WO2019168042A1 - ドローン、その制御方法、および、プログラム - Google Patents

ドローン、その制御方法、および、プログラム Download PDF

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WO2019168042A1
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aircraft
drone
speed
gps
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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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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01M—CATCHING, TRAPPING OR SCARING OF ANIMALS; APPARATUS FOR THE DESTRUCTION OF NOXIOUS ANIMALS OR NOXIOUS PLANTS
    • A01M7/00—Special adaptations or arrangements of liquid-spraying apparatus for purposes covered by this subclass
    • A01M7/0025—Mechanical sprayers
    • A01M7/0032—Pressure sprayers
    • A01M7/0042—Field sprayers, e.g. self-propelled, drawn or tractor-mounted
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C13/00—Control systems or transmitting systems for actuating flying-control surfaces, lift-increasing flaps, air brakes, or spoilers
    • B64C13/02—Initiating means
    • B64C13/16—Initiating means actuated automatically, e.g. responsive to gust detectors
    • B64C13/18—Initiating means actuated automatically, e.g. responsive to gust detectors using automatic pilot
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C39/00—Aircraft not otherwise provided for
    • B64C39/02—Aircraft not otherwise provided for characterised by special use
    • B64C39/024—Aircraft not otherwise provided for characterised by special use of the remote controlled vehicle type, i.e. RPV
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D1/00—Dropping, ejecting, releasing, or receiving articles, liquids, or the like, in flight
    • B64D1/16—Dropping or releasing powdered, liquid, or gaseous matter, e.g. for fire-fighting
    • B64D1/18—Dropping or releasing powdered, liquid, or gaseous matter, e.g. for fire-fighting by spraying, e.g. insecticides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D31/00—Power plant control systems; Arrangement of power plant control systems in aircraft
    • B64D31/02—Initiating means
    • B64D31/06—Initiating means actuated automatically
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/04—Control of altitude or depth
    • G05D1/042—Control of altitude or depth specially adapted for aircraft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B9/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent material, without essentially mixing with gas or vapour
    • B05B9/03—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent material, without essentially mixing with gas or vapour characterised by means for supplying liquid or other fluent material
    • B05B9/04—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent material, without essentially mixing with gas or vapour characterised by means for supplying liquid or other fluent material with pressurised or compressible container; with pump
    • B05B9/0403—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent material, without essentially mixing with gas or vapour characterised by means for supplying liquid or other fluent material with pressurised or compressible container; with pump with pumps for liquids or other fluent material
    • B05B9/0423—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent material, without essentially mixing with gas or vapour characterised by means for supplying liquid or other fluent material with pressurised or compressible container; with pump with pumps for liquids or other fluent material for supplying liquid or other fluent material to several spraying apparatus
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B9/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent material, without essentially mixing with gas or vapour
    • B05B9/03—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent material, without essentially mixing with gas or vapour characterised by means for supplying liquid or other fluent material
    • B05B9/04—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent material, without essentially mixing with gas or vapour characterised by means for supplying liquid or other fluent material with pressurised or compressible container; with pump
    • B05B9/06—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent material, without essentially mixing with gas or vapour characterised by means for supplying liquid or other fluent material with pressurised or compressible container; with pump the delivery being related to the movement of a vehicle, e.g. the pump being driven by a vehicle wheel
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    • B64U2201/10—UAVs characterised by their flight controls autonomous, i.e. by navigating independently from ground or air stations, e.g. by using inertial navigation systems [INS]
    • B64U2201/104—UAVs characterised by their flight controls autonomous, i.e. by navigating independently from ground or air stations, e.g. by using inertial navigation systems [INS] using satellite radio beacon positioning systems, e.g. GPS
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    • B64U50/00—Propulsion; Power supply
    • B64U50/10—Propulsion
    • B64U50/19—Propulsion using electrically powered motors

Definitions

  • the present invention relates to an unmanned aerial vehicle (drone) for spraying chemicals such as agricultural chemicals on a field, and more particularly to a drone with improved safety, a control method thereof, and a program.
  • drone unmanned aerial vehicle
  • the drone can know the absolute position of its own aircraft accurately in centimeters during flight. Even in farmland with a narrow and complex terrain typical in Japan, it is possible to fly autonomously with a minimum of manual maneuvering, and to disperse medicines efficiently and accurately.
  • An agricultural drone (unmanned aerial vehicle) that can maintain high safety even during autonomous flight.
  • the present invention is a drone comprising altitude measuring means and altitude adjusting means, wherein the altitude adjusting means adjusts the aircraft altitude so that the altitude measured by the altitude measuring means does not exceed a predetermined limit altitude.
  • the altitude measuring means may be two or more systems selected from a sonar, a barometric sensor, an acceleration sensor, a laser, and a GPS, or may be one or more systems and multiplexed.
  • the altitude measuring means measures the aircraft altitude using GPS at take-off and measures the altitude using sonar while moving over the field. The above problem is solved by providing the described drone.
  • the invention of the present application is such that when the altitude measuring means measures the altitude of the aircraft using GPS, the altitude adjusting means does not exceed a second limit altitude lower than the predetermined limit altitude.
  • the above problem is solved by providing the drone described in paragraph 0009 for adjusting the altitude.
  • the altitude measuring means further measures the ascent rate of the aircraft, and the altitude adjusting means adjusts the altitude so that the ascent rate does not exceed a predetermined limit ascent rate paragraph 0007,
  • the drone described in paragraph 0008, paragraph 0009, or paragraph 0010 is provided to solve the above-described problem.
  • the present invention further includes a weight measuring unit, wherein the altitude adjusting unit adjusts the predetermined limit altitude according to the body weight measured by the weight measuring unit.
  • Paragraph 0007, Paragraph 0008, Paragraph 0009, Paragraph The above-described problem is solved by providing the drone described in 0010 or paragraph 0011.
  • the present invention is a drone provided with a speed measuring means and a speed adjusting means, wherein the speed adjusting means adjusts the airframe speed so that the airframe speed measured by the speed measuring means does not exceed a predetermined limit speed.
  • the present invention provides the drone according to paragraph 0013, wherein the speed measuring means is two or more types selected from an acceleration sensor, GPS Doppler, or GPS, and is multiplexed. To solve the above problem.
  • the present invention further provides a drone according to paragraph 0013 or paragraph 0014 that further includes a weight measuring unit, and adjusts the predetermined speed limit according to the body weight measured by the weight measuring unit. Solve the above problems.
  • the weight measuring means is configured such that the target rotational speed commanded to the motor and the acceleration measured by the acceleration sensor, and the target rotational speed commanded to the motor and the acceleration measured by the GPS coordinates. And the relationship between the rotation speed of the rotor blade and the acceleration measured by the acceleration sensor, the relationship between the rotation speed of the rotor blade and the acceleration measured by the GPS coordinates, and the forward tilt angle of the aircraft during constant-velocity horizontal flight.
  • the present invention further includes an airframe control means, and when the GPS cannot be used for a predetermined time or more, the airframe control means maintains the airframe in a hovering state or causes the airframe to land paragraph 0007, paragraph [0008]
  • the problem described above is solved by providing the drone described in paragraph 0009, paragraph 0010, paragraph 0010, paragraph 0011, paragraph 0012, paragraph 0013, paragraph 0014, paragraph 0015, or paragraph 0016.
  • the present invention also includes a plurality of GPS receivers, and each of the plurality of GPS receivers is controlled to use a different GPS satellite.
  • Paragraph 0007, Paragraph 0008, Paragraph 0009, Paragraph 0010, Paragraph 0011, Paragraph The above problem is solved by providing the drone described in paragraph 0012, paragraph 0013, paragraph 0014, paragraph 0015, paragraph 0016, or paragraph 0017.
  • the present invention also provides a drone control method including an altitude measuring step for measuring an aircraft altitude and an altitude adjusting step for adjusting the altitude so that the measured aircraft altitude does not exceed a predetermined limit altitude.
  • the present invention is described in Paragraph 0019, in which the altitude measurement step uses two or more methods selected from a sonar, a barometric sensor, a laser, an acceleration sensor, and GPS.
  • the above problem is solved by providing a drone control method.
  • the aircraft altitude is measured using GPS at takeoff, and the altitude is measured using sonar while moving over the field.
  • the above-mentioned problem is solved by providing the drone control method described in 1.
  • the altitude adjusting step sets a second limit altitude lower than the predetermined limit altitude.
  • the ascent rate of the aircraft is further measured, and in the altitude adjusting step, the altitude of the aircraft is adjusted such that the ascent rate does not exceed a predetermined limit ascent rate.
  • Paragraph 0021, Paragraph 0021, or Paragraph 0022 provides the drone control method to solve the above problem.
  • the present invention further includes a weight measurement step of measuring the weight of the aircraft, wherein the predetermined altitude is adjusted in the altitude adjustment step according to the aircraft weight measured in the gravity measurement step.
  • Paragraph 0021, Paragraph 0022, Paragraph 0022, or Paragraph 0023 provides the drone control method.
  • the present invention provides a drone control method including a speed measurement step for measuring a body speed and a speed adjustment step for adjusting the body speed so that the measured body speed does not exceed a predetermined limit speed.
  • the present invention provides the drone control method according to paragraph 0025, wherein the aircraft altitude is measured using at least two types of methods selected from an acceleration sensor, GPS Doppler, or GPS in the speed measurement step. This solves the above problem.
  • the invention of the present application further includes a weight measurement step, wherein the predetermined limit speed is adjusted according to the measured body weight in the speed adjustment step.
  • the drone control method according to paragraph 0025 or paragraph 0026 The above-mentioned problem is solved by providing
  • the present invention relates to the relationship between the target rotational speed commanded to the motor and the acceleration measured by the acceleration sensor, and the relationship between the target rotational speed commanded to the motor and the acceleration measured by the GPS coordinates. And the relationship between the rotation speed of the rotor blade and the acceleration measured by the acceleration sensor, the relationship between the rotation speed of the rotor blade and the acceleration measured by the GPS coordinates, and the forward tilt angle of the aircraft during constant-velocity horizontal flight.
  • the drone control method described in Paragraph 0024 or Paragraph 0027 in which the weight of the airframe is measured based on any one or more information on the amount of liquid of the loaded medicine solves the above problem.
  • the present invention further includes the steps of maintaining the aircraft in a hovering state or landing the aircraft when GPS cannot be used for a predetermined time or longer, and includes steps of landing the aircraft.
  • the present invention also includes a step of controlling the plurality of GPS receivers to use different GPS satellites.
  • Paragraph 0019, Paragraph 0020, Paragraph 0021, Paragraph 0022, Paragraph 0023, Paragraph The above problem is solved by providing the drone control method described in paragraph 0025, paragraph 0025, paragraph 0026, paragraph 0027, paragraph 0028 or paragraph 0029.
  • the present invention also provides a drone control program for causing a computer to execute an altitude measurement command for measuring the aircraft altitude and an altitude adjustment command for adjusting the altitude so that the measured aircraft altitude does not exceed a predetermined limit altitude. This solves the above problem.
  • the altitude measurement command includes a command for measuring the aircraft altitude using two or more methods selected from a sonar, a barometric sensor, a laser, an acceleration sensor, and GPS.
  • the altitude measurement command includes an instruction to measure the aircraft altitude using GPS at takeoff and to measure the altitude using sonar while moving over the field, or
  • the altitude measurement command is a command for adjusting the aircraft altitude so as not to exceed a second limit altitude lower than the predetermined limit altitude when the altitude is measured using GPS.
  • the altitude measurement command further includes a command for measuring a rising speed of the aircraft
  • the drone control program according to paragraph 0031, paragraph 0032, paragraph 0033, or paragraph 0034 further including an instruction to adjust the aircraft altitude so that the ascent rate does not exceed a predetermined limit ascent rate
  • the invention of the present application further causes a computer to execute a gravity measurement command for measuring the aircraft weight, and the altitude adjustment command includes a command for adjusting the predetermined limit altitude according to the measured aircraft weight.
  • Paragraph 0033, paragraph 0033, paragraph 0034 or paragraph 0035 are provided to solve the above-mentioned problem.
  • the present invention also provides a drone control program for causing a computer to execute a speed measurement command for measuring the aircraft speed and a speed adjustment command for adjusting the aircraft speed so that the measured aircraft speed does not exceed a predetermined limit speed. This solves the above problem.
  • the present invention provides the drone control program according to paragraph 0037, wherein the speed measurement command is measured using an acceleration sensor, GPS Doppler, or two or more types selected from GPS. This solves the above problem.
  • the invention of the present application further causes a computer to execute a weight measurement instruction for measuring a body weight, and the speed adjustment instruction includes an instruction for adjusting the predetermined limit speed according to the measured body weight.
  • the above problem is solved by providing a drone control program described in paragraph 0038.
  • the weight measurement command includes a relationship between the target rotational speed commanded to the motor and the acceleration measured by the acceleration sensor, and a relationship between the target rotational speed commanded to the motor and the acceleration measured by the GPS coordinates. And the relationship between the rotation speed of the rotor blade and the acceleration measured by the acceleration sensor, the relationship between the rotation speed of the rotor blade and the acceleration measured by the GPS coordinates, and the forward tilt angle of the aircraft during constant-velocity horizontal flight.
  • the present invention further provides the computer with an instruction to maintain the aircraft in a hovering state or land the aircraft when GPS cannot be used for a predetermined time or more.
  • Paragraph 0031, Paragraph 0032, Paragraph 0033, Paragraph The above problem is solved by providing the drone control program described in 0034, Paragraph 0035, Paragraph 0036, Paragraph 0037, Paragraph 0038, Paragraph 0039, or Paragraph 0040.
  • the present invention further includes a step of controlling each of the plurality of GPS receivers to use different GPS satellites.
  • the above problem is solved by providing the drone control program described in 0038, paragraph 0039, paragraph 0040 or paragraph 0041.
  • the computer program can be provided by downloading through a network such as the Internet, or can be provided by being recorded on various computer-readable recording media such as a CD-ROM.
  • An agricultural drone (unmanned aerial vehicle) that can maintain high safety even during autonomous flight is provided.
  • FIG. 1 is a plan view of an embodiment of the drone (100) according to the present invention
  • FIG. 2 is a front view thereof (viewed from the traveling direction side)
  • FIG. 3 is a right side view thereof.
  • drone refers to power means (electric power, prime mover, etc.) and control method (whether wireless or wired, autonomous flight type or manual control type).
  • power means electric power, prime mover, etc.
  • control method whether wireless or wired, autonomous flight type or manual control type.
  • Rotor blades (101-1a, 101-1b, 101-2a, 101-2b, 101-3a, 101-3b, 101-4a, 101-4b) (also called rotor) are used to fly the drone (100) Considering the balance of flight stability, aircraft size, and battery consumption, it is desirable to have 8 aircraft (4 sets of 2-stage rotor blades).
  • the motors (102-1a, 102-1b, 102-2a, 102-2b, 102-3a, 102-3b, 102-4a, 102-4b) are connected to the rotor blades (101-1a, 101-1b, 101-2a). , 101-2b, 101-3a, 101-3b, 101-4a, 101-4b) (typically an electric motor, but it may be a motor). It is desirable to have one machine.
  • the upper and lower rotors (for example, 101-1a and 101-1b) in one set and their corresponding motors (for example, 102-1a and 102-1b) are used for drone flight stability, etc. It is desirable that the axes are collinear and rotate in opposite directions.
  • the radial member for supporting the propeller guard provided so that the rotor does not interfere with the foreign object is desirably a horizontal structure rather than horizontal. This is to prevent the member from buckling and deforming to the rotor side at the time of collision and to prevent interference with the rotor.
  • the drug nozzles (103-1, 103-2, 103-3, 103-4) are means for spraying the drug downward and are desirably provided in four units.
  • medical agent generally refers to the liquid or powder disperse
  • the medicine tank (104) is a tank for storing the medicine to be sprayed, and is preferably provided at a position close to the center of gravity of the drone (100) and lower than the center of gravity from the viewpoint of weight balance.
  • the drug hose (105-1, 105-2, 105-3, 105-4) connects the drug tank (104) to each drug nozzle (103-1, 103-2, 103-3, 103-4) It is a means to do it, consists of a hard material, and may serve also as the support of the said chemical
  • the pump (106) is a means for discharging the medicine from the nozzle.
  • FIG. 4 shows an overall conceptual diagram of a system using an embodiment of a drone (100) medicine application application according to the present invention.
  • the controller (401) transmits a command to the drone (100) by the operation of the user (402), and information received from the drone (100) (for example, position, drug amount, remaining battery level, camera image, etc.) ), And may be realized by a portable information device such as a general tablet terminal that operates a computer program.
  • the drone (100) according to the present invention is desirably controlled to perform autonomous flight, but it is desirable that manual operation can be performed during basic operations such as takeoff and return, and in an emergency.
  • an emergency operating device (not shown) that has a dedicated emergency stop function may be used (the emergency operating device has a large emergency stop button etc. so that it can respond quickly in an emergency) It is desirable to be a dedicated device with It is desirable that the pilot (401) and the drone (100) perform wireless communication using Wi-Fi or the like.
  • the farm field (403) is a rice field, a field, or the like that is a target for spraying medicine by the drone (100).
  • the topography of the field (403) is complex, and a topographic map may not be obtained in advance, or the topographic map and the situation at the site may be inconsistent.
  • the farm field (403) is adjacent to houses, hospitals, schools, other crop fields, roads, railways, and the like. Further, there may be an obstacle such as a building or an electric wire in the farm field (403).
  • the base station (404) is a device that provides a base unit function of Wi-Fi communication, etc., and preferably functions as an RTK-GPS base station so that it can provide an accurate location of the drone (100).
  • Wi-Fi communication base unit and RTK-GPS base station may be independent devices).
  • the farming cloud (405) is typically a computer group operated on a cloud service and related software, and is desirably wirelessly connected to the controller (401) via a mobile phone line or the like.
  • the farming cloud (405) may analyze the image of the field (403) photographed by the drone (100), grasp the growth state of the crop, and perform processing for determining the flight route. Moreover, you may provide the drone (100) with the topographical information of the agricultural field (403) which was preserve
  • the drone (100) takes off from the landing point (406) outside the field (403) and sprays the medicine on the field (403), or when it is necessary to refill or charge the drug. Return to (406).
  • the flight route (intrusion route) from the landing point (406) to the target field (403) may be stored in advance in the farming cloud (405) or before the user (402) starts taking off. May be entered.
  • the flight controller (501) is a component that controls the entire drone. Specifically, the flight controller (501) may be an embedded computer including a CPU, a memory, related software, and the like.
  • the flight controller (501) receives the motor (102-) via control means such as ESC (Electronic Speed Control) based on the input information received from the pilot (401) and input information obtained from various sensors described below.
  • the flight of the drone (100) is controlled by controlling the rotation speed of 1a, 102-1b, 102-2a, 102-2b, 102-3a, 102-3b, 104-a, 104-b).
  • 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 (501) and normal It is desirable to have a configuration that can monitor whether or not proper rotation is being performed. Alternatively, a configuration may be adopted in which an optical sensor or the like is provided on the rotor blade (101) and the rotation of the rotor blade (101) is fed back to the flight controller (501).
  • the software used by the flight controller (501) is desirably rewritable through a storage medium or the like for function expansion / change and problem correction, or through communication means such as Wi-Fi communication or USB. In this case, it is desirable to protect by encryption, checksum, electronic signature, virus check software, etc. so that rewriting by illegal software is not performed.
  • a part of the calculation process used by the flight controller (501) for control may be executed by another computer that exists on the pilot (401), the farming cloud (405), or elsewhere. . Since the flight controller (501) is highly important, some or all of the components may be duplicated.
  • the battery (502) is a means for supplying power to the flight controller (501) and other components of the drone, and is preferably rechargeable.
  • the battery (502) is preferably connected to the flight controller (501) via a power supply unit including a fuse or a circuit breaker.
  • the battery (502) is preferably a smart battery having a function of transmitting its internal state (amount of stored electricity, accumulated usage time, etc.) to the flight controller (501) in addition to the power supply function.
  • the flight controller (501) communicates with the pilot (401) via the Wi-Fi cordless handset function (503) and the base station (404), and sends necessary commands from the pilot (401). It is desirable to be able to receive and transmit the necessary information to the pilot (401). In this case, it is desirable to encrypt the communication so that it is possible to prevent illegal acts such as interception, spoofing, and takeover of the device.
  • the base station (404) preferably has an RTK-GPS base station function in addition to a Wi-Fi communication function. By combining the signal from the RTK base station and the signal from the GPS positioning satellite, the GPS module (504) can measure the absolute position of the drone (100) with an accuracy of several centimeters. Since the GPS module (504) is highly important, it is desirable to duplicate or multiplex, and each redundant GPS module (504) is a separate satellite to cope with the failure of a specific GPS satellite. It is desirable to control to use.
  • the acceleration sensor (505) is a means for measuring the acceleration of the drone body (further, means for calculating the speed by integrating the acceleration), and is preferably a 6-axis sensor. Instead of or in addition to the acceleration sensor (505), a 6-axis gyro sensor, a 3-axis angle sensor, or both may be used.
  • the geomagnetic sensor (506) is a means for measuring the direction of the drone body by measuring the geomagnetism.
  • the atmospheric pressure sensor (507) is a means for measuring atmospheric pressure, and can also indirectly measure the altitude of the drone.
  • the laser sensor (508) is a means for measuring the distance between the drone body and the ground surface using the reflection of laser light, and it is desirable to use an IR (infrared) laser.
  • the sonar (509) is a means for measuring the distance between the drone body and the ground surface using reflection of sound waves such as ultrasonic waves.
  • These sensors may be selected according to drone cost targets and performance requirements.
  • a gyro sensor angular velocity sensor
  • a wind sensor for measuring wind force, and the like may be added.
  • these sensors are preferably duplexed or multiplexed. If there are multiple sensors for the same purpose, the flight controller (501) may use only one of them, and switch to an alternative sensor when it fails. .
  • a plurality of sensors may be used at the same time, and when each measurement result does not match, it may be considered that a failure has occurred.
  • the flow rate sensor (510) is a means for measuring the flow rate of the medicine, and is preferably provided at a plurality of locations in the path from the medicine tank (104) to the medicine nozzle (103).
  • the liquid shortage sensor (511) is a sensor that detects that the amount of the medicine has become a predetermined amount or less.
  • the multispectral camera (512) is a means for capturing the field (403) and acquiring data for image analysis.
  • the obstacle detection camera (513) is a camera for detecting drone obstacles, and the image characteristics and lens orientation are different from the multispectral camera (512). It is desirable to be.
  • the switch (514) is a means for the user (402) of the drone (100) to make various settings.
  • Obstacle contact sensor (515) detects drone (100), especially when its rotor or propeller guard is in contact with an obstruction such as an electric wire, building, human body, tree, bird, or other drone Sensor.
  • the cover sensor (516) is a sensor that detects that the operation panel of the drone (100) and the cover for internal maintenance are open.
  • the medicine inlet sensor (517) is a sensor that detects that the inlet of the medicine tank (104) is open. These sensors may be selected according to drone cost targets and performance requirements, and may be duplicated or multiplexed.
  • a sensor may be provided in the base station (404), the controller (401), or other location outside the drone (100), and the read information may be transmitted to the drone.
  • a wind sensor may be provided in the base station (404), and information on wind power and wind direction may be transmitted to the drone (100) via Wi-Fi communication.
  • the flight controller (501) transmits a control signal to the pump (106) to adjust the medicine discharge amount and stop the medicine discharge.
  • the current situation for example, the rotational speed
  • the current situation is preferably fed back to the flight controller (501).
  • the LED is a display means for informing the drone operator of the drone status.
  • Display means such as a liquid crystal display may be used instead of or in addition to the LED.
  • the buzzer (518) is an output means for notifying a drone state (particularly an error state) by an audio signal.
  • the Wi-Fi slave function (519) is an optional component for communicating with an external computer or the like for software transfer, for example, separately from the controller (401). In place of or in addition to the Wi-Fi 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 speaker (520) is an output means for notifying a drone state (particularly an error state) by using a recorded human voice or synthesized voice. Depending on the weather conditions, it may be difficult to see the visual display of the drone (100) during the flight. In such a case, the situation transmission by voice is effective.
  • the warning light (521) is a display means such as a strobe light for informing the drone state (particularly an error state).
  • the altitude and speed upper limit of the drone is extremely important for maintaining safety. This is because the user (402) is not always attached to the pilot (401) and is operating the drone (100). If the altitude of the drone (100) exceeds the predetermined altitude, the impact at the time of a ground collision in the event of a fall may exceed safety regulations (in the unlikely event that it may cause serious damage when colliding with a person) is there). In addition, it is desirable to limit the altitude in order to minimize the scattering (drift) of the drug outside the target field. Similarly, if the speed of the drone (100) exceeds a predetermined speed, it can be a big safety problem. In addition to falling, impacts when colliding with obstacles (especially humans) may exceed safety standards.
  • the drone (100) includes altitude measuring means, speed measuring means, or both for input to the flight controller (501).
  • a weight measuring means may be provided. It is desirable that the flight controller (501) takes the measured information as input and controls the motor (102) so that the drone (100) does not exceed a predetermined limit altitude, a predetermined limit speed, or both. .
  • Altitude measurement It is desirable for the drone (100) according to the present invention to measure the aircraft altitude using a plurality of sensors.
  • a combination of GPS (504), acceleration sensor (505), barometric pressure sensor (507), sonar (509), and laser sensor (508) may be used.
  • the distance to the ground may be measured by providing the multispectral camera (512) or the obstacle detection camera (513) with a passive autofocus function.
  • Duplexing / multiplexing may be performed by using a plurality of sensors of the same type, may be performed by using a plurality of sensors in combination, or may be performed by both.
  • the sonar (509) can measure accurately when the field (403) is the ground, but it is difficult to measure accurately when the field (403) is water (in this case, the laser sensor ( 508) is appropriate), etc., and it is not good at all depending on the measurement method, so it is desirable to use a plurality of types of sensors together. Also, if GPS radio wave disturbance, base station abnormality, etc. occur, even if the GPS (504) is multiplexed, it will be an obstacle, so it is desirable to provide altitude measurement means other than GPS .
  • GPS (504) can measure the most accurate but can only measure absolute altitude, so it cannot measure accurate ground altitude in uneven fields (403) such as irrigation channels, while sonar (509) is distance to the ground This is because the ground altitude can be measured.
  • both GPS (504) and sonar (509) measurements are taken and the results are compared.
  • the GPS (504) measurement is It may be used for measurement, and when a predetermined threshold value is exceeded, it may be determined that the unevenness of the field (403) is large and the measurement value of the sonar (509) may be used for altitude measurement.
  • a predetermined threshold eg 10 centimeters
  • GPS (504) is an indispensable function for grasping the flight position of the drone anyway, so if the GPS (504) does not function due to malfunction or disturbance during takeoff, drone takeoff is prohibited It is desirable to perform control (interlock).
  • GPS stopped functioning due to the fact that radio waves from GPS satellites were interrupted during flight, temporarily becoming incapable of receiving communications, causing interference and making it impossible to receive, and abnormalities in the base station (404). In such a case, it is desirable to control the drone (100) to stop flying (hover) on the spot.
  • control may be performed to stop hovering and return the drone (100) to the soft landing or the landing (406) on the spot. At this time, an error message may be displayed on the handset (401) and the operator (402) may be instructed.
  • the drone (100) By using the altitude information measured by these altitude measuring means as input to the flight control means of the drone (100), the drone (100) can be defined by laws and regulations, safety standards, etc. It is possible to fly within the restricted altitude.
  • the limit altitude at the time of measurement using the sonar (509) is 2 meters
  • the limit altitude at the time of measurement using the GPS (504) may be 1.5 meters.
  • the rate of climb (change in altitude over time) may be limited. This is because if the ascent rate is not limited, there is a risk that the drone (100) may temporarily exceed the limit altitude due to sensor measurement delay, flight controller (501) processing delay, and the like.
  • the altitude is measured by GPS (504)
  • the upper limit of the rising speed is set lower than when the altitude is measured by other methods such as sonar (509). Also good. This is because the GPS (504) may not be able to measure temporarily due to radio wave disturbances or positioning satellite conditions, so the risk that the drone will temporarily exceed the altitude limit increases.
  • the drone (100) may measure the body speed using a plurality of sensors.
  • acceleration sensor (505) speed can be obtained by integrating acceleration
  • GPS Doppler (504-3) aircraft speed by processing the phase difference of radio waves from multiple GPS base stations with software
  • a change in absolute coordinates measured by the GPS (504) may be used.
  • the drone (100) can be controlled at speed limits determined by laws and regulations, safety standards, etc. It is possible to fly within (for example, 20 km / h).
  • the weight of the drug is over 10 kilograms. Since the weight of the fuselage only is typically about 25 kilograms, there is a big difference in the overall weight at the start of spraying and near the end of spraying.
  • the altitude and speed of the drone (100) may be adjusted according to changes in the overall weight. For example, if the safety standards stipulate the impact force at the surface of the drone (100) when it falls naturally, the impact force is determined by altitude, speed, and weight (proportional to the square of speed, altitude and weight). Therefore, the altitude limit may be increased when the aircraft weight is light. Similarly, the speed limit may be increased when the aircraft weight is light. Alternatively, the limit altitude may be set low when the flight speed is fast, and the limit speed may be set slow when the flight altitude is high.
  • the thrust T of the motor (102) is determined by the rotational speed of the motor, and the flight controller (501) can measure the rotational speed of the motor, so that the weight of the aircraft can be estimated.
  • the target rotation speed commanded by the flight controller (501) to the motor (102) may be regarded as the motor rotation speed, and the thrust may be estimated therefrom.
  • the weight of the airframe may be estimated by measuring the inclination of the airframe of the drone (100) during uniform horizontal flight.
  • the inclination of the airframe may be directly measured by providing a gyro sensor, or may be estimated by integrating the measured value of the angular velocity sensor.
  • Air resistance is a function of the aircraft's flight speed
  • thrust by the rotor blades is a function of the number of revolutions of the motor
  • gravity is a function of the weight of the aircraft, so weight is the inclination of the aircraft, the number of revolutions of the motor, If the flight speed is known, it can be estimated.
  • a wind sensor may be provided and the air resistance coefficient may be corrected by the wind force and the wind direction.
  • the level of the drug is measured by the level sensor in the drug tank, and the remaining amount of drug is measured.
  • the weight of the entire aircraft may be estimated by providing a water pressure sensor in the medicine tank and estimating the weight of the medicine in the medicine tank.
  • the present invention is applicable to, for example, an agricultural drone that monitors the growth by a camera and a general drone without spraying the drug.
  • safety can be improved by maintaining the altitude, speed, or both of the autonomous flight type agricultural chemical spraying drone within a predetermined range.
  • the purpose of improving safety can be achieved similarly.
  • a specific sensor for example, GPS
  • the use can be continued. Since the altitude limit and the speed limit can be adjusted according to the change in the weight of the airframe accompanying drug consumption, efficient drug spraying is possible.

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Abstract

【課題】安全性が高い農業用薬剤散布ドローンを提供する。 【解決策】冗長化された高度測定センサーと速度測定センサーを備え、フライトコントローラーにより、機体が制限高度および制限速度を超えないように制御する。センサーは複数の方式を併用することが望ましい。特に、離陸時の高度はGPSにより、薬剤散布中の高度はソナーにより測定することが望ましい。機体の重量を随時測定し、重量に応じて制限高度と制限速度を調整してもよい。

Description

[規則37.2に基づきISAが決定した発明の名称]　ドローン、その制御方法、および、プログラム
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。
特許公開公報　特開２００１－１２０１５１ 特許公開公報　特開２０１７－１６３２６５
自律飛行時であっても、高い安全性を維持できる農業用ドローン（無人飛行体）を提供する。
本願発明は、高度測定手段と高度調整手段を備えたドローンであって、前記高度測定手段が測定した機体高度が所定の限界高度を超えないよう、前記高度調整手段が前記機体高度を調整するドローンを提供することで上記課題を解決する。
また、本願発明は、前記高度測定手段は、ソナーと、気圧センサーと、加速度センサーと、レーザーと、GPSとから選択した二種以上の方式であり、または、一種以上の方式であって多重化されている段落０００７に記載のドローンを提供することで上記課題を解決する。
また、本願発明は、前記高度測定手段は、離陸時にはGPSを使用して機体高度を測定し、圃場上空を移動中にはソナーを使用して機体高度を測定する段落０００７、または、段落０００８に記載のドローンを提供することで上記課題を解決する。
また、本願発明は、前記高度測定手段がGPSを使用して機体高度を測定している時には、前記高度調整手段が前記所定の限界高度よりも低い第二の限界高度を超えないよう、前記機体高度を調整する段落０００９に記載のドローンを提供することで上記課題を解決する。
また、本願発明は、前記高度測定手段が、さらに機体の上昇速度を測定し、前記高度調整手段が、前記上昇速度が所定の限界上昇速度を超えないよう、前記機体高度を調整する段落０００７、段落０００８、段落０００９、または、段落００１０に記載のドローン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、重量測定手段を含み、前記高度調整手段が、前記重量測定手段が測定した機体重量に応じて前記所定の限界高度を調整する段落０００７、段落０００８、段落０００９、段落００１０、または、段落００１１に記載のドローンを提供することで上記課題を解決する。
また、本願発明は、速度測定手段と速度調整手段を備えたドローンであって、前記速度測定手段が測定した機体速度が所定の限界速度を超えないよう、前記速度調整手段が機体速度を調整するドローンを提供することで上記課題を解決する。
また、本願発明は、前記速度測定手段は、加速度センサー、GPSドップラー、または、GPSとから選択した二種以上の方式であり、かつ、多重化されている段落００１３に記載のドローン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、重量測定手段を含み、前記重量測定手段が測定した機体重量に応じて前記所定の限界速度を調整する段落００１３、または、段落００１４に記載のドローンを提供することで上記課題を解決する。
また、本願発明は、前記重量測定手段は、モーターに指令した目的回転数と加速度センサーにより測定された加速度との関係と、モーターに指令した目的回転数とGPS座標により測定された加速度との関係と、回転翼の回転数と加速度センサーにより測定された加速度との関係と、回転翼の回転数とGPS座標により測定された加速度との関係と、等速水平飛行の際の機体前傾角度と、搭載した薬剤の液量とのいずれか一つ以上の情報に基づいて前記機体重量を測定する段落００１２、または、段落００１５に記載のドローン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、機体制御手段を含み、所定時間以上にわたりGPSを利用できないときに、前記機体制御手段が、機体をホバリング状態に維持するか、または、機体を着陸させる段落０００７、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に記載のドローンを提供することで上記課題を解決する。
また、本願発明は、複数のGPS受信機を備え、前記複数のGPS受信機のそれぞれが、異なるGPS衛星を使用するよう制御される段落０００７、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に記載のドローンを提供することで上記課題を解決する。
また、本願発明は、機体高度を測定する高度測定ステップと、前記測定された機体高度が、所定の限界高度を超えないよう機体高度を調整する高度調整ステップとを含むドローン制御方法を提供することで上記課題を解決する。
また、本願発明は、前記高度測定ステップでは、ソナーと、気圧センサーと、レーザーと、加速度センサーと、GPSとから選択した二種以上の方式を使用して機体高度が測定される段落００１９に記載のドローン制御方法を提供することで上記課題を解決する。
また、本願発明は、前記高度測定ステップでは、離陸時にはGPSを使用して機体高度が測定され、圃場上空を移動中にはソナーを使用して機体高度が測定される段落００１９、または、段落００２０に記載のドローン制御方法を提供することで上記課題を解決する。
また、本願発明は、前記高度測定ステップで前記高度測定手段がGPSを使用して機体高度が測定されている時には、前記高度調整ステップでは、前記所定の限界高度よりも低い第二の限界高度を超えないよう前記機体高度が調整される段落００２１に記載のドローン制御方法を提供することで上記課題を解決する。
また、本願発明は、前記高度測定ステップでは、さらに機体の上昇速度が測定され、前記高度調整ステップでは、さらに前記上昇速度が所定の限界上昇速度を超えないよう前記機体高度が調整される段落００１９、段落００２０、段落００２１、または、段落００２２に記載のドローン制御方法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、機体の重量を測定する重量測定ステップを含み、前記高度調整ステップでは、前記重力測定ステップで測定された機体重量に応じて前記所定の限界高度が調整される段落００１９、段落００２０、段落００２１、段落００２２、または、段落００２３に記載のドローン制御方法を提供することで上記課題を解決する。
また、本願発明は、機体速度を測定する速度測定ステップと、前記測定された機体速度が所定の限界速度を超えないよう機体速度を調整する速度調整ステップとを含むドローン制御方法を提供することで上記課題を解決する。
また、本願発明は、前記速度測定ステップでは、加速度センサー、GPSドップラー、または、GPSとから選択した二種以上の方式を使用して機体高度が測定される段落００２５に記載のドローン制御方法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、重量測定ステップを含み、前記速度調整ステップでは、測定された機体重量に応じて前記所定の限界速度が調整される段落００２５、または、段落００２６に記載のドローン制御方法を提供することで上記課題を解決する。
また、本願発明は、前記重量測定ステップでは、モーターに指令した目的回転数と加速度センサーにより測定された加速度との関係と、モーターに指令した目的回転数とGPS座標により測定された加速度との関係と、回転翼の回転数と加速度センサーにより測定された加速度との関係と、回転翼の回転数とGPS座標により測定された加速度との関係と、等速水平飛行の際の機体前傾角度と、搭載した薬剤の液量とのいずれか一つ以上の情報に基づいて前記機体重量が測定される段落００２４、または、段落００２７に記載のドローン制御方法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、所定時間以上にわたりGPSを利用できないときに、機体をホバリング状態に維持するか、または、機体を着陸させるステップを含む段落００１９、段落００２０、段落００２１、段落００２２、段落００２３、段落００２４、段落００２５、段落００２６、段落００２７、または、段落００２８に記載のドローン制御方法を提供することで上記課題を解決する。
また、本願発明は、また、本願発明は、複数のGPS受信機のそれぞれが異なるGPS衛星を使用するよう制御するステップをさらに含む、段落００１９、段落００２０、段落００２１、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に記載のドローン制御方法を提供することで上記課題を解決する。
また、本願発明は、機体高度を測定する高度測定命令と、前記測定された機体高度が所定の限界高度を超えないよう機体高度を調整する高度調整命令とをコンピューターに実行させるドローン制御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、前記高度測定命令は、ソナーと、気圧センサーと、レーザーと、加速度センサーと、GPSとから選択した二種以上の方式を使用して機体高度を測定する命令を含む段落００３１に記載のドローン制御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、前記高度測定命令は、離陸時にはGPSを使用して機体高度を測定し、圃場上空を移動中にはソナーを使用して機体高度を測定する命令を含む段落００３１、または、段落００３２に記載のドローン制御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、前記高度測定命令は、GPSを使用して機体高度が測定されている時には、前記所定の限界高度よりも低い第二の限界高度を超えないよう前記機体高度を調整する命令を含む段落００３３に記載のドローン制御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、前記高度測定命令は、さらに機体の上昇速度を測定する命令を含み、
前記高度調整命令では、さらに前記上昇速度が所定の限界上昇速度を超えないよう前記機体高度を調整する命令を含む段落００３１、段落００３２、段落００３３、または、段落００３４に記載のドローン制御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、機体重量を測定する重力測定命令をコンピューターに実行させ、前記高度調整命令は、前記測定された機体重量に応じて前記所定の限界高度を調整する命令を含む段落００３１、段落００３２、段落００３３、段落００３４、または、段落００３５に記載のドローン制御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、機体速度を測定する速度測定命令と、前記測定された機体速度が所定の限界速度を超えないよう機体速度を調整する速度調整命令とをコンピューターに実行させるドローン制御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、前記速度測定命令は、加速度センサー、GPSドップラー、または、GPSとから選択した二種以上の方式を使用して機体高度を測定する段落００３７に記載のドローン制御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、機体重量を測定する重量測定命令をコンピューターに実行させ、前記速度調整命令は、前記測定された機体重量に応じて前記所定の限界速度を調整する命令を含む段落００３７、または、段落００３８に記載のドローン制御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、前記重量測定命令は、モーターに指令した目的回転数と加速度センサーにより測定された加速度との関係と、モーターに指令した目的回転数とGPS座標により測定された加速度との関係と、回転翼の回転数と加速度センサーにより測定された加速度との関係と、回転翼の回転数とGPS座標により測定された加速度との関係と、等速水平飛行の際の機体前傾角度と、搭載した薬剤の液量とのいずれか一つ以上の情報に基づいて前記機体重量を測定する段落００３６、または、段落００３９に記載のドローン制御プログラムを提供することで上記課題を解決する。なお、上記ドローン、ドローン制御方法、ドローン制御プログラムにおいてGPS電波を所定時間以上を超えて受信できない場合には、機体をホバリング状態に置くことが望ましい。
また、本願発明は、さらに、所定時間以上にわたりGPSを利用できないときに、機体をホバリング状態に維持するか、または、機体を着陸させる命令をコンピューターに実行させる段落００３１、段落００３２、段落００３３、段落００３４、段落００３５、段落００３６、段落００３７、段落００３８、段落００３９、または、段落００４０に記載のドローン制御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、複数のGPS受信機のそれぞれが異なるGPS衛星を使用するよう制御するステップをさらに含む、段落００３１、段落００３２、段落００３３、段落００３４、段落００３５、段落００３６、段落００３７、段落００３８、段落００３９、段落００４０、または、段落００４１に記載のドローン制御プログラムを提供することで上記課題を解決する。
なお、コンピュータプログラムは、インターネット等のネットワークを介したダウンロードによって提供したり、ＣＤ－ＲＯＭなどのコンピュータ読取可能な各種の記録媒体に記録して提供したりすることができる。
自律飛行時であっても、高い安全性を維持できる農業用ドローン（無人飛行体）が提供される。
本願発明に係る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。
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、コンピューター・プログラムを稼働する一般的なタブレット端末等の携帯情報機器によって実現されてよい。本願発明に係るドローン（100）は自律飛行を行なうよう制御されることが望ましいが、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。
加速度センサー（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。加速度センサー（505）に代えて、または、加えて6軸ジャイロセンサー、3軸角度センサー、または、その両方を使用してもよい。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。
LED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、GPS（504）、加速度センサー（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、障害物検知用カメラ（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GPS（504）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GPS（504）を使用し、飛行中はソナー（509）を使用することが望ましい。GPS（504）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GPS（504）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GPS（504）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、GPS（504）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GPS（504）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、基地局（404）の異常が発生する等により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（406）等に帰還させる制御を行なってもよい。この際に、送受器（401）にエラー・メッセージを表示し、操作者（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。
GPS（504）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、GPS（504）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、GPS（504）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。GPS（504）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、加速度センサー（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、GPS（504）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。
機体重量は加速度センサー（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GPS（504）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、角速度センサーの測定値を積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。
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、自律飛行型の農業用薬剤散布ドローンの高度、速度、または、その両方を所定の範囲内に維持することで安全性を向上できる。特に、人間が常に注目せず自律飛行させている状態であっても同様に安全性向上の目的を達成できる。多重化構成により特定のセンサー（たとえば、GPS）が一時的に使用できない場合でも使用を継続できる。薬剤消費に伴う機体重量の変化に応じて、制限高度と制限速度を調整できるため、効率的な薬剤散布が可能になる。

 

Claims (36)

  1. 高度測定手段と高度調整手段を備えたドローンであって、
    前記高度測定手段が測定した機体高度が所定の限界高度を超えないよう、
    前記高度調整手段が前記機体高度を調整するドローン。
  2. 前記高度測定手段は、ソナーと、気圧センサーと、加速度センサーと、レーザーと、GPSとから選択した二種以上の方式であるか、または、一種以上の方式であって多重化されている請求項１に記載のドローン。
  3. 前記高度測定手段は、離陸時にはGPSを使用して機体高度を測定し、圃場上空を移動中にはソナーを使用して機体高度を測定する請求項１、または、請求項２に記載のドローン。
  4. 前記高度測定手段がGPSを使用して機体高度を測定している時には、
    前記高度調整手段が前記所定の限界高度よりも低い第二の限界高度を超えないよう、
    前記機体高度を調整する請求項３に記載のドローン。
  5. 前記高度測定手段が、さらに機体の上昇速度を測定し、
    前記高度調整手段が、前記上昇速度が所定の限界上昇速度を超えないよう、
    前記機体高度を調整する請求項１、請求項２、請求項３、または、請求項４に記載のドローン。
  6. さらに、重量測定手段を含み、
    前記高度調整手段が、前記重量測定手段が測定した機体重量に応じて前記所定の限界高度を調整する
    請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、または、請求項５に記載のドローン。
  7. 速度測定手段と速度調整手段を備えたドローンであって、
    前記速度測定手段が測定した機体速度が所定の限界速度を超えないよう、
    前記速度調整手段が機体速度を調整するドローン。
  8. 前記速度測定手段は、加速度センサー、GPSドップラー、または、GPSとから選択した二種以上の方式であり、かつ、多重化されている請求項７に記載のドローン。
  9. さらに、重量測定手段を含み、
    前記重量測定手段が測定した機体重量に応じて、前記速度測定手段が前記所定の限界速度を調整する
    請求項７、または、請求項８に記載のドローン。
  10. 前記重量測定手段は、
    モーターに指令した目的回転数と加速度センサーにより測定された加速度との関係と、
    モーターに指令した目的回転数とGPS座標により測定された加速度との関係と、
    回転翼の回転数と加速度センサーにより測定された加速度との関係と、
    回転翼の回転数とGPS座標により測定された加速度との関係と、
    等速水平飛行の際の機体前傾角度と、
    搭載した薬剤の液量とのいずれか一つ以上の情報に基づいて前記機体重量を測定する
    請求項６、または、請求項９に記載のドローン。
  11. さらに、機体制御手段を含み、
    所定時間以上にわたりGPSを利用できないときに、前記機体制御手段が、機体をホバリング状態に維持するか、または、機体を着陸させる請求項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に記載のドローン。
  12. 複数のGPS受信機を備え、前記複数のGPS受信機のそれぞれが、異なるGPS衛星を使用するよう制御される請求項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に記載のドローン。
  13. 機体高度を測定する高度測定ステップと、
    前記測定された機体高度が、所定の限界高度を超えないよう機体高度を調整する高度調整ステップとを含むドローン制御方法。
  14. 前記高度測定ステップでは、ソナーと、気圧センサーと、加速度センサーと、レーザーと、GPSとから選択した二種以上の方式を使用して機体高度が測定される請求項１３に記載のドローン制御方法。
  15. 前記高度測定ステップでは、離陸時にはGPSを使用して機体高度が測定され、圃場上空を移動中にはソナーを使用して機体高度が測定される請求項１３、または、請求項１４に記載のドローン制御方法。
  16. 前記高度測定ステップで、GPSを使用して機体高度が測定されている時には、
    前記高度調整ステップでは、前記所定の限界高度よりも低い第二の限界高度を超えないよう前記機体高度が調整される請求項１５に記載のドローン制御方法。
  17. 前記高度測定ステップでは、さらに機体の上昇速度が測定され、
    前記高度調整ステップでは、さらに前記上昇速度が所定の限界上昇速度を超えないよう前記機体高度が調整される請求項１３、請求項１４、請求項１５、または、請求項１６に記載のドローン制御方法。
  18. さらに、
    機体の重量を測定する重量測定ステップを含み、
    前記高度調整ステップでは、前記重量測定ステップで測定された機体重量に応じて前記所定の限界高度が調整される請求項１３、請求項１４、請求項１５、請求項１６、または、請求項１７に記載のドローン制御方法。
  19. 機体速度を測定する速度測定ステップと、
    前記測定された機体速度が所定の限界速度を超えないよう機体速度を調整する速度調整ステップとを含むドローン制御方法。
  20. 前記速度測定ステップでは、加速度センサー、GPSドップラー、または、GPSとから選択した二種以上の方式を使用して機体高度が測定される請求項１９に記載のドローン制御方法。
  21. さらに、重量測定ステップを含み、
    前記速度調整ステップでは、測定された機体重量に応じて前記所定の限界速度が調整される請求項１９、または、請求項２０に記載のドローン制御方法。
  22. 前記重量測定ステップでは、
    モーターに指令した目的回転数と加速度センサーにより測定された加速度との関係と、
    モーターに指令した目的回転数とGPS座標により測定された加速度との関係と、
    回転翼の回転数と加速度センサーにより測定された加速度との関係と、
    回転翼の回転数とGPS座標により測定された加速度との関係と、
    等速水平飛行の際の機体前傾角度と、
    搭載した薬剤の液量とのいずれか一つ以上の情報に基づいて前記機体重量が測定される
    請求項１８、または、請求項２１に記載のドローン制御方法。
  23. さらに、所定時間以上にわたりGPSを利用できないときに、機体をホバリング状態に維持するか、または、機体を着陸させるステップを含む請求項１３、請求項１４、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に記載のドローン制御方法。
  24. 複数のGPS受信機のそれぞれが異なるGPS衛星を使用するよう制御するステップをさらに含む、請求項１３、請求項１４、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に記載のドローン制御方法。
  25. 機体高度を測定する高度測定命令と、
    前記測定された機体高度が所定の限界高度を超えないよう機体高度を調整する高度調整命令とをコンピューターに実行させるドローン制御プログラム。
  26. 前記高度測定命令は、ソナーと、気圧センサーと、加速度センサーと、レーザーと、GPSとから選択した二種以上の方式を使用して機体高度を測定する命令をコンピューターに実行させる請求項２５に記載のドローン制御プログラム。
  27. 前記高度測定命令は、離陸時にはGPSを使用して機体高度を測定し、圃場上空を移動中にはソナーを使用して機体高度を測定する命令をコンピューターに実行させる請求項２３、または、請求項２６に記載のドローン制御プログラム。
  28. 前記高度測定命令は、GPSを使用して機体高度が測定されている時には、前記所定の限界高度よりも低い第二の限界高度を超えないよう前記機体高度を調整する命令をコンピューターに実行させる請求項２７に記載のドローン制御プログラム。
  29. 前記高度測定命令は、さらに機体の上昇速度を測定する命令をコンピューターに実行させ、
    前記高度調整命令では、さらに前記上昇速度が所定の限界上昇速度を超えないよう前記機体高度を調整する命令をコンピューターに実行させる請求項２５、請求項２６、請求項２７、または、請求項２８に記載のドローン制御プログラム。
  30. さらに、機体重量を測定する重力測定命令をコンピューターに実行させ、
    前記高度調整命令は、前記測定された機体重量に応じて前記所定の限界高度を調整する命令をコンピューターに実行させる請求項２５、請求項２６、請求項２７、請求項２８、または、請求項２９に記載のドローン制御プログラム。
  31. 機体速度を測定する速度測定命令と、
    前記測定された機体速度が所定の限界速度を超えないよう機体速度を調整する速度調整命令とをコンピューターに実行させるドローン制御プログラム。
  32. 前記速度測定命令は、加速度センサー、GPSドップラー、または、GPSとから選択した二種以上の方式を使用して機体高度を測定する請求項３１に記載のドローン制御プログラム。
  33. さらに、機体重量を測定する重量測定命令をコンピューターに実行させ、
    前記速度調整命令は、前記測定された機体重量に応じて前記所定の限界速度を調整する命令をコンピューターに実行させる請求項３１、または、請求項３２に記載のドローン制御プログラム。
  34. 前記重量測定命令は、
    モーターに指令した目的回転数と加速度センサーにより測定された加速度との関係と、
    モーターに指令した目的回転数とGPS座標により測定された加速度との関係と、
    回転翼の回転数と加速度センサーにより測定された加速度との関係と、
    回転翼の回転数とGPS座標により測定された加速度との関係と、
    等速水平飛行の際の機体前傾角度と、
    搭載した薬剤の液量とのいずれか一つ以上の情報に基づいて前記機体重量を測定する
    請求項３０、または、請求項３３に記載のドローン制御プログラム。
  35. さらに、所定時間以上にわたりGPSを利用できないときに、機体をホバリング状態に維持するか、または、機体を着陸させる命令をコンピューターに実行させる請求項２５、請求項２６、請求項２７、請求項２８、請求項２９、請求項３０、請求項３１、請求項３２、請求項３３、または、請求項３４に記載のドローン制御プログラム。
  36. 複数のGPS受信機のそれぞれが異なるGPS衛星を使用するよう制御するステップをさらに含む、請求項２５、請求項２６、請求項２７、請求項２８、請求項２９、請求項３０、請求項３１、請求項３２、請求項３３、請求項３４、または、請求項３５に記載のドローン制御プログラム。
     
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