(57)【要約】【課題】非専門家による操作時にも高い安全性を維持できるドローン（飛行体）を提供する。【解決策】ドローンの離陸時にクラウドに保存された圃場データとセンサーにより読み取った環境データを比較し、危険と考えられる場合には、離陸を禁止する制御を行なう。特に、圃場と現在地点の間に人や自動車が通行する可能性がある道路がある場合、および、ドローンの設置された方向が目的とする圃場への侵入経路の方向を向いていない場合には離陸を禁止することが好ましい。また、保守履歴を参照し、所定の保守が行なわれていない場合には、離陸を禁止することが好ましい。【選択図】図６
2019168080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置取得手段と飛行エリア確認手段と飛行制御手段とを備えたドローンであって、
前記位置取得手段が離陸時の自機位置を取得し、
前記飛行エリア確認手段が、飛行エリア情報保存手段に保存された飛行エリア情報と侵入経路情報と、前記取得した自機位置とを比較し、
前記取得した自機位置が飛行エリア情報の対象地域の範囲外にある場合、前記侵入経路上に道路がある場合、または、前記侵入経路上に障害物がある場合には、前記飛行制御手段が離陸を禁止するドローン。
【請求項２】
方向取得手段と位置取得手段と飛行エリア確認手段と飛行制御手段とを備えたドローンであって、
前記方向取得手段が離陸時の自機方向を取得し、
前記位置取得手段が離陸時の自機位置を取得し、
前記飛行エリア確認手段が前記取得した自機位置と飛行エリア情報保存手段に保存された侵入経路情報とを比較し、
前記取得した自機方向が前記侵入経路の方向と異なっている場合には、前記飛行制御手段が離陸を禁止するドローン。
【請求項３】
保守時保存手段と運用時間保存手段と飛行制御手段とを備えたドローンであって、
前記飛行制御手段が、前記保守時保存手段から最後の保守時を取得し、
前記最後の保守時から第一の所定の時間が経過している場合、前記運用時間保存手段から取得した前記最後の保守時からの積算運用時間が第二の所定の時間を超えている場合、または、前記運用時間保存手段から取得した前記最後の保守時からの積算飛行時間が第二の所定の時間を超えている場合には、離陸を禁止するドローン。
【請求項４】
環境情報取得手段と飛行制御手段とを備えたドローンであって、
前記飛行制御手段が、起動時に前記環境情報取得手段から取得した気温、バッテリー温度、または高度が所定の範囲外である場合には、
前記飛行制御手段が、モーターまたはポンプへの起動指令の送信を行なわないドローン。
【請求項５】
離陸時の自機位置を取得するステップと、
前記取得した自機位置と、飛行エリア情報保存手段に保存された飛行エリア情報と侵入経路情報とを比較するステップと、
前記取得した自機位置が飛行エリア情報の対象地域の範囲外にある場合、前記侵入経路上に道路がある場合、または、前記侵入経路上に障害物がある場合には、離陸を禁止するステップとを含む
ドローン制御方法。
【請求項６】
離陸時の自機方向を取得するステップと、
離陸時の自機位置を取得するステップと、
前記取得した自機位置と飛行エリア情報保存手段に保存された飛行エリア情報とを比較するステップと、
前記取得した自機方向が侵入経路の方向と異なっている場合には、離陸を禁止するステップとを含む
ドローン制御方法。
【請求項７】
保守時取得手段から最後の保守時を取得するステップと、
運用時間保存手段から取得した前記最後の保守時からの積算飛行時間を取得するステップと、
前記最後の保守時から第一の所定の時間が経過している場合、または、前記運用時間保存手段から取得した前記最後の保守時からの積算飛行時間が第二の所定の時間を超えている場合には離陸を禁止するステップとを含む
ドローン制御方法。
【請求項８】
気温、バッテリー温度、または、高度のいずれかを取得するステップと、
取得した気温、バッテリー温度、または、高度のいずれかが所定の範囲外である場合には、モーターまたはポンプへの起動指令の送信を禁止するステップとを含む
ドローン制御方法。
【請求項９】
離陸時の自機位置を取得する命令と、
前記取得した自機位置と、飛行エリア情報保存手段に保存された飛行エリア情報と侵入経路情報とを比較する命令と、
前記取得した自機位置が飛行エリア情報の対象地域の範囲外にある場合、前記侵入経路上に道路がある場合、または、前記侵入経路上に障害物がある場合には、離陸を禁止する命令とをコンピューターに実行させる
ドローン制御プログラム。
【請求項１０】
離陸時の自機方向を取得する命令と、
離陸時の自機位置を取得する命令と、
前記取得した自機位置と飛行エリア情報保存手段に保存された飛行エリア情報とを比較する命令と、
前記取得した自機方向が侵入経路の方向と異なっている場合には、離陸を禁止する命令とをコンピューターに実行させる
ドローン制御プログラム。
【請求項１１】
保守時取得手段から最後の保守時を取得する命令と、
運用時間保存手段から取得した前記最後の保守時からの積算飛行時間を取得する命令と、
前記最後の保守時から第一の所定の時間が経過している場合、または、前記運用時間保存手段から取得した前記最後の保守時からの積算飛行時間が第二の所定の時間を超えている場合には離陸を禁止する命令とをコンピューターに実行させる
ドローン制御プログラム。
【請求項１２】
気温、バッテリー温度、または、高度のいずれかを取得する命令と、
取得した気温、バッテリー温度、または、高度のいずれかが所定の範囲外である場合には、モーターまたはポンプへの起動指令の送信を禁止する命令とをコンピューターに実行させる
ドローン制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、飛行体（ドローン）、特に、非専門家による操作時の安全性を高めたドローン、並びに、その制御方法および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】
非専門家による操作時にも高い安全性を維持できるドローン（飛行体）を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願発明は、位置取得手段と飛行エリア確認手段と飛行制御手段とを備えたドローンであって、前記位置取得手段が離陸時の自機位置を取得し、前記飛行エリア確認手段が前記取得した自機位置と、飛行エリア情報保存手段に保存された飛行エリア情報と侵入経路情報とを比較し、前記取得した自機位置が飛行エリア情報の対象地域の範囲外にある場合、前記取得した侵入経路上に道路がある場合、または、前記取得した侵入経路上に障害物がある場合には、前記飛行制御手段が離陸を禁止するドローンを提供することで上記課題を解決する。【０００８】
また、本願発明は、方向取得手段と位置取得手段と飛行エリア確認手段と飛行制御手段とを備えたドローンであって、前記方向取得手段が離陸時の自機方向を取得し、前記位置取得手段が離陸時の自機位置を取得し、前記飛行エリア確認手段が前記取得した自機位置と、飛行エリア情報保存手段に保存された飛行エリア情報と侵入経路情報とを比較し、前記取得した自機方向が前記侵入経路の方向と異なっている場合には、前記飛行制御手段が離陸を禁止するドローンを提供することで上記課題を解決する。【０００９】
また、本願発明は、保守時保存手段と運用時間保存手段と飛行制御手段とを備えたドローンであって、前記飛行制御手段が、前記保守時保存手段から最後の保守時を取得し、前記最後の保守時から第一の所定の時間が経過している場合、前記運用時間保存手段から取得した前記最後の保守時からの積算運用時間が第二の所定の時間を超えている場合、または、前記運用時間保存手段から取得した前記最後の保守時からの積算飛行時間が第二の所定の時間を超えている場合には、離陸を禁止するドローンを提供することで上記課題を解決する。【００１０】
また、本願発明は、環境情報取得手段と飛行制御手段とを備えたドローンであって、前記飛行制御手段が、前記環境情報取得手段から取得した気温、バッテリー温度、または、高度のいずれかが所定の範囲外である場合には、前記飛行制御手段が、モーターまたはポンプの起動指令の送信を行なわないドローンを提供することで上記課題を解決する。【００１１】
また、本願発明は、離陸時の自機位置を取得するステップと、前記取得した自機位置と飛行エリア情報保存手段に保存された飛行エリア情報と侵入経路情報とを比較するステップと、前記取得した自機位置が飛行エリア情報の対象地域の範囲外にある場合、前記侵入経路上に道路がある場合、または、前記取得した侵入経路上に障害物がある場合には、離陸を禁止するステップとを含むドローン制御方法を提供することで上記課題を解決する。【００１２】
また、本願発明は、離陸時の自機方向を取得するステップと、離陸時の自機位置を取得するステップと、前記取得した自機位置と飛行エリア情報保存手段に保存された飛行エリア情報と侵入経路情報とを比較するステップと、前記取得した自機方向が前記侵入経路情報と異なっている場合には、離陸を禁止するステップとを含むドローン制御方法を提供することで上記課題を解決する。【００１３】
また、本願発明は、保守時取得手段から最後の保守時を取得するステップと、運用時間保存手段から取得した前記最後の保守時からの積算飛行時間を取得するステップと、前記最後の保守時から第一の所定の時間が経過している場合、または、前記運用時間保存手段から取得した前記最後の保守時からの積算飛行時間が第二の所定の時間を超えている場合には離陸を禁止するステップとを含むドローン制御方法を提供することで上記課題を解決する。【００１４】
また、本願発明は、気温、バッテリー温度、または、高度のいずれかを取得するステップと、取得した気温、バッテリー温度、または、高度のいずれかが所定の範囲外である場合には、モーターまたはポンプへの起動指令の送信を禁止するステップとを含むドローン制御方法を提供することで上記課題を解決する。【００１５】
また、本願発明は、離陸時の自機位置を取得する命令と、前記取得した自機位置と飛行エリア情報保存手段に保存された飛行エリア情報と侵入経路情報を比較する命令と、前記取得した自機位置が飛行エリア情報の対象地域の範囲外にある場合、前記侵入経路上に道路がある場合、または、前記侵入経路上に障害物がある場合には、離陸を禁止する命令とをコンピューターに実行させるドローン制御プログラムを提供することで上記課題を解決する。【００１６】
また、本願発明は、離陸時の自機方向を取得する命令と、離陸時の自機位置を取得する命令と、前記取得した自機位置と飛行エリア情報保存手段に保存された飛行エリア情報と侵入経路情報とを比較する命令と、前記取得した自機方向が侵入経路の方向と異なっている場合には、離陸を禁止する命令とをコンピューターに実行させるドローン制御プログラムを提供することで上記課題を解決する。【００１７】
また、本願発明は、保守時取得手段から最後の保守時を取得する命令と、運用時間保存手段から取得した前記最後の保守時からの積算飛行時間を取得する命令と、前記最後の保守時から第一の所定の時間が経過している場合、または、前記運用時間保存手段から取得した前記最後の保守時からの積算飛行時間が第二の所定の時間を超えている場合には離陸を禁止する命令とをコンピューターに実行させるドローン制御プログラムを提供することで上記課題を解決する。【００１８】
また、本願発明は、気温または高度を取得する命令と、取得した気温、バッテリー温度、または、高度のいずれかが所定の範囲外である場合には、モーターまたはポンプへの起動指令の送信を禁止する命令とをコンピューターに実行させるドローン制御プログラムを提供することで上記課題を解決する。
なお、コンピュータプログラムは、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】
【００１９】
非専門家による操作時の高い安全性を維持できるドローン（飛行体）が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本願発明に係るドローンの実施例の平面図である。
【図２】本願発明に係るドローンの実施例の正面図である。
【図３】本願発明に係るドローンの実施例の右側面図である。
【図４】本願発明に係るドローンの実施例を使用した薬剤散布システムの全体概念図の例である。
【図５】本願発明に係るドローンの実施例の制御機能を表した模式図である。
【図６】本願発明に係るドローンの離陸時の処理の例を表したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
図１に本願発明に係るドローン（100）の実施例の平面図を、図２にその（進行方向側から見た）正面図を、図３にその右側面図を示す。なお、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、複数の回転翼または飛行手段を有する飛行体全般を指すこととする。
【００２３】
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）備えられていることが望ましい。
【００２４】
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機設けられていることが望ましい。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ことが望ましい。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、回転翼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上の構造であることが望ましい。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。
【００２５】
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機備えられていることが望ましい。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。
【００２６】
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ことが望ましい。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。
【００２７】
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ことが望ましいが、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ることが望ましい。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ることが望ましい）。操縦器（401）とドローン（100）はWi-Fi等による無線通信を行なうことが望ましい。
【００２８】
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。
【００２９】
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することが望ましい（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ー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ることが望ましい。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なってよい。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なってもよい。
【００３０】
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。
【００３１】
図５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模式図を示す。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ーであってよい。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ことが望ましい。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。
【００３２】
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とが望ましい。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を行なうことが望ましい。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ー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。
【００３３】
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、充電式であることが望ましい。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）に接続されていることが望ましい。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ることが望ましい。
【００３４】
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）に送信できることが望ましい。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くことが望ましい。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ことが望ましい。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・多重化しておくことが望ましく、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することが望ましい。
【００３５】
加速度センサー（505）はドローン機体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）であり、6軸センサーであることが望ましい。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）レーザーを使用することが望ましい。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ることが望ましい。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。
【００３６】
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ことが望ましい。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ことが望ましい。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。
【００３７】
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ことが望ましい。
【００３８】
LED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。
【００３９】
本願発明に係るドローンは、非専門家による操作を前提とする。この場合には、人間が機械設備の操作を間違えたり、機械設備に異常や故障があったりしても危険な状態になるような操作ができないようにした安全機構、いわゆる、フールプルーフの仕組みを提供することが重要である。そのため、本願発明に係るドローンは、以下のようなインターロック制御を行なう。
【００４０】
（ユーザー入力情報ミスへの対応）
本願発明に係るドローン（100）は、予め準備された圃場地形データに基づいて薬剤の散布等を行なうことが望ましい。圃場地形データはGPSで使用される地理座標系で記述されていることが好ましい。圃場地形データは営農クラウド（405）上で集中管理し、ドローン（100）の離陸時または離陸準備時にダウンロードしてフライトコントローラー（501）のメモリー上に保存することが望ましいが、USBメモリーなどの記録媒体等を解してフライトコントローラー（501）のメモリー上でローカルに管理していてもよい。圃場地形データは、薬剤散布の対象となる圃場の情報に加えて、その周囲の道路・通路の情報も含むことが望ましい。また、電柱、架線、電線、樹木、家屋、倉庫などの障害物に関する情報も含むことが望ましい。さらに、圃場地形データは、侵入経路に関する情報も含むことが望ましい。侵入経路は営農クラウド（405）へのデータ入力時に登録してもよいし、ドローン（100）の離陸前等に使用者（402）等が操縦器（401）等を介して入力してもよい。
【００４１】
本願発明に係るドローン（100）のフライトコントローラー（501）は、離陸時にGPS（504）により測定した位置が保存された圃場地形データに記述された区域の範囲外にあるときは、離陸を行なわせない（モーター（102）に回転の指令を送信しない）ことが望ましい。目的とする圃場までの間に何があるかわからない状態でドローン（100）を飛行させることは事故のリスクを増すからである。このような状況が発生した場合には、操縦器（401）にエラー・メッセージを表示し、ドローン（100）を圃場地形データ内に移動するよう促すことが望ましい。また、この場合に、フライトコントローラー（501）は、飛行を伴わないモード（たとえば、保守作業、薬液の補充）は許可してもよい。
【００４２】
本願発明に係るドローン（100）のフライトコントローラー（501）は、離陸時に侵入経路上に人や車が通行する可能性のあるエリア（道路・通路）が存在することが、保存された圃場地形データにより明らかになったときには、離陸を行なわせない（モーター（102）に回転の指令を送信しない）ことが望ましい。同様に、侵入経路上に電柱、架線、立木等の障害物が存在することが、保存された圃場地形データにより明らかになったときには、離陸を行なわせない（モーター（102）に回転の指令を送信しない）ことが望ましい。このような状況が発生した場合には、操縦器（401）にエラー・メッセージを表示し、ドローン（100）を適切な場所に移動するよう促すことが望ましい。また、この場合に、フライトコントローラー（501）は、飛行を伴わないモード（たとえば、保守作業、薬液の補充）は許可してもよい。そもそも、侵入経路上に道路・通路や障害物が存在しないことは、侵入経路登録時に判定すべきだが、離陸時に機体の現在位置を加味して再度チェックすることが望ましい。
【００４３】
（登録圃場外使用）
圃場地形データと、その圃場で飛行可能なドローン（100）の識別情報を対応付けて営農クラウド（405）等に保存するようにしてもよい。その場合に、フライトコントローラー（501）は、自分の識別情報とユーザーにより指定された圃場地形データで飛行可能とされたドローンの識別情報がマッチしない場合には、離陸を行なわせない（モーター（102）に回転の指令を送信しない）ことが望ましい。たとえば、農薬を散布するべき圃場に誤って除草剤散布用のドローンを持ってきてしまったなどの事故が想定されるからである。この場合、操縦器（401）にエラー・メッセージを表示し、操作者（402）に状況を伝えることが望ましい。この場合において、フライトコントローラー（501）は、飛行を伴わないモード（たとえば、保守作業、薬剤補充）は許可してもよい。
【００４４】
（ユーザー圃場選択ミスへの対応）
特に、使用者が非専門家である場合には、薬剤散布の対象となる圃場の設定を間違えるという初歩的なミスの可能性を排除できない。特に、近隣に多くの圃場が存在する場合、ドローン（100）を飛行させる圃場を使用者が別の圃場と勘違いすることがあり得る。この場合、ドローン（100）が操作者や周囲の者の予期せぬ方向に離陸することで事故が発生する可能性がある。このような事故を防ぐために、本願発明に係るドローン（100）のフライトコントローラー（501）は、磁気センサー（506）により測定した機体の向き、GPS（504）により測定した機体の位置、そして、侵入経路の情報に基づいて、離陸時の機体が侵入経路上の正しい方向を向いて置かれていないことが判明した場合には、誤った圃場が指定されていると判断し、離陸を行なわない（モーター（102）に回転の指令を送信しない）ことが望ましい。代替の方法として、操縦器（401）にエラー・メッセージを表示して、操縦者（402）に離陸してよいかの確認を取ってもよい。
【００４５】
（メンテナンス期間）
本願発明に係るドローン（100）は、メーカーの規定、および、諸安全基準にしたがい定期的な保守点検作業を行なうことが好ましい。この場合に保守作業の履歴は、メーカーの担当者等によるドローン（100）に備えられたスイッチ、または、操縦器（401）による操作等により、フライトコントローラー（501）の不揮発性メモリー、または、営農クラウド（405）上に保存されていることが望ましい。加えて、フライトコントローラー（501）はメモリー中にドローン（100）の運用時間（電源が投入されていた時間）、飛行時間、または、その両方を保存してよい。当該情報は営農クラウド（405）に保存してもよい。本願発明に係るドローン（100）のフライトコントローラー（501）は、離陸時に保守作業の履歴を読み取り、所定の基準が満たされていない場合には、離陸を行なわない（モーター（102）に回転の指令を送信しない）ことが望ましい。たとえば、最後に行なわれた保守の時から所定の時間を超える時間が経過している場合、または、最後に行なわれた保守の時から所定の時間を超えてドローン（100）が運用されて、若しくは飛行している場合には、所定の基準が満たされていないと判断してよい。
【００４６】
（保証外条件使用）
バッテリー（502）はドローンの稼働においてきわめて重要度が高い構成要素であると共に、事故や障害の原因となる可能性も高い構成要素である。現時点における大容量バッテリーの主流技術であるリチウムイオンバッテリーは高温状態にあると熱暴走による発火・爆発のリスクが高まることが知られている。このリスクを低減するために、本願発明に係るドローン（100）は温度計を備え（または、外部機器から温度情報を取得し）、離陸時の気温がバッテリー（502）の保証範囲外にある時には、フライトコントローラー（501）は離陸を行なわない（モーター（102）に回転の指令を送信しない）こと、および、ポンプ（106）を起動しないことが望ましい。加えて、バッテリー（502）の温度が保証範囲外にある時にもフライトコントローラー（501）は離陸を行なわない（モーター（102）に回転の指令を送信しない）こと、および、ポンプ（106）を起動しないことが望ましい。バッテリー（502）の温度はバッテリー（502）内部に設けた温度センサー、または、バッテリーホルダー部に設けた温度センサーによって測定してよい。典型的なケースでは、運用が保証される外気温の範囲は摂氏０度から40度であり、バッテリー温度の範囲は摂氏０度から90度である。同様に気圧が保証範囲よりも低い場合には外装の破壊等により、発火・爆発のリスクが高まることが知られている。このリスクを低減するために、本願発明に係るドローン（100）は、気圧センサー（507）により測定した気圧、または、GPS（504）により測定された高度がバッテリー（502）の保証範囲外にある時には、フライトコントローラー（501）は、あらゆる操作や起動指令を受け付けず、ただちにシステムを終了させることが望ましい。
【００４７】
上記の説明を図６のフローチャートにまとめた。各確認ステップはドローン（100）のコスト目標、使用目的、安全基準等に応じて取捨選択してよい。
【００４８】
ここまでで、薬剤散布を目的とするドローンの実施例を説明してきたが、本願発明は薬剤散布を行なわず、たとえば、カメラによる生育監視を行なう農業用ドローン、および、一般的なドローンにも広く適用可能である。
【００４９】
（本願発明による技術的に顕著な効果）
本願発明により、特に自律飛行ドローンにおける様々なフールプルーフの仕組みが提供され、非専門家によっても安全にドローンを使用することが可能になる。
【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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【手続補正書】
【提出日】令和2年3月24日(2020.3.24)
【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】
位置取得手段と飛行エリア確認手段と飛行制御手段とを備えたドローンであって、
前記位置取得手段が離陸時の自機位置を取得し、
前記飛行エリア確認手段が、ユーザーにより指定され、飛行エリア情報保存手段に保存された飛行エリア情報と侵入経路情報と、前記取得した自機位置とを比較し、
前記取得した自機位置が前記飛行エリア情報の対象地域の範囲外にある場合、前記侵入経路上に道路がある場合、または、前記侵入経路上に障害物がある場合には、前記飛行制御手段が離陸を禁止するドローン。
【請求項２】
方向取得手段と位置取得手段と飛行エリア確認手段と飛行制御手段とを備えたドローンであって、
前記方向取得手段が離陸時の自機方向を取得し、
前記位置取得手段が離陸時の自機位置を取得し、
前記飛行エリア確認手段が前記取得した自機位置と飛行エリア情報保存手段に保存された、ユーザーにより指定された飛行エリアへの侵入経路情報とを比較し、
前記取得した自機方向が前記侵入経路の方向と異なっている場合には、前記飛行制御手段が離陸を禁止するドローン。
【請求項３】
保守時保存手段と運用時間保存手段と飛行制御手段とを備えたドローンであって、
前記飛行制御手段が、前記保守時取得手段から最後の保守時を取得し、
前記最後の保守時から第一の所定の時間が経過している場合、前記運用時間保存手段から取得した前記最後の保守時からの積算運用時間が第二の所定の時間を超えている場合、または、前記運用時間保存手段から取得した前記最後の保守時からの積算飛行時間が第二の所定の時間を超えている場合には、離陸を禁止するドローン。
【請求項４】
環境情報取得手段と飛行制御手段とを備えたドローンであって、
前記飛行制御手段が、起動時に前記環境情報取得手段から取得した気圧または高度が所定の範囲外である場合には、
前記飛行制御手段が、モーターまたはポンプへの起動指令の送信を行なわないドローン。
【請求項５】
離陸時の自機位置を取得するステップと、
前記取得した自機位置と、ユーザーにより指定され、飛行エリア情報保存手段に保存された飛行エリア情報と侵入経路情報とを比較するステップと、
前記取得した自機位置が前記飛行エリア情報の対象地域の範囲外にある場合、前記侵入経路上に道路がある場合、または、前記侵入経路上に障害物がある場合には、離陸を禁止するステップとを含む
ドローン制御方法。
【請求項６】
離陸時の自機方向を取得するステップと、
離陸時の自機位置を取得するステップと、
前記取得した自機位置とユーザーにより指定され、飛行エリア情報保存手段に保存された飛行エリア情報とを比較するステップと、
前記取得した自機方向が前記飛行エリア情報内の侵入経路の方向と異なっている場合には、離陸を禁止するステップとを含む
ドローン制御方法。
【請求項７】
保守時取得手段から最後の保守時を取得するステップと、
運用時間保存手段から取得した前記最後の保守時からの積算飛行時間を取得するステップと、
前記最後の保守時から第一の所定の時間が経過している場合、または、前記運用時間保存手段から取得した前記最後の保守時からの積算飛行時間が第二の所定の時間を超えている場合には離陸を禁止するステップとを含む
ドローン制御方法。
【請求項８】
気圧、または、高度のいずれかを取得するステップと、
前記取得した気圧、または、高度のいずれかが所定の範囲外である場合には、モーターまたはポンプへの起動指令の送信を禁止するステップとを含む
ドローン制御方法。
【請求項９】
離陸時の自機位置を取得する命令と、
前記取得した自機位置と、ユーザーにより指定され、飛行エリア情報保存手段に保存された飛行エリア情報と侵入経路情報とを比較する命令と、
前記取得した自機位置が飛行エリア情報の対象地域の範囲外にある場合、前記侵入経路上に道路がある場合、または、前記侵入経路上に障害物がある場合には、離陸を禁止する命令とをコンピューターに実行させる
ドローン制御プログラム。
【請求項１０】
離陸時の自機方向を取得する命令と、
離陸時の自機位置を取得する命令と、
前記取得した自機位置とユーザーにより指定され、飛行エリア情報保存手段に保存された飛行エリア情報とを比較する命令と、
前記取得した自機方向が前記飛行エリア情報内の侵入経路の方向と異なっている場合には、離陸を禁止する命令とをコンピューターに実行させる
ドローン制御プログラム。
【請求項１１】
保守時取得手段から最後の保守時を取得する命令と、
運用時間保存手段から取得した前記最後の保守時からの積算飛行時間を取得する命令と、
前記最後の保守時から第一の所定の時間が経過している場合、または、前記運用時間保存手段から取得した前記最後の保守時からの積算飛行時間が第二の所定の時間を超えている場合には離陸を禁止する命令とをコンピューターに実行させる
ドローン制御プログラム。
【請求項１２】
気圧、または、高度のいずれかを取得する命令と、
前記取得した気圧、または、高度のいずれかが所定の範囲外である場合には、モーターまたはポンプへの起動指令の送信を禁止する命令とをコンピューターに実行させる
ドローン制御プログラム。
【国際調査報告】
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2019168080.tif 000010
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