特許第6918384号(P6918384)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】6918384
(24)【登録日】2021年7月27日
(45)【発行日】2021年8月11日
(54)【発明の名称】ボール発射装置
(51)【国際特許分類】
   F41B 4/00 20060101AFI20210729BHJP
   B64C 39/02 20060101ALI20210729BHJP
   B64D 1/02 20060101ALI20210729BHJP
   A62C 19/00 20060101ALI20210729BHJP
【FI】
   F41B4/00
   B64C39/02
   B64D1/02
   A62C19/00
【請求項の数】2
【全頁数】12
(21)【出願番号】特願2020-174677(P2020-174677)
(22)【出願日】2020年10月16日
【審査請求日】2020年11月17日
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】320010826
【氏名又は名称】株式会社For Nature
(74)【代理人】
【識別番号】110003214
【氏名又は名称】特許業務法人服部国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】安田 公也
(72)【発明者】
【氏名】高田 一
【審査官】 志水 裕司
(56)【参考文献】
【文献】 特開2013−204864(JP,A)
【文献】 米国特許出願公開第2002/0134366(US,A1)
【文献】 特許第6097448(JP,B2)
【文献】 米国特許第02646786(US,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F41B 4/00
B64D 1/00
F41B 11/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ドローン本体(8)に搭載され、空中でボールを発射するボール発射装置であって、
複数のボール(B1−B3)が前方の発射位置に向かって順に重力によって移動するように収容されたスロープ(10)と、
前記スロープ内のボールが前方に移動するのを規制する閉状態と、ボールが前方に移動するのを許容する開状態とが切り替え可能に設けられた複数のボールストッパ(21−23)と、
前記スロープの最前位に位置する先頭ボールとの機械的接触による推進力の伝達により、先頭ボールを投擲方向に発射する発射機構部(50)と、
を備え、
先頭ボールが発射されると前記スロープ内の後続のボールが順に前方に移動し、前記スロープの最前位に位置して新たに先頭ボールとなり、順次連続して発射可能となり、
前記発射機構部は、
先頭ボールを発射位置に保持する発射位置ボールストッパ(60)と、
ボールの投擲方向に直交する軸を支点として回転し、先頭ボールの投擲方向の後ろ側の面に当接可能なハンド部(51)を前記支点の反対側に有するアーム(52)と、
前記アームをボールの投擲方向に対応する投擲回転方向に回転させるように付勢する付勢部材(53)と、
前記付勢部材の付勢力に抗して先頭ボールの発射手前の準備位置に前記アームを保持するアームストッパ(54)を有し、前記アームストッパを前記準備位置から解除して前記アームを投擲回転方向に回転させることにより、前記ハンド部が先頭ボールに衝突して推進力を付与し、先頭ボールを発射するトリガー部(55)と、
先頭ボールが発射された後、前記アームを回転させて前記準備位置に戻すアームリセット部(56)と、
を備えるボール発射装置。
【請求項2】
前記ボールは、内部に消火剤が収容された消火用ボールである請求項に記載のボール発射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ドローン本体に搭載されるボール発射装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、ドローンからボールを発射又は投下する装置が知られている。例えば特許文献1に開示されたカラーボール発射装置は、タンクに蓄圧された圧縮空気を噴出することにより、バレル内に装填された一個のカラーボールを発射する。また特許文献2には、火災現場の上空から複数の消火弾を投下可能なドローンが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第6097448号公報
【特許文献2】実用新案登録第3224081号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献2のように火災消火の用途では、火災の規模に応じて複数の消火用ボールを同時又は連続的に投下することが求められる。特に、ビル火災では窓の外から室内に向けて消火用ボールを投入する必要がある。しかし、特許文献1のカラーボール発射装置は、一つの圧縮空気タンクに対し一個のボールしか発射することができない。そのため、複数の消火用ボールを発射するためには、一台のドローンに複数の圧縮空気タンクを搭載するか、又は、複数台のドローンを同時に飛行させる必要がある。
【0005】
一台のドローンに複数の圧縮空気タンクを搭載することは、重量や大きさの面で限界があり、噴射時の反動に対するバランスの調整が難しくなる。また、複数台のドローンを飛行させることには安全性の問題があり、また費用や操作者の確保の点でも負担となる。
【0006】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、ドローン本体に搭載され、複数のボールを連続的に発射可能なボール発射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、ドローン本体(8)に搭載され、空中でボールを発射するボール発射装置である。ボール発射装置は、複数のボール(B1−B3)が前方の発射位置に向かって順に重力によって移動するように収容されたスロープ(10)と、スロープ内のボールが前方に移動するのを規制する閉状態と、ボールが前方に進むのを許容する開状態とが切り替え可能に設けられた複数のボールストッパ(21−23)と、スロープの最前位に位置する先頭ボールとの機械的接触による推進力の伝達により、当該先頭ボールを投擲方向に発射する発射機構部(50)とを備える。
【0008】
先頭ボールが発射されるとスロープ内の後続のボールが順に前方に移動し、スロープの最前位に位置して新たに先頭ボールとなり、順次連続して発射可能となる。このように本発明では、先頭ボールとの機械的接触による推進力の伝達により複数のボールを連続的に発射可能である。
【0009】
具体的には、例えば本発明の参考構成では「ローラ式発射機構部」が採用される。この発射機構部(30)は、ローラ(321、322)と、ローラを回転駆動するモータ(311、312)と、押し出し部材(40)とを備える。
【0010】
ローラは、ボールの投擲方向に直交する軸を回転軸として回転し、外周面が先頭ボールの側面に接触したときに摩擦によって先頭ボールを投擲方向へ送り出すように推進力を付与する。押し出し部材は、先頭ボールをローラに接触させるように前方に押し出す。
【0011】
また、本発明の構成では「アーム式発射機構部」が採用される。この発射機構部(50)は、発射位置ボールストッパ(60)と、アーム(52)と、付勢部材(53)と、トリガー部(55)と、アームリセット部(56)とを備える。
【0012】
発射位置ボールストッパは、先頭ボールを発射位置で停止させる。アームは、ボールの投擲方向に直交する軸を支点として回転し、先頭ボールの投擲方向の後ろ側の面に当接可能なハンド部(51)を支点の反対側に有する。付勢部材は、アームをボールの投擲方向に対応する投擲回転方向に回転させるように付勢する。
【0013】
トリガー部は、付勢部材の付勢力に抗して先頭ボールの発射手前の準備位置にアームを保持するアームストッパ(54)を有し、アームストッパを準備位置から解除してアームを投擲回転方向に回転させることにより、ハンド部が先頭ボールに衝突して推進力を付与し、先頭ボールを発射する。アームリセット部は、先頭ボールが発射された後、アームを回転させて準備位置に戻す。
【0014】
好ましくは、ボールは、内部に消火剤が収容された消火用ボールである。本発明のボール発射装置を搭載した消火用ドローンは、火災現場の手前から複数の消火ボールを連続的に発射することができる。したがって、一つの圧縮空気タンクから一個のボールしか発射できない特許文献1の従来技術や、火災現場の真上に到達しないとボールを投下できない特許文献2の従来技術に比べ、迅速で効果的な消火活動が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
図1】第1実施形態によるローラ式ボール発射装置の構成を示す正面図。
図2図1のII方向矢視図。
図3】(a)図2の視方向によるローラ式ボール発射装置の機構を説明する模式断面図、(b)(a)のIIIb−IIIb線断面図。
図4】ローラ式ボール発射装置の(a)作動段階1、(b)作動段階2を示す模式断面図。
図5】ローラ式ボール発射装置の(a)作動段階3、(b)作動段階4を示す模式断面図。
図6】第2実施形態によるアーム式ボール発射装置の機構を説明する模式断面図。
図7図6のVII−VII線断面図。
図8】準備位置におけるアーム機構の模式側面図。
図9】ボール発射時におけるアーム機構の模式側面図。
図10】ボール投擲後におけるアーム機構の模式側面図。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本発明のボール発射装置の複数の実施形態を、図面に基づいて説明する。
これらの実施形態のボール発射装置は、ドローン本体に搭載され、火災現場の上空にて滞空静止飛行しながら消火ボールを発射する装置として用いられる。第1実施形態及び第2実施形態のボール発射装置は、発射機構部の方式が異なる。第1実施形態ではローラ式の発射機構部が採用され、第2実施形態ではアーム式の発射機構部が採用される。第1、第2実施形態において実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
【0017】
[第1実施形態]
図1図5を参照し、第1実施形態のボール発射装置について説明する。なお、図1図2に示されるボール発射装置7の全体構成のうち、第1実施形態に特有な一部の構成を除いた部分は後述の第2実施形態にも共通する。
【0018】
図1図2を参照し、ボール発射装置7の構成について説明する。ボール発射装置7は、ドローン本体8の下面に搭載されて空中でボールを発射するものであって、スロープ10、ボールストッパ21、発射機構部30を備えている。
【0019】
ドローン本体8は、操作者の操作パネルからの無線通信指令の受信装置(図示なし)と、受信装置とボール発射装置5の各部品とを相互通信可能に接続する回線(図示なし)とを有する。操作者は別に設けられた上記の操作パネルを使用し、無線通信指令をドローンの受信装置に送信する。本実施形態ではドローンの姿勢安定性、GPSなどによる誘導性を利用して目標位置まで飛行し、その場で空中に静止したまま、或いは移動しながらボールを発射する。
【0020】
本実施形態で用いられる消火ボールは、直径100mm程度、重さ200g程度であり、発泡スチロール製の殻内に消火剤が収容されている。発射時にボール本体には大きな力が加わらないため高い強度は不要なこと、また第1実施形態ではローラによる摩擦を大きくしたいことから、殻の材質としては発泡スチロールが適している。
【0021】
スロープ10はボールの直径よりも数mm大きな通路幅を有し、重力により発射位置に向かって転がるように傾斜している。以下、スロープ10における発射位置の側を前側といい、発射位置とは反対側を後ろ側という。スロープ10は複数のボールを収容可能である。ボールは何個収容されてもよいが、便宜上、先頭から2個または3個のボールのみを図示し、先頭から順にB1、B2、B3というように符号を付す。
【0022】
ここで、スロープ10の最前位にあるボールを「先頭ボール」、そのスロープ10の最前位を「発射位置」とする。図1図2の先頭ボールB1が発射されると、その空いたスペースを埋めるべく、後続のボールB2が重力により前方に向かって順に移動し、新たに発射位置に入る。このスロープ10はボールB1、B2を丸ごと収容可能な形状であり、飛行中に揺れが生じてもボールB1、B2を脱離させないようになっている。
【0023】
図3を参照し、ボールストッパの機能について説明する。スロープ10の上部にはボールストッパ21、22、23が設けられ、スロープ10に収容されたボールB1、B2、B3の前方への移動を規制する「閉状態」と、前方への移動を許容する「開状態」との間で、相互に切り替え可能である。具体的には、ボールストッパ21のように横倒しになってボールB1が移動可能である状態が「開状態」であり、ボールストッパ22、23のように下向きに起立してボールB2、B3の移動を規制する状態が「閉状態」である。
【0024】
発射機構部30は、発射位置となるスロープ10の最前位にある先頭ボールB1に機械的に接触して推進力を伝達し、先頭ボールB1を投擲方向に発射する。先頭ボールB1が発射されると、空いたスペースに後続のボールB2、B3がそれぞれ順に前方に移動し、ボールB2は発射位置に位置し、新たに先頭ボールとなる。こうして順次連続的に発射可能となる。
【0025】
(ローラ式発射機構部)
次に図3図5を参照し、第1実施形態のローラ式発射機構部30の構成について説明する。図3(a)、(b)に示すように、この発射機構部30は、一対のローラ321、322、モータ311、312、及び押し出し部材40を備える。図3(a)では、視方向の手前側に見える一方のローラ322及びモータ312のみを図示する。他方のローラ321及びモータ311は、その真後ろに配置されている。一対のローラ321、322はボールの投擲方向Tに直交する軸を回転軸としてモータ311、312により回転駆動される。押し出し部材40は、ボールストッパ31、32と同じようにスロープ10の上部に設けられる。その設置位置は先頭ボールB1を後ろ側から押すために最も都合のよい位置となっている。
【0026】
押し出し部材40は、先頭ボールB1を一対のローラ321、322に接触させるため、先頭ボールB1の後ろ側に力を加えて前方に押し出す。先頭ボールB1が押し出されたとき、ローラ321、322はフル回転しており、押し出された先頭ボールB1の側面2箇所がローラ321、322の外周面に接触すると、摩擦により投擲方向Tへ送り出す推進力が先頭ボールに付与される。これにより、先頭ボールB1が一対のローラ321、322に挟み込まれ、投擲方向Tに向けて発射される。
【0027】
図3(b)を参照し、先頭ボールB1が発射される機構についてさらに説明する。発射機構部30の一対のローラ321、322は、ボールの投擲方向Tに直交する軸K1、K2を各回転軸としてモータ311、312により各回転駆動される。このとき、モータ311、312、ローラ321、322の回転方向は互いに逆向きになっている。すなわちモータ311とローラ321は図3(b)において時計回りのR1方向に回転し、モータ312とローラ322は図3(b)において反時計回りのR2方向に回転する。これにより、先頭ボールB1はローラ321、322とそれぞれ接触する2箇所から推進力を付与され、投擲方向Tへ向けて確実に送り出される。
【0028】
図4図5を参照し、先頭ボールの発射後に後続のボールが充填される仕組みについて説明する。図4(a)の「作動段階1」では、ボールB1、B2はボールストッパ21、22によってそれぞれ規制され、前方に移動できない。この段階ではモータ311、312が回転を開始し、連動してローラ321、322が回転し始めている。
【0029】
図4(b)の「作動段階2」では、操作者により発射スイッチが押されてドローン側がボール送り出し指令を受信すると、先頭ボールB1を規制するボールストッパ21が横倒しになり、先頭ボールB1に通路を開く。これと同時に押し出し部材40が作動し、先頭ボールB1の後ろ側に力を加えて前方に押し出す。このとき、ローラ321、322はフル回転状態に達している。
【0030】
図5(a)の「作動段階3」では、押し出された先頭ボールB1がローラ321、322にそれぞれ接触して挟み込まれ、同時に推進力を付与され、投擲方向Tに向けて発射される。
【0031】
図5(b)の「作動段階4」では、先頭ボールB1の発射後、まず1個目のボールストッパ21が元の状態に復帰する。同時に2個目のボールストッパ22及び後続の全ボールストッパが開く。このとき、矢印Gで示すように、後続のボールB2以降のボールが重力によりスロープ10の傾斜に沿って1個目のボールストッパ21及び各対応するボールストッパの位置まで進む。この間、2個目のボールストッパ22及び後続の全ボールストッパが元の状態に復帰し、前方に進んだ後続のボールB2及びさらに後続の全ボールを規制し、停止させる。こうしてボールB2が新たに先頭ボールとなる。その後、押し出し部材40が元の状態に復帰することにより、発射に備えてボールB2が待機状態となり、このとき後続のボールも間隔を開けずに列をなして待機している。以上により、先頭ボールが順次繰り上がる。
【0032】
その後、操作者はボール発射を予定回数完了するまで、作動段階1〜作動段階4のサイクルを繰り返し行う。なお、本実施形態では、サーボ機構によりこれらの動作を行うことで、各状態量を目標値に追従させる。
【0033】
以上のように、第1実施形態のボール発射装置7は特許文献1の従来技術のように圧縮空気を用いるのでなく、回転するローラ321、322との機械的接触、具体的には摩擦による推進力の伝達により、先頭ボールB1を投擲方向Tに向けて発射する。これにより、スロープ10から順次供給される複数のボールを、ローラ321、322との摩擦による推進力により、連続的に発射することが可能である。
【0034】
このボール発射装置を搭載した消火用ドローンは、火災現場の手前から、複数の消火ボールを連続的に発射することができる。したがって、1つの圧縮空気タンクから1個のボールしか発射できない特許文献1の従来技術や、火災現場の真上に到達しないとボールを投下できない特許文献2の従来技術に比べ、迅速で効果的な消火活動が可能となる。
【0035】
[第2実施形態]
図6図10を参照し、第2実施形態のボール発射装置について説明する。図6に示すように、第2実施形態ではアーム式発射機構部50が採用される。この発射機構部50は発射位置ボールストッパ60、アーム52、「付勢部材」としてのばね53、トリガー部55、アームリセット部56を備える。ボールB1、B2、B3は第1実施形態と同様にスロープ10に収納されている。
【0036】
第2実施形態では、先頭ボールの発射後に後続のボールが充填される仕組みは第1実施形態とほぼ同じであるが、発射位置ボールストッパ60がスロープ10の先端且つ先頭ボールの足元に設けられ、これにより先頭ボールB1が発射位置に保持される点が異なっている。第2実施形態では、発射位置ボールストッパ60に保持された状態は発射待機状態である。
【0037】
(アーム式発射機構部)
第2実施形態においてはスロープ10の各ボールが進む方向と投擲方向Tとは直角に交差している。また、第2実施形態ではスロープ10の最前位に位置する発射位置周辺の形状が異なり、アーム52が先頭ボールB1の投擲方向後ろ側の面に衝突して付勢力を伝達する。そのため、アーム通過空間が発射位置付近に設けられている。発射位置に入った先頭ボールB1は、発射位置ボールストッパ60とスロープ10前方の端部に引っ掛かった状態で発射まで待機する。
【0038】
アーム52はボールの投擲方向Tに直交する軸K3を支点として回転する。アーム52は、当該支点を含み且つ投擲方向Tを含む平面上において回転可能である。アーム52は、支点とは反対側にある一端に、先頭ボールの投擲方向後ろ側の面に当接可能なハンド部51を有する。
【0039】
図7図8を参照する。ばね53はボールの投擲方向Tに対応する投擲回転方向Rに向けてアーム52を付勢して回転させるための部材である。アーム52は、ばね53に引張られた状態のままアームストッパ54に保持される。すなわち、スリングショットによる投擲において、パチンコ球を遠くまで飛ばすためにゴム紐を最大限に引き伸ばし、弾性エネルギーを貯めて解放寸前の状態にしたときのようになっている。
【0040】
図8図9図10を参照する。トリガー部55はアームストッパ54を有する。アームストッパ54は、ばね53の付勢力に抗して先頭ボールB1の発射手前の準備位置に保持する部材である。図9に示すように、トリガー部55は、アームストッパ54を準備位置から解除し、ばね53の付勢力によりアーム52を投擲回転方向R3の向きに回転させる。これによりハンド部51は、アーム52とともに回転して先頭ボールB1の投擲方向後ろ側の面に衝突し、推進力を付与する。その結果、先頭ボールB1が発射される。
【0041】
アームストッパ54はトリガー部55によって準備位置から解除され、アーム52を通過させ、先頭ボールB1が発射された後、自動的に元の位置に復帰し、後続のボールが新たな先頭ボールとして発射されるまで、アーム52を発射手前の準備位置に保持すべく待機する。
【0042】
図10に示すように、アームリセット部56は、先頭ボールB1が発射された後、アーム52を準備位置に戻して再びアームストッパ54によって発射手前の準備位置に保持させるため、アーム52を回転駆動させて元の位置に戻す。そしてスロープ10からは次のボールB2が新たな先頭ボールとして空いたスペースに供給され、発射位置ボールストッパ60に保持されることで、再び図7図8の状態に戻る。
【0043】
図6に示すように、アームリセット部46はギアモータ461、減速部462、クラッチ部463、アーム回転部464を有する。ギアモータ461が回転駆動し、減速部462により回転速度を減速しながらアーム回転部464に回転駆動力を伝達し、アーム52を回転させる。クラッチ部463は、アーム回転部と接続して回転駆動力を伝達する。アーム52を準備位置に戻し終えると、クラッチ部463はアーム回転部464との接続を解除する。
【0044】
以上、第2実施形態のボール発射装置7は、特許文献1の従来技術のように圧縮空気を用いるのでなく、アーム52のハンド部51をボールに機械的に接触させ、「付勢部材」としてのばね35のばね力を利用して、先頭ボールB1を投擲方向に発射する。これにより、第1実施形態と同様、スロープ10から順次供給される複数のボールを連続的に発射可能である。また本実施形態のボール発射装置を搭載した消火用ドローンは、第1実施形態と同様の効果を奏する。
【0045】
(他の実施形態)
上述の実施形態の発射機構部は、先頭ボールとの機械的接触により推進力を伝達する機構としてローラ式またはアーム式の機構が採用されている。これに限らず他の実施形態では、先頭ボールとの機械的接触により推進力を伝達するものであれば、どのような発射方式を用いてもよい。また、第2実施形態の「付勢部材」として、ばね53に代えてゴム等の弾性体を用いてもよい。
【0046】
本発明のボール発射装置は消火用ボールに限らず、どのようなボールを発射するものであってもよい。上記の実施形態と同様に発泡スチロールの殻で構成される場合、ボールの用途に応じ、各種の材料粉末や薬剤等を内部に収容することができる。
【0047】
また本発明のボール発射装置は、カメラシステムを搭載し、火災現場の状況確認や一部始終の撮影・中継・録画などを行うことも考えられるし、さらにGPSなどの位置情報システム、AIによる自動制御などと組み合わせることも考えられる。これにより、消火ドローンとしての用途に限っても、「出火場所の特定、最適目標の選定、消火ボール投入」という流れを自律的に行わせることなどが可能になる。
【0048】
また、温度・赤外線などの各種センサ類を搭載することにより、火災温度の測定及び火災原因の簡易調査、室内に取り残された人の有無及び人数の把握などが可能になるほか、スピーカやマイク等を搭載することにより、停電や携帯電話の電池切れで火災現場の生存者との連絡が絶たれた場合などに現場との緊急連絡経路を確立するといった用途を併せ持たせることも可能と考えられる。
【0049】
さらに、高層階火災において室内に消火ボールを投入しやすくするため、空気銃やボウガンなどを搭載し、消火ボールの投入前にガラス窓を破壊できる機能を追加してもよい。
【0050】
このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【0051】
10 スロープ
21−23 ボールストッパ
30 発射機構部(第1実施形態)
50 発射機構部(第2実施形態)
7 ボール発射装置
8 ドローン本体
B1−B3 ボール
【要約】
【課題】ドローン本体に搭載され、複数のボールを連続的に発射可能なボール発射装置を提供する。
【解決手段】本発明は、ドローン本体8に搭載され、空中でボールを発射するボール発射装置である。ボール発射装置は、複数のボールB1、B2、B3が前方の発射位置に向かって順に重力によって移動するように収容されたスロープ10と、スロープ10内のボールが前方に移動するのを規制する閉状態と、ボールが前方に進むのを許容する開状態とが切り替え可能に設けられた複数のボールストッパ21、22、23と、スロープ10の最前位に位置する先頭ボールとの機械的接触による推進力の伝達により、当該先頭ボールを投擲方向に発射する発射機構部30とを備える。先頭ボールが発射されるとスロープ10内の後続のボールが順に前方に移動し、スロープ10の最前位に位置して新たに先頭ボールとなり、順次連続して発射可能となる。
【選択図】図3
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10