小型無人航空機（ドローン）について
ヤマハ発動機株式会社 ソリューション事業本部 UMS 事業推進部 開発部

1. はじめに2. 開発コンセプト

産業用無人ヘリコプターによる散布は、水稲防除

スタート時のコンセプトは「電動ドローンで業務を中心に発展してきており、日本国内での水稲防除効率・品質 No.1」とした。農業用ドローンで先行の４割以上を担うまでに成長してきた。しかし、米している中国製を中心としたドローンは、非常に優の生産量は減少の傾向が続いており、近年では水稲れた諸元で仕上げられている機体が多い。本開発でからの転作による農業の多様化や隣接住宅の増加なは前述の開発コンセプトに沿って、それら先行機をどにより、従来からの大規模な水稲圃場が変わりつ上回る諸元をターゲットに設定した。

つある。

また、「一般ユーザが期待どおりに使えるという一方、空の産業革命をもたらすと言われているドことはどういうことか」という問いを幾度となく繰ローンが３枚以上のローターを持つ無人機の形で、り返し、現場で求められる農業用マルチローターの撮影用等の小型タイプ（数百 g）から農業用などの開発を目指した。加えて、ユーザニーズにすばやく大型タイプ（5~30 kg）まで多種多様に登場してい対応し、利便性を高めるためには今後の拡張性やユる。少なくともドローンによる撮影映像は、我々のニットの交換容易性の確保が必須であるため、それ生活に着実に浸透しつつある。

らを考慮した機体構成、システムの実現も同時に目

この、より身近で簡便になったドローンの性能は、指した。以上より、以下の 4 項目を開発主眼とした。

近年多様化が進む農業での散布作業における市場（1）散布品質ニーズ（小規模化対応、適時散布、多作・用途拡大など）に合致しており、農業においても革命を起こ長年の実績がある産業用無人ヘリコプターと同等し生活をより豊かにしてくれることが期待されていの散布品質が達成できていること（請負での業務遂る。

行が可能）（2）機体サイズ・重量

しかしながら、農業用マルチロータータイプのドローンは、発展途上であり、ホビー用途向けの部品、簡易運用が可能な世界標準最大離陸重量 24.9 kg

電池等を組み合わせたドローンも多い。成長期から以下（55 lb 未満）で、1 ha 散布フライト（薬剤 8 リッ

成熟期を迎えるためには、一般のユーザが使い勝手トル搭載～散布作業終了）が可能であるパッケージの良さや期待どおりの能力を実感できるようなドング諸元であることローンを提供する必要がある。そのような使命を（3）信頼性もってドローン本体 YMR-08 とその付随アプリケー

農業向けツールとして信頼できることはもちろん、ションである液剤散布装置 SP1-10、粒剤散布装置先行機に対して優れた仕様や信頼性を有すること

GR1-10 を開発した。

（4）拡張性・利便性
今後の拡張性を加味して、様々なアプリケーションが簡単に接続できる機体やシステム仕様であるこ─ 12 ─

図 1 フィーチャーマップ
表 1 主要諸元
機体
機体名称

YMR-08最大離陸重量（kg）

24.9 以下

ローター枚数8

ローター配置

4X+ サイド二重反転

フライト時最大全幅（mm）

2181

フライト時最大全長（mm）

1923

全高（mm）※最大離陸重量目安

669

収納時最小全幅（mm）

1799

収納時最小全長（mm）

559（フレーム部）573（スキッド部）

フレーム形式

モノコックシェル

アーム収納形式

ストレート

ローター
ローター径（inch）

26

ローター形式

ハイブリッドローター

機体電カ・バッテリー
平均消費電力（kW）

2.5

バッテリー定格容量（Wh）852

定格電圧（V）

44.4

サイズ（mm）

L:360 W:149 H:166

バッテリーマネージメントシステム

HBM S-S L1 ※※ハイパワーバッテリー用マネージメントシステム
充電器
充電時間（時間）

通常充電：2.5 急速充電：1

散布装置

液剤散布装置粒剤散布装置

液剤散布装置名称

SP1-10GR1-10最大タンク容量（L）

10L

10L

吐出方式

ノズル方式（2 個）

インペラ一式散布幅（m）

45［除草剤（1kg 粒剤）使用時］

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とに加え、補修時の各部のユニット交換が容易であ付近）のダウンウォッシュ（降下気流）を強くした。

ること

ローターの回転方向と機体前進時の速度によって増速された図 2 に示す赤色の部分で風が強くなり、後

図 1 にフィーチャーマップを、表 1 に主要諸元を進時は青色の部分で強くなる。図 3 に流動解析結果示す。

3. 主要素技術開発を示す。現行無人ヘリコプターで実績がある速度20 km/h、散布幅 7.5 ｍで作ることができる風速を

概要

YMR-08 では 15 km/h、4 m の範囲で発生させるこ

本章では、前述の開発主眼を達成するための開発とができている。

内容を説明する。
（1）散布品質
空からの散布は、稲の株元近傍まで農薬を均一に届けることが最大の課題となる。無人ヘリコプター（約 100 kg：総重量）のように重量があれば、その重量を浮かすための空気量を使って、広い範囲に比較的大きな風を発生させ、株元まで浸透させることが可能である。しかし、その 1/4 程度の重量のドローンは手軽さと電動を基本としており、重量を大きく上げることは、効率上不可能となる。限られた空気を散布ノズル部に集中する必要があり、その最適な形を追求した結果 YMR-08 のレイアウトになった。
図 2 にそのレイアウトを示す。

図 3 無人ヘリコプター FAZER とYMR-08 ダウンウォッシュ比較解析（2）機体サイズ・重量
図2

ローターレイアウト

機体サイズおよび重量を検討するうえでは、1 人で容易に運搬できることを重視し、サイズは 2 m

散布ノズル上部に、今回新たに設計した二重反転程度、運搬時重量（機体重量）は 10 kg 以内に設定ローターを採用した。これにより、図 3 のように局した。重量については、フライト時に搭載する薬剤所的に非常に速い流速を作り、機体速度による外乱やバッテリーの重量を加えても国際規格を考慮して渦風に負けることなく下方へ加速させ、さらに前後設定した最大離陸重量 24.9 kg 以下となるように配方のローターの連成風により、作物の根本まで均一慮した。仕事効率については、機体全体のサイズがに薬剤を届けることができる。また、前後飛行でロー大きければ効率が上がるかというとそうではなく、ターの回転方向までの対称性を保ちながら、なるべドローンのバッテリーはかなりの大きさが必要とな

く広い範囲で幅方向に風を作れるレイアウトを採用り、その大きな容量を充電する作業自体が電動ドすることで、前後進時どちらでも同じ位置（ノズルローン運用の最大の負担となっている。機体を効率─ 14 ─

よく運用でき、1 フライトである程度まとまった圃

高度が低すぎると散布幅が確保できず、農薬が掛か場の散布をしながら、バッテリーのエネルギーも無りきらない範囲ができてしまう。逆に高すぎるとダ駄に使わないように最適化した機体サイズ・重量のウンウォッシュが活かせられず、農薬は作物にかか諸元としている。

らずドリフト（飛散）してしまう。散布する圃場に（3）信頼性

傾斜がある場合、推奨している飛行高度を維持する

信頼性については、図 1 および表 1 を参照。詳細

ことは技量の高いオペレータでも難しい。そこで、開発内容を要素ごとに示すことは今回は割愛する。

YMR-08 では「対地高度維持」制御を開発し、新た（4）拡張性・利便性にモード設定した。この機能により、傾斜や丘陵地拡張性については、今後の農業系アプリケーショでも一定高度で飛行が可能になっている。また、機ンの様々な広がりを考慮しながら、輸送系のベース体高度情報を使用して「着陸アシスト」機能も搭載プラットフォームとして設計した。図１のフィーした。地面との距離によって、適切な下降速度になチャーマップに下部アプリケーションとのハード的るように制御地面に近づくにつれて減速するため、な接合部を示す。システム上の接合は（2）の新電オペレータは複雑な操縦をしなくても楽に着陸させ装システムで詳述する。各部のユニットは、図 1 にることができる。

示すようにローター、ドライブユニット（モーター）、

5. 散布装置開発技術

各アームなどパーツごとに交換が容易な構造と部品（1）液剤 散布装置（SP1-10）構成になっている。

液剤散布装置は、タンクの中に充填された薬液が、４．新制御システム YACS-M（YAMAHA
Attitude Control System for Multi）

ポンプを介して両側先端のノズルから吐出される構成である。

機体の制御システムは、YMR-08 用に新設計した。

機体同様、散布装置も軽量化を狙い、樹脂部品を無人ヘリコプターは、機体自体が大きく、また熟練多用しながら最短経路での吐出が可能な配管レイアオペレータが多いこともあり、オペレータの狙い位ウトを実現した。図 4 に液剤散布装置全体図と配管置から数 cm 単位でのずれを修正するような小さなレイアウトを示す。

舵入力が多い。そのため、無人ヘリコプターの制御タンクの吐出口からポンプまでの経路を下り勾配システムはそのような小舵にも、機体を操縦する中にすることによりエア抜きの必要がなく、また薬液舵にも、また大舵にもスムーズな機体挙動ができるを最後まで使い切ることができる利便性に優れたレように「動くこと」に重点を置いた制御性になってイアウトとなっている。さらに、吐出量についてもいる。対して YMR-08 は、まだ経験が浅いオペレードローン特有の低速域（7.5 km/h）から高速域 20タから熟練オペレータまで、様々なスキルのオペkm/h）まで、ノズル 2 種で対応できる仕様としたレータが操縦すると想定されている。したがって、ことで利便性に貢献している。

YMR-08 の制御システムは、操縦に対しては素直に

本装置は、上記液剤を散布する機能に加え、機体動き、そしてしっかりと「止まること」に重点を置いた制御性を持たせた。操作モードは、舵入力を速度指令として機体の操縦ができ、スティックを離せばその場で止まる「ノーマルモード」に加え、手放しのまま一定速で直進飛行をしながら散布ができる「クルーズコントロール」、ターン操作自体も不要にして正確に一定間隔で散布できる「ターンアシスト」の 3 種からオペレータが選択することができる。これによりオペレータの操縦舵を極力減らし、疲労低減と散布精度向上に貢献している。
空散での農薬散布では、推奨する飛行高度がある。

─ 15 ─

図 4．液剤散布装置

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図6

ローラー種別写真

方視認性が向上するだけでなく、持ち手にもなるなど運用面での機能を有している。
タンク底部には窪みを設けることで、容量の半分程度の液剤量でもフライト中の姿勢変化により液剤が移動しにくい形状を採用した。これにより、フライト中の重心位置の変化を抑えて、飛行制御への悪影響を防止している。
（2）粒剤散布装置（GR1-10）
ほとんどの部品を樹脂化しており、脚部込みで約3kg の重量での構成とした。なお、脚部の基本部品
図5は、 液 剤 散 布 装 置 と 共 通 化 し た。 粒 剤 散 布 装 置

GR1-10 構造

GR1-10 は、ドローンによる農業分野での使用用途の降着装置としての機能も有する。部品点数の増加の多様化に合わせ、除草剤の散布だけでなく、多種を防ぐため、10 L の容量をもつ液剤タンクにも荷多様な粒剤に対応できる発展性を持たせた構成とし重を支える構造体としての機能をもたせ、タンクにた。以下にその特長を記す。

スキッド部品を取り付けるシンプルな構成とした。

基本性能として、粒剤落下の安定化と吐出量の調スキッドは、メインとサポートの 2 部品で構成し、整が可能なシステムを実現した。図 5 はその構造図

メインスキッドの材質には、比較的柔軟で靭性と耐とシステム図である。

摩耗性に優れたポリエチレン系、サポートスキッド

本装置では、これまでのドローン業界のスタンには剛性に優れた材料を採用した。これにより凹凸ダードであったシャッター機構は採用せず、モーのある地面でも 4 点で接地でき、また、着陸時の衝ター回転によりローラーを回すことで粒剤の最下部撃を吸収して他の構造体へのダメージを軽減するこに積極的に振動を与え、粒剤のトンネル状の空洞化とができる。

を防ぐ機構を新たに開発した。この機構では、ロー

スキッド先端が接地してしばらくの変位領域でラーの回転数を変化させることで粒剤の吐出量を回は、凹凸を吸収しながら 4 点接地を確実にする。さ転数依存の線形特性として制御できるようになってらに大きな変位域では、衝撃を緩和するために定数いる。フィードバックされた回転数により、負荷にが変化する特性となっており、着陸速度が速い場合よって出力トルクを変化させて指示された回転数をでも大きなエネルギーを吸収することが可能であ維持する。また、ローラーを交換することで、様々る。メインスキッドには低摩擦係数かつ耐摩耗性にな粒剤に対応可能とした。図 6 はその代表的なロー優れた材質を採用することで、引きずりや引っ掛かラー種である。

りを防止する機能を持たせた。また、サポートスキッ

これらのローラーにより、細かいタイプから荒いドは色部品の設定が可能であるため、それにより遠タイプまで多種多様な粒剤に対応することができ─ 16 ─る。図 5 に示すスピンナーの略中央部に粒剤を落下

ローン YMR-08 を開発した。お手本となる製品がさせ、スピンナーの回転による遠心力で拡散、落下なく、未知の状態からのスタートであった。「期待させている。散布分散性能については、この時の拡どおりに使えるということはどういうことか」を

散均一性が重要であり、フィンの形状を変えることユーザの視点に立って考え抜いた。その結果、産業により、一方向にピークを持たない均一分散を実現用無人ヘリコプタに匹敵する高い散布品質を実現すした。

ることができた。また、材料から形状、機構にいた前述の機能ユニット部分については、ワンタッチるまで徹底した軽量化に取り組み、15 分の連続飛で取り外し可能な構成とすることで清掃性を高める

行が可能な大容量バッテリーと薬剤 8 L を搭載しなとともに、粒剤の通路を防水構造にして各部品（ローがら最大離陸重量 24.9 kg 以下を達成することがでラー、ブラシ）の取り外しと交換が容易な構成としきた。

た。また、モニターしている回転数と負荷の情報か

この YMR-08 が、労働負担の大きい散布作業をら、粒剤切れや回転不能などの状態をユーザーにお軽減し、より効率的な農業経営や省人化に貢献でき知らせする機能の LED ランプ（図 5）も搭載した。

れば幸いである。また、ドローン産業が正しく成長、普及し、社会の役に立ち活躍してくれることを切に6. おわりに願っている。今後もその発展と普及に尽力していく

小規模圃場と個人使用をターゲットに産業用ド─ 17 ─所存である。

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