(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
取得される対象エリアの情報に基づいて、前記対象エリアに移動装置が移動する運転経路の生成を行う経路生成部を備え、
前記経路生成部は、前記対象エリア内を一辺側と他辺側の間で複数回往復し、隣接する往復路同士又は隣接する往路と復路が前記対象エリア内の前記一辺側から前記他辺側に向かって互いの距離が次第に離れるように走査する往復運転経路を生成する、
運転経路生成システム。
【請求項２】
前記経路生成部は、
前記対象エリアの外縁を成す環状の外周エリアを周回する周回運転経路を生成する外周経路生成部と、
前記外周エリアの内側の内側エリア内を複数回往復し、隣接する往復路同士又は隣接する往路と復路が往路起点側から往路終点側へ広がる又は狭まるように往復して走査する前記往復運転経路を生成する内側経路生成部と、
をさらに備える、
請求項１記載の運転経路生成システム。
【請求項３】
前記内側経路生成部は、前記内側エリアを複数の往復エリアに分割し、それぞれの前記往復エリアを往復して走査する運転経路を生成し、複数の前記運転経路を連結することで、前記内側エリアの前記往復運転経路を生成する、
請求項２記載の運転経路生成システム。
【請求項４】
前記往復エリアは、三角形状又は四角形状に区画されている、
請求項３記載の運転経路生成システム。
【請求項５】
前記往復運転経路は、往路および復路の対を成す１又は複数対の往復経路によって構成され、
前記対象エリア内には、
互いに隣接する前記往復経路において前記移動装置の有効幅が重複する１又は複数の重複領域と、
互いに隣接する前記往復経路のいずれによっても走査されない１又は複数の隙間領域と、
が配置される、
請求項２乃至４のいずれかに記載の運転経路生成システム。
【請求項６】
前記複数の重複領域の幅は互いに等しく、前記複数の隙間領域の幅は互いに等しい、
請求項５記載の運転経路生成システム。
【請求項７】
前記内側経路生成部は、前記重複領域および前記隙間領域の最大許容幅をあらかじめ記憶し、最大許容幅の前記重複領域および前記隙間領域を許容しても前記内側エリア全体を走査できないと判定されるとき、前記内側エリアを複数の往復エリアに分割する、
請求項５又は６記載の運転経路生成システム。
【請求項８】
前記内側経路生成部は、前記内側エリアの外縁を区画する端辺のうち、最長の長辺に沿って移動し、最短の短辺に沿う経路上において方向転換することにより、前記内側エリアを往復しながら往復方向とは異なる方向に順次移動して、前記内側エリアを走査する往復運転経路を生成可能である、
請求項2乃至７のいずれかに記載の運転経路生成システム。
【請求項９】
前記内側経路生成部は、前記内側エリアの外縁を区画する端辺のうち、前記短辺の長さに基づいて運転経路の往復回数を決定可能である、
請求項８記載の運転経路生成システム。
【請求項１０】
前記内側経路生成部は、前記往復運転経路の往路と復路とを連結する折返領域において、前記往路から前記折返領域への進入時に減速し、前記折返領域から前記復路への進入時に加速するような移動計画を生成する、
請求項２乃至９のいずれかに記載の運転経路生成システム。
【請求項１１】
前記内側経路生成部は、前記往復運転経路の往路と復路とを連結する折返領域の少なくとも一部が前記外周エリアに重複するように、前記往復運転経路を生成する、
請求項２乃至１０のいずれかに記載の運転経路生成システム。
【請求項１２】
前記外周経路生成部は、前記移動装置を前進および旋回させて前記外周エリアの外縁を曲がる第１旋回と、前記移動装置を後退させながら旋回させる動作を含む第2旋回と、の動作を前記移動装置に行わせる運転経路を生成可能である、
請求項２乃至１１のいずれかに記載の運転経路生成システム。
【請求項１３】
前記経路生成部は、前記往復運転経路において往路から復路に折り返す折返領域を、前記往復運転経路の往路又は復路と交わる方向に連続して走査する副走査経路を生成可能である、
請求項１記載の運転経路生成システム。
【請求項１４】
前記経路生成部は、前記往復運転経路の往路から復路に折り返す折返領域の少なくとも一部が前記副走査経路に重複するように、前記往復運転経路を生成する、
請求項１３記載の運転経路生成システム。
【請求項１５】
取得される対象エリアの座標情報に基づいて、前記対象エリアに移動装置が移動する運転経路の生成を行う経路生成ステップを含み、
前記経路生成ステップは、前記対象エリア内を一辺側と他辺側の間で複数回往復し、隣接する往復路同士又は隣接する往路と復路が前記対象エリア内の前記一辺側から前記他辺側に向かって互いの距離が次第に離れるように走査する往復経路を生成する、運転経路生成方法。
【請求項１６】
取得される対象エリアの座標情報に基づいて、前記対象エリアに移動装置が移動する運転経路の生成を行う経路生成命令をコンピュータに実行させ、
前記経路生成命令は、前記対象エリア内を一辺側と他辺側の間で複数回往復し、隣接する往復路同士又は隣接する往路と復路が前記対象エリア内の前記一辺側から前記他辺側に向かって互いの距離が次第に離れるように走査する往復経路を生成する、運転経路生成プログラム。
【請求項１７】
運転経路生成システムにより生成される運転経路を受信して、前記運転経路に沿って飛行可能なドローンであって、
前記運転経路生成システムは、請求項１乃至１４のいずれかに記載の運転経路生成システムである、ドローン。
【請求項１８】
経路生成部と、
飛行制御部と、
を備えるドローンであって、
前記経路生成部は、請求項１乃至１４のいずれかに記載の経路生成部である、ドローン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、運転経路生成システム、運転経路生成方法、および運転経路生成プログラム、ならびにドローンに関する。
【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）。比較的狭い農地においては、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。【０００５】
また、ドローンが自律飛行を行う運転経路を自動で生成する方法が必要とされている。特許文献３には、圃場において、往復走行させる往復走行経路と、外周形状に沿って周回させる周回走行経路とを生成する走行経路生成システムが開示されている。このシステムは、苗植付装置等の地上走行型の機械が想定されている。【０００６】
特許文献４には、圃場の外形線が内側に局部的に入り込んだ凹部を有する場合の経路生成を行う走行経路生成装置が開示されている。特許文献５には、走行領域内に存在する障害物を迂回する走行経路を生成する自律走行経路生成システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【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２０１８−１１７５６６
【特許文献４】特許公開公報  特開２０１８−１１６６１４
【特許文献５】特許公開公報  特開２０１７−２０４０６１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
効率よく移動できる自律運転の運転経路を生成する運転経路生成システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の一の観点に係る運転経路生成システムは、取得される対象エリアの情報に基づいて、前記対象エリアに移動装置が移動する運転経路の生成を行う経路生成部を備え、前記経路生成部は、前記対象エリア内を複数回往復し、隣接する往復路同士又は隣接する往路と復路が往路起点側から往路終点側へ広がる又は狭まるように走査する往復運転経路を生成する。【００１０】
前記経路生成部は、前記対象エリアの外縁を成す環状の外周エリアを周回する周回運転経路を生成する外周経路生成部と、前記外周エリアの内側の内側エリア内を複数回往復し、隣接する往復路同士又は隣接する往路と復路が往路起点側から往路終点側へ広がる又は狭まるように往復して走査する前記往復運転経路を生成する内側経路生成部と、をさらに備えるものとしてもよい。【００１１】
前記内側経路生成部は、前記内側エリアを複数の往復エリアに分割し、それぞれの前記往復エリアを往復して走査する運転経路を生成し、複数の前記運転経路を連結することで、前記内側エリアの前記往復運転経路を生成するものとしてもよい。【００１２】
前記往復エリアは、三角形状又は四角形状に区画されているものとしてもよい。【００１３】
前記往復運転経路は、往路および復路の対を成す１又は複数対の往復経路によって構成され、前記対象エリア内には、互いに隣接する前記往復経路において前記移動装置の有効幅が重複する１又は複数の重複領域と、互いに隣接する前記往復経路のいずれによっても走査されない１又は複数の隙間領域と、が配置されるものとしてもよい。【００１４】
前記複数の重複領域の幅は互いに等しく、前記複数の隙間領域の幅は互いに等しいものとしてもよい。【００１５】
前記内側経路生成部は、前記重複領域および前記隙間領域の最大許容幅をあらかじめ記憶し、最大許容幅の前記重複領域および前記隙間領域を許容しても前記内側エリア全体を走査できないと判定されるとき、前記内側エリアを複数の往復エリアに分割するものとしてもよい。【００１６】
前記内側経路生成部は、前記内側エリアの外縁を区画する端辺のうち、最長の長辺に沿って移動し、最短の短辺に沿う経路上において方向転換することにより、前記内側エリアを往復しながら往復方向とは異なる方向に順次移動して、前記内側エリアを走査する往復運転経路を生成可能であるものとしてもよい。【００１７】
前記内側経路生成部は、前記内側エリアの外縁を区画する端辺のうち、前記短辺の長さに基づいて運転経路の往復回数を決定可能であるものとしてもよい。【００１８】
前記内側経路生成部は、前記往復運転経路の往路と復路とを連結する折返領域において、前記往路から前記折返領域への進入時に減速し、前記折返領域から前記復路への進入時に加速するような移動計画を生成するものとしてもよい。【００１９】
前記内側経路生成部は、前記往復運転経路の往路と復路とを連結する折返領域の少なくとも一部が前記外周エリアに重複するように、前記往復運転経路を生成するものとしてもよい。【００２０】
前記外周経路生成部は、前記移動装置を前進および旋回させて前記外周エリアの外縁を曲がる第１旋回と、前記移動装置を後退させながら旋回させる動作を含む第2旋回と、の動作を前記移動装置に行わせる運転経路を生成可能であるものとしてもよい。【００２１】
前記経路生成部は、前記往復運転経路において往路から復路に折り返す折返領域を、前記往復運転経路の往路又は復路と交わる方向に連続して走査する副走査経路を生成可能であるものとしてもよい。【００２２】
前記経路生成部は、前記往復運転経路の往路から復路に折り返す折返領域の少なくとも一部が前記副走査経路に重複するように、前記往復運転経路を生成するものとしてもよい。【００２３】
上記目的を達成するため、本発明の別の観点に係る運転経路生成方法は、取得される対象エリアの座標情報に基づいて、前記対象エリアに移動装置が移動する運転経路の生成を行う経路生成ステップを含み、前記経路生成ステップは、前記対象エリア内を放射状に往復して走査する往復経路を生成する。【００２４】
上記目的を達成するため、本発明のさらに別の観点に係る運転経路生成プログラムは、取得される対象エリアの座標情報に基づいて、前記対象エリアに移動装置が移動する運転経路の生成を行う経路生成命令をコンピュータに実行させ、前記経路生成命令は、前記対象エリア内を放射状に往復して走査する往復経路を生成する。
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。【００２５】
上記目的を達成するため、本発明のさらに別の観点に係るドローンは、運転経路生成システムにより生成される運転経路を受信して、前記運転経路に沿って飛行可能なドローンであって、前記運転経路生成システムは、上述のいずれかに記載の運転経路生成装置である。【００２６】
上記目的を達成するため、本発明のさらに別の観点に係るドローンは、経路生成部と、飛行制御部と、を備えるドローンであって、前記経路生成部は、上述のいずれかに記載の経路生成部である。
【発明の効果】
【００２７】
効率よく移動できる自律運転の運転経路を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本願発明に係るドローンの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】本願発明に係る運転経路生成システムの全体概念図であって、ネットワークを介して接続される運転経路生成装置、ドローン、基地局、操縦器、および座標測量装置の様子を示す図である。
【図９】上記運転経路生成装置の機能ブロック図である。
【図１０】上記運転経路生成装置が運転経路を生成する圃場、上記圃場近辺に決定される進入禁止エリア、および上記圃場内に生成される移動可能エリアの例を示す概略図である。
【図１１】上記移動可能エリアを、異形エリア、外周エリア、および内側エリアに分割する様子を示す概略図である。
【図１２】上記運転経路生成装置が有するエリア分割要否判定部が、エリアを分割する処理を行う移動エリアの例であって、（a）2辺から成る凹部を有する移動エリアの例、（b）3辺からなる凹部を有する移動エリアの例である。
【図１３】上記エリア分割要否判定部が、移動エリアを分割する工程を示すフローチャートである。
【図１４】上記運転経路生成装置が有するエリア策定部が、外周エリア、内側エリア、および異形エリアを生成し、経路生成対象エリアを確定する工程を示すフローチャートである。
【図１５】上記運転経路生成装置が有する経路生成部により上記経路生成対象エリアに生成される経路の例を示す概略図である。
【図１６】上記運転経路生成装置が有する外周経路生成部により上記外周エリアに生成される経路の例であり、（a）前進旋回の様子、（b）４の字旋回の様子を示す概略図である。
【図１７】上記運転経路生成装置が有する内側経路生成部により上記内側エリアに生成される経路の例を示す概略図である。
【図１８】上記運転経路生成装置が有する内側経路生成部により上記内側エリアに生成される経路の別の例を示す概略図である。
【図１９】上記運転経路生成装置が有する内側経路生成部により上記内側エリアに生成される経路の別の例を示す概略図である。
【図２０】上記経路生成部が、上記経路生成対象エリアに運転経路を生成する工程を示すフローチャートである。
【図２１】上記内側経路生成部により上記内側エリアを複数の往復エリアに分割して経路生成する工程を示すフローチャートである。
【図２２】上記運転経路生成装置が有する経路生成部により上記経路生成対象エリアに生成される運転経路の第１例を示す図である。
【図２３】上記経路生成対象エリアに生成される運転経路の第２例を示す図である。
【図２４】上記経路生成対象エリアに生成される運転経路の第３例を示す図である。
【図２５】上記経路生成対象エリアに生成される運転経路の第4例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
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。
【００３０】
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。ドローンは移動装置の例であり、本願発明に係る運転経路生成装置により生成される運転経路の情報を適宜受信し、当該運転経路に沿って飛行することが可能である。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
図6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。操作器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）。操作器401とドローン100はWi-Fi等による無線通信を行う。
【００３６】
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。
【００３７】
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、操作器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。
【００３８】
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。
【００３９】
図7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、操作器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。フライトコントローラー501は、飛行制御部の例である。
【００４０】
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、操作器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。
【００４１】
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。
【００４２】
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を介して操作器401とやり取りを行ない、必要な指令を操作器401から受信すると共に、必要な情報を操作器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。
【００４３】
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。
【００４４】
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、操作器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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。表示手段は、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503は操作器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。
【００４７】
ドローン100は、様々な形状の圃場に対し、効率よく移動するための運転経路が必要である。すなわち、ドローン100は、ある圃場内に薬剤を散布する場合や、ある圃場内を監視する場合において、当該圃場の上空をくまなく飛行する必要がある。その際、なるべく同じ経路を飛行しないことで、バッテリーの消費や飛行時間を短くすることができる。また、薬剤散布においては、同じ経路に薬剤を散布すると当該経路下の薬剤濃度が高くなってしまう恐れがある。そこで、運転経路生成システムは、ドローン100を始めとする移動装置が圃場の座標情報に基づいて効率よく移動するための運転経路の生成を行う。
【００４８】
図８に示すように、運転経路生成装置1は、ネットワークNWを介してドローン100、基地局404および座標測量装置2に接続されている。運転経路生成装置1は、その機能が営農クラウド405上にあってもよいし、別途の装置であってもよい。また、運転経路生成装置１は、ドローン100が有する構成であってもよい。圃場は、対象エリアの例である。ドローン100は、移動装置の例である。運転経路生成装置１、ドローン100、基地局404および座標測量装置2は、運転経路生成システム1000を構成する。
【００４９】
座標測量装置2は、RTK-GPSの移動局の機能を有する装置であり、圃場の座標情報を測量することができる。座標測量装置2は、使用者により保持して歩行することが可能な小型の装置であり、例えば棒状の装置である。座標測量装置2は、下端を地面についた状態で、使用者が直立して上端部を保持できる程度の長さの、杖のような装置であってもよい。ある圃場の座標情報を読み取るために使用可能な座標測量装置2の個数は、１個であっても複数であってもよい。複数の座標測量装置2により１か所の圃場に関する座標情報を測量可能な構成によれば、複数の使用者がそれぞれ座標測量装置2を保持して圃場を歩行することができるため、測量作業を短時間で完了することができる。
【００５０】
また、座標測量装置2は、圃場における障害物の情報を測量することができる。障害物は、ドローン100が衝突する危険のある壁や法面、電柱、電線などや、薬剤散布又は監視を要さない各種物体を含む。
【００５１】
座標測量装置2は、入力部201、座標検出部202および送信部203を備える。
【００５２】
入力部201は、座標測量装置2の上端部に設けられる構成であり、例えば使用者の押下を受け付けるボタンである。使用者は、座標測量装置2の下端の座標を測量する際に、入力部201のボタンを押下する。
【００５３】
また、入力部201は、入力される情報が圃場の外周に関する座標であるか、障害物の外周の座標であるかを区別して入力可能に構成されている。さらに、入力部201は、障害物の外周の座標を、障害物の種類と関連付けて入力可能である。
【００５４】
座標検出部202は、基地局404と適宜通信を行って座標測量装置2の下端の３次元座標を検出可能な機能部である。
【００５５】
送信部203は、入力部201への入力に基づいて、当該入力時の座標測量装置2下端の3次元座標を、ネットワークNWを介して操作器401又は運転経路生成装置1に送信する機能部である。送信部203は、当該３次元座標を、ポインティングされた順番とともに送信する。
【００５６】
圃場の座標情報を読み取る工程において、使用者は、座標測量装置2を持って圃場を移動する。まず、当該圃場の３次元座標を取得する。使用者は、圃場の端点又は端辺上において入力部201によるポインティングを行う。次いで、使用者は、障害物の端点又は端辺上において入力部201によるポインティングを行う。
【００５７】
ポインティングされて送信される圃場の端点又は端辺上の３次元座標は、圃場外周の3次元座標および障害物の３次元座標を区別して、運転経路生成装置1により受信される。また、ポインティングされる３次元座標は、操作器401の受信部4011により受信され、表示部4012により表示されてもよい。また、操作器401は、受信される３次元座標が圃場外周又は障害物の３次元座標として適しているかを判定し、再測量が必要と判定される場合は、表示部4012を通じて使用者に再測量を促してもよい。
【００５８】
図９に示すように、運転経路生成装置1は、対象エリア情報取得部10、移動許可エリア生成部20、エリア策定部30、経路生成部40、および経路選択部50を備える。
【００５９】
対象エリア情報取得部10は、座標測量装置2から送信される３次元座標の情報を取得する機能部である。
【００６０】
図10に示すように、移動許可エリア生成部20は、対象エリア情報取得部10により取得される３次元座標に基づいて、圃場80内においてドローン100が移動する移動許可エリア80iを指定する。移動許可エリア生成部20は、進入禁止エリア決定部21、および移動許可エリア決定部22を有する。
【００６１】
進入禁止エリア決定部21は、対象エリア情報取得部10により取得される障害物81a,82a,83a,84a,85aの３次元座標および当該障害物の種類に基づいて、ドローン100の進入禁止エリア81b,82b,83b,84b,85bを決定する機能部である。進入禁止エリア81b-85bは、障害物81a-85aおよび障害物周辺のエリアを含む領域である。進入禁止エリア81b-85bは、水平方向および高さ方向に規定される、３次元方向に広がりを有する領域であり、例えば障害物81a-85aを中心にして描かれる直方体状の領域である。なお、進入禁止エリアは、障害物を中心に描かれる円筒状又は球状の領域であってもよい。ドローン100は空中を飛行するため、障害物の高さ方向の大きさによっては障害物の上空を飛行することが可能である。障害物の高さ方向の大きさにより、障害物の上空を進入禁止エリアとはみなさない構成によれば、障害物を過剰に迂回することなく圃場内を効率的に飛行することができる。
【００６２】
障害物外縁から進入禁止エリア81b-85bの外縁に至る距離は、障害物81a-85aの種類により決定される。ドローン100が衝突した場合の危険度が大きい障害物ほど、障害物外縁から進入禁止エリア81b-85bの外縁に至る距離は大きい。例えば、家屋の場合、家屋の外縁から５０ｃｍの範囲を進入禁止エリアとする一方、電線の外縁から８０ｃｍの範囲を進入禁止エリアとする。電線の場合は衝突時にドローン100の故障に加えて送電不良や電線の破壊等の事象が起こり得るため、衝突時の危険度がより高いと考えられるためである。進入禁止エリア決定部21は、障害物の種類と進入禁止エリアの大きさとが関連付けられる障害物テーブルをあらかじめ記憶していて、取得される障害物の種類に応じて進入禁止エリアの大きさを決定する。
【００６３】
移動許可エリア決定部22は、移動許可エリア80iを決定する機能部である。移動許可エリア80iの平面方向に関しては、圃場80の対象エリア情報取得部10により取得される平面上の座標が圃場80の外周位置にあるものとする。移動許可エリア決定部22は、移動許可エリア80iの高さ方向に関しては、対象エリア情報取得部10により取得される高さ方向の座標、すなわち圃場80の地面の高さに、作物の高さや、飛行を制御する際に安全が担保できるマージンを合計して、移動許可エリア80iの高さ方向の範囲を決定する。当該移動許可エリア決定部22は、当該3次元座標に囲まれている内側の領域から進入禁止エリア81b-85bを除くことで移動許可エリア80iを決定する。
【００６４】
図11に示すように、エリア策定部30は、移動許可エリア生成部20により決定される移動許可エリア80iを、互いに異なる経路パターンで飛行する領域ごとに分割して策定する機能部である。エリア策定部30は、移動許可エリア80i内を、１又は複数の整形エリア81iと、整形エリア81iよりも面積の小さい１又は複数の異形エリア82i,83）と、に分割して策定可能である。
【００６５】
経路パターンとは、ある領域に対し網羅的に飛行するために、当該領域の形状に応じて自動的に経路を生成するための規則である。経路パターンは、整形エリアに対する経路パターンと、異形エリアに対する経路パターンに大別される。
【００６６】
また、整形エリア81iに対する経路パターンは、当該整形エリア81iの外周を周回する外周パターンと、周回経路の内側を往復する内側パターンと、を含む。整形エリア81iにおいて、外周パターンにより飛行するエリアを外周エリア811i、内側パターンにより飛行するエリアを内側エリア812iと呼ぶ。異形エリア、外周エリア、および内側エリアの特徴に関しては、後述する。
【００６７】
エリア策定部30は、エリア分割要否判定部31、整形エリア生成部32、および異形エリア生成部33を有する。
【００６８】
エリア分割要否判定部31は、移動許可エリアを複数の整形エリアに分割する要否を判定する機能部である。エリア分割要否判定部31は、特に移動許可エリアを上空から俯瞰した際に凹多角形状である場合、移動許可エリアを分割する。凹多角形は、多角形の内角の少なくとも１個が180°を超える角である多角形であり、言い換えれば凹部形状を有する多角形である、
【００６９】
図12(a)、（b）、および図13を用いて、エリア分割要否判定部31が移動許可エリア90iの分割要否を判定し、エリア分割を行う工程を説明する。
【００７０】
図12(a)に示す移動許可エリア90iは、上空から俯瞰すると、辺91iおよび辺92iの2辺から構成される凹部93iがある。そこで、図13に示すように、エリア分割要否判定部31は、2辺から成る凹部93iがあることを判定すると（S11）、2辺91i,92iのうち長い方の辺91iを判定対象辺として、長さを算出する（S12）。エリア分割要否判定部31は、移動許可エリア90iに凹部が発見できないとき、エリア分割を行わない。
【００７１】
エリア分割要否判定部31は、当該辺91iの長さがドローン100の有効幅に基づいて決定される所定値以上の場合、当該辺91iを含むエリアの分割が必要と判定し（S13）、移動許可エリア90iを2個のエリア901i,902iに分割する（S14）。次いで、分割後のエリア内に凹部があるか否かを判定する（S15）。凹部が発見された場合、ステップS12に戻る。凹部が発見されない場合、これ以上の分割は不要と判定し、処理を終了する。
【００７２】
分割線94iは、分割後において小さい方のエリアの端辺を構成する辺であって、分割線94iに対向する端辺95iと平行になるように決定される。この構成によれば、分割後のエリアをドローン100が往復飛行する際に、当該エリア内をより網羅的に飛行することができる。
【００７３】
エリア分割要否判定部31により分割されて生成される複数のエリアには、それぞれ少なくとも１個の整形エリアが生成可能である。整形エリア81iは、そのエリアを外周エリア811iおよび内側エリア812iを生成可能な形状および面積である。外周エリア811iは、例えばドローン100の有効幅を有する環状のエリアであり、内側エリア812iはドローン100の有効幅から重複許容幅を除く幅が必要である。したがって、エリア分割要否判定部31は、当該辺（91i）の長さが、ドローン100の有効幅の3倍から重複許容幅を除いた値以上であるとき、エリアを分割する。なお、ドローン100の有効幅は、例えば薬剤散布用ドローンである場合は薬剤の散布幅である。また、ドローン100の有効幅は、監視用ドローンである場合は、監視可能幅である。
【００７４】
図12(b)に示す移動許可エリア100iは、上空から俯瞰すると、辺111i、辺112i、および辺113iの３辺がこの順に隣接して構成される凹部110iがある。そこで、図13に示すように、エリア分割要否判定部31は、3辺111i乃至113iから成る凹部110iがあることを判定すると（S11）、凹部110iの対向する辺111i,113iのうち長い方の辺111iを判定対象辺として、長さを算出する（S12）。エリア分割要否判定部31は、当該辺111iの長さがドローン100の有効幅に基づいて決定される所定値以上の場合、当該辺111iを含むエリアの分割が必要と判定し（S13）、分割線（121i）により移動許可エリア100iを２個のエリア1001i,1002iに分割する（S14）。
【００７５】
次いで、分割後のエリア内に凹部があるか否かを判定する（S15）。凹部が発見された場合、ステップS12に戻る。移動許可エリア100iの例においては、エリア分割要否判定部31は、分割後のエリアにさらに分割が必要と判定し（S13）、分割線122iによりエリア1001iをさらに2個のエリア1003i,1004iに分割する（S14）。
【００７６】
凹部110iの底辺113iの両端から移動許可エリア100iの左右端辺101i,102iに向かって分割線121i,122iが規定される。分割線121i,122iは、分割後において小さい方の領域の端辺を構成する辺であって、対向する端辺103i,104iと平行になるように決定される。この構成によれば、分割後のエリアをドローン100が往復飛行する際に、当該エリア内をより網羅的に飛行することができる。
【００７７】
なお、エリア分割要否判定部31は、移動許可エリアに代えて、対象エリアを分割か否かを判定するように構成されていてもよい。
【００７８】
整形エリア生成部32はエリア分割要否判定部31により生成された１又は複数のエリアのそれぞれに、整形エリアを生成する機能部である。
【００７９】
図11に示すように、整形エリア生成部32は、移動許可エリア80iの内部において最大面積の凸多角形を、整形エリア81iとして生成する。凸多角形は、多角形の内角がいずれも180°未満である多角形である。
【００８０】
図９に示すように、整形エリア生成部32は、外周エリア生成部321および内側エリア生成部322を有する。図11の例においては、外周エリア生成部321は、整形エリア81iの外縁を成す、ドローン100の有効幅を有する環状の領域を、外周エリア811iとする。また、内側エリア生成部322は、外周エリア811iの内側を、内側エリア812iとする。なお、外周エリア811iは、ドローン100の有効幅以上の幅を有していてもよい。この場合、後述する外周経路生成部41により生成される外周経路は、外周エリア811iを複数回周回する経路であってもよい。
【００８１】
異形エリア生成部33は、エリア分割要否判定部31により生成された１又は複数のエリアのそれぞれに、異形エリアを生成する機能部である。
【００８２】
異形エリア82i,83iは、整形エリア81iよりも１個当たりの面積が小さいエリアであり、外周エリアおよび内側エリアを規定することができないエリアである。より具体的には、異形エリア82i,83iは、当該エリアの最短辺の長さが、ドローン100の有効幅の3倍から重複許容幅を除いた値未満である。図11の例においては、2か所の異形エリア82i,83iが策定されている。
【００８３】
経路生成対象エリア確定部34は、策定される各エリア811i,812i,82i,83iに対し、経路生成が可能なエリアか否かを判定し、経路生成の対象となるエリアを確定する機能部である。整形エリア81iおよび異形エリア82i,83iは、その形状により、運転が不可能な場合があるためである。経路生成対象エリア確定部34は、ドローン100の運転性能に基づいて定められる所定値に基づいて、経路生成が可能なエリアか否かを判定する。ドローン100の運転性能とは、ドローン100が等速運転に至るまでに要する助走距離、および等速運転から停止までに要する停止距離を含む。また、ドローン100の運転性能とは、薬剤散布や監視における有効幅を含む。
【００８４】
経路生成対象エリア確定部34は、外周エリア811iの長辺が、ドローン100が等速運転に至るまでに要する助走距離および停止に要する停止距離に基づいて定められる所定値未満である場合、当該外周エリア811iに経路生成を行わない旨の決定をする。例えば、外周エリア811iの長辺が、助走距離および停止距離を合計した値未満であるとき、経路生成を行わない旨の決定をする。また、外周エリア811iの最短辺がドローン100の有効幅に基づいて決定される所定値未満であるとき、経路生成を行わない。より具体的には、外周エリア811iの最短辺がドローン100の有効幅未満であるとき、経路生成を行わない。当該所定値未満である場合、外周エリア811iを周回する経路が生成できないためである。
【００８５】
同様に、経路生成対象エリア確定部34は、内側エリア812iの長辺が、ドローン100が等速運転に至るまでに要する助走距離および停止に要する停止距離に基づいて定められる所定値未満である場合、経路生成を行わない旨の決定をする。例えば、内側エリア812iの長辺が、助走距離および停止距離を合計した値未満であるとき、経路生成を行わない旨の決定をする。内側エリア812iの最短辺がドローン100の有効幅に基づいて決定される所定値未満であるとき、経路生成を行わない旨の決定をする。より具体的には、内側エリア812iの最短辺がドローン100の有効幅の2倍から重複許容値を除いた値未満であるとき、経路を生成しない。
【００８６】
また、経路生成対象エリア確定部34は、策定される異形エリア82i,83iそれぞれに対し、ドローン100の運転が可能か否かを判定する。異形エリア82i,83iに対する経路パターンは、長辺方向に向かって一方に飛行する経路、又は一往復する経路である。そこで、異形エリア82i,83iの最短辺がドローン100の有効幅に基づいて決定される所定値未満であるとき、経路生成対象エリア確定部34は、ドローン100が当該異形エリア内の運転を行わない旨の決定をする。より具体的には、異形エリア82i,83iの最短辺が重複許容未満であるとき、運転を行わない旨の決定をする。重複許容値は、例えばドローン100の有効幅の10%であってもよい。
【００８７】
また、異形エリア82i,83iの長辺が、ドローン100が等速運転に至るまでに要する助走距離および停止に要する停止距離に基づいて定められる所定値未満である場合も、運転を行わない旨の決定をする。例えば、異形エリア82i,83iの長辺が、助走距離および停止距離を合計した値未満であるとき、運転を行わない。
【００８８】
エリア策定部30は、策定されるエリアの情報を操作器401に送信し、操作器401で表示してもよい。また、運転不可のエリアがある場合には、その旨を警告する表示を行ってもよい。
【００８９】
なお、本例においては、外周エリア811i、内側エリア812i、および異形エリア83iは運転可能なエリアであり、異形エリア82iは運転不可のエリアである。
【００９０】
図14を用いて、ここまでに説明した、対象エリア情報を取得して経路生成対象エリアを確定するまでの工程を説明する。
【００９１】
まず、対象エリア情報取得部10は、圃場に関する座標情報を取得する（S21）。また、対象エリア情報取得部10は、障害物に関する座標情報を取得する（S22）。なお、ステップS21乃至S22は、順不同であり、同時であってもよい。
【００９２】
次いで、移動許可エリア生成部20は、圃場および障害物に関する座標情報に基づいて、移動許可エリアを生成する（S23）。
【００９３】
エリア分割要否判定部31は、移動許可エリアの形状および大きさに基づいて、移動許可エリアを分割する必要があるか否かを判定する（S24）。分割が必要である場合、エリア分割要否判定部31は、移動許可エリアを複数のエリアに分割する（S25）。
【００９４】
整形エリア生成部32は、移動許可エリア、又はエリア分割要否判定部31により分割される複数のエリアのそれぞれに整形エリアを生成し、さらに各整形エリアに外周エリアおよび内側エリアを生成する（S26）。
【００９５】
異形エリア生成部33は、移動許可エリアのうち整形エリア以外のエリアを、異形エリアとする（S27）。
【００９６】
次いで、経路生成対象エリア確定部34は、規定されるエリアそれぞれに対し、ドローン100の運転可否を判定する（S28）。ドローン100の運転が不可と判定される場合、経路生成対象エリア確定部34は、当該エリアを移動許可エリアから除去する（S29）。最後に、経路生成対象エリア確定部34は、運転可能なエリアを、経路生成対象エリアとして確定する（S30）。
【００９７】
図9に示す経路生成部40は、経路生成対象エリアに、経路パターンに基づいて運転経路を生成する機能部である。経路生成部40は、外周経路生成部41と、内側経路生成部42と、異形エリア経路生成部43と、経路連結部44と、を有する。
【００９８】
図9および図15に示すように、外周経路生成部41は、外周エリア811iにおける周回運転経路811rを生成する機能部である。周回運転経路811rは、外周エリア811i上を1回又は複数回周回する経路である。本実施形態においては左回りであるが、右回りであってもよい。
【００９９】
図16に示すように、外周経路生成部41は、外周エリア811iの内側に規定される内角が所定角以上であるか、所定角未満であるかに応じて、ドローン100に異なる曲がりパターンを実行させるようにしてもよい。例えば、図16(a)に示すように、外周エリア811iの内角が所定角以上である場合、ドローン100は前進および旋回を行いながら内角に沿って曲がる前進旋回を行う。より具体的には、ドローン100は、旋回点410pまで前進し、旋回点410pで内角に対応する角度だけ旋回し、その後前進する。前進旋回は、第１旋回の例である。
【０１００】
図16（b）に示すように、外周エリア811iの内角が所定角未満の場合、ドローン100は、エリアの境界線付近に位置する旋回点411pまで前進した後、経路412rに沿って後退しながら、隣接する別の境界線にドローン100の後部が沿うように旋回点413pまで移動することで方向転換する。すなわち、ドローン100は、「４」の字を描くような４の字旋回を行う。４の字旋回は、第２旋回の例である。この構成により、外周エリア811iの角部においても、ドローン100の機体が外周エリア811iの外側に逸脱することなく、広い領域にドローン100の有効領域を担保することが可能である。
【０１０１】
内側経路生成部42は、内側エリア812iにおける往復運転経路812rを生成する機能部である。往復運転経路812rは、内側エリア812iを往復して走査する経路である。往復運転経路812rは、内側エリア812iの各辺のうち、最も長い長辺813i方向に沿って連続して生成され、当該長辺813iに隣接する辺のうち短い方である短辺814i方向に沿う経路上で方向転換を行うように生成されている。言い換えれば、往復運転経路812rは、1又は複数対の往復経路が互いに連結されて構成されている。長辺813i方向に沿う運転経路は、長辺813iに平行であってもよいし、平行でなくてもよい。また、長辺813i方向に沿う運転経路のそれぞれは、互いに平行であってもよいし、平行でなくてもよい。
【０１０２】
なお、本実施形態においては、移動許可エリアを外側エリアと内側エリアに分けた上で、内側経路生成部が内側エリア内を往復して走査する運転経路を生成するものとした。しかし、外側エリアを規定せず、経路生成部が移動許可エリア全体を走査する運転経路を生成してもよい。
【０１０３】
内側経路生成部42は、内側エリアをさらに１又は複数の往復エリアに分割し、それぞれを往復して走査する往復経路を生成し、これらを連結する。往復エリアを区画する多角形は、三角形状又は四角形状である。内側経路生成部42は、内側エリアの外縁を区画する端辺のうち、最長辺を基準辺として、基準辺に隣接する辺のうち短い方の短辺の長さに基づいて、１個の往復エリアの形状を決定する。
【０１０４】
図17に例示する形状の内側エリア802iにおいて、基準辺は長辺803iである。内側経路生成部42は、長辺813iに隣接する辺のうち短い方である短辺804iの端部を出発し、長辺813iに沿って移動し、短辺814iに対向する対向辺805i上で方向転換をして、短辺804iに戻ってくることにより、往路および復路の対を成す第1往復経路71rを生成する。図中の経路幅は、ドローン100の有効幅を示す。ドローン100の有効幅とは、例えば薬剤散布用ドローン100が１方向の移動で薬剤散布可能な幅である。また、ドローン100の有効幅は、監視用に飛行するドローン100が1方向の移動で監視可能な幅である。
【０１０５】
内側経路生成部42は、第1往復経路71rに連結する、長辺803i方向に往復して走査する第2乃至第5往復経路72r-75rをそれぞれこの順に隣接して生成する。対になる各往復経路は互いに平行である。
【０１０６】
経路生成部40は、経路生成対象エリア内を複数回往復し、隣接する往復路同士又は隣接する往路と復路が往路起点側から往路終点側へ広がる又は狭まるように走査する往復運転経路を生成する。本実施形態においては、内側経路生成部42は、内側エリア802i内に当該往復運転経路を生成する。すなわち、第1乃至第5往復経路71r-75rは、短辺804iから対向辺805iに向かって互いの距離が次第に離れるように、放射状に生成されている。図17においては、往路起点は短辺804i、往路終点は対向辺805iにあり、隣接する第1乃至第5往復経路71r-75r同士は短辺804iから対向辺805iへ広がるように走査している。この構成により、向かい合う辺の長さが互いに異なる領域においても、効率的にドローン100を飛行させることができる。
【０１０７】
第1往復経路71rと第2往復経路72rは、短辺804i付近において有効幅が重複する重複領域81cを有する。また、第1往復経路71rと第2往復経路72rは、対向辺805i付近において走査されない隙間領域91cを有する。第2乃至第5往復経路72r乃至75rにおいても、それぞれ隣接する往復経路間であって短辺804i付近に、重複領域82c,83c,84cを有する。第2乃至第5往復経路72r乃至75rの、それぞれ隣接する往復経路間であって対向辺805i付近に、隙間領域92c,93c,94cを有する。
【０１０８】
重複領域81c-84cの幅81d-84dは、互いに等しい。また、隙間領域91d-94dの幅91d-94dは、互いに等しい。この構成によれば、重複領域81c-84cおよび隙間領域91c-94cの1個当たりの幅を可能な限り狭くすることができる。重複領域81c-84cの幅81d-84dは、例えば長辺803iと短辺804iの交点を通り長辺803iに直交する直線上における幅を計算することで求められる。隙間領域91c-94cの幅91d-94dは、例えば長辺803iと対向辺805iの交点を通り長辺803iに直交する直線上における幅を計算することで求められる。
【０１０９】
重複領域81c-84cの幅81d-84dは、有効幅に基づいて定められる所定幅よりも狭い。この所定幅は、例えば有効幅の約10分の1の幅である。幅81d-84dがこれより広いと、重複して移動する領域が大きくなり、薬剤を過剰に散布することになる。また、監視用ドローン100においては作業時間が増大する。
【０１１０】
同様に、隙間領域91c-94cの幅91d-94dは、有効幅に基づいて定められる所定幅よりも狭い。この所定幅は、例えば有効幅の約10分の1の幅である。幅91d-94dがこれより広いと、薬剤が散布されない領域が増大する。
【０１１１】
このように、内側経路生成部42は、各往復経路71r-75rの間に互いに等しい幅の重複領域81c-84c、および互いに等しい幅の隙間領域91c-94cが形成されるように、各往復経路71r-75rを放射状に形成する。内側エリア802iにおいては、許容される幅の重複領域および隙間領域を各所に配置することで内側エリア802iをほぼ網羅的に走査することができるため、内側経路生成部42は、内側エリア802iを分割せずに、１個の運転経路を生成する。
【０１１２】
内側経路生成部42は、重複領域および隙間領域の最大許容幅をあらかじめ記憶し、最大許容幅を許容しても内側エリア全体を走査できないと判定されるとき、内側エリアを複数の往復エリアに分割する。
図18に例示する内側エリア812iにおいては、基準辺である長辺813iと、長辺813iの両端に配置される短辺814iおよび短辺814iに対向する対向辺815iが、それぞれ規定されている。短辺814iから対向辺815iに向かって、許容される最大の重複領域および隙間領域を含んで走査する放射状の往復経路を生成すると、ドローン100の有効幅の端辺は、端辺816iとなる。内側経路生成部42は、長辺813i、短辺814i、対向辺815i、および端辺816iに囲まれる領域を第1往復エリア813aに決定し、内側エリア812iの他の領域とは分割して往復経路を生成する。
【０１１３】
内側経路生成部42は、当該他の領域に対して、端辺816iを第2基準辺とし、第1往復エリア813aとは別に往復経路を生成する。図18の例では、短辺815iに連続する第2短辺817iと、第2短辺817iに対向する第2対向辺818iが新たに規定される。内側経路生成部42は、第2短辺817iと第2対向辺818iとの間を走査する往復経路を生成する。この往復経路におけるドローン100の有効幅の端辺は、端辺819iとなる。内側経路生成部42は、第2長辺816i、第2短辺817i、第2対向辺818i、および第2端辺819iに囲まれる領域を第２往復エリア816aに決定し、内側エリア812iの第1往復エリア813aおよび他の領域とは分割して往復経路を生成する。
【０１１４】
内側エリア812iの第1、第2往復エリア813a,816a以外の領域819aは、三角形状である。内側経路生成部42は、第2端辺819iを第3基準辺とし、第3基準辺に平行な往復経路を領域819aに生成する。
【０１１５】
このように、内側経路生成部42は、内側エリア812iを複数の往復エリア813a,816a,819aに分割してそれぞれに経路を生成し、これらを連結する。この構成によれば、重複領域および隙間領域の総面積を小さくし、内側エリア内でドローン100を効率よく飛行させることができる。
【０１１６】
なお、内側経路生成部42は、3次元方向の位置情報を含む飛行経路に加えて、ドローン100の加減速および旋回に関する飛行計画を生成する。内側経路生成部42は、往復運転経路812rの往路と復路とを連結する折返領域において、出発後および、往路から折返領域への進入時に加速し、停止前および折返領域から前記復路への進入時に減速するように飛行計画を生成してもよい。折返領域とは、往路および復路の連結部分であって、往路および復路の等速直線飛行時の速度とは異なる速度、特に等速直線飛行よりも遅い速度でドローン100を飛行させる領域を指す。ドローン100は急発進および急停止することが困難であるため、あらかじめ加速および減速を開始する地点を飛行計画に含めておくことにより、効率よく飛行することができる。また、ドローン100が移動許可エリアを逸脱することを防止できる。また、往復経路を連結する折返領域においてドローン100を旋回させる情報も飛行計画に包含されていてもよい。
【０１１７】
また、内側経路生成部42は、折返領域の少なくとも一部が外周エリア811iに重複するように、往復運転経路812rを生成してもよい。折返領域においては低速で移動するため、監視や薬剤散布が往路および復路と同様には行えないおそれがある。例えば、低速での移動時に散布する薬剤を所定密度に維持することが困難であるため、薬剤散布を停止することがある。そこで、折返領域の少なくとも一部が外周エリア811iに重複することで、周回運転経路811rの飛行により折返領域の効果的な監視又は薬剤散布を担保することができる。
【０１１８】
図19に示すように、往復運転経路812rにおいて往路および復路の運転方向を主走査方向とするとき、内側経路生成部42は、往復運転経路812rにおいて往路から復路に折り返す折返領域を、往復運転経路812rの主走査方向と交わる方向に連続して走査する副走査経路101r,102rを生成してもよい。
【０１１９】
ドローン100が生育監視を目的に飛行する場合において、ドローン100は、圃場80に生育する作物に向かう下降気流を回転翼101により生じさせることにより、作物を倒伏させることで株元および穂先の撮影を行う。そのため、ドローン100が機首を旋回させる領域においては、下降気流601は、進行方向後方に向かってドローン100を中心とする放射円弧状に発生する。すると、撮影する領域の作物は意図通りに倒されず、適切な撮影が困難である。そこで、往復運転経路812rにおける折返領域においては、往復運転経路812rとは別に、等速直線飛行を行う副走査経路101r,102rを生成する。下降気流601によりなぎ倒される作物は、下降気流601の影響がなくなると略直立の状態に戻ることから、副走査経路101r,102rを飛行する際には、等速運転において生じる下降気流により、意図通りに作物を倒伏させ、生育状況を把握可能な画像を取得することができる。
【０１２０】
また、ドローン100が薬剤散布を目的に飛行する場合においては、作物の株元又は穂先、もしくは土壌を目標に薬剤を散布する。この場合にも、回転翼101の下降気流により、作物は倒伏する。したがって、作物の倒伏状態によっては、目標に意図通り薬剤を到達させることが困難である。内側経路生成部42が往復運転経路812rとは別に副走査経路101r、102rを生成する構成によれば、意図通りに作物を倒伏させることにより、内側エリア812iに対してより効果的に薬剤を散布することが可能である。
【０１２１】
副走査経路101r,102rは、互いに同方向であってもよいし、逆方向であってもよい。また、副走査経路101r,102rは、往復運転経路812rにおいて往路から復路に折り返す際に飛行する方向と同じ方向であってもよいし、逆方向であってもよい。
【０１２２】
本実施形態においては、副走査経路101r、102rは１対であったが、いずれか一方であってもよい。特に隙間領域91d-94dを横断するように生成される副走査経路102rを生成することで、薬剤散布又は生育監視を実効たらしめる領域を、効果的に補完することができる。
【０１２３】
異形エリア経路生成部43は、異形エリア83iにおける異形エリア運転経路83rを生成する機能部である。異形エリア運転経路83rは、異形エリア83iの長辺方向に向かって一方に飛行する経路、又は一往復する経路である。
【０１２４】
経路連結部44は、周回運転経路811r、往復運転経路812r、および異形エリア運転経路83rを連結する機能部である。この構成によれば、複数のエリアに分割して経路が生成される場合にも、経路の重複を最小限にして、効率のよい運転経路を生成することができる。
【０１２５】
●経路生成部が経路生成を行う概略フローチャート
図20に示すように、まず、外周経路生成部41は、外周エリア811iを周回する周回運転経路811rを生成する（S41）。次いで、内側経路生成部42は、内側エリア812iを往復する往復運転経路812rを生成する（S42）。異形エリア経路生成部43は、異形エリア83iを一方に飛行する、又は一往復する異形エリア運転経路83rを生成する（S43）。なお、ステップS41乃至S43は順不同であり、同時に行ってもよい。経路連結部44は、周回運転経路811r、往復運転経路812r、および異形エリア運転経路83rを連結する（S44）。
【０１２６】
凸多角形の整形エリアを生成し、整形エリアと異形エリアとを分けてそれぞれ運転経路を生成する構成によれば、内側エリアも整形エリアの外周と相似形の凸多角形に生成することができるので、重複する経路を最小限にして往復運転することができる。したがって、対象エリアを短時間で網羅的に運転することができる。すなわち、作業時間、ドローンのバッテリー消費、および薬剤消費の面で、効率のよい運転経路を生成可能である。また、薬剤散布用ドローンにおいては、重複して薬剤を散布するおそれが少なくなり、高い安全性を維持できる。
【０１２７】
図９に示す経路生成部40は、経路生成対象エリアに複数種類の運転経路を生成可能であってもよい。経路選択部50は、いずれの運転経路に決定するかを選択可能である。使用者は、生成される複数の運転経路を目視して、運転経路を決定してもよい。
【０１２８】
また、経路選択部50は、使用者により優先順位の情報が入力可能であってもよい。例えば、使用者は、作業時間、ドローン100のバッテリー消費量、および薬剤消費量のうち、いずれを最優先するかを操作器401に入力する。また、操作器401は、2番目に優先すべき指標を合わせて入力可能であってもよい。経路選択部50は、複数の運転経路のうち、入力される優先順位に最も合致する運転経路を選択する。この構成によれば、使用者の方針に合わせた、効率の良い経路生成が可能である。
【０１２９】
●内側経路生成部が内側エリアに経路を生成する工程を示すフローチャート
図21に示すように、まず、内側経路生成部42は、内側エリア812iの外周を規定する各辺のうち最も長い長辺813iを基準辺に決定する（S51）。また、内側経路生成部42は、内側エリア812i（図18参照）が四角形以上の多角形か否かを判定する（S52）。内側エリア812iが三角形の場合、内側エリア812i全体に、最長辺に平行な往復経路を生成する（S53）。
【０１３０】
内側エリア812iが四角形以上の多角形の場合、長辺813iに隣接する短い方の辺を第1短辺814i、長い方の辺を第1対向辺815iに決定する（S54）。
【０１３１】
内側経路生成部42は、第1短辺814iに基づいてドローン100の往復回数を決定する（S55)。
【０１３２】
内側経路生成部42は、第1対向辺815iの長さが、最大幅の重複領域および隙間領域を許容する場合、上記往復回数の往復経路により走査しうる長さか否かを判定する（S56）。第1対向辺815iが上記往復回数の往復経路により走査できる場合、内側経路生成部42は、第1対向辺815iの両端までドローン100が走査するように、重複領域および隙間領域の位置および幅を決定し、往復回数に応じた往復経路を平行又は放射状に生成する（S57）。
【０１３３】
第1対向辺815iの長さが上記往復回数の往復経路により走査可能な最大幅より長い場合、内側経路生成部42は、往復エリア813a内に、重複領域および隙間領域を最大幅とする往復経路を放射状に生成する（S58）。
【０１３４】
内側経路生成部42は、生成する往復経路におけるドローン100の有効幅の端辺816iを新たな基準辺とし（S58）、ステップS51に戻る。
【０１３５】
内側経路生成部42は、１又は複数の往復エリア813a,816a,819aに生成される各往復経路を連結する（ステップS60）。また、内側経路生成部42が、1又は複数の往復エリア813a,816a,819aのそれぞれに副走査経路を生成する場合は、各往復経路に加えて各副走査経路を連結する。
【０１３６】
図22乃至図25を用いて、エリア策定部30が策定する外周エリアおよび内周エリア、ならびに経路生成部40が生成する周回運転経路および往復運転経路の実施例を説明する。
【０１３７】
図22は、上方から見て略長方形に区画されている圃場80-1の例である。圃場80-1の周辺のある地点には、発着地点406-1が配置されている。圃場80-1の外縁には障害物がないため、圃場80-1の内側には、移動許可エリア80i-1が圃場80-1の略相似形である略長方形に規定されている。移動許可エリア80i-1の内側には、１個の外周エリア811i-1、および1個の内側エリア812i-1が規定されている。外周エリア811i-1には周回運転経路811r-1が生成され、内側エリア812i-1には往復運転経路812r-1が生成されている。周回運転経路811r-1および往復運転経路812r-1は、連結され、運転開始点Sと、運転終了点Gが規定されている。周回運転経路811r-1の旋回においては、４の字旋回が計画されている。本例においては内側エリア812i-1が略長方形であり、向かい合う短辺の長さが同等且つ略平行であるので、往復運転経路812r-1は略平行に生成されている。
【０１３８】
往復運転経路812r-1は、折返領域において外周エリア811i-1に突出している。言い換えれば、折返領域の少なくとも一部は外周エリア811i-1と重複している。ドローン100は折返領域に向かって飛行する際に減速し、折返領域から離れる方向に向かって飛行する際に加速する。ドローン100の飛行速度が所定以下であるときには意図通りの散布密度による薬剤散布、および生育監視が困難なおそれがある。そこで、折返領域を外周エリア811i-1に突出させ、内側エリア812i-1内での飛行速度を出来る限り保つことで、内側エリア812i-1における薬剤散布や生育監視の有効領域を担保する。
【０１３９】
図23は、上方から見て略長方形に区画されている圃場80-2の例である。圃場80-2の周辺のある地点には、発着地点406-2が配置されている。圃場80-2のうち一辺の近傍には、障害物81a-2が配置されている。そこで、移動許可エリア80i-2は障害物81a-1周辺の進入禁止エリア81b-2を避けて規定され、移動許可エリア80i-2の外縁の一部は、障害物81a-1周辺に規定される進入禁止エリア81b-2と端辺を共有している。移動許可エリア80i-2の内側には、１個の外周エリア811i-2、および1個の内側エリア812i-2が規定されている。外周エリア811i-2には周回運転経路811r-2が生成され、内側エリア812i-2には往復運転経路812r-2が生成されている。周回運転経路811r-2および往復運転経路812r-2は、連結され、運転開始点Sと、運転終了点Gが規定されている。周回運転経路811r-1の旋回においては、４の字旋回が計画されている。本例においては内側エリア812i-2が略長方形であり、向かい合う短辺の長さが同等且つ略平行であるので、往復運転経路812r-2は略平行に生成されている。
【０１４０】
図24は、上方から見て略多角形に区画されている圃場80-3の例である。圃場80-3の周辺であって、図中左下には、発着地点406-3が配置されている。圃場80-3の図中左右隣および下方には、複数の障害物81a-3が配置されている。移動許可エリア80i-3は、障害物81a-3周辺の進入禁止エリア81b-3を避けて策定される。
【０１４１】
移動許可エリア80i-3の内側には、1個の外周エリア811i-3および1個の内側エリア812i-3が規定されている。外周エリア811i-3には周回運転経路811r-3が生成される。内側エリア812i-3は、三角形状又は四角形状の3個の往復エリア813a-3,814a-3,815a-3に分割され、それぞれに往復運転経路813r-3,814r-3,815r-3が生成されている。本図においては、3個の往復エリア813a-3,814a-3,815a-3は便宜上それぞれ異なる網掛けが施されている。往復エリア813a-3,814a-3の向かい合う短辺の長さは異なるため、往復運転経路813r-3,814r-3はやや放射状に生成されている。また、往復運転経路813r-3,814r-3は、折返領域において外周エリア811i-3に突出している。すなわち、折返領域の少なくとも一部は、外周エリア811i-3に重なっている。
【０１４２】
図25は、上方から見て窪みを有する凹多角形に区画されている圃場80-4の例である。圃場80-4の図中左上には、発着地点406-4が配置されている。圃場80-4の図中左下方には、障害物81a-4が配置されている。圃場80-4は、整形エリア81i-4、82i-4に大きく分割され、整形エリア81i-4内には外周エリア811i-4および内側エリア812i-4が策定され、整形エリア82i-4内には外周エリア821i-4および内側エリア822i-4が策定されている。外周エリア811i-4,821i-4には周回運転経路811r-4,821r-4がそれぞれ生成される。内側エリア812i-4は、内側エリア812i-4は、三角形状又は四角形状の3個の往復エリア813a-4,814a-4,815a-4に分割され、それぞれに往復運転経路813r-4,814r-4,815r-4が生成されている。本図においては、往復エリア813a-4,814a-4,815a-4および内側エリア822i-4は便宜上それぞれ異なる網掛けが施されている。往復エリア813a-4,814a-4,815a-4の向かい合う短辺の長さは異なるため、往復運転経路813r-4,814r-4,815r-4はやや放射状に生成されている。また、往復運転経路813r-4,814r-4,815r-4は、折返領域において外周エリア811i-4に突出している。すなわち、折返領域の少なくとも一部は、外周エリア811i-4に重なっている。
【０１４３】
本構成によれば、効率よく移動できる自律運転の運転経路を生成することができる。
【０１４４】
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。農業用以外の、自律飛行を行うドローンにも適用可能である。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。
【０１４５】
（本願発明による技術的に顕著な効果）
本発明に係る運転経路生成システムにおいては、効率よく移動できる自律運転の運転経路を生成する。
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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