JP7072156B1 - 移動体システム - Google Patents

Abstract

【課題】妨害となる電磁波を軽減し、安全に制御可能な移動体システムを提供する。【解決手段】移動体システムは、遠隔操作される無人移動体と、無人移動体が遠隔操作されるための操作信号を電波として受信するためのアンテナと、アンテナを含まない領域と、アンテナを含む領域とを区切るようにすることで、無人移動体の外側から放射される電磁波を遮断する遮断板とを備える。これにより、妨害となる電磁波を軽減し、安全に制御可能な移動体システムを実現する。【選択図】図１

Description

本開示は、妨害波の影響を抑える構造を有する移動体システムに関する。

近年、ドローンなどの無人移動体が、撮影、運搬、測量など、様々な場面で活用されている。一方で、無人移動体は妨害となる電磁波の影響を受けやすく、無人移動体を操作するための電波が途切れれば、その場に着陸等をして停止するなど、本来の目的を遂げることができない。

そこで、例えば、特許文献１のように、無人移動体と円滑に通信するための方法が考えられている。

特開２０１８－１１７２６８号公報

特許文献１は、指向性の方向が互いに異なる３本以上のアンテナを設置して干渉波の影響が小さいアンテナを用いて無人移動体と通信する方法が示されている。

しかし、無人移動体を操作するための電波は、市中を飛び回る妨害となる電波だけでなく、金属やモーターなどから発せられる電磁波の影響も受けやすく、安全に無人移動体を制御するためには、妨害となる電磁波を吸収ないし反射させるなど、軽減する措置が必要である。

本開示は、このような課題を解決するためになされたもので、妨害となる電磁波を軽減し、安全に制御可能な移動体システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本開示に係る移動体システムは、遠隔操作される無人移動体と、無人移動体が遠隔操作されるための操作信号を電波として受信するためのアンテナと、無人移動体の外側から放射される電磁波を遮断する遮断板とを備え、遮断板は、アンテナを含まない領域と、アンテナを含む領域とを区切るように無人移動体に固定された移動体システムである。

本開示によれば、妨害となる電磁波を吸収ないし反射させることなどにより軽減し、移動体システムを制御するための送信機からの電波を受け止めやすくすることで、安全に移動体システムを操作することが可能となる。

移動体システムを前側から見た斜視図である。 移動体システムを後側から見た斜視図である。 移動体システムのアンテナ部、遮断板、反射板を拡大して前側から見た斜視図である。 移動体システムのアンテナ部、遮断板、反射板を拡大して後側から見た斜視図である。 移動体システムのアンテナ部、遮断板、反射板を拡大したもので、遮断板の形状をトレー状、反射板の形状を回転楕円面及び楕円柱面の組合せとして構成して前側から見た斜視図である。 移動体システムのアンテナ部、遮断板、反射板を拡大したもので、遮断板の形状をトレー状、反射板の形状を回転楕円面及び楕円柱面の組合せとして構成して後側から見た斜視図である。

以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本開示の内容を不当に限定するものではない。また、実施形態に示される構成要素のすべてが、本開示の必須の構成要素であるとは限らない。

（全体構成）
本実施形態の移動体システム１は、飛行体、マルチコプターなどの無人移動体（以下、便宜的に「ドローン」と示す）２を用いて構成される。ドローン２に取り付けられた遮断板３によって、ドローン２の前方から受ける妨害波となる電磁波（以下、「妨害波」と示す）を吸収ないし反射し、妨害派の影響を軽減する。さらに、ドローン２に取り付けられた反射板４によって、ドローン２の後方から受けるドローン２を操作するための電波（以下、「操作信号」と示す）を増幅し、受け止めやすくする。

図１に示すように、移動体システム１は、ドローン２と、遮断板３Ａ、３Ｂ（以下まとめて「遮断板３」と示す）とを備える。

また、図２は、図１のドローン２を後側から見た図であるが、遮断板３Ａ，３Ｂの裏側には、反射板４Ａ、４Ｂ（以下まとめて「反射板４」と示す）とを備える。ただし、反射板４は必須の構成要素ではなく、また、遮断板３が反射板４の役割を兼ね備えてもよい。なお、遮断板３及び反射板４はアンテナの本数と同数設置されることが望ましい。

（ドローン２の構成）
ドローン２は、本体２１と、４つの回転翼２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄと（以下まとめて「回転翼２２」と示す）、アンテナ２３Ａ、２３Ｂと（以下まとめて「アンテナ２３」と示す）、カメラ２４と、を備える。ただし、回転翼２２、アンテナ２３の数はあくまで一例であり、これに限られるものではない。また、ドローン２を着地させるための脚部などを備えていてもよいし、脚部とアンテナが一体となって構成されていてもよい。また、カメラ２４は必須の構成要素ではなく、備えなくともよい。

本体２１は、回転翼２２と同数のアームを有する。本実施形態の例のように、回転翼２２が４つ存在する場合には、平面形状が十字状のように形成される。ただし、このような形状に限定されなくともよい。本体２１が有する４つのアームの先端には、それぞれ回転翼２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄが取り付けられる。

本体２１において、回転翼２２が取り付けられている側を上側という。また、本体２１の上側とは反対側を下側という。

本体２１において、アームの下側、つまり回転翼２２Ａ、２２Ｂのアームを挟んだ反対側には、アンテナ２３Ａ、２３Ｂが取り付けられる。

回転翼２２は、上下方向に沿った回転軸を有し、上下方向に直交する水平面内で回転する。なお、水平面とは、基本的には、地面に平行な面である。

２つのアンテナ２３Ａ、２３Ｂは、棒状に成形することで形成され、その両端が本体２１の下側に接続される。また、２つのアンテナ２３Ａ、２３Ｂは、間隔を空けて対向配置される。以下、２つのアンテナ２３Ａ、２３Ｂの配列方向を左右方向、水平面内で左右方向と直行する方向を前後方向という。なお、アンテナの形状及び配置は一例であって、これに限られなくともよい。

カメラ２４は、２つのアンテナ２３Ａ、２３Ｂの間に位置するように本体２１の前面に取り付けられ、動画または静止画を撮影する。

本体２１には、図示を省略するが、回転翼２２を駆動する駆動回路、ドローン２の飛行制御に必要な複数のセンサ、ドローン２の飛行やカメラ２４を遠隔操作するための通信装置及び制御装置、電源などが内蔵される。なお、これらドローン２各部の構成は公知のものであるため、ここでの詳細な説明は省略する。

（遮断板３の構成）
遮断板３は、ドローン２に取り付けて使用され、ドローン２の外側から発せられる電磁波がアンテナ２３に到達するのを軽減する。

一般的な形状のドローン２においては、前部にカメラ２４が設置される。そして、ドローン２のカメラ２４を用いて建物など構造物の撮影をするとき、ドローン２は前を向いた状態で撮影を行うが、ドローン２は、撮影対象である構造物の金属などから発せられる電磁波の影響を受けやすい。

したがって、遮断板３は、アンテナ２３の前側に設置するのが望ましい。例えば、アンテナ２３Ａ、２３Ｂのそれぞれの前側に、アームに固定させて遮断板３Ａ、３Ｂとして設置してもよい。このとき、遮断板３は、ドローン２の前側から発せられる電磁波がアンテナ２３に到達するのを軽減する。

遮断板３の形状は、例えば、四角形の板のような平面状又は略平面状により構成してもよいし、四角形の板を湾曲させた曲面状又は略曲面状により構成してよい。また、遮断板３の形状は、例えば、四角形の板に前面に対して外側に向けて縁をつけたような形状、すなわち、四角錐台を横に倒して、面積の大きな四角錐台の底面を前側、面積の小さな四角錐台の上面を後側とし、四角錐台の底面から中をくりぬかれた鋳型状により構成してもよいし、略四角錐台を横に倒して、面積の大きな略四角錐台の底面を前側、面積の小さな略四角錐台の上面を後側とし、略四角錐台の底面から中をくりぬかれた鋳型状により構成してもよい。外側に向けて縁をつける事はこれにより、遮断板３は、ドローン２の前側から発せられる電磁波を分散させて反射させることが可能となることから、望ましい。

遮断板３の大きさは、アンテナ２３を覆い、かつ風の抵抗を最小限に抑える程度が望ましい。すなわち、遮断板３の上下方向の長さは、アンテナ２３の上下方向の長さよりも長く構成されることが望ましい。また、遮断板３の左右方向の長さは、アンテナ２３の上下方向の長さよりも長く構成されることが望ましい。

遮断板３の大きさは、例えば、アンテナの上下方向の長さに対して、上下方向をアンテナの長さの１．６倍程度、左右方向をアンテナの長さの１．２倍程度とした長方形にするとよい。例えば、一般的なドローンでは、アンテナ２３の長さが１０ｃｍ程度のものが多いが、この場合、遮断板３は、上下方向１６ｃｍ×左右方向１２ｃｍ程度の大きさで構成されることが望ましい。これにより、遮断板３による空気抵抗の影響を軽減しつつ、遮断板３によるドローン２の前面から発せられる電磁波を軽減する効果を得ることが可能となる。

遮断板３の材質は、ドローンの飛行に影響がない程度に軽量なアルミニウムを用いて構成されることが望ましい。

さらに、遮断板３のアンテナを含まない領域の面、すなわち一般的な形状のドローン２における前面には、電磁波を吸収する吸収面を有することが望ましい。具体的には、遮断板３の吸収面は、電波吸収シートを貼付されることにより構成されることが望ましい。遮断板３に貼付する電波吸収シートは、カルボニル鉄とゴム状の基材を混合し、反射波の位相差によりドローンで使用される周波数帯に特化して吸収するタイプのものを使用してもよい。なお、電波吸収シートは一般に市販されているものを用いてもよい。

遮断板３の吸収面を構成する電波吸収シートは、ドローン２を制御するための無線通信に用いられる電磁波の周波数帯に特化して吸収するものを用いるとよい。すなわち、操作信号と同じ周波数帯域の電磁波を吸収するものを用いるとよい。なお、ドローンを制御するための無線通信には、２．４ＧＨｚ、５．７ＧＨｚなどの帯域が用いられ、法改正によりこれら以外の帯域が用いられることもあるが、電波吸収シートは、ドローンを制御するための無線通信、特に制御対象とするドローン２で用いられる無線通信の電磁波の周波数帯域を吸収するものがよい。

（反射板４の構成）
反射板４は、ドローン２に取り付けて使用され、遮断板３により区切られたアンテナ２３を含む領域側から発せられる操作信号を増幅する。一般的なドローン２の形状では、前述の通り、遮断板３により、ドローン２の前側と後側を区切るのが望ましいから、この場合、反射板４は、ドローン２の後側から発せられる操作信号を増幅する。

反射板４は、アンテナ２３の前側であり、かつ、遮断板３の後側に設置されるとよい。すなわち、反射板４は、遮断板３とアンテナ２３との間に設置され、遮断板とアンテナとを区切るように設置されるとよい。例えば、アンテナ２３Ａ、２３Ｂのそれぞれの前側であり、かつ遮断板３Ａ、３Ｂの後側に、アームに固定させて反射板４Ａ、４Ｂとして設置してもよい。また、遮断板３Ａ、３Ｂに固定させて反射板４Ａ、４Ｂとして設置してもよいし、アームと遮断板３Ａ、３Ｂの両方に固定させて設置してもよい。

反射板４は、例えば、アンテナ２３を覆う程度の大きさの平面状又は略平面状の壁を構成するように形成してもよい。反射板４の大きさは、例えば、四角形の面で構成され、上下方向、左右方向ともに、それぞれ、アンテナ２３の長さよりも長くすることが望ましい。また、反射板４は、例えば、四角形の面で構成され、反射板４と同様に、アンテナ２３の長さが１０ｃｍ程度であれば、上下方向１６ｃｍ×左右方向１２ｃｍ程度の大きさで構成するとよい。これにより、反射板４による空気抵抗の影響を軽減しつつ、反射板４による操作信号を増幅する効果を得ることが可能となる。

反射板４は、アンテナ２３に操作信号を集中させるために、曲面で構成することが望ましい。具体的には、反射板４は、アンテナ２３に向いた面を反射面としたとき、反射面が内側に湾曲する凹面であり、回転楕円面もしくは楕円柱面または略回転楕円面もしくは略楕円柱面などこれらに類似する曲面の一部を含む曲面としてよい。回転楕円面は、楕円の長軸あるいは短軸を中心に楕円を回転させて形成される曲面であり、楕円柱面は、楕円をその長軸および短軸と交差する方向にスライドさせた軌跡によって形成される曲面である。回転楕円面もしくは楕円柱面またはこれらに類似する曲面の一部を含む曲面は、楕円曲線またはそれに類似する曲線の一部を含む。

アンテナ２３は、反射板４の一方の焦点近傍に配置されるとよい。ここで、反射板４の焦点とは、反射板４を規定する楕円において焦点となる位置であり、回転楕円面の場合には、軸線を含む平面で切断したときの楕円曲線の焦点の集まりを示し、楕円柱面の場合には、楕円柱面の軸線に垂直な平面で切断したときの楕円曲線の焦点の集まりを示し、反射板４が回転楕円面または楕円柱面の場合には、これらの面を近似した回転楕円面または楕円柱面の焦点を示す。また、焦点近傍とは、焦点および焦点の周囲の領域を含む。

反射板４の材質は操作信号を反射集中させる事ができ、かつドローンの飛行に影響がない程度に軽量なアルミを使用する事が望ましい。

図３に、遮断板３，反射板４，アンテナ２３を拡大して前側から見た図を示す。図３にはアームを示していないが、ドローン２のアームなどに固定されて設置される。ドローン２のアームに固定される場合、これらの上側にアームが設置される。

なお、遮断板３は、図１に示すようにアームの長辺と垂直方向に設置してもよいし、ドローン２の前面、すなわちカメラ２４と平行な方向に設置してもよい。なお、遮断板３を、ドローン２の前面と水平な方向に設置した方が、よりドローン前面方向から受ける電磁波を軽減する効果が期待できる。

図４に、遮断板３，反射板４，アンテナ２３を拡大して後側から見た図を示す。図４は、図３を後側から見た図である。

図５に、遮断板３、反射板４、アンテナ２３を拡大し、かつ、遮断板３をトレー状として構成し、反射板４を回転楕円面及び楕円柱面の組合せとして構成した具体例を示す。これは、前側から見た図であり、ドローン２のアームなどに固定されて設置される。

図６に、遮断板３、反射板４、アンテナ２３を拡大し、かつ、遮断板３をトレー状として構成し、反射板４を回転楕円面及び楕円柱面の組合せとして構成した具体例を示す。これは、図５を後側から見た図である。

（効果）
以上詳述した第１実施形態による効果を以下に示す。
まず、前提として、無人移動体の活用場面の一つに、建造物の撮影がある。無人移動体を用いて様々な角度から建造物を撮影することにより、例えば、橋梁、オフィスビル、共同住宅など建造物の三次元図面を生成することができる。しかし、建造物からは、さまざまな妨害波となる電磁波が発せられることが多い。例えば、橋梁などでは、鉄などの金属が露出していることにより磁場が乱れ、妨害波として無人移動体に到達する。また、共同住宅等からは、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）の電波が発せられ、妨害波として無人移動体に到達する。さらに、オフィスビルや共同住宅にはエレベータや室外機が設置されていることも多く、これらのモーターから発せられる電磁波が妨害波として無人移動体に到達する。

したがって、建造物を撮影する上で、妨害波の影響を軽減しなければ、そもそも撮影が実現しないこともある。一方で、無人移動体は、安全上の観点から、必ず目視できる位置から操作を行う。よって、無人移動体は、通常、対象とする建造物、操作信号が発せられる送信機の間に位置し、かつ、撮影を行う観点から、カメラの撮影方向、すなわち無人移動体の前側が建造物の方向を向く関係にある。

以上のような観点から、無人移動体の一方向（通常は前側）から到達してくる妨害波を軽減し、無人移動体の後側から到達してくる操作信号は増幅することが望ましい。

本実施形態の発明によれば、遮断板３により、ドローン２の前側から到達してくる妨害波を反射及び／又は吸収することにより、妨害波を軽減することができる。これにより、アンテナ２３に妨害波が到達することを軽減し、誤った操作信号を受信することを防止することが可能となる。

また、遮断板３の形状を四角錐台の底面から中をくりぬかれた鋳型状により構成したとき、外側からドローン２に到達する妨害波を分散して反射させることができることから、ドローン２に到達する妨害波を軽減するより高い効果が期待できる。

また、ドローン２の後側から到達してくる操作信号を反射板４により増幅することにより、操作信号を確実に捉え、誤作動が生じることを防止することが可能となる。

特に、反射板４を、回転楕円面もしくは楕円柱面または略回転楕円面もしくは略楕円柱面などこれらに類似する曲面の一部を含む曲面としたとき、アンテナ２３に操作信号を集中させることが可能となる。

すなわち、本実施形態の発明によれば、遮断板３及び反射板４により、妨害波の影響を軽減し、操作信号を確実に受信することで、特に妨害波が発生し得る環境にある建造物の近くにおいても、ドローン２を確実に操作することが可能となる。

さらに、本実施形態の発明は、ドローン２を用いて撮影を行うことに限らず、例えばドローンを用いて配送を行う場合にも、建造物に向かってドローン２が移動するため、本実施形態の発明により、ドローン２は確実に操作信号を受信し、建造物に到達できないという問題を解決することができる。本実施形態の発明は、さまざまな場面で利用することが期待でき、妨害波がある方向に向かってドローン２が操作される場面において有効に活用することが可能となる。

（他の実施形態）
以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において種々の態様をとることができる。

本開示では、遮断板３はアンテナ２３のぞれぞれに対して設けられているが、例えば、アンテナ２３Ａ、２３Ｂの前側に設置されるように、アンテナ２３Ａが取り付けられたアームとアンテナ２３Ｂが取り付けられたアームに固定して１枚の遮断板３を用いてもよい。また、アンテナ２３が複数あるときに、２本以上のアンテナ２３の前側に設置されるように遮断板３を設けてもよい。

本開示では、反射板４は、アンテナ２３のぞれぞれに対して設けられているが、例えば、アンテナ２３Ａ、２３Ｂの前側に設置されるように、アンテナ２３Ａが取り付けられたアームとアンテナ２３Ｂが取り付けられたアームに固定して、または、遮断板３Ａ、遮断板３Ｂに固定して、１枚の反射板４を用いてもよい。また、アンテナ２３が複数あるときに、２本以上のアンテナ２３の前側に設置されるように反射板４を設けてもよい。

本開示では、遮断板３と反射板４をそれぞれ設置したが、遮断板３と反射板４は一体として構成し、設置してもよい。例えば、アンテナ２３の前に遮断板３を設置し、遮断板３の前側から放射される電磁波を遮断するための壁として構成してもよい。また、遮断板３のアンテナ２３が設置される側の面は、既に述べた反射板４のような回転楕円面もしくは楕円柱面またはこれらの類似する曲面の一部を含む曲面で構成され、操作信号を反射させるようにし、遮断板３を反射板４と一体として構成してもよい。
また、反射板４のアンテナが設置されるのと反対側の面（前側の面）には、妨害波を吸収するような吸収面を構成してもよいし、妨害波を反射又は吸収させるように構成してもよい。このような構成により、反射板４を遮断板３と一体として構成してもよい。さらに、遮断板３と反射板４は片方のみが設置されてもよい。

１…移動体システム、２…ドローン、２１…本体、２２，２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ…回転翼、２３，２３Ａ，２３Ｂ…アンテナ、２４…カメラ、３，３Ａ，３Ｂ…遮断板、４，４Ａ，４Ｂ…反射板

Claims (8)

1. 遠隔操作される無人移動体と、
   前記無人移動体が遠隔操作されるための操作信号を電波として受信するためのアンテナと、
   前記無人移動体の外側から放射される電磁波を遮断する遮断板とを備え、
   前記遮断板は、四角錐台の底面を前側、四角錐台の上面を後側とし、四角錐台の底面から中をくりぬかれた鋳型状又は略四角錐台の底面を前側、略四角錐台の上面を後側とし、略四角錐台の底面から中をくりぬかれた鋳型状により構成され、前記アンテナを含まない領域と、前記アンテナを含む領域とを区切るように前記無人移動体に固定された移動体システム。
2. 遠隔操作される無人移動体と、
   前記無人移動体が遠隔操作されるための操作信号を電波として受信するためのアンテナと、
   前記無人移動体の外側から放射される電磁波を遮断する遮断板と、
   前記遮断板と前記アンテナの間に設置され、前記遮断板により区切られたアンテナを含む領域側から到達する前記操作信号を反射させるための反射板とを備え、
   前記遮断板は、前記アンテナを含まない領域と、前記アンテナを含む領域とを区切るように前記無人移動体に固定された移動体システム。
3. 前記遮断板は、平面状若しくは略平面状又は曲面状若しくは略曲面状により構成される請求項２に記載の移動体システム。
4. 前記遮断板は、前記アンテナの上下方向の長さよりも上下方向に長く構成される請求項２に記載の移動体システム。
5. 前記遮断板は、前記アンテナを含まない領域の面に、前記操作信号と同じ周波数帯域の電磁波を吸収させるための吸収面を有する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の移動体システム。
6. 前記反射板は、回転楕円面もしくは楕円柱面またはこれらに類似する曲面の一部を含む曲面で形成される請求項２に記載の移動体システム。
7. 前記アンテナは、前記反射板のいずれか一方の焦点近傍に配置される請求項２又は請求項６に記載の移動体システム。
8. 前記遮断板は、前記遮断板により区切られた前記アンテナを含まない領域側から放射される電磁波を遮断し、前記遮断板により区切られた前記アンテナを含む領域側から到達する前記操作信号を反射させる請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の移動体システム。

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