WO2020171229A1 - ドローン操縦機、および、操縦用プログラム - Google Patents

ドローン操縦機、および、操縦用プログラム Download PDF

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WO2020171229A1
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drone
paragraph
flight
command
program
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了 宮城
千大 和氣
洋 柳下
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株式会社ナイルワークス
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    • G08G5/0047—Navigation or guidance aids for a single aircraft
    • G08G5/0069—Navigation or guidance aids for a single aircraft specially adapted for an unmanned aircraft

Definitions

  • the present invention relates to an autonomous flight drone flight controller and a flight control program.
  • Non-Patent Document 1 a conventional control device (for example, Non-Patent Document 1) provided with a control stick (joystick) is suitable for free control of a drone, it is complicated to operate as a drone operating means to fly autonomously. Met.
  • a similar problem was encountered with a control program using a smartphone or tablet equipped with a GUI imitating a conventional control device. Especially in the case of agricultural drones, the problem was great because the operator was not a drone expert.
  • the invention of the present application is a maneuvering machine for controlling a drone that autonomously flies by computer control, including a rotary wing driven by a thrust generator, and the operation screen of the maneuvering machine is a field where the drone flies.
  • the present invention solves the above problem by providing a pilot aircraft according to paragraph 0008, in which a current position of the drone is displayed in a map information display area in which the map information is displayed.
  • the present invention solves the above problem by providing a pilot aircraft according to paragraph 0008 or paragraph 0009, in which the emergency response button is translucent and is displayed in a superimposed manner on the front surface of the map information.
  • the present invention solves the above-mentioned problems by providing a pilot aircraft according to paragraph 0008, paragraph 0009, or paragraph 0010 in which the emergency response button occupies one-fifth or more of the operation screen.
  • the emergency response button transmits a thrust generator emergency stop command when a predetermined operation is performed a predetermined number of times or more within a predetermined time, paragraph 0008, paragraph 0009, paragraph 0010, or The above problem is solved by providing a pilot aircraft according to paragraph 0011.
  • the present invention transmits a thrust generator emergency stop command when the emergency response button is pressed for a predetermined time or longer, paragraph 0008, paragraph 0009, paragraph 0010, paragraph 0011, or paragraph 0012.
  • the above problem is solved by providing the described pilot.
  • the invention of the present application is the paragraph 0008, the paragraph 0009, the paragraph 0010, the paragraph 0011, the paragraph 0012, or the paragraph 0013, wherein the emergency response button is arranged at a position more than a predetermined distance from the edge of the operation screen.
  • the present invention provides the pilot aircraft according to paragraph 0008, paragraph 0009, paragraph 0010, paragraph 0011, paragraph 0012, paragraph 0013, or paragraph 0014, in which the operation screen further includes buttons for altitude adjustment. By doing so, the above problem is solved.
  • the route information includes at least two routes including a route prioritizing a short working time, a route prioritizing low battery consumption, and a route prioritizing uniformity of chemical spraying.
  • the above problem is solved by providing a piloting machine according to paragraph 0008, paragraph 0009, paragraph 0010, paragraph 0011, paragraph 0012, paragraph 0013, paragraph 0014, or paragraph 0015, which includes a selectable route to be used. To do.
  • the operation screen includes an airframe status display area for displaying the current status of the drone including any one or more of preparation for flight, replenishment of medicines, and takeoff. , Paragraph 0010, paragraph 0011, paragraph 0012, paragraph 0013, paragraph 0014, paragraph 0015, or paragraph 0016 to solve the above problems.
  • the operation screen includes a flight status display area for displaying a flight status including any one or more of flight time, coordinates, flight speed, and altitude of the drone, paragraph 0008, paragraph 0009, paragraph
  • a flight status display area for displaying a flight status including any one or more of flight time, coordinates, flight speed, and altitude of the drone, paragraph 0008, paragraph 0009, paragraph
  • the above problem is solved by providing a pilot aircraft according to any one of 0010, paragraph 0011, paragraph 0012, paragraph 0013, paragraph 0014, paragraph 0015, paragraph 0016, or paragraph 0017.
  • the operation screen includes a peripheral device status display area that displays a peripheral device status including any one or more of a battery remaining amount, a spraying pump condition, a medicine remaining amount, and a communication condition of the drone.
  • a peripheral device status display area that displays a peripheral device status including any one or more of a battery remaining amount, a spraying pump condition, a medicine remaining amount, and a communication condition of the drone.
  • the operation screen displays information on the position and size of an obstacle registered in advance, paragraph 0008, paragraph 0009, paragraph 0010, paragraph 0011, paragraph 0012, paragraph 0013, paragraph 0014, paragraph
  • the present invention further comprises a position detection unit that detects the position of the pilot, and a field selection screen that is displayed before the screen transitions to the operation screen and that selects a specific field from a plurality of fields.
  • a position detection unit that detects the position of the pilot
  • a field selection screen that is displayed before the screen transitions to the operation screen and that selects a specific field from a plurality of fields.
  • Paragraph 0008, Paragraph 0009, Paragraph 0010, Paragraph 0008, a warning is displayed when the selection of a field separated from the position detected by the position detection unit is a predetermined distance or more is prohibited, or a field separated by a predetermined distance or more is selected.
  • the problem is solved by providing a pilot aircraft according to any one of 0011, paragraph 0012, paragraph 0013, paragraph 0014, paragraph 0015, paragraph 0016, paragraph 0017, paragraph 0018, paragraph 0019, or paragraph 0020.
  • the present invention is a program for controlling a drone that autonomously flies by computer control, including a rotary wing driven by a thrust generation unit, and a command for displaying map information of a field where the drone flies. And a command for displaying route information of the drone, and a command for displaying an emergency response button for instructing the drone to perform at least one of hovering and stopping of the thrust generator.
  • the present invention solves the above problem by providing a program according to paragraph 0022, which includes an instruction to display the current position of the drone in a map information display area in which the map information is displayed.
  • the present invention provides the program according to paragraph 0022 or paragraph 0023, which includes a command to display the emergency response button in a semi-transparent manner and a command to display the emergency stop button on the front surface of the map information in an overlapping manner.
  • the present invention solves the above problem by providing the program described in paragraph 0022, paragraph 0023, or paragraph 0024 in which the emergency response button occupies one-fifth or more of the screen.
  • the present invention includes a command for transmitting a thrust generator emergency stop command to the corresponding button when a predetermined operation is performed a predetermined number of times or more within a predetermined time, paragraph 0022, paragraph 0023, paragraph 0024, Alternatively, the above problem can be solved by providing the program described in paragraph 0025.
  • the present invention includes a command for transmitting a thrust generator emergency stop command when the emergency response button is pressed for a predetermined time or more, paragraph 0022, paragraph 0023, paragraph 0024, paragraph 0025, or The above problem is solved by providing the program described in paragraph 0026.
  • the invention of the present application is the paragraph 0022, the paragraph 0023, the paragraph 0024, the paragraph 0025, the paragraph 0026, or the paragraph 0027, which includes an instruction to arrange the emergency response button at a position more than a predetermined distance from the edge of the screen.
  • the present invention further includes an instruction to display a button for altitude adjustment,
  • the above problem is solved by providing the program described in paragraph 0022, paragraph 0023, paragraph 0024, paragraph 0025, paragraph 0026, paragraph 0027, or paragraph 0028.
  • the route information includes at least two routes including a route prioritizing a short working time, a route prioritizing low battery consumption, and a route prioritizing uniformity of chemical spraying.
  • the above problem is provided by providing the program according to paragraph 0022, paragraph 0023, paragraph 0024, paragraph 0025, paragraph 0026, paragraph 0027, paragraph 0028, or paragraph 0029, which includes an instruction for allowing the user to select a route to be used. To solve.
  • the present invention includes a command to display an airframe status display area that displays the current status of the drone including any one or more of flight preparation, drug replenishment, and takeoff, and paragraphs 0022, 0023,
  • the above problem is solved by providing the program described in any one of paragraph 0024, paragraph 0025, paragraph 0026, paragraph 0027, paragraph 0028, paragraph 0029, or paragraph 0030.
  • the invention of the present application further includes paragraph 0022, paragraph 0023, and paragraph 0024, which includes an instruction to display a flight status display area that displays a flight status including any one or more of the flight time, coordinates, flight speed, and altitude of the drone. , 0025, paragraph 0026, paragraph 0027, paragraph 0027, paragraph 0028, paragraph 0029, paragraph 0030, or the program described in any of paragraph 0031 is provided to solve the above problems.
  • the invention of the present application includes a command for displaying a peripheral device status display area for displaying a peripheral device status including any one or more of a battery remaining amount, a spraying pump condition, a medicine remaining amount, and a communication condition of the drone,
  • a command for displaying a peripheral device status display area for displaying a peripheral device status including any one or more of a battery remaining amount, a spraying pump condition, a medicine remaining amount, and a communication condition of the drone
  • the invention of the present application includes paragraph 0022, paragraph 0023, paragraph 0024, paragraph 0025, paragraph 0026, paragraph 0027, paragraph 0028, paragraph 0029, which includes an instruction to display information about the position and size of an obstacle registered in advance.
  • the problems described above are solved by providing the program described in any one of paragraph 0030, paragraph 0031, paragraph 0032, or paragraph 0033.
  • a command to display a field selection screen for selecting a specific field from a plurality of fields Prohibition of selection of a field separated by a predetermined distance or more from the position detected by the position detection unit, or including a command to display a warning when a field separated by a predetermined distance or more, paragraph 0022, paragraph 0023, paragraph 0024,
  • paragraph 0025, paragraph 0026, paragraph 0027, paragraph 0028, paragraph 0029, paragraph 0030, paragraph 0031, paragraph 0032, paragraph 0033, or paragraph 0034 The above problem is solved by providing the program described in any of paragraph 0025, paragraph 0026, paragraph 0027, paragraph 0028, paragraph 0029, paragraph 0030, paragraph 0031, paragraph 0032, paragraph 0033, or paragraph 0034.
  • FIG. 1 is a plan view of a drone included in a drone system according to the present invention. It is a front view of the drone which the drone system has. It is a right view of the said drone. It is a rear view of the said 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. FIG. 3 is a schematic diagram showing a screen of the drone controller.
  • a drone refers to any flying body having a plurality of rotors, regardless of power means (whether electric power or prime mover) or operation method (wireless or wired). I will point it.
  • rotor blades (101-1a, 101-1b, 101-2a, 101-2b, 101-3a, 101-3b, 101-4a, 101-4b) (also called rotor) Is a means to fly the drone (100), considering the stability of flight, the size of the aircraft, and the balance of power consumption, 8 aircraft (4 sets of two-stage rotary blades) are provided. Is desirable.
  • Each rotor (101) is preferably arranged on all sides of the body (110) by arms extending from the body (110) of the drone (100).
  • the rotor blades (101-1a) and (101-1b) are located on the left rear of the traveling direction, the rotor blades (101-2a and 101-2b) are located on the left front, and the rotor blades (101-3a and 101-3b) are located on the right rear. , It is desirable that the rotor blades (101-4a, 101-4b) are arranged on the front right side.
  • the drone (100) has a traveling direction downward in the plane of FIG.
  • Rod-shaped legs (107-1, 107-2, 107-3, 107-4) extend downward from the rotation axis of the rotary blade (101).
  • the motors (102-1a, 102-1b, 102-2a, 102-2b, 102-3a, 102-3b, 102-4a, 102-4b) are rotors (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 machine is provided for it.
  • the motor (102) is an example of a propeller.
  • 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. It is desirable that the axes be collinear and rotate in opposite directions. As shown in FIG.
  • the radial member for supporting the propeller guard which is provided so that the rotor does not interfere with foreign matter, has a tower-like structure instead of horizontal. This is to promote buckling of the member to the outside of the rotary blade at the time of collision and prevent the member from interfering with the rotary blade.
  • the drug nozzles (103-1, 103-2, 103-3, 103-4) are means for spraying the drug downward, and are preferably provided with four machines.
  • the term "medicine” generally refers to pesticides, herbicides, liquid fertilizers, insecticides, seeds, and liquids or powders applied to fields such as water.
  • medical agent tank (104) is a tank for storing the chemical
  • the drug hose (105-1, 105-2, 105-3, 105-4) connects the drug tank (104) with each drug nozzle (103-1, 103-2, 103-3, 103-4). It may be made of a hard material and may also serve to support the medicine 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 embodiment of the drug spraying application of the drone (100) according to the present invention.
  • This figure is a schematic diagram and the scale is not accurate.
  • the drone (100), the control aircraft (601), and the base station (604) are connected to the farm cloud (605), respectively. These connections may be wireless communication by Wi-Fi, a mobile communication system, or the like, or part or all of them may be wired.
  • the pilot (601) transmits a command to the drone (600) by the operation of the user (602), and information received from the drone (600) (for example, position, drug amount, battery level, camera image, etc.). ) Is displayed and is preferably realized by a portable information device such as a general tablet terminal that runs a computer program.
  • 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 is desirable that the drone (100) can be manually operated during basic operations such as takeoff and return, and in an emergency.
  • an emergency pilot (not shown) having a function dedicated to emergency stop may be used.
  • the emergency pilot may be a dedicated device equipped with a large-scale emergency stop button or the like so that an emergency response can be taken quickly.
  • the farm field (603) is a rice field, a field, or the like targeted for drug spraying by the drone (100).
  • the topography of the field (603) 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 (603) is adjacent to houses, hospitals, schools, farm fields for other crops, roads, railways, and the like.
  • the base station (604) is a device that provides a master device function of Wi-Fi communication, etc. It also functions as an RTK-GPS base station and can provide an accurate position of the drone (100). Is preferred (the master device function of Wi-Fi communication and the RTK-GPS base station may be independent devices).
  • the base station (604) may be able to communicate with the farm cloud (605) using a mobile communication system such as 3G, 4G, or LTE.
  • the farm cloud (605) is a group of computers typically operated on a cloud service and related software, and may be wirelessly connected to the control unit (601) by a mobile phone line or the like.
  • the farm cloud (605) may analyze the image of the field (603) photographed by the drone (100), grasp the growing condition of the crop, and perform a process for determining a flight route.
  • the drone (100) may be provided with the topographical information of the field (603) that has been saved.
  • the flight route of the drone (100) and the history of captured images may be accumulated and various analysis processes may be performed.
  • the drone (100) takes off from the landing point (606) outside the field (603) and sprays the drug on the field (603), or when the drug replenishment or charging is needed. Return to (606).
  • the flight route (intrusion route) from the departure/arrival point (606) to the target field (603) may be saved in advance in the farm cloud (605) or the like, or before the user (602) starts taking off. You may enter in.
  • FIG. 7 is a block diagram showing the control function of the embodiment of the drug spraying drone according to the present invention.
  • the flight controller (701) is a component that controls the entire drone, and specifically may be an embedded computer including a CPU, memory, related software, and the like.
  • the flight controller (701) uses a control means such as ESC (Electronic Speed Control) based on the input information received from the flight controller (601) and the input information obtained from various sensors to be described later to control the motor (102- 1a, 102-1b, 102-2a, 102-2b, 102-3a, 102-3b, 104-a, 104-b) to control the flight of the drone (100).
  • ESC Electronic Speed Control
  • the actual rotation speed of the motor (102-1a, 102-1b, 102-2a, 102-2b, 102-3a, 102-3b, 104-a, 104-b) is fed back to the flight controller (701) and is normal. It is desirable to have a configuration that can monitor whether or not various rotations are performed.
  • 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 (701).
  • the software used by the flight controller (701) is preferably rewritable through a storage medium or the like for function expansion/change, problem correction, or the like, or through a communication means such as Wi-Fi communication or USB.
  • a 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 (701) for control may be executed by another computer existing on the flight controller (601), the farm cloud (605), or elsewhere. .. Since the flight controller (701) is highly important, some or all of its constituent elements may be duplicated.
  • the flight controller (701) communicates with the pilot (601) via the Wi-Fi slave unit function (703) and further via the base station (604), and sends necessary commands from the pilot (601). It is possible to receive and send necessary information to the pilot (601). In this case, the communication may be encrypted so as to prevent illegal acts such as interception, spoofing, and hijacking of equipment.
  • the base station (604) has an RTK-GPS base station function in addition to a communication function by Wi-Fi. By combining the signal from the RTK base station and the signal from the GPS positioning satellite, the flight controller (701) can measure the absolute position of the drone (100) with an accuracy of a few centimeters. Since the flight controller (701) is highly important, it may be duplicated/multiplexed, and each redundant flight controller (701) has a different GPS to cope with the failure of a specific GPS satellite. It may be controlled to use satellites.
  • the 6-axis gyro sensor (705) is a means for measuring the acceleration of the drone body in three directions orthogonal to each other, and is a means for calculating the speed by integrating the acceleration.
  • the 6-axis gyro sensor (705) 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 (706) is a means for measuring the direction of the drone body by measuring the geomagnetism.
  • the barometric pressure sensor (707) is a means for measuring the barometric pressure, and can indirectly measure the altitude of the drone.
  • the laser sensor (708) 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 (709) is a means for measuring the distance between the drone body and the ground surface by utilizing 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. Also, these sensors may be duplicated or multiplexed. If there are multiple sensors for the same purpose, the flight controller (701) may use only one of them and, if it fails, switch to an alternative sensor. .. 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 (710) is a means for measuring the flow rate of the medicine, and is provided at a plurality of places in the path from the medicine tank (104) to the medicine nozzle (103).
  • the liquid shortage sensor (711) 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 (712) is a means for photographing the field (603) and acquiring data for image analysis.
  • the obstacle detection camera (713) is a camera for detecting a drone intruder, and the image characteristics and the orientation of the lens are different from those of the multispectral camera (712), and thus are different devices from the multispectral camera (712). Is desirable.
  • the switch (714) is a means for the user (402) of the drone (100) to make various settings.
  • the obstacle contact sensor (715) is for detecting that the drone (100), in particular its rotor and propeller guard parts, has come into contact with obstacles such as electric wires, buildings, human bodies, trees, birds or other drones. Sensor of.
  • the contact sensor (715) may be replaced by a 6-axis gyro sensor (705).
  • the cover sensor (716) 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 (717) is a sensor that detects that the injection port of the drug tank (104) is open.
  • a sensor may be provided at a base station (604) outside the drone (100), a control unit (601), or other places, and the read information may be transmitted to the drone.
  • a wind sensor may be provided in the base station (604) and information regarding the wind/wind direction may be transmitted to the drone (100) via Wi-Fi communication.
  • the flight controller (701) sends a control signal to the pump (106) to adjust the medicine ejection amount and stop the medicine ejection. It is desirable that the current situation (for example, the number of revolutions) of the pump (106) be fed back to the flight controller (701).
  • the LED (718) is a display means for informing the drone operator of the status of the drone. Display means such as a liquid crystal display may be used instead of or in addition to the LEDs.
  • the buzzer (719) is an output means for notifying the state of drone (especially error state) by an audio signal.
  • the Wi-Fi slave device function (720) is an optional component for communicating with an external computer or the like for transfer of software, for example, separately from the control device (601). In addition to or in addition to the Wi-Fi cordless handset function, 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 mobile communication systems such as 3G, 4G, and LTE may be able to communicate with each other.
  • the speaker (721) is an output means for notifying the drone state (especially 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. In such a case, it is effective to communicate the situation by voice.
  • the warning light (722) 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.
  • FIG. 8 shows an example of the main screen (800) of the drone flight controller (601) according to the present invention.
  • the drone flight controller according to the present invention is preferably realized by a computer program running on a smartphone or a tablet terminal.
  • An image of a specific field is displayed on the main screen (800), but before the screen is displayed, a menu screen for selecting a plurality of fields under the control of the user (604) should be displayed.
  • the current position is grasped by the position detection unit (GPS, etc.) included in the pilot (601), and only the field that is sufficiently close to the current position is selected (for example, a predetermined distance or more from the current position). It is desirable to prevent the mistaken selection of a field by means such as prohibiting the selection of a field), or displaying a warning message when selecting a field more than a predetermined distance away from the current position.
  • GPS position detection unit
  • the peripheral device status display area (801) displays the battery remaining amount, the pump condition, the drug remaining amount, the communication condition, the GPS reception condition, etc. of the drone (100). It is desirable to simplify the information as much as possible and ensure that the operator can be notified of a highly important situation by changing the color when an error occurs.
  • the flight status display area (802) displays at least one of the flight time, GPS coordinates, flight speed, altitude, etc. of the drone (100).
  • a progress bar (not shown) may be displayed to show the completion status of drug spraying.
  • the airframe status display area (803) displays the current status of the drone (100), for example, at least one of flight preparation, drug replenishment, takeoff, flight, and emergency evacuation.
  • a notification of the next work or an action request to the user for example, “prepare for drug supplement” may be displayed.
  • the altitude adjustment input means (804) is a user interface input means realized by a button or the like for increasing or decreasing the current altitude of the drone (100).
  • the drone (100) according to the present invention flies autonomously, and the altitude is automatically adjusted by a computer program. For example, the operator adjusts the altitude according to the height of the crop or the like. This is because there may be cases where fine adjustment is desired.
  • the map display area (805) is a map including fields that are targets for drug spraying, and may be an aerial photograph, a topographical map, or a superimposed display thereof. It is desirable that the scale and position can be adjusted by a gesture operation or the like. It is desirable that the current position of the drone (100) be displayed in real time in the map display area (805).
  • the image of the field (601) captured by the camera (712) of the drone (100) may be displayed by switching the map display or together with the map display.
  • the route information display area (806) is a route in which the drone should autonomously fly, which is calculated in advance by the drone (100) or the farming cloud (605). It is desirable that the route can be displayed by switching between the shooting-only plan and the pesticide spraying plan. In addition, in the pesticide application plan, the route that prioritizes the required time, the route that prioritizes the battery consumption, or the route that prioritizes minimizing the drug application leakage are displayed, and the user can select. desirable.
  • the medicine-dispersed area may be displayed in different colors. It is desirable to display information about the position and size of obstacles (electric wires, buildings, trees, etc.) in the field registered in advance together with the route.
  • the emergency response button (807) is a button for transmitting a command when an emergency situation such as a failure or a collision of the drone (100) occurs, and is used by the operator (602) to prevent an erroneous operation and in an emergency. It is desirable to occupy a large portion (typically one-fifth or more of the total screen space) on the main screen (800) for easy operation.
  • the operation of the drone (100) in an emergency includes hovering (temporary stop in the air), emergency return to the departure point (606), soft landing on the spot, or emergency stop of the motor, It is desirable that the emergency response button (807) be able to activate one or more of these actions. In the example of FIG.
  • the hovering is activated by swipe operation and the motor emergency stop is activated by four consecutive taps, but other operation and process combinations may be used. It is desirable to make the emergency operation button semi-transparent so that the screen space can be used as effectively as possible so that the map information behind it can be seen through. In order not to confuse the operator (not an expert) in an emergency, it is desirable to display the operation to be performed in an emergency with characters, icons, or a combination of both, on the emergency operation button. In the event of an emergency, the operator may press the button repeatedly a predetermined number of times (for example, 4 times) or more, press and hold the button for a predetermined period of time (for example, 3 seconds), slide the button, or a combination thereof.
  • a predetermined number of times for example, 4 times
  • a predetermined period of time for example, 3 seconds
  • the operation is a simple operation that does not make a mistake even when the user is upset, and that an operation that is less likely to be performed incorrectly. It is desirable that the emergency operation button be located at a sufficient distance (typically 1 cm or more) from the edge of the screen so that a finger having a smartphone or a tablet may not accidentally operate the button.
  • the drone maneuvering machine and the drone maneuvering program according to the present invention allow a non-specialist to easily operate a drone that basically operates autonomously. In particular, it becomes possible to safely and reliably perform an emergency response operation when an unexpected situation occurs.

Abstract

【課題】非専門家であっても操作が容易な、自律飛行ドローン向け操縦機および操縦用プログラムを提供する。 【解決策】コンピューター制御により自律的に飛行するドローンを制御するための操縦機、または、タブレット端末上で稼働する操縦用プログラムを提供する。当該操縦機またはプログラムの画面には、ドローンが飛行する圃場の地図情報と、前記ドローンが飛行する経路情報と、前記ドローンの緊急停止用ボタンを表示する。高度微調整用ボタンを表示してもよい。緊急停止用ボタンは半透明であり、地図情報と重ね合わせ表示されることが望ましい。また、前記緊急停止用ボタンに、所定時間内に所定回数以上の所定の操作が行なわれた場合にのみ緊急停止が行なわれるようにすることが望ましい。

Description

ドローン操縦機、および、操縦用プログラム
　本願発明は、自律飛行型ドローンの操縦機、および、操縦用プログラムに関する。
　一般にドローンと呼ばれる小型ヘリコプター（マルチコプター）の応用が進んでいる。その重要な応用分野の一つとして農地（圃場）への農薬や液肥などの薬剤散布が挙げられる（たとえば、特許文献１、特許文献２、および、特許文献３）。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。
　ドローンが自律的に飛行する場合でも、緊急時の退避行動や高度の微調整等のために、人による操縦は必要である。しかし、操縦桿（ジョイスティック）を備えた従来型操縦機（たとえば、非特許文献１）はドローンの自由な操縦には適しているが、自律的に飛行するドローンの操作手段としては、操作が煩雑であった。従来型操縦機を模したGUIを備えるスマートフォンやタブレットによる操縦用プログラムも同様の問題を抱えていた。特に、農業用ドローンの場合には操作者がドローンの専門家ではないため、この問題は大きかった。
再公表公報　再表２０１７／１７５８０４ 特許公開公報　特開２０１７－１４４８１１ 再公表公報　再表２０１７／０９４８４２
取扱説明書 ver 1.0 - DRONE STAR （https://www.dronestar.jp/wp-content/uploads/2017/04/DRONESTAR01_マニュアルv1.0_20170417.pdf)
非専門家であっても操作が容易な、自律飛行ドローン向け操縦機および操縦用プログラムを提供する。
本願発明は、推力発生部により駆動される回転翼を備え、コンピューター制御により自律的に飛行するドローンを制御するための操縦機であって、前記操縦機の操作画面は、前記ドローンが飛行する圃場の地図情報と、前記ドローンが飛行する経路情報と、前記ドローンに対してホバリングと推力発生部停止の少なくともいずれかの動作を指令する緊急対応ボタンとを備える操縦機を提供することで上記課題を解決する。
また、本願発明は、前記地図情報が表示される地図情報表示領域には、前記ドローンの現在位置が表示される、段落０００８に記載の操縦機を提供することで上記課題を解決する。
また、本願発明は、前記緊急対応ボタンは半透明であり、前記地図情報の前面に重ね合わせ表示される、段落０００８または段落０００９に記載の操縦機を提供することで上記課題を解決する。
また、本願発明は、前記緊急対応ボタンは、前記操作画面の５分の１以上を占める、段落０００８、段落０００９、または、段落００１０に記載の操縦機を提供することで上記課題を解決する。
また、本願発明は、前記緊急対応ボタンに、所定時間内に所定回数以上の所定の操作が行なわれた場合に推力発生部緊急停止指令を送信する、段落０００８、段落０００９、段落００１０、または、段落００１１に記載の操縦機を提供することで上記課題を解決する。
また、本願発明は、前記緊急対応ボタンが所定時間以上長押し操作が行われた場合に推力発生部緊急停止指令を送信する、段落０００８、段落０００９、段落００１０、段落００１１、または、段落００１２に記載の操縦機を提供することで上記課題を解決する。
また、本願発明は、前記緊急対応ボタンは、前記操作画面の縁から所定の距離以上離れた位置に配置された、段落０００８、段落０００９、段落００１０、段落００１１、段落００１２、または、段落００１３に記載の操縦機を提供することで上記課題を解決する。
また、本願発明は、前記操作画面は、さらに、高度調整のためのボタンを備える段落０００８、段落０００９、段落００１０、段落００１１、段落００１２、段落００１３、または、段落００１４に記載の操縦機を提供することで上記課題を解決する。
また、本願発明は、前記経路情報は、作業時間の短さを優先した経路と、バッテリー消費量の少なさを優先した経路と、薬剤散布の均一性を優先した経路との少なくとも２つ以上を含み、使用する経路を選択可能である、段落０００８、段落０００９、段落００１０、段落００１１、段落００１２、段落００１３、段落００１４、または、段落００１５に記載の操縦機を提供することで上記課題を解決する。
また、本願発明は、前記操作画面は、飛行準備中、薬剤補充中、離陸中のいずれか一つ以上を含む前記ドローンの現在の状況を表示する機体状況表示領域を備える、段落０００８、段落０００９、段落００１０、段落００１１、段落００１２、段落００１３、段落００１４、段落００１５、または、段落００１６のいずれかに記載の操縦機を提供することで上記課題を解決する。
また、本願発明は、前記操作画面は、前記ドローンの飛行時間、座標、飛行速度、高度のいずれか一つ以上を含む飛行状況を表示する飛行状況表示領域を備える、段落０００８、段落０００９、段落００１０、段落００１１、段落００１２、段落００１３、段落００１４、段落００１５、段落００１６、または、段落００１７のいずれかに記載の操縦機を提供することで上記課題を解決する。 
また、本願発明は、前記操作画面は、前記ドローンのバッテリー残量、散布用ポンプ状況、薬剤残量、通信状況のいずれか一つ以上を含む周辺機器状態を表示する周辺機器状態表示領域を備える、段落０００８、段落０００９、段落００１０、段落００１１、段落００１２、段落００１３、段落００１４、段落００１５、段落００１６、段落００１７、または、段落００１８のいずれかに記載の操縦機を提供することで上記課題を解決する。
また、本願発明は、前記操作画面は、予め登録された障害物の位置と大きさに関する情報を表示する、段落０００８、段落０００９、段落００１０、段落００１１、段落００１２、段落００１３、段落００１４、段落００１５、段落００１６、段落００１７、段落００１８、または、段落００１９のいずれかに記載の操縦機を提供することで上記課題を解決する。
また、本願発明は、さらに、前記操縦機の位置を検出する位置検出部と、前記操作画面に画面が遷移する前に表示され、複数の圃場から特定の圃場を選択する圃場選択画面とを備え、前記位置検出部で検出した位置から所定距離以上離れた圃場の選択を禁止、もしくは、もしくは所定距離以上離れた圃場を選択した場合に警告を表示する、段落０００８、段落０００９、段落００１０、段落００１１、段落００１２、段落００１３、段落００１４、段落００１５、段落００１６、段落００１７、段落００１８、段落００１９、または、段落００２０のいずれかに記載の操縦機を提供することで上記課題を解決する。
また、本願発明は、推力発生部により駆動される回転翼を備え、コンピューター制御により自律的に飛行するドローンを制御するためのプログラムであって、前記ドローンが飛行する圃場の地図情報を表示する命令と、前記ドローンが飛行する経路情報を表示する命令と、前記ドローンに対して対してホバリングと推力発生部停止の少なくともいずれかの動作を指令する緊急対応ボタンを表示する命令とを含むプログラムを提供することで上記課題を解決する。
また、本願発明は、前記地図情報が表示される地図情報表示領域に、前記ドローンの現在位置を表示する命令を含む、段落００２２に記載のプログラムを提供することで上記課題を解決する。
また、本願発明は、前記緊急対応ボタンを半透明で表示する命令と、前記緊急停止用ボタンを前記地図情報の前面に重ね合わせ表示する命令とを含む、段落００２２または段落００２３に記載のプログラムを提供することで上記課題を解決する。
また、本願発明は、前記緊急対応ボタンは、画面の５分の１以上を占める、段落００２２、段落００２３、または、段落００２４に記載のプログラムを提供することで上記課題を解決する。
また、本願発明は、前記対応ボタンに、所定時間内に所定回数以上の所定の操作が行なわれた場合に推力発生部緊急停止指令を送信する命令を含む、段落００２２、段落００２３、段落００２４、または、段落００２５に記載のプログラムを提供することで上記課題を解決する。
また、本願発明は、前記緊急対応ボタンが所定時間以上長押し操作が行われた場合に推力発生部緊急停止指令を送信する命令を含む、段落００２２、段落００２３、段落００２４、段落００２５、または、段落００２６に記載のプログラムを提供することで上記課題を解決する。
また、本願発明は、前記緊急対応ボタンを、画面の縁から所定の距離以上離れた位置に配置する命令を含む、段落００２２、段落００２３、段落００２４、段落００２５、段落００２６、または、段落００２７に記載のプログラムを提供することで上記課題を解決する。
また、本願発明は、さらに、高度調整のためのボタンを表示する命令を含む、
段落００２２、段落００２３、段落００２４、段落００２５、段落００２６、段落００２７、または、段落００２８に記載のプログラムを提供することで上記課題を解決する。
また、本願発明は、前記経路情報は、作業時間の短さを優先した経路と、バッテリー消費量の少なさを優先した経路と、薬剤散布の均一性を優先した経路との少なくとも２つ以上を含み、使用する経路をユーザーに選択させる命令を含む、段落００２２、段落００２３、段落００２４、段落００２５、段落００２６、段落００２７、段落００２８、または、段落００２９に記載のプログラムを提供することで上記課題を解決する。
また、本願発明は、飛行準備中、薬剤補充中、離陸中のいずれか一つ以上を含む前記ドローンの現在の状況を表示する機体状況表示領域を表示する命令を含む、段落００２２、段落００２３、段落００２４、段落００２５、段落００２６、段落００２７、段落００２８、段落００２９、または、段落００３０のいずれかに記載のプログラムを提供することで上記課題を解決する。
また、本願発明は、前記ドローンの飛行時間、座標、飛行速度、高度のいずれか一つ以上を含む飛行状況を表示する飛行状況表示領域を表示する命令を含む、段落００２２、段落００２３、段落００２４、段落００２５、段落００２６、段落００２７、段落００２８、段落００２９、段落００３０、または、段落００３１のいずれかに記載のプログラムを提供することで上記課題を解決する。
また、本願発明は、前記ドローンのバッテリー残量、散布用ポンプ状況、薬剤残量、通信状況のいずれか一つ以上を含む周辺機器状態を表示する周辺機器状態表示領域を表示する命令を含む、段落００２２、段落００２３、段落００２４、段落００２５、段落００２６、段落００２７、段落００２８、段落００２９、段落００３０、段落００３１、または、段落００３２のいずれかに記載のプログラムを提供することで上記課題を解決する。
また、本願発明は、予め登録された障害物の位置と大きさに関する情報を表示する命令を含む、段落００２２、段落００２３、段落００２４、段落００２５、段落００２６、段落００２７、段落００２８、段落００２９、段落００３０、段落００３１、段落００３２、または、段落００３３のいずれかに記載のプログラムを提供することで上記課題を解決する。
また、本願発明は、操作画面に画面が遷移する前に、複数の圃場から特定の圃場を選択する圃場選択画面を表示する命令と、
位置検出部で検出した位置から所定距離以上離れた圃場の選択を禁止、もしくは、もしくは所定距離以上離れた圃場を選択した場合に警告を表示する命令を含む、段落００２２、段落００２３、段落００２４、段落００２５、段落００２６、段落００２７、段落００２８、段落００２９、段落００３０、段落００３１、段落００３２、段落００３３、または、段落００３４のいずれかに記載のプログラムを提供することで上記課題を解決する。
 
非専門家であっても操作が容易な、自律飛行ドローン向け操縦機および操縦用プログラムが提供される。
本願発明に係るドローンシステムが有するドローンの平面図である。 上記ドローンシステムが有する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。 上記ドローンの操縦機の画面を表わした模式図である。
　以下、図を参照しながら、本願発明を実施するための形態について説明する。図はすべて例示である。以下の詳細な説明では、説明のために、開示された実施形態の完全な理解を促すために、ある特定の詳細について述べられている。しかしながら、実施形態は、これらの特定の詳細に限られない。また、図面を単純化するために、周知の構造および装置については概略的に示されている。
まず、本願発明に係るドローンの構成について説明する。本願明細書において、ドローンとは、動力手段（電力であるか原動機であるか等）、操縦方式（無線であるか有線であるか等）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から図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、電力消費量のバランスを考慮し、8機（2段構成の回転翼が4セット）備えられていることが望ましい。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）の四方に配置されることが望ましい。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ことが望ましい。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。回転翼（101）の回転軸から下方には、それぞれ棒状の足（107-1,107-2,107-3,107-4）が伸び出ている。
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ことが望ましい。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ことが望ましい。衝突時に当該部材が回転翼の外側に座屈することを促し、回転翼と干渉することを防ぐためである。
薬剤ノズル（103-1、103-2、103-3、103-4）は、薬剤を下方に向けて散布するための手段であり4機備えられていることが望ましい。なお、本願明細書において、薬剤とは、農薬、除草剤、液肥、殺虫剤、種、および、水などの圃場に散布される液体または粉体を一般的に指すこととする。
薬剤タンク（104）は散布される薬剤を保管するためのタンクであり、重量バランスの観点からドローン（100）の重心に近い位置でかつ重心より低い位置に設けられていることが望ましい。薬剤ホース（105-1、105-2、105-3、105-4）は、薬剤タンク（104）と各薬剤ノズル（103-1、103-2、103-3、103-4）とを接続する手段であり、硬質の素材から成り、当該薬剤ノズルを支持する役割を兼ねていてもよい。ポンプ（106）は、薬剤をノズルから吐出するための手段である。
図６に本願発明に係るドローン（100）の薬剤散布用途の実施例を使用したシステムの全体概念図を示す。本図は模式図であって、縮尺は正確ではない。同図において、ドローン（100）、操縦機（601）、および、基地局（604）は、営農クラウド（605）にそれぞれ接続されている。これらの接続は、Wi-Fiや移動通信システム等による無線通信であってもよいし、一部又は全部が有線接続されていてもよい。
操縦機（601）は、使用者（602）の操作によりドローン（600）に指令を送信し、また、ドローン（600）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ることが望ましい。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ることが望ましい。携帯情報機器に加えて、緊急停止専用の機能を有する非常用操縦機（図示していない）を使用してもよい。非常用操縦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。
圃場（603）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（603）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（603）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（603）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（604）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ることが望ましい（Wi-Fi通信の親機機能とRTK-GPS基地局が独立した装置であってもよい）。また、基地局（604）は、３G、４G、およびLTE等の移動通信システムを用いて、営農クラウド（605）と互いに通信可能であってもよい。
営農クラウド（605）は、典型的にはクラウドサービス上で運営されているコンピューター群と関連ソフトウェアであり、操縦機（601）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（605）は、ドローン（100）が撮影した圃場（603）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（603）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）の飛行経路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（603）の外部にある発着地点（606）から離陸し、圃場（603）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（606）に帰還する。発着地点（606）から目的の圃場（603）に至るまでの飛行経路（侵入経路）は、営農クラウド（605）等で事前に保存されていてもよいし、使用者（602）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（701）は、ドローン全体の制御を司る構成要素であり、具体的にはCPU、メモリー、関連ソフトウェア等を含む組み込み型コンピューターであってよい。フライトコントローラー（701）は、操縦機（601）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（701）にフィードバックされ、正常な回転が行なわれているかを監視できる構成になっていることが望ましい。あるいは、回転翼（101）に光学センサー等を設けて回転翼（101）の回転がフライトコントローラー（701）にフィードバックされる構成であってもよい。
フライトコントローラー（701）が使用するソフトウェアは、機能拡張・変更、問題修正等のために記憶媒体等を通じて、または、Wi-Fi通信やUSB等の通信手段を通じて書き換え可能になっていることが望ましい。この場合において、不正なソフトウェアによる書き換えが行なわれないように、暗号化、チェックサム、電子署名、ウィルスチェックソフト等による保護が行われている。また、フライトコントローラー（701）が制御に使用する計算処理の一部が、操縦機（601）上、または、営農クラウド（605）上や他の場所に存在する別のコンピューターによって実行されてもよい。フライトコントローラー（701）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。
フライトコントローラー（701）は、Wi-Fi子機機能（703）を介して、さらに、基地局（604）を介して操縦機（601）とやり取りを行ない、必要な指令を操縦機（601）から受信すると共に、必要な情報を操縦機（601）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（604）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、フライトコントローラー（701）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。フライトコントローラー（701）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フライトコントローラー（701）は別のGPS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（705）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であり、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（705）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（706）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（707）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（708）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（709）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（701）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（710）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（711）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（712）は圃場（603）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（713）はドローン侵入者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（712）と異なるため、マルチスペクトルカメラ（712）とは別の機器であることが望ましい。スイッチ（714）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（715）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。なお、接触センサー（715）は、6軸ジャイロセンサー（705）で代用してもよい。カバーセンサー（716）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（717）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（604）、操縦機（601）、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（604）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（701）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）は、フライトコントローラー（701）にフィードバックされる構成となっていることが望ましい。
LED（718）は、ドローンの操作者に対して、ドローンの状態を知らせるための表示手段である。LEDに替えて、または、それに加えて液晶ディスプレイ等の表示手段を使用してもよい。ブザー（719）は、音声信号によりドローンの状態（特にエラー状態）を知らせるための出力手段である。Wi-Fi子機機能（720）は操縦機（601）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。また、Wi-Fi子機機能に替えて、３G、４G、およびLTE等の移動通信システムにより相互に通信可能であってもよい。スピーカー（721）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（722）はドローンの状態（特にエラー状態）を知らせるストロボライト等の表示手段である。これらの入出力手段は、ドローンのコスト目標や性能要件に応じて取捨選択してよく、二重化・多重化してもよい。
図８に本願発明に係るドローン操縦機（601）のメイン画面（800）の実施例を示す。本願発明に係るドローン操縦機は、スマートフォンあるいはタブレット端末上で稼働するコンピューター・プログラムによって実現することが望ましい。メイン画面（800）上には特定の圃場の画像が表示されているが、当該画面表示前に、使用者（604）の管理下にある複数の圃場の選択を行なわせるメニュー画面を表示することが望ましい。この場合に、操縦機（601）が備える位置検出部（GPS等）により現在位置を把握し、現在の位置に十分近い圃場のみを選択させるようにする（例えば、現在位置から所定距離以上離れた圃場の選択を禁止する）、あるいは、現在の位置から所定の距離以上、離れた圃場を選択した場合には警告メッセージを表示する等の手段により、圃場の選択間違いを抑止することが望ましい。
メイン画面（800）上には、周辺機器状態表示領域（801）、飛行状況表示領域（802）、機体状況表示領域（803）、高度調整入力手段（804）、地図表示領域（805）、経路情報表示領域（806）、および、緊急対応ボタン（807）が設けられていることが望ましい。これ以外の機能、たとえば、操縦桿に相当する機能はメイン画面（800）上には表示しないことが望ましい。利用者が非専門家であることから、不要な操作ミスを抑止するためである。
周辺機器状態表示領域（801）は、ドローン（100）のバッテリー残量、ポンプ状況、薬剤残量、通信状況、GPS受信状況等を表示する。可能な限り情報を簡略化し、エラーがあった場合に色を変える等により重要性が高い状況を操作者に確実に伝えられるようにすることが望ましい。
飛行状況表示領域（802）は、ドローン（100）の飛行時間、GPS座標、飛行速度、高度等の少なくとも一つ以上を表示する。加えて、薬剤散布の完了状況を示すためのプログレスバー（図示していない）を表示してもよい。
機体状況表示領域（803）は、ドローン（100）の現在のステータス、たとえば、飛行準備中、薬剤補充中、離陸中、飛行中、緊急退避中等の少なくとも一つ以上を表示する。加えて、次の作業の告知やユーザーへの行動要望（たとえば、「薬剤補充の準備をしてください」）を表示してもよい。
高度調整入力手段（804）は、ドローン（100）の現在の高度を増減するためのボタン等により実現されたユーザー・インターフェース入力手段である。本願発明に係るドローン（100）は原則的に自律的に飛行し、高度もコンピューター・プログラムにより自動的に調整されるが、たとえば、作物の高さの高低等に応じて、操作者が高度を微調整したい場合が生じ得るためである。
地図表示領域（805）は、薬剤散布の対象となる圃場を含む地図であり、航空写真であっても地形図であっても、または、それらの重ね合わせ表示であってよい。縮尺、および、位置が、ジェスチャー操作等で調整可能になっていることが望ましい。地図表示領域（805）には、ドローン（100）の現在の位置がリアルタイムで表示されることが望ましい。地図表示と切り替えて、あるいは、地図表示と共に、ドローン（100）のカメラ（712）が撮影した圃場（601）の画像を表示してもよい。
経路情報表示領域（806）は、操縦機内、ドローン（100）、または、営農クラウド（605）によって事前に計算された、ドローンが自律的に飛行すべき経路である。経路は、撮影のみのプラン、または、農薬散布プランを切り替えて表示できることが望ましい。また、農薬散布プランでは、所要時間を優先した経路、バッテリー消費量を優先した経路、または、薬剤散布漏れを最小化することを優先した経路を表示し、ユーザーが選択可能になっていることが望ましい。薬剤散布済領域は色を変えて表示してもよい。予め登録された圃場内の障害物（電線、建築物、樹木等）の位置と大きさ等に関する情報も経路と合わせて表示することが望ましい。
緊急対応ボタン（807）は、ドローン（100）の故障や衝突等の緊急事態が発生した際の指令を送信するためのボタンであり、誤操作を防ぐため、および、緊急時に操作者（602）が容易に操作できるように、メイン画面（800）上の大きな部分（典型的には画面全体のスペースの５分の１以上）を占めることが望ましい。緊急時のドローン（100）の動作は、ホバリング（空中でのその場の一時停止）、発着地点（606）への緊急帰還、その場での軟着陸、または、モーターの緊急停止等があるが、緊急対応ボタン（807）により、それらの動作の一つ以上を起動可能になっていることが望ましい。図８の例では、スワイプ操作によってホバリングを、４回連続タップでモーター緊急停止を起動することになっているが、その他の操作と処理の組み合わせを使用してもよい。画面スペースをできるだけ有効活用できるように、緊急操作ボタンは半透明とし、背後にある地図情報が透けて見えるようにすることが望ましい。緊急時に（専門家ではない）操作者を混乱させることがないように、緊急操作ボタン上には、緊急時に行なうべき操作を文字、アイコン、または、両者の組み合わせで表示しておくことが望ましい。緊急時の操作はボタンを所定回数（たとえば、４回）以上連打する、ボタンを所定時間（たとえば、３秒）以上長押しする、ボタンをスライド動作する、または、それらの組み合わせなど、操縦者が動揺している場合でも間違えることがない単純な操作であって、かつ、誤操作が行なわれにくい操作であることが望ましい。緊急操作ボタンは、画面の縁から十分な距離（典型的には１センチメートル以上）を取り、スマートフォンやタブレットを持つ指がボタンにかかることで誤操作を行なわないようにすることが望ましい。
（本願発明による技術的に顕著な効果）
本願発明に係る、ドローン操縦機およびドローン操縦用プログラムにより、基本的に自律飛行するドローンの操縦を非専門家が容易に行なえるようになる。特に、不測の事態が発生した際の緊急対応動作を安全確実に行なえるようになる。

 

Claims (28)

  1. 推力発生部を備え、コンピューター制御により自律的に飛行するドローンを制御するための操縦機であって、
    前記操縦機の操作画面は、前記ドローンが飛行する圃場の地図情報と、前記ドローンが飛行する経路情報と、前記ドローンに対してホバリングと推力発生部停止の少なくともいずれかの動作を指令する緊急対応ボタンとを備える操縦機。
  2. 前記地図情報が表示される地図情報表示領域には、前記ドローンの現在位置が表示される、請求項１に記載の操縦機。
  3. 前記緊急対応ボタンは半透明であり、前記地図情報の前面に重ね合わせ表示される、請求項１または請求項２に記載の操縦機。
  4. 前記緊急対応ボタンは、前記操作画面の５分の１以上を占める、請求項１、請求項２、または、請求項３に記載の操縦機。
  5. 前記緊急対応ボタンに、所定時間内に所定回数以上の所定の操作が行なわれた場合に推力発生部緊急停止指令を送信する、請求項１、請求項２、請求項３、または、請求項４に記載の操縦機。
  6. 前記緊急対応ボタンが所定時間以上長押し操作が行われた場合に推力発生部緊急停止指令を送信する、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、または、請求項５に記載の操縦機。
  7. 前記緊急対応ボタンは、前記操作画面の縁から所定の距離以上離れた位置に配置された、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、または、請求項６に記載の操縦機。
  8. 前記操作画面は、さらに、高度調整のためのボタンを備える、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、または、請求項７に記載の操縦機。
  9. 前記経路情報は、作業時間の短さを優先した経路と、バッテリー消費量の少なさを優先した経路と、薬剤散布の均一性を優先した経路との少なくとも２つ以上を含み、使用する経路を選択可能である、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、または、請求項８に記載の操縦機。
  10. 前記操作画面は、飛行準備中、薬剤補充中、離陸中のいずれか一つ以上を含む前記ドローンの現在の状況を表示する機体状況表示領域を備える、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８、または、請求項９のいずれかに記載の操縦機。
  11. 前記操作画面は、前記ドローンの飛行時間、座標、飛行速度、高度のいずれか一つ以上を含む飛行状況を表示する飛行状況表示領域を備える、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８、請求項９、または、請求項１０のいずれかに記載の操縦機。 
  12. 前記操作画面は、前記ドローンのバッテリー残量、散布用ポンプ状況、薬剤残量、通信状況のいずれか一つ以上を含む周辺機器状態を表示する周辺機器状態表示領域を備える、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８、請求項９、請求項１０、または、請求項１１のいずれかに記載の操縦機。
  13. 前記操作画面は、予め登録された障害物の位置と大きさに関する情報を表示する、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８、請求項９、請求項１０、請求項１１、または、請求項１２のいずれかに記載の操縦機。
  14. さらに、前記操縦機の位置を検出する位置検出部と、
    前記操作画面に画面が遷移する前に表示され、複数の圃場から特定の圃場を選択する圃場選択画面とを備え、
    前記位置検出部で検出した位置から所定距離以上離れた圃場の選択を禁止、もしくは、もしくは所定距離以上離れた圃場を選択した場合に警告を表示する、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８、請求項９、請求項１０、請求項１１、請求項１２、または、請求項１３のいずれかに記載の操縦機。
  15. 推力発生部を備え、コンピューター制御により自律的に飛行するドローンを制御するためのプログラムであって、
    前記ドローンが飛行する圃場の地図情報を表示する命令と、
    前記ドローンが飛行する経路情報を表示する命令と、
    前記ドローンに対してホバリングと推力発生部停止の少なくともいずれかの動作を指令する緊急対応ボタンを表示する命令とを
    含むプログラム。
  16. 前記地図情報が表示される地図情報表示領域に、前記ドローンの現在位置を表示する命令を含む、請求項１５に記載のプログラム。
  17. 前記緊急対応ボタンを半透明で表示する命令と、
    前記緊急停止用ボタンを前記地図情報の前面に重ね合わせ表示する命令とを含む、
    請求項１５または請求項１６に記載のプログラム。
  18. 前記緊急対応ボタンは、画面の５分の１以上を占める、請求項１５、請求項１６、または、請求項１７に記載のプログラム。
  19. 前記対応ボタンに、所定時間内に所定回数以上の所定の操作が行なわれた場合に推力発生部緊急停止指令を送信する命令を含む、請求項１５、請求項１６、、または、請求項１７に記載のプログラム。
  20. 前記緊急対応ボタンが所定時間以上長押し操作が行われた場合に推力発生部緊急停止指令を送信する命令を含む、請求項１５、請求項１６、請求項１７、請求項１８、または、請求項１９に記載のプログラム。
  21. 前記緊急対応ボタンを、画面の縁から所定の距離以上離れた位置に配置する命令を含む、請求項１５、請求項１６、請求項１７、請求項１８、請求項１９、または、請求項２０に記載のプログラム。
  22. さらに、高度調整のためのボタンを表示する命令を含む、
    請求項１５、請求項１６、請求項１７、請求項１８、請求項１９、請求項２０、または、請求項２１に記載のプログラム。
  23. 前記経路情報は、作業時間の短さを優先した経路と、バッテリー消費量の少なさを優先した経路と、薬剤散布の均一性を優先した経路との少なくとも２つ以上を含み、
    使用する経路をユーザーに選択させる命令を含む、請求項１５、請求項１６、請求項１７、請求項１８、請求項１９、請求項２０、請求項２１、または、請求項２２に記載のプログラム。
  24. 飛行準備中、薬剤補充中、離陸中のいずれか一つ以上を含む前記ドローンの現在の状況を表示する機体状況表示領域を表示する命令を含む、請求項１５、請求項１６、請求項１７、請求項１８、請求項１９、請求項２０、請求項２１、請求項２２、または、請求項２３のいずれかに記載のプログラム。
  25. 前記ドローンの飛行時間、座標、飛行速度、高度のいずれか一つ以上を含む飛行状況を表示する飛行状況表示領域を表示する命令を含む、請求項１５、請求項１６、請求項１７、請求項１８、請求項１９、請求項２０、請求項２１、請求項２２、請求項２３、または、請求項２４のいずれかに記載のプログラム。
  26. 前記ドローンのバッテリー残量、散布用ポンプ状況、薬剤残量、通信状況のいずれか一つ以上を含む周辺機器状態を表示する周辺機器状態表示領域を表示する命令を含む、請求項１５、請求項１６、請求項１７、請求項１８、請求項１９、請求項２０、請求項２１、請求項２２、請求項２３、請求項２４、または、請求項２５のいずれかに記載のプログラム。
  27. 予め登録された障害物の位置と大きさに関する情報を表示する命令を含む、請求項１５、請求項１６、請求項１７、請求項１８、請求項１９、請求項２０、請求項２１、請求項２２、請求項２３、請求項２４、請求項２５、または、請求項２６のいずれかに記載のプログラム。
  28. 操作画面に画面が遷移する前に、複数の圃場から特定の圃場を選択する圃場選択画面を表示する命令と、
    位置検出部で検出した位置から所定距離以上離れた圃場の選択を禁止、もしくは、もしくは所定距離以上離れた圃場を選択した場合に警告を表示する命令を含む、請求項１５、請求項１６、請求項１７、請求項１８、請求項１９、請求項２０、請求項２１、請求項２２、請求項２３、請求項２４、請求項２５、請求項２６、または、請求項２７のいずれかに記載のプログラム。
     

     
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