JP6410993B2 - ドローン飛行制御システム、方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、殺虫手段を備えたドローンを飛行制御するドローン飛行制御システムに関する。

従来、農場等において、虫が作物等に有害な作用を及ぼす場合がある。このため、このような虫を駆除する装置が知られている。

このような装置として、空中を飛行するための空中飛行機構部と、周辺を撮影するための１または複数個のカメラと、害虫を吸引して、害虫収容室に収容するための吸引機構部と、カメラの撮影画像から害虫を認識する害虫像認識部と、制御部とを備え、制御部は、害虫像認識部の認識結果に基づいて、空中飛行機構部を駆動制御すると共に、吸引機構部を駆動して、害虫収容室に害虫を収容するように制御する害虫捕獲収容装置が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１の害虫捕獲収容装置によれば、害虫を認識した場合に、空中飛行機構部により当該害虫に接近し収容できる。

特開２０１５−２２８８０号公報

しかしながら、特許文献１の害虫捕獲収容装置は、虫を認識して、当該害虫に接近し収容するため、接近時に虫が逃げてしまう場合もあり、虫の駆除効率が悪かった。

本発明は、これらの課題に鑑み、ドローンを使用して、虫の駆除効率を向上できるドローン飛行制御システム、方法及びプログラムを提供することを目的とする。

本発明では、以下のような解決手段を提供する。

第１の特徴に係る発明は、
殺虫手段を備えたドローンを飛行制御するドローン飛行制御システムであって、
前記殺虫手段又は前記ドローンと、対象物と、の距離を計測する距離計測手段と、
前記計測された距離が所定の条件を満たすように前記ドローンの飛行高度を制御する飛行高度制御手段と、
前記殺虫手段によって殺された虫又は前記殺虫手段に集まって来た虫、を検知する虫検知手段と、
前記虫検知手段の検知結果に応じて、所定の条件を満たすように前記ドローンの飛行速度又は飛行方向を制御する飛行速度制御手段と、
を備えることを特徴するドローン飛行制御システムを提供する。

第１の特徴に係る発明によれば、殺虫手段を備えたドローンを飛行制御するドローン飛行制御システムは、距離計測手段と、飛行高度制御手段と、虫検知手段と、飛行速度制御手段と、を備える。本発明において、殺虫手段は、例えば、殺虫器、殺虫薬等である。ドローンは、遠隔操作又は自律して飛行可能な無人機である。距離計測手段は、殺虫手段又はドローンと、対象物と、の距離を計測する。本発明において、対象物は、例えば、地盤、農作物等の虫がいる可能性が高い物や、虫による被害を回避したい物が含まれる。飛行高度制御手段は、計測された距離が所定の条件を満たすようにドローンの飛行高度を制御する。虫検知手段は、殺虫手段によって殺された虫又は殺虫手段に集まって来た虫、を検知する。飛行速度制御手段は、虫検知手段の検知結果に応じて、所定の条件を満たすようにドローンの飛行速度又は飛行方向を制御する。

これにより、殺虫手段を備えたドローンを、対象物の距離に応じた高度で飛行させ、虫を検知した結果に応じた飛行速度又は飛行方向に飛行させることができる。よって、例えば、対象物である農作物から所定距離（例えば、農作物に接触しない距離であり、虫が飛翔可能距離）以内の高さで、殺虫手段を備えたドローンを飛行させ、虫を検知した場合には、飛行速度を減速させたり、飛行方向を旋回させたりすることで、農作物に寄ってくる虫を効率的に駆除できる。

第１の特徴に係る発明は、システムのカテゴリであるが、方法及びプログラムであっても同様の作用、効果を奏する。

したがって、ドローンを使用して、虫の駆除効率を向上できるドローン飛行制御システム、方法及びプログラムを提供できる。

第２の特徴に係る発明は、第１の特徴に係る発明に加え、
前記ドローンの外部環境情報を取得する外部環境取得手段を備え、
前記飛行高度制御手段は、前記取得された外部環境情報に基づいて前記ドローンの飛行高度を制御し、
前記飛行速度制御手段は、前記取得された外部環境情報に基づいて前記ドローンの飛行速度を制御することを特徴とするドローン飛行制御システムを提供する。

第２の特徴に係る発明によれば、ドローン飛行制御システムは、外部環境取得手段を更に備える。外部環境取得手段は、ドローンの外部環境情報を取得する。本発明において、外部環境情報には、時間を示す時間情報、天候を示す気象情報、気温を示す気温情報、明るさを示す照度情報等が含まれる。そして、飛行高度制御手段は、取得された外部環境情報に基づいてドローンの飛行高度を制御する。飛行速度制御手段は、取得された外部環境情報に基づいてドローンの飛行速度を制御する。

これにより、例えば、所定の時間や気候等のときに、虫が発生する可能性が高い高度において、比較的速い飛行速度で、殺虫手段を備えたドローンを飛行させることで、虫の駆除効率をより向上できる。

第３の特徴に係る発明は、第１の特徴に係る発明に加え、
障害物を検知する障害物検知手段と、
前記検知された障害物が画像解析により人間であったと判断した場合に、前記殺虫手段を停止する殺虫停止手段と、
を備えることを特徴とするドローン飛行制御システムを提供する。

第３の特徴に係る発明によれば、ドローン飛行制御システムは、障害物検知手段と、殺虫停止手段と、を更に備える。障害物検知手段は、障害物を検知する。殺虫停止手段は、検知された障害物が画像解析により人間であったと判断した場合に、殺虫手段を停止する。

これにより、例えば、殺虫手段を備えたドローンが、人間に近接した場合には、殺虫手段を停止できるので、安全性を向上できる。

第４の特徴に係る発明は、第１の特徴に係る発明に加え、
前記殺虫手段によって殺された虫を確保する捕虫手段を備えることを特徴とするドローン飛行制御システムを提供する。

第４の特徴に係る発明によれば、ドローン飛行制御システムは、捕虫手段を更に備える。

本発明において、捕虫手段は、例えば、袋、網等である。これにより、殺虫手段で殺虫した虫の量を、飛行後でも確認できるので、例えば、所定のコースを所定時間飛行した場合の殺虫効率を確認できる。

本発明によれば、ドローンを使用して、虫の駆除効率を向上できるドローン飛行制御システム、方法及びプログラムを提供できる。

図１は、本発明の好適な実施形態であるドローン飛行制御システム１の概要を説明するための図である。 図２は、ドローン飛行制御システム１におけるドローン１０の機能ブロックと各機能の関係を示す図である。 図３は、ドローン飛行制御システム１が実行するドローン飛行制御処理のフローチャートである。 図４は、ドローン１０の記憶部１２に記憶された高度条件テーブル１１０を説明する図である。 図５は、ドローン飛行制御システム１におけるドローン１０の動作の一例を説明する図である。 図６は、ドローン飛行制御システム１におけるドローン１０の動作の一例を説明する図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図を参照しながら説明する。なお、これはあくまでも一例であって、本発明の技術的範囲はこれに限られるものではない。

［ドローン飛行制御システムの概要］
図１は、本発明の好適な実施形態であるドローン飛行制御システム１の概要を説明するための図である。この図１に基づいて、ドローン飛行制御システム１の概要を説明する。ドローン飛行制御システム１は、殺虫手段２０を備えたドローン１０を飛行制御する。

ドローン１０は、遠隔操作又は自律して、複数の回転翼を回転させることで、揚力を発生し飛行する無人機である。殺虫手段２０は、誘虫ランプで虫を誘引し、誘虫ランプの周囲に配置した電線を流れる電気で殺虫する殺虫器である。また、ドローン１０には、殺虫装置２０の下方に、殺虫装置２０によって殺された虫を確保する捕虫手段としての捕虫網３０が設けられている。

ドローン飛行制御システム１は、殺虫装置２０又はドローン１０と、対象物１００と、の距離を対象物センサ１４を用いて計測し、計測された距離が所定の条件（例えば、対象物１００の一例である農作物から０．１ｍ〜１ｍ以内）を満たすようにドローン１０の飛行高度を制御する。

また、ドローン飛行制御システム１は、虫検知手段としての虫センサ１５により、殺虫装置２０によって殺された虫２００又は殺虫装置２０に集まって来た虫２００を検知し、この検知結果に応じて、所定の条件（例えば、失速しない最低速度や、旋回して虫２００を検知した位置周辺を旋回したり、虫２００を検知した位置でホバリングする等）を満たすようにドローン１０の飛行速度又は飛行方向を制御する。

ドローン飛行制御システム１によれば、殺虫手段２０を備えたドローン１０を、対象物１００の距離に応じた高度で飛行させ、虫２００を検知した結果に応じた飛行速度又は飛行方向に飛行させることができる。
よって、例えば、対象物である農作物から所定距離（例えば、農作物に接触しない距離であり、虫が飛翔可能距離）以内の高さで、殺虫手段を備えたドローン１０を飛行させ、虫を検知した場合には、飛行速度を減速させたり、飛行方向を旋回させたりすることで、農作物に寄ってくる虫２００を効率的に駆除できる。

［各機能の説明］
図２は、ドローン飛行制御システム１におけるドローン１０の機能ブロックと各機能の関係を示す図である。

図２に示すように、ドローン１０は、制御部１１として、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ），ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ），ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等を備え、記憶部１２として、ハードディスクや半導体メモリによる、データのストレージ部を備え、駆動部１３として、例えば、複数の回転翼、制御部１１の制御により回転翼を回転させるモータ等を備える。記憶部１２は、飛行制御プログラム１００、高度条件テーブル１１０、その他、ドローン１０の制御や飛行に必要なデータを記憶する。

また、ドローン１０は、対象物センサ１４として、レーザ光線等の光を発光し、発光した光を受信し、発光したタイミング及び受光したタイミングで電気信号を出力する距離センサを備え、虫センサ１５として、レーザ光線等の光を発光する発光部と発光部で発光された光を受光する受光部とを有し、受光部で受光する光の変化を検出して電気信号に変換し出力する光電センサを備え、外部環境センサ１６として、日時や気温や湿度や明るさ等を検出して電気信号に変換し出力するセンサ、障害物センサ１７として、ＣＣＤカメラで撮像した画像と、予めの人間を検知するためのベース画像と、を対比し、撮像した画像における検知対象である人間の特徴量を算出し、撮像した画像に人間が含まれるか否かの判断結果を出力する画像センサを備える。

また、ドローン１０は、図示しないが、上記構成に加え、電力を供給するバッテリー、現在位置を取得するＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）受信機、ドローン１０の加速した方向を検知するジャイロセンサ、ドローン１０の高度を検知する高度センサ、ドローン１０が移動している方向を検知する地磁気センサ等、無人飛行に必要な構成を備える。

ドローン１０において、制御部１１が飛行制御プログラム１００を読み込むことで、記憶部１２、駆動部１３及び対象物センサ１４と協働して、距離計測モジュール１０１を実現する。また、ドローン１０において、制御部１１が飛行制御プログラム１００を読み込むことで、記憶部１２、駆動部１３及び外部環境センサ１６と協働して、飛行高度制御モジュール１０２を実現する。また、ドローン１０において、制御部１１が飛行制御プログラム１００を読み込むことで、記憶部１２、駆動部１３、虫センサ１５及び外部環境センサ１６と協働して、飛行速度制御モジュール１０３を実現する。また、ドローン１０において、制御部１１が飛行制御プログラム１００を読み込むことで、記憶部１２、駆動部１３及び障害物センサ１７と協働して、殺虫装置制御モジュール１０４を実現する。

［ドローン飛行制御処理］
図３は、ドローン飛行制御システム１が実行するドローン飛行制御処理のフローチャートである。上述したドローン飛行制御システム１の各種モジュールが行うドローン飛行制御処理について説明する。

まず、ドローン飛行制御システム１において、ドローン１０は、制御部１１が飛行制御プログラム１００を読み込み、駆動部１３を制御し、予め設定されたルートに沿って又は目標位置に向かって飛行を開始する。また、ドローン１０は、殺虫装置制御モジュール１０４により、殺虫装置２０に誘虫ランプを点灯させ、誘虫ランプの周囲に配置した電線に電気を流させる。

ステップＳ１において、外部環境センサ１６は、ドローン１０の外部環境情報を取得する。本実施形態において、外部環境情報には、例えば、日時や気温や湿度や明るさ等を示す情報が含まれる。

ステップＳ２において、距離計測モジュール１０１は、殺虫装置２０又はドローン１０と、対象物１００（図１参照）と、の距離を計測する。具体的には、距離計測モジュール１０１は、対象物センサ１４により、発光したタイミングで出力された電気信号と、受光したタイミングで出力された電気信号の時間差から、対象物１００と、殺虫装置２０又はドローン１０との最短距離（対象物１００と、殺虫装置２０又はドローン１０との垂直距離）を算出する。

ステップＳ３において、飛行高度制御モジュール１０２は、ステップＳ１で外部環境センサ１６が取得した外部環境情報に基づいて、高度条件テーブル１１０（後述する図４参照）を参照して、飛行高度制御モジュール１０２は、ステップＳ２で距離計測モジュール１０１により、計測された距離が所定の条件（高度条件）を満たすようにドローン１０の飛行高度を制御する。

図４は、ドローン１０の記憶部１２に記憶された高度条件テーブル１１０を説明する図である。高度条件テーブル１１０は、外部環境情報に、飛行高度に関する所定の条件として、殺虫装置２０又はドローン１０と、対象物１００（図１参照）と、の最短距離を示す高度条件が対応付けられている。本実施形態において、外部環境情報には、気温、湿度、明るさ等が含まれる。高度条件は、外部環境（気温等）が外部環境情報において示す値のときに、虫がいる可能性の高い範囲が設定されている。

また、高度条件テーブル１１０は、対象物１００の種類毎に設けてもよい。具体的には、図４に示す例の高度条件テーブル１１０を、対象物１００が農作物の場合のものとすれば、外部環境情報が２０℃＜Ｔ≦３０℃の場合、高度条件は０．１ｍ〜１ｍであるが、対象物１００が地面である高度条件テーブルでは、外部環境情報が同じでも、例えば、高度条件を２ｍ〜２．５ｍにしてもよい。

また、飛行高度に関する所定条件を、対象物１００の種類毎に設定する場合、例えば、飛行高度制御モジュール１０２は、更に、障害物センサ１７と協働し、対象物１００の種類毎のベース画像を記憶部１２に記憶しておき、障害物センサ１７のＣＣＤカメラで撮像した画像と、対象物１００の種類毎のベース画像と、を対比し、対象物１００の種類を判断し、この判断結果と、対象物１００の種類毎の所定条件と、からドローン１０の飛行高度を制御してもよい。

図４に示す例において、外部環境情報が２０℃＜Ｔ≦３０℃の場合、ステップＳ３において、飛行高度制御モジュール１０２は、ステップＳ２で算出した最短距離が２ｍであったとすると、駆動部１３を制御して、最短距離が所定条件の０．１ｍ〜１ｍになるまで、ドローン１０を降下させる。

図３に戻って、また、ステップＳ３において、飛行速度制御モジュール１０３は、ステップＳ１で外部環境センサ１６が取得した外部環境情報に基づいて、ドローン１０の飛行速度を制御する。例えば、飛行速度制御モジュール１０３は、外部環境情報の１つである気温が比較的に高い場合（虫が広範囲に発生している場合）には、比較的速い速度でドローン１０を飛行させ、広範囲で殺虫することを可能とする。一方、飛行速度制御モジュール１０３は、外部環境情報の１つである気温が比較的に低い場合（虫が特定の範囲に発生している場合）には、特定の範囲を、比較的遅い速度でドローン１０を飛行させ、特定の範囲を重点的に殺虫することを可能とする。

ステップＳ４において、飛行速度制御モジュール１０３は、虫センサ１５から、殺虫手段２０によって殺された虫又は殺虫手段２０に集まって来た虫、を検知したことを示す電気信号（虫センサ１５において、受光部で受光する光の変化を検出して出力された電気信号）を受信したか否かを判断する。飛行速度制御モジュール１０３は、虫を検知したことを示す電気信号を受信した場合には、ステップＳ５に処理を移し、虫を検知したことを示す電気信号を受信していない場合には、ステップＳ６に処理を移す。

ステップＳ５において、飛行速度制御モジュール１０３は、所定の条件を満たすようにドローンの飛行速度や飛行方向を制御する。

図５は、ドローン飛行制御システム１におけるドローン１０の動作の一例を説明する図である。飛行速度制御モジュール１０３は、ステップＳ４において、ある位置で、虫を検知したことを示す電気信号を受信した場合には、例えば、飛行速度や飛行方向に関する所定の条件として、ドローン１０の飛行速度を遅くし、図５に示すように、ドローン１０が当該位置を繰り返し通過するように旋回させるように飛行方向を制御する。

図３に戻って、ステップＳ６において、殺虫装置制御モジュール１０４は、障害物センサ１７により検知された障害物が画像解析により人間であったか否かを判断する。殺虫装置制御モジュール１０４は、人間であったと判断した場合には、ステップＳ７に処理を移し、人間であったと判断しない場合には、本処理を終了する。

図６は、ドローン飛行制御システム１におけるドローン１０の動作の一例を説明する図である。殺虫装置制御モジュール１０４は、ステップＳ６において、例えば、図６に示すように、障害物センサ１７のＣＣＤカメラで人間３００を撮像した場合、この人間３００を撮像した画像と、人間のベース画像と、を対比し、撮像した画像に人間が含まれていると判断し、ステップＳ７に処理を移す。

ステップＳ７において、殺虫装置制御モジュール１０４は、殺虫装置２０を停止する（少なくとも、殺虫装置２０の誘虫ランプの周囲に配置した電線への電気の供給を停止する。）。

上述した手段、機能は、コンピュータ（ＣＰＵ，情報処理装置，各種端末を含む）が、所定のプログラムを読み込んで、実行することによって実現される。プログラムは、例えば、フレキシブルディスク、ＣＤ（ＣＤ−ＲＯＭ等）、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ等）等のコンピュータ読取可能な記録媒体に記録された形態で提供される。この場合、コンピュータはその記録媒体からプログラムを読み取って内部記憶装置又は外部記憶装置に転送し記憶して実行する。また、そのプログラムを、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク等の記憶装置（記録媒体）に予め記録しておき、その記憶装置からコンピュータに提供するようにしてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述したこれらの実施形態に限るものではない。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

１ ドローン飛行制御システム、１０ ドローン、１５ 虫センサ、２０ 殺虫装置、１０１ 距離計測モジュール、１０２ 飛行高度制御モジュール、１０３ 飛行速度制御モジュール、１０４ 殺虫装置制御モジュール

Claims (5)

1. 殺虫手段を備えたドローンを飛行制御するドローン飛行制御システムであって、
   前記ドローンの外部環境情報として、時間情報、気象情報、気温情報、照度情報の少なくとも一つを取得する外部環境取得手段と、
   前記殺虫手段又は前記ドローンと、対象物と、の距離を計測する距離計測手段と、
   前記取得された外部環境情報に基づいて、前記計測された距離が所定の条件を満たすように前記ドローンの飛行高度を制御する飛行高度制御手段と、
   前記殺虫手段によって殺された虫又は前記殺虫手段に集まって来た虫、を検知する虫検知手段と、
   前記取得された外部環境情報と、前記虫検知手段の検知結果と、に応じて、所定の条件を満たすように前記ドローンの飛行速度又は飛行方向を制御する飛行速度制御手段と、
   を備えることを特徴するドローン飛行制御システム。
2. 障害物を検知する障害物検知手段と、
   前記検知された障害物が画像解析により人間であったと判断した場合に、前記殺虫手段を停止する殺虫停止手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載のドローン飛行制御システム。
3. 前記殺虫手段によって殺された虫を確保する捕虫手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のドローン飛行制御システム。
4. 殺虫手段を備えたドローンを飛行制御するドローン飛行制御システムが実行する方法であって、
   前記ドローンの外部環境情報として、時間情報、気象情報、気温情報、照度情報の少なくとも一つを取得する外部環境取得ステップと、
   前記殺虫手段又は前記ドローンと、対象物と、の距離を計測する距離計測ステップと、
   前記取得された外部環境情報に基づいて、前記計測された距離が所定の条件を満たすように前記ドローンの飛行高度を制御する飛行高度制御ステップと、
   前記殺虫手段によって殺された虫又は前記殺虫手段に集まって来た虫、を検知する虫検知ステップと、
   前記取得された外部環境情報と、前記虫検知ステップにおける検知結果と、に応じて、所定の条件を満たすように前記ドローンの飛行速度又は飛行方向を制御する飛行速度制御ステップと、
   を含む方法。
5. 殺虫手段を備えたドローンを飛行制御するドローン飛行制御システムに、
   前記ドローンの外部環境情報として、時間情報、気象情報、気温情報、照度情報の少なくとも一つを取得する外部環境取得ステップ、
   前記殺虫手段又は前記ドローンと、対象物と、の距離を計測する距離計測ステップ、
   前記取得された外部環境情報に基づいて、前記計測された距離が所定の条件を満たすように前記ドローンの飛行高度を制御する飛行高度制御ステップ、
   前記殺虫手段によって殺された虫又は前記殺虫手段に集まって来た虫、を検知する虫検知ステップ、
   前記取得された外部環境情報と、前記虫検知手段の検知結果と、に応じて、所定の条件を満たすように前記ドローンの飛行速度又は飛行方向を制御する飛行速度制御ステップ、
   を実行させるためのコンピュータ読み取り可能なプログラム。