JPWO2019168047A1

JPWO2019168047A1 - ドローン、ドローンの制御方法、および、ドローン制御プログラム

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Publication number: JPWO2019168047A1
Application number: JP2020503581A
Authority: JP
Inventors: 千大和氣; 洋柳下
Original assignee: Nileworks Inc
Current assignee: Nileworks Inc
Priority date: 2018-02-28
Filing date: 2019-02-27
Publication date: 2020-08-20
Anticipated expiration: 2039-02-27
Also published as: JP6727525B2; WO2019168047A1

Abstract

【課題】安全性が高いドローンを提供する。【解決策】飛行手段101-1ａ、101-1ｂ、101-2ａ、101-2ｂ、101-3ａ、101-3ｂ、101-4ａ、101-4bと、前記飛行手段を稼働させる飛行制御部23と、鳥獣の接近を検知する接近検知部と、と、を備えるドローンであって、前記飛行制御部は、前記接近の検知に基づいて前記ドローンに退避行動を取らせ、前記退避行動は、前記ドローンの飛行高度を下げる行動、接近する前記鳥獣に向けて警告を発報する行動、前記ドローンを着陸させる緊急着陸、および前記ドローンを所定の地点へ帰還させる帰還行動のうち少なくとも１つの行動を含む、ドローン。【選択図】図６

Description

本願発明は、飛行体（ドローン）、特に、安全性を高めたドローン、その制御方法、および、プログラムに関する。

一般にドローンと呼ばれる小型ヘリコプター（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は、飛行手段と、前記飛行手段を稼働させる飛行制御部と、鳥獣の接近を検知する接近検知部と、を備えるドローンであって、前記飛行制御部は、前記接近の検知に基づいて前記ドローンに退避行動を取らせ、前記退避行動は、前記ドローンの飛行高度を下げる行動、接近する前記鳥獣に向けて警告を発報する行動、前記ドローンを着陸させる緊急着陸、および前記ドローンを所定の地点へ帰還させる帰還行動のうち少なくとも１つの行動を含む。

前記飛行制御部が前記接近の検知に基づいて前記ドローンの高度を下げた後、前記接近検知部は、依然として鳥獣が接近しているか否かを判定し、鳥獣が接近していると判定された場合、警告を発報するものとしてもよい。

前記接近検知部は、前記ドローンの周辺の情報に基づいて、前記ドローンに鳥獣が接近しているか否かを判定するものとしてもよい。

前記接近検知部は、カメラ、ＩＲレーザーおよびソナーの少なくともいずれかに基づいて、前記ドローンに鳥獣が接近しているか否かを判定するものとしてもよい。

前記ドローンから外部に薬剤を吐出するか否かを制御する薬剤制御部をさらに備え、前記薬剤制御部は、前記接近の検知に基づいて前記薬剤の吐出を停止するものとしてもよい。

前記鳥獣の接触を検知する接触検知部をさらに備え、前記飛行制御部は、前記接触の検知に基づいて前記ドローンに前記退避行動を取らせるものとしてもよい。

前記飛行制御部は、前記接触の検知に基づいて、前記ドローンにホバリングを行わせ、前記接触検知部は依然として前記鳥獣が接触しているか否かを判定し、鳥獣が接触していると判定された場合、前記飛行制御部に伝達し、前記飛行制御部は前記ドローンをその場に着陸させるものとしてもよい。

前記ドローンから外部に薬剤を吐出するか否かを制御する薬剤制御部をさらに備え、前記薬剤制御部は、前記接触の検知に基づいて前記薬剤の吐出を停止するものとしてもよい。

上記目的を達成するため、本発明の別の観点に係るドローンは、飛行手段と、前記飛行手段を稼働させる飛行制御部と、鳥獣の接触を検知して接触信号を生成する接触検知部と、を備えるドローンであって、前記飛行制御部は、前記接触の検知に基づいて前記ドローンに退避行動を取らせ、前記退避行動は、前記ドローンの飛行高度を下げる行動、接近する前記鳥獣に向けて警告を発報する行動、前記ドローンを着陸させる緊急着陸、および前記ドローンを所定の地点へ帰還させる帰還行動のうち少なくとも１つの行動を含む。

上記目的を達成するため、本発明のさらに別の観点に係るドローンの制御方法は、飛行手段を稼働させる飛行制御ステップと、鳥獣の接近を検知する接近検知ステップと、前記接近の検知に基づいてドローンに退避行動を取らせるステップと、を含むドローンの制御方法であって、前記退避行動は、前記ドローンの飛行高度を下げる行動、接近する前記鳥獣に向けて警告を発報する行動、前記ドローンを着陸させる緊急着陸、および前記ドローンを所定の地点へ帰還させる帰還行動のうち少なくとも１つの行動を含む。

前記飛行制御ステップにおいて前記接近の検知に基づいて前記ドローンの高度を下げた後、依然として鳥獣が接近しているか否かを判定する第２接近検知ステップと、前記第２接近検知ステップにおいて鳥獣が接近していると判定された場合に警告を発報するステップと、をさらに含むものとしてもよい。

前記接近検知ステップは、前記ドローンに搭載され前記ドローンの周辺の情報に基づいて、前記ドローンに鳥獣が接近しているか否かを判定するものとしてもよい。

前記接近検知ステップは、カメラ、ＩＲレーザーおよびソナーの少なくともいずれかに基づいて、前記ドローンに鳥獣が接近しているか否かを判定するものとしてもよい。

前記ドローンから外部に薬剤を吐出するか否かを制御する薬剤制御ステップをさらに含み、前記薬剤制御ステップは、前記接近の検知に基づいて前記薬剤の吐出を停止するものとしてもよい。

前記鳥獣の接触を検知する接触検知ステップと、前記接触の検知に基づいて前記ドローンに前記退避行動を取らせるステップと、をさらに含むものとしてもよい。

前記接触の検知に基づいて、前記ドローンを所定の帰還地点に帰還させて前記帰還地点上でホバリングを行うステップと、依然として鳥獣が接触しているか否かを判定する第２接触検知ステップと、前記第２接触検知ステップにおいて鳥獣が接触していると判定された場合、前記ドローンをその場に着陸させるステップと、をさらに含むものとしてもよい。

前記ドローンから外部に薬剤を吐出するか否かを制御する薬剤制御ステップをさらに含み、前記接触の検知に基づいて前記薬剤の吐出を停止するものとしてもよい。

上記目的を達成するため、本発明のさらに別の観点に係るドローンの制御方法は、飛行手段を稼働させる飛行制御ステップと、鳥獣の接触を検知する接触検知ステップと、前記接触の検知に基づいてドローンに退避行動を取らせるステップと、を含むドローンの制御方法であって、前記退避行動は、前記ドローンの飛行高度を下げる行動、接近する前記鳥獣に向けて警告を発報する行動、前記ドローンを着陸させる緊急着陸、および前記ドローンを所定の地点へ帰還させる帰還行動のうち少なくとも１つの行動を含む。

上記目的を達成するため、本発明のさらに別の観点に係るドローンの制御プログラムは、飛行手段を稼働させる飛行制御命令と、鳥獣の接近を検知する接近検知命令と、前記接近の検知に基づいてドローンに退避行動を取らせる命令と、をコンピューターに実行させるドローン制御プログラムであって、前記退避行動は、前記ドローンの飛行高度を下げる行動、接近する前記鳥獣に向けて警告を発報する行動、前記ドローンを着陸させる緊急着陸、および前記ドローンを所定の地点へ帰還させる帰還行動のうち少なくとも１つの行動を含む。

前記飛行制御命令において前記接近の検知に基づいて前記ドローンの高度を下げた後、依然として鳥獣が接近しているか否かを判定する第２接近検知命令と、前記第２接近検知命令において鳥獣が接近していると判定された場合に警告を発報する命令と、をコンピューターに実行させるものとしてもよい。

前記接近検知命令は、前記ドローンに搭載され前記ドローンの周辺の情報に基づいて、前記ドローンに鳥獣が接近しているか否かを判定するものとしてもよい。

前記接近検知命令は、カメラ、ＩＲレーザーおよびソナーの少なくともいずれかに基づいて、前記ドローンに鳥獣が接近しているか否かを判定するものとしてもよい。

前記ドローンから外部に薬剤を吐出するか否かを制御する薬剤制御命令をさらにコンピューターに実行させ、前記薬剤制御命令は、前記接近の検知に基づいて前記薬剤の吐出を停止するものとしてもよい。

前記鳥獣の接触を検知する接触検知命令と、前記接触の検知に基づいて前記ドローンに前記退避行動を取らせる命令と、をさらにコンピューターに実行させるものとしてもよい。

前記接触の検知に基づいて、前記ドローンを所定の帰還地点に帰還させて前記帰還地点上でホバリングを行う命令と、依然として鳥獣が接触しているか否かを判定する第２接触検知命令と、前記第２接触検知命令において鳥獣が接触していると判定された場合、前記ドローンをその場に着陸させる命令と、をさらにコンピューターに実行させるものとしてもよい。

前記ドローンから外部に薬剤を吐出するか否かを制御する薬剤制御命令をさらにコンピューターに実行させ、前記接触の検知に基づいて前記薬剤の吐出を停止するものとしてもよい。

上記目的を達成するため、本発明のさらに別の観点に係るドローンの制御プログラムは、飛行手段を稼働させる飛行制御命令と、鳥獣の接触を検知する接触検知命令と、前記接触の検知に基づいてドローンに退避行動を取らせる命令と、をコンピューターに実行させるドローン制御プログラムであって、前記退避行動は、前記ドローンの飛行高度を下げる行動、接近する前記鳥獣に向けて警告を発報する行動、前記ドローンを着陸させる緊急着陸、および前記ドローンを所定の地点へ帰還させる帰還行動のうち少なくとも１つの行動を含む。
なお、コンピュータプログラムは、インターネット等のネットワークを介したダウンロードによって提供したり、ＣＤ−ＲＯＭなどのコンピュータ読取可能な各種の記録媒体に記録して提供したりすることができる。

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を提供する。

本願発明に係るドローンの実施例の平面図である。本願発明に係るドローンの実施例の正面図である。本願発明に係るドローンの実施例の右側面図である。本願発明に係るドローンの実施例を使用した薬剤散布システムの全体概念図の例である。本願発明に係るドローンの実施例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、上記ドローンへの鳥獣の接近および接触を検知する構成に関する機能ブロック図である。上記ドローンが、上記ドローンが有する接近検知部および接触検知部により鳥獣の接近および接触を検知し、警告および退避行動を行うフローチャートである。

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。

図１に本願発明に係る薬剤散布用ドローン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。

図４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。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作機（図示していない）を使用してもよい（非常用操作機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５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）であり、6軸センサーであることが望ましい。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。

上空を飛行するドローンにおいては、鳥等の鳥獣がドローンに接近し、さらにドローンに接触して攻撃してくる場合がある。そこで、ドローンに鳥獣が接近していることを検知して、鳥獣に対し追い払う信号を発し、鳥獣の接触を回避する機能を有することが望ましい。また、鳥獣を追い払うことができず、鳥獣が接触してくる場合は、ドローンを安全に退避させる機能を有することが望ましい。

ここで、鳥獣とは、ドローンの使用を想定する圃場に飛来する野生の飛行生物を想定している。鳥獣は、例えば、カラス、ハト、スズメ、タカ、サギなどの鳥類を始め、コウモリなどの哺乳類も含む。

図６に示すように、本願発明に係るドローン100は、回転翼101-1a、101-1b、101-2a、101-2b、101-3a、101-3b、101-4a、101-4bと、モーター102-1a、102-1b、102-2a、102-2b、102-3a、102-3b、102-4a、102-4bと、飛行制御部23と、接近検知部24と、接触検知部25と、警告部26と、ドローンから吐出する薬剤の量を制御する薬剤制御部30と、を備える。なお、以降の説明で回転翼およびモーターの参照符号は省略することがある。

飛行制御部23は、モーターを制御することで回転翼の回転数および回転方向を制御して、ドローン100を使用者402が意図する区画内で飛行させる機能部である。具体的には、飛行制御部23はマイコン等で実装されるCPUであり、薬剤制御部30と共にフライトコントローラーにより実現される。飛行制御部23は、各モーターの回転数の指令値を、モーターごとに送信する。各モーターの回転数の指令値は、入力される区画の情報に基づいて計画される飛行経路から算出される。飛行経路の計画および指令値の計算は、図４に示す営農クラウド405上で行われ、操縦器401を介して飛行制御部23に伝達される。

また、飛行制御部23は、ドローン100の離陸および着陸の制御を行う。

さらに、飛行制御部23は、退避行動の制御を行う。退避行動とは、例えば、通常の着陸動作、ホバリングを例とする空中停止や、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に記憶させた地点であり、例えば離陸した地点である。所定の帰還地点とは、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は帰還地点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、最適化されたルートで所定の帰還地点まで移動する「通常帰還」であってもよい。最適化されたルートとは、例えば、通常帰還指令を受信する前に薬剤散布したルートを参照して算出されるルートである。例えば、ドローン100は、まだ薬剤を散布していないルートを経由して、薬剤を散布しながら所定の帰還地点まで移動する。

さらに、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」も含む。

接近検知部24は、鳥獣がドローン100の周囲に接近していることを検知する機能部である。接近検知部24は、接近測定部241と、接近判定部242と、を備える。接近測定部241は、例えば図５に示す障害物検知カメラ513である。接近測定部241は、ドローン100の飛行状態において前後、左右、および上下の全方向を撮影し、全方向の接近を検知可能に構成されていてもよい。接近検知部24は、カメラ、IRレーザーおよびソナーの少なくともいずれかに基づいて鳥獣の接近を検知してもよい。

接近判定部242は、接近測定部241により測定された結果に基づいて、ドローン100に鳥獣が接近しているか否かを判定する。接近判定部242は、ホバリング中又は通常飛行中においてドローン100の機体に所定以上の大きさ、所定以上の速さの物体が、所定以内の距離に近づいてきたとき、「鳥獣が接近している」と判定する。

接近判定部242は、鳥獣の動作を連続して測定し、鳥獣がドローン100に次第に近づいてくるのか、ドローン100から次第に遠のいていくのかを識別して、近づいてくるときに「鳥獣が接近している」と検知するように構成してもよい。この構成によれば、接近検知をより精度良く行うことができる。

鳥獣が接近していると判定されるとき、接近判定部242は第１接近信号を生成し、飛行制御部23に第１接近信号を送信する。第１接近信号を受信した飛行制御部23は、ドローン100の高度を下げる。万一ドローン100が地面に落下した際のドローン100の損傷の程度を軽減し、ドローン100下方の圃場や人への影響を軽減することができる。また、ドローン100の高度を下げることで、鳥獣の接近を回避できる可能性がある。

接近検知部24は、第１接近信号に基づいてドローン100の高度を下げた後、依然として鳥獣が接近しているか否かを検知する。接近検知部24により鳥獣が近づいてくることを検知するとき、接近検知部24は、第２接近信号を生成して警告部26に送信する。第2接近信号を受信した警告部26は、後述する警告動作を行う。

接近検知部24は、接近信号に基づいて警告部26が後述する警告を発報した後、依然として鳥獣が接近しているか否かを検知してもよい。この場合、依然として鳥獣が接近していると判定されるとき、接近検知部24は再度第２接近信号を生成して警告部26に送信する。第2接近信号を受信した警告部26は、再度、後述する警告動作を行う。接近検知部24および警告部26は、鳥獣の接近が続く限り繰り返し警告動作を行うことができる。

なお、飛行制御部23が第１接近信号又は第２接近信号に基づいて行う動作は、上述の種類および順番に限られず、適宜の退避行動を行ってよい。例えば、飛行制御部23は、第１接近信号又は第２接近信号に基づいて、ドローン100をその場に着陸させる通常の着陸動作や、ドローン100を最短のルートで直ちに所定の帰還地点まで移動させる緊急帰還を行ってもよい。また、最適化されたルートで所定の帰還地点まで移動する「通常帰還」、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」であってもよい。

接触検知部25は、鳥等の鳥獣との接触を検知する機能部である。接触検知部25は、接触測定部251と、接触判定部252と、を有する。接触測定部251はドローン100に物体が接触していることを測定するセンサーであり、具体的には、図5に示す障害物接触センサー515で実現される。接触測定部251は、マイクロスイッチ、または、ピエゾ素子などの圧力検知素子を使用して実現してよい。接触測定部251は、ドローン100の最も外周部に位置することになるプロペラガード部に設置することが好ましい。二重反転ローターの上下のプロペラガードのそれぞれに接触測定部251を設けてもよい。プロペラガードの周囲に各方向別の複数のセンサーを備えてもよいが、プロペラガードが機体本体と接続する部分にセンサーを設けることで、ひとつのセンサーが複数の方向への接触を検知するようにしてもよい。

接触測定部251は、ドローン100に備えられた加速度センサーによって接触を測定してもよい。ドローン100に鳥獣が接触するとき、ドローン100には、鳥獣が接触した方向とは逆向きの加速度が短時間で発生する。加速度センサーは、この短時間の急激な加速度を測定可能な精度で加速度を計測する。

接触判定部252は、接触測定部251による測定結果に基づいて、ドローン100が鳥獣に接触しているか否かを判定する。

接触判定部252は、加速度センサーによって接触が検知され、かつ、接触検知センサーによって所定時間、たとえば３秒間以上の接触が検知されたことを条件として、ドローンが障害物に接触したと判定し回復手段を取るようにしてもよい。このようにすることでたとえば一時的な強風を障害物への接触と誤検知する状況等を防ぐことができる。加速度センサーによって接触が検知されなくても、接触検知センサーによってより長い所定時間、たとえば、10秒間以上の接触が検知されたことを条件として、ドローンが障害物に接触したと判定してもよい。また、鳥獣からの攻撃はくちばしや翼による断続的なものであることが想定できるため、断続的な複数の接触を検知して鳥獣の接触であると判定してもよい。

鳥獣が接触していることを検知するとき、接触検知部25は接触信号を生成し、飛行制御部23に接触信号を送信する。接触信号を受信した飛行制御部23は、退避行動を開始する。

なお、飛行制御部23が接触信号に基づいて行う動作についても、上述の種類および順番に限られず、適宜の退避行動を行ってよい。

なお、飛行制御部23は、ドローン100の正常動作においてドローン100の飛行を制御するために動作してもよいし、正常動作における飛行制御手段とは別に構成されていてもよい。飛行制御部23は、鳥獣の接近検知時又は接触検知時に退避行動を取る場合にのみ動作する機能部であってもよい。

警告部26は、接近検知部24が鳥獣の接近を検知したことに基づいて、鳥獣を追い払うのに有効な警告動作を行う機能部である。警告部26は、強い閃光などの光を発するストロボライトであってもよい。また、警告部26は、ブザー音を発報するスピーカーであってもよい。この場合、警告部26は、鳥獣を追い払うのに有効な適宜の周波数の音を発報することができる。この光又は音は、連続的であっても断続的であってもよい。また、警告部26は、鳥獣が嫌うようなバルーンや回転体、反射板などをドローン100から突出させたり、膨張、回転などをさせる警告動作を行う機構部であってもよい。また、警告部26は、上述の構成を適宜組み合わせてもよい。

薬剤制御部30は、薬剤タンク104から薬液を散布する量又はタイミングを制御する制御部である。例えば、薬剤タンク104から各薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4までの経路のどこかに、薬液経路を開閉する開閉手段が設けられていて、薬剤制御部30は、開閉手段により薬液の放出を遮断した後に各種の緊急動作を実行してもよい。また、薬剤制御部30は、退避行動を実行する前にポンプ106を停止してもよい。通常時とは異なる飛行経路で薬剤を散布すると散布量が過大になる、あるいは、散布すべきでない場所に薬剤を散布するなどの弊害が生じるからである。

接触判定部252が、ドローン100に鳥獣が接触していると判定する場合、接触検知部25は、接触信号を生成し、薬剤制御部30に接触信号を伝達する。薬剤制御部30は、接触信号が伝達されると、薬剤の散布を停止する。

接近判定部242および接触判定部252が、鳥獣の接近又は接触を判定する距離の閾値は、予めドローン100に記憶されている固定された閾値であってもよいし、状況に応じて変更される変動する閾値であってもよい。変動する閾値の場合は、ドローン100に無線又は有線接続される適宜の構成により自動で変動されてもよいし、使用者402により手動で変更可能であってもよい。

接近判定部242および接触判定部252は、計測されるある時点での計測結果に基づいて鳥獣の接近又は接触を判定してもよいし、過去複数回の計測結果に基づいて判定してもよい。

接近判定部242は、過去複数回の計測結果に基づいて、所定範囲内の速度で次第に近づいてくるものを鳥獣であると検知してもよい。また、接近判定部242は、接近が予想される鳥獣の大きさや色を予め記憶し、予め記憶された情報に基づいて、画像解析により鳥獣が接近しているか否かを識別してもよい。

接触検知部25が飛行制御部23に接触信号を伝達する閾値と、薬剤制御部30に接触信号を伝達する閾値とは、同一であっても互いに異なっていてもよい。

接近検知部24および接触検知部25は、ドローン100が有する適宜の通信手段により、使用者402が監視する操縦器401に、鳥獣の接近又は接触を検知した旨を表示する。また、接近検知部24および接触検知部25は、ドローン100が有する表示手段、例えばLED107により、ドローン100に鳥獣が接近又は接触している旨が表示されるように構成してもよい。

また、使用者402がドローン100の情報をアイウェア型ウェアラブル端末機により取得する場合には、アイウェアの画面上に表示または投影してもよい。また、使用者402がドローン100の情報をイヤホン型ウェアラブル端末機により取得する場合に、音により通知してもよい。

図７に示すように、まず、ドローン100は計画通りの飛行である通常飛行又はホバリングを開始する（ステップＳ1）。ドローン100の接近測定部241がドローン100の周囲の情報を取得し、接近判定部242がドローン100の周囲に鳥獣が接近しているか否かを検知する（ステップＳ2）。

所定の範囲内に鳥獣が検知されない場合、ステップＳ１の動作に戻り、通常の飛行を継続する。接近判定部242により鳥獣が接近していると判定される場合、接近検知部24は飛行制御部23に第１接近信号を伝達し、飛行制御部23はドローン100の高度を下げる（ステップＳ3）。

接近検知部24は、鳥獣が接近しているか否かを再度検知し（ステップＳ4）、鳥獣の接近を検知しない場合は、ステップＳ１に戻る。また、適宜のタイミングで高度を再び上昇させる。

鳥獣が接近していると判定される場合、接近検知部24は、警告部26に第２接近信号を伝達する。第２接近信号を伝達された警告部26は、警告動作を行う（ステップＳ5）。なお、警告動作は、１回だけ行っても複数回行ってもよい。また、前述した異なる種類の警告動作を組み合わせて行ってもよい。

次いで、接触検知部25は、鳥獣がドローン100に接触しているか否かを検知する（ステップＳ6）。接触検知部25が鳥獣の接触を検知しない場合、ステップＳ１に戻る。すなわち、接近検知部24は、警告後においても鳥獣が接近している場合を検知し、警告部26は接近検知部24による検知に基づいて繰り返し警告を行う。

接触検知部25が鳥獣の接触を検知した場合、接触検知部25は薬剤制御部30に接触信号を送信し、薬剤制御部30は、薬剤の散布を行っている場合には薬剤の散布を停止する（ステップＳ7）。なお、ステップＳ１乃至Ｓ６の工程は、例えば飛行開始直後のホバリング中など薬剤の散布が行われていないときに実行される場合もあり得る。薬剤の散布を行っていない場合は、ステップＳ７は省略される。

接触検知部25が鳥獣の接触を検知した場合、接触検知部25は第１接触信号を生成し、飛行制御部23に伝達する。接触信号が伝達された飛行制御部23は、所定の帰還地点に帰還する通常帰還動作を行う（ステップＳ8）。このとき、接触検知部25は、ドローン100が通常帰還動作を行うことを操縦器401又はドローン100自体が備える適宜の表示手段を通じて使用者402に通知する。なお、飛行制御部23は、通常帰還動作に代えて、最短のルートでより早く帰還地点に帰還する「緊急帰還」を行ってもよい。

飛行制御部23は、ドローン100が所定の帰還地点に帰還した後、帰還地点においてホバリングを行う（ステップＳ9）。このホバリング中においても、接近検知部24が鳥獣の接近を検知してもよいし、鳥獣の接近に基づいて警告部26が警告動作を行ってもよい。

ステップＳ１１のホバリング中において、接触検知部25は、鳥獣が接触しているか否かを検知する（ステップＳ１0）。

接触検知部25により、鳥獣の接触が続いていると判断される場合、接触検知部25は第２接触信号を生成して、飛行制御部23に伝達する。飛行制御部23は、第２接触信号に基づいて、帰還地点にて通常着陸を行う（ステップＳ１1）。このとき、接触検知部25は、ドローン100が通常着陸動作を行うことを操縦器401、又はドローン100自体が備える適宜の表示手段を通じて使用者402に通知する。

なお、飛行制御部23は、通常着陸動作中において、安全に着陸動作が行えないと判断される場合、全ての回転翼の回転を停止させてドローン100をその場に落下させる「緊急停止」を行ってもよい。

本構成によれば、ドローン100に鳥獣の接近を検知して、ドローン100自らの動作により鳥獣を追い払うことができる。また、鳥獣を追い払うことができない場合にも、ドローン100を安全に退避させることができる。

なお、第２の実施形態として、接近検知部24は、第２接近信号に基づいて警告部26が後述する警告を発報した後、再度鳥獣が接近しているか否かを検知して、退避行動を行うか否かを判定する接近退避判定を行ってもよい。この場合、警告部26が警告を発報したあとにおいても、依然として鳥獣が接近している場合は、第３接近信号を生成し、第３接近信号を飛行制御部23に送信する。例えば警告部26による警告を所定回数繰り返し、その後においても依然として鳥獣が接近している場合に、接近検知部24が第３接近信号を飛行制御部23に送信してもよい。第３接近信号を受信した飛行制御部23は、接近される方向とは反対の方向に飛行する「後退」や通常帰還動作などの退避行動を開始する。この構成によれば、鳥獣がドローン100に接触する前に退避行動を取ることができるため、ドローン100の破壊を未然に防ぐことができる。

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有用である。

（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を提供することができる。

Claims

飛行手段と、
前記飛行手段を稼働させる飛行制御部と、
鳥獣の接近を検知する接近検知部と、
を備えるドローンであって、
前記飛行制御部は、前記接近の検知に基づいて前記ドローンに退避行動を取らせ、
前記退避行動は、前記ドローンの飛行高度を下げる行動、接近する前記鳥獣に向けて警告を発報する行動、前記ドローンを着陸させる緊急着陸、および前記ドローンを所定の地点へ帰還させる帰還行動のうち少なくとも１つの行動を含む、
ドローン。
前記飛行制御部が前記接近の検知に基づいて前記ドローンの高度を下げた後、前記接近検知部は、依然として鳥獣が接近しているか否かを判定し、鳥獣が接近していると判定された場合、警告を発報する、請求項１記載のドローン。
前記接近検知部は、前記ドローンの周辺の情報に基づいて、前記ドローンに鳥獣が接近しているか否かを判定する、請求項１又は２のいずれかに記載のドローン。
前記接近検知部は、カメラ、ＩＲレーザーおよびソナーの少なくともいずれかに基づいて、前記ドローンに鳥獣が接近しているか否かを判定する、請求項１乃至３のいずれかに記載のドローン。
前記ドローンから外部に薬剤を吐出するか否かを制御する薬剤制御部をさらに備え、前記薬剤制御部は、前記接近の検知に基づいて前記薬剤の吐出を停止する、請求項１乃至４のいずれかに記載のドローン。
前記鳥獣の接触を検知する接触検知部をさらに備え、前記飛行制御部は、前記接触の検知に基づいて前記ドローンに前記退避行動を取らせる、請求項１乃至５のいずれかに記載のドローン。
前記飛行制御部は、前記接触の検知に基づいて、前記ドローンにホバリングを行わせ、前記接触検知部は依然として前記鳥獣が接触しているか否かを判定し、鳥獣が接触していると判定された場合、前記飛行制御部に伝達し、前記飛行制御部は前記ドローンをその場に着陸させる、請求項６記載のドローン。
前記ドローンから外部に薬剤を吐出するか否かを制御する薬剤制御部をさらに備え、前記薬剤制御部は、前記接触の検知に基づいて前記薬剤の吐出を停止する、請求項６又は７記載のドローン。
飛行手段と、
前記飛行手段を稼働させる飛行制御部と、
鳥獣の接触を検知して接触信号を生成する接触検知部と、
を備えるドローンであって、
前記飛行制御部は、前記接触の検知に基づいて前記ドローンに退避行動を取らせ、
前記退避行動は、前記ドローンの飛行高度を下げる行動、接近する前記鳥獣に向けて警告を発報する行動、前記ドローンを着陸させる緊急着陸、および前記ドローンを所定の地点へ帰還させる帰還行動のうち少なくとも１つの行動を含む、
ドローン。
飛行手段を稼働させる飛行制御ステップと、
鳥獣の接近を検知する接近検知ステップと、
前記接近の検知に基づいてドローンに退避行動を取らせるステップと、
を含むドローンの制御方法であって、
前記退避行動は、前記ドローンの飛行高度を下げる行動、接近する前記鳥獣に向けて警告を発報する行動、前記ドローンを着陸させる緊急着陸、および前記ドローンを所定の地点へ帰還させる帰還行動のうち少なくとも１つの行動を含む、
ドローンの制御方法。
前記飛行制御ステップにおいて前記接近の検知に基づいて前記ドローンの高度を下げた後、依然として鳥獣が接近しているか否かを判定する第２接近検知ステップと、前記第２接近検知ステップにおいて鳥獣が接近していると判定された場合に警告を発報するステップと、をさらに含む、請求項１０記載のドローンの制御方法。
前記接近検知ステップは、前記ドローンに搭載され前記ドローンの周辺の情報に基づいて、前記ドローンに鳥獣が接近しているか否かを判定する、請求項１０又は１１記載のドローンの制御方法。
前記接近検知ステップは、カメラ、ＩＲレーザーおよびソナーの少なくともいずれかに基づいて、前記ドローンに鳥獣が接近しているか否かを判定する、請求項１０乃至１２のいずれかに記載のドローンの制御方法。
前記ドローンから外部に薬剤を吐出するか否かを制御する薬剤制御ステップをさらに含み、前記薬剤制御ステップは、前記接近の検知に基づいて前記薬剤の吐出を停止する、請求項１０乃至１３のいずれかに記載のドローンの制御方法。
前記鳥獣の接触を検知する接触検知ステップと、前記接触の検知に基づいて前記ドローンに前記退避行動を取らせるステップと、をさらに含む、請求項１０乃至１４のいずれかに記載のドローンの制御方法。
前記接触の検知に基づいて、前記ドローンを所定の帰還地点に帰還させて前記帰還地点上でホバリングを行うステップと、依然として鳥獣が接触しているか否かを判定する第２接触検知ステップと、前記第２接触検知ステップにおいて鳥獣が接触していると判定された場合、前記ドローンをその場に着陸させるステップと、をさらに含む、請求項１５記載のドローンの制御方法。
前記ドローンから外部に薬剤を吐出するか否かを制御する薬剤制御ステップをさらに含み、前記接触の検知に基づいて前記薬剤の吐出を停止する、請求項１５又は１６記載のドローンの制御方法。
飛行手段を稼働させる飛行制御ステップと、
鳥獣の接触を検知する接触検知ステップと、
前記接触の検知に基づいてドローンに退避行動を取らせるステップと、
を含むドローンの制御方法であって、
前記退避行動は、前記ドローンの飛行高度を下げる行動、接近する前記鳥獣に向けて警告を発報する行動、前記ドローンを着陸させる緊急着陸、および前記ドローンを所定の地点へ帰還させる帰還行動のうち少なくとも１つの行動を含む、
ドローンの制御方法。
飛行手段を稼働させる飛行制御命令と、
鳥獣の接近を検知する接近検知命令と、
前記接近の検知に基づいてドローンに退避行動を取らせる命令と、
をコンピューターに実行させるドローン制御プログラムであって、
前記退避行動は、前記ドローンの飛行高度を下げる行動、接近する前記鳥獣に向けて警告を発報する行動、前記ドローンを着陸させる緊急着陸、および前記ドローンを所定の地点へ帰還させる帰還行動のうち少なくとも１つの行動を含む、
ドローン制御プログラム。
前記飛行制御命令において前記接近の検知に基づいて前記ドローンの高度を下げた後、依然として鳥獣が接近しているか否かを判定する第２接近検知命令と、前記第２接近検知命令において鳥獣が接近していると判定された場合に警告を発報する命令と、をコンピューターに実行させる、請求項１９記載のドローン制御プログラム。
前記接近検知命令は、前記ドローンに搭載され前記ドローンの周辺の情報に基づいて、前記ドローンに鳥獣が接近しているか否かを判定する、請求項１９又は２０記載のドローン制御プログラム。
前記接近検知命令は、カメラ、ＩＲレーザーおよびソナーの少なくともいずれかに基づいて、前記ドローンに鳥獣が接近しているか否かを判定する、請求項１９乃至２１のいずれかに記載のドローン制御プログラム。
前記ドローンから外部に薬剤を吐出するか否かを制御する薬剤制御命令をさらにコンピューターに実行させ、前記薬剤制御命令は、前記接近の検知に基づいて前記薬剤の吐出を停止する、請求項１９乃至２２のいずれかに記載のドローン制御プログラム。
前記鳥獣の接触を検知する接触検知命令と、前記接触の検知に基づいて前記ドローンに前記退避行動を取らせる命令と、をさらにコンピューターに実行させる、請求項１９乃至２３のいずれかに記載のドローン制御プログラム。
前記接触の検知に基づいて、前記ドローンを所定の帰還地点に帰還させて前記帰還地点上でホバリングを行う命令と、依然として鳥獣が接触しているか否かを判定する第２接触検知命令と、前記第２接触検知命令において鳥獣が接触していると判定された場合、前記ドローンをその場に着陸させる命令と、をさらにコンピューターに実行させる、請求項２４記載のドローン制御プログラム。
前記ドローンから外部に薬剤を吐出するか否かを制御する薬剤制御命令をさらにコンピューターに実行させ、前記接触の検知に基づいて前記薬剤の吐出を停止する、請求項２４又は２５記載のドローン制御プログラム。
飛行手段を稼働させる飛行制御命令と、
鳥獣の接触を検知する接触検知命令と、
前記接触の検知に基づいてドローンに退避行動を取らせる命令と、
をコンピューターに実行させるドローン制御プログラムであって、
前記退避行動は、前記ドローンの飛行高度を下げる行動、接近する前記鳥獣に向けて警告を発報する行動、前記ドローンを着陸させる緊急着陸、および前記ドローンを所定の地点へ帰還させる帰還行動のうち少なくとも１つの行動を含む、
ドローン制御プログラム。