CN112912693B - 行驶路径生成系统、行驶路径生成方法和计算机可读取记录介质以及无人机 - Google Patents

Abstract

本发明旨在生成能高效地进行移动装置的出发到达地点与作业对象区的给定地点之间的基于自主驾驶的移动控制的行驶路径。行驶路径生成系统(1000)生成在对象区(80)外的出发到达地点(406)出发或到达并在对象区内移动的无人机(100)的行驶路径。该行驶路径生成系统具备：区内路径生成部(40)，其根据所获取的对象区的座标信息，在对象区内生成区内行驶路径(80r)；出发到达路径生成部(61)，其生成对出发到达地点与区内行驶路径上的给定的连接地点(P1)进行连结的出发到达路径(41r)；以及中断地点存储部(612)，其对所述无人机在所述区内行驶路径上中断飞行的地点的座标进行存储。

Description

行驶路径生成系统、行驶路径生成方法和计算机可读取记录 介质以及无人机

技术领域

本发明涉及行驶路径生成系统、行驶路径生成方法和行驶路径生成程序以及无人机。

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)。在较狭小的农田，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度而能够自主地飞行，并高效且准确地进行药剂播撒。

另一方面，对于面向农业用的药剂播撒的自主飞行型无人机而言，存在很难说对安全性的考虑充分的情况。由于搭载有药剂的无人机的重量为几十公斤，因此在落到人身上等事故发生的情况下，可能会导致严重的后果。另外，通常，由于无人机的操作者不是专业人员，因此需要防止误操作的机制，但对此的考虑也不充分。迄今为止，虽然存在以人的操纵为前提的无人机的安全性技术(例如，专利文献2)，但不存在用于应对尤其是面向农业用的药剂播撒的自主飞行型无人机特有的安全性课题的技术。

另外，自动生成无人机进行自主飞行的行驶路径的方法是必要的。在专利文献3中公开了一种行驶路径生成系统，其生成在农场中往返行驶的往返行驶路径以及沿外周形状环绕的环绕行驶路径。该系统设想了苗栽种装置等地上行驶型的机械。

在专利文献4中公开了一种行驶路径生成装置，其进行在农场的外形线具有局部地进入到内侧的凹部的情况下的路径生成。在专利文献5中公开了一种自主行驶路径生成系统，其生成对存在于行驶区域内的障碍物进行绕行的行驶路径。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP专利公开公报特开2001-120151

专利文献2：JP专利公开公报特开2017-163265

专利文献3：JP专利公开公报特开2018-117566

专利文献4：JP专利公开公报特开2018-116614

专利文献5：JP专利公开公报特开2017-204061

发明内容

(发明所要解决的课题)

提供生成能高效地进行移动装置的出发到达地点与作业对象区的给定地点之间的基于自主驾驶的移动控制的行驶路径的行驶路径生成系统。

(用于解决课题的技术方案)

为了达成上述目的，本发明的一个观点所涉及的行驶路径生成系统生成在对象区外的出发到达地点出发或到达并在所述对象区内移动的无人机的行驶路径，所述行驶路径生成系统具备：区内路径生成部，其根据所获取的所述对象区的座标信息，在所述对象区内生成区内行驶路径；出发到达路径生成部，其生成对所述出发到达地点与所述区内行驶路径上的给定的连接地点进行连结的出发到达路径；以及中断地点存储部，其对所述无人机在所述区内行驶路径上中断飞行的地点的座标进行存储，在前次的飞行时中断了飞行的情况下，所述出发到达路径生成部将存储于所述中断地点存储部的飞行中断地点的座标作为所述连接地点来生成出发到达路径，在前次的飞行时未中断飞行的情况下，所述出发到达路径生成部将所述区内行驶路径的端点的座标作为所述连接地点来生成出发到达路径。

可以是，所述区内路径生成部在排除根据障碍物的位置以及形状的信息所决定的禁止进入区后的所述对象区内的区域生成所述区内行驶路径。

可以是，所述出发到达路径生成部在排除根据障碍物的位置以及形状的信息所决定的禁止进入区后的区生成所述出发到达路径。

可以是，所述出发到达路径生成部判断所述出发到达地点与所述连接地点之间所定义的虚拟线段是否位于所述禁止进入区内，在所述虚拟线段位于所述禁止进入区内的情况下，生成对所述禁止进入区进行绕行的出发到达路径。

可以是，所述出发到达路径生成部生成经由所述区内行驶路径的端点的出发到达路径。

可以是，所述出发到达路径生成部生成对将所述连接地点与所述区内行驶路径上的连结地点相连的中继路径、包含所述区内行驶路径的端点且沿所述区内行驶路径的一部分生成的路径、以及将所述区内行驶路径的端点与所述出发到达地点相连的路径进行连结而形成的所述出发到达路径。

可以是，所述出发到达路径的信息包含从起点到终点的三维座标、以及飞行速度、飞行加速度及绕转的位置和速度当中的至少1个的信息。

可以是，所述出发到达路径生成部生成使所述无人机以如下程度的高度进行飞行的所述出发到达路径，即，所述无人机在该高度飞行时产生的下降气流不会使所述对象区中生长的作物倒伏。

可以是，所述出发到达路径生成部搭载于所述无人机，所述区内路径生成部搭载于经由网络与所述无人机连接的服务器装置。

可以是，所述出发到达路径生成部以及所述区内路径生成部搭载于所述无人机。

为了达成上述目的，本发明的另一观点所涉及的行驶路径生成方法生成在对象区外的出发到达地点出发或到达并在所述对象区内移动的移动装置的行驶路径，所述行驶路径生成方法包括：根据所获取的所述对象区的座标信息，在所述对象区内生成区内行驶路径的步骤；以及生成对所述出发到达地点与所述区内行驶路径上的给定的连接地点进行连结的出发到达路径的步骤。

可以是，在生成所述出发到达路径的步骤中，在前次的飞行时中断了飞行的情况下，将飞行中断地点的座标作为所述连接地点来生成出发到达路径，在前次的飞行时未中断飞行的情况下，将所述区内行驶路径的端点的座标作为所述连接地点来生成出发到达路径。

为了达成上述目的，本发明的又一观点所涉及的行驶路径生成程序，生成在对象区外的出发到达地点出发或到达并在所述对象区内移动的移动装置的行驶路径，所述行驶路径生成程序使计算机执行如下命令：根据所获取的所述对象区的座标信息，在所述对象区内生成区内行驶路径的命令；以及生成对所述出发到达地点与所述区内行驶路径上的给定的连接地点进行连结的出发到达路径的命令。

此外，计算机程序能够通过经由互联网等网络的下载提供或记录在CD-ROM等的计算机可读取的各种记录介质中而予以提供。

为了达成上述目的，本发明的又一观点所涉及的无人机能沿由行驶路径生成系统生成的行驶路径进行飞行，所述行驶路径生成系统是上述任一项记载的行驶路径生成系统。

发明效果

能够生成能高效地进行移动装置的出发到达地点与作业对象区的给定地点之间的基于自主驾驶的移动控制的行驶路径。

附图说明

图1是表示本发明所涉及的无人机的第一实施方式的俯视图。

图2是上述无人机的主视图。

图3是上述无人机的右侧视图。

图4是上述无人机的后视图。

图5是上述无人机的立体图。

图6是上述无人机所具有的药剂播撒系统的整体概念图。

图7是表征上述无人机的控制功能的示意图。

图8是表示本发明所涉及的行驶路径生成装置和经由网络连接的基站、操作器、无人机以及农场测量装置的状况的整体概念图。

图9是上述行驶路径生成装置的功能框图。

图10是表示上述行驶路径生成装置生成行驶路径的农场、在上述农场附近所决定的禁止进入区、以及在上述农场内生成的可移动区的例子的概略图。

图11是更详细地表示由上述无人机所具有的出发到达路径生成部生成的出发到达路径的概略图。

图12是更详细地表示由上述出发到达路径生成部生成的出发到达路径的另一实施方式的概略图。

图13是更详细地表示由上述出发到达路径生成部生成的出发到达路径的又一实施方式的概略图。

图14是由上述出发到达路径生成部决定的出发到达路径的起点以及终点的流程图。

图15是上述出发到达路径生成部根据上述禁止进入区的信息来生成出发到达路径的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明的具体实施方式。附图全部为例示。在以下的详细的说明中，以说明为目的，为了促进所披露的实施方式的完整的理解，针对某特定的细节进行了描述。然而，实施方式不限于这些特定的细节。另外，为了简化附图，概略地示出了周知的构造以及装置。

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的所有飞行器。无人机是移动装置的例子，能适当接收由本发明所涉及的行驶路径生成装置生成的行驶路径的信息，并沿该行驶路径飞行。

如图1至图5所示，旋转翼101-1a、101-1b、101-2a、101-2b、101-3a、101-3b、101-4a、101-4b(也称为转子)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)，且相对于一个旋转翼而设置有1台。电动机(102)是推进器的例子。为了无人机的飞行的稳定性等，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，用于对为了使转子不对异物产生干扰而设置的螺旋桨防护件进行支承的放射状的构件不是水平而是塔架状的构造。这是为了在碰撞时促进该构件向旋转翼的外侧压曲，防止对转子产生干扰。

药剂喷嘴103-1、103-2、103-3、103-4是用于将药剂朝下方播撒的单元，具备4台。此外，在说明书中，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，设置于靠近无人机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6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，比例尺并不准确。操作器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被控制为进行自主飞行，但可以设为在起飞、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机(未图示)(紧急用操作机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)。操作器401和无人机100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的地形复杂而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，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)。农业经营云405是典型地在云服务上运营的计算机组和相关软件，可以与操作器401通过移动电话线路等进行无线连接。另外，农业经营云405可以由经由网络与无人机100连接的服务器装置等硬件构成。农业经营云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，也可以累积无人机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起至目标的农场403为止的飞行路径(进入路径)可以由农业经营云405等事先保存，也可以由使用者402在起飞开始前输入。

图7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框图。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基于从操作器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。构成为电动机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。或者，也可以构成为在旋转翼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。

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。在该情况下，为了不进行基于不正当的软件的改写，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由存在于操作器401上或者农业经营云405上、其他场所的其他计算机执行。飞行控制器501的重要性高，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，可以为充电式。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可以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。

飞行控制器501能够经由Wi-Fi子机功能503，进而经由基站404与操作器401进行信号的发送和接收，从操作器401接收需要的指令，并且将需要的信息向操作器401发送。在该情况下，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。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的绝对位置进行测量。GPS模块504的重要性高，因此可以进行双重化/多重化，另外，为了应对特定的GPS卫星的障碍，控制经冗余化的各个GPS模块504以使用其他的卫星。

6轴陀螺仪传感器505是测量无人机机体的彼此正交的三个方向的加速度的单元(进而，是通过加速度的积分来计算速度的单元)。6轴陀螺仪传感器505是对上述3个方向上的无人机机体的姿势角的变化即角速度进行测量的单元。地磁传感器506是通过地磁的测量来测量无人机机体的方向的单元。气压传感器507是测量气压的单元，也能够间接地测量无人机的高度。激光传感器508是利用激光的反射来测量无人机机体与地表的距离的单元，可以使用IR(红外线)激光。声纳509是利用超声波等声波的反射来测量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，也可以追加用于测量机体的倾斜度的陀螺传感器(角速度传感器)、用于测量风力的风力传感器等。另外，这些传感器类可以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，在各自的测量结果不一致的情况下，视为发生了故障。

流量传感器510是用于测量药剂的流量的单元，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并获取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情况的传感器。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打开状态的传感器。药剂注入口传感器517是检测药剂罐104的注入口为打开状态的传感器。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、操作器401或者其他场所设置传感器，将读取到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。构成为将泵106的当前时间点的状况(例如，转速等)反馈至飞行控制器501。

LED107是用于向无人机的操作者通知无人机的状态的显示单元。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与操作器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。

无人机100从出发到达地点406起飞而飞行至农场403内的给定地点，沿后述的区内行驶路径在农场403内飞行后，从农场403内的给定地点飞行返回至出发到达地点406。为此，无人机100不仅对于农场403内的区内行驶路径，而且对于从出发到达地点406起至农场403内的给定地点为止、以及从该给定地点起至出发到达地点406为止，也需要生成行驶路径来自动地移动。农场403内的给定地点是区内行驶路径上的地点，是将区外行驶路径与区内行驶路径进行连接的地点(以下，也称为“连接地点”)。

连接地点例如是农场403内的药剂播撒或监视等作业的开始地点以及结束地点。另外，连接地点包括在电池电量用尽或播撒的药剂用尽的情况下中断作业的中断地点。进而，连接地点包括基于来自使用者402的指令而中断作业的中断地点。

连接地点的座标根据作业的进度而不同，因此出发到达地点406与连接地点之间的行驶路径难以在无人机100的飞行前预先生成。另外，关于出发到达地点406也同样，基于在想要载置无人机100时在当初预定的出发到达地点406放置有车等障碍物这样的现场的状况，存在无法从当初预定的出发到达地点406起飞的可能性。为此，出发到达地点406与连接地点之间的行驶路径由无人机100生成。另外，区内行驶路径不会因作业的进度、现场的状况而变化，因此由行驶路径生成装置预先生成。根据该构成，通过使能预先生成且计算处理的负担大的农场内行驶路径的生成由无人机100以外的外部装置执行，能够减轻无人机100的计算处理负担。另外，通过使根据状况而变化的出发到达地点406与连接地点之间的行驶路径由无人机100生成，能够节约与外部装置的通信所产生的时间，顺畅地进行对农场403的进入退出。

如图8所示，行驶路径生成装置1经由网络NW与无人机100、操作器401、基站404以及农场测量装置2连接。行驶路径生成装置1的功能既可以置于农业经营云405上，也可以置于其他的装置。农场是对象区的例子。无人机100是移动装置的例子。另外，也可以取代经由网络NW对各结构进行连接的构成，而构成为无人机100具有行驶路径生成装置1。尤其是后述的出发到达路径生成部61(参照图8)以及区内路径生成部(参照图9)可以搭载于无人机100。进而，可以是农场测量装置2具有行驶路径生成装置1的构成。至少行驶路径生成装置1以及无人机100构成行驶路径生成系统1000。

农场测量装置2是具有RTK-GPS的移动站的功能的装置，能够测量农场的座标信息。农场测量装置2是能由使用者步行时保持的小型的装置，例如是棒状的装置。农场测量装置2可以是具有在下端接触地面的状态下能由使用者直立保持上端部的程度的长度的杖那样的装置。为了读取某农场的座标信息而能使用的农场测量装置2的个数既可以是1个也可以是多个。根据多个农场测量装置2能测量与1处农场相关的座标信息的构成，多个使用者能分别保持农场测量装置2而在农场中步行，因此能以短时间完成测量作业。

另外，农场测量装置2能够测量农场中的障碍物的信息。障碍物包括存在无人机100会撞到的危险的壁、法面、电柱、电线等不需要药剂播撒或监视的各种物体。

农场测量装置2具备输入部201、座标检测部202以及发送部203。

输入部201是设置于农场测量装置2的上端部的构成，例如是受理使用者的按下动作的按钮。使用者在对农场测量装置2的下端的座标进行测量时，按下输入部201的按钮。

另外，输入部201构成为能将所输入的信息是与农场的外周相关的座标还是障碍物的外周的座标加以区分地进行输入。进而，输入部201能将障碍物的外周的座标与障碍物的种类相关联地进行输入。

座标检测部202是能与基站404适当地进行通信来对农场测量装置2的下端的3维座标进行检测的功能部。

发送部203是根据对输入部201的输入来将该输入时的农场测量装置2下端的3维座标经由网络NW而发送至操作器401或行驶路径生成装置1的功能部。发送部203将该3维座标按照进行定点(pointing)的顺序发送。

在读取农场的座标信息的工序中，使用者持农场测量装置2在农场中移动。首先，获取该农场的3维座标。使用者在农场的端点或端边上利用输入部201进行定点。接下来，使用者在障碍物的端点或端边上利用输入部201进行定点。

经定点而发送的农场的端点或端边上的3维座标区分为农场外周的3维座标以及障碍物的3维座标而由行驶路径生成装置1接收。另外，经定点的3维座标可以由操作器401的接收部4011接收并由显示部4012显示。另外，操作器401可以判定所接收的3维座标作为农场外周或障碍物的3维座标是否合适，在判定为需要进行再测量的情况下，通过显示部4012促使使用者进行再测量。

此外，农场测量装置2可以取代通过座标信息来获取农场以及障碍物的位置及外缘形状的构成，而在对图像进行了摄像后对该图像进行解析从而予以获取。在此情况下，输入部201是摄像部，既可以是能拍摄静止图像或运动图像的相机，也可以是立体相机或360°相机。另外，农场测量装置2可以利用基于声纳、激光波的测距装置来获取障碍物的位置以及形状。

如图9所示，行驶路径生成装置1具备对象区信息获取部10、移动许可区生成部20、区制定部30、区内路径生成部40以及路径选择部50。

对象区信息获取部10是获取从农场测量装置2发送的3维座标的信息的功能部。

如图10所示，移动许可区生成部20根据由对象区信息获取部10获取的3维座标，来指定在农场403内供无人机100移动的移动许可区80i。移动许可区生成部20具有禁止进入区决定部21以及移动许可区决定部22。

禁止进入区决定部21是根据由对象区信息获取部10获取的障碍物81a、82a、83a、84a、85a的3维座标以及该障碍物的种类来决定无人机100的禁止进入区81b、82b、83b、84b、85b的功能部。禁止进入区81b、82b、83b、84b、85b是包含障碍物81a、82a、83a、84a、85a以及障碍物周边的区的区域。禁止进入区81b、82b、83b、84b、85b是由水平方向以及高度方向规定的在3维方向上具有扩展的区域，例如是以障碍物81a、82a、83a、84a、85a为中心进行描画的长方体状的区域。此外，禁止进入区81b、82b、83b、84b、85b可以是以障碍物为中心进行描画的球状的区域。无人机100是在空中飞行，因此基于障碍物的高度方向的大小，在障碍物的上空飞行成为可能。根据基于障碍物的高度方向的大小而不将障碍物的上空视为禁止进入区的构成，能够在不过度地绕行障碍物的前提下在农场内高效地飞行。

从障碍物外缘起至禁止进入区81b、82b、83b、84b、85b的外缘为止的距离根据障碍物81a、82a、83a、84a、85a的种类来决定。越是无人机100发生碰撞的情况下的危险度大的障碍物，从障碍物外缘起至禁止进入区81b、82b、83b、84b、85b的外缘为止的距离越大。例如，在为房屋的情况下，将从房屋的外缘起50cm的范围作为禁止进入区，另一方面，将从电线的外缘起80cm的范围作为禁止进入区。这是由于，在为电线的情况下，在碰撞时，除了发生无人机100的故障之外，还可能发生给电不良、电线的破坏等事故，因此认为碰撞时的危险度更高。禁止进入区决定部21预先存储有将障碍物的种类与禁止进入区的大小加以关联的障碍物表，并根据所获取的障碍物的种类来决定禁止进入区的大小。

移动许可区决定部22是决定移动许可区80i的功能部。关于移动许可区80i的平面方向，设农场403的对象区信息获取部10所获取的平面上的座标处于农场403的外周位置。移动许可区决定部22针对移动许可区80i的高度方向，在由对象区信息获取部10获取的高度方向的座标上，加上作物的高度、控制飞行时能担保安全的边距，来决定移动许可区80i的高度方向的范围。该移动许可区决定部22从由该3维座标包围的内侧的区域中去除禁止进入区81b、82b、83b、84b、85b，从而决定移动许可区80i。

图9以及图10所示的区内路径生成部40是在移动许可区80i中生成在移动许可区80i内全面地飞行的区内行驶路径80r的功能部。

例如在将对沿移动许可区80i的外缘而规定的外周区进行环绕的外周路径、对规定于外周区的内侧的内侧区往返扫描的往返路径、以及划分出外周区的外缘规定为凸多边形时，区内行驶路径80r具有对从该凸多边形向外侧突出的不规则形状区往返扫描的不规则形状区路径。区内行驶路径80r的起点以及终点生成于移动许可区80i的外缘的、与出发到达地点406相接近的地点。即，区内行驶路径80r的起点以及终点生成于外周路径或不规则形状区路径的端部。此外，区内行驶路径80r的起点以及终点彼此可以是同一地点，也可以是不同地点。

图10所示的区内路径生成部40能在路径生成对象区生成多种行驶路径。路径选择部50能选择将区内行驶路径80r决定为哪一条行驶路径。使用者可以目视所生成的多个行驶路径来决定行驶路径。

另外，路径选择部50能由使用者输入优先顺位的信息。例如，使用者向操作器401输入使作业时间、无人机100的电池消耗量以及药剂消耗量当中的哪一个最优先。另外，操作器401还能将第二优先的指标一起输入。路径选择部50从多个行驶路径当中选择与所输入的优先顺位最符合的行驶路径。根据该构成，能进行与使用者的方针相符的高效的路径生成。

如图8所示，无人机100具有出发到达路径生成部61，其生成出发到达地点406(参照图10)与给定的连接地点P1之间的行驶路径41r(以下，分别也称为“出发到达路径41r”)。出发到达路径生成部61具有当前位置获取部610、出发到达地点存储部611、中断地点存储部612、连接地点决定部613、禁止进入区获取部614以及出发到达路径决定部615。

当前位置获取部610是获取无人机100的当前的位置座标的功能部。当前位置获取部610可以使用无人机100所具备的GPS模块504，并将RTK基站的信号与来自GPS定位卫星的信号进行组合，从而获取无人机100的位置座标。

出发到达地点存储部611是对无人机100的出发到达地点406的位置座标进行存储的功能部。出发到达地点406的位置座标是要生成的出发到达路径41r的第一端点，即起点或终点的座标。出发到达地点存储部611将由当前位置获取部610获取的、无人机100进行起飞的时间点处的位置座标进行存储。

中断地点存储部612是对无人机100在区内行驶路径80r上中断飞行的地点的座标进行存储的功能部。例如在探测到电池电量用尽、所贮存的药剂用尽的情况下、或者在无人机100或周边环境发生异常从而无法继续进行移动许可区80i内的飞行的情况下，无人机100中断飞行。另外，无人机100根据来自使用者402的指令而中断飞行。中断地点存储部612对由当前位置获取部610获取的、中断飞行的情况下的该中断地点的位置座标进行存储。

如图9、10所示，连接地点决定部613是决定连接地点P1的座标的功能部。连接地点P1的座标是要生成的出发到达路径41r的第二端点的座标。关于连接地点P1的座标，在无人机100位于移动许可区80i内的区内行驶路径80r上的情况下，将无人机100的当前的位置座标决定为连接地点P1的座标。

在无人机100位于出发到达地点406的情况下，连接地点P1例如是在刚之前的飞行中由中断地点存储部612存储的中断地点。在前次的飞行时飞行中断的情况下，连接地点决定部613将存储于中断地点存储部612的飞行中断地点的座标决定为连接地点P1。另外，在前次的飞行时飞行未中断的情况下，将区内行驶路径80r的端点的座标决定为连接地点P1。

禁止进入区获取部614是获取由行驶路径生成装置1的禁止进入区决定部21决定的、农场403内的禁止进入区的信息的功能部。在出发到达路径的生成中也需要避免碰到障碍物。根据禁止进入区获取部614的构成，基于由行驶路径生成装置1决定的禁止进入区的信息，能够生成安全的出发到达路径。此外，禁止进入区获取部614可以根据由农场测量装置2获取的障碍物的座标信息来与行驶路径生成装置1相独立地来决定禁止进入区。

出发到达路径决定部615是根据来自出发到达地点存储部611、中断地点存储部612、连接地点决定部613以及禁止进入区获取部614的信息来决定出发到达路径41r的功能部。出发到达路径决定部615根据来自出发到达地点存储部611、中断地点存储部612以及连接地点决定部613的信息，来决定出发到达路径41r的端点，即起点和终点。

另外，出发到达路径决定部615根据该起点和终点的座标、以及来自禁止进入区获取部614的信息，来决定对起点与终点进行连结的出发到达路径。出发到达路径决定部615规定对例如出发到达地点406与连接地点即区内行驶路径80r的起点或终点或者中断地点以直线方式连结的虚拟线段，并判定该虚拟线段是否进入禁止进入区81b-85b内。

如图11所示，例如在无人机100位于出发到达地点406、且生成至中断地点P1为止的出发到达路径41r的情况下，出发到达路径决定部615规定对出发到达地点406与中断地点P1进行连结的虚拟线段410r。在虚拟线段410r未进入禁止进入区81b-85b内的情况下，将沿虚拟线段410的路径决定为出发到达路径41r。

例如在无人机100位于中断地点P2、且生成至出发到达地点406为止的出发到达路径42r的情况下，规定对中断地点P2与出发到达地点406进行连结的虚拟线段420r。在本实施例中，虚拟线段420r进入禁止进入区83b内。因此，出发到达路径决定部615生成对禁止进入区83b进行绕行的绕行路42r。就从出发到达路径的起点即中断地点P2起至虚拟线段420r与禁止进入区81b-85b相交的交点421p为止的路径而言，绕行路42r是沿虚拟线段的路径421r。在交点421p以后，生成沿禁止进入区83b的外缘部的路径422r。此外，尽管在本实施例中生成了使无人机100的高度相对于禁止进入区83b的外缘部几乎不变地进行飞行的沿平面的路径422r，但也可以生成沿高度方向的路径。

在路径422r上的给定的地点例如拐点422p处，再次重新规定连结至出发到达地点406的第二虚拟线段424r，在该第二虚拟线段424r未进入禁止进入区81b-85b内的情况下，沿第二虚拟线段424r生成剩余的路径423r。在第二虚拟线段424r进入禁止进入区81b-85b内的情况下，将至与禁止进入区81b-85b的交点为止设为沿第二虚拟线段424的路径，在该交点以后生成沿禁止进入区81b-85b的绕行路，以后反复。通过对如此生成的路径421r-423r进行连结，来生成绕行的出发到达路径42r。

如图12所示，可以取代上述，在虚拟线段420r与禁止进入区83b的交点421p以后，至与虚拟线段420r再次相交的第二交点423p为止，生成沿禁止进入区83b的外缘部的路径432r。将从第二交点423起至出发到达路径43r的终点即本实施例中的出发到达地点406为止设为沿虚拟线段420r的路径433r。在禁止进入区81b-85b进入从第二交点423起至出发到达路径43r的终点为止之间的情况下，进一步创建沿该禁止进入区81b-85b的外缘部的路径，以后反复。通过对如此生成的路径421r、432r以及433r进行连结，来生成绕行的出发到达路径43r。

在图13所示的例子中，配置有沿移动许可区80i的外缘的细长形状的禁止进入区86b。出发到达路径决定部615也可以取代上述而生成经由区内行驶路径80r的端点P5即起点或终点的出发到达路径。更具体而言，出发到达路径决定部615生成对中断地点P4与区内行驶路径80r上的连结地点441p进行连结的中继路径44r。而且，可以将包含区内行驶路径80r的端点P5且沿区内行驶路径80r的一部分生成的路径801r与中继路径44r进行连结，来生成出发到达路径。连结地点441p例如是外周路径上的地点，中继路径44r生成于内侧区。另外，连结地点441p可以是内侧区的往返路径上或不规则形状区的不规则形状区路径上的地点，中继路径44r可以是将中断地点P4至给定的连结地点441p进行连结的路径。中继路径44r是不沿区内行驶路径80r的路径，例如是将中断地点P4与连结地点441p以直线方式连结的最短的路径。

从终点P5起至出发到达地点406为止的路径45r是与结束移动许可区80i的作业而返回的情况下相同的路径。沿该出发到达路径从中断地点P4移动至出发到达地点406的无人机100在内侧区沿中继路径44r移动，从连结地点441p起至端点P5为止在沿区内行驶路径的一部分的路径801r上移动，且从端点P5起至出发到达地点406为止沿路径45r移动。另外，在从出发到达地点406移动至中断地点P4的情况下，以与上述相反的顺序进行移动。此外，路径801r既可以与区内行驶路径80r上的移动方向相同，也可以反向。通过沿区内行驶路径80r进行移动，能够灵活运用已担保安全的路径，该安全性与移动方向无关。

此外，在中继路径44r的生成中，在将中断地点P4与连结地点441p以直线方式连结的路径上存在禁止进入区的情况下，出发到达路径决定部615可以生成对该禁止进入区进行绕行的路径。另外，可以将连结地点441p设定于其他场所。另外，可以不生成中继路径44r，而沿区内行驶路径80r从中断地点P4移动至端点P5。

根据该构成，由于在移动许可区80i的移动中利用通常作业时的行驶路径，因此会减轻出发到达路径决定部615生成路径的计算处理负担。另外，关于移动许可区80i的外缘以及位于移动许可区80i与出发到达地点406之间的禁止进入区，在出发到达路径的生成时无需进行计算，因此将进一步减轻出发到达路径决定部615的计算处理负担。进而，关于农场外的移动，若无人机100在迄今未移动过的路径上移动，则在安全性等方面有可能会给使用者带来不安。根据本构成，由于在农场外的移动中利用通常作业时使用的行驶路径，因此无人机100的动作对于使用者而言是已知的，能够给使用者带来安心感。

出发到达路径41r-43r的信息包含从起点到终点的三维座标、以及飞行速度、飞行加速度及绕转的位置和速度的信息。出发到达路径决定部615生成使无人机100以如下程度的高度以及速度进行飞行的出发到达路径41r-43r，即，无人机100的飞行时产生的下降气流不会使农场403中生长的作物倒伏。具体而言，出发到达路径41r-43r上的无人机100的高度高于区内行驶路径80r上的高度。另外，出发到达路径41r-43r上的无人机100的速度慢于区内行驶路径80r上的速度。根据该构成，无人机100在出发到达路径41r-43r上飞行时难以使作物倒伏。此外，可以使出发到达路径41r-43r上的无人机100的高度充分上升，速度可以为区内行驶路径80r同等以上。根据该构成，能使无人机100快速从农场403退避或到达农场403的给定地点，因此能够使无人机100迅速地移到下一动作。

使用图14来说明由出发到达路径生成部61所具有的各功能块决定出发到达路径的起点以及终点的工序。例如在出发到达地点406处的起飞准备中或者无人机100到达区内行驶路径80r的终点的到达时间点或其前后的给定时间内，开始出发到达路径41r的生成。另外，以无人机100的药剂用尽、电池电量用尽、探测到无人机100及其周边的异常或来自使用者的作业中断命令为契机，开始出发到达路径的生成。

首先，当前位置获取部610获取无人机100的当前的位置座标(S50)。在当前位置处于出发到达地点存储部611中所存储的出发到达地点406的范围内时(S51)，出发到达路径生成部61将出发到达地点406决定为出发到达路径的起点(S52)。

连接地点决定部613判定中断地点存储部612是否具有中断地点的记录(S53)。在有中断地点的记录时，连接地点决定部613将该中断地点座标决定为连接地点(S54)。即，出发到达路径决定部615将中断地点决定为出发到达路径的终点。在此，关于步骤S53中的连接地点的决定方法，还能根据在上述那样的中断地点存储部612中有无中断地点的记录来进行判断，但还能基于存储有有无中断这一事实本身的存储部来判断中断的有无。进而，还能根据操作者经由操作器401输入的中断的有无的信息来进行判断。

在步骤S52中没有中断地点的记录的情况下，出发到达路径决定部615将区内行驶路径80r的起点座标决定为出发到达路径的终点(S55)。

在步骤S51中无人机100的当前位置处于出发到达地点406的范围外时，出发到达路径生成部61判定当前位置是否为区内行驶路径80r的终点(S56)。在当前位置是区内行驶路径80r的终点的情况下，无人机100可以经由网络NW向农业经营云405发送表示该农场403中所计划的作业已完成的记录(S57)。此外，在以当前位置位于区内行驶路径80r的终点为契机开始步骤S50的情况下，可以在步骤S50之前向农业经营云405发送作业完成的记录，也可以省略步骤S57。

在当前位置并非区内行驶路径80r的终点的情况下，当前位置获取部610获取无人机100的当前的位置座标，中断地点存储部将该位置座标作为中断地点进行记录(S58)。

出发到达路径决定部615将当前位置决定为出发到达路径41r的起点，并将出发到达地点406决定为终点(S59)。

使用图15来说明由出发到达路径生成部61所具有的各功能块连结出发到达路径的起点以及终点来决定出发到达路径的工序。在图14所示的步骤S54、S55或S56后，禁止进入区获取部614从行驶路径生成装置1获取禁止进入区的信息，即三维座标(S61)。

出发到达路径决定部615在出发到达地点406与连接地点即区内行驶路径80r的起点或终点、或者中断地点之间规定虚拟线段，并判定虚拟线段是否位于禁止进入区81b-85b内(S62)。在虚拟线段位于禁止进入区81b-85b内的情况下，出发到达路径决定部615生成对禁止进入区81b-85b进行绕行的出发到达路径(S63)。在虚拟线段不位于禁止进入区81b-85b内的情况下，出发到达路径决定部615将沿该虚拟线段的路径决定为出发到达路径(S64)。

另外，可以取代步骤S62，出发到达路径决定部615生成对区内行驶路径上的连结地点与连接地点之间进行连结的中继路径。进而，在中继路径上存在禁止进入区的情况下，可以生成对该禁止进入区进行绕行的路径，或者规定另外的连结地点来再次生成中继路径。

根据本构成，生成即使在自主驾驶时也能高效移动、且在移动装置的出发到达地点与作业对象区的给定地点之间的移动中也能维持高安全性的行驶路径。

此外，尽管在本说明中以农业用药剂播撒无人机为例进行了说明，但本发明的技术思想不限于此，还能适用于自主动作的所有机械。还能适用于农业用以外的进行自主飞行的无人机。另外，还能适用于自主地动作的在地面自走的机械。

(本发明的技术上的显著效果)

在本发明所涉及的行驶路径生成系统中，生成能高效地进行移动装置的出发到达地点与作业对象区的给定地点之间的基于自主驾驶的移动控制的行驶路径。

Claims (13)

1.一种行驶路径生成系统，生成在对象区外的出发到达地点出发或到达并在所述对象区内移动的无人机的行驶路径，

所述行驶路径生成系统具备：

区内路径生成部，其根据所获取的所述对象区的座标信息，在所述对象区内生成区内行驶路径；

出发到达路径生成部，其生成对所述出发到达地点与所述区内行驶路径上的给定的连接地点进行连结的出发到达路径；以及

中断地点存储部，其对所述无人机在所述区内行驶路径上中断飞行的地点的座标进行存储，

在前次的飞行时中断了飞行的情况下，所述出发到达路径生成部将存储于所述中断地点存储部的飞行中断地点的座标作为所述连接地点来生成出发到达路径，

在前次的飞行时未中断飞行的情况下，所述出发到达路径生成部将所述区内行驶路径的端点的座标作为所述连接地点来生成出发到达路径，

在前次的飞行时中断了飞行的情况下由所述出发到达路径生成部生成的所述出发到达路径包含：将所述出发到达地点与所述区内行驶路径的端点进行连结的第一路径、以及将所述区内行驶路径的端点与所述飞行中断地点进行连结且在所述对象区内的区域生成的第二路径。

2.根据权利要求1所述的行驶路径生成系统，其中，

所述区内路径生成部在排除根据障碍物的位置以及形状的信息所决定的禁止进入区后的所述对象区内的区域生成所述区内行驶路径。

3.根据权利要求1所述的行驶路径生成系统，其中，

所述出发到达路径生成部在排除根据障碍物的位置以及形状的信息所决定的禁止进入区后的区生成所述出发到达路径。

4.根据权利要求3所述的行驶路径生成系统，其中，

所述出发到达路径生成部判断所述出发到达地点与所述连接地点之间所定义的虚拟线段是否位于所述禁止进入区内，在所述虚拟线段位于所述禁止进入区内的情况下，生成对所述禁止进入区进行绕行的出发到达路径。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的行驶路径生成系统，其中，

所述出发到达路径生成部生成经由所述区内行驶路径的端点的出发到达路径。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的行驶路径生成系统，其中，

所述出发到达路径生成部生成对将所述连接地点与所述区内行驶路径上的连结地点相连的中继路径、包含所述区内行驶路径的端点且沿所述区内行驶路径的一部分生成的路径、以及将所述区内行驶路径的端点与所述出发到达地点相连的路径进行连结而形成的所述出发到达路径。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的行驶路径生成系统，其中，

所述出发到达路径的信息包含从起点到终点的三维座标、以及飞行速度、飞行加速度及绕转的位置和速度当中的至少1个的信息。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的行驶路径生成系统，其中，

所述出发到达路径生成部生成使所述无人机以如下程度的高度进行飞行的所述出发到达路径，即，所述无人机在该高度飞行时产生的下降气流不会使所述对象区中生长的作物倒伏。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的行驶路径生成系统，其中，

所述出发到达路径生成部搭载于所述无人机，

所述区内路径生成部搭载于经由网络与所述无人机连接的服务器装置。

10.根据权利要求1至4中任一项所述的行驶路径生成系统，其中，

所述出发到达路径生成部以及所述区内路径生成部搭载于所述无人机。

11.一种行驶路径生成方法，生成在对象区外的出发到达地点出发或到达并在所述对象区内移动的移动装置的行驶路径，

所述行驶路径生成方法包括：

根据所获取的所述对象区的座标信息，在所述对象区内生成区内行驶路径的步骤；以及

生成对所述出发到达地点与所述区内行驶路径上的给定的连接地点进行连结的出发到达路径的步骤，

在生成所述出发到达路径的步骤中，在前次的飞行时中断了飞行的情况下，将飞行中断地点的座标作为所述连接地点来生成出发到达路径，在前次的飞行时未中断飞行的情况下，将所述区内行驶路径的端点的座标作为所述连接地点来生成出发到达路径，

在前次的飞行时中断了飞行的情况下所生成的所述出发到达路径包含：将所述出发到达地点与所述区内行驶路径的端点进行连结的第一路径、以及将所述区内行驶路径的端点与所述飞行中断地点进行连结且在所述对象区内的区域生成的第二路径。

12.一种计算机可读取记录介质，记录有行驶路径生成程序，所述行驶路径生成程序生成在对象区外的出发到达地点出发或到达并在所述对象区内移动的移动装置的行驶路径，

所述行驶路径生成程序使计算机执行如下命令：

根据所获取的所述对象区的座标信息，在所述对象区内生成区内行驶路径的命令；以及

生成对所述出发到达地点与所述区内行驶路径上的给定的连接地点进行连结的出发到达路径的命令，

在生成所述出发到达路径的命令中，在前次的飞行时中断了飞行的情况下，将飞行中断地点的座标作为所述连接地点来生成出发到达路径，在前次的飞行时未中断飞行的情况下，将所述区内行驶路径的端点的座标作为所述连接地点来生成出发到达路径，

在前次的飞行时中断了飞行的情况下所生成的所述出发到达路径包含：将所述出发到达地点与所述区内行驶路径的端点进行连结的第一路径、以及将所述区内行驶路径的端点与所述飞行中断地点进行连结且在所述对象区内的区域生成的第二路径。

13.一种无人机，能沿由行驶路径生成系统生成的行驶路径进行飞行，

所述行驶路径生成系统是权利要求1至10中任一项所述的行驶路径生成系统。