JP6725197B1 - 無人飛行体用給電システム - Google Patents

Abstract

【課題】無人飛行体に連続して運搬作業を行わせることができ、かつ、給電効率の低下を防止することができる無人給電車およびそれを用いた給電システムを提供する。【解決手段】無人給電車３は、運搬作業を行う無人飛行体１に追従しながら無線送電することにより給電する。無人飛行体１は、飛行制御部と、荷Ｗを保持する荷保持部と、無線送電された電力を受電する受電部１８と、蓄電池と、を有する。無人給電車３は、飛行体検出部３１１と、無人飛行体１に無線送電する送電部３５と、無人飛行体１に追従するための走行装置３６と、送電部３５と無人飛行体１と間の無線送電を遮る遮蔽物を検出する遮蔽物検出部と、を有する。送電部３５は、遮蔽物検出部によって遮蔽物が検出されているとき、無線送電を停止する。【選択図】図１

Description

運搬作業を行う無人飛行体に給電する無人飛行体用給電システムに関する。

従来、屋外または屋内において運搬作業を行う無人飛行体が開発されてきた（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の無人飛行体は、ホバリング可能であるとともに自律飛行可能である。この無人飛行体は、把持装置を装着し、装着した把持装置によって荷を吸着し、荷とともに移動して運搬作業を行う。この無人飛行体は、空中を飛行するので運搬車よりも移動速度が速く、運搬作業を行うのに適している。

ところで、無人飛行体は、蓄電容量が少なく、運搬作業を長時間連続して行うことができない。そこで、例えば、特許文献２に記載のピッキングシステムには、複数の無人飛行体が運搬作業に向けて待機する出発部に無人飛行体を給電する給電手段が設けられている。複数の無人飛行体は、この出発部において運搬作業の合間に給電されることにより、運搬作業を行う際に電力不足になることを防止している。

しかしながら、給電される間、無人飛行体が運搬作業を行えないことは、稼働率の観点から好ましくないので問題であった。また、無人飛行体への給電は、効率的であることが好ましい。

特開２０１８−１１４８２２号公報 特開２０１８−０１６４３５号公報

そこで、本発明が解決しようとする課題は、無人飛行体に連続して運搬作業を行わせることができ、かつ、給電効率の低下を防止することができる無人飛行体用給電システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る無人飛行体用給電システムは、
運搬作業を行う無人飛行体と、前記無人飛行体に追従しながら無線送電することにより給電する無人給電車と、を備えた無人飛行体用給電システムであって、
前記無人飛行体は、
自機の飛行を制御する飛行制御部と、
前記運搬作業に係る荷を保持する荷保持部と、
無線送電された電力を受電する受電部と、
前記受電部によって受電された電力を蓄電する蓄電池と、
前記無人給電車が前記自機に追従可能な所定の飛行経路を記憶している記憶部と、を有し、
前記飛行制御部は、前記無人飛行体が前記無人給電車によって無線送電されながら飛行するとき、前記無人飛行体を前記所定の飛行経路に沿って飛行させ、
前記無人給電車は、
前記無人飛行体の位置を検出する飛行体検出部と、
前記飛行体検出部によって検出された前記無人飛行体の位置に基づいて、前記無人飛行体に無線送電する送電部と、
前記飛行体検出部によって検出された前記無人飛行体の位置に基づいて、前記無人飛行体に追従するための走行装置と、
前記送電部と前記無人飛行体と間の無線送電を遮る遮蔽物を検出する遮蔽物検出部と、を有し、
前記送電部は、前記遮蔽物検出部によって前記遮蔽物が検出されているとき、無線送電を停止する。

上記給電システムは、好ましくは、
前記無人給電車が、
自車と前記無人飛行体との距離を検出する距離検出部をさらに有し、
前記送電部が、前記無人給電車と前記無人飛行体との距離が所定距離以上のとき、前記無人飛行体への無線送電を停止する。

上記給電システムは、例えば、
前記無人給電車が、複数であって、複数の領域にそれぞれ配置されており、前記飛行体検出部によって前記無人飛行体を検出すると、それぞれの前記領域において前記無人飛行体に追従しながら前記無人飛行体に無線送電する。

上記給電システムは、例えば、
前記無人給電車が、前記遮蔽物検出部によって前記遮蔽物が検出されると、それまで追従していた前記無人飛行体への追従を停止する。

上記給電システムは、好ましくは、
前記無人飛行体が、前記無人給電車によって無線送電されながら飛行するとき、前記自機の飛行高度と、給電時における所定の飛行高度とを比較する高度比較部をさらに有し、
前記飛行制御部は、前記無人飛行体が前記無人給電車によって無線送電されながら飛行するとき、前記高度比較部が比較した結果に基づいて、前記無人飛行体の飛行高度が前記所定の飛行高度になるように前記無人飛行体の飛行高度を制御する。

上記給電システムは、好ましくは、
前記無人飛行体が、前記無人給電車によって無線送電されながら飛行するとき、前記自機の飛行速度と、給電時における所定の飛行速度とを比較する速度比較部をさらに有し、
前記飛行制御部は、前記無人飛行体が前記無人給電車によって無線送電されながら飛行するとき、前記速度比較部が比較した結果に基づいて、前記無人飛行体の飛行速度が前記所定の飛行速度になるように前記無人飛行体の飛行速度を制御する。

本発明に係る無人飛行体用給電システムは、無人飛行体に連続して運搬作業を行わせることができ、かつ、給電効率の低下を防止することもできる。

一実施形態に係る給電システムを示す概略側面図である。 ＡおよびＢは無人飛行体を示し、Ａは上から見た斜視図であり、Ｂは下から見た斜視図であり、Ｃは受電部を示す下面図である。 図１の給電システムを示すブロック図である。 ＡおよびＢはそれぞれ、図１の無人飛行体の飛行経路例を示す概略上面図である。 ＡおよびＢはそれぞれ、図１の無人給電車の送電部の動作を示す概略上面図である。 給電システムの動作を示す概略上面図である。

以下、図を参照しつつ、本発明に係る無人給電車およびそれを用いた無人飛行体用給電システムの一実施形態について説明する。

図１は、本実施形態に係る給電システムを示す概略側面図である。無人飛行体１は、屋内において荷Ｗを運搬する。無人給電車３は、無人飛行体１に追従しながら無線送電することにより給電する。

＜無人飛行体＞
図２ＡおよびＢに示すように、無人飛行体１は、円板状の本体１０と、本体１０の側面から水平に延在する４本のアーム１２と、４本のアーム１２の先端側それぞれに設けられたモータ１３と、モータ１３に設けられた回転翼１４と、本体１０の上面に設けられた略八角柱状の上部ユニット１５と、本体１０の下面に設けられた２つのスキッド１６と、２つのスキッド１６の間に設けられた荷保持部１７と、荷保持部１７の下面に設けられた受電部１８と、を有する。

上部ユニット１５には、無人飛行体１の位置を検出するためのカメラ１５ａおよび照明部１５ｂが設けられている。天井Ｃ全体には、無人飛行体１の位置を認識するためのマーカ（図示略）が複数設けられている。照明部１５ｂが無人飛行体１の上方を照射し、カメラ１５ａが照明部１５ｂによって照らされたマーカを含む天井Ｃを撮像して上方画像を生成する。

荷保持部１７は、運搬作業に係る荷Ｗを保持する。荷保持部１７は、荷Ｗが載置される載置面を有するが単なる一例であって、荷Ｗを保持することができれば、その構成を特に限定されない。

図２Ｃに示すように、受電部１８は、複数のレクテナ１８ａによって構成されている。レクテナ１８ａは、無人給電車３から送信されたマイクロ波を受信して直流電流に変換する。

図３に示すように、無人飛行体１は、蓄電池２０と、制御装置２１と、高度センサ（図示略）と、速度センサ（図示略）と、をさらに有する。

蓄電池２０は、受電部１８に電気的に接続されている。蓄電池２０は、レクテナ１８ａによって変換された直流電流を蓄電するとともに、モータ１３に電力を供給する。蓄電池２０は、鉛蓄電池またはアルカリ蓄電池でもよい。

制御装置２１は、飛行制御部２１０と、記憶部２１１と、自機位置検出部２１２と、高度比較部２１５と、速度比較部２１６と、を有する。

飛行制御部２１０は、各モータ１３の回転数を制御することにより、無人飛行体１のホバリングを可能にするとともに、無人飛行体１の飛行方向、飛行高度および飛行速度を制御する。

記憶部２１１は、マーカを含む天井Ｃ全体の画像（以下、単に「天井画像」という）を位置情報とともに予め記憶している。

自機位置検出部２１２は、カメラ１５ａが撮像した上方画像と、天井画像とを照合し、天井画像中のいずれの位置に上方画像が存在するのかを探索するテンプレートマッチングを行う。自機位置検出部２１２は、テンプレートマッチングの結果に基づいて無人飛行体１の水平方向の位置を検出する。さらに、自機位置検出部２１２は、高度センサによって無人飛行体１の高度を検出する。

記憶部２１１は、さらに給電時における無人飛行体１の所定の飛行高度および所定の飛行速度を記憶している。マイクロ波による給電効率は、送電側と受電側との距離に依存する。そこで、無人飛行体１と当該無人飛行体１に追従する無人給電車３との距離を一定範囲内に保ちマイクロ波による給電効率を高く保持することができるように、給電時における無人飛行体１の飛行高度および飛行速度が予め定められている。したがって、所定の飛行高度は、後述する送電部３５よりもやや高い高度に定められている。また、所定の飛行速度は、無人給電車３の走行速度と同じか、やや遅く定められている。

高度比較部２１５は、高度センサによって検出された無人飛行体１の高度と、所定の飛行高度とを比較し、その比較結果を飛行制御部２１０に出力する。

速度比較部２１６は、速度センサによって検出された無人飛行体１の飛行速度と所定の飛行速度とを比較し、その比較結果を飛行制御部２１０に出力する。

飛行制御部２１０は、高度比較部２１５および速度比較部２１６による比較結果に基づいて、給電時における無人飛行体１の飛行高度および飛行速度を所定の飛行高度および所定の飛行速度になるよう制御する。

記憶部２１１は、さらに運搬情報を記憶する。運搬情報には、荷取位置および荷置位置が含まれている。また、記憶部２１１は、さらに無人飛行体１の給電時の所定の飛行経路（以下、「給電用飛行経路」という）を記憶している。給電用飛行経路は、無人給電車３が無人飛行体１を追従することができるよう倉庫内のレイアウトと無人給電車３の走行特性とに基づいて、予め定められている。

飛行制御部２１０は、給電時における無人飛行体１が給電用飛行経路を飛行するよう無人飛行体１の飛行方向を制御する。

図４は、倉庫内における無人飛行体１の飛行経路例を示す概略上面図である。図４Ａは、非給電時における無人飛行体１の運搬作業時の飛行経路の一例を示す。倉庫には、荷載置部を有する複数の棚５が、それぞれ設置されている。

無人飛行体１は、荷取位置Ｐ１において荷Ｗを受取り、荷置位置Ｐ２に移動する。無人飛行体１は、非給電時には、最短距離である飛行経路Ｒ１を飛行して荷取位置Ｐ１から荷置位置Ｐ２に移動する。具体的には、無人飛行体１は、荷Ｗを保持すると、飛行制御部２１０によって荷取位置Ｐ１から棚５の上方まで上昇し、荷取位置Ｐ１の上方から荷置位置Ｐ２の上方まで水平に飛行してから荷置位置Ｐ２まで下降する。これにより、無人飛行体１は、棚５を迂回して飛行するよりも早く移動することができるので、移動時間を短縮することができる。

図４Ｂは、給電時における無人飛行体１の給電用飛行経路の一例を示す。無人飛行体１は、給電時には、飛行制御部２１０によって飛行高度および飛行速度を所定の飛行高度および飛行速度に制御しつつ、給電用飛行経路Ｒ２に沿って棚５を迂回しながら荷取位置Ｐ１から荷置位置Ｐ２まで飛行する。これにより、無人給電車３が、無人飛行体１に追従することができる。

＜無人給電車＞
図１および図３に示すように、無人給電車３は、本体３０と、飛行体検出部３１と、蓄電池３４と、送電部３５と、走行装置３６と、ライン検出部３７と、距離検出部３８と、遮蔽物検出部３９と、を備える。

飛行体検出部３１は、上カメラ３１１および解析部（図示略）を有する。上カメラ３１１は、本体３０の上部に設けられている。上カメラ３１１は、無人給電車３の周囲を撮像し、周囲画像を生成する。解析部は、周囲画像に基づいて、無人飛行体１およびその位置を検出する。

蓄電池３４は、送電部３５に電力を供給する。蓄電池３４は、鉛蓄電池またはアルカリ蓄電池でもよい。

送電部３５は、無人給電車３の上部に設けられている。送電部３５は、飛行体検出部３１によって検出された無人飛行体１の位置にマイクロ波を送信することにより、無人飛行体１に無線送電する。送電部３５は、フェーズドアレイアンテナによって構成されていてもよいが、単なる一例であってこれに限定されない。

走行装置３６は、動力部（図示略）と、車輪３６０と、操舵部３６１と、を有する。無人給電車３は、動力部の動力によって車輪３６０を回転させて走行する。操舵部３６１は、無人飛行体１の位置に基づいて、無人給電車３が無人飛行体１を追従することができるように車輪３６０を操舵する。走行装置３６は、無人飛行体１に対する給電が完了すると、無人飛行体１に対する追従を停止する。動力部は、例えば、蓄電池３４によって担われてもよいし、別の蓄電池で構成されていてもよい。

ライン検出部３７は、倉庫内の路面Ｒに敷設された誘導ラインＬを検出する。

図５に示すように、本実施形態では、無人給電車３は、誘導ラインＬ上に配置されている。誘導ラインＬ上の領域が本発明の「無人給電車が配置されている領域」に対応する。誘導ラインＬは、有色テープや塗料によって路面Ｒに設けられていてもよい。ライン検出部３７は、下カメラおよび解析部によって構成されてもよい。この場合、下カメラが路面Ｒを撮像して路面画像を生成し、解析部が路面画像を解析することにより誘導ラインＬを検出する。

操舵部３６１は、無人給電車３が無人飛行体１を追従することができるように、飛行体検出部３１が検出した無人飛行体１の位置およびライン検出部３７が検出した誘導ラインＬに基づいて、車輪３６０を操舵する。これにより、無人給電車３は、誘導ラインＬ上を走行しながら無人飛行体１を追従する。

図５Ａに示すように、距離検出部３８は、無人給電車３と無人飛行体１との距離Ｄを検出する。本実施形態では、距離検出部３８は、上カメラ３１１が撮像した画像に基づいて、無人給電車３と無人飛行体１との距離Ｄを検出する。具体的には、上カメラ３１１がステレオカメラであって、距離検出部３８は、上カメラ３１１が撮像した画像を解析することにより無人給電車３と無人飛行体１との距離Ｄを検出する。解析は、例えば、三角測量を利用してもよい。

送電部３５は、距離検出部３８によって検出された無人給電車３と無人飛行体１との距離Ｄが所定距離以上のとき、前記無人飛行体１への無線送電を停止する。これにより、無人給電車３は、非効率な無線給電を防止することができる。

遮蔽物検出部３９は、送電部３５と無人飛行体１と間の無線送電を遮る遮蔽物を検出する。本実施形態では、遮蔽物検出部３９は、上カメラ３１１が撮像した画像に基づいて、遮蔽物を検出する。

図５Ｂに示すように、無人飛行体１が実線の位置から破線の位置に移動すると、送電部３５が送信するマイクロ波が棚５によって遮断される。このとき、遮蔽物検出部３９は、上カメラ３１１が撮像した画像に基づいて、棚５を遮蔽物として検出する。送電部３５は、遮蔽物検出部３９によって遮蔽物が検出されているとき、無線送電を停止する。また、無人給電車３は、遮蔽物検出部３９によって遮蔽物が検出されると、それまで追従していた前記無人飛行体への追従を停止する。これにより、無人給電車３は、マイクロ波が遮断された状態で無線送電するという非効率な無線給電を防止することができる。

＜給電方法＞
次に、図６を参照して、倉庫内における給電システムの給電方法について説明する。倉庫には、荷載置部を有する複数の棚５が、それぞれ設置されている。無人飛行体１は、運搬情報に基づいて運搬作業を行う。

無人給電車３は、飛行体検出部３１によって、無人飛行体１およびその位置を検出すると、無人飛行体１に追従しながら無線送電する。

無人飛行体１は、給電されていないときには、荷取位置Ｐ１から荷置位置Ｐ２へと最短の飛行経路Ｒ１（図４Ａ参照）に沿って飛行する。また、無人飛行体１は、給電時には、給電用飛行経路Ｒ２（図４Ｂ参照）に沿って、棚５を迂回しながら飛行する。給電用飛行経路Ｒ２は、誘導ラインＬ上を通る。

複数の無人給電車３ａ〜３ｆは、それぞれ飛行体検出部３１によって無人飛行体１を検出すると、各誘導ラインＬ１〜Ｌ６上において無人飛行体１を追従するとともにマイクロ波を送信する。具体的には、荷取位置Ｐ１において、無人給電車３ａが無人飛行体１を検出するとともにマイクロ波を送信する。無人飛行体１は、荷Ｗを受け取ると、誘導ラインＬ１の上方においてＹ１方向（矢印Ｙ参照）に飛行する。無人給電車３ａは、無人飛行体１を誘導ラインＬ１の端まで追従しながらマイクロ波を送信する。次いで、無人飛行体１が誘導ラインＬ２上方においてＸ１方向（矢印Ｘ参照）に飛行するときには、無人飛行体１を検出した無人給電車３ｂが、誘導ラインＬ２の端まで無人飛行体１に追従しながらマイクロ波を送信する。次いで、無人飛行体１が誘導ラインＬ３上方における荷置位置Ｐ２に到着し、荷置作業を行うときには、無人飛行体１を検出した無人給電車３ｃが誘導ラインＬ３上において無人飛行体１にマイクロ波を送信する。

このように、給電システムでは、無人飛行体１を検出した無人給電車３が次々に入れ替わりながら無人飛行体１に無線給電する。これにより、給電システムは、倉庫内に複数の無人飛行体１が配置された場合、複数の無人飛行体１に複数の無人給電車３を追従させながら無線給電させることができる。また、無人給電車３は、無人飛行体１との距離Ｄが所定距離以上のときには、無線送電を停止し、かつ、遮蔽物を検出すると無線給電を停止するとともに追従を停止する。これにより、給電システムは、効率的に無人飛行体１に給電することができる。

以上、本発明に係る給電システムの一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

（１）無人飛行体１が自機位置を検出する方法は、特に限定されない。例えば、ＳＬＡＭ（Simultaneous Localization And Mapping）技術によって、無人飛行体１の位置を検出してもよい。

（２）自機位置検出部２１２がカメラ１５ａの撮像した上方画像からマーカを認識できるのであれば、照明部１５ｂは、無人飛行体１に設けられていなくてもよい。

（３）受電部１８は、無人給電車３によって送信されたマイクロ波を効率的に受電できるのであれば、本体１０に設けられてもよく、設けられる位置を特に限定されない。

（４）飛行体検出部３１は、無人飛行体１を検出するためのレーダをカメラの代わりに有していてもよいし、またはカメラとともに有していてもよい。

（５）距離検出部３８、遮蔽物検出部は、レーダによって構成されていてもよい。この場合、例えば、レーダは、ミリ波レーダであってもよい。

１ 無人飛行体
１０ 本体
１２ アーム
１３ モータ
１４ 回転翼
１５ 上部ユニット
１７ 荷保持部
１８ 受電部
１８ａ レクテナ
２０ 蓄電池
２１ 制御装置
２１０ 飛行制御部
２１２ 自機位置検出部
３ 無人給電車
３０ 本体
３１ 飛行体検出部
３１１ 上カメラ
３４ 蓄電池
３５ 送電部
３６ 走行装置
３６０ 車輪
３６１ 操舵部
３８ 距離検出部
３９ 遮蔽物検出部
Ｃ 天井
Ｒ 路面
Ｌ 誘導ライン
Ｒ１ 飛行経路
Ｒ２ 給電用飛行経路

Claims (6)

1. 運搬作業を行う無人飛行体と、前記無人飛行体に追従しながら無線送電することにより給電する無人給電車と、を備えた無人飛行体用給電システムであって、
   前記無人飛行体は、
   自機の飛行を制御する飛行制御部と、
   前記運搬作業に係る荷を保持する荷保持部と、
   無線送電された電力を受電する受電部と、
   前記受電部によって受電された電力を蓄電する蓄電池と、
   前記無人給電車が前記自機に追従可能な所定の飛行経路を記憶している記憶部と、を有し、
   前記飛行制御部は、前記無人飛行体が前記無人給電車によって無線送電されながら飛行するとき、前記無人飛行体を前記所定の飛行経路に沿って飛行させ、
   前記無人給電車は、
   前記無人飛行体の位置を検出する飛行体検出部と、
   前記飛行体検出部によって検出された前記無人飛行体の位置に基づいて、前記無人飛行体に無線送電する送電部と、
   前記飛行体検出部によって検出された前記無人飛行体の位置に基づいて、前記無人飛行体に追従するための走行装置と、
   前記送電部と前記無人飛行体と間の無線送電を遮る遮蔽物を検出する遮蔽物検出部と、を有し、
   前記送電部は、前記遮蔽物検出部によって前記遮蔽物が検出されているとき、無線送電を停止することを特徴とする給電システム。
2. 前記無人給電車は、
   自車と前記無人飛行体との距離を検出する距離検出部をさらに有し、
   前記送電部は、前記無人給電車と前記無人飛行体との距離が所定距離以上のとき、前記無人飛行体への無線送電を停止する
   ことを特徴とする請求項１に記載の給電システム。
3. 前記無人給電車は、複数であって、複数の領域にそれぞれ配置されており、前記飛行体検出部によって前記無人飛行体を検出すると、それぞれの前記領域において前記無人飛行体に追従しながら前記無人飛行体に無線送電する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の給電システム。
4. 前記無人給電車は、前記遮蔽物検出部によって前記遮蔽物が検出されると、それまで追従していた前記無人飛行体への追従を停止する
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の給電システム。
5. 前記無人飛行体は、前記無人給電車によって無線送電されながら飛行するとき、前記自機の飛行高度と、給電時における所定の飛行高度とを比較する高度比較部をさらに有し、
   前記飛行制御部は、前記無人飛行体が前記無人給電車によって無線送電されながら飛行するとき、前記高度比較部が比較した結果に基づいて、前記無人飛行体の飛行高度が前記所定の飛行高度になるように前記無人飛行体の飛行高度を制御する
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の給電システム。
6. 前記無人飛行体は、前記無人給電車によって無線送電されながら飛行するとき、前記自機の飛行速度と、給電時における所定の飛行速度とを比較する速度比較部をさらに有し、
   前記飛行制御部は、前記無人飛行体が前記無人給電車によって無線送電されながら飛行するとき、前記速度比較部が比較した結果に基づいて、前記無人飛行体の飛行速度が前記所定の飛行速度になるように前記無人飛行体の飛行速度を制御する
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の給電システム。

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