(57)【要約】【課題】自律飛行時であっても、高い安全性を維持できるドローンを提供する。【解決策】  本体110と、本体の少なくとも進行方向前方および後方にそれぞれ配置される回転翼101と、前記回転翼にそれぞれ接続される推進器102と、を備えるドローンであって、前記ドローンの重心100gは、前記ドローンの姿勢回転角中心点100oより前方に配置されている。前記ドローンは、前進飛行中において進行方向に前傾し、目標飛行速度において前進飛行している場合に、前記重心は、前記姿勢回転角中心点の鉛直方向下方に配置されるように構成されていてもよい。  【選択図】図８
2020045397.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体と、
前記本体の少なくとも進行方向前方および後方にそれぞれ配置される回転翼と、
前記回転翼にそれぞれ接続される推進器と、
を備えるドローンであって、
前記ドローンの重心は、前記ドローンの姿勢回転角中心点より前方に配置されている、
ドローン。
【請求項２】
前記ドローンは、前進飛行中において進行方向に前傾し、目標飛行速度において前進飛行している場合に、前記重心は、前記姿勢回転角中心点の鉛直方向下方に配置される、
請求項１記載のドローン。
【請求項３】
前進飛行時における前記本体の前方側の前記推進器の出力は、ホバリング時における当該出力よりも小さい、
請求項１又は２記載のドローン。
【請求項４】
前記ドローンのホバリング時において、前記ドローンの機体の前方側の前記推進器の出力は、後方側の前記推進器の出力よりも大きい、
請求項１乃至３のいずれかに記載のドローン。
【請求項５】
目標飛行速度に応じて、前記ドローンに含まれる部品を進行方向前後に移動させる可動部をさらに備える、
請求項１乃至４のいずれかに記載のドローン。
【請求項６】
前記可動部は、前記ドローンの目標飛行速度が変更されるとき、前記部品を進行方向前後に自動で移動させる、
請求項５記載のドローン。
【請求項７】
前記ドローンは、マルチローター式である、請求項１乃至６のいずれかに記載のドローン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、ドローン、ドローンの制御方法、および、ドローン制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にドローンと呼ばれる小型ヘリコプター（マルチコプター）の応用が進んでいる。その重要な応用分野の一つとして農地（圃場）への農薬や液肥などの薬剤散布が挙げられる（たとえば、特許文献1）。欧米と比較して農地が狭い日本においては、有人の飛行機やヘリコプターではなくドローンの使用が適しているケースが多い。【０００３】
準天頂衛星システムやRTK-GPS（Real Time Kinematic - Global Positioning System）などの技術によりドローンが飛行中に自機の絶対位置をセンチメートル単位で正確に知ることができるようになったことで、日本において典型的な狭く複雑な地形の農地でも、人手による操縦を最小限として自律的に飛行し、効率的かつ正確に薬剤散布を行なえるようになっている。【０００４】
その一方で、農業用の薬剤散布向け自律飛行型ドローンについては安全性に対する考慮が十分とは言いがたいケースがあった。薬剤を搭載したドローンの重量は数10キログラムになるため、人の上に落下する等の事故が起きた場合に重大な結果を招きかねない。また、通常、ドローンの操作者は専門家ではないためフールプルーフの仕組みが必要であるが、これに対する考慮も不十分であった。今までに、人間による操縦を前提としたドローンの安全性技術は存在していたが（たとえば、特許文献2）、特に農業用の薬剤散布向けの自律飛行型ドローンに特有の安全性課題に対応するための技術は存在していなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許公開公報  特開２００１−１２０１５１
【特許文献２】特許公開公報  特開２０１７−１６３２６５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
自律飛行時であっても、高い安全性を維持できるドローンを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一の観点に係るドローンは、本体と、前記本体の少なくとも進行方向前方および後方にそれぞれ配置される回転翼と、前記回転翼にそれぞれ接続される推進器と、を備えるドローンであって、前記ドローンの重心は、前記ドローンの姿勢回転角中心点より前方に配置されている。【０００８】
前記ドローンは、前進飛行中において進行方向に前傾し、目標飛行速度において前進飛行している場合に、前記重心は、前記姿勢回転角中心点の鉛直方向下方に配置されていてもよい。【０００９】
前進飛行時における前記本体の前方側の前記推進器の出力は、ホバリング時における当該出力よりも小さくなるように構成されていてもよい。【００１０】
前記ドローンのホバリング時において、前記機体の前方側の前記推進器の出力は、後方側の前記推進器の出力よりも大きくなるように構成されていてもよい。【００１１】
目標飛行速度に応じて、前記ドローンに含まれる部品を進行方向前後に移動させる可動部をさらに備えていてもよい。【００１２】
前記可動部は、前記ドローンの目標飛行速度が変更されるとき、前記部品を進行方向前後に自動で移動させるように構成されていてもよい。【００１３】
前記ドローンは、マルチローター式であってもよい。
【発明の効果】
【００１４】
自律飛行時であっても、高い安全性を維持できるドローンを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本願発明に係るドローンの第１実施形態を示す平面図である。
【図２】上記ドローンの正面図である。
【図３】上記ドローンの右側面図である。
【図４】上記ドローンの背面図である。
【図５】上記ドローンの斜視図である。
【図６】上記ドローンが有する薬剤散布システムの全体概念図である。
【図７】上記ドローンの制御機能を表した模式図である。
【図８】上記ドローンの重心位置を表す、機体、回転翼およびモーターのみを示した模式的な縦断面図であって、（a）ホバリング中の縦断面図、および（b）前進飛行中の縦断面図である。
【図９】関連技術のドローンの重心位置を表す、機体、回転翼およびモーターのみを示した模式的な縦断面図であって、（a）ホバリング中の縦断面図、および（b）前進飛行中の縦断面図である。
【図１０】上記ドローンおよび関連技術のドローンの、ホバリング中および前進飛行中における電流値を示すグラフである。
【図１１】本願発明に係るドローンの第２実施形態を示す、機体、回転翼およびモーターのみを示した模式的な縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜ドローン1＞
以下、図を参照しながら、本願発明を実施するための形態について説明する。図はすべて例示である。以下の詳細な説明では、説明のために、開示された実施形態の完全な理解を促すために、ある特定の詳細について述べられている。しかしながら、実施形態は、これらの特定の詳細に限られない。また、図面を単純化するために、周知の構造および装置については概略的に示されている。
【００１７】
本願明細書において、ドローンとは、動力手段（電力、原動機等）、操縦方式（無線であるか有線であるか、および、自律飛行型であるか手動操縦型であるか等）を問わず、複数の回転翼を有する飛行体全般を指すこととする。
【００１８】
図１乃至図５に示すように、回転翼101-1a、101-1b、101-2a、101-2b、101-3a、101-3b、101-4a、101-4b（ローターとも呼ばれる）は、ドローン100を飛行させるための手段であり、飛行の安定性、機体サイズ、および、バッテリー消費量のバランスを考慮し、8機（2段構成の回転翼が4セット）備えられている。各回転翼101は、ドローン100の本体110からのび出たアームにより本体110の四方に配置されている。すなわち、進行方向左後方に回転翼101-1a、101-1b、左前方に回転翼101-2a、101-2b、右後方に回転翼101-3a、101-3b、右前方に回転翼101-4a、101-4bがそれぞれ配置されている。なお、ドローン100は図１における紙面下向きを進行方向とする。ドローン100は、機首111とは異なる方向に水平移動することはない。別の方向に進行するときは、旋回して機首の向きを当該方向に向けて進行する。
【００１９】
モーター102-1a、102-1b、102-2a、102-2b、102-3a、102-3b、102-4ａ、102-4bは、回転翼101-1a、101-1b、101-2a、101-2b、101-3a、101-3b、101-4a、101-4bを回転させる手段（典型的には電動機だが発動機等であってもよい）であり、一つの回転翼に対して1機設けられている。モーター102は、推進器の例である。１セット内の上下の回転翼（たとえば、101-1aと101-1b）、および、それらに対応するモーター（たとえば、102-1aと102-1b）は、ドローンの飛行の安定性等のために軸が同一直線上にあり、かつ、互いに反対方向に回転する。図２、および、図３に示されるように、ローターが異物と干渉しないよう設けられたプロペラガードを支えるための放射状の部材は水平ではなくやぐら状の構造である。衝突時に当該部材が回転翼の外側に座屈することを促し、ローターと干渉することを防ぐためである。
【００２０】
薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4は、薬剤を下方に向けて散布するための手段であり4機備えられている。なお、本願明細書において、薬剤とは、農薬、除草剤、液肥、殺虫剤、種、および、水などの圃場に散布される液体または粉体を一般的に指すこととする。
【００２１】
薬剤タンク104は散布される薬剤を保管するためのタンクであり、重量バランスの観点からドローン100の重心に近い位置でかつ重心より低い位置に設けられている。薬剤ホース105-1、105-2、105-3、105-4は、薬剤タンク104と各薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4とを接続する手段であり、硬質の素材から成り、当該薬剤ノズルを支持する役割を兼ねていてもよい。ポンプ106は、薬剤をノズルから吐出するための手段である。
【００２２】
図４に本願発明に係るドローン100の薬剤散布用途の実施例を使用したシステムの全体概念図を示す。本図は模式図であって、縮尺は正確ではない。操縦器401は、使用者402の操作によりドローン100に指令を送信し、また、ドローン100から受信した情報（たとえば、位置、薬剤量、電池残量、カメラ映像等）を表示するための手段であり、コンピューター・プログラムを稼働する一般的なタブレット端末等の携帯情報機器によって実現されてよい。本願発明に係るドローン100は自律飛行を行なうよう制御されるが、離陸や帰還などの基本操作時、および、緊急時にはマニュアル操作が行なえるようになっていてもよい。携帯情報機器に加えて、緊急停止専用の機能を有する非常用操作機（図示していない）を使用してもよい（非常用操作機は緊急時に迅速に対応が取れるよう大型の緊急停止ボタン等を備えた専用機器であってもよい）。操縦器401とドローン100はWi-Fi等による無線通信を行う。
【００２３】
圃場403は、ドローン100による薬剤散布の対象となる田圃や畑等である。実際には、圃場403の地形は複雑であり、事前に地形図が入手できない場合、あるいは、地形図と現場の状況が食い違っている場合がある。通常、圃場403は家屋、病院、学校、他作物圃場、道路、鉄道等と隣接している。また、圃場403内に、建築物や電線等の障害物が存在する場合もある。
【００２４】
基地局404は、Wi-Fi通信の親機機能等を提供する装置であり、RTK-GPS基地局としても機能し、ドローン100の正確な位置を提供できるようになっていてもよい（Wi-Fi通信の親機機能とRTK-GPS基地局が独立した装置であってもよい）。営農クラウド405は、典型的にはクラウドサービス上で運営されているコンピュータ群と関連ソフトウェアであり、操縦器401と携帯電話回線等で無線接続されていてもよい。営農クラウド405は、ドローン100が撮影した圃場403の画像を分析し、作物の生育状況を把握して、飛行ルートを決定するための処理を行ってよい。また、保存していた圃場403の地形情報等をドローン100に提供してよい。加えて、ドローン100の飛行および撮影映像の履歴を蓄積し、様々な分析処理を行ってもよい。
【００２５】
通常、ドローン100は圃場403の外部にある発着地点406から離陸し、圃場403に薬剤を散布した後に、あるいは、薬剤補充や充電等が必要になった時に発着地点406に帰還する。発着地点406から目的の圃場403に至るまでの飛行経路（侵入経路）は、営農クラウド405等で事前に保存されていてもよいし、使用者402が離陸開始前に入力してもよい。
【００２６】
図６に本願発明に係る薬剤散布用ドローンの実施例の制御機能を表したブロック図を示す。フライトコントローラー501は、ドローン全体の制御を司る構成要素であり、具体的にはCPU、メモリー、関連ソフトウェア等を含む組み込み型コンピュータであってよい。フライトコントローラー501は、操縦器401から受信した入力情報、および、後述の各種センサーから得た入力情報に基づき、ESC（Electronic Speed Control）等の制御手段を介して、モーター102-1a、102-1b、102-2a、102-2b、102-3a、102-3b、104-a、104-bの回転数を制御することで、ドローン100の飛行を制御する。モーター102-1a、102-1b、102-2a、102-2b、102-3a、102-3b、104-a、104-bの実際の回転数はフライトコントローラー501にフィードバックされ、正常な回転が行なわれているかを監視できる構成になっている。あるいは、回転翼101に光学センサー等を設けて回転翼101の回転がフライトコントローラー501にフィードバックされる構成でもよい。
【００２７】
フライトコントローラー501が使用するソフトウェアは、機能拡張・変更、問題修正等のために記憶媒体等を通じて、または、Wi-Fi通信やUSB等の通信手段を通じて書き換え可能になっている。この場合において、不正なソフトウェアによる書き換えが行なわれないように、暗号化、チェックサム、電子署名、ウィルスチェックソフト等による保護が行われている。また、フライトコントローラー501が制御に使用する計算処理の一部が、操縦器401上、または、営農クラウド405上や他の場所に存在する別のコンピュータによって実行されてもよい。フライトコントローラー501は重要性が高いため、その構成要素の一部または全部が二重化されていてもよい。
【００２８】
バッテリー502は、フライトコントローラー501、および、ドローンのその他の構成要素に電力を供給する手段であり、充電式であってもよい。バッテリー502はヒューズ、または、サーキットブレーカー等を含む電源ユニットを介してフライトコントローラー501に接続されている。バッテリー502は電力供給機能に加えて、その内部状態（蓄電量、積算使用時間等）をフライトコントローラー501に伝達する機能を有するスマートバッテリーであってもよい。
【００２９】
フライトコントローラー501は、Wi-Fi子機機能503を介して、さらに、基地局404を介して操縦器401とやり取りを行ない、必要な指令を操縦器401から受信すると共に、必要な情報を操縦器401に送信できる。この場合に、通信には暗号化を施し、傍受、成り済まし、機器の乗っ取り等の不正行為を防止できるようにしておいてもよい。基地局404は、Wi-Fiによる通信機能に加えて、RTK-GPS基地局の機能も備えている。RTK基地局の信号とGPS測位衛星からの信号を組み合わせることで、GPSモジュール504により、ドローン100の絶対位置を数センチメートル程度の精度で測定可能となる。GPSモジュール504は重要性が高いため、二重化・多重化されていてもよく、また、特定のGPS衛星の障害に対応するため、冗長化されたそれぞれのGPSモジュール504は別の衛星を使用するよう制御されていてもよい。
【００３０】
６軸ジャイロセンサー505はドローン機体の互いに直交する３方向の加速度を測定する手段（さらに、加速度の積分により速度を計算する手段）である。６軸ジャイロセンサー505は、上述の３方向におけるドローン機体の姿勢角の変化、すなわち角速度を測定する手段である。地磁気センサー506は、地磁気の測定によりドローン機体の方向を測定する手段である。気圧センサー507は、気圧を測定する手段であり、間接的にドローンの高度も測定することもできる。レーザーセンサー508は、レーザー光の反射を利用してドローン機体と地表との距離を測定する手段であり、IR（赤外線）レーザーであってもよい。ソナー509は、超音波等の音波の反射を利用してドローン機体と地表との距離を測定する手段である。これらのセンサー類は、ドローンのコスト目標や性能要件に応じて取捨選択してよい。また、機体の傾きを測定するためのジャイロセンサー（角速度センサー）、風力を測定するための風力センサーなどが追加されていてもよい。また、これらのセンサー類は、二重化または多重化されていてもよい。同一目的複数のセンサーが存在する場合には、フライトコントローラー501はそのうちの一つのみを使用し、それが障害を起こした際には、代替のセンサーに切り替えて使用するようにしてもよい。あるいは、複数のセンサーを同時に使用し、それぞれの測定結果が一致しない場合には障害が発生したと見なすようにしてもよい。
【００３１】
流量センサー510は薬剤の流量を測定するための手段であり、薬剤タンク104から薬剤ノズル103に至る経路の複数の場所に設けられている。液切れセンサー511は薬剤の量が所定の量以下になったことを検知するセンサーである。マルチスペクトルカメラ512は圃場403を撮影し、画像分析のためのデータを取得する手段である。障害物検知カメラ513はドローン障害物を検知するためのカメラであり、画像特性とレンズの向きがマルチスペクトルカメラ512とは異なるため、マルチスペクトルカメラ512とは別の機器である。スイッチ514はドローン100の使用者402が様々な設定を行なうための手段である。障害物接触センサー515はドローン100、特に、そのローターやプロペラガード部分が電線、建築物、人体、立木、鳥、または、他のドローン等の障害物に接触したことを検知するためのセンサーである。カバーセンサー516は、ドローン100の操作パネルや内部保守用のカバーが開放状態であることを検知するセンサーである。薬剤注入口センサー517は薬剤タンク104の注入口が開放状態であることを検知するセンサーである。これらのセンサー類はドローンのコスト目標や性能要件に応じて取捨選択してよく、二重化・多重化してもよい。また、ドローン100外部の基地局404、操縦器401、または、その他の場所にセンサーを設けて、読み取った情報をドローンに送信してもよい。たとえば、基地局404に風力センサーを設け、風力・風向に関する情報をWi-Fi通信経由でドローン100に送信するようにしてもよい。
【００３２】
フライトコントローラー501はポンプ106に対して制御信号を送信し、薬剤吐出量の調整や薬剤吐出の停止を行なう。ポンプ106の現時点の状況（たとえば、回転数等）は、フライトコントローラー501にフィードバックされる構成となっている。
【００３３】
LED107は、ドローンの操作者に対して、ドローンの状態を知らせるための表示手段である。LEDに替えて、または、それに加えて液晶ディスプレイ等の表示手段を使用してもよい。ブザー518は、音声信号によりドローンの状態（特にエラー状態）を知らせるための出力手段である。Wi-Fi子機機能519は操縦器401とは別に、たとえば、ソフトウェアの転送などのために外部のコンピューター等と通信するためのオプショナルな構成要素である。Wi-Fi子機機能に替えて、または、それに加えて、赤外線通信、Bluetooth（登録商標）、ZigBee（登録商標）、NFC等の他の無線通信手段、または、USB接続などの有線通信手段を使用してもよい。スピーカー520は、録音した人声や合成音声等により、ドローンの状態（特にエラー状態）を知らせる出力手段である。天候状態によっては飛行中のドローン100の視覚的表示が見にくいことがあるため、そのような場合には音声による状況伝達が有効である。警告灯521はドローンの状態（特にエラー状態）を知らせるストロボライト等の表示手段である。これらの入出力手段は、ドローンのコスト目標や性能要件に応じて取捨選択してよく、二重化・多重化してもよい。
【００３４】
ドローン100は、進行方向に前傾して前進飛行する。そのため、前進飛行中は、ドローン100の後側を前側に比べて高い位置に保持する必要がある。
【００３５】
図９（a）に示すように、関連技術のドローン200は、ドローン200の各回転翼202の高さが等しい姿勢である、着陸状態又はホバリング状態（以下、「水平状態」ともいう。）においてドローン200の重心200gは、姿勢回転角中心点200oの鉛直方向下方に配置される。重心200gは主に、本体210に含まれる部品のうち重量の大きいバッテリーや薬剤タンクの位置により決まる。図９（b）に示すように、このドローン200が前進飛行するとき、重心200gは、姿勢回転角中心点200oよりも進行方向後方に移動する。なお、前進飛行とは、機首211の方向へ進む等速の直線運動を指す。
【００３６】
図８（a）に示すように、本発明に係るドローン100は、水平状態においてドローン100の重心100gが姿勢回転角中心点100oより進行方向前方に配置されている。図８（b）に示すように、このドローン100が前進飛行するとき、重心100gは、姿勢回転角中心点100oの鉛直方向下方に配置される。
【００３７】
前進飛行中において、重心100gは、姿勢回転角中心点100oを通る鉛直線から進行方向の全長に対して±7％の間に配置されていてもよい。本実施形態におけるドローン100の進行方向の全長は約180 cm、横幅の全長は約140 cmであるので、重心100gは姿勢回転角中心点100oを通る鉛直線から進行方向に対してー5 cmから＋5 cmの間に配置されていることになる。重心100gがこの範囲に配置されている場合、例えば、農薬を十分積載した農薬散布用ドローンの質量が25 kgであるとすると、水平状態において重心100gにより生じるモーメントは25×0.05 kg・mとなる。上述の構成によれば、風の影響を受けて機体が一時的に傾いたり、農薬散布用ドローンにおいては薬剤タンク104の重量が変化して重心位置が変化する場合にも、重心100gにより生じるモーメントを十分小さく抑えられるため、好ましい。
【００３８】
水平状態においてドローン100の重心100gが、姿勢回転角中心点100oを中心に、鉛直方向との間で成す角θは、目標飛行速度での前進飛行中におけるドローン100が水平方向に対して前傾する角度と略等しい。目標飛行速度とは、ドローン100にあらかじめ設定されている一定の飛行速度である。目標飛行速度での前進飛行中におけるドローンの重心100gは、姿勢回転角中心点100oを通る鉛直線上に配置される。
【００３９】
ドローン100の前進飛行中の前傾角度は、目標飛行速度に応じて異なる。目標飛行速度が大きいほど、前傾角度は大きくなる。すなわち、水平状態における重心100gの位置は、目標飛行速度が大きいほど、進行方向に対して前側に配置される。
【００４０】
●飛行中にモーターに流れる電流
図１０に示すように、ホバリング中における関連技術のドローン200では、本体110の前方側（以下、「前翼」ともいう。）のモーター202-2a、202-2b、202-4a、202-4bに流れる電流と、本体の後方側（以下、「後翼」ともいう。）のモーター202-1a、202-1b、202-3a、202-3bに流れる電流と、は略等しい。前進飛行中においては、ドローン200を前傾させるため、後翼のモーター202-1a、202-1b、202-3a、202-3bに流れる電流は、前翼のモーター202-2a、202-2b、202-4a、202-4bに流れる電流に比べて大きい。
【００４１】
一方、本実施形態に係るドローン100では、ホバリング中において、図８（a）に示すように、重心100gが姿勢回転角中心点100oの前方にあるため、前傾する方向にモーメントを生じる。したがって、前翼のモーター102-2a、102-2b、102-4a、102-4bは、後翼のモーター102-1a、102-1b、102-3a、102-3bよりも大きい出力が必要になる。したがって、図１０に示すように、ホバリング中における前翼のモーター102-2a、102-2b、102-4a、102-4bに流れる電流は、後翼のモーター102-1a、102-1b、102-3a、102-3bに流れる電流に比べて大きくなる。
【００４２】
図８（b）に示すように、前進飛行中においては、前傾姿勢において重心100gが姿勢回転角中心点100oに移動し、姿勢回転角中心点100oと重心100gのずれによるモーメントが小さくなる。したがって、前翼のモーター102-2a、102-2b、102-4a、102-4bの出力は、ホバリング時における当該出力よりも小さい。図１０に示すように、前翼のモーター102-2a、102-2b、102-4a、102-4bに流れる電流と、後翼のモーター102-1a、102-1b、102-3a、102-3bに流れる電流と、の差は、ホバリング中に比べて小さくなる。本実施形態においては、目標飛行速度での前進飛行中におけるドローンの重心100gは、姿勢回転角中心点100oを通る鉛直線上に配置されるため、両者の電流は等しくなる。
【００４３】
図１０に示すように、ホバリング中における、ドローン100の各モーター102に流れる電流の総和は、関連技術のドローン200における総和に比べて大きい。一方、前進飛行中においては、ドローン100の各モーター102に流れる電流の総和は、関連技術のドローン200における総和に比べて小さくなる。通常、農薬散布や圃場の監視を目的とするドローン100は、ホバリングしている時間よりも前進飛行を行っている時間の方が長時間になるため、本構成によれば、ドローン100の離陸から着陸までに消費する消費電力の総和を、関連技術のドローン200に比べて小さくすることができる。また、ドローン100の最適な飛行速度は、ある程度あらかじめ決まっている。そこで、特に飛行目的が限られている産業用ドローンにおいては、ドローンの重心位置があらかじめ目標飛行速度に適した位置に配置されるよう設計することで、簡素な構成で飛行時の消費電力を節約することができる。
【００４４】
＜ドローン2＞
本発明に係るドローンの第２実施形態について、先に説明した第１実施形態とは異なる部分を中心に説明する。第２実施形態のドローンは、目標飛行速度に応じて、ドローンに含まれる部品を進行方向前後に移動させる可動部をさらに備える点で、第１実施形態とは異なる。なお、第１実施形態のドローンと同じ構成については、同様の符号で説明する。
【００４５】
図１１において、可動部312a,312bは、ドローン300に含まれる部品、特に、比較的重要の大きいバッテリー502および薬剤タンク104の少なくとも１個を、進行方向に対して前後に移動させる部材である。可動部312が移動させる部材は、重心を移動させることを目的に配置された錘であってもよいが、他の目的で配置されているバッテリー502や薬剤タンク104を移動させる構成によれば、ドローン300全体の重量が不要に増加することなく、ドローン300の重心を移動させることができる。
【００４６】
可動部312は、手動式であっても電動式であってもよい。
手動式の可動部312は、例えば、部品側と本体310側のそれぞれに配設される、互いに嵌合するレールであってもよく、部品の位置を無段階に調整できる。レールには部品と本体310の位置関係を固定する適宜のロック機構が備えられている。また、レールに適宜のクリック機構が設けられていて、あらかじめ定められた位置のいずれかに、段階的に留まるように構成されていてもよい。特に、あらかじめ飛行目的に合わせて設定される目標飛行速度に応じた位置に、部品の位置が段階的に切替可能に構成されていてもよい。例えば、農業に用いられる産業用ドローンにおいては、農薬散布および監視等所定の種類の飛行目的が想定される。そこで、ドローン300の離陸前に、操作者が飛行目的に応じて部品の位置を変更する。本構成によれば、簡素な構成で目標飛行速度に応じた重心位置に調整することができ、前進飛行中の消費電力を節約することができる。
【００４７】
電動式の可動部312は、例えばアクチュエータである。この場合、ドローン300のフライトコントローラーは、飛行計画に含まれる目標飛行速度に応じて、最適な重心位置を算出する。また、フライトコントローラーは、飛行目的と目標飛行速度の関係をあらかじめ記憶していて、飛行計画に含まれる飛行目的を抽出し、当該関係に基づいて目標飛行速度を導出してもよい。なお、飛行計画とは、離陸から着陸までの経路や、飛行目的、飛行速度、飛行中におけるポンプ106、各センサー、および各カメラ等の補機の動作等を含む情報である。アクチュエータは、当該重心位置の情報に基づいて、部品を移動させる。電動式の可動部312の場合、飛行中に目標飛行速度が変更された場合にも、飛行を継続しながら部品を移動させることができる。また、薬剤散布用ドローンの場合、薬剤の散布が進行するに従い薬剤タンク104の重量が変化し、重心位置が変化する場合がある。そこで、薬剤散布の進行に伴い部品を移動させて、重心位置を一定位置に保つように構成されてもよい。
【００４８】
なお、本説明においては、農業用薬剤散布ドローンを例に説明したが、本発明の技術的思想はこれに限られるものではなく、回転翼を有する飛行体全般に適用可能である。特に、マルチローター式の飛行体において、高い省電力効果を発揮する。
【００４９】
（本願発明による技術的に顕著な効果）
本発明にかかるドローンにおいては、自律飛行時であっても、高い安全性を維持できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年3月18日(2020.3.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体と、
前記本体の少なくとも進行方向前方および後方にそれぞれ配置される回転翼と、
前記回転翼にそれぞれ接続される推進器と、
を備えるドローンであって、
前記ドローンの重心は、着陸状態又はホバリング状態において前記ドローンの姿勢回転角中心点より前方に配置されている、
ドローン。
【請求項２】
前記ドローンは、前進飛行中において進行方向に前傾し、目標飛行速度において前進飛行している場合に、前記重心は、前記姿勢回転角中心点の鉛直方向下方に配置される、
請求項１記載のドローン。
【請求項３】
前進飛行時における前記本体の前方側の前記推進器の出力は、ホバリング時における当該出力よりも小さい、
請求項１又は２記載のドローン。
【請求項４】
前記ドローンのホバリング時において、前記ドローンの機体の前方側の前記推進器の出力は、後方側の前記推進器の出力よりも大きい、
請求項１乃至３のいずれかに記載のドローン。
【請求項５】
目標飛行速度に応じて、前記ドローンに含まれる部品を進行方向前後に移動させる可動部をさらに備える、
請求項１乃至４のいずれかに記載のドローン。
【請求項６】
前記可動部は、前記ドローンの目標飛行速度が変更されるとき、前記部品を進行方向前後に自動で移動させる、
請求項５記載のドローン。
【請求項７】
前記ドローンは、マルチローター式である、請求項１乃至６のいずれかに記載のドローン。
【手続補正書】
【提出日】令和2年9月1日(2020.9.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体と、
前記本体の少なくとも進行方向前方および後方にそれぞれ配置される回転翼と、
前記回転翼にそれぞれ接続される推進器と、
を備えるドローンであって、
前記ドローンの重心は、着陸状態又はホバリング状態において前記ドローンの各回転翼間の中心点である姿勢回転角中心点より前方に配置されている、
ドローン。
【請求項２】
前記ドローンは、前進飛行中において進行方向に前傾し、目標飛行速度において前進飛行している場合に、前記重心は、前記姿勢回転角中心点の鉛直方向下方に配置される、
請求項１記載のドローン。
【請求項３】
前進飛行時における前記本体の前方側の前記推進器の出力は、ホバリング時における当該出力よりも小さい、
請求項１又は２記載のドローン。
【請求項４】
前記ドローンのホバリング時において、前記ドローンの機体の前方側の前記推進器の出力は、後方側の前記推進器の出力よりも大きい、
請求項１乃至３のいずれかに記載のドローン。
【請求項５】
目標飛行速度に応じて、前記ドローンに含まれる部品を進行方向前後に移動させる可動部をさらに備える、
請求項１乃至４のいずれかに記載のドローン。
【請求項６】
前記可動部は、前記ドローンの目標飛行速度が変更されるとき、前記部品を進行方向前後に自動で移動させる、
請求項５記載のドローン。
【請求項７】
前記ドローンは、マルチローター式である、請求項１乃至６のいずれかに記載のドローン。
【国際調査報告】
2020045397.tif 000014
2020045397.tif 000015