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WO2021044528A1 - 無人飛行装置、荷物降下装置及び荷物搬送方法 - Google Patents

無人飛行装置、荷物降下装置及び荷物搬送方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2021044528A1
WO2021044528A1 PCT/JP2019/034651 JP2019034651W WO2021044528A1 WO 2021044528 A1 WO2021044528 A1 WO 2021044528A1 JP 2019034651 W JP2019034651 W JP 2019034651W WO 2021044528 A1 WO2021044528 A1 WO 2021044528A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
luggage
linear member
aerial vehicle
unmanned aerial
flight
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/034651
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
孝慈 井沼
顕一 李
三宅　信行
Original Assignee
楽天株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 楽天株式会社 filed Critical 楽天株式会社
Priority to US17/419,051 priority Critical patent/US11932393B2/en
Priority to EP19943866.4A priority patent/EP3889042B1/en
Priority to JP2021529043A priority patent/JP7003331B2/ja
Priority to PCT/JP2019/034651 priority patent/WO2021044528A1/ja
Priority to CN201980086970.9A priority patent/CN113226929B/zh
Publication of WO2021044528A1 publication Critical patent/WO2021044528A1/ja

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D1/00—Dropping, ejecting, releasing, or receiving articles, liquids, or the like, in flight
    • B64D1/22—Taking-up articles from earth's surface
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D1/00—Dropping, ejecting, releasing, or receiving articles, liquids, or the like, in flight
    • B64D1/02—Dropping, ejecting, or releasing articles
    • B64D1/08—Dropping, ejecting, or releasing articles the articles being load-carrying devices
    • B64D1/12—Releasing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U10/00—Type of UAV
    • B64U10/10—Rotorcrafts
    • B64U10/13—Flying platforms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
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    • B64U30/20—Rotors; Rotor supports
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66D—CAPSTANS; WINCHES; TACKLES, e.g. PULLEY BLOCKS; HOISTS
    • B66D1/00—Rope, cable, or chain winding mechanisms; Capstans
    • B66D1/28—Other constructional details
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    • B66D1/48—Control devices automatic
    • B66D1/52—Control devices automatic for varying rope or cable tension, e.g. when recovering craft from water
    • B66D1/525—Control devices automatic for varying rope or cable tension, e.g. when recovering craft from water electrical
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B64U2101/60—UAVs specially adapted for particular uses or applications for transporting passengers; for transporting goods other than weapons
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    • B64U2201/10—UAVs characterised by their flight controls autonomous, i.e. by navigating independently from ground or air stations, e.g. by using inertial navigation systems [INS]
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    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U50/00—Propulsion; Power supply
    • B64U50/10—Propulsion
    • B64U50/13—Propulsion using external fans or propellers

Definitions

  • the present invention relates to an unmanned aerial vehicle, a luggage lowering device, and a luggage transport method.
  • an unmanned flight device such as a so-called drone.
  • a box or the like for accommodating luggage is attached to the flight body of the flight device, and the box is opened and the luggage is delivered while the flight device has landed.
  • a flat place having a certain area or more on which the flight device can land is required as a place for delivering the luggage.
  • the flight device tends to be less stable at the time of landing, and is also susceptible to interference from a third party.
  • a hoist capable of unwinding and winding a linear member such as a wire or a string is attached to the flight device, and the tip of the linear member is attached.
  • a delivery method is being considered in which the baggage is held and the flight device is delivered while remaining in the air without landing.
  • the hoisting machine since the hoisting machine has a complicated mechanism and a large weight, the maximum load capacity of the luggage of the flight device becomes small. Therefore, it is an object of the present invention to provide a flight device, a baggage lowering device, and a baggage carrying method which are relatively lightweight and can drop a load from a flight body remaining in the air.
  • the unmanned flight device includes a flight body capable of flying unmanned, and a baggage lowering device attached to the flight body and lowering a load from the flight body.
  • a linear member holding portion that holds at least the other end side of the linear member to which one end is connected to the luggage, and a speed at which the linear member is pulled out from the linear member holding portion due to the weight of the luggage. It has a suppression mechanism.
  • the luggage lowering device is a luggage lowering device attached to a flight body capable of flying unmanned and lowering a load from the flight body remaining in the air, and one end is connected to the baggage. It has a linear member holding portion that holds at least the other end side of the linear member to be formed, and a speed suppressing mechanism that suppresses the withdrawal speed of the linear member from the linear member holding portion due to the weight of the load. ..
  • Another method of transporting luggage according to another aspect of the present invention is a method of transporting luggage by an unmanned aerial vehicle including a flight body capable of flying unmanned, and lowering the luggage from the flight body remaining in the air.
  • a step of holding at least the other end of the linear member to which one end is connected to the luggage is held by a linear member holding portion provided in the unmanned aerial vehicle main body, and the weight of the luggage is lowered in the step of lowering the luggage. Suppresses the pull-out speed of the linear member from the linear member holding portion.
  • a flight device a baggage drop device, and a baggage transport method that are relatively lightweight and can drop a load from a flight body that remains in the air.
  • FIG. 1 is a schematic view showing the configuration of the unmanned aerial vehicle 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • the unmanned aerial vehicle 1 transports the luggage T unmanned by flying while holding the luggage T.
  • the luggage T includes a cargo or a box for accommodating the cargo.
  • the unmanned flight device 1 includes a flight body 10 capable of flying unmanned, a luggage lowering device 20 attached to the flight body 10 for lowering the luggage T from the flight body, a descent prevention mechanism 30 for preventing the luggage T from lowering, and the like. To be equipped.
  • the luggage lowering device 20 in the unmanned aerial vehicle 1 is itself an embodiment of the luggage lowering device according to the present invention.
  • the flight body 10 is not particularly limited as long as it can fly unmanned, but the flight body 10 in the illustrated embodiment is an unmanned rotary wing aircraft having a plurality of rotary wings 11. Further, the flight body 10 has a control device 12 that controls a rotary wing 11 and a descent prevention mechanism 30. Further, although not shown, the flight body 10 includes various sensors that detect its own position, altitude, attitude, etc., a battery that supplies electric power to each component, a base that manages the transportation of the luggage T by the unmanned flight device 1, and the like. It may have a communication device or the like for communication.
  • the control device 12 prevents the descent by holding the luggage T by holding the flight control unit 121 that controls the position, attitude, moving speed, etc. of the flight body 10 by adjusting the rotation speed of the rotor 11 and the descent prevention mechanism 30. It has a descent prevention control unit 122 that makes a transition between a state in which the load T is released and a state in which the load T is released to enable descent by weight (gravity).
  • the luggage lowering device 20 uses a linear member S whose one end is connected to the luggage T to lower the luggage T from the flight body 10 remaining in the air to, for example, a luggage delivery place such as the ground or a rooftop.
  • the luggage lowering device 20 has a linear member holding portion 21 that holds at least the other end side of the linear member S, and a speed at which the linear member S is pulled out from the linear member holding portion 21 due to the weight of the luggage T. It has a suppression mechanism 22 and. Further, as shown in FIGS. 2 and 3, the luggage lowering device 20 can be configured to be supported by a support member 23 fixed to the upper surface of the lowering prevention mechanism 30 to the flight body 10.
  • the unmanned aerial vehicle 1 can be realized.
  • the linear member S a flexible member such as a rope or a wire is used.
  • the linear member S may have a tip end connected to the luggage T, or may have a connecting member at the tip for connecting the luggage T.
  • the connecting member provided at the tip of the linear member S may be, for example, a hook, a shackle, or the like.
  • the connecting member may be attached by a direct binding band, a packing string, or the like that binds the cargo or the box body. Further, the linear member S may be connected by directly binding the cargo with a binding band or the like without accommodating the cargo in the box body.
  • the length of the linear member S is set to be larger than the planned altitude (distance to the ground) of the flight body 10 when lowering the luggage T. As a result, the luggage lowering device 20 can continue to suppress the acceleration of the luggage T due to gravity until the luggage T reaches the ground.
  • the linear member holding portion 21 exposes one end side of the linear member S to the extent that it does not loosen significantly with the load T while the descent prevention mechanism 30 holds the load T, and the other linear member S Holds the other end side of the, that is, most of the linear member S.
  • the linear member holding portion 21 in the present embodiment has a rotating shaft 212 to which the reel 211 around which the linear member S is wound is attached so as to be relatively non-rotatable and detachable.
  • the rotary shaft 212 is rotatably supported by a bearing 213 attached to the support member 23.
  • the linear member holding portion 21 is preferably arranged eccentrically so that the linear member S hanging from the reel 211 is located as directly below the center of gravity of the unmanned aerial vehicle 1.
  • the reel 211 may be prevented from rotating relative to the rotating shaft 212 by an engaging pin 214 provided so as to project radially from the rotating shaft 212, and may be rotated by a structure such as a key or a spline. Relative rotation with the shaft 212 may be prevented. Further, the reel 211 is configured to prevent unintentional detachment from the rotating shaft 212 by a fixing nut 215 or the like.
  • the reel 211 can be configured to be replaceable with one having a different diameter, as illustrated by the alternate long and short dash line. That is, the linear member holding portion 21 may be configured so that any one of the plurality of reels 211 having different diameters can be mounted.
  • the larger the diameter of the reel 211 the larger the torque that the gravity acting on the load T tries to rotate the reel 211 and the rotation shaft 212 via the linear member S. Therefore, by selecting the diameter of the reel 211 according to the weight of the luggage T, specifically, by using the reel 211 having a smaller diameter as the weight of the luggage T increases, the torque acting on the rotating shaft 212 due to the weight of the luggage T.
  • the size of the luggage T can be maintained within a certain range to reduce the difference in acceleration of the luggage T.
  • the reel 211 can lock the other end of the linear member S while the linear member S is wound, and release the other end of the linear member S when the linear member S is not wound. preferable. Therefore, the reel 211 does not allow the linear member S to detach when the tension at the other end of the linear member S acts in the circumferential direction of the reel 211, and the tension of the linear member S acts in the radial direction. In some cases, it may have an engaging structure that allows the linear member S to be disengaged. Specifically, as shown in FIG. 4, in the reel 211, the holding pin 216 is projected from the surface on which the linear member S is wound, and the end portion of the linear member S opposite to the load T is formed in an annular shape.
  • the annular portion can be configured to be inserted through the holding pin 216. According to this configuration, when the linear member S is wound around the reel 211, the reel 211 holds the linear member S by the holding pin 216. Further, in a state where the linear member S is pulled out from the linear member holding portion 21 leaving the end portion, the tension at the end portion of the linear member S acts in the radial direction of the reel 211, and the linear member S holds the linear member S. Since it is detached from the pin 216, the entire linear member S can be pulled out from the linear member holding portion 21.
  • the speed suppression mechanism 22 can be configured to impart rotational resistance to the rotating shaft 212.
  • the speed suppressing mechanism 22 in the present embodiment press-contacts the rotor 221 that rotates together with the rotating shaft 212, the stator 222 that is provided so as not to rotate, and the rotor 221 and the stator 222 (in this embodiment, the rotor). It has a spring 223 that generates a frictional force by pressing 221 against the stator 222).
  • the speed suppressing mechanism 22 in the present embodiment further includes an adjusting member 224 that adjusts the elastic force of the spring 223.
  • the rotor 221 may be integrated with the reel 211. In this case, the speed suppressing mechanism 22 is configured to impart rotational resistance to the reel 211.
  • the static torque of the rotating shaft 212 due to the maximum static friction force acting between the rotor 221 and the stator 222 when the rotating shaft 212 is not rotating causes the reel 211 to rotate due to the weight of the load T. It is set to be smaller than the torque to be tried.
  • the speed suppression mechanism 22 reduces the acceleration of the rotating shaft 212 when the descent prevention mechanism 30 enables the load T to descend. That is, the speed suppressing mechanism 22 reduces the acceleration of the load T by a constant acceleration corresponding to the dynamic friction force acting between the rotor 221 and the stator 222.
  • the speed suppressing mechanism 22 is configured to passively suppress the increase in the descending speed of the load T by the frictional force, the motor and the linear member are entangled like a winder capable of winding the linear member S. There is no need for a mechanism to prevent this. Therefore, since the weight of the luggage lowering device 20 can be reduced, the weight of the luggage T that can be carried by the unmanned aerial vehicle 1 can be increased. Further, since the speed suppression mechanism 22 does not require control, the device configuration of the unmanned aerial vehicle 1 can be simplified.
  • the altitude of the flight body 10 when lowering the luggage T is set to a constant height, and specifically, it is preferably set to a height that cannot be touched by humans, for example, 3 m or more and 5 m or less. Therefore, in consideration of the altitude of the flight body 10 when lowering the luggage T, at least one of the above-mentioned selection of the reel 211 and the setting of the elastic force of the spring 223 is performed according to the weight of the luggage T. As a result, the descent speed of the luggage T can be made substantially constant.
  • the descent prevention mechanism 30 prevents the luggage T from descending by directly holding the luggage T.
  • the descent prevention mechanism 30 in the present embodiment can be configured to have a movable support 31 that transitions between a state in which the load T is prevented from descending and a state in which the load T is allowed to descend.
  • the descent prevention mechanism 30 may have a peripheral wall or a cover that serves as a windshield to reduce the wind force received by the luggage T, or may be formed in a box shape having a movable support 31 whose bottom surface can be opened. Good.
  • the linear member S extending from the luggage lowering device 20 penetrates the opening 32 (see FIGS. 1 and 3) formed on the top surface of the lowering prevention mechanism 30.
  • the movable support 31 is configured to support the bottom of the luggage T. Further, the movable support 31 may be configured to abut on the side surface of the luggage T to restrict the lateral movement of the luggage T, or may also serve as a member for immovably gripping the luggage T during flight. ..
  • a plurality of descent prevention mechanisms 30 having different sizes may be prepared, and those selected according to the size of the luggage T may be attached to the flight body 10. Further, the descent prevention mechanism 30 may be configured so that the movable support 31 can be replaced according to the size of the luggage T. As a result, it is possible to suppress the displacement of the luggage T during flight of the unmanned aerial vehicle 1 with respect to the flight body 10 and stabilize the flight of the unmanned aerial vehicle 1.
  • the descent prevention mechanism 30 is controlled by the descent prevention control unit 122 based on the altitude of the flight body 10. Specifically, when the flight body 10 descends to a predetermined altitude at the delivery location of the luggage T, the descent prevention control unit 122 opens the movable support 31 to the descent prevention mechanism 30 so that the luggage T can be lowered. To let.
  • FIG. 5 shows a procedure of a method of transporting a luggage T by an unmanned aerial vehicle 1, which is an embodiment of a transport method according to the present invention.
  • the transport method of the present embodiment includes a step of connecting the load T to one end of the linear member S (step S1: baggage connection step) and a step of holding the linear member S by the linear member holding portion 21 (step S2: The reel mounting process), the process of preventing the luggage T from descending by the descent prevention mechanism 30 (step S3: descent prevention process), and the unmanned flight device 1 holding the luggage T to fly to the sky above the delivery location of the luggage T.
  • step S4 flight process
  • step S5 luggage lowering step
  • step S6 ascending step
  • the diameter of the reel 211 is selected according to the weight of the luggage T to be transported, and the luggage T is connected to the free end of the linear member S wound around the reel 211 having the selected diameter.
  • the degree of suppression of the pull-out speed of the linear member S by the speed suppressing mechanism 22 can be adjusted.
  • a plurality of reels 211 having different diameters may be prepared in advance with the linear member S wound around them.
  • the linear member holding portion 21 holds the region of the linear member S excluding the end portion on the luggage T side. Specifically, the reel 211 around which the linear member S is wound is attached to the rotating shaft 212.
  • the descent prevention mechanism 30 closes the movable support 31 to support the luggage T, thereby preventing the luggage T from descending.
  • step S4 the rotary wing 11 is controlled by the flight control unit 121, the unmanned aerial vehicle 1 is flown, and the flight body 10 is placed at a predetermined altitude above the delivery place of the luggage T.
  • the lowering prevention mechanism 30 opens the movable support 31 to enable the luggage T to be lowered by gravity, and the luggage lowering device 20 lowers the luggage T while suppressing the lowering speed.
  • step S6 After a predetermined time sufficient for the luggage T to reach the ground has elapsed since the descent prevention mechanism 30 opened the movable support 31, the flight control unit 121 makes the flight body 10 substantially vertical. By raising it, all the linear members S remaining in the linear member holding portion 21 are pulled out. As a result, the unmanned aerial vehicle 1 can move the luggage T completely separated.
  • the unmanned aerial vehicle 1 includes a luggage lowering device 20 that suppresses the lowering speed of the luggage T without using a motor. Therefore, the unmanned aerial vehicle 1 can carry the relatively heavy luggage T because it is relatively lightweight, even though the luggage T can be lowered from the flight body 10 remaining in the air to the luggage delivery place.
  • FIG. 6 shows the unmanned aerial vehicle 1A according to the second embodiment of the present invention.
  • the same components as those of the unmanned aerial vehicle 1 of FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
  • the unmanned flight device 1A includes a flight body 10A capable of flying unmanned, and a baggage lowering device 20A attached to the flight body 10A and capable of lowering the luggage T from the flight body.
  • the luggage lowering device 20A in the unmanned aerial vehicle 1A is itself an embodiment of the luggage lowering device according to the present invention.
  • the flight body 10A in the present embodiment includes a plurality of rotary wings 11 and a control device 12A that controls the rotary wings 11 and the luggage lowering device 20A.
  • the control device 12A includes a flight control unit 121 that controls the position, attitude, movement speed, etc. of the flight body 10A by adjusting the rotation speed of the rotary blade 11, a brake control unit 123 that controls the luggage lowering device 20A, and luggage. It has a landing detection unit 124 that detects the landing of T.
  • the luggage lowering device 20A has a linear member holding portion 21 that holds at least the other end side of the linear member S, and a speed at which the linear member S is pulled out from the linear member holding portion 21 due to the weight of the luggage T. It has a suppression mechanism 22A. Further, as shown in FIG. 7, the luggage lowering device 20A can be configured to be supported by the support member 23A fixed to the flight body 10A.
  • the speed suppression mechanism 22A has an electromagnetic brake 225 that can stop the rotation of the rotating shaft 212 against the rotational torque due to the weight of the luggage T, and an encoder 226 that detects the amount of rotation of the rotating shaft 212.
  • the electromagnetic brake 225 exerts a braking force that prevents the load T from descending during flight of the flight body 10A, and the braking force is controlled by the brake control unit 123 when the load T is lowered. Therefore, the electromagnetic brake 225 in the present embodiment also serves as a descent prevention mechanism for preventing the descent of the load T.
  • the electromagnetic brake 225 can suppress power consumption, it is preferable that the electromagnetic brake 225 is configured to generate braking torque by a spring force during a power failure and release the braking force when the electromagnetic brake 225 is energized.
  • the electromagnetic brake 225 may be arranged so as to impart rotational resistance to the rotating shaft 212 as shown in the figure, or may be arranged to impart rotational resistance to the reel 211.
  • the brake control unit 123 controls the braking force of the electromagnetic brake 225 according to at least one of the altitude of the flight body 10A, the rotation speed of the rotating shaft 212, the descent speed of the luggage T, and the position (altitude) of the luggage T. Is preferable.
  • the rotation speed of the rotation shaft 212 and the descent speed of the luggage T can be calculated based on the detection values of the encoder 226, and the position of the luggage T can be calculated based on the altitude of the flight body 10A and the detection value of the encoder 226.
  • at least the descent speed at the moment when the luggage T lands can be suppressed to a certain value or less, so that the luggage T can be prevented from being damaged.
  • the encoder 226 can also be used to detect the landing of the luggage T by the landing detection unit 124. Specifically, the landing detection unit 124 determines that the load T has landed when the rotation shaft 212 stops rotating after the brake control unit 123 starts controlling the descent of the load T.
  • the luggage lowering device 20A in the present embodiment can also safely lower the luggage T from the flight body 10A remaining in the air to the ground, and is smaller in weight than the hoisting machine that winds up the luggage T. Therefore, the unmanned aerial vehicle 1A can carry a relatively heavy load T.
  • FIG. 8 shows the unmanned aerial vehicle 1B according to the third embodiment of the present invention.
  • the same components as those of the unmanned aerial vehicle 1 of FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
  • the unmanned flight device 1B includes a flight body 10B capable of flying unmanned, a luggage lowering device 20B attached to the flight body 10B and capable of lowering the luggage T from the flight body, and a descent prevention mechanism 30 for preventing the luggage T from descending.
  • a cutting mechanism 40 for cutting the linear member S is provided.
  • the luggage lowering device 20B in the unmanned aerial vehicle 1B is itself an embodiment of the luggage lowering device according to the present invention.
  • the flight body 10B in the present embodiment has a plurality of rotary wings 11 and a control device 12B for controlling the rotary wings 11 and the luggage lowering device 20B.
  • the control device 12B includes a flight control unit 121 that controls the position, attitude, movement speed, etc. of the flight body 10B by adjusting the rotation speed of the rotary blade 11, and a descent prevention control unit 122 that controls the descent prevention mechanism 30. It has a cutting control unit 125 that controls the cutting mechanism 40.
  • the luggage lowering device 20B has a linear member holding portion 21B that holds at least the other end side of the linear member S, and a speed at which the linear member S is pulled out from the linear member holding portion 21B due to the weight of the luggage T. It has a suppression mechanism 22B.
  • the linear member holding portion 21B includes an accommodating portion 217 for accommodating the linear member S and a guide roller 218 extending downward after the linear member S extending from the accommodating portion 217 is wound. , A pressure roller 219 that presses the linear member S against the guide roller 218.
  • the speed suppressing mechanism 22B is arranged so as to apply a frictional force to the guide roller 218 or the guide roller 218.
  • the luggage lowering device 20B in the present embodiment can also safely lower the luggage T from the flight body 10B remaining in the air to the ground, and is smaller in weight than the hoisting machine that winds up the luggage T. Therefore, the unmanned aerial vehicle 1B can carry a relatively heavy load T.
  • the cutting mechanism 40 is controlled by the cutting control unit 125, and cuts the linear member S after the load T has landed and before the flight body rises. As a result, it is not necessary to arrange a new linear member S in the linear member holding portion 21B each time the load T is conveyed.
  • the timing of cutting the linear member S is not limited to the above example. For example, the linear member S may be cut while the load T is descending (before the load T lands).
  • each embodiment of the present invention exerts an advantageous effect by each of the following configurations.
  • the unmanned flight apparatus (1,1A, 1B) is attached to a flight body (10, 10A, 10B) capable of flying unmanned and a flight body (10, 10A, 10B), and is attached to the flight body.
  • a luggage lowering device (20) for lowering the luggage (T) from (10, 10A, 10B) is provided, and the luggage lowering device (20) is a linear member (S) having one end connected to the luggage (T).
  • a linear member holding portion (21) that holds at least the other end side of the above, and a speed suppressing mechanism that suppresses the withdrawal speed of the linear member (S) from the linear member holding portion (21) due to the weight of the luggage (T). (22) and.
  • the cargo lowering device (20) capable of lowering the cargo (T) to the ground at a safe speed can be configured to be relatively lightweight, so that a relatively heavy cargo (T) can be transported. it can.
  • the linear member holding portion (21,21B) is a rotating shaft (212) to which a reel (211) around which the linear member (S) is wound is attached.
  • the speed suppression mechanism (30, 30A) imparts rotation resistance to the rotation shaft (212) or the reel (211).
  • the linear member holding portions (21, 21B) can be configured to be relatively simple and lightweight.
  • the speed suppression mechanism (22) includes a rotor (221) that rotates together with a rotating shaft (212), a stator (222) that is provided so as not to rotate, and a rotor (22). It has a spring (223) that generates a frictional force by pressure-contacting the stator (222) with the 221). This eliminates the need for control and power of the speed suppression mechanism (22).
  • the speed suppression mechanism (30A) has an electromagnetic brake (225). This makes it easy to adjust the descent speed of the luggage (T).
  • the unmanned flight apparatus (1A) In the unmanned flight apparatus (1A) according to the embodiment of the present invention, at least one of the altitude of the flight body (10A), the rotation speed of the rotation axis (212), the descent speed of the luggage (T), and the position of the luggage (T). It has a brake control unit (123) that controls the braking force of the electromagnetic brake (225) according to the speed. As a result, the descent speed of the luggage (T) can be easily and accurately adjusted.
  • the reel (211) is detachable from the rotating shaft (212), and the linear member holding portion (21) has a plurality of reels having different diameters. Any one of (211) can be attached. Thereby, the magnitude of the torque acting on the rotating shaft (212) can be adjusted by the weight of the luggage (T) to adjust the descent speed of the luggage (T).
  • the reel (211) locks the other end of the linear member (S) in a state where the linear member (S) is wound.
  • the other end of the linear member (S) is released in a state where the linear member (S) is not wound.
  • the luggage (T) can be easily separated from the flight body (10).
  • the unmanned aerial vehicle (1B) according to the embodiment of the present invention further includes a cutting mechanism (40) for cutting the linear member (S). This also makes it possible to easily separate the luggage (T) from the flight body (10B).
  • the unmanned aerial vehicle (1,1B) according to the embodiment of the present invention further includes a descent prevention mechanism (30) for preventing the descent of the luggage (T). As a result, it is possible to prevent the luggage (T) from accidentally falling during the flight of the unmanned aerial vehicle (1,1B).
  • the unmanned aerial vehicle (1,1B) has a descent prevention control unit (122) that controls a descent prevention mechanism (30) based on the altitude of the flight body (10,10B). As a result, the load (T) can be appropriately lowered by the linear member (S).
  • the unmanned aerial vehicle (1A) flies after the landing detection unit (124) that detects the landing of the luggage (T) and the landing detection unit (124) detects the landing of the luggage (T). It has a flight control unit (121) that raises the main body (10A). Thereby, the linear member (S) can be separated.
  • the luggage lowering device (20) is attached to an unmanned flight body (10, 10A, 10B), and the luggage (10, 10A, 10B) stays in the air.
  • It has a speed suppressing mechanism (22) that suppresses the withdrawal speed of the linear member (S) from the linear member holding portion (21) due to the weight of (T).
  • an unmanned aerial vehicle (1,1A, 1B) that is relatively lightweight and can lower the luggage (T) without landing.
  • the luggage transport method is a method of transporting the luggage (T) by an unmanned aerial vehicle (1,1A, 1B) including a flight body (10, 10A, 10B) capable of flying unmanned.
  • the linear member holding portion (21) provided on the unmanned aerial vehicle body (10, 10A, 10B) is provided with a step of lowering the luggage (T) from the flight body (10, 10A, 10B) remaining in the air.
  • the wire of the linear member (S) due to the weight of the luggage (T).
  • Shape member holding portion (21) Suppresses the pull-out speed.
  • a relatively lightweight unmanned aerial vehicle (1,1A, 1B) can be used.
  • the linear member holding portion (21) has a rotating shaft (212) to which a reel (211) around which the linear member (S) is wound is attached, and has a pull-out speed. Suppression is performed by applying a rotational resistance to the rotating shaft (212) or the reel (211), and the diameter of the reel (211) is selected according to the weight of the load (T). Thereby, the degree of suppression of the withdrawal speed can be adjusted, and the descent speed of the luggage (T) can be optimized regardless of the weight of the luggage (T).
  • the speed suppression mechanism in the luggage lowering device may have a motor that applies a torque for suppressing the withdrawal of the linear member to the rotating shaft of the reel around which the linear member is wound.
  • the motor of the speed suppression mechanism should be relatively small compared to the hoisting machine that winds up the linear member. it can.
  • the speed suppression mechanism in the unmanned flight apparatus may be a governor that causes displacement in the axial direction by centrifugal force due to rotation of the rotating shaft and adjusts frictional force by this axial variation.
  • the descent prevention mechanism in the luggage lowering device according to the present invention may be a latch mechanism or the like that locks the rotation of the rotation shaft of the linear member holding portion.
  • the luggage lowering device in the unmanned aerial vehicle of the first embodiment and the second embodiment described above guides the linear member so that the linear member always hangs directly below the center of gravity of the unmanned aerial vehicle regardless of the diameter of the reel.
  • a guide for example, a pulley or a ring
  • the center of gravity of the luggage lowering device can be arranged at the center of the unmanned aerial vehicle in a plan view, and the balance of the unmanned aerial vehicle can be improved.

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Abstract

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。

Description

無人飛行装置、荷物降下装置及び荷物搬送方法
　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。
　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。
　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。
特開２０１６－８８６７５号公報 国際公開第２０１７／７８１１８号
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
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。 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。 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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
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

Claims (14)

  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
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