JP6749626B2

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

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Publication number: JP6749626B2
Application number: JP2020515506A
Authority: JP
Inventors: 千大和氣; 洋柳下
Original assignee: Nileworks Inc
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Filing date: 2019-04-24
Publication date: 2020-09-02
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Description

本願発明は、圃場に対して農薬などの薬剤散布等を行なう農業用無人飛行体（ドローン）、特に、安全性を高めたドローン、その制御方法、および、プログラムに関する。

一般にドローンと呼ばれる小型無人ヘリコプター（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、薬剤散布用の農業用機械において、圃場への薬剤散布を前提に、自律的に異常を検知する技術は存在していなかった。

特許公開公報特開２００１−１２０１５１特許公開公報特開２０１７−１６３２６５特許公開公報特開２００６−００１４８５

薬剤の散布を行なう農業用機械において、薬剤の吐出を精度よく制御し、薬剤の散布の安全性を高めることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る薬剤の吐出制御システムは、薬剤を保管する薬剤タンクと、当該薬剤を吐出する吐出口とを有し、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、前記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―、のいずれか複数のセンサー、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。

また、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、を有するものとしてもよい。

また、前記第一の判断処理部は、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ものとしてもよい。

また、前記第一の判断処理部は、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ものとしてもよい。

また、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、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ものとしてもよい。

また、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と、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ものとしてもよい。

また、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、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と、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ものとしてもよい。

また、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、前記農業用機械に退避行動を取らせる第一の退避制御手段、をさらに有するものとしてもよい。

また、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、をさらに有するものとしてもよい。

また、前記薬剤の散布異常を判断する第二の判断処理部、をさらに有するものとしてもよい。

また、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ものとしてもよい。

また、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ものとしてもよい。

また、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ものとしてもよい。

また、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ものとしてもよい。

また、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、前記農業用機械に退避行動を取らせる第二の退避制御手段、をさらに有するものとしてもよい。

また、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、をさらに有するものとしてもよい。

また、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、常時実行されるものとしてもよい。

また、前記農業用機械はドローンであるものとしてもよい。

また、本発明の別の観点に係る薬剤の吐出制御方法は、薬剤を保管する薬剤タンクと、当該薬剤を吐出する吐出口とを有し、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、前記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―、のいずれか複数のセンサー、を有するシステムが、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処理、を実行する。

また、本発明のさらに別の観点に係るコンピュータプログラムは、薬剤を保管する薬剤タンクと、当該薬剤を吐出する吐出口とを有し、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、前記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―、のいずれか複数のセンサー、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処理、を実行させる。
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、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。

本発明によれば、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。

本願発明に係る薬剤の吐出制御システムを搭載した薬剤散布用ドローンの実施例の平面図である。本願発明に係る薬剤の吐出制御システムを搭載した薬剤散布用ドローンの実施例の正面図である。本願発明に係る薬剤の吐出制御システムを搭載した薬剤散布用ドローンの実施例の右側面図である。本願発明に係る薬剤の吐出制御システムを搭載した薬剤散布用ドローンの実施例を使用した薬剤散布システムの全体概念図の例である。本願発明に係る薬剤の吐出制御システムを搭載した薬剤散布用ドローンの実施例の制御機能を表した模式図である。本願発明に係る薬剤の吐出制御システムの構成を表した模式図である。本願発明に係る薬剤の吐出制御システムが備える機能の一部を表した機能ブロック図である。本願発明に係る薬剤の吐出制御システムによって実行される処理の一例を表した処理フロー図である。本願発明に係る薬剤の吐出制御システムが備える機能の一部を表した機能ブロック図である。本願発明に係る薬剤の吐出制御システムによって実行される処理の一例を表した処理フロー図である。

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。

図１に本願発明に係るドローン100の実施例の平面図を、図２にその（進行方向側から見た）正面図を、図３にその右側面図を示す。なお、本願明細書において、ドローンとは、動力手段（電力、原動機等）、操縦方式（無線であるか有線であるか、および、自律飛行型であるか手動操縦型であるか等）を問わず、複数の回転翼または飛行手段を有する飛行体全般を指すこととする。

回転翼101-1a、101-1b、101-2a、101-2b、101-3a、101-3b、101-4a、101-4b（ローターとも呼ばれる）は、ドローン100を飛行させるための手段であり、飛行の安定性、機体サイズ、および、バッテリー消費量のバランスを考慮し、8機（2段構成の回転翼が4セット）備えられていることが望ましい。

モーター102-1a、102-1b、102-2a、102-2b、102-3a、102-3b、102-4ａ、102-4bは、回転翼101-1a、101-1b、101-2a、101-2b、101-3a、101-3b、101-4a、101-4bを回転させる手段（典型的には電動機だが発動機等であってもよい）であり、一つの回転翼に対して1機設けられていることが望ましい。１セット内の上下の回転翼（たとえば、101-1aと101-1b）、および、それらに対応するモーター（たとえば、102-1aと102-1b）は、ドローンの飛行の安定性等のために軸が同一直線上にあり、かつ、互いに反対方向に回転することが望ましい。なお、一部の回転翼101-3b、および、モーター102-3bが図示されていないが、その位置は自明であり、もし左側面図があったならば示される位置にある。図２、および、図３に示されるように、ローターが異物と干渉しないよう設けられたプロペラガードを支えるための放射状の部材は水平ではなくやぐら上の構造であることが望ましい。衝突時に当該部材がローター側に座屈変形することを防ぎ、ローターと干渉することを防ぐためである。

薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4は、薬剤を下方に向けて散布するための手段であり4機備えられていることが望ましい。なお、本願明細書において、薬剤とは、農薬、除草剤、液肥、殺虫剤、種、および、水などの圃場に散布される液体または粉体を一般的に指すこととする。

薬剤タンク104は散布される薬剤を保管するためのタンクであり、重量バランスの観点からドローン100の重心に近い位置でかつ重心より低い位置に設けられていることが望ましい。薬剤ホース105-1、105-2、105-3、105-4は、薬剤タンク104と各薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4とを接続する手段であり、硬質の素材から成り、当該薬剤ノズルを支持する役割を兼ねていてもよい。ポンプ106は、薬剤をノズルから吐出するための手段である。

図４に本願発明に係るドローン100の薬剤散布用途の実施例を使用したシステムの全体概念図を示す。本図は模式図であって、縮尺は正確ではない。操縦器401は、使用者402の操作によりドローン100に指令を送信し、また、ドローン100から受信した情報（たとえば、位置、薬剤量、電池残量、カメラ映像等）を表示するための手段であり、コンピュータプログラムを稼働する一般的なタブレット端末等の携帯情報機器によって実現されてよい。本願発明に係るドローン100は自律飛行を行なうよう制御されることが望ましいが、離陸や帰還などの基本操作時、および、緊急時にはマニュアル操作が行なえるようになっていることが望ましい。携帯情報機器に加えて、緊急停止専用の機能を有する非常用操作機（図示していない）を使用してもよい（非常用操作機は緊急時に迅速に対応が取れるよう大型の緊急停止ボタン等を備えた専用機器であることが望ましい）。操縦器401とドローン100はWi-Fi等による無線通信を行なうことが望ましい。

圃場403は、ドローン100による薬剤散布の対象となる田圃や畑等である。実際には、圃場403の地形は複雑であり、事前に地形図が入手できない場合、あるいは、地形図と現場の状況が食い違っている場合がある。通常、圃場403は家屋、病院、学校、他作物圃場、道路、鉄道等と隣接している。また、圃場403内に、建築物や電線等の障害物が存在する場合もある。

基地局404は、Wi-Fi通信の親機機能等を提供する装置であり、RTK-GPS基地局としても機能し、ドローン100の正確な位置を提供できるようにすることが望ましい（Wi-Fi通信の親機機能とRTK-GPS基地局が独立した装置であってもよい）。営農クラウド405は、典型的にはクラウドサービス上で運営されているコンピューター群と関連ソフトウェアであり、操縦器401と携帯電話回線等で無線接続されていることが望ましい。営農クラウド405は、ドローン100が撮影した圃場403の画像を分析し、作物の生育状況を把握して、飛行ルートを決定するための処理を行なってよい。また、保存していた圃場403の地形情報等をドローン100に提供してよい。加えて、ドローン100の飛行および撮影映像の履歴を蓄積し、様々な分析処理を行なってもよい。

通常、ドローン100は圃場403の外部にある発着地点406から離陸し、圃場403に薬剤を散布した後に、あるいは、薬剤補充や充電等が必要になった時に発着地点406に帰還する。発着地点406から目的の圃場403に至るまでの飛行経路（侵入経路）は、営農クラウド405等で事前に保存されていてもよいし、使用者402が離陸開始前に入力してもよい。

図５に本願発明に係る薬剤散布用ドローンの実施例の制御機能を表した模式図を示す。フライトコントローラー501は、ドローン全体の制御を司る構成要素であり、具体的にはCPU、メモリー、関連ソフトウェア等を含む組み込み型コンピューターであってよい。フライトコントローラー501は、操縦器401から受信した入力情報、および、後述の各種センサーから得た入力情報に基づき、ESC（Electronic Speed Control）等の制御手段を介して、モーター102-1a、102-1b、102-2a、102-2b、102-3a、102-3b、104-a、104-bの回転数を制御することで、ドローン100の飛行を制御する。モーター102-1a、102-1b、102-2a、102-2b、102-3a、102-3b、104-a、104-bの実際の回転数はフライトコントローラー501にフィードバックされ、正常な回転が行なわれているかを監視できる構成になっていることが望ましい。あるいは、回転翼101に光学センサー等を設けて回転翼101の回転がフライトコントローラー501にフィードバックされる構成でもよい。

フライトコントローラー501が使用するソフトウェアは、機能拡張・変更、問題修正等のために記憶媒体等を通じて、または、Wi-Fi通信やUSB等の通信手段を通じて書き換え可能になっていることが望ましい。この場合において、不正なソフトウェアによる書き換えが行なわれないように、暗号化、チェックサム、電子署名、ウィルスチェックソフト等による保護を行なうことが望ましい。また、フライトコントローラー501が制御に使用する計算処理の一部が、操縦器401上、または、営農クラウド405上や他の場所に存在する別のコンピューターによって実行されてもよい。フライトコントローラー501は重要性が高いため、その構成要素の一部または全部が二重化されていてもよい。

バッテリー502は、フライトコントローラー501、および、ドローンのその他の構成要素に電力を供給する手段であり、充電式であることが望ましい。バッテリー502はヒューズ、または、サーキットブレーカー等を含む電源ユニットを介してフライトコントローラー501に接続されていることが望ましい。バッテリー502は電力供給機能に加えて、その内部状態（蓄電量、積算使用時間等）をフライトコントローラー501に伝達する機能を有するスマートバッテリーであることが望ましい。

フライトコントローラー501は、Wi-Fi子機機能503を介して、さらに、基地局404を介して操縦器401とやり取りを行ない、必要な指令を操縦器401から受信すると共に、必要な情報を操縦器401に送信できることが望ましい。この場合に、通信には暗号化を施し、傍受、成り済まし、機器の乗っ取り等の不正行為を防止できるようにしておくことが望ましい。基地局404は、Wi-Fiによる通信機能に加えて、RTK-GPS基地局の機能も備えていることが望ましい。RTK基地局の信号とGPS測位衛星からの信号を組み合わせることで、GPSモジュール504により、ドローン100の絶対位置を数センチメートル程度の精度で測定可能となる。GPSモジュール504は重要性が高いため、二重化・多重化しておくことが望ましく、また、特定のGPS衛星の障害に対応するため、冗長化されたそれぞれのGPSモジュール504は別の衛星を使用するよう制御することが望ましい。

６軸ジャイロセンサー505はドローン機体の加速度を測定する手段（さらに、加速度の積分により速度を計算する手段）であり、6軸センサーであることが望ましい。地磁気センサー506は、地磁気の測定によりドローン機体の方向を測定する手段である。気圧センサー507は、気圧を測定する手段であり、間接的にドローンの高度も測定することもできる。レーザーセンサー508は、レーザー光の反射を利用してドローン機体と地表との距離を測定する手段であり、IR（赤外線）レーザーを使用することが望ましい。ソナー509は、超音波等の音波の反射を利用してドローン機体と地表との距離を測定する手段である。これらのセンサー類は、ドローンのコスト目標や性能要件に応じて取捨選択してよい。また、機体の傾きを測定するためのジャイロセンサー（角速度センサー）、風力を測定するための風力センサーなどが追加されていてもよい。また、これらのセンサー類は、二重化または多重化されていることが望ましい。同一目的複数のセンサーが存在する場合には、フライトコントローラー501はそのうちの一つのみを使用し、それが障害を起こした際には、代替のセンサーに切り替えて使用するようにしてもよい。あるいは、複数のセンサーを同時に使用し、それぞれの測定結果が一致しない場合には障害が発生したと見なすようにしてもよい。

流量センサー510は薬剤の流量を測定するための手段であり、薬剤タンク104から薬剤ノズル103に至る経路の複数の場所に設けられていることが望ましい。液切れセンサー511は薬剤の量が所定の量以下になったことを検知するセンサーである。マルチスペクトルカメラ512は圃場403を撮影し、画像分析のためのデータを取得する手段である。障害物検知カメラ513はドローン障害物を検知するためのカメラであり、画像特性とレンズの向きがマルチスペクトルカメラ512とは異なるため、マルチスペクトルカメラ512とは別の機器であることが望ましい。スイッチ514はドローン100の使用者402が様々な設定を行なうための手段である。障害物接触センサー515はドローン100、特に、そのローターやプロペラガード部分が電線、建築物、人体、立木、鳥、または、他のドローン等の障害物に接触したことを検知するためのセンサーである。カバーセンサー516は、ドローン100の操作パネルや内部保守用のカバーが開放状態であることを検知するセンサーである。薬剤注入口センサー517は薬剤タンク104の注入口が開放状態であることを検知するセンサーである。これらのセンサー類はドローンのコスト目標や性能要件に応じて取捨選択してよく、二重化・多重化してもよい。また、ドローン100外部の基地局404、操縦器401、または、その他の場所にセンサーを設けて、読み取った情報をドローンに送信してもよい。たとえば、基地局404に風力センサーを設け、風力・風向に関する情報をWi-Fi通信経由でドローン100に送信するようにしてもよい。

フライトコントローラー501はポンプ106に対して制御信号を送信し、薬剤吐出量の調整や薬剤吐出の停止を行なう。ポンプ106の現時点の状況（たとえば、回転数等）は、フライトコントローラー501にフィードバックされる構成となっていることが望ましい。

LED107は、ドローンの操作者に対して、ドローンの状態を知らせるための表示手段である。LEDに替えて、または、それに加えて液晶ディスプレイ等の表示手段を使用してもよい。ブザー518は、音声信号によりドローンの状態（特にエラー状態）を知らせるための出力手段である。Wi-Fi子機機能519は操縦器401とは別に、たとえば、ソフトウェアの転送などのために外部のコンピューター等と通信するためのオプショナルな構成要素である。Wi-Fi子機機能に替えて、または、それに加えて、赤外線通信、Bluetooth（登録商標）、ZigBee（登録商標）、NFC等の他の無線通信手段、または、USB接続などの有線通信手段を使用してもよい。スピーカー520は、録音した人声や合成音声等により、ドローンの状態（特にエラー状態）を知らせる出力手段である。天候状態によっては飛行中のドローン100の視覚的表示が見にくいことがあるため、そのような場合には音声による状況伝達が有効である。警告灯521はドローンの状態（特にエラー状態）を知らせるストロボライト等の表示手段である。これらの入出力手段は、ドローンのコスト目標や性能要件に応じて取捨選択してよく、二重化・多重化してもよい。

自律飛行により薬剤等の散布を行なう農業用ドローンにおいては、ドローンの高度、および、速度の上限を維持することが安全性維持のためにきわめて重要である。使用者402に操縦器401に常に貼り付いてドローン100を操縦しているわけではないからである。ドローン100の高度が所定の高度を超えると万一の落下時の地上衝突時の衝撃が安全規制を超える可能性がある（万一、人に衝突した時に深刻な被害を与える可能性がある）。加えて、目的とする圃場外への薬剤の飛散（ドリフト）を最小化するためにも高度を制限することが望ましい。同様に、ドローン100の速度が所定の速度を超えると安全面で大きな問題となり得る。落下時に加えて、障害物（特に人間）に衝突した際の衝撃が安全基準を超える可能性がある。

安全基準を遵守するために、本願発明に係るドローン100は、フライトコントローラー501の入力とするための高度測定手段、速度測定手段、または、その両方を備えることが望ましい。加えて、重量測定手段を備えていてもよい。フライトコントローラー501は、これらの測定された情報を入力とし、ドローン100が所定の制限高度、所定の制限速度、または、その両方を超えないようモーター102を制御することが望ましい。

（高度測定）
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。

たとえば、ソナー509は圃場403が地面である場合には正確な測定が可能だが、圃場403が水面である場合には正確な測定が難しい（この場合には、レーザーセンサー508が適切である）等、測定方式により得手不得手があるため、複数方式のセンサーを併用することが望ましい。また、GPSの電波の外乱や基地局の異常等が発生した場合には仮にGPS504を多重化していたとしても全体障害となってしまうため、GPS以外の高度測定手段も備えることが望ましい。

特に、離陸時の初期高度測定にはGPS504を使用し、飛行中はソナー509を使用することが望ましい。GPS504は最も正確な測定を行なえるが絶対高度しか測定できないため、用水路など凹凸のある圃場403では正確な対地高度を測定できないのに対して、ソナー509は地面に対する距離を測定するため対地高度を測定できるからである。水平飛行中にGPS504とソナー509の両方による測定を行なって結果を比較し、その差が所定の閾値（たとえば10センチメートル）以内であるときにはGPS504の測定値を高度測定に使用し、所定の閾値を超えたときには圃場403の凹凸が大きいと判断して、ソナー509の測定値を高度測定に使用するようにしてもよい。

なお、GPS504は、ドローンの飛行位置の把握のためにいずれにせよ不可欠な機能となるため、離陸時にGPS504が故障や外乱等により機能しない場合にはドローンの離陸を禁止する制御（インターロック）を行なうことが望ましい。また、飛行中にGPS衛星からの電波がさえぎられて一時的な受信不能となる、通信妨害が発生し受信不能となる等によりGPSが機能しなくなった場合には、ドローン100をその場で上空停止（ホバリング）させる制御を行なうことが望ましい。所定時間経過後もGPSが機能しない場合には、ホバリングを停止し、その場でドローン100をその場で軟着陸、または、発着地点406等に帰還させる制御を行なってもよい。この際に、操縦器401にエラー・メッセージを表示し、使用者402の指示を仰いでもよい。

これらの高度測定手段により測定された高度情報をドローン100の飛行制御手段の入力とすることで、人間の目視による操縦がなくとも、ドローン100を法規制や安全基準等により定められた制限高度内で飛行させることが可能となる。

GPS504によって高度を測定している場合には、ソナー509により測定を行なっている場合と比較して、制限高度を低く設定することが望ましい。GPSはドローン100の高度の絶対値を測定しているのに対して、ソナー509はドローン100と地表との距離を測定しているため、地形の高低を考慮して制限高度に余裕を持たせることが望ましいからである。たとえば、ソナー509を使用した測定時の制限高度が2メートルである場合には、GPS504を使用した測定時の制限高度を1.5メートルとしてよい。

ドローン100の絶対的な高度の制限に加えて、上昇速度（高度の時間あたりの変化）を制限してもよい。上昇速度を制限しないとセンサーの測定の遅延、および、フライトコントローラー501の処理の遅延等により、ドローン100が制限高度を一時的に超えてしまうリスクがあるからである。この場合において、GPS504によって高度を測定している場合には、ソナー509等の他の方法によって高度を測定している場合と比較して上昇速度の上限値を低く設定してもよい。GPS504は、電波の外乱や測位衛星の状況により一時的に測定ができないことがあるため、ドローンが制限高度を一時的に超えるリスクが高くなるからである。

（速度制限）
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。

これらの高度測定手段により測定された速度情報をフライトコントローラー501の入力とすることで、人間の目視による操縦がなくとも、ドローン100を法規制や安全基準等により定められた制限速度内（たとえば、時速20Km）で飛行させることが可能となる。

（重量測定）
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。

機体重量は６軸ジャイロセンサー505によって測定された加速度、または、GPSドップラー504-3やGPS504等の手段によって測定された速度の微分値としての加速度を使用して推定してよい。上昇時であれば、モーター102の推力をＴ、重力加速度をｇ、測定された機体の加速度をαとすれば、機体全体の重量Mは、M=T/（α＋g）として求められる。モーター102の推力Ｔはモーターの回転数によって決まり、フライトコントローラー501はモーター回転数を測定できることから、機体の重量を推定可能である。また、モーター回転数を直接的に測定できない場合には、フライトコントローラー501がモーター102に指令した目的回転数をモーター回転数とみなし、そこから推力を推定してもよい。

また、等速水平飛行中のドローン100の機体の傾きを測定することで機体重量を推定してよい。機体の傾きはジャイロセンサーを備えることで直接測定してもよいし、6軸方式の６軸ジャイロセンサー505の測定値を二回微分することで推定してもよい。等速水平飛行中には機体の空気抵抗力、重力、回転翼による推力が釣り合っている。空気抵抗力は機体の飛行速度の関数であり、回転翼による推力はモーターの回転数の関数であり、重力は機体重量の関数であることから、重量は機体の傾き、モーターの回転数、機体の飛行速度が既知であれば推定することができる。なお、風力センサーを設けて、風力と風向によって空気抵抗係数を補正してもよい。

また、飛行中に重量が変化する最大の要因は薬剤の量であることから、薬剤タンク中のレベルセンサーで薬剤の液面の高さを測定することで薬剤の残量を測定し、そこから機体全体の重量を推定してもよい。この場合には、薬剤タンク中に水圧センサーを備え、薬剤タンク中の薬剤の重量を推定することで、機体全体の重量を推定してもよい。

図６及び図７により、本願発明の実施例に係る薬剤の吐出制御システムの構成及び機能を示す。
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。

薬剤タンク104は上述の通り、散布される薬剤を保管するためのタンクである。
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。

また、薬剤タンク104には薬剤種別判別センサー104ｂが設けられている。薬剤種別判別センサー104ｂは、薬剤タンク104内に貯留されている薬剤の種別を判別することができる。
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、これに限らず、例えば薬剤タンク104としてカートリッジ式の薬剤タンクを用いれば、当該カートリッジ式の薬剤タンクに薬剤種別のデータを記録したIC等を付しておき、当該IC等から薬剤種別のデータを取得する手段を設けることで、薬剤の種別を判別することもできる。

ここで、薬剤は複数の種類のものが用いられる場合があるため、散布を予定している薬剤が薬剤タンク104内に保管されているかどうかを判別することは有用である。特に、薬剤の粒子径は種類に応じて異なるところ、散布を予定していた薬剤よりも粒子径の小さい薬剤を誤って散布してしまった場合には、ドリフト（薬剤の目的物以外への飛散、付着）を惹き起こす可能性が高く、看過できない。

また、薬剤タンク104には、薬剤の液切れを検知するための液切れセンサー511が取り付けられている。なお、薬剤の液切れには、薬剤がなくなった場合のほか、薬剤の量が所定の量以下になった場合を含み、任意に設定された量に応じて、薬剤の液切れを検知することができる。

なお、薬剤タンク104内における薬剤の蒸散検知機能や、温度・湿度の測定機能などを薬剤タンク104に設け、薬剤が適切な状態に管理されるようにするとよい。

ポンプ106は、薬剤タンク104内に保管されている薬剤を下流へ吐き出し、薬剤ホース105-1、105-2、105-3、105-4を介して各薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4へ送出する。
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。

拡張タンク141は、三方弁122から送出された薬剤を一時的に貯留させ、薬剤タンク104に戻すためのタンクである。
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。

逆止弁121-1、121-2、121-3、121-4、121-5、121-6、121-7は、薬剤を一定方向のみに送出し、当該一定方向とは逆の方向への流入、即ち逆流を防ぐための弁である。この逆止弁121-1、121-2、121-3、121-4、121-5、121-6、121-7は、薬剤タンク104から薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4に至る経路において、薬剤の吐出を遮断する遮断機構の役割を果たしており、薬剤の吐出を遮断する役割を果たすことができれば、遮断機構として電磁弁など、他の機構のものを用いることもできる。

本例では、逆止弁121-1が薬剤タンク104とポンプ106の間であって、薬剤タンク104に設けられた薬剤吐出口近傍に設けられ、逆止弁121-2が三方弁122と薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4の間に設けられ、逆止弁121-4、121-5、121−6、121−7が薬剤の外部への吐出口103a-1、103a-2、103a-3、103a-4に設けられ、逆止弁121-3が三方弁122と拡張タンク141の間に設けられている。逆止弁121-1は、薬剤タンク104から送出された薬剤を下流方向へ送出させ、薬剤タンク104へ逆流不能に制御している。また、逆止弁121-2は、ポンプ106から送出された薬剤を下流方向へ送出させ、ポンプ106へ逆流不能に制御している。また、逆止弁121-3は、三方弁122から送出された薬剤を拡張タンク141のある上流方向へ送出させ、三方弁122へ逆流不能に制御している。さらに、逆止弁121-4、121-5、121-6、121-7は、吐出口103a-1、103a-2、103a-3、103a-4から薬剤が外部へ吐出するのを遮断可能にしている。
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。

三方弁122は、ポンプ106と薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4の間に設けられており、ポンプ106から薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4へつながる経路と、ポンプ106から拡張タンク141を介して薬剤タンク104へつながる経路の分岐点を構成しており、切替操作に応じて薬剤を各経路へ送出させる。
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。

流量センサー510は、ポンプ106と薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4の間に設けられ、薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4へ送出されている薬剤の流量を測定する。この流量センサー510によって測定された薬剤の流量に基づき、圃場403に散布した薬剤の量を把握することができる。

圧力センサー111-1、111-2は、薬剤の吐出口に設けられ、薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4から外部へ吐出される薬剤の吐出圧を測定する。
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。

ポンプ用センサー106aは、ポンプ106内において薬剤を薬剤タンク104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。
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。

ノズル種別判別センサー114-1、114-2、114-3、114-4は、薬剤の吐出口に取り付けられる薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4の種別を判別することができる。
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。

具体的には例えば、吐出口に薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4と嵌合又は係合する機構を設けておき、薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4には、当該吐口側の嵌合又は係合機構に嵌合又は係合する機構であって、複数の薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4ごとに異なる形状の機構を設ける。そして、吐出口に薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4を取り付けた際、薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4ごとに異なる形状を識別することにより、薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4の種別を判別することができる。

なお、薬剤タンク104から薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4に至る経路の途中には、当該経路中に貯留する薬剤を外部へ排出するためのコック付きの排出口（図６中、「DRAIN」と表記）が設けられている。圃場403への薬剤の散布が終わった後などにおいて、薬剤タンク104から薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4に至る経路に溜まっている薬剤を排出させる場合には、この排出口より薬剤を排出させることができる。

本実施形態において、フライトコントローラー501は図７に示されるように、薬剤の吐出異常を判断するための第一判断処理部11、第一制御部12、閾値情報記憶部22、入力受付部501aを有している。
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。

第一制御部12は、後述する第一判断処理部11による判断処理の結果、薬剤の吐出異常又は設定異常が発生してい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。

退避行動は例えば、通常の着陸動作、ホバリングを例とする空中停止や、最短のルートで直ちに所定の帰還地点まで移動する「緊急帰還」を含む。所定の帰還地点とは、あらかじめフライトコントローラー501に記憶させた地点であり、例えば離陸した地点である。所定の帰還地点とは、例えば使用者402がドローン100に近づくことが可能な陸上の地点であり、使用者402は帰還地点に到達したドローン100を点検したり、手動で別の場所に運んだりすることができる。
また、退避行動は、最適化されたルートで所定の帰還地点まで移動する「通常帰還」であってもよい。最適化されたルートとは、例えば、通常帰還指令を受信する前に薬剤散布したルートを参照して算出されるルートである。例えば、ドローン100は、まだ薬剤を散布していないルートを経由して、薬剤を散布しながら所定の帰還地点まで移動する。
さらに、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。

飛行規制措置は、飛行前の準備段階において飛行を規制する措置であって、使用者の飛行命令を拒否したり、使用者に状態の確認を要求したりするものである。
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。

なお、第一制御部12は、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。

閾値情報記憶部22は、後述する第一判断処理部11による判断処理に際して、圧力や流量などの基準となる閾値を記憶した記憶部である。

入力受付部501aは、薬剤の種別に係る情報など、各種の情報の入力を受け付けることができる。
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。

第一判断処理部11は、第一の判断処理として、圧力センサー111-1、111-2によって測定された薬剤の吐出圧に基づき、吐出異常を判断することができる。具体的には、圧力センサー111-1、111-2によって測定された薬剤の吐出圧が所定値以上であった場合に、吐出異常と判断することができる。

即ち、第一判断処理部11は、ステータスとして薬剤の吐出圧に係る情報を取得し（S101）、閾値情報記憶部22に記憶されている所定値とステータスを対比して吐出異常を判断する（S102）。その結果、吐出異常と判断した場合には、第一制御部12により所定の安全行動をとらせる（S103）。

また、第二の判断処理として、圧力センサー111-1、111-2によって測定された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。具体的には、圧力センサー111-1によって測定された薬剤の吐出圧と、圧力センサー111-2によって測定された薬剤の吐出圧の差分から圧力損失を算出し、当該圧力損失が所定値以上であった場合に、吐出異常と判断することができる。圧力損失によって吐出異常を判断することで、内部の三方弁122や圧力センサー111-1、111-2間における薬剤の漏出異常なども検知することができる。

即ち、第一判断処理部11は、ステータスとして薬剤の吐出圧に係る情報を取得し（S101）、圧力損失を算出した上で閾値情報記憶部22に記憶されている所定値と対比して吐出異常を判断する（S102）。その結果、吐出異常と判断した場合には、第一制御部12により所定の安全行動をとらせる（S103）。

また、第三の判断処理として、ポンプ用センサー106aにより測定されたポンプ106内の回転子の回転数に基づき、吐出異常を判断する。具体的には、ポンプ用センサー106aによって測定された回転子の回転数が所定値以上であった場合に、吐出異常と判断することができる。この場合、回転子が過回転している状態にあると推測され、これにより安全な吐出量を上回る薬剤が散布されていると判断できる。

即ち、第一判断処理部11は、ステータスとしてポンプ106内の回転子の回転数に係る情報を取得し（S101）、閾値情報記憶部22に記憶されている所定値とステータスを対比して吐出異常を判断する（S102）。その結果、吐出異常と判断した場合には、第一制御部12により所定の安全行動をとらせる（S103）。

また、第四の判断処理として、薬剤種別判別センサー104ｂにより判別された薬剤の種別と、入力受付部501aにより受け付けた薬剤の種別に係る情報に基づき、異常状態か否かを判断する。具体的には、薬剤種別判別センサー104ｂにより判別された薬剤の種別と、入力手段により受け付けた薬剤の種別が異なる場合に、予定していない薬剤の散布が行われる虞があるものとして、異常状態と判断することができる。

即ち、第一判断処理部11は、ステータスとして、薬剤種別判別センサ―104bと入力受付部501aそれぞれから薬剤の種別に係る情報を取得し（S101）、これらを対比して異常状態か否かを判断する（S102）。その結果、異常状態と判断した場合には、第一制御部12により所定の安全行動をとらせる（S103）。

また、第五の記判断処理として、ノズル種別判別センサー114-1、114-2、114-3、114-4により判別された薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4の種別に応じて予め決められている薬剤の種別と、入力受付部501aにより受け付けた薬剤の種別に係る情報に基づき、異常状態か否かを判断する。具体的には、ノズル種別判別センサー114-1、114-2、114-3、114-4により判別された薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4の種別と、入力手段により受け付けた薬剤の種別が異なる場合に、予定していない薬剤の散布が行われる虞があるものとして、異常状態と判断することができる。

即ち、第一判断処理部11は、ステータスとして、ノズル種別判別センサ―114-1、114-2、114-3、114-4により判別された薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4の種別に応じて予め決められている薬剤の種別と、入力受付部501aにより受け付けた薬剤の種別に係る情報を取得し（S101）、これらを対比して異常状態か否かを判断する（S102）。その結果、異常状態と判断した場合には、第一制御部12により所定の安全行動をとらせる（S103）。

また、第六の判断処理として、薬剤種別判別センサー104ｂにより判別された薬剤の種別と、ノズル種別判別センサー114-1、114-2、114-3、114-4により判別された薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4の種別に応じて予め決められている薬剤の種別に基づき、異常状態か否かを判断する。具体的には、薬剤種別判別センサー104ｂにより判別された薬剤の種別と、ノズル種別判別センサー114-1、114-2、114-3、114-4により判別された薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4の種別に応じて予め決められている薬剤の種別が異なる場合に、予定していない薬剤の散布が行われる虞があるものとして、異常状態と判断することができる。

即ち、第一判断処理部11は、ステータスとして、薬剤種別判別センサー104ｂにより判別された薬剤の種別と、ノズル種別判別センサー114-1、114-2、114-3、114-4により判別された薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4の種別に応じて予め決められている薬剤の種別に係る情報を取得し（S101）、これらを対比して異常状態か否かを判断する（S102）。その結果、異常状態と判断した場合には、第一制御部12により所定の安全行動をとらせる（S103）。

なお、薬剤の吐出制御システムにおける薬剤の吐出異常の判断処理においては、圧力センサー111-1、111-2によって測定された薬剤の吐出圧、圧力センサー111-1及び圧力センサー111-2によって測定された薬剤の吐出圧の差分から算出された圧力損失、ポンプ用センサー106aにより測定されたポンプ106内の回転子の回転数、流量センサー510により測定された薬剤の流量、のいずれかを組み合わせて判断することもできる。例えば、ポンプ106内の回転子の回転数と流量センサー510により測定された薬剤の流量、圧力センサー111-1、111-2によって測定された薬剤の吐出圧とポンプ用センサー106aにより測定されたポンプ106内の回転子の回転数、あるいは、圧力センサー111-1及び圧力センサー111-2によって測定された薬剤の吐出圧の差分から算出された圧力損失と流量センサー510により測定された薬剤の流量など、複数の検出情報を用いる。これら複数のセンサーによって取得された情報を対比することにより、その比率から薬剤の吐出異常を判断することもできる。例えば、流量センサーにより測定された薬剤の流量に対し、圧力センサー111-1、111-2によって測定された吐出圧が、正常時よりも小さいあるいは大きい場合には、薬剤の吐出異常が発生していると判断することができる。これにより、薬剤の吐出異常を精度よく判別し、退避行動や安全規制措置といった安全行動をとらせることができる。

なお、以上の吐出制御システムの動作のうち、第一乃至第三の判断処理では、基本的には薬剤の過剰吐出を吐出異常と判断している。これは、圃場403に散布する薬剤の量が規定値を超える場合、周辺環境への懸念や薬剤の散布を受けた農作物等の安全性が損なわれる虞がある一方、規定値を下回る場合には、そのような虞がないことから、過剰吐出を吐出異常と判断している。他方、本実施形態に係る吐出制御システムにおいて、圧力センサー111-1、111-2やポンプ用センサー106aから測定される圧力やポンプの回転子の回転数が所定値を下回るか否かを判断することで、薬剤の吐出不足を識別し、これを吐出異常と判断することもできる。

また、各センサー及び第一判断処理部11によって実行される薬剤の吐出制御は、常時実行される冗長なシステムとして構成するのが好適であるが、断続的に所定のタイミングで実行するように構成することもできる。

また、本実施形態において、あるいは他の実施形態において、フライトコントローラー501は、薬剤の散布異常を判断するための第二判断処理部13を有するものとしてもよい。
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。

薬剤の散布異常を判断する場合には、ドローン100の高度、速度、風速、温度、湿度、位置といったステータスを判断の基礎データとして用いる。これらのステータスについて、薬剤はその粒子径が細かく、特に粒子径の細かいものを使用する場合、高度は高くなればなるほど（例えば、２ｍ以上）、薬剤が目的外の場所へ飛散する可能性が高まり、精度よく地上の作物へ付着させることができなくなる。また、速度は遅くなればなるほど（例えば5km/h以下）、薬剤が局所的に散布され、局所的に薬剤の濃度が高くなる可能性が高まる。また、風速は速くなればなるほど、薬剤が目的外のところへ飛散する可能性が高くなる。また、温度と湿度については、温度が高く、湿度が低い状態になればなるほど、散布した薬剤自体が乾燥しやすくなり、圃場403に散布された薬剤の水分が蒸散する結果、乾いた薬剤の粒子が圃場403外へ飛散する可能性が高くなる。また、ドローン100が圃場403外へ行ってしまった場合には当然、圃場403へ薬剤を散布してしまうことになる。
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。

なお、閾値情報記憶部136は閾値情報記憶部22と同様、後述する第二判断処理部13による判断処理に際して、圧力や流量などの基準となる閾値を記憶した記憶部である。
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。

この第二判断処理部によって実行される処理に直接、必要とされる機能は図９に示されるとおりであり、これらの機能部により、第二判断処理部13は以下の第一乃至第五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１０に示すとおりとなり、これに基づき、各処理について説明する。

第二判断処理部13は、第一の判断処理として、高度測定部131によって測定されたドローン100の高度に基づき、異常状態か否かを判断することができる。具体的には、高度測定部131によって測定されたドローン100の高度が所定の高度以上であった場合に、異常状態と判断することができる。

即ち、第二判断処理部13は、ステータスとしてドローン100の高度に係る情報を取得し（S201）、閾値情報記憶部136に記憶されている所定値と対比して異常状態か否かを判断する（S202）。その結果、異常状態と判断した場合には、第二制御部137により所定の安全行動をとらせる（S203）。

また、第二の判断処理として、速度測定部132によって測定されたドローン100の速度に基づき、異常状態か否かを判断することができる。具体的には、速度測定部132によって測定されたドローン100の速度が所定の速度以下であった場合に、異常状態と判断することができる。

即ち、第二判断処理部13は、ステータスとしてドローン100の速度に係る情報を取得し（S201）、閾値情報記憶部136に記憶されている所定値と対比して異常状態か否かを判断する（S202）。その結果、異常状態と判断した場合には、第二制御部137により所定の安全行動をとらせる（S203）。

また、第三の判断処理として、風速測定部133によって測定された風速に基づき、異常状態か否かを判断することができる。具体的には、風速測定部133によって測定された風速が所定の速度以以上であった場合に、異常状態と判断することができる。

即ち、第二判断処理部13は、ステータスとして風速に係る情報を取得し（S201）、閾値情報記憶部136に記憶されている所定値と対比して異常状態か否かを判断する（S202）。その結果、異常状態と判断した場合には、緊急措置をとる（S203）。
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。

また、第四の判断処理として、温湿度測定部134によって測定された温湿度に基づき、異常状態か否かを判断することができる。具体的には、温湿度測定部134によって測定された温湿度について、温度が所定値以上、湿度が所定値以下であった場合に、異常状態と判断することができる。

即ち、第二判断処理部13は、ステータスとして温湿度に係る情報を取得し（S201）、閾値情報記憶部126に記憶されている所定値と対比して異常状態か否かを判断する（S202）。その結果、異常状態と判断した場合には、第二制御部137により所定の安全行動をとらせる（S203）。
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、第四の判断処理に関して、温湿度測定部134は、ドローン100自体が備えてもよいが、通信の基地局や、圃場403周辺に備えるものとし、これを通信によってドローン100が取得するものとしてもよい。

また、第五の判断処理として、位置測定部135によって測定されたドローン100の位置に基づき、異常状態か否かを判断することができる。具体的には、位置測定部135によって把握されたドローン100の位置について、圃場403であった場合に異常状態と判断することができる。
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。

即ち、第二判断処理部13は、ステータスとしてドローン100の位置に係る情報を取得し（S201）、閾値情報記憶部136に記憶されている圃場403の座標等の位置情報と対比して異常状態か否かを判断する（S202）。その結果、異常状態と判断した場合には、第二制御部137により所定の安全行動をとらせる（S203）。

以上の実施例によれば、薬剤の散布を行なうドローン100等の農業用機械において、各センサーによって薬剤の吐出あるいは散布を精度よく認識することができ、薬剤の散布の安全性を高めることができる。

なお、各センサー及び第二判断処理部13によって実行される薬剤の散布異常検知は、常時実行される冗長なシステムとして構成するのが好適であるが、断続的に所定のタイミングで実行するように構成することもできる。

また、以上の本実施形態において、異常状態を判別した場合には、薬剤タンク104から薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4に至る経路に設けられた逆止弁121-1、121-2、121-3、121-4、121-5、121-6、121-7を強制的に閉弁させ、薬剤の吐出を遮断するとよい。

以上の実施例においては、第一判断処理部11や第二判断処理部13をドローン100のフライトコントローラー501が備えるものとしたが、これに限らず、フライトコントローラー501から所定の通信回線を介してデータを取得したサーバ等が当該判断処理部を備え、当該サーバ等で判断処理が実行されるようになっていてもよい。

薬剤散布を目的とするドローンの実施例を説明してきたが、本願発明は薬剤散布を行なわず、たとえば、カメラによる生育監視を行なう農業用ドローン、および、一般的なドローンにも適用可能である。

（本願発明による技術的に顕著な効果）
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

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。