(57)【要約】【課題】吊り具の動きを制御する手段を講じることにより、吊り作業を効率よく又は安全に支援する技術を提供すること。【解決手段】吊り作業支援システム１０は、吊り具１２に取り付けられる回転翼装置１００を備える。回転翼装置１００に水平方向の推力を発生させて、吊り具１２を目標地点（例えば遭難者Ｖ）に向けて移動させる制御を行う。これにより、比較的高い位置からの吊り作業を支援し、作業の効率性や安全性を高めることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吊り具に取り付けられ、当該吊り具をその吊り下げられた鉛直下の地点からみてそれよりも水平方向にある目標地点に向けて移動させることが可能な回転翼装置を含む吊り作業支援システム。
【請求項２】
前記回転翼装置が少なくとも２軸以上のジンバル機構を介して前記吊り具に取り付けられている、請求項１に記載の吊り作業支援システム。
【請求項３】
前記回転翼装置が非作動時においてその水平姿勢を維持するためのバランサーを備えている、請求項２に記載の吊り作業支援システム。
【請求項４】
前記回転翼装置が、当該回転翼装置の位置情報を測定する測位部と、前記目標地点の位置情報を記憶した記憶部と、回転翼を駆動制御する制御部とを備え、
前記制御部が前記測位部により測定される当該回転翼装置の位置と前記目標地点の位置との間の距離が縮小するように前記回転翼を駆動制御する、請求項１に記載の吊り作業支援システム。
【請求項５】
前記回転翼装置が前記測位部により測定される当該回転翼装置の高さ位置と前記目標地点の高さ位置との間の差分情報を外部に送信する送信部を備えている、請求項４に記載の吊り作業支援システム。
【請求項６】
前記目標地点にあって前記回転翼装置と無線通信が可能な端末装置を更に含み、
前記端末装置が当該端末装置の位置情報を測定する測位部を備え、
前記回転翼装置が、前記端末装置の測位部により測定される当該端末装置の位置情報を受信する受信部を備えている、請求項４又は５に記載の吊り作業支援システム。
【請求項７】
前記回転翼装置が、前記目標地点との相対的な位置関係を認識可能な目標地点認識部と、回転翼を駆動制御する制御部とを備え、
前記制御部が、前記目標地点認識部により認識される目標地点に向けて前記回転翼装置が移動するように前記回転翼を駆動制御する、請求項１に記載の吊り作業支援システム。
【請求項８】
前記目標地点にある端末装置を更に含み、該端末装置が前記回転翼装置の前記目標地点認識部にその存在を認識させるよう構成されている、請求項７に記載の吊り作業支援システム。
【請求項９】
吊り具に取り付けられ、当該吊り具の意図しない振動を抑制するよう構成されている回転翼装置を含む吊り作業支援システム。
【請求項１０】
吊り具に取り付けられ、当該吊り具にモーメントを生じさせるよう動作する回転翼装置を含む吊り作業支援システム。
【請求項１１】
前記回転翼装置が前記吊り具の意図しない回転を抑制するように構成されている、請求項１０に記載の吊り作業支援システム。
【請求項１２】
前記回転翼装置が、前記吊り具に回転のモーメントを作用させて、吊り荷を目標地点に搬送するよう構成されている、請求項１０又は１１に記載の吊り作業支援システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばヘリコプターを使った被災者や遭難者の救助といった、比較的高い位置からの吊り作業を効率よく又は安全に支援するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
自然災害や山岳遭難等によって取り残された被災者や遭難者を救助する際に、ヘリコプターから吊り下ろしたワイヤーロープを介して救助及び搬送することが行われている。しかし、ヘリコプターによる救助作業は、メインローターからの強い風圧（ダウンウォッシュ）の影響を受け、またヘリコプターが斜面に接触し、墜落の危険もある。そのため、空中からの救助を安全に行うには、十分な高度（少なくとも高さ２０ｍ以上）の確保が要求される。しかし、そのような比較的高い上空から吊り下げられたワイヤーロープを要救助者の手が届くところに渡したり、又はたぐり寄せたりする作業は非常に難しく熟練を要する。
【０００３】
また、高層ビル等の建設現場においては、クライミングクレーンを使って鋼材やパネル等の吊り荷を上空に荷揚げし、所定の場所に搬送する作業が多く行われている。そのような吊り作業は大変危険を伴うものであり、例えば風などで吊り荷が回転し始めると一般的には止める術がなく、ワイヤー破断や荷崩れ、接触等を誘発する場合がある。
【０００４】
従来、クレーンのフックの回転を抑制するための各種の技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に開示の技術では、フックを回転自在に支持する受け座とフックに止着される受け座への取付手段との間に、設定された力以下ではフックが回転せず、設定した力を超える力が加えられるとフックが回転されるようにした摩擦部材を配置している。この構成によって、移送時にクレーンフックが回転することを防止して、被吊下げ部材の回転による他物との接触により破損されたり、破損したりすることを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１７５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような比較的高い位置からの吊り作業における危険性や困難性といった課題に鑑み、空中の吊り具の動きを制御する手段を講じることにより、吊り作業を効率よく又は安全に支援することができる技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するため、本発明の吊り作業支援システムは、吊り具に取り付けられ、当該吊り具をその吊り下げられた鉛直下の地点からみてそれよりも水平方向にある目標地点に向けて移動させることが可能な回転翼装置を含む。
【０００８】
吊り作業支援システムは、前記回転翼装置が少なくとも２軸以上のジンバル機構を介して前記吊り具に取り付けられていることが好ましい。
【０００９】
また、吊り作業支援システムは、前記回転翼装置が非作動時においてその水平姿勢を維持するためのバランサーを備えていることが好ましい。
【００１０】
また、吊り作業支援システムは、前記回転翼装置が、当該回転翼装置の位置情報を測定する測位部と、前記目標地点の位置情報を記憶した記憶部と、回転翼を駆動制御する制御部とを備え、前記制御部が前記測位部により測定される当該回転翼装置の位置と前記目標地点の位置との間の距離が縮小するように前記回転翼を駆動制御することが好ましい。
【００１１】
また、吊り作業支援システムは、前記回転翼装置が前記測位部により測定される当該回転翼装置の高さ位置と前記目標地点の高さ位置との間の差分情報を外部に送信する送信部を備えていることが好ましい。
【００１２】
また、吊り作業支援システムは、前記目標地点にあって前記回転翼装置と無線通信が可能な端末装置を更に含み、前記端末装置が当該端末装置の位置情報を測定する測位部を備え、前記回転翼装置が、前記端末装置の測位部により測定される当該端末装置の位置情報を受信する受信部を備えていることが好ましい。
【００１３】
また、吊り作業支援システムは、前記回転翼装置が、前記目標地点との相対的な位置関係を認識可能な目標地点認識部と、回転翼を駆動制御する制御部とを備え、前記制御部が、前記目標地点認識部により認識される目標地点に向けて前記回転翼装置が移動するように前記回転翼を駆動制御することが好ましい。
【００１４】
また、吊り作業支援システムは、前記目標地点にある端末装置を更に含み、該端末装置が前記回転翼装置の前記目標地点認識部にその存在を認識させるよう構成されていることが好ましい。
【００１５】
また、本発明の吊り作業支援システムは、吊り具に取り付けられ、当該吊り具の意図しない振動を抑制するよう構成されている回転翼装置を含む。
【００１６】
また、本発明の吊り作業支援システムは、吊り具に取り付けられ、当該吊り具にモーメントを生じさせるよう動作する回転翼装置を含む。
【００１７】
また、吊り作業支援システムは、前記回転翼装置が前記吊り具の意図しない回転を抑制するように構成されていることが好ましい。
【００１８】
また、吊り作業支援システムは、前記回転翼装置が、前記吊り具に回転のモーメントを作用させて、吊り荷を目標地点に搬送するよう構成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、回転翼装置に水平方向の推力を発生させることにより、吊り具を目標地点に向けて移動させる制御を行うことができる。これにより、比較的高い位置からの吊り作業を支援し、作業の効率性や安全性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態による吊り作業支援システムの概念図である。
【図２】吊り具に取り付けられた回転翼装置の一例を示す斜視図である。
【図３】回転翼装置の制御及び動作を説明するための図である。
【図４】回転翼装置のシステム構成を説明するためのブロック図である。
【図５】回転翼装置における制御モデルの概念図である。
【図６】吊り具に取り付けられた回転翼装置の他の例を示す斜視図である。
【図７】吊り作業支援システムによる他の支援作業の例を説明するための図である。
【図８】吊り作業支援システムによる更に他の支援作業の例を説明するための図である。
【図９】吊り荷の搬送作業における支援の例を説明するための図である。
【図１０】吊り具に取り付けられた回転翼装置の更に他の例を示す斜視図である。
【図１１】吊り作業支援システムによる更に他の支援作業の例を説明するための図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態による吊り作業支援システムの概念図である。
【図１３】吊り具に取り付けられた回転翼装置の更に他の例を示す斜視図である。
【図１４】吊り作業支援システムによる更に他の支援作業の例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態による吊り作業支援システム１０の概念図である。本システム１０による支援作業は、図１から容易にわかるように、上空でホバリングするヘリコプター１１から吊り下ろされたワイヤーロープ１２を使って、遭難者Ｖを救助する作業を想定している。そのために、ワイヤーロープ１２の先端部付近には、胴衣ハーネスやカラビナフック等の救助用具１３が取り付けられている。
【００２２】
吊り作業支援システム１０は、回転翼装置１００が吊り具に取り付けられている。なお、ここで「吊り具」は、上空の巻上装置から吊り下ろされたフック等の連結用具や救助用具等の他に、これら用具を繋ぐワイヤー、ロープ及びそれに付随するシーブ等を含むものとして解釈される。
【００２３】
本実施形態の回転翼装置１００は、吊り具や吊り荷（以下「吊り具等」という。）をその吊り下げられた鉛直下の地点からみてそれよりも水平方向に移動させる機能を有している。
【００２４】
図２に回転翼装置１００の例を示す。同図に示されるように、回転翼装置１００は、マルチコプター型の無人航空機、いわゆるドローンの機体をそのまま採用することができる。図２には、ローター１０１が６発の、いわゆるヘキサ型の回転翼装置１００が例示されている。ただし、本発明の実施において、ローターの数に特に制限はない。また、図２には、回転翼装置１００が、ジャイロスコープのフレーム構造として知られている３軸のジンバル機構８０に搭載された例が示されている。
【００２５】
このジンバル機構８０は、第１リングフレーム８１と、第１リングフレーム８１に対し垂直の第１軸（８１ａ、８１ｂ）を中心に回転自在な第２リングフレーム８２と、第２リングフレーム８２に対し水平の第２軸（８２ａ、８２ｂ）を中心に回転自在な第３リングフレーム８３と、第３リングフレーム８３の中心を通るようにかけ渡され、前記第２軸（８２ａ、８２ｂ）とは直交する第３軸（８３ａ、８３ｂ）周りに回転自在なロッドフレーム８４を備えて構成されている。回転翼装置１００は、ジンバル機構８０の中心を貫くロッドフレーム８４の略中央に据え付けられている。
【００２６】
このようなジンバル機構８０に取り付けられる回転翼装置１００は、後述する自律姿勢制御が作動していなければ、そのままでは機体の重心が最も下にくる姿勢で転倒してしまう。そのため、姿勢制御が非作動時においても、回転翼装置１００が水平姿勢（「水平姿勢」とは全てのローター１０１の回転平面が水平である姿勢のこと。）を維持できるようにするためのバランサー（図示せず）を備えていることが好ましい。
【００２７】
ここで、本実施形態による回転翼装置１００の制御及び動作について若干説明する。回転翼装置１００は、自律的に機体の姿勢を制御しながら、同時に、水平方向（前後左右）に推力を発生させて移動できる併進動作機能、及びその場で回転できる回転動作機能を有している。これらの動作に必要な動力電源は、回転翼装置１００の本体に別置きの大型バッテリーから供給される。また、サブケーブルを介して上空のヘリコプター１１（又は後述するクレーン２１）から供給されてもよい。したがって、吊り作業中、回転翼装置１００を連続して稼働することができる。
【００２８】
一般にドローンとして知られている回転翼装置は、ローターの個数に応じて、クワッド型（４発）、ヘキサ型（６発）、オクト型（８発）などがあるが、基本的な制御動作原理は同じである。そのため、ここでは図３を参照して最も単純なクワッド型の例で制御と動作の関係を説明する。
【００２９】
回転翼装置は、角数が偶数の正多角形（図３の例では正方形）の各頂点に回転の中心軸が来るようにローターが配置される。対角線状の各フレームの先端にモーターが設けられ、モーターの回転軸とローターのプロペラ（羽根）との回転軸が直結している。図３の例では４個のモーターで４個のローターのプロペラを回転させている。
【００３０】
対角線上にある２つのローターの回転方向は同じであり、互いに隣接する２つのローターの回転方向は逆である。すなわち、ｙ軸対角線上の２つのローターＲ１、Ｒ３の回転方向が時計回りとすると、ｘ軸対角線上の２つのローターＲ２、Ｒ４の回転方向は反時計回りとなる。ただし、いずれのローターＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４も、上記所定方向に回転したときに機体に揚力を生じさせる方向に、それぞれのプロペラの傾きが設定されている。
【００３１】
全てのローターＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４を同じ回転数で所定方向に回転させると、回転により生じる反トルクが互いに打ち消し合い、機体の水平姿勢が維持される。その静止状態から例えばローターＲ１の回転数を下げ、ローターＲ３の回転数を上げると、機首（ローターＲ１側）を下げて機体が傾く。機体がそのように傾くと、ローターＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の回転による揚力に水平方向成分が生じ、その力が機体を前方向（図３ではｙ軸方向）に進める推力となる。このとき、機体の回転を防ぐために、ローターＲ２、Ｒ４の回転数も調整される。
【００３２】
また、ある対角線上の一対のローターの回転数と、それに隣接する他の対角線上の一対のローターの回転数に差を設けることで、機体を回転動作させることができる。例えば、時計回りに回転するローターＲ１、Ｒ３の回転数を、反時計回りに回転するローターＲ２、Ｒ４の回転数よりも高くすると、リアクションホイール効果により生じる反トルクのバランスにおいて反時計回りのトルクが勝り、その結果、機体が反時計回りの方向に回転動作する。
【００３３】
図４は、回転翼装置１００のシステム構成を説明するためのブロック図である。本実施形態による回転翼装置１００は、回転翼であるローターシステム１２０を駆動制御するよう構成された制御部１１０を備えている。ローターシステム１２０は、具体的には６個のステッピングモーター（以下単に「モーター」という。）と、各モーターに直結する複数枚のプロペラ（羽根）から構成される。ローターシステム１２０の各モーターは、ＥＳＣ（Electric Speed Controller）１２１により回転数が制御される。
【００３４】
制御部１１０は、オートパイロット機能を実現するために、フライトコントロールシステム１１１、ガイダンスシステム１１２及びナビゲーションシステム１１３を備えている。すなわち、回転翼装置１００は、ガイダンスシステム１１２が決定した航路及び速度に従ってナビゲーションシステム１１３がフライトコントロールシステム１１１に対し操縦指令を行うことで自律的な動作制御がなされる。
【００３５】
制御部１１０には、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）１３０、３軸方位センサー（電子コンパス）１４１、ＧＰＳ（Global Positioning System）１４２、高度（気圧）センサー１４３が接続されている。ＩＭＵ１３０は、３軸周りにおける角速度を検知可能なジャイロセンサー１３１と、３軸方向の加速度を検知可能な加速度センサー１３２を搭載している。すなわち、ＩＭＵ１３０と３軸方位センサー１４１とによって、回転翼装置１００の姿勢方位基準装置（AHRS; Attitude Heading Reference）が構成されている。
【００３６】
フライトコントロールシステム１１１による回転翼装置１００の自律姿勢制御及び併進制御について更に説明する。図５に、ローターシステム１２０を制御対象とした制御モデルの概念図を示す。同図に示す制御プラントへは、Ｎ個（例えば６個）の各モーターの回転数ΩをＰＷＭ制御するデューティー比Ｄの信号が入力される。各ローターからは入力Ｄに応じた推力Ｔや反トルクτａが生じ、ローターの配置、回転方向等の様々な要素によって生じるトルクτやそれらを合力した推力Ｕに応じて、機体がダイナミックに動作する。
【００３７】
回転翼装置１００の実際のロール、ピッチ、ヨーの角速度ω＝［p，ｑ，ｒ］Ｔは、ＩＭＵ１３０により測定され、制御システムにフィードバックされる。ジャイロフィードバック制御器には、ナビゲーションシステム１１３からの目標値ｒ（移動させる方向及びその速度）が入力され、実角速度ωと比較することにより制御入力ｕが決定される。ミキサーは、上述した制御動作原理のアルゴリズムモデルに従って、ローターシステム１２０の各モーターの回転数配分を決定し、ＥＳＣ１２１を駆動するＰＷＭ制御信号Ｄに反映させる。
【００３８】
図６は、ワイヤーロープ１２に取り付けた回転翼装置１００の一例を示す斜視図である。この例で、回転翼装置１００は、ワイヤーロープ１２にジンバル機構８０の第１リングフレーム８１を接続して取り付けられる。なお、回転翼装置１００は、障害物や人などに接触して損傷を与えるのを防ぐために、同図に示すようなメッシュ状の球殻９０の中に収容されて保護することが好ましい。
【００３９】
本実施形態の吊り作業支援システム１０によれば、回転翼装置１００に水平方向の推力を生じさせ、それによりワイヤーロープ１２や救助用具１３を遭難者Ｖに向けて移動させることができる。また、図７に示すように、ワイヤーロープ１２で吊り下げた救助員Ｈを、遭難者Ｖが居る場所に容易に誘導することもできる。
【００４０】
そのような目標地点に吊り具等を届ける支援作業を、リモートコントロールシステム１７０を使って遠隔で制御してもよい。例えばヘリコプター１１の搭乗員が、目視又は回転翼装置１００に搭載したカメラ１５０の画像を見ながら、当該回転翼装置１００を遠隔操縦してもよい。また、ワイヤーロープ１２で吊り下げた救助員Ｈが自ら操縦コントローラを操作して目標地点を目指して移動してもよい。
【００４１】
更に、制御部１１０のガイダンスシステム１１２及びナビゲーションシステム１１３の連携により、上述の支援作業を自動で行うこともできる。そのために、回転翼装置１００は、当該回転翼装置１００の位置情報を測定する測位部（例えばＧＰＳ１４２及び／又は高度（気圧）センサー１４３）を利用し、巻上装置連携部１８０を介して、ヘリコプター１１の巻上装置３０と連携制御を行ってもよい。
【００４２】
一例として、ガイダンスシステム１１２の記憶部には、遭難者Ｖが居る目標地点の位置情報が予め記憶される。ナビゲーションシステム１１３は、ＧＰＳ１４２により測定される回転翼装置１００の位置と目標地点の位置との間の距離が縮小するように、ローターシステム１２０を制御する。
【００４３】
すなわち、ヘリコプター１１が救助現場の上空に到着し、安全な高さを保ちホバリングした後、回転翼装置１００のガイダンスシステム１１２は、ヘリコプター１１のホバリング位置と目標地点の位置とを結ぶ斜めの航路を演算する。そして、巻上装置３０を作動して、救助員Ｈ及び回転翼装置１００の吊り下ろしを開始する。
【００４４】
ナビゲーションシステム１１３は、高度（気圧）センサー１４３によって回転翼装置１００の高さを測定しながら、演算された航路から逸脱しないように、回転翼装置１００の向きと推力の制御を行う。このとき、無線通信制御部１６０は、高度（気圧）センサー１４３によって測定される回転翼装置１００の高度情報を、上空の巻上装置３０に送信する。ドラム駆動制御部３２は、その測定高度をフィードバックしながらドラム３１を回転駆動することで、ワイヤーロープ１２の繰り出し長さを自動制御する。これにより、救助用具１３や救助員Ｈを、設定された航路に沿って、遭難者Ｖが待つ目標地点に迅速に誘導することができる。
【００４５】
なお、目標地点の位置情報は、遭難者Ｖが持つスマートフォンなどから救助本部に位置情報を連絡して、救助本部からの遠隔操作で回転翼装置１００の記憶部に設定されてもよい。
【００４６】
図８には、吊り作業支援システム１０の更に別の応用例が示される。この応用例では、例えば目標地点に到着した救助隊員が持つ救助用の端末装置７０を使って、回転翼装置１００との間で無線通信が行われる。端末装置７０は、自己の現在位置を測定する測位部を有しており、その位置情報を回転翼装置１００の無線通信制御部１６０に送信する。これにより、目標地点の位置情報をガイダンスシステム１１２の記憶部に設定することができる。
【００４７】
更に、回転翼装置１００は、自機と目標地点との相対的な位置関係を認識可能な目標地点認識部を備えてもよい。例えば、ガイダンスシステム１１２は、カメラ１５０の画像から目標地点の遭難者Ｖを画像認識し、その方向を測定することができる。そして、ナビゲーションシステム１１３は、その遭難者Ｖに向けて回転翼装置１００が移動するように、ローターシステム１２０を制御する。それにより、安全かつ効率的に、救助用具１３を遭難者Ｖに届けることができる。
【００４８】
また、回転翼装置１００のガイダンスシステム１１２は、上述した端末装置７０からの信号を受けてその存在を認識してもよい。例えば、端末装置７０のディスプレイに特定のＳＯＳ画像を表示して、ガイダンスシステム１１２がそれを画像認識してもよい。その他、端末装置７０が救難信号を出力し、回転翼装置１００にその位置を知らせてもよい。そのような救難信号を、例えば光、音、電波（マイクロ波）等に位置情報（例えば経緯度）を変調させた信号として出力することもできる。
【００４９】
更に、無線通信制御部１６０は、高度（気圧）センサー１４３によって測定される回転翼装置１００の高度と目標地点の高度との間の差分情報を、上空の巻上装置３０に送信してもよい。ドラム駆動制御部３２は、その差分情報が示す高度差がゼロ（又は適宜オフセットを与えてもよい。）となるようにドラム３１を回転駆動する。これにより、救助用具１３の高さと目標地点の高さとが同じになるまで、ワイヤーロープ１２の繰り出し長さを制御することができる。
【００５０】
更に、空中のワイヤーロープ１２を中継するテンション吸収装置４０（図８参照）を設けてもよい。テンション吸収装置４０は、上空側のワイヤーロープ１２の張力を常時感知し、その張力に急激な変化を検知した場合、内部ドラム４１を回転制御して下側のワイヤーロープ１２ａに張力変化が伝わらないようにする。内部ドラム４１を高速で回転制御することにより、例えばヘリコプター１１の機体が風などで上下左右に揺れた場合でも、内部ドラム４１の制御によってその変化が緩和・吸収され、よって救助用具１３の高さを一定に維持することができる。
【００５１】
なお、回転翼装置１００が水平に移動する際の最終的な高さの微調整は、テンション吸収装置４０の内部ドラム４１からのワイヤーロープ１２ａの繰り出し量を高速に制御することにより行うことができる。このシステムの応用により、例えば、輸送ヘリコプターから、ホバリングしている救助ヘリコプターへ給油パイプを届け、空中での給油も行うことも可能となる。
【００５２】
本発明に係る吊り作業支援システムは、ヘリコプターやクレーンを使った荷物の搬送にも応用することができる。
【００５３】
図９を参照し、荷重Ｗの吊り荷１４を水平方向に搬送するために必要な最小の推力Ｔｈは、吊り下げ距離ｈ（又は距離ｈをワイヤー長さで近似してもよい。）が巻上装置３０の鉛直下からの搬送距離ｄよりも十分大きい場合には、下記の数式（１）によって近似できる。
Ｔｈ≒（ｄ／ｈ）×Ｗ                ・・・（１）
例えば３００ｍの上空直下から３０ｍ水平方向に移動した位置に荷重Ｗの吊り荷１４を留めるには、回転翼装置１００が、荷重Ｗに対して少なくとも１／１０程度の推力を有していればよい。
【００５４】
また、他の態様として回転翼装置１００が、図１０に示すようにアームブラケット１５Ｕ、１５Ｌを介して吊り具（ワイヤーロープ１２）に取り付けられてもよい。これによれば、吊り荷１４を水平に搬送させることができるとともに、ワイヤーロープ１２を中心に吊り荷１４を回転させる力のモーメント（トルク）を生じさせることもできる。
【００５５】
更に、吊り作業システムの他の態様として、図１１に示すように回転翼装置１００が上下左右自由に飛行できる作業空域を設けてもよい。図１１の例では、地上における直径２００ｍのエリア、及び、高度１００ｍにおける直径１８０ｍの水平エリアで画される空域が自由作業空域として設定される。そのような自由作業空域内で回転翼装置１００の機動性を増すことにより、吊り作業支援の効率性を更に高めることができる。
【００５６】
（第２の実施形態）
一般にヘリコプターやクレーンを使った吊り作業においては、上空で舞う風やクレーンの旋回やふらつき等を外乱要因として、吊り荷に振動が生じる。そのような振動は、吊り荷が左右に振れる、いわゆる振り子振動モードと、ワイヤーを中心に荷が回転する回転振動モードが混在した複雑な動きとなる。しかも、一旦振動が生じると、ワイヤーと吊り荷の系の固有振動数に共振して振れ幅が増幅し、その慣性により振動を止めることが難しくなる。上述し吊り作業支援システム１０そして次に説明するクレーン２１を使った吊り作業支援システム２０によれば、回転翼装置１００の位置を保つようにフィードバック制御をすることで、こうした複雑で意図しない振動を簡単に抑制することができる。
【００５７】
図１２は、本発明の第２の実施形態による、吊り作業支援システム２０の概念図である。吊り作業を行うクレーン２１として、ここではクライミング式ジブクレーンを例に説明する。クレーン２１から吊り下げられるフック２３には、回転翼装置１００が設けられている。
【００５８】
クライミング式ジブクレーン２１は、一般的な構造として、ジブ（ブーム）２１１、巻上装置２１２、起伏装置２１３、バランスウェイトなどを備えた旋回体と、ジブ工事の進行に伴い、必要に応じてマストを継ぎ足し、旋回体をせり上げる装置を備える。クレーン２１は、旋回体上部の運転室２１４のオペレータの操作によって巻上げ、起伏、旋回の運動を行う。
【００５９】
ジブ１２の先端部分には、ワイヤー２２によりフック２３が吊り下げられている。フック２３には例えばＨ形鋼である吊り荷２４が玉掛けされており、巻上装置２１２によってワイヤー２２を巻き上げ及び巻き下げすることで、フック２３の昇降が行われる。
【００６０】
また図１３に拡大して示すように、フック２３（又はブロック若しくはシーブベース２５でもよい。）には、横方向に延びるアーム台２６が設けられ、その先端部に取り付けた２軸のジンバル機構６０に回転翼装置１００が搭載されている。ジンバル機構６０は、代替としてユニバーサルジョイントであってもよい。
【００６１】
本実施形態によれば、アーム台２６が延びる方向と直交する方向に回転翼装置１００に推力を発生させれば、フック２３及び吊り荷２４に回転のモーメントを生じさせることができる。そして、アーム台２６を搬送先である目標地点（荷上げ場及び荷下ろし場）に向けた位置で、アーム台２６が延びる方向に回転翼装置１００に推力を発生させることで、フック２３及び吊り荷２４を目標地点に水平に搬送することができる。更に、ジブ２１１の旋回によって吊り荷２４が意図せず回転したとしても、回転翼装置１００がその動きを打ち消す方向に動作することで、早期にその回転を抑制することができる。
【００６２】
更に、本発明の変形例として、例えば図１４に示すようにリーチバランサー３００に回転翼装置１００を取り付けてもよい。リーチバランサー３００は、ワイヤー３１１が固定されるアイボルト３０１を中心に、互いに反対方向に延びるバランスアーム３０２、３０３を有している。一方のバランスアーム３０２の先端部にはウエイト３０４が固定され、他方のバランスアーム３０３の先端部に吊り荷３０５が吊り下げられる。この実施形態の場合、ウエイト３０４の上部に、リーチバランサー３００全体の回転を抑制し、及び意図する向きに吊り荷３０５を位置決めするよう動作する回転翼装置１００を設けている。本実施例によれば、回転翼装置１００が、リーチバランサー３００の意図しない回転を抑制しつつ、リーチバランサー３００に回転のモーメントを作用させて、建造中の建物の外から内部に吊り荷３０５を安全に搬送することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１０  吊り作業支援システム（第１の実施形態）
１１  ヘリコプター
１２  ワイヤーロープ
１３  救助用具
１４  吊り荷（荷物）
１５Ｕ、１５Ｌ  アームブラケット
２０  吊り作業支援システム（第２の実施形態）
２１  クレーン
２２  ワイヤー
２３  フック
２４  吊り荷
２６  アーム台
３０  巻上装置
３１  ドラム
３２  ドラム駆動制御部
４０  テンション吸収装置
４１  内部ドラム
６０  ジンバル機構（２軸）
７０  端末装置
８０  ジンバル機構（３軸）
８１  第１リングフレーム
８４  ロッドフレーム
１００  回転翼装置
１０１  ローター
１１０  制御部
１１１  フライトコントロールシステム
１１２  ガイダンスシステム
１１３  ナビゲーションシステム
１２０  ローターシステム
１２１  ＥＳＣ
１３０  ＩＭＵ
１４２  ＧＰＳ
１５０  カメラ
１６０  無線通信制御部
１７０  リモートコントロールシステム
３００  リーチバランサー
３０１  アイボルト
３０２、３０３  バランスアーム
３０４  ウエイト
３０５  吊り荷
３１１  ワイヤー
Ｈ  レスキュー隊員
Ｖ  遭難者（要救助者）
Ｔｈ  水平方向の推力
ｈ  吊り下げ距離（高度）
ｄ  搬送距離
ｒ  目標値（併進方向、速度）
ｕ  制御入力（角速度）
Ｄ  各モーターへの回転数指令信号（デューティー比）
Ｎ  ローター数
Ｔ  各ローターの推力
Ｕ  全推力
Ω  各モーターの回転数
τａ  各モーターの反トルク
τ  全トルク
ω  ロール、ピッチ、ヨーの角速度行列
【図１】
2020163953.tif 000003
【図２】
2020163953.tif 000004
【図３】
2020163953.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2020163953.tif 000008
【図７】
2020163953.tif 000009
【図８】
2020163953.tif 000010
【図９】
2020163953.tif 000011
【図１０】
2020163953.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2020163953.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
2020163953.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】令和1年7月22日(2019.7.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘリコプター又はクレーンである吊り作業機と、前記吊り作業機から吊り下ろされたワイヤーロープと、前記ワイヤーロープに接続した吊り荷に取り付けられ、当該吊り荷をその吊り下げられた鉛直下の地点からみてそれよりも水平方向にある目標地点に向けて移動させることが可能な回転翼装置を含む吊り作業支援システムであって、
前記ワイヤーロープに前記吊り荷及び前記回転翼装置の自重に基づく張力が生じている状態で吊り作業が行われる、吊り作業支援システム。
【請求項２】
前記回転翼装置が少なくとも２軸以上のジンバル機構を介して前記ワイヤーロープに取り付けられている、請求項１に記載の吊り作業支援システム。
【請求項３】
前記回転翼装置が非作動時においてその水平姿勢を維持するためのバランサーを備えている、請求項２に記載の吊り作業支援システム。
【請求項４】
吊り具に取り付けられ、当該吊り具をその吊り下げられた鉛直下の地点からみてそれよりも水平方向にある目標地点に向けて移動させることが可能な回転翼装置を含む吊り作業支援システムであって、
前記回転翼装置が、当該回転翼装置の位置情報を測定する測位部と、前記目標地点との相対的な位置関係を認識可能な目標地点認識部と、前記目標地点の位置情報を記憶した記憶部と、回転翼を駆動制御する制御部とを備え、
前記制御部が、前記目標地点認識部により認識される目標地点に向けて前記回転翼装置が移動するように前記回転翼を駆動制御する、吊り作業支援システム。
【請求項５】
前記目標地点にある端末装置を更に含み、該端末装置が前記回転翼装置の前記目標地点認識部に該端末装置の存在を認識させるよう構成されている、請求項４に記載の吊り作業支援システム。
【手続補正書】
【提出日】令和1年10月4日(2019.10.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘリコプター又はクレーンである吊り作業機と、前記吊り作業機から吊り下ろされたワイヤーロープと、前記ワイヤーロープに接続した吊り荷に取り付けられ、当該吊り荷をその吊り下げられた鉛直下の地点からみてそれよりも水平方向にある目標地点に向けて移動させることが可能な回転翼装置を含む吊り作業支援システムであって、
前記ワイヤーロープに前記吊り荷及び前記回転翼装置の自重に基づく張力が生じている状態で吊り作業が行われ、
前記回転翼装置が少なくとも２軸以上のジンバル機構を介して前記ワイヤーロープに取り付けられ、
前記回転翼装置が、当該回転翼装置の位置情報を測定する測位部と、前記目標地点との相対的な位置関係を認識可能な目標地点認識部と、前記目標地点の位置情報を記憶した記憶部と、回転翼を駆動制御する制御部とを備え、
前記制御部が、前記目標地点認識部により認識される目標地点に向けて前記回転翼装置が近づくように前記回転翼を駆動制御する、吊り作業支援システム。
【請求項２】
前記目標地点にある端末装置を更に含み、該端末装置が前記回転翼装置の前記目標地点認識部に該端末装置の存在を認識させるよう構成されている、請求項１に記載の吊り作業支援システム。
【請求項３】
前記回転翼装置の回転翼の回転動作が停止している非作動時においてその水平姿勢を維持するためのバランサーを備えている、請求項１又は２に記載の吊り作業支援システム。