特許 7517372 作業装置

(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】2024-07-08

(45)【発行日】2024-07-17

(54)【発明の名称】作業装置

(51)【国際特許分類】

   B64U 10/16 20230101AFI20240709BHJP

   B64C 11/00 20060101ALI20240709BHJP

   B64C 27/08 20230101ALI20240709BHJP

   B64C 39/02 20060101ALI20240709BHJP

   B64U 20/80 20230101ALI20240709BHJP

   B64U 50/13 20230101ALI20240709BHJP

   E04D 15/00 20060101ALI20240709BHJP

   E04H 9/16 20060101ALI20240709BHJP

   B64U 101/29 20230101ALN20240709BHJP

【ＦＩ】

B64U10/16

B64C11/00

B64C27/08

B64C39/02

B64U20/80

B64U50/13

E04D15/00 X

E04H9/16 D

B64U101:29

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2022137092

(22)【出願日】2022-08-30

(65)【公開番号】P2024033489

(43)【公開日】2024-03-13

【審査請求日】2022-08-30

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】110000936

【氏名又は名称】弁理士法人青海国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】真貝 昌俊

(72)【発明者】

【氏名】末福 久義

【審査官】塚本 英隆

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１６／１８５５７２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－２０３９２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１４７２３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０４９９８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第１０４７８８４１（ＵＳ，Ｂ２）

【文献】特許第６９５２３８０（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開２０１７－１７１２９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０６６０４３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０００－２３４４２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１９１９５６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６４Ｕ １０／１６

Ｂ６４Ｃ １１／００

Ｂ６４Ｃ ２７／０８

Ｂ６４Ｃ ３９／０２

Ｂ６４Ｕ ２０／８０

Ｂ６４Ｕ ５０／１３

Ｅ０４Ｄ １５／００

Ｅ０４Ｈ ９／１６

Ｂ６４Ｕ １０１／２９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

無人航空機と、
水平方向の成分を含む作業力を必要とする作業器具を前記無人航空機に対して接続するコネクタであって、少なくともピッチ方向の前記作業器具の回転を許容する、コネクタと、
を備え、
前記コネクタは、前記無人航空機の重心から鉛直方向下方に延在し、
前記作業器具は、前記コネクタの下端によって、前記少なくともピッチ方向の回転を許容するように保持される、
作業装置。

【請求項2】

前記作業器具は、ロッドを含み、
前記ロッドは、水平方向にまたは水平方向に対して所定の角度で、前記コネクタの下端によって保持される、
請求項１に記載の作業装置。

【請求項3】

前記コネクタは、前記作業器具の重心において前記ロッドを保持する、請求項２に記載の作業装置。

【請求項4】

前記ロッドの長さは、水平方向における前記無人航空機の最大幅よりも長い、請求項２または３に記載の作業装置。

【請求項5】

前記ロッドの第１端は、前記作業力を受け、
前記ロッドの前記第１端と反対側の第２端は、前記作業力からの反力と反対向きの推力を発生させる補助プロペラを含む、
請求項２または３に記載の作業装置。

【請求項6】

前記ロッドの第１端は、前記作業力を受け、
前記ロッドの前記第１端と反対側の第２端は、前記作業力からの反力と反対向きの推力を発生させる補助プロペラを含む、
請求項４に記載の作業装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、作業装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、高所作業等の様々な作業に無人航空機を使用することが提案されている。例えば、特許文献１は、ドローンを使用する雪下ろし装置を開示する。この装置は、除雪器をドローンによって牽引する。具体的には、除雪器には、２本の柄が設けられる。ドローンには、ウィンチが設けられる。除雪器は、ウィンチに巻き付けられたワイヤーを２本の柄に取り付けることによって、ドローンに牽引される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２２－３８６２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のような装置では、無人航空機に対して、作業からの反力等の様々な荷重がかかる。したがって、無人航空機が不安定に飛行する可能性がある。

【0005】

本発明は、無人航空機の安定性を向上することができる、作業装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様に係る作業装置は、無人航空機と、水平方向の成分を含む作業力を必要とする作業器具を無人航空機に対して接続するコネクタであって、少なくともピッチ方向の作業器具の回転を許容する、コネクタと、を備え、コネクタは、無人航空機の重心から鉛直方向下方に延在し、作業器具は、コネクタの下端によって、少なくともピッチ方向の回転を許容するように保持される。

【0008】

作業器具は、ロッドを含んでもよく、ロッドは、水平方向にまたは水平方向に対して所定の角度で、コネクタの下端によって保持されてもよい。

【0009】

コネクタは、作業器具の重心においてロッドを保持してもよい。

【0010】

ロッドの長さは、水平方向における無人航空機の最大幅よりも長くてもよい。

【0011】

ロッドの第１端は、作業力を受けてもよく、ロッドの第１端と反対側の第２端は、作業力からの反力と反対向きの推力を発生させる補助プロペラを含んでもよい。

【発明の効果】

【0012】

本開示によれば、無人航空機の安定性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、実施形態に係る作業装置を示す概略的な斜視図である。

【図2】図２は、使用中の作業装置を示す概略的な側面図である。

【図3】図３は、使用中の作業装置を示す他の概略的な側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下に添付図面を参照しながら、本開示の実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す具体的な寸法、材料および数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。

【0015】

図１は、実施形態に係る作業装置１００を示す概略的な斜視図である。作業装置１００は、水平方向の成分を含む作業力を必要とする様々な作業に使用可能である。例えば、作業装置１００は、高所作業に使用される。作業装置１００を使用する作業は、高所作業に限定されず、例えば、一般的には人間によって行われる様々な作業であってもよい。

【0016】

例えば、本実施形態では、作業装置１００は、屋根等の高所からの除雪に使用される。例えば、作業装置１００は、無人航空機１と、除雪器（作業器具）２と、コネクタ３と、コントローラ４と、を備える。

【0017】

無人航空機１は、例えば、ドローンであってもよい。例えば、無人航空機１は、日本の航空法第２条第２２項で規定される「無人航空機」であってもよい。例えば、無人航空機１は、航空の用に供することができる飛行機、回転翼航空機、滑空機または飛行船であって、構造上人が乗ることができないもののうち、遠隔操作または自動操縦（プログラムにより自動的に操縦を行うことをいう）により飛行させることができるものであってもよい。例えば、本実施形態では、無人航空機１は、マルチコプター型のドローンである。

【0018】

本実施形態では、無人航空機１は、複数のプロペラ（ブレード）１１を含む。例えば、複数のプロペラ１１は、無人航空機１の中心（例えば、重心Ｇ１）に対して、放射状に配置される。例えば、プロペラ１１は、不図示のモータによって回転される。複数のプロペラ１１は、互いに独立に回転可能である。例えば、プロペラ１１の動作は、コントローラ４によって制御される。プロペラ１１は、鉛直方向上向きの推力を発生する。無人航空機に対して、前、後、右、左、上（鉛直上方）および下（鉛直下方）等の方向が予め定められており、無人航空機１は、複数のプロペラ１１の回転数を制御することによって、前、後、右、左、上および下に移動可能である。オペレータは、コントローラ４を操作することによって、無人航空機１を所望の方向に移動させることができる。

【0019】

除雪器２は、水平方向の成分を含む作業力を積雪に加えるように構成される。例えば、除雪器２は、ロッド２１と、ヘッド２２と、１つまたは複数の補助プロペラ２３と、を含む。

【0020】

ロッド２１は、水平方向にまたは水平方向に対して所定の角度で、コネクタ３によって保持される。本実施形態では、ロッド２１の長さは、水平方向における無人航空機１の最大幅よりも長い。より具体的には、本実施形態では、ロッド２１は、無人航空機１の前後方向に沿って配置され、ロッド２１は、前後方向における無人航空機１の幅よりも長い。他の実施形態では、ロッド２１の長さは、水平方向における無人航空機１の最大幅よりも短くてもよい。

【0021】

ロッド２１の第１端２ａには、ヘッド２２が設けられる。本実施形態では、ロッド２１は、ヘッド２２が無人航空機１の前側に位置するように、コネクタ３によって保持される。ヘッド２２は、作業装置１００の使用時に、水平方向に、または、屋根の形状によっては、水平方向に傾いた方向に、雪に突き刺される。したがって、第１端２ａは、水平方向の成分を含む反力、より具体的には、後向きの成分を含む反力を受ける。例えば、ヘッド２２は、ロッド２１に対して垂直に延在する複数の突起を含む。ヘッド２２の形状はこれに限定されず、ヘッド２２は、除雪に適した様々な形状を有してもよい。

【0022】

ロッド２１の第２端２ｂには、補助プロペラ２３が設けられる。本実施形態では、２つの補助プロペラ２３が第２端２ｂに設けられる。本実施形態では、ロッド２１は、補助プロペラ２３が無人航空機１の後側に位置するように、コネクタ３によって保持される。例えば、２つの補助プロペラ２３は、左右方向に沿って配置される。補助プロペラ２３は、前向きの成分を含む推力、すなわち、第１端２ａにかかる反力と反対向きの推力を発生する。

【0023】

例えば、ロッド２１は、第１端２ａを含む第１ロッド２１ａと、第２端２ｂを含む第２ロッド２１ｂと、に分割されてもよい。例えば、第１ロッド２１ａは、ヘッド２２に固定されてもよく、第２ロッド２１ｂは、補助プロペラ２３に固定されてもよい。第１ロッド２１ａおよび第２ロッド２１ｂは、互いに分離可能であってもよく、作業装置１００の使用時に、互いに組み付けられてもよい。作業装置１００は、第２ロッド２１ｂおよび補助プロペラ２３の組み合わせを含む、補助プロペラユニット５０を備えてもよい。

【0024】

他の実施形態では、柄を有する商業的に入手可能な除雪器を、第１ロッド２１ａおよびヘッド２２の組み合わせとして使用してもよい。この場合、商業的に入手可能な除雪器と、補助プロペラユニット５０とを組み合わせたものを、本開示の除雪器２として使用してもよい。

【0025】

コネクタ３は、無人航空機１に対して除雪器２を接続する。本実施形態では、コネクタ３は、無人航空機１の重心Ｇ１から下方に延在する。コネクタ３の上端は、無人航空機１に接続される。コネクタ３の下端は、除雪器２を保持する。具体的には、本実施形態では、コネクタ３は、ヘッド２２が無人航空機１の前側に位置し、かつ、補助プロペラ２３が無人航空機１の後側に位置するように、ロッド２１を保持する。また、本実施形態では、コネクタ３は、補助プロペラユニット５０を含む除雪器２の重心Ｇ２において、ロッド２１を保持する。したがって、除雪器２は水平に保たれる。除雪器２を水平方向に対して所定の角度で保持する場合には、例えば、コネクタ３は、除雪器２の重心Ｇ２から離間した位置においてロッド２１を保持してもよい。代替的に、除雪器２が水平方向に対して所定の角度で保持されるように、例えば結束バンド等のサポータによって、除雪器２を無人航空機１に対して緩く拘束してもよい。

【0026】

なお、本開示において、作業に使用される部位、本実施形態ではヘッド２２が、無人航空機１の前側に配置されない場合には、作業器具に関する方向が優先され得る。具体的には、作業力の方向が、作業装置１００の「前」として定義され、作業力と反対の方向が、作業装置１００の「後」として定義される。また、作業力と垂直な水平方向が、作業装置１００の「左」「右」として定義され、この左右軸周りの回転方向が、「ピッチ」として定義される。「ロール」および「ヨー」も、同様に再定義され得る。

【0027】

コネクタ３は、少なくとも左右軸周りの除雪器２の回転、すなわち、ピッチ方向の除雪器２の回転を許容するように構成される。別の観点では、コネクタ３は、作業に使用される部位、本実施形態ではヘッド２２が、少なくとも鉛直上下方向に揺動可能なように構成される。本実施形態では、コネクタ３は、左右軸周りおよび前後軸周りの除雪器２の回転、すなわち、ピッチ方向およびロール方向の除雪器２の回転を許容するように構成される。したがって、本実施形態では、コネクタ３は、ヨー方向の除雪器２の回転を許容しない。このような構成によれば、ヘッド２２が常に前方を向くように、除雪器２を保持することができる。なお、他の実施形態では、コネクタ３は、ピッチ方向、ロール方向およびヨー方向の除雪器２の回転を許容するように構成されてもよい。この場合、例えば、除雪器２がヨー方向には回転し難いように、例えば結束バンド等のサポータによって、除雪器２の一部の動作を拘束してもよい。

【0028】

例えば、除雪器２の回転を許容するコネクタ３としては、ユニバーサルジョイントまたはジンバルを含む。コネクタ３はこれらに限定されず、少なくともピッチ方向の除雪器２の回転を許容する様々な構成を含むことができる（例えば、ベアリング等）。

【0029】

例えば、作業装置１００は、人口密集地上空または夜間等の特定の状況で使用される場合には、係留索Ｃを備えてもよい。この場合、例えば、係留索Ｃは、３０ｍ以下の長さおよび十分な強度を有する紐であってもよい。係留索Ｃは、作業装置１００の適切な箇所に取り付けられることができる。本実施形態では、係留索Ｃは、除雪器２に取り付けられる。

【0030】

コントローラ４は、公知の無線通信規格によって無人航空機１と通信可能であってもよい。例えば、コントローラ４は、複数のスティックを含んでもよく、オペレータは、スティックを操作することによって、無人航空機１を遠隔操作することができる。

【0031】

続いて、作業装置１００の動作について説明する。

【0032】

図２は、使用中の作業装置１００を示す概略的な側面図である。図２では、作業装置１００は、屋根Ｒ上の雪Ｓを取り除く。図２では、屋根Ｒは水平であり、ヘッド２２は、水平方向に雪Ｓに突き刺される。

【0033】

作業装置１００が移動する場合、無人航空機１は、除雪器２から慣性モーメントを受ける。除雪器２が無人航空機１に固定されている場合、除雪器２からの慣性モーメントによって、無人航空機１が傾く可能性がある。特に、本実施形態では、ロッド２１は、前後方向において無人航空機１の幅よりも長い。したがって、本実施形態では、ピッチ方向の慣性モーメントが大きくなりやすい。また、除雪器２が無人航空機１に固定されている場合、落下する雪Ｓが除雪器２に当たり、無人航空機１が傾く可能性がある。しかしながら、コネクタ３は、除雪器２を重心Ｇ２周りにピッチ方向およびロール方向に回転可能に保持する。このため、除雪器２をピッチ方向およびロール方向に回転させることによって、慣性モーメントおよび落下する雪Ｓの衝撃が無人航空機１にかかることが防止される。したがって、無人航空機１の安定性が向上される。

【0034】

また、本実施形態では、ロッド２１の第１端２ａは、水平方向の反力Ｆ１、より具体的には、後向きの反力Ｆ１を雪Ｓから受ける。これに対して、本実施形態では、補助プロペラ２３が、前向きの推力Ｆ２を発生させる。したがって、推力Ｆ２によって、作業力が増強される。また、前向きの推力Ｆ２を受ける第２端２ｂは、第１端２ａと同軸に位置する。したがって、推力Ｆ２は、反力Ｆ１と反対向きでかつ同軸である。補助プロペラ２３によって、反力Ｆ１と等しい絶対値を有する推力Ｆ２を発生させることにより、反力Ｆ１による重心Ｇ１周りの回転モーメントを打ち消すことができる。したがって、無人航空機１の安定性がさらに向上される。

【0035】

図３は、使用中の作業装置１００を示す他の概略的な側面図である。図３では、屋根Ｒは水平方向に対して傾いており、ヘッド２２は、水平方向に傾いた方向に雪Ｓに突き刺される。

【0036】

本実施形態では、コネクタ３は除雪器２の重心Ｇ２を保持しており、無負荷状態では、除雪器２は水平に保たれる。しかしながら、除雪器２がピッチ方向に回転可能であるため、図３に示されるように、除雪器２は、屋根Ｒの傾斜角度に応じて、水平方向に対して自然に傾く。したがって、作業装置１００は、図２の状況と略同様に機能することができる。なお、他の実施形態では、屋根Ｒの傾斜角度に応じて、除雪器２が水平方向に対して所定の角度で保持されるように、サポータによって除雪器２を無人航空機１に対して緩く拘束してもよい。この場合にも、作業装置１００は、図２の状況と略同様に機能することができる。

【0037】

特に、図３では、ロッド２１の第１端２ａは、水平方向の成分を含みかつ水平方向に対して傾いた反力Ｆ３、より具体的には、後方下向きの反力Ｆ３を雪Ｓから受ける。これに対して、本実施形態では、ロッド２１の第２端２ｂは、補助プロペラ２３から前方上向きの推力Ｆ４を受ける。したがって、推力Ｆ４によって、作業力が増強される。また、第２端２ｂは、第１端２ａと同軸に位置する。したがって、推力Ｆ４は、反力Ｆ３と反対向きでかつ同軸である。よって、本実施形態においても、補助プロペラ２３によって、反力Ｆ３と等しい絶対値を有する推力Ｆ４を発生させることにより、反力Ｆ３による重心Ｇ１周りの回転モーメントを打ち消すことができる。したがって、無人航空機１の安定性が向上される。

【0038】

以上のように、本実施形態に係る作業装置１００は、無人航空機１と、水平方向の成分を含む作業力を必要とする除雪器２を無人航空機１に対して接続するコネクタ３であって、少なくともピッチ方向の除雪器２の回転を許容する、コネクタ３と、を備える。このような構成によれば、除雪器２をピッチ方向に回転させることによって、除雪器２からの慣性モーメントが無人航空機１にかかることが防止される。したがって、無人航空機１の安定性が向上される。

【0039】

また、作業装置１００では、コネクタ３は、無人航空機１の重心Ｇ１から鉛直方向下方に延在し、除雪器２は、コネクタ３の下端によって保持される。このような構成によれば、除雪器２は、重心Ｇ１において無人航空機１に懸垂される。これにより、除雪器２の重さによる回転モーメントが、無人航空機１にかかることが防止される。

【0040】

また、作業装置１００では、除雪器２は、ロッド２１を含み、ロッド２１は、水平方向にまたは水平方向に対して所定の角度で、コネクタ３の下端によって保持される。このような構成によれば、作業に使用される部位、本実施形態ではヘッド２２を、無人航空機１から水平方向に離間した位置に配置することができる。したがって、無人航空機１が屋根等の物体に接触するリスクを低減することができる。

【0041】

また、作業装置１００では、コネクタ３は、除雪器２の重心Ｇ２においてロッド２１を保持する。このような構成によれば、ロッド２１が水平またはほぼ水平に保たれる。

【0042】

また、作業装置１００では、ロッド２１の長さは、水平方向における無人航空機１の最大幅よりも長い。この場合、ピッチ方向における慣性モーメントが大きくなりやすい。したがって、コネクタ３は、慣性モーメントが無人航空機１にかかることを防止するためにより機能する。

【0043】

また、作業装置１００では、ロッド２１の第１端２ａは、作業力を受け、ロッド２１の第１端２ａと反対側の第２端２ｂは、作業力からの反力と反対向きの推力Ｆ２，Ｆ４を発生させる補助プロペラ２３を含む。このような構成によれば、推力Ｆ２，Ｆ４によって、作業力が増強される。また、推力Ｆ２，Ｆ４は、反力Ｆ１，Ｆ３と反対向きでかつ同軸である。したがって、補助プロペラ２３によって、反力Ｆ１，Ｆ３と等しい絶対値を有する推力Ｆ２，Ｆ４を発生させることにより、反力Ｆ１，Ｆ３による重心Ｇ１周りの回転モーメントを打ち消すことができる。よって、無人航空機１の安定性がさらに向上される。

【0044】

以上、添付図面を参照しながら実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

【0045】

例えば、上記の実施形態では、作業装置１００は、屋根Ｒからの除雪に使用される。他の実施形態では、作業装置１００は、水平方向の成分を含む作業力を必要とする様々な作業に使用されてよい。例えば、作業装置１００は、建築物の窓または外壁の清掃に使用されてもよい。この場合、作業装置１００は、作業器具として、スクイージー等の清掃道具を備えてもよい。また、例えば、作業装置１００は、火災時の高所放水作業に使用されてもよい。この場合、作業装置１００は、作業器具として、放水器を含んでもよい。また、例えば、作業装置１００は、芝刈り作業に使用されてもよい。この場合、作業装置１００は、作業器具として、芝刈り器を含んでもよい。これらの場合においても、作業装置１００は、これらの作業器具に取り付けられる補助プロペラユニット５０を備えてもよい。

【0046】

例えば、本開示は、都市の安全の向上に寄与することができるので、持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の目標１１「住み続けられる街づくりを 都市と人間の居住地を包摂的、安全、強靭かつ持続可能にする」に貢献することができる。

【符号の説明】

【0047】

１ 無人航空機
２ 除雪器（作業器具）
２ａ 第１端
２ｂ 第２端
３ コネクタ
２１ ロッド
２３ 補助プロペラ
１００ 作業装置
Ｆ１ 反力
Ｆ２ 推力
Ｆ３ 反力
Ｆ４ 推力
Ｇ１ 無人航空機の重心
Ｇ２ 除雪器の重心

【図1】

【図2】

【図3】