JP7336931B2

JP7336931B2 - ドローンポート

Info

Publication number: JP7336931B2
Application number: JP2019170383A
Authority: JP
Inventors: 隆之 ▲曽▼我; 克之 ▲高▼橋; 右季小野; 慎太郎巽
Original assignee: IHI Transport Machinery Co Ltd
Current assignee: IHI Transport Machinery Co Ltd
Priority date: 2019-09-19
Filing date: 2019-09-19
Publication date: 2023-09-01
Anticipated expiration: 2039-09-19
Also published as: JP2024071487A; JP2023153278A; JP2021046110A; JP7461542B2

Description

本発明は、ドローンの着陸精度を向上させるドローンポートに関する。

「ドローン」とは、小型の無人ヘリコプターの一種である。近年、ドローンを用いて、小型の荷物を無人で搬送することが計画されている。かかるドローンを「物流用ドローン」と呼ぶ。
また、「ドローンポート」とは、ドローンが離着陸する離着陸面を有する装置を意味する。

従来、ドローンの着陸は、例えばＧＰＳや、離着陸のマークを画像認識することで、所定の着陸位置（定位置）に位置制御している。
また、ドローンの離着陸面には、従来、開口部の少ない水平板が主に用いられていた。

しかし、この場合、ドローンにより発生するダウンウォッシュが離着陸面ではね返り、ドローンの回転翼周辺は下降流と上昇流が混在する状態となる。そのため、離着陸時のドローンの姿勢制御が困難となり、着陸精度が低下し、安全性が損なわれる、可能性があった。
なお「ダウンウォッシュ」とは、ドローンの回転翼により発生する空気の下降流を意味する。

そこで、簡単な構成でドローンの着陸精度を向上させる手段として、例えば特許文献１が開示されている。

特許文献１の「飛行体の着陸対象装置」は、飛行体（ドローン）を着陸させる飛行体の着陸対象装置（着陸台）であって、周辺部に対して中央部が低く設定された傾斜部を有する。また、傾斜部の中央部に円形の円形平面部を有し、円形平面部は、その周囲の部分よりも低く形成されている。

特開２０１７－１２４７５８号公報

特許文献１の着陸台は、上述した構成により、飛行体が上昇しない程度に駆動装置を駆動させることにより、着地地点の位置を高精度に制御しなくても、着陸後に、自重の影響によって正確に中央部の位置に導くことができる。

しかし、特許文献１の手段には、以下の問題点があった。
（１）中央部の円形平面部に位置決めされたドローンの前後の向きがランダムとなる。そのため、ドローンが搬送する荷物の外形が一般的な直方体の場合、ドローンの脚位置が定まらないため、荷物の取り出し方向が不安定となる。
（２）この場合、例えば、円形平面部におけるドローンの脚位置の内側に円形貫通孔を設けることで、円形貫通孔を通して荷物を下方に落下させることは可能である。
しかし、この場合、傾斜部の中央部に円形平面部があるため、雨水が円形平面部に集まり、円形貫通孔を通して装置内部に多量の水が流入し、内部の荷物や機器が浸水する可能性がある。
また、荷物を下方に落下させると荷物の一部が凹む等の損傷を受ける可能性がある。

本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の第１の目的は、簡単な構成でドローンを所定の着陸位置（定位置）に、前後方向を揃えて位置決めすることができるドローンポートを提供することにある。また、第２の目的は、装置内部に雨水が流入せず、雨天であっても荷物を濡らすことなく回収又は保管できるドローンポートを提供することにある。また、第３の目的は、荷物を傷つけることなく回収できるドローンポートを提供することにある。

本発明によれば、上面にドローンが離着陸する離着陸面を有するドローンポートであって、
前記ドローンは、平面視において搬送する荷物を囲む複数の脚と、
前記脚の下端部に設けられ、外部と接触して自由に転動する複数のフリーローラと、を有し、
前記離着陸面は、前記ドローンが静止して水平に載り、かつ平面視における着陸ラインの両側に前記フリーローラが整列して位置するドローン支持面と、
前記着陸ラインに沿って着陸方向の上流側に位置し、着陸中の前記ドローンを前記ドローン支持面の高さまで案内する傾斜案内面と、
前記ドローン支持面と前記傾斜案内面を間に挟んで前記着陸ラインの両側に位置し、平面視における前記ドローンの前後方向を修正する１対の姿勢修正面と、を有する、ドローンポートが提供される。

本発明の構成によれば、ドローンが、複数（例えば４本）の脚と複数（例えば４つ）のフリーローラを有するので、ドローンが静止して水平に載るドローン支持面において、着陸ラインの両側にフリーローラが整列して位置することができる。
また、着陸ラインに沿って着陸方向の上流側に位置する傾斜案内面に、飛行しながら下降するドローンのフリーローラが接触することで、着陸中のドローンをドローン支持面の高さまで下降させることができる。

さらに、ドローン支持面と傾斜案内面を間に挟んで着陸ラインの両側に位置する１対の姿勢修正面に、飛行しながら着陸方向に移動するフリーローラが接触することで、平面視におけるドローンの前後方向を修正することができる。
従って、上述した簡単な構成でドローンを所定の着陸位置（定位置）に、前後方向を揃えて位置決めすることができる。

本発明で用いるドローンの一例を示す模式図である。本発明の第１実施形態のドローンポートを示す平面図である。図２のＡ－Ａ断面図である。図２のＢ－Ｂ断面図である。図２のＣ－Ｃ断面図である。修正傾斜面と鉛直ガイド面の作用の説明図である。本発明の第２実施形態のドローンポートを示す平面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、本発明で用いるドローン１の一例を示す模式図である。この図において、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は（Ａ）の部分説明図である。
この図において、ドローン１は、ドローン本体２、回転翼３、脚４、フリーローラ５、荷物把持装置６を備える。

ドローン１は、例えば平面寸法１ｍ×１ｍ程度、ペイロード２～１０ｋｇの物流用ドローンである。
ドローン本体２は、ドローン１の平面視で中央に位置し、図示しない各種のセンサ、制御装置、無線装置、等を備える。
回転翼３は、この例では３基設けられ、ドローン本体２の上方に互いに間隔を隔てて取り付けられ、図示しない制御装置により制御される。

脚４は、複数（この例では４本）が設けられ、ドローン本体２の下方に延び互いに間隔を隔てて取り付けられている。４本の脚４は、ドローン１が搬送する荷物９を囲んで、ドローン本体２の四隅外側に位置する。
フリーローラ５は、複数（この例では４つ）が設けられ、４本の脚４の下端部にそれぞれ固定されている。フリーローラ５は、この例では球形ボールであり、外部と接触してその中心のまわりに自由に転動するようになっている。
荷物把持装置６は、ドローン本体２又は脚４に設けられ、荷物９を把持又は解放する機能を有する。

図１（Ａ）において、符号Ｏは平面視におけるドローン本体２の中心、ｘ１は中心Ｏを通るドローン１の前後方向を示す軸（以下、「前後方向軸ｘ１」）、ｙ１は中心Ｏを通り前後方向軸ｘ１に直交する幅方向を示す軸（以下、「幅方向軸ｙ１」）である。
ドローン１が水平に飛行するとき、前後方向軸ｘ１と幅方向軸ｙ１はそれぞれ水平軸である。

図１（Ｃ）は、平面視における図１（Ａ）のフリーローラ５と荷物９のみを示している。
この図に示すように、４つのフリーローラ５は、前後方向軸ｘ１と幅方向軸ｙ１を中心として前後方向軸ｘ１の両側に整列して位置する。すなわち、４つのフリーローラ５は、前後方向軸ｘ１と幅方向軸ｙ１を中心として左右及び前後に対称に位置し仮想上の矩形８の四隅にそれぞれ位置する。

なお、矩形８は、この例では、正方形であるが、長方形であってもよい。また、フリーローラ５は、４つに限定されず、前後方向軸ｘ１からの距離が一定である限り、３つ又は５以上であってもよい。
以下、図１（Ｃ）の４つのフリーローラ５を、必要な場合にフリーローラ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄとする。

図２は、本発明の第１実施形態のドローンポート１００を示す平面図である。
この図において、ドローンポート１００は、上面にドローン１が離着陸する離着陸面１０を有する。
離着陸面１０は、ドローン支持面１２、傾斜案内面１４、及び、姿勢修正面１６を有する。

この図において、着陸ラインＸ－Ｘは、ドローン１が着陸する際の平面視における進行経路である。以下、着陸ラインＸ－Ｘに平行な水平方向であり、図で右方向を着陸方向Ｘ（又はＸ方向）、Ｘ方向に直交する水平方向を幅方向Ｙ（又はＹ方向）、Ｘ方向とＹ方向に直交する上下方向を高さ方向Ｚ（又はＺ方向）とする。

ドローン支持面１２は、ドローン１が静止して水平に載り、かつ平面視における着陸ラインＸ－Ｘの両側にフリーローラ５が整列して位置する矩形平面である。
図２において、ドローン支持面１２の四隅を１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄとする。
着陸ラインＸ－Ｘの両側にフリーローラ５が整列して位置する状態において、４つのフリーローラ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは、図に示すように、フリーローラ５ａ，５ｄとフリーローラ５ｂ，５ｃが、着陸ラインＸ－Ｘを中心に互いに対称に位置する。

ドローンポート１００は、ドローン支持面１２と傾斜案内面１４の幅方向両端に、姿勢修正面１６の幅方向内端面から下方に延びる鉛直ガイド面１７を有する。
すなわち、ドローン支持面１２は、姿勢修正面１６より低く、ドローン支持面１２の２つの辺（１２ａ－１２ｄと１２ｂ－１２ｃ）は、姿勢修正面１６の幅方向（Ｙ方向）の内側端面より低い鉛直面（鉛直ガイド面１７）となっている。
ドローン支持面１２において、鉛直ガイド面１７の内側に２組のフリーローラ５（５ａ－５ｄと５ｂ－５ｃ）が近接して位置することにより、ドローン１の前後方向を着陸ラインＸ－Ｘの方向に位置決めするようになっている。

図２において、ドローン支持面１２は、ドローン１が静止して水平に載る定位置におけるフリーローラ５の内側に、ドローン１が搬送する荷物９が通過可能な貫通孔１３を有する。
この貫通孔１３は、ドローン１の前後方向及び荷物９の前後方向が着陸ラインＸ－Ｘの方向と一致していることから、荷物９が通過できる限りで大きく設定することができる。
貫通孔１３の平面視形状は、矩形であるのが好ましいが、円形その他であってもよい。

図３は、図２のＡ－Ａ断面図である。
図２と図３において、傾斜案内面１４は、着陸ラインＸ－Ｘに沿って着陸方向Ｘの上流側（図で左側）に位置し、着陸中のドローン１をドローン支持面１２の高さまで案内する。

図３において、傾斜案内面１４の着陸方向Ｘの上流側（図で左側）が高く、下流側（図で右側）は低く、その間に一定の勾配θ１を有する。
すなわち、傾斜案内面１４は、フリーローラ５と接触して下降中のドローン１をドローン支持面１２の高さまで案内する勾配θ１を有する。勾配θ１は、飛行しながら下降するドローン１のフリーローラ５が接触し、その接触抵抗又はドローン１の自重により、ドローン１を着陸方向Ｘに移動させることができる角度、例えば３度以上、１５度以内であるのがよい。
また、傾斜案内面１４の着陸方向Ｘの下流端（図で右端）の高さは、ドローン支持面１２の高さと同一に設定されている。
この構成で、飛行しながら下降するドローン１をドローン支持面１２まで案内することができる。

図３において、ドローンポート１００は、貫通孔１３を開閉可能な閉鎖扉２０と閉鎖扉２０を駆動する開閉駆動装置２２とを備える。
この例で、閉鎖扉２０は貫通孔１３を全開する全開位置と全閉する全閉位置との間でＸ方向に水平移動する。また、開閉駆動装置２２は、例えばラックとピニオン、直動シリンダ、等であり、閉鎖扉２０を全開位置と全閉位置との間で移動する。
なお、閉鎖扉２０の移動方向はこの例に限定されず、その他の方向でもよい。また、開閉駆動装置２２は、閉鎖扉２０を移動できる限りでその他に機構でもよい。

貫通孔１３を全閉する全閉位置において、閉鎖扉２０は貫通孔１３の外縁部との間を液密にシールし、雨水が貫通孔１３から内部に流入しないようになっている。
また、この例で、閉鎖扉２０は、上面２０ａ、容器２０ｂ、及び排水装置（図示せず）を有する。上面２０ａは、雨水が通過可能な板である。容器２０ｂは、上面２０ａを通過した雨水を溜める平板状の容器である。排水装置は、例えば排水管と雨樋であり、容器内の雨水を外部に排水する。
この構成により、閉鎖扉２０が貫通孔１３を全閉する全閉位置において、傾斜案内面１４及び姿勢修正面１６からドローン支持面１２に流れる雨水が大量であっても、閉鎖扉２０を介して雨水を外部に排水することができる。

なお、ドローン支持面１２にも排水装置（例えば、雨樋と排水管）を設け、ドローン支持面１２に流れる雨水を外部に常時排水できるようにすることが好ましい。

図３において、ドローンポート１００は、さらに、荷物台２４、昇降装置２６、及び搬送装置２８を備える。
荷物台２４は、貫通孔１３を上下に通過して荷物９を支持可能な台である。すなわち、荷物台２４は、平面視において貫通孔１３の外縁に対し隙間を有する大きさ及び形状に設定されている。
この例で、荷物台２４の上面は水平であるが、荷物９の形状に応じて平面以外でもよい。

昇降装置２６は、荷物台２４を貫通孔１３より上方の上昇位置と閉鎖扉２０より下方の下降位置との間で昇降させる機能を有する。昇降装置２６は、例えばラックとピニオン、直動シリンダ、等である。

搬送装置２８は、例えば、ベルトコンベア、ロータコンベア、等であり、ドローンポート１００の内部から外部まで荷物９を搬送する。

この例において、荷物台２４は、その下降位置において、荷物９を荷物台２４の外側（この例では搬送装置２８）へ移動する移動装置２５を有する。移動装置２５は、例えば駆動ローラであり、荷物台２４を搬送装置２８へ移動させる。

上述した構成により、荷物台２４の上昇位置でドローン１の荷物９を荷物台２４に載せ、下降位置で荷物台２４を搬送装置２８へ移動させることで、ドローン１からドローンポート１００の外部まで荷物９を傷つけることなく搬送することができる。

図２において、１対の姿勢修正面１６は、ドローン支持面１２と傾斜案内面１４を間に挟んで着陸ラインＸ－Ｘの両側（図で上下）に位置し、平面視におけるドローン１の前後方向を修正する。

図４は、図２のＢ－Ｂ断面図である。
この図において、上述したように、ドローン支持面１２の幅方向（Ｙ方向）の両端に上方に延びる鉛直ガイド面１７を有する。この鉛直ガイド面１７の内側に２組のフリーローラ５（５ａ－５ｄと５ｂ－５ｃ）が近接して位置することにより、ドローン１の前後方向を着陸ラインＸ－Ｘの方向に位置決めするようになっている。
またこの図において、１対の姿勢修正面１６は、鉛直ガイド面１７の上端から幅方向外方に延びる修正傾斜面１６ａをそれぞれ有する。

図２において、傾斜案内面１４の幅（Ｙ方向寸法）は、着陸方向Ｘの下流端（図で右端）において、ドローン支持面１２と一致しており、着陸方向Ｘの上流側（図で左側）は、下流端から一定の勾配で広くなっている。
すなわち図２において、傾斜案内面１４は台形平面であり、その四隅を１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄとすると、辺１４ａ－１４ｂは辺１２ｄ－１２ｃと一致しており、２つの辺（１４ａ－１４ｄと１４ｂ－１４ｃ）は連続した直線に形成されている。
また、２つの辺（１４ａ－１４ｄと１４ｂ－１４ｃ）は姿勢修正面１６の幅方向（Ｙ方向）の内側端面より低い鉛直面（鉛直ガイド面１７）となっている。

図５は、図２のＣ－Ｃ断面図である。
この図において、上述したように、傾斜案内面１４の幅方向（Ｙ方向）の両端に上方に延びる鉛直ガイド面１７を有する。
またこの図において、１対の姿勢修正面１６は、鉛直ガイド面１７の上端から幅方向外方に延びる修正傾斜面１６ａをそれぞれ有する。

図６は、修正傾斜面１６ａと鉛直ガイド面１７の作用の説明図である。
ドローン１は、前後方向軸ｘ１を着陸ラインＸ－Ｘに一致させて着陸方向Ｘに飛行し、徐々に高度を下げ、所定の着陸位置（定位置）に着陸するように、制御される。
しかし、ドローン１により発生するダウンウォッシュが離着陸面１０ではね返り、ドローン１の姿勢制御が困難となり、前後方向軸ｘ１が着陸ラインＸ－Ｘから外れることがある。

この場合、ドローン１が傾斜案内面１４まで下降している場合には、この図に示すように、前後のフリーローラ５の一方が鉛直ガイド面１７に接触し、接触したフリーローラ５が傾斜案内面１４の幅方向内方に案内される。
これにより、前後のフリーローラ５が、鉛直ガイド面１７に沿って案内され、ドローン支持面１２において、２組のフリーローラ５が、着陸ラインＸ－Ｘを中心に互いに対称に位置することで、ドローン１の前後方向軸ｘ１を着陸ラインＸ－Ｘに一致させることができる。

同様に、ドローン１が傾斜案内面１４まで下降していない場合も、前後のフリーローラ５の一方が姿勢修正面１６に接触し、接触したフリーローラ５が姿勢修正面１６の幅方向内方に案内される。これにより、前後のフリーローラ５が、姿勢修正面１６に沿って案内され、傾斜案内面１４まで下降するまでに、ドローン１の前後方向軸ｘ１を鉛直ガイド面１７に一致させることができる。
その後の作用は、上述した通りである。

上述したように、本発明の実施形態によれば、ドローン１が、４本の脚４と４つのフリーローラ５を有するので、ドローン１が静止して水平に載るドローン支持面１２において、着陸ラインＸ－Ｘの両側にフリーローラ５が整列して位置することができる。
また、着陸ラインＸ－Ｘに沿って着陸方向Ｘの上流側に位置する傾斜案内面１４に、飛行しながら下降するドローン１のフリーローラ５が接触することで、着陸中のドローン１をドローン支持面１２の高さまで下降させることができる。

さらに、ドローン支持面１２と傾斜案内面１４を間に挟んで着陸ラインＸ－Ｘの両側に位置する１対の姿勢修正面１６に、飛行しながら着陸方向Ｘに移動するフリーローラ５が接触することで、平面視におけるドローン１の前後方向を修正することができる。
従って、上述した簡単な構成でドローン１を所定の着陸位置（定位置）に、前後方向を揃えて位置決めすることができる。

また、上述した本発明の実施形態によれば、閉鎖扉２０が貫通孔１３を全閉する全閉位置において、傾斜案内面１４及び姿勢修正面１６からドローン支持面１２に流れる雨水が大量であっても、装置内部に雨水が流入せず、閉鎖扉２０を介して雨水を外部に排水することができる。
さらに、ドローン１がドローン支持面１２に静止して水平に載る際は、ドローン１が貫通孔１３の上部を覆っているので、雨天であっても閉鎖扉２０を全開させて荷物９を濡らすことなく回収又は保管できる。

さらに、上述した本発明の実施形態によれば、荷物台２４の上昇位置で、ドローン１の荷物９を荷物台２４に載せ、荷物台２４の下降位置で、荷物台２４を搬送装置２８へ移動させる。これにより、荷物９の外形が一般的な直方体であっても、ドローン１からドローンポート１００の外部まで荷物９を傷つけることなく搬送することができる。

なお、荷物９の外形形状は直方体に限定されず、その他の形状、例えば球形であってもよい。
また、本発明はドローン１の着陸に限定されず、離陸にもそのまま適用することができる。

図７は、本発明の第２実施形態のドローンポート１００を示す平面図である。
この図に示すように、ドローン支持面１２を着陸ラインＸ－Ｘの中央部に設け、その両側に傾斜案内面１４を設けてもよい。
この構成により、着陸ラインＸ－Ｘに沿って図の左右からドローン１を着陸させることができる。
その他の構成は、第１実施形態と同様である。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。

Ｘ－Ｘ着陸ライン、Ｘ着陸方向、Ｙ幅方向、Ｚ高さ方向、
ｘ１前後方向軸、ｙ１幅方向軸、Ｏドローン本体の中心、
１ドローン、２ドローン本体、３回転翼、４脚、
５，５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄフリーローラ、６荷物把持装置、
８矩形、９荷物、１０離着陸面、
１２ドローン支持面、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ四隅、
１３貫通孔、１４傾斜案内面、１６姿勢修正面、
２０閉鎖扉、２０ａ上面、２０ｂ容器、２２開閉駆動装置、
２４荷物台、２５移動装置、２６昇降装置、２８搬送装置、
１００ドローンポート

Claims

上面にドローンが離着陸する離着陸面を有するドローンポートであって、
前記ドローンは、平面視において搬送する荷物を囲む複数の脚と、
前記脚の下端部に設けられ、外部と接触して自由に転動する複数のフリーローラと、を有し、
前記離着陸面は、前記ドローンが静止して水平に載り、かつ平面視における着陸ラインの両側に前記フリーローラが整列して位置するドローン支持面と、
前記着陸ラインに沿って着陸方向の上流側に位置し、着陸中の前記ドローンを前記ドローン支持面の高さまで案内する傾斜案内面と、
前記ドローン支持面と前記傾斜案内面を間に挟んで前記着陸ラインの両側に位置し、平面視における前記ドローンの前後方向を修正する１対の姿勢修正面と、を有し、
前記ドローン支持面と前記傾斜案内面の幅方向両端に、前記姿勢修正面の幅方向内端面から下方に延びる鉛直ガイド面を有する、ドローンポート。
前記傾斜案内面は、前記フリーローラと接触して下降中の前記ドローンを前記ドローン支持面の高さまで案内する勾配を有する、請求項１に記載のドローンポート。
１対の前記姿勢修正面は、前記フリーローラと接触して前記フリーローラを前記鉛直ガイド面と平行に整列させる修正傾斜面を有する、請求項１に記載のドローンポート。
上面にドローンが離着陸する離着陸面を有するドローンポートであって、
前記ドローンは、平面視において搬送する荷物を囲む複数の脚と、
前記脚の下端部に設けられ、外部と接触して自由に転動する複数のフリーローラと、を有し、
前記離着陸面は、前記ドローンが静止して水平に載り、かつ平面視における着陸ラインの両側に前記フリーローラが整列して位置するドローン支持面と、
前記着陸ラインに沿って着陸方向の上流側に位置し、着陸中の前記ドローンを前記ドローン支持面の高さまで案内する傾斜案内面と、
前記ドローン支持面と前記傾斜案内面を間に挟んで前記着陸ラインの両側に位置し、平面視における前記ドローンの前後方向を修正する１対の姿勢修正面と、を有し、
前記ドローン支持面は、前記ドローンが静止して水平に載る定位置における前記フリーローラの内側に前記荷物が通過可能な貫通孔を有し、
さらに、前記貫通孔を開閉可能な閉鎖扉を備え、該閉鎖扉は、雨水が通過可能な上面と、雨水を外部に排水する排水装置とを有する、ドローンポート。
前記貫通孔を上下に通過して前記荷物を支持可能な荷物台と、
前記荷物台を前記貫通孔より上方の上昇位置と前記閉鎖扉より下方の下降位置との間で昇降させる昇降装置と、を備え、
前記荷物台は、前記下降位置において、前記荷物を前記荷物台の外側へ移動する移動装置を有する、請求項４に記載のドローンポート。
前記ドローンは、前記荷物を把持又は解放する荷物把持装置を備え、
前記昇降装置により前記荷物の載る前記荷物台を前記貫通孔より上方の上昇位置まで移動させ、前記荷物把持装置により前記荷物を把持する、請求項５に記載のドローンポート。