JP7495696B1 - 清掃ドローン及び清掃システム - Google Patents

Abstract

【課題】飛行部の姿勢が不安定になることを抑制できる清掃ドローンを提供する。【解決手段】清掃対象に接触すると清掃対象を清掃する清掃部２８と、清掃部２８に取り付けられ、かつ、清掃部２８を清掃対象へ向けて移動させる飛行部２７と、を有する清掃ドローン１４であって、清掃部２８の姿勢を調整する２軸ジンバル２９と、飛行部２７を制御する制御部と、清掃部２８が清掃対象に接触される前に、清掃対象の表面の傾斜角度を検出する距離センサ及び制御部と、を有し、２軸ジンバル２９は、清掃部２８が清掃対象に接触する前に、清掃部２８の姿勢を傾斜角度に基づいて調整する清掃ドローン１４を構成した。【選択図】図３

Description

本開示は、清掃対象を清掃するために用いられる清掃ドローン、及び清掃ドローンを管理する清掃システムに関する。

清掃対象、例えば、ソーラーパネルを清掃するために用いられる清掃ドローンの一例が、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載された清掃ドローンは、ドローンと、ドローンに取り付けられた清掃ユニットと、を有する。清掃ユニットは、タンクと、軸受部材と、上部フレームと、２本のショックアブソーバーと、補強フレームと、下部フレームと、散水ノズルと、電動縦回転ロータブラシとを備えている。軸受部材は、格納用ヒンジを介して上部フレームを回転可能に支持している。補強フレームは、ダンパーゴムとダンパーゴムとの間に延在する棒状のカーボンパイプである。下部フレームは、ダンパーゴム及び格納用ヒンジに連結されている。散水ノズル及び電動縦回転ロータブラシは、下部フレームに設けられている。

特許文献１に記載されている清掃ドローンは、着陸時に電動縦回転ロータブラシがソーラーパネルへ押し付けられてダンパーゴムが変形し、電動縦回転ロータブラシがソーラーパネルに圧着される。さらに、ローンの着陸時において、上部フレームが格納用ヒンジを介して所定方向に回動し、電動縦回転ロータブラシが鉛直方向に関して着陸用のスキッドに収まるように配置される、と記載されている。

特開２０２１－１３３２８４号公報

本願発明者は、特許文献１に記載されている清掃ドローンは、清掃部（電動縦回転ロータブラシ）が清掃対象（ソーラーパネル）へ押し付けられて、清掃部が移動するため、その反力を飛行部（本体フレーム）が受け、飛行部の姿勢が不安定になる、という課題を認識した。

本開示の目的は、飛行部の姿勢が不安定になることを抑制できる清掃ドローン、及び清掃ドローンを管理する清掃システムを提供することにある。

本開示は、清掃対象に接触されると前記清掃対象を清掃する清掃部と、前記清掃部に取り付けられ、かつ、前記清掃部を前記清掃対象へ向けて移動させる飛行部と、を有する清掃ドローンであって、前記清掃部の姿勢を調整する姿勢調整機構と、前記飛行部を制御する制御部と、前記清掃部が前記清掃対象に接触される前に、前記清掃対象の表面の傾斜角度を検出する傾斜角度検出部と、を有し、前記姿勢調整機構は、前記清掃部が前記清掃対象に接触される前に、前記清掃部の姿勢を前記傾斜角度に基づいて調整する、清掃ドローンである。

本開示の前記清掃部は、前記清掃対象の表面に接触される清掃ローラと、前記清掃対象の表面に接触されて前記清掃部を前記対象の表面に沿って移動させるキャタピラーと、を有し、前記姿勢調整機構は、前記清掃部が前記清掃対象へ向けて移動されると、前記清掃ローラの外周面及び前記キャタピラーのベルトが前記清掃対象に接触されるように、前記清掃部の姿勢を前記傾斜角度に基づいて調整する構成でもよい。

本開示の前記姿勢調整機構は、前記飛行部に取り付けられた第１ブラケットと、前記第１ブラケットに取り付けられ、かつ、前記飛行部の平面視で、前記第１ブラケットに対し第１仮想線を中心として作動可能な接続具と、前記清掃部に取り付けられ、かつ、前記飛行部の平面視で、前記接続具に対し前記第１仮想線と交差する第２仮想線を中心として作動可能な第２ブラケットと、前記接続具を前記第１仮想線を中心として作動及び停止させる第１電動モータと、前記第２ブラケットを前記第２仮想線を中心として作動及び停止させる第２電動モータと、を有していてもよい。

本開示の前記清掃部は、前記清掃対象に向けて洗浄液を噴射する噴射ノズルを有していてもよい。

本開示の前記清掃対象は、ソーラーパネルを含み、前記ソーラーパネルの角部の位置を検出する角部検出装置が、更に設けられ、前記制御部は、前記清掃部を前記ソーラーパネルの表面のうち前記角部の内側に着陸させてもよい。

本開示は、清掃対象を清掃する複数の清掃ドローンと、複数の前記清掃ドローンとの間で通信が可能であり、かつ、複数の前記清掃ドローンを制御するコンピュータと、を有する清掃システムであって、複数の前記清掃ドローンは、前記清掃対象に接触されると前記清掃対象を清掃する清掃部と、前記清掃部に取り付けられ、かつ、前記清掃部を前記清掃対象へ向けて移動させる飛行部と、前記清掃部の姿勢を調整する姿勢調整機構と、前記飛行部を制御する制御部と、前記清掃部が前記清掃対象に接触される前に、前記清掃対象の表面の傾斜角度を検出する傾斜角度検出部と、をそれぞれ有し、前記姿勢調整機構は、前記清掃部が前記清掃対象に接触される前に、前記清掃部の姿勢を前記傾斜角度に基づいて調整し、前記コンピュータは、複数の前記清掃ドローンにより、同一の所在地に設置されている異なる前記清掃対象を別々に清掃させる補助情報を、複数の前記清掃ドローンへそれぞれ送信する管理部を有する、清掃システムである。

本開示の清掃ドローンによれば、清掃部が清掃対象に接触される前に、清掃対象の表面の傾斜角度を検出し、清掃部が清掃対象に接触される前に、清掃部の姿勢を傾斜角度に基づいて調整できる。したがって、清掃ドローンが清掃対象に接触する際に、飛行部が受ける反力を低減でき、飛行部の姿勢が不安定になることを抑制できる。

本開示の清掃ドローンによれば、姿勢調整機構は、清掃ローラの外周面及びキャタピラーのベルトが清掃対象に接触されるように、清掃部の姿勢を傾斜角度に基づいて調整する。したがって、清掃ドローンが清掃対象に接触する際に、飛行部が受ける反力を、一層確実に低減できる。

本開示の清掃ドローンによれば、接続具を第１ブラケットに対し第１仮想線を中心として作動させること、または、第２ブラケットを第２仮想線を中心として作動させること、のうち、少なくとも一方を行うことにより、清掃部の姿勢を調整できる。

本開示の清掃ドローンによれば、噴射ノズルが、清掃対象に向けて洗浄液を噴射する。したがって、清掃対象の汚れを除去し易くなる。

本開示の清掃ドローンによれば、ソーラーパネルの角部の位置を検出し、清掃部をソーラーパネルの表面のうち角部の内側に着陸させることができる。

本開示の清掃システムによれば、清掃部が清掃対象に接触される前に、清掃対象の表面の傾斜角度を検出し、かつ、清掃部が清掃対象に接触される前に、清掃部の姿勢を傾斜角度に基づいて調整できる。したがって、清掃ドローンが清掃対象上に接触する際に、飛行部が受ける反力を低減でき、飛行部の姿勢が不安定になることを抑制できる。また、コンピュータは、複数の清掃ドローンにより、同一の所在地に設置されている異なる清掃対象を別々に清掃させる。したがって、複数の清掃対象を効率よく清掃できる。

本開示の清掃ドローンを含む清掃システムの構成を示すブロック図である。 ソーラーパネルの設置場所の上空に清掃ドローンが居る状態の模式的な斜視図である。 清掃ドローンの正面図である。 清掃ドローンの側面図である。 清掃ドローンの平面図である。 清掃ドローンがソーラーパネルに着陸する前に、２軸ジンバルを制御した状態の正面図である。 清掃ドローンの移動軌跡を示す斜視図である。 清掃ドローンがソーラーパネルに着陸した状態の正面図である。 清掃ドローンがソーラーパネルの表面を清掃している状態の側面図である。 清掃ドローンで行われる制御の一例を示すフローチャートである。

（概要）
図１に示す清掃システム１０は、清掃対象を掃除するためのシステムである。清掃システム１０は、基地コンピュータ１２、サーバ１３及び清掃ドローン１４を有する。基地コンピュータ１２とサーバ１３とが、通信ネットワークを介して双方向通信が可能であり、サーバ１３と清掃ドローン１４との間で無線による双方向通信が可能である。基地コンピュータ１２から清掃対象、例えば、ソーラーパネル１１を清掃する清掃情報が出力される。サーバ１３は、基地コンピュータ１２から清掃情報を取得すると、清掃ドローン１４を、基地から図２に示すようなソーラーパネル１１の設置場所へ発進させる。ソーラーパネル１１は、地上に設置されていてもよいし、建築物の屋根、または、建築物の屋上、等に設置されていてもよい。

（基地コンピュータ）
図１に示すように、基地コンピュータ１２は、基地７５に設けられており、基地７５の担当者により操作される。また、基地７５には清掃ドローン１４が待機している。基地コンピュータ１２は、スーパーコンピュータ、ワークステーション、メインフレーム、サーバ、タブレット端末、スマートフォン等のうちの何れであってもよい。基地コンピュータ１２は、入力部１５、表示部１６、制御部１７、記憶部１８及び通信部１９を有する。入力部１５は、基地７５の担当者により操作される。入力部１５は、キーボード、マウス、タッチパネル等により構成されている。

担当者は、入力部１５を操作することにより、清掃対象情報を入力できる。清掃情報は、清掃ドローン１４で清掃するべき清掃対象に関する情報である。清掃対象情報は、例えば、清掃対象であるソーラーパネル１１の設置場所（所在地）、設置場所に存在するソーラーパネル１１の総数、及びソーラーパネル１１の総面積、ソーラーパネル１１を清掃する年月日及び時刻、ソーラーパネル１１の清掃開始から終了までの所要時間の目標値、等を含む。

表示部１６は、例えば、液晶モニタ、有機ＥＬ（Electro Luminescence）モニタなどで構成されている。表示部１６は、入力部１５から入力される情報、サーバから送信される情報を表示することができる。表示部１６により表示される情報は、文書、画像、映像、等を含む。表示部１６は、例えば、清掃ドローン１４から送信された映像を表示することができる。担当者は、表示部１６を目視することができる。

制御部１７は、入力ポート、出力ポート、中央演算処理回路を有する。制御部１７は、指令処理部２０及び情報取得部２１を構成する。指令処理部２０は、入力部１５から入力される情報を処理及び判断することにより、かつ、サーバ１３へ送信する情報を生成する。情報取得部２１は、サーバ１３から送信される情報を処理及び判断する。また、制御部１７は、表示部１６で表示する情報を制御する。記憶部１８には、制御部１７で行われる各種の処理及び判断に用いられる情報、データが記憶され、かつ、制御部１７で起動されるアプリケーション及びプログラムが格納されている。また、制御部１７で行われる各種の処理及び判断結果は、記憶部１８へ記憶される。通信部１９は、制御部１７により制御されて、サーバ１３との間で相互に信号の送信及び受信を行う。

（サーバ）
サーバ１３は、基地コンピュータ１２から送信される清掃指令に応じて、複数の清掃ドローン１４を管理及び制御するコンピュータである。また、サーバ１３は、清掃ドローン１４から取得した情報を、基地コンピュータ１２へ送る機能を有する。サーバ１３は、管理部２２、記憶部２３、通信部２４を有する。管理部２２は、入力ポート、出力ポート、中央演算処理回路を有する。管理部２２は、複数の清掃ドローン１４を制御及び管理する機能を有する。管理部２２は、入力情報処理部２５及び出力情報生成部２６を構成する。入力情報処理部２５は、基地コンピュータ１２及び清掃ドローン１４から取得する情報を処理及び判断する。

また、出力情報生成部２６は、基地コンピュータ１２へ送る情報、及び清掃ドローン１４へ送る清掃情報及び補助情報を生成する。補助情報は、例えば、清掃ドローン１４がソーラーパネル１１の清掃を開始後に、同じ所在地に設置されている複数のソーラーパネル１１のうち、未清掃のソーラーパネル１１と、清掃済のソーラーパネル１１とを区別する情報を含む。また、補助情報は、複数の清掃ドローン１４により、同一の所在地に設置されている異なるソーラーパネル１１を別々に清掃させる指令を含む。管理部２２は、各種の処理及び判断結果を、記憶部２３へ記憶することができる。記憶部２３には、管理部２２で行われる各種の処理及び判断に用いられる情報、データが記憶され、かつ、各種の処理及び判断のために起動される、アプリケーション及びプログラム等が格納されている。

記憶部２３には、例えば、清掃対象の一例であるソーラーパネル１１の所在地を含む地図データが記憶されている。さらに、記憶部２３には、基地７５と、ソーラーパネル１１の所在地との間を清掃ドローン１４が往復する場合の所要時間が記憶されている。また、記憶部２３には、清掃対象の一例であるソーラーパネル１１の総面積及び目標所要時間に対する清掃ドローン１４の必要数を定めた情報が記憶されている。通信部２４は、管理部２２により制御されて、基地コンピュータ１２及び清掃ドローン１４との間で、相互に信号の送信及び受信を行う。

（清掃ドローン）
図３、図４及び図５のように、清掃ドローン１４は、飛行部２７、清掃部２８及び２軸ジンバル２９を有する。飛行部２７は、清掃ドローン１４が、地上から空中への上昇、空中での飛行、空中で停止、空中での降下、空中から地上への着陸等の動作を行うための駆動機構である。飛行部２７は、本体部３０、複数のアーム３１、複数のプロペラ３２、プロテクタ３３、飛行用電動モータ３４、電源３５、アンテナ（通信部）３６、制御部３７、記憶部３８、距離センサ３９、位置検出部４０、ジャイロセンサ６３、障害物検出センサ７３等を有する。本体部３０は、箱形状のケーシングであり、本体部３０の内部に、図１に示す電源３５、制御部３７、記憶部３８等が収容されている。

飛行用電動モータ３４は、複数のアーム３１にそれぞれ取り付けられており、飛行用電動モータ３４は、一例としてブラシレスモータである。プロペラ３２は、飛行用電動モータ３４の回転軸にそれぞれ取り付けられている。図１に示す電源３５は、充電及び放電を行うことのできる二次電池である。電源３５は、一例としてリチウム・イオン電池、ニッケル・カドミウム電池が用いられる。飛行用電動モータ３４は、電源３５から電力が供給されて回転軸が回転する。アンテナ３６は、例えば、本体部３０の外面に設けられており、アンテナ３６とサーバ１３との間で双方向通信が可能である。また、制御部３７と清掃部２８とが、相互に通信可能に接続されている。プロテクタ３３は、本体部３０に取り付けられており、プロテクタ３３はプロペラ３２の周囲を囲むように設けられている。プロテクタ３３は、プロペラ３２が周囲の物体に接触することを阻止する要素である。

図１に示す距離センサ３９は、複数設けられている。距離センサ３９は、例えば、レーザー光線を地上へ向けて照射し、反射したレーザー光線を受光することにより、清掃ドローン１４と、清掃ドローン１４より下に位置する地上との距離を測定して信号を出力する。地上は、地表、建築物の屋根、建築物の屋上、地表に設けられたソーラーパネル１１、建築物に設けられたソーラーパネル１１、等の何れであってもよい。距離センサ３９は、例えば、各アーム３１にそれぞれ設けられている。

位置検出部４０は、例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System）により構成されており、図２に示すような４基以上の人工衛星７４からの信号を受信することで、地図データにおける清掃ドローン１４の位置情報、つまり、現在位置を検出するシステムである。図２では、便宜上、人工衛星７４が１基のみ示されている。ジャイロセンサ６３は、角速度センサ及び加速度センサを含む。ジャイロセンサ６３は、飛行部２７の回転、振動、傾き等を検出して信号を出力する。障害物検出センサ７３は、清掃ドローン１４の周囲の障害物を検出して信号を出力する。

制御部３７は、アンテナ３６、距離センサ３９、位置検出部４０、ジャイロセンサ６３、障害物検出センサ７３、記憶部３８に接続されている。制御部３７は、入力ポート、出力ポート及び中央演算処理回路をする。制御部３７は、アンテナ３６がサーバから受信する信号、距離センサ３９から出力される信号、ジャイロセンサ６３から出力される信号、位置検出部４０により検出される清掃ドローン１４の現在位置、障害物検出センサ７３により検出される障害物、記憶部３８に記憶されている情報、データに基づいて、各種の処理及び判断を行い、その処理結果、及び判断結果に基づいて、飛行用電動モータ３４及び２軸ジンバル２９を制御し、かつ、清掃部２８へ送信する信号を生成する。

制御部３７は、例えば、位置検出部４０による清掃ドローン１４の位置の検出結果、距離センサ３９の信号から判断される地上からの清掃ドローン１４の高さ、等に基づいて、飛行用電動モータ３４をそれぞれ制御する。したがって、清掃ドローン１４の上昇、下降、空中での停止、空中での飛行、飛行中の向き、方向変換、旋回、右折、左折、等を行うことができる。

また、制御部３７は、ジャイロセンサ６３から出力される信号を処理し、その処理結果に基づいて、複数の飛行用電動モータ３４の回転速度、及び回転方向をそれぞれ制御することにより、飛行部２７の姿勢、例えば、水平度を保持することができる。さらに、制御部３７は、複数の距離センサ３９の信号を処理することにより、地表の傾斜角度、例えば、図６に示すソーラーパネル１１の表面４１の傾斜角度θ１を判断できる。傾斜角度θ１は、水平な仮想線Ｂ１と表面４１との間の鋭角側の角度で表すことができる。制御部３７は、複数の距離センサ３９で検出される距離の差から傾斜角度θ１を判断できる。制御部３７は、傾斜角度θ１の判断結果に基づいて、２軸ジンバル２９及び清掃部２８を制御することができる。制御部３７が、傾斜角度θ１の判断結果に基づいて行う制御は、後述する。

ソーラーパネル１１を平面視すると、ソーラーパネル１１の外周形状は四角形、例えば、長方形または正方形である。ソーラーパネル１１は、図７のように、上縁６４及び下縁６５と、２つの側縁６６，８０と、４つの角部７０，７１，７６，７７と、を有する。表面４１は、上縁６４及び下縁６５、２つの側縁６６，８０により囲まれた領域である。上縁６４と下縁６５とは平行であり、かつ、２つの側縁６６，８０は平行である。また、上縁６４は、鉛直方向で下縁６５より上に位置する。

また、角部７０は、上縁６４と側縁６６との接続箇所である。角部７１は、上縁６４と側縁８０との接続箇所である。角部７６は、下縁６５と側縁６６との接続箇所である。角部７７は、下縁６５と側縁８０との接続箇所である。ソーラーパネル１１の平面視で、角部７０、７１，７６，７７は、それぞれ異なる位置にある。角部７０，７１は同じ高さに位置し、角部７６，７７は同じ高さに位置する。制御部３７は、カメラ５９が撮影する映像を処理して、ソーラーパネル１１の形状、例えば、上縁６４，側縁６６、側縁６６，８０、角部７０，７１、７６，７７を認識できる。なお、角部７０，７１は、同じ高さに位置するものとする。

図１に示す記憶部３８には、制御部３７が処理及び判断を行うための情報及びプログラム、２軸ジンバル２９を制御するための情報及びプログラム、清掃部２８へ送信する信号を生成するためのプログラム及び情報、清掃部２８から受信する信号を処理するためのプログラム及び情報が記憶されている。

（２軸ジンバル）
図３及び図４に示す２軸ジンバル２９は、飛行部２７に対する清掃部２８の姿勢を調整する機構である。図５のように、清掃ドローン１４を平面視すると、２軸ジンバル２９は、本体部３０の略中央に配置されている。清掃ドローン１４の平面視とは、重力の作用方向で清掃ドローン１４を真上から見ることを意味する。２軸ジンバル２９は、飛行部２７と清掃部２８とを接続する機構であり、２軸ジンバル２９は、飛行部２７に対する清掃部２８の姿勢を調整する機能を備えている。飛行部２７に対する清掃部２８の姿勢を調整することにより、ソーラーパネル１１の表面４１に対する清掃部２８の姿勢を調整できる。

２軸ジンバル２９は、本体部３０の下面に固定された第１ブラケット４２と、清掃部２８に固定された第２ブラケット４３と、第１ブラケット４２と第２ブラケット４３とを接続する接続具４４と、第１電動モータ４５及び第２電動モータ４６と、を有する。第１ブラケット４２、第２ブラケット４３及び接続具４４は、何れも金属製である。第１ブラケット４２と接続具４４とが、第１支持軸４７により連結されている。接続具４４は、第１ブラケット４２に対し、第１支持軸４７の中心である仮想線Ｑ１を中心とする所定角度の範囲内で作動（回転）及び停止が可能である。第１電動モータ４５は、接続具４４を作動及び停止させるアクチュエータである。

第２ブラケット４３と接続具４４とが、第２支持軸４８により連結されている。第２ブラケット４３は、接続具４４に対し、第２支持軸４８を中心とする所定角度の範囲内で作動及び停止が可能である。第１支持軸４７は、本体部３０と第２支持軸４８との間に設けられている。清掃ドローン１４を平面視すると、第１支持軸４７と第２支持軸４８とは、９０度の角度で交差するように配置されている。

第２電動モータ４６は、第２支持軸４８の中心である仮想線Ｑ２を中心として、第２ブラケット４３を作動（回転）及び停止させるアクチュエータである。第１電動モータ４５及び第２電動モータ４６は、電源３５の電力で回転される。制御部３７は、第１電動モータ４５及び第２電動モータ４６の停止、回転、回転速度、回転方向をそれぞれ別々に制御する。図３及び図４に示す清掃ドローン１４を真上から平面視すると、図５のように、仮想線Ｑ１と仮想線Ｑ２とは、略９０度の角度で交差するような位置関係にある。

（清掃部）
清掃部２８は、ソーラーパネル１１の表面４１を清掃する機構である。清掃部２８は、飛行部２７に対し２軸ジンバル２９を介して取り付けられている。清掃部２８は、接続フレーム４９、本体部５０、洗浄液タンク５１、噴射ノズル５２、清掃ローラ５３、キャタピラー（登録商標）５４、清掃ローラ駆動部５５、キャタピラー駆動部５６、電源７８、制御部５８、カメラ５９、記憶部６０、ワイプ６１等を有する。接続フレーム４９は金属製であり、接続フレーム４９に第２ブラケット４３が固定されている。また、接続フレーム４９に本体部５０が取り付けられている。

洗浄液タンク５１は、本体部５０の上に設けられており、洗浄液タンク５１内に洗浄液が貯留される。洗浄液は、水でもよいし、界面活性剤その他の成分を含む水であってもよい。噴射ノズル５２は、例えば、接続フレーム４９に設けられている。噴射ノズル５２は、洗浄液タンク５１内の洗浄液を清掃ローラ５３の前方へ噴射する。

キャタピラー駆動部５６は、本体部５０の下面に取り付けられている。キャタピラー駆動部５６に支持フレーム５７が取り付けられ、清掃ローラ５３が支持フレーム５７に取り付けられている。清掃ローラ５３は、ソーラーパネル１１の表面４１を清掃する要素であり、清掃ローラ５３は、接続フレーム４９により回転可能に支持されている。清掃ローラ５３は、例えば、合成樹脂製の毛を有するブラシを円柱形状のローラの外周面に設けたものである。

清掃ローラ駆動部５５は、接続フレーム４９に取り付けられている。清掃ローラ駆動部５５は、清掃ローラ５３を回転させる電動モータ７９を有する。電動モータ７９は、電源７８から電力が供給されると回転する。清掃ローラ５３の周速度は、キャタピラー５４の周速度を超えている。キャタピラー５４（無限軌道）は、清掃部２８をソーラーパネル１１の表面４１に沿って移動させるための機構である。キャタピラー５４は、起動輪、転輪、遊動輪（誘導輪）を囲むように巻かれたベルト６７を有する。キャタピラー５４は、キャタピラー駆動部５６の両側にそれぞれ設けられており、２つのキャタピラー５４のベルト６７は、それぞれ単独で回転、停止、回転方向の切り替えが行われる。

キャタピラー駆動部５６は、電動モータ６２を有し、電動モータ６２が、２つのキャタピラー５４のベルト６７をそれぞれ別々に作動及び停止させる。電動モータ６２は、電源７８から電力が供給されて回転する。キャタピラー５４が作動されると、清掃部２８が前進及び後退できる。また、２つのキャタピラー５４のベルト６７の回転方向をそれぞれ制御することにより、清掃部２８の右折、左折、方向変換、旋回、等を行える。

ワイプ６１は、例えば、キャタピラー駆動部５６に取り付けられている。ワイプ６１は、ソーラーパネル１１の表面４１に付着している異物、例えば、水滴を拭き取る要素である。清掃ドローン１４を平面視すると、清掃ローラ５３とワイプ６１との間に、本体部５０が配置されている。

電源７８は、本体部５０内に設けられている。電源７８は、充電及び放電を行うことのできる二次電池である。電源７８は、一例としてリチウム・イオン電池、ニッケル・カドミウム電池が用いられる。電源７８の電力は、清掃ローラ駆動部５５及びキャタピラー駆動部５６へそれぞれ供給される。カメラ５９は、例えば、接続フレーム４９に取り付けられている。カメラ５９は、清掃ドローン１４の周囲の映像を撮影して信号を出力する。

清掃ドローン１４が空中で飛行中、または、空中で静止中、または、地上で静止中において、カメラ５９は、清掃ドローン１４の周囲及び地上の映像を撮影できる。カメラ５９は、例えば、ソーラーパネル１１の表面４１の外周形状、ソーラーパネル１１の表面４１の汚れ状態、等の映像を撮影できる。カメラ５９で撮影された映像は、記憶部６０に記憶され、かつ、制御部５８へ送られる。

制御部５８は、本体部５０内に設けられている。制御部５８は、入力ポート、出力ポート及び中央演算処理回路を有し、制御部５８は、制御部３７とつながっている。制御部５８は、飛行部２７の制御部３７から受信する信号、記憶部６０に記憶されている情報及びプログラムに基づいて、各種の処理及び判断を行い、その処理結果、及び判断結果に基づいて清掃ローラ駆動部５５及びキャタピラー駆動部５６を制御する。また、制御部５８はカメラ５９の信号を処理し、その処理結果を飛行部２７の制御部３７へ送信する。記憶部６０には、制御部５８の処理及び判断に用いられるプログラム及び情報が記憶されている。

（使用例）
清掃システム１０の稼働例は、次の通りである。基地コンピュータ１２は、清掃対象情報をサーバ１３へ送信する。サーバ１３の管理部２２は、基地コンピュータ１２から取得した清掃対象情報に基づいて、基地７５から発進させる清掃ドローン１４の数を決定する。管理部２２は、例えば、清掃対象であるソーラーパネル１１の総数、及びソーラーパネル１１の総面積、ソーラーパネル１１の清掃開始から終了までの所要時間の目標値、等に基づいて、基地７５から発進させる清掃ドローン１４の数を決定する。清掃ドローン１４の制御部３７は、サーバ１３の管理部２２から、清掃対象情報の一部、例えば、ソーラーパネル１１の所在地、所在地を含む地図データ等を取得する。管理部２２は、基地７５から清掃ドローン１４を発進させる。

清掃ドローン１４が飛行中、図５に示す４つのプロペラ３２のうち、本体部３０を隔てて対角に位置するプロペラ３２は、時計回りに回転され、本体部３０を隔てて対角に位置するプロペラ３２は、反時計回りに回転される。清掃ドローン１４が飛行中、図３及び図４のように、清掃部２８は、重力の作用方向で飛行部２７の下に位置する。

清掃ドローン１４の制御部３７は、位置検出部４０により検出される清掃ドローン１４の現在位置に基づいて、清掃ドローン１４を、清掃対象、つまり、複数のソーラーパネル１１が設置されている所在地へ到達させる。制御部３７は、清掃ドローン１４を、複数のソーラーパネル１１のうち、未清掃である１基のソーラーパネル１１の上空に位置させる。制御部３７は、飛行部２７の水平度を保持する制御を行っている。制御部３７は、サーバ１３から取得した情報に基づいて、ソーラーパネル１１が未清掃であるか清掃済みであるかを判断できる。

清掃ドローン１４が、何れかのソーラーパネル１１の上空に位置された時点において、接続具４４は、第１ブラケット４２に対して初期位置で停止されている。このため、清掃ローラ５３の回転中心である仮想線Ｂ２は、水平線Ａ１と平行である。つまり、清掃ローラ５３の接地部６９も、水平線Ａ１と平行である。接地部６９は、清掃ローラ５３のうち、仮想線Ｂ２に沿った方向の部位である。また、第２ブラケット４３は、接続具４４に対して初期位置に停止されている。このため、キャタピラー５４のベルト６７の接地部６８は、水平線Ａ１と平行である。

制御部３７は、清掃ドローン１４を下降させる前に、清掃部２８の姿勢をソーラーパネル１１の表面４１に適した状態に調整する。例えば、制御部３７は、清掃ドローン１４を降させる前に第１制御、第２制御及び第３制御を行う。第１制御の一例は、ソーラーパネル１１の平面視で、清掃ドローン１４をソーラーパネル１１の何れかの角部の内側に位置させ、かつ、飛行部２７を上縁６４及び下縁６５に沿って前進させるように、飛行部２７を第１の向きＤ１に調整することである。飛行部２７が第１の向きＤ１で前進すると、清掃ローラ５３より後方にワイプ６１が位置する。第２制御の一例は、本体部３０の中心線Ｃ１と、ソーラーパネル１１の上縁６４とが平行になるように、飛行部２７の向きを調整することである。

制御部３７が行う第３制御の一例は、ソーラーパネル１１の表面４１の傾斜角度θ１を判断し、かつ、傾斜角度θ１の判断結果に基づいて、第１支持軸４７を中心とする接続具４４の停止位置を調整することである。第３制御は、ソーラーパネル１１の平面視で、ソーラーパネル１１の表面４１と、清掃ローラ５３の仮想線Ｂ２とを平行にすることを目的として行う。

制御部３７は、第１制御、第２制御及び第３制御を行った後、清掃ドローン１４を下降させ、例えば、図８のように、清掃ドローン１４をソーラーパネル１１の表面４１へ着陸させる。制御部３７は、清掃ドローン１４が表面４１へ着陸したか否かを、カメラ５９の映像、及び複数の距離センサ３９が検出する距離、等から判断できる。すると、清掃ローラ５３の接地部６９が、表面４１へ接触され、かつ、ベルト６７の接地部６８が表面４１へ接触される。

制御部３７は、清掃ドローン１４が表面４１へ着陸した後、制御信号を清掃部２８の制御部５８へ送信する。すると、制御部５８は、ソーラーパネル１１の表面４１を清掃するための制御を行う。制御部５８は、まず、キャタピラー駆動部５６を制御することにより、清掃部２８を上縁６４に沿い、かつ、側縁６６へ向けて前進させる。また、制御部５８は、噴射ノズル５２を制御することにより、表面４１のうち、清掃ローラ５３より前方に位置する領域へ洗浄液を噴射させる。さらに、制御部５８は、清掃ローラ駆動部５５を制御することにより、清掃ローラ５３を回転させる。したがって、表面４１の汚れが清掃ローラ５３により清掃される。

さらに、制御部５８は、清掃ローラ５３が側縁６６へ接近すると、キャタピラー駆動部５６を制御することにより、清掃部２８の方向変換を行う。また、制御部３７は、清掃部２８が方向変換されることに同期して、飛行用電動モータ３４を制御し、飛行部２７を方向変換させる。

さらに、制御部３７は、清掃部２８の方向変換を行う過程において、第４制御を行う。第４制御は、図９に示すように、表面４１の傾斜角度θ１に基づいて、２軸ジンバル２９の第１電動モータ４５及び第２電動モータ４６を制御することである。具体的に説明すると、第４制御は、接続具４４を第１支持軸４７を中心として作動させ、かつ、第２ブラケット４３を第２支持軸４８を中心として作動させる。制御部３７が、第４制御を実行すると、清掃部２８が方向変換される過程で、キャタピラー５４の接地部６８及び清掃ローラ５３の接地部６９が、ソーラーパネル１１の表面４１に常に接触された状態を保持できる。

制御部５８は、清掃部２８の方向変換が終了すると、清掃部２８を側縁６６へ向けて移動させ、かつ、上縁６４に沿って移動させるように、キャタピラー駆動部５６を制御する。以後、制御部３７，５８が上記制御を繰り返すことにより、清掃ドローン１４は、表面４１を清掃しながら蛇行形状の軌跡Ｅ１で移動し、かつ、清掃ドローン１４は、上縁６４から下縁６５へ近づく。そして、制御部５８は、１基のソーラーパネル１１の表面４１の清掃が完了すると、制御部５８は、キャタピラー駆動部５６及び清掃ローラ駆動部５５を停止させる。制御部５８は、カメラ５９の映像を処理して、１基のソーラーパネル１１の表面４１の清掃が完了したかどうかを判断できる。また、制御部５８は、１基のソーラーパネル１１の表面４１の清掃が完了したことを、制御部３７へ送信する。

なお、清掃ドローン１４によりソーラーパネル１１の表面４１を清掃する場合、制御部３７は、第１制御として、飛行部２７を側縁６６，８０に沿って前進させるように、飛行部２７を第１の向きＤ１に調整してもよい。この場合、制御部３７が行う第２制御は、ソーラーパネル１１の平面視で、ソーラーパネル１１の上縁６４及び下縁６５と、清掃ローラ５３の仮想線Ｂ２とを、平行にすることである。さらに、制御部３７が行う第３制御は、ソーラーパネル１１の平面視で、ソーラーパネル１１の表面４１と、ベルト６７の接地部６８とを、平行にする処理である。そして、制御部３７は、清掃ドローン１４を側縁６６，８０に沿って移動させる制御と、清掃ドローン１４を上縁６４及び下縁６５付近で方向変換させる制御とを行い、清掃ドローン１４を蛇行形状の移動軌跡で移動させ、１基のソーラーパネル１１の表面の清掃を完了させる。

このように、制御部３７は、清掃ローラ５３によりソーラーパネル１１の表面４１を清掃中、接続具４４を第１ブラケット４２に対して作動及び停止させる制御、第２ブラケット４３を接続具４４に対して作動及び停止させる制御のうち、少なくとも何れか一方を行う。したがって、清掃ローラ５３の接地部６９を、常に表面４１に線接触させることができ、かつ、ベルト６７の接地部６８を、常に表面４１に面接触させることができる。

制御部５８は、清掃部２８により１基のソーラーパネル１１の表面４１の清掃が完了したことを検出すると、その事実をサーバ１３へ送信し、かつ、清掃ドローン１４を上昇させる。また、カメラ５９は、清掃が完了したソーラーパネル１１の表面４１の映像を撮影し、制御部５８は、その映像を制御部３７へ送信する。制御部３７は、清掃が完了したソーラーパネル１１の表面４１の映像、及び清掃が完了したソーラーパネル１１の位置情報を、サーバ１３へ送信する。

その後、制御部３７は、清掃ドローン１４を、未清掃である１基のソーラーパネル１１の上へ移動させ、前述と同様の制御を行い、１基のソーラーパネル１１の表面４１を清掃部２８により清掃する。このようにして、複数の清掃ドローン１４が、それぞれソーラーパネル１１の表面４１を清掃する作業を行い、その所在地にある全部のソーラーパネル１１の清掃が完了すると、複数の清掃ドローン１４は、ソーラーパネル１１の設置場所から基地７５へ戻る。

（制御例）
図１０は、清掃ドローン１４の制御部３７が、サーバ１３から清掃指令を受けて行う制御の一例を示すフローチャートである。制御部３７は、清掃ドローン１４を未清掃のソーラーパネル１１の上に移動させる。制御部３７は、清掃ドローン１４が、ソーラーパネル１１へ着陸する前に、ステップＳ１１で傾斜角度θ１を検出する。制御部３７は、清掃ドローン１４が、ソーラーパネル１１へ着陸する前に、ステップＳ１２で２軸ジンバル２９を傾斜角度θ１に合わせて調整する。

制御部３７は、清掃ドローン１４がソーラーパネル１１へ着陸後、ステップＳ１３において、清掃部２８による清掃を開始させる。また、制御部３７は、清掃部２８による清掃中、２軸ジンバル２９を傾斜角度θ１に合わせて調整する。

制御部３７は、ステップＳ１４において、清掃中のソーラーパネル１１の清掃が完了したか否かを判断する。制御部３７は、ステップＳ１４でＮｏと判断すると、ステップＳ１３に進む。制御部３７は、ステップＳ１４でＹｅｓと判断すると、ステップＳ１５において、所定のソーラーパネル１１の清掃を完了したことを、サーバ１３へ送信し、かつ、清掃ドローン１４をソーラーパネル１１から離陸させ、図１０の制御例を終了する。

（本開示の効果）
本開示の清掃ドローン１４によれば、飛行部２７が降下されて清掃部２８がソーラーパネル１１に接触される前に、表面４１の傾斜角度θ１を検出し、飛行部２７が降下されて清掃部２８が表面４１に接触される前に、清掃部２８の姿勢を傾斜角度θ１に基づいて調整できる。したがって、清掃ドローン１４がソーラーパネル１１上に着陸する際に、飛行部２７が受ける反力を低減でき、飛行部２７の姿勢が不安定になることを抑制できる。また、ソーラーパネル１１の表面４１に傷が付くことを抑制できる。

本開示の清掃ドローン１４によれば、制御部３７は、清掃ローラ５３の接地部６９が表面４１に線接触され、かつ、キャタピラー５４のベルト６７の接地部６８が表面４１に面接触されるように、清掃部２８の姿勢を傾斜角度θ１に基づいて調整できる。したがって、清掃部２８が表面４１へ着陸した後に、清掃部２８の姿勢を調整せずに済む。

本開示の清掃ドローン１４によれば、接続具４４を第１ブラケット４２に対し仮想線Ｑ１を中心として作動させること、または、第２ブラケット４３を仮想線Ｑ２を中心として作動させること、のうち少なくとも一方を行うことにより、清掃部２８の姿勢を調整できる。本開示の清掃ドローン１４によれば、噴射ノズル５２が、ソーラーパネル１１の表面４１に向けて洗浄液を噴射する。したがって、ソーラーパネル１１の表面４１の汚れを除去し易くなる。

本開示の清掃ドローン１４によれば、ソーラーパネル１１の角部７０，７１の位置を検出し、清掃部２８をソーラーパネル１１の表面４１のうち角部７０，７１の内側に着陸させることができる。本開示の清掃ドローン１４によれば、飛行部２７が降下されて清掃部２８がソーラーパネル１１の表面４１に接触される前に、ソーラーパネル１１の表面４１の傾斜角度θ１を検出し、飛行部２７が降下されて清掃部２８がソーラーパネル１１の表面４１に接触される前に、清掃部２８の姿勢を傾斜角度θ１に基づいて調整できる。したがって、清掃ドローン１４がソーラーパネル１１上に着陸する際に、飛行部２７が受ける反力を低減でき、飛行部２７の姿勢が不安定になることを抑制できる。

さらに、清掃ドローン１４は、未清掃のソーラーパネル１１と、清掃済のソーラーパネル１１とを区別できるため、同じソーラーパネル１１を、同じ清掃ドローン１４、または、異なる清掃ドローン１４が、重複して清掃することを防止できる。また、サーバ１３は、複数の清掃ドローン１４により、同一の所在地に設置されている異なるソーラーパネル１１を別々に清掃させる。したがって、複数のソーラーパネル１１を効率よく清掃できる。

（補足説明）
本実施形態に開示されている技術事項の意味の一例は、次の通りである。ソーラーパネルは、清掃対象の一例である。清掃システム１０は、清掃システムの一例である。サーバ１３は、コンピュータの一例である。清掃ドローン１４は、清掃ドローンの一例である。清掃部２８は、清掃部の一例である。飛行部２７は、飛行部の一例である。２軸ジンバル２９及び制御部３７は、姿勢調整機構の一例である。制御部３７及び飛行用電動モータ３４は、制御部の一例である。距離センサ３９及び制御部３７は、傾斜角度検出部の一例である。清掃ローラ５３は、清掃ローラの一例である。キャタピラー５４は、キャタピラーの一例である。

ベルト６７は、ベルトの一例である。第１ブラケット４２は、第１ブラケットの一例である。仮想線Ｑ１は、第１仮想線の一例である。接続具４４は、接続具の一例である。仮想線Ｑ２は、第２仮想線の一例である。第２ブラケット４３は、第２ブラケットの一例である。第１電動モータ４５は、第１電動モータの一例である。第２電動モータ４６は、第２電動モータの一例である。噴射ノズル５２は、噴射ノズルの一例である。カメラ５９及び制御部３７は、角部検出装置の一例である。管理部２２は、管理部の一例である。図５に示す飛行部２７は、飛行部の平面視の一例である。

本開示における清掃ドローンの清掃対象は、傾斜して配置されるソーラーパネルの他、建築物の上部に傾斜して設けられる平坦な屋根、建築物に傾斜して設けられる窓ガラス、等を含む。清掃対象の表面の傾斜角度は、水平か仮想線に対する傾斜角度に代えて、鉛直線に対する傾斜角度、建築物の屋根に対する傾斜角度、建築物の壁面に対する傾斜角度、等であってもよい。

また、清掃ドローンを管理及び制御するコンピュータは、サーバに限らず、ワークステーション、スーパーコンピュータ、メインフレーム等を含む。清掃ドローンを管理及び制御するコンピュータは、実施例に開示されているサーバの機能、及び基地コンピュータの機能の両方を有していてもよい。さらに、清掃ドローンを管理及び制御するコンピュータは、携帯型端末、例えば、タブレット端末、スマートフォンであってもよい。

さらに、ソーラーパネルの角部の位置を検出する角部検出装置としてのカメラは、飛行部に設けられていてもよい。また、制御部３７及び制御部５８は、統合されていてもよい。さらに、記憶部３８と記憶部６０とが統合されていてもよい。さらに、電源３５と電源７８とが統合されていてもよい。

本開示は、清掃対象の表面を清掃するための清掃ドローン及び清掃システムとして利用可能である。

１０…清掃システム、１３…サーバ、１４…清掃ドローン、２２…管理部、２７…飛行部、２８…清掃部、２９…２軸ジンバル、３７…制御部、３４…飛行用電動モータ、３９…距離センサ、４２…第１ブラケット、４３…第２ブラケット、４４…接続具、４５…第１電動モータ、４６…第２電動モータ、５２…噴射ノズル、５３…清掃ローラ、５４…キャタピラー、５９…カメラ、６７…ベルト、Ｑ１…仮想線、Ｑ２…仮想線

Claims (5)

1. 清掃対象に接触されると前記清掃対象を清掃する清掃部と、
   前記清掃部に取り付けられ、かつ、前記清掃部を前記清掃対象へ向けて移動させる飛行部と、
   を有する清掃ドローンであって、
   前記清掃部の姿勢を調整する姿勢調整機構と、
   前記飛行部を制御する制御部と、
   前記清掃部が前記清掃対象に接触される前に、前記清掃対象の表面の傾斜角度を検出する傾斜角度検出部と、
   前記清掃対象の角部の位置を検出する角部検出装置と、
   を有し、
   前記清掃部は、
   前記清掃対象の表面に接触される清掃ローラと、
   前記清掃対象の表面に接触されて前記清掃部を前記清掃対象の表面に沿って移動させるキャタピラーと、
   前記清掃対象の表面に付着している異物を拭き取るワイプと、
   を有し、
   前記姿勢調整機構は、前記清掃部が前記清掃対象に接触される前に、前記清掃ローラの外周面及び前記キャタピラーのベルトが前記清掃対象に接触されるように、前記清掃部の姿勢を前記傾斜角度に基づいて調整し、
   前記制御部は、前記清掃部が前記清掃対象に接触される前に、前記清掃対象の平面視で、前記飛行部を前記清掃対象の何れかの角部の内側に位置させ、かつ、前記飛行部を前記清掃対象の縁に沿って前進させるように、前記飛行部の向きを調整する、清掃ドローン。
2. 請求項１記載の清掃ドローンであって、
   前記制御部は、前記清掃部が前記清掃対象に接触される前に前記飛行部の向きを調整するにあたり、前記飛行部が前進する向きで前記清掃ローラより後方に前記ワイプを位置させる、清掃ドローン。
3. 請求項２記載の清掃ドローンであって、
   前記飛行部は、本体部を有し、
   前記本体部を重力の作用方向で真上から見た平面視で、前記清掃ローラと前記ワイプとが前記本体部の中心線に沿った方向に間隔をおいて配置され、
   前記制御部は、前記清掃部が前記清掃対象に接触される前に前記飛行部の向きを調整するにあたり、前記中心線と前記清掃対象の縁とが平行になるように、前記飛行部の向きを調整する、清掃ドローン。
4. 請求項１記載の清掃ドローンであって、
   前記清掃対象は、ソーラーパネルを含み、
   前記制御部は、前記清掃部を前記ソーラーパネルの表面のうち前記角部の内側に着陸させる、清掃ドローン。
5. 清掃対象を清掃する複数の清掃ドローンと、
   複数の前記清掃ドローンとの間で通信が可能であり、かつ、複数の前記清掃ドローンを制御するコンピュータと、
   を有する清掃システムであって、
   複数の前記清掃ドローンは、
   前記清掃対象に接触されると前記清掃対象を清掃する清掃部と、
   前記清掃部に取り付けられ、かつ、前記清掃部を前記清掃対象へ向けて移動させる飛行部と、
   前記清掃部の姿勢を調整する姿勢調整機構と、
   前記飛行部を制御する制御部と、
   前記清掃部が前記清掃対象に接触される前に、前記清掃対象の表面の傾斜角度を検出する傾斜角度検出部と、
   前記清掃対象の角部の位置を検出する角部検出装置と、
   をそれぞれ有し、
   前記コンピュータは、複数の前記清掃ドローンにより、同一の所在地に設置されている異なる前記清掃対象を別々に清掃させる補助情報を、複数の前記清掃ドローンへそれぞれ送信する管理部を有し、
   前記清掃部は、
   前記清掃対象の表面に接触される清掃ローラと、
   前記清掃対象の表面に接触されて前記清掃部を前記清掃対象の表面に沿って移動させるキャタピラーと、
   前記清掃対象の表面に付着している異物を拭き取るワイプと、
   を有し、
   前記姿勢調整機構は、前記清掃部が前記清掃対象に接触される前に、前記清掃ローラの外周面及び前記キャタピラーのベルトが前記清掃対象に接触されるように、前記清掃部の姿勢を前記傾斜角度に基づいて調整し、
   前記制御部は、前記清掃部が前記清掃対象に接触される前に、前記清掃対象の平面視で、前記飛行部を前記清掃対象の何れかの角部の内側に位置させ、かつ、前記飛行部を前記清掃対象の縁に沿って前進させるように、前記飛行部の向きを調整する、清掃システム。