JP6651682B1 - 資材散布システムおよび資材散布装置 - Google Patents

Abstract

【課題】頻繁に離着陸することなく、農薬等の資材を散布できる装置を提供する。【解決手段】有人航空機（ヘリコプタ１００）に搭載される資材散布装置と、１または複数の無人航空機（ドローン２００）とを有する資材散布システムにおいて、有人航空機の資材散布装置は、無人航空機に資材を供給する供給手段（ポンプ）と、無人航空機を制御する制御手段（制御装置１３０）と、を有し、無人航空機は、供給手段から供給される資材を散布する散布手段（薬剤タンク、散布ノズル、および、薬剤加圧調整部）と、制御手段の制御に応じて無人航空機を飛行させる飛行手段（制御部およびモータ）と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、資材散布システムおよび資材散布装置に関する。

従来、農薬等の資材を無人航空機によって散布する技術としては、例えば、特許文献１に開示された技術がある。

特許文献１に開示された技術では、機体の中央部分に農薬等を充填したタンクの搭載口を形成し、このタンク搭載口内に機体の上方からタンクを落としこむようにして挿入する。タンクの上部を機体の上面に露出させてタンク内に１／２の薬剤を充填し、この時のドローンの重心位置を、各プロペラ間を結ぶ中心線に対して各プロペラの回転中心点から下向きに１０度〜２０度の範囲で結ぶ仮想線の範囲内に設定することを特徴としている。

このような技術によれば、風圧を受けた場合の機体の安定性を高めることができるので、安定して薬剤等の資材を散布できるという効果が期待できる。

特開２０１７−２４４８８号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、無人航空機に搭載できる薬剤の量が限られるとともに、バッテリに蓄電できる電力量も限られることから、薬剤の補充やバッテリの交換のために、頻繁に離着陸する必要があるという問題点がある。

本発明は、頻繁に離着陸することなく、資材を散布することが可能な資材散布システムおよび資材散布装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明は、有人航空機に搭載される中央装置と、１または複数の無人航空機とを有する資材散布システムにおいて、前記有人航空機の前記中央装置は、前記無人航空機に資材を供給する供給手段と、前記無人航空機を制御する制御手段と、を有し、前記無人航空機は、前記供給手段から供給される前記資材を散布する散布手段と、前記制御手段の制御に応じて前記無人航空機を飛行させる飛行手段と、を有し、前記制御手段は、前記資材の散布範囲に基づいて、前記無人航空機の飛行経路を計算し、前記飛行経路に応じて前記無人航空機を制御する、ことを特徴とする。

また、本発明は、有人航空機に搭載される中央装置と、１または複数の無人航空機とを有する資材散布システムにおいて、前記有人航空機の前記中央装置は、前記無人航空機に資材を供給する供給手段と、前記無人航空機を制御する制御手段と、を有し、前記無人航空機は、前記供給手段から供給される前記資材を散布する散布手段と、前記制御手段の制御に応じて前記無人航空機を飛行させる飛行手段と、を有し、前記制御手段は、前記資材の散布範囲に基づいて、前記有人航空機の飛行経路を計算して提示するとともに、前記散布範囲と前記有人航空機の飛行経路に基づいて前記無人航空機の飛行経路を計算し、得られた飛行経路に応じて前記無人航空機を制御する、ことを特徴とする。

また、本発明は、前記無人航空機は、風向風速センサを有し、前記風向風速センサの検出結果に応じて、前記散布手段による前記資材の散布方向を調整する散布方向調整手段を有する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、風の影響を低減し、薬剤を適切な範囲に散布することができる。

また、本発明は、前記無人航空機は、前記資材の散布量を調整する散布量調整手段を有することを特徴とする。
このような構成によれば、資材を散布する密度等を適切に設定することが可能になる。

また、本発明は、前記有人航空機は前記無人航空機に対してケーブルを介して前記資材を供給し、前記有人航空機は、前記ケーブルの張力を調整する張力調整手段を有する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、ケーブルの張力の影響を低減して、所望の範囲に資材を散布することができる。

また、本発明は、前記散布手段は、前記資材に対して空気または螺旋機構によって圧力を印加することで、前記資材を散布することを特徴とする。
このような構成によれば、資材の種類に応じて適切な方法で散布することができる。

また、本発明は、前記散布手段は、前記無人航空機が飛行するために有するプロペラの風圧を利用して散布することを特徴とする。
このような構成によれば、プロペラの下降気流を有効利用して資材を散布することができる。

また、本発明は、有人航空機と１または複数の無人航空機とを有する資材散布システムの前記有人航空機に搭載される資材散布装置において、前記無人航空機が有する散布手段に対して資材を供給して散布させる供給手段と、前記無人航空機が有する飛行手段を制御して前記無人航空機を飛行させる制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記資材の散布範囲に基づいて、前記無人航空機の飛行経路を計算し、前記飛行経路に応じて前記無人航空機を制御する、ことを特徴とする。

また、本発明は、有人航空機と１または複数の無人航空機とを有する資材散布システムの前記有人航空機に搭載される資材散布装置において、前記無人航空機が有する散布手段に対して資材を供給して散布させる供給手段と、前記無人航空機が有する飛行手段を制御して前記無人航空機を飛行させる制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記資材の散布範囲に基づいて、前記有人航空機の飛行経路を計算して提示するとともに、前記散布範囲と前記有人航空機の飛行経路に基づいて前記無人航空機の飛行経路を計算し、得られた飛行経路に応じて前記無人航空機を制御する、ことを特徴とする。

本発明によれば、頻繁に離着陸することなく、資材を散布することが可能な資材散布システムおよび資材散布装置を提供することが可能となる。

本発明の実施形態に係る資材散布システムの構成例を示す図である。 図１に示す薬剤・電力供給装置および制御装置の構成例を示す図である。 図２に示す制御装置の詳細な構成例を示す図である。 図１に示すドローンの構成例を示す側面図である。 図１に示すドローンの構成例を示す上面図である。 図１に示すドローンの電気的な構成例を示す図である。 図３に示すＬＣＤタッチパネルに表示される表示画面の一例である。 ドローンによる散布の態様を示す図である。 ドローンによる散布の態様を示す図である。 図３に示す制御部で実行される処理の一例を説明するフローチャートである。 図１０のステップＳ１９に示す「薬剤散布処理」の詳細を説明するためのフローチャートである。 図６に示す制御部で実行される処理の一例を説明するフローチャートである。 螺旋搬送体を用いた散布ノズルの構成例である。

次に、本発明の実施形態について説明する。

（Ａ）本発明の実施形態の構成の説明
図１は、本発明の実施形態に係る資材散布システムの構成例を示す図である。図１に示すように、資材散布システムは、有人航空機としてのヘリコプタ１００および１または複数の無人航空機としてのドローン２００を有している。

ヘリコプタ１００は、薬剤・電力供給装置１１０および制御装置１３０を備える中央装置を有している。薬剤・電力供給装置１１０は、ドローン２００に対して薬剤および電力を供給する。制御装置１３０は、薬剤・電力供給装置１１０およびドローン２００を制御する。

図２は、図１に示す中央装置としての薬剤・電力供給装置１１０および制御装置１３０の詳細な構成例を示している。図２に示すように、薬剤・電力供給装置１１０は、リール機構１１１、モータ１１２、ポンプ１１３、薬剤タンク１１４、および、電源１１５を有している。また、制御装置１３０は、制御部１３１および送受信部１３２を有している。なお、薬剤・電力供給装置１１０は、ドローン毎に設けられている。

ここで、リール機構１１１は、電源ケーブルおよび薬剤ケーブルを有するケーブル３００が巻回されており、モータ１１２によって駆動され、ケーブル３００を巻き取ったり、繰り出したりすることが可能とされている。また、モータ１１２を制御することにより、ヘリコプタ１００とドローン２００の間のケーブル３００のテンションを調整可能とされている。

モータ１１２は、制御部１３１によって制御され、リール機構１１１を任意の方向に回転させ、ケーブル３００を巻き取ったり、繰り出したりする。

ポンプ１１３は、制御部１３１によって制御され、薬剤タンク１１４に貯留されている薬剤を加圧して、リール機構１１１にその端部が接続されている薬剤ケーブルに対して薬剤を供給する。

薬剤タンク１１４は、薬剤を貯留するタンクであり、その下部にはポンプ１１３の吸入口が設けられている。

電源１１５は、制御部１３１によって制御され、リール機構１１１にその端部が接続された電源ケーブルを介してドローン２００に電力を供給する。

制御部１３１は、モータ１１２、ポンプ１１３、および、電源１１５を制御するとともに、送受信部１３２を介して制御信号を送信することでドローン２００を制御する。

送受信部１３２は、アンテナ１３２ａを有し、アンテナ１３２ａを介してドローン２００との間で電波によって制御信号を伝送可能とされている。

図３は、図２に示す制御部１３１の詳細な構成例を示す図である。図３に示すように、制御部１３１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１３１ａ、ＲＯＭ（Read Only Memory）１３１ｂ、ＲＡＭ（Random Access Memory）１３１ｃ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）１３１ｄ、ＬＣＤタッチパネル１３１ｅ、バス１３１ｆ、および、Ｉ／Ｆ１３１ｇを有している。

ここで、ＣＰＵ１３１ａは、ＲＯＭ１３１ｂに格納されたプログラムに応じて各部を制御する中央処理装置である。

ＲＯＭ１３１ｂは、不揮発性の半導体記憶装置によって構成され、ＣＰＵ１３１ａが実行する基本的なプログラム等を格納している。

ＲＡＭ１３１ｃは、揮発性の半導体記憶装置によって構成され、ＣＰＵ１３１ａが実行対象とするプログラムや、計算途中のデータを一時的に格納する。

ＨＤＤ１３１ｄは、磁気記憶媒体によって構成され、ＣＰＵ１３１ａが実行するプログラム等を格納する。

ＬＣＤタッチパネル１３１ｅは、例えば、液晶パネルの表示部にタッチセンサが重畳されて構成される。ＬＣＤタッチパネル１３１ｅは、ＣＰＵ１３１ａによって描画された画像等をＬＣＤに表示するとともに、タッチセンサが操作された場合には操作箇所を示す情報をＣＰＵ１３１ａに伝える。

バス１３１ｆは、ＣＰＵ１３１ａ、ＲＯＭ１３１ｂ、ＲＡＭ１３１ｃ、ＨＤＤ１３１ｄ、ＬＣＤタッチパネル１３１ｅ、および、Ｉ／Ｆ１３１ｇを相互に接続し、これらの間で情報の授受を可能とするための信号線群である。

Ｉ／Ｆ１３１ｇは、モータ１１２、ポンプ１１３、電源１１５、および、送受信部１３２と接続され、これらとの間で情報を授受する。

図４および図５は、ドローン２００の構成例を示す側面図および上面図である。図４に示すように、ドローン２００は、本体部２１０、接続部２１１、モータ２１２、プロペラ２１３、プロペラガード２１４、スキッド２１５、薬剤タンク２１６、および、散布ノズル２１７を有している。

本体部２１０は、図５の上面図に示すように、略十字形状を有し、内部には図６に示す電子回路と、図示しないバッテリ（例えば、リチウムイオン電池）が内蔵または交換可能に装着される。

接続部２１１は、本体部２１０の上面に配置され、その上端部にはケーブル３００が接続される。接続部２１１は本体部２１０を貫通して後述する薬剤タンク２１６に接続される。また、接続部２１１の上端は回動自在に構成されているので、接続されているケーブル３００がねじれを生じた場合でも、ねじれによる回転力が本体部２１０に伝達されることを防止できる。

モータ２１２は、例えば、ブラシレスモータによって構成され、本体部２１０の４つの先端部分にそれぞれ配置され、交流電流が印加されることにより、プロペラ２１３を回転させ、揚力を発生するとともに、プロペラ２１３の回転数を制御することで、ドローン２００の姿勢および飛行方向を制御する。なお、直流電流によってモータ２１２を制御するようにしてもよい。

プロペラ２１３は、モータ２１２に装着され、モータ２１２の回転力に応じて揚力を発生する。また、プロペラ２１３によって発生される回転する下降流によって、薬剤を広範囲に拡散する目的にも使用される。

プロペラガード２１４は、図５に示すように、プロペラ２１３の回転する範囲を囲繞するように構成され、プロペラ２１３にケーブル３００その他が接触することを防止する。

スキッド２１５は、ドローン２００が着陸する際に、地面に接することで機体の安定を保つための部材である。

薬剤タンク２１６は、ヘリコプタ１００からケーブル３００を介して供給される薬剤を一時的に貯留するタンクである。また、薬剤タンク２１６に圧力を印加することで、薬剤を散布ノズル２１７から散布する。

散布ノズル２１７は、機体の中心から伸出する８つのパイプと、パイプの先に装着されたノズルによって構成される。散布ノズル２１７を構成するパイプの一端は、薬剤タンク２１６の底面付近に配置され、薬液の供給を受ける。また、散布ノズル２１７を構成するパイプの８つの他端にはノズルが装着され、ノズルから霧状にした薬剤を噴出することで空気中に散布する。また、散布ノズル２１７の付け根部分には、ジンバル２３５−２が装着され、散布ノズルの方向を制御可能とされている。

図６は、図４および図５に示すドローン２００の電気的な構成例を示す図である。図６に示すように、ドローン２００は、ＬＩＤＡＲ（Laser Imaging Detection and Ranging）２３１、撮像素子２３２、ジンバル２３５−１，２３５−２、画像処理部２３４、送受信部２３６、アンテナ２３６ａ、制御部２３７、センサ２３８、薬剤加圧調整部２３９、および、モータ２１２−１〜２１２−４を有している。

ここで、ＬＩＤＡＲ２３１は、パルス状に発光するレーザー光を周辺に照射し、照射光に対する散乱光を測定し、対象物までの距離やその対象物の形状等の性質を分析する装置である。

撮像素子２３２は、被写体から放射される可視光を３原色に分解し、それぞれの色の光の強度を対応する電荷に光電変換し、可視光画像として出力する。

ジンバル２３５−１は、ＬＩＤＡＲ２３１および撮像素子２３２の双方が固定された固定部材の傾きを電子制御によって制御することで、ドローン２００が揺動した場合でも、ＬＩＤＡＲ２３１および撮像素子２３２によって撮像される画像が変化しないように制御する。

ジンバル２３５−２は、図４に示すように、散布ノズル２１７を構成するパイプの付け根部分に配置され、散布ノズル２１７の方向を電子制御によって制御することで、ドローン２００が揺動した場合でも、散布ノズル２１７による散布方向が変化しないように制御する。また、ジンバル２３５−２を電子制御に制御することで、薬剤の散布方向を任意に変更することができる。

画像処理部２３４は、ＬＩＤＡＲ２３１および撮像素子２３２から出力される画像に対して、例えば、圧縮処理等を施し、送受信部２３６に供給する。

送受信部２３６は、画像処理部２３４から供給される画像を、アンテナ２３６ａを介して送受信部１３２に対して送信するとともに、送受信部１３２から送信される制御信号を、アンテナ２３６ａを介して受信し、制御部２３７に供給する。アンテナ２３６ａは、送受信部１３２との間で電波によって情報を送受信する。

制御部２３７は、送受信部２３６から供給される制御信号、センサ２３８から供給される位置情報、および、センサ２３８から供給されるドローン２００の飛行状態を示す情報等に基づいて、ジンバル２３５−１，２３５−２およびモータ２１２−１〜２１２−４を制御する。

センサ２３８は、ＧＰＳ（Global Positioning System）センサ、ジャイロセンサ、磁気センサ、気圧センサ、風向風量センサ、超音波センサ、張力センサ、速度センサ、および、ビジョンポジショニングセンサを有する。ＧＰＳセンサは、複数の人工衛星から送信される時刻情報を有する信号を受信し、これらの時間差から自身の位置に関する情報（緯度情報および経度情報）を検出し、制御部２３７に供給する。ジャイロセンサは、ドローン２００の３軸方向（ヨー軸方向、ロール軸方向、および、ピッチ軸方向）の角速度を検出して制御部２３７に供給する。磁気センサは、地磁気に基づいてドローン２００の方向を検出し、制御部２３７に供給する。気圧センサは、ドローン２００の周辺の気圧を検出することで、例えば、高度を検出し、制御部２３７に供給する。風向風速センサは、ドローン２００の周辺の風向および風速を検出し、制御部２３７に供給する。超音波センサは、超音波を周囲に対して照射し、その散乱波を検出することで、ドローン２００の周辺に存在する障害物を検出し、制御部２３７に供給する。張力センサは、ケーブルの張力（テンション）を検出して、制御部２３７に供給する。速度センサは、ドローン２００の飛行速度を検出して、制御部２３７に供給する。ビジョンポジショニングセンサは、ドローン２００の本体部２１０の底面に配置され、地面の形状を撮像することで、ＧＰＳ信号が届きにくい場合でも現在位置を把握し、制御部２３７に供給する。

モータ２１２−１〜２１２−４は、例えば、ブラシレスモータ等によって構成され、それぞれのモータ２１２−１〜２１２−４には、プロペラが取り付けられている。制御部２３７は、これらのモータ２１２−１〜２１２−４の回転数を個別に制御することで、目的の方向に移動したり、ドローン２００の方向を変更したりすることができる。

（Ｂ）本発明の実施形態の動作の説明
つぎに、本発明の実施形態の動作について説明する。以下では、実施形態の動作について説明した後、図１０および図１１を参照して、このような動作を実現するためのフローチャートについて説明する。

まず、実施形態の動作について説明する。薬剤を散布する場合には、まず、ヘリコプタ１００の薬剤タンク１１４に対して散布する対象となる薬剤を、所定の濃度になるように調整された後に貯留する。

つぎに、ヘリコプタ１００の操縦者は、図３に示すＬＣＤタッチパネル１３１ｅを操作して、薬剤の散布範囲と、散布量を指定する。例えば、ＬＣＤタッチパネル１３１ｅを操作することで、図７に示すような画面が表示されるので、地図上において散布範囲を指定する。図７の表示例では、画面上には地図Ｍが表示され、地図Ｍの一部に薬剤の散布範囲Ｒが破線にて囲繞されて指定されている。なお、操縦者は、ＬＣＤタッチパネル１３１ｅを、タッチペンまたは指で操作することにより、地図を移動または拡大するとともに、所望の散布範囲を指定することができる。図７では、散布範囲は矩形形状を有しているが、矩形以外の形状（例えば、円形、楕円形、多角形、もしくは、不定形の形状）であってもよい。

つぎに、操縦者は、薬剤の散布量（散布密度）を指定する。例えば、１平方メートルあたりの散布量（Ｌ／ｍ^２）を指定する。

散布量の指定が終了すると、制御部１３１は、散布地点の風向および風速の入力を受ける。なお、風向および風速は、操縦者が風向風速計で測定して入力するようにしてもよいし、あるいは、ヘリコプタ１００に装備された風向風速センサによって自動的に測定し、測定結果を制御部１３１が取得するようにしてもよい。

つづいて、制御部１３１は、散布範囲、散布量、風向風速、および、ドローン２００の台数等に応じてヘリコプタ１００の飛行経路を計算する。ドローン２００は、例えば、図８（Ａ）に示すように、高度Ｈを保って飛行した場合、直径Ｒの略円形の範囲に薬剤を散布することができる。例えば、図８（Ｂ）に示すように、２台のドローン２００を使用する場合、ヘリコプタ１００の進行方向に直交する方向に、２台のドローン２００が最も離間して飛行する場合の散布可能な最大幅をＷとすると、この幅Ｗによって散布範囲を走査するように設定するとともに、この最大幅Ｗの中央をヘリコプタ１００が飛行するように飛行経路に設定することができる。もちろん、これ以外の方法で設定するようにしてもよい。

つぎに、制御部１３１は、ドローン２００の飛行経路を計算する。まず、ヘリコプタ１００の飛行経路を参照し、最大幅Ｗのドローン２００の台数によって分割する。例えば、ドローン２００が２台である場合には、最大幅Ｗを２分割して２つの分割領域を設定する。つぎに、それぞれのドローン２００が割り当てられている分割領域に対して薬剤を散布するための飛行経路を、散布量および風向風速を参照して設定する。

なお、１台のドローン２００によって薬剤を散布できる範囲は風の状態によって変化するので、風の状態も参照して飛行経路を設定することが望ましい。より詳細には、ドローン２００が静止状態で、かつ、無風状態の場合には、図９（Ａ）に示すように、略円形の範囲に薬剤が散布されるとともに、中心から離れるに従って薬剤の散布密度が低下する。ドローン２００が静止状態で、かつ、有風状態の場合には、図９（Ｂ）に示すように、略涙滴形の範囲に薬剤が散布されるとともに、中心から離れるに従って薬剤の散布密度が低下する。このため、散布範囲内において薬剤の濃度が一定になるように、風向および風速を考慮して飛行経路を設定する。

つぎに、制御部１３１は、ＬＣＤタッチパネル１３１ｅに対して、飛行開始地点を表示させ、操縦者に飛行開始地点までヘリコプタ１００を移動させる。なお、飛行開始地点まで移動する際には、ドローン２００は、例えば、ヘリコプタ１００の内部に収容するようにしてもよいし、ヘリコプタ１００の外部に設けられ、ドローン２００を収容可能であって、遠隔操作で開閉可能な蓋部を有する収容部に収容した状態で飛行開始地点まで移動するようにしてもよい。なお、ドローン２００がヘリコプタ１００に追従して移動するようにしてもよい。

飛行開始地点に到着すると、操縦者または作業者は、ドローン２００の飛行を開始させる。より詳細には、操縦者または作業者がドローン２００を手で把持してリリースするか、前述した収容部の蓋部を遠隔操作で開放して、ドローン２００の飛行を開始させる。

ドローン２００が飛行を開始すると、制御部１３１は、ＬＣＤタッチパネル１３１ｅにヘリコプタ１００の飛行経路を表示するとともに、ヘリコプタ１００の現在位置を表示する。操縦者は、ＬＣＤタッチパネル１３１ｅに表示された飛行経路に沿ってヘリコプタ１００を飛行させることで、散布に適切な飛行を行うことができる。

一方、ドローン２００は、それぞれ割り当てられた分割領域の飛行開始位置に移動する。より詳細には、ドローン２００の制御部２３７は、ヘリコプタ１００の制御部１３１から送受信部１３２および送受信部２３６を介して、飛行経路を示す情報（例えば、緯度および経度による飛行経路情報）を取得する。つぎに、ドローン２００は、飛行経路情報に従って飛行を開始するとともに、薬剤の散布を開始する。

ドローン２００が飛行を開始すると、ヘリコプタ１００では、以下の処理が実行される。すなわち、ヘリコプタ１００の制御部１３１は、ケーブル３００のテンションを検出し、テンションが一定になるようにモータ１１２を駆動する。具体的には、ドローン２００がヘリコプタ１００から最も離れた場合でも、ケーブル３００にある程度の余裕があり、ドローン２００が自由に動けるようにテンションを調整する。

また、ヘリコプタ１００の制御部１３１は、ドローン２００に装着されたバッテリの残量を検出し、必要に応じて充電を行う。例えば、バッテリの残容量が所定の閾値以下になった場合には充電するようにしたり、あるいは、常に充電したりするようにしてもよい。

また、ヘリコプタ１００の制御部１３１は、ドローン２００に装備された流量センサの値を取得し、流量に応じてポンプ１１３を制御し、加圧量を調整する。より詳細には、ドローン２００に装備された流量センサの検出値が増加した場合には、加圧量を増加することができる。あるいは、ドローン２００が有する薬剤タンク２１６の残量が一定になるように加圧量を調整するようにしてもよい。

一方、ドローン２００の制御部２３７は、風向風速センサからの出力に基づいて風向風速を検出し、速度センサまたはＧＰＳセンサからの出力に基づいてドローンの飛行速度を検出し、流量センサからの出力に基づいて薬剤の流量を検出し、ＬＩＤＡＲ２３１および撮像素子３２３からの出力に基づいて地面の形状を検出する。そして、これらの情報に基づいて、薬剤の散布範囲と、散布密度を推定する。すなわち、風向および風速によって、図９に示すように薬剤の拡散範囲が変化し、流量の多寡および飛行速度によって散布密度が変化し、また、地面の形状に応じて表面積が変化することから散布密度が変化する。したがって、これらの情報に基づいて、その時点における散布範囲と散布密度を推定し、これらが適切か否かを判定し、適切でない場合には、再度、同じ場所の散布を繰り返すようにしてもよい。また、ドローン２００の制御部２３７は、散布ノズル２１７の傾きを検出し、散布ノズル２１７の傾きが適切でない場合には、ジンバル２３５−２を調整して、散布ノズル２１７の角度を調整する。

薬剤の散布が終了した場合には、ドローン２００をヘリコプタ１００に回収し、散布作業を終了する。

以上に説明したように、本発明の実施形態によれば、ヘリコプタ１００と１または複数のドローン２００をケーブル３００で接続し、ドローン２００によって薬剤を散布するようにしたので、ヘリコプタ１００自体では近づくことができないような場所にも薬剤を散布することができる。

また、薬剤および電力をヘリコプタ１００から供給するようにしたので、ドローン２００が離着陸を繰り返す必要がなくなる。

また、ヘリコプタ１００は、メインロータによる下降気流を有するため、薬剤が不必要に拡散してしまうが、本実施形態では、ドローン２００が地面近くまで接近して薬剤を散布することから、薬剤を有効に散布することができる。

つぎに、図１０〜図１２を参照して、以上に説明した動作を実現するためのフローチャートについて説明する。

図１０は、ヘリコプタ１００の制御部１３１において実行される処理の一例である。図１０に示すフローチャートの処理が開始されると、以下のステップが実行される。

ステップＳ１０では、制御部１３１は、ＬＣＤタッチパネル１３１ｅに地図を表示させ、散布範囲を地図上で指定させる。

ステップＳ１１では、制御部１３１は、ＬＣＤタッチパネル１３１ｅに入力画面を表示し、散布密度の入力を受ける。例えば、１平方メートルあたりの散布量（Ｌ）を散布密度（Ｌ／ｍ^２）として入力させる。

ステップＳ１２では、制御部１３１は、ＬＣＤタッチパネル１３１ｅに入力画面を表示し、散布地点の風向風速の入力を受ける。例えば、操縦者が風向風速計で計測した実測値を、例えば、「北北東、５ｍ／秒」として入力させる。あるいは、風向風速センサからの出力を参照して自動的に入力するようにしてもよい。

ステップＳ１３では、制御部１３１は、ヘリコプタ１００の飛行経路を計算する。より詳細には、ステップＳ１０で指定された散布範囲に対して、ヘリコプタ１００の進行方向に直交する方向にドローン２００が最も離間して飛行する場合の散布可能な最大幅をＷとするとき、Ｗによって散布範囲を走査する飛行経路を計算する。

ステップＳ１４では、制御部１３１は、ステップＳ１３で計算したヘリコプタ１００の飛行経路に基づいて、ドローン２００の飛行経路を計算する。より詳細には、最大幅Ｗをドローン２００の台数によって分割して分割領域とし、それぞれのドローン２００が割り当てられている分割領域に対して薬剤を散布するための飛行経路を、散布量および風向風速を参照して設定する。

ステップＳ１５では、制御部１３１は、ＬＣＤタッチパネル１３１ｅにヘリコプタ１００の飛行開始地点を表示するとともに、ヘリコプタ１００の現在位置を表示する。操縦者は、このような表示を参考にして、ヘリコプタ１００を散布開始地点に移動させることができる。

ステップＳ１６では、制御部１３１は、図示しないＧＰＳセンサの出力を参照し、ヘリコプタ１００が散布開始地点まで移動したか否かを判定し、移動したと判定した場合（ステップＳ１６：Ｙ）にはステップＳ１７に進み、それ以外の場合（ステップＳ１６：Ｎ）にはステップＳ１５に戻って同様の処理を繰り返す。

ステップＳ１７では、制御部１３１は、ステップＳ１４で計算した飛行経路をドローン２００に対して送信するとともに、ドローン２００の飛行を開始させるための制御信号を送信する。この結果、ドローン２００は、設定された飛行経路に沿った飛行を開始する。

ステップＳ１８では、制御部１３１は、ＬＣＤタッチパネル１３１ｅにヘリコプタ１００の飛行経路を表示するとともに、ヘリコプタ１００の現在位置を表示する。操縦者は、このような表示を参考にして、ヘリコプタ１００を飛行経路に沿って飛行させることができる。

ステップＳ１９では、制御部１３１は、薬剤散布処理を実行する。なお、この処理の詳細は、図１１を参照して後述する。

ステップＳ２０では、制御部１３１は、薬剤散布処理が終了したか否かを判定し、終了したと判定した場合（ステップＳ２０：Ｙ）には処理を終了し、それ以外の場合（ステップＳ２０：Ｎ）にはステップＳ１９に戻って同様の処理を繰り返す。

つぎに、図１１を参照して、図１０のステップＳ１９に示す「薬剤散布処理」の詳細について説明する。図１１に示すフローチャートの処理が開始されると、以下のステップが実行される。

ステップＳ３０では、制御部１３１は、薬剤散布を開始する。より詳細には、制御部１３１は、送受信部１３２を介して制御信号を送信する。この結果、ドローン２００の送受信部２３６が制御信号を受信し、制御部２３７に供給する。制御部２３７は、制御信号に基づいて、薬剤加圧調整部２３９を制御して薬剤散布を開始する。

ステップＳ３１では、制御部１３１は、ＬＣＤタッチパネル１３１ｅにヘリコプタ１００の飛行経路を表示する。また、既に飛行経路が表示されている場合には、ヘリコプタ１００の現在位置に応じて飛行経路を更新する。

ステップＳ３２では、制御部１３１は、ヘリコプタ１００が設定された位置に存在するか否かを判定し、設定された位置に存在すると判定した場合（ステップＳ３２：Ｙ）にはステップＳ３３に進み、それ以外の場合（ステップＳ３２：Ｎ）にはステップＳ３１に戻って同様の処理を繰り返す。ステップＳ３１〜ステップＳ３２の処理により、ヘリコプタ１００が飛行経路を逸脱することを防止できる。

ステップＳ３３では、制御部１３１は、ドローン２００を設定された飛行経路に沿って移動させる。すなわち、制御部１３１は、送受信部１３２を介して制御信号を送信し、ドローン２００を飛行経路に応じて飛行させる。

ステップＳ３４では、制御部１３１は、ケーブル３００のテンションを検出する。なお、複数のドローン２００が存在する場合には、それぞれのドローン２００に接続されるケーブル３００のテンションを検出する。

ステップＳ３５では、制御部１３１は、ステップＳ３４で検出した情報に基づいて、モータ１１２を駆動してケーブル３００のテンションを調整する。

ステップＳ３６では、制御部１３１は、ドローン２００に搭載されたバッテリの残容量を検出する。なお、複数のドローン２００が存在する場合には、それぞれのドローン２００のバッテリの残容量を検出する。

ステップＳ３７では、制御部１３１は、電源１１５の出力電圧を調整することで、バッテリを充電する。なお、複数のドローン２００が存在する場合には、ドローン毎に充電を行う。

ステップＳ３８では、制御部１３１は、ドローン２００の流量センサから、薬剤の流量を検出する。より詳細には、ドローン２００に供給がされている薬剤の流量を検出する。

ステップＳ３９では、制御部１３１は、ステップＳ３８で検出した薬剤の流量に応じてポンプ１１３を制御し、流量に応じて薬剤の加圧量を調整する。これにより、ドローン２００に対して適切な量の薬剤を供給することができる。

ステップＳ４０では、制御部１３１は、処理を終了するか否かを判定し、処理を終了すると判定した場合（ステップＳ４０：Ｙ）には処理を終了し、それ以外の場合（ステップＳ４０：Ｎ）にはステップＳ３１に戻って前述の場合と同様の処理を繰り返す。

つぎに、ドローン２００において実行される処理について説明する。図１２は、ドローン２００において実行される処理の一例を説明するフローチャートである。図１２に示すフローチャートの処理が開始されると、以下のステップが実行される。

ステップＳ５０では、制御部２３７は、ＧＰＳセンサの出力を参照し、ドローン２００が散布を開始する所定の位置まで移動したか否かを判定し、所定の位置まで移動したと判定した場合（ステップＳ５０：Ｙ）にはステップＳ５１に進み、それ以外の場合（ステップＳ５０：Ｎ）には同様の処理を繰り返す。

ステップＳ５１では、制御部２３７は、薬剤加圧調整部２３９を制御して、薬剤の散布を開始させる。

ステップＳ５２では、制御部２３７は、ＧＰＳセンサの出力を参照しながら、モータ２１２−１〜２１２−４の回転数を制御することで、ドローン２００を飛行経路に沿って飛行させる。

ステップＳ５３では、制御部２３７は、風向風速センサの出力を参照し、ドローン２００の周辺の風向および風速を検出する。この結果、風向として「北北東」および風速として「５ｍ／秒」が検出される。

ステップＳ５４では、制御部２３７は、速度センサまたはＧＰＳセンサの出力を参照して、ドローン２００の飛行速度を検出する。この結果、飛行速度として「２０ｍ／秒」が検出される。

ステップＳ５５では、制御部２３７は、流量センサの出力を参照し、薬剤の流量を検出する。この結果、流量として「０．５Ｌ／秒」が検出される。

ステップＳ５６では、制御部２３７は、ＬＩＤＡＲ２３１または撮像素子２３２の出力を参照して、薬剤を散布する地面の状況を検出する。この結果、例えば、地面の凹凸等が検出される。

ステップＳ５７では、制御部２３７は、ステップＳ５３〜ステップＳ５６で検出された情報に基づいて、現在の薬剤の散布範囲を推定する。例えば、無風の状態の場合には、図９（Ａ）の形状が散布範囲となり、有風の場合には図９（Ｂ）の形状が散布範囲となる。また、ドローン２００の飛行速度や地面の状況に応じても散布範囲が変化するので、制御部２３７は、これらの状況を総合して、その時点における散布範囲を推定する。

ステップＳ５８では、制御部２３７は、ステップＳ５７で求めた散布範囲と、ステップＳ５５で求めた流量から、薬剤の散布密度を推定する。

ステップＳ５９では、制御部２３７は、ステップＳ５７およびステップＳ５８で推定した薬剤の散布範囲と散布密度が適切か否かを判定し、適切と判定した場合（ステップＳ５９：Ｙ）にはステップＳ６１に進み、適切でないと判定した場合（ステップＳ５９：Ｎ）にはステップＳ６０に進む。

ステップＳ６０では、制御部２３７は、薬剤の散布量および散布位置を調整する。より具体的には、散布されていない場所または密度が低い場所がある場合には、その場所に戻って散布を再実行する。また、密度が高い場合には、散布量を減少させるか、あるいは、飛行速度を増加する。

ステップＳ６１では、制御部２３７は、必要に応じてジンバル２３５−２を調整することで、薬剤の散布方向を調整する。例えば、風向風速に応じてジンバル２３５−２の角度を調整することで、散布方向を調整するようにしてもよい。

ステップＳ６２では、制御部２３７は、散布を終了するか否かを判定し、散布を終了すると判定した場合（ステップＳ６２：Ｙ）には処理を終了し、それ以外の場合（ステップＳ６２：Ｎ）にはステップＳ５２に戻って前述の場合と同様の処理を繰り返す。

以上のフローチャートの処理によれば、前述した実施形態の動作を実現することができる。

（Ｃ）変形実施形態の説明
以上の各実施形態は一例であって、本発明が上述した場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、以上の例では、散布する薬剤としては、液状の薬剤を例に挙げて説明したが、本実施形態で散布可能な「資材」としては、例えば、粉状物、
粒状物、粘性物、および、固形物等がある。もちろん、これら以外の資材を散布するようにしてもよい。

また、以上の実施形態では、資材に圧力を印加して散布するようにしたが、圧力を印加する以外にも、例えば、遠心力を用いて資材を散布したり、プロペラ２１３の風圧を用いて資材を散布したり、あるいは、図１３に示す螺旋形状を示す搬送体を用いて資材を散布するようにしてもよい。資材自体に圧力を印加するのではなく、薬剤タンク１１４または薬剤タンク２１６内の資材に空気による圧力を印加することで、資材を散布するようにしてもよい。

図１３に示す例では、資材は、入力部４０１に入力される。このような資材は、螺旋搬送体４０４を回転駆動するための駆動部４０２を経由して搬送管４０３に供給される。搬送管４０３の内部には螺旋搬送体４０４が配置されており、この螺旋搬送体４０４が駆動部４０２によって回転されることで、資材が図の右から左に向かって搬送され、ノズル部４０５から外部に散布される。このような構造体を用いて、資材を散布するようにしてもよい。

また、以上の実施形態では、ヘリコプタ１００とドローン２００の双方が移動しながら薬剤を散布するようにしたが、ヘリコプタ１００が静止した状態でドローン２００だけが移動して散布した後に、ヘリコプタ１００が移動し、再度、ドローン２００によって散布を行うようにしてもよい。

なお、図１０〜図１２に示すフローチャートは一例であって、本発明が図１０〜図１２に示すフローチャートに限定されるものではない。

１００ ヘリコプタ
１１０ 電力供給装置
１１１ リール機構
１１２ モータ
１１３ ポンプ
１１４ 薬剤タンク
１１５ 電源
１３０ 制御装置
１３１ 制御部
１３１ａ ＣＰＵ
１３１ｂ ＲＯＭ
１３１ｃ ＲＡＭ
１３１ｄ ＨＤＤ
１３１ｅ ＬＣＤタッチパネル
１３１ｆ バス
１３１ｇ Ｉ／Ｆ
１３２ 送受信部
２００ ドローン
２１０ 本体部
２１１ 接続部
２１２ モータ
２１２−１ モータ
２１３ プロペラ
２１４ プロペラガード
２１５ スキッド
２１６ 薬剤タンク
２１７ 散布ノズル
２３２ 撮像素子
２３４ 画像処理部
２３５ ジンバル
２３５−１ ジンバル
２３５−２ ジンバル
２３６ 送受信部
２３６ａ アンテナ
２３７ 制御部
２３８ センサ
２３９ 薬剤加圧調整部
３００ ケーブル
３２３ 撮像素子
４０１ 入力部
４０２ 駆動部
４０３ 搬送管
４０４ 螺旋搬送体
４０５ ノズル部

Claims (9)

1. 有人航空機に搭載される中央装置と、１または複数の無人航空機とを有する資材散布システムにおいて、
   前記有人航空機の前記中央装置は、
   前記無人航空機に資材を供給する供給手段と、
   前記無人航空機を制御する制御手段と、を有し、
   前記無人航空機は、
   前記供給手段から供給される前記資材を散布する散布手段と、
   前記制御手段の制御に応じて前記無人航空機を飛行させる飛行手段と、を有し、
   前記制御手段は、前記資材の散布範囲に基づいて、前記無人航空機の飛行経路を計算し、前記飛行経路に応じて前記無人航空機を制御する、
   ことを特徴とする資材散布システム。
2. 有人航空機に搭載される中央装置と、１または複数の無人航空機とを有する資材散布システムにおいて、
   前記有人航空機の前記中央装置は、
   前記無人航空機に資材を供給する供給手段と、
   前記無人航空機を制御する制御手段と、を有し、
   前記無人航空機は、
   前記供給手段から供給される前記資材を散布する散布手段と、
   前記制御手段の制御に応じて前記無人航空機を飛行させる飛行手段と、を有し、
   前記制御手段は、前記資材の散布範囲に基づいて、前記有人航空機の飛行経路を計算して提示するとともに、前記散布範囲と前記有人航空機の飛行経路に基づいて前記無人航空機の飛行経路を計算し、得られた飛行経路に応じて前記無人航空機を制御する、
   ことを特徴とする資材散布システム。
3. 前記無人航空機は、風向風速センサを有し、
   前記風向風速センサの検出結果に応じて、前記散布手段による前記資材の散布方向を調整する散布方向調整手段を有する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の資材散布システム。
4. 前記無人航空機は、前記資材の散布量を調整する散布量調整手段を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の資材散布システム。
5. 前記有人航空機は前記無人航空機に対してケーブルを介して前記資材を供給し、
   前記有人航空機は、前記ケーブルの張力を調整する張力調整手段を有する、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の資材散布システム。
6. 前記散布手段は、前記資材に対して空気または螺旋機構によって圧力を印加することで、前記資材を散布することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の資材散布システム。
7. 前記散布手段は、前記無人航空機が飛行するために有するプロペラの風圧を利用して散布することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項の記載の資材散布システム。
8. 有人航空機と１または複数の無人航空機とを有する資材散布システムの前記有人航空機に搭載される資材散布装置において、
   前記無人航空機が有する散布手段に対して資材を供給して散布させる供給手段と、
   前記無人航空機が有する飛行手段を制御して前記無人航空機を飛行させる制御手段と、を有し、
   前記制御手段は、前記資材の散布範囲に基づいて、前記無人航空機の飛行経路を計算し、前記飛行経路に応じて前記無人航空機を制御する、
   ことを特徴とする資材散布装置。
9. 有人航空機と１または複数の無人航空機とを有する資材散布システムの前記有人航空機に搭載される資材散布装置において、
   前記無人航空機が有する散布手段に対して資材を供給して散布させる供給手段と、
   前記無人航空機が有する飛行手段を制御して前記無人航空機を飛行させる制御手段と、を有し、
   前記制御手段は、前記資材の散布範囲に基づいて、前記有人航空機の飛行経路を計算して提示するとともに、前記散布範囲と前記有人航空機の飛行経路に基づいて前記無人航空機の飛行経路を計算し、得られた飛行経路に応じて前記無人航空機を制御する、
   ことを特徴とする資材散布装置。