JP7008994B2 - ドローンシステム - Google Patents

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Description

本願発明は、ドローンシステムに関する。
一般にドローンと呼ばれる小型無人ヘリコプター（マルチコプター）の応用が進んでいる。その重要な応用分野の一つとして農地（圃場）への農薬や液肥などの薬剤散布が挙げられる（たとえば、特許文献1）。欧米と比較して農地が狭い日本においては、有人の飛行機やヘリコプターではなくドローンの使用が適しているケースが多い。
準天頂衛星システムやRTK-GPS（Real Time Kinematic-Global Positioning System）などの技術によりドローンが飛行中に自機の絶対位置をセンチメートル単位で正確に知ることができるようになったことで、日本において典型的な狭く複雑な地形の農地でも、人手による操縦を最小限として自律的に飛行し、効率的かつ正確に薬剤散布を行なえるようになっている。
その一方で、農業用の薬剤散布向け自律飛行型ドローンについては安全性に対する考慮が十分とは言いがたいケースがあった。薬剤を搭載したドローンの重量は数10キログラムになるため、人の上に落下する等の事故が起きた場合に重大な結果を招きかねない。また、通常、ドローンの操作者は専門家ではないためフールプルーフの仕組みが必要であるが、これに対する考慮も不十分であった。今までに、人間による操縦を前提としたドローンの安全性技術は存在していたが（たとえば、特許文献2）、特に農業用の薬剤散布向けの自律飛行型ドローンに特有の安全性課題に対応するための技術は存在していなかった。
特許公開公報 特開２００１－１２０１５１ 特許公開公報 特開２０１７－１６３２６５
自律飛行時であっても、高い安全性を維持できるドローン、すなわち無人飛行体を提供することができる。
上記目的を達成するため、本発明の一の観点に係るドローンシステムは、操縦器と、ドローンと、がネットワークと通じて互いに接続されて互いに協調して動作するドローンシステムであって、前記ドローンは、飛行制御部と、使用者からの飛行開始命令を受信する飛行開始指令受信部と、前記ドローン自体が有する構成が正常の範囲で動作していることを判定するドローン判定部と、前記ドローンの外部環境が前記ドローンの飛行に適することを判定する外部環境判定部と、を備え、前記ドローンシステムは、少なくとも離陸診断状態を含む、互いに異なる複数の状態を有し、前記ドローンシステムは、前記状態ごとに定められる条件を充足することで前記条件に対応する別の状態に遷移し、前記離陸診断状態は、前記ドローン判定部が前記ドローン自体の構成を判定するドローン判定状態と、前記外部環境判定部が前記外部環境を判定する外部環境判定状態と、を少なくとも含み、前記ドローンシステムは、前記飛行開始命令を受信すると、前記離陸診断状態に遷移した後に前記ドローンを離陸させる。
また、前記ドローン判定部が判定する前記構成は、バッテリー、モーター、およびセンサーのうち少なくとも１個を含むように構成されていてもよい。
また、前記ドローンの外部環境は、前記ドローンと前記操縦器とを接続する電波の妨げになる外乱の有無、GPSの受信感度、気温、前記ドローンの周囲の風速、天候、および地磁気の状況のうち少なくとも１個を含むように構成されていてもよい。
また、前記外部環境判定部により、前記外部環境が前記ドローンの飛行に適さないと判定される場合、前記ドローンは着陸したまま待機するように構成されていてもよい。
また、前記ドローンシステムは、前記離陸診断状態において、前記操縦器の電源容量を確認し、前記操縦器の電源容量が所定以下の場合、その旨を報知するように構成されていてもよい。
また、前記ドローンシステムは、前記ドローンに緊急停止指令を送信する非常用操縦器をさらに有し、前記離陸診断状態において、前記非常用操縦器の電源容量を確認し、前記非常用操縦器の電源容量が所定以下の場合、その旨を報知するように構成されていてもよい。
また、前記ドローンシステムは、前記飛行開始命令を受信すると前記ドローン判定状態に遷移し、前記ドローン判定状態において前記ドローン自体の状態が正常の範囲であると判定されると前記外部環境判定状態に遷移し、前記外部環境判定状態において前記外部環境が前記ドローンの飛行に適すると判断されると、前記ドローンの離陸動作を開始させるように構成されていてもよい。
また、前記ドローンは、前記ドローンの飛行計画に関する情報を記憶する飛行計画記憶部をさらに備え、前記複数の状態は、前記飛行計画記憶部に記憶される前記飛行計画に関する情報を確認する飛行計画確認状態をさらに有するように構成されていてもよい。
また、前記ドローンシステムは、前記飛行開始命令を受信すると前記ドローン判定状態に遷移し、前記ドローン判定状態において前記ドローン自体の状態が正常の範囲であると判定されると前記飛行計画確認状態に遷移し、前記飛行計画確認状態において前記飛行計画記憶部に前記飛行計画が記憶されていることが確認されると前記外部環境判定状態に遷移し、前記外部環境判定状態において前記外部環境が前記ドローンの飛行に適すると判断されると、前記ドローンの離陸動作を開始させるように構成されていてもよい。
また、前記ドローンは、前記ドローンのホバリング中に動作する飛行準備部をさらに備え、前記複数の状態は、前記飛行準備部がホバリング中に前記ドローンの状況を診断するホバリング状態をさらに有するように構成されていてもよい。
また、前記ホバリング状態は、前記ドローンの周囲の風速、前記ドローンが有する推進器による推力のうち少なくとも１個を診断するように構成されていてもよい。
また、前記飛行準備部は、前記ドローンの高度を測定するためのセンサー、および前記ドローンの高度を測定するためのセンサーの少なくとも１個の校正を行う校正部を有し、前記ホバリング状態において、前記校正部は前記校正を行うように構成されていてもよい。
また、前記飛行準備部は、前記ドローンの重量を推定する重量推定部を有し、前記ホバリング状態において、前記重量推定部は前記ドローンの重量を推定するように構成されていてもよい。
また、前記ドローンシステムは、前記ホバリング状態に遷移した後に、前記ドローンの水平移動を伴う飛行を開始させるように構成されていてもよい。
また、前記ドローンは、前記ドローンとネットワークと通じて互いに接続されて互いに協調して動作する基地局の位置を確認する基地局位置確認部と、前記ドローンの位置を確認する機体位置確認部と、前記ドローンの機首の向きを確認する機首確認部と、前記ドローンの周辺に障害物がないか否かを確認する周辺確認部と、前記ドローンに異常がないか否か使用者の目視確認を促す機体目視確認部と、のうち少なくとも１個を備えるように構成されていてもよい。
本発明の別の観点に係るドローンシステムの制御方法は、操縦器と、ドローンと、がネットワークと通じて互いに接続されて互いに協調して動作するドローンシステムの制御方法であって、前記ドローンは、飛行制御部と、使用者からの飛行開始命令を受信する飛行開始指令受信部と、前記ドローン自体が有する構成が正常の範囲で動作していることを判定するドローン判定部と、前記ドローンの外部環境が前記ドローンの飛行に適することを判定する外部環境判定部と、を備え、前記ドローンシステムは、少なくとも離陸診断状態を含む、互いに異なる複数の状態を有し、前記ドローンシステムは、前記状態ごとに定められる条件を充足することで前記条件に対応する別の状態に遷移し、前記離陸診断状態は、前記ドローン判定部が前記ドローン自体の構成を判定するドローン判定状態と、前記外部環境判定部が前記外部環境を判定する外部環境判定状態と、を少なくとも含み、前記飛行開始命令を受信するステップと、前記飛行開始命令に基づいて前記離陸診断状態に遷移するステップと、前記離陸診断状態に遷移した後に前記ドローンを離陸させるステップと、を含む。
本発明の別の観点に係るドローンシステムの制御方法は、操縦器と、ドローンと、がネットワークと通じて互いに接続されて互いに協調して動作するドローンシステムの制御プログラムであって、前記ドローンは、飛行制御部と、使用者からの飛行開始命令を受信する飛行開始指令受信部と、前記ドローン自体が有する構成が正常の範囲で動作していることを判定するドローン判定部と、前記ドローンの外部環境が前記ドローンの飛行に適することを判定する外部環境判定部と、を備え、前記ドローンシステムは、少なくとも離陸診断状態を含む、互いに異なる複数の状態を有し、前記ドローンシステムは、前記状態ごとに定められる条件を充足することで前記条件に対応する別の状態に遷移し、前記離陸診断状態は、前記ドローン判定部が前記ドローン自体の構成を判定するドローン判定状態と、前記外部環境判定部が前記外部環境を判定する外部環境判定状態と、を少なくとも含み、前記ドローンの制御プログラムは、前記飛行開始命令を受信する命令と、前記飛行開始命令に基づいて前記離陸診断状態に遷移する命令と、前記離陸診断状態に遷移した後に前記ドローンを離陸させる命令と、をコンピューターに実行させる。
自律飛行時であっても、高い安全性を維持できるドローン（無人飛行体）を提供する。
本願発明に係るドローンシステムを構成するドローンの実施の形態を示す平面図である。 上記ドローンの正面図である。 上記ドローンの右側面図である。 上記ドローンの背面図である。 上記ドローンの斜視図である。 上記ドローンシステムの全体概念図である。 上記ドローンの制御機能を表した模式図である。 上記ドローンが有する薬剤散布システムの構成を表した模式図である。 上記ドローンシステムの構成要素である上記ドローン、操縦器、基地局、および営農支援クラウドがそれぞれ有する、状態遷移に関する機能部を示す機能ブロック図である。 上記ドローンの詳細な機能ブロック図である。 上記ドローンシステムが遷移する複数の状態を示す概略状態遷移図である。 上記ドローンシステムが遷移する、薬剤補充に関する概略状態遷移図である。 上記ドローンシステムが遷移する、離陸診断に関する概略状態遷移図である。 上記ドローンシステムが遷移する、上記ドローンシステムのシャットダウンに関する概略状態遷移図である。
以下、図を参照しながら、本願発明を実施するための形態について説明する。図はすべて例示である。以下の詳細な説明では、説明のために、開示された実施形態の完全な理解を促すために、ある特定の詳細について述べられている。しかしながら、実施形態は、これらの特定の詳細に限られない。また、図面を単純化するために、周知の構造および装置については概略的に示されている。
図６に本願発明に係るドローン100の薬剤散布用途の実施例を使用したシステムの全体概念図を示す。本図は模式図であって、縮尺は正確ではない。同図および図９に示すように、ドローンシステム500は、ドローン100、操縦器401、基地局404、および営農支援クラウド405が、ネットワーク（NW）を通じて互いに接続され、互いに協調して動作するシステムである。なお、ドローンシステム500は、すべての構成要素が互いに直接接続されていてもよいし、各構成要素が少なくとも１個の構成要素と直接接続され、当該直接接続されている構成要素を経由して別の構成要素と間接的に接続されている構成であってもよい。
操縦器401は、使用者402の操作によりドローン100に指令を送信し、また、ドローン100から受信した情報（たとえば、位置、薬剤量、電池残量、カメラ映像等）を表示するための手段であり、コンピューター・プログラムを稼働する一般的なタブレット端末等の携帯情報機器によって実現されてよい。本願発明に係るドローン100は自律飛行を行なうよう制御されることが望ましいが、離陸や帰還などの基本操作時、および、緊急時にはマニュアル操作が行なえるようになっていることが望ましい。携帯情報機器に加えて、緊急停止専用の機能を有する非常用操縦器を使用してもよい（非常用操縦器は緊急時に迅速に対応が取れるよう大型の緊急停止ボタン等を備えた専用機器であることが望ましい）。操縦器401とドローン100はWi-Fi等による無線通信を行なうことが望ましい。
圃場403は、ドローン100による薬剤散布の対象となる田圃や畑等である。実際には、圃場403の地形は複雑であり、事前に地形図が入手できない場合、あるいは、地形図と現場の状況が食い違っている場合がある。通常、圃場403は家屋、病院、学校、他作物圃場、道路、鉄道等と隣接している。また、圃場403内に、建築物や電線等の障害物が存在する場合もある。
基地局404は、Wi-Fi通信の親機機能等を提供する装置であり、RTK-GPS基地局としても機能し、ドローン100の正確な位置を提供できるようにすることが望ましい（Wi-Fi通信の親機機能とRTK-GPS基地局が独立した装置であってもよい）。営農支援クラウド405は、典型的にはクラウドサービス上で運営されているコンピューター群と関連ソフトウェアであり、操縦器401と携帯電話回線等で無線接続されていることが望ましい。営農支援クラウド405は、ドローン100が撮影した圃場403の画像を分析し、作物の生育状況を把握して、飛行ルートを決定するための処理を行なってよい。また、保存していた圃場403の地形情報等をドローン100に提供してよい。加えて、ドローン100の飛行および撮影映像の履歴を蓄積し、様々な分析処理を行なってもよい。
通常、ドローン100は圃場403の外部にある発着地点406から離陸し、圃場403に薬剤を散布した後に、あるいは、薬剤補充や充電等が必要になった時に発着地点406に帰還する。発着地点406から目的の圃場403に至るまでの飛行経路（侵入経路）は、営農支援クラウド405等で事前に保存されていてもよいし、使用者402が離陸開始前に入力してもよい。
図１に、ドローン100の実施例の平面図を、図２にその（進行方向側から見た）正面図を、図３にその右側面図を、図４に背面図を、図５に斜視図を示す。なお、本願明細書において、ドローンとは、動力手段（電力、原動機等）、操縦方式（無線であるか有線であるか、および、自律飛行型であるか手動操縦型であるか等）を問わず、複数の回転翼または飛行手段を有する飛行体全般を指すこととする。
回転翼101-1a、101-1b、101-2a、101-2b、101-3a、101-3b、101-4a、101-4b（ローターとも呼ばれる）は、ドローン100を飛行させるための手段であり、飛行の安定性、機体サイズ、および、バッテリー消費量のバランスを考慮し、8機（2段構成の回転翼が4セット）備えられていることが望ましい。
モーター102-1a、102-1b、102-2a、102-2b、102-3a、102-3b、102-4ａ、102-4bは、回転翼101-1a、101-1b、101-2a、101-2b、101-3a、101-3b、101-4a、101-4bを回転させる手段（典型的には電動機だが発動機等であってもよい）であり、一つの回転翼に対して1機設けられていることが望ましい。１セット内の上下の回転翼（たとえば、101-1aと101-1b）、および、それらに対応するモーター（たとえば、102-1aと102-1b）は、ドローンの飛行の安定性等のために軸が同一直線上にあり、かつ、互いに反対方向に回転することが望ましい。なお、一部の回転翼101-3b、および、モーター102-3bが図示されていないが、その位置は自明であり、もし左側面図があったならば示される位置にある。図２、および、図３に示されるように、ローターが異物と干渉しないよう設けられたプロペラガードを支えるための放射状の部材は水平ではなくやぐら上の構造であることが望ましい。衝突時に当該部材が回転翼の外側に座屈することを促し、ローターと干渉することを防ぐためである。
薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4は、薬剤を下方に向けて散布するための手段であり4機備えられていることが望ましい。なお、本願明細書において、薬剤とは、農薬、除草剤、液肥、殺虫剤、種、および、水などの圃場に散布される液体または粉体を一般的に指すこととする。
薬剤タンク104は散布される薬剤を保管するためのタンクであり、重量バランスの観点からドローン100の重心に近い位置でかつ重心より低い位置に設けられていることが望ましい。薬剤ホース105-1、105-2、105-3、105-4は、薬剤タンク104と各薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4とを接続する手段であり、硬質の素材から成り、当該薬剤ノズルを支持する役割を兼ねていてもよい。ポンプ106は、薬剤をノズルから吐出するための手段である。
ドローン100は薬剤タンク104に保管される薬剤を、圃場に向かって空中から下方に向かって散布する。空中散布を行うドローン100によれば、地上散布機や使用者自身により地上から散布される場合に比べて、圃場に対して薬剤を緻密に散布することが可能である。そのため、地上から散布される場合のように、圃場内の領域に重複して散布されることがなく、均一に散布することができる。したがって、薬剤タンク104に保管される薬剤は、地上から散布される薬剤に比べて高濃度、例えば10倍程度の薬剤である。
図７に本願発明に係る薬剤散布用ドローンの実施例の制御機能を表した模式図を示す。フライトコントローラー501は、ドローン全体の制御を司る構成要素であり、具体的にはCPU、メモリー、関連ソフトウェア等を含む組み込み型コンピューターであってよい。フライトコントローラー501は、操縦器401から受信した入力情報、および、後述の各種センサーから得た入力情報に基づき、ESC（Electronic Speed Control）等の制御手段を介して、モーター102-1a、102-1b、102-2a、102-2b、102-3a、102-3b、104-a、104-bの回転数を制御することで、ドローン100の飛行を制御する。モーター102-1a、102-1b、102-2a、102-2b、102-3a、102-3b、104-a、104-bの実際の回転数はフライトコントローラー501にフィードバックされ、正常な回転が行なわれているかを監視できる構成になっていることが望ましい。あるいは、回転翼101に光学センサー等を設けて回転翼101の回転がフライトコントローラー501にフィードバックされる構成でもよい。
フライトコントローラー501が使用するソフトウェアは、機能拡張・変更、問題修正等のために記憶媒体等を通じて、または、Wi-Fi通信やUSB等の通信手段を通じて書き換え可能になっていることが望ましい。この場合において、不正なソフトウェアによる書き換えが行なわれないように、暗号化、チェックサム、電子署名、ウィルスチェックソフト等による保護を行なうことが望ましい。また、フライトコントローラー501が制御に使用する計算処理の一部が、操縦器401上、または、営農支援クラウド405上や他の場所に存在する別のコンピューターによって実行されてもよい。フライトコントローラー501は重要性が高いため、その構成要素の一部または全部が二重化されていてもよい。
バッテリー502は、フライトコントローラー501、および、ドローンのその他の構成要素に電力を供給する手段であり、充電式であることが望ましい。バッテリー502はヒューズ、または、サーキットブレーカー等を含む電源ユニットを介してフライトコントローラー501に接続されていることが望ましい。バッテリー502は電力供給機能に加えて、その内部状態（蓄電量、積算使用時間等）をフライトコントローラー501に伝達する機能を有するスマートバッテリーであることが望ましい。
フライトコントローラー501は、Wi-Fi子機機能503を介して、さらに、基地局404を介して操縦器401とやり取りを行ない、必要な指令を操縦器401から受信すると共に、必要な情報を操縦器401に送信できることが望ましい。この場合に、通信には暗号化を施し、傍受、成り済まし、機器の乗っ取り等の不正行為を防止できるようにしておくことが望ましい。基地局404は、Wi-Fiによる通信機能に加えて、RTK-GPS基地局の機能も備えていることが望ましい。RTK基地局の信号とGPS測位衛星からの信号を組み合わせることで、GPSモジュール504により、ドローン100の絶対位置を数センチメートル程度の精度で測定可能となる。GPSモジュール504は重要性が高いため、二重化・多重化しておくことが望ましく、また、特定のGPS衛星の障害に対応するため、冗長化されたそれぞれのGPSモジュール504は別の衛星を使用するよう制御することが望ましい。
６軸ジャイロセンサー505はドローン機体の互いに直交する３方向の加速度を測定する手段（さらに、加速度の積分により速度を計算する手段）である。また、６軸ジャイロセンサー505は、上述の３方向におけるドローン機体の姿勢角の変化、すなわち角速度を測定する手段である。地磁気センサー506は、地磁気の測定によりドローン機体の方向を測定する手段である。気圧センサー507は、気圧を測定する手段であり、間接的にドローンの高度も測定することもできる。レーザーセンサー508は、レーザー光の反射を利用してドローン機体と地表との距離を測定する手段であり、IR（赤外線）レーザーを使用することが望ましい。ソナー509は、超音波等の音波の反射を利用してドローン機体と地表との距離を測定する手段である。これらのセンサー類は、ドローンのコスト目標や性能要件に応じて取捨選択してよい。また、機体の傾きを測定するためのジャイロセンサー（角速度センサー）、風力を測定するための風力センサーなどが追加されていてもよい。また、これらのセンサー類は、二重化または多重化されていることが望ましい。同一目的複数のセンサーが存在する場合には、フライトコントローラー501はそのうちの一つのみを使用し、それが障害を起こした際には、代替のセンサーに切り替えて使用するようにしてもよい。あるいは、複数のセンサーを同時に使用し、それぞれの測定結果が一致しない場合には障害が発生したと見なすようにしてもよい。
流量センサー510は薬剤の流量を測定するための手段であり、薬剤タンク104から薬剤ノズル103に至る経路の複数の場所に設けられていることが望ましい。液切れセンサー511は薬剤の量が所定の量以下になったことを検知するセンサーである。マルチスペクトルカメラ512は圃場403を撮影し、画像分析のためのデータを取得する手段である。障害物検知カメラ513はドローン障害物を検知するためのカメラであり、画像特性とレンズの向きがマルチスペクトルカメラ512とは異なるため、マルチスペクトルカメラ512とは別の機器であることが望ましい。スイッチ514はドローン100の使用者402が様々な設定を行なうための手段である。障害物接触センサー515はドローン100、特に、そのローターやプロペラガード部分が電線、建築物、人体、立木、鳥、または、他のドローン等の障害物に接触したことを検知するためのセンサーである。カバーセンサー516は、ドローン100の操作パネルや内部保守用のカバーが開放状態であることを検知するセンサーである。薬剤注入口センサー517は薬剤タンク104の注入口が開放状態であることを検知するセンサーである。これらのセンサー類はドローンのコスト目標や性能要件に応じて取捨選択してよく、二重化・多重化してもよい。また、ドローン100外部の基地局404、操縦器401、または、その他の場所にセンサーを設けて、読み取った情報をドローンに送信してもよい。たとえば、基地局404に風力センサーを設け、風力・風向に関する情報をWi-Fi通信経由でドローン100に送信するようにしてもよい。
フライトコントローラー501はポンプ106に対して制御信号を送信し、薬剤吐出量の調整や薬剤吐出の停止を行なう。ポンプ106の現時点の状況（たとえば、回転数等）は、フライトコントローラー501にフィードバックされる構成となっていることが望ましい。
LED107は、ドローンの操作者に対して、ドローンの状態を知らせるための表示手段である。LEDに替えて、または、それに加えて液晶ディスプレイ等の表示手段を使用してもよい。ブザー518は、音声信号によりドローンの状態（特にエラー状態）を知らせるための出力手段である。Wi-Fi子機機能519は操縦器401とは別に、たとえば、ソフトウェアの転送などのために外部のコンピューター等と通信するためのオプショナルな構成要素である。Wi-Fi子機機能に替えて、または、それに加えて、赤外線通信、Bluetooth（登録商標）、ZigBee（登録商標）、NFC等の他の無線通信手段、または、USB接続などの有線通信手段を使用してもよい。スピーカー520は、録音した人声や合成音声等により、ドローンの状態（特にエラー状態）を知らせる出力手段である。天候状態によっては飛行中のドローン100の視覚的表示が見にくいことがあるため、そのような場合には音声による状況伝達が有効である。警告灯521はドローンの状態（特にエラー状態）を知らせるストロボライト等の表示手段である。これらの入出力手段は、ドローンのコスト目標や性能要件に応じて取捨選択してよく、二重化・多重化してもよい。
図８に示すように、ドローン100が備える薬剤の吐出制御システムは、薬剤を散布する農業用機械、特に本例では薬剤散布用ドローン100に備えられ、薬剤の吐出を精度よく制御すると共に、薬剤の吐出異常を検知する。
なお、本実施形態において、薬剤の「吐出異常」といった場合には、現実に薬剤の吐出異常を来たし、規定値を超える薬剤が吐出されている状態のほか、このような薬剤の吐出異常となる虞のある準備状態や、散布予定とは異なる薬剤が現実に散布され、又は散布される虞がある設定異常の状態を含む。
薬剤タンク104は上述の通り、散布される薬剤を保管するためのタンクである。
この薬剤タンク104には、薬剤を充填したり、保管している薬剤を出したりするための開閉可能な蓋が取り付けられている。この開閉可能な蓋には、開閉状態を検知可能な開閉センサー104aが取り付けられている。この開閉センサー104aは例えば、蓋に取り付けられたマグネットと、本体に取り付けられて、このマグネットの磁力や接触を感知する感知器によって構成することができる。これにより蓋の開閉状態を判別して、使用者に蓋の開閉状態を認識可能とし、蓋が開いたまま薬剤の散布が行われるといった事態を防ぐことができる。
また、薬剤タンク104には薬剤種別判別センサー104bが設けられている。薬剤種別判別センサー104bは、薬剤タンク104内に貯留されている薬剤の種別を判別することができる。
この薬剤種別判別センサー104bは例えば、薬剤タンク104内の薬剤の粘度や導電率、あるいはｐHを測定することのできる装置によって構成され、測定された各項目の値と、薬剤ごとの基準となる値とを対比し、薬剤の種別を判別することができる。
なお、これに限らず、例えば薬剤タンク104としてカートリッジ式の薬剤タンクを用いれば、当該カートリッジ式の薬剤タンクに薬剤種別のデータを記録したIC等を付しておき、当該IC等から薬剤種別のデータを取得する手段を設けることで、薬剤の種別を判別することもできる。
ここで、薬剤は複数の種類のものが用いられる場合があるため、散布を予定している薬剤が薬剤タンク104内に保管されているかどうかを判別することは有用である。特に、薬剤の粒子径は種類に応じて異なるところ、散布を予定していた薬剤よりも粒子径の小さい薬剤を誤って散布してしまった場合には、ドリフト（薬剤の目的物以外への飛散、付着）を惹き起こす可能性が高く、看過できない。
また、薬剤タンク104には、薬剤の液切れを検知するための液切れセンサー511が取り付けられている。なお、薬剤の液切れには、薬剤がなくなった場合のほか、薬剤の量が所定の量以下になった場合を含み、任意に設定された量に応じて、薬剤の液切れを検知することができる。
なお、薬剤タンク104内における薬剤の蒸散検知機能や、温度・湿度の測定機能などを薬剤タンク104に設け、薬剤が適切な状態に管理されるようにするとよい。
ポンプ106は、薬剤タンク104内に保管されている薬剤を下流へ吐き出し、薬剤ホース105-1、105-2、105-3、105-4を介して各薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4へ送出する。
なお、薬剤は薬剤タンク104から薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4へ送出されるところ、本実施形態の説明では、この送出経路に沿って薬剤が送出される方向を下流方向と称し、これとは逆の方向を上流方向と称することがある。なお、薬剤は一部、薬剤タンク104から三方弁122を介して再び薬剤タンク104へ送出されるが、この経路に関しては、三方弁122側を下流方向、薬剤タンク104側を上流方向と称している。
拡張タンク131は、三方弁122から送出された薬剤を一時的に貯留させ、薬剤タンク104に戻すためのタンクである。
三方弁122から拡張タンク131を介して薬剤タンク104に至る経路は、薬剤タンク104に注入されている水又は薬剤中の気泡を除去（脱泡）するための経路である。この経路を循環させると共に、拡張タンク131に一時的に貯留させることで水又は薬剤の脱泡を行うことができる。
逆止弁121-1、121-2、121-3、121-4、121-5、121-6、121-7は、薬剤を一定方向のみに送出し、当該一定方向とは逆の方向への流入、即ち逆流を防ぐための弁である。この逆止弁121-1、121-2、121-3、121-4、121-5、121-6、121-7は、薬剤タンク104から薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4に至る経路において、薬剤の吐出を遮断する遮断機構の役割を果たしており、薬剤の吐出を遮断する役割を果たすことができれば、遮断機構として電磁弁など、他の機構のものを用いることもできる。
本例では、逆止弁121-1が薬剤タンク104とポンプ106の間であって、薬剤タンク104に設けられた薬剤吐出口近傍に設けられ、逆止弁121-2が三方弁122と薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4の間に設けられ、逆止弁121-4、121-5、121－6、121－7が薬剤の外部への吐出口103a-1、103a-2、103a-3、103a-4に設けられ、逆止弁121-3が三方弁122と拡張タンク131の間に設けられている。逆止弁121-1は、薬剤タンク104から送出された薬剤を下流方向へ送出させ、薬剤タンク104へ逆流不能に制御している。また、逆止弁121-2は、ポンプ106から送出された薬剤を下流方向へ送出させ、ポンプ106へ逆流不能に制御している。また、逆止弁121-3は、三方弁122から送出された薬剤を拡張タンク131のある上流方向へ送出させ、三方弁122へ逆流不能に制御している。さらに、逆止弁121-4、121-5、121-6、121-7は、吐出口103a-1、103a-2、103a-3、103a-4から薬剤が外部へ吐出するのを遮断可能にしている。
なお、逆止弁121-1、121-2、121-3、121-4、121-5、121-6、121-7には、スイング式、リフト式、ウエハ式など、各種のものを用いることができ、特に特定のものに限られることはない。また、本例に関わらず、本例よりも多くの逆止弁を適宜の箇所に設けてもよい。
三方弁122は、ポンプ106と薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4の間に設けられており、ポンプ106から薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4へつながる経路と、ポンプ106から拡張タンク131を介して薬剤タンク104へつながる経路の分岐点を構成しており、切替操作に応じて薬剤を各経路へ送出させる。三方弁122は、例えば三方電磁弁である。
ここで、ポンプ106から薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4へつながる経路は、薬剤を薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4から吐出させ、薬剤を散布させるための経路である。
また、ポンプ106から拡張タンク131を介して薬剤タンク104へつながる経路は上述の通り、薬剤中の気泡を除去（脱泡）するための経路である。
流量センサー510は、ポンプ106と薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4の間に設けられ、薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4へ送出されている薬剤の流量を測定する。この流量センサー510によって測定された薬剤の流量に基づき、圃場403に散布した薬剤の量を把握することができる。
圧力センサー111-1、111-2は、薬剤の吐出口に設けられ、薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4から外部へ吐出される薬剤の吐出圧を測定する。
圧力センサー111-1、111-2は、ポンプ106の下流側に設けられ、下流へ吐き出される薬剤の吐出圧を測定する。
これらの圧力センサー111-1、111-2によって薬剤の吐出圧を測定することにより、各圧力センサーの111-1、111-2から得られる薬剤の吐出圧及び／又は各圧力センサー111-1、111-2による測定値から求められる圧力損失の数値に基づき、薬剤の吐出状況を精度よく把握して、薬剤の過剰吐出などの吐出異常を判断したり、薬剤の吐出を制御したりすることができる。
ポンプ用センサー106aは、ポンプ106内において薬剤を薬剤タンク104から吸い込むと共に下流へ吐き出す回転子の回転数を測定する。
このポンプ用センサー106aによってポンプ106の回転子の回転数を測定することにより、ポンプ106によって送出されている薬剤の量を把握し、薬剤の過剰吐出などの吐出異常を判断したり、薬剤の吐出を制御したりすることができる。
ノズル種別判別センサー114-1、114-2、114-3、114-4は、薬剤の吐出口に取り付けられる薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4の種別を判別することができる。
散布される薬剤ごとの粒子径の違いから、薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4は通常、薬剤に応じて用いられるものが異なっている。そのため、薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4の種別が適切か否かを判別することで、誤った薬剤の散布を防ぐことができる。
具体的には例えば、吐出口に薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4と嵌合又は係合する機構を設けておき、薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4には、当該吐口側の嵌合又は係合機構に嵌合又は係合する機構であって、複数の薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4ごとに異なる形状の機構を設ける。そして、吐出口に薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4を取り付けた際、薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4ごとに異なる形状を識別することにより、薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4の種別を判別することができる。
なお、薬剤タンク104から薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4に至る経路の途中には、当該経路中に貯留する薬剤を外部へ排出するためのコック付きの排出口（図６中、「DRAIN」と表記）が設けられている。圃場403への薬剤の散布が終わった後などにおいて、薬剤タンク104から薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4に至る経路に溜まっている薬剤を排出させる場合には、この排出口より薬剤を排出させることができる。
なお、薬剤タンク104に薬剤を補充する過程、特に後述する注水待機状態（S31）およびエア抜き待機状態（S32）では、薬剤タンク104に水が注入される。薬剤吐出システムが有する、薬剤に関する各センサー、すなわち液切れセンサー511、圧力センサー511－1、511-2、および流量センサー510は、薬剤タンク104に水が入っている場合にも、同様に動作する。また、薬剤種別判別センサー104bは、薬剤タンク104に水が入っていることを判別することが可能である。
ドローン100、操縦器401、基地局404、および営農支援クラウド405が互いに接続され、協調して動作するドローンシステム500は、いずれかの構成要素と他の構成要素との接続が切断されたり、いずれかの構成要素の電源がオフになっていたりする場合にも、ドローンシステム500の状態を保持し、ドローンシステムとしての運用を円滑に継続できることが望ましい。
また、ドローン100が安全に飛行を開始するためには、ドローン100自体およびドローン100の外部環境等が、ドローン100の飛行に適した状況である必要がある。ドローンシステム500は、ドローン100自体および外部環境等がドローン100の飛行に適さない状況である場合は、ドローン100の飛行を許可しないシステムになっていることが望ましい。
ドローンシステム500は、互いに異なる複数の状態を有する。ドローンシステム500は、状態ごとに定められる条件を充足することで条件に対応する別の状態に遷移する。「ドローンシステム500の状態」とは、別の状態に遷移するための条件が互いに異なることを示す概念であり、状態ごとにソフトウェアのシステム構成上互いに独立して構成されていてもよいし、複数の状態が同一のシステム構成中に構成されていてもよい。ドローンシステム500は、ある状態に属しているとき、当該状態ごとに定められる動作を行う。状態ごとに定められる条件を充足していない場合、ドローンシステム500は、当該状態に留まる。また、定められる条件が複数あり、複数の状態に遷移し得る状態があってもよい。
ドローン100、操縦器401、基地局404、および営農支援クラウド405のいずれかに異常が生じている場合、ドローンシステム500全体の安全性を脅かす恐れがある。ドローンシステム500の状態を正しく判定し、その判定に応じて動作が規定されていることで、条件を充足しない場合にドローン100を飛行させたり薬剤を散布させたりすることがない。すなわち、ドローンシステム500を安全に稼働させることができる。特に、ドローン100を安全に飛行させ、薬剤を散布することができる。
●ドローンシステムの状態遷移を行うための構成
図９に示すように、ドローン100は、第１状態送信部111と、第１状態受信部112と、第１状態遷移判定部113と、第１主端末決定部114と、第１状態記憶部115と、を有する。また、操縦器401、基地局404、および営農支援クラウド405は、第１状態送信部111、第１状態受信部112、第１状態遷移判定部113、第１主端末決定部114、および第１状態記憶部115に対応する構成をそれぞれ有する。すなわち、操縦器401は、第２状態送信部411、第２状態受信部412、第２状態遷移判定部413、第2主端末決定部414、および第２状態記憶部415、を有する。基地局404は、第３状態送信部441、第３状態受信部442、第３状態受信部443、第３主端末決定部444、および第３状態記憶部445を有する。営農支援クラウド405は、第４状態送信部451、第４状態受信部452、第４状態遷移判定部453、第４主端末決定部454、および第４状態記憶部455を有する。
第１乃至第４状態送信部111,411,441,451は、ドローンシステム500が現在属する状態の情報、ならびにドローン100、操縦器401、および基地局404それぞれの端末の状況を示す端末情報を、接続されている他の構成要素に送信する機能部である。他の構成要素は、ここでは、ドローン100、操縦器401、基地局404、又は営農支援クラウド405である。端末情報とは、例えばドローン100、操縦器401、基地局404それぞれの電源のオンオフ情報や、それぞれの電源容量などを示す数値である。また、端末情報とは、各構成要素間の接続状態、各構成要素の動作履歴およびメンテナンス履歴、各構成要素の故障情報、緊急停止を実行中であるか否かの情報、緊急停止を行った履歴、ならびに、薬剤タンク104に注入されている水又は薬剤の別、その量および注入履歴等を含んでいてもよい。
第１乃至第４状態送信部111,411,441,451は、営農支援クラウド405の状況を示すクラウド情報をさらに他の構成要素に送信してもよい。クラウド情報とは、例えば営農支援クラウド405に記憶されている情報が更新された履歴、すなわち、最終更新日時や、更新を行った端末の情報等を含んでいてもよい。
第１乃至第４状態受信部112,412,442,452は、ドローンシステム500が現在属する状態の情報、ならびにドローン100、操縦器401、および基地局404の状況を示す端末情報を、接続されている他の構成要素が有する第１乃至第４状態送信部111,411,441,451から受信する機能部である。また、第１乃至第４状態受信部112,412,442,452は、クラウド情報をさらに他の構成要素から受信してもよい。
すなわち、基地局404は、ドローンシステム500が現在属している状態をドローン100および操縦器401の少なくとも一方に送信する。また、基地局404は、ドローンシステム500が現在属している状態をドローン100および操縦器401の少なくとも一方から受信する。基地局404は、操縦器401および基地局404の接続状態、ドローン100および基地局404の接続状態、ならびに、操縦器401およびドローン100の接続状態のうち、少なくとも一個の接続状態を、ドローン100および操縦器401の少なくとも一方から受信する。
また、基地局404は、各構成要素と営農支援クラウド405との接続状態を、少なくとも１個の他の構成要素との間で送受信してもよい。
第１乃至第４状態送信部111,411,441,451および第１乃至第４状態受信部112,412,442,452によれば、各構成要素は、ドローンシステム500において接続されている他の構成要素の端末情報およびクラウド情報を互いに把握することができる。すなわち、各構成要素は、いずれの構成要素が協調から外れた場合にも、ドローンシステム500の状態を保持し、ドローンシステム500としての運用を円滑に継続できる。
また、操縦器401が端末情報およびクラウド情報を常に把握している構成によれば、使用者402はドローンシステム500の様子を常に把握することができる。
第１乃至第４状態遷移判定部113,413,443,453は、ドローンシステム500が現在属する状態を認識して、現在属する状態から別の状態に遷移するための条件が充足しているか否かを判定する機能部である。第１乃至第４状態遷移判定部113,413,443,453は、同じ条件に関する判断を行うことが可能であり、それぞれの状態遷移判定部は、他の状態遷移判定部の代替として動作することができる。
第１乃至第４状態遷移判定部113,413,443,453は、別の状態に遷移するための条件が充足しているか否かの判定を択一的に行う。すなわち、１個の状態遷移判定部が判定を行っている場合、他の状態遷移判定部は判定を行わない。以降の説明において、状態遷移の判定を行っている状態遷移判定部を有する構成要素を、「主端末」ともいう。この構成によれば、いずれかの構成要素の電源がオフになっている場合や、いずれかの構成要素間の接続が切断され、主端末としての動作ができない場合においても、別の構成要素が主端末として状態遷移の判定を行い、ドローンシステム500の状態を遷移させることができる。
第１乃至第4主端末決定部114,414,444,454は、第１乃至第４状態受信部112,412,442,452が受信する情報に基づいて、いずれの構成要素を主端末とするかを決定する機能部である。いずれの構成要素が主端末となるか、すなわち第１乃至第４状態遷移判定部111,411,441,451のうちいずれが状態遷移を判定するかは、あらかじめ優先順位が定められている。具体的には、各構成要素の電源が投入され、すべての構成要素が協調している場合、ドローン100が主端末となる。ドローン100の電源がオフ、又はドローン100の各構成要素との接続が切断され、主端末としての動作が不可能な場合、第１乃至第4主端末決定部114,414,444,454の決定により、操縦器401が主端末となる。なお、優先順位は一例であり、ドローン100が主端末として動作不能な場合、基地局404又は営農支援クラウド405が主端末となってもよい。また、優先順位は、固定されていてもよいし、変動してもよい。たとえば、優先順位は、ドローンシステム500が現在属している状態に応じて変動してもよい。
本実施形態においては、主端末決定部は各構成要素に設けられている。この構成によれば、いずれの構成要素の接続が切断され、協調が外れた場合であっても、主端末を決定することができる。なお、すべての構成要素が協調して動作している場合にはいずれか１の主端末決定部が主端末の決定を行えば足り、例えば、ドローン100に設けられている第１主端末決定部114が、ドローン100が主端末となる旨の決定を行えばよい。ドローン100が協調から外れた場合は、第２主端末決定部414がその旨の情報に基づいて、操縦器401が主端末となることを決定する。
第１乃至第４状態記憶部115,415,445,455は、ドローンシステム500が現在属する状態、およびドローン100、操縦器401、および基地局404の状況を示す端末情報を記憶する機能部である。第１状態記憶部115は、営農支援クラウド405の状況を示すクラウド情報をさらに記憶してもよい。
第１乃至第４状態記憶部115,415,445,455は、少なくとも一部が不揮発性の記憶領域、例えば不揮発性メモリによって構成されている。この構成によれば、各構成要素の電源がオフになっても、情報を記憶しておくことができる。電源の再投入時にも故障情報やメンテナンスの履歴が引き継がれているので、電源がオフになる前に起こった故障や異常に対しても確実に修理およびメンテナンスを行うことができ、ドローンシステム500を安全に使用することができる。
●薬剤の注入を管理するための構成
図１０に示すように、ドローン100は、薬剤タンク104への薬剤の注入を管理するための構成として、注水検知部31と、エア抜き検知部32と、補充検知部33と、を備える。
注水検知部31は、薬剤タンク104に注水が完了していることを検知する機能部である。
エア抜き検知部32は、薬剤タンク104の内部の空気を薬剤タンク104の外部に流出させるエア抜き動作が完了していることを検知する機能部である。エア抜き検知部32は、三方弁122が拡張タンク131側の経路を開放している場合、図６における薬剤タンク104から三方弁122までの経路（以下、「上流経路」ともいう。）においてエア抜きが完了していることを検知する。エア抜き検知部32は、三方弁122が薬剤ノズル103-1～4側の経路を開放している場合、図６における三方弁122から薬剤ノズル103-1～4までの経路（以下、「下流経路」ともいう。）においてエア抜きが完了していることを検知する。
エア抜き検知部32は、上流経路におけるエア抜きの検知では、ポンプ用センサー106aによって検知されるポンプ106の回転数と、圧力センサー111-1および流量センサー510の少なくとも一方の計測結果に基づいて、エア抜き動作が完了していることを検知する。下流経路においては、具体的には、エア抜き検知部32は、エア抜き動作が完了している場合における、ポンプ106の回転数に応じた圧力センサー111-1の値および流量センサー510の値の少なくとも一方の値を基準値として記憶している。エア抜き検知部32は、ポンプ106の回転数に応じた基準値と、圧力および流量の少なくとも一方の実測値とを比較する。その差が所定以内の場合、エア抜き検知部32は、エア抜き動作が完了していることを検知する。
エア抜き検知部32は、下流経路におけるエア抜きの検知においては、ポンプ用センサー106aによって検知されるポンプ106の回転数と、圧力センサー111-2および流量センサー510の少なくとも一方の計測結果に基づいて、エア抜き動作が完了していることを検知する。エア抜き検知部32は、エア抜き動作が完了している場合における、ポンプ106の回転数に応じた圧力センサー111-2の値をおよび流量センサー510の値の少なくとも一方の値を基準値として記憶し、実測値と比較してエア抜き動作の完了を検知する。また、圧力センサー111-1の値も下流経路におけるエア抜きの検知に利用してもよい。
なお、三方弁122が開放している経路により、ポンプ106の回転数に応じた圧力センサー111-1、111-2の値および流量センサー510の値は、それぞれ異なる。エア抜き検知部32は、三方弁122がいずれの経路を開放しているかの情報に基づいて、実測値と比較する基準値を決定する。
補充検知部33は、薬剤タンク104に薬剤の補充が完了していることを検知する機能部である。補充検知部33は、例えば薬剤タンク104内に所定量の薬剤が入っていることを、液面高さ又は重量等により検知する判定装置により実現できる。また、補充検知部33は、薬剤タンク104内の薬剤の量を計測する液面計、重量計、又は水圧センサー等を用い、薬剤が所定量となっていることをソフト的に判定する機能部であってもよい。
●離陸診断のための構成
図１０に示すように、ドローン100は、離陸前に、ドローン100が安全に飛行し、薬剤散布を行うための条件が整っているか診断するための構成として、飛行開始指令受信部51と、飛行計画確認部52と、ドローン判定部53と、外部環境判定部54と、基地局位置確認部55と、機体位置確認部56と、機首確認部57と、周辺確認部58と、機体目視確認部59と、を備える。
飛行開始指令受信部51は、使用者402から入力される飛行開始指令を受信する機能部である。飛行開始指令は、操縦器401からドローン100に送信される指令である。飛行開始指令は、使用者402の意思がドローン100に伝達されるための指令であるため、使用者402の動作を起点としてドローン100に送信される。
基地局位置確認部55は、ドローン100と接続されている基地局404の位置が所定の範囲内にあるか否かを確認する機能部である。
機体位置確認部56は、ドローン100が発着地点406に設置されているか否かを確認する機能部である。
機首確認部57は、ドローン100の機首の向きが正常な方向を向いているか否かを確認する機能部である。「機首の向きが正常である」とは、例えば薬液を散布する圃場がある方向に機首が向いていることを指す。
周辺確認部58は、ドローン100の周辺にドローン100周辺の所定範囲内に人や物などの障害物がないか否かを確認する機能部である。周辺確認部58は、例えばドローン100又は操縦器401等による報知および表示により、使用者402にドローン100周辺の障害物の有無の確認を促す機能部であってもよい。使用者402は、ドローン100の周辺を確認した後、障害物がなければその旨を入力する。また、使用者402は、障害物を発見した場合には適宜取り除く。なお、使用者402による周辺の確認結果の入力は、ドローン100に入力可能になっていてもよいし、操縦器401を介して入力可能になっていてもよい。
また、周辺確認部58は、ドローン100に搭載される適宜のカメラやセンサを用いて、ドローン100の周辺における障害物を探知し、所定範囲内に物体がないことを自動的に判定する機能部であってもよい。カメラは、例えばドローン100の周辺を３６０度撮影可能な３６０度カメラであってもよいし、互いに異なる方向を撮影可能な複数のカメラにより構成されていてもよい。センサは、例えば赤外線センサである。
機体目視確認部59は、ドローン100を使用者402が目視で確認することを促し、使用者402により確認結果を入力可能な機能部である。機体目視確認部59は、ドローン100又は操縦器401等による報知および表示により、使用者402にドローン100周辺の障害物の有無の確認を促す。使用者402は、ドローン100を目視で確認した後、異常を発見しない場合はその旨を入力する。また、使用者402は、異常を発見した場合には適宜修理等を行う。なお、使用者402による周辺の確認結果の入力は、ドローン100に入力可能になっていてもよいし、操縦器401を介して入力可能になっていてもよい。
機体目視確認部59は、操縦器401を通じて目視確認のポイント等を使用者402に報知してもよい。具体的に目視確認のポイントを指示することにより、使用者402は効率的にドローン100を点検することができる。
飛行計画確認部52は、ドローン100が、ドローン100の飛行計画に関する情報を正常に保有しているか否かを確認する機能部である。飛行計画は、例えば飛行中に薬液を散布する圃場の位置や、当該圃場内における飛行するルートを含む。飛行計画は、あらかじめドローン100の飛行計画記憶部に登録される情報であり、適宜書き換え可能である。また、飛行計画に含まれる飛行ルートは、指定される圃場の位置に基づいて自動的に算出される。なお、飛行ルートは、圃場の位置に基づいて一意に算出されるものであってもよいし、他の条件を考慮して飛行計画の策定の度ごとに算出される、異なる飛行ルートであってもよい。
ドローン判定部53は、ドローン100自体が有する各構成が正常の範囲内で動作していることを判定する機能部である。ドローン100自体が有する各構成とは、例えばバッテリー502やモーター102、各種センサ等である。
外部環境判定部54は、主にドローン100の外部環境がドローン100の飛行に適する環境であるかを判定する機能部である。外部環境とは、例えば各構成要素間を接続する電波の妨げになるような外乱の有無や、GPSの受信感度、気温、ドローン100の周囲の風速、天候、および地磁気の状況などを含む。ドローン100周囲の風速が所定以上の場合、ドローン100が風であおられたり、散布される薬剤が飛散したりするため、適切な飛行が困難になるためである。また、雨や雪等の降水がある場合、又は所定時間以内に降水現象が起こる可能性が高いことが予測される場合は、降水により薬剤が流れてしまい、圃場に定着しづらくなるため、散布を行わない方が好ましい。すなわち、降水があるか、所定時間内での降水の可能性が高いときにも、離陸を禁止してもよい。さらに、地磁気が乱れている場合にも各構成要素間を接続する電波の妨げになるため、離陸を禁止してもよい。さらにまた、GPSの通信が確立できている衛星の数を測定し、所定数以下の場合は離陸を禁止してもよい。所定数は、例えば５個であってもよい。GPSの通信が確立できている衛星数が少ない場合、飛行中に通信可能な衛星がさらに減ってしまうとGPSによる測定が不可能になるおそれがあるためである。外部環境判定部54は、いずれの理由により離陸せず待機しているのかを、使用者402に通知する。
●ホバリング中に行う診断のための構成
ドローン100は、ドローン100がホバリングしている時にドローン100が飛行に適した状況であるか否かを判定する、飛行準備部60をさらに有する。飛行準備部60は、特にドローン100が離陸直後に行うホバリングの間に診断を行うが、ドローン100が離陸して飛行を開始した後に適宜行うホバリング中に診断を行ってもよい。
飛行準備部60は、強風診断部61、推力診断部62、校正部63、重量推定部64、およびホバリング判定部65を備える。
ホバリング判定部65は、ドローン100がホバリングをしているか否かを判定、すなわちホバリング判定を行う機能部である。ホバリングとは、すなわち、水平面上において互いに直交するXおよびY座標、ならびにXY平面に直交する鉛直なZ座標を定義した場合において、ドローン100のXYZ座標に変化がない、又は狭い所定範囲内で揺動している状態を指す。また、ホバリングは、XYZ方向のいずれにも移動速度を有さない状態である。
ホバリング判定部65は、例えばRTK-GPSの測位座量がXYZ方向の全てにおいて変化がないことを検知する。また、ホバリング判定部65は、６軸ジャイロセンサー505のXYZ方向における測定値をそれぞれ二階積分して位置を算出し、XYZ方向における位置に所定時間変化がないことを検知する。さらに、ホバリング判定部65は、６軸ジャイロセンサー505のXYZ方向における測定値をそれぞれ積分して速度を算出し、ドローン100がXYZ方向における速度を有さないことを検知する。ホバリング判定部65は、上述のいずれか、もしくは複数の取得値を組み合わせることにより、ドローン100がホバリングしていることを判定する。
強風診断部61は、ドローン100に吹き付けている風を測定して、ドローン100の飛行が可能であるか否かを診断する機能部である。強風診断部61による風の測定は、例えば接触検知器により風によって発生する応力を測定することで風速を算出してもよいし、風杯型、風車型などの風速計により算出してもよい。
強風診断部61は、ドローン100がホバリングしている状態において、ドローン100の姿勢角を６軸ジャイロセンサー505により算出する。ドローン100に風が吹き付けている場合、風の強さに応じて風下側へ前傾した姿勢角となる。したがって、ドローン100の姿勢角が所定角度以上の場合、強風診断部61は、ドローン100に所定以上の強さの風が吹き付けている、と判定する。
また、強風診断部61は、モーター102-1a、102-1b、102-2a、102-2b、102-3a、102-3b、102-4ａ、102-4b又は回転翼101-1a、101-1b、101-2a、101-2b、101-3a、101-3b、101-4a、101-4bのそれぞれの回転数を算出してもよい。ドローン100に風が吹き付けている場合、ドローン100に風下側へ傾こうとする力が働くため、8個の回転翼101のうち、風下側の２箇所に配置された回転翼の推力が増加、すなわち回転数が増加し、風上側の２箇所に配置された回転翼の推力が低下、すなわち回転数が低下する。したがって、モーター102又は回転翼101の回転数の配置位置による差異が所定以上の場合、強風診断部61は、ドローン100に所定以上の強さの風が吹き付けている、と判定する。強風診断部61は、上述の姿勢角による判定、および回転数の差異による判定のいずれか、又は双方の判定結果を組み合わせることにより、強風を検知する。
強風診断部61は、基地局404や周辺に飛行しているドローン100から風に関する情報を通信により受信して、当該ドローン100の飛行が可能か否かを判断してもよい。
ドローン100に吹き付けている風が所定以上の強さであるとき、強風診断部61はドローンシステム500にその旨を通知する。主端末の状態遷移判定部は、ドローンシステム500の状態をホバリング状態のまま待機させる。また、主端末の状態遷移判定部は、ドローンシステム500の状態を、後述する飛行開始スタンバイ状態（S4）に移行させ、ドローン100を着陸させてもよい。
推力診断部62は、飛行中のドローン100を飛行させる推力を測定して、ドローン100の推力が正常に発揮されているか否かを診断する機能部である。推力は、本実施の形態においては回転翼101により得られる。推力診断部62は、例えば回転翼101の回転を制御するモーター自身の内部に配置されている回転測定機能を指す。すなわち、推力測定部244は、モーターの回転数を測定することにより、モーターに制御される回転翼101の回転数を取得する。
また、推力診断部62は、回転翼101自身の回転数を測定してもよい。例えば、推力診断部62は、非接触式の回転計であってもよい。この場合、推力診断部62は、回転翼101の少なくとも１か所にレーザーを照射し、レーザーの回転翼101からの反射光を計測することで回転翼101の回転数を計数する。レーザーは、例えば赤外線レーザーである。
さらに、推力診断部62は、モーターに供給される電流を測定してもよい。
なお、推力診断部62は、ドローンの推力が回転翼以外の構成により実現される場合は、その推進器の稼働状態を測定する機能部であってもよい。例えば、ドローンがジェット噴射により推進される場合、推力診断部62は、ジェット噴射の圧力を測定する機能部であってもよい。
推力診断部62は、測定される推力と、フライトコントローラー501による命令値とを比較し、フライトコントローラー501からの命令から一定時間後における差異があらかじめ定められている閾値以内である場合には推力が適切に発揮されていると判断する。差異が閾値を超えている場合は、推力診断部62はドローンシステム500にその旨を通知する。主端末の状態遷移判定部は、ドローンシステム500の状態を、後述する飛行開始スタンバイ状態（S4）に移行させ、ドローン100を着陸させる。
校正部63は、ドローン100の高度を測定するためのセンサー、およびドローン100の速度を測定するためのセンサーの少なくとも１個の校正を行う。センサーの校正とは、センサーの０点のオフセット、および測定結果の数値が高い場合におけるゲインのずれを補正する校正を含む。校正部63による校正は、特にドローン100がホバリングしているときに行われる。
ドローン100の高度を測定するためのセンサーとは、例えばレーザーセンサー508、ソナー509、６軸ジャイロセンサー505、又はGPSモジュールRTK504-1,504-2を含む。すなわち、校正部63は、高度校正に関して、レーザーセンサー508、ソナー509、６軸ジャイロセンサー505、又はGPSモジュールRTK504-1,504-2の校正が可能である。
校正するセンサーがレーザーセンサー508、ソナー509の場合、校正部63は、地上に接地している状態におけるＲＴＫ－ＧＰＳの高さ方向の測位座標、すなわちＺ座標と、ホバリングしていることが判定された時のＲＴＫ－ＧＰＳの高さ方向のＺ座標と、の差が対地高度の真値として、レーザーセンサー508およびソナー509を校正する。
校正するセンサーが６軸ジャイロセンサー505の場合、校正部63は、ホバリングしていることが判定された時のレーザーセンサー508およびソナー509によって得られる高度が、対地高度の真値として６軸ジャイロセンサー505を校正する。
校正するセンサーがGPSモジュールRTK504-1,504-2の場合、校正部63は、ホバリングしていることが判定された時のレーザーセンサー508およびソナー509によって得られる高度が、対地高度の真値としてGPSモジュールRTK504-1,504-2によるRTK-GPSのZ方向の測位座標を校正する。
ドローンの速度を測定するためのセンサーとは、例えばGPSモジュールドップラー504-3又は６軸ジャイロセンサー505を含む。校正部63は、GPSモジュールドップラー504-3を用いてドローン100の移動速度を測定する。ドローン100は、離陸後のホバリング状態においては移動しておらず、移動速度はXYZ方向において０であるので、校正部63は、ホバリングしていることが判定された時のXYZ方向の移動速度が０となるようにGPSモジュールドップラー504-3の測定結果を校正する。また、校正部63は、加速度センサーによる計測値の１階積分値を用いてドローン100の移動速度を測定する。この場合、校正部63は、ホバリングしていることが判定された時のXYZ方向の移動速度が０となるように加速度センサーのXY方向の測定値を校正する。
重量推定部64は、ドローン100の重量を推定する機能部である。重量推定部64は、ホバリング中において、推力診断部62により計測される推力の値に基づいて、ドローン100の重量を推定することができる。
●ドローンシステムの状態遷移
図１１に示すように、本実施形態におけるドローンシステム500は、停止状態（S0）と、初期チェック状態（S1）と、薬剤準備スタンバイ状態（S2）と、薬剤準備状態（S3）と、飛行開始スタンバイ状態（S4）と、離陸診断状態（S5）と、飛行散布状態（S6）と、着陸後スタンバイ状態（S7）と、メンテナンス状態（S8）と、シャットダウン状態（S9）と、を取り得る。
停止状態（S0）は、ドローン100、操縦器401および基地局404の電源がオフになっている状態である。停止状態（S0）において各構成要素の電源がオンになると、ドローンシステム500は初期チェック状態（S1）に遷移する。各構成要素の電源は、それぞれ使用者402により手動でオンにできるようになっていてもよいし、使用者402がある１個の構成要素を操作することで、他の構成要素の電源がオンになるようになっていてもよい。例えば、使用者402が操縦器401の電源をオンにして専用のアプリケーションを起動することで、ドローン100および基地局404の電源がオンになるように構成されていてもよい。
初期チェック状態（S1）は、各構成要素の起動後に、各構成要素の動作が正常に行われているかどうかを確認する状態である。初期チェック状態では、例えば各構成要素に電源が投入されているか否かの確認や、各構成要素間の通信が正常に行われているか否かの確認が行われる。所定の確認事項がすべて正常であることが確認されると、ドローンシステム500は、薬剤準備スタンバイ状態（S2）に遷移する。
薬剤準備スタンバイ状態（S2）は、使用者402からの、ドローン100の薬剤タンク104に薬剤を注入する作業を開始する旨の指令、すなわち薬剤注入開始指令が入力されるのを待機している状態である。使用者402により入力される薬剤注入開始指令を受信すると、ドローンシステム500は、薬剤準備状態（S3）に遷移する。
薬剤準備状態（S3）は、使用者402により薬剤タンク104に薬剤を注入する作業が行われている間、ドローンシステム500が属する状態である。
図１２に示すように、薬剤準備状態（S3）は、注水待機状態（S31）と、エア抜き待機状態（S32）と、薬剤待機状態（S33）と、を含む。
注水待機状態（S31）は、薬剤タンク104に水を注入することが可能な状態である。注水待機状態（S31）は、使用者からの薬剤注入開始指令に基づいて薬剤準備スタンバイ状態（S2）から遷移する状態である。注水待機状態（S31）において、ドローンシステム500は、薬剤タンク104に水を注入する必要がある旨を、操縦器401を通じて使用者402に通知する。また、ドローン100は、補充検知部33により薬剤タンク104に十分な量の水が注入されているか否かを判定してもよい。この場合、ドローンシステム500は、薬剤タンク104に十分な量の水が注入されていることを、操縦器401を通じて使用者に通知する。
さらに、ドローンシステム500は、注入が完了した後に薬剤タンク104の蓋を閉めるように、又はさらに蓋のロックを掛けるように、操縦器401を通じて使用者402に通知する。なお、蓋の開閉ならびにロックの施錠および開錠は、それぞれドローン100に設けられる機構により自動で行われてもよい。
注水待機状態（S31）において、注水検知部31が薬剤タンク104に水が注入されたことを検知すると、ドローンシステム500は、エア抜き待機状態（S32）に遷移する。ドローンシステム500は、開閉センサー104aの判別結果を参照して、薬剤タンク104が有する蓋が閉じられ、又はさらに適宜のロック機構によりロックされていることを条件に、エア抜き待機状態（S32）に遷移してもよい。
エア抜き待機状態(S32)は、ポンプ106を駆動してエア抜きを行い、薬剤タンク104内および薬剤タンク104から薬剤ノズル103-1～4に至る経路から空気が抜けるのを待機する状態である。エア抜き待機状態（S32）は、さらに上流エア抜き待機状態（S32-1）および下流エア抜き待機状態（S32-2）を有する。
上流エア抜き待機状態（S32-1）において、三方弁122は、拡張タンク131側に開放されている。薬剤タンク104内および上流経路中に存在している空気は、ポンプ106の駆動により、この経路を循環させると共に拡張タンク131に一時的に貯留され、除去される。エア抜き検知部32が上流経路におけるエア抜き動作の完了を検知すると、ドローンシステム500は、下流エア抜き待機状態（S32-2）に遷移する。
下流エア抜き待機状態（S32-2）において、三方弁122は、薬剤ノズル103-1～4側に開放されている。主に下流経路中に存在している空気は、ポンプ106の駆動により移動する水に押されて、ノズル103から薬剤タンク104の外部に放出される。すなわち、下流経路における薬剤タンク104のエア抜きが行われる。エア抜き検知部32がエア抜き動作の完了を検知すると、ドローンシステム500は、薬剤待機状態（S33）に遷移する。
上流エア抜き待機状態（S32-1）および下流エア抜き待機状態（S32-2）は、全自動的に状態が遷移し、使用者402の行為に基づく条件はなくてよいが、上流エア抜き待機状態（S32-1）から下流エア抜き待機状態（S32-2）に遷移する旨を操縦器401から報知し、使用者402の確認入力に基づいて状態が遷移するものとしてもよい。また、全自動的に状態が遷移する場合にも、操縦器401を通じてドローンシステム500がいずれの状態にあるかを使用者402に通知するよう構成されていてもよい。
薬剤待機状態（S33）は、注水口の蓋のロックが解除されており、注水口から薬剤を注入することができる状態である。薬剤待機状態（S33）において、ドローンシステム500は、薬剤タンク104に薬剤を注入する必要がある旨を、操縦器401を通じて使用者402に通知する。ドローンシステム500は、補充検知部33により薬剤タンク104に十分な量の薬剤が注入されていることを判別し、操縦器401を通じてその旨を使用者402に通知する。
さらに、ドローンシステム500は、注入が完了した後に薬剤タンク104の蓋を閉めるように、又はさらに蓋のロックを掛けるように、操縦器401を通じて使用者に通知してもよい。
補充検知部33が薬剤タンク104に薬剤の補充が完了していることを検知すると、ドローンシステム500は、飛行開始スタンバイ状態（S4）に遷移する。
前述したように、空中散布を行うドローン100は、圃場に対して薬剤を緻密に散布することが可能であるため、地上散布機や使用者自身により地上から散布される一般的な薬剤に比べて、高濃度の薬剤を搭載する。すなわち、一般的な薬剤に比べて、高価であり、かつ人体や圃場に対して有害となる恐れがある。したがって、エア抜き動作により薬剤を排出すると、費用面および安全面で好ましくない。水によりエア抜き動作を行った上で薬剤を補充する本構成によれば、薬剤準備状態（S3）においてノズル103から排出される薬剤の量を抑えられるので、ドローン100への適用は特に有用である。
飛行開始スタンバイ状態（S4）は、使用者402からの飛行開始指令が入力可能な状態である。飛行開始指令は、使用者402がドローン100の離陸を促す指令である。図１１に示すように、飛行開始指令受信部51が、飛行開始指令を受信すると、ドローンシステム500は、ドローン100の離陸前に必要な離陸診断を行う離陸診断状態（S5）に移行する。
離陸診断状態（S5）は、ドローン100が飛行および薬剤散布を開始する前に、ドローン100が安全に飛行し、薬剤散布を行うための条件が整っているか診断する間、ドローンシステム500が属する状態である。
図１３に示すように、離陸診断状態（S5）は、ドローン判定状態（S51）と、飛行計画確認状態（S52）と、外部環境判定状態（S53）と、位置および周辺確認状態（S54）と、ホバリング状態（S55）と、を含む。ドローン判定状態（S51）、飛行計画確認状態（S52）、外部環境判定状態（S53）、および位置および周辺確認状態（S54）はドローン100が着陸している状態であり、ホバリング状態（S55）は、ドローン100が離陸し、発着地点406の上空でホバリングしている状態である。
ドローン判定状態（S51）は、ドローン判定部53によりドローン100自体が有する各構成が正常の範囲内で動作していることが判定される間、ドローンシステム500が属する状態である。また、ドローン判定状態（S51）において、機体目視確認部59により使用者402によりドローン100の目視確認を促す。ドローン判定部53により各構成が正常の範囲内で動作していることが判定されると、ドローンシステム500は、飛行計画確認状態（S52）に遷移する。ドローン判定部53により異常が確認されると、操縦器401にその旨表示され、着陸後スタンバイ状態（S7）に遷移する。
飛行計画確認状態（S52）は、飛行計画確認部52により、ドローン100がドローン100の飛行計画に関する情報を正常に保有しているか否か確認される間、ドローンシステム500が属する状態である。飛行計画に関する情報が確認されると、ドローンシステム500は外部環境判定状態（S53）に遷移する。飛行計画に関する情報が正常に保有されていない場合、ドローンシステム500は飛行計画に関する情報を入手する動作を行う。この動作は、例えば営農支援クラウド405から当該情報を受信してもよい。また、薬剤散布を行う圃場の指定など使用者402による決定が必要な場合は、操縦器401を通じてその旨を使用者402に通知し、決定を促す。
外部環境判定状態（S53）は、外部環境判定部54により主にドローン100の外部環境がドローン100の飛行に適する環境であるか判定される間、ドローンシステム500が属する状態である。外部環境判定部54により外部環境が飛行に適すると判定されると、ドローンシステム500は位置および周辺確認状態（S54）に遷移する。
外部環境判定部54により、外部環境がドローン100の飛行に適さないと判定されると、ドローン100は着陸したまま待機する。また、操縦器401にその旨が表示される。外部環境は、短時間での変動が激しいファクターであるので、別の状態に遷移するのではなく、外部環境が飛行に適する状況になるのを待機するのが好適である。
位置および周辺確認状態（S54）は、基地局位置確認部55、機体位置確認部56、機首確認部57、周辺確認部58により、基地局404およびドローン100の位置および向き、ならびにドローン100の周辺環境を確認する間、ドローンシステム500が属する状態である。
位置および周辺確認状態（S54）において、基地局404およびドローン100の位置および向き、ならびにドローン100の周辺環境が確認されると、ドローン100は離陸し、ドローンシステム500はホバリング状態（S55）に遷移する。
ホバリング状態（S55）は、飛行準備部60により、ドローン100が水平移動を伴う安全な飛行を行うための診断および準備を行う間、ドローンシステム500が属する状態である。ホバリング状態（S55）において、強風診断部61は、ドローン100に吹き付ける風がドローン100の飛行を許可できる程度であるか否かを診断する。なお、強風の診断は、外部環境判定部54によって行ってもよい。推力診断部62は、回転翼101が所望の推力を発揮しているか否かを判断する。校正部63は、ドローン100の高度を測定するためのセンサーおよびドローン100の速度を測定するためのセンサー、の少なくとも１個の校正を行う。重量推定部64は、ドローン100の重量を推定する。
なお、ホバリング状態（S55）において行われる上述の準備は、ドローン100が空中にある場合に測定することが必須又は容易な工程である。しかしながら、これらの準備を着陸中に行うように構成してもよい。例えば、ドローン100の高度を測定するためのセンサーのオフセット、ドローン100の速度を測定するためのセンサーのオフセットは、着陸中においても校正することができる。また、ドローン判定状態（S51）、飛行計画確認状態（S52）、および外部環境判定状態（S53）において行われる判定および確認を、着陸中ではなくホバリング中に行ってもよい。特に、ホバリング中に、GPSの通信が確立している衛星の数が充分あるか否かを判定してもよい。また、着陸中およびホバリング中の両方で行ってもよい。
ドローンシステム500は、離陸診断状態（S5）において、上述の記載以外にも、使用者402による確認を促し、使用者402が確認した旨の情報を入力することを状態遷移の１条件としてもよい。
ドローンシステム500は、離陸診断状態（S5）において、非常用操縦器の電源容量を確認してもよい。非常用操縦器の電源容量が所定以下の場合、飛行散布状態（S6）において緊急停止指令を送信することができず、安全性を損なうおそれがあるためである。非常用操縦器の電源容量が所定以下の場合は、操縦器401にその旨表示し、非常用操縦器のバッテリを交換する等の措置を使用者402に促す。また、操縦器401自身の電源容量についても同様である。
本実施の形態においては、ドローンシステム500は、飛行開始命令を受信するとドローン判定状態（S51）に遷移し、ドローン判定状態（S51）においてドローン100自体の状態が正常の範囲であると判定されると飛行計画確認状態（S52）に遷移し、飛行計画確認状態（S52）において飛行計画確認部52に飛行計画が記憶されていることが確認されると外部環境判定状態（S53）に遷移し、外部環境判定状態（S53）において外部環境がドローン100の飛行に適すると判断されると、位置および周辺確認状態（S54）に遷移し、位置および周辺確認状態（S54）において基地局404およびドローン100の位置および向き、ならびにドローン100の周辺環境が確認されると、離陸してホバリング状態（S55）に遷移し、ホバリング状態（S55）において各診断および校正が正常に行われると、飛行散布状態（S6）に遷移して、水平移動を伴う飛行が開始される。ドローン判定状態（S51）、飛行計画確認状態（S52）、外部環境判定状態（S53）、および位置および周辺確認状態（S54）の順番は順不同である。また、飛行計画確認状態（S52）はなくてもよい。
ドローンシステム500は、飛行開始命令を受信すると、少なくとも離陸診断状態（S5）に遷移した後にドローン100を離陸させる。飛行開始指令の後であって離陸の直前に離陸診断状態（S5）を有することで、薬剤注入等の他の作業中に発生した異常も確実に検知することができるため、別のタイミングで診断を行う構成及び診断を行わない構成に比べて高い安全性を担保できる。
ドローンシステム500は、離陸してホバリング状態（S55）に遷移した後に、ドローン100による水平移動を伴う飛行を開始する。水平移動を開始する前のホバリング中にドローン100の診断および校正を行う工程を有する構成によれば、より安全で正確な薬剤散布を行うことができる。
飛行散布状態（S6）は、ドローン100が飛行し、圃場に薬剤散布を行っている間、ドローンシステム500が属する状態である。飛行散布状態（S6）は、ドローン100の水平移動を伴う飛行を含む。また、飛行散布状態（S6）の間にもホバリングをすることがあり得る。飛行散布状態（S6）中のホバリングにおいて、ホバリング状態（S55）で説明した診断および校正を行ってもよい。この診断において、ドローン100に強風が吹きつけていることが検知されると、ドローン100は後述する退避行動を行う。また、モーター102および回転翼101による推力が所望の範囲内でない場合も、ドローン100は退避行動を行う。飛行散布状態（S6）中のホバリングにおいて、校正により真値と測定値とのずれが検出された場合は、各値を校正して飛行を継続する。さらにまた、飛行散布状態（S6）中のホバリングにおいて重量を推定する。飛行散布状態（S6）においては薬剤を散布するため、散布に従ってドローン100の重量が変化する。したがって、飛行散布状態（S6）中のホバリングにおいて推定された重量の値を、薬剤タンク104内の薬剤量の推定に用いてもよい。ドローン100が着陸すると、着陸後スタンバイ状態（S7）に遷移する。
飛行散布状態（S6）において操縦器401又は非常用操縦器により緊急停止指令が送信されると、ドローン100は退避行動を取る。退避行動とは、例えば、最短のルートで直ちに所定の帰還地点まで移動する、「緊急帰還」を含む。所定の帰還地点とは、あらかじめ飛行制御部23（フライトコントローラー501）に記憶させた地点であり、例えば発着地点406である。発着地点406とは、例えば使用者402がドローン100に近づくことが可能な陸上の地点であり、使用者402は発着地点406に到達したドローン100を点検したり、手動で別の場所に運んだりすることができる。
また、退避行動は、着陸動作を含む。「着陸動作」とは、通常の着陸動作をする「通常着陸」、通常の着陸より速く下降して着陸する「緊急着陸」、および、すべての回転翼を停止させてドローン100をその場から下方に落下させる「緊急停止」を含む。なお、「緊急着陸」には、通常の着陸より速く下降して、通常時と同様の姿勢制御を行いながら通常の着陸を行う場合と同様の地点に着陸する動作だけでなく、姿勢制御の精度が悪く、姿勢を多少崩しながらも着陸を成立させる動作も含める。具体例の一つとして全モーターの回転数をゆっくり均等に減少させることで、真下にではないものの精度よく下降しながら着陸することができる。
ドローン100は、少なくとも飛行散布状態（S6）において、操縦器401から操縦器401の電源容量を受信する。ドローン100は、操縦器401の電源容量が所定以下の場合には退避行動をとる。操縦器401の電源容量が低下している場合、使用者402の飛行に関する指令をドローン100に伝達することができず、ドローン100の安全な飛行が困難になる。したがって、操縦器401の電源容量が低下している場合は、ドローン100のバッテリー502の容量が充分である場合にも、ドローン100に退避行動を取らせるとよい。
また、同様に、非常用操縦器の電源容量が所定以下の場合も、ドローン100に退避行動を取らせるとよい。
ドローンシステム500は、操縦器401又は非常用操縦器からの緊急停止命令を受信すると、緊急停止状態（S11）に遷移する。ドローンシステム500は、緊急停止命令を受領して緊急停止状態（S11）に遷移した旨の受領情報を操縦器401に送信する。この構成によれば、使用者402は、ドローンシステム500が使用者402の意図通りに緊急停止状態（S11）に遷移したことを操縦器401の表示により知ることができる。
着陸後スタンバイ状態（S7）は、着陸後に作業を切り替える準備をしている間、ドローンシステム500が属する状態である。着陸後スタンバイ状態（S7）は、ドローン100が着陸している状態において使用者402からの動作指令に基づいて複数の状態に遷移可能な状態である。
着陸後スタンバイ状態（S7）において、使用者402から薬剤散布を行う圃場を切り替える動作指令を受信すると、ドローンシステム500は、指定圃場切替ルート（D）を経由して飛行開始スタンバイ状態（S4）に遷移する。
着陸後スタンバイ状態（S7）において、使用者402からメンテナンスを行う動作指令を受信すると、ドローンシステム500は、メンテナンス状態（S8）に遷移する。
着陸後スタンバイ状態（S7）において、使用者402から薬剤補充を行う動作指令を受信すると、ドローンシステム500は、薬剤準備スタンバイ状態（S2）に遷移する。
着陸後スタンバイ状態（S7）を有するドローンシステム500によれば、ある圃場について薬剤散布を終えたドローン100が、引き続き別の圃場への薬剤散布や薬剤補充を行う場合にも、円滑に次の動作に移行することができる。具体的には、圃場の切替えおよび薬剤補充を行う場合に、シャットダウン状態（S9）や停止状態（S0）、初期チェック状態（S1）等の他の状態を経由することなく、飛行開始スタンバイ状態（S4）および薬剤準備スタンバイ状態（S2）に直接遷移することができる。
メンテナンス状態（S8）は、ドローン100がドローン100自体のメンテナンスを行っている間、ドローンシステム500が属する状態である。メンテナンスとは、例えば自動でドローン100の外筐体を洗浄する動作を含む。メンテナンス状態（S8）におけるメンテナンスが終了すると、ドローンシステム500は、シャットダウン状態（S9）に遷移する。
シャットダウン状態（S9）は、ドローン100、操縦器401及び基地局404の相互の接続を解除し、ドローン100、操縦器401及び基地局404の電源をシャットダウンするまでの間、ドローンシステム500が属する状態である。
図１４に示すように、シャットダウン状態（S9）は、ドローンシャットダウン状態（S91）と、他端末シャットダウン状態（S92）と、を含む。
ドローンシャットダウン状態（S91）は、ドローン100がシャットダウン、すなわち電源がオフされるのに必要な準備を行い、ドローン100がシャットダウンするまでの間、ドローンシステム500が属する状態である。ドローンシャットダウン状態（S91）において、ドローン100は、第１状態記憶部115に記憶されている情報を不揮発性の記憶部に格納する。また、ドローン100は、第１状態送信部111により、第１状態記憶部115に記憶されている情報を営農支援クラウド405に送信する。
ドローン100は、操縦器401及び基地局404との接続を解除し、各構成要素との協調を解除する。そして、ドローン100はシャットダウンされる。
ドローン100がシャットダウンされると、ドローンシステム500は、他端末シャットダウン状態（S92）に遷移する。ここで、ドローン100が主端末であった場合、ドローン100のシャットダウンと共に、主端末は他の構成要素、例えば操縦器401に移行する。
主端末の移行は、ドローン100のシャットダウン前に、第１主端末決定部114により操縦器401を主端末に決定してもよい。また、第２主端末決定部414がドローン100の電源がオフになっていることを検知して、操縦器401を主端末に決定してもよい。
他端末シャットダウン状態（S92）は、操縦器401及び基地局404がシャットダウンするまでの間、ドローンシステム500が属する状態である。操縦器401及び基地局404は、第２および第３状態送信部411、441により、第２および第３状態記憶部415、445にそれぞれ記憶されている情報を営農支援クラウド405に送信してもよい。
ドローン100、操縦器401及び基地局404が全てシャットダウンされると、ドローンシステム500は停止する。すなわち、ドローンシステム500は、停止状態（S0）に遷移する。
薬剤準備状態（S3）又は離陸診断状態（S5）において、ドローン100のバッテリー容量が所定以下になっていることが検知されると、ドローンシステム500はバッテリー切れルート（C）を経由して着陸後スタンバイ状態（S7）に遷移する。着陸後スタンバイ状態（S7）においてバッテリー容量が所定以下であるとき、ドローンシステム500はシャットダウン状態（S9）に移行し、バッテリー502が交換可能な状態になる。
薬剤準備状態（S3）又は着陸後スタンバイ状態（S7）において、薬剤タンク104内の薬剤が所定以下であることが検知されると、ドローンシステム500は薬剤切れルート（B）を経由して薬剤準備スタンバイ状態（S2）に遷移する。薬剤準備状態（S3）、すなわちドローン100が着陸している状態において薬剤タンク104の薬剤が所定以下であることが検知されたときは、離陸前に薬剤準備スタンバイ状態（S2）に遷移することができる。薬剤準備状態（S3）において薬剤タンク104に薬剤が充分入っていた場合は、ドローン100の飛行散布状態（S6）において薬剤が枯渇する可能性が高い。したがって、ドローン100は飛行散布状態（S6）から着陸して着陸後スタンバイ状態（S7）に遷移した上で、薬剤準備スタンバイ状態（S2）に遷移する。このように、ドローンシステム500は、薬剤切れを検知して２個の異なる状態から薬剤準備スタンバイ状態（S2）に遷移することができるので、薬剤切れとなった場合にも冗長な状態遷移をすることなく円滑に次の状態に遷移することができる。
ドローン、操縦器、基地局、および営農支援クラウドが互いに接続され、協調して動作する本発明に係るドローンシステムによれば、いずれかの構成要素と他の構成要素との接続が切断されたり、いずれかの構成要素の電源がオフになっていたりする場合にも、ドローンシステムの状態を保持し、ドローンシステムとしての運用を円滑に継続することができる。
なお、本説明においては、農業用薬剤散布ドローンを例に説明したが、本発明の技術的思想はこれに限られるものではなく、ドローン全般に適用可能である。特に、自律飛行を行うドローンに適用可能である。
（本願発明による技術的に顕著な効果）
本発明にかかるドローンシステムにおいては、自律飛行時であっても、高い安全性を維持できるドローンシステムを提供することができる。
［付記］
上述した本発明の実施形態における他の構成上の特徴及びその効果について、以下に付記する。
ドローン判定部53は、姿勢と重力加速度ベクトルの方向を比較し、所定以内に収まっているかを判定してもよい。姿勢は、例えばロール角およびピッチ角である。
外部環境判定部54は、GNSSの信号の受信感度が十分であるかをチェックしてもよい。また、外部環境判定部54は、GNSSドップラー速度が受信できているかをチェックしてもよい。さらに、外部環境判定部54は、RTK-GNSSがfix、言い換えれば確定できているかをチェックしてもよい。
外部環境判定部54は、GNSSコンパスがfix、言い換えれば確定しているかをチェックしてもよい。また、外部環境判定部54は、GNSSモジュールからデータが届いているかをチェックしてもよい。
ドローン判定部53は、協調して動作する基地局404と、ドローン100との距離が所定以内であるかを確認してもよい。
ドローン判定部53は、ドローン100に搭載されているセンサがフライトコントローラ501と正常に通信できているかをチェックしてもよい。例えば、ドローン判定部53は、加速度センサー、角速度センサー（加速度センサーおよび角速度センサーは６軸ジャイロセンサー505に含まれる）、気圧センサー507、磁気センサー506と正常に通信できているかをチェックする。
ドローン判定部53は、多重化されている各センサーの互いの差異が所定以内であるかチェックしてもよい。例えば、加速度センサーのXYZ各方向に関して、メインセンサーおよびサブセンサーのそれぞれの値の差を算出し、所定以内であるかチェックしてもよい。また、気圧センサーのメインセンサーおよびサブセンサーの計測値の差が所定以内であるかチェックしてもよい。さらに、角速度センサーのXYZ（ロール・ピッチ・ヨー）各方向に関して、メインセンサーおよびサブセンサーのそれぞれの値の差を算出し、所定以内であるかチェックしてもよい。
ドローン判定部53又は外部環境判定部54は、着陸状態およびホバリング状態の少なくともいずれかにおける加速度センサーの値をチェックしてもよい。たとえば、メイン加速度センサーのX方向およびY方向の値が所定以内であるかチェックする。所定値を超える場合、センサーの異常、センサーのレンジ設定の異常又はドローン100が傾いた場所に置かれている、といった理由が考えられ、正常な離陸が困難なおそれがある。また、メイン加速度センサーのZ方向の値が所定範囲以内であるかチェックする。所定範囲を超える場合、センサーの異常、センサーのレンジ設定の異常又はドローン100が極端に傾いている、といった理由が考えられ、正常な離陸が困難な場合がある。
ドローン判定部53又は外部環境判定部54は、着陸状態およびホバリング状態の少なくともいずれかにおいて、角速度センサーのXYZ方向において角速度が所定以内かチェックしてもよい。所定値を超える場合、ドローン100の回転、又は大きなバイアスが発生しているおそれがある。
ドローン判定部53又は外部環境判定部54は、気圧センサー507から計算した高度が所定範囲内であるかをチェックしてもよい。所定範囲を超える場合、気圧センサー507の異常又はドローン100が飛行に適さない高高度に設置されているおそれがある。
ドローン判定部53又は外部環境判定部54は、地磁気センサーベクトルの大きさが所定以内であるかをチェックしてもよい。所定値を超える場合、磁気センサー506の異常、磁気センサー506のレンジ設定異常、又はドローン100が飛行に適さない強磁環境に置かれているおそれがある。
ドローン判定部53は、速度ベクトルの推測値が所定以内であるかをチェックしてもよい。
ドローン判定部53は、バッテリー502が適切に搭載されているかをチェックしてもよい。ドローン判定部53は、バッテリー残量が所定以上であるかをチェックしてもよい。
ドローン判定部53は、バッテリー502が二重化されている場合において、2個のバッテリー502が搭載され、フライトコントローラー501が2個のバッテリー502と通信可能かチェックしてもよい。また、2個のバッテリー502の残量差が所定以内であるかチェックしてもよい。さらに、2個のバッテリー502の電圧差が所定以内であるかチェックしてもよい。さらにまた、2個のバッテリー502を本体に固定するレバーがロックされているかチェックしてもよい。
ドローン判定部53は、薬剤散布に関する構成、すなわち散布系をチェックしてもよい。例えば、薬剤タンク104に十分な薬剤が充填されているかをチェックしてもよい。また、ポンプ106、三方弁122および薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4といった散布系の構成がフライトコントローラー501と通信できているかをチェックしてもよい。
ドローン100は、動作中のログを記録するストレージを有する。ドローン判定部53は、ログ記録領域に所定以上空きがあるかをチェックしてもよい。

Claims (1)

  1. 操縦器と、
    複数の回転翼を備えるマルチコプター型のドローンと、
    が通信可能に接続されて互いに協調して動作するドローンシステムであって、
    前記ドローンは、
    飛行制御部と、
    離陸直後に行うホバリング中に診断を行う飛行準備部と、を備え、
    前記ドローンシステムは、前記ドローンシステムの構成が正常の範囲で動作していることを診断し、当該診断において正常と判定された場合に前記ドローンを離陸させ、
    前記飛行準備部は、離陸直後に行うホバリング状態において、前記ドローンの重量を推定して前記ドローンが水平移動を伴う飛行を行うための診断を行い、当該診断が正常に行われた場合に、前記ドローンの水平移動を伴う飛行を開始させる、ドローンシステム。
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