JP6749626B2 - 薬剤の吐出制御システム、方法、及びコンピュータプログラム - Google Patents
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Description
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、読み取り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。
本願発明に係るドローン100は複数のセンサーを使用して機体高度を測定することが望ましい。高度の測定には、GPS504、6軸ジャイロセンサー505、気圧センサー507、ソナー509、レーザーセンサー508の組み合わせを使用してよい。また、マルチスペクトルカメラ512、または、障害物検知カメラ513にパッシブ方式のオートフォーカス機能を備えることで対地距離を測定してもよい。この場合に、測定器やセンサーは故障に備えて二重化または多重化することが望ましい。二重化・多重化は同種のセンサーを複数使用することで行なってもよく、複数方式のセンサーを併用することで行なってもよく、その両方によって行なってもよい。
本願発明に係るドローン100は、複数のセンサーを使用して機体速度を測定してよい。速度の測定には、6軸ジャイロセンサー505(加速度の積分により速度が得られる)、GPSドップラー504-3(複数のGPS基地局からの電波の位相差をソフトウェアで処理することで機体速度を測定できる)、または、GPS504が測定した絶対座標の変化等を使用してよい。この場合に、測定器やセンサーは故障に備えて、二重化または多重化することが望ましい。二重化または多重化は同一方式内で行なうと共に、異なる方式間で行なうことが好ましい。たとえば、GPSが電波外乱や測位衛星の障害により利用できない場合には、GPSのみを二重化していた場合に全体障害となってしまうからである。
典型的なドローン100による農薬散布のケースでは、薬剤の重量は10キログラム以上となる。機体部分のみの重量は典型的には25キログラム程度であるため、散布開始時と散布終了間近の時では全体重量には大きな差が生じる。全体重量の変化に応じて、ドローン100の高度および速度を調整してもよい。たとえば、安全基準により、ドローン100の自然落下時の地表での衝撃力が規定されているのであれば、衝撃力は高度と速度と重量により決まる(速度の二乗に比例し、高度と重量に比例する)ため、機体重量が軽い時には制限高度を高くしてもよい。同様に、機体重量が軽い時には制限速度を速くしてもよい。また、飛行速度が速い時には制限高度を低く設定し、飛行高度が高い時には制限速度を遅く設定してもよい。
本実施形態に係る薬剤の吐出制御システムは、薬剤を散布する農業用機械、特に本例では薬剤散布用ドローン100に備えられ、薬剤の吐出を精度よく制御すると共に、薬剤の吐出異常を検知する。
なお、本実施形態において、薬剤の「吐出異常」といった場合には、現実に薬剤の吐出異常を来たし、規定値を超える薬剤が吐出されている状態のほか、このような薬剤の吐出異常となる虞のある準備状態や、散布予定とは異なる薬剤が現実に散布され、又は散布される虞がある設定異常の状態を含む。
この薬剤タンク104には、薬剤を充填したり、保管している薬剤を出したりするための開閉可能な蓋が取り付けられている。この開閉可能な蓋には、開閉状態を検知可能な開閉センサー104aが取り付けられている。この開閉センサー104aは例えば、蓋に取り付けられたマグネットと、本体に取り付けられて、このマグネットの磁力や接触を感知する感知器によって構成することができる。これにより蓋の開閉状態を判別して、使用者に蓋の開閉状態を認識可能とし、蓋が開いたまま薬剤の散布が行われるといった事態を防ぐことができる。
この薬剤種別判別センサー104bは例えば、薬剤タンク104内の薬剤の粘度や導電率、あるいはpHを測定することのできる装置によって構成され、測定された各項目の値と、薬剤ごとの基準となる値とを対比し、薬剤の種別を判別することができる。
なお、薬剤は薬剤タンク104から薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4へ送出されるところ、本実施形態の説明では、この送出経路に沿って薬剤が送出される方向を下流方向と称し、これとは逆の方向を上流方向と称することがある。なお、薬剤は一部、薬剤タンク104から三方弁122を介して再び薬剤タンク104へ送出されるが、この経路に関しては、三方弁122側を下流方向、薬剤タンク104側を上流方向と称している。
三方弁122から拡張タンク141を介して薬剤タンク104に至る経路は、薬剤中の気泡を除去(脱泡)するための経路である。この経路を循環させると共に、拡張タンク141に一時的に貯留させることで薬剤の脱泡を行うことができる。
なお、逆止弁121-1、121-2、121-3、121-4、121-5、121-6、121-7には、スイング式、リフト式、ウエハ式など、各種のものを用いることができ、特に特定のものに限られることはない。また、本例に関わらず、本例よりも多くの逆止弁を適宜の箇所に設けてもよい。
ここで、ポンプ106から薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4へつながる経路は、薬剤を薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4から吐出させ、薬剤を散布させるための経路である。
また、ポンプ106から拡張タンク141を介して薬剤タンク104へつながる経路は上述の通り、薬剤中の気泡を除去(脱泡)するための経路である。
圧力センサー111-1、111-2は、ポンプ106の下流側に設けられ、下流へ吐き出される薬剤の吐出圧を測定する。
これらの圧力センサー111-1、111-2によって薬剤の吐出圧を測定することにより、各圧力センサーの111-1、111-2から得られる薬剤の吐出圧及び/又は各圧力センサー111-1、111-2による測定値から求められる圧力損失の数値に基づき、薬剤の吐出状況を精度よく把握して、薬剤の過剰吐出などの吐出異常を判断したり、薬剤の吐出を制御したりすることができる。
このポンプ用センサー106aによってポンプ106の回転子の回転数を測定することにより、ポンプ106によって送出されている薬剤の量を把握し、薬剤の過剰吐出などの吐出異常を判断したり、薬剤の吐出を制御したりすることができる。
散布される薬剤ごとの粒子径の違いから、薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4は通常、薬剤に応じて用いられるものが異なっている。そのため、薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4の種別が適切か否かを判別することで、誤った薬剤の散布を防ぐことができる。
なお、図7においては、フライトコントローラー501が備える機能として、本実施形態における薬剤の吐出制御に必要な機能のみを示している。
ここで、所定の安全行動とは、飛行中であれば退避行動、飛行前の準備状態であれば飛行規制措置である。
また、退避行動は、最適化されたルートで所定の帰還地点まで移動する「通常帰還」であってもよい。最適化されたルートとは、例えば、通常帰還指令を受信する前に薬剤散布したルートを参照して算出されるルートである。例えば、ドローン100は、まだ薬剤を散布していないルートを経由して、薬剤を散布しながら所定の帰還地点まで移動する。
さらに、退避行動は、すべての回転翼を停止させてドローン100をその場から下方に落下させる「緊急停止」も含む。
飛行規制措置がとられた場合には、異常の確認や整備がなされない限り、飛行できないように制御されてもよい。
この第一判断処理部11は以下の第一乃至第六の判断処理を実行することができる。なお、各判断処理の流れは図8に示す通りとなり、これに基づき、各処理について説明する。
なお、ここで判断する薬剤の散布異常とは、薬剤のドリフト(目的とする圃場外への薬剤の飛散)を主とするが、圃場403内であっても局所的に薬剤が散布される状態も散布異常に含む。
これらのステータスを取得するため、ドローン100には図9に示されるように、高度測定部131、速度測定部132、風速測定部133、温湿度測定部134、位置測定部135、閾値情報記憶部136、第二制御部137が備えられる。
また、第二制御部137は、後述する第二判断処理部13による判断処理の結果、ドローン100が異常状態にあると判断されたときに、ドローン100に所定の安全行動を取らせる。
この第二制御部137における所定の安全行動とは、飛行中であれば退避行動、飛行前の準備状態であれば飛行規制措置である。退避行動及び飛行規制措置については、上述した第一制御部12によるのと同様である。なお、この第二制御部137も、ドローン100に異常が生じた場合に限らず、各センサーによって測定された薬剤の吐出量や流量に基づき、所定の吐出量や流量に制御することができる。
なお、この第三の判断処理に関しては、飛行中のみならず、飛行前の準備段階においても実行可能であり、異常状態にあると判断した場合には飛行を規制する措置を講じるとよい。
なお、この第四判断処理に関しては、飛行中のみならず、飛行前の準備段階においても実行可能であり、異常状態にあると判断した場合には飛行を規制する措置を講じるとよい。
なお、位置測定部135は例えば、GPS(Global Positioning System)によって実現することができる。
本願発明により、薬剤の散布を行なう農業用機械において、薬剤の散布の安全性を高めることができる。特に、各センサーにより、薬剤の吐出異常を自動的且つ即座に検知することができるので、薬剤の吐出異常を未然に防いだり、現実に発生した薬剤の吐出異常に素早く対応することができる。
また、薬剤を散布する各種の農業用機械に広く適用することができる。
Claims (19)
- 薬剤を充填するための開閉可能な蓋が取り付けられた薬剤タンクと、当該薬剤を吐出する吐出口と、を有し、複数種類の薬剤を散布する農業用機械、に備えられ、
前記薬剤の吐出を制御するためのシステムであって、
前記薬剤の吐出圧を測定する第一の圧力センサー、ポンプの近傍に設けられ、下流へ吐き出される前記薬剤の吐出圧を測定する第二の圧力センサー、前記薬剤タンク内に貯留された前記薬剤を下流へ吐き出すポンプ内において前記薬剤を前記薬剤タンクから吸い込むと共に下流へ吐き出す回転子の回転数を測定するポンプ用センサー、又は前記薬剤の流量を測定する流量センサー、のいずれか複数のセンサーと、
前記薬剤タンク内に貯留されている前記薬剤の種別を判別する薬剤種別判別センサーと、
散布を予定している前記薬剤の種別に係る情報の入力を受け付ける入力受付手段と、を有し、
前記薬剤種別判別センサーにより判別された前記薬剤の種別と、前記入力受付手段により受け付けた前記薬剤の種別に係る情報に基づき、異常状態を判断し、前記薬剤種別判別センサーにより判別された前記薬剤の種別と、前記入力受付手段により受け付けた前記薬剤の種別に係る情報が異なる場合に、散布を予定していない薬剤が前記薬剤タンクに充填されていることを判断する、
薬剤の吐出制御システム。 - 前記第一の圧力センサー、前記第二の圧力センサー、前記ポンプ用センサー、又は前記流量センサーのうちのいずれか複数のセンサーにより、前記薬剤の吐出異常を判断する第一の判断処理部、を有し、
前記センサーのうちのいずれか複数のセンサーによって前記薬剤の吐出量を検知する、
請求項1記載の薬剤の吐出制御システム。 - 前記第一の判断処理部はさらに、前記第一の圧力センサーと前記第二の圧力センサーによって測定された前記薬剤の吐出圧から算出される圧力損失に基づき、吐出異常を判断する、
請求項2記載の薬剤の吐出制御システム。 - 前記第一の判断処理部はさらに、前記第一の圧力センサー又は前記第二の圧力センサーにより測定された前記薬剤の吐出圧と、前記ポンプ用センサーにより測定された前記回転子の回転数に基づき、吐出異常を判断する、
請求項2又は3記載の薬剤の吐出制御システム。 - 前記薬剤の吐出口に取り付けられるノズルの種別を判別するノズル種別判別センサー、をさらに有し、
前記第一の判断処理部はさらに、前記ノズル種別判別センサーにより判別された前記ノズルの種別に応じて予め決められている前記薬剤の種別と、前記入力受付手段により受け付けた前記薬剤の種別に係る情報に基づき、設定異常を判断する、
請求項2乃至4いずれかの項に記載の薬剤の吐出制御システム。 - 前記薬剤の吐出口に取り付けられるノズルの種別を判別するノズル種別判別センサー、をさらに有し、
前記第一の判断処理部はさらに、前記薬剤種別判別センサーにより判別された前記薬剤の種別と、前記ノズル種別判別センサーにより判別された前記ノズルの種別に応じて予め決められている前記薬剤の種別に基づき、設定異常を判断する、
請求項2乃至5いずれかの項に記載の薬剤の吐出制御システム。 - 前記第一の判断処理部により、吐出異常又は設定異常と判断されたときに、前記農業用機械に所定の安全行動を取らせる第一の制御手段、をさらに有する、
請求項2乃至6いずれかの項に記載の薬剤の吐出制御システム。 - 前記第一の判断処理部により、吐出異常又は設定異常と判断されたときに、前記薬剤の吐出を遮断する第一の遮断機構、をさらに有する、
請求項2乃至7いずれかの項に記載の薬剤の吐出制御システム。 - 前記薬剤の散布異常を判断する第二の判断処理部、をさらに有する、
請求項1乃至8いずれかの項に記載の薬剤の吐出制御システム。 - 前記農業用機械の高度を測定する高度測定手段、をさらに有し、
前記第二の判断処理部は、前記農業用機械の高度が所定の高度以上になったときに異常状態と判断する、
請求項9記載の薬剤の吐出制御システム。 - 前記農業用機械の速度を測定する速度測定手段、をさらに有し、
前記第二の判断処理部は、前記農業用機械の速度が所定の速度以下になったときに異常状態と判断する、
請求項9記載の薬剤の吐出制御システム。 - 前記農業用機械の周囲の風速を測定する風速測定手段、をさらに有し、
前記第二の判断処理部は、前記農業用機械の周囲の風速が所定の風速以上になったときに異常状態と判断する、
請求項9記載の薬剤の吐出制御システム。 - 前記農業用機械の周囲の温度及び湿度を測定する温湿度測定手段、をさらに有し、
前記第二の判断処理部は、前記農業用機械の周囲の温度が所定の温度以上且つ湿度が所定の湿度以下のときに異常状態と判断する、
請求項9記載の薬剤の吐出制御システム。 - 前記第二の判断処理部により、異常状態と判断されたときに、前記農業用機械に所定の安全行動を取らせる第二の制御手段、をさらに有する、
請求項9乃至13いずれかの項に記載の薬剤の吐出制御システム。 - 前記第二の判断処理部により、異常状態と判断されたときに、前記薬剤の吐出を遮断する遮断機構、をさらに有する、
請求項9乃至14いずれかの項に記載の薬剤の吐出制御システム。 - 前記センサーのうちのいずれか複数のセンサーによる前記薬剤の吐出量の検知は、前記農業用機械の使用中、常時実行される、
請求項1乃至15いずれかの項に記載の薬剤の吐出制御システム。 - 前記農業用機械はドローンである、
請求項1乃至16いずれかの項に記載の薬剤の吐出制御システム。 - 薬剤を充填するための開閉可能な蓋が取り付けられた薬剤タンクと、当該薬剤を吐出する吐出口とを有し、複数種類の薬剤を散布する農業用機械、に備えられ、当該薬剤の吐出を制御するためのシステムであって、
前記薬剤の吐出圧を測定する第一の圧力センサー、ポンプの近傍に設けられ、下流へ吐き出される前記薬剤の吐出圧を測定する第二の圧力センサー、前記薬剤タンク内に貯留された前記薬剤を下流へ吐き出すポンプ内において前記薬剤を前記薬剤タンクから吸い込むと共に下流へ吐き出す回転子の回転数を測定するポンプ用センサー、又は前記薬剤の流量を測定する流量センサー、のいずれか複数のセンサーと、
前記薬剤タンク内に貯留されている前記薬剤の種別を判別する薬剤種別判別センサーと、
散布を予定している前記薬剤の種別に係る情報の入力を受け付ける入力受付手段と、を有するシステムが、
前記薬剤種別判別センサーにより判別された前記薬剤の種別と、前記入力受付手段により受け付けた前記薬剤の種別に係る情報に基づき、異常状態を判断し、前記薬剤種別判別センサーにより判別された前記薬剤の種別と、前記入力受付手段により受け付けた前記薬剤の種別に係る情報が異なる場合に、散布を予定していない薬剤が前記薬剤タンクに充填されていることを判断する処理、を実行する、
薬剤の吐出制御方法。 - 薬剤を充填するための開閉可能な蓋が取り付けられた薬剤タンクと、当該薬剤を吐出する吐出口とを有し、複数種類の薬剤を散布する農業用機械、に備えられ、当該薬剤の吐出を制御するためのシステムであって、
前記薬剤の吐出圧を測定する第一の圧力センサー、ポンプの近傍に設けられ、下流へ吐き出される前記薬剤の吐出圧を測定する第二の圧力センサー、前記薬剤タンク内に貯留された前記薬剤を下流へ吐き出すポンプ内において前記薬剤を前記薬剤タンクから吸い込むと共に下流へ吐き出す回転子の回転数を測定するポンプ用センサー、又は前記薬剤の流量を測定する流量センサー、のいずれか複数のセンサーと、
前記薬剤タンク内に貯留されている前記薬剤の種別を判別する薬剤種別判別センサーと、
散布を予定している前記薬剤の種別に係る情報の入力を受け付ける入力受付手段と、を有するシステムが実行するコンピュータプログラムであって、
前記システムに対し、
前記薬剤種別判別センサーにより判別された前記薬剤の種別と、前記入力受付手段により受け付けた前記薬剤の種別に係る情報に基づき、異常状態を判断し、前記薬剤種別判別センサーにより判別された前記薬剤の種別と、前記入力受付手段により受け付けた前記薬剤の種別に係る情報が異なる場合に、散布を予定していない薬剤が前記薬剤タンクに充填されていることを判断する処理、を実行させる、
コンピュータプログラム。
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