JP7085218B2 - 給電ケーブル中継用回転翼機を備える給電方法 - Google Patents

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本発明は、給電ケーブル中継用回転翼機を備える給電方法に関する。
近年、様々な用途に利用されるドローン（Ｄｒｏｎｅ）や無人航空機（ＵＡＶ：Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｅｒｉａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）などの回転翼機（以下、単に「回転翼機」と総称する）を利用してインフラ点検やイベント会場の監視等様々な業務を行う動きがある。前記業務の様に、長期間かつ広範囲での使用を目的とする回転翼機は、その使用時間に耐え得る電力の供給が可能なバッテリーを備える必要がある。
一方、特許文献１では、バッテリーによる制限を受けることなく、長時間の飛行が可能となる飛行体のシステムを提供する。
特開２０１６－７４２５７号公報
特許文献１のシステムは、地上に設置した給電機から、有線で飛行体に給電を行い、また、給電に使用するケーブルを軽量の物としている。これによれば、飛行体が自機に搭載するバッテリーによる制限を受けることなく、長時間かつ広範囲の飛行が可能となる。
しかしながら、インフラ点検等に給電ケーブルを備えた回転翼機を用いる場合、回転翼機の航路周辺には障害物が存在するため、回転翼機の飛行はケーブルの取り回しに制約される。また、給電機から距離が離れれば、ケーブルが地面や水面等に接し、回転翼機の飛行を阻害する他、ケーブルの周囲の安全性を保てない等の問題がある。
そこで、本発明は、効率と安全性を向上し得るケーブル支持方法を持つ給電システムを提供することを一つの目的とする。
本発明によれば、作業用回転翼機と、中継用回転翼機と、少なくとも前記作業用回転翼機に対して給電ケーブルを利用して給電を行う給電機とを含む、回転翼機の給電方法であって、前記給電ケーブルによる前記給電がされた状態で前記作業用回転翼機を飛行させるステップと、前記作業用回転翼機と前記給電機との位置関係が所定の関係になった場合に、前記中継用回転翼機を前記給電ケーブルの所定の部位に接続させて前記給電ケーブルを支持するステップと、を含む、給電方法を提供することができる。
本発明によれば、効率と安全性を向上し得るケーブル支持方法を持つ給電システムを提供し得る。
本発明による給電方法の全体を示す図である。 本発明による給電方法の使用例を示す図である。 本発明による給電方法の他の使用例を示す図である。 図１の回転翼機の機能ブロック図である。
本発明の実施形態の内容を列記して説明する。本発明の実施の形態による給電ケーブル中継用回転翼機を備える給電方法は、以下のような構成を備える。
［項目１］
作業用回転翼機と、中継用回転翼機と、少なくとも前記作業用回転翼機に対して給電ケーブルを利用して給電を行う給電機とを含む、回転翼機の給電方法であって、 前記給電ケーブルによる前記給電がされた状態で前記作業用回転翼機を飛行させるステップと、前記作業用回転翼機と前記給電機と位置関係が所定の関係になった場合に、前記中継用回転翼機を前記給電ケーブルの所定の部位に接続させて前記給電ケーブルを支持するステップと、を含む、給電方法。
［項目２］
項目１に記載の給電方法であって、前記中継用回転翼機は、自機を構造物に対して固定可能な固定手段を有しており、前記給電ケーブルの前記所定の部位に接続させた後に、前記中継用回転翼機を前記構造体に固定させるステップを更に含む、給電方法。
［項目３］
項目２に記載の給電方法であって、前記中継用回転翼機は、自機を前記構造体に固定させた後に、その飛行を停止する、給電方法。
［項目４］
項目１乃至項目３のいずれかに記載の給電方法であって、前記給電機は、前記中継用回転翼機に対して前記給電ケーブルを利用して給電を行う給電方法。
［項目５］
項目１乃至項目４のいずれかに記載の給電方法であって、前記中継用回転翼機は、前記ケーブルをその延伸方向に移動自在に係止可能な支持部を有しており、前記中継用回転翼機は、前記支持部によって前記給電ケーブルを支持する、給電方法。
＜本発明の実施の形態＞
以下、本発明の実施の形態による給電ケーブル中継用回転翼機を備える給電方法について、図面を参照しながら説明する。
本発明の実施の形態による、給電ケーブル中継用回転翼機を備える給電方法では、有線で給電される作業用回転翼機１０と、給電ケーブル２を支持する（少なくとも一台以上の）中継用回転翼機２０と、少なくとも作業用回転翼機１０に対して給電ケーブル２を利用して給電を行う給電機３０の組み合わせにより、作業用回転翼機１０が給電ケーブル２の取り回しに制約されることなく長時間、広範囲に作業を行うことが実現される。
図２に示されるように、作業用回転翼機１０及び中継用回転翼機２０は、各々プロペラ１３（２３）およびモータ１４（２４）を少なくとも１つ以上備えている。モータ１４（２４）は、プロペラ１３（２３）の回転を生じさせるものであり、例えば、駆動ユニットは、電気モータ又はエンジン等を含むことが可能である。プロペラ１３（２３）は、モータ１４（２４）によって駆動可能であり、時計方向に及び／または反時計方向に、モータの回転軸（例えば、モータの長軸）の周りに回転することにより、作業用回転翼機１０ならびに中継用回転翼機２０を出発地から離陸させ、水平移動させ、目的地に着陸させるための推進力を発生させる。
また、作業用回転翼機１０は、作業の目的に応じた機構を備えていてもよい。例えば、カメラやセンサ等の外界情報を取得可能な情報取得機器、人が行う作業の代替となり得る作業ハンド、スピーカー、噴霧機器、照明機器等が挙げられるが、前記機構の用途や種類に関してはこの限りではない。
作業用回転翼機１０は、給電ケーブル２によって給電されている状態で飛行することが可能である。作業用回転翼機１０は自機にバッテリー等を備えていてもよいが、給電機３０から給電されながら飛行することで、さらに長時間の活動が可能となる。自機にバッテリー等を備えた場合は、給電機３０や給電ケーブル２に障害が起こった際の予備電源として使用し、安全な運用を行うこともできる。
給電ケーブル２は、少なくとも作業用回転翼機１０の飛行および作業に必要な電力を提供する。ほかに、データ（例えば、回転翼機の操縦に関わる情報、情報取得機器が取得した情報等）の転送機能を有していてもよい。無線の送受信は自然的あるいは人為的に障害を起こす場合があり、有線でのやりとりが適している場所では給電ケーブル２を使用するのが望ましい。
中継用回転翼機２０は、作業用回転翼機１０と、給電機３０との位置関係が所定の関係になった場合に、支持部２２を給電ケーブル５の所定の部位に接続して、給電ケーブル２を支持する。
なお、中継用回転翼機２０が備える支持部２２は、給電ケーブル２をその延伸方向に移動自在に係止可能な支持部２２を有しており、これにより、中継用回転翼機２０が給電ケーブル２を支持すると同時に、作業用回転翼機１０が中継用回転翼機２０との距離にとらわれることなく移動を継続することを可能にする。
中継用回転翼機２０は、自機を構造物（例えば、橋梁、建造物、樹木など）に対して固定可能な固定手段を有しており、給電ケーブル２の前記所定の部位に支持部２２を接続させた後に、固定部２１を前記構造体に固定させることが出来る。固定部２１による固定方法は、フック形状による吊り下がり、磁気による吸着、空気による負圧吸着等、固定の対象物に適する方法を決定する。
また、中継用回転翼機２０は、自機を構造体に固定させた後に飛行を停止することが出来る。これにより、中継用回転翼機２０は、自機が飛行していない間も給電ケーブル２を支持し続ける。
なお、中継用回転翼機２０は、自機が備えるバッテリー等により駆動しても良いし、給電機３０より給電ケーブル２を利用して給電を受けて駆動してもよい。
給電ケーブル２の端に位置する作業用回転翼機１０は、離陸地点より、作業ポイントへ向かって飛行を開始する。作業用回転翼機１０と給電機３０との位置関係が所定の関係になると、給電ケーブル２へ中継用回転翼機２０の支持部２２が接続する。中継用回転翼機２０は、作業用回転翼機１０の航路に応じて、最適な位置に留まり、給電ケーブル２を支持する。作業用回転翼機１０が作業を終えると、中継用回転翼機２０ならびに作業用回転翼機１０は着陸地点へ向かい、着陸する。
［変形例１］
図１に示されるように、中継用回転翼機２０の台数は複数でもよい。中継用回転翼機２０の台数は、給電ケーブル２の長さや剛性、ならびに作業用回転翼機１０の飛行範囲や飛行航路等に応じて、好適な台数を用いることが望ましい。
［変形例２］
本発明の実施にかかる給電機３０には、必要に応じてウインチ構造を設ける。この動力は人力であったり、電動機、エンジン、空気等であったりする。ウインチを設けることで、給電ケーブル２の引き出し、巻取りを簡便に行うほか、作業用回転翼機１０および中継用回転翼機２０の係留の役割を担うことも可能である。
［変形例３］
上述した実施の形態においては、作業用回転翼機１０は飛行状態で作業を行うことをメインとしていたが、図３に示されるように、中継用回転翼機２０と同様に構造体に固定した状態で作業（監視、センサ等による情報の取得等）を行うこととしてもよい。
上述した回転翼機は、図４に示される機能ブロックを有している。なお、図示される機能ブロックは最低限の参考構成である。フライトコントローラは、所謂処理ユニットである。処理ユニットは、プログラマブルプロセッサ（例えば、中央処理ユニット（ＣＰＵ））などの１つ以上のプロセッサを有することができる。処理ユニットは、図示しないメモリを有しており、当該メモリにアクセス可能である。メモリは、１つ以上のステップを行うために処理ユニットが実行可能であるロジック、コード、および／またはプログラム命令を記憶している。メモリは、例えば、ＳＤカードやランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの分離可能な媒体または外部の記憶装置を含んでいてもよい。カメラやセンサ類から取得したデータは、メモリに直接に伝達されかつ記憶されてもよい。例えば、カメラ等で撮影した静止画・動画データが内蔵メモリ又は外部メモリに記録される。
処理ユニットは、回転翼機の状態を制御するように構成された制御モジュールを含んでいる。例えば、制御モジュールは、６自由度（並進運動ｘ、ｙ及びｚ、並びに回転運動θｘ、θｙ及びθｚ）を有する回転翼機の空間的配置、速度、および／または加速度を調整するために回転翼機の推進機構（モータ等）を制御する。制御モジュールは、搭載部、センサ類の状態のうちの１つ以上を制御することができる。
処理ユニットは、１つ以上の外部のデバイス（例えば、端末、表示装置、または他の遠隔の制御器）からのデータを送信および／または受け取るように構成された送受信部と通信可能である。送受信機は、有線通信または無線通信などの任意の適当な通信手段を使用することができる。例えば、送受信部は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、赤外線、無線、ＷｉＦｉ、ポイントツーポイント（Ｐ２Ｐ）ネットワーク、電気通信ネットワーク、クラウド通信などのうちの１つ以上を利用することができる。送受信部は、センサ類で取得したデータ、処理ユニットが生成した処理結果、所定の制御データ、端末または遠隔の制御器からのユーザコマンドなどのうちの１つ以上を送信および／または受け取ることができる。
本実施の形態によるセンサ類は、慣性センサ（加速度センサ、ジャイロセンサ）、ＧＰＳセンサ、近接センサ（例えば、ライダー）、またはビジョン／イメージセンサ（例えば、カメラ）を含み得る。
本発明の回転翼機は、インフラ点検業務専用回転翼機としての利用、及び倉庫、工場内における産業用の回転翼機としての利用が期待できる。また、本発明の回転翼機は、マルチコプター・ドローン等の飛行機関連産業において利用することができ、さらに、本発明は、カメラ等を搭載した監視用の回転翼機としても好適に使用することができる他、セキュリティ分野、農業、撮影等の様々な産業にも利用することができる。
上述した実施の形態は、本発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良することができると共に、本発明にはその均等物が含まれることは言うまでもない。
１ 構造体
２ 給電ケーブル
１０ 作業用回転翼機
１３ プロペラ（作業用回転翼機）
１４ モータ（作業用回転翼機）
２０ 中継用回転翼機
２１ 固定部
２２ 支持部
２３ プロペラ（中継用回転翼機）
２４ モータ（中継用回転翼機）
３０ 給電機

Claims (4)

  1. 作業用回転翼機と、中継用回転翼機と、少なくとも前記作業用回転翼機に対して給電ケーブルを利用して給電を行う給電機とを含む、回転翼機の給電方法であって、
    前記給電ケーブルによる前記給電がされた状態で前記作業用回転翼機を飛行させるステップと、
    前記作業用回転翼機と前記給電機との位置関係が所定の関係になった場合に、前記中継用回転翼機を前記給電ケーブルの所定の部位に接続させて前記給電ケーブルを支持するステップと、
    を含み、
    前記作業用回転翼機または前記中継用回転翼機の少なくともいずれかは、自機を構造物に対して固定可能な固定手段を有しており、当該固定手段により自機を前記構造物に固定させるステップを更に含む、
    給電方法。
  2. 請求項１に記載の給電方法であって、
    前記作業用回転翼機または前記中継用回転翼機は、自機を前記構造体に固定させた後に、その飛行を停止する、
    給電方法。
  3. 請求項１または請求項２のいずれかに記載の給電方法であって、
    前記給電機は、前記中継用回転翼機に対して前記給電ケーブルを利用して給電を行う、
    給電方法。
  4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の給電方法であって、
    前記中継用回転翼機は、前記給電ケーブルをその延伸方向に移動自在に係止可能な支持部を有しており、
    前記中継用回転翼機は、前記支持部によって前記給電ケーブルを支持する、
    給電方法。
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