の発生、雨や風等の大気の状態を含む自然現象によっても信号レベル減衰し低くなる。

上記点から本考案は、遠隔操作を必要とせずに自律飛行して、物品を確実に目的地まで届けることのできる物品移送用ドローンを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本考案による物品移送用ドローンは、物品を目的地にまで移送する物品移送用ドローンであって、機体本体と、前記機体本体の中心部から水平放射状に伸びる複数のロータアームと、前記ロータアームのそれぞれの先端に固定されて複数のプロペラを有するロータと、前記ロータ毎に設けられるロータ駆動部と、前記機体本体の底面に設けられ前記物品を保持する物品保持装置と、飛行条件入力部と、出発指示スイッチと、地上との距離を測定する高度センサーと、ＧＰＳ受信部で受信したＧＰＳ信号から緯度経度情報を測定する位置情報取得部と、前記飛行条件入力部に入力される目的地の緯度経度と飛行高度とに基づく飛行経路で移動するよう、前記前記位置情報取得部が取得した緯度経度情報及び前記高度センサーで取得した測定情報に基づき前記ロータ駆動部のそれぞれを個別に制御する移動制御部と、前記目的地の緯度経度に到達すると前記物品保持装置による前記物品の保持を解除する制御を行う放出制御部と、を備える。

そして、前記移動制御部は、出発地の緯度経度に基づき前記ロータ駆動部のそれぞれの駆動を制御して帰還飛行させる。

加えて、前記移動制御部は、前記物品保持装置による前記物品の保持を解除したとき、前記ロータ駆動部のそれぞれを制御して帰還飛行させる。又は、帰還指示スイッチを備え、目的地での前記帰還指示スイッチの操作により前記駆動のそれぞれを制御して帰還飛行させてもよい。

ある実施形態では、前記物品保持装置は、それぞれの先端に受部を備える一対のアームをその中央で互いに交差させて回動自在に接合し、前記受部どうしを接近させたとき前記物品を保持するよう構成される。

この場合、前記アームは、それぞれが第1連結部材と第２連結部材とからなり、両方の前記第１連結部材の一端は共通の軸を介して回動自在に接合されて、他端をそれぞれの前記第２連結部材の一端に回動自在に軸支されており、両方の前記第２連結部材を互いの中央で交差させて回動自在に接合し、それぞれの先端に前記受部が形成されており、前記第１連結部材が前記共通の軸を支点にして離反又は接近するよう付勢することで、互いの前記受部が離反又は接近するよう構成することができる。

前記物品は保持部材に支持されているワイヤーで締結されており、前記物品保持装置は、前記受部接近させた状態で前記保持部材を係止する構成とすれば、物品を吊り下げて保持できるためドローンの本体内に物品保持部を設けずに済み、小型化が図れる。

また、前記機体本体の底面に設けた撮像装置による画像を送信する画像送信部を備えてもよい。さらに、前記位置情報取得部が取得した緯度経度情報を送信する飛行情報送信部を備えてもよい。

本考案による物品移送用ドローンは、緯度経度情報に基づき自動飛行する自律型ドローンであるから、ユーザーがドローンの飛行を制御するためのドローン送受信機（プロポコントローラー）を必要とせず低コストである。そして、ドローンの飛行範囲は指令の電波が届く範囲に限定されないため広範囲での物品移送が可能である。さらに、ユーザーはドローン送受信機の操作による飛行制御技術の習得を必要としないばかりか、操作ミスも起こらず安全性が高い。

本考案に係る物品移送用ドローンの側面図を示す。 図１の物品移送用ドローンの平面図を示す。 物品保持装置の構成図を示す。 図３の物品保持装置で物品をリリースした状態を示す。 図３の物品保持装置の要部の拡大図を示す。 図１の物品移送用ドローンのコントローラの構成をブロック図で示す。 飛行条件入力部の模式的な説明図を示す。 物品移送用ドローンの動作をフローチャートで示す。

以下、本考案を図面に基づき具体的に説明する。図１及び図２は、本考案の実施形態の物品移送用ドローン（以下、単に「ドローン」と称す）を側面図及び平面図でそれぞれ示しており、ドローン１は、機体本体２の中心から水平に放射状に延出する４つのロータアーム３が設けられて、各ロータアーム３は等間隔となるよう十字状に配置されている。ロータアーム３のそれぞれの端部には、回転軸にロータ４が固着された飛行駆動モータ５が各々取り付けられる。各ロータ４には、垂直方向への推進力を働かせるための２枚のプロペラの基端部がそれぞれ固設されている。

ロータアーム３、ロータ４及び飛行駆動モータ５の数は、図ではそれぞれ４個としているが、ドローンの規模や移送する物品の荷重等に応じて６個又はそれ以上とすることもできる。各飛行駆動モータ５は、それぞれロータアーム３内に敷設された配線を通じて、機体本体２内に配置された図示しないバッテリから給電される。そして、各飛行駆動モータ５は、隣り合う同士が異なる方向に回転するようにし、それぞれが独立して制御される。

機体本体２の底面には移送する物品を保持する物品保持装置６が設けられている。物品保持装置６は、一対のアーム７，８により物品を保持して、アーム７，８を開放することで物品をリリースする。

図３は、物品保持装置６の一実施例を示している。アーム7は、上辺７ａと下辺７ｂとが「く」の字形状に連続する形状を有しており、アーム８は、上辺８ａと下辺８ｂとが、アーム７とは対称の「く」の字形状に連続する形状を有している。そして、物品保持装置６は、アーム７，８を交差させて、それぞれの上辺７ａ，８ａが固定された軸１２により回動自在に共通に軸支されている。下辺７ｂ，８ｂの下端は、互いに対向するよう鉤状に屈曲形成してなる受部１４，１５が設けられている。

物品１０は、例えば被災地に届ける薬品や食料であり、保持部材１６に取り付けられたワイヤー１７により締結されている。そして、ドローン１がワイヤー１７で物品を吊り下げて移送するとき、ワイヤー１７は接近している受部１４，１５に挟持されると共に保持部材１６はその下面が受部１４，１５に係止されるため、物品１０は物品保持装置６により吊り下げ保持される。

物品保持装置６は、図５に詳細に示すように、上辺７ａを貫通して先端部１８ａが上辺８ａに設けた凹部１１に枢着される円筒ウォーム１８を備える。そして、上辺７ａの円筒ウォーム１８が貫通する貫通孔１３の内壁には、円筒ウォーム１８のネジ歯と噛み合う内歯が形成されている。円筒ウォーム１８は、保持装置駆動モータ１９の駆動により図示しないウォームホイールが正転又は逆転することで、ウォームホイールと噛み合う円筒ウォーム１８は回動しながら水平方向に往復移動する。

図３の物品１０を吊り下げ保持している状態から、保持装置駆動モータ１９の駆動により円筒ウォーム１８が矢印方向に移動すると、図４に示すように、アーム７，８は軸１２を支点にして、それぞれが時計方向と反時計方向とに回動して、受部１４，１５が開放し保持部材１６の係止が外れる。よって、物品１０は保持部材１６及びワイヤー１７ごと物品保持装置６からリリースされる。

図６は、ドローン１のコントローラ２０の構成をブロック図で示している。コントローラ２０は、飛行制御部２１と、飛行条件入力部２２と、出発指示スイッチ２３と、帰還指示スイッチと、地面からの距離を測定する高度センサー２５と、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ受信部２６を備える。

飛行条件入力部２２は、機体本体２の上部に表示器２２ａとキー入力部２２ｂとを配置している。ユーザーは、ドローン１で物品１０を移送するとき、その目的地の緯度経度情報と飛行高度情報を飛行条件入力部２２に入力する。図７に示すように、キー入力部２２ｂは、経度・緯度・高度の入力をそれぞれ指定するための各項目キーと、入力キーと、テンキーと、を備えて、ユーザーは各項目キーで経度・緯度、高度をそれぞれ指定すると、その項目が表示器２２ａに表示され、続いて、テンキーによりその数値を入力した後、入力キーを操作することで飛行条件が飛行制御部２１に入力される。同図は「緯度」の項目キーが操作されたときを示しており、表示器２２ａには「北緯」、度、分、秒が表示されて、ユーザーはそれぞれの数値をテンキーで入力する。

飛行制御部２１は、各飛行駆動モータ５の駆動を制御してドローン１の飛行を制御すると共に、保持装置駆動モータ１９を駆動させて、物品保持装置６による物品１０の保持とリリースを制御する。

飛行制御部２１は、ＣＰＵ、稼働時のワークメモリ領域であるＲＡＭ、本発明特有の機能を実現するプログラム等を記憶したＲＯＭで構成されて、ＣＰＵがこのプログラムを実行することにより、飛行経路生成部２１ａ、移動制御部２１ｂ、位置情報取得部２１ｃ及び放出制御部２１ｄの各機能を実現する。

飛行経路生成部２１ａは、出発地の緯度経度と飛行条件入力部２２に入力された目的地の緯度経度との両地点の間を直線で結ぶ飛行経路を生成する。

移動制御部２１ｂは、前記ＧＰＳ受信部で取得した緯度経度情報及び高度センサー２５で取得した測定情報に基づいて、緯度、経度、飛行高度を算出しながら各飛行駆動モータ５の駆動を制御する。よって、移動制御部２１ｂは、各飛行駆動モータ５の回転速度をそれぞれ調整することで、ホバリング、前進、旋回等を行わせながら、飛行経路に沿って、ドローン１を目的地まで移動させる。

位置情報取得部２１ｃは、ＧＰＳ受信部２６が衛星から受信したＧＰＳ信号に基づいてドローン１の緯度、経度、高度を測定する。

放出制御部２１ｄは、保持装置駆動モータ１９の駆動を制御するもので、位置情報取得部２１ｃが目的地への到達を検知したとき物品保持装置６の受部１４，１５が開放するよう保持装置駆動モータ１９を駆動する。

上記構成によるドローン１の動作を、図８のフローチャートを参照して説明する。先ずユーザーにより物品１０を締結しているワイヤー１７の保持部材１６を受部１４，１５に係止することで、物品をドローン１にセットする（ステップＳ１）。このとき、放出制御部２１ｄは、アーム7，８の受部１４，１５を接近させる方向に円筒ウォーム１８が移動するよう保持装置駆動モータ１９を駆動する。

次に、ユーザーは、物品１０を届ける目的地の緯度経度と飛行高度とを飛行条件入力部２２に入力する（ステップＳ２）。飛行高度は、出発地と目的地との間の障害の高さに応じて決められる。

続いて、ユーザーにより出発指示スイッチ２３がオンされると（ステップＳ３）、飛行経路生成部２１ａは、位置情報取得部２１ｃがＧＰＳ受信部２６で受信しているＧＰＳ信号から位置情報取得部２１ｃで取得している現在地（出発地）の緯度経度と、飛行条件入力部２２に入力された目的地の緯度経度情報とから直線の飛行経路を生成する（ステップＳ４）。

移動制御部２１ｂは、この飛行経路に沿ってドローン１を飛ばすために、各飛行駆動モータ５をそれぞれ駆動すると共にその回転速度を調整する（ステップＳ５）。各飛行駆動モータ５は、隣り合う同士が異なる方向に回転するように、それぞれが独立して制御される。本例のように４つのロータ４を備える場合の各飛行駆動モータ５の回転方向は、同じ対角線上にあるロータ４の回転方向が時計回りであれば、別の対角線上のロータ４の回転方向を反時計回りとすることで、ドローン１はプロペラから揚力を得て空中に浮かぶ。例えば、出発地の地上にある状態から、各飛行駆動モータ５の回転速度を上げていき指定された高度に達すると回転速度を一定に保ちホバリングさせる。

そして、ドローン１を目的地に向けて飛行させるには、移動制御部２１ｂは、目的地に向けて前方に位置している２つのロータ４の回転を速くすることで、前方のロータ４のプロペラからの揚力と後方のロータ４のプロペラからの揚力とに差が生じてドローン１は前進する。

この飛行中、移動制御部２１ｂは、位置情報取得部２１ｃが取得する現在地の緯度経度が飛行経路に沿っているかを判別し、風などの原因で飛行経路がずれて左又は右に飛行方向を転換させるときには、左側又は右側の２つのロータ４の回転数を上げることで飛行方向を飛行経路に合わせる。また、移動制御部２１ｂは、高度センサーにより飛行高度が上下したことを検知すると、それに応じて４つのロータ４の回転数を同時に速くしたり遅くしたりすることで飛行高度を調整する。

そして、位置情報取得部２１ｃが目的地の緯度経度にまでドローン１が到達したことを検知すると、移動制御部２１ｂは、各ロータ４の回転速度を同じにしてドローン１をホバリングさせると共に、放出制御部２１ｄは、アーム7，８のそれぞれの受部１４，１５を離反させる方向に円筒ウォーム１８が移動するよう保持装置駆動モータ１９を駆動する（ステップＳ６）。これにより物品保持装置６の受部１４，１５による保持部材１６の係止が外れて物品１０はリリースされる。

このように、飛行高度を保ったまま目的地の上空で物品１０をリリースしてもよいが、各ロータ４の回転速度を遅くしてドローン１を下降させた状態或いはドローン１を着陸させた状態で物品１０をリリースすることもできる。

物品１０をリリースすると、移動制御部２１ｂは、同じ飛行経路を同じ飛行高度で逆に辿って出発地に帰還するよう、各飛行駆動モータ５をそれぞれ駆動する。尚、本例でのドローン１は帰還指示スイッチ２４を備えるために、着陸させて物品１０をリリースしたとき、物品受取者が帰還指示スイッチ２４をオンしてドローン１を帰還させることもできる。

以上詳述したように、本考案に係る物品移送用ドローン１は、ＧＰＳ受信部を備えて、緯度経度情報に基づき自動飛行する自律型ドローンであるが、従来のＧＰＳを準天頂軌道の衛星から送信される信号で補完するシステムが採用されれば、極めて高い精度で物品１０を届けることができ、被災地への薬品や食料などの救援物資の移送に効果を発揮する。

また、ドローン１は、通信部を備えて飛行中に測定した緯度経度情報を出発地のユーザーの端末に送信することができる。また、機体本体２の底面にカメラを配置して飛行中に撮影した画像をユーザーの端末に送信する構成も可能である。

１ 物品移送用ドローン
２ 機体本体
３ ロータアーム
４ ロータ
５ ロータ駆動部
６ 物品保持装置
７ アーム
８ アーム
１４ 受部
１５ 受部
１６ 保持部材
１７ ワイヤー
２１ｂ 移動制御部
２１ｃ 位置情報取得部
２１ｄ 放出制御部
２３ 出発指示スイッチ
２５ 高度センサー
２６ ＧＰＳ受信部

Claims (8)

1. 物品を目的地にまで移送する物品移送用ドローンであって、
   機体本体と、
   前記機体本体の中心部から水平放射状に伸びる複数のロータアームと、
   前記ロータアームのそれぞれの先端に固定されて複数のプロペラを有するロータと、
   前記ロータ毎に設けられるロータ駆動部と、
   前記機体本体の底面に設けられ前記物品を保持する物品保持装置と、
   飛行条件入力部と、
   出発指示スイッチと、
   地上との距離を測定する高度センサーと、
   ＧＰＳ受信部で受信したＧＰＳ信号から緯度経度情報を測定する位置情報取得部と、
   前記飛行条件入力部に入力される目的地の緯度経度と飛行高度とに基づく飛行経路で移動するよう、前記位置情報取得部が取得した緯度経度情報及び前記高度センサーで取得した測定情報に基づき前記ロータ駆動部のそれぞれを個別に制御する移動制御部と、
   前記目的地の緯度経度に到達すると前記物品保持装置による前記物品の保持を解除する制御を行う放出制御部と、
   を備える物品移送用ドローン。
2. 前記移動制御部は、出発地の緯度経度に基づき前記ロータ駆動部のそれぞれの駆動を制御して帰還飛行させることを特徴とする請求項１に記載の物品移送用ドローン。
3. 前記移動制御部は、前記物品保持装置による前記物品の保持を解除したとき、前記ロータ駆動部のそれぞれを制御して帰還飛行させる請求項２に記載の物品移送用ドローン。
4. 帰還指示スイッチを備え、目的地での前記帰還指示スイッチの操作により前記駆動のそれぞれを制御して帰還飛行させる請求項２に記載の物品移送用ドローン。
5. 前記物品保持装置は、それぞれの先端に受部を備える一対のアームをその中央で互いに交差させて回動自在に接合し、前記受部どうしを接近させたとき前記物品を保持するよう構成される請求項１に記載の物品移送用ドローン。
6. 前記物品は保持部材に支持されているワイヤーで締結されており、前記物品保持装置は、前記受部接近させた状態で前記保持部材を係止することで前記物品を保持する請求項５に記載の物品移送用ドローン。
7. 前記機体本体の底面に設けた撮像装置による画像を送信する画像送信部を備えることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の物品移送用ドローン。
8. 前記位置情報取得部が取得した緯度経度情報を送信する飛行情報送信部を備えることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の物品移送用ドローン。

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