JP2017104365A - 有人ドローン - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は、ヘリコプター等が容易に近づけない、人の救出が困難な危険な場所に取り残された人を救助するためのドローンを提供することにある。
【解決手段】本発明は、上記課題を解決すべく、ドローン本体と、該ドローン本体に対して着脱自在に格納される人を収容する人収容部と、該人収容部に連結されたロープと、該ドローン本体に装着され該ロープを巻き上げることにより該人収容部をドローン本体に収容し、且つ該ロープを巻き下げることで該人収容部を該ドローン本体から離脱させることが可能なロープ巻取手段と、を少なくとも備える有人ドローンが提供される。
【選択図】図１

Description

本発明は、遠隔操作や、自動制御等によって飛行可能ないわゆるドローンによって人命を救助する有人ドローンに関する。

近年、遠隔操作により操作され、あるいは搭載された制御装置に記憶された位置に向けて自動制御により飛行する飛行体、いわゆるドローンが注目されている。該ドローンは、その構造上、操作が簡単で、安定した飛行を容易に達成できることから、火山の噴火口や動物の大群等を上空から撮影するなど、ヘリコプター等が立ち入れない危険な場所、環境を撮影する際に適したツールとしても注目されている。

さらに、該ドローンを利用して個別の配送先に荷物を配達するなど、その用途についても様々な検討がなされており、三次元的な移動が可能なドローンを活用し、監視対象を追跡しつつ監視する監視システムも提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。しかし、危険な場所に取り残された人々に対する救助に該ドローンを活用することについては、十分に検討がなされていない。

特開２０１５−２０７１４９号公報

本発明は、上記のような問題に鑑み、ヘリコプター等が容易に近づけない、人の救出が困難な危険な場所に取り残された人を救助するためのドローンを提供することにある。

上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、ドローン本体と、該ドローン本体に対して着脱自在に格納される人を収容する人収容部と、該人収容部に連結されたロープと、該ドローン本体に装着され該ロープを巻き上げることにより該人収容部をドローン本体に収容し、且つ該ロープを巻き下げることで該人収容部を該ドローン本体から離脱させることが可能なロープ巻取手段と、を少なくとも備える有人ドローンが提供される。

また、該ドローンは、該ドローン本体が空中浮揚しながら、ロープを巻下げて、該人収容部を下降させて人の乗り降りを許容し、人の乗り降りが終了した後、該ロープを巻き上げてドローン本体に該人収容部を合体させるように構成することが好ましい。

さらに、該人収容部は、緊急脱出機能を備えていることが好ましく、該緊急脱出機能は、ドローン本体からの離脱手段と、離脱した後に解放するパラシュートで構成されるようにすることが好ましい。

本発明によれば、ドローン本体と、該ドローン本体に対して着脱自在に格納される人を収容する人収容部と、該人収容部に連結されたロープと、該ドローン本体に装着され該ロープを巻き上げることにより該人収容部をドローン本体に収容し、且つ該ロープを巻き下げることで該人収容部を該ドローン本体から離脱させることが可能なロープ巻取手段と、を少なくとも備える有人ドローンが提供されることにより、危険な場所に取り残された人の救出、あるいは、ヘリコプターによる救出が困難な場所において人を救出することができる。

本発明に基づいて構成される有人ドローンの全体斜視図。 図１に示される有人ドローンに配設される人収容部の斜視図。 図１の有人ドローンから人収容部が降下された状態を示す図。 図１の有人ドローンに要救助者が乗り込み避難飛行をしている図。 人収容部がドローン本体から離脱した後、パラシュートにより降下している状態を示す図。 人収容部がドローン本体から上方に向けて離脱させられる状態を示す図。

以下、本発明に従って構成された有人ドローンの好適な実施形態について、添付図面を参照して説明する。

本発明によって構成される有人ドローン１は、図１に示すように、４つのメインローター２を外周に配設された円形状のドローン本体３と、該円形状のドローン本体３の内側に格納される人収容部４からなっている。

各メインローター２は、電動モータにより駆動されて回転することにより、垂直上方に向けた揚力が発生するように複数の羽２０から構成されており、隣り合うローターの揚力を発生させる羽部の回転が逆向きになるように設定されることにより、安定度が確保されるようになっている。該４つのメインローター２は、ドローン本体３に内蔵された演算処理装置（図示せず）によりその回転速度が個別に制御される構成となっており、各メインローター２の回転速度を制御することで、上昇、下降、左右前後進、空中浮揚（ホバリング）等が自在に行えるようになっている。

該演算処理装置には、ドローン本体３に内蔵された各種センサーからの検知信号が伝達されるように構成されており、各種センサーとしては、姿勢変化を検知するためのジャイロセンサー、移動方向及び移動加速度を検知するための加速度センサー、高度変化や、高度位置を計算するための気圧センサー、方位を検知するための磁気センサー、周囲の対象物からの距離を監視するための超音波センサー、衛星からの信号を検知して現在位置を特定するためのＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）等が搭載される。また、ドローン本体３の下面及び上面の複数個所には、外界を撮影するカメラが搭載され、遠隔操作により該ドローンが操作されるときに活用されると共に、自立した自動運転を行う際には、周囲の対象物を撮像することにより、周囲の物体の形状や色などを画像処理することにより位置情報等に活用することもできるようになっている。該有人ドローンの姿勢変化に応じて各メインローター２の回転速度が目標値になるよう制御されると共に、該各種センサーの検出値に応じて各メインローター２の回転速度が補正され、風等の外乱や、後述する救助者の内部における姿勢の変化に対応して飛行の安定性が確保されるようになっている。

また、ドローン本体３には、該メインローター２を駆動する電動モータに電力を供給するバッテリー（図示せず）が収納されており、重量バランスを考慮して４つに分割されて、該ドローン本体３の内部において周方向に均等に配置されている。また、該ドローン本体３の上面には、該人収容部４を下降、上昇させるための４つのロープ巻取手段５、いわゆるウインチ機構が配置されており、該演算処理装置からの指示信号に応じて該人収容部４の水平を確保しながら下降、上昇させることが可能になっている。また、図示は省略するが、該ドローン本体３の下面には、着陸時の衝撃を吸収するためのランディング手段が配設されている。

該人収容部４は、図２に示すように、基台部４０上にフロア部４１を介して閉空間が形成され、該基台部４０には、周方向に４箇所、ワイヤーロープ５１を着脱可能に固定可能な固定部４２が設けられている。フロア部４１上には、略円錐形状をなす人収容部カバー４３が配設され、該人収容部カバー４３には、救助者が該人収容部４の内部に出入り可能なハッチ４４と、内部から外部、及び外部から内部を視認可能な窓４５が配設されている。該人収容部４の上部には、パラシュート収容部４６が配置されており、外部操作、あるいは該人収容部４に備えられた内部スイッチにより展開されるようになっている。また、該人収容部カバー４３内部におけるフロア部４１上には、救助者が着座するシート４７、救助者がシート４７に着座した時に締めるためのシートベルト４８が備えられる。なお、人収容部カバー４３を透明なアクリル板で形成し四方を見渡せるようにしてもよい。
以下に、当該有人ドローンの作用についてさらに詳細に説明する。

先ず、救出困難な箇所に要救助者がいると判明した場合、その現場に向けて本実施形態の有人ドローン１を出動させる。原則として、該有人ドローン１の飛行は、ＧＰＳセンサーにより当該有人ドローン１の現在位置と、目標位置として設定された要救助者がいると推定される救助位置との位置関係を確認しながら、遠隔操作により操作されて該目標位置に向けて飛行するものであり、ドローン本体３に備えられたカメラでも周囲を確認しながら救助現場に向けて飛行する。

要救助者がいる現場付近に該有人ドローン１を接近させたら、カメラにより撮影される様子と、超音波センサー等により検出される要救助者がいる地点からの高度等を見ながら、人収容部４を降下させて接地させることが可能な位置まで該有人ドローン１を移動させる。そして、その位置で空中浮揚させながら、図３に示すように、ロープ巻取手段５を駆動して該人収容部４を降下させる。

該人収容部４を救助位置に降下させて接地させた後、要救助者は、人収容部４のハッチ４４を開放して、人収容部４の内部に乗り込むことができる。なお、この際、該有人ドローン１を遠隔地から操作している遠隔操作者は、人収容部４に適宜備えられる無線装置により当該要救助者と会話することが可能であり、適宜要救助者に対してハッチ４４の操作、人収容部４に乗り込んだ後の脱出方法等の指示を送ったり、救助者の状況を確認したりすることが可能になっている。

要救助者が人収容部４内に乗り込み、シート４７に着座し、シートベルト４８を締め、避難が完了したことを有人ドローン１の遠隔操作者が確認したら、図３に示している状態から、該ロープ巻取手段５を駆動してワイヤーロープ５１を巻き上げて図４に示しているように、人収容部４を空中浮揚中の有人ドローン１に合体させる。そして、人収容部４がドローン本体３に収容されたら、要救助者を乗せた該有人ドローン１を遠隔操作して付近の安全な場所まで飛行して着陸させることで危険な場所からの救助が完了する。なお、当該付近の安全な場所とは、該有人ドローンが出発した場所とは限らず、要救助者が救助された場所からできる限り近く、安全が確保される場所が選択される。

次に、本実施形態では、当該有人ドローン１が要救助者を収容して帰還する際に、姿勢制御が不安定になる、メインローター２を駆動する電動モータへ電力を供給する駆動バッテリーの残量が不足している、機械トラブル等、その後の飛行継続が困難であると判定されるトラブルに見舞われた場合、あるいは極めて近い将来のそのような状態になることが明らかであることが判定された場合に実行される緊急脱出機能を備えている。以下に、当該緊急脱出機能について説明する。なお、飛行継続が困難であるとの判定は、ドローン本体３に搭載された演算処理装置に接続されたジャイロセンサー、加速度センサー等により検出される飛行姿勢の安定度合いや、メインローター２を駆動する電動モータの状態（回転速度、温度等）、バッテリーの残量信号、各種装置の故障信号等から判断される。

該緊急脱出機能を備えた緊急脱出手段は、ドローン本体３から、人収容部４を離脱させる複数の離脱手段を備えており、該有人ドローン１が直面している状況に応じて、当該複数の離脱手段から選択されて実行される。

先ず、有人ドローン１の飛行を継続することが困難であると判断された場合で、飛行高度が十分高い位置にある場合は、有人ドローン１から人収容部４を切り離すべく、先ずロープ巻取手段５を駆動して、ドローン本体３からワイヤーロープ５１を巻下げて、人収容部４を降下させる。ドローン本体３から人収容部４が離れたところで（図３に示す状態）、ワイヤーロープ５１が固定されている４箇所の固定部４２からワイヤーロープ５１を同時に切り離し、ドローン本体３から人収容部４が完全に切り離される。なお、この際、該固定部４２からワイヤーロープ５１を切り離すのではなく、基台部４０から、４箇所の固定部４２を同時に離脱させることとしてもよい。これら一連の動作と連携させて、人収容部４の頂部に形成されたパラシュート収容部４６から圧縮ガス等を利用してパラシュートが上方に放出され、人収容部４がドローン本体３から切り離されると同時に速やかにパラシュートが開き、人収容部４の降下速度が低減され、着地時の衝撃を緩和するようになっている（図５を参照）。なお、上記した「飛行高度が十分高い位置にある場合」とは、パラシュートが開き、人収容部４が着地するときまでに降下速度を十分に減速させることができる高度をいう。

また、有人ドローン１の飛行を継続することが困難であると判断された場合で、飛行高度が十分高い位置にない場合、すなわち、上記したようなパラシュートを放出して人収容部４を切り離しても、高度が低いゆえに安全に着地させることが困難な状況であると判断された場合は、離脱手段として、有人ドローン１の飛行状態を維持すると共に、高度を下げた上で、ロープ巻取手段５を駆動して、ドローン本体３からワイヤーロープ５１を巻下げて、人収容部４を降下させ、そのまま着地させて、ワイヤーロープ５１が固定されている４箇所の固定部４２からワイヤーロープ５１を切り離して、ドローン本体３から人収容部４を切り離すようにする。この際、固定部４２からワイヤーロープ５１を切り離すのではなく、基台部４０から、４箇所の固定部４２を切り離すこととしてもよい。

さらに、有人ドローン１の飛行を継続することが困難であると判断された場合で、ロープ巻取手段５を作動させる電源系統のトラブルも含まれている場合、その位置の高度がパラシュートによる脱出ができる高度であれば、さらなる離脱手段として、図６に示すような該人収容部４を上方に離脱させる手段を備えることとしてもよい。

図６に示す離脱手段は、基台部４０をドローン本体３から降下させることが出来ない状態において、人収容部４を上方に離脱させる。より具体的には、該基台部４０と、人収容部４の下部を構成するフロア部４１との連結部を構成する４つの圧縮ガス容器４０１を作動させて、圧縮ガスを放出させることにより、基台部４０から、人収容部４を上方に放出する。当該圧縮ガス容器の作動は大きな電源を必要とせず、人収容部４に備えることが可能な小さな電源で作動が可能になっている。また、当該圧縮ガス容器４０１が作動させられるときは、パラシュート収容部４６からのパラシュートの放出が連動するように構成されており、ドローン本体３から人収容部４が上方へ離脱すると共に、パラシュート収容部４６から圧縮ガス等を利用してパラシュートが上方に放出され、速やかにパラシュートが開き、人収容部４の降下速度が低減され、着地時の衝撃を緩和するようになっている。

本実施形態における有人ドローン１では、メインローター２を４つ備えた例を提示したが、必ずしもこれに限定されない。例えばメインローターを６つ、８つ、あるいはそれ以上のローターを備えることも可能である。メインローターを６つ以上備えることで例えば、一つのメインローターが不調に陥っても、他のメインローターの作動を補正制御することにより、飛行をより安全に継続することが可能となる。

１：有人ドローン
２：メインローター
３：ドローン本体
４：人収容部
４０：基台部
４１：フロア部材
４２：固定部
４３：人収容部カバー
４４：ハッチ
４５：窓部
４６：パラシュート収容部
４７：シート
５：ロープ巻取手段
５１：ワイヤーロープ
Ｐ：パラシュート

Claims (4)

1. ドローン本体と、該ドローン本体に対して着脱自在に格納される人を収容する人収容部と、該人収容部に連結されたロープと、該ドローン本体に装着され該ロープを巻き上げることにより該人収容部をドローン本体に収容し、且つ該ロープを巻き下げることで該人収容部を該ドローン本体から離脱させることが可能なロープ巻取手段と、を少なくとも備える有人ドローン。
2. 該ドローン本体が空中浮揚しながら、ロープを巻下げて、該人収容部を下降させて人の乗り降りを許容し、人の乗り降りが終了した後、該ロープを巻き上げてドローン本体に該人収容部を合体させる、請求項１に記載の有人ドローン。
3. 該人収容部は、緊急脱出機能を備えている請求項１、又は２に記載の有人ドローン。
4. 該緊急脱出機能は、ドローン本体からの離脱手段と、離脱した後に解放するパラシュートで構成される請求項３に記載の有人ドローン。