(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】  駆動電力を供給するバッテリー502と、バッテリーの温度およびバッテリーの蓄電量を測定する情報取得部24と、情報取得部により取得される値に基づいて、バッテリーの温度を上昇させる暖機運転の要否を判定する暖機判定部25と、着陸している状態において暖機判定部により暖機運転が必要であると判定されるとき、暖機運転を行う暖機部26と、を備えるドローンであって、暖機部は、バッテリーに負荷をかけて暖機運転を行うことにより、バッテリーの温度を上昇させる。  【選択図】図９
2020022266.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動電力を供給するバッテリーと、
前記バッテリーの温度および前記バッテリーの蓄電量を測定する情報取得部と、
前記情報取得部により取得される値に基づいて、前記バッテリーの温度を上昇させる暖機運転の要否を判定する暖機判定部と、
着陸している状態において前記暖機判定部により前記暖機運転が必要であると判定されるとき、前記暖機運転を行う暖機部と、
を備えるドローンであって、
前記暖機部は、前記バッテリーに負荷をかけて暖機運転を行うことにより、前記バッテリーの温度を上昇させる、
ドローン。
【請求項２】
前記ドローンを飛行させる推進器をさらに備え、前記暖機部は、前記ドローンが離陸しない範囲で前記推進器を駆動させる、
請求項１記載のドローン。
【請求項３】
前記ドローンが離陸しているか否かを判定する離陸判定部をさらに備え、前記暖機部は、前記ドローン前記離陸判定部による検知の結果を参照し、前記ドローンが離陸しない範囲で前記モーターを動作させる、
請求項２記載のドローン。
【請求項４】
薬剤を貯留するタンクと、
前記タンク内の薬剤を流動させるポンプと、
前記薬剤を外部に吐出する吐出経路と、
前記薬剤を前記ドローンの内部で循環させる循環経路と、
前記ポンプを駆動させ、前記吐出経路および前記循環経路に、薬剤を選択的に流入可能な薬剤制御部と、
をさらに備え、
前記暖機判定部により前記暖機運転が必要であると判定されるとき、前記暖機部は、前記薬剤制御部により前記ポンプを駆動させて前記循環経路に前記薬剤を流入させる、
請求項１乃至３のいずれかに記載のドローン。
【請求項５】
前記情報取得部は、前記ドローンが離陸後に飛行する飛行計画の情報を取得する飛行計画取得部を有し、前記暖機判定部は、前記飛行計画の情報に基づいて前記暖機運転の要否を判定する、請求項１乃至４のいずれかに記載のドローン。
【請求項６】
前記暖機判定部は、前記飛行計画における前記ドローンの飛行速度又は飛行加速度から予測される最大電流予測値に基づいて前記暖機運転の要否を判定する、
請求項５記載のドローン。
【請求項７】
前記暖機判定部は、前記飛行計画における前記ドローンの飛行予定時間に基づいて前記暖機運転の要否を判定する、
請求項５又は６記載のドローン。
【請求項８】
前記暖機判定部は、前記暖機運転の間において、前記バッテリーの温度が所定の目標温度以上になったことを検知して前記暖機運転を中止させる、
請求項１乃至７のいずれかに記載のドローン。
【請求項９】
通常飛行に比べて前記バッテリーの消費電力が小さい省力飛行を開始するか否かを判定する省力飛行判定部をさらに備え、
前記省力飛行判定部は、前記ドローンが飛行している状態において、前記バッテリーの蓄電量に基づいて前記省力飛行を開始するか否かを判定する、
請求項１乃至８のいずれかに記載のドローン。
【請求項１０】
前記バッテリーが出力する電流値を計測する電流計測部をさらに備え、
前記省力飛行判定部は、前記バッテリーの温度を参照し、前記バッテリーの温度に基づいて算出される出力可能電流の最大値と、前記バッテリーが放電する電流と、の差が所定以下であることに基づいて前記省力飛行を開始することを決定する、請求項９記載のドローン。
【請求項１１】
前記省力飛行における、前記推進器への指令値の上限値は、前記通常飛行に比べて小さい、
請求項９又は１０記載のドローン。
【請求項１２】
駆動電力を供給するバッテリーを備えるドローンの制御方法であって、
前記バッテリーの温度および前記バッテリーの蓄電量を測定するステップと、
前記情報取得部により取得される値に基づいて、前記バッテリーの温度を上昇させる暖機運転の要否を判定するステップと、
着陸している状態において前記暖機判定部により前記暖機運転が必要であると判定されるとき、前記暖機運転を行うステップと、
を含み、
前記暖機運転を行うステップは、前記バッテリーに負荷をかけて暖機運転を行うことにより、前記バッテリーの温度を上昇させる、
ドローンの制御方法。
【請求項１３】
駆動電力を供給するバッテリーを備えるドローンの制御プログラムであって、
前記バッテリーの温度および前記バッテリーの蓄電量を測定する命令と、
前記情報取得部により取得される値に基づいて、前記バッテリーの温度を上昇させる暖機運転の要否を判定する命令と、
着陸している状態において前記暖機判定部により前記暖機運転が必要であると判定されるとき、前記暖機運転を行う命令と、
をコンピューターに実行させ、
前記暖機運転を行う命令は、前記バッテリーに負荷をかけて暖機運転を行うことにより、前記バッテリーの温度を上昇させる、
ドローンの制御プログラム。
【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、駆動電力を供給するバッテリーと、前記バッテリーの温度および前記バッテリーの蓄電量を測定する情報取得部と、前記情報取得部により取得される値に基づいて、前記バッテリーの温度を上昇させる暖機運転の要否を判定する暖機判定部と、着陸している状態において前記暖機判定部により前記暖機運転が必要であると判定されるとき、前記暖機運転を行う暖機部と、を備えるドローンであって、前記暖機部は、前記バッテリーに負荷をかけて暖機運転を行うことにより、前記バッテリーの温度を上昇させる。【０００８】
前記ドローンを飛行させる推進器をさらに備え、前記暖機部は、前記ドローンが離陸しない範囲で前記推進器を駆動させるように構成されていてもよい。【０００９】
前記ドローンが離陸しているか否かを判定する離陸判定部をさらに備え、前記暖機部は、前記ドローン前記離陸判定部による検知の結果を参照し、前記ドローンが離陸しない範囲で前記モーターを動作させるように構成されていてもよい。【００１０】
薬剤を貯留するタンクと、前記タンク内の薬剤を流動させるポンプと、前記薬剤を外部に吐出する吐出経路と、前記薬剤を前記ドローンの内部で循環させる循環経路と、前記ポンプを駆動させ、前記吐出経路および前記循環経路に、薬剤を選択的に流入可能な薬剤制御部と、をさらに備え、前記暖機判定部により前記暖機運転が必要であると判定されるとき、前記暖機部は、前記薬剤制御部により前記ポンプを駆動させて前記循環経路に前記薬剤を流入させるように構成されていてもよい。【００１１】
前記情報取得部は、前記ドローンが離陸後に飛行する飛行計画の情報を取得する飛行計画取得部を有し、前記暖機判定部は、前記飛行計画の情報に基づいて前記暖機運転の要否を判定するように構成されていてもよい。【００１２】
前記暖機判定部は、前記飛行計画における前記ドローンの飛行速度又は飛行加速度から予測される最大電流予測値に基づいて前記暖機運転の要否を判定するように構成されていてもよい。【００１３】
前記暖機判定部は、前記飛行計画における前記ドローンの飛行予定時間に基づいて前記暖機運転の要否を判定するように構成されていてもよい。【００１４】
前記暖機判定部は、前記暖機運転の間において、前記バッテリーの温度が所定の目標温度以上になったことを検知して前記暖機運転を中止させるように構成されていてもよい。【００１５】
通常飛行に比べて前記バッテリーの消費電力が小さい省力飛行を開始するか否かを判定する省力飛行判定部をさらに備え、前記省力飛行判定部は、前記ドローンが飛行している状態において、前記バッテリーの蓄電量に基づいて前記省力飛行を開始するか否かを判定するように構成されていてもよい。【００１６】
前記バッテリーが出力する電流値を計測する電流計測部をさらに備え、前記省力飛行判定部は、前記バッテリーの温度を参照し、前記バッテリーの温度に基づいて算出される出力可能電流の最大値と、前記バッテリーが放電する電流と、の差が所定以下であることに基づいて前記省力飛行を開始することを決定するように構成されていてもよい。【００１７】
前記省力飛行における、前記推進器への指令値の上限値は、前記通常飛行に比べて小さくなっていてもよい。【００１８】
本発明の一の観点に係るドローンの制御方法は、駆動電力を供給するバッテリーを備えるドローンの制御方法であって、前記バッテリーの温度および前記バッテリーの蓄電量を測定するステップと、前記情報取得部により取得される値に基づいて、前記バッテリーの温度を上昇させる暖機運転の要否を判定するステップと、着陸している状態において前記暖機判定部により前記暖機運転が必要であると判定されるとき、前記暖機運転を行うステップと、を含み、前記暖機運転を行うステップは、前記バッテリーに負荷をかけて暖機運転を行うことにより、前記バッテリーの温度を上昇させる。【００１９】
本発明の一の観点に係るドローンの制御プログラムは、駆動電力を供給するバッテリーを備えるドローンの制御プログラムであって、前記バッテリーの温度および前記バッテリーの蓄電量を測定する命令と、前記情報取得部により取得される値に基づいて、前記バッテリーの温度を上昇させる暖機運転の要否を判定する命令と、着陸している状態において前記暖機判定部により前記暖機運転が必要であると判定されるとき、前記暖機運転を行う命令と、をコンピューターに実行させ、前記暖機運転を行う命令は、前記バッテリーに負荷をかけて暖機運転を行うことにより、前記バッテリーの温度を上昇させる。
なお、コンピュータープログラムは、インターネット等のネットワークを介したダウンロードによって提供したり、ＣＤ−ＲＯＭなどのコンピューター読取可能な各種の記録媒体に記録して提供したりすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
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】
【００２１】
【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】上記薬剤散布システムの構成を表した模式図である。
【図９】上記ドローンが有する、暖機運転の要否を判定する構成に関する機能ブロック図である。
【図１０】上記ドローンが有するバッテリーの温度と、上記バッテリーの内部抵抗との関係を示すグラフである。
【図１１】上記バッテリーが一定電流を放電し続ける場合の、放電時間および電圧の関係を、上記バッテリーの温度ごとに示すグラフである。
【図１２】上記バッテリーの温度および動作開始時の電圧と、上記バッテリーが動作開始から所定時間後に発揮する予想電圧と、の関係を示す２次元マップである。
【図１３】上記バッテリーが同一温度において互いに異なる電流を放電し続ける場合の、放電時間および電圧の関係を、放電される電流量ごとに示すグラフである。
【図１４】上記ドローンが、着陸状態において暖機運転の要否を判定するフローチャートである。
【図１５】上記ドローンが、飛行中において暖機運転の要否を判定するフローチャートである。
【図１６】上記ドローンが、飛行中においてバッテリーの温度および電流値を監視し、省力飛行を開始するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。なお、一部の回転翼101-3b、および、モーター102-3bが図示されていないが、その位置は自明であり、もし左側面図があったならば示される位置にある。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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
図８に示すように、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る。この薬剤タンク104には、薬剤を充填したり、保管している薬剤を出したりするための開閉可能な蓋が取り付けられている。この開閉可能な蓋には、開閉状態を検知可能な開閉センサー104a）が取り付けられている。この開閉センサー104a）は例えば、蓋に取り付けられたマグネットと、本体に取り付けられて、このマグネットの磁力や接触を感知する感知器によって構成することができる。これにより蓋の開閉状態を判別して、使用者に蓋の開閉状態を認識可能とし、蓋が開いたまま薬剤の散布が行われるといった事態を防ぐことができる。
【００４１】
また、薬剤タンク104には薬剤種別判別センサー104ｂが設けられている。薬剤種別判別センサー104ｂは、薬剤タンク104内に貯留されている薬剤の種別を判別することができる。
【００４２】
この薬剤種別判別センサー104ｂは例えば、薬剤タンク104内の薬剤の粘度や導電率、あるいはｐHを測定することのできる装置によって構成され、測定された各項目の値と、薬剤ごとの基準となる値とを対比し、薬剤の種別を判別することができる。
【００４３】
なお、これに限らず、例えば薬剤タンク104としてカートリッジ式の薬剤タンクを用いれば、当該カートリッジ式の薬剤タンクに薬剤種別のデータを記録したIC等を付しておき、当該IC等から薬剤種別のデータを取得する手段を設けることで、薬剤の種別を判別することもできる。
【００４４】
ここで、薬剤は複数の種類のものが用いられる場合があるため、散布を予定している薬剤が薬剤タンク104内に保管されているかどうかを判別することは有用である。特に、薬剤の粒子径は種類に応じて異なるところ、散布を予定していた薬剤よりも粒子径の小さい薬剤を誤って散布してしまった場合には、ドリフト（薬剤の目的物以外への飛散、付着）を惹き起こす可能性が高く、看過できない。
【００４５】
また、薬剤タンク104には、薬剤の液切れを検知するための液切れセンサー511が取り付けられている。なお、薬剤の液切れには、薬剤がなくなった場合のほか、薬剤の量が所定の量以下になった場合を含み、任意に設定された量に応じて、薬剤の液切れを検知することができる。
【００４６】
なお、薬剤タンク104内における薬剤の蒸散検知機能や、温度・湿度の測定機能などを薬剤タンク104に設け、薬剤が適切な状態に管理されるようにするとよい。
【００４７】
ポンプ106は、薬剤タンク104内に保管されている薬剤を下流へ吐き出し、薬剤ホース105-1、105-2、105-3、105-4を介して各薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4へ送出する。
【００４８】
なお、薬剤は薬剤タンク104から薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4へ送出されるところ、本実施形態の説明では、この送出経路に沿って薬剤が送出される方向を下流方向と称し、これとは逆の方向を上流方向と称することがある。なお、薬剤は一部、薬剤タンク104から三方弁122を介して再び薬剤タンク104へ送出されるが、この経路に関しては、三方弁122側を下流方向、薬剤タンク104側を上流方向と称している。
【００４９】
拡張タンク131は、三方弁122から送出された薬剤を一時的に貯留させ、薬剤タンク104に戻すためのタンクである。
【００５０】
三方弁122から拡張タンク131を介して薬剤タンク104に至る経路は、薬剤タンク104に注入されている水又は薬剤中の気泡を除去（脱泡）するための経路である。この経路を循環させると共に、拡張タンク131に一時的に貯留させることで水又は薬剤の脱泡を行うことができる。
【００５１】
逆止弁121-1、121-2、121-3、121-4、121-5、121-6、121-7は、薬剤を一定方向のみに送出し、当該一定方向とは逆の方向への流入、即ち逆流を防ぐための弁である。これらの逆止弁121-1、121-2、121-3、121-4、121-5、121-6、121-7は、薬剤タンク104から薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4に至る経路において、薬剤の吐出を遮断する遮断機構の役割を果たしており、薬剤の吐出を遮断する役割を果たすことができれば、遮断機構として電磁弁など、他の機構のものを用いることもできる。
【００５２】
本例では、逆止弁121-1が薬剤タンク104とポンプ106の間であって、薬剤タンク104に設けられた薬剤吐出口近傍に設けられ、逆止弁121-2が三方弁122と薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4の間に設けられ、逆止弁121-4、121-5、121−6、121−7が薬剤の外部への吐出口103a-1、103a-2、103a-3、103a-4に設けられ、逆止弁121-3が三方弁122と拡張タンク131の間に設けられている。逆止弁121-1は、薬剤タンク104から送出された薬剤を下流方向へ送出させ、薬剤タンク104へ逆流不能に制御している。また、逆止弁121-2は、ポンプ106から送出された薬剤を下流方向へ送出させ、ポンプ106へ逆流不能に制御している。また、逆止弁121-3は、三方弁122から送出された薬剤を拡張タンク131のある上流方向へ送出させ、三方弁122へ逆流不能に制御している。さらに、逆止弁121-4、121-5、121-6、121-7は、吐出口103a-1、103a-2、103a-3、103a-4から薬剤が外部へ吐出するのを遮断可能にしている。
【００５３】
なお、各逆止弁121-1、121-2、121-3、121-4、121-5、121-6、121-7には、スイング式、リフト式、ウエハ式など、各種のものを用いることができ、特に特定のものに限られることはない。また、本例に関わらず、本例よりも多くの逆止弁を適宜の箇所に設けてもよい。
【００５４】
三方弁122は、ポンプ106と薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4の間に設けられており、ポンプ106から薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4へつながる経路と、ポンプ106から拡張タンク131を介して薬剤タンク104へつながる経路の分岐点を構成しており、切替操作に応じて薬剤を各経路へ送出させる。三方弁122は、弁の例であり、例えば三方電磁弁である。
ここで、ポンプ106から薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4へつながる経路は、薬剤を薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4から吐出させ、薬剤を散布させるための経路である。
また、ポンプ106から拡張タンク131を介して薬剤タンク104へつながる経路は上述の通り、薬剤中の気泡を除去（脱泡）するための経路である。
【００５５】
流量センサー510は、ポンプ106と薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4の間に設けられ、薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4へ送出されている薬剤の流量を測定する。この流量センサー510によって測定された薬剤の流量に基づき、圃場403に散布した薬剤の量を把握することができる。
【００５６】
圧力センサー111-1、111-2は、取り付け位置における薬剤の吐出圧を測定する。
圧力センサー111-1は、ポンプ106の下流側であって、逆止弁121-2及び三方弁122の上流側に取り付けられ、下流へ吐き出される薬剤の吐出圧を測定する。
圧力センサー111-2は、逆止弁121-2の下流側であって、薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4の上流側に取り付けられ、下流へ吐き出される薬剤の吐出圧を測定する。
【００５７】
これらの圧力センサー111-1、111-2によって薬剤の吐出圧を測定することができることから、逆止弁121-1、121-2、121-3、121-4、121-5、121-6、121-7を閉弁させた状態で各圧力センサー111-1、111-2によって測定された薬剤の吐出圧の経時的変化を取得し、これを正常時の薬剤の吐出圧の経時的変化と対比することで、薬剤の漏出異常を検知することができる。例えば、圧力センサー111-1、111-2によって取得された薬剤の吐出圧が経時的に下降線を描き、この下降線が誤差の範囲を超えて、正常時と異なる場合には、経路中に薬剤の漏出が発生している可能性があると推測することができる。
【００５８】
また、圧力センサー111-1、111-2ごとに吐出圧を判断することで、薬剤の漏出が発生している経路を大まかに特定することができる。即ち、本例であれば、圧力センサー111-1の測定値が正常である一方、圧力センサー111-2の測定値が異常であると判別される場合には、圧力センサー111-1よりも下流で薬剤の漏出が発生していると推測することができる。
【００５９】
ポンプ用センサー106aは、ポンプ106内において薬剤を薬剤タンク104から吸い込むと共に下流へ吐き出す回転子の回転数を測定する。
このポンプ用センサー106aによってポンプ106の回転子の回転数を測定した上、圧力センサー111-1、111-2によって測定された薬剤の吐出圧と対比し、正常時の比率と一致するか否かを判別することで、薬剤の漏出異常を検知することができる。即ち、正常時に比して、ポンプ106の回転数に応じた薬剤の吐出圧が得られていない場合には、薬剤の漏出が発生して、吐出圧が減少していると推測される。
【００６０】
ノズル種別判別センサー114-1、114-2、114-3、114-4は、薬剤の吐出口に取り付けられる薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4の種別を判別することができる。
散布される薬剤ごとの粒子径の違いから、薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4は通常、薬剤に応じて用いられるものが異なっている。そのため、薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4の種別が適切か否かを判別することで、誤った薬剤の散布を防ぐことができる。
【００６１】
具体的には例えば、吐出口に薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4と嵌合又は係合する機構を設けておき、薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4には、当該吐口側の嵌合又は係合機構に嵌合又は係合する機構であって、複数の薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4ごとに異なる形状の機構を設ける。そして、吐出口に薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4を取り付けた際、薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4ごとに異なる形状を識別することにより、薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4の種別を判別することができる。
【００６２】
なお、薬剤タンク104から薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4に至る経路の途中には、当該経路中に貯留する薬剤を外部へ排出するためのコック付きの排出口（図８中、「DRAIN」と表記）が設けられている。圃場403への薬剤の散布が終わった後などにおいて、薬剤タンク104から薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4に至る経路に溜まっている薬剤を排出させる場合には、この排出口より薬剤を排出させることができる。
【００６３】
ドローン100に搭載されているバッテリー502の、放電時における電圧の挙動は、バッテリー502自身の温度に応じて異なる。特に、バッテリー502が低温になると、バッテリー502の内部抵抗が増加し、放電後の電圧が著しく降下する。バッテリー502が低温のままドローン100が離陸すると、この著しい電圧降下により飛行を継続できず、墜落や意図しない動作等により安全性を損なうおそれがある。そこで、本実施形態は、バッテリー502の温度が所定以下であることにより、ドローン100の安全な飛行を妨げる可能性がある場合には、離陸前にバッテリー502の温度を上昇させる機能を備えている。また、飛行中にバッテリー502が低温になった場合には、飛行しながらバッテリー502の温度を上昇させる措置を取るか、またはドローン100を退避させる機能を備えている。
【００６４】
図９に示すように、本願発明に係るドローン100は、飛行制御部23と、情報取得部24と、暖機判定部25と、暖機部26と、省力飛行判定部27と、ドローン100から吐出する薬剤の量を制御する薬剤制御部30と、を備える。
【００６５】
飛行制御部23は、モーター102-1a、102-1b、102-2a、102-2b、102-3a、102-3b、102-4a、102-4bを制御することで回転翼101-1a、101-1b、101-2a、101-2b、101-3a、101-3b、101-4a、101-4bの回転数および回転方向を制御して、ドローン100を使用者402が意図する区画内で飛行させる機能部である。また、飛行制御部23は、ドローン100の離陸および着陸の制御を行う。具体的には、飛行制御部23はマイコン等で実装されるCPUであり、フライトコントローラー501である。
【００６６】
なお、飛行制御部23は、ドローン100の正常動作においてドローン100の飛行を制御するために動作してもよいし、正常動作における飛行制御手段とは別に構成されていてもよい。後者の場合、飛行制御部23は、後述する省力飛行および退避行動を取る場合にのみ動作する。
【００６７】
省力飛行は、通常の飛行に比べて消費される電流が少ない態様で飛行をする飛行形態である。省力飛行は、少ない電力消費でドローン100を飛行させることができるため、バッテリー502の蓄電量が少なく、バッテリー502の温度が所定以下である場合に、飛行を継続しながらバッテリー502の暖機を行うことができる。省力飛行において、飛行制御部23が発揮する推力の上限、又は飛行制御部23からモーター102への指令値の上限値は、通常の飛行に比べて小さい。その結果、ドローン100の加速度の絶対値が小さくなり、言い換えれば減速および加速が緩やかになる。また、ドローン100の姿勢角は通常の飛行に比べて水平になる。
【００６８】
省力飛行は、省力飛行に切り替えるときにドローン100が行っている動作により異なる。例えば、ドローン100がホバリング中又は等速飛行中において省力飛行に切り替えられる場合、減速および加速を行わない方が電力を節約できるため、ドローン100はホバリングおよび等速飛行を継続する。また、等速飛行後、緩やかに減速してホバリングに移行してもよい。
【００６９】
さらに省力飛行におけるドローン100の高度は通常の飛行に比べて低い。省力飛行は、薬剤散布を停止した飛行であってもよいし、その他カメラ等各種の構成を停止させた状態であってもよい。
【００７０】
退避行動は例えば、その場で着陸する通常の着陸動作や、最短のルートで直ちに所定の帰還地点まで移動する「緊急帰還」を含む。所定の帰還地点とは、あらかじめフライトコントローラー501に記憶させた地点であり、例えば離陸した発着地点406である。発着地点406は、例えば使用者402がドローン100に近づくことが可能な陸上の地点であり、使用者402は帰還地点に到達したドローン100を点検したり、手動で別の場所に運んだりすることができる。
【００７１】
また、退避行動は、最適化されたルートで所定の帰還地点まで移動する「通常帰還」であってもよい。最適化されたルートとは、例えば、通常帰還指令を受信する前に薬剤散布したルートを参照して算出されるルートである。例えば、ドローン100は、まだ薬剤を散布していないルートを経由して、薬剤を散布しながら所定の帰還地点まで移動する。
【００７２】
飛行制御部23は、バッテリー502の状況に応じて異なる退避行動を行うように構成されていてもよい。例えば、バッテリー残量が所定以上あり、発着地点406に帰還が可能である場合は、通常帰還を行う。ドローン100が発着地点406から所定以上離れている状態においてバッテリー温度が低下することにより通常帰還が困難な状況の場合は、緊急帰還又はその場で通常の着陸動作を行う。
【００７３】
薬剤制御部30は、薬液タンク104から薬液を散布する量又はタイミングを制御する制御部である。例えば、薬液タンク104から各薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4までの経路のどこかに、薬液経路を開閉する開閉手段が設けられていて、薬剤制御部30は、開閉手段により薬液の放出を遮断した後に各種の緊急動作を実行する。また、薬剤制御部30は、退避行動を実行する前にポンプ106を停止してもよい。
【００７４】
情報取得部24は、暖機判定部25により暖機運転の要否を判定するための情報を取得する機能部である。情報取得部24は、バッテリー温度取得部241、バッテリー蓄電量取得部242、飛行計画取得部243、および電流計測部244を有する。
【００７５】
バッテリー温度取得部241は、ドローン100が有するバッテリー502の温度を測定する機能部である。バッテリー温度取得部241は、例えばバッテリー502近傍に配置される温度センサーであってもよいし、バッテリー502に内蔵される温度センサーであってもよい。
【００７６】
バッテリー蓄電量取得部242は、バッテリー502の蓄電量を取得する機能部である。バッテリー蓄電量取得部242は、一般的に知られているバッテリーの蓄電量測定装置であり、例えば電圧計であってもよい。また、バッテリー蓄電量取得部242は、バッテリー電圧、バッテリー温度、電流のうち１又は複数の値に基づいてバッテリー502の蓄電量を推定し、バッテリー502の蓄電量が所定値以下になっていることを検知してもよい。具体的には、バッテリー電圧、電流およびバッテリー温度を測定することでＳＯＣ（State of Charge）と呼ばれる値を算出し、蓄電量を推定してもよい。さらに、バッテリー蓄電量取得部242は、バッテリー502の実使用時間および周辺温度等のうち１又は複数の値に基づいて、上述の方法により推定されたバッテリー502の蓄電量を補正してもよい。
【００７７】
飛行計画取得部243は、ドローン100が次に行う飛行計画を取得する機能部である。飛行計画とは、飛行経路、飛行予定速度、飛行予定時間、および飛行中における薬剤散布の有無の少なくとも１個を含む。飛行計画取得部243は、例えばフライトコントローラ501の機能により実現される。
【００７８】
電流計測部244は、バッテリー501により出力される電流値を計測する機能部である。
【００７９】
暖機判定部25は、情報取得部24により取得される情報に基づいて、ドローン100が暖機運転を行うか否かを決定する機能部である。
【００８０】
ここで、バッテリーの温度と内部抵抗の関係について説明する。
図１０に示すように、バッテリー502は温度により内部抵抗の値が変化する。バッテリー502の内部抵抗は、温度T1以上の温度においては略一定である。バッテリー502の温度が温度T1以下になると、温度が下がるにつれて内部抵抗が急激に増加する。
【００８１】
図１１に示すように、バッテリー502により発生する電圧の挙動は、バッテリー502の温度により異なる。バッテリー502の温度が温度T1、および温度T1よりやや低い温度T２である場合において、バッテリー502が所定の定電流の放電を開始するときの電圧は、内部抵抗に反比例する。その後、バッテリー502が定電流の放電を継続すると、電圧は、バッテリー502の蓄電量が減少するにつれて、次第に減少する。
【００８２】
温度T2より低い温度T３において、バッテリー502が放電を開始すると、発生電圧は時間と共に急激に減少する。その後、発生される電圧によりバッテリー502の温度が上昇するため、内部抵抗が減少し、電圧が一時的に上昇する。その結果、放電開始から所定時間ｔｐ後に下向きのピーク、すなわち電圧の極小値Ｖｐが現れる。なお、所定時間ｔｐは温度により多少前後する。具体的には、電流値が大きいほど所定時間ｔｐは短くなる。
【００８３】
温度Ｔｔは、極小値Ｖｐが動作下限電圧Ｖｔとなる温度である。動作下限電圧Ｖｔは、ドローン100が有する各種構成が正常に動作可能な電圧の下限値である。バッテリー502の温度が温度Tｔを下回ると、電圧が動作開始から所定時間ｔｐ後に動作下限電圧Ｖｔを下回るので、ドローン100が正常に動作しない可能性がある。したがって、バッテリー502の温度が温度Tｔを下回っている場合は、これを検知して暖機運転を行うことで、電圧の極小値Ｖｐが表れる温度においてもドローン100を正常に動作させることができる。
【００８４】
暖機判定部25は、バッテリー502の温度に基づいて暖機運転の要否を判定する。具体的には、暖機判定部25は、バッテリー502の温度が所定の温度Tｔを下回るとき、暖機運転を行うことを決定する。この構成によれば、暖機運転の要否を自動で判定することができる。
【００８５】
また、暖機判定部25は、バッテリー502の温度に加えて、動作開始時におけるバッテリー502の蓄電量に応じた電圧（以下、「動作開始電圧」ともいう。）に基づいて暖機運転の要否を判定してもよい。
【００８６】
図１２に示すように、定電流Ｉ1の放電開始から所定時間ｔｐ後に現れる電圧の極小値Vpの値は、動作開始電圧およびバッテリー502の温度に依存する。同図中の複数の曲線は、放電開始から所定時間ｔｐ後の下向きのピークにおける電圧が互いに等しい点を連結した等電圧線である。温度T２より高い場合に関しては、所定の幅をもつ所定時間ｔｐにおける電圧の最小値をプロットしてよい。バッテリー502の温度が高いほど所定時間ｔｐ後の電圧は大きくなる。また、動作開始電圧が大きいほど、所定時間ｔｐ後の電圧は大きくなる。すなわち、同図中において、右上であるほど所定時間ｔｐ後の電圧が大きいことを示す。
【００８７】
暖機判定部25は、動作開始電圧すなわちバッテリー502の蓄電量、およびバッテリー502温度と、極小値Ｖｐが現れ得る時間ｔｐにおける電圧と、の関係を示す図１１に示すようなテーブルをあらかじめ記憶している。暖機判定部25は、取得されたバッテリー502の温度および蓄電量が、電圧Ｖｔの等電圧線より左下に属する場合、暖機運転が必要であると判定する。この構成によれば、バッテリー502の蓄電量から、時間ｔｐにおける電圧を予測し、暖機運転の要否をより正確に判定することができる。
【００８８】
また、暖機判定部25は、バッテリー502の蓄電量が所定以下であり、暖機運転を行うのに十分でない場合、すなわち同図中における「暖機不可」の領域に属する場合、暖機運転を行わない旨の決定を行ってもよい。バッテリー502の蓄電量が所定以下である場合、例えば当該蓄電量を放電して暖機運転をしても、バッテリー502の温度が温度Tｔまで上昇されないことが予想されるためである。この場合、暖機判定部25はドローン100の飛行を制限し、操縦器401にその旨を表示させる。この構成によれば、暖機運転の実効性をより正確に判定して暖機運転の要否を決定することができる。
【００８９】
暖機判定部25は、バッテリー502の温度および蓄電量に加えて、飛行計画取得部243により取得されるドローン100の飛行計画に基づいて暖機運転を行うか否かを判定してもよい。例えば、暖機運転後のバッテリー502の蓄電量を予想した上で、飛行計画を達成するために必要なバッテリー502の蓄電量を推定し、暖機運転後の温度において予想される蓄電量の推移が飛行計画の達成に必要な蓄電量を下回る場合は、暖機運転を行わない旨の決定をしてもよい。逆に、飛行計画を少ない蓄電量で達成できる場合は、蓄電量が少ない場合でも暖機運転を実施して飛行計画を達成することができる。飛行計画の達成に必要な蓄電量は、例えば飛行が計画されている圃場の面積、飛行予定時間、飛行中の速度、飛行中の加速度の変化の程度により異なる。例えば、飛行予定時間が所定未満の場合は、計画の達成に必要な蓄電量が小さいため、飛行予定時間が所定以上の場合に比べて暖機運転が必要な閾値が低い。また、薬剤散布を行う飛行は、薬剤散布を行わない飛行と比較して多くの蓄電量を必要とする。
【００９０】
この構成によれば、暖機運転後に飛行計画が達成できるだけの蓄電量を有するか否かをあらかじめ推定するため、暖機運転の実効性の有無をより正確に判定することができる。
【００９１】
暖機判定部25は、バッテリー502の目標温度を算出し、現在のバッテリー502の温度と比較して暖機運転の要否を判定する。バッテリー502の目標温度は一定でもよいし、ドローン100が離陸後に飛行する飛行計画に基づいて算出されてもよい。例えば、飛行計画における飛行時間が短い場合は、当該飛行計画を達成するために必要な蓄電量が小さいため、目標温度は低い。逆に、飛行計画における飛行時間が長い場合は、必要な蓄電量が大きいため、目標温度は高い。
【００９２】
暖機判定部25は、飛行計画において予想される最大電流予測値に基づいて、目標温度を算出してもよい。図１３では、同一の温度条件、すなわち本図においては温度Ｔｔにおいて、一定電流Ｉ２を通電したときの電圧の極小値Ｖｐ２の値は、電流Ｉ２より小さい電流Ｉ１を通電したときの電圧の極小値Ｖｐ１の値よりも小さいことを示している。すなわち、同一の温度条件において、電圧の極小値Ｖｐの値は、通電される電流が大きいほど小さい。飛行計画における速度又は加速度が大きい場合は、予想される最大電流が大きいため、目標温度をより高くする必要がある。また、バッテリー502の内部抵抗値を予測し、直流内部抵抗（DCR）による電圧低下分をさらに考慮して、目標温度を算出してもよい。
【００９３】
暖機判定部25は、ドローン100が有する適宜の通信手段により、使用者402が監視する操縦器401に、暖機運転の必要がある旨を表示する。また、暖機判定部25は、ドローン100が有する表示手段、例えばＬＥＤにより、ドローン100が暖機運転を行う旨が表示されるように構成してもよい。また、ドローン100のスピーカから適宜の音を出してもよい。
【００９４】
また、使用者402がドローン100の情報をアイウェア型ウェアラブル端末機により取得する場合には、アイウェアの画面上に表示または投影してもよい。また、使用者402がドローン100の情報をイヤホン型ウェアラブル端末機により取得する場合に、音により通知してもよい。
【００９５】
なお、暖機判定部25は、自動で暖機部26に暖機運転を開始させてもよいし、使用者402に暖機運転の必要性を通知した上で、暖機運転を行うか否かを使用者402の入力により決定されるように構成されていてもよい。バッテリー502が低温かつ低蓄電量である場合、暖機運転に代えて、バッテリー502の交換又はバッテリー502を温めて装着するといった施策も有効である。そこで、暖機判定部25は、暖機運転の他に、バッテリー502の交換又はバッテリー502を温めるよう促すメッセージを使用者402に通知し、いずれの施策を行うかを使用者402に決定、入力させるように構成してもよい。
【００９６】
また、暖機判定部25は、暖機部26に暖機運転を開始させる動作に代えて、ドローン100の離陸を禁止する措置を行ってもよい。
【００９７】
なお、情報取得部24により得られる情報に基づいて、フライトコントローラー501が飛行計画を変更してもよい。具体的には、バッテリー502の温度が低く、バッテリー502が大きな負荷に耐えられないことが予想される場合には、ドローン100の速度、加速度、およびモータ−102の回転数が小さくなるような飛行計画に変更してもよい。
【００９８】
暖機部26は、バッテリー502の温度を上昇させる暖機運転を行う機能部である。暖機部26は、モータ−駆動部261と、離陸判定部262と、ポンプ駆動部263を有する。
【００９９】
モーター駆動部261は、ドローン100の機体が離陸しない程度の電流をモーター102に通電させる機能部である。モーター駆動部261がモーター102に通電させる電流量は、固定であってもよい。また、モーター駆動部261は、離陸判定部262により判定されるドローン100が離陸しているか否かに基づいて、ドローン100が離陸しない程度の電流になるよう電流量を制御してもよい。
【０１００】
離陸判定部262は、計測されるドローン100の位置情報に基づいて、ドローン100が離陸しているか否かを判定することができる。ドローン100の位置情報とは、具体的にはドローン100の高さを示す値であり、GPSモジュールRTK504により計測されるドローン100の鉛直方向の位置情報、又は６軸ジャイロセンサー505のｚ方向の加速度情報により求められる。この構成によれば、モーター駆動部261は、モーター102に最大限の電流を通電することができる。すなわち、より短時間にバッテリー502の温度を上昇させることができる。特に、薬剤散布用ドローンにおいては、積載されている薬剤の量に応じてドローンの総重量が大きく異なるため、離陸に必要な電流量は積載されている薬剤量により異なる。したがって、ドローンの位置情報に基づいて通電する電流量を調整することで、より効率的な暖機運転が可能になる。
【０１０１】
ポンプ駆動部263は、バッテリー502の温度を上昇させるためにポンプ106を稼働させる機能部である。具体的には、薬剤タンク104の下方に配置されている三方弁122から拡張タンク131を介して再度薬剤タンク104に至る循環経路を解放してポンプ106を稼働させ、薬剤をドローン100内部で循環させる。これにより、薬剤を吐出することなくポンプ106を稼働させ、バッテリー502の温度を上昇させることができる。
【０１０２】
なお、ポンプ駆動部263は、三方弁122からノズル103に至る経路を解放した上で、ポンプ106を稼働させてもよい。この場合、ポンプ駆動部263は、ノズル103から薬剤が吐出されない程度の小さな稼働力でポンプ106を稼働させてもよい。
【０１０３】
なお、暖機部26は、上述に加えて、例えばカメラなどドローン100に搭載されている他の構成に通電してもよい。ただし、本実施形態においては、最も多くの電流を通電可能な構成はモーター102であり、次いでポンプ106である。また、これらの構成は、通電される電流量に応じて容易に動作を変化させることができる。したがって、モーター102およびポンプ106の駆動を暖機運転に用いると好適である。
【０１０４】
省力飛行判定部27は、飛行中に、情報取得部24により取得した情報に基づいて、ドローン100が省力飛行の要否を判定する機能部である。省力飛行判定部27は、バッテリー502の蓄電量が所定以下の場合、省力飛行を行うことを決定し、飛行制御部23にその旨を伝達する。
【０１０５】
また、省力飛行判定部27は、バッテリー502の温度に基づいて、バッテリー502の出力可能電流値の最大値を算出する。また、電流計測部244により得られるバッテリー502の出力電流を取得し、出力可能電流値の最大値と比較する。出力電流と最大値との差が所定以下である場合、省力飛行判定部27は省力飛行が必要であると判定し、その旨を飛行制御部23に伝達する。出力可能電流値は、バッテリー502の温度に応じて異なる。また、バッテリー502の出力電流は、モーター102に対する指令等ドローン100の動作内容により異なる。したがって、この構成によれば、出力可能電流値と出力電流の値に基づいて、より正確に省力飛行の要否を判定することができる。
【０１０６】
このような構成によれば、寒い季節や明け方等、外気温が低い場合にもドローン100を安全に飛行させることができる。例えば、比較的暑い季節に薬剤散布を行い、寒い季節や明け方に生育監視を行う農業用ドローンにおいて、いずれの用途においてもドローン100を安全に飛行させることができる。
【０１０７】
●着陸状態において暖機運転の要否を判定するフローチャート
図１４に示すように、まず、ドローン100が着陸している状態において、バッテリー温度取得部241はバッテリー502の温度を測定する（ステップＳ1）。
【０１０８】
バッテリー蓄電量取得部242は、バッテリー502の蓄電量を測定する（ステップＳ2）。
【０１０９】
飛行計画取得部243は、ドローン100が離陸後に行う飛行計画を取得する（ステップS3）。なお、ステップＳ１乃至Ｓ３は順不同である。また、ステップＳ１乃至Ｓ３を同時に実行してもよい。
【０１１０】
暖機判定部25は、バッテリー温度取得部241、バッテリー蓄電量取得部242および飛行計画取得部243に基づいて、暖機運転が必要か否かを判定する（ステップS4。
【０１１１】
暖機判定部25により、暖機運転の必要がないと判定される場合、ドローン100は離陸する（ステップS10）。また、離陸の前に、離陸に至る準備動作を適宜実行してもよい。
【０１１２】
暖機判定部25により、暖機運転の必要性があると判定される場合、操縦器401にその旨を通知し、使用者402の入力を待機する（ステップS5）。操縦器401には、暖機運転、バッテリー502の交換、および使用者によりバッテリー502を温める施策のうち、いずれを実行するかが選択可能に表示されている。また、バッテリー502の蓄電量が所定以下で、バッテリー502の温度を十分上昇させられないことが予想される場合は、バッテリー502の交換又は温めのみを使用者402に促すよう表示されてもよい。
【０１１３】
なお、上述に代えて、暖機判定部25により暖機運転の必要があると判定される場合に自動で暖機運転を行うように構成されていてもよい。なお、この場合も、暖機運転中である旨が操縦器401に表示される。さらに、上述に代えて、ドローン100の飛行を禁止する措置を取ってもよい。
【０１１４】
使用者402により暖機運転を行う旨の命令が入力されると、暖機部26は暖機運転を開始する（ステップS6）。暖機運転の間、バッテリー温度取得部241は連続的、又は定期的にバッテリー502の温度を計測し（ステップS7）、暖機判定部25は、バッテリー502が所定の温度になっているか否かを判定する（ステップS8）。バッテリー502が所定以上の温度になっているとき、暖機部26は暖機運転を中止する（ステップS9）。その後、ドローン100は離陸、又は離陸に至る動作を実行する（ステップS10）。
【０１１５】
使用者402により、バッテリー502を交換する又はおよびバッテリー502を温める旨の入力がされると、ドローン100は、バッテリー502が取り外し可能な状態になる（ステップS11）。具体的には、ドローン100はシャットダウンされる。
【０１１６】
●飛行中においてバッテリーの温度が飛行に適しているか判定するフローチャート
図１５に示すように、まず、ドローン100が飛行している状態において、バッテリー温度取得部241はバッテリー502の温度を測定する（ステップS21）。
【０１１７】
バッテリー蓄電量取得部242は、バッテリー502の蓄電量を測定する（ステップS22）。
【０１１８】
飛行計画取得部243は、ドローン100が着陸までに行う飛行計画を取得する（ステップS23）。なお、ステップS21乃至S23は順不同である。また、ステップS21乃至S23を同時に実行してもよい。
【０１１９】
暖機判定部25は、バッテリー温度取得部241に基づいて、バッテリー502の温度が所定以下であるかを判定する（ステップS24）。
【０１２０】
暖機判定部25により、暖機運転の必要がないと判定される場合、ドローン100は計画通りの飛行を継続する。また、定期的に繰り返し暖機運転の要否を判定する。
【０１２１】
暖機判定部25により、暖機運転の必要性があると判定される場合、暖機判定部25は、バッテリー蓄電量取得部242に基づいて、バッテリー502の蓄電量が所定以下であるかを判定する（ステップS25）。
【０１２２】
バッテリー502の蓄電量が所定以下の場合、省力飛行判定部27は省力飛行が必要であると決定し、飛行制御部23は省力飛行を開始する（ステップS26）。その後、暖機運転を開始する（ステップS27）。バッテリー502が所定の蓄電量を越えている場合、省力飛行を行うことなく暖機運転を開始する（ステップS27）。
【０１２３】
バッテリー502の蓄電量が上述の蓄電量よりさらに低い場合（ステップS40）、ドローン100は着陸する（ステップS41）。
【０１２４】
なお、ここでは温度および蓄電量をこの順に段階的に判定するフローを記載したが、先に蓄電量を判定し、次いで温度を判定してもよい。また、これらの判定を同時に行ってもよい。
【０１２５】
暖機運転の開始後、バッテリー温度取得部241は定期的にバッテリー502の温度を測定し（ステップS28）、暖機判定部25によりバッテリー501が所定温度に達しているか否かを判定する（ステップS29）。バッテリー501が所定温度に達していない場合、ステップS25に戻る。バッテリー501が所定温度に達しているとき、暖機運転を終了する（ステップS30）。また、省力飛行を行っている場合は、通常の飛行に戻す（ステップS31）。
【０１２６】
●バッテリーの温度および電流値を監視して、省力飛行に移行するフローチャート
図１６に示すように、飛行中において、バッテリー温度取得部241は、バッテリー501の温度を取得する（ステップS51）。次いで、バッテリー温度取得部241は、バッテリー501の温度に基づいて出力可能な電流値の最大値を算出する（ステップS52）。
【０１２７】
電流計測部244は、バッテリー502からの出力電流を算出する（ステップS53）。
【０１２８】
省力飛行判定部27は、出力可能な電流値の最大値とバッテリー502からの出力電流とを比較し、差異が所定以下であるか判定する（ステップS54）。
【０１２９】
上述の差異が十分大きい場合は、ステップS51に戻る。上述の差異が所定以下であるとき、省力飛行判定部27は省力飛行が必要である旨を飛行制御部23に伝達し、省力飛行を開始する（ステップS55）。
【０１３０】
本構成によれば、適切な条件下で省力飛行を開始した上で、暖機運転を行うことができる。
【０１３１】
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、自律的に動作する機械全般に適用可能である。特に、自律飛行を行うドローンに適用可能である。また、自律的に動作する、地面を自走する機械にも適用可能である。
【０１３２】
（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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【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】
駆動電力を供給するバッテリーと、
前記バッテリーの温度を測定する情報取得部と、
前記情報取得部により取得される値に基づいて、前記バッテリーの温度を上昇させる暖機運転の要否を判定する暖機判定部と、
前記暖機判定部により暖機運転が必要と判断された場合に、使用者に前記暖機運転の必要性を通知する通知部と、
着陸している状態において前記使用者から前記暖機運転を行う指示の入力を受け付けた場合に、前記暖機運転を行う暖機部と、
を備えるドローンであって、
前記暖機部は、前記バッテリーに負荷をかけて前記暖機運転を行うことにより、前記バッテリーの温度を上昇させる、
ドローン。
【請求項２】
前記ドローンを飛行させる推進器をさらに備え、前記暖機部は、前記ドローンが離陸しない範囲で前記推進器を駆動させる、
請求項１記載のドローン。
【請求項３】
前記ドローンが離陸しているか否かを判定する離陸判定部をさらに備え、前記暖機部は、前記ドローン前記離陸判定部による検知の結果を参照し、前記ドローンが離陸しない範囲で前記推進器を動作させる、
請求項２記載のドローン。
【請求項４】
駆動電力を供給するバッテリーと、
前記バッテリーの温度を測定する情報取得部と、
前記情報取得部により取得される値に基づいて、前記バッテリーの温度を上昇させる暖機運転の要否を判定する暖機判定部と、
着陸している状態において前記暖機判定部により前記暖機運転が必要であると判定されるとき、前記暖機運転を行う暖機部と、
を備えるドローンであって、
薬剤を貯留するタンクと、
前記タンク内の薬剤を流動させるポンプと、
前記薬剤を外部に吐出する吐出経路と、
前記薬剤を前記ドローンの内部で循環させる循環経路と、
前記ポンプを駆動させ、前記吐出経路および前記循環経路に、薬剤を選択的に流入可能な薬剤制御部と、
をさらに備え、
前記暖機判定部により前記暖機運転が必要であると判定されるとき、前記暖機部は、前記薬剤制御部により前記ポンプを駆動させて前記循環経路に前記薬剤を流入させて前記バッテリーの温度を上昇させる、
ドローン。
【請求項５】
駆動電力を供給するバッテリーと、
前記バッテリーの温度を測定する情報取得部と、
前記情報取得部により取得される値に基づいて、前記バッテリーの温度を上昇させる暖機運転の要否を判定する暖機判定部と、
着陸している状態において前記暖機判定部により前記暖機運転が必要であると判定されるとき、前記暖機運転を行う暖機部と、
を備えるドローンであって、
前記暖機部は、前記バッテリーに負荷をかけて暖機運転を行うことにより、前記バッテリーの温度を上昇させ、
前記情報取得部は、前記ドローンが離陸後に飛行する飛行計画の情報を取得する飛行計画取得部を有し、前記暖機判定部は、前記飛行計画の情報に基づいて前記暖機運転の要否を判定する、
ドローン。
【請求項６】
前記暖機判定部は、前記飛行計画における前記ドローンの飛行速度又は飛行加速度から予測される最大電流予測値に基づいて前記暖機運転の要否を判定する、
請求項５記載のドローン。
【請求項７】
前記暖機判定部は、前記飛行計画における前記ドローンの飛行予定時間に基づいて前記暖機運転の要否を判定する、
請求項５又は６記載のドローン。
【請求項８】
前記暖機判定部は、前記暖機運転の間において、前記バッテリーの温度が所定の目標温度以上になったことを検知して前記暖機運転を中止させる、
請求項１乃至７のいずれかに記載のドローン。
【請求項９】
駆動電力を供給するバッテリーと、
前記バッテリーの温度を測定する情報取得部と、
前記情報取得部により取得される値に基づいて、前記バッテリーの温度を上昇させる暖機運転の要否を判定する暖機判定部と、
着陸している状態において前記暖機判定部により前記暖機運転が必要であると判定されるとき、前記暖機運転を行う暖機部と、
を備えるドローンであって、
前記暖機部は、前記バッテリーに負荷をかけて暖機運転を行うことにより、前記バッテリーの温度を上昇させ、
通常飛行に比べて減速および加速が緩やかになる、又は通常飛行に比べて水平に対する姿勢角が小さい省力飛行を開始するか否かを判定する省力飛行判定部をさらに備え、
前記省力飛行判定部は、前記ドローンが飛行している状態において、前記バッテリーの蓄電量に基づいて前記省力飛行を開始するか否かを判定する、
ドローン。
【請求項１０】
駆動電力を供給するバッテリーと、
前記バッテリーの温度を測定する情報取得部と、
前記情報取得部により取得される値に基づいて、前記バッテリーの温度を上昇させる暖機運転の要否を判定する暖機判定部と、
着陸している状態において前記暖機判定部により前記暖機運転が必要であると判定されるとき、前記暖機運転を行う暖機部と、
を備えるドローンであって、
前記暖機部は、前記バッテリーに負荷をかけて暖機運転を行うことにより、前記バッテリーの温度を上昇させ、
通常飛行に比べて前記バッテリーの消費電力が小さい省力飛行を開始するか否かを判定する省力飛行判定部をさらに備え、
前記省力飛行判定部は、前記ドローンが飛行している状態において、前記バッテリーの蓄電量に基づいて前記省力飛行を開始するか否かを判定し、
前記バッテリーが出力する電流値を計測する電流計測部をさらに備え、
前記省力飛行判定部は、前記バッテリーの温度を参照し、前記バッテリーの温度に基づいて算出される出力可能電流の最大値と、前記バッテリーが放電する電流と、の差が所定以下であることに基づいて前記省力飛行を開始することを決定する、
ドローン。
【請求項１１】
前記ドローンを飛行させる推進器をさらに備え、前記省力飛行における、前記推進器への指令値の上限値は、前記通常飛行に比べて小さい、
請求項９又は１０記載のドローン。
【請求項１２】
駆動電力を供給するバッテリーを備えるドローンの制御方法であって、
前記バッテリーの温度を測定するステップと、
取得される前記バッテリーの温度計測値に基づいて、前記バッテリーの温度を上昇させる暖機運転の要否を判定するステップと、
前記暖機運転の要否を判定するステップにおいて暖機運転が必要と判断された場合に、使用者に暖機運転の必要性を通知するステップと、
着陸している状態において前記使用者から前記暖機運転を指示する入力を受け付けた場合に、前記暖機運転を行うステップと、
を含み、
前記暖機運転を行うステップは、前記バッテリーに負荷をかけて前記暖機運転を行うことにより、前記バッテリーの温度を上昇させる、
ドローンの制御方法。
【請求項１３】
駆動電力を供給するバッテリーを備えるドローンの制御プログラムであって、
前記バッテリーの温度を測定する命令と、
取得される前記バッテリーの温度計測値に基づいて、前記バッテリーの温度を上昇させる暖機運転の要否を判定する命令と、
前記暖機運転の要否を判定する命令に基づいて前記暖機運転が必要と判断された場合に、使用者に暖機運転の必要性を通知する命令と、
着陸している状態において前記使用者から前記暖機運転を指示する入力を受け付けた場合に、前記暖機運転を行う命令と、
をコンピューターに実行させ、
前記暖機運転を行う命令は、前記バッテリーに負荷をかけて前記暖機運転を行うことにより、前記バッテリーの温度を上昇させる、
ドローンの制御プログラム。
【国際調査報告】
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2020022266.tif 000021
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