JP2006121997A - 無人ヘリコプタ及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 所定の散布領域で薬剤の散布を行う一方、所定の非散布領域で薬剤の散布を停止する無人ヘリコプタにおいて、非散布領域で栽培されている作物の倒伏を防ぐ。
【解決手段】 無人ヘリコプタ１の制御計算機１０は、位置センサ２、速度センサ３及び高度センサ５を介して機体の位置、飛行速度及び飛行高度を検出し、記憶している非散布領域で要求される飛行速度及び飛行高度と比較し、所定時間後に非散布領域上空に機体が進入するか否か及び進入時の機体の飛行速度及び飛行高度が非散布領域上空で要求される飛行速度及び飛行高度を下回るか否かを判定する。そして、所定時間後に非散布領域上空に機体が進入しかつ進入時の飛行速度及び飛行高度が非散布領域上空で要求される飛行速度及び飛行高度を下回ると判定した場合に、要求される飛行速度及び飛行高度まで加速及び上昇させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、所定の散布領域に薬剤の散布を行う無人ヘリコプタ及びその制御方法に関する。

現在、薬剤散布装置を用いて所定の散布領域に薬剤の散布を行う無人ヘリコプタが実用化されている。従来の無人ヘリコプタは、地上の操縦装置から送信される操縦信号によって操縦される。そして、無人ヘリコプタの機体が所定の散布領域に進入したか否かを地上の監視員が監視し、機体が散布領域に進入したものと判断した場合に、操縦者が地上から所定の散布信号を送信して散布を開始させていた。

しかし、近年においては、複雑な形状を呈する散布領域が増加している。また、薬剤を散布しない領域（以下「非散布領域」という）の中に散布領域が点在する場合もある。このため、従来のように散布の開始時期や停止時期を人間（監視員）の判断に委ねると、無人ヘリコプタを非散布領域に進入させ、誤って非散布領域に薬剤を散布してしまうことがあった。

かかる問題を解決するために、ＧＰＳや慣性航法装置を用いて飛行中の機体位置を検知し、機体が散布領域から外れた場合に自動的に散布を中断する一方、機体が散布領域に復帰した場合に自動的に散布を再開するように薬剤散布装置を制御する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−４７５９号公報

しかし、前記特許文献１に記載の技術においても、無人ヘリコプタは地上から送信される操縦信号によって操縦されており、機体の飛行速度や飛行高度は地上の操縦者に委ねられるため、操縦者の誤操作や操作遅れに起因して、無人ヘリコプタが非散布領域に低高度で進入する場合がある。かかる場合には、非散布領域で栽培されている作物への機体の衝突やダウンウォッシュにより、作物が倒伏してしまうことがあった。

本発明の課題は、所定の散布領域で薬剤の散布を行う一方、所定の非散布領域で薬剤の散布を停止する無人ヘリコプタにおいて、非散布領域で栽培されている作物の倒伏を防ぐことである。

以上の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、所定の散布領域で薬剤の散布を行う一方、所定の非散布領域で薬剤の散布を停止する無人ヘリコプタにおいて、機体の位置を検出する位置センサと、機体の飛行速度を検出する速度センサと、機体の飛行高度を検出する高度センサと、前記非散布領域の位置情報と前記非散布領域上空で要求される飛行高度の情報とを含む非散布領域情報を取得するための情報取得手段と、前記各センサで検出した機体の位置、飛行速度及び飛行高度と、前記情報取得手段で取得した前記非散布領域情報と、に基づいて、所定時間後に前記非散布領域上空に機体が進入するか否か及び進入時の機体の飛行高度が前記非散布領域上空で要求される飛行高度を下回るか否かを判定する位置高度判定手段と、前記位置高度判定手段で所定時間後に前記非散布領域上空に機体が進入しかつ進入時の機体の飛行高度が前記非散布領域上空で要求される飛行高度を下回ると判定した場合に、機体を前記非散布領域上空で要求される飛行高度まで上昇させる高度制御手段と、を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の無人ヘリコプタにおいて、前記位置高度判定手段は、前記各センサで検出した機体の位置、飛行速度及び飛行高度と、前記情報取得手段で取得した前記非散布領域情報と、に基づいて、前記非散布領域上空を機体が通過したか否か及び通過後の機体の飛行高度が所定の散布高度を上回るか否かを判定し、前記高度制御手段は、前記位置高度判定手段で前記非散布領域上空を機体が通過しかつ通過後の機体の飛行高度が所定の散布高度を上回ると判定した場合に、機体を前記散布飛行高度まで降下させることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の無人ヘリコプタにおいて、前記非散布領域情報は、前記非散布領域上空で要求される飛行速度の情報を含み、前記位置センサ及び前記速度センサで検出した機体の位置及び飛行速度と、前記情報取得手段で取得した前記非散布領域情報と、に基づいて、所定時間後に前記非散布領域上空に機体が進入するか否か及び進入時の機体の飛行速度が前記非散布領域上空で要求される飛行速度を下回るか否かを判定する位置速度判定手段と、前記位置速度判定手段で所定時間後に前記非散布領域上空に機体が進入しかつ進入時の機体の飛行速度が前記非散布領域上空で要求される飛行速度を下回ると判定した場合に、機体を前記非散布領域上空で要求される飛行速度まで加速させる速度制御手段と、を備えることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の無人ヘリコプタにおいて、前記位置速度判定手段は、前記位置センサ及び前記速度センサで検出した機体の位置及び飛行速度と、前記情報取得手段で取得した前記非散布領域情報と、に基づいて、前記非散布領域上空を機体が通過したか否か及び通過後の機体の飛行速度が所定の散布飛行速度を上回るか否かを判定し、前記速度制御手段は、前記位置速度判定手段で前記非散布領域上空を機体が通過しかつ通過後の機体の飛行速度が所定の散布飛行速度を上回ると判定した場合に、機体を前記散布飛行速度まで減速させることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４の何れか一項に記載の無人ヘリコプタにおいて、前記情報取得手段は、
前記非散布領域情報が記録された特定記録媒体を装着するための媒体装着手段と、
前記媒体装着手段に装着した前記特定記録媒体から前記非散布領域情報を読み取る媒体情報読取手段と、
を有することを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１から４の何れか一項に記載の無人ヘリコプタにおいて、前記情報取得手段は、特定の参照情報を入力するための参照情報入力手段と、前記参照情報入力手段で入力した前記参照情報に基づいて前記非散布領域情報を生成する情報生成手段と、前記情報生成手段で生成した前記非散布領域情報を読み取る生成情報読取手段と、を有することを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、所定の散布領域で薬剤の散布を行う一方、所定の非散布領域で薬剤の散布を停止する無人ヘリコプタの制御方法であって、機体の位置、飛行速度及び飛行高度を検出する機体情報検出工程と、前記非散布領域の位置情報と前記非散布領域上空で要求される飛行高度の情報とを含む非散布領域情報を取得する情報取得工程と、前記機体情報検出工程で検出した機体の位置、飛行速度及び飛行高度と、前記情報取得工程で取得した前記非散布領域情報と、に基づいて、所定時間後に前記非散布領域上空に機体が進入するか否か及び進入時の機体の飛行高度が前記非散布領域上空で要求される飛行高度を下回るか否かを判定する位置高度判定工程と、前記位置高度判定工程で所定時間後に前記非散布領域上空に機体が進入しかつ進入時の機体の飛行高度が前記非散布領域上空で要求される飛行高度を下回ると判定した場合に、機体を前記非散布領域上空で要求される飛行高度まで上昇させる高度制御工程と、を備えることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の無人ヘリコプタの制御方法において、前記位置高度判定工程では、前記機体情報検出工程で検出した機体の位置、飛行速度及び飛行高度と、前記情報取得手段で取得した前記非散布領域情報と、に基づいて、前記非散布領域上空を機体が通過したか否か及び通過後の機体の飛行高度が所定の散布飛行高度を上回るか否かを判定し、前記高度制御工程では、前記位置高度判定工程で前記非散布領域上空を機体が通過しかつ通過後の機体の飛行高度が所定の散布高度を上回ると判定した場合に、機体を前記散布飛行高度まで降下させることを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項７又は８に記載の無人ヘリコプタの制御方法において、前記非散布領域情報は、前記非散布領域上空で要求される飛行速度の情報を含み、前記機体情報検出工程で検出した機体の位置及び飛行速度と、前記情報取得工程で取得した前記非散布領域情報と、に基づいて、所定時間後に前記非散布領域上空に機体が進入するか否か及び進入時の機体の飛行速度が前記非散布領域上空で要求される飛行速度を下回るか否かを判定する位置速度判定工程と、前記位置速度判定工程で所定時間後に前記非散布領域上空に機体が進入しかつ進入時の機体の飛行速度が前記非散布領域上空で要求される飛行速度を下回ると判定した場合に、機体を前記非散布領域上空で要求される飛行速度まで加速させる速度制御工程と、を備えることを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の無人ヘリコプタの制御方法において、前記位置速度判定工程では、前記機体情報検出工程で検出した機体の位置及び飛行速度と、前記情報取得工程で取得した前記非散布領域情報と、に基づいて、前記非散布領域上空を機体が通過したか否か及び通過後の機体の飛行速度が所定の散布飛行速度を上回るか否かを判定し、前記速度制御工程では、前記位置速度判定工程で前記非散布領域を機体が通過しかつ通過後の機体の飛行速度が所定の散布飛行速度を上回ると判定した場合に、機体を前記散布飛行速度まで減速させることを特徴とする。

請求項１１に記載の発明は、請求項７から１０の何れか一項に記載の無人ヘリコプタの制御方法において、前記情報取得工程は、前記非散布領域情報が記録された特定記録媒体を所定の媒体装着手段に装着して前記非散布領域情報を入力する工程を有することを特徴とする。

請求項１２に記載の発明は、請求項７から１０の何れか一項に記載の無人ヘリコプタの制御方法において、前記情報取得工程は、散布時期を入力する工程と、非散布領域の座標情報及びその非散布領域で栽培されている作物名の情報を含む座標作物情報を入力する工程と、作物名及びその作物の丈の情報を含む作物高度情報を散布時期別に入力する工程と、作物名及びその作物から飛行時に離れるべき距離の情報を含む作物距離情報を入力する工程と、作物名及びその作物の上空で要求される飛行速度の情報を含む作物飛行速度情報を入力する工程と、前記散布時期に対応する前記作物高度情報を選択する工程と、前記座標作物情報、選択した前記作物高度情報、前記作物距離情報及び前記作物飛行速度情報から、非散布領域で栽培されている作物名に対応させて、その作物の丈、その作物から飛行時に離れるべき距離及びその作物の上空で要求される飛行速度の情報を抽出するとともに、前記作物の丈に前記作物から飛行時に離れるべき距離を加えて飛行高度の情報を算出する工程と、抽出された飛行速度の情報、算出された飛行高度の情報及びこれらが採用される非散布領域の座標情報で非散布領域情報を生成する工程と、生成した非散布領域情報を読み取る工程と、を有することを特徴とする。

請求項１又は７に記載の発明によれば、位置高度判定手段（工程）で、機体情報（機体の位置、飛行速度及び飛行高度）と非散布領域情報とに基づいて、所定時間後に非散布領域上空に機体が進入するか否か及び進入時の機体の飛行高度が非散布領域上空で要求される飛行高度を下回るか否かを判定する。そして、所定時間後に非散布領域上空に機体が進入しかつ進入時の機体の飛行高度が非散布領域上空で要求される飛行高度を下回る場合に、高度制御手段（工程）で機体を要求される飛行高度まで上昇させる。従って、非散布領域で背の高い作物が栽培されているような場合においても、この作物の倒伏を阻止することができる。また、非散布領域で栽培されている作物に与えるダウンウォッシュの影響を低減することができる。

請求項２又は８に記載の発明によれば、位置高度判定手段（工程）で、機体情報（機体の位置、飛行速度及び飛行高度）と非散布領域情報とに基づいて、機体が非散布領域上空を通過したか否か及び通過後の機体の飛行高度が所定の散布高度を上回るか否かを判定する。そして、非散布領域上空を機体が通過しかつ通過後の機体の飛行高度が所定の散布高度を上回る場合に、高度制御手段（工程）で機体を所定の散布高度まで降下させる。従って、散布領域で栽培されている作物に所定の散布高度から薬剤を確実に散布することができる。

請求項３又は９に記載の発明によれば、位置速度判定手段（工程）で、機体情報（機体の位置及び飛行速度）と非散布領域情報とに基づいて、所定時間後に非散布領域上空に機体が進入するか否か及び進入時の機体の飛行速度が非散布領域上空で要求される飛行速度を下回るか否かを判定する。そして、非散布領域上空に機体が進入しかつ進入時の機体の飛行速度が非散布領域上空で要求される飛行速度を下回る場合に、速度制御手段（工程）で機体を要求される飛行速度まで加速させる。従って、非散布領域における滞空時間を短くする（非散布領域を短時間で通過させる）ことができるので、非散布領域で倒伏し易い作物が栽培されているような場合においても、ダウンウォッシュの影響を低減してこの作物の倒伏を阻止することができる。

請求項４又は１０に記載の発明によれば、位置速度判定手段（工程）で、機体情報（機体の位置及び飛行速度）と非散布領域情報とに基づいて、非散布領域上空を機体が通過したか否か及び通過後の機体の飛行速度が所定の散布飛行速度を上回るか否かを判定する。そして、非散布領域上空を機体が通過しかつ通過後の機体の飛行速度が所定の散布飛行速度を上回ると判定した場合に、速度制御手段（工程）で機体を所定の散布飛行速度まで減速させる。従って、散布対象作物に対し薬剤を規定量散布することができる。

請求項５又は１１に記載の発明によれば、非散布領域情報が記録された特定記録媒体を用いて、きわめて容易に非散布領域情報を取得することができる。

請求項６又は１２に記載の発明によれば、特定の参照情報（例えば、散布時期の情報、非散布領域で栽培されている作物名の情報、作物の丈の情報等）に基づいて、非散布領域情報を生成・取得することができる。

本発明によれば、非散布領域上空に機体が進入しかつ進入時の機体の飛行高度が非散布領域上空で要求される飛行高度を下回る場合に、機体を要求される飛行高度まで上昇させる手段（工程）を備えるので、非散布領域で背の高い作物が栽培されているような場合においても、この作物の倒伏を阻止することができる。また、非散布領域上空に機体が進入しかつ進入時の機体の飛行速度が非散布領域上空で要求される飛行速度を下回る場合に、機体を要求される飛行速度まで加速させる手段（工程）を備えるので、非散布領域で倒伏し易い作物が栽培されているような場合においても、この作物の倒伏を阻止することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図を用いて詳細に説明する。

まず、図１〜図４を用いて、本発明の実施の形態に係る無人ヘリコプタ１の構成について説明する。

本実施の形態に係る無人ヘリコプタ１は、図１及び図３に示すように、機体の位置を検出する位置センサ２、機体の飛行速度を検出する速度センサ３、機体の姿勢角（ピッチ角）を検出する姿勢角センサ４、機体の飛行高度を検出する高度センサ５、無線指令を受信する無線受信機６、所定の制御信号を受けて舵面を駆動するアクチュエータ７、所定の散布信号を受けて薬剤散布を行う薬剤散布装置８、特定の情報を制御計算機１０に入力するための入力装置９、各センサで検出した情報や無線指令や入力された特定の情報に基づいて機体を制御するための制御信号や散布信号を出力する制御計算機１０、胴体１１、メインロータ１２、テールロータ１３、図示されていないエンジン等を備えて構成されている。

本実施の形態においては、位置センサ２、速度センサ３及び高度センサ５として、ＧＰＳ衛星から送信される情報をＧＰＳ受信機で受信して機体の三次元的な位置及び速度を算出するＧＰＳを採用している。位置センサ２及び速度センサ３として慣性航法装置を採用し、高度センサ５として電波高度計、レーザ高度計、ステレオカメラ高度計等を採用することもできる。また、本実施の形態においては、姿勢角センサ４としてジャイロを採用している。

無線受信機６は、地上の無線操縦装置２０から送信される無線指令（高度指令や速度指令等の飛行指令）を受信する。無線受信機６で受信した無線指令は制御計算機１０に伝送される。アクチュエータ７は、制御計算機１０から出力された制御信号を受けて作動し、メインロータ１２の舵面を駆動してコレクティブ舵角及びサイクリック舵角を変更する。薬剤散布装置８は、制御計算機１０から出力された散布信号を受けて薬剤を散布する。

入力装置９は、本発明における媒体装着手段であり、メモリカード３０を装着させる構造を有するとともに制御計算機１０に接続されている。本発明における特定記録媒体としてのメモリカード３０には、非散布領域の「位置情報」と、非散布領域上空で要求される「条件情報」と、から構成される「非散布領域情報」が記録されている。

本実施の形態においては、「位置情報」として、図２に示すように緯度経度で表した複数の点（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、・・・）を結ぶ閉多角形の二次元平面座標情報を採用している。また、「条件情報」として、図２に示すように非散布領域で要求される最低飛行高度情報及び最低飛行速度情報を採用している。これら「位置情報」及び「条件情報」は、制御計算機１０に読み込まれて記憶される。また、図示していない別のメモリカードを用いて、散布作業のための飛行領域及び飛行方向のデータと、薬剤を散布して飛行する高度及び速度のデータと、が制御計算機１０のメモリに入力されて記憶される。本実施の形態に係る無人ヘリコプタ１は、これらのデータに基づいて直進、横進及び反転を繰り返す自律飛行を行う。

制御計算機１０は、無線受信機６を介して、地上の無線操縦装置２０から送信された無線指令を受信し、この無線指令に応じてエンジンを駆動制御してメインロータ１２やテールロータ１３を回転させる。また、制御計算機１０は、図４に示すように、速度センサ３及び姿勢角センサ４で検出した機体の飛行速度及び姿勢角と、目標速度と、に基づいて、速度制御則１０Ａにより目標速度に機体の速度を追随させるような制御信号（サイクリック舵角指令）を生成してアクチュエータ７に出力する。また、制御計算機１０は、高度センサ５で検出した機体の飛行高度と、目標高度と、に基づいて、高度制御則１０Ｂにより目標高度に機体の高度を追随させるような制御信号（コレクティブ舵角指令）を生成してアクチュエータ７に出力する。そして、これら制御信号でアクチュエータ７を作動させることによりメインロータ１２の舵面を駆動して、所定の飛行を実現させる。速度制御則１０Ａや高度制御則１０Ｂとしては、一般的なＰＤ制御を採用することができる。

また、制御計算機１０は、入力装置９に装着したメモリカード３０から非散布領域情報を読み取ってメモリに記憶する。すなわち、制御計算機１０は本発明における情報読取手段であり、入力装置９及び制御計算機１０によって本発明における情報取得手段が構成される。

また、制御計算機１０は、図４に示すように、位置センサ２、速度センサ３及び高度センサ５で検出した機体の位置、飛行速度及び飛行高度に係る情報と、入力装置９を介して取得した非散布領域情報と、に基づいて、所定時間後の位置を算出し、所定時間後に非散布領域上空に機体が進入するか否か及び進入時の機体の飛行高度及び飛行速度が非散布領域上空で要求される最低飛行高度及び最低飛行速度を下回るか否かを判定する判定手段１０Ｃを有している。

そして、制御計算機１０は、判定手段１０Ｃで所定時間後に非散布領域上空に機体が進入しないと判定した場合、又は、進入時の機体の飛行高度が非散布領域上空で要求される最低飛行高度以上であると判定した場合に、判定時の高度を目標高度とする制御信号（コレクティブ舵角指令）を生成して出力する。また、制御計算機１０は、判定手段１０Ｃで所定時間後に非散布領域上空に機体が進入しないと判定した場合、又は、進入時の機体の飛行速度が非散布領域上空で要求される最低飛行速度以上であると判定した場合に、判定時の速度を目標速度とする制御信号（サイクリック舵角指令）を生成して出力する。また、制御計算機１０は、判定手段１０Ｃで非散布領域上空に機体が進入していないと判定した場合には、薬剤散布装置８に散布信号を出力して薬剤の散布を実現させる。

一方、制御計算機１０は、判定手段１０Ｃで所定時間後に非散布領域上空に機体が進入しかつ進入時の機体の飛行高度が非散布領域上空で要求される最低飛行高度を下回ると判定した場合に、所定の判定信号を出力して、図４に示すように目標高度を非散布領域上空で要求される最低飛行高度に切り替える。これにより、機体を最低飛行高度まで上昇させるための制御信号（コレクティブ舵角指令）を生成してアクチュエータ７に出力する。すなわち、制御計算機１０は、本発明における位置高度判定手段及び高度制御手段として機能する。

また、制御計算機１０は、判定手段１０Ｃで所定時間後に非散布領域上空に機体が進入しかつ進入時の機体の飛行速度が非散布領域上空で要求される最低飛行速度を下回ると判定した場合に、所定の判定信号を出力して、図４に示すように目標速度を非散布領域上空で要求される最低飛行速度に切り替える。これにより、機体を少なくとも最低飛行速度まで加速させるための制御信号（サイクリック舵角指令）を生成してアクチュエータ７に出力する。すなわち、制御計算機１０は、本発明における位置速度判定手段及び速度制御手段として機能する。

また、制御計算機１０の判定手段１０Ｃは、検出した機体の位置、飛行速度及び飛行高度と、取得した非散布領域情報と、に基づいて、非散布領域上空を機体が通過したか否か及び通過後の機体の飛行高度及び飛行速度が所定の散布高度及び散布飛行速度を上回るか否かを判定する。そして、制御計算機１０は、判定手段１０Ｃで非散布領域上空を機体が通過しかつ通過後の機体の飛行高度及び飛行速度が所定の散布高度及び散布飛行速度を上回ると判定した場合に、散布領域における所定の速度及び高度を目標速度及び目標高度として制御信号（サイクリック舵角指令及びコレクティブ舵角指令）を生成・出力し、機体を所定の散布高度まで降下させるとともに、所定の散布飛行速度まで減速させる。また、制御計算機１０は、判定手段１０Ｃで非散布領域上空を機体が通過したものと判定した場合に、薬剤散布装置８に散布信号を出力して薬剤の散布を再開させる。

次に、図１〜図５を用いて本発明の実施の形態に係る無人ヘリコプタ１の制御方法について具体的に説明する。

まず、地上の操縦者は、メモリカード３０を無人ヘリコプタ１の入力装置９に装着し、メモリカード３０に記録された非散布領域の「位置情報」と、非散布領域上空で要求される「条件情報」と、から構成される「非散布領域情報」を制御計算機１０に入力して記憶させる（情報取得工程）。そして、無線操縦装置２０を操作することにより無線指令を無人ヘリコプタ１に向けて送信する。無人ヘリコプタ１の制御計算機１０は、無線受信機６を介して無線指令を受信し、この無線指令に応じてエンジンを駆動制御する。

また、制御計算機１０は、各センサを介して機体情報（機体の位置、飛行速度、姿勢角及び飛行高度）を検出する（機体情報検出工程）。そして、制御計算機１０は、検出した機体情報と、予め記録された飛行領域等のデータと、に基づいて制御信号（サイクリック舵角指令及びコレクティブ舵角指令）を生成して出力することにより、所定の飛行速度及び飛行高度での飛行を実現させる。この結果、無人ヘリコプタ１は所定の散布領域に導かれる。なお、飛行領域及び飛行方向のデータと、薬剤を散布して飛行する高度及び速度のデータとは、飛行開始前にメモリカードを使用して入力装置９から制御計算機１０のメモリに入力されている。

次いで、制御計算機１０は、機体情報検出工程で検出した機体情報と、入力装置９を介して入力された非散布領域情報と、に基づいて、所定時間後の機体の位置を算出する。そして、所定時間後に非散布領域上空に機体が進入するか否か及び進入時の機体の飛行高度及び飛行速度が非散布領域上空で要求される最低飛行高度及び最低飛行速度を下回るか否かを判定する（位置高度判定工程、位置速度判定工程）。

ここで、図５に示すような非散布領域情報が与えられ、この非散布領域を直進飛行する場合における位置高度判定工程及び位置速度判定工程の例について具体的に説明する。制御計算機１０は、図５（ｂ）に示した非散布領域Ａ₁を構成する複数の点（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、・・・）の位置情報から非散布領域Ａ₁の各辺を算出する。次いで、図５（ｂ）に示すように、機体の現在位置Ｂから任意の方向に向けて半直線Ｌを引き、この半直線Ｌと非散布領域Ａ₁の各辺との交点の個数を飛行領域内で算出する。そして、交点の個数が「奇数」である場合には、機体が非散布領域Ａ₁の内側にあるものと判定し、交点の個数が「偶数」である場合には、機体が非散布領域Ａ₁の外側にあるものと判定する。また、制御計算機１０は、非散布領域Ａ₁の上空に機体が進入した時の飛行高度及び飛行速度が、非散布領域Ａ₁の上空で要求される最低飛行高度（７．０ｍ）及び最低飛行速度（６．０ｍ／ｓ）を下回るか否かを判定する。

制御計算機１０は、位置高度判定工程で所定時間後に非散布領域Ａ₁の上空に機体が進入しないと判定した場合、又は、進入時の機体の飛行高度が非散布領域Ａ₁の上空で要求される最低飛行高度（７．０ｍ）以上であると判定した場合に、そのまま高度を維持する高度指令に応じた制御信号（コレクティブ舵角指令）を生成して出力する。また、制御計算機１０は、位置速度判定工程で所定時間後に非散布領域Ａ₁の上空に機体が進入しないと判定した場合、又は、進入時の機体の飛行速度が非散布領域Ａ₁の上空で要求される最低飛行速度（６．０ｍ／ｓ）以上であると判定した場合に、そのまま速度を維持する速度指令に応じた制御信号（サイクリック舵角指令）を生成して出力する。また、制御計算機１０は、所定時間後に非散布領域Ａ₁の上空に機体が進入しないと判定した場合には、薬剤散布装置８に散布信号を出力して薬剤の散布を実現させる。

一方、制御計算機１０は、位置高度判定工程で所定時間後に非散布領域Ａ₁の上空に機体が進入しかつ進入時の機体の飛行高度が非散布領域Ａ₁の上空で要求される最低飛行高度（７．０ｍ）を下回ると判定した場合に、最低飛行高度まで上昇させるための制御信号（コレクティブ舵角指令）をアクチュエータ７に出力して、機体を少なくとも最低飛行高度まで上昇させる（高度制御工程）。また、制御計算機１０は、位置速度判定工程で所定時間後に非散布領域Ａ₁の上空に機体が進入しかつ進入時の機体の飛行速度が非散布領域Ａ₁の上空で要求される最低飛行速度（６．０ｍ／ｓ）を下回ると判定した場合に、最低飛行速度まで加速させるための制御信号（サイクリック舵角指令）を出力して、機体を少なくとも最低飛行速度まで加速させる（速度制御工程）。この際、進入時の機体の進行方向を維持するようにする。さらに、制御計算機１０は、散布領域と非散布領域との境界に機体が到達したものと判定した場合に、散布信号の出力を停止して、薬剤散布装置８による薬剤の散布を停止させる。

例えば、図３に示すように散布対象作物が「水稲」であり、非散布領域Ａ₁で栽培されている作物が「とうもろこし」等の背の高い植物であって、水稲散布時の散布高度「５ｍ」及び散布飛行速度「４ｍ／ｓ」で非散布領域Ａ₁の上空に機体が進入した場合には、制御計算機１０は、図３に示すように非散布領域Ａ₁の上空で要求される最低飛行高度（７．０ｍ）まで機体を上昇させるとともに、非散布領域Ａ₁の上空で要求される最低飛行速度（６．０ｍ／ｓ）まで機体を加速させる。

この際、無人ヘリコプタ１が、約１ｍ／ｓ²の加速度で加速しかつ約１．５ｍ／ｓの速度で上昇する性能を有する場合には、非散布領域Ａ₁の上空に進入する手前約１０ｍの位置で加速を開始した後、非散布領域Ａ₁の上空に進入する手前約７ｍの位置で上昇を開始することにより、非散布領域Ａ₁の上空への進入とほぼ同時に最低飛行速度及び最低飛行高度に到達することができる。すなわち、無人ヘリコプタ１の動作遅れを考慮して、図５（ａ）に示すように非散布領域Ａ₁の上空に到達する約ｎ秒前の段階で判定及び制御を実施することにより、非散布領域Ａ₁の上空への進入とほぼ同時に最低飛行速度及び最低飛行高度に到達することが可能となる。なお、ｎの値は機体の仕様により種々変更することができる。また、上昇を開始させた後に加速を開始させてもよく、加速と上昇とを同時に開始させてもよい。

この後、制御計算機１０は、機体情報と非散布領域情報とに基づいて、非散布領域Ａ₁の上空を機体が通過したか否か及び通過した後の機体の飛行高度及び飛行速度が水稲散布時の所定の散布高度（５ｍ）及び散布飛行速度（４ｍ／ｓ）を上回るか否かを判定する。そして、制御計算機１０は、非散布領域Ａ₁の上空を機体が通過しかつ通過時の機体の飛行高度及び飛行速度が所定の散布高度（５ｍ）及び散布飛行速度（４ｍ／ｓ）を上回ると判定した場合に、非散布領域Ａ₁の上空を進入する直前で加速及び上昇を開始する前の速度指令及び高度指令に戻す制御信号（サイクリック舵角指令及びコレクティブ舵角指令）を生成して出力する。これにより、図３に示すように、機体を水稲散布時の散布高度（５ｍ）まで降下させるとともに、水稲散布時の散布飛行高度（４ｍ／ｓ）まで減速させることができる。また、制御計算機１０は、非散布領域Ａ₁の上空を機体が通過したものと判定した場合に、薬剤散布装置８に散布信号を出力して薬剤の散布を再開させる。

制御計算機１０は、以上のような位置高度判定工程、位置速度判定工程、高度制御工程及び速度制御工程を、他の非散布領域（Ａ₂、Ａ₃、・・・）毎に繰り返し実施しながら散布を継続する。

以上説明した実施の形態に係る無人ヘリコプタ１においては、制御計算機１０で、機体情報（機体の位置、飛行速度及び飛行高度）と非散布領域情報とに基づいて、所定時間後に非散布領域Ａ₁の上空に機体が進入するか否か及び進入時の機体の飛行高度が非散布領域Ａ₁の上空で要求される最低飛行高度（７．０ｍ）を下回るか否かを判定する。そして、所定時間後に非散布領域Ａ₁の上空に機体が進入しかつ進入時の機体の飛行高度が非散布領域Ａ₁の上空で要求される最低飛行高度（７．０ｍ）を下回る場合に、機体を少なくとも最低飛行高度（７．０ｍ）まで上昇させる。従って、非散布領域Ａ₁で背の高い作物（例えばとうもろこし）が栽培されているような場合においても、この作物の倒伏を阻止することができる。また、非散布領域Ａ₁で栽培されている作物に与えるダウンウォッシュの影響を低減することができる。

また、以上説明した実施の形態に係る無人ヘリコプタ１においては、制御計算機１０で、機体情報と非散布領域情報とに基づいて、機体が非散布領域Ａ₁の上空を通過したか否か及び通過後の機体の飛行高度が所定の散布高度（５．０ｍ）を上回るか否かを判定する。そして、非散布領域Ａ₁の上空を機体が通過しかつ通過後の機体の飛行高度が所定の散布高度（５．０ｍ）を上回る場合に、機体を散布高度（５．０ｍ）まで降下させる。従って、散布領域で栽培されている作物（例えば水稲）に所定の散布高度（５．０ｍ）から薬剤を確実に散布することができる。

また、以上説明した実施の形態に係る無人ヘリコプタ１においては、制御計算機１０で、機体情報と非散布領域情報とに基づいて、所定時間後に非散布領域Ａ₁の上空に機体が進入するか否か及び進入時の機体の飛行速度が非散布領域Ａ₁の上空で要求される最低飛行速度（６．０ｍ／ｓ）を下回るか否かを判定する。そして、非散布領域Ａ₁の上空に機体が進入しかつ進入時の機体の飛行速度が非散布領域Ａ₁の上空で要求される最低飛行速度（６．０ｍ／ｓ）を下回る場合に、機体を少なくとも最低飛行速度（６．０ｍ／ｓ）まで加速させる。従って、非散布領域Ａ₁の上空における滞空時間を短くする（非散布領域Ａ₁の上空を短時間で通過させる）ことができるので、非散布領域Ａ₁で倒伏し易い作物が栽培されているような場合においても、ダウンウォッシュの影響を低減してこの作物の倒伏を阻止することができる。また、操縦者の誤操作や薬剤散布装置８の故障等に起因して非散布領域Ａ₁の上空で散布を継続してしまった場合においても、非散布領域Ａ₁で栽培されている作物に与える薬剤の影響を低減することができる。

また、以上説明した実施の形態に係る無人ヘリコプタ１においては、制御計算機１０で、機体情報と非散布領域情報とに基づいて、非散布領域Ａ₁の上空を機体が通過したか否か及び通過後の機体の飛行速度が所定の散布飛行速度（４ｍ／ｓ）を上回るか否かを判定する。そして、非散布領域Ａ₁の上空を機体が通過しかつ通過後の機体の飛行速度が所定の散布飛行速度（４ｍ／ｓ）を上回ると判定した場合に、機体を散布飛行速度（４ｍ／ｓ）まで減速させる。従って、散布対象作物に対し薬剤を規定量散布することができる。

また、以上説明した実施の形態に係る無人ヘリコプタ１においては、非散布領域情報が記録されたメモリカード３０を用いて、きわめて容易に非散布領域情報を取得することができる。

なお、以上の実施の形態においては、メモリカード３０に非散布領域情報を予め記録しておき、入力装置９を介してこの非散布領域情報を制御計算機１０に入力して高度制御及び速度制御に使用した例を示したが、制御計算機１０に特定の参照情報を入力し、この参照情報に基づいて非散布領域情報を生成することもできる。

例えば、図６に示すような月毎の「作物テーブル」（栽培される作物名及びその作物の丈を記録した作物高度情報と、栽培される作物名及びその作物上を飛行する際に維持すべき最低飛行速度情報を記録した作物飛行速度情報と、栽培される作物名及びその作物から飛行時に離れるべき距離の情報を記録した図示されていない作物距離情報と、から構成されるテーブル）を制御計算機１０のメモリに記録する。この際、例えば外部の記録装置を使用して「作物テーブル」をメモリカード３０に記録し、メモリカード３０を入力装置９に装着して制御計算機１０のメモリに入力して記録することができる。

また、散布時期（「８月１日」）や、散布対象作物の名称（「水稲」）や、各非散布領域の座標情報及びその非散布領域で栽培されている作物名（「とうもろこし」、「大豆」等）の情報（座標作物情報）を、入力装置９を介して制御計算機１０のメモリに入力する。「作物テーブル」や、入力装置９を介して入力された散布時期、散布対象作物の名称、座標作物情報等の各種情報は、本発明における特定の参照情報である。

そして、制御計算機１０は、メモリに記録された「作物テーブル」と、入力された各種情報と、に基づいて、非散布領域の「条件情報」を生成し、この「条件情報」と「位置情報」とから構成される非散布領域情報をメモリに記録する。制御計算機１０は、この非散布領域情報を読み取り、高度制御及び速度制御に使用する。

以下、非散布領域Ａ₁の「条件情報」を生成する場合について具体的に説明する。まず、制御計算機１０は、入力された散布時期の情報（「８月１日」）に基づいて、メモリの中から「８月」分の作物高度テーブル、作物距離テーブル及び作物速度テーブルを検索する。次に、制御計算機１０は、入力された散布対象作物の名称（「水稲」）と、非散布領域Ａ₁で栽培されている作物の名称（「とうもろこし」）と、に基づいて、「水稲」と同時期に非散布領域Ａ₁で栽培されている「とうもろこし」の高さ（２５０ｃｍ）を「８月」分の作物高度テーブルから読み取るとともに、「とうもろこし」から飛行時に離れるべき距離を「８月」分の作物距離テーブルから読み取る。そして、制御計算機１０は、これらの値を加算することにより、「とうもろこし」に影響を与えないような最低飛行高度情報（７．０ｍ）を算出する。また、制御計算機１０は、入力された散布対象作物に係る情報（「水稲」）と、非散布領域Ａ₁で栽培されている作物に係る情報（「とうもろこし」）と、に基づいて、「水稲」と同時期に非散布領域Ａ₁で栽培されている「とうもろこし」の上空の最低飛行速度情報（６．０ｍ／ｓ）を「８月」分の作物速度テーブルから読み取る。

このような手順で算出された最低飛行高度情報（７．０ｍ）及び最低飛行速度情報（６．０ｍ／ｓ）は、非散布領域Ａ₁の「条件情報」であり、非散布領域Ａ₁の「位置情報」とともに非散布領域情報を構成し、制御計算機１０のメモリに記録される。制御計算機１０は、この非散布領域情報を読み取って高度制御及び速度制御に使用する。

かかる場合において、入力装置９は本発明における参照情報入力手段であり、制御計算機１０は、非散布領域情報生成手段及び生成情報読取手段である。また、入力装置９と制御計算機１０とによって本発明における情報取得手段が構成される。また、「作物テーブル」等の参照情報を入力する工程と、参照情報に基づいて非散布領域情報を生成する工程と、生成した非散布領域情報を読み取る工程と、によって本発明における情報取得工程が構成される。

また、以上の実施の形態においては、制御計算機１０のメモリに記録された（又はメモリカード等の記録媒体を介して入力された）所定の散布飛行パターンに基づいて自律飛行する無人ヘリコプタ１について説明したが、地上からの無線指令（速度指令、高度指令）に基づいて飛行する無人ヘリコプタ１に本発明を適用することもできる。

また、以上の実施の形態においては、本発明における特定記録媒体として「メモリカード」を採用した例を示したが、非散布領域情報を記録可能な他の記録媒体を特定記録媒体として採用することもできる。

本発明の実施の形態に係る無人ヘリコプタの機能的構成を説明するためのブロック図である。 本発明の実施の形態に係る無人ヘリコプタの制御方法で用いられる非散布領域情報の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る無人ヘリコプタの制御方法を実施した場合における飛行経路の一例を説明するための説明図である。 本発明の実施の形態に係る無人ヘリコプタの制御計算機による制御内容を説明するための概念図である。 本発明の実施の形態に係る無人ヘリコプタの制御方法の位置高度判定工程及び位置速度判定工程を説明するための説明図である。 本発明の実施の形態に係る無人ヘリコプタの制御方法で用いられる非散布領域情報の生成手順を説明するための説明図である。

符号の説明

１ 無人ヘリコプタ
２ 位置センサ
３ 速度センサ
５ 高度センサ
９ 入力装置（媒体装着手段、参照情報入力手段、情報取得手段の一部）
１０ 制御計算機（位置高度判定手段、高度制御手段、位置速度判定手段、速度制御手段、媒体情報読取手段、情報生成手段、生成情報読取手段、情報取得手段の一部）

Claims (12)

1. 所定の散布領域で薬剤の散布を行う一方、所定の非散布領域で薬剤の散布を停止する無人ヘリコプタにおいて、
   機体の位置を検出する位置センサと、
   機体の飛行速度を検出する速度センサと、
   機体の飛行高度を検出する高度センサと、
   前記非散布領域の位置情報と前記非散布領域上空で要求される飛行高度の情報とを含む非散布領域情報を取得するための情報取得手段と、
   前記各センサで検出した機体の位置、飛行速度及び飛行高度と、前記情報取得手段で取得した前記非散布領域情報と、に基づいて、所定時間後に前記非散布領域上空に機体が進入するか否か及び進入時の機体の飛行高度が前記非散布領域上空で要求される飛行高度を下回るか否かを判定する位置高度判定手段と、
   前記位置高度判定手段で所定時間後に前記非散布領域上空に機体が進入しかつ進入時の機体の飛行高度が前記非散布領域上空で要求される飛行高度を下回ると判定した場合に、機体を前記非散布領域上空で要求される飛行高度まで上昇させる高度制御手段と、
   を備えることを特徴とする無人ヘリコプタ。
2. 前記位置高度判定手段は、
   前記各センサで検出した機体の位置、飛行速度及び飛行高度と、前記情報取得手段で取得した前記非散布領域情報と、に基づいて、前記非散布領域上空を機体が通過したか否か及び通過後の機体の飛行高度が所定の散布高度を上回るか否かを判定し、
   前記高度制御手段は、
   前記位置高度判定手段で前記非散布領域上空を機体が通過しかつ通過後の機体の飛行高度が所定の散布高度を上回ると判定した場合に、機体を前記散布飛行高度まで降下させることを特徴とする請求項１に記載の無人ヘリコプタ。
3. 前記非散布領域情報は、
   前記非散布領域上空で要求される飛行速度の情報を含み、
   前記位置センサ及び前記速度センサで検出した機体の位置及び飛行速度と、前記情報取得手段で取得した前記非散布領域情報と、に基づいて、所定時間後に前記非散布領域上空に機体が進入するか否か及び進入時の機体の飛行速度が前記非散布領域上空で要求される飛行速度を下回るか否かを判定する位置速度判定手段と、
   前記位置速度判定手段で所定時間後に前記非散布領域上空に機体が進入しかつ進入時の機体の飛行速度が前記非散布領域上空で要求される飛行速度を下回ると判定した場合に、機体を前記非散布領域上空で要求される飛行速度まで加速させる速度制御手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の無人ヘリコプタ。
4. 前記位置速度判定手段は、
   前記位置センサ及び前記速度センサで検出した機体の位置及び飛行速度と、前記情報取得手段で取得した前記非散布領域情報と、に基づいて、前記非散布領域上空を機体が通過したか否か及び通過後の機体の飛行速度が所定の散布飛行速度を上回るか否かを判定し、
   前記速度制御手段は、
   前記位置速度判定手段で前記非散布領域上空を機体が通過しかつ通過後の機体の飛行速度が所定の散布飛行速度を上回ると判定した場合に、機体を前記散布飛行速度まで減速させることを特徴とする請求項３に記載の無人ヘリコプタ。
5. 前記情報取得手段は、
   前記非散布領域情報が記録された特定記録媒体を装着するための媒体装着手段と、
   前記媒体装着手段に装着した前記特定記録媒体から前記非散布領域情報を読み取る媒体情報読取手段と、
   を有することを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の無人ヘリコプタ。
6. 前記情報取得手段は、
   特定の参照情報を入力するための参照情報入力手段と、
   前記参照情報入力手段で入力した前記参照情報に基づいて前記非散布領域情報を生成する情報生成手段と、
   前記情報生成手段で生成した前記非散布領域情報を読み取る生成情報読取手段と、
   を有することを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の無人ヘリコプタ。
7. 所定の散布領域で薬剤の散布を行う一方、所定の非散布領域で薬剤の散布を停止する無人ヘリコプタの制御方法であって、
   機体の位置、飛行速度及び飛行高度を検出する機体情報検出工程と、
   前記非散布領域の位置情報と前記非散布領域上空で要求される飛行高度の情報とを含む非散布領域情報を取得する情報取得工程と、
   前記機体情報検出工程で検出した機体の位置、飛行速度及び飛行高度と、前記情報取得工程で取得した前記非散布領域情報と、に基づいて、所定時間後に前記非散布領域上空に機体が進入するか否か及び進入時の機体の飛行高度が前記非散布領域上空で要求される飛行高度を下回るか否かを判定する位置高度判定工程と、
   前記位置高度判定工程で所定時間後に前記非散布領域上空に機体が進入しかつ進入時の機体の飛行高度が前記非散布領域上空で要求される飛行高度を下回ると判定した場合に、機体を前記非散布領域上空で要求される飛行高度まで上昇させる高度制御工程と、
   を備えることを特徴とする無人ヘリコプタの制御方法。
8. 前記位置高度判定工程では、
   前記機体情報検出工程で検出した機体の位置、飛行速度及び飛行高度と、前記情報取得手段で取得した前記非散布領域情報と、に基づいて、前記非散布領域上空を機体が通過したか否か及び通過後の機体の飛行高度が所定の散布飛行高度を上回るか否かを判定し、
   前記高度制御工程では、
   前記位置高度判定工程で前記非散布領域上空を機体が通過しかつ通過後の機体の飛行高度が所定の散布高度を上回ると判定した場合に、機体を前記散布飛行高度まで降下させることを特徴とする請求項７に記載の無人ヘリコプタの制御方法。
9. 前記非散布領域情報は、
   前記非散布領域上空で要求される飛行速度の情報を含み、
   前記機体情報検出工程で検出した機体の位置及び飛行速度と、前記情報取得工程で取得した前記非散布領域情報と、に基づいて、所定時間後に前記非散布領域上空に機体が進入するか否か及び進入時の機体の飛行速度が前記非散布領域上空で要求される飛行速度を下回るか否かを判定する位置速度判定工程と、
   前記位置速度判定工程で所定時間後に前記非散布領域上空に機体が進入しかつ進入時の機体の飛行速度が前記非散布領域上空で要求される飛行速度を下回ると判定した場合に、機体を前記非散布領域上空で要求される飛行速度まで加速させる速度制御工程と、
   を備えることを特徴とする請求項７又は８に記載の無人ヘリコプタの制御方法。
10. 前記位置速度判定工程では、
    前記機体情報検出工程で検出した機体の位置及び飛行速度と、前記情報取得工程で取得した前記非散布領域情報と、に基づいて、前記非散布領域上空を機体が通過したか否か及び通過後の機体の飛行速度が所定の散布飛行速度を上回るか否かを判定し、
    前記速度制御工程では、
    前記位置速度判定工程で前記非散布領域を機体が通過しかつ通過後の機体の飛行速度が所定の散布飛行速度を上回ると判定した場合に、機体を前記散布飛行速度まで減速させることを特徴とする請求項９に記載の無人ヘリコプタの制御方法。
11. 前記情報取得工程は、
    前記非散布領域情報が記録された特定記録媒体を所定の媒体装着手段に装着して前記非散布領域情報を入力する工程を有することを特徴とする請求項７から１０の何れか一項に記載の無人ヘリコプタの制御方法。
12. 前記情報取得工程は、
    散布時期を入力する工程と、
    非散布領域の座標情報及びその非散布領域で栽培されている作物名の情報を含む座標作物情報を入力する工程と、
    作物名及びその作物の丈の情報を含む作物高度情報を散布時期別に入力する工程と、
    作物名及びその作物から飛行時に離れるべき距離の情報を含む作物距離情報を入力する工程と、
    作物名及びその作物の上空で要求される飛行速度の情報を含む作物飛行速度情報を入力する工程と、
    前記散布時期に対応する前記作物高度情報を選択する工程と、
    前記座標作物情報、選択した前記作物高度情報、前記作物距離情報及び前記作物飛行速度情報から、非散布領域で栽培されている作物名に対応させて、その作物の丈、その作物から飛行時に離れるべき距離及びその作物の上空で要求される飛行速度の情報を抽出するとともに、前記作物の丈に前記作物から飛行時に離れるべき距離を加えて飛行高度の情報を算出する工程と、
    抽出された飛行速度の情報、算出された飛行高度の情報及びこれらが採用される非散布領域の座標情報で非散布領域情報を生成する工程と、
    生成した非散布領域情報を読み取る工程と、
    を有することを特徴とする請求項７から１０の何れか一項に記載の無人ヘリコプタの制御方法。

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