WO2018084104A1

WO2018084104A1 - 有線式ドローン群

Info

Publication number: WO2018084104A1
Application number: PCT/JP2017/039071
Authority: WO
Inventors: 基彦能見; 夕美子関野
Original assignee: 株式会社荏原製作所
Priority date: 2016-11-07
Filing date: 2017-10-30
Publication date: 2018-05-11
Also published as: JP6683587B2; JP2018075869A; US20190256207A1

Abstract

本発明は、空中または水中あるいはその両方の領域を移動する無人移動体であるドローンおよび複数のドローンを備えた有線式ドローン群に関するものである。複数のドローン（１）を有線ケーブル（２）によって直列に連結して有線式ドローン群を形成し、有線ケーブル（２）は、各ドローン（１）への給電および／または各ドローン（１）との通信を行う機能を有し、ドローン群の一端側のドローン（１）に、ドローン群の移動を制御する制御装置（３）を接続した。

Description

有線式ドローン群

　本発明は、空中または水中あるいはその両方の領域を移動する無人移動体であるドローンに係り、特に複数のドローンをケーブルで連結した有線式ドローン群に関するものである。

　空中または水中あるいはその両方の領域を移動する無人移動体として定義されるドローンは、撮影もしくは監視、点検もしくは検査、計測などの様々な分野で広く用いられている。
　ドローンは、あらかじめ設定された目的によって自律的に運動するか、無線（電波、可視光、あらゆる波長帯のレーザー光、音波、超音波のいずれか、あるいはこれらの複合）を用いて人間である操縦者によって操縦されるか、無線を通じた外部の制御装置（コンピュータを含む）によって制御される。

米国特許第９，３８７，９２８号公報特開２０１２－５１５４５号公報

　上述した各種ドローンのうち、自律的な運動をするドローンの場合には、問題はないが、無線による指令に基づき運動をするドローンの場合、以下のような問題が生ずる。
　空中のドローンでは、比較的大容量の動力源（電池、蓄電池、コンデンサー、燃料電池等のあらゆる種類の電源、あるいは燃焼用の燃料）を搭載できる大型の機種以外では飛行時間が長くとれない場合が多い。水中のドローンでは、電波が水中を透過しにくい特性があるため、広く通信に使われるＧＨｚ周波数帯の電波による無線操縦は難しい。超音波や長波長の電波による通信は可能であるが、機体にカメラやセンサーを搭載しても大量のデータの高速伝送はしにくい。

　これらの問題を解決する手段として、空中あるいは水中のドローンと操縦者の操縦器あるいは外部の制御装置を有線でつなぐことが提案されており、一部は実用化されている。以下、上記の信号および／または電力をドローンと送受する線を有線ケーブルと称する。

　しかしながら、空中あるいは水中のドローンを任意の作業に適用する場合、妨害物のない開放的な環境であれば問題はないが、有線ケーブルと絡みやすいなんらかの物体がある環境では、絡みが発生することにより正常な動作ができなくなったり、機体の回収ができなくなるなどの問題が発生する。絡みやすい物体としては、岩や樹木、海草などの天然物や、電線やホース、チューブ等の既設の線材、電柱、パイプライン、建設物や構造物の角部、そのほか複雑な形状の任意の物品などの人工物が挙げられる。これらに対し、気流や水流などのある環境で、ドローンの機体と有線ケーブルが上記のような物体と絡まないように操縦方法あるいは制御方法だけで対応するのは困難である。

　本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、複数のドローンを有線ケーブルで連結したドローン群であって、有線ケーブルが天然の物体や人工の物体に引っ掛かることなく、また絡まることがない有線式ドローン群および有線式ドローン群の制御方法を提供することを目的とする。

　上述の目的を達成するため、本発明の有線式ドローン群は、複数のドローンを有線ケーブルによって直列に連結してドローン群を形成し、前記有線ケーブルは、各ドローンへの給電および／または各ドローンとの通信を行う機能を有し、前記ドローン群の一端側のドローンに、ドローン群の移動を制御する制御装置または操縦器を接続したことを特徴とする。

　本発明の好ましい態様は、前記制御装置または操縦器は、前記複数のドローンと前記有線ケーブルが折れ線状の関係を維持するようにドローン群を移動させることを特徴とする。
　折れ線は、種々の長さおよび方向をもった線分を順次に接続して得られる線と定義されるが、本明細書では、線分を有線ケーブルと仮定し、線分同士の接続部をドローンと仮定して、折れ線は、種々の長さおよび方向をもった有線ケーブルをドローンを介して順次に接続して得られる線と定義される。したがって、複数の有線ケーブルがドローンを介して繋がってできる線には、ジグザグの線に限らず、円弧状の線、山形状の線、波形状の線など任意の形状の線が含まれる。複数の有線ケーブルで連結されたドローン群は、あたかも多関節の１つのロボットアームのように機能させることができる。

　本発明の好ましい態様は、前記ドローンは空中用のドローンであり、前記有線ケーブルは前記空中用のドローンへの給電を行う機能を有することを特徴とする。
　本発明の好ましい態様は、前記ドローンは水中用のドローンであり、前記有線ケーブルは前記水中用のドローンとの通信を行う機能を有することを特徴とする。
　本発明の好ましい態様は、前記ドローン群は、複数のドローンを有線ケーブルによって直列に連結した主ドローン群と、該主ドローン群の途中から分岐して複数のドローンを有線ケーブルによって直列に連結した副ドローン群とから構成されることを特徴とする。

　本発明の好ましい態様は、前記有線ケーブルの両端部を連結対象の２台のドローンの機体の下部に接続し、ドローン群の移動中に前記有線ケーブルが連結対象の前記２台のドローンの機体の下方に位置するようにしたことを特徴とする。
　本発明の好ましい態様は、前記有線ケーブルの両端部を連結対象の２台のドローンの機体の上部に接続し、ドローン群の移動中に前記有線ケーブルが連結対象の前記２台のドローンの機体の上方に位置するようにしたことを特徴とする。
　本発明の好ましい態様は、前記ドローンは、直交する１つあるいは複数の軸心の回りにそれぞれ回転可能な１つあるいは複数の回転体を有したジンバル機構を備えていることを特徴とする。

　本発明の好ましい態様は、前記有線ケーブルの端部は、前記ジンバル機構における１つの回転体、あるいは複数の回転体のうち外側の回転体に接続されていることを特徴とする。
　本発明の好ましい態様は、前記ドローンは、吸込口から吸い込んだ流体をインペラで昇圧し、昇圧された流体を吐出口から吐出して推力を得る推力発生機構を複数個備えていることを特徴とする。
　本発明の好ましい態様は、前記ドローンは、複数の回転翼からなる推力発生機構を複数個備えていることを特徴とする。
　本発明の好ましい態様は、前記ドローンの機体は球体又は球形に近い多面体からなり、前記球体又は前記多面体の内部に前記推力発生機構を配置することを特徴とする。

　本発明の好ましい態様は、前記ドローンの機体は球体又は球形に近い多面体からなり、前記球体又は前記多面体の外面に前記推力発生機構を配置することを特徴とする。
　本発明の好ましい態様は、前記２つのドローン間を並列する複数の有線ケーブルで連結することを特徴とする。

　本発明の好ましい態様は、前記２つのドローン間を連結する有線ケーブルの長さを変更する機構を備えることを特徴とする。
　本発明の好ましい態様は、前記２つのドローン間を連結する有線ケーブルを覆う保護管を設けたことを特徴とする。
　本発明の好ましい態様は、前記ドローン群における少なくとも１つのドローンをデッドウェイト又は関節に置き換えることを特徴とする。

　本発明の有線式ドローン群の制御方法は、複数のドローンを有線ケーブルによって直列に連結して形成されたドローン群の制御方法であって、前記有線ケーブルによって各ドローンへの給電および／または各ドローンとの通信を行いつつ、前記複数のドローンと前記有線ケーブルが折れ線状の関係を維持するようにドローン群を移動させることを特徴とする。

　本発明の好ましい態様は、前記ドローン群を構成するｉ番目のドローンと（ｉ＋１）番目のドローンとの間の距離をＬｉとし、ｉ番目のドローンと（ｉ＋１）番目のドローンとを連結する有線ケーブルのケーブル長をＬｃｉとし、ｉ番目のドローンと（ｉ＋１）番目のドローンとを連結する有線ケーブルのたるみを考慮したドローン間最小距離をＬｍｉｎｉとすると、Ｌｍｉｎｉ≦Ｌｉ≦Ｌｃｉが成立するように、ドローン群を制御することを特徴とする。
　本発明の好ましい態様は、前記ｉ番目のドローンと物体との間の対物接近距離をＬｏｉとし、前記ｉ番目のドローンと物体との間の最小接近距離をＬｏｍｉｎｉとすると、Ｌｏｉ≧Ｌｏｍｉｎｉが成立するように、ドローン群を制御することを特徴とする。

　本発明によれば、複数のドローンを有線ケーブルで連結したドローン群において有線ケーブルが天然の物体や人工の物体に引っ掛かることなく、また絡まることがなく、各ドローンに所定の作業を確実に遂行させることができる。

図１は、本発明に係る有線式ドローン群の基本構成を示す模式図である。図２Ａは、図１に示す構成の有線式ドローン群を使用して物体の調査を行う場合を示す模式図であり、空中用のドローン群を示す。図２Ｂは、図１に示す構成の有線式ドローン群を使用して物体の調査を行う場合を示す模式図であり、水中用のドローン群を示す。図３は、多数のドローンを多数の有線ケーブルによって連結することにより長尺のドローン群を構成した実施例を示す模式図である。図４は、本発明に係る有線式ドローン群の変形例を示す模式図である。図５Ａは、複数のドローンと複数の有線ケーブルとの接続方法を示す模式図である。図５Ｂは、複数のドローンと複数の有線ケーブルとの接続方法を示す模式図である。図６は、ジンバル機構を備えたドローンを示す模式図である。図７は、水中用のドローンの推力発生機構の一例を示す模式的斜視図である。図８は、空中用のドローンの推力発生機構の一例を示す模式的斜視図である。図９Ａは、ドローンの推力発生機構が機体の表面に装備されている実施例を示す模式図である。図９Ｂは、ドローンの推力発生機構が機体の内部に装備されている実施例を示す模式図である。図１０は、ドローン間を並列する複数の有線ケーブルで連結する実施例を示す模式図である。図１１は、ドローン間を連結する有線ケーブルのケーブル長さが変更可能である実施例を示す模式図である。図１２Ａは、ドローン間を連結する有線ケーブルのケーブル長さを変更する機構を示す模式図である。図１２Ｂは、ドローン間を連結する有線ケーブルのケーブル長さを変更する機構を示す模式図である。図１３Ａは、ドローン間を連結する有線ケーブルに保護管を設けた実施例を示す図であり、ドローンと保護管とを示す模式的斜視図である。図１３Ｂは、図１３ＡのＡ－Ａ線断面図である。図１４Ａは、ドローン間にデッドウェイトを設けた実施例を示す模式図である。図１４Ｂは、ドローン間に関節を設けた実施例を示す模式図である。図１５は、複数の有線ケーブルで連結された複数のドローンからなるドローン群が物体に引っ掛からないように制御する方法を示す模式図である。図１６は、ドローン自体が対物距離センサーを備えた実施例を示す模式図である。図１７は、ドローン間を連結する有線ケーブルの変形例を示す模式図である。

　以下、本発明に係る有線式ドローン群の実施形態を図１乃至図１７を参照して説明する。図１乃至図１７において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
　図１は、本発明に係る有線式ドローン群の基本構成を示す模式図である。図１に示すように、複数のドローン１は、有線ケーブル２によって直列に連結されてドローン群を形成している。すなわち、複数のドローン１を複数の有線ケーブル２によって鎖状に接続してドローン群を形成している。一端側のドローン１に制御装置（または操縦器）３が接続される。制御装置（または操縦器）３は、複数のドローン１と複数の有線ケーブル２がおおよそ折れ線状の関係を常時維持するようにドローン群を移動させることによって、有線ケーブル２が各種物体に引っ掛かることがなく、また絡まることがないようにしている。折れ線は、広辞苑では、種々の長さおよび方向をもった線分を順次に接続して得られる線と定義されるが、本明細書では、線分を有線ケーブル２と仮定し、線分同士の接続部をドローン１と仮定して、折れ線は、種々の長さおよび方向をもった有線ケーブル２をドローン１を介して順次に接続して得られる線と定義される。したがって、複数の有線ケーブル２がドローン１を介して繋がってできる線には、図１に示すようなジグザグの線に限らず、円弧状の線、山形状の線、波形状の線など任意の形状の線が含まれる。複数の有線ケーブル２で連結されたドローン群は、あたかも多関節の１つのロボットアームのように機能させることができる。

　ドローンをポンプ等の流体機械およびその周囲環境の点検や調査に使用する場合、空中用のドローンに電池を搭載しても電池容量が小さくて、飛行時間が短いため、空中用のドローンの場合には、有線ケーブル２によってドローン１に電力を供給する必要がある。水中用のドローンにおいては、水中または海水中では電波の減衰が激しくて電波通信が難しいため、水中用のドローンの場合には、有線ケーブル２によってドローン１との通信を確保する必要がある。なお、空中用のドローンにおいて有線ケーブル２によって通信を行ってもよく、また水中用のドローンにおいて有線ケーブル２によって給電を行ってもよい。したがって、有線ケーブル２は、ドローン１への給電および／またはドローン１との通信を行う機能を有する。

　図２Ａおよび図２Ｂは、図１に示す構成の有線式ドローン群を使用して物体の調査を行う場合を示す模式図である。図２Ａは、空中用のドローン群を示し、図２Ｂは、水中用のドローン群を示す。
　図２Ａに示すように、複数の有線ケーブル２で連結された複数のドローン１からなるドローン群は、制御装置（または操縦器）３によって制御され、調査対象の円柱状の物体１０を上方および斜め横から囲むような位置まで空中を移動して物体１０の調査を行う。制御装置（または操縦器）３は、電源を内蔵しており、複数の有線ケーブル２によって複数のドローン１に電力を供給する。制御装置（または操縦器）３と複数のドローン１との間の通信は、電波で行ってもよく、有線ケーブル２で行ってもよい。制御装置（または操縦器）３は、ドローン間の間隔が所定の間隔を維持し、かつ各ドローン１と調査対象の配管等の物体１０との間隔がそれぞれ調査に適した間隔を維持するようにドローン群を制御する。これによって、複数のドローン１と複数の有線ケーブル２は、おおよそ折れ線状の関係を常時維持する。

　図２Ｂに示すように、複数の有線ケーブル２で連結された複数のドローン１からなるドローン群は、制御装置（または操縦器）３によって制御され、水槽４内にある調査対象の矩形状断面の物体１０ＡおよびＬ字状断面の物体１０Ｂを上方、下方および横から囲むような位置まで水中を移動して物体１０Ａ，１０Ｂの調査を行う。制御装置（または操縦器）３は、ドローン間の間隔が所定の間隔を維持し、かつ各ドローン１と調査対象の物体１０Ａ，１０Ｂとの間隔がそれぞれ調査に適した間隔を維持するようにドローン群を制御する。これによって、複数のドローン１と複数の有線ケーブル２は、おおよそ折れ線状の関係を常時維持する。

　図３は、多数のドローン１を多数の有線ケーブル２によって連結することにより長尺のドローン群を構成した実施例を示す模式図である。図３に示すように、調査対象の物体１０がポンプ設備等の大型の構造物である場合には、多数のドローン１を多数の有線ケーブル２によって連結して長尺のドローン群を構成する。制御装置（または操縦器）３によって長尺のドローン群を制御し、ドローン群が調査対象の大型の物体１０の下面および下部側面を囲むような位置まで水中を移動して物体１０の調査を行う。制御装置（または操縦器）３は、ドローン間の間隔が所定の間隔を維持し、かつ各ドローン１と調査対象の物体１０との間隔がそれぞれ調査に適した間隔を維持するようにドローン群を制御する。これによって、多数のドローン１と多数の有線ケーブル２は、おおよそ折れ線状の関係を常時維持する。

　図４は、本発明に係る有線式ドローン群の変形例を示す模式図である。図４に示すように、有線式ドローン群は、複数のドローン１を複数の有線ケーブル２によって直列に連結した主ドローン群と、主ドローン群の途中から分岐した副ドローン群とによって構成されている。副ドローン群も複数のドローン１を複数の有線ケーブル２によって直列に連結して構成されている。

　図５Ａおよび図５Ｂは、複数のドローン１と複数の有線ケーブル２との接続方法を示す模式図である。図５Ａおよび図５Ｂは、空中用のドローンを示しているが、水中用のドローンの場合も同様である。
　図５Ａは、調査対象の物体１０が操作者（すなわち制御装置（または操縦器）３）の位置より上方にある場合の複数のドローン１と複数の有線ケーブル２との接続方法を示す模式図である。図５Ａに示すように、調査対象の物体１０が操作者（すなわち制御装置（または操縦器）３）の位置より上方にある場合には、各有線ケーブル２の両端部を接続対象の２台のドローン１の機体の下部に接続することにより、飛行中に各有線ケーブル２が接続対象の２台のドローン１の機体の下方に位置するようにする。これにより、有線ケーブル２がドローン１の回転翼１Ｒに接触することを防止できる。

　図５Ｂは、調査対象の物体１０が操作者の位置より下方にある場合の複数のドローン１と複数の有線ケーブル２との接続方法を示す模式図である。図５Ｂに示すように、調査対象の物体１０が操作者（すなわち制御装置（または操縦器）３）の位置より下方にある場合には、各有線ケーブル２の両端部を接続対象の２台のドローン１の機体の上部に接続することにより、飛行中に各有線ケーブル２が接続対象の２台のドローン１の機体の上方に位置するようにする。これにより、有線ケーブル２がドローン１の回転翼１Ｒに接触することを防止できる。

　図６は、ジンバル機構を備えたドローンを示す模式図である。図６に示すドローン１はジンバル機構を備えている。ジンバル機構は、回転翼１Ｒを備えたドローン本体１ａから鉛直方向に延びる第１軸１１と、第１軸１１の軸心の回りに回転可能な内輪（内側回転体）１２と、内輪１２より半径方向外方に延びる軸であって第１軸１１に直交する第２軸１３と、内輪１２より大径のリングであって第２軸１３の軸心の回りに回転可能な外輪（外側回転体）１４とから構成されている。図６に示すように、ジンバル機構を備えたドローン１によれば、ドローン本体１ａの姿勢をそのまま維持した状態で外輪１４を３６０°いずれの方向にも回転させることができる。

　図６に示すように、ジンバル機構を備えた２つのドローン１は、外輪１４同士を有線ケーブル２で接続することにより、連結されている。２つのドローン１における各外輪１４は３６０°いずれの方向にも回転可能であるため、外輪１４同士を接続している有線ケーブル２に常にテンションを加えつつ２つのドローン１間の距離を一定に保つことができる。有線ケーブル２は、ドローン本体１ａへの給電および／またはドローン本体１ａとの通信をジンバル機構を介して行う。

　図７は、水中用のドローン１の推力発生機構の一例を示す模式的斜視図である。図７に示すように、ドローン１の機体は球体からなり、球体の全面には、対をなす吸込口１ｓと吐出口１ｄとを備えた軸流スラスタＴｈが複数個設けられている。各軸流スラスタＴｈは、吸込口１ｓと吐出口１ｄとの間に軸流インペラ（機体の内部に配置）を備え、吸込口１ｓから吸い込んだ流体（水）を軸流インペラで昇圧し、昇圧された流体（水）を吐出口１ｄから吐出して、推力を得るように構成している。軸流スラスタＴｈは、球体の全面に分散して配置されているため、ドローン１は任意の方向の推進力を得ることができる。ドローン１の機体は球形に近い多面体であってもよい。

　図８は、空中用のドローン１の推力発生機構の一例を示す模式的斜視図である。図８に示すように、ドローン１の機体は球体からなり、その重心は球の中心近くにある。有線ケーブル２は球体に固定されている。球体の全面には、回転翼ユニットＲｕが複数個設けられている。図示例では、球体の上部に１個、側部に等間隔に４個、下部に１個（図示せず）、合計６個の回転翼ユニットＲｕが設けられている。各回転翼ユニットＲｕは、球体に固定されたサポート１５に支持された複数の回転翼１Ｒを備えている。図示例では、サポート１５の軸心方向に１個、サポートの軸心の周囲に等間隔に４個、合計５個の回転翼１Ｒが設けられている。図８に示すように、複数の回転翼１Ｒを備えた回転翼ユニットＲｕは、球体の全面に分散して配置されているため、ドローン１は任意の方向の推進力を得ることができる。ドローン１の機体は球形に近い多面体であってもよい。

　図９Ａおよび図９Ｂは、ドローン１の推力発生機構が機体の表面又は内部に装備されている実施例を示す模式図である。
　図９Ａに示すドローン１においては、球形の機体表面に凹部を形成し、凹部に推力発生機構を装備し、推力発生機構をカバー１６で覆うように構成している。推力発生機構は、図７に示すものと同様である。
　図９Ｂに示すドローン１においては、球形の機体内部に推力発生機構を装備している。推力発生機構は、図７に示すものと同様である。
　図９Ａおよび図９Ｂに示すように、推力発生機構をドローン１の機体表面あるいは内部に装備することにより、有線ケーブル２が推力発生機構に引っ掛かることを防止できる。ドローン１の機体は球形に近い多面体であってもよい。

　図１０は、ドローン１間を並列する複数の有線ケーブル２で連結する実施例を示す模式図である。図１０に示す例においては、２つのドローン１間を並列する２本の有線ケーブル２で連結している。このように、２つのドローン１間を２本の有線ケーブル２で連結することにより、電力線と信号線とを別けることもできるし、２本の電力線で給電することもできる。

　図１１は、ドローン１間を連結する有線ケーブル２のケーブル長さが変更可能である実施例を示す模式図である。図１１に示す例においては、最前方のドローン１と次のドローン１との間の有線ケーブル２を、上の状態から下の状態にケーブル長さを変更した場合を示す。他の有線ケーブル２も同様にケーブル長さを変更できるようになっている。有線ケーブル２の長さの変更は、ドローン群の移動中に行ってもよく、物体の調査中に行ってもよい。

　図１２Ａおよび図１２Ｂは、ドローン１間を連結する有線ケーブル２のケーブル長さを変更する機構を示す模式図である。
　図１２Ａに示す例においては、各ドローン１は、ドローン１に接続される有線ケーブル２の巻き上げ及び巻き戻しを行うケーブル巻き上げ機構１８を２個備えている。各ケーブル巻き上げ機構１８は、リール１９をモータで正逆転させることにより、有線ケーブル２の巻き上げ及び巻き戻しを行うように構成されている。これにより、２つのドローン１間を連結する有線ケーブル２を調査対象の物体に応じて最適な長さに維持することができる。

　図１２Ｂに示す例においては、各ドローン１は、有線ケーブル２に沿って移動してケーブル２に対して位置を変えることができるようになっている。各ドローン１が有線ケーブル２に沿って移動するときには、各ドローン１が持っている推力発生機構を作動させてもよいし、別途移動機構を設けてもよい。各ドローン１はクランプ機構２０を備えており、クランプ機構２０が解除状態にあるときに、ドローン１は有線ケーブル２に沿って移動可能になっている。有線ケーブル２上でドローン１の位置が決まったときに、クランプ機構２０を作動させてドローン１を有線ケーブル２に対して固定する。これにより、２つのドローン１間を連結する有線ケーブル２を調査対象の物体に応じて最適な長さに維持することができる。有線ケーブル２は、クランプ機構２０を介してドローン１への給電および／またはドローン１との通信を行う。

　図１３Ａおよび図１３Ｂは、ドローン１間を連結する有線ケーブル２に保護管を設けた実施例を示す図である。図１３Ａはドローン１と保護管２１とを示す模式的斜視図であり、図１３Ｂは図１３ＡのＡ－Ａ線断面図である。
　図１３Ａおよび図１３Ｂに示すように、ドローン１間を連結する有線ケーブル２を覆うように保護管２１が設けられている。保護管２１は、軽量でかつ曲がらない樹脂材あるいは軽金属あるいは木材あるいは紙、あるいはこれらの複合材料で構成されており、ドローン１間を直線的に接続している。したがって、保護管２１は、ロボットアームと同じような動きをし、ドローン１間の距離を常に一定に保つ機能を果たす。これにより、有線ケーブル２がたるみにより物体に引っ掛かるリスクを減らすことができる。各ドローン１は、図６に示す実施例と同様にジンバル機構を備えている。

　図１４Ａおよび図１４Ｂは、ドローン１間にデッドウェイトや関節を設けた実施例を示す模式図である。
　図１乃至図１３に示す実施例においては、複数のドローン１を複数の有線ケーブル２で連結するようにしたが、図１４Ａに示す実施例においては、２つのドローン１間にデッドウェイト２３を設けている。また、図１４Ｂに示す実施例においては、２つのドローン１間に関節２４を設けている。図１４Ａおよび図１４Ｂに示すように、ドローン１に置き換えてデッドウェイト２３又は関節２４を設けることにより、制御するドローンの数を減らすことができる。デッドウェイト２３を設ける実施例を水中用のドローン群に適用する場合、デッドウェイト２３が水中でおおよそ静止状態を保つので、デッドウェイト２３の位置を固定点として、他のドローン１を移動させることができる。関節２４を設ける実施例をドローン群に適用する場合、図１３Ａおよび図１３Ｂに示す保護管２１を併用すると、２つのロボットアームを関節２４で接続したような態様になり、物体に引っ掛かるリスクをさらに減らすことができる。

　図１５は、複数の有線ケーブル２で連結された複数のドローン１からなるドローン群が物体に引っ掛からないように制御する方法を示す模式図である。
　図１５に示すように、ドローン群を構成する各ドローン１にｉ，ｉ＋１などの番号を付ける。ここで、ｉ番目のドローン１と（ｉ＋１）番目のドローン１との間の距離をＬｉとし、ｉ番目のドローン１と（ｉ＋１）番目のドローン１とを連結する有線ケーブル２のケーブル長をＬｃｉとし、ｉ番目のドローン１と（ｉ＋１）番目のドローン１とを連結する有線ケーブル２のたるみを考慮したドローン間最小距離をＬｍｉｎｉとすると、以下の（１）式が成立するように、ドローン群を制御することが必要である。
　　　Ｌｍｉｎｉ≦Ｌｉ≦Ｌｃｉ・・・・・（１）

　（１）式において、ドローン間最小距離Ｌｍｉｎｉは、有線ケーブル２がたるみすぎると物体に引っ掛かる原因になるため、有線ケーブル２がたるみすぎない距離に設定されている。また、ドローン間距離Ｌｉが有線ケーブル２のケーブル長Ｌｃｉと等しいか、ケーブル長Ｌｃｉより短くなるように２つのドローン１を制御することにより、有線ケーブル２がぴんと張った状態から少したるんだ状態の間になるように制御する。
　ｎ個のドローン１によってドローン群を構成する場合には、ｎ個のドローン１が（１）式の拘束条件を満たす形で各ドローン１の軌道を予め決定し、決定された軌道に従って各ドローン１を制御して動かす。制御は開ループ、閉ループなどいずれでもよい。制御のために必要となるドローン位置は、ドローン１に内蔵した位置センサーを用いてもよいし、外部からの画像やレーダー、超音波等の計測あるいはその複合でもよい。

　図１６は、ドローン自体が対物距離センサーを備えた実施例を示す模式図である。図１６に示すように、ｉ番目のドローン１は対物距離センサーを内蔵しており、対物距離センサーは、例えばレーダー波を出力し、ｉ番目のドローン１と、（ｉ－１）番目のドローン１、（ｉ＋１）番目のドローン１および物体１０との間の各距離を計測する。計測された各距離を表す信号は、制御装置（または操縦器）に送信される。制御装置（または操縦器）は、ｉ番目，（ｉ－１）番目，（ｉ＋１）番目のドローン１が互いに適正な距離を保つように制御する。すなわち、上記の（１）式が成立するように、ドローン群を制御する。また、ｉ番目のドローン１と物体１０との間の対物接近距離をＬｏｉとし、ｉ番目のドローン１と物体１０との間の最小接近距離をＬｏｍｉｎｉとすると、以下の（２）式が成立するように、ドローン群を制御することが必要である。
　　　Ｌｏｉ≧Ｌｏｍｉｎｉ・・・・・（２）
　ｎ個のドローン１によってドローン群を構成する場合には、ｎ個のドローン１が（１）式および（２）式の拘束条件を満たす形で各ドローン１の軌道を予め決定し、決定された軌道に従って各ドローン１を制御して動かす。

　図１７は、ドローン１間を連結する有線ケーブル２の変形例を示す模式図である。図１７に示すように、ドローン１間を連結する有線ケーブル２は、コイル状の伸縮性のあるケーブルであってもよい。

　上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲とすべきである。

　本発明は、空中または水中あるいはその両方の領域を移動する無人移動体であるドローンおよび複数のドローンを備えたドローン群に利用可能である。

　　１　　ドローン
　　１ａ　ドローン本体
　　１ｓ　吸込口
　　１ｄ　吐出口
　　１Ｒ　回転翼
　　２　　有線ケーブル
　　３　　制御装置（または操縦器）
　　４　　水槽
　１０，１０Ａ，１０Ｂ　　物体
　１１　　第１軸
　１２　　内輪
　１３　　第２軸
　１４　　外輪
　１５　　サポート
　１６　　カバー
　１８　　ケーブル巻き上げ機構
　１９　　リール
　２０　　クランプ機構
　２１　　保護管
　２３　　デッドウェイト
　２４　　関節
　Ｔｈ　　軸流スラスタ
　Ｒｕ　　回転翼ユニット

Claims

　複数のドローンを有線ケーブルによって直列に連結してドローン群を形成し、
　前記有線ケーブルは、各ドローンへの給電および／または各ドローンとの通信を行う機能を有し、
　前記ドローン群の一端側のドローンに、ドローン群の移動を制御する制御装置または操縦器を接続したことを特徴とする有線式ドローン群。
　前記制御装置または操縦器は、前記複数のドローンと前記有線ケーブルが折れ線状の関係を維持するようにドローン群を移動させることを特徴とする請求項１記載の有線式ドローン群。
　前記ドローンは空中用のドローンであり、前記有線ケーブルは前記空中用のドローンへの給電を行う機能を有することを特徴とする請求項１または２記載の有線式ドローン群。
　前記ドローンは水中用のドローンであり、前記有線ケーブルは前記水中用のドローンとの通信を行う機能を有することを特徴とする請求項１または２記載の有線式ドローン群。
　前記ドローン群は、複数のドローンを有線ケーブルによって直列に連結した主ドローン群と、該主ドローン群の途中から分岐して複数のドローンを有線ケーブルによって直列に連結した副ドローン群とから構成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の有線式ドローン群。
　前記有線ケーブルの両端部を連結対象の２台のドローンの機体の下部に接続し、ドローン群の移動中に前記有線ケーブルが連結対象の前記２台のドローンの機体の下方に位置するようにしたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の有線式ドローン群。
　前記有線ケーブルの両端部を連結対象の２台のドローンの機体の上部に接続し、ドローン群の移動中に前記有線ケーブルが連結対象の前記２台のドローンの機体の上方に位置するようにしたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の有線式ドローン群。
　前記ドローンは、直交する１つあるいは複数の軸心の回りにそれぞれ回転可能な１つあるいは複数の回転体を有したジンバル機構を備えていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の有線式ドローン群。
　前記有線ケーブルの端部は、前記ジンバル機構における１つの回転体、あるいは複数の回転体のうち外側の回転体に接続されていることを特徴とする請求項８記載の有線式ドローン群。
　前記ドローンは、吸込口から吸い込んだ流体をインペラで昇圧し、昇圧された流体を吐出口から吐出して推力を得る推力発生機構を複数個備えていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の有線式ドローン群。
　前記ドローンは、複数の回転翼からなる推力発生機構を複数個備えていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の有線式ドローン群。
　前記ドローンの機体は球体又は球形に近い多面体からなり、前記球体又は前記多面体の内部に前記推力発生機構を配置することを特徴とする請求項１０または１１記載の有線式ドローン群。
　前記ドローンの機体は球体又は球形に近い多面体からなり、前記球体又は前記多面体の外面に前記推力発生機構を配置することを特徴とする請求項１０または１１記載の有線式ドローン群。
　前記２つのドローン間を並列する複数の有線ケーブルで連結することを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の有線式ドローン群。
　前記２つのドローン間を連結する有線ケーブルの長さを変更する機構を備えることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の有線式ドローン群。
　前記２つのドローン間を連結する有線ケーブルを覆う保護管を設けたことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の有線式ドローン群。
　前記ドローン群における少なくとも１つのドローンをデッドウェイト又は関節に置き換えることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の有線式ドローン群。
　複数のドローンを有線ケーブルによって直列に連結して形成されたドローン群の制御方法であって、
　前記有線ケーブルによって各ドローンへの給電および／または各ドローンとの通信を行いつつ、前記複数のドローンと前記有線ケーブルが折れ線状の関係を維持するようにドローン群を移動させることを特徴とする有線式ドローン群の制御方法。
　前記ドローン群を構成するｉ番目のドローンと（ｉ＋１）番目のドローンとの間の距離をＬｉとし、ｉ番目のドローンと（ｉ＋１）番目のドローンとを連結する有線ケーブルのケーブル長をＬｃｉとし、ｉ番目のドローンと（ｉ＋１）番目のドローンとを連結する有線ケーブルのたるみを考慮したドローン間最小距離をＬｍｉｎｉとすると、Ｌｍｉｎｉ≦Ｌｉ≦Ｌｃｉが成立するように、ドローン群を制御することを特徴とする請求項１８記載の有線式ドローン群の制御方法。
　前記ｉ番目のドローンと物体との間の対物接近距離をＬｏｉとし、前記ｉ番目のドローンと物体との間の最小接近距離をＬｏｍｉｎｉとすると、Ｌｏｉ≧Ｌｏｍｉｎｉが成立するように、ドローン群を制御することを特徴とする請求項１９記載の有線式ドローン群の制御方法。