JP2019068748A - 無人航空機用散布装置及び無人航空機 - Google Patents

Abstract

【課題】 粉体や袋入りの物質、生きた昆虫等の散布物の散布を容易に行うことが出来る簡易で軽量な無人航空機用散布装置及び無人航空機を提供すること。【解決手段】 散布、あるいは投下する物体（散布物）を底のある容器１に入れ、開口部を上方に向けて装置に固定する。それらは外部信号で動かすことが出来る爪２で固定されており、信号により爪２が動くと容器１が反転して内容物を散布することが出来る。容器１は蓋をつけたり、あるいは内容物を入れた状態で容器ごと着脱出来るようにすることも可能である。基本となる構造である、容器及び容器の開口部が下方に向けて反転する機構を含むユニットを大きな制約なしに自由に複数並べて装置を作ることが出来るため、無人航空機の大きさや散布物の大きさ、散布箇所の数などを考慮して、装置の構成を柔軟に設計することが出来る。【選択図】図１

Description

本発明は、無人航空機用散布装置及び無人航空機に係り、特に、無人航空機からの物体投下、散布に適用される無人航空機用散布装置及び散布装置を備えた無人航空機に関する。

近年、ドローンと呼ばれる無人航空機のひとつが普及されている。
また、従来より、無人航空機の主要な用途として、薬剤等の散布、物の搬送と投下などがある。これらの作業で液体散布装置は、ポンプとノズルを組み合わせた装置として既に商品化され、実用レベルであろう。また、容器に入った物体の搬送は、無人航空機を着陸させてからその物体を切り離すことで実現出来ている。投下は、吊り下げて飛行しているものを空中で切り離すことで実現可能である。
例えば非特許文献１及び２のように、液体の農薬散布は、タンクに溜めた農薬をポンプで加圧してノズルから噴霧する構造で、無人ヘリコプター、マルチコプター等の農業用ドローンで広く使われている。

農薬散布用ドローン製品（DJI）、https://www.dji.com/jp/mg-1s 農業用ドローンの例（MAC-FACTORY）、mac-factory.com/?page_id=2

このように、従来、粉体や袋入りの物質、生きた昆虫等の散布物の散布を目的とした簡易で軽量な無人航空機用散布装置は存在しない。例えば、以下に示されるような散布物を無人航空機から散布しようとした場合、従来、適当な散布装置が存在しない。
・多数の昆虫等の生物を散布する（不妊虫放飼）
・粉体を散布する（農薬、肥料等）
・複数の小袋に入ったものを、設定した複数個所に散布する（殺鼠剤散布）
・特別な梱包をせずに散布する（緊急時の食糧や医薬品、水難救命具投下等）
・特別な梱包をせずに、ばらばらの状態で散布する（ビラの配布等）

本発明は、以上の点に鑑み、特に、粉体や袋入りの物質、生きた昆虫等の散布物の散布を容易に行うことが出来る簡易で軽量な無人航空機用散布装置及び無人航空機を提供することを目的とする。

本発明の第１の解決手段によると、
無人航空機用散布装置であって、
無人航空機に取り付けられる本体と、
上面に開口部を有し、散布する物体を１個あるいは複数入れるための複数の容器と、
前記容器の各々に対して設けられ、前記容器を、開口部が下方向になるように反転可能に且つ開口部を上方向に向けて前記本体に取り付けるための反転部と、
前記容器の各々に対して設けられ、前記容器の反転を止めておき、物体の散布の際に反転の止めを解放することで、前記容器を開口部が下方向になるように反転させるための反転制御部と、
物体を散布させるひとつ又は複数の前記容器に対する前記反転制御部に、反転の止めを解放させることで、前記容器を開口部が下方向になるように反転して開口部から物体を散布させるための制御部と、
を備えた無人航空機用散布装置
が提供される。

本発明の第２の解決手段によると、上述のような散布装置を備えた無人航空機が提供される。

本発明によると、粉体や袋入りの物質、生きた昆虫等の散布物の散布を容易に行うことが出来る簡易で軽量な無人航空機用散布装置及び無人航空機を提供することができる。

散布装置の基本的な部分構造図。 散布開始時の状況を表す説明図。 蓋の付いた散布容器を使用した散布装置（１）の説明図。 蓋の付いた散布容器を使用した散布装置（２）の説明図。 蓋の付いていない散布容器を使用した散布装置（３）の説明図。 着脱可能な容器を散布装置に固定する前の説明図。 着脱可能な容器を散布装置に固定した後の説明図。 散布装置を取り付けたマルチコプター方式の無人航空機の構成図（１）。 散布装置を取り付けたマルチコプター方式の無人航空機の構成図（２）。 散布装置を取り付けたマルチコプター方式の無人航空機の構成図（３）。 制御系の構成図（１）。 制御系の構成図（２）。

Ａ．概要

本発明及び／又は本実施の形態では、散布、あるいは投下する物体（散布物）を底のある容器に入れ、開口部を上方に向けて装置に固定する。それらは外部信号で動かすことが出来る爪で固定されており、信号により爪が動くと容器が反転して開口部が下方に向き内容物を散布することが出来る。散布物は、例えば、［発明が解決しようとする課題］で例示したものを含むことができる。
容器は蓋をつけたり、あるいは内容物を入れた状態で容器ごと着脱出来るようにすることも可能である。
また、本発明及び／又は本実施の形態では、基本となる構造のユニット（例えば、容器と容器の開口部が下方に向けて反転する機構を含むユニット）を大きな制約なしに自由に複数並べて装置を作ることが出来るため、無人航空機の大きさや散布物の大きさ、散布箇所の数などを考慮して、装置の構成を柔軟に設計することが出来る。
また、従来のタンクとポンプ等による散布装置では、通常１種類の薬液や粉等の液体しか散布できないことが想定されるが、本発明及び／又は本実施の形態の装置では、薬液等の液体や粉等を散布すれば、容器の数だけ異なる薬剤等の液体や粉等も散布出来る。さらに、例えば、蓋に１個または複数の穴を開けて，蓋を開かずに穴から散布するようにしてもよい。

Ｂ．無人航空機用散布装置

図１に、散布装置の基本的な部分構造図を示す。容器１には散布または投下する散布物１０を入れる。この例では、風で飛ばない袋入りの物（例えば袋入り殺鼠剤）や固形物を想定しているが、これらに限られない。容器１は蝶番６（反転部）でベース板９に回動可能に、また開口部が上方向に取り付けられている。容器１は、容器が反転しないようにないように爪２で固定されている。爪２はレバー４と一体になっており、心棒７で回動可能に支柱８に取り付けられている。レバー４は引っ張りばね３で爪が容器１を固定する方向に引かれている。このため、容器１はこの状態を保っており、内容物は保持されている。レバー４の他端には小型のソレノイド５の可動鉄心が取り付けられており、ソレノイド５の本体は支柱８に固定されている。ソレノイド５が励磁されていない時はこの状態を維持している。
なお、容器１の形状は円柱、直方体、楕円や多角形断面等の適宜の形状とすることができる。
また、容器１を回動可能に取り付ける構成（反転部）は、上述のように蝶番８を含む構成に限らず、例えば、シャフトにより容器１を回動可能に取り付ける等の適宜の構成（反転部）を用いることができる。
また、容器１、蝶番６を一体としたユニットとして構成しても良いし、また、容器１、蝶番６に加え、爪２、引っ張りばね３、レバー４、ソレノイド５、心棒７、支柱８、ベース板９を一体としたユニットとして構成するなど、適宜の部品を一体としたユニットとして構成しても良い。

図２に、散布開始時の状況を表す説明図を示す。この図はソレノイド５が励磁された状態を示している。ソレノイド５に規定の電圧が印加されると鉄心が下方に引かれ、それによってレバー４の他端はばね力に打ち勝って押し上げられる。このため、爪２は容器１から外れ、容器１は蝶番６を中心として重力で傾き、内容物（散布物）が放出される。

容器１の反転動作をより確実で速くするために、容器１を反転する方向に引っ張るばねやゴム、あるいは蝶番６を中心としたねじりコイルばね等を入れる等の機構を備えるようにしても良い（図では省略）。
なお、この他にも、爪２を容器１から解放するための構成(反転制御部)は、上述のように爪２、引っ張りばね３、レバー４、ソレノイド５、心棒７、支柱８を含む構成に限らず、ソレノイド５でレバー４を平行に移動する等の適宜の構成（反転制御部）を用いることができる。

図３（Ａ）に、蓋の付いた散布容器を使用した散布装置（１）の説明図を示す。この図は蓋の付いた容器による散布の例を、４つの状態を連続的に記して説明した図である。容器２１には蝶番２２を介して蓋２３が取り付けられている。この例では蓋２３は自重で閉まっている。ソレノイドが励磁されて爪が外れて容器２１が大きく傾き反転すると、蓋２４は自重で開き、散布物２５が散布される。このように蓋２３をつけることで、例えば、昆虫や、風で飛ばされる恐れのある散布物を散布することが出来る。この例では、蓋２３を閉じる力は自重だけであるが、容器２１を固定している爪で蓋を抑えるようにすることも可能である。また、容器２１と蓋２３を磁石で固定し、容器２１が反転したときに蓋１２が開くようにしてもよい。

図３（Ｂ）に、蓋の付いた散布容器を使用した散布装置（２）の説明図を示す。
図示のように、あるいは反転した角度が水平よりもやや下がった角度、例えば鉛直から１２０度程度で容器の傾きが止まるようなストッパー２６を取り付けることで、容器が反転して蝶番を中心に揺動することを防ぐことが出来る。
また、容器１が反転した状態では、無人航空機の揺れによって空の容器が揺動する場合がある。それを防ぐためには、容器１とベース板９に磁石と鉄片をつけて反転した位置で磁力により固定するようにしてもよい。さらに、ストッパーと磁石の両方を用いて固定するようにしてもよい。

図３（Ｃ）に、蓋の付いていない散布容器を使用した散布装置（３）の説明図を示す。
蓋２３を容器２１に取り付けるのではなく、図示のように蓋２７を本体側又はレバー側に取り付けるようにしてもよい。
容器２１が反転すると、蓋２７がレバー側に残り容器が開口される。なお、蓋２７を本体側又はレバー側にひも等で取り付けるようにしてもよい。この場合、容器２１が反転すると、下方向に垂れ下がるので、無人航空機が、マルチコプター方式等の場合に、プロペラで発生する下方への気流への障害を低減する効果も期待できる。

図４に、着脱可能な容器を散布装置に固定する前の説明図を示す。この図は散布物を入れた状態で準備された容器を、散布装置に取り付ける方式の例である。この例では、容器４１の底に蝶番４２が固定されているが、ベース板４４とは固定されていない。容器４１に散布物４５を予め入れおく。

図５に、着脱可能な容器を散布装置に固定した後の説明図を示す。この図は、図４で示した容器を固定した状態を示している。散布準備として容器４１の蝶番４２をベース板４４に容器固定用蝶ねじ４３で固定する。このように予め散布物４５を入れてある準備した容器を取り付けることで、散布物に触れることなく準備を行うことが出来るため、不妊虫放飼にも適用できる。
なお、容器４１をベース板４４に取り付けるための構成（取付部）は、上述のように蝶番４２、容器固定用蝶ねじ４３を含む構成の他にも、適宜の取付部を用いてもよい。

Ｃ．散布装置を備えた無人航空機

無人航空機は、ドローン、マルチコプター、ヘリコプター等の回転翼を備えた航空機でもよいし、飛行機等の回転翼を備えない航空機（固定翼機）でもよい。

図６に、散布装置を取り付けたマルチコプター方式の無人航空機の構成図（１）を示す。上図は平面図、下図は側面図の例を示している。
無人航空機７０は、フライトコントローラ１０１、無線通信部１０２を備える。また、散布装置６９は、制御部２０１又は２０３、無線通信部２０２を備える。なお、無線通信部２０２は省略してもよい。フライトコントローラ１０１、無線通信部１０２、制御部２０１又は２０３、無線通信部２０２の位置は、図示に限らず適宜の位置に設けることができる。また、フライトコントローラ１０１及び無線通信部１０２を一体構成としても良いし、制御部２０１又は２０３及び無線通信部２０２を一体構成としても良い。なお、図６の平面図では無人航空機７０の本体部分は省略し、散布装置６９の平面形状が明示される図としている。同様に図６の側面図（下図）では、容器６３、６６以外の容器及び側面図で左右方向以外の４個のプロペラは省略している。容器６３、６６は、当初の固定位置から反転した位置まで、連続的に図示してある。

これは、一例として、６個のプロペラとモータで構成された無人航空機７０に、８個の散布容器で構成された散布装置６９を取り付けた例である。散布装置６９には８個の容器６１〜６８が取り付けられている。この散布装置の容器を含む各ユニットは、例えば、図１、図２、図３（Ａ）〜（Ｃ）、図４、図５等の各図及びそれらの説明箇所で説明した構成で出来ている。無人航空機７０は手動操縦あるいは自動操縦で飛行し、所定の位置まで飛行したところで任意の容器６１〜６８のソレノイドを励磁させて散布物を散布する。８個の容器６１〜６８は任意の順番で内容物を散布すること出来るため、例えば容器６１を散布した後には、対角線上の容器６５を散布することで重心の移動を小さくすることが出来る。また、対角線の２つの容器、例えば、容器６１と容器６５を同時に散布すれば、重心位置は常に中央に保つことも可能である。このように個々に独立して操作できる散布容器を分散配置することで、任意の位置、および個数の容器から散布を行うことが出来る。また、どの容器からの散布をするか、いくつの容器から散布するか（例えば、順番、個数、位置）等を適宜定めることができ、さらに、バランスを考慮して順序、個数、位置等を定めることもできる。

図７及び図８に、散布装置を取り付けたマルチコプター方式の無人航空機の構成図（２）及び（３）を示す。
図６の装置は同心円状に８個の容器を配列しているが、図７及び図８に示すように、必要に応じてベースとなる部分を変えるだけで容器の個数の増減、配列の変更（縦横の配列直線状の配列など）を容易に変更し、製作することも出来る。
なお、図６〜図８以外にも、複数の容器は、同心円状に配置したり、又は、中心点又は中心線に対して対称に適宜配置することができる。

図９に、制御系の構成図（１）を示す。
無人航空機７０は、ＧＰＳ等の位置測定部及びメモリを含むフライトコントローラ１０１、無線通信部１０２を備える。
散布装置６９は、制御部２０１、無線通信部２０２を備える。なお、無線通信部２０２は省略してもよい。制御部２０１は、フライトコントローラ１０１と適宜の有線又は無線のインターフェースにより接続され、信号を送受する。
フライトコントローラ１０１は、散布物を散布する容器を反転するソレノイド等の反転機構に、散布信号を出力し、容器を反転する。
なお、無人航空機７０は、例えば、マニュアルにより飛行させたり、予めフライトコントローラ１０１に設定された飛行ルート／エリア等に従い、自動で飛行させることができる。
各容器から散布物を散布するには、例えば、以下のような各種の制御を行うことができる。

（１）マニュアル
操作者が無線端末（ラジコン送信機、携帯機器、スマートフォン、パッド、ＰＣ等）により、散布する容器と散布指示（信号）を発信し、無線通信部１０２又は無線通信部２０２がそれを受信し、フライトコントローラ１０１及び／又は無線通信部２０２により散布物を散布することができる。

（２）自動
無人航空機７０では、フライトコントローラ１０１内のメモリに散布する容器と散布位置を表す散布データを予め設定しておき、フライトコントローラ１０１は、内部の位置測定部により散布位置に到達したら散布指示を出力する。一方、散布装置６９では、制御部２０１がフライトコントローラ１０１から散布指示を受信し、指示されたひとつ又は複数の容器から散布物を散布することができる。以下に例ｉ）〜ｉｖ）について説明する。
ｉ）散布指示が、例えば、散布トリガを含む場合、制御部２０１は、散布トリガの順番に対するひとつ又は複数の散布容器の識別情報を示す散布データを内部メモリに予め記憶しておくことで、散布トリガに従い予め定められた容器から散布することができる。
ｉｉ）また、散布指示が、例えば、散布位置識別情報（ＩＤ）を含む場合、制御部２０１は、散布位置ＩＤに対するひとつ又は複数の散布容器の識別情報を示す散布データを内部メモリに予め記憶しておくことで、散布位置ＩＤに従い予め定められた容器から散布することができる。
ｉｉｉ）また、散布指示が、例えば、散布容器の識別情報を含む場合、制御部２０１は、散布容器の識別情報に従い予め定められた容器から散布することができる。
ｉｖ）さらにまた、散布指示として、例えば、無人航空機７０の位置座標をフライトコントローラ１０１から一定期間毎に常に出力している場合、制御部２０１は、位置座標に対するひとつ又は複数の散布容器を示す散布データを内部メモリに予め記憶しておくことで、位置座標に従い予め定められた容器から散布することができる。

図１０に、制御系の構成図（２）を示す。これは、散布装置６９の制御部２０３は、ＧＰＳ等の位置測定部及びメモリを含み、制御部２０３が、フライトコントローラ１０１と独立に散布制御を行うことができるので、
（１）マニュアル
操作者が無線端末（ラジコン送信機、携帯機器、スマートフォン、タブレット、ＰＣ等）により、散布する容器と散布端末（信号）を発信し、無線通信部２０２がそれを受信し、無線通信部２０３により散布物を散布することができる。

（２）自動
散布装置６９では、制御部２０３内のメモリに散布する容器と散布位置を表す散布データを予め設定しておき、制御部２０３は、散布でデータを参照し、内部の位置測定部により散布位置に到達したら該当するひとつ又は複数の容器から散布物を散布することができる。以下に例ｉ）〜ｉｉ）について説明する。
ｉ）散布指示が、例えば、散布トリガを含む場合、制御部２０３は、散布トリガの順番に対するひとつ又は複数の散布容器を示す散布データを内部メモリに予め記憶しておくことで、散布トリガに従い予め定められた容器から散布することができる。
ｉｉ）また、散布指示として、例えば、散布装置６９の位置座標を位置測定部が一定期間毎に常に測定している場合、制御部２０３は、位置座標に対するひとつ又は複数の散布容器の識別情報を示す散布データを内部メモリに予め記憶しておくことで、位置座標に従い予め定められた容器から散布することができる。

Ｄ．実施の形態の効果

本発明及び／又は本実施の形態により、軽量な装置で粉体、顆粒状物質、固形物質、鼠退治用毒餌等の袋入り物質、小型装置・部品・素子などを、その形状や物性に影響されることなく無人機から散布することが出来る。それらの物体は予め密閉容器に入れた状態で準備、設定できるために、昆虫等の生物の散布（不妊虫放飼）にも適用可能である。生物を散布する場合は、その生物に損傷を極力与えることなく放出することが出来る。
また、散布物に特別な梱包は不要で、複数の異なる物体を搭載することも出来るため、緊急時の食糧や医薬品投下、ビラの散布等様々な用途に適用可能である。
また、本装置は個々のユニットをそれぞれ独立して動作させることが出来るため、無人航空機の大きさや散布する物質、重量条件などに合わせて、容易にユニット数や配置を変更して製作することが可能である。

１ 容器
２ 爪（固定状態）
３ 引っ張りばね
４ レバー
５ ソレノイド
６ 蝶番
７ 心棒（レバーを回動可能とする固定軸）
８ 支柱
９ ベース板
１０ 散布物
２１ 蓋つき容器
２２ 蝶番
２３ 閉じた状態の蓋
２４ 開いた状態の蓋
２５ 散布物
２６ ストッパー
２７ レバーに取り付けられた蓋
４１ 蝶番付き容器
４２ 蝶番
４３ 容器固定用蝶ねじ
４４ ベース板
４５ 散布物
６１〜６８ 容器１〜８
６９ ８個の基本構造で構成された散布装置
７０ 無人航空機（６枚プロペラ機）
１０１ 無人航空機フライトコントローラ
１０２ 無人航空機無線通信部
２０１ 散布装置制御部
２０２ 散布装置無線通信部
２０３ 散布装置制御部（位置測定部内蔵）

Claims (12)

1. 無人航空機用散布装置であって、
   無人航空機に取り付けられる本体と、
   上面に開口部を有し、散布する物体を１個あるいは複数入れるための複数の容器と、
   前記容器の各々に対して設けられ、前記容器を、開口部が下方向になるように反転可能に且つ開口部を上方向に向けて前記本体に取り付けるための反転部と、
   前記容器の各々に対して設けられ、前記容器の反転を止めておき、物体の散布の際に反転の止めを解放することで、前記容器を開口部が下方向になるように反転させるための反転制御部と、
   物体を散布させるひとつ又は複数の前記容器に対する前記反転制御部に、反転の止めを解放させることで、前記容器を開口部が下方向になるように反転して開口部から物体を散布させるための制御部と、
   を備えた無人航空機用散布装置。
   
2. 請求項１に記載の無人航空機用散布装置において、
   前記反転制御部は、散布する信号で前記容器の反転を抑えている爪が個別のモータ、ソレノイド、エアシリンダ、又は、その他の往復駆動アクチュエータで解放されるようにしたことを特徴とする無人航空機用散布装置。
   
3. 請求項１又は２に記載の無人航空機用散布装置において、
   前記容器の開口部に回転可能に取り付けられ、前記容器の反転時に開放される蓋を備えた無人航空機用散布装置。
   
4. 請求項１又は２のいずれかに記載の無人航空機用散布装置において、
   前記容器の開口部を覆い、前記反転制御部側又は前記本体側に取り付けられた蓋を備えた無人航空機用散布装置。
   
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の無人航空機用散布装置において、
   前記容器を脱着可能とするための取付部を備えた無人航空機用散布装置。
   
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の無人航空機用散布装置において、
   複数の前記容器は、同心円状に配置されたこと、又は、中心点又は中心線に対して対称に配置され、
   前記制御部は、対角線上に配置された複数の前記容器を、連続して又は同時に反転させることを特徴とする無人航空機用散布装置。
   
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の無人航空機用散布装置において、
   位置測定部と、
   位置に対して、物体を散布するひとつ又は複数の容器の識別情報を予め定めた散布データを記憶するメモリと
   を備え、
   前記制御部は、前記メモリに記憶された散布データを参照し、いずれかの散布データの位置に到達すると、該位置に対応するひとつ又は複数の前記容器を反転させることを特徴とする無人航空機用散布装置。
   
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の無人航空機用散布装置において、
   散布指示に対して、物体を散布するひとつ又は複数の容器の識別情報を予め定めた散布データを記憶するメモリ
   を備え、
   前記制御部は、無人航空機から散布指示を受信すると、前記メモリに記憶された散布データを参照し、散布指示に対応するひとつ又は複数の容器を反転させることを特徴とする無人航空機用散布装置。
   
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載の無人航空機用散布装置において、
   前記制御部は、手動操作による指示により、ひとつ又は複数の前記容器を反転させることを特徴とする無人航空機用散布装置。
   
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載の無人航空機用散布装置において、
    前記容器を反転する方向に力を加えるための機構をさらに備えた無人航空機用散布装置。
    
11. 請求項１乃至１０のいずれかに記載の無人航空機用散布装置において、
    前記容器を反転した位置で固定するための、ストッパー及び／又は磁石を前記本体に備えた無人航空機用散布装置。
    
12. 請求項１乃至１１のいずれかに記載の無人航空機用散布装置を備えた無人航空機。

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