CN111683873A - 药剂播撒用无人机 - Google Patents
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Abstract
提供使向农场外的不期望的药剂飞散最小化的药剂播撒用无人机(无人飞行器)。积极地利用转子的下降气流来使目标场所以外的药剂的飞散最小化。可以灵活应用朝彼此相反的方向旋转的双级转子。进而，根据转子的旋转速度、机体总重量等参数的变化，来调整药剂喷出量、飞行速度、高度、喷嘴位置。优选在双级转子的上下的转子的转速之差超过给定值的情况下，中止药剂播撒。此外，优选采用具有能降低下降气流的空气阻力的形状的螺旋桨防护件。
Description
技术领域
本发明涉及进行农药等的药剂播撒的无人飞行器(无人机)，尤其涉及即使是复杂形状的狭窄的农场也能使药剂向农场外的飞散最小化的无人飞行器。
背景技术
一般被称为无人机的小型直升机(多旋翼直升机)的应用正在推进。作为其重要的应用领域之一，可列举向农田(农场)进行农药或液肥等的药剂播撒(例如，专利文献1)。与欧美相比，在农田狭小的日本，适合使用无人机而不是有人的飞机或直升机的情况较多。
通过准天顶卫星系统或RTK-GPS(Real Time Kinematic-Global PositioningSystem)等技术，使无人机在飞行中能够以厘米单位准确地得知本机的绝对位置，由此，在日本，即使在典型的狭小复杂的地形的农田中，也使得人手进行的操纵为最小限度而能够自主地飞行，并高效且准确地进行药剂播撒。
然而，即使能使无人机准确地在农场上飞行，也会由于风的影响等，存在药剂向农场外飞散这样的问题。尤其是虽然需要避免农药飞散至位于农场外的无农药栽培的庄稼的情况、或者避免向位于农场外的田埂等进行播撒的除草剂飞散至农场内的栽培用植物的情况等，但传统型的无人机无法适当地应对该问题。虽然在直升机设置风力和风向传感器并根据风向和风力来对航路进行微调整的技术是公知的(例如，专利文献2)，但如果要适用于狭窄的农场，控制的精度以及机构的复杂性这方面成为课题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：专利公开公报日本特开2001-120151
专利文献2：专利公开公报日本特开2006-176073
发明内容
发明所要解决的课题
提供使向农场外的药剂飞散最小化的药剂播撒用无人机(无人飞行器)。
用于解决课题的技术方案
本发明通过提供一种药剂播撒用无人飞行器来解决上述课题，所述药剂播撒用无人飞行器具备多个药剂播撒喷嘴、多个旋转翼、以及机体控制单元，所述多个药剂播撒喷嘴当中的至少一个药剂播撒喷嘴配置于所述多个旋转翼当中的至少一个旋转翼的下方，所述机体控制单元根据所述多个旋转翼当中的至少一个旋转翼的转速来调整机体的飞行速度或高度。
另外，本发明通过提供一种药剂播撒用无人飞行器来解决上述课题，所述药剂播撒用无人飞行器具备多个药剂播撒喷嘴、多个旋转翼、以及药剂喷出量调整单元，所述多个药剂播撒喷嘴当中的至少一个药剂播撒喷嘴配置于所述多个旋转翼当中的至少一个旋转翼的下方，所述药剂喷出量调整单元根据所述多个旋转翼当中的至少一个旋转翼的转速来调整药剂喷出量。
另外，本发明通过提供一种药剂播撒用无人飞行器来解决上述课题，所述药剂播撒用无人飞行器具备多个药剂播撒喷嘴、多个旋转翼、以及药剂播撒喷嘴位置调整单元，所述多个药剂播撒喷嘴当中的至少一个药剂播撒喷嘴配置于所述多个旋转翼当中的至少一个旋转翼的下方，所述药剂播撒喷嘴位置调整单元根据所述多个旋转翼当中的至少一个旋转翼的转速来调整所述药剂播撒喷嘴的位置或朝向。
另外，本发明通过提供一种药剂播撒用无人飞行器来解决上述课题，所述药剂播撒用无人飞行器具备多个药剂播撒喷嘴、多个旋转翼、机体重量测量单元以及机体控制单元，所述多个药剂播撒喷嘴当中的至少一个药剂播撒喷嘴配置于所述多个旋转翼当中的至少一个旋转翼的下方，所述机体控制单元根据由所述机体重量测量单元测量出的机体重量来调整机体的飞行速度或高度。
另外，本发明通过提供一种药剂播撒用无人飞行器来解决上述课题，所述药剂播撒用无人飞行器具备多个药剂播撒喷嘴、多个旋转翼、机体重量测量单元以及药剂喷出量调整单元，所述多个药剂播撒喷嘴当中的至少一个药剂播撒喷嘴配置于所述多个旋转翼当中的至少一个旋转翼的下方，所述药剂喷出量调整单元根据由所述机体重量测量单元测量出的机体重量来调整药剂喷出量。
另外，本发明通过提供一种药剂播撒用无人飞行器来解决上述课题，所述药剂播撒用无人飞行器具备多个药剂播撒喷嘴、多个旋转翼、机体重量测量单元以及药剂播撒喷嘴位置调整单元，所述多个药剂播撒喷嘴当中的至少一个药剂播撒喷嘴配置于所述多个旋转翼当中的至少一个旋转翼的下方，所述药剂播撒喷嘴位置调整单元根据由所述机体重量测量单元测量出的机体重量来调整所述药剂播撒喷嘴的位置或朝向。
另外，本发明通过提供一种药剂播撒用无人飞行器来解决上述课题，所述药剂播撒用无人飞行器具备多个药剂播撒喷嘴、多个旋转翼、机体速度测量单元以及药剂喷出量调整单元，所述多个药剂播撒喷嘴当中的至少一个药剂播撒喷嘴配置于所述多个旋转翼当中的至少一个旋转翼的下方，所述药剂喷出量调整单元根据由所述机体速度测量单元测量出的机体速度来调整药剂喷出量。
另外，本发明通过提供一种药剂播撒用无人飞行器来解决上述课题，所述药剂播撒用无人飞行器具备多个药剂播撒喷嘴、多个旋转翼、以及药剂喷出量调整单元，所述多个旋转翼当中的位于上下且彼此朝相反的方向旋转的旋转翼的组构成双重反转翼，所述多个药剂播撒喷嘴当中的至少一个药剂播撒喷嘴配置于所述双重反转翼的下方，在所述双重反转翼的上方的旋转翼的转速与下方的旋转翼的转速之差超过给定值的情况下，所述药剂喷出量调整单元停止药剂播撒。
另外，本发明通过提供一种药剂播撒用无人飞行器来解决上述课题，所述药剂播撒用无人飞行器是第0007段、第0008段、第0009段、第0010段、第0011段、第0012段、第0013段或第0014段的任一段记载的药剂播撒用无人飞行器，具备螺旋桨防护件，所述螺旋桨防护件由周边部和上下部构成，所述周边部具备带刚性的构件，所述上下部具备由纤维或者金属丝构成的网眼状的构件。
另外，本发明通过提供一种药剂播撒用无人飞行器来解决上述课题，所述药剂播撒用无人飞行器是第0007段、第0008段、第0009段、第0010段、第0011段、第0012段、第0013段或第0014段的任一段记载的药剂播撒用无人飞行器，具备螺旋桨防护件，所述螺旋桨防护件通过截面的长边方向大致垂直配置的薄板状的构件与机体主体进行连接。
另外，本发明通过提供一种控制药剂播撒用无人飞行器的方法来解决上述课题，所述药剂播撒用无人飞行器具备多个药剂播撒喷嘴、多个旋转翼、以及机体控制单元，所述多个药剂播撒喷嘴当中的至少一个药剂播撒喷嘴配置于所述多个旋转翼当中的至少一个旋转翼的下方，所述方法包括如下步骤：获取所述多个旋转翼当中的至少一个旋转翼的转速的步骤；以及根据获取到的所述转速来调整机体的飞行速度、机体飞行高度、药剂的喷出量、或者、药剂喷嘴的位置或朝向的步骤。
另外，本发明通过提供一种控制药剂播撒用无人飞行器的方法来解决上述课题，所述药剂播撒用无人飞行器具备多个药剂播撒喷嘴、多个旋转翼、以及药剂喷出量调整单元，所述多个旋转翼当中的位于上下且彼此朝相反的方向旋转的旋转翼的组构成双重反转翼，所述多个药剂播撒喷嘴当中的至少一个药剂播撒喷嘴配置于所述双重反转翼的下方，所述方法包括如下步骤：在所述双重反转翼的上方的旋转翼的转速与下方的旋转翼的转速之差超过给定值的情况下，所述药剂喷出量调整单元停止药剂播撒的步骤。
另外，本发明通过提供一种控制药剂播撒用无人飞行器的程序来解决上述课题，所述药剂播撒用无人飞行器具备多个药剂播撒喷嘴、多个旋转翼、以及机体控制单元，所述多个药剂播撒喷嘴当中的至少一个药剂播撒喷嘴配置于所述多个旋转翼当中的至少一个旋转翼的下方，所述程序使计算机执行如下命令：获取所述多个旋转翼当中的至少一个旋转翼的转速的命令；以及根据获取到的所述转速来调整机体的飞行速度、机体飞行高度、药剂的喷出量、或者、药剂喷嘴的位置或朝向的命令。
另外，本发明通过提供一种控制药剂播撒用无人飞行器的程序来解决上述课题，所述药剂播撒用无人飞行器具备多个药剂播撒喷嘴、多个旋转翼、以及药剂喷出量调整单元，所述多个旋转翼当中的位于上下且彼此朝相反的方向旋转的旋转翼的组构成双重反转翼，所述多个药剂播撒喷嘴当中的至少一个药剂播撒喷嘴配置于所述双重反转翼的下方，所述程序使计算机执行如下命令：在所述双重反转翼的上方的旋转翼的转速与下方的旋转翼的转速之差超过给定值的情况下，所述药剂喷出量调整单元停止药剂播撒的命令。
(发明效果)
即使在日本的典型的复杂形状的农场中，也能够实现使向农场外的飞散最小化的准确的药剂播撒。
附图说明
图1是本发明所涉及的农业用无人机的实施例的俯视图。
图2是本发明所涉及的农业用无人机的实施例的主视图。
图3是本发明所涉及的农业用无人机的实施例的右侧视图。
图4是使用本发明所涉及的农业用无人机的实施例的药剂播撒系统的整体概念图的示例。
图5是表示本发明所涉及的农业用无人机的实施例的控制功能的示意图。
图6是表示本发明所涉及的农业用无人机的漂移的减少效果的原理的实验图。
图7是表示本发明所涉及的农业用无人机的漂移的减少效果的原理的示意图。
图8是与本发明所涉及的农业用无人机的漂移的减少相适合的螺旋桨防护件的第一实施例的示意图。
图9是与本发明所涉及的农业用无人机的漂移的减少相适合的螺旋桨防护件的第二实施例的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图，对用于实施本发明的方式进行说明。附图均为例示。
图1中示出本发明所涉及的无人机(100)的实施例的俯视图，图2中示出其的(从行进方向侧观察)主视图，图3中示出其的右侧视图。此外，在本说明书中，无人机是指与动力单元(电力、原动机等)、操纵方式(是无线还是有线、以及是自主飞行型还是手动操纵型等)无关而具有多个旋转翼或飞行单元的所有飞行器。
旋转翼(101-1a、101-1b、101-2a、101-2b、101-3a、101-3b、101-4a、101-4b)(也被称为转子)是用于使无人机(100)飞行的单元，考虑到飞行的稳定性、机体尺寸以及电池消耗量的平衡，优选具备8台(2级构成的旋转翼为4套)。
电动机(102-1a、102-1b、102-2a、102-2b、102-3a、102-3b、102-4a、102-4b)是使旋转翼(101-1a、101-1b、101-2a、101-2b、101-3a、101-3b、101-4a、101-4b)旋转的单元(典型地是电动机，但也可以是发动机等)，优选相对于一个旋转翼设置有1台。为了无人机的飞行的稳定性等，优选1套内的上下的旋转翼(例如，101-1a和101-1b)以及与它们对应的电动机(例如，102-1a和102-1b)的轴位于同一直线上且彼此向相反方向旋转。此外，一部分的旋转翼(101-3b)以及电动机(102-3b)虽然未图示，但其位置是不言自明的，如果有左侧视图，则处于示出的位置。如图2及图3所示，用于对为了使旋转翼不与异物干扰而设置的螺旋桨防护件进行支承的放射状的构件优选不是水平而是塔架上的构造。这是为了防止在碰撞时该构件向转子侧压曲从而对旋转翼产生干扰。
药剂喷嘴(103-1、103-2、103-3、103-4)是用于将药剂朝向下方播撒的单元，优选具备4台。此外，在本申请说明书中，所谓药剂，一般是指农药、除草剂、液肥、杀虫剂、种子以及水等在农场播撒的液体或粉体。
药剂罐(104)是用于保管待播撒的药剂的罐，从重量平衡的观点出发，优选设置在靠近无人机(100)的重心的位置且比重心低的位置。药剂软管(105-1、105-2、105-3、105-4)是将药剂罐(104)与各药剂喷嘴(103-1、103-2、103-3、103-4)连接的单元，由硬质的原材料构成，也可以兼具支承该药剂喷嘴的作用。泵(106)是用于将药剂从喷嘴喷出的单元。
图4中示出使用本发明所涉及的无人机(100)的药剂播撒用途的实施例的系统的整体概念图。本图为示意图，比例尺不准确。操纵器(401)是用于通过使用者(402)的操作将指令发送给无人机(100)并且显示从无人机(100)接收到的信息(例如，位置、药剂量、电池剩余量、相机影像等)的单元，可以通过运行计算机程序的一般的平板终端等便携信息设备实现。本发明所涉及的无人机(100)优选被控制为进行自主飞行，但优选在起飞、返回等基本操作时以及紧急时能够进行手动操作。除便携信息设备之外，也可以使用具有紧急停止专用的功能的紧急用操作器(未图示)(紧急用操作器优选为具备大型的紧急停止按钮等的专用设备，以便在紧急时能够迅速地采取应对)。操纵器(401)和无人机(100)优选进行基于Wi-Fi等的无线通信。
农场(403)是作为无人机(100)的药剂播撒的对象的农田、田地等。实际上，存在农场(403)的地形复杂，事先无法获得地形图的情况或者地形图与现场的状况有差异的情况。通常，农场(403)与房屋、医院、学校、其他作物农场、道路、铁道等相邻。另外，有时在农场(403)内也存在建筑物、电线等障碍物。
基站(404)是提供Wi-Fi通信的母机功能等的装置，也作为RTK-GPS基站发挥功能，优选能够提供无人机(100)的准确的位置(也可以是Wi-Fi通信的母机功能与RTK-GPS基站相独立的装置)。营农云(405)是典型地在云服务上运营的计算机组和相关软件，优选与操纵器(401)通过移动电话线路等无线连接。营农云(405)可以进行用于分析无人机(100)拍摄到的农场(403)的图像，并掌握作物的生长状况，从而决定飞行路线的处理。另外，也可以将保存的农场(403)的地形信息等提供给无人机(100)。此外，也可以积累无人机(100)的飞行以及拍摄影像的历史记录，并进行各种分析处理。
通常，无人机(100)从位于农场(403)的外部的出发到达地点(406)起飞，并在农场(403)播撒药剂之后或者在需要补充药剂或充电等时返回到出发到达地点(406)。从出发到达地点(406)到目标的农场(403)的飞行路径(进入路径)可以由营农云(405)等事先保存，也可以由使用者(402)在起飞开始前输入。
图5中示出表示本发明所涉及的药剂播撒用无人机的实施例的控制功能的示意图。飞行控制器(501)是负责无人机整体的控制的构成要素，具体而言，可以是包括CPU、存储器、相关软件等的嵌入式计算机。飞行控制器(501)基于从操纵器(401)接收到的输入信息以及从后述的各种传感器得到的输入信息，通过ESC(Electronic Speed Control，电子速度控制)等控制单元，控制电动机(102-1a、102-1b、102-2a、102-2b、102-3a、102-3b、104-a、104-b)的转速，由此控制无人机(100)的飞行。优选为电动机(102-1a、102-1b、102-2a、102-2b、102-3a、102-3b、104-a、104-b)的实际的转速被反馈至飞行控制器(501)并能够监视是否进行了正常的旋转的构成。或者，也可以是在旋转翼(101)设置光学传感器等而旋转翼(101)的旋转被反馈至飞行控制器(501)的构成。
飞行控制器(501)使用的软件优选为为了功能扩展、变更、问题修正等而能够通过存储介质等或通过Wi-Fi通信、USB等通信单元进行改写。在此情况下，为了不进行基于不正当的软件的改写，优选进行基于加密、校验和、电子签名、病毒检测软件等的保护。另外，飞行控制器(501)在控制中使用的计算处理的一部分可以通过存在于操纵器(401)上或者营农云(405)上、其他场所的其他的计算机执行。飞行控制器(501)的重要性较高，因此其构成要素的一部分或者全部可以双重化。
电池(502)是向飞行控制器(501)以及无人机的其他构成要素供给电力的单元，优选为充电式。优选电池(502)经由包括保险丝或断路器等的电源组件与飞行控制器(501)连接。电池(502)优选为除了电力供给功能之外，还具有将其内部状态(蓄电量、累计使用时间等)向飞行控制器(501)传递的功能的智能电池。
优选飞行控制器(501)能够经由Wi-Fi子机功能(503)，进而经由基站(404)与操纵器(401)进行信息交换，从操纵器(401)接收必要的指令，并且将必要的信息向操纵器(401)发送。在此情况下，优选对通信实施加密，能够防止窃听、冒充、设备的盗用等不正当行为。优选基站(404)除了基于Wi-Fi的通信功能之外，还具备RTK-GPS基站的功能。通过将RTK基站的信号与来自GPS定位卫星的信号进行组合，由此通过GPS模块(504)，能够以数厘米程度的精度对无人机(100)的绝对位置进行测定。GPS模块(504)的重要性高，因此优选进行双重化/多重化，另外，为了应对特定的GPS卫星的障碍，优选控制经冗余化的各个GPS模块(504)以使用其他的卫星。
加速度传感器(505)是测定无人机机体的加速度的单元(进而，是通过加速度的积分来计算速度的单元)，优选是6轴传感器。地磁传感器(506)是通过地磁的测定来测定无人机机体的方向的单元。气压传感器(507)是测定气压的单元，也能够间接地测定无人机的高度。激光传感器(508)是利用激光的反射来测定无人机机体与地表的距离的单元，优选使用IR(红外线)激光。声纳(509)是利用超声波等的声波的反射来测定无人机机体与地表的距离的单元。这些传感器类可以根据无人机的成本目标、性能要件而进行取舍选择。另外，也可以追加用于测定机体的倾斜度的陀螺传感器(角速度传感器)、用于测定风力的风力传感器等。另外，这些传感器类优选进行双重化或多重化。在存在同一目的的多个传感器的情况下，飞行控制器(501)可以仅使用其中的一个，并在其发生了故障时，切换为替代的传感器来使用。或者，也可以同时使用多个传感器，在各自的测定结果不一致的情况下，视为发生了故障。
流量传感器(510)是用于测定药剂的流量的单元，优选设置于从药剂罐(104)到药剂喷嘴(103)的路径的多个场所。液体不足传感器(511)是检测药剂的量为给定的量以下的情况的传感器。多光谱相机(512)是拍摄农场(403)并取得用于图像分析的数据的单元。障碍物检测相机(513)是用于检测无人机障碍物的相机，由于图像特性和透镜的朝向与多光谱相机(512)不同，因此优选是与多光谱相机(512)不同的设备。开关(514)是用于供无人机(100)的使用者(402)进行各种设定的单元。障碍物接触传感器(515)是用于检测无人机(100)、特别是其转子、螺旋桨防护件部分与电线、建筑物、人体、树木、鸟或者其他的无人机等障碍物接触的传感器。盖传感器(516)是检测无人机(100)的操作面板或内部保养用的盖为开放状态的传感器。药剂注入口传感器(517)是检测药剂罐(104)的注入口为开放状态的传感器。这些传感器类可以根据无人机的成本目标、性能要件进行取舍选择，也可以进行双重化/多重化。另外，也可以在无人机(100)外部的基站(404)、操纵器(401)、或者其他场所设置传感器，将读取的信息向无人机发送。例如，也可以在基站(404)设置风力传感器，将与风力/风向相关的信息经由Wi-Fi通信向无人机(100)发送。
飞行控制器(501)对泵(106)发送控制信号，并进行药剂喷出量的调整、药剂喷出的停止。优选为泵(106)的当前时间点的状况(例如，转速等)被反馈至飞行控制器(501)的构成。
LED(517)是用于向无人机的操作者通知无人机的状态的显示单元。也可以代替LED或者在此基础上使用液晶显示器等显示单元。蜂鸣器(518)是用于通过声音信号通知无人机的状态(特别是错误状态)的输出单元。Wi-Fi子机功能(519)与操纵器(401)不同，例如是为了软件的传送等而与外部的计算机等进行通信的可选的构成要素。也可以代替Wi-Fi子机功能或者在此基础上，使用红外线通信、Bluetooth(注册商标)、ZigBee(注册商标)、NFC等其他的无线通信单元或者USB连接等的有线通信单元。扬声器(520)是通过已录音的人声、合成声音等通知无人机的状态(特别是错误状态)的输出单元。根据天气状态，有时难以看到飞行中的无人机(100)的视觉上的显示，因此在这样的情况下，基于声音的状况传递是有效的。警告灯(521)是通知无人机的状态(特别是错误状态)的闪光灯等的显示单元。这些输入输出单元可以根据无人机的成本目标、性能要件进行取舍选择，也可以进行双重化/多重化。
图6示出表示本发明所涉及的农业用无人机的漂移的减少效果的原理的实验结果的图。如图6-a所示，根据发明者的实验，在双级转子构成的旋转翼下，从上方观察，在从相对于旋转翼的中心而处于半径的约50％的距离的位置起至约90％的位置为止的区间明显存在气流的速度特别快的圆筒状的区域。图6-b是图6-a的示意图，旋转翼(601)是图1、图2以及图3中描绘的旋转翼的示意性图示。在将转子的直径为70厘米、转子旋转速度为每分2,000转、机体重量为20千克作为典型的设计数值的情况下，该圆筒状的区域(602)中的风速为每秒10米以上。通过在该圆筒状的区域中放置药剂喷嘴来播撒药剂，从而该圆筒状的区域成为所谓的保护壁，能使向其外部的不希望的药剂飞散最小化这样的效果通过发明者的实验而明确。此外，图6-c是基于一级转子构成的无人机的同样的实验结果(参考图)，但气流的速度快的圆筒状的区域与双级转子构成的情况相比，并不明确。另外，在发明者所作的实验中，明显地，在一级转子构成的情况下，基于转子的回旋流的影响，药剂向农场外的不希望的飞散反而增加。因此，为了使本发明的效果最大化，优选使用双级转子构成的无人机。进而，通过使用双级转子构成，能够削减气流的紊乱并维持风速，因此还得到向农场的庄稼的谷秆根也能高效地播撒药剂这样的次要效果。此外，为了积极地利用本发明所涉及的无人机的旋转翼所产生的气流，优选在使到达庄稼的气流成为秒速7米程度那样的高度处(典型地，农场的庄稼上部约75厘米)进行飞行。
图7示出通过发明者的实验而明确的基于本发明所涉及的无人机的药剂喷嘴的位置能使药剂的飞散最小化的原理。图7是图1、图2以及图3所示的无人机的示意图(基于经过旋转翼(701)的中心轴的平面的截面图)。在无人机移动时，图6所示的圆筒状的气流的速度快的区域朝行进方向的后面倾斜。优选将药剂喷嘴(702)配置于该倾斜的圆筒状的区域内部且从行进方向观察时位于前侧的部分。如此，药剂乘着朝无人机的向下方向的第一气流(703-1)而朝无人机的向下方向高效地(在使不希望的飞散最小化的同时)进行播撒。一部分的药剂虽然向后方流动，但会再次乘着朝无人机的向下方向的第二气流(703-2)而朝无人机的向下方向高效地进行播撒。以下同样，能够还利用第三气流(703-3)、第四气流(703-4)，在将药剂的不希望的飞散抑制到最小限度的同时向无人机的正下方进行播撒。
飞行控制器(501)优选基于流量传感器(510)来控制泵(106)，并将药剂喷出量维持为恒定。在此情况下，可以基于由气温传感器测量出的气温或者由气压传感器(507)测量出的气压来调整药剂喷出量。
(基于转子转速的调整)
在典型的药剂撒布用无人机中，成为播撒的对象的药剂的重量为约10千克。由于机体主体的重量为约20千克，因此在药剂播撒开始时与即将结束时，机体整体的重量产生大的差异。无人机(100)通过旋转翼(101)所产生的朝着向下方向的气流来支承机体整体，因此在重量轻时，旋转翼的转速低，随之朝向下方的气流的速度也下降，前述的药剂的飞散防止效果也降低。因此，飞行控制器(501)始终测量旋转翼(101)的转速，尤其是处于药剂喷嘴(103)的上方位置的构成双级转子的旋转翼(101-2a、101-2b、101-4a、101-4b)的转速，并根据转速的下降来减少泵(106)的药剂喷出量或使飞行速度下降或者进行其两者。在不能直接测量旋转翼(101)的转速的情况下，可以将飞行控制器(501)经由ESC(Electronic SpeedControl)等控制单元发送给电动机(102)的控制信号所示的转速视作与该电动机(102)对应的旋转翼(101)的转速。
无人机(100)通过使行进方向后方的旋转翼(101)的旋转速度比行进方向前方的旋转翼(101)的旋转速度高，来使机体向前方倾斜而向前方前进。因此，通过减小行进方向后方的旋转翼(101)的旋转速度与行进方向前方的旋转翼(101)的旋转速度之差，能够使飞行速度下降。飞行控制器(501)在使无人机(100)的飞行速度下降时，为了使农场(403)的每单位面积的药剂播撒量保持恒定，优选对泵(106)进行控制来使药剂播撒量下降。在此情况下，在飞行速度低于给定的下限速度(例如，时速5千米)时，稳定的药剂播撒变得困难，因此可以停止药剂播撒。此外，飞行速度能够通过GPS(504)来计算机体水平座标的微分从而进行测量。
(播撒位置可变)
可以替代上述说明中的使无人机(100)的飞行速度下降的控制，或者兼而有之，飞行控制器(501)还进行使无人机(100)的飞行高度下降的控制。这是由于，若飞行高度低，则能够降低药剂飞散的影响，抵消旋转翼(101)的气流速度下降的影响。另外，可以将药剂喷嘴(103)的位置以及方向例如设为能由步进电动机等进行变更的构成，飞行控制器(501)可以进行降低药剂喷嘴(103)的位置、使方向朝下、或者执行这两者的控制。这是由于，若药剂喷嘴(103)的位置低，则同样能减小飞散的影响。此外，从最初起就降低药剂喷嘴(103)的位置，会增加飞行时的空气阻力、使稳定的着陆变得困难、以及增加无人机与障碍物的接触的风险，故不优选，因此优选在飞行时根据需要来降低药剂喷嘴(103)的位置。
(基于重量的调整)
可以取代前述的基于旋转翼的转速的控制，或者在其基础上，还进行基于机体整体的重量的喷出量、机体速度、机体高度以及播撒喷嘴的位置和朝向的调整。重量减少时，与旋转翼的旋转速度下降时同样，优选进行对药剂的喷出量进行削减、使机体速度下降、降低机体高度或者降低喷射喷嘴位置这样的对策的任意一个以上。
机体重量可以使用由加速度传感器(505)测量出的加速度、或者作为通过GPS多普勒(504-3)、GPS(504)等手段测量出的速度的微分值的加速度来进行估计。若处于上升时，在将电动机(102)的推力设为T、重力加速度设为g、测量出的机体的加速度设为α的情况下，机体整体的重量M按照M＝T/(α+g)进行求取。电动机(102)的推力T基于电动机的转速进行确定，飞行控制器(501)能测量电动机转速，因此能够估计机体的重量。另外，在不能直接测量电动机转速的情况下，飞行控制器(501)可以将向电动机(102)指示的目标转速视作电动机转速，并基于此来估计推力。
另外，可以通过对等速水平飞行中的无人机(100)的机体的倾斜度进行测量来估计机体重量。机体的倾斜度既可以通过具备陀螺仪传感器来直接测量，也可以通过对6轴方式的加速度传感器(505)的测量值进行二次微分来进行估计。在等速水平飞行中，机体的空气阻力、重力、基于旋转翼的推力相平衡。空气阻力是机体的飞行速度的函数，基于旋转翼的推力是电动机的转速的函数，重力是机体重量的函数，因此若机体的倾斜度、电动机的转速、机体的飞行速度已知，则能估计重量。此外，可以设置风力传感器，并通过风力和风向来校正空气阻力系数。
另外，在飞行中重量变化的最大原因是药剂的量，因此可以通过利用药剂罐中的水平传感器对药剂的液面的高度进行测量，从而测量药剂的剩余量，并据此估计机体整体的重量。在此情况下，可以在药剂罐中具备水压传感器，并通过估计药剂罐中的药剂的重量，来估计机体整体的重量。
(故障检测)
如前述说明，为了使本发明所涉及的飞散防止效果有效，需要使双级转子中的上侧的旋转翼与下侧的旋转翼以大致相同的转速(相反方向)进行旋转。飞行控制器(501)在检测到上侧的旋转翼与下侧的旋转翼的转速之差(尤其是位于喷嘴(103)的上方的旋转翼组中的转速之差)超过给定的基准值的情况下，即使能继续飞行，也优选对泵(106)进行控制来停止药剂播撒。这是由于存在无法发挥充分的飞散防止效果的可能性。在此情况下，飞行控制器(501)优选不仅能向操纵器(401)显示错误消息，而且进行迅速返回至出发到达地点(406)的控制。
(螺旋桨防护件的构造)
本发明所涉及的无人机(100)优选具备螺旋桨防护件。螺旋桨防护件优选具有为了防止手指误入事故等而所需的安全性和强度。图8示出在本发明所涉及的无人机(100)中使用的螺旋桨防护件的第一实施例示意图。本图是示意图，比例尺并不准确。另外，本图示出的螺旋桨防护件在图1、图2以及图3中并未示出。在图8中，旋转翼(801)仅示出一级，但如前所述，实际中优选构成为双级。另外，并未图示将电动机以及螺旋桨防护件固定于机体主体的构件。为了防止手指误入事故或异物卷入事故、以及为了在万一发生的碰撞或坠落时保护旋转翼等重要部件，螺旋桨防护件，尤其是在带机体的情况下手将触及的周边部需要具备能维持必要强度的足够细密的格子构造(网构造)，但另一方面，又希望是不妨碍前述的飞散防止效果的构造。故而，可以设为如下构造：在将螺旋桨防护件的外周部(802)作为由带刚性的构件构成的构件而确保碰撞时的强度的同时，将转子(801)的上下部分(803)设为由纤维或金属丝构成的网眼状的构件。此外，虽然在图8中未图示转子(801)的下部的构件，但实际上与上部同样，优选设为由纤维或金属丝构成的网眼状的构件的构造。针对每种构件，为了防止手指误入事故，优选将间隙设为手指无法进入的宽度(大致15毫米以下)。尤其外周部以及靠近外周部的上下部在搬运无人机(100)时成为用手抓持的位置，因此优选将间隙设为手指无法进入的宽度(例如，大致10毫米以下)。
可以替代图8的构成，或者在其基础上，如图9所示上面的螺旋桨防护件构件，尤其是对螺旋桨防护件整体与连接于机体的构件(901)(典型地，位于旋转翼(902)的中心轴上的构件)进行相连的放射状上的支持构件(903)不是圆线或者角规状，而是设为条状(平板)的形状，且将长边方向配置为朝向垂直方向，使得能在维持强度的同时，使朝着向下方向的气流最大化。虽然在图9中，支持构件(903)仅示出一部分，但实际上，优选还设置于附图的前方以及旋转翼(902)的下方。另外，在图9中未图示螺旋桨防护件的外周部的构件。旋转翼(902)实际上优选具备2台，但仅图示了1台。支持构件(903)之间的间隙可以通过图8所示的网状的构件进行保护。另外，可以与放射状的支持构件同样，将平板形状的构件配置为长边方向朝向垂直方向。
(本发明的技术上的显著效果)
通过本发明所涉及的无人机，在最大限度地利用旋转翼的气流的同时，在不用为了飞散最小化而设置特别的追加装置的前提下就使得药剂的不希望的飞散最小化，能够提高药剂播撒无人机的效率性和效果。
Claims (14)
1.一种药剂播撒用无人飞行器，具备多个药剂播撒喷嘴、多个旋转翼、以及机体控制单元，
所述多个药剂播撒喷嘴当中的至少一个药剂播撒喷嘴配置于所述多个旋转翼当中的至少一个旋转翼的下方，
所述机体控制单元根据所述多个旋转翼当中的至少一个旋转翼的转速来调整机体的飞行速度或高度。
2.一种药剂播撒用无人飞行器，具备多个药剂播撒喷嘴、多个旋转翼、以及药剂喷出量调整单元，
所述多个药剂播撒喷嘴当中的至少一个药剂播撒喷嘴配置于所述多个旋转翼当中的至少一个旋转翼的下方，
所述药剂喷出量调整单元根据所述多个旋转翼当中的至少一个旋转翼的转速来调整药剂喷出量。
3.一种药剂播撒用无人飞行器，具备多个药剂播撒喷嘴、多个旋转翼、以及药剂播撒喷嘴位置调整单元，
所述多个药剂播撒喷嘴当中的至少一个药剂播撒喷嘴配置于所述多个旋转翼当中的至少一个旋转翼的下方，
所述药剂播撒喷嘴位置调整单元根据所述多个旋转翼当中的至少一个旋转翼的转速来调整所述药剂播撒喷嘴的位置或朝向。
4.一种药剂播撒用无人飞行器，具备多个药剂播撒喷嘴、多个旋转翼、机体重量测量单元以及机体控制单元，
所述多个药剂播撒喷嘴当中的至少一个药剂播撒喷嘴配置于所述多个旋转翼当中的至少一个旋转翼的下方，
所述机体控制单元根据由所述机体重量测量单元测量出的机体重量来调整机体的飞行速度或高度。
5.一种药剂播撒用无人飞行器，具备多个药剂播撒喷嘴、多个旋转翼、机体重量测量单元以及药剂喷出量调整单元，
所述多个药剂播撒喷嘴当中的至少一个药剂播撒喷嘴配置于所述多个旋转翼当中的至少一个旋转翼的下方，
所述药剂喷出量调整单元根据由所述机体重量测量单元测量出的机体重量来调整药剂喷出量。
6.一种药剂播撒用无人飞行器，具备多个药剂播撒喷嘴、多个旋转翼、机体重量测量单元以及药剂播撒喷嘴位置调整单元，
所述多个药剂播撒喷嘴当中的至少一个药剂播撒喷嘴配置于所述多个旋转翼当中的至少一个旋转翼的下方，
所述药剂播撒喷嘴位置调整单元根据由所述机体重量测量单元测量出的机体重量来调整所述药剂播撒喷嘴的位置或朝向。
7.一种药剂播撒用无人飞行器，具备多个药剂播撒喷嘴、多个旋转翼、机体速度测量单元以及药剂喷出量调整单元，
所述多个药剂播撒喷嘴当中的至少一个药剂播撒喷嘴配置于所述多个旋转翼当中的至少一个旋转翼的下方，
所述药剂喷出量调整单元根据由所述机体速度测量单元测量出的机体速度来调整药剂喷出量。
8.一种药剂播撒用无人飞行器，具备多个药剂播撒喷嘴、多个旋转翼、以及药剂喷出量调整单元，
所述多个旋转翼当中的位于上下且彼此朝相反的方向旋转的旋转翼的组构成双重反转翼，
所述多个药剂播撒喷嘴当中的至少一个药剂播撒喷嘴配置于所述双重反转翼的下方，
在所述双重反转翼的上方的旋转翼的转速与下方的旋转翼的转速之差超过给定值的情况下，所述药剂喷出量调整单元停止药剂播撒。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的药剂播撒用无人飞行器，其中，
所述药剂播撒用无人飞行器具备螺旋桨防护件，所述螺旋桨防护件由周边部和上下部构成，所述周边部具备带刚性的构件，所述上下部具备由纤维或者金属丝构成的网眼状的构件。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的药剂播撒用无人飞行器，其中，
所述药剂播撒用无人飞行器具备螺旋桨防护件，所述螺旋桨防护件通过截面的长边方向大致垂直配置的薄板状的构件与机体主体进行连接。
11.一种控制药剂播撒用无人飞行器的方法，所述药剂播撒用无人飞行器具备多个药剂播撒喷嘴、多个旋转翼、以及机体控制单元，所述多个药剂播撒喷嘴当中的至少一个药剂播撒喷嘴配置于所述多个旋转翼当中的至少一个，
所述方法包括如下步骤：
获取所述多个旋转翼当中的至少一个旋转翼的转速的步骤；以及
根据获取到的所述转速来调整机体的飞行速度、机体飞行高度、药剂的喷出量、或者、药剂喷嘴的位置或朝向的步骤。
12.一种控制药剂播撒用无人飞行器的方法，所述药剂播撒用无人飞行器具备多个药剂播撒喷嘴、多个旋转翼、以及药剂喷出量调整单元，
所述多个旋转翼当中的位于上下且彼此朝相反的方向旋转的旋转翼的组构成双重反转翼，
所述多个药剂播撒喷嘴当中的至少一个药剂播撒喷嘴配置于所述双重反转翼的下方，
所述方法包括如下步骤：
在所述双重反转翼的上方的旋转翼的转速与下方的旋转翼的转速之差超过给定值的情况下，所述药剂喷出量调整单元停止药剂播撒的步骤。
13.一种控制药剂播撒用无人飞行器的程序，所述药剂播撒用无人飞行器具备多个药剂播撒喷嘴、多个旋转翼、以及机体控制单元，所述多个药剂播撒喷嘴当中的至少一个药剂播撒喷嘴配置于所述多个旋转翼当中的至少一个旋转翼的下方，
所述程序使计算机执行如下命令：
获取所述多个旋转翼当中的至少一个旋转翼的转速的命令；以及
根据获取到的所述转速来调整机体的飞行速度、机体飞行高度、药剂的喷出量、或者、药剂喷嘴的位置或朝向的命令。
14.一种控制药剂播撒用无人飞行器的程序，所述药剂播撒用无人飞行器具备多个药剂播撒喷嘴、多个旋转翼、以及药剂喷出量调整单元，
所述多个旋转翼当中的位于上下且彼此朝相反的方向旋转的旋转翼的组构成双重反转翼，
所述多个药剂播撒喷嘴当中的至少一个药剂播撒喷嘴配置于所述双重反转翼的下方，
所述程序使计算机执行如下命令：
在所述双重反转翼的上方的旋转翼的转速与下方的旋转翼的转速之差超过给定值的情况下，所述药剂喷出量调整单元停止药剂播撒的命令。
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