WO2022080289A1 - ピックアップシステム及びピックアップ方法 - Google Patents

Abstract

１つの無人飛翔体を用いて荷物を運搬する場合でも、無人飛翔体が傾いたり、荷物が傾いたりし難いピックアップシステムを実現する。 ピックアップシステム（１）は、荷物（Ｌ）を保持するための保持具（１１）と、荷物（Ｌ）を保持した保持具（１１）の重心位置を測定するための測定器（１４）と、保持具（１１）に移動可能に取り付けられた、保持具（１１）をドローン（Ｄ）に連結するための連結器（１２）を、荷物Ｌを保持した保持具（１１）の重心位置の真上に移動させるためのコントローラ（１５）と、を備えている。

Description

ピックアップシステム及びピックアップ方法

　本発明は、無人飛翔体に荷物をピックアップさせるためのピックアップシステム及びピックアップ方法に関する。

　近年、無人飛翔体（ドローン）を用いて荷物を運搬する技術が実用化されている。無人飛翔体を用いることにより、運搬コストを低下させると共に、運搬可能エリアを拡大することが可能である。

　無人飛翔体に荷物をピックアップさせる際には、荷物のどこを無人飛翔体に連結するかが重要になる。連結する場所が不適切であると、荷物の重量によって飛翔体が傾き、燃費が悪化したり、飛行経路の制御が困難になったりするからである（飛翔体と荷物との連結が固定的である場合）。或いは、荷物が傾き、運搬中に荷物が損傷する可能性が高まるからである（飛翔体と荷物との連結が固定的でない場合、例えば、ボールジョイントにより連結されている場合）。

　無人飛翔体に荷物をピックアップさせるための技術を開示した文献としては、例えば、特許文献１が挙げられる。特許文献１に記載の技術においては、１つの貨物を複数のドローンを用いて運搬する。貨物には、複数のアイボルトが取り付けられており、各ドローンには、アイボルトに引っ掛けるフックが取り付けられている。ドローンに貨物をピックアップさせる際には、何台のドローンを用いて、また、何れのアイボルトを用いて貨物を吊り上げるかを、制御装置が貨物の重量及び重心位置に応じて決定する。

日本国特開２０２０－１５７９２２号公報

　しかしながら、特許文献１に記載の技術においては、複数のドローンを利用して貨物をピックアップすることが前提になっている。このため、導入コスト及び運用コストが高いという問題がある。また、揚力の大きなドローンを用いれば、１つのドローンで貨物をピックアップすることも可能であるが、アイボルトが貨物の天板の外縁近傍に取り付けられているため、運搬中の貨物の傾きは避けられない。

　本発明の一態様は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、１つの無人飛翔体を用いて荷物を運搬する場合でも、無人飛翔体が傾いたり、荷物が傾いたりし難いピックアップシステム、及び、ピックアップ方法を実現することにある。

　本発明の一態様に係るピックアップシステムは、保持具と、測定器と、コントローラと、を備えている。ここで、保持具は、荷物を保持するための構成である。また、測定器は、前記荷物の重心位置、又は、前記荷物を保持した前記保持具の重心位置を測定するための構成である。また、コントローラは、前記保持具に移動可能に取り付けられた、前記保持具を無人飛翔体に連結するための連結器を、前記重心位置の真上に移動させるための構成である。

　また、本発明の一態様に係るピックアップ方法は、保持工程と、測定工程と、移動工程と、を含んでいる。ここで、保持工程は、保持具を用いて、荷物を保持する工程である。また、測定工程は、測定器を用いて、前記荷物の重心位置、又は、前記荷物を保持した前記保持具の重心位置を測定する工程である。また、移動工程は、コントローラを用いて、前記保持具に設けられた、前記保持具を無人飛翔体に連結するための可動式連結器の位置を、前記重心位置の真上に移動する工程である。

　本発明の一態様によれば、単一の無人飛翔体を用いて荷物を運搬する場合でも、無人飛翔体が傾いたり、荷物が傾いたりし難いピックアップシステム、及び、ピックアップ方法を実現することができる。

本発明の第１の実施形態に係るピックアップシステムの構成を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係るピックアップ方法の流れを示すフロー図である。 図１のピックアップシステムに含まれるコントローラとして機能するコンピュータの構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係るピックアップシステムの構成を示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係るピックアップシステムが備えている保持具を上方から見た場合の平面図である。（ａ）～（ｃ）は、それぞれ、本発明の第２の実施形態に係るピックアップ方法に含まれる移動工程における保持具の動きを示している。 本発明の第２の実施形態に係るピックアップ方法の流れを示すフロー図である。

　〔第１の実施形態〕
　（ピックアップシステムの構成）
　本発明の第１の実施形態に係るピックアップシステム１について、図１を参照して説明する。図１は、ピックアップシステム１の構成を示す斜視図である。

　ピックアップシステム１は、ドローンＤ（特許請求の範囲における「無人飛翔体」の一例）に荷物Ｌをピックアップさせるためのシステムである。ピックアップシステム１は、図１に示すように、保持具１１と、連結器１２と、移動機構１３と、測定器１４と、コントローラ１５と、を備えている。

　保持具１１は、荷物Ｌを保持するための構成である。本実施形態においては、保持具１１として、１枚の天板１１ａと、２枚の側板１１ｂ，１１ｃと、２枚の底板１１ｄ，１１ｅとにより構成された保持具を用いている。

　天板１１ａ、２枚の側板１１ｂ，１１ｃ、及び、２枚の底板１１ｄ，１１ｅの平面視形状は、それぞれ、長方形である。図１に示した座標系において、一方の側板１１ｂは、そのｚ軸正方向側のｙ軸に平行な端辺が天板１１ａのｘ軸正方向側のｙ軸に平行な端辺に連結されている。また、他方の側板１１ｃは、そのｚ軸正方向側のｙ軸に平行な端辺が天板１１ａのｘ軸負方向側のｙ軸に平行な端辺に連結されている。また、一方の底板１１ｄは、そのｘ軸正方向側のｙ軸に平行な端辺が側板１１ｂのｚ軸負方向側のｙ軸に平行な端辺に連結されている。また、他方の底板１１ｄは、そのｘ軸負方向側のｙ軸に平行な端辺が側板１１ｃのｚ軸負方向側のｙ軸に平行な端辺に連結されている。２枚の底板１１ｄ，１１ｅのｘ軸方向の寸法の和は、天板１１ａのｘ軸方向の寸法よりも小さい。一口に云うと、保持具１１は、互いに対向する１対の側面が開放されると共に、底面中央部が横断的に開放された箱型の形状となる。

　荷物Ｌは、開放された側面、及び／又は、底面中央部を介して保持具１１に収容される。荷物Ｌのｘ軸正方向及びｘ軸負方向の動きは、２枚の側板１１ｂ，１１ｃによって規制される。また、荷物Ｌのｚ軸負方向の動きは、２枚の底板１１ｄ，１１ｅによって規制される。また、保持具１１には、荷物Ｌのｙ軸正方向、ｙ軸負方向、及びｚ軸正方向の動きを規制するクリップ（不図示）を取り付けてもよい。

　連結器１２は、保持具１１をドローンＤに結合するための構成である。移動機構１３は、連結器１２を移動するための構成である。本実施形態においては、移動機構１３として、第１スライダ１３ａ及び第２スライダ１３ｂにより構成された移動機構を用いている。

　第１スライダ１３ａは、保持具１１上を、第１の方向に滑動するスライダである。本実施形態においては、保持具１１の天板１１ａ上に、ｘ軸と平行に延伸する一対のレールが設けられている。第１スライダ１３ａは、これらのレールに滑動可能に取り付けられている。このため、第１スライダ１３ａは、保持具１１上をｘ軸方向に滑動する。

　第２スライダ１３ｂは、第１スライダ１３ａ上を、第１の方向と交わる第２の方向に滑動するスライダである。本実施形態においては、第１スライダ上１３ａ上にｙ軸と平行に延伸する１対のレールが設けられている。第２スライダ１３ｂは、これらのレールに滑動可能に取り付けられている。このため、第２スライダ１３ｂは、第１スライダ１３ａ上をｙ軸方向に滑動する。

　本実施形態において、連結器１２は、第２スライダ１３ｂに固定されている。上述したように、第２スライダ１３ｂは、第１スライダ１３ａ上を第２の方向（本実施形態においては、ｙ軸方向）に滑動可能であり、第１スライダ１３ａは、保持具１１上を第１の方向（本実施形態においては、ｘ軸方向）に滑動可能である。したがって、連結器１２は、保持具１１上を第１の方向と第２の方向とが張る面（本実施形態においては、ｘｙ面）面内において自由に移動することが可能である。

　測定器１４は、荷物Ｌを保持した保持具１１の重心位置を測定するための構成である。測定器１４は、複数のロードセルを用いて演算する構成でもよいが、本実施形態では、６軸力覚センサを用いた。本実施形態においては、測定器１４は、荷物Ｌを保持した保持具１１を載置するプレート１４ａと、プレート１４ａを支持するように配置された４つの６軸力覚センサ１４ｂ１～１４ｂ４と、を有している。ここで、６軸力覚センサとは、ｘ軸方向の力Ｆｘ、ｙ軸方向の力Ｆｙ、ｚ軸方向の力Ｆｚ、ｘ軸周りのモーメントＭｘ、ｙ軸周りのモーメントＭｙ、ｚ軸周りのモーメントＭｚを検出可能なセンサのことを指す。測定器１４は、４つの６軸力覚センサ１４ｂ１～１４ｂ４の各々から出力されるセンサ信号を、コントローラ１５に提供する。なお、図１においては、４つの６軸力覚センサ１４ｂ１～１４ｂ４がプレート１４ａの四隅に配置されている。６軸力覚センサ１４ｂ４は、プレート１４ａの陰に隠れて不図示となっている。

　コントローラ１５は、測定器１４から取得したセンサ信号に基づいて、荷物Ｌを保持した保持具１１の重心位置を算出すると共に、算出した重心位置の真上に連結器１２が位置するように、移動機構１３を制御するための構成である。本実施形態においては、コントローラ１５として、少なくとも１つのプロセッサと、少なくとも１つのメモリと、を備えたコンピュータを用いている。４つの６軸力覚センサ１４ｂ１～１４ｂ４の各々から出力されるセンサ信号に基づいて、プレート１４ａ上に載置された対象物（荷物Ｌを保持した保持具１１）の重心位置を算出する方法は公知であるため、ここではその説明を割愛する。

　なお、ドローンＤ側の連結器Ｄ１と保持具１１側の連結器１２との連結作業は、作業者が手動で行って行ってもよいし、ドローンＤが自動で行ってもよい。後者の場合、コントローラ１５は、算出した重心位置の真上に連結器１２を移動させた後、移動した連結器１２の位置をドローンＤ、又は、ドローンＤを管制する管制装置（不図示、以下同じ）に通知する。これにより、ドローンＤ側の連結器Ｄ１と保持具１１側の連結器１２との連結作業を、ドローンＤが自動で行うことが可能になる。

　（ピックアップアップ方法の流れ）
　本発明の第１の実施形態に係るピックアップ方法Ｓ１について、図２を参照して説明する。図２は、ピックアップ方法Ｓ１の流れを示すフロー図である。

　ピックアップ方法Ｓ１は、ピックアップシステム１を用いてドローンＤに荷物Ｌをピックアップさせるための方法である。ピックアップ方法Ｓ１は、図２に示すように、保持工程Ｓ１１と、測定工程Ｓ１２と、移動工程Ｓ１３と、を含んでいる。

　保持工程Ｓ１１は、上述した保持具１１を用いて、荷物Ｌを保持する工程である。測定工程Ｓ１２は、上述した測定器１４を用いて、荷物Ｌを保持した保持具１１の重心位置を測定する工程である。移動工程Ｓ１３は、上述したコントローラ１５を用いて、保持具１１に設けられた、保持具１１をドローンＤに連結するための連結器１２の位置を、荷物Ｌを保持した保持具１１の重心位置の真上に移動する工程である。

　なお、ドローンＤ側の連結器Ｄ１と保持具１１側の連結器１２との連結作業は、作業者が手動で行って行ってもよいし、ドローンＤが自動で行ってもよい。後者の場合、移動工程Ｓ１３を実施した後、通知工程を更に実施してもよい。通知工程は、コントローラ１５を用いて、移動した連結器１２の位置をドローンＤ、又は、ドローンＤを管制する管制装置に通知する工程である。これにより、ドローンＤ側の連結器Ｄ１と保持具１１側の連結器１２との連結作業を、ドローンＤが自動で行うことが可能になる。

　（ピックアップシステム及びピックアップ方法の効果）
　以上のように、本実施形態に係るピックアップシステム１は、荷物Ｌを保持するための保持具１１と、荷物Ｌを保持した保持具１１の重心位置を測定するための測定器１４と、保持具１１に移動可能に取り付けられた、保持具１１をドローンＤに連結するための連結器１２を、荷物Ｌを保持した保持具１１の重心位置の真上に移動させるためのコントローラ１５と、を備えている。

　また、本実施形態に係るピックアップ方法Ｓ１は、保持具１１を用いて、荷物Ｌを保持する保持工程Ｓ１１と、測定器１４を用いて、荷物Ｌを保持した保持具１１の重心位置を測定する測定工程Ｓ１２と、コントローラ１５を用いて、保持具１１に設けられた、保持具１１をドローンＤに連結するための連結器１２の位置を、荷物Ｌを保持した保持具１１の重心位置の真上に移動する移動工程Ｓ１３と、を含んでいる。

　このため、ピックアップシステム１を用いて、或いは、ピックアップ方法Ｓ１に従って、保持具１１側の連結器１２をドローンＤ側の連結器Ｄ１と連結すると、荷物Ｌを保持した保持具１１の重心位置がドローンＤ側の連結器Ｄ１の真下に位置する。したがって、ドローンＤが傾いたり、荷物Ｌが傾いたりする事態を有効に防止することができる。また、ドローンＤは、複数（本実施形態では４つ）のプロペラを備えている。ピックアップシステム１及びピックアップ方法Ｓ１によれば、複数のプロペラの駆動出力を均等化することができるので、ドローンＤの消費電力を抑制することができる。すなわち、ドローンＤの駆動効率を高めることができる。

　また、本実施形態において、測定器１４は、荷物Ｌを保持した保持具１１を載置するプレート１４ａと、プレート１４ａを支持するように配置された少なくとも１つの６軸力覚センサ１４ｂ１～１４ｂ４を備えている。

　このため、荷物Ｌを保持した保持具１１の重心位置を正確に測定することができる。

　特に、本実施形態において、測定器１４は、荷物Ｌを保持した保持具１１を載置するプレート１４ａと、プレート１４ａを支持するように配置された４つの６軸力覚センサ１４ｂ１～１４ｂ４を備えている。

　このため、荷物Ｌを保持した保持具１１の重心位置を更に正確に測定することができる。

　また、本実施形態において、ピックアップシステム１は、連結器１２を移動させるための移動機構１３を更に備えている。この移動機構１３は、保持具１１上を第１の方向に滑動する第１スライダ１３ａと、第１スライダ１３ａ上を第１の方向と交わる第２の方向に滑動する第２スライダ１３ｂと、により構成されており、連結器１２は、第２スライダ１３ｂに固定されている。

　このため、連結器１２の位置を、荷物Ｌを保持した保持具１１の重心位置の真上に、容易に移動することができる。

　また、本実施形態において、コントローラ１５は、連結器１２を、荷物Ｌを保持した保持具１１の重心位置の真上に移動させた後、連結器１２の位置を、ドローンＤ、又は、ドローンＤを管制する管制装置に通知する。

　このため、ドローンＤ側の連結器Ｄ１と保持具１１側の連結器１２との連結作業を、ドローンＤが自動で行うことが可能になる。

　なお、本実施形態においては、測定器１４を用いて、荷物Ｌを保持した保持具１１の重心位置を測定する構成を採用しているが、本発明は、これに限定されない。すなわち、測定器１４を用いて、荷物Ｌの重心位置を測定する構成を採用してもよい。この場合、コントローラ１５は、連結器１２を、荷物Ｌの重心位置の真上に移動させることになる。

　保持具１１の重量が荷物Ｌの重量に比べて十分に小さい場合、荷物Ｌの重心位置は、荷物Ｌを保持した保持具１１の重心位置と略一致する。したがって、荷物Ｌの重心位置を測定する構成を採用する場合でも、荷物Ｌを保持する保持具１１の重心位置を測定する構成を採用する場合と略同様の効果が得られる。

　（コントローラのソフトウェアによる実現例）
　コントローラ１５の一部又は全部の機能は、集積回路（ＩＣチップ）等のハードウェアによって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。後者の場合、コントローラ１５の各機能は、例えば、ソフトウェアであるプログラムＰの命令を実行するコンピュータによって実現される。

　このようなコンピュータの一例（以下、コンピュータＣと記載する）を図３に示す。コンピュータＣは、図３に示すように、少なくとも１つのプロセッサＣ１と、少なくとも１つのメモリＣ２と、を備えている。メモリＣ２には、コンピュータＣをコントローラ１５として動作させるためのプログラムＰが記録されている。コンピュータＣにおいて、プロセッサＣ１は、このプログラムＰをメモリＣ２から読み取って実行することにより、コントローラ１５の各機能を実現する。

　プロセッサＣ１としては、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphic Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＦＰＵ（Floating point number Processing Unit）、ＰＵ（Physics Processing Unit）、マイクロコントローラ、又は、これらの組み合わせなどを用いることができる。メモリＣ２としては、例えば、フラッシュメモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、又は、これらの組み合わせなどを用いることができる。

　なお、コンピュータＣは、プログラムＰを実行時に展開したり、各種データを一時的に記憶したりするためのＲＡＭ（Random Access Memory）を更に備えていてもよい。また、コンピュータＣは、他の装置との間でデータを送受信するための通信インタフェースを更に備えていてもよい。また、コンピュータＣは、キーボードやマウスなどの入力機器、及び／又は、ディスプレイやプリンタなどの出力機器を接続するための入出力インタフェースを更に備えていてもよい。

　また、プログラムＰは、コンピュータＣが読み取り可能な、一時的でない有形の記録媒体Ｍに記録することができる。このような記録媒体Ｍとしては、例えば、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、又はプログラマブルな論理回路などを用いることができる。コンピュータＣは、このような記録媒体Ｍを介してプログラムＰを取得することができる。また、プログラムＰは、伝送媒体を介して伝送することができる。このような伝送媒体としては、例えば、通信ネットワーク、又は放送波などを用いることができる。コンピュータＣは、このような伝送媒体を介してプログラムＰを取得することもできる。

　〔第２の実施形態〕
　（ピックアップシステムの構成）
　本発明の第２の実施形態に係るピックアップシステム２について、図４及び図５を参照して説明する。図４は、ピックアップシステム２の構成を示す斜視図である。図５は、ピックアップシステム２が備えている保持具２１を上方（ｚ軸正方向側）から見た場合の平面図である。図５の（ａ）～（ｃ）は、それぞれ、本発明の第２の実施形態に係るピックアップ方法に含まれる移動工程Ｓ２４の動きを示している。

　ピックアップシステム２は、ピックアップシステム１と同様に、ドローンＤ（特許請求の範囲における「無人飛翔体」の一例）に荷物Ｌをピックアップさせるためのシステムである。ピックアップシステム２は、図４に示すように、保持具２１と、連結器２２と、移動機構２３と、連結器２４と、測定器２５と、ケージ２６と、アクチュエータ群２７と、を備えている。また、ピックアップシステム２は、図４に図示を省略しているコントローラを備えている。

　第１の実施形態に係るピックアップシステム１は、図１に示すように、測定器１４のうえに保持具１１載置する構成を採用している。一方、ピックアップシステム２は、図４に示すように、ケージ２６の天板２６ａに対して、連結器２２、連結器２４、及び、測定器２５を介して保持具２１を吊すように固定している。そこで、本実施形態では、まず、ケージ２６及びアクチュエータ群２７について説明したあとに、保持具２１、連結器２２、移動機構２３、連結器２４、及び、測定器２５について説明する。

　支持体の一例であるケージ２６は、天板２６ａと、４本の柱２６ｂ１，２６ｂ２，２６ｂ３，２６ｂ４と、枠２６ｃと、を備えている。また、枠２６ｃは、４本の梁２６ｃ１，２６ｃ２，２６ｃ３，２６ｃ４により構成されている。

　天板２６ａは、主面を平面視した場合の形状が長方形である板状部材である。天板２６ａの一対の主面のうち一方の主面（図４においては下側の主面）の中央には、測定器２５を介して連結器２４を設置する設置領域が設けられている。連結器２４及び測定器２５については、後述する。天板２６ａは、荷物Ｌの重さが重い場合であっても撓るなどの変形が生じにくいように、高い剛性を有することが好ましい。本実施形態では、金属板を天板２６ａとして用いている。

　長方形である天板２６ａの４つ角には、それぞれ、柱２６ｂ１，２６ｂ２，２６ｂ３，２６ｂ４の延伸される方向が、下側の主面に直交するように固定されている。すなわち、柱２６ｂ１，２６ｂ２，２６ｂ３，２６ｂ４は、天板２６ａを支える脚部として機能する。柱２６ｂ１，２６ｂ２，２６ｂ３，２６ｂ４の長さは、等しい。なお、各柱２６ｂ１，２６ｂ２，２６ｂ３，２６ｂ４の下端部には、各脚部の長さを調整するネジ式の調整機構が設けられていてもよい。このような調整機構を用いることにより、上述した設置領域が略水平（より好ましくは水平）になるように天板２６ａを固定することができる。

　各柱２６ｂ１，２６ｂ２，２６ｂ３，２６ｂ４の中途部分には、隣接する柱同士を接続する梁２６ｃ１，２６ｃ２，２６ｃ３，２６ｃ４により構成された枠２６ｃが設けられている。梁２６ｃ１は、柱２６ｂ１と２６ｂ２とを接続する。梁２６ｃ２は、柱２６ｂ２と２６ｂ３とを接続する。梁２６ｃ３は、柱２６ｂ３と２６ｂ４とを接続する。梁２６ｃ４は、柱２６ｂ４と２６ｂ１とを接続する。このように構成された枠２６ｃは、連結器２４に連結器２２及び移動機構２３を介して保持具２１が連結された場合に、保持具２１の底板２１ｄを取り囲む。

　枠２６ｃには、アクチュエータ２７１，２７２，２７３，２７４により構成されたアクチュエータ群２７が設けられている。アクチュエータ群２７は、調整機構の一例である。各アクチュエータ２７１，２７２，２７３，２７４は、直線状に延伸された軸状部材であって、その中心軸に沿った長さである軸長を任意に調整することができるように構成されている。本実施形態では、軸長を調整するために空気圧を利用するエアアクチュエータを各アクチュエータ２７１，２７２，２７３，２７４として用いる。ただし、軸長を調整するために用いる力の源は、空気圧に限定されず、油圧であってもよいし、電力であってもよい。

　アクチュエータ２７１は、梁２６ｃ１の中点に、その中心軸が梁２６ｃ１の延伸方向と直交するように、固定されている。同様に、アクチュエータ２７２は、梁２６ｃ２の中点に、その中心軸が梁２６ｃ２の延伸方向と直交するように、固定されている。同様に、アクチュエータ２７３は、梁２６ｃ３の中点に、その中心軸が梁２６ｃ３の延伸方向と直交するように、固定されている。同様に、アクチュエータ２７４は、梁２６ｃ４の中点に、その中心軸が梁２６ｃ４の延伸方向と直交するように、固定されている。各アクチュエータ２７１，２７２，２７３，２７４は、何れも、可動する先端部が枠２６ｃの内側方向に向かって突出するように設けられている。

　このように構成されたアクチュエータ群２７によれば、互いに対向するアクチュエータ２７１及びアクチュエータ２７３の軸長を制御することによって、保持具２１のｙ軸方向における動きを規制し、その位置を移動させることができる。同様に、互いに対向するアクチュエータ２７２及びアクチュエータ２７４の軸長を制御することによって、保持具２１のｘ軸方向における動きを規制し、その位置を移動させることができる。本実施形態では、アクチュエータ群２７を用いて、荷物Ｌを保持した保持具２１の重心位置ＣＬ（図５参照）の真上に、連結器２２の位置に対応する６軸力覚センサ２５の中心Ｃ２５（図６参照）を移動させるように、水平面の面内において保持具２１を移動させる。なお、アクチュエータ群２７は、後述するコントローラによりその動きを制御されている。

　次に、保持具２１、連結器２２、移動機構２３、連結器２４、及び、測定器２５について説明する。

　保持具２１は、保持具１１と同様に、荷物Ｌを保持するための構成である。本実施形態においては、保持具２１として、１枚の天板２１ａと、４本の柱２１ｂ１，２１ｂ２，２１ｂ３，２１ｂ４と、１枚の底板２１ｄとにより構成された保持具を用いている。

　天板２１ａ及び底板２１ｄの平面視形状は、それぞれ、長方形である。天板２１ａ及び底板２１ｄの平面視形状は、合同である。そのうえで、天板２１ａと底板２１ｄとの間には、長さが等しい４本の柱２１ｂ１～２１ｂ４の各々が介在している。したがって、天板２１ａと底板２１ｄとの間隔は、各柱２１ｂ１～２１ｂ４の長さと等しい。各柱２１ｂ１～２１ｂ４は、それぞれ、天板２１ａ及び底板２１ｄを構成する４つ角部分の各々に設けられている。このように構成された保持具２１は、互いに対向する２対の側面が開放された箱形の形状となる。図４の座標系において、保持具２１は、長方形である天板２１ａ及び底板２１ｄの長辺がｘ軸と平行になり、短辺がｙ軸と平行になり、各柱２１ｂ１～２１ｂ４の延伸されている方向がｚ軸と平行になるように、配置されている。なお、図４の座標系は、ｘｙ平面が水平になるように、且つ、ｚ軸が鉛直方向と平行になるように、定められている。

　本実施形態においては、荷物Ｌは、保持具２１の底板２１ｄに対して、帯状のスリングを用いて固定されている。また、荷物Ｌは、保持具２１の底板２１ｄに対して、例えばマジックテープ（登録商標）を用いて固定することもできる。また、荷物Ｌを底板２１ｄに固定するために、スリングとマジックテープとを併用することもできる。このようにして、保持具２１は、荷物Ｌを保持する。

　第１の連結器の一例である連結器２２は、連結器１２と同様に、保持具２１をドローンＤに結合するための構成である。連結器２２は、連結器１２と同様に構成されているので、ここでは説明を省略する。

　移動機構２３は、移動機構１３と同様に、連結器２２を第１の方向（ｘ軸方向）と第２の方向（ｙ軸方向）とが張る面である水平面（ｘｙ平面）に沿って移動させるための恒星である。本実施形態においては、移動機構２３として、第１スライダ２３ａと、第２スライダ２３ｂと、第１ガイド２３ｃと、第２ガイド２３ｄと、第１タイミングベルト２３ｅと、第２タイミングベルト２３ｆと、第１タイミングベルトプーリー２３ｇと、第２タイミングベルトプーリー２３ｈと、を備えている移動機構を用いている。

　また、第１スライダ２３ａ及び第２スライダ２３ｂは、それぞれ、第１スライダ１３ａ及び第２スライダ１３ｂと同様に構成されている。したがって、本実施形態では、第１スライダ２３ａ、及び、第２スライダ２３ｂの説明を省略する。

　第１ガイド２３ｃは、第１スライダ２３ａと、保持具２１の天板２１ａに設けられた一対のレールとの間に介在し、一対のレールに対する第１スライダ２３ａの動きを第１方向であるｘ軸方向に規制するガイドである。第１スライダ２３ａの動きをｘ軸方向に規制するために、一対のレールは、ｘ軸方向と平行に延在している。

　第２ガイド２３ｄは、第１スライダ２３ａと第２スライダ２３ｂとの間に介在し、第１スライダ２３ａに対する第２スライダ２３ｂの動きを第２の方向であるｙ軸方向に規制するガイドである。

　第１タイミングベルト２３ｅ、及び、２つの第１タイミングベルトプーリー２３ｇは、第１スライダ２３ａの状態を滑動可能な状態と滑動不可能な状態との間で切り替えるための構成である。すなわち、第１タイミングベルト２３ｅ、及び、２つの第１タイミングベルトプーリー２３ｇは、第１スイッチの一例である。２つの第１タイミングベルトプーリー２３ｇは、一対のレールの各々と平行な直線上であって、一対のレールの各々までの間隔が等しい直線上に設けられたプーリーである。第１タイミングベルト２３ｅは、このように設けられた２つの第１タイミングベルトプーリー２３ｇに掛けられているので、第１タイミングベルト２３ｅが延在する方向は、ｘ軸方向と平行になる。２つの第１タイミングベルトプーリー２３ｇのうち少なくとも一方には、プーリーの状態を、回転可能な状態と回転不可能な状態との間で切り替える電磁クラッチが設けられている。この電磁クラッチは、コントローラにより制御される。そのうえで、２つの第１タイミングベルトプーリー２３ｇには、環状である第１タイミングベルト２３ｅが張られている。第１スライダ２３ａの一部は、第１タイミングベルト２３ｅの一部と嵌合している。したがって、第１タイミングベルトプーリー２３ｇが回転可能な状態である場合、第１スライダ２３ａは、滑動可能な状態になり、第１タイミングベルトプーリー２３ｇが回転不可能な状態である場合、第１スライダ２３ａは、滑動不可能な状態になる。この構成によれば、第１タイミングベルトプーリー２３ｇに設けられた電磁クラッチをオンにすることにより第１スライダ２３ａは、滑動可能な状態になり、前記電磁クラッチをオフにすることにより第１スライダ２３ａは、滑動不可能な状態になる。

　第２タイミングベルト２３ｆ、及び、２つの第２タイミングベルトプーリー２３ｈは、第２スライダ２３ｂの状態を滑動可能な状態と滑動不可能な状態との間で切り替えるための構成である。すなわち、第２タイミングベルト２３ｆ、及び、２つの第２タイミングベルトプーリー２３ｈは、第２スイッチの一例である。２つの第２タイミングベルトプーリー２３ｈは、それぞれ、一対のレール上に設けられたプーリーである。第２タイミングベルト２３ｆは、このように設けられた２つの第２タイミングベルトプーリー２３ｈに掛けられているので、第２タイミングベルト２３ｆが延在する方向は、ｙ軸方向と平行になる。第２タイミングベルト２３ｆ、及び、２つの第２タイミングベルトプーリー２３ｈは、第２タイミングベルト２３ｆが張られている方向がｘ軸方向ではなくｙ軸方向である点以外は、第１タイミングベルト２３ｅ、及び、２つの第１タイミングベルトプーリー２３ｇと同様に構成されている。この構成によれば、第２タイミングベルトプーリー２３ｈに設けられた電磁クラッチをオンにすることにより第２スライダ２３ｂは、滑動可能な状態になり、前記電磁クラッチをオフにすることにより第２スライダ２３ｂは、滑動不可能な状態になる。

　以上のように、本実施形態では、第１スライダ２３ａ及び第２スライダ２３ｂの状態を滑動可能な状態と滑動不可能な状態との間で切り替えるために、すなわち、第１タイミングベルト２３ｅ及び第２タイミングベルト２３ｆの状態を駆動可能な状態と駆動不可能な状態の間で切り替えるために、第１タイミングベルトプーリー２３ｇ及び第２タイミングベルトプーリー２３ｈは、電磁クラッチを備えている。ただし、第１タイミングベルトプーリー２３ｇ及び第２タイミングベルトプーリー２３ｈは、電磁クラッチの代わりに、機械式のクラッチを備えていてもよいし、機械式のブレーキを備えていてもよい。

　第２の連結器の一例である連結器２４は、連結器２２に連結される。連結器２４は、連結器２２に対応する連結器であって、連結器２２とともに一対の連結器を構成する。本実施形態においては、連結器２２及び連結器２４として、クイックカップリングを用いている。したがって、連結器２４に対して連結器２２をワンタッチで脱着することができる。連結器２４は、ドローンＤに設けられている連結器と同一に構成されている。

　連結器２４の連結器２２と逆側の部分には、測定器２５が設けられている。本実施形態では、測定器２５として、６軸力覚センサを用いる。この６軸力覚センサは、直交座標系の３つの軸の各々について力及びモーメントを検出することができる。ピックアップシステム２においては、６軸力覚センサの３つの軸のうち、第１の軸がｘ軸と平行になり、第２の軸がｙ軸と平行になり、第３の軸がｚ軸と平行になるように、６軸力覚センサは、配置されている。すなわち、この６軸力覚センサは、ｘ軸方向の力Ｆｘ、ｙ軸方向の力Ｆｙ、ｚ軸方向の力Ｆｚ、ｘ軸周りのモーメントＭｘ、ｙ軸周りのモーメントＭｙ、ｚ軸周りのモーメントＭｚを検出可能なセンサである。本実施形態では、測定器２５として１つの６軸力覚センサを用いるので、測定器２５のことを６軸力覚センサ２５とも称する。

　コントローラ（図４には不図示）は、６軸力覚センサ２５から取得したセンサ信号に基づいて、連結器２２の位置に対応する６軸力覚センサ２５の中心Ｃ２５（図６参照）を基準にして、荷物Ｌを保持した保持具２１の重心ＣＬ（図６参照）の位置を測定するとともに、重心ＣＬの位置の真上に中心Ｃ２５が位置するように、移動機構２３を制御するための構成である。

　コントローラは、６軸力覚センサが検出する３つの力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ及び３つのモーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚのうち、３つのモーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚが所定の値以下になるように（好ましくは、３つのモーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚが０になるように）、保持具２１に対する連結器２２の位置を移動させることによって、重心位置ＣＬの真上に中心Ｃ２５を移動させる。なお、保持具２１に対する連結器２２の位置を移動させるために、コントローラは、アクチュエータ群２７を制御する。アクチュエータ群２７については、後述する。

　図４に示すように、保持具２１は、連結器２２、連結器２４、及び、６軸力覚センサ２５を介して、ケージ２６の天板２６ａに対して、天板２６ａからぶら下がるように固定されている。したがって、３つのモーメントＭｘ，Ｍｙ，ＭｚのうちモーメントＭｚは、重心位置ＣＬの真上に中心Ｃ２５が位置するか否かに関わらず、０である。一方、３つのモーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚのうち、水平面に含まれるｘ軸及びｙ軸の軸回りのモーメントであるモーメントＭｘ，Ｍｙは、重心位置ＣＬの真上に中心Ｃ２５が位置する場合、双方が０になり、重心位置ＣＬの真上に中心Ｃ２５が位置しない場合、少なくとも何れかが０ではなくなる。したがって、コントローラは、モーメントＭｘ及びモーメントＭｙの各々が、何れも所定の値以下になるように、保持具２１の位置を移動させることにより、重心ＣＬの位置と中心Ｃ２５の位置とを一致させる。

　本実施形態において、図４に図示を省略しているコントローラは、コントローラ１５と同様に構成されている。すなわち、コントローラは、コントローラ１５と同様に、積回路（ＩＣチップ）等のハードウェアによって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。後者の場合、コントローラの各機能は、例えば、ソフトウェアであるプログラムＰの命令を実行するコンピュータ（例えば、図３に示すコンピュータＣ）によって実現される。

　（ピックアップアップ方法の流れ）
　本発明の第２の実施形態に係るピックアップ方法Ｓ２について、図５及び図６を参照して説明する。図５は、上述したように、ピックアップシステム２が備えている保持具２１を上方（ｚ軸正方向側）から見た場合の平面図である。図５の（ａ）～（ｃ）は、それぞれ、本発明の第２の実施形態に係るピックアップ方法に含まれる移動工程Ｓ２４の動きを示している。図６は、本実施形態に係るピックアップ方法の流れを示すフロー図である。

　ピックアップ方法Ｓ２は、ピックアップ方法Ｓ１と同様に、ピックアップシステム２を用いてドローンＤに荷物Ｌをピックアップさせるための方法である。ピックアップ方法Ｓ２は、図６に示すように、保持工程Ｓ２１と、固定工程Ｓ２２と、測定工程Ｓ２３と、移動工程Ｓ２４と、を含んでいる。保持工程Ｓ２１は、保持工程Ｓ１１に対応する工程であり、測定工程Ｓ２３は、測定工程Ｓ１２に対応する工程であり、移動工程Ｓ２４は、移動工程Ｓ１３に対応する工程である。

　保持工程Ｓ２１は、上述した保持具２１を用いて荷物Ｌを保持する工程である。保持工程Ｓ２１において、荷物Ｌは、保持具２１の底板２１ｄに対して、例えば帯状のスリングを用いて固定される。この時、荷物Ｌの重心が保持具２１の重心と一致するように固定されるとは限らない。

　固定工程Ｓ２２は、保持工程Ｓ２１の後に実施する工程である。固定工程Ｓ２２は、荷物Ｌがセットされた保持具２１を、連結器２２、連結器２４、及び６軸力覚センサ２５を介して、ケージ２６の天板２６ａに固定する工程である。図５の（ａ）には、保持具２１を天板２６ａに固定した状態を示している。ただし、図５では、天板２６ａの図示を省略している。図５の（ａ）において、連結器２２の中心及び連結器２４の中心に対応する６軸力覚センサ２５の中心Ｃ２５は、基準位置である天板２６ａの中央にセットされている。天板２６ａは、設置領域が略水平（より好ましくは水平）になるように固定されている。そのうえで、６軸力覚センサ２５は、力及びモーメントを検出する３つの軸のうち第１の軸（ｘ軸と平行な軸）及び第２の軸（ｙ軸と平行な軸）の張る平面が設置領域と平行になるように、設置されている。したがって、６軸力覚センサ２５は、第１の軸及び第２の軸の張る平面が略水平になるように設置されている。また、図５の（ａ）において、荷物Ｌを保持した保持具２１の重心ＣＬは、ｘ軸正方向側、且つ、ｙ軸負方向側の領域に位置する。

　測定工程Ｓ２３は、上述した６軸力覚センサ２５を用いて、重心ＣＬの位置を測定する工程である。具体的には、コントローラは、６軸力覚センサ２５が出力するセンサ信号のうち３つのモーメントＭｘ，Ｍｙを表す２つのモーメント信号を参照し、重心ＣＬの位置を測定する。モーメントＭｘは、第１の軸の軸回りのモーメントの一例であり、モーメントＭｙは、第２の軸の軸回りのモーメントの一例である。

　移動工程Ｓ２４は、上述したコントローラを用いて、中心Ｃ２５の位置を、重心ＣＬの位置の真上に移動する工程である。コントローラは、測定工程Ｓ２３において測定した重心ＣＬの位置に応じて、アクチュエータ群２７を用いて、保持具２１を移動させる。図５の（ａ）に示した矢印Ｆ２７は、アクチュエータ２７２，２７４を用いて保持具２１をｙ軸正方向側に移動するときに、保持具２１に作用する力の方向を示す。また、図５の（ｂ）に示した矢印Ｆ２７は、アクチュエータ２７１，２７３を用いて保持具２１をｘ軸負方向側に移動するときに、保持具２１に作用する力の方向を示す。

　このように、ピックアップ方法Ｓ２を実施することにより、中心Ｃ２５の位置を、重心ＣＬの位置の真上に移動することができる。

　なお、ピックアップ方法Ｓ２は、移動工程Ｓ２４のあとに、再度、測定工程Ｓ２３を実施するように構成されていてもよい。ここで、コントローラは、３つのモーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚを表す３つのモーメント信号を参照し、重心ＣＬの位置を測定する。コントローラは、３つのモーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚが所定の値以下である場合には、中心Ｃ２５の位置が重心ＣＬの位置の真上にあると判定し、ピックアップ方法Ｓ２を終了させればよい。一方、３つのモーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚのうち何れかが所定の値を上回る場合には、コントローラは、移動工程Ｓ２４を改めて実施すればよい。このように、ピックアップ方法Ｓ２は、３つのモーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚが所定の値以下になるまで測定工程Ｓ２３及び移動工程Ｓ２４を繰り返し実行するように構成されていてもよい。

　（ピックアップシステム及びピックアップ方法の効果）
　以上のように、本実施形態に係るピックアップシステム２は、ピックアップシステム１と同様の効果を奏する。また、本実施形態に係るピックアップ方法Ｓ２は、ピッアップ方法Ｓ１と同様の効果を奏する。以下には、これらの効果に加えて、ピックアップシステム２及びピックアップ方法Ｓ２が奏する効果を記載する。

　ピックアップシステム２は、第１スライダ２３ａと、第２スライダ２３ｂと、を含む移動機構２３と、第２連結器（本実施形態では連結器２４）と、第２連結器（連結器２４）が設置される設置領域が略水平になるように設けられた支持体２６と、６軸力覚センサ２５と、アクチュエータ群２７と、を更に備えている。ピックアップシステム２において、第１連結器（本実施形態では連結器２２）は、第２スライダ２３ｂに固定されている。

　上記の構成によれば、１つの６軸力覚センサ２５を用いてピックアップシステム２を構成することができるので、ピックアップシステム１よりシンプルなピックアップシステム２を実現することができる。

　また、ピックアップシステム２は、第１スイッチ（本実施形態では第１タイミングベルト２３ｅ、及び、２つの第１タイミングベルトプーリー２３ｇ）と、第２スイッチ（本実施形態では第２タイミングベルト２３ｆ、及び、２つの第２タイミングベルトプーリー２３ｈ）と、を更に備えている。

　上記の構成によれば、保持具２１に荷物Ｌを保持させた後において、荷物Ｌを保持した保持具２１の重心ＣＬの位置に対する連結器２２の位置を調整する間は、第１スライダ２３ａ及び第２スライダ２３ｂの状態を滑動可能な状態にしておき、当該調整が終わったあとには、第１スライダ２３ａ及び第２スライダ２３ｂの状態を滑動不可能な状態にすることができる。したがって、ドローンＤが荷物Ｌを運んでいる最中に、荷物Ｌを保持した保持具２１の重心ＣＬの位置に対する連結器２２の位置がずれることを防ぐことができる。

　また、ピックアップ方法Ｓ２は、保持工程Ｓ２１の後に実施する固定工程Ｓ２２を更に含む。固定工程Ｓ２２において、６軸力覚センサ２５は、力及びモーメントを検出する３つの軸のうち第１の軸及び第２の軸が張る平面が略水平になるように設置されている。また、移動工程Ｓ２４においては、６軸力覚センサ２５が出力するセンサ信号のうち、第１の軸の軸回りのモーメントを表す第１のモーメント信号、及び、第２の軸の軸回りのモーメントを表す第２のモーメント信号を参照し、前記第１の軸の軸回りのモーメント及び前記第２の軸の軸回りのモーメントが所定の値以下になるように、連結器２２の位置を移動する。

　上記の構成によれば、測定器として１つの６軸力覚センサ２５を用いてピックアップ方法Ｓ２を構成することができるので、ピックアップ方法Ｓ１よりシンプルなピックアップ方法Ｓ２を実現することができる。

　（付記事項）
　本発明は、上述した実施形態に限定されるものでなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。例えば、上述した実施形態に開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても、本発明の技術的範囲に含まれる。

　　１，２　　　　ピックアップシステム
　　１１，２１　　保持具
　　１２，２２　　連結器
　　１３，２３　　移動機構
　　１４　　　　　測定器
　　１４ａ　　　　プレート
　　１４ｂ　　　　６軸力覚センサ
　　１５　　　　　コントローラ
　　２４　　　　　連結器
　　２５　　　　　６軸力覚センサ
　　２６　　　　　支持体
　　２６ａ　　　　天板（設置領域が設けられている）
　Ｓ１，Ｓ２　　　ピップアップ方法
　Ｓ１１，Ｓ２１　保持工程
　Ｓ２２　　　　　固定工程
　Ｓ１２，Ｓ２３　測定工程
　Ｓ１３，Ｓ２４　移動工程
　　Ｄ　　　　　　ドローン
　　Ｌ　　　　　　荷物

 

Claims (9)

1. 　荷物を保持するための保持具と、
   　前記荷物の重心位置、又は、前記荷物を保持した前記保持具の重心位置を測定するための測定器と、
   　前記保持具に移動可能に取り付けられた、前記保持具を無人飛翔体に連結するための連結器を、前記重心位置の真上に移動させるためのコントローラと、を備えている、
   ことを特徴とするピックアップシステム。
2. 　前記測定器は、前記荷物、又は、前記荷物を保持した前記保持具を載置するためのプレートと、前記プレートを支持するように配置された少なくとも１つの６軸力覚センサと、を有している、
   ことを特徴とする請求項１に記載のピックアップシステム。
3. 　前記測定器は、前記プレートを支持するように配置された４つの６軸力覚センサを含んでいる、
   ことを特徴とする請求項２に記載のピックアップシステム。
4. 　前記連結器を移動させるための移動機構であって、前記保持具上を第１の方向に滑動する第１スライダと、前記第１スライダ上を前記第１の方向と交わる第２の方向に滑動する第２スライダと、を含む移動機構を更に備え、
   　前記連結器は、前記第２スライダに固定されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のピックアップシステム。
5. 　前記コントローラは、前記連結器を前記重心位置の真上に移動させた後、前記連結器の位置を、前記無人飛翔体、又は、前記無人飛翔体を管制する管制装置に通知する、
   ことを特徴とする請求項１～４の何れか１項に記載のピックアップシステム。
6. 　前記連結器を移動させるための移動機構であって、前記保持具上を第１の方向に滑動する第１スライダと、前記第１スライダ上を前記第１の方向と交わる第２の方向に滑動する第２スライダと、を含む移動機構と、
   　前記連結器を第１連結器として、当該第１連結器と連結するための第２連結器と、
   　前記第２連結器が設置される設置領域が略水平になるように設けられた支持体と、
   　前記第２連結器と前記設置領域との間に介在する６軸力覚センサと、
   　前記第２連結器に前記第１連結器が連結された状態において、前記保持具の位置を、前記第１の方向と前記第２の方向とが張る面の面内において調整する調整機構と、を更に備えており、
   　前記第１連結器は、前記第２スライダに固定されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のピックアップシステム。
7. 　前記第１スライダの状態を、滑動可能な状態と滑動不可能な状態との間で切り替える第１スイッチと、
   　前記第２スライダの状態を、滑動可能な状態と滑動不可能な状態との間で切り替える第２スイッチと、を更に備えている、
   ことを特徴とする請求項６に記載のピックアップシステム。
8. 　保持具を用いて、荷物を保持する保持工程と、
   　測定器を用いて、前記荷物の重心位置、又は、前記荷物を保持した前記保持具の重心位置を測定する測定工程と、
   　コントローラを用いて、前記保持具に設けられた、前記保持具を無人飛翔体に連結するための連結器を、前記重心位置の真上に移動する移動工程と、を含んでいる、
   ことを特徴とするピックアップ方法。
9. 　前記保持工程の後に実施する固定工程であって、前記保持具を前記連結器及び前記測定器である６軸力覚センサを介して支持体に固定する固定工程と、を更に含み、
   　前記固定工程において、６軸力覚センサは、力及びモーメントを検出する３つの軸のうち第１の軸及び第２の軸が張る平面が略水平になるように設置されており、
   　前記移動工程において、前記６軸力覚センサが出力するセンサ信号のうち、第１の軸の軸回りのモーメントを表す第１のモーメント信号、及び、第２の軸の軸回りのモーメントを表す第２のモーメント信号を参照し、前記第１の軸の軸回りのモーメント及び前記第２の軸の軸回りのモーメントが所定の値以下になるように、前記連結器の位置を移動する、
   ことを特徴とする請求項８に記載のピックアップ方法。

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