JP6713984B2 - ヘリポートを備えた搬送体 - Google Patents

Description

本発明は、ドローン用の移動型ヘリポートに関する。特に、原子力施設において事故が発生した場合、高濃度の放射能汚染場所など人間の立ち入り困難箇所の調査活動などに適した技術に関する。

被災直後の不安定で予測不能な状態の被災地の調査や探索を行う装置として、クローラ式走行用移動体が適している。本出願人は、無人走行移動体として特許文献１（特許第５５４２０９２号公報）、特許文献２（特許５６８４１００号公報）、特許文献３（特開２０１３−１１４３３０号公報）、特許文献４（特開２０１３−１１４３２２号公報）等を提案し、福島原発事故のような原子炉損傷、施設全体に破壊が及ぶ状況でも、現場を調査点検できる発明を提案している。

自律型マルチローターヘリ（一般に「ドローン」と称される）の活用が検討されており、趣味的使用から、運搬、撮影、調査など各種検討されている。原子力施設事故など危険な環境下では、操縦者が施設内に入って、目視でコントロールすることはできず、また、損壊している状況では、図面のみで自律飛行することはできないので、災害や事故現場では使用することが困難である。ドローンが事故施設や立ち入ることができない箇所を飛行して調査活動することができれば、走行体よりも広範囲に調査することができる。

特許第５５４２０９２号公報 特許第５６８４１００号公報 特開２０１３−１１４３３０号公報 特開２０１３−１１４３２２号公報

本発明は、高濃度放射能空間などの人間が立ち入ることが困難な原子力施設内などでも活動できるドローンの運用を実現することを目的とする。

本発明は、悪条件下でもドローンを現場に投入し、調査等を実現する無人走行移動体にドローン用のヘリポートを設けた搬送体である。

本発明は、次の構成を要旨とするものである。
１． 無人走行移動体と当該無人走行移動体の上面に設けられたドローン用ヘリポートを備えた搬送体であって、
無人走行移動体には、ドローン離着陸時には、プラットホームより下方に位置し、他の場合はプラットホームより上方に伸長した位置にある昇降可能な支柱を搭載していることを特徴とする搬送体。
２．有線通信装置を備えたことを特徴とする１．記載の搬送体。
３．ヘリポートは、離着陸面及び固定面となるプラットホームと回転軸を周辺部に設けた杆体を備えており、杆体はドローンの脚部を固定する構造であることを特徴とする１．又は２．記載の搬送体。
４．杆体を複数備えており、少なくとも杆体の１つには給電接点を有していることを特徴とする１．〜３．のいずれかに記載の搬送体。
５．杆体は、２本以上であって、該杆体は回動して先端が交差するように配置されており、少なくとも１本の杆体が案内突起を中間下方に有しており、該案内突起と係合する案内溝がプラットホームに設けられていることを特徴とする１．〜４．のいずれかに記載の搬送体。
６．無人走行移動体は、クローラ型駆動体であって、左右に配置された主クローラベルトと前後左右に設けられた回動する腕を備えたサブクローラを備えており、昇降可能なスキャナとドローン給電用の電池を搭載していることを特徴とする１．〜５．のいずれかに記載の搬送体。
７．スキャナは、ドローン離着陸時には、プラットホームより下方に位置し、他の場合はスキャナはプラットホームより上方に伸長した位置にあり、搬送体の周辺情報を収集し、ドローンの飛行情報として供給できることを特徴とする１．〜６．に記載の搬送体。

ヘリポート付き無人走行移動体を操縦者が立ち入り困難な場所に投入して、ドローンを活用することができるので行動範囲を広げることができる。高濃度放射能空間などの人間が立ち入ることが困難な原子力施設内などでも活動できるドローンの運用を実現することができる。
ドローンをしっかりと捕捉して運搬することが、不整地でもできる。ＧＰＳなどの誘導手段を活用できない環境下では、搬送体を有線手段で操縦することができる。ヘリポートに給電機能を持たせたので、ドローンの電池荷重を小さくして、調査機器などの搭載能力を大きくすることができ、かつ、充電をすることによりドローンの活動時間を長くすることができる。
人が立ち入ることが困難な環境下で与条件が不明な状況下でも、スキャナなどによって周辺環境情報を収集し、ドローンの自立飛行用の情報として提供する。
無人走行移動体はクローラ型に限らないが、本クローラ型の無人走行移動体は、階段等の障害物を乗り越えて移動することができ、無人走行体の収集情報に基づいて、ドローンが自立飛行することができ、相乗効果が高い。ヘリポートを持たない無人走行移動体をサポートとして、サポートから無線でヘリポート付き搬送体を操作することにより、より遠くの情報を収集することができる。

実施例の搬送体の斜視図。 実施例の搬送体の側面図。 プラットホームの例を示す平面図。 プラットホーム上の杆の移動を示す図。 杆の組合せ状態図。 ドローンの例。 搬送体の概略を示す図。 無人走行移動体の例。 無人走行移動体と搬送体の組合せの例。 ２本の杆の例を示す図。

１ ・・・搬送体
２ ・・・無人走行移動体
２１ ・・・主クローラ
２１Ｒ・・・右クローラベルト
２１Ｌ・・・左クローラベルト
２２ ・・・サブクローラ
２５ ・・・転倒防止バー
２６ ・・・センターベースバー

３、７ ・・・ヘリポート
３１ ・・・上板
３２ ・・・基盤
３３、７１、７２・・・杆体
３３ｔ ・・・トップ
３４、７４ ・・・案内溝
３５、７５ ・・・基端部
３６ ・・・モータ
３７、７７ ・・・突起
３８ ・・・軸
３９ ・・・リンク

４ ・・・スキャナ
４１ ・・・支柱
４５ ・・・カメラ
５ ・・・側面
６１ ・・・ケーブル
６２ ・・・ケーブルホルダー
７１ａ、７２ａ・・・直杆部
７１ｂ、７２ｂ・・・屈曲部
９ ・・・給電手段
９１ ・・・給電接点
９２ ・・・給電ケーブル

１００・・・搬送体
２００・・・無人走行移動体
２５０・・・通信ケーブル
３００・・・コントローラ
３０１・・・モニター
３０２・・・操作具
３５０・・・遮蔽体

Ｄ ・・・ドローン
ＤＬ ・・・脚部
Ｄｂ ・・・脚ベース
Ｄｂｓ・・・縁

本発明は、無人走行移動体の上面にドローン用ヘリポートを備えた搬送体である。ヘリポートには、ドローンを捕捉して、安定した走行ができる回動杆体を備え、この回動杆体に給電機能を持たせて、着陸した状態でドローンが充電できる構成としている。人が立ち入ることが困難な環境下で与条件が不明な状況下でも、搬送体に搭載したスキャナ等のセンサ機能によって収集した情報をドローンの自立飛行の情報として提供する基地機能を備えている。

無人走行移動体は、人が近づくことが出来ない環境下にドローンを移送する手段である。その形式は、ドローンの飛行条件によって相応しい移動手段を設計することができる。
タイヤで駆動するタイプやクローラ駆動するタイプ、モータ駆動、エンジン駆動、牽引タイプなど特に限定されるものではない。
厳しい環境として、原子力施設の事故を想定すると、施設内は閉鎖空間であり、施設内は混乱しており、ドローンはＧＰＳや施設設計図を使用することができず、そのままでは自立飛行ができない。このような環境下では、散乱している破損物や階段を昇降できる機能とドローンの飛行に必要な情報を提供する能力を備えている必要がある。
ここではこのような厳しい環境下でも活動できる無人走行移動体を例にとって説明することとする。原子力施設内等では無人走行移動体は有線手段を用いて操縦する。
なお、無人走行移動体でもサンプリングや撮影など被災地の情報を得ることはできるが、高い位置から情報を得ることは困難であるので、ドローンを活用することにより、広さの他高さによる情報を得ることができ、被災状況の把握能力が格段に向上する。

ヘリポートは、ドローンの離着陸に使用される条件を備えている。ドローンは野外では一般にＧＰＳを利用して、自律飛行することができる。本発明では、被災した工場やトンネルなど予測不能な環境下に投入して活動することができるようにする機能を備えている。
ヘリポートは、平坦なプラットホームと搬送体が移動してもドローンが落下することがないように着陸したドローンを捕捉している機能を備えている。さらに、無人走行移動体は、電力をドローンに供給できる設備を備え、ドローンの活動時間を確保できるようにする。

図面を参照して、本搬送体の例を説明する。
図７に、無人走行移動体２と当該無人走行移動体２の上面に設けられたドローン用ヘリポート３を備えた搬送体１の概略を示す。図７（ａ）は平面視であり、（ｂ）は側面視である。
無人走行移動体２はクローラタイプであり、ホイールインモータで駆動される例を示している。無人走行移動体は、左右に主クローラベルト２１Ｒ、２１Ｌ、前後左右の４角に腕状に回動するサブクローラ２２を備えている。機体中央部にセンターベースバー２６が設けられており、センターベースバー２６の上方にヘリポート３と伸縮可能なスキャナ４が設置されている。また、無人走行移動体は、その他、カメラ、ライトなど必要なセンサ類を搭載している。スキャナ４以外のセンサ類は、ヘリポートより上方に突出しないようにする。このクローラタイプの無人走行移動体は、前記した特許文献１〜４等に本出願人が既に提案した構造を採用することができる。さらにその後特願２０１４−０６６９８６号として提案した構造も採用することができる。
ヘリポート３は、ドローンが離着陸できる平面を備えた平板状に設けられている。スキャナ４は、ヘリポートより高く伸長した位置において、搬送体１の周辺状況を把握して、ドローンに対する飛行条件を供給する。ヘリポート３は、無人走行移動体２のセンサなど装備部材より高い位置に設け、離着陸の障害にならないようにする。スキャナ４も離着陸時にはヘリポートよりも低い位置に下降している。
なお、本発明のヘリポートを使用するドローンは、別途設計されるが、ヘリポートに適した離着陸可能な脚部を備えている。

［実施態様］
本発明の一実施態様の搬送体について図１、図２に示している。
無人走行移動体２と当該無人走行移動体２の上面に設けられたドローン用ヘリポート３を備えた搬送体１の概略図であり、図１は斜め前上方からみた斜視図、図２は側面図である。
無人走行移動体２は、左右に設けた主クローラベルト２１Ｒ、２１Ｌ、四隅に存在するサブクローラ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、側面５に転倒防止バー２５、機巾中央にセンターベースバー２６が設けられ、該センターベースバー上に前方及び後方カメラ４５ａ、４５ｂ、操縦用の通信ケーブル６１、スキャナ４、ヘリポート３等がその上に設けられている。
図２において、スキャナ４は上昇した位置に示しているが、支柱４１は伸縮して、ヘリポート３より低い位置に下降することができる。ヘリポート３は、センターベースバー２６から支柱を立てて、ケーブルホルダー６２などの設備より上方に設けられている。
ヘリポート３は、プラットホームの基盤３２とその上に設けたプラットホームの上板３１が設けられている。２段に設けたのは、基盤３２上に杆体３３の回動用の駆動機構を設けること、杆体３３の案内機構を設けるなどの空間を設けるためである。基盤あるいはプラットホームに凹部を設けてこれらの機構を設けるなど、適宜設定できることであり、基盤と上板の２重構造に限定されるものではない。
本実施態様では、ヘリポートの支持構造として、無人走行移動体の側面に支持部を設け、主クローラの上面に形成した基台を利用するように設計することもできる。この基台を利用して、ヘリポート以外にも有線操縦用のケーブルホルダーを含む有線操縦用の設備などの機器類を装備することができる。
ヘリポートは、基盤３２の上方に設けた上板３１の四隅に回転軸を設けた杆体３３を配置し、杆体は先端が互いに上下になって、組み手のような状態を構成する様に設置されている。図示の例では、上板３１に２本の杆体３３ａ、３３ｃの回動を案内する溝３４ａ、３４ｂが設けられている。杆体３３は基部側に設けられた駆動部によって回動されて、周辺部の待機位置からドローンの捕捉状態となる組み手位置まで回転することができる。杆体３３に設けられた下向きの突起部３７を案内溝３４に挿入して、回動させることにより、ブレを押さえることができる。突起部３７には抜止を設けて、捕捉機能を高めることができる。案内係合用の溝と突起は図示の２つに限らず、１つから複数任意に設けることができる。回動する杆体も１本から多数本設けることができる。
杆体には、ドローン用の給電用接点を設けることができ、ドローン充電機能も持たせることができる。この場合、無人走行移動体２には、供給用電池を搭載する。着脱が容易になるように側面５に収納部を設けて収納することができる。

［ヘリポートについて］
ヘリポートの構成例について図３〜５に示す。図３（ａ）にヘリポートの平面構成と図３（ｂ）に杆体の駆動部分を示している。
略四角形の上板３１の四隅に基端部を持つ杆体３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄを配置し、杆体の基端部側に回転軸を設け、各杆体は、周辺部に沿った待機位置からプラットホームの中央部の捕捉位置に向けて先端側を回動する構成となっている。
対向する２本の杆体が回動する軌跡に対応して、案内溝が上板３１の縁から中央部に向けて設けられており、杆体にこの溝に嵌入する突起が設けられており、突起にはＬ形などの抜止を形成する。この例では、案内溝が３４ａ、３４ｂ、杆体が３３ａ、３３ｃ、突起が３７ａ、３７ｂである。
４本の杆体は中央に回動した補足位置では、杆体の先端が上になるように直角に交わる構成となっている。組み手のような構成となり、捕捉したドローンの固定をしっかりとすることができる。そして、突起が溝に抜止状態に係合しているので、さらに固定効果が向上している。
また、杆体の基端部は回転軸３８よりも基端側がリンク３９によってモータ３６と連結している。杆体３３はモータ３６によって回動される。リンク３９は直角状態で杆体３３が捕捉位置となるように設定されており、捕捉状態が安定する。仮に、杆体３３に後退圧がかかってもリンク３９には回転モーメントが生じないので、安定性を保つことが容易である。
本例では、給電手段９として杆体３３ｃの先端に給電接点９１が設けられ、杆体３３ｃに沿って給電ケーブル９２が設けられている。給電接点は複数の杆体に設けることができ、ドローン側の受電用に接点の配置との関係で決めることができる。

杆体の回転運動を図４に模式している。
図４（ａ）は４本の杆体３３が周辺に沿った待機状態となっており、ドローンＤが中央部からはずれた場所に着陸するケースを想定している。
４本の杆体は中央部に向けて回動し、ドローンＤを中央部に向けて移動させ、図４（ｂ）に示される捕捉位置に固定することとなる。
このように、ドローンＤが中央からはずれた位置に着陸しても、中央部に移動させ、捕捉して安定させることができる。
なお、離陸に際しては、杆体を待機位置まで戻す。

図５に捕捉状態の例を拡大して示している。
杆体３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄの先端にはトップ部材３３ｔを段違いに取り付けられている。この段差によって、対向する杆体の上面に乗るように工夫されている。
ドローンの脚ベースＤｂの縁Ｄｂｓがドローン脚部ＤＬより外側に張り出すように形成されており、縁Ｄｂｓの上に杆体３３が載ることにより把持状態となっている。
ドローンＤの例の外観を図６に示す。本発明とは着陸用の設置脚部の構成と捕捉部の取り合いが整合することが求められる。
ドローンの脚部には受電用の接点が設けられており、４面に設けられていれば、杆体側の給電用接点は１箇所でも十分であり、受電用が直角に２面であれば給電用は対向に配置すれば、受給接点は結合することができる。

４本の杆体を例にして説明したが、本数は４本に限るものではなく、ドローンとの関係で捕捉が成立する構造であれば良い。形状は直線に限らず、曲がっていても良い。あるいはゴム体や輪状でも把持と開放ができるように構成する。
２本の杆体を備えたヘリポート７の例を図１０に示す。
ヘリポート７は、図３〜図５に図示されたヘリポート３と杆体以外の基本的には同じ構成である。
ヘリポート７には、２本の杆体７１、７２を備えている。杆体７１、７２は、屈曲部７１ｂ、７２ｂを備えている。杆体７１、７２はそれぞれの基端部７５ａ、７５ｂを中心にして回動する。回動終端で屈曲部７１ｂ、７２ｂの先端が他方の杆体７２、７１の直杆部７２ａ、７１ａと交差する。それらの先端は他方の直杆部に乗る状態で交差して、ドローンを捕捉する。杆体７１には、案内溝７４に嵌入する突起７７が設けられている。

［無人走行移動体について］
本発明に利用できる無人走行移動体は、前述したとおり、特に型式が限定されるものではないが、投入される環境によって限定される。
原子力施設など厳しい環境で活動できる例として、既に各特許文献に提案した例を使用することができる。これらの特許文献に開示した無人走行移動体は破損した原子力施設内で活動した実績を備えており、これをベースにヘリポートと伸縮するスキャナを配置した。ドローンを搭載した状態での傾動を制限するために側面に転倒防止バーを追加した。無人走行移動体の走行に伴いこのバーの巾の範囲に障害物があった場合、バーがストッパーになってドローンに障害物が接触することを防止する機能も果たす。
図８に示す無人走行移動体は、特許文献２（特許５６８４１００号公報）に示す例である。主クローラとサブクローラを利用して、瓦礫や階段を昇降することができる具体的な構造に関する詳述は省く。側面に空間があって、この場所に、ドローン用の電池などを搭載することができる。試験では、機体重量数ｋｇのドローンが２〜３時間程度活動できる電力を供給できるまで実現できている。ドローンの重量、性能、電池の能力などによって、この性能は変化するものであるが、十分に活動できる時間を確保することができるようになっている。

この無人走行移動体を利用した搬送体１は、無線コントロールができない原子力施設などでは、有線でコントロールする。そのため、図２に示すように通信ケーブルホルダー６２から通信ケーブル６１を引き出して操縦する。
人が立ち入ることができない原子力施設では、搬送体は、有線により遠隔操縦する無人走行である。人が立ち入ることができない密閉空間を走行するので、モニターを見ながら操縦することとなる。また、放射能を遮断する場合は、遮蔽壁を介して有線で操縦することが必要となる。したがって、モニターに表示するための情報を収集するためのセンサ類を移動体に装備する。
図示はしないが、無人走行移動体には内蔵センサとして、３軸ジャイロ、エンコーダ、３軸加速度センサ、速度計、慣性計測装置など移動体そのものの情報を収集するセンサ類を備えている。
カメラ、マイク、アンテナ、三次元測距センサ及び照明機器等の移動体の周辺状況の情報を入手する手段も備えている。さらに、調査用のセンサを搭載することができる。原子力発電施設では、放射線線量計、γカメラ、サーモグラフィ、湿度センサ、水位センサ、採水装置、ガスセンサ等である。物を動かすマニピュレータを装着することも可能である。
これらのセンサ類は、離着陸の障害にならないようにプラットホームよりも下方に設置される。

本発明の運用は搬送体を単独で操縦することもできる外、無人走行移動体と搬送体を組み合わせて運用することもできる。この場合、無人走行移動体は有線操縦し、搬送体は無人走行移動体を経由して無線で操縦することも可能である。組合せ運用の例を図９に示している。有線と無線の組合せ運用については、本出願人が特開２０１３−１１２０３０号公報に開示したものと同様である。
無線操縦のヘリポートを備えた搬送体１００を先行移動体とし、有線操縦の無人走行移動体２００を後方移動体とし、無人走行移動体２００の通信ケーブル２５０が遮蔽体３５０を貫通させて敷設された状態にて、搬送体１００の操縦を無人走行移動体２００の有線操縦を介して操作することができるシステムである。操縦者は手元のモニター３０１や操作具３０２を備えたコントローラ３００で操作することができる。搬送体１００と無人走行移動体２００との間は無線２４０でコントロールする。

本発明の搬送体は、震災、洪水、地滑り、火山などで倒壊した建物内部や原子力施設内などの調査や探査用の運用システムとしてとして利用できる。

Claims (7)

1. 無人走行移動体と当該無人走行移動体の上面に設けられたドローン用ヘリポートを備えた搬送体であって、
   無人走行移動体には、ドローン離着陸時には、プラットホームより下方に位置し、他の場合はプラットホームより上方に伸長した位置にある昇降可能な支柱を搭載していることを特徴とする搬送体。
2. 有線通信装置を備えたことを特徴とする請求項１記載の搬送体。
3. ヘリポートは、離着陸面及び固定面となるプラットホームと回転軸を周辺部に設けた杆体を備えており、杆体はドローンの脚部を固定する構造であることを特徴とする請求項１又は２記載の搬送体。
4. 杆体を複数備えており、少なくとも杆体の１つには給電接点を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の搬送体。
5. 杆体は、２本以上であって、該杆体は回動して先端が交差するように配置されており、少なくとも１本の杆体が案内突起を中間下方に有しており、該案内突起と係合する案内溝がプラットホームに設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の搬送体。
6. 無人走行移動体は、クローラ型駆動体であって、左右に配置された主クローラベルトと前後左右に設けられた回動する腕を備えたサブクローラを備えており、昇降可能なスキャナとドローン給電用の電池を搭載していることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の搬送体。
7. スキャナは、ドローン離着陸時には、プラットホームより下方に位置し、他の場合はスキャナはプラットホームより上方に伸長した位置にあり、搬送体の周辺情報を収集し、ドローンの飛行情報として供給できることを特徴とする請求項１〜６に記載の搬送体。