(57)【要約】  本発明は、比較的軽量で、空中に留まっている飛行本体から荷物を降下させられる飛行装置を提供することを課題とする。本発明の一態様に係る無人飛行装置１は、無人で飛行可能な飛行本体１０と、前記飛行本体１０に取り付けられ、前記飛行本体１０から荷物Ｔを降下させる荷物降下装置２０と、を備え、前記荷物降下装置２０は、前記荷物Ｔに一端が接続される線状部材Ｓの少なくとも他端側を保持する線状部材保持部２１と、前記荷物Ｔの重量による前記線状部材Ｓの前記線状部材保持部２１からの引出速度を抑制する速度抑制機構２２と、を有する。
2021044528.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無人で飛行可能な飛行本体と、
前記飛行本体に取り付けられ、前記飛行本体から荷物を降下させる荷物降下装置と、
を備え、
前記荷物降下装置は、
前記荷物に一端が接続される線状部材の少なくとも他端側を保持する線状部材保持部と、
前記荷物の重量による前記線状部材の前記線状部材保持部からの引出速度を抑制する速度抑制機構と、
を有する、無人飛行装置。
【請求項２】
前記線状部材保持部は、前記線状部材が巻き付けられるリールが取り付けられる回転軸を有し、
前記速度抑制機構は、前記回転軸又は前記リールに回転抵抗を付与する、請求項１に記載の無人飛行装置。
【請求項３】
前記速度抑制機構は、前記回転軸と共に回転するロータと、回転不能に設けられるステータと、前記ロータと前記ステータとを圧接することにより摩擦力を生じさせるばねと、を有する、請求項２に記載の無人飛行装置。
【請求項４】
前記速度抑制機構は、電磁ブレーキを有する、請求項２に記載の無人飛行装置。
【請求項５】
前記飛行本体の高度、前記回転軸の回転数、前記荷物の降下速度、及び前記荷物の位置の少なくとも何れかに応じて前記電磁ブレーキの制動力を制御するブレーキ制御部を有する、請求項４に記載の無人飛行装置。
【請求項６】
前記リールは、前記回転軸に着脱可能であり、
前記線状部材保持部は、径が異なる複数の前記リールの中の任意の１つを装着可能である、請求項２から５のいずれかに記載の無人飛行装置。
【請求項７】
前記リールは、前記線状部材が巻き付けられている状態で前記線状部材の他端を係止し、前記線状部材が巻き付けられていない状態で前記線状部材の他端を解放する、請求項２から６のいずれかに記載の無人飛行装置。
【請求項８】
前記線状部材を切断する切断機構をさらに備える、請求項２から６のいずれかに記載の無人飛行装置。
【請求項９】
前記荷物の降下を防止する降下防止機構をさらに備える、請求項１から８のいずれかに記載の無人飛行装置。
【請求項１０】
前記飛行本体の高度に基づいて前記降下防止機構を制御する降下防止制御部を有する、請求項９に記載の無人飛行装置。
【請求項１１】
前記荷物の着地を検出する着地検知部と、前記着地検知部が前記荷物の着地を検出した後に前記飛行本体を上昇させる飛行制御部を有する、請求項１から１０のいずれかに記載の無人飛行装置。
【請求項１２】
無人で飛行可能な飛行本体に取り付けられ、空中に留まっている前記飛行本体から荷物を降下させる荷物降下装置であって、
前記荷物に一端が接続される線状部材の少なくとも他端側を保持する線状部材保持部と、
前記荷物の重量による前記線状部材の前記線状部材保持部からの引出速度を抑制する速度抑制機構と、
を有する、荷物降下装置。
【請求項１３】
無人で飛行可能な飛行本体を備える無人飛行装置により荷物を搬送する方法であって、
空中に留まっている前記飛行本体から前記荷物を降下させる工程を備え、
前記飛行本体に設けられる線状部材保持部に、前記荷物に一端が接続される線状部材の少なくとも他端側を保持させ、
前記荷物を降下させる工程で、前記荷物の重量による前記線状部材の前記線状部材保持部からの引出速度を抑制する、荷物搬送方法。
【請求項１４】
前記線状部材保持部は、前記線状部材が巻き付けられるリールが取り付けられる回転軸を有し、
前記引出速度の抑制は、前記回転軸又は前記リールに回転抵抗を付与することによって行い、
前記荷物の重量に応じて前記リールの径を選択する請求項１３に記載の荷物搬送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無人飛行装置、荷物降下装置及び荷物搬送方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
所謂ドローン等の無人で飛行可能な飛行装置を利用して荷物を搬送することが検討されている。具体的には、飛行装置の飛行本体に荷物を収容するボックス等を付設し、飛行装置が着地した状態でボックスを開放して荷物を引き渡すことが行われている。この場合、荷物の受け渡し場所として、飛行装置が着地可能な一定以上の面積を有する平坦な場所が必用となる。また、飛行装置は着陸時には安定性が低下しやすく、第三者の干渉も受け易くなる。【０００３】
そこで、例えば下記特許文献１及び２に記載されるように、飛行装置にワイヤや紐等の線状部材の繰り出し及び巻き取りが可能な巻揚機（ウインチ）を取り付け、線状部材の先端に荷物を保持させ、飛行装置が着地することなく、空中に留まったまま荷物を引き渡す配送方法が検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−８８６７５号公報
【特許文献２】国際公開第２０１７／７８１１８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、巻揚機は機構が複雑で重量も大きくなるため、飛行装置の荷物の最大積載量が小さくなる。このため、本発明は、比較的軽量で、空中に留まっている飛行本体から荷物を降下させられる飛行装置、荷物降下装置及び荷物搬送方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る無人飛行装置は、無人で飛行可能な飛行本体と、前記飛行本体に取り付けられ、前記飛行本体から荷物を降下させる荷物降下装置と、を備え、前記荷物降下装置は、前記荷物に一端が接続される線状部材の少なくとも他端側を保持する線状部材保持部と、前記荷物の重量による前記線状部材の前記線状部材保持部からの引出速度を抑制する速度抑制機構と、を有する。【０００７】
本発明の別の態様に係る荷物降下装置は、無人で飛行可能な飛行本体に取り付けられ、空中に留まっている前記飛行本体から荷物を降下させる荷物降下装置であって、前記荷物に一端が接続される線状部材の少なくとも他端側を保持する線状部材保持部と、前記荷物の重量による前記線状部材の前記線状部材保持部からの引出速度を抑制する速度抑制機構と、を有する。【０００８】
本発明のまた別の態様に係る荷物搬送方法は、無人で飛行可能な飛行本体を備える無人飛行装置により荷物を搬送する方法であって、空中に留まっている前記飛行本体から前記荷物を降下させる工程を備え、前記無人飛行本体に設けられる線状部材保持部に、前記荷物に一端が接続される線状部材の少なくとも他端側を保持させ、前記荷物を降下させる工程で、前記荷物の重量による前記線状部材の前記線状部材保持部からの引出速度を抑制する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、飛比較的軽量で、空中に留まっている飛行本体から荷物を降下させられる飛行装置、荷物降下装置及び荷物搬送方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る無人飛行装置の構成を示す模式図である。
【図２】図１の無人飛行装置の荷物降下装置の構成を示す模式的断面図である。
【図３】図１の無人飛行装置の荷物降下装置及び降下防止機構の模式的平面図である。
【図４】図２の線状部材保持部のリールによる線状部材の端部の保持構造を示す模式図である。
【図５】図１の無人飛行装置の制御の手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第２実施形態に係る無人飛行装置の構成を示す模式図である。
【図７】図５の無人飛行装置の荷物降下装置の構成を示す模式的断面図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る無人飛行装置の構成を示す模式図である。
【図９】図７の無人飛行装置の荷物降下装置の構成を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の限定的ではない例示的な実施形態について、図面を参照しながら説明をする。図１は、本発明の第１実施形態に係る無人飛行装置１の構成を示す模式図である。
【００１２】
無人飛行装置１は、荷物Ｔを保持した状態で飛行することにより、無人で荷物Ｔを搬送する。荷物Ｔは、貨物又は貨物を収容する箱体を含む。
【００１３】
無人飛行装置１は、無人で飛行可能な飛行本体１０と、飛行本体１０に取り付けられ、飛行本体から荷物Ｔを降下させる荷物降下装置２０と、荷物Ｔの降下を防止する降下防止機構３０と、を備える。無人飛行装置１における荷物降下装置２０は、それ自体が本発明に係る荷物降下装置の一実施形態である。
【００１４】
飛行本体１０は、無人で飛行可能なものであれば特に限定されないが、図示する本実施形態における飛行本体１０は、複数の回転翼１１を有する無人回転翼機である。また、飛行本体１０は、回転翼１１及び降下防止機構３０を制御する制御装置１２を有する。さらに、飛行本体１０は、図示しないが、自身の位置、高度、姿勢等を検出する各種センサ、各構成要素に電力を供給するバッテリ、無人飛行装置１による荷物Ｔの搬送を管理する基地等と通信するための通信装置等を有してもよい。
【００１５】
制御装置１２は、回転翼１１の回転速度を調整することにより飛行本体１０の位置、姿勢、移動速度等を制御する飛行制御部１２１と、降下防止機構３０を荷物Ｔを保持して降下を防止する状態と、荷物Ｔを解放して重量（重力）による降下を可能にする状態との間で遷移させる降下防止制御部１２２と、を有する。
【００１６】
荷物降下装置２０は、荷物Ｔに一端が接続される線状部材Ｓを用いて、空中に留まっている飛行本体１０から荷物Ｔを例えば地面、屋上等の荷物引渡場所に降下させる。荷物降下装置２０は、線状部材Ｓの少なくとも他端側を保持する線状部材保持部２１と、荷物Ｔの重量による線状部材Ｓの線状部材保持部２１からの引出速度を抑制する速度抑制機構２２と、を有する。また、荷物降下装置２０は、図２及び図３に示すように、飛行本体１０に降下防止機構３０の上面に固定される支持部材２３によって支持される構成とすることができる。これによって、荷物降下装置２０と降下防止機構３０とを一体化したユニットを既存の飛行本体１０に装着し、制御装置１２の制御プログラムを書き換えて降下防止制御部１２２を付加することで実現することにより、無人飛行装置１を実現することができる。
【００１７】
線状部材Ｓとしては、例えばロープ、ワイヤ等の可撓性を有する部材が用いられる。線状部材Ｓは、先端部を荷物Ｔに結びつけてもよく、先端に荷物Ｔを接続するための接続部材を有してもよい。線状部材Ｓの先端に設けられる接続部材は、例えばフック、シャックル等であってもよい。接続部材は、貨物又は箱体を結束する直接結束バンドや荷造紐等により取り付けられてもよい。また、貨物を箱体に収容せずに直接結束バンド等により結束して、線状部材Ｓを接続可能としてもよい。
【００１８】
線状部材Ｓの長さは、荷物Ｔを降下させる際の飛行本体１０と予定される高度（地面との距離）よりも大きく設定される。これにより、荷物降下装置２０は、荷物Ｔが地面に到達するまで、荷物Ｔの重力による加速を抑制し続けることができる。
【００１９】
線状部材保持部２１は、降下防止機構３０が荷物Ｔを保持する状態で、荷物Ｔとの間で大きく弛まない程度に線状部材Ｓの一端側を露出させ、それ以外の線状部材Ｓの他端側、つまり線状部材Ｓの大半を保持する。本実施形態における線状部材保持部２１は、線状部材Ｓが巻き付けられるリール２１１が相対回転不能且つ着脱可能に取り付けられる回転軸２１２を有する。回転軸２１２は、支持部材２３に取り付けられる軸受２１３によって回転可能に支持されている。線状部材保持部２１は、図３に示すように、リール２１１から垂下される線状部材Ｓができるだけ無人飛行装置１の重心の真下に位置するよう偏心して配置されることが好ましい。
【００２０】
リール２１１は、図示するように、回転軸２１２に径方向に突出するよう設けられた係合ピン２１４によって回転軸２１２との相対回転が防止されてもよく、例えばキー、スプライン等の構造によって回転軸２１２との相対回転が防止されてもよい。また、リール２１１は、固定ナット２１５等によって回転軸２１２からの意図しない脱離を防止できるよう構成される。
【００２１】
リール２１１は、二点鎖線で例示するように、径が異なるものと交換可能に構成することができる。つまり、線状部材保持部２１は、径が異なる複数のリール２１１の中の任意の１つを装着可能に構成されてもよい。リール２１１の径が大きいほど、荷物Ｔに作用する重力が線状部材Ｓを介してリール２１１ひいては回転軸２１２を回転させようとするトルクが大きくなる。このため、荷物Ｔの重量に応じてリール２１１の径を選択、具体的には荷物Ｔの重量が大きいほど径の小さいリール２１１を使用することによって、荷物の重量により回転軸２１２に作用するトルクの大きさを一定の範囲内に維持して、荷物Ｔの加速度の差を低減することができる。
【００２２】
リール２１１は、線状部材Ｓが巻き付けられている状態で線状部材Ｓの他端を係止し、線状部材Ｓが巻き付けられていない状態で線状部材Ｓの他端を解放することが好ましい。このため、リール２１１は、線状部材Ｓの他端における張力がリール２１１の周方向に作用する場合は線状部材Ｓの脱離を許さず、線状部材Ｓの張力が径方向に作用する場合には線状部材Ｓの脱離を許すような係合構造を有してもよい。具体的には、図４に示すように、リール２１１は、線状部材Ｓが巻き付けられる面に保持ピン２１６が突設され、線状部材Ｓの荷物Ｔと反対側の端部を環状に形成し、この環状部に保持ピン２１６に挿通するよう構成することができる。この構成によれば、線状部材Ｓがリール２１１に巻き付けられている状態では、リール２１１が線状部材Ｓを保持ピン２１６によって保持する。また、線状部材Ｓが端部を残して線状部材保持部２１から引き出された状態では、線状部材Ｓの端部の張力がリール２１１の径方向に作用し、線状部材Ｓが保持ピン２１６から脱離するので、線状部材Ｓ全体を線状部材保持部２１から引き出すことが可能になる。
【００２３】
速度抑制機構２２は、回転軸２１２に回転抵抗を付与する構成とすることができる。本実施形態における速度抑制機構２２は、図２に示すように、回転軸２１２と共に回転するロータ２２１と、回転不能に設けられるステータ２２２と、ロータ２２１とステータ２２２とを圧接（本実施形態ではロータ２２１をステータ２２２に押圧）することにより摩擦力を生じさせるばね２２３と、を有する。本実施形態における速度抑制機構２２は、ばね２２３の弾性力を調節する調節部材２２４をさらに有する。また、ロータ２２１は、リール２１１と一体とされてもよい。この場合、速度抑制機構２２は、リール２１１に回転抵抗を付与する構成となる。
【００２４】
速度抑制機構２２は、回転軸２１２が回転していないときにロータ２２１とステータ２２２との間に作用する最大静止摩擦力による回転軸２１２の静止トルクが、荷物Ｔの重量によりリール２１１を回転させようとするトルクよりも小さくなるよう設定される。速度抑制機構２２は、降下防止機構３０が荷物Ｔの降下を可能としたときに、回転軸２１２の加速度を低減する。つまり、速度抑制機構２２は、荷物Ｔの加速度を、ロータ２２１とステータ２２２との間に作用する動摩擦力に相当する一定の加速度分だけ低減する。
【００２５】
速度抑制機構２２は、摩擦力により受動的に荷物Ｔを降下速度の上昇を抑制するよう構成されるため、線状部材Ｓを巻き取り可能な巻き取り機のようにモータや線状部材の絡み合いを防止する機構が不要である。このため、荷物降下装置２０の重量を小さくすることができるので、無人飛行装置１が搬送可能な荷物Ｔの重量を大きくすることができる。また、速度抑制機構２２は制御が不要であるため、無人飛行装置１の装置構成を簡素化することができる。
【００２６】
通常、荷物Ｔの地面到達時の速度を１ｍ／ｓｅｃ程度に抑制できれば、荷物Ｔにダメージを与えることなく地面に載置することができると考えられる。荷物Ｔを降下させる際の飛行本体１０の高度は一定の高さに設定され、具体的には人が触ることできない高さ、例えば３ｍ以上５ｍ以下に設定されることが好ましい。このため、荷物Ｔを降下させる際の飛行本体１０の高度を考慮して、荷物Ｔの重量に応じて、上述のリール２１１の選択と、ばね２２３の弾性力の設定との少なくとも何れかを行うことで、荷物Ｔの降下速度を略一定にすることができる。
【００２７】
降下防止機構３０は、荷物Ｔを直接保持することにより荷物Ｔの降下を防止する。本実施形態における降下防止機構３０は、荷物Ｔの降下を防止する状態と、荷物Ｔの降下を可能にする状態との間で遷移する可動支持体３１を有する構成とすることができる。また、降下防止機構３０は、荷物Ｔが受ける風力を軽減する風よけとなる周壁やカバーを有してもよく、底面が開放可能な可動支持体３１とされた箱状に形成されてもよい。この場合、荷物降下装置２０から延びる線状部材Ｓは、降下防止機構３０の天面に形成された開口３２（図１及び図３を参照）を貫通する。
【００２８】
可動支持体３１は、荷物Ｔの底部を支持するよう構成される。また、可動支持体３１は、荷物Ｔの側面に当接して荷物Ｔの側方への移動を制限するよう構成されてもよく、飛行中に荷物Ｔを不動に把持する部材を兼ねてもよい。
【００２９】
また、降下防止機構３０は、大きさが異なるものが複数用意され、荷物Ｔの大きさに合わせて選択されたものが飛行本体１０に取り付けられてもよい。また、降下防止機構３０は、荷物Ｔの大きさに合わせて可動支持体３１が付け替えられるよう構成されてもよい。これにより、無人飛行装置１の飛行中の荷物Ｔの飛行本体１０に対する位置ずれを抑制して無人飛行装置１の飛行を安定させることができる。
【００３０】
降下防止機構３０は、降下防止制御部１２２によって、飛行本体１０の高度に基づいて制御される。具体的には、降下防止制御部１２２は、飛行本体１０が荷物Ｔの引き渡し場所において所定の高度まで降下したときに、降下防止機構３０に可動支持体３１を開いて荷物Ｔを降下可能な状態とさせる。
【００３１】
図５に、本発明にかかる搬送方法の一実施形態であって、無人飛行装置１により荷物Ｔを搬送する方法の手順を示す。本実施形態の搬送方法は、線状部材Ｓの一端に荷物Ｔを接続する工程（ステップＳ１：荷物接続工程）と、線状部材Ｓを線状部材保持部２１に保持させる工程（ステップＳ２：リール取り付け工程）と、降下防止機構３０により荷物Ｔの降下を防止する工程と（ステップＳ３：降下防止工程）と、荷物Ｔを保持する無人飛行装置１を荷物Ｔの引き渡し場所の上空まで飛行させる工程（ステップＳ４：飛行工程）と、降下防止機構３０に荷物Ｔの降下可能にさせることで、荷物降下装置２０により速度を制限しながら荷物を降下させる工程と（ステップＳ５：荷物降下工程）と、線状部材保持部２１内に残る線状部材Ｓをすべて引き出すために飛行本体１０を上昇させる工程（ステップＳ６：上昇工程）と、を備える。
【００３２】
ステップＳ１の荷物接続工程では、搬送する荷物Ｔの重量に応じてリール２１１の径を選択し、選択した径を有するリール２１１に巻き付けた線状部材Ｓの自由端に荷物Ｔを接続する。荷物Ｔの重量に応じてリール２１１の径を選択することにより、速度抑制機構２２による線状部材Ｓの引出速度の抑制の程度を調節することができる。荷物接続工程の作業性を向上するために、径が異なる複数のリール２１１を予めそれぞれに線状部材Ｓを巻き付けた状態で用意しておいてもよい。
【００３３】
ステップＳ２のリール取り付け工程では、線状部材Ｓの荷物Ｔ側の端部を除く領域を線状部材保持部２１に保持させる。具体的には、線状部材Ｓが巻き付けられたリール２１１を回転軸２１２に取り付ける。
【００３４】
ステップＳ３の降下防止工程では、降下防止機構３０が可動支持体３１を閉じて荷物Ｔを支持することにより、荷物Ｔが降下することを防止する。
【００３５】
ステップＳ４の飛行工程では、飛行制御部１２１によって回転翼１１を制御し、無人飛行装置１を飛行させて、荷物Ｔの引き渡し場所の上空の所定高度に飛行本体１０を配置する。
【００３６】
ステップＳ５の荷物降下工程では、降下防止機構３０が可動支持体３１を開いて荷物Ｔの重力による降下を可能とし、荷物降下装置２０が降下速度を抑制しながら荷物Ｔを降下させる。
【００３７】
ステップＳ６の上昇工程では、降下防止機構３０が可動支持体３１を開いてから荷物Ｔが地面に到達するために十分な所定時間が経過した後、飛行制御部１２１によって飛行本体１０を略鉛直に上昇させることによって、線状部材保持部２１に残る線状部材Ｓをすべて引き出させる。これにより、無人飛行装置１は、荷物Ｔを完全に分離して移動することができる。
【００３８】
以上のように、無人飛行装置１は、モータを用いず荷物Ｔの降下速度を抑制する荷物降下装置２０を備える。このため、無人飛行装置１は、空中に留まっている飛行本体１０から荷物Ｔを荷物引渡場所降下させられるにも関わらず、比較的軽量であるため比較的重い荷物Ｔを搬送することができる。
【００３９】
続いて、図６に、本発明の第２実施形態に係る無人飛行装置１Ａを示す。図６の無人飛行装置１Ａについて、図１の無人飛行装置１と同様の構成要素には同じ符号を付して重複する説明を省略する。
【００４０】
無人飛行装置１Ａは、無人で飛行可能な飛行本体１０Ａと、飛行本体１０Ａに取り付けられ、飛行本体から荷物Ｔを降下させられる荷物降下装置２０Ａと、を備える。無人飛行装置１Ａにおける荷物降下装置２０Ａは、それ自体が本発明に係る荷物降下装置の一実施形態である。
【００４１】
本実施形態における飛行本体１０Ａは、複数の回転翼１１と、回転翼１１及び荷物降下装置２０Ａを制御する制御装置１２Ａを有する。
【００４２】
制御装置１２Ａは、回転翼１１の回転速度を調整することにより飛行本体１０Ａの位置、姿勢、移動速度等を制御する飛行制御部１２１と、荷物降下装置２０Ａを制御するブレーキ制御部１２３と、荷物Ｔの着地を検知する着地検知部１２４と、を有する。
【００４３】
荷物降下装置２０Ａは、線状部材Ｓの少なくとも他端側を保持する線状部材保持部２１と、荷物Ｔの重量による線状部材Ｓの線状部材保持部２１からの引出速度を抑制する速度抑制機構２２Ａと、を有する。また、荷物降下装置２０Ａは、図７に示すように、飛行本体１０Ａに固定される支持部材２３Ａによって支持される構成とすることができる。
【００４４】
速度抑制機構２２Ａは、荷物Ｔの重量による回転トルクに抗して回転軸２１２の回転を制止し得る電磁ブレーキ２２５と、回転軸２１２の回転量を検出するエンコーダ２２６とを有する。電磁ブレーキ２２５は、飛行本体１０Ａの飛行時には荷物Ｔの降下を防止する制動力を発揮し、荷物Ｔを降下させるときにはブレーキ制御部１２３により制動力が制御される。したがって、本実施形態における電磁ブレーキ２２５は、荷物Ｔの降下を防止する降下防止機構を兼ねる。電磁ブレーキ２２５は、電力消費を抑制できることから、停電時にばね力により制動トルクを発現し、電磁ブレーキ２２５、通電時に制動力を解除するよう構成されることが好ましい。なお、電磁ブレーキ２２５は、図示するように回転軸２１２に回転抵抗を付与するよう配設される他、リール２１１に回転抵抗を付与するよう配設されてもよい。
【００４５】
ブレーキ制御部１２３は、飛行本体１０Ａの高度、回転軸２１２の回転数、荷物Ｔの降下速度、及び荷物Ｔの位置（高度）の少なくとも何れかに応じて電磁ブレーキ２２５の制動力を制御することが好ましい。回転軸２１２の回転数、荷物Ｔの降下速度は、エンコーダ２２６の検出値に基づいて、荷物Ｔの位置は、飛行本体１０Ａの高度とエンコーダ２２６の検出値とに基づいて算出することができる。いずれの制御においても、少なくとも荷物Ｔが着地する瞬間の降下速度を一定の値以下に抑制することができるため、荷物Ｔが損傷することを防止できる。
【００４６】
エンコーダ２２６は、着地検知部１２４による荷物Ｔの着地の検出にも用いることができる。具体的には、着地検知部１２４は、ブレーキ制御部１２３が荷物Ｔの降下の制御を開始した後に回転軸２１２が回転しなくなった場合に荷物Ｔが着地したと判定する。
【００４７】
本実施形態における荷物降下装置２０Ａも、空中に留まっている飛行本体１０Ａから荷物Ｔを地上に安全に降下させることができ、かつ荷物Ｔを巻き上げる巻き揚げ機と比べて重量が小さい。このため、無人飛行装置１Ａは、比較的重い荷物Ｔを搬送することができる。
【００４８】
続いて、図８に、本発明の第３実施形態に係る無人飛行装置１Ｂを示す。図８の無人飛行装置１Ｂについて、図１の無人飛行装置１と同様の構成要素には同じ符号を付して重複する説明を省略する。
【００４９】
無人飛行装置１Ｂは、無人で飛行可能な飛行本体１０Ｂと、飛行本体１０Ｂに取り付けられ、飛行本体から荷物Ｔを降下させられる荷物降下装置２０Ｂと、荷物Ｔの降下を防止する降下防止機構３０と、線状部材Ｓを切断する切断機構４０を備える。無人飛行装置１Ｂにおける荷物降下装置２０Ｂは、それ自体が本発明に係る荷物降下装置の一実施形態である。
【００５０】
本実施形態における飛行本体１０Ｂは、複数の回転翼１１と、回転翼１１及び荷物降下装置２０Ｂを制御する制御装置１２Ｂを有する。
【００５１】
制御装置１２Ｂは、回転翼１１の回転速度を調整することにより飛行本体１０Ｂの位置、姿勢、移動速度等を制御する飛行制御部１２１と、降下防止機構３０を制御する降下防止制御部１２２と、切断機構４０を制御する切断制御部１２５と、を有する。
【００５２】
荷物降下装置２０Ｂは、線状部材Ｓの少なくとも他端側を保持する線状部材保持部２１Ｂと、荷物Ｔの重量による線状部材Ｓの線状部材保持部２１Ｂからの引出速度を抑制する速度抑制機構２２Ｂと、を有する。
【００５３】
線状部材保持部２１Ｂは、図９に示すように、線状部材Ｓを収容する収容部２１７と、収容部２１７から延出する線状部材Ｓが巻き付けられてから下方に延びるガイドローラ２１８と、ガイドローラ２１８に線状部材Ｓを押圧する加圧ローラ２１９と、を有する。速度抑制機構２２Ｂは、ガイドローラ２１８又はガイドローラ２１８に摩擦力を付与するよう配設される。
【００５４】
本実施形態における荷物降下装置２０Ｂも、空中に留まっている飛行本体１０Ｂから荷物Ｔを地上に安全に降下させることができ、かつ荷物Ｔを巻き上げる巻き揚げ機と比べて重量が小さい。このため、無人飛行装置１Ｂは、比較的重い荷物Ｔを搬送することができる。
【００５５】
切断機構４０は、切断制御部１２５によって制御され、荷物Ｔが着地した後、飛行本体が上昇する前に線状部材Ｓを切断する。これにより、荷物Ｔを搬送するたびに新たな線状部材Ｓを線状部材保持部２１Ｂ内に配置する必要がない。なお、線状部材Ｓを切断するタイミングは上記の例に限定されるものではない。例えば、線状部材Ｓは、荷物Ｔが降下している途中（荷物Ｔが着地する前）に切断されてもよい。
【００５６】
以上の説明から明らかなように、本発明の各実施形態は、以下の各構成により、それぞれ有利な効果を奏する。
【００５７】
本発明の実施形態にかかる無人飛行装置（１，１Ａ，１Ｂ）は、無人で飛行可能な飛行本体（１０，１０Ａ，１０Ｂ）と、飛行本体（１０，１０Ａ，１０Ｂ）に取り付けられ、飛行本体（１０，１０Ａ，１０Ｂ）から荷物（Ｔ）を降下させる荷物降下装置（２０）と、を備え、荷物降下装置（２０）は、荷物（Ｔ）に一端が接続される線状部材（Ｓ）の少なくとも他端側を保持する線状部材保持部（２１）と、荷物（Ｔ）の重量による線状部材（Ｓ）の線状部材保持部（２１）からの引出速度を抑制する速度抑制機構（２２）と、を有する。この構成によれば、荷物（Ｔ）を地上に安全な速度で降下させられる荷物降下装置（２０）を比較的軽量に構成することができるので、比較的重い荷物（Ｔ）を搬送することができる。
【００５８】
本発明の実施形態にかかる無人飛行装置（１，１Ａ）において、線状部材保持部（２１，２１Ｂ）は、線状部材（Ｓ）が巻き付けられるリール（２１１）が取り付けられる回転軸（２１２）を有し、速度抑制機構（３０，３０Ａ）は、回転軸（２１２）又はリール（２１１）に回転抵抗を付与する。これにより、線状部材保持部（２１，２１Ｂ）を比較的簡素で軽量に構成することができる。
【００５９】
本発明の実施形態にかかる無人飛行装置（１）において、速度抑制機構（２２）は、回転軸（２１２）と共に回転するロータ（２２１）と、回転不能に設けられるステータ（２２２）と、ロータ（２２１）とステータ（２２２）とを圧接することにより摩擦力を生じさせるばね（２２３）と、を有する。これにより、速度抑制機構（２２）の制御及び動力が不要となる。
【００６０】
本発明の実施形態にかかる無人飛行装置（１Ａ）において、速度抑制機構（３０Ａ）は、電磁ブレーキ（２２５）を有する。これにより、荷物（Ｔ）の降下速度の調節が容易となる。
【００６１】
本発明の実施形態にかかる無人飛行装置（１Ａ）において、飛行本体（１０Ａ）の高度、回転軸（２１２）の回転数、荷物（Ｔ）の降下速度、及び荷物（Ｔ）の位置の少なくとも何れかに応じて電磁ブレーキ（２２５）の制動力を制御するブレーキ制御部（１２３）を有する。これにより、荷物（Ｔ）の降下速度の調節が容易かつ正確となる。
【００６２】
本発明の実施形態にかかる無人飛行装置（１，１Ａ）において、リール（２１１）は、回転軸（２１２）に着脱可能であり、線状部材保持部（２１）は、径が異なる複数のリール（２１１）の中の任意の１つを装着可能である。これにより、荷物（Ｔ）の重量により回転軸（２１２）に作用するトルクの大きさを調整して荷物（Ｔ）の降下速度の調整を行うことができる。
【００６３】
本発明の実施形態にかかる無人飛行装置（１，１Ａ）において、リール（２１１）は、線状部材（Ｓ）が巻き付けられている状態で線状部材（Ｓ）の他端を係止し、線状部材（Ｓ）が巻き付けられていない状態で線状部材（Ｓ）の他端を解放する。これにより、飛行本体（１０）から容易に荷物（Ｔ）を分離することができる。
【００６４】
本発明の実施形態にかかる無人飛行装置（１Ｂ）は、線状部材（Ｓ）を切断する切断機構（４０）をさらに備える。これによっても、飛行本体（１０Ｂ）から容易に荷物（Ｔ）を分離することができる。
【００６５】
本発明の実施形態にかかる無人飛行装置（１，１Ｂ）は、荷物（Ｔ）の降下を防止する降下防止機構（３０）をさらに備える。これにより、無人飛行装置（１，１Ｂ）の飛行中に誤って荷物（Ｔ）が落下することを防止できる。
【００６６】
本発明の実施形態にかかる無人飛行装置（１，１Ｂ）は、飛行本体（１０，１０Ｂ）の高度に基づいて降下防止機構（３０）を制御する降下防止制御部（１２２）を有する。これにより、線状部材（Ｓ）によって適切に荷物（Ｔ）を降下させることができる。
【００６７】
本発明の実施形態にかかる無人飛行装置（１Ａ）は、荷物（Ｔ）の着地を検出する着地検知部（１２４）と、着地検知部（１２４）が荷物（Ｔ）の着地を検出した後に飛行本体（１０Ａ）を上昇させる飛行制御部（１２１）を有する。これにより、線状部材（Ｓ）を分離することができる。
【００６８】
本発明の実施形態にかかる荷物降下装置（２０）は、無人で飛行可能な飛行本体（１０，１０Ａ，１０Ｂ）に取り付けられ、空中に留まっている飛行本体（１０，１０Ａ，１０Ｂ）から荷物（Ｔ）を降下させる荷物降下装置（２０）であって、荷物（Ｔ）に一端が接続される線状部材（Ｓ）の少なくとも他端側を保持する線状部材保持部（２１）と、荷物（Ｔ）の重量による線状部材（Ｓ）の線状部材保持部（２１）からの引出速度を抑制する速度抑制機構（２２）と、を有する。これにより、比較的軽量で着陸せずに荷物（Ｔ）を降下させられる無人飛行装置（１，１Ａ，１Ｂ）を実現することができる。
【００６９】
本発明の実施形態にかかる荷物搬送方法は、無人で飛行可能な飛行本体（１０，１０Ａ，１０Ｂ）を備える無人飛行装置（１，１Ａ，１Ｂ）により荷物（Ｔ）を搬送する方法であって、空中に留まっている飛行本体（１０，１０Ａ，１０Ｂ）から荷物（Ｔ）を降下させる工程を備え、無人飛行本体（１０，１０Ａ，１０Ｂ）に設けられる線状部材保持部（２１）に、荷物（Ｔ）に一端が接続される線状部材（Ｓ）の少なくとも他端側を保持させ、荷物（Ｔ）を降下させる工程で、荷物（Ｔ）の重量による線状部材（Ｓ）の線状部材保持部（２１）引出速度を抑制する。この方法によれば、比較的軽量な無人飛行装置（１，１Ａ，１Ｂ）を利用することができる。
【００７０】
本発明の実施形態にかかる荷物搬送方法において、線状部材保持部（２１）は、線状部材（Ｓ）が巻き付けられるリール（２１１）が取り付けられる回転軸（２１２）を有し、引出速度の抑制は、回転軸（２１２）又はリール（２１１）に回転抵抗を付与することによって行い、荷物（Ｔ）の重量に応じてリール（２１１）の径を選択する。これにより、引出速度の抑制の程度を調節し、荷物（Ｔ）の重量によらず、荷物（Ｔ）の降下速度を適正化することができる。
【００７１】
以上、本発明の３つの実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【００７２】
本発明に係る荷物降下装置における速度抑制機構は、線状部材が巻き付けられるリールの回転軸に線状部材の引出を抑制するトルクを付与するモータを有してもよい。この場合、モータの最大トルクは荷物に作用する重力によるトルクよりも小さくてよいため、速度抑制機構のモータとしては、線状部材を巻き上げる巻き揚げ機と比べて比較的小型のものを用いることができる。
【００７３】
また、本発明に係る無人飛行装置における速度抑制機構は、回転軸の回転による遠心力によって軸方向の変位を生じさせ、この軸方向の変異により摩擦力を調整するガバナであってもよい。
【００７４】
本発明に係る荷物降下装置における降下防止機構は、線状部材保持部の回転軸の回転を係止するラッチ機構等であってもよい。
【００７５】
上述の第１実施形態及び第２実施形態の無人飛行装置における荷物降下装置は、リールの径にかかわらず線状部材が常に無人飛行装置の重心の直下に垂下されるよう線状部材を案内するガイド（例えばプーリやリング等）を設けてもよい。これにより、荷物降下装置の重心を平面視で無人飛行装置の中心に配置し、無人飛行装置のバランスを向上することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１，１Ａ，１Ｂ・・・無人飛行装置、１０，１０Ａ，１０Ｂ・・・飛行本体、１１・・・回転翼、１２，１２Ａ，１２Ｂ・・・制御装置、１２１・・・飛行制御部、１２２・・・降下防止制御部、１２３・・・ブレーキ制御部、１２４・・・着地検知部、・・・切断制御部１２５、・・・荷物降下装置２０，２０Ａ，２０Ｂ、・・・線状部材保持部２１，２１Ｂ、２１１・・・リール、２１２・・・回転軸、２１３・・・軸受、２１４・・・係合ピン、２１５・・・固定ナット、２１６・・・保持ピン、２１７・・・収容部、２１８・・・ガイドローラ、２１９・・・加圧ローラ、２２，２２Ａ，２２Ｂ・・・速度抑制機構、２２１・・・ロータ、２２２・・・ステータ、２２３・・・ばね、２２４・・・調節部材、２２５・・・電磁ブレーキ、２２６・・・エンコーダ、２３，２３Ａ・・・支持部材、３０・・・降下防止機構、３１・・・可動支持体、３２・・・開口、４０・・・切断機構、Ｓ・・・線状部材、Ｔ・・・荷物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年5月21日(2021.5.21)
【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】
無人で飛行可能な飛行本体と、
前記飛行本体に取り付けられ、前記飛行本体から荷物を降下させる荷物降下装置と、
を備え、
前記荷物降下装置は、
前記荷物に一端が接続される線状部材の少なくとも他端側を保持する線状部材保持部と、
前記荷物の重量による前記線状部材の前記線状部材保持部からの引出速度を抑制する速度抑制機構と、
を有する、無人飛行装置。
【請求項２】
前記速度抑制機構は、受動的に前記引出速度を抑制する、請求項１に記載の無人飛行装置。
【請求項３】
前記速度抑制機構は、摩擦力により前記引出速度を抑制する、請求項１又は２に記載の無人飛行装置。
【請求項４】
前記速度抑制機構は、モータを含まない、請求項１から３のいずれかに記載の無人飛行装置。
【請求項５】
前記速度抑制機構は、前記線状部材を巻き取る機構を含まない、請求項１から４のいずれかに記載の無人飛行装置。
【請求項６】
前記線状部材保持部は、前記線状部材が巻き付けられるリールが取り付けられる回転軸を有し、
前記速度抑制機構は、前記回転軸又は前記リールに回転抵抗を付与する、請求項１から５のいずれかに記載の無人飛行装置。
【請求項７】
前記速度抑制機構は、前記回転軸と共に回転するロータと、回転不能に設けられるステータと、前記ロータと前記ステータとを圧接することにより摩擦力を生じさせるばねと、を有する、請求項６に記載の無人飛行装置。
【請求項８】
前記速度抑制機構は、電磁ブレーキを有する、請求項６に記載の無人飛行装置。
【請求項９】
前記飛行本体の高度、前記回転軸の回転数、前記荷物の降下速度、及び前記荷物の位置の少なくとも何れかに応じて前記電磁ブレーキの制動力を制御するブレーキ制御部を有する、請求項８に記載の無人飛行装置。
【請求項１０】
前記リールは、前記回転軸に着脱可能であり、
前記線状部材保持部は、径が異なる複数の前記リールの中の任意の１つを装着可能である、請求項６から９のいずれかに記載の無人飛行装置。
【請求項１１】
前記リールは、前記線状部材が巻き付けられている状態で前記線状部材の他端を係止し、前記線状部材が巻き付けられていない状態で前記線状部材の他端を解放する、請求項６から１０のいずれかに記載の無人飛行装置。
【請求項１２】
前記線状部材を切断する切断機構をさらに備える、請求項６から１０のいずれかに記載の無人飛行装置。
【請求項１３】
前記切断機構を制御して、前記荷物が着地した後前記飛行本体が上昇する前に前記線状部材を切断させる切断制御部をさらに備える、請求項１２に記載の無人飛行装置。
【請求項１４】
前記荷物の降下を防止する降下防止機構をさらに備える、請求項１から１３のいずれかに記載の無人飛行装置。
【請求項１５】
前記飛行本体の高度に基づいて前記降下防止機構を制御する降下防止制御部を有する、請求項１４に記載の無人飛行装置。
【請求項１６】
前記荷物の着地を検出する着地検知部と、前記着地検知部が前記荷物の着地を検出した後に前記飛行本体を上昇させる飛行制御部を有する、請求項１から１５のいずれかに記載の無人飛行装置。
【請求項１７】
無人で飛行可能な飛行本体に取り付けられ、空中に留まっている前記飛行本体から荷物を降下させる荷物降下装置であって、
前記荷物に一端が接続される線状部材の少なくとも他端側を保持する線状部材保持部と、
前記荷物の重量による前記線状部材の前記線状部材保持部からの引出速度を抑制する速度抑制機構と、
を有する、荷物降下装置。
【請求項１８】
無人で飛行可能な飛行本体を備える無人飛行装置により荷物を搬送する方法であって、
空中に留まっている前記飛行本体から前記荷物を降下させる工程を備え、
前記飛行本体に設けられる線状部材保持部に、前記荷物に一端が接続される線状部材の少なくとも他端側を保持させ、
前記荷物を降下させる工程で、前記荷物の重量による前記線状部材の前記線状部材保持部からの引出速度を抑制する、荷物搬送方法。
【請求項１９】
前記線状部材保持部は、前記線状部材が巻き付けられるリールが取り付けられる回転軸を有し、
前記引出速度の抑制は、前記回転軸又は前記リールに回転抵抗を付与することによって行い、
前記荷物の重量に応じて前記リールの径を選択する請求項１８に記載の荷物搬送方法。
【国際調査報告】
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