JP6813251B2 - 無人飛行体を用いた運搬システム - Google Patents

Description

無人飛行体を用いた運搬システムに関する。

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、一般的に蓄電容量が少ないため、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、特許文献２に記載の無人飛行体は、運搬作業の合間に出発部に戻り給電するので、出発部と運搬作業場所との間での移動を繰り返すことになる。このことは、無人飛行体の稼働効率の観点から好ましくないので問題であった。

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、運搬作業中の無人飛行体に対して給電可能な、無人飛行体を用いた運搬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を用いた運搬システムは、
天板と、フォーク差込部と、を有する荷役用パレットと、
前記天板に載置された荷をパレットごと運搬する無人飛行体と、
無線送電する送電部と、を備え、
前記パレットは、
前記フォーク差込部に設けられた、前記無人飛行体に給電するための給電側電極と、
前記無人飛行体に給電するための電力を蓄える第１蓄電池と、
前記送電部からの無線送電を受電する受電部と、を有し、
前記無人飛行体は、
飛行を制御する飛行制御部と、
前記パレットをすくい上げるフォークと、
前記フォークに設けられており、前記給電側電極に電気的に接続される受電側電極と、
前記パレットから給電される電力を蓄える第２蓄電池と、を有し、
前記パレットは、前記給電側電極および前記受電側電極を介して前記無人飛行体を給電し、
前記送電部は、前記無人飛行体によって運搬されている前記パレットに無線送電し、
前記第１蓄電池は、前記受電部が受電した電力を蓄えることを特徴とする。

上記運搬システムは、例えば、
前記給電側電極が、前記フォーク差込部の上面に設けられており、
前記受電側電極が、前記フォークの上面に設けられている。

上記課題を解決するために、本発明に係る無人飛行体を用いた運搬システムは、
天板と、フォーク差込部と、を有する荷役用パレットと、
前記天板に載置された荷をパレットごと運搬する無人飛行体と、
無人車と、を備え、
前記パレットは、
前記フォーク差込部に設けられた、前記無人飛行体に給電するための給電側電極と、
前記無人飛行体に給電するための電力を蓄える第１蓄電池と、
無線送電を受電する受電部と、を有し、
前記無人飛行体は、
飛行を制御する飛行制御部と、
前記パレットをすくい上げるフォークと、
前記フォークに設けられており、前記給電側電極に電気的に接続される受電側電極と、
前記パレットから給電される電力を蓄える第２蓄電池と、を有し、
前記パレットは、前記給電側電極および前記受電側電極を介して前記無人飛行体を給電し、
前記無人車は、
前記パレットを運搬している前記無人飛行体および前記パレットの位置を検出する検出部と、
検出された前記無人飛行体の位置に基づいて、前記荷を運搬している前記無人飛行体に追従するための走行装置と、
検出された前記パレットの位置に基づいて、前記無人飛行体によって運搬されている前記パレットに無線送電する送電部と、を有し、
前記受電部は、前記送電部からの無線送電を受電し、
前記第１蓄電池は、前記受電部が受電した電力を蓄えることを特徴とする。

上記運搬システムは、好ましくは、
前記パレットが、底部を有し、
前記受電部が、前記底部に設けられている。

上記運搬システムは、好ましくは
前記パレットが前記無人飛行体に運搬されていない間、載置されている前記パレットに給電する給電部をさらに備え、
前記受電部は、前記無人飛行体に運搬されていない間、前記給電部によって給電される。

本発明に係る無人飛行体を用いた運搬システムは、運搬作業中の無人飛行体に対して給電することができる。

本発明の一実施形態に係る運搬システムを示す概略側面図である。 図１のパレットを示し、Ａは上から見た斜視図であり、Ｂはフォーク差し込み部側から見た側面図であり、Ｃは底面図である。 ＡおよびＢは無人飛行体を示す斜視図であり、Ｂはパレットを持ち上げた状態を示す。 図１の運搬システムのブロック図である。

以下、図を参照しつつ、本発明に係る無人飛行体を用いた運搬システムの一実施形態について説明する。

図１は、本実施形態に係る屋内で利用される運搬システムを示す概略側面図である。運搬システムは、無人飛行体１と、パレット３と、無人車４と、を備える。無人飛行体１は、パレット３に載置された荷Ｗをパレット３ごと運搬する。パレット３は、無人飛行体１に運搬されながら無人飛行体１に給電する。無人車４は、運搬中のパレット３に対して無線給電する。図中において、Ｘは、無人飛行体１および無人車４の移動時における前後方向を示し、Ｚは、上下方向を示す。以下、各構成について詳細に説明する。

＜パレット＞
図２Ａに示すように、パレット３は、荷役用のパレット３であって、底部３０と、一対の側板３１と、中間板３２と、天板３３と、一対の給電側電極３５と、第１蓄電池３６と、受電部３７と、を有する。

底部３０および天板３３は、一対の側板３１と、一対の側板３１の中間に配置された中間板３２によって上下に連結されている。天板３３には、荷Ｗが載置される。天板３３は、マイクロ波を遮断する素材を備えており、マイクロ波を遮断する。マイクロ波を遮断する素材は、特に限定されない。

図２ＡおよびＢに示すように、一対のフォーク差込部３４は、天板３３と底部３０と中間板３２と、側板３１とによって、それぞれ画成されている。フォーク差込部３４は、パレット３の２つの側面からフォーク１６ａを差し込み可能なよう構成されているが単なる一例であって、例えば、１つの側面からのみフォーク１６ａが差し込まれる構成であってもよいし、４つの側面からフォーク１６ａを差し込み可能な構成であってもよい。

一対の給電側電極３５は、一対のフォーク差込部３４の上面である天板３３の下面に、それぞれ設けられている。

図２Ｂに示すように、第１蓄電池３６は、底部３０の内部に設けられるとともに、給電側電極３５に電気的に接続されている。第１蓄電池３６は、鉛蓄電池またはアルカリ蓄電池でもよい。

図２Ｃに示すように、受電部３７は、底部３０の下面に設けられるとともに、第１蓄電池３６に電気的に接続されている。受電部３７は、複数のレクテナによって構成されている。レクテナは、無人車４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。

＜無人飛行体＞
図３Ａ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一対のフォーク部１６と、本体１０の側面のＸ方向前側に設けられた作業用カメラ１８と、一対の受電側電極１７と、高度センサといった各種センサと、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移動用カメラ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、移動用カメラ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。

フォーク部１６は、図１に示すように、側面視略コ字状の断面形状を有する。フォーク部１６は、図３ＡおよびＢに示すように、Ｘ方向に略水平に延在するフォーク１６ａと、フォーク１６ａの後端からＺ方向上側に立直する立直部と、立直部の上端からＸ方向前側に水平に延在するとともに本体１０に接続されている接続部と、からなる。フォーク部１６は、無人飛行体１のスキッドを兼ねている。

受電側電極１７は、フォーク１６ａの上面に設けられている。受電側電極１７は、フォーク１６ａによってパレット３がすくい上げられる際に供給側電極に電気的に接続される。

作業用カメラ１８は、無人飛行体１の前方を撮像して前方画像を生成する。

図４に示すように、無人飛行体１は、第２蓄電池２０と、制御装置２１と、をさらに有する。

第２蓄電池２０は、受電側電極１７に電気的に接続されている。第２蓄電池２０は、受電側電極１７を介して給電される電力を蓄電するとともに、モータ１３に電力を供給する。第２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、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の飛行方向、飛行姿勢、飛行高度および飛行速度を制御し、無人飛行体１に運搬作業をさせる。飛行制御部２１０は、例えば、無人飛行体１にパレット３をすくい上げさせるときには、（１）前方画像に基づいてパレット３に対する無人飛行体１の位置を調整してフォーク差込部３４にフォーク１６ａを差し込み、（２）パレット３が落下しないように、フォーク１６ａの先端が後端よりも若干高くなるよう無人飛行体１の姿勢を調整しながら、（３）無人飛行体１を上昇させることによりパレット３をすくい上げさせる。

受電側電極１７は、フォーク１６ａがフォーク差込部３４に差し込まれ、無人飛行体１によってパレット３がすくい上げられる際に、給電側電極３５に電気的に接続される。これにより、無人飛行体１は、パレット３によって給電側電極３５および受電側電極１７を介して給電される。

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、移動用カメラ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。自機位置検出部２１２は、高度センサによって無人飛行体１の高度を取得する。

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。

無人飛行体１は、運搬情報に基づいて、荷取位置において荷Ｗが載置されたパレット３をすくい上げ、荷置位置へと移動することにより、運搬作業を行う。

＜無人車＞
図１および図４に示すように、無人車４は、本体４０と、第３蓄電池４１と、走行装置４３と、検出部４７と、送電部４８と、を備える。

第３蓄電池４１は、送電部４８に電力を供給する。第３蓄電池４１は、鉛蓄電池またはアルカリ蓄電池でもよい。

走行装置４３は、動力部（図示略）と、車輪４３０と、操舵部４３１と、を有する。無人車４は、動力部の動力によって車輪４３０を回転させて走行する。操舵部４３１は、無人飛行体１の位置に基づいて、無人車４が無人飛行体１を追従することができるように車輪４３０を操舵する。動力部は、例えば、第３蓄電池４１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。

検出部４７は、上カメラ４７１および解析部（図示略）を有する。上カメラ４７１は、本体４０の上部に設けられている。上カメラ４７１は、無人車４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と無人飛行体１が運搬するパレット３の位置を検出する。

送電部４８は、無人車４の上部に設けられている。送電部４８は、検出部４７によって検出されたパレット３の受電部３７の位置にマイクロ波を送信することにより、パレット３に無線給電する。送電部４８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。

無人車４は、検出部４７によって検出した無人飛行体１に追従しながらパレット３に無線給電をする。このとき、パレット３の天板３３がマイクロ波を遮断するので、パレット３に載置されている荷Ｗは、マイクロ波の影響を受けない。

以上のように、本発明に係る運搬システムでは、無人飛行体１が運搬中のパレット３から給電されることにより運搬作業を停止して給電される必要がないので、無人飛行体１の稼働効率が向上する。

以上、本発明に係る運搬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）運搬システムは、運搬作業が行われる施設内において、パレット３に無線給電するための別の送電部をさらに備えてもよい。この場合、パレット３は、無人飛行体１によって運搬されながら、施設内に設けられた送電部からのマイクロ波を受電部３７によって受電することにより給電される。

（２）運搬システムは、パレット３が無人飛行体１に運搬されていない間、載置されているパレット３に給電する給電部をさらに備えてもよい。この場合、パレット３は、無人飛行体１に運搬されていない間、給電部によって給電されるための別の受電部をさらに有し、第１蓄電池３６は、この受電部が受電した電力も蓄える。また、この場合、当該受電部が受電側コイルを有し、かつ給電部が給電側コイルを有することにより、パレット３が電磁誘導方式や磁界共振方式によって給電されてもよい。

（３）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）技術や、ＧＰＳ信号を利用する技術によって、無人飛行体１の位置が検出されてもよい。

（４）検出部４７は、無人飛行体１およびパレット３を検出するためのレーダを上カメラ４７１の代わりに有していてもよいし、または上カメラ４７１とともに有していてもよい。

（５）無人車４は、フォークリフトといった荷役車でもよい。この場合、無人車４は、荷役作業と同時または荷役作業の合間に無人飛行体１に無線送電してもよい。

（６）パレット３は、中間板３２を備えなくてもよい。この場合、無人飛行体１のフォーク１６ａは、一対で構成されていなくてもよく、例えば、１つの幅広のフォークで構成されていてもよいし、三叉のフォークで構成されていてもよい。

（７）フォーク１６ａは、例えば、スライド式であってもよく、その形状を特に限定されない。

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
１５ａ 移動用カメラ
１５ｂ 照明部
１６ フォーク部
１６ａ フォーク
１７ 受電側電極
１８ 作業用カメラ
２０ 第２蓄電池
２１ 制御装置
２１０ 飛行制御部
２１１ 記憶部
２１２ 自機位置検出部
３ パレット
３０ 底部
３１ 側板
３２ 中間板
３３ 天板
３４ フォーク差込部
３５ 給電側電極
３６ 第１蓄電池
３７ 受電部
４ 無人車
４０ 本体
４１ 第３蓄電池
４３ 走行装置
４３０ 車輪
４３１ 操舵部
４７ 検出部
４７１ 上カメラ
４８ 送電部
Ｃ 天井
Ｗ 荷

Claims (5)

1. 天板と、フォーク差込部と、を有する荷役用パレットと、
   前記天板に載置された荷をパレットごと運搬する無人飛行体と、
   無線送電する送電部と、を備え、
   前記パレットは、
   前記フォーク差込部に設けられた、前記無人飛行体に給電するための給電側電極と、
   前記無人飛行体に給電するための電力を蓄える第１蓄電池と、
   前記送電部からの無線送電を受電する受電部と、を有し、
   前記無人飛行体は、
   飛行を制御する飛行制御部と、
   前記パレットをすくい上げるフォークと、
   前記フォークに設けられており、前記給電側電極に電気的に接続される受電側電極と、
   前記パレットから給電される電力を蓄える第２蓄電池と、を有し、
   前記パレットは、前記給電側電極および前記受電側電極を介して前記無人飛行体を給電し、
   前記送電部は、前記無人飛行体によって運搬されている前記パレットに無線送電し、
   前記第１蓄電池は、前記受電部が受電した電力を蓄える
   ことを特徴とする無人飛行体を用いた運搬システム。
2. 天板と、フォーク差込部と、を有する荷役用パレットと、
   前記天板に載置された荷をパレットごと運搬する無人飛行体と、
   無人車と、を備え、
   前記パレットは、
   前記フォーク差込部に設けられた、前記無人飛行体に給電するための給電側電極と、
   前記無人飛行体に給電するための電力を蓄える第１蓄電池と、
   無線送電を受電する受電部と、を有し、
   前記無人飛行体は、
   飛行を制御する飛行制御部と、
   前記パレットをすくい上げるフォークと、
   前記フォークに設けられており、前記給電側電極に電気的に接続される受電側電極と、
   前記パレットから給電される電力を蓄える第２蓄電池と、を有し、
   前記パレットは、前記給電側電極および前記受電側電極を介して前記無人飛行体を給電し、
   前記無人車は、
   前記パレットを運搬している前記無人飛行体および前記パレットの位置を検出する検出部と、
   検出された前記無人飛行体の位置に基づいて、前記荷を運搬している前記無人飛行体に追従するための走行装置と、
   検出された前記パレットの位置に基づいて、前記無人飛行体によって運搬されている前記パレットに無線送電する送電部と、を有し、
   前記受電部は、前記送電部からの無線送電を受電し、
   前記第１蓄電池は、前記受電部が受電した電力を蓄える
   ことを特徴とする無人飛行体を用いた運搬システム。
3. 前記給電側電極は、前記フォーク差込部の上面に設けられており、
   前記受電側電極は、前記フォークの上面に設けられている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の運搬システム。
4. 前記パレットは、底部を有し、
   前記受電部は、前記底部に設けられている
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の運搬システム。
5. 前記パレットが前記無人飛行体に運搬されていない間、載置されている前記パレットに給電する給電部をさらに備え、
   前記受電部は、前記無人飛行体に運搬されていない間、前記給電部によって給電される
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の運搬システム。

Images