CN112997129B - 行驶路径生成装置、行驶路径生成方法、计算机可读取存储介质以及无人机 - Google Patents

Abstract

提供生成即使在自主驾驶时也能高效地移动且维持高安全性的行驶路径的行驶路径生成装置。行驶路径生成装置(1)具备：禁止进入区决定部(21)，其根据障碍物(81a‑85a)的座标信息，来决定障碍物以及障碍物的周边的禁止进入区(81b‑85b)；以及移动许可区决定部(22)，其通过从所获取的对象区(80)中排除禁止进入区，来决定移动许可区(80i)，移动许可区是移动装置(100)在对象区的内部能确保安全地进行移动的区域。

Description

行驶路径生成装置、行驶路径生成方法、计算机可读取存储介 质以及无人机

技术领域

本发明涉及行驶路径生成装置、行驶路径生成方法、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)。在与欧美相比农田更狭小的日本，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。

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)

提供生成即使在自主驾驶时也能高效地移动且维持高安全性的行驶路径的行驶路径生成装置。

(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装置具备：禁止进入区决定部，其根据障碍物的座标信息，来决定所述障碍物以及所述障碍物的周边的禁止进入区；以及移动许可区决定部，其通过从所获取的对象区中排除所述禁止进入区，来决定移动许可区，所述移动许可区是移动装置在所述对象区的内部能确保安全地进行移动的区域。

可以是，所述移动许可区决定部至少将所述对象区的地面的高度、在所述对象区生长的作物的高度以及控制飞行时能担保安全的边距进行相加，来决定所述移动许可区的高度方向的范围。

可以是，所述禁止进入区决定部根据所述障碍物的座标信息和该障碍物的种类来决定所述禁止进入区。

可以是，所述对象区由3维方向规定，所述移动许可区决定部根据所述障碍物的高度方向的座标信息来计算所述禁止进入区，并从所述对象区中排除由3维方向规定的所述禁止进入区，从而生成所述移动许可区。

可以是，所述行驶路径生成装置还具备：区制定部，其在所述移动许可区内制定1个或多个规则形状区、以及每个的面积比所述规则形状区的面积小的1个或多个不规则形状区；以及路径生成部，其在所述规则形状区和所述不规则形状区以彼此不同的路径模式生成移动装置的行驶路径。

可以是，所述区制定部能针对凹多边形状的所述移动许可区来生成分别为凸多边形的多个所述规则形状区。

可以是，所述行驶路径生成装置还具备：外周区生成部，其生成环状的外周区，所述环状的外周区构成所述规则形状区的外缘；以及外周路径生成部，其生成对所述外周区进行环绕的环绕行驶路径。

可以是，所述行驶路径生成装置还具备：内侧区生成部，其在所述外周区的内侧生成内侧区；以及内侧路径生成部，其生成在所述内侧区往返的往返行驶路径。

可以是，所述行驶路径生成装置还具备路径生成对象区确定部，所述路径生成对象区确定部针对所述规则形状区以及不规则形状区，根据所述移动装置的行驶性能来判定能否进行路径生成。

可以是，所述路径生成部能在所述对象区生成多种行驶路径，且还具备能选择决定为哪一个行驶路径的路径选择部，所述路径选择部根据所输入的优先顺位的信息来选择行驶路径。

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包括如下步骤：根据障碍物的座标信息来决定所述障碍物以及所述障碍物的周边的禁止进入区的步骤；以及通过从所获取的对象区中排除所述禁止进入区来决定移动许可区的步骤，所述移动许可区是移动装置在所述对象区的内部能确保安全地进行移动的区域。

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使计算机执行如下命令：根据障碍物的座标信息来决定所述障碍物以及所述障碍物的周边的禁止进入区的命令；以及通过从所获取的对象区中排除所述禁止进入区来决定移动许可区的命令，所述移动许可区是移动装置在所述对象区的内部能确保安全地进行移动的区域。

为了达成上述目的，本发明的又一观点所涉及的无人机能接收由行驶路径生成装置生成的行驶路径，并沿所述行驶路径飞行，所述行驶路径生成装置是上述任一项记载的行驶路径生成装置。

为了达成上述目的，本发明的又一观点所涉及的无人机具备路径生成部和飞行控制部，所述行驶路径生成装置是上述任一项记载的所述行驶路径生成装置。

发明效果

能够生成即使在自主驾驶时也能高效地移动且维持高安全性的行驶路径。

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而连接的无人机、基站、操作器以及座标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是表示将上述可移动区分割为不规则形状区、外周区以及内侧区的状况的概略图。

图12是上述行驶路径生成装置所具有的区分割要否判定部进行分割区的处理的移动区的例子，(a)是具有由2边构成的凹部的移动区的例子，(b)是具有由3边构成的凹部的移动区的例子。

图13是表示上述区分割要否判定部对移动区进行分割的工序的流程图。

图14是表示上述行驶路径生成装置所具有的区制定部生成外周区、内侧区以及不规则形状区并确定路径生成对象区的工序的流程图。

图15是上述行驶路径生成装置所具有的路径生成部在上述路径生成对象区生成的路径的例子。

图16是表示上述路径生成部在上述路径生成对象区生成行驶路径的工序的流程图。

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。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是飞行控制部的例子。

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对于各种形状的农场，需要用于高效地移动的行驶路径。即，无人机100在向某农场内播撒药剂的情况下、监视某农场内的情况下，需要在该农场的上空无遗漏地飞行。此时，通过使得尽量不在相同的路径上飞行，能够缩短电池的消耗、飞行时间。另外，关于药剂播撒，若在相同的路径上播撒药剂，则该路径下的药剂浓度有可能变高。为此，行驶路径生成装置进行用于供以无人机100为首的移动装置根据农场的座标信息高效地移动的行驶路径的生成。

如图8所示，行驶路径生成装置1经由网络NW与无人机100、基站404以及座标测量装置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。另外，行驶路径生成装置1可以是无人机100所具有的构成。农场是对象区的例子。无人机100是移动装置的例子。

座标测量装置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。座标测量装置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。座标测量装置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座标测量装置2的个数既可以是1个也可以是多个。根据多个座标测量装置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座标测量装置2而在农场中步行，因此能以短时间完成测量作业。

另外，座标测量装置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。

座标测量装置2具备输入部201、座标检测部202以及发送部203。

输入部201是设置于座标测量装置2的上端部的构成，例如是受理使用者的按下动作的按钮。使用者在对座标测量装置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座标测量装置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座标测量装置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，使用者持座标测量装置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。

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、路径生成部40以及路径选择部50。

对象区信息获取部10是获取从座标测量装置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80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80的对象区信息获取部10所获取的平面上的座标处于农场80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即农场80的地面的高度上，加上作物的高度、控制飞行时能担保安全的边距(margin)，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。

如图11所示，区制定部30是将由移动许可区生成部20决定的移动许可区80i按在彼此不同的路径模式下飞行的每个区域进行分割而制定的功能部。区制定部30能够以将移动许可区80i内分割为1个或多个规则形状区81i、以及面积小于规则形状区81i的1个或多个不规则形状区82i、83i的方式进行制定。

路径模式是指，为了对某区域进行全面飞行而根据该区域的形状来自动地生成路径的规则。路径模式大体分为针对规则形状区的路径模式以及针对不规则形状区的路径模式。

另外，针对规则形状区81i的路径模式包含环绕该规则形状区81i的外周的外周模式以及在环绕路径的内侧进行往返的内侧模式。在规则形状区81i中，将根据外周模式所飞行的区称为外周区811i，将根据内侧模式所飞行的区称为内侧区812i。不规则形状区、外周区以及内侧区的特征将后述。

区制定部30具有区分割要否判定部31、规则形状区生成部32以及不规则形状区生成部33。

区分割要否判定部31是判定是否需要将移动许可区分割为多个规则形状区的功能部。尤其在移动许可区从上空俯瞰时为凹多边形状的情况下，区分割要否判定部31对移动许可区进行分割。凹多边形是多边形的内角的至少1个为超过180°的角的多边形，换言之是具有凹部形状的多边形。

使用图12的(a)、(b)以及图13，来说明区分割要否判定部31判定是否需要分割移动许可区90i以及进行区分割的工序。

图12的(a)所示的移动许可区90i从上空俯瞰时，存在由边91i以及边92i这2边构成的凹部93i。为此，如图13所示，区分割要否判定部31在判定为存在由2边构成的凹部93i时(S11)，将2边91i、92i当中的长的一方的边91i作为判定对象边，并计算长度(S12)。区分割要否判定部31在移动许可区90i未能发现凹部时，不进行区分割。

在该边91i的长度是根据无人机100的有效宽度所决定的给定值以上的情况下，区分割要否判定部31判定为需要进行包含该边91i的区的分割(S13)，并将移动许可区90i分割为2个区901i、902i(S14)。接下来，判定在分割后的区内是否存在凹部(S15)。在发现凹部的情况下，回到步骤S12。在未发现凹部的情况下，判定为不需要进一步的分割，并结束处理。

分割线94i是分割后构成小的一方的区的端边的边，且被决定为平行于与分割线94i对置的端边95i。根据该构成，无人机100在分割后的区进行往返飞行时，能够在该区内更全面地飞行。

在由区分割要否判定部31分割而生成的多个区，分别能生成至少1个规则形状区。规则形状区81i具有能在其区内生成外周区811i以及内侧区812i的形状以及面积。外周区811i是具有无人机100的有效宽度的环状的区，内侧区812i需要具有从无人机100的有效宽度中去除重叠容许宽度后的宽度。因此，区分割要否判定部31在该边(91i)的长度为从无人机100的有效宽度的3倍中去除重叠容许宽度后的值以上时对区进行分割。此外，无人机100的有效宽度例如在药剂播撒用无人机的情况下是药剂的播撒宽度。另外，无人机100的有效宽度在监视用无人机的情况下是能监视的宽度。

从上空俯瞰时，图12的(b)所示的移动许可区100i存在将边111i、边112i以及边113i这3边以该顺序相邻而构成的凹部110i。为此，如图13所示，区分割要否判定部31在判定为存在由3边111i至113i构成的凹部110i时(S11)，将凹部110i所对置的边111i、113i当中的长的一方的边111i作为判定对象边，并计算长度(S12)。在该边111i的长度是根据无人机100的有效宽度所决定的给定值以上的情况下，区分割要否判定部31判定为需要进行包含该边111i的区的分割(S13)，并通过分割线(121i)将移动许可区100i分割为2个区即1001i、1002i(S14)。

接下来，判定在分割后的区内是否存在凹部(S15)。在发现凹部的情况下，回到步骤S12。在移动许可区100i的例子中，区分割要否判定部31判定为需要对分割后的区进一步分割(S13)，并通过分割线122i将区1001i进一步分割为2个区即1003i、1004i(S14)。

从凹部110i的底边113i的两端朝移动许可区100i的左右端边101i、102i而规定分割线121i、122i。分割线121i、122i是分割后构成小的一方的区域的端边的边，且被决定为与对置的端边103i、104i相平行。根据该构成，无人机100在分割后的区进行往返飞行时，能够在该区内更全面地飞行。

此外，区分割要否判定部31可以构成为取代移动许可区而判定是否分割对象区。

规则形状区生成部32是在由区分割要否判定部31生成的1个或多个区分别生成规则形状区的功能部。

如图11所示，规则形状区生成部32在移动许可区80i的内部，生成最大面积的凸多边形作为规则形状区81i。凸多边形是多边形的内角均小于180°的多边形。

如图9所示，规则形状区生成部32具有外周区生成部321以及内侧区生成部322。在图11的例子中，外周区生成部321将形成规则形状区81i的外缘的、具有无人机100的有效宽度的环状的区域作为外周区811i。另外，内侧区生成部322将外周区811i的内侧作为内侧区812i。

不规则形状区生成部33是在由区分割要否判定部31生成的1个或多个区分别生成不规则形状区的功能部。

不规则形状区82i、83i是每个的面积小于规则形状区81i的面积的区，是不能规定外周区以及内侧区的区。更具体而言，关于不规则形状区82i、83i，该区的最短边的长度小于从无人机100的有效宽度的3倍中去除重叠容许宽度后的值。在图11的例子中，制定有2处不规则形状区82i、83i。

路径生成对象区确定部34是针对所制定的各区811i、812i、82i、83i来判定是否为能进行路径生成的区并确定成为路径生成的对象的区的功能部。这是由于，规则形状区81i以及不规则形状区82i、83i基于其形状，存在无法行驶的情况。路径生成对象区确定部34根据基于无人机100的行驶性能而确定的给定值，来判定是否为能进行路径生成的区。无人机100的行驶性能包括无人机100至达到等速行驶为止所需的助跑距离、以及从等速行驶起至停止为止所需的停止距离。另外，无人机100的行驶性能包括药剂播撒、监视中的有效宽度。

在外周区811i的长边小于根据无人机100至达到等速行驶为止所需的助跑距离以及停止所需的停止距离而确定的给定值的情况下，路径生成对象区确定部34决定为在该外周区811i不进行路径生成。例如，在外周区811i的长边小于助跑距离与停止距离的合计值时，决定为不进行路径生成。另外，在外周区811i的最短边小于根据无人机100的有效宽度而决定的给定值时，不进行路径生成。更具体而言，在外周区811i的最短边小于无人机100的有效宽度时，不进行路径生成。这是由于，在小于该给定值的情况下，不能生成环绕外周区811i的路径。

同样，在内侧区812i的长边小于根据无人机100至达到等速行驶为止所需的助跑距离以及停止所需的停止距离而确定的给定值的情况下，路径生成对象区确定部34决定为不进行路径生成。例如，在内侧区812i的长边小于助跑距离与停止距离的合计值时，决定为不进行路径生成。在内侧区812i的最短边小于根据无人机100的有效宽度而决定的给定值时，决定为不进行路径生成。更具体而言，在内侧区812i的最短边小于从无人机100的有效宽度的2倍中去除重叠容许值后的值时，不生成路径。

另外，路径生成对象区确定部34对所制定的不规则形状区82i、83i的每一个，判定能否进行无人机100的行驶。针对不规则形状区82i、83i的路径模式是朝长边方向单向飞行的路径或往返一次的路径。为此，在不规则形状区82i、83i的最短边小于根据无人机100的有效宽度而决定的给定值时，路径生成对象区确定部34决定为无人机100不进行该不规则形状区内的行驶。更具体而言，在不规则形状区82i、83i的最短边小于重叠容许值时，决定为不进行行驶。重叠容许值例如可以是无人机100的有效宽度的10％。

另外，在不规则形状区82i、83i的长边小于根据无人机100至达到等速行驶为止所需的助跑距离以及停止所需的停止距离而确定的给定值的情况下，也决定为不进行行驶。例如，在不规则形状区82i、83i的长边小于助跑距离与停止距离的合计值时，不进行行驶。

区制定部30可以将所制定的区的信息发送至操作器401，并显示于操作器401。另外，在存在无法行驶的区的情况下，可以进行显示来发出警告。

此外，在本例中，外周区811i、内侧区812i以及不规则形状区83i是能行驶的区，不规则形状区82i是不能行驶的区。

使用图14，说明至此已说明的至获取对象区信息来确定路径生成对象区为止的工序。

首先，对象区信息获取部10获取与农场相关的座标信息(S21)。另外，对象区信息获取部10获取与障碍物相关的座标信息(S22)。此外，步骤S21至S22的顺序不固定，也可以同时。

接下来，移动许可区生成部20根据与农场以及障碍物相关的座标信息来生成移动许可区(S23)。

区分割要否判定部31根据移动许可区的形状以及大小来判定是否需要分割移动许可区(S24)。在需要分割的情况下，区分割要否判定部31将移动许可区分割为多个区(S25)。

规则形状区生成部32在移动许可区或由区分割要否判定部31分割的多个区的每一个区生成规则形状区，进而在各规则形状区生成外周区以及内侧区(S26)。

不规则形状区生成部33将移动许可区当中的规则形状区以外的区作为不规则形状区(S27)。

接下来，路径生成对象区确定部34对所规定的每个区来判定无人机100能否行驶(S28)。在判定为无人机100不能行驶的情况下，路径生成对象区确定部34将该区从移动许可区中去除(S29)。最后，路径生成对象区确定部34将能行驶的区确定为路径生成对象区(S30)。

图9所示的路径生成部40是在路径生成对象区中根据路径模式来生成行驶路径的功能部。路径生成部40具有外周路径生成部41、内侧路径生成部42、不规则形状区路径生成部43以及路径连结部44。

如图9以及图15所示，外周路径生成部41是生成外周区811i中的环绕行驶路径811r的功能部。环绕行驶路径811r是在外周区811i上环绕1次的路径。尽管在本实施方式中是左转，但也可以是右转。

内侧路径生成部42是生成内侧区812i中的往返行驶路径812r的功能部。往返行驶路径812r是在内侧区812i中往返的路径。往返行驶路径812r是按如下方式生成的：沿内侧区812i的各边当中的、最长的长边813i方向连续生成，并在沿与该长边相邻的边当中的短的一方的短边814i方向的路径上进行方向变换。沿长边813i方向的行驶路径既可以与长边813i平行，也可以不平行。另外，沿长边813i方向的每个行驶路径既可以相互平行，也可以不平行。

不规则形状区路径生成部43是生成不规则形状区83i中的不规则形状区行驶路径83r的功能部。不规则形状区行驶路径83r是朝不规则形状区83i的长边方向单向飞行的路径或往返一次的路径。

路径连结部44是对环绕行驶路径811r、往返行驶路径812r以及不规则形状区行驶路径83r进行连结的功能部。根据该构成，即使在分割为多个区来生成路径的情况下，也能使路径的重叠成为最小限度，生成效率良好的行驶路径。

如图16所示，首先，外周路径生成部41生成环绕外周区811i的环绕行驶路径811r(S41)。接下来，内侧路径生成部42生成在内侧区812i往返的往返行驶路径812r(S42)。不规则形状区路径生成部43生成在不规则形状区83i中单向飞行或往返一次的不规则形状区行驶路径83r(S43)。此外，步骤S41至S43顺序不固定，也可以同时进行。路径连结部44对环绕行驶路径811r、往返行驶路径812r以及不规则形状区行驶路径83r进行连结(S44)。

根据生成凸多边形的规则形状区、且划分为规则形状区与不规则形状区来分别生成行驶路径的构成，内侧区也能生成为与规则形状区的外周相似形状的凸多边形，因此能使重叠的路径成为最小限度来进行往返行驶。因此，能以短时间全面地在对象区中行驶。即，能生成在作业时间、无人机的电池消耗以及药剂消耗的方面效率良好的行驶路径。另外，在药剂播撒用无人机中，重叠播撒药剂的可能性变小，能够维持高安全性。

图9所示的路径生成部40能够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。

根据本构成，能够生成即使在自主驾驶时也能高效地移动且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装置中，生成即使在自主驾驶时也能高效地移动且维持高安全性的行驶路径。

Claims (13)

1.一种行驶路径生成装置，具备：

禁止进入区决定部，其根据障碍物的座标信息，来决定所述障碍物以及所述障碍物的周边的禁止进入区；以及

移动许可区决定部，其通过从所获取的对象区中排除所述禁止进入区，来决定移动许可区，所述移动许可区是移动装置在所述对象区的内部能确保安全地进行移动的区域，

所述禁止进入区决定部预先存储有将所述障碍物的种类与所述禁止进入区的大小加以关联的障碍物表，并参照所述障碍物表，根据所述障碍物的种类来决定从所述障碍物的外缘起至所述禁止进入区的外缘为止的距离。

2.根据权利要求1所述的行驶路径生成装置，其中，

所述移动许可区决定部至少将所述对象区的地面的高度、在所述对象区生长的作物的高度以及控制飞行时能担保安全的边距进行相加，来决定所述移动许可区的高度方向的范围。

3.根据权利要求1所述的行驶路径生成装置，其中，

所述禁止进入区决定部根据所述障碍物的座标信息和该障碍物的种类来决定所述禁止进入区。

4.根据权利要求1所述的行驶路径生成装置，其中，

所述对象区由3维方向规定，

所述移动许可区决定部根据所述障碍物的高度方向的座标信息来计算所述禁止进入区，并从所述对象区中排除由3维方向规定的所述禁止进入区，从而生成所述移动许可区。

5.根据权利要求1所述的行驶路径生成装置，其中，

所述行驶路径生成装置还具备：

区制定部，其在所述移动许可区内制定1个或多个规则形状区、以及每个的面积比所述规则形状区的面积小的1个或多个不规则形状区；以及

路径生成部，其在所述规则形状区和所述不规则形状区以彼此不同的路径模式生成移动装置的行驶路径，

针对所述规则形状区的路径模式包含环绕该规则形状区的外周的外周模式以及在环绕路径的内侧进行往返的内侧模式，针对所述不规则形状区的路径模式是朝长边方向单向飞行的路径或往返一次的路径。

6.根据权利要求5所述的行驶路径生成装置，其中，

所述区制定部能针对凹多边形形状的所述移动许可区来生成分别为凸多边形的多个所述规则形状区。

7.根据权利要求5所述的行驶路径生成装置，其中，

所述行驶路径生成装置还具备：外周区生成部，其生成环状的外周区，所述环状的外周区构成所述规则形状区的外缘；以及外周路径生成部，其生成对所述外周区进行环绕的环绕行驶路径。

8.根据权利要求7所述的行驶路径生成装置，其中，

所述行驶路径生成装置还具备：内侧区生成部，其在所述外周区的内侧生成内侧区；以及内侧路径生成部，其生成在所述内侧区往返的往返行驶路径。

9.根据权利要求5所述的行驶路径生成装置，其中，

所述行驶路径生成装置还具备路径生成对象区确定部，所述路径生成对象区确定部针对所述规则形状区以及所述不规则形状区，根据所述移动装置的行驶性能来判定能否进行路径生成。

10.根据权利要求5所述的行驶路径生成装置，其中，

所述路径生成部能在所述对象区生成多种行驶路径，且还具备能选择决定为哪一种行驶路径的路径选择部，所述路径选择部根据所输入的优先顺位的信息来选择行驶路径。

11.一种行驶路径生成方法，包括如下步骤：

根据障碍物的座标信息来决定所述障碍物以及所述障碍物的周边的禁止进入区的步骤；

通过从所获取的对象区中排除所述禁止进入区来决定移动许可区的步骤，所述移动许可区是移动装置在所述对象区的内部能确保安全地进行移动的区域；以及

预先存储有将所述障碍物的种类与所述禁止进入区的大小加以关联的障碍物表，并参照所述障碍物表，根据所述障碍物的种类来决定从所述障碍物的外缘起至所述禁止进入区的外缘为止的距离的步骤。

12.一种计算机可读取存储介质，存储有行驶路径生成程序，所述计算机可读取存储介质使计算机执行如下命令：

根据障碍物的座标信息来决定所述障碍物以及所述障碍物的周边的禁止进入区的命令；

通过从所获取的对象区中排除所述禁止进入区来决定移动许可区的命令，所述移动许可区是移动装置在所述对象区的内部能确保安全地进行移动的区域；以及

预先存储有将所述障碍物的种类与所述禁止进入区的大小加以关联的障碍物表，并参照所述障碍物表，根据所述障碍物的种类来决定从所述障碍物的外缘起至所述禁止进入区的外缘为止的距离的命令。

13.一种无人机，具备行驶路径生成装置和飞行控制部，

所述行驶路径生成装置是权利要求1至10中任一项所述的行驶路径生成装置。