JP6626009B2 - 飛行ロボット装置 - Google Patents
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Description
行われる。前記ケーブルは、前記模型飛行機の下部においてその重心近傍に接続されている。前記模型飛行機の浮遊重量は1.5g/dm2以下と非常に小さく、産業用途ではなく、玩具であるからであり、また、前記電源が前記遠隔制御装置に内蔵されており、前記模型飛行機に搭載されていないからである。さらに、前記模型飛行機は固定昇降舵を有していて、その上昇及び下降は前記電気モータへ供給される電気エネルギーを変化させることによって行われる。前記模型飛行機の方向舵の駆動(すなわち高度の調整)は、インダクションコイルに印加される直流(DC)電圧を変化させることによって駆動される(要約、請求項1〜4と発明の詳細な説明の対応箇所、図1〜4を参照)。
飛行ロボットと、
前記飛行ロボットに可撓性送電ケーブルを介して電力を供給する地上側電源装置とを備え、
前記飛行ロボットは、
推進手段と、
前記推進手段を駆動する電動モータと、
前記飛行ロボットに作用する前記送電ケーブルの荷重に応じて前記電動モータの出力を制御する第1制御部と、
前記地上側電源装置から前記送電ケーブルを介して供給される高電圧を低電圧に変換して前記電動モータに供給する高圧/低圧変換部と、
前記高圧/低圧変換部で生成された前記低電圧を前記電動モータに供給するメイン電源装置と、
必要に応じて前記電動モータに補助電圧を供給するサブ電源装置と、
前記補助電圧を供給する補助バッテリーとを備えており、
前記地上側電源装置は、
前記送電ケーブルを介して前記高電圧を前記高圧/低圧変換部に送電する高圧送電部と、
前記飛行ロボットと前記地上側電源装置の間の距離に応じて、前記高圧送電部が送電する前記高電圧の値を制御する第2制御部とを備えており、
前記サブ電源装置は、前記メイン電源装置の出力が低下または消失すると、前記補助バッテリーから前記補助電圧を前記電動モータに供給する
ことを特徴とするものである。
本発明の第1実施形態に係る飛行ロボット装置1の全体構成を図1に示す。同図より明らかなように、飛行ロボット装置1は、飛行ロボット10と、飛行ロボット10に可撓性の送電ケーブル30を介して電力を供給する地上側電源装置50と、飛行ロボット10の高度や位置の変化に応じて送電ケーブル30の引き出し及び巻き取りを行うケーブル巻取機40と、飛行中に送電ケーブル30が絡みついて飛行ロボット10の飛行に支障が生じるのを防止するための絡みつき防止部材45とを備えている。地上側電源装置50とケーブル巻取機40と絡みつき防止部材45は、地上に設けられている。飛行ロボット10は、送電ケーブル30を介して地上側電源装置50から供給される電力により自律飛行可能である。
操作量=P部分(比例項)+I部分(積分項)+D部分(微分項)
として、操作量を決定する方式である。ここでは、
P部分(比例項)=飛行ロボットの重量変化速度(kg/s)?飛行ロボットの上昇・下降時間(s)?送電ケーブル単位重量(kg/m)?出力係数Kp
I部分(積分項)=飛行ロボットの重量変化速度(kg/s)の積分値?出力係数Ki
D部分(微分項)=飛行ロボットの重量変化速度(kg/s)の微分値?出力係数Kd
とする。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。第2実施形態に係る飛行ロボット装置1aは、図7に示すようなロボット側制御装置20及び地上側電源装置50aと、図8に示すようなケーブル巻取機40aとを備えている。
上述した第1及び第2実施形態は、本発明を具体化した例を示すものである。したがって、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を外れることなく種々の変形が可能であることは言うまでもない。
10 飛行ロボット
11 本体
12 アーム
13 ロータ
14、14a、14b、14c、14d、14e、14f ロータ駆動用電動モータ
20 ロボット側制御装置
21 低圧変換部
22 出力制御部
23 制御演算部
24 位置検出部
25 送受信部
26 アンテナ
30 送電ケーブル
31 光ファイバ
40、40a ケーブル巻取機
41 ケーブル巻取用モータ
41a 回転軸
42 ドラム
43 スタンド
44 ベース
45 防止部材
45a ケーブル挿入リング
46 巻取バネ
50 地上側電源装置
51、51a 出力制御部
52 制御演算部
53 送受信部
54 発電部
55 高圧送電部
56 アンテナ
61 メインDC−DCコンバータ(メイン電源装置)
62 電流測定センサ
63 PWM制御回路
64 サブDC−DCコンバータ(サブ電源装置)
64a バイパススイッチ
65 モータ駆動ユニット
66a、66b、66c 第1、第2、第3補助バッテリー
66aa、66Bb、66Cc セル
67 充電用DC−DCコンバータ(充電用電源装置)
68 制御装置用メインDC−DCコンバータ
69、71 ダイオード
70 制御装置用サブDC−DCコンバータ
72 制御装置
81 バッテリー制御マイコン
82 フロントエンドIC
83 充電用FET
84 放電用FET
85 電流検出用抵抗
86a、86B、86C ダイオード
87 ヒューズ
90 制御用PC
Claims (14)
- 飛行ロボットと、
前記飛行ロボットに可撓性送電ケーブルを介して電力を供給する地上側電源装置と、
地上側で前記送電ケーブルの余剰分を巻き取るケーブル巻取機とを備え、
前記飛行ロボットは、
推進手段と、
前記推進手段を駆動する電動モータと、
前記飛行ロボットに作用する前記送電ケーブルの荷重に応じて前記電動モータの出力を制御する第1制御部と、
前記地上側電源装置から前記送電ケーブルを介して供給される高電圧を低電圧に変換して前記電動モータに供給する高圧/低圧変換部と、
前記高圧/低圧変換部で生成された前記低電圧を前記電動モータに供給するメイン電源装置と、
バッテリー電圧を出力する補助バッテリーと、
必要に応じて前記バッテリー電圧に基づいて前記電動モータに補助電圧を供給するサブ電源装置と、
飛行中の前記飛行ロボットの現在位置及び現在高度を検出して位置・高度信号を出力する位置検出部と、
前記位置検出部から出力される前記位置・高度信号を無線で前記地上側電源装置に送信する第1送受信部とを備えており、
前記地上側電源装置は、
前記送電ケーブルを介して前記高電圧を前記高圧/低圧変換部に送電する高圧送電部と、
前記第1送受信部から無線で送信された前記位置・高度信号を受信する第2送受信部と、
前記第2送受信部で受信される前記位置・高度信号を用いて、前記飛行ロボットと前記地上側電源装置の間の距離に応じて、前記高圧送電部が送電する前記高電圧の値を制御する第2制御部とを備えており、
前記第1制御部は、前記位置検出部から出力される前記位置・高度信号を用いて前記飛行ロボットに作用する前記送電ケーブルの前記荷重を算出し、得られたその荷重を用いて前記電動モータの出力を制御するように構成されており、
前記第2制御部は、前記高電圧の値の制御と併行して、前記第2送受信部で受信される前記位置・高度信号を用いて前記ケーブル巻取機による前記送電ケーブルの送り出し及び巻き取りの制御を行うように構成されており、
前記電動モータの出力と前記高電圧の値と前記送電ケーブルの送り出し及び巻き取りは、前記飛行ロボットと前記地上側電源装置の間の距離に応じて自動的に調整され、
前記サブ電源装置は、前記飛行ロボットに対する過負荷または前記送電ケーブルの断線が生じると、前記補助バッテリーから前記補助電圧を前記電動モータに供給する
ことを特徴とする飛行ロボット装置。 - 前記第2制御部において、前記第2送受信部で受信した前記位置・高度信号を用いて、前記飛行ロボットの現在位置及び現在高度における前記送電ケーブルの必要長さが算出され、算出された前記必要長さを前記送電ケーブルの現在長さと比較することで前記送電ケーブルの不足分または過剰分が算出され、
前記ケーブル巻取機において、算出された前記不足分または前記過剰分に応じて前記送電ケーブルの送り出し及び巻き取りが調整される請求項1に記載の飛行ロボット装置。 - 前記地上側電源装置の前記高圧送電部が送電する前記高電圧が、直流電圧とされている請求項1または2に記載の飛行ロボット装置。
- 前記飛行ロボットの前記高圧/低圧変換部が、出力可変のDC−DCコンバータとされている請求項1〜3のいずれかに記載の飛行ロボット装置。
- 前記地上側電源装置の前記高圧送電部がAC−DCコンバータとされ、
前記飛行ロボットの前記高圧/低圧変換部がDC−DCコンバータとされている請求項1〜3のいずれかに記載の飛行ロボット装置。 - 前記メイン電源装置の負荷容量の低下が検出されると、前記サブ電源装置が、前記メイン電源装置から供給される前記低電圧に加えて、前記補助バッテリーから前記補助電圧を前記電動モータに供給するように構成されている請求項1〜5のいずれかに記載の飛行ロボット装置。
- 前記メイン電源装置からの出力の喪失が検出されると、前記サブ電源装置の動作が停止されると共に、前記補助バッテリーから前記補助電圧を前記電動モータに直接供給するように構成されている請求項1〜6のいずれかに記載の飛行ロボット装置。
- 前記地上側電源装置から前記送電ケーブルを介して供給される前記高電圧を用いて、前記補助バッテリーを充電することで、放電による前記補助電圧の低下を防止する充電用電源装置をさらに備えている請求項1〜7のいずれかに記載の飛行ロボット装置。
- 前記飛行ロボットに接続された通信ケーブルをさらに備えており、前記通信ケーブルは前記送電ケーブルに一体化または付属されている請求項1〜8のいずれかに記載の飛行ロボット装置。
- 前記ケーブル巻取機が、前記送電ケーブルの送り出し及び巻き取りを行うケーブル巻取用モータを備えており、
前記飛行ロボットと前記地上側電源装置の間の距離に応じて自動的に調整される前記送電ケーブルの送り出し及び巻き取りは、前記ケーブル巻取用モータによって行われる請求項1〜9のいずれかに記載の飛行ロボット装置。 - 前記ケーブル巻取機が、前記送電ケーブルをその巻き取り方向に付勢する付勢部材を備えており、
前記送電ケーブルの送り出しは、前記付勢部材の巻き取り力に抗して前記送電ケーブルを引き出すことによって行われ、前記送電ケーブルの巻き取りは、前記付勢部材の巻き取り力によって行われるように構成されている請求項1〜9のいずれかに記載の飛行ロボット装置。 - 前記飛行ロボットの前記第1制御部と前記地上側電源装置の前記第2制御部の少なくとも一方で、PID制御方式が使用されている請求項1〜11のいずれかに記載の飛行ロボット装置。
- 地上側に設置された、前記送電ケーブルの絡みつきを防止する絡みつき防止部材をさらに備えている請求項1〜12のいずれかに記載の飛行ロボット装置。
- 前記飛行ロボットが、電動ヘリコプタの構成を持っている請求項1〜13のいずれかに記載の飛行ロボット装置。
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