JP6680450B1

JP6680450B1 - 無人飛行体用給電システムおよび無人給電車両

Info

Publication number: JP6680450B1
Application number: JP2019030578A
Authority: JP
Inventors: 絢介甲斐
Original assignee: Mitsubishi Logisnext Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Logisnext Co Ltd
Priority date: 2019-02-22
Filing date: 2019-02-22
Publication date: 2020-04-15
Anticipated expiration: 2039-02-22
Also published as: JP2020137331A

Abstract

【課題】無人飛行体の稼働時間を向上でき、かつ、マイクロ波で効率良く給電できる無人飛行体用給電システムおよび無人給電車両を提供する。【解決手段】無人飛行体用給電システム２は、無人飛行体であるドローン３０と、ドローン３０のバッテリに対して給電する無人給電車両５０とを備える。無人給電車両５０は、指向性を有しておりマイクロ波を送る給電アンテナを備え、ドローン３０は、マイクロ波を受ける受電アンテナを備える。無人給電車両５０およびドローン３０は、給電アンテナまた受電アンテナの向きを調整するアンテナ方向調整装置を備え、アンテナ方向調整装置は、ドローン３０と無人給電車両５０との位置関係に基づいて、給電アンテナまたは受電アンテナの向きを調整する。【選択図】図１

Description

本発明は、無人飛行体に対して給電する無人飛行体用給電システムおよび無人給電車両に関するものである。

一般的に、フォークリフト等の荷役車両は、所定の荷積場所まで走行する動作、荷積場所で荷物を取る動作、荷物を保持した状態で荷積場所から所定の荷降場所まで走行する動作、および、荷降場所で荷物を置く動作を行う。

また、荷役車両の動作を支援するように構成された小型の無人飛行体の研究開発が行われている。荷役車両の動作を支援する無人飛行体として、例えば特許文献１には、荷物を取る動作を支援するための撮像装置を備えたものが記載されている。

特開２０１７−３６１０２号公報

ところで、内蔵バッテリの充電容量が少ない無人飛行体は長時間にわたって飛行することができないため、無人飛行体の稼働時間を向上させることを目的として、飛行中の無人飛行体に対して無線（マイクロ波）で給電することが求められている。

しかしながら、マイクロ波により給電を行う場合には、効率良く給電することができないおそれがあった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、無人飛行体の稼働時間を向上でき、かつ、効率良く給電できる無人飛行体用給電システムおよび無人給電車両を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、荷役または荷役の支援を行う無人飛行体と、前記無人飛行体のバッテリに対して給電を行う無人給電車両とを備え、前記無人給電車両は、指向性を有しておりマイクロ波を送る給電アンテナと、当該無人給電車両の位置を推定する車両位置推定部と、当該無人給電車両の姿勢を推定する車両姿勢推定部と、当該無人給電車両の位置情報を送信するとともに前記無人飛行体の位置情報を受信する車両側無線通信部と、前記給電アンテナの向きを調整するアンテナ方向調整装置としての給電アンテナ調整装置とを備え、前記無人飛行体は、前記マイクロ波を受ける受電アンテナと、当該無人飛行体の位置を推定する飛行体位置推定部と、当該無人飛行体の姿勢を推定する飛行体姿勢推定部と、当該無人飛行体の位置情報を送信するとともに前記無人給電車両の位置情報を受信する飛行体側無線通信部と、前記受電アンテナの向きを調整するアンテナ方向調整装置としての受電アンテナ調整装置とを備え、前記給電アンテナ調整装置は、前記無人飛行体と前記無人給電車両との位置関係を示す前記無人給電車両の位置の推定結果および受信した前記無人飛行体の位置情報と、前記無人給電車両の姿勢の推定結果とに基づいて、前記給電アンテナの向きを調整し、前記受電アンテナ調整装置は、前記無人飛行体と前記無人給電車両との位置関係を示す前記無人飛行体の位置の推定結果および受信した前記無人給電車両の位置情報と、前記無人飛行体の姿勢の推定結果とに基づいて、前記受電アンテナの向きを調整することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の無人飛行体用給電システムにおいて、前記無人給電車両は、前記無人飛行体に追従して移動することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の無人飛行体用給電システムにおいて、前記無人給電車両は、荷役を行う荷役車両を兼ねていることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、無人飛行体のバッテリに対して給電を行う無人給電車両であって、指向性を有しておりマイクロ波を送る給電アンテナと、前記無人給電車両の位置を推定する車両位置推定部と、前記無人給電車両の姿勢を推定する車両姿勢推定部と、前記無人飛行体の位置情報を受信する無線通信部と、前記無人飛行体と前記無人給電車両との位置関係を示す前記無人給電車両の位置の推定結果および受信した前記無人飛行体の位置情報と、前記無人給電車両の姿勢の推定結果とに基づいて、前記給電アンテナの向きを調整するアンテナ方向調整装置としての給電アンテナ調整装置とを備えていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の無人給電車両において、前記無人飛行体に追従して移動することを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項４または５に記載の無人給電車両において、荷役を行う荷役車両を兼ねていることを特徴とする。

本発明によれば、無人飛行体の稼働時間を向上でき、かつ、マイクロ波で効率良く給電できる無人飛行体用給電システムおよび無人給電車両を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る無人飛行体用給電システムを示す概要図である。同実施形態に係る無人飛行体の上方に設けられたマーカーの一例を示す模式図である。同実施形態に係る無人飛行体の概略構成を示すブロック図である。同実施形態に係る無人給電車両の概略構成を示すブロック図である。

図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。図１は、無人搬送システム１および無人飛行体用給電システム２の概略構成を示している。
図１に示すように、無人搬送システム１は、少なくとも１台の無人搬送車両１０（以下、「搬送車両１０」）と、複数台のドローン３０とにより構成されている。また、無人飛行体用給電システム２は、ドローン３０と、少なくとも１台の無人給電車両５０（以下、「給電車両５０」）とにより構成されている。

搬送車両１０は、フォークＦとレーザースキャナＳとを備えたレーザー式無人フォークリフトであって、荷役を行う荷役車両である。レーザースキャナＳは、レーザーを水平に３６０°回転しながら送信し、反射板Ｒで反射されたレーザーを受信する。搬送車両１０は、レーザースキャナＳによるレーザーの受信結果に基づいて、レーザーを反射した３つ以上の反射板Ｒを認識し、レーザースキャナＳから反射板Ｒまでの距離と反射板Ｒの方角（方位）とを算出する。また、搬送車両１０は、ドローン３０と無線で通信し、ドローン３０の位置情報を受信する。そして、搬送車両１０は、反射板Ｒまでの距離および反射板Ｒの方角の算出結果と、その反射板Ｒを備えているドローン３０の位置情報とに基づいて、屋内における搬送車両１０の位置を推定し、搬送車両１０の位置の推定結果（搬送車両１０の位置情報）に基づいて、所定の経路に沿って移動する。

ドローン３０は、搬送車両１０による荷役の支援を行う無人飛行体であり、内部電源としてのバッテリ３１（図３参照）を備えている。ドローン３０は、レーザーを反射する反射板Ｒを備えており、反射板Ｒが所定の高さに配置されるように、所定の高さを維持しながら飛行する。また、ドローン３０は、天井Ｃに設けられたマーカーＭ（図２参照）を撮影するカメラ（図示略）を備えており、マーカーＭの認識結果に基づいて、ドローン３０の位置を推定し、ドローン３０の位置の推定結果（ドローン３０の位置情報）を送信する。ドローン３０の詳しい構成は、図３を参照して説明する。

給電車両５０は、ドローン３０のバッテリ３１に対して給電を行う移動体である。給電車両５０は、天井Ｃに設けられたマーカーＭ（図２参照）を撮影するカメラ（図示略）を備えており、マーカーＭの認識結果に基づいて、給電車両５０の位置を推定し、給電車両５０の位置の推定結果（給電車両５０の位置情報）を送信する。給電車両５０の詳しい構成は、図４を参照して説明する。

図２は、天井Ｃに設けられたマーカーＭの一例を示している。
図２に示すように、複数のマーカーＭは、直交するＸ方向およびＹ方向において、互いに間隔をあけて設けられており、異なる形状（外形）および模様を有している。すなわち、屋内における位置に応じてマーカーＭの各々は特徴を有しており、各マーカーＭは、屋内における位置情報を示している。

図３は、ドローン３０の概略構成を示すブロック図である。
図３に示すように、ドローン３０は、バッテリ３１と、受電アンテナ３２と、飛行体位置推定部３３と、無線通信部３４と、飛行制御部３５と、飛行体姿勢推定部３６と、アンテナ方向調整装置３７とを備えている。

バッテリ３１は、充電可能な二次電池により構成されており、ドローン３０の各部に電力を供給する。バッテリ３１の蓄電量は、ドローン３０の各部へ電力を供給することによって減り、給電車両５０から供給された電力を蓄えることによって増える。

受電アンテナ３２は、指向性を有しており、給電車両５０から送られたマイクロ波を受けるレクテナ（図示略）により構成されている。受電アンテナ３２は、マイクロ波を直流電流に変換し、その電流をバッテリ３１に送る。受電アンテナ３２の向きは調整可能に構成されており、受電アンテナ３２の向きが変化することによってマイクロ波の受電効率が変化する。

飛行体位置推定部３３は、ドローン３０の上方の撮影結果に基づいて、ドローン３０の上方に位置するマーカーＭを認識し、そのマーカーＭの特徴的情報（例えば形状、模様、周囲の他のマーカーＭまでの距離等）に基づいて、屋内におけるドローン３０の位置を推定する。

無線通信部３４は、搬送車両１０および給電車両５０と無線で通信し、各種の情報を送受信する。具体的には、例えば、無線通信部３４は、ドローン３０の位置の推定結果をドローン３０の位置情報として搬送車両１０および給電車両５０に送信し、バッテリ３１の蓄電量の情報を給電車両５０に送信し、給電車両５０の位置情報を受信する。また、ドローン３０が備える無線通信部３４は、他のドローン３０と無線で通信し、ドローン３０の位置の推定結果をドローン３０の位置情報として他のドローン３０に送信し、他のドローン３０の位置情報を受信する。

飛行制御部３５は、ドローン３０の位置の推定結果と、他のドローン３０の位置情報とに基づいて、ドローン３０の飛行を制御する。具体的には、飛行制御部３５は、ドローン３０同士が衝突しないようにドローン３０を制御する。

飛行体姿勢推定部３６は、飛行制御部３５によるドローン３０の飛行制御に基づいて、ドローン３０の姿勢（向き）を推定する。

アンテナ方向調整装置３７は、ドローン３０の位置の推定結果と、ドローン３０の姿勢の推定結果と、給電車両５０の位置情報とに基づいて、受電アンテナ３２の向きを調整する受電アンテナ調整装置である。アンテナ方向調整装置３７は、給電アンテナ５１からのマイクロ波を送るように、すなわち給電アンテナ５１の給電方向を受電アンテナ３２に向けるように、受電アンテナ３２の向きを調整する。

図４は、給電車両５０の概略構成を示すブロック図である。
図４に示すように、給電車両５０は、給電アンテナ５１と、車両位置推定部５２と、無線通信部５３と、走行制御部５４と、車両姿勢推定部５５と、アンテナ方向調整装置５６とを備えている。

給電アンテナ５１は、指向性を有しており、特定の送電方向にマイクロ波を送る送電アンテナにより構成されている。給電アンテナ５１は、バッテリ３１の蓄電量が所定量（例えば最大蓄電量の２０％）未満になったときにマイクロ波による送電を開始し、バッテリ３１の蓄電量が所定量（例えば最大蓄電量の９０％）以上になったときに送電を停止する。給電アンテナ５１の向きは調整可能に構成されており、給電アンテナ５１の向きが変化することによって、マイクロ波の送電方向が変化する。

車両位置推定部５２は、給電車両５０の上方の撮影結果に基づいて、給電車両５０の上方に位置するマーカーＭを認識し、そのマーカーＭの特徴的情報（例えば形状、模様、周囲の他のマーカーＭまでの距離等）に基づいて、屋内における給電車両５０の位置を推定する。

無線通信部５３は、ドローン３０と無線で通信し、各種の情報を送受信する。具体的には、例えば、無線通信部５３は、給電車両５０の位置の推定結果を給電車両５０の位置情報としてドローン３０に送信し、ドローン３０の位置情報およびバッテリ３１の蓄電量の情報を受信する。

走行制御部５４は、給電車両５０の位置の推定結果とドローン３０の位置情報とに基づいて、給電車両５０の走行を制御する。具体的には、走行制御部５４は、給電対象のバッテリ３１を備えたドローン３０に追従して移動するように給電車両５０を制御する。

車両姿勢推定部５５は、走行制御部５４による給電車両５０の走行制御に基づいて、給電車両５０の姿勢（向き）を推定する。

アンテナ方向調整装置５６は、給電車両５０の位置の推定結果と、給電車両５０の姿勢の推定結果と、ドローン３０の位置情報とに基づいて、給電アンテナ５１の向きを調整する給電アンテナ調整装置である。アンテナ方向調整装置５６は、給電アンテナ５１から飛行中のドローン３０に向けて強いマイクロ波を送るように、すなわち給電アンテナ５１の給電方向を受電アンテナ３２に向けるように、給電アンテナ５１の向きを調整する。

本実施形態においては以下の効果が得られる。
（１）給電車両５０が備えるアンテナ方向調整装置５６は、給電車両５０とドローン３０の位置関係に基づいて、給電アンテナ５１の向きを調整する。すなわち、アンテナ方向調整装置５６は、給電車両５０に対するドローン３０の相対的な位置に応じて、給電アンテナ５１の向きを調整する。このため、ドローン３０の相対的な位置に関係なく給電アンテナ５１の向きが固定された構成に比べて、給電アンテナ５１から飛行中のドローン３０に向けて強いマイクロ波を送ることができる。したがって、ドローン３０の稼働時間を向上でき、かつ、マイクロ波で効率良く給電できる。

（２）ドローン３０が備えるアンテナ方向調整装置３７は、給電車両５０とドローン３０の位置関係に基づいて、受電アンテナ３２の向きを調整する。すなわち、アンテナ方向調整装置３７は、ドローン３０に対する給電車両５０の相対的な位置に応じて、受電アンテナ３２の向きを調整する。このため、給電車両５０の相対的な位置に関係なく受電アンテナ３２の向きが固定された構成に比べて、給電アンテナ５１から送られたマイクロ波の受電効率を高めることができる。したがって、ドローン３０の稼働時間を向上でき、かつ、マイクロ波で効率良く給電できる。

（３）給電車両５０は、ドローン３０に追従して移動するため、移動中のドローン３０の近傍からマイクロ波を送ることができ、より効率良く給電できる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、上記構成を適宜変更することもできる。例えば、上記実施形態を、以下のように変更して実施してもよく、以下の変更を適宜組み合わせてもよい。

・マーカーＭを天井Ｃ以外の場所に設けてもよい。また、飛行体位置推定部３３がＧＰＳを用いてドローン３０の位置を推定するように構成してもよい。同様に、車両位置推定部５２がＧＰＳを用いて給電車両５０の位置を推定するように構成してもよい。

・搬送車両１０に代えて、レーザー誘導式無人フォークリフト以外の荷役車両を採用してもよい。すなわち、荷役車両は、例えば、フォークＦ以外の移載装置を備えた無人搬送車両や、移載装置を備えていない無人搬送車両であってもよく、磁気誘導式または画像認識方式の無人搬送車両であってもよい。

・給電車両５０が、搬送車両１０の機能を備えるように構成してもよい。すなわち、給電車両５０が、荷役を行う荷役車両を兼ねていてもよい。この構成によれば、給電車両５０は、この給電車両５０による荷役の支援を行うドローン３０に対して給電を行うことができる。

・ドローン３０に代えて、荷役を行う無人飛行体を採用してもよい。すなわち、無人飛行体が荷役車両による荷役の支援を行わず、無人飛行体自身が荷役を行うように構成してもよい。

１無人搬送システム
２無人飛行体用給電システム
１０無人搬送車両
３０ドローン（無人飛行体）
３１バッテリ
３２受電アンテナ
３７アンテナ方向調整装置（受電アンテナ調整装置）
５０無人給電車両
５１給電アンテナ
５６アンテナ方向調整装置（給電アンテナ調整装置）

Claims

荷役または荷役の支援を行う無人飛行体と、
前記無人飛行体のバッテリに対して給電を行う無人給電車両とを備え、
前記無人給電車両は、指向性を有しておりマイクロ波を送る給電アンテナと、当該無人給電車両の位置を推定する車両位置推定部と、当該無人給電車両の姿勢を推定する車両姿勢推定部と、当該無人給電車両の位置情報を送信するとともに前記無人飛行体の位置情報を受信する車両側無線通信部と、前記給電アンテナの向きを調整するアンテナ方向調整装置としての給電アンテナ調整装置とを備え、
前記無人飛行体は、前記マイクロ波を受ける受電アンテナと、当該無人飛行体の位置を推定する飛行体位置推定部と、当該無人飛行体の姿勢を推定する飛行体姿勢推定部と、当該無人飛行体の位置情報を送信するとともに前記無人給電車両の位置情報を受信する飛行体側無線通信部と、前記受電アンテナの向きを調整するアンテナ方向調整装置としての受電アンテナ調整装置とを備え、
前記給電アンテナ調整装置は、前記無人飛行体と前記無人給電車両との位置関係を示す前記無人給電車両の位置の推定結果および受信した前記無人飛行体の位置情報と、前記無人給電車両の姿勢の推定結果とに基づいて、前記給電アンテナの向きを調整し、
前記受電アンテナ調整装置は、前記無人飛行体と前記無人給電車両との位置関係を示す前記無人飛行体の位置の推定結果および受信した前記無人給電車両の位置情報と、前記無人飛行体の姿勢の推定結果とに基づいて、前記受電アンテナの向きを調整する
ことを特徴とする無人飛行体用給電システム。
前記無人給電車両は、前記無人飛行体に追従して移動する
ことを特徴とする請求項１に記載の無人飛行体用給電システム。
前記無人給電車両は、荷役を行う荷役車両を兼ねている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の無人飛行体用給電システム。
無人飛行体のバッテリに対して給電を行う無人給電車両であって、
指向性を有しておりマイクロ波を送る給電アンテナと、
前記無人給電車両の位置を推定する車両位置推定部と、
前記無人給電車両の姿勢を推定する車両姿勢推定部と、
前記無人飛行体の位置情報を受信する無線通信部と、
前記無人飛行体と前記無人給電車両との位置関係を示す前記無人給電車両の位置の推定結果および受信した前記無人飛行体の位置情報と、前記無人給電車両の姿勢の推定結果とに基づいて、前記給電アンテナの向きを調整するアンテナ方向調整装置としての給電アンテナ調整装置とを備えている
ことを特徴とする無人給電車両。
前記無人飛行体に追従して移動する
ことを特徴とする請求項４に記載の無人給電車両。
荷役を行う荷役車両を兼ねている
ことを特徴とする請求項４または５に記載の無人給電車両。