WO2020111096A1 - 作業計画装置、作業計画装置の制御方法、および、その制御プログラム、ならびにドローン - Google Patents

作業計画装置、作業計画装置の制御方法、および、その制御プログラム、ならびにドローン Download PDF

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WO2020111096A1
WO2020111096A1 PCT/JP2019/046303 JP2019046303W WO2020111096A1 WO 2020111096 A1 WO2020111096 A1 WO 2020111096A1 JP 2019046303 W JP2019046303 W JP 2019046303W WO 2020111096 A1 WO2020111096 A1 WO 2020111096A1
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WO
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work
amount
route
point
drone
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PCT/JP2019/046303
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English (en)
French (fr)
Inventor
千大 和氣
洋 柳下
Original Assignee
株式会社ナイルワークス
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Publication date
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01M—CATCHING, TRAPPING OR SCARING OF ANIMALS; APPARATUS FOR THE DESTRUCTION OF NOXIOUS ANIMALS OR NOXIOUS PLANTS
    • A01M7/00—Special adaptations or arrangements of liquid-spraying apparatus for purposes covered by this subclass
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENTS OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D1/00—Dropping, ejecting, releasing, or receiving articles, liquids, or the like, in flight
    • B64D1/16—Dropping or releasing powdered, liquid, or gaseous matter, e.g. for fire-fighting
    • B64D1/18—Dropping or releasing powdered, liquid, or gaseous matter, e.g. for fire-fighting by spraying, e.g. insecticides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENTS OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D27/00—Arrangement or mounting of power plant in aircraft; Aircraft characterised thereby
    • B64D27/02—Aircraft characterised by the type or position of power plant
    • B64D27/24—Aircraft characterised by the type or position of power plant using steam, electricity, or spring force
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/26—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 specially adapted for navigation in a road network
    • G01C21/34—Route searching; Route guidance
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G5/00—Traffic control systems for aircraft, e.g. air-traffic control [ATC]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U30/00—Means for producing lift; Empennages; Arrangements thereof
    • B64U30/20—Rotors; Rotor supports
    • B64U30/29—Constructional aspects of rotors or rotor supports; Arrangements thereof
    • B64U30/299—Rotor guards

Definitions

  • the present invention relates to a work planning device, a work planning device control method, a control program therefor, and a drone.
  • the storage amount of the battery that the drone holds and flies and the storage amount of the drug that is sprayed in the drug spray drone will decrease with the flight.
  • the drone When the drone is loaded with decreasing resources such as a battery and a medicine, when the loaded resources are below a predetermined level, the drone appropriately interrupts the work in the area and returns to the departure point to replenish the resources.
  • the user of the drone In order to replenish resources to the returned drone, it is necessary for the user of the drone to know in advance the timing to return in order to efficiently prepare for the replenishment. Further, even when the user does not perform the replenishing work, it is preferable that the user can know the number of times of returning and the timing in order to grasp the work schedule in advance. Therefore, there is a need for a work planning device capable of predicting a position at which work is to be interrupted and the number of times of resource replenishment in advance based on a planned driving route in the area and notifying the user.
  • Patent Document 3 referring to the map information storage unit, the greater the increase in weight measured by the weight measurement unit, the safer the safety degree is in the range closer to the current position, and the target point for autonomous flight is the safest position.
  • Patent Document 4 discloses an unmanned aerial vehicle that calculates a flight distance of a UAV according to a weight measurement value of the UAV and calculates a battery capacity required when the UAV is caused to fly along a flight route. ..
  • Patent publication gazette JP 2001-120151 Patent publication gazette JP 2017-163265 Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2017-218141 Patent publication gazette JP2018-39420
  • a work planning device that can predict the resource replenishment plan in advance based on the planned operation route of the mobile device and notify the user.
  • a work planning apparatus is a mobile device that moves while reducing retained resources, and a consumption amount predicting unit that predicts resource consumption amount in a planned driving route.
  • a resource amount acquisition unit that acquires the amount of the held resource, the consumption amount, and the operation for replenishing the mobile device with the resource based on the held amount of the resource.
  • An operation route dividing unit that divides the planned operation route by generating a work interruption point that interrupts work on the planned route.
  • the amount of the resource may be an amount of electricity stored in a battery that drives the mobile device.
  • It may be configured to calculate the number of times of replenishment of the battery necessary to move the planned driving route, based on the number of work interruption points.
  • It may be configured to calculate the time required from the start of the work to the work interruption point based on the amount of electricity stored in the battery and the speed of the mobile device.
  • the mobile device may be configured to calculate a reachable point based on the amount of electricity stored in the battery installed in the mobile device.
  • It may be configured to calculate a point reachable by the battery based on at least one of the amount of electricity stored in the battery and the change in capacity of the battery due to deterioration state and temperature.
  • the consumption amount predicting unit predicts the consumption amount on the planned driving route based on the weight of the moving device, the actual value of the consumption amount consumed by the moving device, and the information on the planned driving route. May be configured.
  • the consumption prediction unit calculates a predicted value of consumption for each operation having an acceleration in a predetermined range, and integrates the predicted value according to a change in acceleration planned in the planned driving route, thereby performing the planned driving. It may be configured to predict consumption on the route.
  • the consumption amount predicting unit calculates a predicted value of the amount of consumption for each operation having a moving speed in a predetermined range, and integrates the predicted value according to a change in the moving speed scheduled in the planned driving route, It may be configured to predict the consumption amount in the planned driving route.
  • the consumption prediction unit calculates a predicted value of consumption for each type of operation performed by the mobile device, and integrates the predicted value according to a scheduled operation in the planned driving route to obtain the planned driving route. May be configured to predict consumption at.
  • the type of operation may be configured to include at least one of straight movement, turning, ascent, descent, hovering, and movement outside the target area.
  • It may be configured to further include a replenishment determination unit that determines whether or not replenishment of the resource at the work interruption point is necessary.
  • the amount of the resource is a storage amount of the drug stored by the mobile device for spraying in the target area, and the resource amount acquisition unit may be configured to acquire the storage amount of the drug.
  • the consumption amount predicting unit calculates the amount of the drug to be sprayed over the entire target area based on the area of the target area and the spray concentration predetermined according to the drug, and is scheduled for the entire target area. Based on the ratio of the route length from a predetermined point to each point on the planned driving route to the planned driving route length, the drug consumption from the predetermined point to each point on the planned driving route is predicted. It may be configured.
  • the consumption amount predicting unit is configured to predict the amount of the drug consumed in the planned driving route based on the actual value of the ejection flow rate of the medicine and the driving route corresponding to the actual value. Good.
  • the number of times of replenishment of the drug may be calculated based on the amount of the drug consumed predicted in the planned driving route and the amount of the drug replenished.
  • the replenishment of the medicine it may be configured to calculate the necessary medicine amount up to the work end point which is the end point of the planned driving route and notify the user.
  • the resource amount acquisition unit acquires the amount of the drug stored in the moving device while replenishing the drug in the moving device, and determines that a predetermined drug amount is stored in the moving device. At this time, it may be configured to permit the work start of the moving device.
  • the mobile device may be configured to decide to spray the drug.
  • the drug In the return route from the work interruption point to the departure point where the resources are replenished, it is determined whether or not the drug has already been sprayed, and if there is a non-sprayed route, the drug is sprayed in the non-sprayed route. It may be configured to further include a return distribution planner that decides to do so.
  • the return spraying planning unit calculates a reachable point of the mobile device by a battery mounted on the basis of the weight of the medicine expected to be sprayed on the return route, and based on the reachable point, It may be configured to generate a return path.
  • the storage amount of the battery that drives the moving device is equal to or more than a predetermined amount with respect to the expected power consumption of the remaining route from the reference point to the work end point. At this time, the moving speed of the moving device in the remaining route may be increased.
  • the driving route dividing unit may be configured to perform a process of dividing the planned driving route when receiving the speed changing command.
  • a drone is a drone that receives a work interruption point generated by a work planning device and interrupts work at the work interruption point,
  • the device is the work planning device described in any of the above.
  • a drone is a work planning device, a flight control unit,
  • the work planning device is the work planning device according to any one of the above.
  • a work planning apparatus control method is a work planning apparatus control method for planning work of a mobile device that moves while reducing retained resources, Based on the steps of predicting the amount of resource consumption in the planned operation route of the mobile device, obtaining the amount of the resource held, the amount of consumption, and the amount of the resource held Generating a work interruption point for interrupting work on the planned operation route to replenish the mobile device with the resource.
  • a control program for a work planning apparatus is a control program for a work planning apparatus that plans the work of a mobile device that moves while reducing the retained resources, Based on an instruction to predict the consumption amount of resources in the planned operation route of the mobile device, an instruction to acquire the amount of the held resource, the consumption amount, and the held amount of the resource A command for generating a work interruption point for interrupting work on the planned operation route to replenish the mobile device with the resource.
  • the computer program can be provided by being downloaded via a network such as the Internet, or can be provided by being recorded in various computer-readable recording media such as a CD-ROM.
  • FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of a drone according to the present invention. It is a front view of the said drone. It is a right view of the said drone. It is a rear view of the drone. It is a perspective view of the drone. It is the whole conceptual diagram of the medicine spraying system which the drone has. It is a schematic diagram showing the control function of the said drone. It is a conceptual diagram which shows a mode that the above-mentioned drone flies along a planned driving route. It is a functional block diagram of the work planning device which the above-mentioned drone has. It is a flowchart in which the said work planning apparatus determines the work interruption point which replaces a battery.
  • the drone regardless of power means (electric power, prime mover, etc.), control method (whether wireless or wired, and whether it is an autonomous flight type or a manual control type), It refers to all aircraft with multiple rotors.
  • the rotor blades 101-1a, 101-1b, 101-2a, 101-2b, 101-3a, 101-3b, 101-4a, 101-4b are It is a means for flying the drone 100, and in consideration of the balance of flight stability, airframe size, and battery consumption, eight aircraft (four sets of two-stage rotary blades) are provided.
  • Each rotor 101 is arranged on four sides of the main body 110 by arms extending from the main body 110 of the drone 100.
  • the rotating blades 101-1a, 101-1b to the left in the traveling direction, the rotating blades 101-2a and 101-2b to the left front, the rotating blades 101-3a and 101-3b to the right rear, and the rotating blades 101-to the front right. 4a and 101-4b are arranged respectively.
  • the drone 100 has the traveling direction downward in the plane of FIG.
  • the motors 102-1a, 102-1b, 102-2a, 102-2b, 102-3a, 102-3b, 102-4a, 102-4b are rotor blades 101-1a, 101-1b, 101-2a, 101-. 2b, 101-3a, 101-3b, 101-4a, 101-4b is a means for rotating (typically an electric motor, but may be an engine, etc.), one for each rotor Has been.
  • the motor 102 is an example of a propulsion device.
  • the upper and lower rotor blades (eg 101-1a and 101-1b) and their corresponding motors (eg 102-1a and 102-1b) in one set are for drone flight stability etc.
  • the axes are collinear and rotate in opposite directions.
  • the radial member for supporting the propeller guard which is provided so that the rotor does not interfere with foreign matter, is not horizontal but has a tower-like structure. This is to promote the buckling of the member to the outside of the rotor blade at the time of collision and prevent the member from interfering with the rotor.
  • the drug nozzles 103-1, 103-2, 103-3, 103-4 are means for spraying the drug downward, and are equipped with four machines.
  • the term "chemicals” generally refers to pesticides, herbicides, liquid fertilizers, insecticides, seeds, and liquids or powders applied to fields such as water.
  • the drug tank 104 is a tank for storing the sprayed drug, and is provided at a position close to the center of gravity of the drone 100 and lower than the center of gravity from the viewpoint of weight balance.
  • the drug hoses 105-1, 105-2, 105-3, 105-4 are means for connecting the drug tank 104 and the drug nozzles 103-1, 103-2, 103-3, 103-4, and are rigid. And may also serve to support the chemical nozzle.
  • the pump 106 is a means for discharging the medicine from the nozzle.
  • FIG. 6 shows an overall conceptual diagram of a system using an example of drug spraying application of the drone 100 according to the present invention.
  • the operation unit 401 is a means for transmitting a command to the drone 100 by the operation of the user 402 and displaying information received from the drone 100 (for example, position, drug amount, battery level, camera image, etc.). Yes, and may be realized by a portable information device such as a general tablet terminal that runs a computer program.
  • the drone 100 according to the present invention is controlled to perform autonomous flight, it may be configured so that it can be manually operated during basic operations such as takeoff and return, and during emergencies.
  • an emergency operating device (not shown) that has a function dedicated to emergency stop (a large emergency stop button, etc. is provided so that the emergency operating device can respond quickly in an emergency). It may be a dedicated device with).
  • the operation unit 401 and the drone 100 perform wireless communication by Wi-Fi or the like.
  • the field 403 is a rice field, a field, etc. to which the drug is sprayed by the drone 100.
  • the topography of the farm field 403 is complicated, and there are cases where the topographic map cannot be obtained in advance, or the topographic map and the situation at the site are inconsistent.
  • the farm field 403 is adjacent to a house, a hospital, a school, another crop farm field, a road, a railroad, and the like.
  • the base station 404 is a device that provides a master device function of Wi-Fi communication, etc., and may also function as an RTK-GPS base station to provide an accurate position of the drone 100 (Wi- The base unit function of Fi communication and RTK-GPS base station may be independent devices).
  • the farm cloud 405 is typically a group of computers operated on a cloud service and related software, and may be wirelessly connected to the operation unit 401 via a mobile phone line or the like.
  • the farming cloud 405 may analyze the image of the field 403 captured by the drone 100, grasp the growing condition of the crop, and perform a process for determining a flight route. Further, the drone 100 may be provided with the stored topographical information of the field 403 and the like. In addition, the history of the flight of the drone 100 and captured images may be accumulated and various analysis processes may be performed.
  • the drone 100 will take off from the landing point 406 outside the field 403 and return to the landing point 406 after spraying the drug on the field 403 or when it becomes necessary to replenish or charge the drug.
  • the flight route (entry route) from the landing point 406 to the target field 403 may be stored in advance in the farm cloud 405 or the like, or may be input by the user 402 before the start of takeoff.
  • FIG. 7 shows a block diagram showing the control function of the embodiment of the drug spraying drone according to the present invention.
  • the flight controller 501 is a component that controls the entire drone, and specifically may be an embedded computer including a CPU, a memory, related software, and the like.
  • the flight controller 501 based on the input information received from the operation unit 401 and the input information obtained from various sensors described later, via the control means such as ESC (Electronic Speed Control), the motor 102-1a, 102-1b , 102-2a, 102-2b, 102-3a, 102-3b, 104-a, 104-b are controlled to control the flight of the drone 100.
  • ESC Electronic Speed Control
  • the actual rotation speed of the motors 102-1a, 102-1b, 102-2a, 102-2b, 102-3a, 102-3b, 104-a, 104-b is fed back to the flight controller 501 to perform normal rotation. It is configured so that it can be monitored.
  • the rotary blade 101 may be provided with an optical sensor or the like so that the rotation of the rotary blade 101 is fed back to the flight controller 501.
  • the software used by the flight controller 501 can be rewritten through storage media or the like for function expansion/change, problem correction, etc., or through communication means such as Wi-Fi communication or USB.
  • encryption, checksum, electronic signature, virus check software, etc. are used to protect the software from being rewritten by unauthorized software.
  • a part of the calculation process used by the flight controller 501 for control may be executed by another computer existing on the operation unit 401, the farm cloud 405, or another place. Since the flight controller 501 is highly important, some or all of its constituent elements may be duplicated.
  • the battery 502 is a means for supplying electric power to the flight controller 501 and other components of the drone, and may be rechargeable.
  • the battery 502 is connected to the flight controller 501 via a power supply unit including a fuse or a circuit breaker.
  • the battery 502 may be a smart battery that has a function of transmitting its internal state (amount of stored electricity, accumulated usage time, etc.) to the flight controller 501 in addition to the power supply function.
  • the flight controller 501 exchanges with the operation unit 401 via the Wi-Fi slave unit 503 and further via the base station 404, receives a necessary command from the operation unit 401, and outputs necessary information to the operation unit 401. Can be sent to.
  • the communication may be encrypted so as to prevent illegal acts such as interception, spoofing, and hijacking of equipment.
  • the base station 404 has a function of an RTK-GPS base station in addition to a communication function by Wi-Fi.
  • the GPS module 504 can measure the absolute position of the drone 100 with an accuracy of about several centimeters. Since the GPS module 504 is highly important, it may be duplicated/multiplexed, and each redundant GPS module 504 should use a different satellite to cope with the failure of a specific GPS satellite. It may be controlled.
  • the 6-axis gyro sensor 505 is a means for measuring accelerations of the drone aircraft in three directions orthogonal to each other (further, a means for calculating speed by integrating accelerations).
  • the 6-axis gyro sensor 505 is a means for measuring the change in the attitude angle of the drone body in the three directions described above, that is, the angular velocity.
  • the geomagnetic sensor 506 is a means for measuring the direction of the drone body by measuring the geomagnetism.
  • the atmospheric pressure sensor 507 is a means for measuring the atmospheric pressure, and can indirectly measure the altitude of the drone.
  • the laser sensor 508 is a means for measuring the distance between the drone body and the ground surface by utilizing the reflection of laser light, and may be an IR (infrared) laser.
  • the sonar 509 is a means for measuring the distance between the drone body and the ground surface by using the reflection of sound waves such as ultrasonic waves.
  • These sensors may be selected depending on the drone's cost goals and performance requirements. Further, a gyro sensor (angular velocity sensor) for measuring the tilt of the machine body, a wind force sensor for measuring wind force, and the like may be added. Further, these sensors may be duplicated or multiplexed. If there are multiple sensors for the same purpose, the flight controller 501 may use only one of them, and if it fails, it may switch to another sensor for use. Alternatively, a plurality of sensors may be used at the same time, and if the measurement results do not match, it may be considered that a failure has occurred.
  • the flow rate sensor 510 is a means for measuring the flow rate of the medicine, and is provided at a plurality of places on the path from the medicine tank 104 to the medicine nozzle 103.
  • the liquid shortage sensor 511 is a sensor that detects that the amount of the medicine has become equal to or less than a predetermined amount.
  • the multi-spectral camera 512 is a means for photographing the field 403 and acquiring data for image analysis.
  • the obstacle detection camera 513 is a camera for detecting a drone obstacle and is a device different from the multispectral camera 512 because the image characteristics and the lens orientation are different from those of the multispectral camera 512.
  • the switch 514 is a means for the user 402 of the drone 100 to make various settings.
  • the obstacle contact sensor 515 is a sensor for detecting that the drone 100, in particular, its rotor or propeller guard portion has come into contact with an obstacle such as an electric wire, a building, a human body, a tree, a bird, or another drone. ..
  • the cover sensor 516 is a sensor that detects that the operation panel of the drone 100 and the cover for internal maintenance are open.
  • the drug injection port sensor 517 is a sensor that detects that the injection port of the drug tank 104 is open. These sensors may be selected according to the drone's cost targets and performance requirements, and may be duplicated or multiplexed.
  • a sensor may be provided at the base station 404 outside the drone 100, the operation device 401, or at another place, and the read information may be transmitted to the drone.
  • a wind sensor may be provided in the base station 404, and information regarding wind force/wind direction may be transmitted to the drone 100 via Wi-Fi communication.
  • the flight controller 501 sends a control signal to the pump 106 to adjust the drug discharge amount and stop the drug discharge.
  • the current status of the pump 106 (for example, the number of rotations) is fed back to the flight controller 501.
  • the LED107 is a display means for notifying the drone operator of the status of the drone.
  • a display means such as a liquid crystal display may be used instead of the LED or in addition to the LED.
  • the buzzer 518 is an output means for notifying a drone state (especially an error state) by a voice signal.
  • the Wi-Fi cordless handset 503 is an optional component for communicating with an external computer or the like in addition to the operation unit 401, for example, for software transfer.
  • other wireless communication means such as infrared communication, Bluetooth (registered trademark), ZigBee (registered trademark), NFC, or wired communication means such as USB connection May be used.
  • the speaker 520 is an output means for notifying the drone state (particularly an error state) by the recorded human voice, synthesized voice or the like. Depending on the weather conditions, it may be difficult to see the visual display of the drone 100 in flight, and in such a case, it is effective to communicate the situation by voice.
  • the warning light 521 is a display means such as a strobe light for notifying the state of the drone (in particular, an error state). These input/output means may be selected according to the cost target and performance requirements of the drone, or may be duplicated/multiplexed.
  • Drone 100 flies in the target area along the planned driving route and performs appropriate work above the target area.
  • the target area is, for example, a field, and the drone 100 monitors the field or sprays a drug on the field.
  • the resources that decrease as the drone 100 moves that is, the storage amount of the battery 502 and the storage amount of the drug have an upper limit of loading, it is necessary for the drone 100 to appropriately interrupt the work and replenish the resources.
  • the drone 100 departing from the departure point 406 reaches the starting point of the planned driving route 403r set in the farm field 403, that is, the work starting point 30.
  • the drone 100 flies in the field 403 from the work starting point 30 along the planned driving route 403r.
  • the drone 100 reaches the work interruption point 31 generated on the planned driving route 403r, it suspends the work on the planned driving route 403r and returns to the departure point 406 via the return route 31a.
  • the drone 100 takes off from the departure point 406, and when it returns to the work interruption point 31, the flight along the planned driving route 403r is restarted.
  • the drone 100 interrupts the work again at the work interruption point 32, returns to the departure point 406 through the return path 32a, and replenishes the resources.
  • the drone 100 reaches the work end point 40 which is the end point of the planned driving route 403r, it returns to the departure point 406 and completes the work on the planned driving route 403r.
  • the drone 100 has a work planning device 20 that predicts the position of the work interruption point and the number of times of resource replenishment in advance based on the planned driving route 403r and notifies the user.
  • the work planning device 20 has information on the planned driving route 403r along which the drone 100 will fly, and appropriately interrupts the work on the planned driving route 403r to generate a plan for supplementing the resource.
  • the user 402 can prepare the necessary amount of resources to be replenished in advance, so that the time required for replacement can be shortened and the work efficiency can be improved.
  • the work planning apparatus 20 may have a configuration different from that of the drone 100 configured to communicate with the drone 100, and may be on the farm cloud 405, for example.
  • Drone 100 is an example of a mobile device.
  • the planned driving route 403r is a route planned for taking off from the departure point 406, moving in the target area, performing a predetermined work, and returning to the departure point 406, hovering, accelerating motion, constant velocity motion, It is configured by combining decelerating motions and by connecting motions such as straight movement, turning, ascending and descending.
  • the planned driving route 403r may be generated by a configuration that the drone 100 has, or may be generated by another configuration that is connected to the drone 100 by wire or wirelessly, for example, a configuration on the farming cloud 405 and received by the work planning device 20. May be configured to do so.
  • the work planning device 20 includes a battery replenishment planning unit 21, a drug replenishment planning unit 22, a return distribution planning unit 23, a flight plan changing unit 24, and a communication processing unit 25.
  • the battery replenishment planning unit 21 is a functional unit that calculates the position of a work interruption point where the drone 100 interrupts work for replacing the battery 502 and the number of times the battery 502 is replaced.
  • the battery replenishment planning unit 21 includes a power consumption prediction unit 211, a stored power amount acquisition unit 212, a driving route division unit 213, and a battery number calculation unit 214.
  • the power consumption prediction unit 211 is an example of a consumption amount prediction unit
  • the power storage amount acquisition unit 212 is an example of a resource amount acquisition unit.
  • the power consumption prediction unit 211 is a functional unit that predicts power consumption in the planned driving route 403r.
  • the power consumption prediction unit 211 has a weight measurement unit 211a, a power consumption actual value acquisition unit 211b, a driving route acquisition unit 211c, and a power consumption rate calculation unit 211d.
  • the weight measuring unit 211a is a functional unit that measures the total weight of the drone 100.
  • the weight measuring unit 211a estimates the total weight of the drone 100 based on, for example, the thrust in the height direction exerted by the rotary blades 101 when the altitude of the drone 100 does not change. This is because the thrust in the height direction exerted by the rotor blades 101 of the drone 100 is in balance with the gravitational acceleration received by the drone 100 when the altitude of the drone 100 does not change.
  • the weight measuring unit 211a considers that only the drug amount in the total weight of the drone 100 can change, and estimates the drug amount and then adds the weights of other components to calculate the total weight of the drone 100. May be measured. Further, the weight measuring unit 211a may have a function of estimating the liquid level height in the medicine tank 104, for example. The weight measuring unit 211a may estimate the weight of the medicine using a liquid level gauge or a water pressure sensor arranged in the medicine tank 104. When the drone 100 is working, the weight measuring unit 211a calculates the drug discharge amount by integrating the discharge flow rate from the drug tank 104 measured by the flow sensor 510, and subtracts the drug discharge amount from the initially loaded drug amount. By doing so, the weight of the drug tank 104 may be estimated. According to this configuration, the weight of the drug tank 104 can be estimated regardless of the flight state of the drone 100.
  • the weight measuring unit 211a is included in the technical scope of the present invention even if it is configured to measure the weight based on the drag force from the ground in the landing state.
  • the actual power consumption value acquisition unit 211b is a functional unit that acquires the actual power consumption value of the drone 100.
  • the actual value of power consumption is the power consumption in the hovering in the drone 100 that is hovering immediately after takeoff. Further, in the case of the drone 100 in flight, it means the power consumption in the driving route in which the drone 100 flies. In the flying drone 100, the power consumption may be from the departure point 406 to the point where the actual value of power consumption is acquired, or may be the power consumption within a predetermined range of time or route. Since the air pressure and the wind speed change in the field where the drone 100 flies, it is difficult to accurately calculate the power consumption of the drone 100 by desk calculation. Therefore, more accurate power consumption prediction is possible by considering past performance values in power consumption prediction.
  • the driving route acquisition unit 211c is a functional unit that acquires a driving route corresponding to the actual value of power consumption acquired by the actual power consumption value acquisition unit 211b.
  • the driving route acquired by the driving route acquisition unit 211c is only hovering.
  • it may be all the driving routes from the departure point 406 to the point where the driving route is to be acquired, or may be the driving route within a predetermined range of time.
  • the operation route may be selected so as to include an acceleration movement, a constant velocity movement, and a deceleration movement as the operations with different power consumption.
  • the driving route may be selected so as to include a predetermined operation that consumes different electric power, such as going straight, turning, climbing, descending, hovering, or moving outside the field.
  • the turning includes an operation of changing the direction of the nose of the drone 100 on the spot, and an operation of moving the position of the drone 100 while changing the direction of the nose.
  • the movement during turning may be an operation of moving the nose toward the traveling direction or an operation of retreating.
  • the power consumption rate calculation unit 211d is a functional unit that calculates the power consumption rate for the operation of the drone 100 based on the actual value of power consumption and the driving route corresponding to the actual value.
  • the power consumption rate calculation unit 211d can calculate the power consumption rate per a predetermined distance or a predetermined time by dividing the actual value of the power consumption of the drone 100 by the moving distance or the moving time of the driving route.
  • the power consumption rate calculation unit 211d may calculate the power consumption rate in the operation having the acceleration based on the actual value of the power consumption in the operation having the acceleration in the predetermined range and the driving route corresponding to the actual value. .. More specifically, for example, the operation of the drone 100 is roughly classified according to the acceleration, movement having a positive acceleration is accelerated movement, movement having a negative acceleration is decelerated movement, movement having an acceleration of substantially zero is uniform velocity. After the movement, the actual value of the power consumption when each movement is performed may be obtained, and the power consumption rate of each of the acceleration movement, the deceleration movement and the constant velocity movement may be calculated.
  • the number of accelerations and each threshold value are not limited to this.
  • the accelerations may be roughly divided into two or less or four or more steps to obtain the respective power consumptions. Since the power consumption of the drone 100 differs depending on the acceleration in particular, it is possible to more accurately predict the power consumption by obtaining the actual value of the power consumption according to the acceleration.
  • the power consumption rate calculation unit 211d calculates the power consumption rate in the operation having the moving speed based on the actual value of the power consumption in the operation having the moving speed in the predetermined range and the driving route corresponding to the actual value. You may. Since the power consumption of the drone 100 varies depending on the moving speed, it is possible to more accurately predict the power consumption by obtaining the actual value of the power consumption according to the speed.
  • the power consumption rate calculation unit 211d may calculate a predicted value of power consumption for each type of operation performed by the drone 100.
  • the type of operation may include a combination of acceleration/deceleration operations performed by the drone 100 at high frequency, that is, at least one of straight movement, turning, rising, lowering, hovering, and movement outside the field. Since the planned driving route 403r is configured by linking each operation, the power consumption rate calculation unit 211d calculates a predicted value for each type of the operation, and the driving route dividing unit 213 to be described later schedules the driving. By accumulating according to the operation planned as the route 403r, the integrated value of the power consumption at each point on the planned route 403r can be predicted. Since the power consumption rate calculation unit 211d calculates the power consumption rate for more types of operations, the driving route dividing unit 213 can more accurately predict the power consumption amount of the planned driving route 403r.
  • the power consumption rate calculation unit 211d may calculate the power consumption rate according to the value of positive or negative acceleration in acceleration movement and deceleration movement.
  • the power consumption rate calculation unit 211d may calculate the power consumption rate according to the type of turning.
  • the types of turning include an operation in which the drone 100 changes the nose direction on the spot, and an operation in which the position of the drone 100 moves while changing the nose direction.
  • the movement during turning may be an operation of moving the nose toward the traveling direction or an operation of retreating.
  • the power consumption rate calculation unit 211d may calculate the power consumption rate according to the turning angle. In the present embodiment, turning is assumed to be yaw rotation that changes the direction of the nose, but roll rotation or pitch rotation may be included.
  • the power consumption rate calculation unit 211d may have a function of estimating the power consumption rate of another operation from the power consumption rate of a certain predetermined operation. Specifically, for example, by substituting the power consumption rate during hovering into a predetermined calculation formula, the power consumption rate in acceleration movement, deceleration movement, straight traveling as constant velocity movement, turning, ascent, descent, or movement outside the field is calculated. It may be estimated. According to this configuration, even when only the actual value of power consumption in a certain type of operation can be acquired, the power consumption rate of various operations in the planned driving route 403r can be estimated.
  • the storage amount acquisition unit 212 is a functional unit that acquires the storage amount stored in the battery 502.
  • the amount of electricity stored in the battery 502 refers to the amount of energy that can operate the drone 100 without supplementing resources.
  • the battery 502 may be any type of energy supply mechanism such as a primary battery, a secondary battery, or a fuel cell.
  • the storage amount acquisition unit 212 may acquire information from another configuration that measures the storage amount of the battery 502, or the storage amount acquisition unit 212 itself may measure the storage amount of the battery 502.
  • the operation route dividing unit 213 generates a work interruption point at which the drone 100 interrupts work in order to replenish resources on the planned driving route 403r in the field, and a plurality of flights that divide the planned driving route 403r by work interruption points. It is a functional unit that divides into routes.
  • the replenishment of resources may be replacement of the battery 502 or charging of the battery 502. Further, the medicine may be replenished, or the medicine tank mounted may be replaced with a medicine tank in which the medicine is sufficiently stored.
  • the operation route dividing unit 213 integrates the predicted value of the power consumption obtained for each type of operation according to the operation planned as the planned operation path 403r.
  • the driving route dividing unit 213 sequentially integrates the predicted value of the power consumption corresponding to the scheduled operation from the work start point 30 or the work interruption points 31 and 32 toward the work end point 40. Further, the driving route dividing unit 213 calculates a reachable point based on the amount of electricity stored in the battery 502, and sets the point as a work interruption point.
  • the drone 100 When the work is interrupted at the work interruption points 31 and 32, the drone 100 returns to the departure point 406 and replenishes the resources at the departure point 406. Therefore, the driving route dividing unit 213 saves the amount of stored electricity that can be returned to the departure point 406, and generates the work interruption points 31 and 32.
  • the drone 100 may be configured to replenish resources at work interruption points 31 and 32 without returning to the departure point 406.
  • the driving route dividing unit 213 may calculate the reachable point in consideration of at least one of the deterioration state of the battery 502 and the change in capacity with temperature, in addition to the amount of electricity stored in the battery 502. With this configuration, it is possible to more accurately calculate the points reachable by the battery 502.
  • the work planning apparatus 20 may have a functional unit that measures the deterioration state or temperature of the battery 502, or a functional unit that acquires the deterioration state or temperature of the battery 502 from another configuration. Good.
  • the operation route dividing unit 213 may generate an interrupted work point in consideration of the power consumption of each component operating in the field 403. For example, when the drug is sprayed in the field 403, the power consumption of the pump 106 is integrated. Further, when the image is captured in the field 403, the power consumption of the multi-spectral camera 512 or the like capable of capturing an image may be integrated.
  • the battery number calculation unit 214 is a functional unit that calculates the number of batteries required for the drone 100 to complete the work on the planned driving route 403r.
  • the battery number calculation unit 214 may calculate the number of batteries based on the number of work interruption points.
  • the number of spare batteries is the same as the number of work interruption points.
  • the calculated number of batteries is notified to the user 402 through the communication processing unit 25 of the work planning apparatus 20.
  • the battery number calculation unit 214 may be a functional unit that calculates the number of times the battery has been charged, instead of the number of batteries. It may also be the number of fuel tanks in the fuel cell.
  • the battery number calculation unit 214 may be configured to calculate the time required to reach the work interruption point for battery replacement and notify the user 402 through the communication processing unit 25. According to the configuration of notifying the required time, the user 402 can prepare for battery replacement in advance, which improves the convenience of the work.
  • the positions of the work interruption points 31 and 32 obtained by the operation route dividing unit 213 and the number of the batteries 502 obtained by the battery number calculating unit 214 are notified to the user 402 via the communication processing unit 25.
  • the notification may be a sound notification in addition to the display on the screen of the operation device 401. Further, the configuration that the drone 100 has may be used so that the drone 100 itself notifies the user 402.
  • the drug replenishment planning unit 22 is a functional unit that calculates the number of replenishment times and the point at which the work is suspended for replenishing the drug stored in the drone 100, which is necessary to complete the drug spraying work on the planned driving route 403r. is there.
  • the drug replenishment planning unit 22 includes a consumed drug prediction unit 221, a storage amount acquisition unit 222, a refill determination unit 223, and a refill frequency calculation unit 224.
  • the consumed medicine prediction unit 221 is another example of the consumption amount prediction unit
  • the storage amount acquisition unit 222 is another example of the resource amount acquisition unit.
  • the consumed drug prediction unit 221 is a functional unit that predicts the amount of drug consumed in the planned driving route 403r.
  • the consumed drug prediction unit 221 includes a consumed drug actual value calculation unit 221a and a drug consumption rate calculation unit 221b.
  • the consumed drug actual value calculation unit 221a is a functional unit that acquires the actual value of the drug consumption amount of the drone 100.
  • the actual value of the drug consumption refers to the drug consumption in the driving route along which the drone 100 flies, in the case of the drone 100 working in the field 403.
  • the actual value of the chemical spraying performed before the flight may be used.
  • the drug consumption rate calculation unit 221b is a functional unit that calculates the drug consumption rate of the drone 100.
  • the application amount of the drug applied to a certain field can be determined by the area of the field and the application concentration per area determined in advance by the type of drug. Therefore, the amount of drug sprayed is calculated from the ratio of the route length from the predetermined point to the point on the planned drive route 403r to the overall planned drive route length.
  • the drug consumption rate can be calculated from the amount of the sprayed drug and the length of the driven route. Further, it is possible to predict the integrated value of the amount of medicine consumed from the work start point 30 or the work interruption points 31, 32 to each point on the planned driving route 403r.
  • the drug consumption rate calculation unit 221b may calculate the drug consumption rate for the operation of the drone 100 based on the actual value of the amount of drug consumption and the driving route corresponding to the actual value. As the driving route, the information acquired by the driving route acquisition unit 211c is used. The drug consumption rate calculation unit 221b may calculate a predicted value of the amount of consumption for each type of operation performed by the drone 100. The type of operation includes, for example, at least one of straight traveling and turning.
  • the drug consumption rate calculation unit 221b calculates the drug consumption amount in the operation having the acceleration based on the actual value of the drug consumption amount in the operation having the acceleration in the predetermined range and the driving route corresponding to the actual value. Good. More specifically, for example, the operation of the drone 100 is roughly classified according to the acceleration, movement having a positive acceleration is accelerated movement, movement having a negative acceleration is decelerated movement, movement having an acceleration of substantially zero is uniform velocity. After the movement, the actual value of the medicine consumption amount at the time of each movement may be obtained, and the medicine consumption rate of each of the accelerated movement, the decelerated movement and the constant velocity movement may be calculated.
  • the drug consumption rate calculation unit 221b based on the actual value of the amount of drug consumption in the operation having a moving speed of a predetermined range, and the driving route corresponding to the actual value, the drug consumption rate in the operation having the moving speed. It may be calculated.
  • the storage amount acquisition unit 222 is a functional unit that estimates the current storage amount of the drug in the drug tank 104.
  • the stored amount acquisition unit 222 may estimate the stored amount from the weight of the drone 100 measured by the weight measuring unit 211a. Further, the stored amount acquisition unit 222 may have a function of estimating the liquid level height in the medicine tank 104, for example.
  • the stored amount acquisition unit 222 may estimate the stored amount by using a liquid level gauge, a water pressure sensor, or the like arranged in the medicine tank 104.
  • the storage amount acquisition unit 222 calculates the drug discharge amount by integrating the discharge flow rates from the drug tank 104 measured by the flow rate sensor 510, and calculates the drug discharge amount from the initially loaded drug amount.
  • the storage amount may be estimated by subtracting.
  • the stored amount acquisition unit 222 can estimate the stored amount of the drug not only during flight but also during replenishment of the drug.
  • the stored amount acquisition unit 222 may be configured to permit the takeoff of the drone 100 when the amount of the medicine in the medicine tank 104 is equal to or more than a necessary medicine amount described below. With this configuration, it is possible to reliably take out the required amount of the drug before taking off. In addition, compared to a configuration in which injection of a predetermined amount such as full tank is detected regardless of the required amount of drug and takeoff permission is given, it is possible to take off if only the required amount is injected. None.
  • the replenishment determination unit 223 is a functional unit that determines the necessity of replenishment of the medicine at each work interruption point generated based on the amount of electricity stored in the battery 502. Specifically, the replenishment determination unit 223 predicts the amount of the medicine stored in the medicine tank 104 at each work interruption point, and then determines that the remaining amount of the medicine is 0 by the next work interruption point or work end point 40. Alternatively, it is determined whether or not it is below a predetermined level. When the remaining amount of the medicine becomes 0 or less than a predetermined value by the next work interruption point or the work end point 40, it is determined that the medicine needs to be replenished at the work interruption point.
  • the replenishment determination unit 223 determines, based on the amount of the medicine replenished at the work interruption point, whether medicine replenishment is necessary at the work interruption point next to the work interruption point. This is because the dispersible spots are determined according to the amount of the replenished drug.
  • the amount of medicine to be replenished may be a predetermined amount stored in advance.
  • the replenishment determination unit 223 calculates the amount of medicine required until the next work interruption point 31, 32 or the work end point 40 (hereinafter, also referred to as “necessary medicine amount”) and notifies the user 402. May be.
  • the drug replenishment planning unit 22 may have a function unit that separately generates a work interruption point for replenishing the drug.
  • This configuration can replenish the medicine only when the storage amount in the medicine tank 104 becomes sufficiently small, and is useful when it is desired to reduce the number of times the medicine is replenished. Further, according to this configuration, especially when the medicine is replenished at the work interruption point generated based on the stored amount of the battery 502, the medicine is insufficient before the next work interruption point or the work end point 40. Even then, the drug can be replenished at an appropriate timing.
  • the replenishment frequency calculation unit 224 is a functional unit that calculates the replenishment frequency of the drug necessary for the drone 100 to complete the work on the planned driving route 403r.
  • the replenishment count calculation unit 224 calculates the replenishment count based on the number of work interruption points at which the replenishment determination unit 233 determines that the medicine needs to be replenished. If a work interruption point for replenishing the medicine is separately generated, the number is added.
  • the calculated drug replenishment frequency is notified to the user 402 through the communication processing unit 25, as in the case of notifying the number of batteries 502.
  • the replenishment frequency calculation unit 224 may be configured to calculate the time required to reach the work interruption point for refilling the drug and notify the user 402 through the communication processing unit 25. According to the configuration of notifying the required time, the user 402 can prepare for drug replenishment in advance, which improves the convenience of the work.
  • the return spraying planning unit 23 is a functional unit that determines whether or not the drug is sprayed on the route from the work interruption points 31 and 32 to the departure point 406, that is, the return route.
  • the drone 100 moves from the work interruption points 31 and 32 to an end portion of the field 403, for example, the work start point 30 or the work end point 40, moves out of the field 403, and moves to a landing point 406.
  • the route from the work start point 30 or the work end point 40 to the departure/arrival point 406 is a route that is expected to fly regardless of the interruption of the work, so by flying outside the field on a route that has already been assumed, As compared with the case of flying on another route, the user can be given a sense of security.
  • the drone 100 moves at least partially along the planned driving route 403r and moves to the work start point 30 or the work end point 40. Therefore, the return spraying planning unit 23 refers to the spraying state of the drug in the return route 31a, 32a (see FIG. 8), and if the drug is unsprayed, spray the drug in the unsprayed route. To decide. According to this configuration, it is possible to devote the time for returning to the spraying of the medicine, and thus it is possible to shorten the total work time. It should be noted that the aspect in which the application in the return route is determined without referring to the application status of the drug is also included in the technical scope of the present invention. By not referring to the spraying status, it is possible to reduce the calculation load and thus the work time.
  • the return spraying planning unit 23 may have a function of changing the return route based on the expected spraying weight of the drug on the return route when the route on which the drug has not been sprayed is present.
  • the return spraying planning unit 23 may generate a longer return path in consideration of the total weight reduced by the chemical spraying.
  • the path in the field 403 is lengthened so that a larger amount of the drug is sprayed to return. According to this configuration, the amount of electricity stored in the battery 502 can be consumed up to the limit and returned.
  • the flight plan change unit 24 is a functional unit that changes the flight speed of the drone 100 while the drone 100 is moving. For example, the flight plan changing unit 24 determines that the amount of electricity stored in the battery 502 is greater than or equal to a predetermined amount with respect to the expected power consumption of the remaining route from the current location of the drone 100 to the work end point 40, that is, the amount of electricity stored in the battery 502. When there is a surplus, the moving speed of the drone 100 on the remaining route is increased. The moving speed of the drone 100 on the remaining route is determined according to the amount of electricity stored in the battery 502. Specifically, the greater the amount of electricity stored, the faster the moving speed of the remaining route. By increasing the moving speed of the drone 100, the working time of the drone 100 can be shortened. That is, according to this configuration, it is possible to operate the drone 100 as much as possible without causing the amount of electricity stored in the battery 502 to remain, and to work efficiently.
  • the moving speed of the drone 100 on the remaining route is determined based on the route length of the remaining route within a range not exceeding the maximum flight speed of the drone 100.
  • the predicted value of the power consumption on the remaining route is determined based on the moving speed of the drone 100 and the route length of the remaining route.
  • the flight plan changing unit 24 may be configured to increase the speed of movement outside the field. At this time, by giving a separate notice to the user 402, it is possible to make the user 402 who is uneasy about unexpected flight more secure.
  • the flight plan changing unit 24 may be able to change the moving speed of the drone 100 based on a speed changing command from the user 402.
  • the speed change command is transmitted to the work planning device 20, for example, via the operation unit 401.
  • the "normal mode”, in which the drone 100 moves and sprays at the speed normally planned, and the "speed spraying mode”, in which the drone moves and sprays at a speed faster than the normal mode are based on commands from the user 402. It may be configured to be switchable. This mode switching can be performed before takeoff, in a hovering state immediately after takeoff, outside the field, and during field work.
  • the battery replenishment planning unit 21 and the medicine replenishment planning unit 22 perform recalculation of the replenishment plan, divide the planned driving route 403r by the driving route dividing unit 213, and replenish by the replenishment determining unit 223. Determine the necessity.
  • the work planning device 20 starts a series of steps for determining the work interruption point when the drone 100 is hovering, for example.
  • the series of steps may be performed during hovering immediately after taking off at the departure/arrival point 406, and also during hovering during flight on the planned driving route 403r. Further, it may be configured to detect that a factor causing a change in the reachable point by the battery 502 has occurred, perform hovering, and review the work interruption point.
  • the factor that causes the reachable point to change may be, for example, generation of a strong wind or a pressure drop.
  • a step of determining a work interruption point may be performed in a landed state.
  • the weight measuring unit 211a measures the total weight of the drone 100 (S11).
  • the total weight may be measured by utilizing the fact that the thrust in the height direction exerted by the rotor blades 101 of the drone 100 during hovering is balanced with the gravitational acceleration. It may be based on quantity. Further, the configuration in which the weight is measured based on the drag force from the ground in the landing state is also included in the technical scope of the present invention.
  • Actual power consumption value acquisition unit 211b acquires the actual power consumption value of the drone 100 (S12).
  • the driving route acquisition unit 211c acquires a driving route corresponding to the acquired actual value of power consumption (S13).
  • steps S11 to S13 may be performed at the same time in any order.
  • the power consumption rate calculation unit 211d calculates a power consumption rate according to the acceleration or speed of the drone 100, or for each type of operation, based on the actual value of power consumption and the driving route corresponding to the actual value ( S14).
  • the storage amount acquisition unit 212 acquires the storage amount of the battery 502 currently installed in the drone 100 (S15). Note that step S15 may be performed after steps S11 to S14, may be performed before steps S11 to S14, or may be performed simultaneously with steps S11 to S14.
  • the driving route dividing unit 213 estimates a reachable position of the drone 100 on the planned driving route 403r based on the power consumption rate and the amount of electricity stored in the battery 502 (S16). Next, the driving route dividing unit 213 determines whether or not the work end point 40 of the planned driving route 403r can be reached based on the amount of electricity stored in the battery 502 (S17).
  • the operation route dividing unit 213 determines the reachable point on the planned driving route 403r as the work interruption point 31 and interrupts the work.
  • the flight route up to point 31 is confirmed (S18).
  • the driving route dividing unit 213 estimates a point on the planned driving route 403r that can be reached by the drone 100 after battery replacement, based on the amount of electricity stored in the newly installed battery (S19). Next, returning to step S17, the driving route dividing unit 213 determines whether or not it is possible to reach from the work interruption point 31 to the work ending point 40 of the planned driving route 403r due to the amount of electricity stored in the battery. Thereafter, the processes of steps S17 to S19 are repeated until the flight route up to the work end point 40 is confirmed. When it is determined in step S17 that the work end point 40 can be reached, the driving route dividing unit 213 does not generate a new work interruption point and determines the planned driving route 403r up to the work end point 40 as a flight route (S20). ).
  • the work planning apparatus 20 notifies the user of the positions of the work interruption points 31 and 32, the number of batteries required to reach the work end point 40, and the time required to reach them (S21). Note that the user may be notified each time one work interruption point is determined.
  • the consumed drug actual value calculation unit 221a acquires the actual value of the drug consumption amount of the drone 100 (S31).
  • the driving route acquisition unit 211c acquires the driving route corresponding to the acquired actual value of power consumption (S32).
  • steps S31 and S32 may be performed at the same time in any order.
  • the drug consumption rate calculation unit 221b calculates the drug consumption rate for each type of operation of the drone 100 based on the actual value of the consumption amount and the driving route corresponding to the actual value (S33).
  • the storage amount acquisition unit 222 acquires the drug storage amount of the drug tank 104 currently installed in the drone 100 (S34). Note that step S34 may be performed after steps S31 and S32, may be performed before steps S31 and S32, or may be performed simultaneously with steps S31 and S32.
  • the replenishment determination unit 223 determines whether or not the drug can be sprayed up to the work end point 40 based on the drug consumption rate and the drug storage amount in the drug tank 104 (S35).
  • the replenishment determination unit 223 refers to the position of the latest work interruption point 31, and the medicine until the latest work interruption point 31. It is determined whether or not spraying is possible (S36).
  • the latest work interruption point 31 is the work interruption point that is set closest to the planned driving route 403r from the position of the determination target.
  • the work planning apparatus 20 sets a point where the stored medicine becomes 0 or below a predetermined value as a new work interruption point. (S37), and returns to step S35.
  • the replenishment determination unit 223 can spray the medicine until the next work interruption point on the planned driving route 403r until the work interruption point where the medicine cannot be sprayed is reached. Step S38 for determining whether or not it is repeated. When it is determined that the spraying cannot be performed up to the next work interruption point, the replenishment determination unit 223 determines to refill the medicine at the work interruption point (S39), and returns to step S35. After that, steps S35 to S39 are repeated, and the work interruption point for replenishing the medicine necessary for spraying the medicine to the work end point 40 is determined.
  • the replenishment determination unit 223 determines not to replenish a new medicine (S40).
  • the work planning device 20 reaches the positions of the work interruption points 31 and 32 for replenishing the medicine, the amount of medicine required to reach the work end point 40, and the work interruption points 31 and 32 and the work end point 40.
  • the user is notified of the time required until (S41). Note that the user may be notified each time one work interruption point 31, 32 is determined.
  • the medicine amount in the medicine tank 104 may be appropriately acquired by the storage amount acquisition unit 222, and it may be determined whether or not the necessary medicine amount is stored.
  • the stored amount acquisition unit 222 permits the work start of the drone 100, that is, the takeoff, when the amount of the drug in the drug tank 104 is equal to or larger than the required amount of the drug.
  • the return distribution planning unit 23 determines the return route to the departure point 406 based on the point where the drone 100 has decided to return to the departure point 406.
  • the return path of is temporarily generated (S51).
  • the point is a point other than the work interruption points 31 and 32 set by the work planning device 20 and is a point to be retracted from the field 403 due to an unexpected situation. Good.
  • the return spraying planning unit 23 determines whether or not there is a route in which no drug has been sprayed in the return route from the work interruption points 31 and 32 to the work start point 30 or the work end point 40 (S52). If there is no route on which the drug has not been sprayed on the return route, the return spraying planning unit 23 determines not to spray on the return route but to return to the departure point 406 (S53).
  • the return spraying planning unit 23 determines the drug spraying in the route (S54). . Further, the return route is changed based on the planned spray amount of the medicine (S55).
  • flight plan changing unit 24 consumes power in the remaining route from the reference point on the planned driving route 403r to the work end point. Is calculated (S61).
  • the reference point may be the current position of the drone 100 when the drone 100 is flying in the field 403.
  • the flight speed may be determined before reaching the reference point, with the point expected to be reached after a predetermined time as the reference point. According to this configuration, since the drone 100 can start acceleration before reaching the reference point, it is possible to exhibit a speed closer to the target speed at the reference point.
  • the reference point is sequentially moved along the planned driving route 403r, and the flight speed at each point is determined. It may be configured.
  • the storage amount acquisition unit 212 calculates the storage amount of the battery 502 (S62). Note that steps S61 and S62 are in no particular order and may be performed simultaneously.
  • the flight plan changing unit 24 determines whether the surplus of the amount of electricity stored in the battery 502 is greater than or equal to a predetermined value with respect to the power consumption expected on the remaining route (S63). When the remaining amount of stored electricity is less than the predetermined amount, the flight plan changing unit 24 ends the process. When the remaining amount of stored electricity is equal to or greater than the predetermined amount, the flight plan changing unit 24 increases the flight speed of the drone 100 on the remaining route based on the remaining amount (S64).
  • the work planning apparatus of the present invention it is possible to predict the position where the work is to be interrupted and the number of resource replenishments in advance based on the planned driving route of the mobile device, and notify the user.
  • the drug spraying drone and the transporting drone are described as an example, but the technical idea of the present invention is not limited to this, and is applicable to all drone work planning devices that perform autonomous flight. Is. Further, the invention is not limited to drones, and can be applied to all work planning devices for mobile devices that move autonomously.

Abstract

【課題】　移動装置が移動する運転予定経路に基づいて、資源の補充計画をあらかじめ予測し、使用者に通知可能な作業計画装置を得る。 【解決策】　保持される資源を減少させながら移動する移動装置(100)の、運転予定経路(403r)における資源の消費量を予測する消費量予測部(211,221)と、保持されている資源の量を取得する資源量取得部(212,222)と、消費量と、保持されている資源の量と、に基づいて、資源を移動装置(100)に補充するために運転予定経路(403r)上において作業を中断する作業中断点(31,32)を生成することで、運転予定経路(403r)を分割する運転経路分割部(213)と、を備える、作業計画装置(20)。

Description

作業計画装置、作業計画装置の制御方法、および、その制御プログラム、ならびにドローン
　本願発明は、作業計画装置、作業計画装置の制御方法、および、その制御プログラム、ならびにドローンに関する。
　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。
　また、ドローンが保持して飛行するバッテリの蓄電量や、薬剤散布用ドローンにおいて散布される薬剤の貯留量は、飛行と共に減少する。バッテリや薬剤といった減少する資源を積載している場合、ドローンは、積載される資源が所定以下になると、エリア内の作業を適宜中断し、発着地点に帰還して資源を補充する。ドローンの使用者は、帰還したドローンに資源を補充するにあたり、効率的に補充の準備を行うため帰還するタイミングをあらかじめ知っておく必要がある。また、使用者が補充作業を行わない場合も、使用者が作業予定をあらかじめ把握するために、帰還する回数やタイミングを知ることができるとよい。そこで、エリア内においてあらかじめ計画されている運転予定経路に基づいて、作業を中断する位置や、資源の補充回数をあらかじめ予測し、使用者に通知可能な作業計画装置が必要とされている。
　特許文献３には、マップ情報記憶部を参照して、重量計測部により計測された重量の増加量が大きいほど、現在地からより近い範囲で安全度合が最も高い安全地を自律飛行の到達目標地点として設定する無人飛行体が開示されている。
　特許文献４には、UAVの重量計測値に応じてUAVの飛行可能距離を算出し、飛行ルートに沿ってUAVを飛行させた場合に必要なバッテリ容量を算出する無人飛行体が開示されている。
特許公開公報　特開２００１－１２０１５１ 特許公開公報　特開２０１７－１６３２６５ 特許公開公報　特開２０１７－２１８１４１ 特許公開公報　特開２０１８－３９４２０
　移動装置が移動する運転予定経路に基づいて、資源の補充計画をあらかじめ予測し、使用者に通知可能な作業計画装置を提供する。
　上記目的を達成するため、本発明の一の観点に係る作業計画装置は、保持される資源を減少させながら移動する移動装置の、運転予定経路における資源の消費量を予測する消費量予測部と、保持されている前記資源の量を取得する資源量取得部と、前記消費量と、保持されている前記資源の量と、に基づいて、前記資源を前記移動装置に補充するために前記運転予定経路上において作業を中断する作業中断点を生成することで、前記運転予定経路を分割する運転経路分割部と、を備える。
　前記資源の量は、前記移動装置を駆動するバッテリの蓄電量であってもよい。
　前記作業中断点の個数に基づいて、前記運転予定経路を移動するために必要なバッテリの補充回数を算出するように構成されていてもよい。
　前記バッテリの蓄電量と、前記移動装置の速度に基づいて、作業の開始から前記作業中断点に到達するまでの所要時間を算出するように構成されていてもよい。
　前記移動装置に搭載される前記バッテリの蓄電量によって前記移動装置が到達可能な地点を算出するように構成されていてもよい。
　前記バッテリの蓄電量、ならびに前記バッテリの劣化状態および温度に伴う容量変化の少なくともいずれかに基づいて、前記バッテリによって到達可能な地点を算出するように構成されていてもよい。
　前記消費量予測部は、前記移動装置の重量と、前記移動装置が消費する消費量の実績値と、前記運転予定経路の情報と、に基づいて、前記運転予定経路における消費量を予測するように構成されていてもよい。
　前記消費量予測部は、所定範囲の加速度を有する動作ごとの消費量の予測値を算出し、前記予測値を、前記運転予定経路において予定される加速度の変化に従って積算することで、前記運転予定経路における消費量を予測するように構成されていてもよい。
　前記消費量予測部は、所定範囲の移動速度を有する動作ごとの消費量の予測値を算出し、前記予測値を、前記運転予定経路において予定される移動速度の変化に従って積算することで、前記運転予定経路における消費量を予測するように構成されていてもよい。
　前記消費量予測部は、前記移動装置が行う動作の種類ごとの消費量の予測値を算出し、前記予測値を、前記運転予定経路において予定される動作に従って積算することで、前記運転予定経路における消費量を予測するように構成されていてもよい。
　前記動作の種類は、直進、旋回、上昇、下降、ホバリングおよび対象エリア外移動のいずれかを少なくとも含むように構成されていてもよい。
　前記作業中断点における前記資源の補充要否を判定する補充判定部をさらに備えるように構成されていてもよい。
　前記資源の量は、前記移動装置が対象エリアに散布するために貯留する薬剤の貯留量であり、前記資源量取得部は前記薬剤の貯留量を取得するように構成されていてもよい。
　前記消費量予測部は、対象エリアの面積と、前記薬剤に応じてあらかじめ定められた散布濃度と、に基づいて、対象エリア全体に散布される薬剤量を算出し、前記対象エリア全体に予定される運転予定経路長に対する、所定地点から前記運転予定経路上の各地点までの経路長の割合に基づいて、前記所定地点から前記運転予定経路上の各地点までの薬剤消費量を予測するように構成されていてもよい。
　前記消費量予測部は、前記薬剤の噴出流量の実績値と、前記実績値が対応する運転経路と、に基づいて、前記運転予定経路における前記薬剤の消費量を予測するように構成されていてもよい。
　前記運転予定経路において予測される前記薬剤の消費量と、補充される前記薬剤の量と、に基づいて、前記薬剤の補充回数を算出するように構成されていてもよい。
　前記薬剤の補充において、前記運転予定経路の終点である作業終了点までに必要な薬剤量を算出し、使用者に通知するように構成されていてもよい。
　前記移動装置に貯留されている前記薬剤の量と、前記移動装置の薬剤散布速度に基づいて、作業の開始から前記作業中断点に到達するまでの所要時間を算出するように構成されていてもよい。
　前記資源量取得部は、前記移動装置への前記薬剤の補充中において、前記移動装置に貯留されている薬剤の量を取得し、所定の薬剤量が前記移動装置に貯留されていると判定するとき、前記移動装置の作業開始を許可するように構成されていてもよい。
　前記作業中断点から前記資源を補充する発着地点までの帰還経路において、前記移動装置が前記薬剤を散布することを決定するように構成されていてもよい。
　前記作業中断点から前記資源を補充する発着地点までの帰還経路において、薬剤が既に散布されているか否かを判定し、未散布の経路がある場合は、当該未散布の経路において前記薬剤を散布することを決定する帰還散布計画部をさらに備えるように構成されていてもよい。
　前記帰還散布計画部は、前記帰還経路において散布が予想される薬剤の重量に基づいて、搭載されているバッテリにより前記移動装置が到達可能な地点を算出し、前記到達可能な地点に基づいて前記帰還経路を生成するように構成されていてもよい。
　前記移動装置が前記運転予定経路上を移動している状態において、前記移動装置を駆動するバッテリの貯留量が、基準地点から作業終了点までの前記残経路の予想消費電力に対して所定以上のとき、前記残経路における前記移動装置の移動速度を上昇させるように構成されていてもよい。
　移動速度を変更する速度変更命令を受信可能であり、前記運転経路分割部は、前記速度変更命令を受信するとき前記運転予定経路を分割する処理を行うように構成されていてもよい。
　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、作業計画装置により生成される作業中断点を受信して、前記作業中断点において作業を中断するドローンであって、前記作業計画装置は、上述のいずれかに記載の作業計画装置である。
　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、作業計画装置と、飛行制御部と、
を備えるドローンであって、前記作業計画装置は、上述のいずれかに記載の作業計画装置である。
　上記目的を達成するため、本発明の一の観点に係る作業計画装置の制御方法は、保持される資源を減少させながら移動する移動装置の作業を計画する作業計画装置の制御方法であって、前記移動装置の運転予定経路における資源の消費量を予測するステップと、保持されている前記資源の量を取得するステップと、前記消費量と、保持されている前記資源の量と、に基づいて、前記資源を前記移動装置に補充するために前記運転予定経路上において作業を中断する作業中断点を生成するステップと、を含む。
　上記目的を達成するため、本発明の一の観点に係る作業計画装置の制御プログラムは、保持される資源を減少させながら移動する移動装置の作業を計画する作業計画装置の制御プログラムであって、前記移動装置の運転予定経路における資源の消費量を予測する命令と、保持されている前記資源の量を取得する命令と、前記消費量と、保持されている前記資源の量と、に基づいて、前記資源を前記移動装置に補充するために前記運転予定経路上において作業を中断する作業中断点を生成する命令と、をコンピュータに実行させる。
　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。
　移動装置が移動する運転予定経路に基づいて、資源の補充計画をあらかじめ予測し、使用者に通知することができる。
本願発明に係るドローンの実施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。 上記ドローンが有する薬剤散布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、運転予定経路を飛行する様子を示す概念図である。 上記ドローンが有する、作業計画装置の機能ブロック図である。 上記作業計画装置がバッテリを交換する作業中断点を決定するフローチャートである。 上記作業計画装置が薬剤を補充する作業中断点を決定するフローチャートである。 上記作業計画装置が有する帰還散布計画部が、帰還経路を決定するフローチャートである。 上記作業計画装置が有する飛行計画変更部が、バッテリ蓄電量の残量に基づいて残経路の飛行速度を変更する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。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。
　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。
　図１乃至図５に示すように、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。各回転翼101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101-1a、101-1b、左前方に回転翼101-2a、101-2b、右後方に回転翼101-3a、101-3b、右前方に回転翼101-4a、101-4bがそれぞれ配置されている。なお、ドローン100は図１における紙面下向きを進行方向とする。
　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。モーター102は、推進器の例である。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。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状の構造である。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。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。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。操作器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てもよい。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ってもよい）。操作器401とドローン100はWi-Fi等による無線通信を行う。
　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なっていてもよい（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群と関連ソフトウェアであり、操作器401と携帯電話回線等で無線接続されていてもよい。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（進入経路）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ブロック図を示す。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であってよい。フライトコントローラー501は、操作器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。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が行われている。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、操作器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、充電式であってもよい。バッテリ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。バッテリ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であってもよい。
　フライトコントローラー501は、Wi-Fi子機503を介して、さらに、基地局404を介して操作器401とやり取りを行ない、必要な指令を操作器401から受信すると共に、必要な情報を操作器401に送信できる。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いてもよい。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。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・多重化されていてもよく、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されていてもよい。
　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。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）レーザーであってもよい。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てもよい。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。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。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、操作器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。
　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。表示手段は、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503は操作器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。
　ドローン100は、対象エリア内を運転予定経路に沿って飛行し、対象エリア上空において適宜の作業を行う。対象エリアは例えば圃場であり、ドローン100は、圃場を監視したり圃場に薬剤散布を行ったりする。しかし、ドローン100の移動につれて減少する資源、すなわちバッテリ502の蓄電量や薬剤の貯留量には搭載上限があるため、ドローン100は適宜作業を中断して資源を補充する必要がある。
　図8に示すように、発着地点406を出発したドローン100は、圃場403内に設定されている運転予定経路403rの始点、すなわち作業開始点30に到達する。ドローン100は、作業開始点30から、運転予定経路403rに沿って圃場403内を飛行する。ドローン100は、運転予定経路403r上に生成されている作業中断点31に到達すると、運転予定経路403r上の作業を中断し、帰還経路31aを通って発着地点406に帰還する。発着地点406において資源の補充が行われると、ドローン100は発着地点406を離陸し、作業中断点31に戻ると、運転予定経路403rに沿う飛行を再開する。本図においては、ドローン100は作業中断点32において再度作業を中断し、帰還経路32aを通って発着地点406に帰還して資源の補充を行う。ドローン100は、運転予定経路403rの終点である作業終了点40に到達すると、発着地点406に帰還し、運転予定経路403rにおける作業を完了する。
　図９に示すように、ドローン100は、運転予定経路403rに基づいて、作業中断点の位置や資源の補充回数をあらかじめ予測し、使用者に通知する作業計画装置20を有する。作業計画装置20は、ドローン100が飛行する運転予定経路403rの情報を有しており、運転予定経路403r上において適宜作業を中断し、当該資源を補充する計画を生成する。この構成によれば、使用者402は、補充する資源を必要な量だけあらかじめ準備することができるため、交換にかかる時間を短縮し、作業効率を向上させることができる。
　なお、作業計画装置20は、ドローン100と通信可能に構成されているドローン100とは別の構成であってもよく、例えば営農クラウド405上にあってもよい。ドローン100は、移動装置の例である。
　運転予定経路403rは、発着地点406から離陸し、対象エリア内を移動して所定の作業を行い、発着地点406に帰還するために計画される経路であり、ホバリング、加速運動、等速運動、減速運動が組み合わされ、ひいては直進、旋回、上昇、下降などの動作が連結されることにより構成されている。運転予定経路403rは、ドローン100が有する構成により生成されてもよいし、ドローン100と有線又は無線で接続される他の構成、例えば営農クラウド405上の構成により生成され、作業計画装置20が受信するように構成されていてもよい。
　作業計画装置20は、バッテリ補充計画部21と、薬剤補充計画部22と、帰還散布計画部23と、飛行計画変更部24と、通信処理部25と、を備える。
　バッテリ補充計画部21は、バッテリ502の交換のためにドローン100が作業を中断する作業中断点の位置およびバッテリ502の交換回数を算出する機能部である。
　バッテリ補充計画部21は、消費電力予測部211と、蓄電量取得部212と、運転経路分割部213と、バッテリ個数算出部214と、を有する。消費電力予測部211は、消費量予測部の例であり、蓄電量取得部212は、資源量取得部の例である。
　消費電力予測部211は、運転予定経路403rにおける消費電力を予測する機能部である。消費電力予測部211は、重量測定部211a、消費電力実績値取得部211b、運転経路取得部211c、および電力消費率算出部211dを有する。
　重量測定部211aは、ドローン100の総重量を測定する機能部である。重量測定部211aは、例えばドローン100の高度が変化しない状態において回転翼101が発揮する高さ方向の推力に基づいて、ドローン100の総重量を推定する。ドローン100の回転翼101が発揮する高さ方向の推力は、ドローン100の高度が変化しない状態において、ドローン100が受ける重力加速度と釣り合っているためである。
　また、重量測定部211aは、ドローン100の総重量のうち薬剤量のみが重量が変化し得るとみなして、薬剤量を推定した上でその他の構成の重量を加算することでドローン100の総重量を測定してもよい。また、重量測定部211aは、例えば薬剤タンク104内の液面高さを推定する機能を有していてもよい。重量測定部211aは、薬剤タンク104内に配置される液面計又は水圧センサー等を用いて薬剤の重量を推定してもよい。ドローン100が作業中の場合、重量測定部211aは、流量センサー510によって測定される薬剤タンク104からの吐出流量を積算して薬剤吐出量を求め、当初積載された薬剤量から薬剤吐出量を減算することにより、薬剤タンク104の重量を推定してもよい。本構成によれば、ドローン100の飛行状態に関わらず薬剤タンク104の重量を推定することができる。
　さらに、重量測定部211aは、着陸状態において、地面からの抗力に基づいて重量を測定する構成であっても、本発明の技術的範囲に含む。
　ドローン100の総重量が大きいほど、ドローン100の飛行に伴う消費電力は増大するため、ドローン100の総重量を考慮することで、より正確な消費電力予測が可能である。
　消費電力実績値取得部211bは、当該ドローン100の消費電力の実績値を取得する機能部である。消費電力の実績値とは、離陸直後にホバリングをしているドローン100においては、当該ホバリングにおける消費電力である。また、飛行中のドローン100においては、当該ドローン100が飛行する運転経路における消費電力を指す。飛行中のドローン100においては、発着地点406から消費電力の実績値の取得を行う地点までの消費電力であってもよいし、所定範囲の時間又は経路内における消費電力でもよい。ドローン100が飛行する圃場は気圧や風速が変化するため、ドローン100の消費電力を机上の計算により正確に算出することは困難である。そこで、消費電力を予測するにあたり過去の実績値を考慮することで、より正確な消費電力予測が可能である。
　運転経路取得部211cは、消費電力実績値取得部211bにより取得される消費電力の実績値に対応する運転経路を取得する機能部である。例えば、離陸直後にホバリングをしているドローン100においては、運転経路取得部211cに取得される運転経路はホバリングのみである。圃場403で作業中のドローン100においては、発着地点406から運転経路の取得を行う地点までにおけるすべての運転経路であってもよいし、所定範囲の時間における運転経路であってもよい。また、消費される電力が異なる動作として、加速移動、等速移動、および減速移動の動作を含むように、運転経路を選択してもよい。さらに、直進、旋回、上昇、下降、ホバリング又は圃場外移動等、それぞれ消費される電力が異なる所定の動作を含むように、運転経路を選択してもよい。なお、旋回は、ドローン100がその場で機首の向きを変える動作、および機首の向きを変えながらドローン100の位置が移動する動作を含む。旋回中の移動は、機首を進行方向に向けて移動する動作の他、後退する動作であってもよい。
　電力消費率算出部211dは、消費電力の実績値と、当該実績値に対応する運転経路に基づいて、ドローン100の動作に対する電力消費率を算出する機能部である。電力消費率算出部211dは、ドローン100の消費電力の実績値を運転経路の移動距離又は移動時間で除することにより、所定距離又は所定時間あたりの電力消費率を算出することができる。
　電力消費率算出部211dは、所定範囲の加速度を有する動作における消費電力の実績値と、当該実績値に対応する運転経路に基づいて、当該加速度を有する動作における電力消費率を算出してもよい。より具体的には、例えば、ドローン100の動作を加速度に応じて大別し、正の加速度をもつ移動を加速移動、負の加速度を持つ移動を減速移動、加速度が略ゼロの移動を等速移動とした上で、各移動を行った際の消費電力の実績値を求め、加速移動、減速移動および等速移動それぞれの電力消費率を算出してもよい。なお、加速度を大別する個数および各閾値はこれに限られるものではなく、例えば加速度を2以下又は4以上の段階に大別してそれぞれの消費電力を求めてもよい。ドローン100の消費電力は、特に加速度に応じて異なるため、加速度に応じた消費電力の実績値を求めることで、消費電力をより正確に予測することができる。
　また、電力消費率算出部211dは、所定範囲の移動速度を有する動作における消費電力の実績値と、当該実績値に対応する運転経路に基づいて、当該移動速度を有する動作における電力消費率を算出してもよい。ドローン100の消費電力は、移動速度に応じて異なるため、速度に応じた消費電力の実績値を求めることで、消費電力をより正確に予測することができる。
　また、電力消費率算出部211dは、ドローン100が行う動作の種類ごとの消費電力の予測値を算出してもよい。動作の種類とは、ドローン100が高頻度で行う加減速の動作の組み合わせ、すなわち直進、旋回、上昇、下降、ホバリングおよび圃場外移動の少なくともいずれかを含んでいてもよい。運転予定経路403rは、各動作を連結することにより構成されているため、電力消費率算出部211dが動作の種類ごとに予測値を算出することにより、後述する運転経路分割部213は、運転予定経路403rとして予定される動作に従って積算することで、運転予定経路403r上の各点における電力消費量の積算値を予測することができる。電力消費率算出部211dがより多くの種類の動作に対する電力消費率を算出することで、運転経路分割部213は、運転予定経路403rの電力消費量をより正確に予測可能である。
　電力消費率算出部211dは、加速移動および減速移動における正又は負の加速度の値に応じて電力消費率を算出してもよい。また、電力消費率算出部211dは、旋回の種類に応じて電力消費率を算出してもよい。旋回の種類は、ドローン100がその場で機首の向きを変える動作、および機首の向きを変えながらドローン100の位置が移動する動作がある。旋回中の移動は、機首を進行方向に向けて移動する動作の他、後退する動作であってもよい。また、電力消費率算出部211dは、旋回角度に応じて電力消費率を算出してもよい。なお、本実施形態では、旋回は機首の向きを変えるヨー回転を想定しているが、ロール回転又はピッチ回転を含んでもよい。
　また、電力消費率算出部211dは、ある所定の動作の消費電力率から、他の動作の消費電力率を推定する機能を有していてもよい。具体的には、例えばホバリング中の電力消費率を所定の計算式に代入することによって、加速移動、減速移動、等速移動としての直進、旋回、上昇、下降又は圃場外移動における電力消費率を推定してもよい。この構成によれば、ある種類の動作における消費電力の実績値のみしか取得できない場合においても、運転予定経路403rにおける各種動作の電力消費率を推定することができる。
　蓄電量取得部212は、バッテリ502に蓄電されている蓄電量を取得する機能部である。バッテリ502の蓄電量は、資源の補充なしにドローン100を動作可能なエネルギー量を指すものとする。バッテリ502は、一次電池、二次電池、又は燃料電池等どのような形式のエネルギー供給機構であってもよい。
　蓄電量取得部212はバッテリ502の蓄電量を計測する別の構成から情報を取得してもよいし、蓄電量取得部212自身がバッテリ502の蓄電量を計測してもよい。
　運転経路分割部213は、圃場内の運転予定経路403r上においてドローン100が資源を補充するために作業を中断する作業中断点を生成し、運転予定経路403rを作業中断点により区切られる複数の飛行ルートに分割する機能部である。資源の補充とは、バッテリ502の交換であってもよいし、バッテリ502の充電であってもよい。また、薬剤の補充であってもよく、搭載される薬剤タンクを、薬剤が十分貯留されている薬剤タンクに交換する作業であってもよい。
　運転経路分割部213は、運転予定経路403rとして予定される動作に従って、動作の種類ごとに求められた消費電力の予測値を積算する。運転経路分割部213は、予定される動作に対応する消費電力の予測値を作業開始点30又は作業中断点31,32から作業終了点40に向かって順次積算する。また、運転経路分割部213は、バッテリ502の蓄電量に基づいて到達可能な地点を算出し、当該地点を作業中断点とする。
　ドローン100は、作業中断点31,32で作業を中断すると、発着地点406まで帰還し、発着地点406において資源の補充を行う。そのため、運転経路分割部213は、発着地点406まで帰還可能な蓄電量を温存して、作業中断点31,32を生成する。なお、ドローン100は、発着地点406まで帰還せず、作業中断点31,32で資源の補充を行う構成であってもよい。
　また、運転経路分割部213は、バッテリ502の蓄電量に加えて、バッテリ502の劣化状態や温度に伴う容量変化の少なくともいずれかを考慮して到達可能地点を算出してもよい。この構成によれば、バッテリ502によって到達可能な地点を、より正確に算出することができる。この構成を実現するために、作業計画装置20は、バッテリ502の劣化状態や温度を測定する機能部、又はバッテリ502の劣化状態や温度を他の構成から取得する機能部を有していてもよい。
　運転経路分割部213は、圃場403内での作業で動作する各構成の消費電力を考慮して、中断作業点を生成してもよい。例えば、圃場403内で薬剤散布を行う場合は、ポンプ106の消費電力を積算する。また、圃場403内で撮影を行う場合は、マルチスペクトルカメラ512等の撮像可能な構成の消費電力を積算してもよい。
　バッテリ個数算出部214は、ドローン100が運転予定経路403rにおける作業を完了するために必要なバッテリの個数を算出する機能部である。バッテリ個数算出部214は、作業中断点の個数に基づいてバッテリの個数を算出してもよい。予備のバッテリ個数は、作業中断点の個数と同数である。算出されるバッテリの個数は、作業計画装置20が有する通信処理部25を通じて使用者402に通知される。バッテリ個数算出部214は、バッテリの個数に代えて、バッテリの充電回数を算出する機能部であってもよい。また、燃料電池における燃料タンクの個数であってもよい。
　バッテリ個数算出部214は、バッテリの交換を行う作業中断点に到達するまでの所要時間を計算し、通信処理部25を通じて使用者402に通知するように構成されていてもよい。所要時間を通知する構成によれば、使用者402があらかじめバッテリ交換の準備を行うことができるので、作業の利便性が高まる。
　運転経路分割部213により求められる作業中断点31,32の位置、およびバッテリ個数算出部214により求められるバッテリ502の個数は、通信処理部25を介して使用者402に通知される。通知は、操作器401の画面上への表示の他、音による通知であってもよい。また、ドローン100が有する構成を用いて、ドローン100自体が使用者402に通知を行う構成であってもよい。
　薬剤補充計画部22は、運転予定経路403rにおける薬剤散布作業を完了するために必要な、ドローン100に貯留される薬剤の補充のために作業を中断する地点、および補充回数を算出する機能部である。
　薬剤補充計画部22は、消費薬剤予測部221と、貯留量取得部222と、補充判定部223と、補充回数算出部224と、を有する。消費薬剤予測部221は消費量予測部の別の例であり、貯留量取得部222は資源量取得部の別の例である。
　消費薬剤予測部221は、運転予定経路403rにおいて消費される薬剤量を予測する機能部である。消費薬剤予測部221は、消費薬剤実績値算出部221aおよび薬剤消費率算出部221bを有する。
　消費薬剤実績値算出部221aは、当該ドローン100の薬剤消費量の実績値を取得する機能部である。薬剤消費量の実績値とは、圃場403で作業中のドローン100においては、当該ドローン100が飛行する運転経路中における薬剤消費量を指す。また、例えば離陸直後にホバリングをしているドローン100など、当該飛行中の実績値を取得できない場合においては、当該飛行前に行った薬剤散布の実績値であってもよい。薬剤消費量を予測するにあたり過去の実績値を考慮することで、より正確な消費量予測が可能である。
　薬剤消費率算出部221bは、ドローン100の薬剤消費率を算出する機能部である。ある圃場に散布される薬剤の散布量は、当該圃場の面積と、薬剤の種類によりあらかじめ定められた面積当たりの散布濃度により求めることができる。そこで、全体の運転予定経路長に対する所定地点から運転予定経路403r上の点までの経路長の割合から、散布された薬剤量を算出する。当該散布された薬剤量と、運転された経路長から、薬剤消費率を算出することができる。また、作業開始点30又は作業中断点31,32から運転予定経路403r上の各地点までの薬剤消費量の積算値を予測することができる。
　薬剤消費率算出部221bは、薬剤消費量の実績値と、実績値に対応する運転経路に基づいて、ドローン100の動作に対する薬剤消費率を算出してもよい。運転経路は、運転経路取得部211cにより取得される情報を用いる。薬剤消費率算出部221bは、ドローン100が行う動作の種類ごとの消費量の予測値を算出してもよい。動作の種類とは、例えば直進および旋回の少なくともいずれかを含む。後述する補充判定部223は、薬剤消費率算出部221bにより算出される動作の種類ごとの予測値を、運転予定経路403rとして予定される動作に従って積算することで、作業開始点30又は作業中断点31,32から運転予定経路403r上の各地点までの薬剤消費量の積算値を予測することができる。
　薬剤消費率算出部221bは、所定範囲の加速度を有する動作における薬剤消費量の実績値と、当該実績値に対応する運転経路に基づいて、当該加速度を有する動作における薬剤消費量を算出してもよい。より具体的には、例えば、ドローン100の動作を加速度に応じて大別し、正の加速度をもつ移動を加速移動、負の加速度を持つ移動を減速移動、加速度が略ゼロの移動を等速移動とした上で、各移動を行った際の薬剤消費量の実績値を求め、加速移動、減速移動および等速移動それぞれの薬剤消費率を算出してもよい。また、薬剤消費率算出部221bは、所定範囲の移動速度を有する動作における薬剤消費量の実績値と、当該実績値に対応する運転経路に基づいて、当該移動速度を有する動作における薬剤消費率を算出してもよい。
　貯留量取得部222は、薬剤タンク104における薬剤の現在の貯留量を推定する機能部である。貯留量取得部222は、重量測定部211aにより測定されるドローン100の重量から貯留量を推定してもよい。また、貯留量取得部222は、例えば薬剤タンク104内の液面高さを推定する機能を有していてもよい。貯留量取得部222は、薬剤タンク104内に配置される液面計又は水圧センサー等を用いて貯留量を推定してもよい。ドローン100が作業中の場合は、貯留量取得部222は、流量センサー510によって測定される薬剤タンク104からの吐出流量を積算して薬剤吐出量を求め、当初積載された薬剤量から薬剤吐出量を減算することにより、貯留量を推定してもよい。
　また、貯留量取得部222は、飛行中の他、薬剤の補充中であっても薬剤の貯留量を推定することができる。貯留量取得部222は、薬剤タンク104内の薬剤量が後述する必要薬剤量以上となっているとき、ドローン100の離陸を許可するように構成されていてもよい。この構成によれば、必要薬剤量の注入を確実に行ってから離陸することができる。また、必要薬剤量に関わらず満タンなど所定量の注入を検知して離陸許可を行う構成に比べて、必要な量のみが注入されれば離陸することができるので、薬剤を過剰に注入することがない。
　補充判定部223は、バッテリ502の蓄電量に基づいて生成される各作業中断点において、薬剤の補充要否を判定する機能部である。具体的には、補充判定部223は、各作業中断点において薬剤タンク104内に貯留される薬剤量を予測した上で、次の作業中断点又は作業終了点40までに薬剤の残量が０又は所定以下になるか否かを判定する。次の作業中断点又は作業終了点40までに薬剤の残量が０又は所定以下になる場合は、当該作業中断点で薬剤の補充が必要であると判定する。バッテリ502の交換と同時に薬剤を補充することで、バッテリ502の交換と薬剤の補充を別々のタイミングで行う構成に比べて、作業の中断回数を減らすことができる。また、この構成では、薬剤の貯留量が次の作業中断点まで散布可能である場合は、当該作業中断点における薬剤補充を行わない。したがって、すべての作業中断点で薬剤を補充する構成に比べて、薬剤の補充回数を減らすことができる。
　補充判定部223は、作業中断点で補充される薬剤の量に基づいて、当該作業中断点の次の作業中断点における薬剤補充の要否を判定する。補充される薬剤の量に応じて、散布可能な地点が決定されるためである。補充される薬剤の量は、あらかじめ記憶されている所定量としてもよい。また、補充判定部223は、次の作業中断点31,32又は作業終了点40までに必要な薬剤の量（以下、「必要薬剤量」ともいう。）を算出し、使用者402に通知してもよい。この構成によれば、薬剤を必要な量だけ補充することができるため、不要な量の薬剤を投入することによる、作業終了後に薬剤を排出する手間を軽減することができる。また、不要な量の薬剤の運搬をしなくて済むため、消費電力を節約することができる。
　なお、薬剤補充計画部22は、薬剤を補充するための作業中断点を別途生成する機能部を有していてもよい。この構成は、薬剤タンク104内の貯留量が十分少なくなったときにのみ薬剤を補充できるので、薬剤の補充回数を減らしたい場合には有用である。また、この構成によれば、特にバッテリ502の蓄電量に基づいて生成される作業中断点で薬剤を補充しても、次の作業中断点又は作業終了点40までに薬剤が不足するような場合であっても、適切なタイミングで薬剤を補充することができる。
　補充回数算出部224は、ドローン100が運転予定経路403rにおける作業を完了するために必要な薬剤の補充回数を算出する機能部である。補充回数算出部224は、補充判定部233により薬剤の補充が必要であると判断される作業中断点の個数に基づいて、補充回数を算出する。また、薬剤を補充するための作業中断点が別途生成される場合は、その数を加算する。算出される薬剤の補充回数は、バッテリ502の個数を通知する場合と同様、通信処理部25を通じて使用者402に通知される。補充回数算出部224は、薬剤の補充を行う作業中断点に到達するまでの所要時間を計算し、通信処理部25を通じて使用者402に通知するように構成されていてもよい。所要時間を通知する構成によれば、使用者402があらかじめ薬剤補充の準備を行うことができるので、作業の利便性が高まる。
　帰還散布計画部23は、作業中断点31,32から発着地点406までの経路、すなわち帰還経路において、薬剤を散布するか否かを決定する機能部である。ドローン100は、作業中断点31,32から圃場403の端部、例えば作業開始点30又は作業終了点40まで移動し、圃場403外に出て発着地点406まで移動する。作業開始点30又は作業終了点40から発着地点406までの経路は、作業の中断に関わらず飛行が想定されている経路であるため、既に想定されている経路で圃場外を飛行することにより、別の経路を飛行する場合と比較して、使用者に安心感を与えることができる。
　ドローン100は、圃場403内においては、少なくとも部分的に運転予定経路403rに沿って移動して、作業開始点30又は作業終了点40に移動する。そこで、帰還散布計画部23は、帰還経路31a,32a(図8参照)における薬剤の散布状況を参照し、薬剤が未散布の経路がある場合は、当該未散布の経路において薬剤を散布することを決定する。この構成によれば、帰還のための時間を薬剤散布にあてることができるため、総作業時間を短縮することができる。なお、薬剤の散布状況の参照を行わずに帰還経路での散布を決定する態様であっても、本発明の技術的範囲に含む。散布状況の参照を行わないことで、計算負担を軽減し、ひいては作業時間を短縮することができる。
　帰還散布計画部23は、帰還経路上に薬剤が未散布の経路がある場合、帰還経路において予想される薬剤の散布重量に基づいて、帰還経路を変更する機能を有していてもよい。薬剤が散布される場合、ドローン100の総重量が移動と共に減少するため、薬剤散布を行わずに帰還する場合に比べて少ない消費電力で飛行可能である。言い換えれば、バッテリ502でより長い距離を飛行可能である。そこで、帰還散布計画部23は、薬剤散布によって減少する総重量を考慮して、より長い経路の帰還経路を生成してもよい。特に、圃場403内の経路を長くし、より多くの薬剤を散布しながら帰還するように構成するとよい。この構成によれば、バッテリ502の蓄電量を限界まで消費して帰還することができる。
　飛行計画変更部24は、ドローン100が移動している状態において、ドローン100の飛行速度を変更する機能部である。例えば、飛行計画変更部24は、バッテリ502の蓄電量が、ドローン100が現在いる地点から作業終了点40までの残経路の予想消費電力に対して所定以上のとき、すなわちバッテリ502の蓄電量に余剰があるとき、残経路におけるドローン100の移動速度を上昇させる。残経路におけるドローン100の移動速度は、バッテリ502の蓄電量に応じて決定される。具体的には、蓄電量が多いほど、残経路の移動速度は速い。ドローン100が移動速度を上昇させることで、ドローン100の作業時間を短縮することができる。すなわち、本構成によれば、バッテリ502の蓄電量を残存させることなくドローン100を最大限動作させて作業を行い、作業を効率化することができる。
　なお、ドローン100には最大飛行速度が規定されているため、残経路におけるドローン100の移動速度は、ドローン100の最大飛行速度を超えない範囲で、残経路の経路長に基づいて決定される。言い換えれば、残経路における消費電力の予測値は、ドローン100の移動速度と、残経路の経路長に基づいて決定される。
　また、飛行計画変更部24は、圃場外移動の速度を上昇させるように構成されていてもよい。このとき、使用者402に別途の通知を行うことで、想定外の飛行を不安に感じる使用者402を、より安心させることができる。
　また、飛行計画変更部24は、使用者402からの速度変更命令に基づいて、ドローン100の移動速度を変更することが可能であってもよい。速度変更命令は、例えば操作器401を介して作業計画装置20に伝達される。例えば、ドローン100が通常の計画通りの速度で移動および散布する「ノーマルモード」と、ノーマルモードよりも速い速度で移動および散布する「スピード散布モード」とが、使用者402からの命令に基づいて切替可能に構成されていてもよい。このモードの切替は、離陸前、離陸直後のホバリング状態、圃場外移動、および圃場内作業中のいずれでも可能である。モードの切替が行われると、バッテリ補充計画部21および薬剤補充計画部22は、補充計画の再計算を行い、運転経路分割部213による運転予定経路403rの分割処理や、補充判定部223による補充要否の判定を行う。
●作業計画装置がバッテリを交換する作業中断点を決定するフローチャート
　作業計画装置20は、例えば、ドローン100がホバリングしているときに、作業中断点を決定する一連の工程を開始する。一連の工程は、発着地点406において離陸した直後のホバリング中に行う他、運転予定経路403r上の飛行中におけるホバリング中に行う場合もある。また、バッテリ502による到達可能地点が変化するような要因が生じたことを検知して、ホバリングを行い、作業中断点の見直しを行うように構成されていてもよい。到達可能地点が変化するような要因は、例えば強風の発生や気圧低下等であってもよい。また、ホバリングに代えて、着陸した状態で作業中断点を決定する工程を行ってもよい。
　図10に示すように、まず、重量測定部211aは、ドローン100の総重量を測定する（S11)。総重量の測定は、前述したとおり、ホバリング中にドローン100の回転翼101が発揮する高さ方向の推力が重力加速度と釣り合っていることを利用してもよいし、薬剤タンク104内の薬剤貯留量に基づいてもよい。また、着陸状態において、地面からの抗力に基づいて重量を測定する構成であっても、本発明の技術的範囲に含む。
　消費電力実績値取得部211bは、当該ドローン100の消費電力の実績値を取得する（S12）。
　運転経路取得部211cは、取得される消費電力の実績値に対応する運転経路を取得する（S13）。
　なお、ステップS11乃至S13は順不同であり、同時に行われてもよい。
　電力消費率算出部211dは、消費電力の実績値、および実績値に対応する運転経路に基づいて、当該ドローン100の加速度又は速度に応じて、もしくは動作の種類ごとに電力消費率を算出する（S14）。
　蓄電量取得部212は、ドローン100に現在搭載されているバッテリ502の蓄電量を取得する（S15)。なお、ステップS15は、ステップS11乃至S14の後に行われてもよいし、ステップS11乃至S14の前、又はステップS11乃至S14と同時に行われてもよい。
　運転経路分割部213は、電力消費率およびバッテリ502の蓄電量に基づいて、運転予定経路403r上においてドローン100が到達可能な地点を推定する（S16）。次いで、運転経路分割部213は、当該バッテリ502の蓄電量により運転予定経路403rの作業終了点40まで到達可能か否かを判定する（S17）。
　バッテリ502の蓄電量では作業終了点40まで到達することができないと判定される場合、運転経路分割部213は当該到達可能な運転予定経路403r上の地点を作業中断点31に決定し、作業中断点31までの飛行ルートを確定する（S18）。
　運転経路分割部213は、バッテリ交換後のドローン100が到達可能な運転予定経路403r上の地点を、新たに搭載されているバッテリの蓄電量に基づいて推定する（S19）。次いで、ステップS17に戻り、運転経路分割部213は、当該バッテリの蓄電量により作業中断点31から運転予定経路403rの作業終了点40まで到達可能か否かを判定する。以降、作業終了点40までの飛行ルートが確定されるまで、ステップS17乃至19の処理を繰り返す。ステップS17において作業終了点40まで到着可能と判定される場合、運転経路分割部213は新たな作業中断点を生成せず、作業終了点40までの運転予定経路403rを飛行ルートとして確定する（S20）。
　次いで、作業計画装置20は、作業中断点31,32の位置と、作業終了点40に到達するまでに必要なバッテリ個数および到達するまでの所要時間を使用者に通知する（S21）。なお、1個の作業中断点が確定するごとに、その都度使用者に通知する構成であってもよい。
●作業計画装置が薬剤補充を行う作業中断点を決定するフローチャート
　薬剤補充を行う作業中断点を決定する一連の工程は、バッテリ交換を行う作業中断点を決定する工程と同時に、又はバッテリ交換を行う作業中断点を決定する工程に続いて行われる。
　図11に示すように、まず、消費薬剤実績値算出部221aは、当該ドローン100の薬剤消費量の実績値を取得する（S31）。
　運転経路取得部211cは、取得される消費電力の実績値に対応する運転経路を取得する（S32）。
　なお、ステップS31およびS32は順不同であり、同時に行われてもよい。
　薬剤消費率算出部221bは、消費量の実績値、および実績値に対応する運転経路に基づいて、当該ドローン100の動作の種類ごとに薬剤消費率を算出する（S33）。
　貯留量取得部222は、ドローン100に現在搭載されている薬剤タンク104の薬剤貯留量を取得する（S34)。なお、ステップS34は、ステップS31およびS32の後に行われてもよいし、ステップS31およびS32の前、又はステップS31およびS32と同時に行われてもよい。
　補充判定部223は、薬剤消費率および薬剤タンク104の薬剤貯留量に基づいて、作業終了点40まで薬剤を散布可能か否か判定する（S35）。
　貯留されている薬剤の量では作業終了点40まで散布することができないと判定される場合、補充判定部223は、直近の作業中断点31の位置を参照し、直近の作業中断点31まで薬剤散布が可能か否か判定する（S36）。直近の作業中断点31とは、判定対象の位置から運転予定経路403r上最も近くに設定されている作業中断点である。貯留されている薬剤の量では直近の作業中断点31まで散布することができない場合、作業計画装置20は、貯留されている薬剤が0又は所定以下になる地点を、新たな作業中断点として設定し（S37）、ステップS35に戻る。
　直近の作業中断点31までの薬剤散布が可能である場合、補充判定部223は、薬剤散布ができない作業中断点に到達するまで、運転予定経路403r上の次の作業中断点まで薬剤散布が可能か否かを判定するステップS38を繰り返す。次の作業中断点まで散布ができない地点を判定すると、補充判定部223は当該作業中断点での薬剤補充を行うことを決定し（S39）、ステップS35に戻る。以降ステップS35乃至S39を繰り返し、作業終了点40まで薬剤を散布するために必要な、薬剤補充を行う作業中断点を決定する。
　作業終了点40まで散布可能と判定される場合、補充判定部223は、新たな薬剤補充を行わない旨の決定をする（S40）。作業計画装置20は、薬剤補充を行う作業中断点31,32の位置と、作業終了点40に到達するまでに必要な薬剤量、ならびに作業中断点31,32,および作業終了点40に到達するまでの所要時間を、使用者に通知する（S41)。なお、1個の作業中断点31,32が確定するごとに、その都度使用者に通知する構成であってもよい。
　なお、薬剤補充をする際、薬剤タンク104内の薬剤量を貯留量取得部222により適宜取得し、必要薬剤量が貯留されているか否かを判定してもよい。貯留量取得部222は、薬剤タンク104内の薬剤量が必要薬剤量以上となっているとき、ドローン100の作業開始、すなわち離陸を許可する。
●帰還散布計画部が帰還経路を決定するフローチャート
　図12に示すように、ドローン100が発着地点406に帰還することが決定している地点を基準に、帰還散布計画部23は、発着地点406までの帰還経路を仮生成する（S51）。当該地点は、作業中断点31,32又は作業終了点40である他、作業計画装置20により設定される作業中断点31,32以外において、不測の事態により圃場403から退避する地点であってもよい。
　次いで、帰還散布計画部23は、作業中断点31,32から作業開始点30又は作業終了点40までの帰還経路において、薬剤散布されていない経路があるか否かを判定する（S52）。帰還経路において、薬剤散布されていない経路がない場合、帰還散布計画部23は、帰還経路には散布せず、発着地点406へ帰還することを決定する（S53）。
　作業中断点31,32から作業開始点30又は作業終了点40までの帰還経路において、薬剤散布されていない経路がある場合、帰還散布計画部23は、当該経路における薬剤散布を決定する（S54）。また、予定される薬剤の散布量に基づいて、帰還経路を変更する（S55）。
●飛行計画変更部が残経路の飛行速度を決定するフローチャート
　図13に示すように、まず、飛行計画変更部24は、運転予定経路403r上の基準地点から作業終了点までの残経路における消費電力を算出する（S61）。基準地点は、ドローン100が圃場403内を飛行している場合にはドローン100の現在位置であってもよい。また、所定時間後に到達が予想される地点を基準地点として、基準地点に到達する前に飛行速度を決定するように構成されていてもよい。この構成によれば、ドローン100が基準地点への到達前に加速を開始することができるので、基準地点においてより目標速度に近い速度を発揮することができる。また、目標速度で飛行させるドローン100が圃場403外の地点、例えば発着地点406にいる場合に、基準地点を運転予定経路403rに沿って順次移動させ、各地点における飛行速度をそれぞれ決定するように構成されていてもよい。
　蓄電量取得部212は、バッテリ502の蓄電量を算出する（S62）。なお、ステップS61及びS62は順不同であり、同時に行ってもよい。
　飛行計画変更部24は、残経路で予想される消費電力に対して、バッテリ502の蓄電量の余剰が所定以上であるか否かを判定する（S63）。蓄電量の残量が所定未満である場合、飛行計画変更部24は、処理を終了する。蓄電量の残量が所定以上である場合、飛行計画変更部24は、残量に基づいて残経路におけるドローン100の飛行速度を上昇させる（S64）。
　本発明に係る作業計画装置によれば、移動装置が移動する運転予定経路に基づいて、作業を中断する位置や、資源の補充回数をあらかじめ予測し、使用者に通知することができる。
　なお、本説明においては、薬剤散布用ドローンおよび運搬用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、自律飛行を行うドローンの作業計画装置全般に適用可能である。また、ドローンに限らず、自律的に移動する移動装置の作業計画装置全般に適用可能である。
（本願発明による技術的に顕著な効果）
　本発明に係る作業計画装置においては、移動装置が移動する運転予定経路に基づいて、作業を中断する位置や、資源の補充回数をあらかじめ予測し、使用者に通知することができる。

 

Claims (28)

  1. 　保持される資源を減少させながら移動する移動装置の、運転予定経路における資源の消費量を予測する消費量予測部と、
    　保持されている前記資源の量を取得する資源量取得部と、
    　前記消費量と、保持されている前記資源の量と、に基づいて、前記資源を前記移動装置に補充するために前記運転予定経路上において作業を中断する作業中断点を生成することで、前記運転予定経路を分割する運転経路分割部と、
    を備える、作業計画装置。
     
  2. 　前記資源の量は、前記移動装置を駆動するバッテリの蓄電量である、
    請求項１記載の作業計画装置。
     
  3. 　前記作業中断点の個数に基づいて、前記運転予定経路を移動するために必要なバッテリの補充回数を算出する、
    請求項２記載の作業計画装置。
     
  4. 　前記バッテリの蓄電量と、前記移動装置の速度に基づいて、作業の開始から前記作業中断点に到達するまでの所要時間を算出する、
    請求項２又は３記載の作業計画装置。
     
  5. 　前記移動装置に搭載される前記バッテリの蓄電量によって前記移動装置が到達可能な地点を算出する、
    請求項２乃至４のいずれかに記載の作業計画装置。
     
  6. 　前記バッテリの蓄電量、ならびに前記バッテリの劣化状態および温度に伴う容量変化の少なくともいずれかに基づいて、前記バッテリによって到達可能な地点を算出する、
    請求項５記載の作業計画装置。
     
  7. 　前記消費量予測部は、前記移動装置の重量と、前記移動装置が消費する消費量の実績値と、前記運転予定経路の情報と、に基づいて、前記運転予定経路における消費量を予測する、
    請求項１乃至６のいずれかに記載の作業計画装置。
     
  8. 　前記消費量予測部は、所定範囲の加速度を有する動作ごとの消費量の予測値を算出し、
    　前記予測値を、前記運転予定経路において予定される加速度の変化に従って積算することで、前記運転予定経路における消費量を予測する、
    請求項１乃至７のいずれかに記載の作業計画装置。
     
  9. 　前記消費量予測部は、所定範囲の移動速度を有する動作ごとの消費量の予測値を算出し、
    　前記予測値を、前記運転予定経路において予定される移動速度の変化に従って積算することで、前記運転予定経路における消費量を予測する、
    請求項１乃至８のいずれかに記載の作業計画装置。
     
  10. 　前記消費量予測部は、前記移動装置が行う動作の種類ごとの消費量の予測値を算出し、
    　前記予測値を、前記運転予定経路において予定される動作に従って積算することで、前記運転予定経路における消費量を予測する、
    請求項１乃至９のいずれかに記載の作業計画装置。
     
  11. 　前記動作の種類は、直進、旋回、上昇、下降、ホバリングおよび対象エリア外移動のいずれかを少なくとも含む、
    請求項１０記載の作業計画装置。
     
  12. 　前記作業中断点における前記資源の補充要否を判定する補充判定部をさらに備える、
    請求項１乃至１１のいずれかに記載の作業計画装置。
     
  13. 　前記資源の量は、前記移動装置が対象エリアに散布するために貯留する薬剤の貯留量であり、前記資源量取得部は前記薬剤の貯留量を取得する、
    請求項１乃至１２のいずれかに記載の作業計画装置。
     
  14. 　前記消費量予測部は、対象エリアの面積と、前記薬剤に応じてあらかじめ定められた散布濃度と、に基づいて、対象エリア全体に散布される薬剤量を算出し、前記対象エリア全体に予定される運転予定経路長に対する、所定地点から前記運転予定経路上の各地点までの経路長の割合に基づいて、前記所定地点から前記運転予定経路上の各地点までの薬剤消費量を予測する、
    請求項１３記載の作業計画装置。
     
  15. 　前記消費量予測部は、前記薬剤の噴出流量の実績値と、前記実績値が対応する運転経路と、に基づいて、前記運転予定経路における前記薬剤の消費量を予測する、
    請求項１３又は１４のいずれかに記載の作業計画装置。
     
  16. 　前記運転予定経路において予測される前記薬剤の消費量と、補充される前記薬剤の量と、に基づいて、前記薬剤の補充回数を算出する、
    請求項１３乃至１５のいずれかに記載の作業計画装置。
     
  17. 　前記薬剤の補充において、前記運転予定経路の終点である作業終了点までに必要な薬剤量を算出し、使用者に通知する、
    請求項１６記載の作業計画装置。
     
  18. 　前記移動装置に貯留されている前記薬剤の量と、前記移動装置の薬剤散布速度に基づいて、作業の開始から前記作業中断点に到達するまでの所要時間を算出する、
    請求項１３乃至１７のいずれかに記載の作業計画装置。
     
  19. 　前記資源量取得部は、前記移動装置への前記薬剤の補充中において、前記移動装置に貯留されている薬剤の量を取得し、所定の薬剤量が前記移動装置に貯留されていると判定するとき、前記移動装置の作業開始を許可する、
    請求項１３乃至１８のいずれかに記載の作業計画装置。
     
  20. 　前記作業中断点から前記資源を補充する発着地点までの帰還経路において、前記移動装置が薬剤を散布することを決定する、
    請求項１乃至１９のいずれかに記載の作業計画装置。
     
  21. 　前記作業中断点から前記資源を補充する発着地点までの帰還経路において、薬剤が既に散布されているか否かを判定し、未散布の経路がある場合は、当該未散布の経路において前記薬剤を散布することを決定する帰還散布計画部をさらに備える、
    請求項１乃至２０のいずれかに記載の作業計画装置。
     
  22. 　前記帰還散布計画部は、前記帰還経路において散布が予想される薬剤の重量に基づいて、搭載されているバッテリにより前記移動装置が到達可能な地点を算出し、前記到達可能な地点に基づいて前記帰還経路を生成する、
    請求項２１記載の作業計画装置。
     
  23. 　前記移動装置が前記運転予定経路上を移動している状態において、前記移動装置を駆動するバッテリの貯留量が、基準地点から作業終了点までの残経路の予想消費電力に対して所定以上のとき、前記残経路における前記移動装置の移動速度を上昇させる、
    請求項１乃至２２のいずれかに記載の作業計画装置。
     
  24. 　移動速度を変更する速度変更命令を受信可能であり、前記運転経路分割部は、前記速度変更命令を受信するとき前記運転予定経路を分割する処理を行う、
    請求項１乃至２３のいずれかに記載の作業計画装置。
     
  25. 　作業計画装置により生成される作業中断点を受信して、前記作業中断点において作業を中断するドローンであって、
    　前記作業計画装置は、請求項１乃至２４のいずれかに記載の作業計画装置である、ドローン。
     
  26. 　作業計画装置と、
    　飛行制御部と、
    を備えるドローンであって、
    　前記作業計画装置は、請求項１乃至２４のいずれかに記載の作業計画装置である、ドローン。
     
  27. 　保持される資源を減少させながら移動する移動装置の作業を計画する作業計画装置の制御方法であって、
    　前記移動装置の運転予定経路における資源の消費量を予測するステップと、
    　保持されている前記資源の量を取得するステップと、
    　前記消費量と、保持されている前記資源の量と、に基づいて、前記資源を前記移動装置に補充するために前記運転予定経路上において作業を中断する作業中断点を生成するステップと、
    を含む、作業計画装置の制御方法。
     
  28. 　保持される資源を減少させながら移動する移動装置の作業を計画する作業計画装置の制御プログラムであって、
    　前記移動装置の運転予定経路における資源の消費量を予測する命令と、
    　保持されている前記資源の量を取得する命令と、
    　前記消費量と、保持されている前記資源の量と、に基づいて、前記資源を前記移動装置に補充するために前記運転予定経路上において作業を中断する作業中断点を生成する命令と、
    をコンピュータに実行させる、作業計画装置の制御プログラム。

     
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