特許 7508116 ドローンを用いた荷重取扱装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-21

(45)【発行日】2024-07-01

(54)【発明の名称】ドローンを用いた荷重取扱装置

(51)【国際特許分類】

   B64D 9/00 20060101AFI20240624BHJP

   B64C 13/20 20060101ALI20240624BHJP

   B64C 27/08 20230101ALI20240624BHJP

   B64C 39/02 20060101ALI20240624BHJP

   B64U 10/13 20230101ALI20240624BHJP

   B66F 19/00 20060101ALI20240624BHJP

【ＦＩ】

B64D9/00

B64C13/20 Z

B64C27/08

B64C39/02

B64U10/13

B66F19/00 D

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021140008

(22)【出願日】2021-08-30

(65)【公開番号】P2023033987

(43)【公開日】2023-03-13

【審査請求日】2023-05-29

(73)【特許権者】

【識別番号】501178950

【氏名又は名称】元田技研株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100208731

【弁理士】

【氏名又は名称】真々田 忠博

(74)【代理人】

【識別番号】100092679

【弁理士】

【氏名又は名称】樋口 盛之助

(72)【発明者】

【氏名】元田 公之

【審査官】大宮 功次

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１７７７９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０２７６１４０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２４４３７７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－０３４２８４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６４Ｄ ９／００

Ｂ６４Ｃ １３／２０

Ｂ６４Ｃ ２７／０８

Ｂ６４Ｃ ３９／０２

Ｂ６４Ｕ １０／１３

Ｂ６６Ｆ １９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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。

【請求項2】

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。

【請求項3】

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請求項１又は２に記載のドローンを用いた荷重取扱装置。

【請求項4】

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ことを特徴とする請求項１～３に記載のドローンを用いた荷重取扱装置。

【請求項5】

前記ドローンが、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請求項１～４に記載のドローンを用いた荷重取扱装置。

【請求項6】

前記ドローンが、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請求項１～５に記載のドローンを用いた荷重取扱装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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）。

【0003】

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。

【0004】

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。

【0005】

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。

【0006】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２００５－１７０５６３号公報

【文献】特許第４５４６７４７号公報

【文献】特許第４６６９８０１号公報

【文献】特許第６３７６５８０号公報

【文献】特開２０１９－１８７５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

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。

【課題を解決するための手段】

【0009】

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。

【発明の効果】

【0010】

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。

【0011】

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。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は従来のバランサー型荷重取扱装置の概要を示す図である。

【図2】図２は本発明のＡタイプの荷重取扱装置の概要を示すもので、（ａ）が側面図であり、（ｂ）が上方から見た平面図である。

【図3】図３は、Ｂタイプの荷重取扱装置の概要を示し、同じく（ａ）が側面図であり（ｂ）が平面図である。

【図4】図４は、Ｃタイプの荷重取扱装置の概要を示し、同じく（ａ）が側面図であり（ｂ）が平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

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。

【0014】

（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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

（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。

【0021】

（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。

【0022】

（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。

【産業上の利用可能性】

【0023】

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。

【符号の説明】

【0024】

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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】