(57)【要約】【課題】薬剤の散布を行なう農業用機械において、薬剤の漏出を防止する。【解決策】薬剤を散布する農業用機械に備えられ、当該薬剤の漏出を防止する薬剤の漏出防止システムは、常時閉弁するとともに、当該薬剤タンクからの薬剤の吐出による吐出圧に応じて開弁する逆止弁を有する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薬剤を保管する薬剤タンクと、当該薬剤を外部へ吐出する吐出口と、を有し、薬剤を散布する農業用機械に備えられ、当該薬剤の漏出を防止するシステムであって、
前記薬剤タンクから前記吐出口に至る経路を遮断する遮断機構と、
前記遮断機構を制御して、前記農業用機械が薬剤を吐出させない動作状態のときに、前記薬剤タンクから前記吐出口に至る経路を遮断する制御手段と、を有する、
薬剤の漏出防止システム。
【請求項２】
前記遮断機構は、逆止弁である、
請求項１記載の薬剤の漏出防止システム。
【請求項３】
前記遮断機構は、電磁弁である、
請求項１記載の薬剤の漏出防止システム。
【請求項４】
前記遮断機構は、前記薬剤タンクから前記吐出口に至る経路に複数、設けられている、
請求項１乃至３いずれかの項に記載の薬剤の漏出防止システム。
【請求項５】
前記遮断機構は少なくとも、前記薬剤を外部へ吐出する吐出口に設けられている、
請求項１乃至４いずれかの項に記載の薬剤の漏出防止システム。
【請求項６】
前記遮断機構は少なくとも、前記薬剤タンクの吐出口に設けられている、
請求項１乃至５いずれかの項に記載の薬剤の漏出防止システム。
【請求項７】
前記薬剤タンクから前記薬剤の外部への吐出口に至る経路において、
前記複数の遮断機構は、所定の漏出許容量ごとに設けられている、
請求項４乃至６いずれかの項に記載の薬剤の漏出防止システム。
【請求項８】
前記薬剤タンクから前記薬剤の吐出口に至る経路に設けられた圧力センサーと、
前記薬剤の漏出異常検知手段と、をさらに有し、
前記漏出異常検知手段は、前記圧力センサー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、当該取得した薬剤の吐出圧の経時的変化に基づき、異常を検知する、
請求項１乃至７いずれかの項に記載の薬剤の漏出防止システム。
【請求項９】
前記農業用機械は、前記薬剤タンク内に貯留された前記薬剤を下流へ吐き出すポンプ、を有し、
前記ポンプ内において前記薬剤を前記薬剤タンク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ポンプ用センサー、をさらに有し、
前記漏出異常検知手段はさらに、前記圧力センサーによって測定された薬剤の吐出圧に基づき、異常を検知する、
請求項８記載の薬剤の漏出防止システム。
【請求項１０】
前記制御手段はさらに、前記漏出異常検知手段により異常が検知された場合、前記遮断機構を制御して、前記薬剤タンクから前記吐出口に至る経路を遮断させ、前記農業用機械による前記薬剤の散布を規制する、
請求項８又は９記載の薬剤の漏出防止システム。
【請求項１１】
前記制御手段はさらに、前記漏出異常検知手段により異常が検知された場合、前記農業用機械の駆動を規制する、
請求項８又は９記載の薬剤の漏出防止システム。
【請求項１２】
前記薬剤タンクの蓋に取り付けられ、開閉状態を検知可能な開閉センサー、を有し、
前記漏出異常検知手段はさらに、前記開閉センサーからの情報に基づき、蓋が開放された状態を異常状態とみなしてこれを検知する、
請求項８乃至１１いずれかの項に記載の薬剤の漏出防止システム。
【請求項１３】
前記制御手段はさらに、前記遮断機構を制御して、主電源の停止時に前記薬剤タンクから前記吐出口に至る経路を遮断すると共に、遮断状態を維持する、
請求項１乃至１２いずれかの項に記載の薬剤の漏出防止システム。
【請求項１４】
前記農業用機械の衝突又は墜落を検知する衝撃センサー、をさらに有し、
前記制御手段はさらに、前記衝撃センサーにより前記農業用機械の衝突又は墜落を検知したときに、前記遮断機構を制御して、強制的に前記薬剤タンクから前記吐出口に至る経路を遮断する、
請求項１乃至１３いずれかの項に記載の薬剤の漏出防止システム。
【請求項１５】
前記農業用機械はドローンである、
請求項１乃至１４いずれかの項に記載の薬剤の漏出防止システム。
【請求項１６】
薬剤を保管する薬剤タンクと、当該薬剤を外部へ吐出する吐出口と、を有し、薬剤を散布する農業用機械に備えられ、当該薬剤の漏出を防止するシステムによって実行される方法であって、
前記薬剤タンクから前記吐出口に至る経路を遮断する遮断機構と、を備えたシステムが、
前記遮断機構を制御して、前記農業用機械が薬剤を吐出させない動作状態のときに、前記薬剤タンクから前記吐出口に至る経路を遮断する処理、を実行する、
薬剤の漏出防止方法。
【請求項１７】
薬剤を保管する薬剤タンクと、当該薬剤を外部へ吐出する吐出口と、を有し、薬剤を散布する農業用機械に備えられ、当該薬剤の漏出を防止するシステムが実行するコンピュータプログラムであって、
前記薬剤タンクから前記吐出口に至る経路を遮断する遮断機構と、を備えたシステムに対し、
前記遮断機構を制御して、前記農業用機械が薬剤を吐出させない動作状態のときに、前記薬剤タンクから前記吐出口に至る経路を遮断する処理、を実行させる、
コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、圃場に対して農薬などの薬剤散布等を行なう農業用無人飛行体（ドローン）、特に、安全性を高めたドローン、その制御方法、および、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無人ヘリコプター（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
【特許文献３】特許公開公報  特開平１１−９４
【特許文献４】特許公開公報  特開平１１−９８９４７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
薬剤の散布を行なう農業用機械において、薬剤の漏出を防止することを目的とする。
【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薬剤の漏出防止システムは、薬剤を保管する薬剤タンクと、当該薬剤を外部へ吐出する吐出口と、を有し、薬剤を散布する農業用機械に備えられ、当該薬剤の漏出を防止するシステムであって、前記薬剤タンクから前記吐出口に至る経路を遮断する遮断機構、前記遮断機構を制御して、前記農業用機械が薬剤を吐出させない動作状態のときに、前記薬剤タンクから前記吐出口に至る経路を遮断する制御手段と、を有する。【０００８】
また、前記遮断機構は、逆止弁であるものとしてもよい。【０００９】
また、前記遮断機構は、電磁弁であるものとしてもよい。【００１０】
また、前記遮断機構は、前記薬剤タンクから前記吐出口に至る経路に複数、設けられているものとしてもよい。【００１１】
また、前記遮断機構は少なくとも、前記薬剤タンクの吐出口に設けられているものとしてもよい。【００１２】
また、前記薬剤タンクから前記薬剤の外部への吐出口に至る経路において、前記複数の遮断機構は、所定の漏出許容量ごとに設けられているものとしてもよい。【００１３】
また、前記薬剤タンクから前記薬剤の吐出口に至る経路に設けられた圧力センサーと、前記薬剤の漏出異常検知手段と、をさらに有し、前記漏出異常検知手段は、前記圧力センサー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、当該取得した薬剤の吐出圧の経時的変化に基づき、異常を検知するものとしてもよい。【００１４】
また、前記農業用機械は、前記薬剤タンク内に貯留された前記薬剤を下流へ吐き出すポンプ、を有し、前記ポンプ内において前記薬剤を前記薬剤タンク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ポンプ用センサー、をさらに有し、前記漏出異常検知手段はさらに、前記圧力センサーによって測定された薬剤の吐出圧に基づき、異常を検知するものとしてもよい。【００１５】
また、前記制御手段はさらに、前記漏出異常検知手段により異常が検知された場合、前記遮断機構を制御して、前記薬剤タンクから前記吐出口に至る経路を遮断させ、前記農業用機械による前記薬剤の散布を規制するものとしてもよい。【００１６】
また、前記制御手段はさらに、前記漏出異常検知手段により異常が検知された場合、前記農業用機械の駆動を規制するものとしてもよい。【００１７】
また、前記薬剤タンクの蓋に取り付けられ、開閉状態を検知可能な開閉センサー、を有し、前記漏出異常検知手段はさらに、前記開閉センサ―からの情報に基づき、蓋が開放された状態を異常状態とみなしてこれを検知するものとしてもよい。【００１８】
また、前記制御手段はさらに、前記遮断機構を制御して、主電源の停止時に前記薬剤タンクから前記吐出口に至る経路を遮断すると共に、遮断状態を維持するものとしてもよい。【００１９】
また、前記農業用機械の衝突又は墜落を検知する衝撃センサー、をさらに有し、前記制御手段はさらに、前記衝撃センサーにより前記農業用機械の衝突又は墜落を検知したときに、前記遮断機構を制御して、強制的に前記薬剤タンクから前記吐出口に至る経路を遮断するものとしてもよい。【００２０】
また、前記農業用機械はドローンであるものとしてもよい。【００２１】
また、本発明の別の観点に係る薬剤の漏出防止方法は、薬剤を保管する薬剤タンクと、当該薬剤を外部へ吐出する吐出口と、を有し、薬剤を散布する農業用機械に備えられ、当該薬剤の漏出を防止するシステムによって実行される方法であって、前記薬剤タンクから前記吐出口に至る経路を遮断する遮断機構と、を備えたシステムが、前記遮断機構を制御して、前記農業用機械が薬剤を吐出させない動作状態のときに、前記薬剤タンクから前記吐出口に至る経路を遮断する処理、を実行する。【００２２】
また、本発明のさらに別の観点に係るコンピュータプログラムは、薬剤を保管する薬剤タンクと、当該薬剤を外部へ吐出する吐出口と、を有し、薬剤を散布する農業用機械に備えられ、当該薬剤の漏出を防止するシステムが実行するコンピュータプログラムであって、前記薬剤タンクから前記吐出口に至る経路を遮断する遮断機構と、を備えたシステムに対し、前記遮断機構を制御して、前記農業用機械が薬剤を吐出させない動作状態のときに、前記薬剤タンクから前記吐出口に至る経路を遮断する処理、を実行させる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、薬剤の散布を行なう農業用機械において、薬剤の漏出を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本願発明に係る薬剤の吐出防止システムを搭載した薬剤散布用ドローンの実施例の平面図である。
【図２】本願発明に係る薬剤の吐出防止システムを搭載した薬剤散布用ドローンの実施例の正面図である。
【図３】本願発明に係る薬剤の吐出防止システムを搭載した薬剤散布用ドローンの実施例の右側面図である。
【図４】本願発明に係る薬剤の吐出防止システムを搭載した薬剤散布用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】本願発明に係る薬剤の吐出防止システムを搭載した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である。
【図６】本願発明に係る薬剤の吐出防止システムの構成を表した模式図である。
【図７】本願発明に係る薬剤の吐出防止システムが備える機能の一部を表した機能ブロック図である。
【図８】本願発明に係る薬剤の吐出防止システムによって実行される処理の一例を表した処理フロー図である。
【図９】本願発明に係る薬剤の吐出防止システムによって実行される処理の一例を表した処理フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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、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上の構造であることが望ましい。衝突時に当該部材がローター側に座屈変形することを防ぎ、ローターと干渉することを防ぐためである。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
６軸ジャイロセンサー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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
自律飛行により薬剤等の散布を行なう農業用ドローンにおいては、ドローンの高度、および、速度の上限を維持することが安全性維持のためにきわめて重要である。使用者402に操縦器401に常に貼り付いてドローン100を操縦しているわけではないからである。ドローン100の高度が所定の高度を超えると万一の落下時の地上衝突時の衝撃が安全規制を超える可能性がある（万一、人に衝突した時に深刻な被害を与える可能性がある）。加えて、目的とする圃場外への薬剤の飛散（ドリフト）を最小化するためにも高度を制限することが望ましい。同様に、ドローン100の速度が所定の速度を超えると安全面で大きな問題となり得る。落下時に加えて、障害物（特に人間）に衝突した際の衝撃が安全基準を超える可能性がある。
【００４４】
安全基準を遵守するために、本願発明に係るドローン100は、フライトコントローラー501の入力とするための高度測定手段、速度測定手段、または、その両方を備えることが望ましい。加えて、重量測定手段を備えていてもよい。フライトコントローラー501は、これらの測定された情報を入力とし、ドローン100が所定の制限高度、所定の制限速度、または、その両方を超えないようモーター102を制御することが望ましい。
【００４５】
（高度測定）
本願発明に係るドローン100は複数のセンサーを使用して機体高度を測定することが望ましい。高度の測定には、GPS504、６軸ジャイロセンサー505、気圧センサー507、ソナー509、レーザーセンサー508の組み合わせを使用してよい。また、マルチスペクトルカメラ512、または、障害物検知カメラ513にパッシブ方式のオートフォーカス機能を備えることで対地距離を測定してもよい。この場合に、測定器やセンサーは故障に備えて二重化または多重化することが望ましい。二重化・多重化は同種のセンサーを複数使用することで行なってもよく、複数方式のセンサーを併用することで行なってもよく、その両方によって行なってもよい。
【００４６】
たとえば、ソナー509は圃場403が地面である場合には正確な測定が可能だが、圃場403が水面である場合には正確な測定が難しい（この場合には、レーザーセンサー508が適切である）等、測定方式により得手不得手があるため、複数方式のセンサーを併用することが望ましい。また、GPSの電波の外乱や基地局の異常等が発生した場合には仮にGPS504を多重化していたとしても全体障害となってしまうため、GPS以外の高度測定手段も備えることが望ましい。
【００４７】
特に、離陸時の初期高度測定にはGPS504を使用し、飛行中はソナー509を使用することが望ましい。GPS504は最も正確な測定を行なえるが絶対高度しか測定できないため、用水路など凹凸のある圃場403では正確な対地高度を測定できないのに対して、ソナー509は地面に対する距離を測定するため対地高度を測定できるからである。水平飛行中にGPS504とソナー509の両方による測定を行なって結果を比較し、その差が所定の閾値（たとえば10センチメートル）以内であるときにはGPS504の測定値を高度測定に使用し、所定の閾値を超えたときには圃場403の凹凸が大きいと判断して、ソナー509の測定値を高度測定に使用するようにしてもよい。
【００４８】
なお、GPS504は、ドローンの飛行位置の把握のためにいずれにせよ不可欠な機能となるため、離陸時にGPS504が故障や外乱等により機能しない場合にはドローンの離陸を禁止する制御（インターロック）を行なうことが望ましい。また、飛行中にGPS衛星からの電波がさえぎられて一時的な受信不能となる、通信妨害が発生し受信不能となる等によりGPSが機能しなくなった場合には、ドローン100をその場で上空停止（ホバリング）させる制御を行なうことが望ましい。所定時間経過後もGPSが機能しない場合には、ホバリングを停止し、その場でドローン100をその場で軟着陸、または、発着地点406等に帰還させる制御を行なってもよい。この際に、操縦器401にエラー・メッセージを表示し、使用者402の指示を仰いでもよい。
【００４９】
これらの高度測定手段により測定された高度情報をドローン100の飛行制御手段の入力とすることで、人間の目視による操縦がなくとも、ドローン100を法規制や安全基準等により定められた制限高度内で飛行させることが可能となる。
【００５０】
GPS504によって高度を測定している場合には、ソナー509により測定を行なっている場合と比較して、制限高度を低く設定することが望ましい。GPSはドローン100の高度の絶対値を測定しているのに対して、ソナー509はドローン100と地表との距離を測定しているため、地形の高低を考慮して制限高度に余裕を持たせることが望ましいからである。たとえば、ソナー509を使用した測定時の制限高度が2メートルである場合には、GPS504を使用した測定時の制限高度を1.5メートルとしてよい。
【００５１】
ドローン100の絶対的な高度の制限に加えて、上昇速度（高度の時間あたりの変化）を制限してもよい。上昇速度を制限しないとセンサーの測定の遅延、および、フライトコントローラー501の処理の遅延等により、ドローン100が制限高度を一時的に超えてしまうリスクがあるからである。この場合において、GPS504によって高度を測定している場合には、ソナー509等の他の方法によって高度を測定している場合と比較して上昇速度の上限値を低く設定してもよい。GPS504は、電波の外乱や測位衛星の状況により一時的に測定ができないことがあるため、ドローンが制限高度を一時的に超えるリスクが高くなるからである。
【００５２】
（速度制限）
本願発明に係るドローン100は、複数のセンサーを使用して機体速度を測定してよい。速度の測定には、６軸ジャイロセンサー505（加速度の積分により速度が得られる）、GPSドップラー504-3（複数のGPS基地局からの電波の位相差をソフトウェアで処理することで機体速度を測定できる）、または、GPS504が測定した絶対座標の変化等を使用してよい。この場合に、測定器やセンサーは故障に備えて、二重化または多重化することが望ましい。二重化または多重化は同一方式内で行なうと共に、異なる方式間で行なうことが好ましい。たとえば、GPSが電波外乱や測位衛星の障害により利用できない場合には、GPSのみを二重化していた場合に全体障害となってしまうからである。
【００５３】
これらの高度測定手段により測定された速度情報をフライトコントローラー501の入力とすることで、人間の目視による操縦がなくとも、ドローン100を法規制や安全基準等により定められた制限速度内（たとえば、時速20Km）で飛行させることが可能となる。
【００５４】
（重量測定）
典型的なドローン100による農薬散布のケースでは、薬剤の重量は10キログラム以上となる。機体部分のみの重量は典型的には25キログラム程度であるため、散布開始時と散布終了間近の時では全体重量には大きな差が生じる。全体重量の変化に応じて、ドローン100の高度および速度を調整してもよい。たとえば、安全基準により、ドローン100の自然落下時の地表での衝撃力が規定されているのであれば、衝撃力は高度と速度と重量により決まる（速度の二乗に比例し、高度と重量に比例する）ため、機体重量が軽い時には制限高度を高くしてもよい。同様に、機体重量が軽い時には制限速度を速くしてもよい。また、飛行速度が速い時には制限高度を低く設定し、飛行高度が高い時には制限速度を遅く設定してもよい。
【００５５】
機体重量は６軸ジャイロセンサー505によって測定された加速度、または、GPSドップラー504-3やGPS504等の手段によって測定された速度の微分値としての加速度を使用して推定してよい。上昇時であれば、モーター102の推力をＴ、重力加速度をｇ、測定された機体の加速度をαとすれば、機体全体の重量Mは、M=T/（α＋g）として求められる。モーター102の推力Ｔはモーターの回転数によって決まり、フライトコントローラー501はモーター回転数を測定できることから、機体の重量を推定可能である。また、モーター回転数を直接的に測定できない場合には、フライトコントローラー501がモーター102に指令した目的回転数をモーター回転数とみなし、そこから推力を推定してもよい。
【００５６】
また、等速水平飛行中のドローン100の機体の傾きを測定することで機体重量を推定してよい。機体の傾きはジャイロセンサーを備えることで直接測定してもよいし、6軸方式の６軸ジャイロセンサー505の測定値を二回微分することで推定してもよい。等速水平飛行中には機体の空気抵抗力、重力、回転翼による推力が釣り合っている。空気抵抗力は機体の飛行速度の関数であり、回転翼による推力はモーターの回転数の関数であり、重力は機体重量の関数であることから、重量は機体の傾き、モーターの回転数、機体の飛行速度が既知であれば推定することができる。なお、風力センサーを設けて、風力と風向によって空気抵抗係数を補正してもよい。
【００５７】
また、飛行中に重量が変化する最大の要因は薬剤の量であることから、薬剤タンク中のレベルセンサーで薬剤の液面の高さを測定することで薬剤の残量を測定し、そこから機体全体の重量を推定してもよい。この場合には、薬剤タンク中に水圧センサーを備え、薬剤タンク中の薬剤の重量を推定することで、機体全体の重量を推定してもよい。
【００５８】
図６及び図７により、本願発明の実施例に係る薬剤の漏出防止システムの構成おっよび機能を示す。
本実施形態に係る薬剤の漏出防止システムは、薬剤を散布する農業用機械、特に本例では薬剤散布用ドローン100に備えられ、薬剤の漏出を防止する。なお、本実施形態において、「薬剤が漏出している状態」といった場合、農業用機械内において薬剤が漏出している状態や、薬剤が農業用機械外へ漏出している場合を含むほか、広く、薬剤が正常に管理された経路から漏出している状態を含む。
【００５９】
薬剤タンク104は上述の通り、散布される薬剤を保管するためのタンクである。
なお、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。
【００６０】
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。
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
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。
【００６５】
拡張タンク141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。
三方弁122から拡張タンク141を介して薬剤タンク104に至る経路は、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141に一時的に貯留させることで薬剤の脱泡を行うことができる。
【００６６】
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。また、この逆止弁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、ドローン100が薬剤を散布させる動作状態でない場合には、制御部12による制御の下、閉弁して薬剤の送出経路を遮断し、薬剤の吐出を規制する。例えば、ドローン100が飛行し、薬剤散布の指令をドローン100が受け付けるまでの状態又は受けていない状態、ドローン100が異常状態となり、薬剤の散布を規制する指令をドローン100が受け付けている状態、主たる駆動電源が停止した状態などにおいて、薬剤の吐出を遮断する。
【００６７】
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141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141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。これらの逆止弁121-1、121-2、121-3、121-4、121-5、121-6、121-7は、常時閉弁（NＣ:ノーマルクローズ）するとともに、薬剤タンク104からの吐き出された薬剤の吐出圧に応じて開弁する。
【００６８】
また、逆止弁121-1、121-2、121-3、121-4、121-5、121-6、121-7は、薬剤タンク104から薬剤の外部への吐出口103a-1、103a-2、103a-3、103a-4に至る経路において、所定の漏出許容量ごとに設けられている。即ち、一の逆止弁121-1、121-2、121-3、121-4、121-5、121-6、121-7と、上流方向又は下流方向において隣り合う逆止弁121-1、121-2、121-3、121-4、121-5、121-6、121-7との間の経路の容積は、所定の漏出許容量以下になっている。
【００６９】
さらに、逆止弁121-1とその上流側の薬剤タンク104の薬剤の吐出口の間の経路、逆止弁121-2とその下流側の吐出口（103a-1、103a-2、103a-3、103a-4）の間の経路についても、その容積は、所定の漏出許容量以下になっている。
【００７０】
ここで、漏出許容量とは、漏出した薬剤が圃場403へ局地的に一度に散布されたとしても、散布を受けた農作物等における薬剤の濃度が人体に影響しない量の上限、あるいは漏出した薬剤が圃場403へ散布されたとしても、散布時の周辺環境に影響を及ぼさない量の上限等を意味する。
【００７１】
なお、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。
【００７２】
なお、逆止弁121-1、121-2、121-3、121-4、121-5、121-6、121-7に限らず、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。
【００７３】
これにより、万一、薬剤タンク104から吐出口103a-1、103a-2、103a-3、103a-4に至る経路において薬剤漏れが発生した場合でも、逆止弁121-1、121-2、121-3、121-4、121-5、121-6、121-7が閉弁すれば、上流方向又は下流方向に隣り合う逆止弁121-1、121-2、121-3、121-4、121-5、121-6、121-7間の経路に含まれる薬剤が漏出するにとどまる。そして、この漏出する薬剤の量は、漏出許容量以下となることから、薬剤が外部へ漏出したとしても安全である。
【００７４】
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141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。
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141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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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の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。
【００７８】
また、圧力センサー111-1、111-2ごとに判断することで、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。
【００７９】
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。
【００８０】
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103a-1、103a-2、103a-3、103a-4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。
【００８１】
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。
これにより、とりわけ使用予定の薬剤よりも粒子径の小さい薬剤が用いられることで、薬剤のドリフトが引き起こされるのを防ぐことができる。
【００８２】
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６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。
【００８３】
本実施形態において、フライトコントローラー501は図７に示されるように、薬剤の漏出異常を判断するための判断処理部11、判断処理に必要なデータを記憶した閾値情報記憶部22、逆止弁121-1、121-2の開閉動作や薬剤の散布動作を制御する制御部12を有している。
なお、図７においては、フライトコントローラー501が備える機能として、本実施形態における薬剤の漏出防止に必要な機能のみを示している。
【００８４】
制御部12は、後述する判断処理部11による判断処理の結果、薬剤の漏出異常が発生していると判断されたときに、ドローン100に所定の安全行動を取らせる。
ここで、所定の安全行動とは、飛行中であれば退避行動、飛行前の準備状態であれば飛行規制措置である。
【００８５】
退避行動は例えば、通常の着陸動作、ホバリングを例とする空中停止や、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、例えば離陸した地点である。所定の帰還地点とは、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。
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。
さらに、退避行動は、すべての回転翼を停止させてドローン100をその場から下方に落下させる「緊急停止」も含む。
【００８６】
飛行規制措置は、飛行前の準備段階において飛行を規制する措置であって、使用者の飛行命令を拒否したり、使用者に状態の確認を要求したりするものである。
飛行規制措置がとられた場合には、異常の確認や整備がなされない限り、飛行できないように制御されてもよい。
【００８７】
なお、制御部12は、ドローン100に異常が生じる、生じないに限らず、各センサーによって測定された薬剤の吐出量や流量に基づき、薬剤の吐出量や流量を所定の量に制御したり、逆止弁121-1、121-2、121-3、121-4、121-5、121-6、121-7を開閉させたりする。
【００８８】
閾値情報記憶部22は、後述する判断処理部11による判断処理に際して、圧力や流量などの基準となる閾値を記憶した記憶部である。
【００８９】
判断処理部11は以下の第一及び第二の判断処理を実行することができる。なお、各判断処理の流れは図８に示す通りとなり、これに基づき、各処理について説明する。
【００９０】
判断処理部11は、第一の判断処理として、逆止弁121-1、121-2、121-3、121-4、121-5、121-6、121-7を閉弁させた状態において、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、当該取得した薬剤の吐出圧の経時的変化と、閾値情報記憶部22に記憶されている正常時の薬剤の吐出圧の経時的変化とを対比して薬剤の漏出異常を判断することができる。
【００９１】
即ち、判断処理部11は、ステータスとして薬剤の吐出圧の経時的変化を取得し（S101）、閾値情報記憶部22に記憶されている正常時の経時的変化を対比して漏出異常を判断する（S102）。その結果、漏出異常と判断した場合には、制御部12により所定の安全行動をとらせる（S103）。
【００９２】
なお、この第一の判断処理については、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のみならず、各圧力センサー111-1、111-2によって測定された吐出圧から算出される圧力損失の経時的変化に基づき、漏出異常を判断することもできる。
【００９３】
また、第二の判断処理として、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てその比率を割り出し、閾値情報記憶部22に記憶されている正常時の比率と一致するか否かを判別することで、薬剤の漏出異常を判断することができる。
【００９４】
即ち、判断処理部11は、ステータスとしてポンプ106の回転子の回転数と、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を取得する（S101）。そして、これらを対比してその比率を割り出し、閾値情報記憶部22に記憶されている正常時の比率と一致するか否かによって漏出異常を判断する（S102）。その結果、漏出異常と判断した場合には、制御部12により所定の安全行動をとらせる（S103）。
【００９５】
このような判断処理部11による判断処理の結果、薬剤の漏出異常が検知された場合には、制御部12は安全性を確保するための動作を実行する。具体的には、薬剤の漏出異常が検知された場合、制御部12はポンプ106に対して制御信号を送信し、薬剤の吐出を停止させると共に、逆止弁121-1、121-2を閉弁させ、閉弁状態を維持する。また、ドローン100の飛行前の準備段階において、異常が検知された場合には、異常状態が解消されるまで使用者402からの飛行の命令が規制されるようになっていてもよい。
【００９６】
なお、フライトコントローラー501は上述の制御に加え、図９に示されるように、ドローン100の状態異常を検知した時に（S201）、制御部12により所定の安全行動をとらせる（S202）。
【００９７】
例えば、ドローン100の主電源たるバッテリー502が停止した時に、予備電源等によって逆止弁121-1、121-2、121-3、121-4、121-5、121-6、121-7を閉弁させると共に閉弁状態を維持させ、薬剤の漏出を抑制する。
【００９８】
他の一例では、ドローン100の衝突又は墜落を検知する衝撃センサーをドローン100に取り付けておき、衝撃センサーがドローン100の衝突又は墜落を検知したときに、フライトコントローラー501（制御部12）が逆止弁121-1、121-2、121-3、121-4、121-5、121-6、121-7を強制的に閉弁させ、薬剤の漏出を抑制する。
【００９９】
他の一例では、薬剤タンク104の蓋に取り付けられ、開閉状態を検知可能な開閉センサー104aからの情報に基づき、蓋が開放された状態を異常状態とみなしてこれを検知し、制御部12により所定の安全行動をとらせることもできる。
【０１００】
他の一例では、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、圧力センサー111-1、111-2によって測定された吐出圧から算出される圧力損失、ポンプ用センサー106aにより測定されたポンプ106内の回転子の回転数などの情報に基づき、薬剤の吐出圧異常が認められた場合に、逆止弁121-1、121-2、121-3、121-4、121-5、121-6、121-7を閉弁させると共に閉弁状態を維持させ、薬剤の漏出を抑制する。
【０１０１】
また、逆止弁121-1、121-2、121-3、121-4、121-5、121-6、121-7とは別に、薬剤タンク104の吐出口や薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4といった箇所に、薬剤の漏出、衝突、あるいは墜落といった異常を検知した時に、薬剤の吐出又は送出を強制的に遮断する遮断機構を別途設けてもよい。
【０１０２】
なお、各センサー及び判断処理部11によって実行される薬剤の漏出異常検知は、薬剤散布を行う準備段階、即ちドローン100を飛行させる前の段階で点検として実行するのが好適である。また、これに関わらず、ドローン100を飛行させ、圃場403への薬剤散布を行っている時においても常時、あるいは断続的に所定のタイミングで実行する冗長なシステムとして構成することもできる。
【０１０３】
また、以上の実施例では、判断処理部11をドローン100のフライトコントローラー501が備えるものとしたが、これに限らず、フライトコントローラー501から所定の通信回線を介してデータを取得したサーバ等が当該判断処理部を備え、当該サーバ等で判断処理が実行されるようになっていてもよい。
【０１０４】
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適用可能である。
【０１０５】
（本願発明による技術的に顕著な効果）
本願発明により、薬剤の散布を行なう農業用機械において、薬剤の漏出を確実に検知し、安全性を高めることができる。特に、センサーによって自動的且つ即座に検知することができる。また、万が一、薬剤が漏出したとしても、隣り合う逆止弁121-1、121-2、121-3、121-4、121-5、121-6、121-7間の経路における薬剤の容量は、漏出許容量以下であることから安全であるし、異常の検知に応じて逆止弁121-1、121-2、121-3、121-4、121-5、121-6、121-7を自動的に閉弁させるので薬剤の漏出の影響を最小限にとどめることができる。
また、薬剤を散布する各種の農業用機械に広く適用することができる。
【図１】
2019208607.tif 000003
【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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【手続補正書】
【提出日】令和2年5月29日(2020.5.29)
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本願発明は、圃場に対して農薬などの薬剤散布等を行なう農業用無人飛行体（ドローン）、特に、安全性を高めたドローン、および、その制御方法に関する。
【手続補正３】
【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】
薬剤を保管する薬剤タンクと、当該薬剤を外部へ吐出する吐出口と、を有し、薬剤を散布する農業用機械に備えられ、当該薬剤の漏出を防止するシステムであって、
前記薬剤タンクから前記吐出口に至る経路を遮断する複数の遮断機構を備え、
前記複数の遮断機構は、各遮断機構の間の経路の容積が所定の漏出許容量以下となる位置に設けられており、
前記農業用機械が薬剤を吐出させない動作状態のときに、前記薬剤タンクから前記吐出口に至る経路が前記遮断機構により遮断される、
薬剤の漏出防止システム。
【請求項２】
前記遮断機構は、逆止弁であり、常時閉弁すると共に、前記薬剤タンクから吐き出された吐出圧に応じて開弁する、
請求項１記載の薬剤の漏出防止システム。
【請求項３】
前記遮断機構は、電磁弁である、
請求項１記載の薬剤の漏出防止システム。
【請求項４】
前記遮断機構は少なくとも、前記薬剤を外部へ吐出する吐出口に設けられている、
請求項１乃至３いずれかの項に記載の薬剤の漏出防止システム。
【請求項５】
前記遮断機構は少なくとも、前記薬剤タンクの吐出口に設けられている、
請求項１乃至４いずれかの項に記載の薬剤の漏出防止システム。
【請求項６】
前記薬剤タンクから前記薬剤の外部への吐出口に至る経路において、
前記複数の遮断機構は、所定の漏出許容量ごとに設けられている、
請求項４又は５記載の薬剤の漏出防止システム。
【請求項７】
薬剤を保管する薬剤タンクと、当該薬剤を外部へ吐出する吐出口と、を有し、薬剤を散布する農業用機械に備えられ、当該薬剤の漏出を防止するシステムであって、
前記薬剤タンクから前記吐出口に至る経路を遮断する遮断機構と、
前記遮断機構を制御して、前記農業用機械が薬剤を吐出させない動作状態のときに、前記薬剤タンクから前記吐出口に至る経路を遮断する制御手段と、
前記薬剤タンクから前記薬剤の前記吐出口に至る経路に設けられた圧力センサーと、
前記薬剤の漏出異常検知手段と、を有し、
前記漏出異常検知手段は、前記圧力センサー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、当該取得した薬剤の吐出圧の経時的変化に基づき、異常を検知する、
薬剤の漏出防止システム。
【請求項８】
前記農業用機械は、前記薬剤タンク内に貯留された前記薬剤を下流へ吐き出すポンプ、を有し、
前記ポンプ内において前記薬剤を前記薬剤タンク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ポンプ用センサー、をさらに有し、
前記漏出異常検知手段はさらに、前記圧力センサーによって測定された薬剤の吐出圧に基づき、異常を検知する、
請求項７記載の薬剤の漏出防止システム。
【請求項９】
前記漏出異常検知手段により異常が検知された場合、前記遮断機構を制御して、前記薬剤タンクから前記吐出口に至る経路を遮断させ、前記農業用機械による前記薬剤の散布を規制する、
請求項７又は８記載の薬剤の漏出防止システム。
【請求項１０】
前記漏出異常検知手段により異常が検知された場合、前記農業用機械の駆動を規制する、
請求項７又は８記載の薬剤の漏出防止システム。
【請求項１１】
前記薬剤タンクの蓋に取り付けられ、開閉状態を検知可能な開閉センサー、を有し、
前記漏出異常検知手段はさらに、前記開閉センサーからの情報に基づき、蓋が開放された状態を異常状態とみなしてこれを検知する、
請求項７乃至１０いずれかの項に記載の薬剤の漏出防止システム。
【請求項１２】
前記遮断機構を制御して、主電源の停止時に前記薬剤タンクから前記吐出口に至る経路を遮断すると共に、遮断状態を維持する、
請求項１乃至１１いずれかの項に記載の薬剤の漏出防止システム。
【請求項１３】
前記農業用機械の衝突又は墜落を検知する衝撃センサー、をさらに有し、
前記衝撃センサーにより前記農業用機械の衝突又は墜落を検知したときに、前記遮断機構を制御して、強制的に前記薬剤タンクから前記吐出口に至る経路を遮断する、
請求項１乃至１２いずれかの項に記載の薬剤の漏出防止システム。
【請求項１４】
前記農業用機械はドローンである、
請求項１乃至１３いずれかの項に記載の薬剤の漏出防止システム。
【請求項１５】
薬剤を保管する薬剤タンクと、当該薬剤を外部へ吐出する吐出口と、を有し、薬剤を散布する農業用機械に備えられ、当該薬剤の漏出を防止するシステムによって実行される方法であって、
前記薬剤タンクから前記吐出口に至る経路を遮断する複数の遮断機構と、
前記薬剤タンク内に貯留された前記薬剤を下流へ吐き出すポンプと、を備え、
前記複数の遮断機構が、各遮断機構の間の経路の容積が所定の漏出許容量以下となる位置に設けられているシステムが、
前記農業用機械が薬剤を吐出させない動作状態のときに、前記薬剤タンクから前記吐出口に至る経路を前記複数の遮断機構により遮断する、
薬剤の漏出防止方法。
【手続補正書】
【提出日】令和2年7月13日(2020.7.13)
【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】
薬剤を保管する薬剤タンクと、当該薬剤を外部へ吐出する吐出口と、を有し、薬剤を散布するドローンに備えられ、当該薬剤の漏出を防止するシステムであって、
前記薬剤タンクから前記吐出口に至る経路を遮断する複数の遮断機構を備え、
前記複数の遮断機構は、各遮断機構の間の経路の容積が所定の漏出許容量以下となる位置に設けられており、
前記ドローンが薬剤を吐出させない動作状態のときに、前記薬剤タンクから前記吐出口に至る経路が前記遮断機構により遮断される、
薬剤の漏出防止システム。
【請求項２】
前記遮断機構は、逆止弁であり、常時閉弁すると共に、前記薬剤タンクから吐き出された吐出圧に応じて開弁する、
請求項１記載の薬剤の漏出防止システム。
【請求項３】
前記遮断機構は、電磁弁である、
請求項１記載の薬剤の漏出防止システム。
【請求項４】
前記遮断機構は少なくとも、前記薬剤を外部へ吐出する吐出口に設けられている、
請求項１乃至３いずれかの項に記載の薬剤の漏出防止システム。
【請求項５】
前記遮断機構は少なくとも、前記薬剤タンクの吐出口に設けられている、
請求項１乃至４いずれかの項に記載の薬剤の漏出防止システム。
【請求項６】
前記薬剤タンクから前記薬剤の外部への吐出口に至る経路において、
前記複数の遮断機構は、所定の漏出許容量ごとに設けられている、
請求項４又は５記載の薬剤の漏出防止システム。
【請求項７】
薬剤を保管する薬剤タンクと、当該薬剤を外部へ吐出する吐出口と、を有し、薬剤を散布する農業用機械に備えられ、当該薬剤の漏出を防止するシステムであって、
前記薬剤タンクから前記吐出口に至る経路を遮断する遮断機構と、
前記遮断機構を制御して、前記農業用機械が薬剤を吐出させない動作状態のときに、前記薬剤タンクから前記吐出口に至る経路を遮断する制御手段と、
前記薬剤タンクから前記薬剤の前記吐出口に至る経路に設けられた圧力センサーと、
前記薬剤の漏出異常検知手段と、を有し、
前記漏出異常検知手段は、前記圧力センサー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、当該取得した薬剤の吐出圧の経時的変化に基づき、異常を検知する、
薬剤の漏出防止システム。
【請求項８】
前記農業用機械は、前記薬剤タンク内に貯留された前記薬剤を下流へ吐き出すポンプ、を有し、
前記ポンプ内において前記薬剤を前記薬剤タンク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ポンプ用センサー、をさらに有し、
前記漏出異常検知手段はさらに、前記圧力センサーによって測定された薬剤の吐出圧に基づき、異常を検知する、
請求項７記載の薬剤の漏出防止システム。
【請求項９】
前記漏出異常検知手段により異常が検知された場合、前記遮断機構を制御して、前記薬剤タンクから前記吐出口に至る経路を遮断させ、前記農業用機械による前記薬剤の散布を規制する、
請求項７又は８記載の薬剤の漏出防止システム。
【請求項１０】
前記漏出異常検知手段により異常が検知された場合、前記農業用機械の駆動を規制する、
請求項７又は８記載の薬剤の漏出防止システム。
【請求項１１】
前記薬剤タンクの蓋に取り付けられ、開閉状態を検知可能な開閉センサー、を有し、
前記漏出異常検知手段はさらに、前記開閉センサーからの情報に基づき、蓋が開放された状態を異常状態とみなしてこれを検知する、
請求項７乃至１０いずれかの項に記載の薬剤の漏出防止システム。
【請求項１２】
前記農業用機械の衝突又は墜落を検知する衝撃センサー、をさらに有し、
前記衝撃センサーにより前記農業用機械の衝突又は墜落を検知したときに、前記遮断機構を制御して、強制的に前記薬剤タンクから前記吐出口に至る経路を遮断する、
請求項７乃至１１いずれかの項に記載の薬剤の漏出防止システム。
【請求項１３】
前記農業用機械はドローンである、
請求項７乃至１２いずれかの項に記載の薬剤の漏出防止システム。
【請求項１４】
前記遮断機構を制御して、主電源の停止時に前記薬剤タンクから前記吐出口に至る経路を遮断すると共に、遮断状態を維持する、
請求項１乃至１３いずれかの項に記載の薬剤の漏出防止システム。
【請求項１５】
薬剤を保管する薬剤タンクと、当該薬剤を外部へ吐出する吐出口と、を有し、薬剤を散布するドローンに備えられ、当該薬剤の漏出を防止するシステムによって実行される方法であって、
前記薬剤タンクから前記吐出口に至る経路を遮断する複数の遮断機構と、
前記薬剤タンク内に貯留された前記薬剤を下流へ吐き出すポンプと、を備え、
前記複数の遮断機構が、各遮断機構の間の経路の容積が所定の漏出許容量以下となる位置に設けられているシステムが、
前記ドローンが薬剤を吐出させない動作状態のときに、前記薬剤タンクから前記吐出口に至る経路を前記複数の遮断機構により遮断する、
薬剤の漏出防止方法。
【国際調査報告】
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2019208607.tif 000014