JP7216609B2 - マルチコプター搭載用散布装置 - Google Patents

Description

本発明は、マルチコプター（通称ドローン）に搭載して粒材や種子などの散布物を空中散布する散布装置に関するものである。

近年、ドローンと呼ばれる自立飛行が可能な無人のマルチコプターが普及しつつあり、農業分野においても薬剤等の空中散布に利用されている（例えば、下記特許文献１参照）。

また、ヘリコプターに搭載されて空中散布を行う散布装置として、粉粒状の散布物を収容するタンクと、回転軸を中心に回転駆動されるインペラと、インペラの上側を覆うインペラカバー（散布カバー）とを備え、インペラカバーが、インペラを覆う円板状の上面カバーと、インペラの側面側を覆う円錐状の側面カバーとを備え、タンク内の散布物をインペラの上面側に供給する吐出口を回転軸線を中心に等間隔で複数配設したものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

特許第５８９０５６９号公報 特開２００３－２３９４９号公報

マルチコプターに散布装置を搭載させて粒材などを空中散布する際には、マルチコプターの進行方向に対して交差する左右方向に高い指向性で散布範囲を広げることが有効であるとされている。すなわち、図１（ｂ）に示すように、マルチコプターＭの進行方向に沿った散布装置１の散布幅Ｐを比較的狭くして、図１（ａ）に示すように、マルチコプターＭの進行方向に交差した左右方向に広く延ばした散布範囲を得ることが求められており、更には、散布範囲内での散布分布が均一であること、進行方向及び、進行方向に交差した左右方向に延ばした散布範囲が作業者にとって把握し易いこと、などが求められている。

本発明は、このような課題に対処するために提案されたものである。すなわち、マルチコプター搭載用散布装置において、マルチコプターの進行方向に対して交差する左右方向に高い指向性で散布範囲を広げることができると共に、散布範囲内での散布分布を均一にすること、進行方向及び、進行方向に交差した左右方向に延ばした散布範囲が作業者にとって把握し易いこと、また、このような散布状態を簡単な構造の単体部品で得られるようにすること、などを課題としている。

このような課題を解決するために、本発明は、以下の構成を具備するものである。
マルチコプターに搭載されて粒材などの散布物を空中散布する散布装置であって、散布物が収容されるタンクと、インペラを回転駆動するモータを収容する本体枠と、前記インペラの上側で前記本体枠の下端に接続され、前記インペラを内部に収容する散布カバーとを備え、前記散布カバーは、前記インペラの回転中心の軸対称位置に、前記インペラ上に散布物を投下する投下口が一対設けられ、前記投下口の中心位置から延びる前記インペラの回転接線方向に向けて、軸対称形状となる主拡散流路が一対設けられ、前記散布カバーは、前記主拡散流路以外の部分に前記インペラの外周を囲む側壁部を備え、前記側壁部は、前記インペラの前記回転接線方向に対して対向する落下面を断続的に且つギザギザ状に備えていることを特徴とするマルチコプター搭載用散布装置。

このような構成を備えたマルチコプター搭載用散布装置は、マルチコプターの進行方向に対して交差する左右方向に高い指向性で散布範囲を広げることができると共に、散布範囲内での散布分布を均一にすることができる。また、進行方向及び、進行方向に交差した左右方向に延ばした散布範囲が作業者にとって把握し易くなる。そして、このような散布状態を散布カバーの単体部品で得ることができる。

マルチコプターに搭載した散布装置よる粒材などの空中散布の状態を示した説明図である。 作業状態の散布装置の全体構成を示した説明図である。 散布装置の要部を示した側面図である。 インペラと散布カバーを示す散布装置の底面図である。 散布装置の本体枠の構造を示した分解斜視図である。 散布装置の本体における散布物供給路を示す説明図ある。 散布装置の本体枠における側面カバーを外した状態を示した説明図である。 散布装置による散布作業の工程例を示した説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明で、異なる図における同一符号は同一機能の部位を示しており、各図における重複説明は適宜省略する。なお、以下の説明では、散布物として粒材を例にして説明するが、ここでの粒材は、粒径が微小な粉材や種子などを含むものとする。

マルチコプター搭載用散布装置（以下、散布装置）１は、図２に示すように、マルチコプターＭに搭載されることで粒材などの空中散布を行うものであり、マルチコプターＭの接続部に接続される設置フレーム１００に支持されている。外観的には、散布装置１は、タンク２と、本体枠３と、散布カバー４を備えている。

タンク２は、散布物である粒材が収容される容器であり、上方に粒材を入れる入口部２Ａが設けられ、下方には、本体枠３の上端に設けられる供給口３Ａ（図３参照）に接続される下端開口部２Ｂが設けられている。タンク２は、上方から下方に至るほど小径断面になる漏斗状の側面部２Ｃを有しており、タンク２内には、粒材のみが収容される体積容量が確保されている。タンク２内に収容された粒材は、自重で下端開口部２Ｂから本体枠３に供給される。

本体枠３は、図３に示すように、前述したタンク２の下端開口部２Ｂに接続される供給口３Ａを上端に備え、本体枠３の下端に散布カバー４が取り付けられている。本体枠３内には、散布カバー４内に収容されるインペラを回転駆動するモータを含めた駆動部が配備されていると共に、タンク２から供給された粒材を、散布カバー４内のインペラ上に投下させる散布物供給路が形成されている。また、図示の例では、本体枠３の側面には、着脱自在な側面カバー３Ｂが両側面に設けられている。

図４は、散布装置１の底面図であり、散布カバー４の中央部には、回転駆動軸５Ａに接続されたインペラ５が配置されている。散布カバー４は、インペラ５の上側を覆う上面部４０とインペラ５の側方の一部を囲む側壁部４１とを有しており、インペラ５の上側で本体枠３の下端に接続されている。

散布カバー４の上面部４０には、インペラ５の回転中心の軸対称位置に、インペラ５上に粒材を投下する投下口４Ａ，４Ｂが一対設けられ、投下口４Ａ，４Ｂにおけるインペラ５の回転接線Ｌｔ方向に向けて、軸対称形状となる主拡散流路４Ｃ，４Ｄが一対設けられている。投下口４Ａ，４Ｂの位置とマルチコプターＭとの関係は、マルチコプターＭの進行方向に沿う方向に一対の投下口４Ａ，４Ｂが並ぶように配列されていることになる。

前述した回転接線Ｌｔとは、最大半径がインペラ５の半径となりインペラ５の回転駆動軸５Ａを中心とする全ての同心円（以下、回転円という）の接線であって、回転円との接点から回転方向に延びる接線である。この回転接線Ｌｔは、インペラ５の回転円の周りに無数に設定することができるが、そのうちの軸対称となる一対の回転接線Ｌｔであって、投下口４Ａ，４Ｂの中心位置から延びる接線に沿って、主拡散流路４Ｃ，４Ｄは形成されている。このため、主拡散流路４Ｃ，４Ｄは、マルチコプターＭの進行方向に対して交差する１８０°の方向に向けて開放されている。

主拡散流路４Ｃ，４Ｄは、前述した回転接線Ｌｔに平行な直線状の側壁部４１（直線壁４１Ｌ）を一対有している。投下口４Ａ，４Ｂからインペラ５上に投下された粒材は、インペラ５による遠心力を受けてインペラ５の回転接線Ｌｔ方向に多くの粒材が拡散されることになるが、主拡散流路４Ｃ，４Ｄにおける直線壁４１Ｌは、拡散される粒材の方向を直線的にガイドして、１８０°の指向性を持たせる機能を有している。

また、散布カバー４は、前述した主拡散流路４Ｃ，４Ｄ以外の部分にインペラ５の外周を囲むギザギザ状の側壁部４１を備えている。この側壁部４１は、インペラ５の回転接線方向に対して対向する落下面４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄを複数断続的に備えている。この落下面４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄは、無数の回転接線に対してそれぞれ設けるとインペラ５の周囲の一部を囲む曲面状の側壁部になってしまうが、曲面状の側壁部では、インペラ５の周囲で落下する粒材を効果的に増やすことができない。主拡散流路４Ｃ，４Ｄ以外の部分にインペラ５の外周を囲むギザギザ状の側壁部４１を設け、インペラ５の回転接線方向に対して平面的に対向する落下面４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄを設けることで、この平面状の落下面４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄに衝突した粒材を、効果的にインペラ５の周囲に落下させることができる。

このような散布カバー４を装備することで、散布装置１は、図１（ａ），（ｂ）に示すように、マルチコプターＭの進行方向に対して交差する左右方向に高い指向性で散布範囲を広げることができると共に、散布範囲内での散布分布を均一にすることができる。特に、散布カバー４が主拡散流路４Ｃ，４Ｄを備えることで、投下口４Ａ，４Ｂからインペラ５上に投下された粒材は、略１８０°の方向に広い範囲で粒材を散布させることができる。また、散布カバー４が、主拡散流路４Ｃ，４Ｄ以外のところに、ギザギザ状の側壁部４１を設けていることで、インペラ５の周囲にも効果的に粒材を投下させ、円周方向に飛んでしまう粒材を整流でき、散布範囲内での均一散布が可能になる。よって、より高い指向性で散布範囲を広げることができる。

このような機能を備える散布カバー４は、比較的簡単な構造であって、直線的な側壁部４１とギザギザ状の側壁部４１を備える軸対称形状の単体部品であり、樹脂材などの成形部品として形成することができる。これによって、量産性を高めて低コスト及び低重量の部品を得ることができる。

本体枠３の具体的な構成例を説明する。図５に示すように、本体枠３は、面対称な一対の分割成形体３１，３２を締結部材３３で結合する構造になっている。本体枠３は、内部に駆動部５０を備えている。駆動部５０は、インペラ５を回転駆動するＤＣモータ５１、ＤＣモータ５１などを制御する制御基板５２、制御基板５２に接続されるスイッチなどの電子部品５３、計量板１１に対してシャッタ１０を駆動するサーボモータ５４とその駆動部材５５などを含んでいる。

本体枠３は、内部に前述した駆動部５０を収容する収容室３０を備えている。収容室３０は、分割成形体３１，３２の内側に形成された区画部分Ｓ１，Ｓ２によって、分割成形体３１，３２を結合することで形成される。一方、本体枠３は、供給口３Ａから前述した投下口４Ａ，４Ｂに至る一対の散布物供給路６０を備えている。収容室３０は、本体枠３内の散布物供給路６０から駆動部５０を隔離するために設けられており、収容室３０の内側には粒材が入り込まない。

散布物供給路６０は、図６に示すように、供給口３Ａの直下に傾斜流路６０Ａが形成され、その傾斜流路６０Ａの下端に配置されている計量板１１に設けた２つの計量口１１Ａ，１１Ｂによって、その下側が一対の流路に分けられている。その一方の流路は、計量口１１Ａから分割成形体３１における収容室３０の外側に形成され、そこから投下口４Ａに至ることになり、他方の流路は、計量口１１Ｂから分割成形体３２における収容室３０の外側に形成され、そこから投下口４Ｂに至ることになる。

計量板１１とシャッタ１０は、サーボモータ５５によるシャッタ１０の駆動によって、計量板１１の計量口１１Ａ，１１Ｂを閉止することで、投下口４Ａ，４Ｂに投下される粒材を遮断し、計量口１１Ａ，１１Ｂの開口面積を調整することで、投下口４Ａ，４Ｂに投下される粒材の量を調整する調量機構を構成している。

計量板１１の下側の散布物供給路６０は、図７に示すように、分割成形体３１，３２における収容室３０の外側の空間と側面カバー３Ｂの内側の空間を合わせて、内部流路６０Ｂが形成されている。この内部流路６０Ｂは、本体枠３に着脱自在な側面カバー３Ｂを取り外すことで、開放できるようになっている。このように、側面カバー３Ｂを取り外して内部流路６０Ｂを開放できると共に、計量板１１も取り外れるようにすることで、内部流路６０Ｂ内での粒材の詰まり除去や使用後のメンテナンス（清掃）を簡易に行うことができる。

また、側面カバー３Ｂの内側には、内部流路６０Ｂ（散布物供給路６０）の幅を調整する調整プレート１２が着脱自在に設けられている。調整プレート１２は、内部流路６０Ｂの空間を仕切るものであり、調整プレート１２を装着すると、調整プレート１２の内側の空間が内部流路６０Ｂとなり、投下口４Ａ，４Ｂの有効面積もそれに応じて小さくなる。調整プレート１２を取り外すと、内部流路６０Ｂは、前述したように、分割成形体３１，３２における収容室３０の外側の空間と側面カバー３Ｂの内側の空間を合わせた空間になり、側面カバー３Ｂの内側に所定の体積の流通空間を形成することで、内部流路６０Ｂを拡大することができる。また、調整プレート１２と計量板１１を取り外すことで、粒径・比重の異なる様々な粒材の散布に対応することができる。

本体枠３においては、供給口３Ａの中心と、収容室３０内に収容されたＤＣモータ５１の出力軸が同軸になっており、散布カバー４内のインペラ５の回転駆動軸５Ａと供給口３Ａの中心とが同軸になっている。更に、本体枠３内に形成される一対の散布物供給路６０が、供給口３Ａの中心（すなわち、回転駆動軸５Ａ）に対して軸対称に形成されている。

これによって、散布装置１は、重量バランスがとれた状態でマルチコプターＭに搭載することができることになり、マルチコプターＭを安定した状態で飛行させながら作業を行うことができる。また、散布装置１の中心（供給口３Ａの中心）がインペラ５の駆動中心になっており、その中心に対して軸対称に散布カバー４が形成されているので、散布装置１の機体中心から左右に等しく散布範囲を広げることができ、マルチコプターＭを操作しながら散布作業を行う作業者にとっては、全体の散布範囲を明確に把握しながら、散布作業を行うことができる。

図８は、矩形の圃場Ｇに対して、圃場Ｇが通行量の多い道路に沿っていないことを前提として、散布装置１をマルチコプターＭに搭載して粒材の空中散布を行う作業工程の一例を示している。図示のように、圃場Ｇが通行量の多い道路に沿っていない場合には、平行散布のみで圃場Ｇ全体に効率的な散布作業を行うことができる。すなわち、圃場Ｇの端から散布を開始して、圃場Ｇの長手方向に沿って平行にマルチコプターＭを進行させることで、圃場外に粒材を飛散させることを抑止して、圃場内に均一に粒材を散布することが可能になる。

図８は、散布作業時の作業者ＯＰの位置とナビゲータＮＢの位置を示している。作業者ＯＰは、最もマルチコプターＭが近づく位置から２０ｍ離れて、矩形の圃場Ｇの短辺に沿って移動しながら作業を行い、ナビゲータＮＢは、圃場Ｇの長辺の端付近に位置して、マルチコプターＭが圃場Ｇの端付近に到達したことを作業者ＯＰに伝える。この際、ナビゲータＮＢの移動は無く、作業者ＯＰの移動は、圃場Ｇの短辺方向の移動のみになるので、作業者ＯＰとナビゲータＮＢの移動を最小限に抑えて効率的な作業が可能になる。

このような作業方式によると、圃場Ｇの端から圃場Ｇ内で散布作業を開始できることで、圃場の外に大きな作業領域が無い場合にも、作業者ＯＰの立ち位置を散布領域から２０ｍ離して安全に散布作業を行うことができる。また、散布装置１を用いることで、マルチコプターＭの進行方向に対して交差する左右方向に粒材などの散布物の散布方向を制限することができ、しかもその散布範囲内での均一散布が可能になり、更に、作業者は、散布範囲を明確に把握しながら作業を行うことができる。これにより、従来の前方に向けて粒材などを散布する方法と比較して、圃場外に大きな作業領域が無い場合に、効率的に散布作業を行うことができると共に、圃場の外へ散布領域が拡がるのを抑止した精度の高い散布作業が可能になる。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。

１：マルチコプター搭載用散布装置（散布装置），
２：タンク，２Ａ：入口部，２Ｂ：下端開口部，２Ｃ：側面部，
３：本体枠，３Ａ：供給口，３Ｂ：側面カバー，３０：収容室，
３１，３２：分割成形体，３３：締結部材，
４：散布カバー，４Ａ，４Ｂ：投下口，４Ｃ，４Ｄ：主拡散流路，
４０：上面部，４１：側壁部，
４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄ：落下面，４１Ｌ：直線壁，
５：インペラ，５Ａ：回転駆動軸，
５０：駆動部，５１：ＤＣモータ，５２：制御基板，５３：電子通信部品，
５４：サーボモータ，５５：駆動部材，
６０：散布物供給路，６０Ａ：傾斜流路，６０Ｂ：内部流路，
１０：シャッタ，１１：計量板，１１Ａ，１１Ｂ：計量口，
１２：調整プレート，１００：設置フレーム，Ｍ：マルチコプター，
Ｌｔ：回転接線，Ｓ１，Ｓ２：区画室

Claims (5)

1. マルチコプターに搭載されて粒材などの散布物を空中散布する散布装置であって、
   散布物が収容されるタンクと、
   インペラを回転駆動するモータを収容する本体枠と、
   前記インペラの上側で前記本体枠の下端に接続され、前記インペラを内部に収容する散布カバーとを備え、
   前記散布カバーは、前記インペラの回転中心の軸対称位置に、前記インペラ上に散布物を投下する投下口が一対設けられ、前記投下口の中心位置から延びる前記インペラの回転接線方向に向けて、軸対称形状となる主拡散流路が一対設けられ、
   前記散布カバーは、前記主拡散流路以外の部分に前記インペラの外周を囲む側壁部を備え、
   前記側壁部は、前記インペラの前記回転接線方向に対して対向する落下面を断続的に且つギザギザ状に備えていることを特徴とするマルチコプター搭載用散布装置。
2. 前記本体枠は、前記タンクの下端開口部に接続される供給口を備えると共に、前記投下口に至る一対の散布物供給路を備えることを特徴とする請求項１記載のマルチコプター搭載用散布装置。
3. 前記本体枠は、前記モータを含む駆動部を収容する収容室を備え、
   前記散布物供給路は、前記収容室の外側に形成されることを特徴とする請求項２記載のマルチコプター搭載用散布装置。
4. 前記散布物供給路は、前記本体枠に着脱自在な側面カバーの内側の空間と前記収容室の外側の空間を合わせた空間に形成されていることを特徴とする請求項３記載のマルチコプター搭載用散布装置。
5. 前記側面カバーの内側には、前記散布物供給路の幅を調整する調整プレートが着脱自在に設けられていることを特徴とする請求項４記載のマルチコプター搭載用散布装置。

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