JP7417319B2 - 薬剤散布用ドローン - Google Patents
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Description
本技術分野の背景技術として、国際公開第2018/139622号(特許文献1)がある。この公報には、「ダウンウォッシュなどの気流の変化を考慮して、薬剤散布用のノズルの位置などを設定することにより、圃場外への薬剤飛散を最小化した薬剤撒布用ドローン」が記載されている。
そこで、本発明は、ダウンウォッシュなどの気流の変化を考慮して、より効果的に、ノズルから吐出される薬剤を地上の作物に対して吹き付けることができる薬剤散布用ドローンを提供する。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、薬剤の散布を行なうドローンであって、前記ドローンは、本体と、前記ドローンが飛行時の進行方向に対して前記本体の前方の左右両側及び後方の左右両側にそれぞれ配置され、前記本体を飛行させるための複数の回転翼と、薬剤散布を行うための複数の薬剤ノズルと、を備え、前記複数の薬剤ノズルは、前記本体の前方の左右両側に配置された前記回転翼の回動領域の下方に位置する回転翼下方ノズルと、前記本体の前方の左右両側に配置された前記回転翼の間に位置する回転翼間ノズルと、を含み、前記回転翼間ノズルは、前記ドローンの進行方向において、前記本体の後方の左右両側に配置された前記回転翼の回動領域の前方端よりも前方に配置される。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
ドローンは、農機の例である。本明細書において、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、複数の回転翼を有する飛行体全般を指すこととする。
図2は、ドローンの正面図の例である。
図3は、ドローンの右側面図の例である。
図4は、ドローンの背面図の例である。
図5は、ドローンの斜視図の例である。
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、関連ソフトウェア等を含む組み込み型コンピュータであってよい。フライトコントローラー501は、モバイル端末701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。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。
ドローン管理システム700は、ドローン100、モバイル端末701、管理端末703及び基地局710を備え、それぞれがネットワークを介して管理サーバ702に接続されている。なお、ネットワークは有線、無線を問わず、それぞれの端末はネットワークを介して情報を送受信することができる。
ドローン100及びモバイル端末701は圃場720において基地局710を介して通信を行うことが可能であり、ドローン100が薬剤の散布フライトを行う。
管理端末703は、管理サーバ702を操作する端末であり、管理サーバ702の各種設定を行う。また、ドローン100やモバイル端末701を制御することも可能である。
補助記憶装置には、各種データベース(DB)が記憶されている。「データベース」とは、プロセッサまたは外部のコンピュータからの任意のデータ操作(例えば、抽出、追加、削除、上書きなど)に対応できるようにデータ集合を記憶する機能要素(記憶部)である。データベースの実装方法は限定されず、例えばデータベース管理システムでもよいし、表計算ソフトウェアでもよいし、XML、JSONなどのテキストファイルでもよい。
モバイル端末701を情報処理装置と呼ぶこともあるし、管理サーバ702を情報処理装置と呼ぶこともある。
モバイル端末701の画面表示モジュール1011は、モバイル端末701に記憶された地図情報1200及び圃場管理情報1300を取得し、圃場情報表示画面800を生成して、画面等の出力装置1005に出力する。
なお、画面表示モジュール1011は、管理サーバ702に記憶された地図情報1200や1200及び圃場管理情報1300をネットワーク経由で取得して、圃場情報表示画面800を生成する構成であってもよい。
圃場とは、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、圃場内に、建築物や電線等の侵入者が存在する場合もある。圃場は、薬剤散布の対象エリアの1つの例である。
散布情報表示領域820には、薬剤の散布に関連する情報が表示される。作付作物名814や散布時期などによって散布される薬剤は変わり、近い時期に散布すべき薬剤情報を薬剤管理情報1600から取得して表示する。
散布情報表示領域820には、管理サーバ702の散布関連情報管理モジュール1114が取得または算出した薬剤の散布に関連する情報、例えば圃場の散布フライトに必要な薬剤名、散布量、希釈量、エネルギー量などを表示する。
状態830には、選択された圃場802に対する現在の状態として、例えば、「測量済」、「飛行経路あり」などの情報が表示される。
最新飛行日時840には、最新の散布フライト日時の情報が表示される。
飛行ステータス表示欄850には、ドローンの散布飛行の現在のステータスが表示される。
圃場全体表示ボタン862が選択されると、画面表示モジュール1011は、選択された圃場が画面いっぱいになるように表示の縮尺を変更する。
現在地移動ボタン863が選択されると、画面表示モジュール1011は、モバイル端末701のGPSにより取得された現在地が画面の中心になるように表示を変更する。
スケジュール表示ボタン870が選択されると、画面表示モジュール1011は、当日の薬剤散布スケジュールを表示する。
ドローンバッテリー表示901にはドローンの現在のバッテリー残量が表示される。
ドローン位置902には、ドローン100の現在の位置情報が表示される。
散布フライト進捗情報912には、現在の散布フライトの進捗情報が表示される。例えば散布フライトの飛行ルートの進捗状況や、散布薬剤の残量、バッテリー残量等が表示される。
飛行ステータス表示欄921には、ドローン100の散布飛行の現在のステータスが表示される。
メッセージ表示欄922には、ドローン100との通信内容や飛行状態等を示すメッセージが表示される。
緊急停止ボタン925は、飛行しているドローン100を緊急停止等するボタンであり、その場でホバリングを行う一時停止の他、飛行開始地点に戻るオプションや、その場でモーターを緊急停止するオプション等も表示可能である。
ドローン操作画面900の例では、薬剤散布の対象となる圃場930が地図上に表示されており、圃場930上の散布フライトの飛行経路931が表示されている。ドローン100は、モバイル端末701または管理サーバ702に記憶された飛行経路管理情報1800に従い、指定された飛行座標を順に飛行する。
次の散布スケジュール表示ボタン940は、現在実行されている散布フライトの次の散布フライトのスケジュールを表示するためのボタンである。このボタンが押されると、スケジュール管理情報1900から取得された次の散布フライトに関する情報が表示される。
モバイル端末701は、例えばタブレットやスマートフォン、ヘッドマウントディスプレイ等の端末である。
主記憶装置1001には、画面表示モジュール1011、ドローン操作モジュール1012、スケジュール管理モジュール1013等のプログラムやアプリケーションが記憶されており、これらのプログラムやアプリケーションをプロセッサ1003が実行することでモバイル端末701の各機能要素が実現される。
画面表示モジュール1011は、圃場情報表示画面800や、ドローン操作画面900を表示パネルなどの出力装置1005に表示する。
スケジュール管理モジュール1013は、複数の圃場に連続して散布フライトを行う場合に、それぞれの散布フライトのスケジュールを管理する。
補助記憶装置1002は、地図情報1200、圃場管理情報1300、機器管理情報1400、ユーザ管理情報1500、薬剤管理情報1600、エネルギー管理情報1700、飛行経路管理情報1800、スケジュール管理情報1900等の各種情報を記憶する。
管理サーバ702は、例えばクラウド上に配置されたサーバで構成される。
主記憶装置1101には、画面出力モジュール1111、飛行管理モジュール1112、ユーザ・機器管理モジュール1113、散布関連情報管理モジュール1114、飛行経路管理モジュール1115、スケジュール管理モジュール1116が記憶されており、これらのプログラムやアプリケーションをプロセッサ1103が実行することで管理サーバ702の各機能要素が実現される。
画面出力モジュール1111は、圃場情報表示画面800や、ドローン操作画面900を表示するための情報を抽出・生成し、モバイル端末701に送信する。画面情報そのものを生成し、モバイル端末701等で表示することとしてもよい。
飛行管理モジュール1112は、圃場管理情報1300や飛行経路管理情報1800等の情報に基づいて、ドローン100の散布フライトを管理する。
散布関連情報管理モジュール1114は、散布フライトに必要な薬剤散布量や薬剤量、希釈量、希釈に要する水の量、バッテリー数などのエネルギー量を管理する。
飛行経路管理モジュール1115は、圃場管理情報1300に基づいて、ドローン100の散布フライトの飛行経路を算出する。
スケジュール管理モジュール1116は、複数の圃場や、複数日にまたがる散布フライトのスケジュールを生成し、管理する。生成された薬剤散布スケジュールは、スケジュール管理情報1900に記憶される。
なお、モバイル端末701と管理サーバ702で同じ情報が記憶されているが、これはそれぞれの情報が同期されてもよいし、単にどちらかの情報をコピーしても構わない。また一部または全ての情報を管理サーバ702上に記憶しておき、モバイル端末701からは必要に応じて管理サーバ702から情報をダウンロードする構成であっても構わない。
管理端末703は、例えばデスクトップPC、ノートPCやタブレット等の端末である。
主記憶装置1201には、ドローン設定モジュール1211や管理サーバ設定モジュール1212等のプログラムやアプリケーションが記憶されており、これらのプログラムやアプリケーションをプロセッサ1203が実行することで管理端末703の各機能要素が実現される。
ドローン設定モジュール1211は、ドローン100の散布フライト設定や初期設定などの各種操作や設定を行う。
管理サーバ設定モジュール1212は、管理サーバ702の初期設定などの各種設定を行う。
補助記憶装置1202は、ドローン設定情報1221や管理サーバ設定情報1222等の各種情報を記憶する。
圃場管理情報1300は、薬剤散布を行う対象である圃場に関する各種情報を記憶しており、圃場ID、圃場名、圃場位置、圃場周囲座標、圃場面積、作付作物等の情報を記憶する。圃場管理情報1300を単に圃場情報と呼ぶこともある。
圃場IDは、圃場を一意に特定する識別情報である。
圃場位置1311は、圃場の位置座標を示し、例えば圃場の中心の緯度・経度の情報を有する。
圃場周囲座標1312は、圃場の周囲の座標を示し、例えば4角形の圃場であれば角の4点の位置座標である。サンプル値のGC007は、位置座標が連続してカンマ区切りなどで記憶された情報へのリンクを示す。
圃場面積1313は、圃場IDに対応する圃場の総面積である。
作付作物1314は、圃場に作付けされている作物等を特定する情報を記憶する。
機器管理情報1400は、ドローン100を管理するための情報を記憶しており、機器ID、機器名、型番、仕様、ユーザ、エネルギー、飛行可能時間などの情報を記憶する。
機器IDは、ドローン100を一意に特定する識別情報である。
ユーザは、現在そのドローン100を使用しているユーザの情報であり、ユーザ管理情報1500のユーザIDを記憶する。
エネルギー1411は、ドローン100に搭載可能なエネルギーに関する情報であり、エネルギー管理情報1700のエネルギーIDを記憶する。
飛行可能時間1412は、ドローン100に搭載できるエネルギーによる飛行可能時間を示す。例えばバッテリー2個1セットで15分飛行可能であること等の情報が記憶されている。
ユーザ管理情報1500は、ドローン100を操作するユーザの情報を記憶しており、ユーザID、ユーザ表示ID、名前、メールアドレス、生年月日、性別等の情報を記憶する。
ユーザIDは、ユーザを一意に特定する識別情報である。
ユーザ表示IDは、モバイル端末701等に表示されるユーザの情報であり、例えば、ユーザが登録したニックネーム等である。
薬剤管理情報1600は、散布する薬剤の情報を記憶しており、薬剤ID、薬剤名、品番、仕様、希釈率、散布量等を記憶する。
薬剤IDは、薬剤を一意に特定する識別情報である。
薬剤名1602は、例えば農薬、除草剤、液肥、殺虫剤、種などの圃場に散布される液体、粉体又は微粒子の商品等の名前を示す。
希釈率1604は、薬剤を希釈する割合が記憶されており、例えば薬剤対水の割合や、希釈に用いる薬剤と水の量等が記憶される。
散布量1605は、希釈された希釈後薬剤(散布薬剤)の散布量を記憶する。例えば1haあたり10Lの散布薬剤を散布することが示されている。
エネルギー管理情報1700は、ドローン100のフライトに必要な例えばバッテリーなどのエネルギーに関する情報を記憶しており、エネルギーID、エネルギー名、型番、種類、仕様等の情報を記憶する。
エネルギーIDは、エネルギーを一意に特定する識別情報である。
種類は、エネルギーの種類を示し、例えば電池(バッテリー)やガソリン、ジェット燃料等が記憶される。
飛行経路管理情報1800は、ドローン100のフライトの経路を示す情報を記憶しており、経路ID、対象ID、経路座標、経路合計距離などを記憶する。
経路IDは、飛行経路を一意に特定する識別情報である。
対象IDは、飛行経路を算出した対象である圃場や、圃場と圃場の間の移動経路等を特定する情報である。例えばfarm003は対象が圃場でることを示し、route002は対象が圃場外の移動経路であることを示す。
経路座標1811は、フライトの経路座標を示す情報へのリンクであり、フライトの経路座標は、例えば連続する複数の位置座標の組み合わせで表現される。位置座標としては、緯度と経度の組み合わせや、緯度と経度と高度の組み合わせ等が考えられる。
経路合計距離1812は、フライトの開始からスケジュールまでの飛行経路全体を飛んだ場合の経路の合計距離を示す。
スケジュール管理情報1900は、複数の圃場を散布フライトする場合のスケジュールを規定する情報であり、スケジュールID、スケジュール名、日時、開始場所、スケジュール等の情報を記憶する。
スケジュール1901は、散布フライトを行う圃場や、圃場間の移動経路などを特定する情報を記憶する。例えばサンプル値の例だと、farm006、farm005で特定される圃場2つを飛行した後に、route001で示される移動経路を飛行した後、farm003で特定される圃場を飛行し、other001で指定されるその他のイベント(例えば昼食時間など)を経過した後、farm002で特定される圃場を飛行するスケジュールである。
なお、散布関連情報は、薬剤散布フライトに必要な薬剤散布量、希釈量、エネルギー量等を含む情報である。
スケジュールの規定方法は一例であって、その他のスケジュール管理方法であっても構わない。
図20乃至図23に例示した実施例2では、図1乃至図5に例示した実施例1と対比して、上記薬剤ノズル103-1、103-2、103-3及び103-4を除く構成は同一であるため、他の構成要素については同一の参照番号で示し、記載の重複を避けるため、詳細な説明は割愛する。
図21は、実施例2に係るドローンの正面図の例である。
図22は、実施例2に係るドローンの背面図の例である。
図23は、実施例2に係るドローンの斜視図の例である。
即ち、複数の回転翼101が、本体110の前方左右と後方左右の4か所に少なくとも配置される。ドローン100の中には、前進と後進(バック)を可能にするものがあり、その場合、機体の前方/後方という概念が無いものがある。本明細書では、「前方」が、通常の散布時のドローン100の進行方向に該当し、「後方」が、ドローン100の飛行時の進行方向に対して180度反対の方向に該当する。
図24を参照すると、各回転翼101は、同一の半径を有するのが好ましく、例えば、同一の半径Rを有する。前方左右両側に位置する回転翼101は、互いに中心軸O1、O2の間で、中心間距離Lで離間している。前方左右両側に位置する回転翼101は、左右方向の隣り合う回転翼101が互いに衝突しないように、それぞれの間にスペース(以下、回転翼間距離という)Sを設けている。ドローン100の浮上時には、各回転翼101の半径Rに対応する回動領域内で、ダウンウォッシュが生じる。回転翼間距離Sの領域は、各回転翼101のつくりだすダウンウォッシュの外側の領域に該当する。
図26を参照すると、ドローン100の本体110中央付近における、図20のB-B線に沿った断面での気流の流れを模式的に示している。
図25及び図26は、本発明の技術思想を説明するために作成されたものであり、気流の流れを厳密に表したものではないことを理解されたい。
図26に例示されているように、前後の各回転翼101の間の領域では、ダウンウォッシュの領域の外側にあるため、下方に向う気流の流れは弱まる。図25に例示した最も濃い灰色の領域(最も流れの速い領域)は、図26では確認することができない。この場合も、各回転翼101の左右の外側では、下方から上方に巻き上がる気流が生じている(符号b1、b2参照)。また、左右両側の各回転翼101の間では、上部では、一部下方から上方に巻き上がる気流が生じ(符号b3参照)、下部では、上方から下向きの風の流れが生じている(符号b4参照)。
また、ダウンウォッシュが生じる内側の領域であっても、上昇気流が発生する領域(符号a3、b3参照)に薬剤が散布されると、薬剤が地上の作物に届く前に舞い上がり、圃場外に浮遊して出てしまう虞がある。
本実施例では、ドローン100の周囲に生じる特徴的な気流の流れを考慮して(図25、図26)、左右の回転翼の間の領域の散布ムラを抑制しつつ、薬剤が圃場外に浮遊するドリフトを抑制できるようにする。
この構成は、ドローン本体110の中央に配置された薬剤タンク104と、ドローン本体110の前方の幅方向に複数のノズル開口203-1、203-2、203-3を列状に配置して形成されたノズル列と、薬剤タンク104からノズル列に薬剤を供給するための薬剤ホース105と、を含む。薬剤タンク104から出る薬剤は、ポンプ106(図21などを参照)によって、薬剤ホース105を通って各ノズル開口203-1、203-2、203-3まで加圧供給されてもよい。各ノズル開口203-1、203-2、203-3から吐出される薬剤は、霧状に噴霧されてもよい。
これに対して、図20乃至図24に例示した実施例2では、薬剤ノズルは、ドローン100の本体110の進行方向前方の左右両側の回転翼の回動領域の下方にそれぞれ配置された回転翼下方ノズル(即ち、203-1及び203-2)と、進行方向前方の左右両側の回転翼の回動領域の間に配置された回転翼間ノズル(即ち、203-3)と、を含む。
この際、進行方向前方の左右両側の回転翼101が、互いに所定の範囲内の値で、ドローン100の幅方向で離間している(図24の符号S参照)。例えば、回転翼間距離Sとしては20cm以上70cm以下が想定される。回転翼間距離Sが狭すぎると、左右両側の回転翼101から生じるダウンウォッシュが中央で合わさり、薬剤が地上の作物に密に散布されるため、回転翼間ノズル203-3を設ける必要性は高くない。一方回転翼間距離Sが35cm以上の場合には、ダウンウォッシュ間に下降気流が疎の部分ができ、薬剤散布が疎になる部分が増えてくるため、回転翼間ノズル203-3を設ける意義が高くなる。
薬剤ホース105は、必ずしも本体110の幅方向に直線状に延在しなくてもよい。その延在方向を一部変更させて、3つの薬剤ノズル203-1、203-2、203-3の前後方向や上下方向の位置を相違させることは可能である。
前方左側の回転翼下方ノズル203-1は、本体110の前方左側に配置された回転翼101-2a及び101-2bの回動領域の下方に配置される。ダウンウォッシュを効果的に利用するため、これら上下2段の回転翼101の回動領域の前端と後端の間であって、かつ右端と左端の間の領域内に、ノズル203-1が配置されている。ノズル203-1から薬剤が吐出されると、回転翼101下方のダウンウォッシュ内の気流に乗って噴霧が下降する。
図27に例示した構成では、ノズル203-1は、回転翼101の回転軸の真下から左側(外側)に寄せられており、外側に吐き出される薬剤は、符号j1に示すように、外側のダウンウォッシュに乗って下降する。また、内側に吐き出される薬剤は、符号j2に示すように、内側のダウンウォッシュに乗って下降することができる。ノズル203-1から吐出される薬剤の幅方向の大きさを符号I1で概略的に示している。
図27に例示した構成では、ノズル203-2は、回転翼101の回転軸の真下から右側(外側)に寄せられており、外側に吐き出される薬剤は、符号j3に示すように、外側のダウンウォッシュに乗って下降する。また、内側に吐き出される薬剤は、符号j4に示すように、内側のダウンウォッシュに乗って下降することができる。ノズル203-2から吐出される薬剤の幅方向の大きさを符号I2で概略的に示している。
好ましくは、回転翼間ノズル203-3は、ドローン100の進行方向前方の左右両側の回転翼101の回動領域の後端よりも前方に配置される(図24の符号Z参照)。また、回転翼間ノズル203-3は、ドローン100の進行方向前方の左右両側の回転翼101の回動領域の前端よりも後方に配置される。このため、回転翼間ノズル203-3は、進行方向前方及び後方の回転翼101によるダウンウォッシュを利用できる(図31の符号m1、m2、m3、m4参照)。
さらに、ドローン100の前進時には、前方から後方に向う気流が生じるため、この風圧が防護壁として作用する(図29の紙面垂直方向)。このため、前方回転翼の間の領域では、ダウンウォッシュの影響が小さいが、散布動作を行う前進時には前方から風を受けるため、回転翼間ノズル203-3付近では上昇気流が穏やかとなり、薬剤が吹き上げられることを抑制できる。
よって、3つの薬剤ノズル203-1、203-2、203-3から吐出される薬剤が本体110の幅方向で略均一化されて、薬剤が過度に疎となる領域が生じることが防がれる(図27の符号I1、I2、I3参照)。
ただし、これら3つの薬剤ノズル203-1、203-2、203-3の本体110の幅方向の配置は、実施形態に従って定められ、図示した構成に限定されない。
この際、回転翼間ノズル203-3は、進行方向前方の左右両側の回転翼101の回動領域の後端から、回転翼101の半径の大きさの位置(符号R参照)よりも進行方向後方に配置されてもよい(符号Z参照)。
さらに、ドローン100の飛行速度が変化すると、その間の中央部に発生する上昇気流が発生する位置が変化する。そのため、ドローン100の飛行速度が低下してノズル203-3付近の上昇気流が強くなった場合、ノズル203-3の吐出速度を上げてもよい。これによって、ドローン100の前方中央に上昇気流が流れ込んでも、ノズル203-3から吐出される薬剤が周囲に飛散しないように下降させることができる。
または、ドローン100の飛行速度が低下してノズル203-3付近の上昇気流が強くなった場合、ノズル203-3の吐出粒径を大きくしてもよい。吐出粒径が大きい方が薬剤が上昇気流に乗って巻き上げられにくいためである。
例えば、図24で例示したように、前方左右両側の回転翼101の中心間距離L、半径Rなどに応じて、前方中央の回転翼間距離Sの大きさが生じる。その大きさに基づいて、最終的に幅方向に噴霧される薬剤の量が略均一になるように、回転翼間ノズル203-3から吐出される薬剤の量と、回転翼下方ノズル203-1、203-2から吐出される薬剤の量とを相違させてもよい。
特に、図28に例示するように、回転翼下方ノズル203-1、203-2をそれぞれ回転翼101の回転軸の真下付近に配置するとともに、これらの中間に、回転翼間ノズル203-3を配置する場合、隣り合うノズルから吐出される薬剤が過度に重なり合うことを回避できる。
この際、図25、図26に例示したように、本体110の中央の上部側では、一部上昇気流(符号a3、b3参照)があるため、ノズル203-3から吐出される薬剤の方向をデフレクタなどによって左右に偏向させるとともに、下方向に偏向させて、上記上昇気流を回避させてもよい。
各ノズル203-1、203-2、203-3の位置は、前方左右の回転翼101-1、101-2の中心軸の真下から後方寄りに配置されていてもよい(図24参照)。通常、回転翼101は回転軸の真下では気流の流れは弱まるため、ダウンウォッシュは、略ドーナッツ形状に生じる。このため、各ノズルから出た薬剤は、一部は前方の回転翼101のダウンウォッシュに沿って下降し(図31の符号m1参照)、一部は斜め後方に飛散して、後方の回転翼101のダウンウォッシュに吹き付けられて、下降する(図31の符号m2参照)。
好ましくは、回転翼間ノズル203-3は、本体110の後方に配置された回転翼(101-2a、101-2b、101-4a、101-4b)の回動領域の進行方向に対する後端よりも前方に配置されることで、本体110の前方及び後方に配置される各回転翼101の下方に生じるダウンウォッシュを利用して、薬剤を下降させることができる。
特に好ましくは、回転翼間ノズル203-3は、前方回転翼101の回動領域の進行方向に対する後端から、回転翼101の半径の1/2の位置よりも進行方向前方に配置される。
なお、本願に係るドローン100の回転翼101が作る気流を積極的に利用するためには、作物に到達する気流が秒速7メートル程度となるような低空(典型的には圃場の作物上部から約75センチメートル)を飛行させてもよい。
または、ドローン100のホバリング時間に応じて、回転翼間ノズル203-3のみを閉鎖させてもよい。例えば、予め短時間ドローンがホバリングすることがわかっている場合などでは、必要な量の薬剤の吐出を継続させながら、上昇気流によって一部の薬剤が周囲に飛散することを防止してもよい。例えば、薬剤ホース105を流れる流路のうち、回転翼間ノズル203-3に向う流路のみを閉鎖またはバイパスさせてもよい。
例えば、フライトコントローラー501は、モバイル端末701から受信した入力情報などに基づき、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(図6参照)。
この際、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。さらに、加速度の積分により速度を計算する。この数値に基づいて、フライトコントローラー501は、ドローンの速度が所定値を下回るか否かの判定を行うことができる。
この際、薬剤注入口センサー517から得られる数値に基づいて、フライトコントローラー501は、上記ノズルの開放状態の判定を行うことができる。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することによって、回転翼下方ノズル203-1、203-2と回転翼間ノズル203-3の双方に薬剤を供給する状態と、これら双方に薬剤を供給しない状態とを切替可能にしてもよい。
例えば、回転翼間ノズル103-3は、ノズル開口を有する本体と、ノズル開口を閉止する弁体と、ノズル開口を閉止した状態で弁体を付勢するばね部材と、ばね部材の付勢を解除してノズル開口を開放した状態まで弁体を移動させる切替部材と、を有していてもよい。切替部材を適宜操作して(例えば、電磁的に操作する)、ノズル開口に対する弁体の位置を移動させて、回転翼間ノズル103-3の薬剤の吐出をオンとオフの二位置で切替えてもよい。
例えば、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圃場が、家屋、病院、学校、他作物圃場、道路、鉄道等と隣接している場合であって、ドローン100が圃場の境界に近づくとき、一時的にノズル開口から吐出される薬剤の量を低下またはゼロにしてもよい。この場合、ドローン100から出る薬剤の一部が周囲の気流によって飛散されて、圃場と隣接する家屋等に届くおそれを最小限に抑えることができる。
または、散布フライト進捗情報912に表示される散布フライトの飛行ルートの進捗状況などに基づいて、ドローン100が圃場の境界に近づくことが予測されるとき、自動または手動により、回転翼間ノズル203-3及び回転翼下方ノズル203-1、203-2の双方での薬剤の吐出を停止してもよく、または、回転翼間ノズル203-3での薬剤の吐出を停止してもよい。
図32に例示した実施例3では、図20乃至図31に例示した実施例2と対比して、上記薬剤ノズル203-1、203-2及び203-3を除く構成は同一であるため、他の構成要素については同一の参照番号で示し、記載の重複を避けるため、詳細な説明は割愛する。
これに対して、図32に例示した実施例3では、図27に例示した実施例2と同様に、薬剤ノズルは、ドローン100の本体110の進行方向前方の左右両側の回転翼の回動領域の下方にそれぞれ配置された回転翼下方ノズル(即ち、303-1乃至303-4)と、進行方向前方の左右両側の回転翼の回動領域の間に配置された回転翼間ノズル(即ち、303-5)と、を含む。
この際、進行方向前方の左右両側の回転翼101が、互いに所定の範囲内の値で、ドローン100の幅方向で離間している(図24の符号S参照)。
この場合も同様に、ドローン100の本体110の前後左右及び後方左右の4隅には、2段構成の回転翼101が計8つ配置されている。
左前方には、回転翼101-2a、101-2bが上下2段で配置されており、この回動領域の下方には、本体110の幅方向に離間した2つの回転翼下方ノズル303-1、303-2が配置されている。
右前方には、回転翼101-4a、101-4bが上下2段で配置されており、この回動領域の下方には、本体110の幅方向に離間した2つの回転翼下方ノズル303-3、303-4が配置されている。
前方中央には、前方左右両側の回転翼101の間に、回転翼間ノズル303-5が配置されている。
少なくとも、回転翼間ノズル303-5は、ドローン100の進行方向において、本体110の後方に配置された回転翼101の回動領域の前方端よりも前方に配置される。
従って、この実施形態では、ダウンウォッシュは、回転翼101の回転軸を中心として略ドーナッツ状に形成されることに着目して、ノズルを効果的に配置することができる。
また、本体110の左右両側での回転翼下方ノズルの数を2つとし(実施例3参照)、本体110の中央側での回転翼間ノズルの数を2つとすることも可能である。
さらに、上記回転翼下方ノズル及び/または回転翼間ノズルの数を2つ以上とすることも可能である。
図33乃至図36に例示した実施例4では、図1乃至図19に例示した実施例1の上記薬剤ノズル103-1、103-2、103-3及び103-4と、図20乃至図31に例示した実施例2の上記回転翼101とについて変更を加えており、これらを除く構成は同一であるため、他の構成要素については同一の参照番号で示し、記載の重複を避けるため、詳細な説明は割愛する。
ドローンの平面図や正面図などについては、図1乃至図5に例示した実施例1と、図20乃至図23に例示した実施例2と同様に構成可能なため、記載の重複を避けるため、さらなる図は割愛する。
各回転翼401-1、401-2、401-3、401-4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、電力消費量のバランスを考慮して備えられている。各回転翼401は、ドローン100の本体110からのび出たアームにより本体110の四方に配置されている。すなわち、進行方向左後方に回転翼401-1、左前方に回転翼401-2、右後方に回転翼401-3、右前方に回転翼401-4がそれぞれ配置されている(以下、回転翼を単に401と記載する)。
図35を参照すると、ドローン100の本体110の中央付近における、図33のD-D線に沿った断面での気流の流れを模式的に示している。
図34及び図35において、各矢印は、気流の流れを概略的に例示している。図34及び図35において、濃い灰色は、比較的強い気流の領域を例示し、薄い灰色は、比較的弱い気流の領域を例示し、白色(背景色)は、最も弱い気流の領域を例示している。
図34及び図35は、本発明の技術思想を説明するために作成されたものであり、気流の流れを厳密に表したものではないことを理解されたい。また、図34及び図35に示した灰色の濃淡と、図25及び図26に示した灰色の濃淡とは、気流の勢いを厳密に対応して表したものではないことを理解されたい。
図34に例示した実施例4では、図25に例示した実施例2の場合と比べて、各回転翼401から下方に吹き降ろされる気流の勢いが半減しているため、ダウンウォッシュの速度はより小さくなり、垂直方向に現れるダウンウォッシュの長さもより短くなっている。
また、図25に例示した実施例2では、回転翼101下方のダウンウォッシュは勢いが強いため、回転軸の周りでダウンウォッシュは略垂直方向に延びる円筒形状の風のカーテンをつくっていた。これに対して、図34に例示した実施例4では、回転翼401下方のダウンウォッシュは勢いが比較的弱いため、よりすそ広がりの形状となって、幅方向に気流が流れ易くなっている。
このため、図34に例示した実施例4では、図25に例示した実施例2の場合と比べて、各ダウンウォッシュ内で吐出される薬剤は、下方に引き下ろされる指向性はより弱まり、比較的より周囲に(幅方向に)拡散し易くなっている。
また、ダウンウォッシュが生じる内側の領域であっても、上昇気流が発生する領域(符号c3、e3参照)に薬剤が散布されると、薬剤が地上の作物に届く前に舞い上がり、圃場外に浮遊して出てしまう虞がある。
本発明では、ドローン100の周囲に生じる特徴的な気流の流れを考慮して(図34、図35)、左右の回転翼の間の領域の散布ムラを抑制しつつ、薬剤が圃場外に浮遊するドリフトを抑制できるようにする。
これに対して、図36に例示した実施例4では、図27に例示した実施例2と同様に、薬剤ノズルは、ドローン100の本体110の進行方向前方の左右両側の回転翼の回動領域の下方にそれぞれ配置された回転翼下方ノズル(即ち、403-1及び403-2)と、進行方向前方の左右両側の回転翼の回動領域の間に配置された回転翼間ノズル(即ち、403-3)と、を含む。
この際、進行方向前方の左右両側の回転翼401が、互いに所定の範囲内の値で、ドローン100の幅方向で離間している(図24の符号S参照)。
ただし、この場合であっても、回転翼間ノズル403-3を追加して、回転翼間距離S内で薬剤を吐出して、左右のダウンウォッシュが形成する風のカーテンに乗せて下降させることで、本体110の幅方向で薬剤をより均一に噴霧することができる。
同様に、薬剤ノズル403-2から吐出される薬剤は、符号k3、k4に示すように、ダウンウォッシュに沿って下降する。そのときの薬剤の幅方向の広がりは、符号I5で例示されている。
さらに、薬剤ノズル403-3から吐出される薬剤は、符号k5、k6に示すように、ダウンウォッシュに沿って下降する。そのときの薬剤の幅方向の広がりは、符号I6で例示されている。
隣り合う薬剤ノズルから吐出される薬剤の幅方向の広がりI4乃至I6は、互いに一部重なり合うことで、薬剤が過度に疎となる部分が生じることを防ぐ。この互いに一部重なり合う部分は、薬剤が過度に密になるのを防ぐように適当に定められる。
この場合、実施例2の図27に例示したように、左右両側の回転翼下方ノズル403-1、403-2を、回転翼401の回転軸から外側に寄せていてもよい。
または、実施例4の場合、ダウンウォッシュの勢いが比較的弱く、その中で薬剤が分散し易い点に着目して、実施例2の図28に例示したように、左右両側の回転翼下方ノズル403-1、403-2を、回転翼401の回転軸の真下に配置してもよい。
または、実施例4の場合、薬剤をより一層均一化して下降することを目的として、実施例3の図31に例示したように、左右両側の回転翼下方ノズル403-1、403-2の数を増やして、それぞれ、回転翼401の回転軸の左右両側に一対の組として配置してもよい。
また、実施例2乃至4に例示したように(図24のSが所定の範囲内の大きさを有する場合)、回転翼下方ノズルと回転翼間ノズルとを組み合わせて用いることで、ダウンウォッシュなどの気流の変化を考慮して、ノズルから吐出される薬剤を地上の作物に対してより効果的に吹き付けることができる薬剤散布用ドローンを提供する。
また、実施例4では、ドローン100の本体110の前後左右の4隅に、それぞれ1段の回転翼(計4つ)401を配置した構成を例示した。
ただし、本発明は、ドローン100の本体110を飛行させるための複数の回転翼を配置するが、それらの回転翼の数と配置は、上記実施例1乃至4に限定されないことを理解されたい。
なお、上述の実施例は少なくとも特許請求の範囲に記載の構成を開示している。
101…回転翼
101-2a、101-2b…左前方の回転翼
101-4a、101-4b…右前方の回転翼
103-1、103-2、103-3、103-4…回転翼下方ノズル(薬剤ノズル)
104…薬剤タンク
105…薬剤ホース(薬剤管)
110…本体
203-1、203-2…回転翼下方ノズル(薬剤ノズル)
203-3…回転翼間ノズル(薬剤ノズル)
303-1、303-2、303-3、303-4…回転翼下方ノズル(薬剤ノズル)
303-5…回転翼間ノズル(薬剤ノズル)
401…回転翼
401-2…左前方の回転翼
401-4…右前方の回転翼
403-1、403-2…回転翼下方ノズル(薬剤ノズル)
403-3…回転翼間ノズル(薬剤ノズル)
Claims (17)
- 薬剤の散布を行なうドローンであって、前記ドローンは、
本体と、
前記ドローンが飛行時の進行方向に対して前記本体の前方の左右両側及び後方の左右両側にそれぞれ配置され、前記本体を飛行させるための複数の回転翼と、
薬剤散布を行うための複数の薬剤ノズルと、を備え、
前記複数の薬剤ノズルは、薬剤を吐出する開口であって、
前記本体の前方の左右両側に配置された前記回転翼の回動領域の下方に位置する回転翼下方ノズルと、
前記本体の前方の左右両側に配置された前記回転翼の間に位置する回転翼間ノズルと、を含み、
前記回転翼間ノズルは、前記ドローンの進行方向において、前記本体の後方の左右両側に配置された前記回転翼の回動領域の前方端よりも前方で、かつ前記本体の前方の左右両側に配置された前記回転翼の回転軸よりも後方に配置される、
ドローン。 - 前記回転翼間ノズルは、前記本体の前後方向において、前記本体の前方の左右両側に配置された前記回転翼の回動領域の後端よりも、前記回転翼の半径の1/2の大きさより前方に配置される、請求項1に記載のドローン。
- 前記回転翼間ノズルは、前記ドローンの速度が所定の速度を下回る場合に薬剤散布を停止する、請求項1または2に記載のドローン。
- 前記所定の速度は時速12kmである、請求項3に記載のドローン。
- 前記本体の前方の左右両側に配置された前記回転翼は、前記本体の左右方向において、所定の距離の範囲内で互いに離間する、請求項1から4のいずれか1項に記載のドローン。
- 前記所定の距離の範囲は、20cm以上70cm以下である、請求項5に記載のドローン。
- 複数の前記回転翼は、それぞれ上下2段の回転翼の組からなり、前記回転翼間ノズルの前記本体の上下方向の位置が、前記回転翼の組の下側の回転翼から所定の値以上で下側に配置される、請求項1から6のいずれか1項に記載のドローン。
- 前記所定の値は25cmである、請求項7に記載のドローン。
- 前記回転翼間ノズルは、そのノズル開口から吐出される薬剤の吐出量が、前記本体の前後方向と比べて前記本体の左右方向でより大きい、請求項1から8のいずれか1項に記載のドローン。
- 前記回転翼下方ノズルから吐出される薬剤の前記本体の左右方向の噴射角度に対して、前記回転翼間ノズルから吐出される薬剤の前記本体の左右方向の噴射角度の方がより大きい、請求項1から9のいずれか1項に記載のドローン。
- 前記回転翼下方ノズルと前記回転翼間ノズルとは、共通の薬剤管によって接続される、請求項1から10のいずれか1項に記載のドローン。
- 前記回転翼下方ノズルの前記本体の上下方向の位置に対して、前記回転翼間ノズルの前記本体の上下方向の位置はより下方にある、請求項1から11のいずれか1項に記載のドローン。
- 前記回転翼下方ノズルから吐出される薬剤の速度に対して、前記回転翼間ノズルから吐出される薬剤の速度の方がより速い、請求項1から12のいずれか1項に記載のドローン。
- 前記回転翼下方ノズルから吐出される薬剤の粒径に対して、前記回転翼間ノズルから吐出される薬剤の粒径の方が大きい、請求項1から13のいずれか1項に記載のドローン。
- 前記回転翼下方ノズルは、
前記本体の前方の左側に配置された前記回転翼の回動領域のうち、前記回転翼の回転軸から左側の位置と、
前記本体の前方の右側に配置された前記回転翼の回動領域のうち、前記回転翼の回転軸から右側の位置と、
に配置される、請求項1から14のいずれか1項に記載のドローン。 - 前記回転翼下方ノズルは、
前記本体の前方の左側に配置された前記回転翼の回動領域のうち、前記回転翼の回転軸の下側の位置と、
前記本体の前方の右側に配置された前記回転翼の回動領域のうち、前記回転翼の回転軸の下側の位置と、
に配置される、請求項1から14のいずれか1項に記載のドローン。 - 前記回転翼下方ノズルは、
前記本体の前方の左側に配置された前記回転翼の回動領域のうち、前記回転翼の回転軸から左側の位置と、
前記本体の前方の左側に配置された前記回転翼の回動領域のうち、前記回転翼の回転軸から右側の位置と、
前記本体の前方の右側に配置された前記回転翼の回動領域のうち、前記回転翼の回転軸から左側の位置と、
前記本体の前方の右側に配置された前記回転翼の回動領域のうち、前記回転翼の回転軸から右側の位置と、
に配置される、請求項1から14のいずれか1項に記載のドローン。
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