JP7508116B2 - Drone-based load handling device - Google Patents
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Description
本発明は、ドローン及びその下部に接続したアームから構成される荷重取扱装置に関する。 The present invention relates to a load handling device consisting of a drone and an arm connected to its bottom.
本件の出願人及び発明者らは、長年にわたり、バランサー型の荷重取扱装置について、精力的に研究開発を続け、その成果をもとに製造販売をおこなっている。図1は、出願人が製造販売する荷重取扱装置の概要を示すものである。
これは、第一アーム11、第二アーム12及び連結リンク13により構成される関節型アーム機構の先端側に、水平旋回するアーム14、15を接続し、その水平旋回アーム14、15の下端に荷重を保持するフック等を備えた負荷部16を設けた荷重取扱装置において、負荷部16を有する水平旋回アーム14、15の回転軸(支柱)Pに回転駆動力を与える駆動源18を設け、負荷部16を駆動源18の出力を利用して水平面内で無慣性の水平移動をさせるようにしたバランサー形の荷重取扱装置である(特許文献1~3)。
The applicant and inventors of this case have been actively researching and developing balancer-type load handling devices for many years, and are manufacturing and selling the devices based on the results of their research. Figure 1 shows an overview of the load handling device manufactured and sold by the applicant.
This is a load-handling device in which horizontally rotating
上記の荷重取扱装置では、駆動源18及びこれを作動制御する操作部17を設けているので、側面から見て逆L字状をなす水平旋アーム14、15の下端に設けた負荷部16に支持された荷重を、所望の高さに疑似無重力状態で保持すると共に、無慣性で水平移動させることができる。
このため、簡易な構造のクレーン状関節型補力装置として、コンテナ移載、工作機械へのローディング、エンジン組立て等の様々な作業現場において広く活用されるに至っている。
The above-mentioned load handling device is provided with a
For this reason, as a crane-like articulated assisting device with a simple structure, it has come to be widely used in various work sites, such as for transferring containers, loading machine tools, and assembling engines.
しかし、この種のバランサー型荷重取扱装置における固有の問題点として、従来から次の課題が認識されていた。
まず、水平旋回するアームを支えるために、支柱Pを床面あるいは天井面に固定することが必須である。このため、上記荷重取扱装置は常に所定の箇所に固定されることになり、任意に移動させることはできない。
また、負荷部に支持された荷重を移動させることができる範囲が、アームの延伸可能範囲に限定されてしまう。具体的には、図1の破線で囲まれた領域が負荷部の可動範囲である。このため、荷重取扱装置の用途は設置当初に想定した特定用途に限定されてしまい、一旦設置されれば他の用途に転用することは困難である。
However, the following problems have been recognized as inherent problems in this type of balancer type load handling device.
First, in order to support the horizontally rotating arm, it is essential to fix the support pillar P to the floor or ceiling. Therefore, the load handling device is always fixed in a predetermined place and cannot be moved arbitrarily.
In addition, the range in which the load supported by the load unit can be moved is limited to the range in which the arm can be extended. Specifically, the area surrounded by the dashed line in Fig. 1 is the movable range of the load unit. For this reason, the use of the load handling device is limited to the specific use envisioned at the time of installation, and once installed, it is difficult to divert it to other uses.
一方、ドローンを用いて各種作業をおこなうことは従来から様々な方面で試みられており、ドローンを利用して荷重を取扱うことに関連した技術も散見されている。
特許文献4には、台車の台座裏面にプロペラ複数機を有するドローンユニットを装着し、台座部のプロペラに対応する部分に開口部が設けたドローン台車が記載されている。このドローン台車により、重い荷物の運搬をおこなう作業者の負担を軽減することができるとされている。
また、特許文献5には、引上げ機構とドローンをワイヤで連結した物品移動システムが記載されており、ワイヤを巻き取ることで物品を保持したドローンを引き上げ、所定位置に移動させることが記載されている。
On the other hand, attempts to use drones to carry out various tasks have been made in various fields, and there are also a number of technologies related to using drones to handle loads.
Furthermore,
しかし、これらの物品の運搬方法では、物品を空輸するためにドローンを用いるか、あるいは、積載した物品の重量を軽減するためにドローンが使われるものであった。このため、ドローンの出力は、物品を空輸して持ち運べる程度に十分大きいか、積載した物品の荷重を軽減できる程度に小さければよく、荷重の重量の大きさに対応して出力を調整する必要はなかった。
すなわち、物品を取り扱うにあたり、物品の重量に応じて出力を調整し、物品を所定の高さに疑似無重力状態で保持することを意図してドローンを使うことは考えられていなかった。
However, in these methods of transporting goods, drones are used to either transport the goods by air or to reduce the weight of the loaded goods. Therefore, the power of the drone only needs to be large enough to transport the goods by air or small enough to reduce the load of the loaded goods, and there is no need to adjust the power according to the weight of the load.
In other words, it was not anticipated that drones would be used to handle objects by adjusting output power according to the weight of the object and holding the object at a specified height in a pseudo-weightless state.
本発明は、上記した従来のバランサー型荷重取扱装置が有していた課題を解決し、優れた特性を有する荷重取扱装置を提供することを目的とするものである。すなわち、支柱を床面や天井面に固定することは必要なく、また、可動範囲の制限を受けることなく荷重を取り扱うことができる荷重取扱装置を提供すること、を解決すべき課題とするものである。 The present invention aims to solve the problems of the conventional balancer-type load handling devices described above and to provide a load handling device with excellent characteristics. In other words, the problem to be solved is to provide a load handling device that does not require fixing the support pillars to the floor or ceiling surface and can handle loads without being restricted in its range of motion.
本発明に係るドローンを用いた荷重取扱装置は、ドローンとその下部に接続されたアームから構成され、前記アームは、下部に前記ドローンの飛行状態を制御する操作部を有し、下端に荷重を保持する負荷部を有する装置である。その使用にあたっては、前記負荷部で保持した荷重を前記ドローンで持ち上げて所定高さに保持し、前記ドローンによる持ち上げで実現した疑似無重力状態を利用して、前記荷重に対して必要な作業をおこなう。
また、前記操作部は前記アームから切り離され、無線によりドローンの飛行状態を制御することができる。また、前記操作部は、荷重の持上げ、取扱のための空中保持、及び所定箇所への運搬の各操作において、前記荷重の重量の大きさに応じて、前記ドローンの出力を調整する制御装置を備える。
また、前記ドローンは、メインローターの他に、回転制御をおこなうための補助ローターとして、ピッチング制御をおこなうバランス制御ローターを備えることが好ましく、更に、ローリング制御をおこなう姿勢制御ローター、ヨーイング制御をおこなうアンチトルクローターを備えることができる。
The load handling device using a drone according to the present invention is a device that is composed of a drone and an arm connected to its lower part, the arm having an operation unit at its lower part for controlling the flight state of the drone and a load unit at its lower end for holding a load. When using the device, the load held by the load unit is lifted by the drone and held at a predetermined height, and the necessary work is performed on the load by utilizing the pseudo-weightless state realized by the lifting by the drone.
The control unit is detached from the arm and can wirelessly control the flight state of the drone. The control unit also includes a control device that adjusts the output of the drone according to the weight of the load during each operation of lifting the load, holding it in the air for handling, and transporting it to a specified location.
In addition to the main rotor, the drone preferably includes a balance control rotor that performs pitching control as an auxiliary rotor for controlling rotation, and may further include an attitude control rotor that performs rolling control and an anti-torque rotor that performs yawing control.
本発明の荷重取扱装置によれば、アーム下端に設けた負荷部に支持させた荷重をドローンにより持ち上げて所定の高さに保持する。そうすると、持ち上げた荷重について疑似無重力状態を形成できるので、当該装置のオペレーター(作業員)が、荷重取扱装置近傍の三次元空間の任意の位置に、任意の経路で荷重を移動させ、エンジンの組立、工作機械へのローディング等の任意の取扱処理をおこなうことができる。
また、本発明の荷重取扱装置は、上記した工場で各種作業に使用する他、多様な用途に使用することができる。例えば、自然災害現場における初期救助活動において、負傷者の移送や障害物の撤去等の作業に有用に活用することができる。
According to the load handling device of the present invention, a load supported on a load section provided at the lower end of an arm is lifted by a drone and held at a predetermined height. This creates a pseudo-weightless state for the lifted load, allowing an operator (worker) of the device to move the load to any location in three-dimensional space near the load handling device and along any route, and perform any handling process, such as assembling an engine or loading it into a machine tool.
The load handling device of the present invention can be used for various purposes other than the above-mentioned factory work, for example, in the initial rescue operation at the scene of a natural disaster, such as transporting injured people and removing obstacles.
特に、従来のバランサー型荷重取扱装置において必要であった、支柱を床面や天井面に固定する必要はなくすことができる。また、その可動範囲もアームの延伸可能範囲に限定されることはない。
したがって、従来のバランサー型荷重取扱装置を用いて作業する場合に比較して、作業内容の自由度を格段に向上させることができる。
In particular, it is no longer necessary to fix the support to the floor or ceiling, as was necessary in the conventional balancer type load handling device, and the movable range is not limited to the extendable range of the arm.
Therefore, the degree of freedom in work content can be improved significantly compared to when work is carried out using a conventional balancer type load handling device.
以下では、本発明のドローンを用いた荷重取扱装置について、具体的な実施の形態を説明する。 The following describes a specific embodiment of the load handling device using a drone of the present invention.
(ドローン)
本発明の荷重取扱装置においては、以下の3種のドローンのいずれかを使用することが好ましい。なお、以下で説明する、ヨーイング、ピッチング、及びローリングは、ドローンの回転を回転軸の観点から区別した呼び名である。ヨーイングは上下軸周りの回転、ピッチングは左右軸周りの回転、及びローリングは前後軸周りの回転を意味する。
(Drone)
In the load handling device of the present invention, it is preferable to use one of the following three types of drones. Note that yawing, pitching, and rolling, which will be described below, are names that distinguish the rotation of the drone from the viewpoint of the rotation axis. Yawing means rotation around the up-down axis, pitching means rotation around the left-right axis, and rolling means rotation around the front-rear axis.
図2に示すタイプの荷重取扱装置(Aタイプ)は、最も単純なタイプのドローンを使用するもので、ドローンのフレームFに接続された複数機(4機)のメインローター1を備え、アーム2はドローンの重心部分に接続されてドローンの中心に荷重がかかるタイプである。アーム2は、下部に前記ドローンの飛行状態を制御する操作部3を有し、下端に荷重を保持する負荷部4を有する。
The type of load handling device (Type A) shown in Figure 2 uses the simplest type of drone, and is equipped with multiple (four)
図3に示すタイプの荷重取扱装置(Bタイプ)が使用するドローンは、フレームFに接続された複数機(4機)のメインローター1を備え、これがローリング制御、ヨーイング制御及びピッチング制御をおこない、ピッチング制御を補助的におこなうバランス制御ローター5を備える。
また、図4に示すタイプの荷重取扱装置(Cタイプ)が使用するドローンは、フレームFに接続された単軸のメインローター1に対し、回転制御をおこなう補助ローターとして、ローリング制御をおこなう姿勢制御ローター6、ヨーイング制御をおこなうアンチトルクローター7、及びピッチング制御をおこなうバランス制御ローター5を備える。
The drone used by the load handling device (Type B) of the type shown in Figure 3 has multiple (four)
In addition, the drone used by the load handling device (C type) of the type shown in Figure 4 is equipped with a single-axis
それぞれのタイプの荷重取扱装置は、次の特徴を有する。
まず、Aタイプの荷重取扱装置で使用するドローンは、荷重がドローンの中心にかかるため、ロール制御が容易である。しかし、作業員はドローンの真下で荷重取扱装置を操作するため、ドローンの風圧をすべて受けてしまうという特徴がある。
Each type of load handling device has the following characteristics:
First, the drone used in the A-type load handling device has the load at the center of the drone, making it easy to control the roll. However, since the worker operates the load handling device directly below the drone, the worker is subject to all of the drone's wind pressure.
Bタイプ、及びCタイプの荷重取扱装置で使用するドローンは、荷重を保持する負荷部4を有するアーム2が、ドローンの中心からずれた部分に接続されているので、作業員はドローンの風圧を殆ど受けない。しかし、ドローンが回転する可能性が高まるために、ドローンの回転を抑えるための制御をおこなうことが必要になる。具体的には、仮想定比槓桿(天秤棒)の一端に支持させる荷重の重量を、メインローター部分を支点にして釣り合わせるため、その他端に下向きの揚力を発生させ、ピッチング制御をおこなうバランス制御ローター5を備えることが必要となる。
従来技術で紹介した荷重取扱装置においては、バランサーとして、水平旋回アーム14、15下端の負荷部16で保持した荷重の重量を、バランスウエイトやモーター等により釣り合わせて荷重を取扱っていた。本発明のB及びCタイプの荷重取扱装置は、従来技術のバランサーと力学的に同様の機構で荷重を取扱うものであるといえる。
In the drones used in the B-type and C-type load handling devices, the
In the load handling device introduced in the prior art, the weight of the load held by the
また、図4のCタイプの荷重取扱装置で使用するドローンは、メインローター1がシングルローターであるため、ヘリコプターの制御に近い制御が必要になる。
すなわち、メインローター1では操作時の上昇・下降と未操作時のホバーリング制御をおこない、姿勢制御ローター6では、他の制御とは連動することなくロール方向の姿勢制御をおこなう。
また、バランス制御ローター5では、持ち上げる荷重の重量変化により発生するピッチ方向の回転制御をおこなう。なお、図3、4ではバランス制御ローター5は、下向きのローターとして描かれているが、上向きのローターとしてブレードもしくは回転を逆にしたものでもよいことは当然のことである。
さらに、アンチトルクローター7は、メインローターが単軸であることに起因して発生する反作用のトルクを抑えるため、ヨーイングを制御する機能を有する。
In addition, the drone used in the C-type load handling device of Figure 4 has a single
That is, the
The
Furthermore, the
(ドローンの出力制御)
本発明の荷重取扱装置は、負荷部において荷重を所定高さに持ち上げた時点で、ドローンの出力を荷重の重量と釣り合うように調整し、荷重に対して疑似無重力状態を達成させる必要がある。さもなければ、ドローンは荷重を保持したまま飛び去ってしまうか、あるいは、荷重の重量を単に軽減するのみで荷重を持ち上げることはできない。
そこで、本発明の荷重取扱装置は、この疑似無重力状態を実現するため、荷重の重量に応じてドローンの出力を調整することに特徴がある。具体的には、荷重の持ち上げ、所定の取扱をするための荷重の空中保持、及び、所定場所への配置の各段階の操作において、適切な出力となるよう制御する制御機構を有する。
(Drone output control)
In the load handling device of the present invention, when the load is lifted to a predetermined height in the load section, the output of the drone must be adjusted to balance the weight of the load and achieve a pseudo-weightless state for the load, otherwise the drone will fly away while still holding the load, or the weight of the load will simply be reduced and the load cannot be lifted.
The load handling device of the present invention is characterized by adjusting the output of the drone according to the weight of the load in order to realize this pseudo-weightless state. Specifically, it has a control mechanism that controls the output to be appropriate for each operation stage, from lifting the load, to holding the load in the air for specific handling, and placing it in a specific location.
(操作部)
本発明のドローンを用いた荷重取扱装置における操作部は、アームに固定されてもよいが、操作性を考慮すれば、アームから切り離して無線で操作できるように設定してもよい。
(Operation section)
The operating unit in the load handling device using a drone of the present invention may be fixed to the arm, but taking operability into consideration, it may also be detached from the arm and configured so that it can be operated wirelessly.
(操作方法)
本発明の荷重取扱装置を用いて荷重を持ち上げた後に、荷重を疑似無重力状態においた段階で、持ち上げた荷重に対して種々の取扱をすることができる。例えば、当該装置のオペレーター(作業員)が、本発明の架空取扱装置のアームを把持して移動することにより、保持した荷重を近傍の任意の位置に移動することができる。また、荷重が無重力状態にある間に、荷重に対して任意の取扱、例えば、工作機械へのローディングやエンジンの組立をおこなうことができる。
(Method of operation)
After lifting a load using the load handling device of the present invention, the lifted load can be handled in various ways when the load is placed in a pseudo-weightless state. For example, an operator (worker) of the device can move the held load to any nearby position by grasping and moving the arm of the aerial handling device of the present invention. Also, while the load is in a weightless state, any handling of the load can be performed, such as loading it into a machine tool or assembling an engine.
本発明のドローンを用いた荷重取扱装置においては、従来のバランサー型荷重取扱装置と同様の用途に使用することができる。各種製造工場において、コンテナ移載、工作機械へのローディング作業、あるいはエンジン組立て作業等に使用することができる。
また、動力源としてドローンを採用したので、その利便性は格段に向上し、工場での使用を超越して様々な場面で重量の重い物質を取扱う作業に使用することが期待できる。例えば、自然災害時の初期救助活動において有益に活用することが期待できる。
The load handling device using a drone of the present invention can be used for the same purposes as conventional balancer-type load handling devices, such as container transfer, loading work into machine tools, and engine assembly work in various manufacturing plants.
In addition, the use of drones as a power source has made the robot much more convenient, and it is expected to be used in a variety of situations beyond factory use, including handling heavy materials, such as in initial rescue operations following natural disasters.
F ドローンのフレーム
1 メインローター
2 アーム
3 操作部
4 負荷部
5 バランス制御ローター
6 姿勢制御ローター
7 アンチトルクローター
11 第一アーム
12 第二アーム
13 連結リング
14,15 水平旋回するアーム
16 負荷部
17 操作部
18 駆動源
P 支柱
Claims (6)
前記アームはドローンの中心からずれた部分に接続されており、下部に前記ドローンの飛行状態を制御する操作部を有し、下端に荷重を保持する負荷部を有するドローンを用いた荷重取扱装置。 It consists of a drone and an arm connected to its bottom.
The arm is connected to a part of the drone that is offset from the center , has an operating unit at the bottom that controls the flight state of the drone, and has a load section at the lower end that holds a load. This is a load handling device using a drone.
前記ドローンによる持ち上げで実現した疑似無重力状態を利用して、
前記荷重を取扱う、
請求項1に記載のドローンを用いた荷重取扱装置。 The load held by the load unit is lifted by the drone and held at a predetermined height,
Taking advantage of the pseudo-zero gravity state achieved by the drone lift,
Handling the load;
A load handling device using the drone according to claim 1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021140008A JP7508116B2 (en) | 2021-08-30 | Drone-based load handling device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JP2023033987A JP2023033987A (en) | 2023-03-13 |
JP7508116B2 true JP7508116B2 (en) | 2024-07-01 |
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018034284A (en) | 2016-09-02 | 2018-03-08 | 株式会社プロドローン | Robot arm and unmanned aircraft including the same |
US20180244377A1 (en) | 2015-09-03 | 2018-08-30 | Joy Yin Chan | Multi-rotor roto-craft flying machine |
US20190276140A1 (en) | 2016-10-13 | 2019-09-12 | Alexander I. Poltorak | Apparatus and method for balancing aircraft with robotic arms |
JP2019177793A (en) | 2018-03-30 | 2019-10-17 | エイディシーテクノロジー株式会社 | Carrying device |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20180244377A1 (en) | 2015-09-03 | 2018-08-30 | Joy Yin Chan | Multi-rotor roto-craft flying machine |
JP2018034284A (en) | 2016-09-02 | 2018-03-08 | 株式会社プロドローン | Robot arm and unmanned aircraft including the same |
US20190276140A1 (en) | 2016-10-13 | 2019-09-12 | Alexander I. Poltorak | Apparatus and method for balancing aircraft with robotic arms |
JP2019177793A (en) | 2018-03-30 | 2019-10-17 | エイディシーテクノロジー株式会社 | Carrying device |
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