JP2015042539A

JP2015042539A - ヘリコプタ、ヘリコプタ用バッテリ交換装置、及び、ヘリコプタシステム

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Publication number: JP2015042539A
Application number: JP2013175094A
Authority: JP
Inventors: 健蔵野波; Kenzo Nonami; 秀夫鮎澤; Hideo Ayusawa; 岩倉　大輔; Daisuke Iwakura; 大輔岩倉
Original assignee: Chiba University NUC
Current assignee: Chiba University NUC
Priority date: 2013-08-26
Filing date: 2013-08-26
Publication date: 2015-03-05

Abstract

【課題】簡便にヘリコプタの離発着及びバッテリ交換が可能なヘリコプタ、ヘリコプタ用バッテリ交換装置、及び、ヘリコプタシステムを提供する。【解決手段】ローター２１と、ローター用モーター２２と、ローター用モーターを制御する制御装置と、ドラム、ドラムに巻かれてなるワイヤー、ワイヤーに接続される導電性の錘、ドラムを回転させるドラム用モーター、を有するウインチと、電力を供給する電源装置と、を備えてなるヘリコプタ２と、ヘリコプタ誘導スリット３１１１が形成され、ヘリコプタを支持可能である着地用パッド３１１を備えたヘリコプタ着地用部材３１と、複数のバッテリを保持可能であるバッテリマガジンを備えるバッテリ保持部材と、バッテリを把持する把持部材、及びバッテリを移動させるための移動部材、を備えるバッテリ把持移動部材と、を備えてなるヘリコプタ用バッテリ交換装置３と、を組み合わせてなるヘリコプタシステムとする。【選択図】図１

Description

本発明は、ヘリコプタ、ヘリコプタ用バッテリ交換装置、及び、ヘリコプタシステムに関する。より好ましくは、ヘリコプタのバッテリを自動で交換することのできるヘリコプタシステムに関する。

小型無人ヘリコプタは手軽かつ安全に飛行操作可能な装置であり、上空から行う作業を簡単に実現することができる。例えば農業の分野においては、ヘリコプタに農薬を搭載させて農薬の散布作業を容易に行うことができるようになる。もちろん、操縦等を純粋に楽しむ娯楽等の分野としても人気がある。

小型無人ヘリコプタは、軽量化の観点から電力供給源としてバッテリを用いるのが一般的であるが、移動距離や時間はバッテリ容量により大きな制限を受けてしまう。すなわち、現状ではバッテリ容量が飛行時間、移動距離の上限となってしまう。そこで、小型無人ヘリコプタにおいて自動的にバッテリ交換を行うことでこの移動距離や飛行時間を伸ばそうとする試みが提案されてきている。

上記小型無人ヘリコプタ用の自動バッテリ交換システムに関する公知の技術として、例えば下記非特許文献１には、小型の二重反転型ラジコンヘリコプタをベースに開発された無人航空機（ＵＡＶ）及び室内の屋上に設置されたバッテリ交換装置、更には、部屋内に複数台設置された赤外線カメラによるモーションキャプチャシステムが開示されている。

また、下記非特許文献２には、Ｑｕａｄ−ｒｏｔｏｒヘリコプタを対象とし、上記非特許文献１に記載の技術と同様に、モーションキャプチャシステムによって室内で自律飛行できるＵＡＶ及び地上のバッテリ交換装置が開示されている。

また、下記非特許文献３には、ＵＡＶとバッテリ交換装置とを有して構成される小型のシングルロータ型ヘリコプタが開示されている。なお、バッテリ交換装置のヘリポートは上記非特許文献１、２の着地用パッドに比べて広く、ＵＡＶの着陸制度が悪く着陸位置に多少の誤差があっても上面に設置された４本のアームによって着陸後のＵＡＶをヘリポートの中心へ移動させることができる。

ＫｕｒｔＡ．Ｓｗｉｅｒｉｎｇａら、"ＡｕｔｏｎｏｍｏｕｓＢａｔｔｅｒｙＳｗａｐｐｉｎｇＳｙｓｔｅｍｆｏｒＳｍａｌｌ−ＳｃａｌｅＨｅｌｉｃｏｐｔｅｒｓ"、２０１０ＩＥＥＥＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＲｏｂｏｔｉｃｓａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＡｎｃｈｏｒａｇｅＣｏｎｖｅｎｔｉｏｎＤｉｓｔｒｉｃｔ、３３３５−３３４０ＴｕｎａＴｏｋｓｏｚら、"ＡｕｔｏｍａｔｅｄＢａｔｔｅｒｙＳｗａｐａｎｄＲｅｃｈａｒｇｅｔｏＥｎａｂｌｅＰｅｒｓｉｓｔｅｎｔＵＡＶＭｉｓｓｉｏｎｓ"、ＡｍｅｒｉｃａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓＫｏｊｉＡ．Ｏ．Ｓｕｚｕｋｉら、"ＡｕｔｏｍａｔｉｃＢａｔｔｅｒｙＲｅｐｌａｃｅｍｅｎｔｓＳｙｓｔｅｍｆｏｒＵＡＶ‘ｓ：ＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＤｅｓｉｇｎ"、Ｊ．ＩｎｔｅｌｌＲｏｂｏｔＳｙｓｔ．、ＤＯＩ１０．１００７／ｓ１０８４６−０１１−９６１６−ｙ

しかしながら、上記の文献に記載の技術は、いずれも屋内飛行を主たる目的とした超小型ＵＡＶを対象にするものであって、観測機器などを搭載するペイロードの余裕はなく、また、風等の外部からの力を受ける屋外における検討は行われておらず、実用化するためには課題が残っている。特に、上記非特許文献１、２に記載の技術は、ヘリコプタ着地のためにモーションキャプチャシステムを用いており、極めて精度の高い制御が必要となるため構成が複雑になり、あらかじめ設定され限られた環境でしか適用できないといった課題もある。

そこで、本発明は、上記課題を鑑み、屋外の様々な場所において簡便にヘリコプタの離発着及びバッテリ交換が可能なヘリコプタ、ヘリコプタ用バッテリ交換装置、及び、ヘリコプタシステムを提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の一観点に係るヘリコプタ用バッテリ交換装置は、（１）ヘリコプタ誘導スリットが形成され、ヘリコプタを支持可能である着地用パッドを備えたヘリコプタ着地用部材と、（２）ヘリコプタ着地用部材の下部に備えられ、複数のバッテリを保持可能であるバッテリマガジンを備えるバッテリ保持部材と、（３）バッテリを把持し、移動させるための移動部材、を有するバッテリ把持移動部材と、を備えてなることを特徴とする。

また、本発明の他の一観点に係るヘリコプタは、（１）ローターと、（２）ローターを駆動するローター用モーターと、（３）ローター用モーターを制御する制御装置と、（４）ドラム、ドラムに巻かれてなるワイヤー、ワイヤーに接続される導電性の錘、ドラムを回転させるドラム用モーター、を有するウインチと、（４）電力を供給する電源装置と、を備えてなる。

また、本発明の他の一観点に係るヘリコプタシステムは、（１）ローターと、ローターを駆動するローター用モーターと、ローター用モーターを制御する制御装置と、ドラム、ドラムに巻かれてなるワイヤー、ワイヤーに接続される導電性の錘、ドラムを回転させるドラム用モーター、を有するウインチと、電力を供給する電源装置と、を備えてなるヘリコプタと、（２）ヘリコプタ誘導スリットが形成され、ヘリコプタを支持可能である着地用パッドを備えたヘリコプタ着地用部材と、ヘリコプタ着地用部材の下部に備えられ、複数のバッテリを保持可能であるバッテリマガジンを備えるバッテリ保持部材と、バッテリを把持し、移動させるための移動部材、を有するバッテリ把持移動部材と、を備えてなるヘリコプタ用バッテリ交換装置と、を組み合わせてなる。

以上、本発明により、屋外の様々な場所において簡便にヘリコプタの離発着及びバッテリ交換が可能なヘリコプタ、ヘリコプタ用バッテリ交換装置、及び、ヘリコプタシステムを提供することができる。

実施形態に係るヘリコプタシステムの概略斜視図である。実施形態に係るヘリコプタシステムの概略上面図である。実施形態に係るヘリコプタシステムの概略側面図である。実施形態に係るヘリコプタシステムの概略側面図である。実施形態に係るヘリコプタシステムの写真図である。実施形態に係るヘリコプタの概略斜視図である。実施形態に係るヘリコプタの概略上面図である。実施形態に係るヘリコプタの概略側面図である。実施形態に係るヘリコプタの概略側面図である。実施形態に係るヘリコプタに備え付けられるウインチの概略を示す図である。実施形態に係るヘリコプタ着地用部材の概略斜視図である。実施形態に係るヘリコプタ着地用部材の概略上面図である。実施形態に係るバッテリ保持部材の概略斜視図である。実施形態に係るバッテリ保持部材の概略上面図である。実施形態に係るバッテリ保持部材の概略側面図である。実施形態に係るバッテリ把持移動部材の概略斜視図である。実施形態に係るバッテリ把持移動部材の概略正面図である。実施形態に係るバッテリ把持移動部材を移動させた場合の説明図である。実施形態に係るバッテリケースの概略斜視図である。実施形態に係るバッテリケースの概略側面図である。実施形態に係るヘリコプタのバッテリ近傍の写真図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は多くの異なる形態による実施が可能であり、以下に示す実施形態、実施例の例示に限定されるものではない。

図１乃至４は、本実施形態に係るヘリコプタシステム（以下「本システム」ともいう。）１の概略を示す図であり、図５は実際に作製したヘリコプタシステムの写真図である。なお図１は斜視図、図２は上面図、図３、図４は側面図である。これらの図で示されるように、本システム１は、（Ｉ）ローター２１と、ローター２１を駆動するローター用モーター２２と、ローター用モーター２２を制御する制御装置と、ドラム、ドラムに巻かれてなるワイヤー、ワイヤーに接続される導電性の錘、ドラムを回転させるドラム用モーター、を有するウインチと、電力を供給するバッテリと、を備えてなるヘリコプタ２と、（ＩＩ）ヘリコプタ誘導スリット３１１１が形成され、ヘリコプタ２を支持可能である着地用パッド３１１を備えたヘリコプタ着地用部材３１と、ヘリコプタ着地用部材３１の下部に備えられ、複数のバッテリＢを保持可能であるバッテリマガジン３２１を備えるバッテリ保持部材３２と、バッテリＢを把持し、移動させるための移動部材３３１、を有するバッテリ把持移動部材３３と、を備えてなるヘリコプタ用バッテリ交換装置３と、を組み合わせてなる。

本システムにおけるヘリコプタ（以下「本ヘリコプタ」）２は、上記の構成を備え、飛行することができる限りにおいて限定されるわけではないが小型無人ヘリコプタである。本システムは、小型無人ヘリコプタとすることで、コントローラによる操作によって遠隔操作が可能となるとともに、後に詳述する動作によって自動的にバッテリを交換することができる。本ヘリコプタの概略図を図６乃至図９に示しておく。

また、上記のとおり、本ヘリコプタ２は、ローター２１と、ローター２１を駆動するローター用モーター２２と、ローター用モーター２２を制御する制御装置と、ドラム、ドラムに巻かれてなるワイヤー、ワイヤーに接続される導電性の錘、ドラムを回転させるドラム用モーター、を有するウインチと、電力を供給するバッテリＢと、を備えてなる。なお、本ヘリコプタ２は、フレームボディ２６を備えており、上記各構成はフレームボディ２６に固定又は支持される。

本ヘリコプタ２において、ローター２１は、ローター用モーター２２に接続され、ローター用モーター２２の回転に基づき回転するとともに、ヘリコプタに浮力を与えることができるものである。ローター２１は、上記の機能を有する限りにおいて限定されず公知の構成を採用することができる。また、本図の例ではローター２１は、６つの例を示しているが、安定的な飛行を実現することができる限りにおいて数は限定されない。

また、本ヘリコプタ２において、ローター用モーター２２は、上記のとおり、ローター２１を回転させるために用いられるものであり、ローター各々に対して設けられている。なお、ローター用モーター２２は、バッテリＢに接続され、電力の供給を受けて回転する。ローター用モーター２２の構成は、上記の機能を有する限りにおいて限定されず、市販のものを採用することができる。

また、本ヘリコプタ２において、制御装置２３は、ローター用モーター２２を制御するための装置である。制御装置２３は、本ヘリコプタを操縦する者（操縦者）の指示に基づき、ローター用モーターの回転数等を制御し、浮力を調節することができる。複数ローター用モーターが存在する場合は、そのそれぞれに対し制御を行う。制御装置の構成は特に限定されるものではないが、いわゆるコンピュータ、ＧＰＳ、ＩＭＵ等を備えていることが好ましく、ＧＰＳやＩＭＵ等によって取得した情報に基づきコンピュータによる制御を行い、ヘリコプタの姿勢制御等を行う。

また、本ヘリコプタ２は、ウインチを備えている。ウインチを備えることで、後述の説明から明らかなように、ヘリコプタ用バッテリ交換装置に簡便に着陸させることが可能となる。図１０に、本ヘリコプタに備え付けられるウインチの写真図を示す。本実施形態においてウインチは、上記のとおり、ドラム、ドラムに巻かれてなるワイヤー、ワイヤーに接続される導電性の錘、ドラムを回転させるドラム用モーター、を有する。

本実施形態に係るウインチにおいて、ドラムは、ワイヤーを巻きつけるためのものである。このドラムを回転させることで、ワイヤーを巻き取る又はたれ下げることができるようになる。

また本実施形態のウインチにおいて、ワイヤーは、糸状の部材であって、後述の説明から明らかなように、たれ下げることにより、本ヘリコプタをヘリコプタ用バッテリ交換装置に簡便に着陸させることが可能となる。ワイヤーの材質は、糸状の部材である限りにおいて限定されず、例えば絹や綿等の天然繊維であってもよく、ナイロン、ポリエステル、ポリエチレンテレフタラート等の合成繊維、ガラス繊維や炭素繊維などの無機繊維等の化学繊維であってもよく、また、鉄等の金属製のワイヤーであってもよい。ただし、重い錘を接続する関係から、金属製のワイヤーであることは好ましい形態である。なおワイヤーの長さは、後述の説明から明らかなように、ヘリコプタ用バッテリ交換装置における着地用パッド３１１のヘリコプタ誘導スリット３１１１に挟み込ませることができる程度まで垂らすことができれば十分であり、ヘリコプタのサイズ等によって適宜調整可能であるが、５０ｃｍ以上５ｍ以下の範囲であることは好ましい。

また本実施形態に係るウインチにおいて、錘はワイヤーに接続されており、ワイヤーによって吊り下げられることで、ワイヤーの下端位置を安定させることができるものである。錘の重量は限定されることなく適宜調整可能であるが、ヘリコプタの飛行能力を制限しすぎない程度の範囲に収めておく必要がある。

また本実施形態に係るウインチにおける錘は、金属等導電性を備えている材質であることが好ましい。錘に導電性を備えさせる一方、ヘリコプタ誘導スリット３１１や誘導アーム等に電極を配置することで通電の有無を判断し、ヘリコプタのワイヤー及び錘がヘリコプタ誘導スリット３１１に挟まれたか否か、誘導アーム３１４に接触したか等を判定することができるようになる。

また本実施形態に係るウインチは、ドラムを回転させるドラム用モーターを備える。ドラムを回転させることで、ワイヤー及び錘をたれ下げる又は巻き取ることができるようになる。また、本実施形態に係るウインチには、ドラムの回転を制御するためのドラム用制御装置を備えていることが好ましい。ドラム用制御装置は、操縦者の指示に基づき、適切なワイヤーの長さとなるようドラムの回転を制御する。

また、本ヘリコプタは、電力を供給するバッテリＢを備えている。本ヘリコプタはバッテリＢの電力により、上記ローター２１、ローター用モーター２２、制御装置、ウインチが駆動可能となる。バッテリＢは、ヘリコプタに対して着脱可能であり、残量が少なくなった場合、本システムによりバッテリが交換される。なお、本ヘリコプタのバッテリＢは、バッテリ保持部材２９を備えており、バッテリ保持部材２９を介してバッテリＢを保持、接続することができる。

また、本ヘリコプタは、バッテリが接続される電気回路に接続される導電体及び導電体に接続される給電端子２７を備えている。この効果は後述の説明から明らかとなるが、給電端子２７を露出させ、この給電端子２７にヘリコプタ用バッテリ交換装置が備える電極を接続することで、バッテリＢを交換している間であっても、本ヘリコプタに対して電力の供給をすることが可能となる。

また、本ヘリコプタは、着地の際、地面との接点となる接地部材２８を複数備えている。この接地部材２８は後述の記載からも明らかとなるがヘリコプタを安定的に設置させることができるだけでなく、ヘリコプタがきちんと所望の方向を向いているか、ヘリコプタ用バッテリ交換装置の所定の位置に着地できているか等の基準となりうる。この判断は、カメラ等の画像処理等を介して行ってもよく、方法は限定されない。

一方、本実施形態において、上記のとおり、ヘリコプタ用バッテリ交換装置（以下「本バッテリ交換装置」という。）３は、ヘリコプタ誘導スリット３１１１が形成されヘリコプタ２を支持可能である着地用パッド３１１を備えたヘリコプタ着地用部材３１と、ヘリコプタ着地用部材３１の下部に備えられ、複数のバッテリＢを保持可能であるバッテリマガジン３２１を備えるバッテリ保持部材３２と、バッテリＢを把持し、移動させるための移動部材３３１、を有するバッテリ把持移動部材３３と、を備えてなる。本バッテリ交換装置は、いわゆるヘリポートとも呼ばれるものである。

まず本バッテリ交換装置３は、ヘリコプタ誘導スリット３１１１が形成されヘリコプタ２を支持可能である着地用パッド３１１を備えたヘリコプタ着地用部材３１を有する。ヘリコプタ着地用部材３１の概略を図１１、１２に示しておく。図１１は斜視外略図であり、図１２は上面図である。着地用パッド３１１は、支柱３１２等の枠によって支えられており、地面から所定距離離されて配置される。

また本バッテリ交換装置３において、ヘリコプタ着地用部材３１は、着陸用パッド３１１に接続される傾斜部材３１３を備えており、更に、傾斜部材３１３にも、ヘリコプタ誘導スリット３１３１が形成されているとともに、ヘリコプタ誘導スリット３１３１の開口部近傍に、開閉可能な誘導アーム３１４を備えている。

本バッテリ交換装置３におけるヘリコプタ着地用部材３１は、ヘリコプタを着地させ、着地している間、安定的にヘリコプタを支持するためのものである。材質としては特に限定されるわけではないが、鉄等の金属であることは頑丈な構造とする観点から好ましく、軽量化を目的とする場合はアルミ合金であることがより好ましい。

本バッテリ交換装置３における着地用パッド３１１はヘリコプタ着地用部材３１の主要な部材であり、ヘリコプタの接地部材２８を安定的におくことができる程度の広さを有するものであればよいが、ヘリコプタが着陸した後バッテリの交換を行う際、ヘリコプタの位置を正確に定める必要から、ヘリコプタ２に設けられる接地部材２８を頂点として形成する多角形状とほぼ同形状であることが好ましい。このようにすることで、ヘリコプタのバッテリの位置を正確に定めることができる。なお、着陸用パッド３１１には、正確に着陸したか否かを確認するために接地部材２８が設置する部分にマーカー３１１３が付されている。マーカー３１１３を付すことでマーカーと接地部材２８との組を識別し、所望の方向に正確に着陸したか否かを判断することができるようになり好ましい。

また本実施形態において、着地用パッド３１１には、着陸用パッド３１１の中心に向かってヘリコプタ誘導スリット３１１１が形成されている。ヘリコプタ誘導スリット３１１１を形成することで、このスリットに本ヘリコプタのワイヤーを通し、ワイヤーを着地用パッド３１１の中心に導くことができるようになる。より具体的には、本ヘリコプタがウインチによって垂れ下げたワイヤーをスリット３１１１に挿入することで、ワイヤーを保持し、本ヘリコプタの飛行を所望の範囲に制限することが可能となる。そして、本ヘリコプタの姿勢を制御しながらこのワイヤーを巻き取ることで確実にヘリコプタを所望の位置に着陸させることができるようになる。

また、本実施形態において、着地用パッド３１１の一部は開閉することができる開閉部材３１１２を備えている。この構成を備えることで、ヘリコプタが着地する際には開閉部材を閉じて安定的な着地面を形成する一方、後に詳述する下部のバッテリマガジン備えられるバッテリと使用済みのバッテリとを交換する際には、開閉部材３１１２を開いて交換用のバッテリを下部から把持、移動して、ヘリコプタに装着されているバッテリＢと交換を行うことができるようになる。開閉部材３１１２は、開閉可能な構成である限り限定されるわけではなく、スライド式であっても、蝶番等の軸部材を介して開閉する扉であってもよい。

また本実施形態において、上記のとおり、着地用パッド３１１には傾斜部材３１３が接続されている。より具体的に説明すると、着地用パッド３１１には、着地用パッド３１１が最も低くなる位置となるよう、複数の傾斜板３１３によって囲まれている。本実施形態の例では、着地用パッド３１１が四角形状であるため、各辺に沿って接続される４枚の傾斜板によって囲まれている。このようにすることで、ヘリコプタの着地位置が少しずれて傾斜板に脚部が着地した場合であっても、傾斜により着地用パッドまでヘリコプタが滑り落ちるため、確実に着地用パッド３１１に着地させることができる。特に、着地用パッド３１１が上記のように接地部材２８の接地点を頂点として形成する多角形状とほぼ同形状である場合はより正確にヘリコプタを着地させることができる。

また、本実施形態では傾斜板３１３にもヘリコプタ誘導スリット３１３１が形成されている。このヘリコプタ誘導スリットは、着地パッド３１１に形成されたヘリコプタ誘導スリット３１１１とつながっている。このようにすることで、より遠い位置から確実にヘリコプタを着地用パッド３１１の中心に誘導させることができるようになる。なお、ヘリコプタ誘導スリット３１１１、３１３１は、着地用パッドを正面から見た場合、直線状になっていることがワイヤーをスムーズに導くことができるため好ましい。

また、本実施形態では、ヘリコプタ誘導スリット３１３１の開口部近傍に、開閉可能な誘導アーム３１４を備えている。誘導アーム３１４は、一対のアームから構成され、通常は開かれた状態となっている一方、ワイヤー及び錘がヘリコプタ誘導スリット３１３１又はアームに接した場合、ワイヤーを挟み込むよう閉じ、ワイヤーを確実に捕捉することができる。

また、本実施形態において、誘導アーム３１４は、導電性の部材を備え、ヘリコプタ誘導スリットに沿って導電性の部材が配置され、センサーに接続されていることが好ましい。より具体的には、誘導アーム３１４の一対のアームを導電性の部材とすることで、ヘリコプタのワイヤー及び錘が誘導アーム３１４に接触した場合、電気的な信号（電圧の変動等）を発生させることができ、この信号を感知することでワイヤーが誘導アームの補足可能範囲に入ったと判定することができる。また、ヘリコプタ誘導スリット３１１１、３１３１に沿って導電性の部材を配置すると、スリットのどの位置に錘があるのかを確認することができ、この結果ヘリコプタの位置を正確に知ることができる。

また、本実施形態では、着地用パッド３１１に、電極３１５が設けられており、電源（図示省略）から電力の供給を受けることが可能である。本実施形態において、電極３１５は一対設けられており、ヘリコプタが着陸した後、ヘリコプタの露出した給電端子２７に接触するよう自動的に取り付けられる。なお本実施形態では、傾斜板３１３の一部として着地用パッドに接続された例を示している。このような構成を採用することで、上記のとおり、バッテリＢを交換している間であっても、本ヘリコプタに対して電力の供給が可能となる。

また、本実施形態では、着地用部材３１、より具体的には着地用パッド３１１の下部に、複数のバッテリＢを保持可能であるバッテリマガジン（以下「本マガジン」という。）３２１を備えたバッテリ保持部材３２が備えられている。本マガジン３２１の概略図を図１３乃至１５に示しておく。図１３は本マガジンの斜視図であり、図１４は上面図、図１５は側面図である。

本図で示すように、本マガジン３２１は、回転台３２１１と、回転台３２１１に備えられる複数のバッテリホルダ３２１２と、を備えており、バッテリホルダ３２１２には、バッテリＢが備えられている。またバッテリホルダ３２１２には電源に電気的に接続された端子が備えられており、バッテリＢの端子と接触可能である。この結果、バッテリホルダ３２１２に保持されるバッテリＢは電源から電力の供給を受け、充電される。本マガジン３２１は、回転台３２１１によって回転することが可能であるとともに、そのうちの一つのバッテリホルダ３２１２の位置が、ヘリコプタに装着されているバッテリＢの位置と着地用パッドを上面から見た場合に重複する位置となるよう調整されている。このようにすることで、バッテリを上下移動させるだけで着脱、交換することができるようになる。

また本実施形態では、バッテリを把持する把持部材３３１と、移動させるための移動部材３３２を有するバッテリ把持移動部材３３を備えている。この概略図を図１６乃至１８に示しておく。図１６は斜視図を、図１７は側面図を、図１８は移動部材が上に移動した場合の概略図を示しておく。本バッテリ把持移動部材３３は、ヘリコプタが着地した後、ヘリコプタに装着されているバッテリを取り外して本マガジンのバッテリホルダに保持させるとともに充電されたバッテリをヘリコプタに装着させるためのものである。

把持部材３３１は、バッテリを把持してことができる構成となっているとともに、バッテリの構造と相まってヘリコプタに対するバッテリの着脱を可能としている。ここでバッテリの構造について図１９、図２０に示しておく。図１９はバッテリケースＣの斜視図であり、図２０はその側面図である。

本バッテリはバッテリケースＣに収容されており、バッテリケースＣごとヘリコプタのソケットに装着される。本図で示すように本バッテリは、側面に引掛部材を備えており、この引掛部材によりヘリコプタ２に固定される。この引掛部材は、それぞれ、軸Ｃ１１と、この軸Ｃ１１に接続されヘリコプタのソケットに引掛けるための鉤Ｃ１２と、軸Ｃ１１に接続され押されることで鉤Ｃ１２を開く押さえ部材Ｃ１３と、を備えている。鉤Ｃ１２は、バッテリケース側に付勢された板バネとなっており、この付勢を利用してヘリコプタのソケットに引掛けられており、押さえ部材Ｃ１３を押して鉤Ｃ１２を開くことでソケットから開放される。

一方、把持部材３３１は、開閉可能な挟み部材によって構成されており、開くことでバッテリを解放し、閉じることでバッテリの押さえ部材を挟み込むことができる。具体的には、把持部材を開くことでバッテリケースをヘリコプタに固定することができ、把持部材を閉じることで押さえ部材Ｃ１３を挟み込み、鉤Ｃ１２を開くことができる。すなわち、はさみ部材を開閉することで、バッテリの解放、保持を行うことができる。なお、図２１に、バッテリを装着したヘリコプタの写真図を示しておく。本図で示すように、バッテリケースの鉤Ｃ１２をヘリコプタのソケットに引っかけることで固定する一方、押さえ部材Ｃ１３を把持部材３３１で挟むことでバッテリケースをヘリコプタのソケットからはずすことができる。

また本実施形態において、把持部材３３１は、移動部材３３２に取り付けられており、移動部材３３２の上下移動に応じて上下される。すなわち、この上下に伴いバッテリも上下移動させることができる。

移動部材３３２の構成としては限定されるわけではないが、上下に移動可能となるよう支持される棒状部材と、この棒状部材を上下させるための駆動機構と、を有していることが好ましい。駆動機構としては特に限定されるわけではないが、例えば、棒状部材に接続されるワイヤーと、このワイヤーを巻き取る軸部材、軸部材を回転させるモーター、を備える構成とすることは簡便であり好ましい。

ここで、本システムによるバッテリ交換装置を用いたバッテリ交換方法について説明する。

まず、操縦者は、遠隔からの操縦よってヘリコプタ２をヘリコプタ用バッテリ交換装置３近傍の上空に移動させる。なお、この際、ヘリコプタは空中において、所望の着地方向を向くよう制御しておくことが好ましい。

次に、操縦者は、ヘリコプタに備え付けられているウインチからワイヤー及び錘を垂らし、ヘリコプタ用バッテリ交換装置のヘリコプタ誘導スリットに近づける。具体的には、ヘリコプタ誘導スリットの開口部近傍に備えられる誘導アームに接触させる。すると、誘導アームはセンサーによって錘が接触したことを感知し、閉動作を開始し、ワイヤーをアームで挟み込む。これにより、ヘリコプタを捕捉することができる。

そして操縦者は、ヘリコプタ誘導スリットの方向にそってヘリコプタを移動させるとともに、ワイヤーを巻き取りつつ着地体制に入る。本実施形態ではヘリコプタ誘導スリットは着地用パッドの中央まで延びているため、ヘリコプタの移動によって簡単に中央まで錘を移動させることができる。

そして操縦者は、着地用パッド中央近傍にワイヤー及び錘を移動させて係止した後、ワイヤーを十分に巻き取り、着地用パッドにヘリコプタを着地させる。本実施形態では、着陸用パッドの周囲に傾斜板を備え、着陸用パッドが底部となっているため、この着陸の際にヘリコプタの脚部が着陸用パッドに完全に乗っていないとしても、傾斜板によってすべり落ち、着地用パッドの所望の位置に安定的に着地することができるようになる。なおもしこのような構成によっても、着地がうまくいかなかった場合、予定している向きと異なって着地してしまった場合等は、ワイヤーを伸ばしながらヘリコプタを離陸させ、再び着地動作を行う。

そして、ヘリコプタが所望の位置に着地したことを確認した後、着地用パッドの開閉部材を開き、バッテリ交換作業を開始する。なおこの場合において、ヘリコプタからバッテリを取り外した場合の電源供給の手段として、電極をヘリコプタの給電端子に接続しておく。

着地用パッドの開閉部材が開いた後、まず、バッテリ交換装置は、空のバッテリホルダがヘリコプタのバッテリの位置と同じであることを確認した後、バッテリ把持移動部材の移動部材の把持部材を移動部材によって上部に移動させ、ヘリコプタのバッテリを把持し、取り外す。そして、そのままバッテリを下部に移動させ、空のバッテリホルダに装着し、充電を開始する。

そして、次に、バッテリマガジンは回転し、充電が完了したバッテリをヘリコプタのバッテリカセットの位置に合わせ、バッテリ把持移動部材がこの充電が完了したバッテリを把持する。そして、上部に移動し、ヘリコプタのバッテリカセットにバッテリを挿入し、装着させる。なお、装着後、バッテリ交換装置は、バッテリ把持移動部材を収納し、着地用パッドの開閉部材を閉じ、電極をヘリコプタから取り外し、バッテリ交換作業を完了させる。

以上、本実施形態によると、屋外の様々な場所において簡便にヘリコプタの離発着及びバッテリ交換が可能なヘリコプタ、ヘリコプタ用バッテリ交換装置、及び、ヘリコプタシステムを提供することができる。

本発明は、ヘリコプタ、ヘリコプタ用バッテリ交換装置、及び、ヘリコプタシステムとして産業上の利用可能性がある。

Claims

ヘリコプタ誘導スリットが形成され、ヘリコプタを支持可能である着地用パッドを備えたヘリコプタ着地用部材と、
前記ヘリコプタ着地用部材の下部に備えられ、複数のバッテリを保持可能であるバッテリマガジンを備えるバッテリ保持部材と、
前記バッテリを把持する把持部材、移動させるための移動部材、を有するバッテリ把持移動部材と、
を備えてなるヘリコプタ用バッテリ交換装置。
前記ヘリコプタ着地用部材は、前記着陸用パッドに接続される傾斜部材を備えている請求項１記載のヘリコプタ用バッテリ交換装置。
前記傾斜部材にも、ヘリコプタ誘導スリットが形成されてなる請求項２記載のヘリコプタ用バッテリ交換装置。
前記ヘリコプタ着地用部材は、
前記ヘリコプタ誘導スリットの開口部近傍に、開閉可能な誘導アームを備えてなる請求項１記載のヘリコプタ用バッテリ交換装置。
着地するヘリコプタに対し電力を供給するための電極を備えてなる請求項１記載のヘリコプタ用バッテリ交換装置。
ローターと、
前記ローターを駆動するローター用モーターと、
前記ローター用モーターを制御する制御装置と、
ドラム、前記ドラムに巻かれてなるワイヤー、前記ワイヤーに接続される導電性の錘、前記ドラムを回転させるドラム用モーター、を有するウインチと、
電力を供給する電源装置と、を備えてなるヘリコプタ。
ローターと、前記ローターを駆動するローター用モーターと、前記ローター用モーターを制御する制御装置と、ドラム、前記ドラムに巻かれてなるワイヤー、前記ワイヤーに接続される導電性の錘、前記ドラムを回転させるドラム用モーター、を有するウインチと、電力を供給する電源装置と、を備えてなるヘリコプタと、
ヘリコプタ誘導スリットが形成され、ヘリコプタを支持可能である着地用パッドを備えたヘリコプタ着地用部材と、前記ヘリコプタ着地用部材の下部に備えられ、複数のバッテリを保持可能であるバッテリマガジンを備えるバッテリ保持部材と、バッテリを把持する把持部材、及びバッテリを移動させるための移動部材、を備えるバッテリ把持移動部材と、を備えてなるヘリコプタ用バッテリ交換装置と、を組み合わせてなるヘリコプタシステム。