(57)【要約】【課題】散布物の散布量のムラを抑制し、効率的に散布物を散布できる空中散布用無人航空機および空中散布方法を提供することを課題とする。【解決手段】空中散布用無人航空機は、回転翼、および自律飛行手段を備える無人航空機と、散布物を散布する散布装置と、を備え、前記散布装置は、前記散布物を吐出する複数の散布口を有し、前記複数の散布口は、水平方向に列を形成するように並べて配置されており、自律飛行時において、前記散布口の列方向を進行方向に対して平面視傾斜させた状態で前記散布物を散布しながら飛行可能であることを要旨とする。【選択図】図１
2019123415.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転翼、および自律飛行手段を備える無人航空機と、散布物を散布する散布装置と、を備え、
前記散布装置は、前記散布物を吐出する複数の散布口を有し、前記複数の散布口は、水平方向に列を形成するように並べて配置されており、
自律飛行時において、前記散布口の列方向を前記無人航空機の機体の進行方向に対して平面視傾斜させた状態で前記散布物を散布しながら飛行可能であることを特徴とする空中散布用無人航空機。
【請求項２】
前記複数の散布口の列は、前記無人航空機の機体に対して方向が固定されており、前記自律飛行時において、前記無人航空機の機首方向を進行方向に対して平面視斜めにした状態で飛行することにより、前記散布口の列方向を前記機体の進行方向に対して平面視傾斜させることを特徴とする請求項１に記載の空中散布用無人航空機。
【請求項３】
回転翼を備える無人航空機と、散布物を散布する散布装置と、を備え、
前記散布装置は、前記散布物を吐出する複数の散布口を有し、前記複数の散布口は、水平方向に列を形成するように並べて配置されており、
前記複数の散布口の列は、前記無人航空機の機体に対して水平方向に回動可能であり、
飛行時に、前記散布口の列方向を前記無人航空機の機体の進行方向に対して平面視傾斜させた状態で前記散布物を散布しながら飛行可能であることを特徴とする空中散布用無人航空機。
【請求項４】
前記機体の進行方向に直交する水平方向の散布幅が設定され、その設定値から前記散布口の列の前記進行方向に対する傾斜角を自動的に調整することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の空中散布用無人航空機。
【請求項５】
前記散布口の列の前記進行方向に対する傾斜角に応じて、前記散布物の吐出量を調整する吐出量調整手段をさらに有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の空中散布用無人航空機。
【請求項６】
前記散布口の列の前記進行方向に対する傾斜角に応じて、飛行高度を自動的に調整することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の空中散布用無人航空機。
【請求項７】
前記無人航空機は、複数の回転翼を備えるマルチコプターであることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の空中散布用無人航空機。
【請求項８】
散布物を散布する散布対象エリアの形状から、前記散布幅を自動的に算出する散布幅算出手段をさらに有することを特徴とする請求項４から７のいずれか１項に記載の空中散布用無人航空機。
【請求項９】
回転翼、および自律飛行手段を備える無人航空機と、散布物を吐出する複数の散布口が水平方向に列を形成するように並べて配置された散布装置と、を備える空中散布用無人航空機の飛行計画を作成する外部装置であって、
自律飛行時において、前記散布口の列方向を前記無人航空機の機体の進行方向に対して平面視傾斜させた状態で前記散布物を散布しながら飛行するように前記飛行計画を作成することを特徴とする外部装置。
【請求項１０】
前記飛行計画の作成時に、前記散布物を散布する散布対象エリアの形状から、前記空中散布用無人航空機の飛行経路と、前記機体の進行方向に直交する水平方向の散布幅と、を自動的に選択することを特徴とする請求項９に記載の外部装置。
【請求項１１】
回転翼、および自律飛行手段を備える無人航空機と、散布物を吐出する複数の散布口が水平方向に列を形成するように並べて配置された散布装置と、を備える空中散布用無人航空機の自律飛行を制御するコンピュータを、
前記散布口の列方向を前記無人航空機の機体の進行方向に対して平面視傾斜させた状態で前記散布物を散布しながら飛行させる手段として機能させることを特徴とする自律飛行制御プログラム。
【請求項１２】
回転翼、および自律飛行手段を備える無人航空機と、散布物を散布する散布装置と、を備える空中散布用無人航空機を用いる空中散布方法であって、
前記散布装置は、前記散布物を吐出する複数の散布口を有し、前記複数の散布口は、水平方向に列を形成するように並べて配置されており、
自律飛行時において、前記散布口の列方向を前記無人航空機の機体の進行方向に対して平面視傾斜させた状態で飛行しながら前記散布物を散布することを特徴とする空中散布方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空中散布用無人航空機、およびこれを制御する外部装置、制御プログラム、ならびにこれらを用いた空中散布方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、産業用無人ヘリコプターに代表される小型の無人航空機は、機体が高価で入手困難なうえ、安定して飛行させるためには操作に熟練が必要とされるものであった。しかし近年、無人航空機の姿勢制御や自律飛行に用いられるセンサ類およびソフトウェアの改良、低価格化が進み、これにより無人航空機の操作性が飛躍的に向上した。特に小型のマルチコプターについては、ヘリコプターに比べてローター構造が簡単であり、設計およびメンテナンスが容易であることから、趣味目的だけでなく、広範な産業分野における種々のミッションへの応用が試行されている。
【０００３】
農業分野において、無人ヘリコプターなどの無人航空機による農薬などの空中散布の歴史は長く、無人航空機の産業利用の代表例といえる。無人航空機の操作性の向上、低価格化により、今後、更なる発展が期待される分野である。田畑等への農薬散布には、例えば、特許文献１や特許文献２に記載されるように、機体の左右方向に散布装置を備え、田畑の上空を飛行しながら農薬を散布する方法が取られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−００００９４号公報
【特許文献２】特開２０１７−０３６０１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような、散布装置を備えた無人航空機を用いた場合、散布装置の散布口の形状や、取り付け位置等により、一度に散布できる散布幅が一義的に決定される。一方、散布対象となる田畑の幅は一様ではなく、一義的に決定された散布幅を有する散布装置を用いて、例えば図２（ｂ）に示すように、田畑の一端から隙間なく農薬を散布した場合、他端側に散布幅に満たない幅の未散布部分ができてしまう。
【０００６】
農薬等の散布物が目的の範囲以外に散布されると、周囲の農作物や環境への影響が懸念されるため、散布対象の田畑の幅と、散布装置の散布幅とが合致しない場合、散布幅に満たない幅の未散布部分には農薬を散布しないか、散布物が範囲外にはみ出さないように、すでに散布された箇所に重複して散布するしかなかった。このような場合、一面の田畑の中で、農薬量等にムラができてしまい、生育状況が均一でなくなってしまうなどの懸念があった。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、散布物の散布量のムラを抑制し、効率的に散布物を散布できる空中散布用無人航空機、外部装置、制御プログラムおよびこれらを用いた空中散布方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため本発明にかかる空中散布用無人航空機は、回転翼、および自律飛行手段を備える無人航空機と、散布物を散布する散布装置と、を備え、前記散布装置は、前記散布物を吐出する複数の散布口を有し、前記複数の散布口は、水平方向に列を形成するように並べて配置されており、自律飛行時において、前記散布口の列方向を前記無人航空機の機体の進行方向に対して平面視傾斜させた状態で前記散布物を散布しながら飛行可能であることを要旨とする。
【０００９】
本発明にかかる空中散布用無人航空機によれば、自律飛行時に、散布口の列方向を進行方向に対して傾斜させた状態とすることにより、任意の散布幅で散布物を散布することが可能であり、あらゆる幅の田畑に対し、同一の空中散布用無人航空機を用いて過不足なく散布物を散布することができる。
【００１０】
前記複数の散布口の列は、前記無人航空機の機体に対して方向が固定されており、前記自律飛行時において、前記無人航空機の機首方向を進行方向に対して平面視斜めにした状態で飛行することにより、前記散布口の列方向を進行方向に対して平面視傾斜させることができる。
【００１１】
散布口の列を無人航空機の機体に対して固定し、無人航空機の機首方向を斜めにする構成とすると、特別な機構を設けることなく、プログラムの管理のみで散布幅を調整でき、簡便である。
【００１２】
上記課題を解決するため本発明の別の態様にかかる空中散布用無人航空機は、回転翼を備える無人航空機と、散布物を散布する散布装置と、を備え、前記散布装置は、前記散布物を吐出する複数の散布口を有し、前記複数の散布口は、水平方向に列を形成するように並べて配置されており、前記複数の散布口の列は、前記無人航空機の機体に対して水平方向に回動可能であり、飛行時に、前記散布口の列方向を前記無人航空機の機体の進行方向に対して平面視傾斜させた状態で前記散布物を散布しながら飛行可能であることを特徴とする。
【００１３】
本発明にかかる空中散布用無人航空機によれば、散布口の列が、前記無人航空機の機体に対して水平方向に回動可能移動体であるため、無人航空機は通常通りに機首を進行方向に向けて飛行しつつ、散布口の列方向を進行方向に対して傾斜させた状態とすることができる。これにより、飛行制御が複雑化することを防ぎつつ、任意の散布幅で散布物を散布することが可能であり、あらゆる幅の田畑に対し、同一の空中散布用無人航空機を用いて過不足なく散布物を散布することができる。
【００１４】
空中散布用無人航空機には、前記無人航空機の機体の進行方向に直交する水平方向の散布幅が設定され、該空中散布用無人航空機は、その設定値から前記散布口の列の進行方向に対する傾斜角を自動的に調整することが好ましい。
【００１５】
空中散布用無人航空機が、散布幅の設定値から傾斜角を自動的に調整すると、散布時に適当な散布幅を設定する操作のみで傾斜角を最適化することができ、容易に空中散布ができる。
【００１６】
空中散布用無人航空機は、前記散布口の列の前記進行方向に対する傾斜角に応じて、前記散布物の吐出量を調整する吐出量調整手段をさらに有することが好ましい。
【００１７】
散布装置を無人航空機の進行方向に対して傾斜させたときの進行方向に直交する方向の散布幅は、その傾斜角によって変動する。散布幅が狭くなると、単位面積当たりに散布される散布物の量が増大する。散布装置から吐出される吐出量を調整する手段を有し、単位面積当たりに散布される散布物の量を一定とすることが好ましい。吐出量調整手段としては、ポンプの出力を調整する方法や、散布装置の配管に流量調整装置を設ける方法など任意の方法を用いることができる。
【００１８】
空中散布用無人航空機は、前記散布口の列の前記進行方向に対する傾斜角に応じて、飛行高度を自動的に調整することが好ましい。
【００１９】
散布口の列方向を進行方向に対して傾斜させた場合、散布装置が有する複数の散布口の内、一の散布口の散布範囲と、他の散布口の散布範囲とが進行方向に対して重複してしまう場合がある。この重なりがわずかであれば無視することができるが、重なりが大きくなった場合には、各散布口の散布範囲を調整する手段を有することが好ましい。散布範囲を調整する手段としては、例えば、各散布口に絞りを設け、手動または自動で絞りを調整する方法や、無人航空機の高度を調整することで散布範囲を調整する方法などが挙げられる。無人航空機の高度を調整することで散布範囲を調整すると、散布装置に特別な機構を設けることなく、プログラムの管理のみで散布範囲を調整でき、簡便である。
【００２０】
前記無人航空機は、複数の回転翼を備えるマルチコプターであることが好ましい。
【００２１】
回転翼を有する航空機では、機体が地面近くを飛行すると、機体の下方に地面効果と呼ばれる乱気流が発生する。地面効果の中では、散布した散布物が乱気流に乗って飛散するため、一般に、散布物の散布が困難になる。地面効果が発生する高度は、回転翼の径に比例し、回転翼の径が大きいほど高い高度で地面効果が発生する。複数の回転翼を有する無人航空機は、回転翼の数が多いほど、各々の回転翼の径を小さくすることができるため、地面効果の影響を受けにくい。このような観点から、地上効果を積極的に利用した特殊な散布を除き、無地航空機は、複数の回転翼を有するマルチコプターであることが好ましく、少なくとも３以上の回転翼を有するマルチコプターであることがより好ましい。
【００２２】
空中散布用無人航空機は、散布物を散布する散布対象エリアの形状から、前記散布幅を自動的に算出する散布幅算出手段を有することが好ましい。
【００２３】
空中散布用無人航空機が、散布対象エリアの形状から散布幅を自動的に算出すると、散布時に散布対象エリアを指定する操作のみで容易に空中散布ができる。
【００２４】
上記課題を解決するため本発明にかかる外部装置は、回転翼、および自律飛行手段を備える無人航空機と、散布物を吐出する複数の散布口が水平方向に列を形成するように並べて配置された散布装置と、を備える空中散布用無人航空機の飛行計画を作成する外部装置であって、自律飛行時において、前記散布口の列方向を前記無人航空機の機体の進行方向に対して平面視傾斜させた状態で前記散布物を散布しながら飛行するように前記飛行計画を作成することを要旨とする。
【００２５】
本発明にかかる外部装置によれば、自律飛行時に、散布口の列方向を進行方向に対して傾斜させた状態とすることにより、任意の散布幅で散布物を散布することが可能であり、あらゆる幅の田畑に対し、同一の空中散布用無人航空機を用いて過不足なく散布物を散布することができる。
【００２６】
外部装置は、前記飛行計画の作成時に、前記散布物を散布する散布対象エリアの形状から、前記空中散布用無人航空機の飛行経路と、進行方向に直交する水平方向の散布幅と、を自動的に選択することが好ましい。
【００２７】
外部装置が、空中散布用無人航空機の飛行経路を選定する際に、適切な散布幅を計算することは不可欠であり、飛行経路の選定と散布幅の決定との機能を外部装置が有することに技術的な支障はない。また、これらの機能を外部装置が有することにより空中散布用無人航空機側の処理の負荷を軽減できる。
【００２８】
本発明にかかる自律飛行制御プログラムは、回転翼、および自律飛行手段を備える無人航空機と、散布物を吐出する複数の散布口が水平方向に列を形成するように並べて配置された散布装置と、を備える空中散布用無人航空機の自律飛行を制御するコンピュータを、前記散布口の列方向を前記無人航空機の機体の進行方向に対して平面視傾斜させた状態で前記散布物を散布しながら飛行させる手段として機能させることを要旨とする。
【００２９】
本発明にかかる制御プログラムによれば、自律飛行時に、散布口の列方向を進行方向に対して傾斜させた状態とすることにより、任意の散布幅で散布物を散布することが可能であり、あらゆる幅の田畑に対し、同一の空中散布用無人航空機を用いて過不足なく散布物を散布することができる。
【００３０】
上記課題を解決するため本発明にかかる空中散布方法は、回転翼、および自律飛行手段を備える無人航空機と、散布物を散布する散布装置と、を備える苦衷散布用無人航空機を用いる空中散布方法であって、前記散布装置は、前記散布物を吐出する複数の散布口を有し、前記複数の散布口は、水平方向に列を形成するように並べて配置されており、自律飛行時において、前記散布口の列方向を前記無人航空機の機体の進行方向に対して平面視傾斜させた状態で飛行しながら前記散布物を散布することを要旨とする。
【００３１】
本発明にかかる空中散布方法によれば、自律飛行時に、散布口の列方向を進行方向に対して傾斜させた状態とすることにより、任意の散布幅で散布物を散布することが可能であり、あらゆる幅の田畑に対し、同一の空中散布用無人航空機を用いて過不足なく散布物を散布することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、散布物の散布量のムラを抑制し、効率的に空中散布することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】第１実施形態にかかる空中散布用無人航空機の外観を示す上面図である。
【図２】（ａ）第１実施形態にかかる空中散布方法と（ｂ）従来の空中散布方法を示す概略図である。
【図３】（ａ）高い高度での散布範囲と（ｂ）低い高度での散布範囲を示す概略図である。
【図４】第１実施形態にかかる空中散布用無人航空機の機能構成を示すブロック図である。
【図５】第２実施形態にかかる外部装置の機能構成を示すブロック図である。
【図６】第３実施形態にかかる空中散布用無人航空機の外観を示す上面図である。
【図７】第１実施形態にかかる空中散布用無人航空機の自律飛行制御プログラムの流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明に係る空中散布用無人航空機について詳細に説明する。図１は第１実施形態にかかる空中散布用無人航空機の外観を示す上面図である。
【００３５】
本実施形態に係る空中散布用無人航空機１は、複数の回転翼、および自律飛行手段を備える無人航空機であるマルチコプター２と、散布物を散布する散布装置３とを備える。
【００３６】
無人航空機は、回転翼を備えるものであれば特に限定されない。本実施形態では、プロペラ２８を４つ備えるクワッドコプターを示すが、要求される飛行性能等によって、プロペラがただ一つの所謂ヘリコプターであってもよいし、プロペラを６つ備えるヘキサコプター、８つ備えるオクタコプターなどのマルチコプターであってもよい。後述のように、低い高度で飛行した際に地面効果の影響を受けにくい観点から、無人航空機は、より多くのプロペラ２８を備えることが好ましく、少なくとも３以上のプロペラ２８を備えることが好ましい。
【００３７】
散布装置３は、水平方向に列を形成した複数の散布口３１を有する。散布装置３は他に、散布物タンク３２およびポンプ３３を備え、ポンプ３３の動力によって、散布物タンク３２内に収容される散布物を散布口３１から吐出する。散布装置３は、ポンプ３３の出力を調整するか、ポンプ３３と散布ノズル３１とを接続する配管内に流量調整装置を備えるなどの吐出量調整手段を備え、散布物の吐出量を調整することができる。
【００３８】
複数の散布口３１は、マルチコプター２に対して、その列方向が固定されており、マルチコプター２の機首方向を水平方向に回転させることにより、複数の散布口３１の列方向を進行方向に対して平面視傾斜させることができる。なお、複数の散布口が同一直線上にない場合、最も遠い散布口間を結んだ直線を散布口の列方向とする。
【００３９】
マルチコプター２は、通常、図１に矢印で示す機首方向に進行し、散布装置３は、機首方向に対して直交する方向に散布口３１を備える場合が多い。空中散布用無人航空機１が、マルチコプター２の機首方向に進行する場合、散布口３１の配置および散布範囲によって、散布幅Ｌ０が一義的に決定される。散布幅Ｌ０で散布物を散布すると、図２の（ｂ）に示すように、田畑の幅に合致せず、一部の箇所に重複して散布物を散布することになる。
【００４０】
一方、本発明にかかる空中散布用無人航空機１は、図１中Ｙ軸方向に進行し、散布口３１の列方向を進行方向に対して傾斜角θで傾けて進行する。すなわち、機首方向と進行方向とが相違する。傾斜角θは、散布口３１の列方向が進行方向に直交せず、かつ平行しない角度であればよい。空中散布用無人航空機１は、傾斜角θを調整することで、進行方向に対する散布幅Ｌ１を適宜調整し、図２の（ａ）に示すように、田畑に対して過不足なく散布物を散布することができる。
【００４１】
このとき、Ｌ１を小さくすると、単位面積あたりに散布される散布物の量が多くなる。空中散布用無人航空機１は、傾斜角θに応じて吐出量を調整する吐出量調整手段を有し、単位面積あたりに散布される散布物の量を調整することができる。
【００４２】
散布口３１から散布された散布物は、図３に示すように散布口３１から拡散するように散布され、散布口３１と地面との距離が大きいほど散布範囲が大きくなる。すなわち、高い高度での散布範囲Ｒ０と低い高度での散布範囲Ｒ１との関係はＲ０＞Ｒ１となる。散布口の列方向を進行方向に対して傾斜させた場合、散布装置が有する複数の散布口３１の散布範囲が進行方向に対して互いに重複してしまう場合がある。この重なりがわずかであれば無視することができるが、重なりが大きくなった場合には、各散布口の散布範囲を調整する手段を有することが好ましい。散布範囲を調整する手段としては、マルチコプター２の飛行高度を調整することで、散布範囲Ｒ１を小さくすることができ、散布範囲の重複を容易に解消することができる。他に、各散布口３１に絞り付きのノズルを設け、手動または自動で絞りを調整する方法などを用いることもできる。このとき、上記の吐出量調整手段と併せることで、単位面積あたりに散布される散布物の量を調整することが好ましい。
【００４３】
空中散布用無人航空機１が一定の傾斜角θで散布物を散布した場合、散布の開始部、終了部や航路の折り返し部の角に三角状の未散布部分が残る。未散布部分は通常、ごくわずかな範囲となり、問題にならない場合が多いが、例えば、折り返し部において、散布口３１の列の一端を回転中心として機体を旋回させ、外側に位置する散布口３１のみから散布物を吐出する方法や、空中散布用無人航空機１を散布対象エリアの前後方向にはみ出すように飛行させ、進行方向手前側では、散布対象エリアに差し掛かった散布口３１から順次散布物の吐出を開始し、進行方向奥側では、散布対象エリアから外れる散布口３１から順次散布物の吐出を止める方法などの方法を用いることにより未散布エリアをさらに小さくすることができる。
【００４４】
図４は空中散布用無人航空機１の機能構成を示すブロック図である。空中散布用無人航空機１は、無人航空機であるマルチコプター２と散布物を散布する散布装置３とからなる。マルチコプター２の飛行機能は、主に、フライトコントローラＦＣ、回転翼である複数のローターＲ、ローターＲごとに備えられたＥＳＣ２６（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｓｐｅｅｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）、およびこれらに電力を供給するバッテリー２９により構成されている。
【００４５】
各ローターＲは、モータ２７と、その出力軸に連結されたプロペラ２８とにより構成されている。ＥＳＣ２６は、ローターＲのモータ２７に接続されており、フライトコントローラＦＣから指示された速度でモータ２７を回転させる。
【００４６】
フライトコントローラＦＣは、飛行制御センサ群２３およびＧＰＳ受信器２４（以下、これらを総称して「センサ等」ともいう。）を備えており、これらは制御装置２０に接続されている。本実施形態におけるマルチコプター２の飛行制御センサ群２３には、画像認識装置、３軸加速度センサ、３軸角速度センサ、気圧センサ（高度センサ）、地磁気センサ（方位センサ）などが含まれている。制御装置２０は、これらセンサ等により、機体の傾きや回転、飛行中の緯度経度、高度、および機首の方位角を含む自機の位置情報を取得可能とされている。
【００４７】
制御装置２０は、中央処理装置であるＣＰＵ２１、ＲＡＭやＲＯＭ・フラッシュメモリなどの記憶装置からなるメモリ２２、および、ＥＳＣ２６を介して各ローターＲの回転数を制御するＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）コントローラ２３を有している。
【００４８】
フライトコントローラＦＣは、自律飛行制御プログラムにより、空中散布用無人航空機１の自律飛行を制御し、散布口３１の列方向を進行方向に対して平面視傾斜させた状態で散布物を散布しながら飛行させる手段として機能する。具体的には、飛行計画ＦＰから機体の進行方向を取得するステップと、散布口３１の列方向を特定するステップと、必要な傾斜角を取得するステップと、機体のヨー方向の姿勢を制御するステップとにより、散布口３１の列方向を進行方向に対して平面視傾斜させる手段と、飛行計画ＦＰに則って進行方向へ飛行する手段と、操縦者からの信号あるいは散布対象エリアに入ったことを認識して散布物の散布を開始する手段とにより構成される。自律飛行制御プログラムは、他に、傾斜角を算出する手段や、高度を調整する手段など、空中散布にかかる種々の機能をフライトコントローラＦＣに付与するものであってもよい。
【００４９】
制御装置２０のメモリ２２には、散布物を散布する散布対象エリアが指定されており、散布装置３の形状、散布口３１の散布範囲等によって決定される散布幅Ｌ０を基に適切な傾斜角θを算出し、傾斜角θを維持した状態で飛行する。散布幅Ｌ０の情報は、予め制御装置２０のメモリ２２に入力してもよいし、水または少量の散布物を試験的に散布し、これを画像認識装置で認識する構成としてもよい。
【００５０】
散布対象エリアの指定は、従来公知の方法を用いることができる。例えば、散布対象エリアの外縁にマーカーを設置する方法や、経緯度を指定する方法、地図又は予め撮影された航空写真から散布対象エリアを指定する方法などが挙げられる。
【００５１】
散布装置３は、散布口３１、散布物タンク３２、ポンプ３３からなり、ポンプ３３の動力によって、散布物タンク３２内に収容される散布物を散布ノズル３１から散布する。ポンプ３３は、マルチコプター２の制御装置２０およびバッテリー２９に接続されており、傾斜角θに応じてポンプ３３の出力を増減し、散布物の吐出量を調整することができる。
【００５２】
マルチコプター２は、各散布口３１の散布範囲の重複を解消するため、傾斜角θに応じて高度を調整して飛行することができる。このとき、予め制御装置２０のメモリ２２に入力された散布範囲の広がり情報を基に高度を決定してもよいし、画像認識装置によって散布範囲を認識しながら高度を決定してもよい。
【００５３】
マルチコプター２の飛行経路や傾斜角θ、高度、速度、散布装置３のポンプ３３の出力などのパラメータは、指定された散布対象エリアから自動で算出してもよいし、これを外部装置であるＧＣＳ４（Ｇｒｏｕｎｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｔａｔｉｏｎ）で計算し、飛行計画ＦＰを構築してもよい。
【００５４】
図５は外部装置であるＧＣＳ４の機能構成を示すブロック図である。ＧＣＳ４は、主に、中央処理装置であるＣＰＵ４１、ＲＡＭやＲＯＭ・フラッシュメモリなどの記憶装置からなるメモリ４２、空中散布用無人航空機１と通信を行う通信装置４３、各種情報を操縦者に視覚的に表示するモニタ４４、操縦者からの入力を受け付ける入力装置４５、および、これらに電力を供給するバッテリー４９を備えている。
【００５５】
通信装置４３は、空中散布用無人航空機１と制御信号やデータの送受信を行うことが可能であれば、その具体的な通信方式やプロトコルは問わない。例えば、空中散布用無人航空機１への飛行計画ＦＰのアップロードやマルチコプター２からのテレメトリデータの受信はＷｉ−Ｆｉ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｆｉｄｅｌｉｔｙ）により双方向通信で行い、手動操縦時の操縦信号はＰＣＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｃｏｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス符号変調）信号を２．４ＧＨｚ帯の周波数ホッピング方式で送信する構成などが考えられる。その他、通信装置として、３ＧやＬＴＥ（Ｌｏｎｇ  Ｔｅｒｍ  Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）、ＷｉＭＡＸ（Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ  Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ  ｆｏｒ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ａｃｃｅｓｓ）などの移動体通信網への接続モジュールを備える構成としてもよい。こうすることにより操縦者は、移動体通信網のサービスエリア内であればどこからでも空中散布用無人航空機１を制御することが可能となる。また、本例の空中散布用無人航空機１およびＧＣＳ４は必ずしも無線で通信する必要はなく、有線接続で通信を行う構成としてもよい。
【００５６】
ＧＣＳ４には、空中散布用無人航空機１の飛行計画ＦＰを作成する飛行計画作成プログラムがインストールされている。操縦者は、飛行計画作成プログラムを使って、散布対象エリアを指定する情報である散布対象エリアデータ４２２を参照しながら、飛行計画ＦＰを作成し、これを空中散布用無人航空機１にアップロードすることができる。飛行計画作成プログラムは、そのサブプログラムとして、散布対象エリアデータ４２２から空中散布用無人航空機１の飛行経路や傾斜角θ、高度、速度、散布装置３のポンプ３３の出力などのパラメータを自動的に計算するプログラムを有する。
【００５７】
また、ＧＣＳ４のメモリ４２には、農薬の散布時に空中散布用無人航空機１の散布口３１の列方向が進行方向に直交した場合の散布幅Ｌ０や飛行高度による散布範囲の変化量などの散布装置データ４２３が登録されており、飛行計画ＦＰを作成する際に参照される。散布装置データ４２３は、予めメモリ４２に数値を入力してもよいし、水または少量の散布物を試験的に散布し、これを画像認識装置で認識した情報を登録してもよい。
【００５８】
ＧＣＳ４には、一般的なノート型パソコンやタブレットコンピュータを好適に用いることができる。図５に示す主要構成が一装置に集約されており、また持ち運びも容易だからである。一方、本発明のＧＣＳ４は、飛行計画を作成可能であれば、その物理的な形態は問わない。例えば図５に示す各構成を有する別々の装置を組み合わせてＧＣＳ４としてもよい。また、本例では空中散布用無人航空機１とＧＣＳ４とが別々の装置として構成されているが、空中散布用無人航空機１自体にＧＣＳ４の機能を搭載した構成としてもよい。その場合、操縦者は、ノート型パソコンやタブレットコンピュータを使って空中散布用無人航空機１内のＧＣＳ４にアクセスすればよい。
【００５９】
図６は第３実施形態にかかる空中散布用無人航空機の外観を示す上面図である。なお、以下の説明では、先の実施形態と同一または同様の機能を有する構成についてはその詳細な説明を省略する。
【００６０】
本実施形態にかかる散布装置３は、その複数の散布口３１の列方向を、マルチコプター２に対して、水平方向に回動させることができる。マルチコプター２は、機首を進行方向に向け進行するが、複数の散布口３１の列方向を水平方向に回動させることにより、複数の散布口３１の列方向を進行方向に対して任意の傾斜角θとすることができる。
【００６１】
散布装置３は、棒状の支持体と、支持体上に列を形成するように設けられた複数の散布口３１を有する。支持体は、その長さ方向が水平となるようにマルチコプター２に回動可能に保持される。さらに、マルチコプター２と支持体とは、図示しないサーボモータを介して接続され、サーボモータの動力により支持体および散布口３１の列を回動することができる。
【００６２】
本実施形態においては、操縦端末を用い、手動で空中散布用無人航空機１を操縦してもよいし、第１実施形態同様に自律飛行手段を備え、操縦の一部または全部を自動で行ってもよい。
【００６３】
本発明によれば、散布物の散布量のムラを抑制し、効率的に空中散布することができることから、除草剤、殺虫剤、その他の農薬、肥料、種子若しくは融雪剤の散布に適する。散布装置３１は散布する散布物の形状、推奨される散布方法等に応じて適宜最適なものを選択すればよい。例えば、本実施形態においては、液状の散布物を散布する実施例を示したが、顆粒状または粉状の農薬、肥料、融雪剤又は種子等を散布する場合には、ポンプ３３に代えてフィーダー等を備えてもよい。また、散布口３１は、単に散布装置の配管中に穴を設け、該穴から散布物を滴下するものであってもよいし、散布装置３の支持体を散布物を流通する配管として用いてもよい。
【００６４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１    空中散布用無人航空機
２    無人航空機
２８  プロペラ
３    散布装置
３１  散布口
４    外部装置
Ｌ０、Ｌ１  散布幅
Ｒ０、Ｒ１  散布範囲
θ    傾斜角
【図１】
2019123415.tif 000003
【図２】
2019123415.tif 000004
【図３】
2019123415.tif 000005
【図４】
2019123415.tif 000006
【図５】
2019123415.tif 000007
【図６】
2019123415.tif 000008
【図７】
2019123415.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】令和1年5月10日(2019.5.10)
【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】
回転翼および自律飛行手段を備える無人航空機と、散布物を散布する散布装置と、を備え、
前記散布装置は、前記散布物を吐出する複数の散布口を有し、前記複数の散布口は、水平方向に列を形成するように並べて配置されており、
自律飛行時において、前記散布口の列方向を前記無人航空機の機体の進行方向に対して平面視傾斜させた状態で前記散布物を散布しながら飛行可能であり、
前記機体の進行方向に直交する水平方向の幅である散布幅の設定に応じて、前記散布口の列の前記進行方向に対する傾斜角を自動的に調整することを特徴とする空中散布用無人航空機。
【請求項２】
前記散布口の列は、前記無人航空機の機体に対して方向が固定されており、前記自律飛行時において、前記無人航空機の機首方向を進行方向に対して平面視斜めにした状態で飛行することにより、前記散布口の列方向を前記機体の進行方向に対して平面視傾斜させることを特徴とする請求項１に記載の空中散布用無人航空機。
【請求項３】
前記自律飛行時において、前記散布装置が前記散布口の列を前記無人航空機の機体に対して水平方向に回動させることにより、前記散布口の列方向を前記機体の進行方向に対して平面視傾斜させることを特徴とする請求項１に記載の空中散布用無人航空機。
【請求項４】
前記散布口の列の前記進行方向に対する傾斜角に応じて、前記散布物の吐出量を調整する吐出量調整手段をさらに有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の空中散布用無人航空機。
【請求項５】
回転翼および自律飛行手段を備える無人航空機と、散布物を散布する散布装置と、を備え、
前記散布装置は、前記散布物を吐出する複数の散布口を有し、前記複数の散布口は、水平方向に列を形成するように並べて配置されており、
自律飛行時において、前記散布口の列方向を前記無人航空機の機体の進行方向に対して平面視傾斜させた状態で前記散布物を散布しながら飛行可能であり、
前記散布口の列の前記進行方向に対する傾斜角に応じて、飛行高度を自動的に調整することを特徴とする空中散布用無人航空機。
【請求項６】
前記無人航空機は、複数の回転翼を備えるマルチコプターであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の空中散布用無人航空機。
【請求項７】
散布物を散布する散布対象エリアの形状から、前記散布幅を自動的に算出する散布幅算出手段をさらに有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の空中散布用無人航空機。
【請求項８】
回転翼および自律飛行手段を備える無人航空機と、散布物を吐出する複数の散布口が水平方向に列を形成するように並べて配置された散布装置と、を備える空中散布用無人航空機の飛行計画を作成する外部装置であって、
自律飛行時において、前記散布口の列方向を前記無人航空機の機体の進行方向に対して平面視傾斜させた状態で前記散布物を散布しながら飛行するように前記飛行計画を作成し、
前記機体の進行方向に直交する水平方向の幅である散布幅の設定に応じて、前記飛行計画における、前記散布口の列の前記進行方向に対する傾斜角を自動的に調整することを特徴とする外部装置。
【請求項９】
前記飛行計画の作成時に、前記散布物を散布する散布対象エリアの形状から、前記空中散布用無人航空機の飛行経路と、前記散布幅と、を自動的に選択することを特徴とする請求項８に記載の外部装置。
【請求項１０】
回転翼および自律飛行手段を備える無人航空機と、散布物を吐出する複数の散布口が水平方向に列を形成するように並べて配置された散布装置と、を備える空中散布用無人航空機の自律飛行を制御するコンピュータを、
前記散布口の列方向を前記無人航空機の機体の進行方向に対して平面視傾斜させた状態で前記散布物を散布しながら飛行させる手段として機能させ、
前記機体の進行方向に直交する水平方向の幅である散布幅の設定に応じて、前記散布口の列の前記進行方向に対する傾斜角を自動的に調整することを特徴とする自律飛行御プログラム。
【請求項１１】
回転翼および自律飛行手段を備える無人航空機と、散布物を散布する散布装置と、を備える空中散布用無人航空機を用いる空中散布方法であって、
前記散布装置は、前記散布物を吐出する複数の散布口を有し、前記複数の散布口は、水平方向に列を形成するように並べて配置されており、
前記無人航空機の機体の進行方向に直交する水平方向の幅である散布幅に応じて、前記散布口の列の前記進行方向に対する傾斜角を自動的に調整し、
自律飛行時において、前記散布口の列方向を前記無人航空機の機体の進行方向に対して平面視傾斜させた状態で飛行しながら前記散布物を散布することを特徴とする空中散布方法。