特許 7198446 ドローンシステム、ドローンシステムの制御方法、および動作決定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-21

(45)【発行日】2023-01-04

(54)【発明の名称】ドローンシステム、ドローンシステムの制御方法、および動作決定装置

(51)【国際特許分類】

   G08G 5/02 20060101AFI20221222BHJP

   G05D 1/10 20060101ALI20221222BHJP

   G01C 21/34 20060101ALI20221222BHJP

   B64C 27/08 20230101ALI20221222BHJP

   B64C 39/02 20060101ALI20221222BHJP

   B64F 1/36 20170101ALI20221222BHJP

   G16Y 10/40 20200101ALI20221222BHJP

   G16Y 40/30 20200101ALI20221222BHJP

   G05D 1/00 20060101ALI20221222BHJP

【ＦＩ】

G08G5/02 A

G05D1/10

G01C21/34

B64C27/08

B64C39/02

B64F1/36

G16Y10/40

G16Y40/30

G05D1/00 Z

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020568166

(86)(22)【出願日】2020-01-21

(86)【国際出願番号】 JP2020001975

(87)【国際公開番号】W WO2020153369

(87)【国際公開日】2020-07-30

【審査請求日】2021-06-03

(31)【優先権主張番号】P 2019007918

(32)【優先日】2019-01-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】515019537

【氏名又は名称】株式会社ナイルワークス

(74)【代理人】

【識別番号】100139778

【弁理士】

【氏名又は名称】栗原 潔

(74)【代理人】

【識別番号】100149456

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 喜幹

(74)【代理人】

【識別番号】100194238

【弁理士】

【氏名又は名称】狩生 咲

(74)【代理人】

【識別番号】110002790

【氏名又は名称】Ｏｎｅ ｉｐ弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】和氣 千大

(72)【発明者】

【氏名】柳下 洋

【審査官】上野 博史

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１７／０６１５８９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１６／１２９６７１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１２９６０３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０８Ｇ １／００－９９／００

Ｇ０１Ｃ ２１／００－２１／３６

２３／００－２５／００

Ｇ０５Ｄ １／００－１／１２

Ｂ６４Ｂ １／００－１／７０

Ｂ６４Ｃ １／００－９９／００

Ｂ６４Ｄ １／００－４７／０８

Ｂ６４Ｆ １／００－５／６０

Ｂ６４Ｇ １／００－９９／００

Ｇ１６Ｙ １０／４０

Ｇ１６Ｙ ４０／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

作業エリアにおいて作業を実行する複数のドローンと、
前記複数のドローンの位置および状態を把握し、前記複数のドローンの動作を決定する動作決定装置と、
前記複数のドローンがそれぞれ少なくとも１機着陸可能であって、
前記ドローンに資源を補充可能な複数の移動体と、を備えるドローンシステムであって、
前記ドローンを前記複数の移動体のいずれに着陸させるかを前記移動体の位置又は状態情報に基づいて決定する着陸移動体決定部を備え、
前記複数の移動体は、保有している前記資源の量を計測する資源計量部を備え、
前記着陸移動体決定部は、前記複数の移動体のうち、前記ドローンに補充が必要な資源量を保有している前記移動体に前記ドローンを着陸させることを決定する、
ドローンシステム。

【請求項2】

作業エリアにおいて作業を実行する複数のドローンと、
前記複数のドローンの位置および状態を把握し、前記複数のドローンの動作を決定する動作決定装置と、
前記複数のドローンがそれぞれ少なくとも１機着陸可能であって、
前記ドローンに資源を補充可能な複数の移動体と、を備えるドローンシステムであって、
前記ドローンを前記複数の移動体のいずれに着陸させるかを前記移動体の位置又は状態情報に基づいて決定する着陸移動体決定部を備え、
前記複数の移動体は、保有している前記資源の量を計測する資源計量部を備え、
前記着陸移動体決定部は、前記ドローンに補充が必要な資源量を保有している前記移動体が複数存在する場合に、当該複数の移動体のうち、前記ドローンが前記作業エリアから退出する退出点から最も近い位置に停車している前記移動体に前記ドローンを着陸することを決定する、
ドローンシステム。

【請求項3】

作業エリアにおいて作業を実行する複数のドローンと、
前記複数のドローンの位置および状態を把握し、前記複数のドローンの動作を決定する動作決定装置と、
前記複数のドローンがそれぞれ少なくとも１機着陸可能であって、
前記ドローンに資源を補充可能な複数の移動体と、を備えるドローンシステムであって、
前記ドローンを前記複数の移動体のいずれに着陸させるかを前記移動体の位置又は状態情報に基づいて決定する着陸移動体決定部を備え、
前記複数の移動体は、保有している前記資源の量を計測する資源計量部を備え、
前記着陸移動体決定部は、前記ドローンに補充が必要な資源量を保有し、かつ他の前記ドローンが着陸していないもしくは他の前記ドローンの着陸が決定されていない前記移動体が複数存在する場合に、当該複数の移動体のうち、前記ドローンが前記作業エリアから退出する退出点から最も近い位置に停車している前記移動体に前記ドローンを着陸させることを決定する、
ドローンシステム。

【請求項4】

前記着陸移動体決定部は、前記複数の移動体のうち、前記ドローンが前記作業エリアから退出する退出点から最も近い位置に停車している前記移動体に前記ドローンを着陸させることを決定する、
請求項１乃至３のいずれか1項に記載のドローンシステム。

【請求項5】

前記着陸移動体決定部は、前記複数の移動体のうち、他の前記ドローンが着陸していない前記移動体に前記ドローンを着陸させることを決定する、
請求項１乃至３のいずれか1項に記載のドローンシステム。

【請求項6】

前記着陸移動体決定部は、他の前記ドローンが着陸していないもしくは他の前記ドローンの着陸が決定されていない前記移動体が複数存在する場合に、当該複数の移動体のうち、前記ドローンが前記作業エリアから退出する退出点から最も近い位置に停車している前記移動体に前記ドローンを着陸させることを決定する、
請求項１乃至３のいずれか1項に記載のドローンシステム。

【請求項7】

作業エリアにおいて作業を実行する複数のドローンと、
前記複数のドローンの位置および状態を把握し、前記複数のドローンの動作を決定する動作決定装置と、
前記複数のドローンがそれぞれ少なくとも１機着陸可能であって、
前記ドローンに資源を補充可能な複数の移動体と、を備えるドローンシステムの制御方法であって、
前記移動体の位置又は状態情報を前記動作決定装置が取得するステップと、
前記複数の移動体の保有している前記資源の量を資源計量部により計測するステップと、
着陸移動体決定部により前記取得の結果に基づいて前記ドローンを前記複数の移動体のいずれに着陸させるかを決定する着陸移動体決定ステップと、を含み、
着陸移動体決定ステップは、前記複数の移動体のうち、前記ドローンに補充が必要な資源量を保有している前記移動体に前記ドローンを着陸させることを決定する、
ドローンシステムの制御方法。

【請求項8】

作業エリアにおいて作業を実行する複数のドローンの位置および状態を把握し、前記複数のドローンの動作を決定する動作決定装置であって、
前記複数のドローンがそれぞれ少なくとも１機着陸可能であって、
前記ドローンに資源を補充可能な複数の移動体のいずれに前記ドローンを着陸させるかを前記移動体の位置又は状態情報に基づいて決定する着陸移動体決定部を備え、
前記着陸移動体決定部は、前記複数の移動体のうち、前記ドローンに補充が必要な資源量を保有している前記移動体に前記ドローンを着陸させることを決定する、
動作決定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願発明は、ドローンシステム、ドローンシステムの制御方法、および動作決定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

一般にドローンと呼ばれる小型ヘリコプター（マルチコプター）の応用が進んでいる。その重要な応用分野の一つとして農地（圃場）への農薬や液肥などの薬剤散布が挙げられる（たとえば、特許文献１）。比較的狭い農地においては、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。

【0003】

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。

【0004】

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。

【0005】

ある圃場において複数のドローンで分担して作業を行うことで、１のドローンで作業を行うよりも短時間で作業を終えることが可能である。複数のドローンは、各ドローンに対してあらかじめ計画されている運転経路を飛行して作業を行う。効率よく作業を遂行するためには、各ドローンに対して計画される作業計画に要する時間が略同等になっていて、多くのドローンが長時間稼働していることが望ましい。しかしながら、各ドローンが保有するバッテリや薬剤の補充回数や補充に要する時間は、作業計画と誤差が生じる場合があり、運転計画に要する時間を互いに同等にするのは困難である。そこで、作業計画と誤差が生じた場合にも、多くのドローンが長時間稼働し、効率良く作業を遂行することができるシステムが必要とされている。

【0006】

特許文献３には、耕地に対して農業活動を行うためのシステムであって、ホスト車両と、農業活動を行うように構成される２台以上の自律農業機械と、ホスト車両に対する各自律農業機械の経路を計画し、移動を制御するための制御サブシステムとを含む農業システムが記載されている。制御サブシステムは、ある自律農業機械において検出される動作不良に応じて、他の自律農業機械の移動を再計画することが記載されている。

【0007】

しかしながら、特許文献３には、各ドローンに対して計画される作業計画と実際の作業との誤差に関しては記載されておらず、多くのドローンを長時間稼働させることについては開示されていない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】特許公開公報 特開２００１－１２０１５１

【文献】特許公開公報 特開２０１７－１６３２６５

【文献】特許公開公報 特表２０１８－５００６５５

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

作業計画と誤差が生じた場合にも、多くのドローンが長時間稼働し、効率良く作業を遂行することができるドローンシステムを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の一の観点に係るドローンシステムは、作業エリアにおいて作業を実行する複数のドローンと、前記複数のドローンの位置および状態を把握し、前記複数のドローンの動作を決定する動作決定装置と、前記複数のドローンがそれぞれ少なくとも１機着陸可能であって、前記ドローンに資源を補充可能な複数の移動体と、を備えるドローンシステムであって、前記ドローンを前記複数の移動体のいずれに着陸させるかを前記移動体の位置又は状態情報に基づいて決定する着陸移動体決定部を備える。

【0011】

前記着陸移動体決定部は、前記複数の移動体のうち、前記ドローンが前記作業エリアから退出する退出点から最も近い位置に停車している前記移動体に前記ドローンを着陸させることを決定するものとしてもよい。

【0012】

前記複数の移動体は、保有している前記資源の量を計測する資源計量部を備え、前記着陸移動体決定部は、前記複数の移動体のうち、前記ドローンに補充が必要な資源量を保有している前記移動体に前記ドローンを着陸させることを決定するものとしてもよい。

【0013】

前記着陸移動体決定部は、前記複数の移動体のうち、他の前記ドローンが着陸していない前記移動体に前記ドローンを着陸させることを決定するものとしてもよい。

【0014】

前記複数の移動体は、保有している前記資源の量を計測する資源計量部を備え、前記着陸移動体決定部は、前記ドローンに補充が必要な資源量を保有している前記移動体が複数存在する場合に、当該複数の移動体のうち、前記ドローンが前記作業エリアから退出する退出点から最も近い位置に停車している前記移動体に前記ドローンを着陸することを決定するものとしてもよい。

【0015】

前記着陸移動体決定部は、他の前記ドローンが着陸していないもしくは他の前記ドローンの着陸が決定されていない前記移動体が複数存在する場合に、当該複数の移動体のうち、前記ドローンが前記作業エリアから退出する退出点から最も近い位置に停車している前記移動体に前記ドローンを着陸させることを決定するものとしてもよい。

【0016】

前記複数の移動体は、保有している前記資源の量を計測する資源計量部を備え、前記着陸移動体決定部は、前記ドローンに補充が必要な資源量を保有し、かつ他の前記ドローンが着陸していないもしくは他の前記ドローンの着陸が決定されていない前記移動体が複数存在する場合に、当該複数の移動体のうち、前記ドローンが前記作業エリアから退出する退出点から最も近い位置に停車している前記移動体に前記ドローンを着陸させることを決定するものとしてもよい。

【0017】

本発明の別の観点に係るドローンシステムの制御方法は、作業エリアにおいて作業を実行する複数のドローンと、前記複数のドローンの位置および状態を把握し、前記複数のドローンの動作を決定する動作決定装置と、前記複数のドローンがそれぞれ少なくとも１機着陸可能であって、前記ドローンに資源を補充可能な複数の移動体と、を備えるドローンシステムの制御方法であって、前記移動体の位置又は状態情報を取得するステップと、前記取得結果に基づいて前記ドローンを前記複数の移動体のいずれに着陸させるかを前記移動体の位置又は状態情報に基づいて決定するステップと、を含む。

【0018】

本発明のさらに別の観点に係る動作決定装置は、作業エリアにおいて作業を実行する複数のドローンの位置および状態を把握し、前記複数のドローンの動作を決定する動作決定装置であって、前記複数のドローンがそれぞれ少なくとも１機着陸可能であって、前記ドローンに資源を補充可能な複数の移動体のいずれに前記ドローンを着陸させるかを前記移動体の位置又は状態情報に基づいて決定する着陸移動体決定部を備える。

【発明の効果】

【0019】

作業計画と誤差が生じた場合にも、多くのドローンが長時間稼働し、効率良く作業を遂行することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本願発明に係るドローンシステムが有するドローンの平面図である。

【図2】上記ドローンシステムが有するドローンの正面図である。

【図3】上記ドローンの右側面図である。

【図4】上記ドローンの背面図である。

【図5】上記ドローンの斜視図である。

【図6】上記ドローンが有する薬剤散布システムの全体概念図である。

【図7】上記ドローンが有する薬剤散布システムの第２実施形態を示す全体概念図である。

【図8】上記ドローンが有する薬剤散布システムの第３実施形態を示す全体概念図である。

【図9】上記ドローンが作業を行う圃場、上記移動体が走行する自動走行許可エリア、および上記ドローンシステムが有する区画部材の配置の様子を示す概念図である。

【図10】上記ドローンの制御機能を表した模式図である。

【図11】本願発明にかかる移動体の様子を示す概略斜視図である。

【図12】上記移動体の、上記ドローンが載置される上面板が後方にスライドしている様子を示す概略斜視図である。

【図13】上記ドローン、上記移動体、および本願発明にかかる動作決定装置が有する、複数のドローンが圃場を分担して飛行する機能に関する機能ブロック図である。

【図14】上記複数のドローンが圃場を分担して飛行する様子を示す模式図であって、(a)上記複数のドローンが作業を開始する時点の様子を示す模式図、(b)上記複数のドローンのうちの１個が当初計画されていた作業を完了した時点の様子を示す模式図、および(c)上記１個のドローンに次作業が再分担された様子を示す模式図である。

【図15】上記ドローンのうちの１個が、別のドローンに分担されているエリアの作業を行うことを決定するフローチャートである。

【図16】上記ドローンが作業を行う圃場の近傍に、複数の上記移動体が停車している様子を示す模式図である。

【図17】本願発明に係るドローンシステムの第４実施形態が有する、複数のドローンが圃場を分担して飛行する機能に関する機能ブロック図である。なお、動作決定装置以外の機能ブロックは省略されている。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、図を参照しながら、本願発明を実施するための形態について説明する。図はすべて例示である。以下の詳細な説明では、説明のために、開示された実施形態の完全な理解を促すために、ある特定の詳細について述べられている。しかしながら、実施形態は、これらの特定の詳細に限られない。また、図面を単純化するために、周知の構造および装置については概略的に示されている。

【0022】

まず、本発明にかかるドローンシステムが有する、ドローンの構成について説明する。本願明細書において、ドローンとは、動力手段（電力、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、複数の回転翼を有する飛行体全般を指すこととする。

【0023】

図１乃至図５に示すように、回転翼101-1a、101-1b、101-2a、101-2b、101-3a、101-3b、101-4a、101-4b（ローターとも呼ばれる）は、ドローン100を飛行させるための手段であり、飛行の安定性、機体サイズ、および、電力消費量のバランスを考慮し、8機（2段構成の回転翼が4セット）備えられている。各回転翼101は、ドローン100の本体110からのび出たアームにより本体110の四方に配置されている。すなわち、進行方向左後方に回転翼101-1a、101-1b、左前方に回転翼101-2a、101-2b、右後方に回転翼101-3a、101-3b、右前方に回転翼101-4a、101-4bがそれぞれ配置されている。なお、ドローン100は図１における紙面下向きを進行方向とする。回転翼101の回転軸から下方には、それぞれ棒状の足107-1,107-2,107-3,107-4が伸び出ている。

【0024】

モーター102-1a、102-1b、102-2a、102-2b、102-3a、102-3b、102-4ａ、102-4bは、回転翼101-1a、101-1b、101-2a、101-2b、101-3a、101-3b、101-4a、101-4bを回転させる手段（典型的には電動機だが発動機等であってもよい）であり、一つの回転翼に対して1機設けられている。モーター102は、推進器の例である。１セット内の上下の回転翼（たとえば、101-1aと101-1b）、および、それらに対応するモーター（たとえば、102-1aと102-1b）は、ドローンの飛行の安定性等のために軸が同一直線上にあり、かつ、互いに反対方向に回転する。図２、および、図３に示されるように、ローターが異物と干渉しないよう設けられたプロペラガードを支えるための放射状の部材は水平ではなくやぐら状の構造である。衝突時に当該部材が回転翼の外側に座屈することを促し、ローターと干渉することを防ぐためである。

【0025】

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。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。

【0026】

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。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。

【0027】

図６に本願発明に係るドローン100の薬剤散布用途の実施例を使用したシステムの全体概念図を示す。本図は模式図であって、縮尺は正確ではない。同図において、ドローン100、操作器401、小型携帯端末401a、基地局404および移動体406aは、営農クラウド405にそれぞれ接続されている。これらの接続は、Wi-Fiや移動通信システム等による無線通信を行ってもよいし、一部又は全部が有線接続されていてもよい。

【0028】

ドローン100および移動体406aは、互いに情報の送受信を行い、協調して動作する。移動体406a上は、発着地点406を有する。ドローン100は、ドローン100の飛行を制御する飛行制御部21の他、移動体406aと情報を送受信するための機能部を有している。

【0029】

操作器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てもよい。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器（図示していない）を使用してもよい。非常用操作器は緊急時に迅速に対応が取れるよう大型の緊急停止ボタン等を備えた専用機器であってもよい。さらに、操作器401とは別に、操作器401に表示される情報の一部又は全部を表示可能な小型携帯端末401a、例えばスマートホンがシステムに含まれていてもよい。また、小型携帯端末401aから入力される情報に基づいて、ドローン100の動作が変更される機能を有していてもよい。小型携帯端末401aは、例えば基地局404と接続されていて、基地局404を介して営農クラウド405からの情報等を受信可能である。

【0030】

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、他の作物圃場、道路、鉄道等と隣接している。また、圃場403内に、建築物や電線等の侵入者が存在する場合もある。

【0031】

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なっていてもよい（Wi-Fi通信の親機機能とRTK-GPS基地局が独立した装置であってもよい）。また、基地局404は、３G、４G、およびLTE等の移動通信システムを用いて、営農クラウド405と互いに通信可能であってもよい。基地局404は、本実施の形態においては、発着地点406と共に移動体406aに積載されている。

【0032】

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群と関連ソフトウェアであり、操作器401と携帯電話回線等で無線接続されていてもよい。営農クラウド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ってもよい。

【0033】

小型携帯端末401aは例えばスマートホン等である。小型携帯端末401aの表示部には、ドローン100の運転に関し予測される動作の情報、より具体的にはドローン100が発着地点406に帰還する予定時刻や、帰還時に使用者402が行うべき作業の内容等の情報が適宜表示される。また、小型携帯端末401aからの入力に基づいて、ドローン100および移動体406aの動作を変更してもよい。小型携帯端末401aは、ドローン100および移動体406aのいずれからでも情報を受信可能である。また、ドローン100からの情報は、移動体406aを介して小型携帯端末401aに送信されてもよい。

【0034】

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。

【0035】

なお、図7に示す第２実施形態のように、本願発明に係るドローン100の薬剤散布システムは、ドローン100、操作器401、小型携帯端末401a、営農クラウド405が、それぞれ基地局404と接続されている構成であってもよい。

【0036】

また、図8に示す第3実施形態のように、本願発明に係るドローン100の薬剤散布システムは、ドローン100、操作器401、小型携帯端末401aが、それぞれ基地局404と接続されていて、操作器401のみが営農クラウド405と接続されている構成であってもよい。

【0037】

図9に示すように、ドローン100は、圃場403a、403bの上空を飛行し、圃場内の作業を遂行する。移動体406aは、圃場403a、403bの周辺に設けられている自動運転許可エリア90を自動で走行する。自動運転許可エリア90は、例えば農道である。圃場403a、403bおよび自動運転許可エリア90は、作業エリアを構成する。また、自動運転許可エリア90は、移動体406aは移動可能であるが、ドローン100の着陸はできない移動許可エリア901と、移動体406aが移動可能で、かつ移動体406a上にドローン100が着陸可能な着陸許可エリア902と、に細分化されている。ドローン100の着陸ができない理由として、例えば当該エリアと圃場403aとの間に、ガードレール、電柱、電線、倉庫、墓等の障害物80が設置されていること等が挙げられる。

【0038】

本実施形態においては、１個の圃場403a（作業エリアの例）に複数のドローン100a、100b（以下、第１ドローン100a、および第２ドローン100bともいう。）が同時に飛行し、それぞれ作業を行う。第１ドローン100aが行う作業は第１作業の例、第２ドローン100bが行う作業は第２作業の例である。第１作業は、圃場403aの一部である第１作業エリア403cに網羅的に設定される第１運転経路51を飛行する動作を含む。第２作業は、圃場403aのうち第１作業エリア403c以外の領域である第２作業エリア403dに、網羅的に設定される第２運転経路52を飛行する動作を含む。ドローン100a、100bは、第１、第２運転経路51、52に沿って飛行しながら、薬剤を散布したり、圃場403a内を撮影したりする。

【0039】

第１運転経路51は、始点51s、作業済経路51a、未作業経路51b、および終点51eを備える。第１ドローン100aは始点51sから飛行を開始し、終点51eまで飛行する。ドローン100aがすでに飛行した経路を作業済経路51a、これから飛行する予定の経路を未作業経路51bとする。同様に、第２運転経路52は始点52s、作業済経路52a、未作業経路52b、および終点52eを備える。第２ドローン100bは始点52sから飛行を開始し、終点52eまで飛行する。ドローン100bがすでに飛行した経路を作業済経路52a、これから飛行する予定の経路を未作業経路52bとする。

【0040】

複数の移動体406A、406b（以下、第１移動体406A、第２移動体406Bともいう。）が、自動運転許可エリア90内を走行する。ドローンシステム500に含まれる複数のドローン100a、100b、および複数の移動体406A、406Bは、互いにネットワークを介して接続され、図13に後述する動作決定装置40により集中管理されている。

【0041】

本実施形態においては、ドローンおよび移動体の数は同数であるが、同数でなくてもよい。ドローンおよび移動体の数が同数である場合、移動体１台につきドローンが１台搭載可能であるので、移動体にすべてのドローンを積載して、作業エリア外からドローンを搬入することができる。また、移動体は複数のドローンに対して同時に資源を補充することはできないが、ドローンシステム500内にドローンと移動体が同数含まれる構成によれば全てのドローンに同時に資源補充が可能である。

【0042】

動作決定装置40は、独立した装置であってもよいし、複数のドローン100a、100b、複数の移動体406A、406B又は営農クラウド405等、ドローンシステム500に含まれる構成のいずれかに搭載されていてもよい。

【0043】

ドローン100は、移動体406aから離陸して圃場403a、403b内での作業を遂行する。ドローン100は、圃場403a、403b内での作業中に、適宜作業を中断して移動体406aに帰還し、バッテリ502および薬剤の補充を行う。ドローン100は所定の圃場の作業が完了すると、移動体406aに乗って別の圃場近傍まで移動した上で、移動体406aから再度離陸し、当該別の圃場における作業を開始する。このように、ドローン100の自動運転許可エリア90内の移動は、原則的に、移動体406aに乗って行われ、移動体406aは、作業を行う圃場近傍までドローン100を運搬する。この構成によれば、ドローン100のバッテリ502を節約することができる。また、移動体406aは、ドローン100に補充可能なバッテリ502や薬剤を格納しているため、ドローン100が作業を行っている圃場近傍に移動体406aが移動して待機する構成によれば、ドローン100への資源の補充を効率的に行うことができる。

【0044】

自動運転許可エリア90の外の領域は、自動運転不許可エリア91である。自動運転許可エリア90と自動運転不許可エリア91とは、区画部材407a、407b、407c、407d、407eにより区画されている。自動運転許可エリア90と自動運転不許可エリア91とは、各種障害物等で隔てられている他、道路が連続的に形成されていて、区画部材407a、407b、407c、407d、407eは、当該道路上に配置されていてもよい。言い換えれば、区画部材407a、407b、407c、407d、407eは、自動運転許可エリア90への侵入口に配置されている。

【0045】

区画部材407は、圃場403およびその周辺の領域であって、移動体406aやドローン100が作業する際に移動する作業エリアを区画するための部材であり、例えばカラーコーン、三角コーン、コーンバー、バリケード、フィールドアーチ、フェンス等である。区画部材407は、物理的に区画してもよいし、赤外線等の光線により区画されていてもよい。区画部材407は、主に作業エリア外の侵入者に作業中であることを知らせ、作業エリア内への立ち入りを制限するために用いられる。したがって、侵入者が遠方からでも視認できるような部材である。また、区画部材407は、作業の開始時に使用者402により設置されるため、設置および撤去が容易であるとよい。区画部材407は、ドローンシステム500内に複数含まれていてもよい。区画部材407は、侵入者が作業エリア内に侵入したことを検知して、移動体406aや操作器401、小型携帯端末401a等に当該侵入情報を伝達してもよい。なお、侵入者は、人や車、その他の移動体を含む。

【0046】

図10に本願発明に係る薬剤散布用ドローンの実施例の制御機能を表したブロック図を示す。フライトコントローラー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であってよい。フライトコントローラー501は、操作器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。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。

【0047】

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。この場合において、不正なソフトウェアによる書き換えが行なわれないように、暗号化、チェックサム、電子署名、ウィルスチェックソフト等による保護が行われている。また、フライトコントローラー501が制御に使用する計算処理の一部が、操作器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。

【0048】

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を介して操作器401とやり取りを行ない、必要な指令を操作器401から受信すると共に、必要な情報を操作器401に送信できる。この場合に、通信には暗号化を施し、傍受、成り済まし、機器の乗っ取り等の不正行為を防止できるようにしておいてもよい。基地局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。RTK基地局の信号とGPS測位衛星からの信号を組み合わせることで、フライトコントローラー501により、ドローン100の絶対位置を数センチメートル程度の精度で測定可能となる。フライトコントローラー501は重要性が高いため、二重化・多重化されていてもよく、また、特定のGPS衛星の障害に対応するため、冗長化されたそれぞれのフライトコントローラー501は別の衛星を使用するよう制御されていてもよい。

【0049】

６軸ジャイロセンサー505はドローン機体の互いに直交する３方向の加速度を測定する手段であり、さらに、加速度の積分により速度を計算する手段である。６軸ジャイロセンサー505は、上述の３方向におけるドローン機体の姿勢角の変化、すなわち角速度を測定する手段である。地磁気センサー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）レーザーであってもよい。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てもよい。同一目的複数のセンサーが存在する場合には、フライトコントローラー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。

【0050】

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。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。侵入者検知カメラ513はドローン侵入者を検知するためのカメラであり、画像特性とレンズの向きがマルチスペクトルカメラ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。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。侵入者接触センサー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、他のドローン等の侵入者に接触したことを検知するためのセンサーである。なお、侵入者接触センサー515は、6軸ジャイロセンサー505で代用してもよい。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、操作器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。

【0051】

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。

【0052】

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は操作器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。また、Wi-Fi子機機能に替えて、３G、４G、およびLTE等の移動通信システムにより相互に通信可能であってもよい。スピーカー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。

【0053】

●移動体の構成
図11および図12に示す移動体406aは、ドローン100が有する情報を受信して、使用者402に適宜通知し、又は使用者402からの入力を受け付けてドローン100に送信する装置である。また、移動体406aは、ドローン100を積載して移動可能である。移動体406aは、使用者402により運転可能である他、自律的に移動可能であってもよい。なお、本実施形態における移動体406aは自動車等の車両、より具体的には軽トラックを想定しているが、電車等の陸上走行可能な適宜の移動体であってもよいし、船舶や飛行体であってもよい。移動体406aの駆動源は、ガソリン、電気、燃料電池等、適宜のものであってよい。

【0054】

移動体406aは、進行方向前方に乗車席81、後方に荷台82が配置されている車両である。移動体406aの底面側には、移動手段の例である4個の車輪83が、駆動可能に配置されている。乗車席81には、使用者402が乗り込むことが可能である。

【0055】

乗車席81には、移動体406aおよびドローン100の様子を表示する表示部65が配置されている。表示部65は、画面を有する装置であってもよいし、フロントガラスに情報を投影する機構により実現されていてもよい。また、この表示部65に加えて、乗車席81を覆う車体810の背面側にも背面表示部65aが設置されていてもよい。この背面表示部65aは、車体810に対する角度が左右に変更可能であり、荷台82の後方および左右側方で作業している使用者402が画面を見て情報を取得することができる。

【0056】

移動体406aの荷台82前部左端には、丸棒の上方に円盤状の部材が連結された形状をしている基地局404が、乗車席81よりも上方に伸び出ている。なお、基地局404の形状および位置は、任意である。基地局404が荷台82の乗車席81側にある構成によれば、荷台82の後方にある構成と比較して、基地局404がドローン100の離着陸の妨げになりづらい。

【0057】

荷台82は、ドローン100のバッテリ502や、ドローン100の薬剤タンク104に補充される薬剤を格納する荷室821を有する。荷室821は、乗車席81を覆う車体810と、後方板822と、1対の側方板823、823と、上面板824とに囲まれた領域である。後方板822および側方板823は、「あおり」とも呼ばれる。後方板822の上部両端それぞれには、レール825が、側方板823の上端に沿って乗車席81背面側の車体810まで配設されている。上面板824は、ドローン100が載置され、離着陸することが可能な発着地点406である発着領域となっており、レール825に沿って進行方向前後に摺動可能になっている。レール825は、上面板824の平面より上方に突出するリブとなっていて、上面板824上に乗っているドローン100が移動体406aの左右端から滑り出てしまうことを防いでいる。また、上面板824の後方にも、レール825と同程度上面側に突出するリブ8241が形成されている。

【0058】

車体810上部および後方板822の進行方向後ろ側には、ドローンシステム500が作業中である旨を表示する警告灯830が配置されていてもよい。警告灯830は、配色又は明滅等で作業中と作業中以外とを区別する表示器であってもよいし、文字又は絵柄等が表示可能であってもよい。また、車体810上部の警告灯830は、車体810上方まで伸びあがって両面に表示することが可能であってもよい。この構成によれば、荷台82にドローン100が配置されている場合であっても、後方から警告を視認することができる。また、移動体406aの進行方向前方からも、警告を視認することができる。警告灯830が前方および後方から視認できることで、区画部材407を設置する手間を一部省略することができる。

【0059】

上面板824は、手動で摺動可能であってもよいし、ラックアンドピニオン機構などを利用して自動で摺動してもよい。上面板824を後方に摺動させると、荷台82の上方から荷室821に物品を格納したり、物品を取り出したりすることができる。また、上面板824が後方に摺動している形態においては、上面板824と車体810とが十分離間するため、ドローン100が発着地点406に離着陸可能である。

【0060】

上面板824には、ドローン100の足107-1,107-2,107-3,107-4が固定可能な足受部826が4個配設されている。足受部826は、例えばドローン100の4本の足107-1,107-2,107-3,107-4に対応する位置に1個ずつ設置されている、上面が円錐台状に凹んでいる円盤状の部材である。なお、足受部826の円錐台状の凹みの底と、足107-1,107-2,107-3,107-4の先端とは、互いに嵌合可能な形状になっていてもよい。足受部826上に着陸しているとき、ドローン100の足107-1,107-2,107-3,107-4は、足受部826の円錐面に沿って滑り、円錐台の底部に足107-1,107-2,107-3,107-4の先端が誘導される。ドローン100は適宜の機構により足受部826に自動又は手動で固定可能であり、移動体406aがドローン100を載せて移動する際にも、ドローン100が過度に振動したり落下することなくドローン100を安全に輸送することができる。また、移動体406aは、ドローン100が足受部826に固定されているか否かを検知可能である。

【0061】

上面板824の、略中央部には、ドローン100の離着陸の位置の目安を表示する円周灯850が配置されている。円周灯850は、略円状に配設される発光体群により形成されていて、発光体群は個別に明滅可能である。本実施形態では、円周上に約90度ごとに配置される4個の大きな発光体850aと、大きな発光体850aの間に2個ずつ等間隔に配置される小さな発光体850bとで、1の円周灯850を構成している。円周灯850は、発光体群850a、850bのうち1又は複数が点灯することで、ドローン100の離陸後の飛行方向、又は着陸する際に飛来する方向を表示する。なお、円周灯850は、部分的に明滅可能な1個の円環状の発光体により構成されていてもよい。

【0062】

1対の側方板823は、底部の辺が荷台82にヒンジで連結されていて、側方板823を外側に倒すことが可能である。図12では、進行方向左側の側方板823が外側に倒れている様子を示している。側方板823が外側に倒れると、移動体406aの側方から格納物を格納および取り出しが可能になる。側方板823は荷室821の底面と略平行に固定され、側方板823を作業台としても使用することができる。

【0063】

1対のレール825は、形態切替機構を構成する。また、側方板823と荷台82を連結するヒンジも、形態切替機構に含まれていてもよい。上面板824が荷室821の上方を覆って配置され、側方板823が起立して荷室821の側面を覆っている形態において、移動体406aは移動する。移動体406aが静止しているとき、上面板824が後方に摺動している形態、又は側方板823が倒れている形態に切り替えられ、使用者402は荷室821の内部にアプローチできる。

【0064】

ドローン100は、発着地点406に着陸している状態において、バッテリ502の補充を行うことができる。バッテリ502の補充とは、内蔵されているバッテリ502の充電、およびバッテリ502の交換を含む。荷室821にはバッテリ502の充電装置が格納されていて、荷室821に格納されているバッテリ502の充電が可能である。また、ドローン100は、バッテリ502に代えてウルトラキャパシタの機構を備え、荷室821内にはウルトラキャパシタ用の充電器が格納されていてもよい。この構成においては、ドローン100が足受部826に固定されている際に、ドローン100の足を介して、ドローン100に搭載されているバッテリ502を急速充電することができる。

【0065】

ドローン100は、発着地点406に着陸している状態において、薬剤タンク104に貯留される薬剤の補充を行うことができる。荷室821には、薬剤を希釈混合するための希釈混合タンク、撹拌機構、ならびに希釈混合タンクから薬剤を吸い上げて薬剤タンク104に注入せしめるポンプおよびホース等の希釈混合を行う適宜の構成要素が格納されていてもよい。また、荷室821から上面板824の上方へ伸び出て、薬剤タンク104の注入口に接続可能な補充用ホースが配管されていてもよい。

【0066】

上面板824の上面側には、薬剤タンク104から排出される薬剤を誘導する廃液溝840および廃液孔841が形成されている。廃液溝840および廃液孔841は、それぞれ2個ずつ配置されていて、ドローン100が移動体406aの左右どちらを向いて着陸しても、薬剤ノズル103の下方に廃液溝840が位置するようになっている。廃液溝840は、薬剤ノズル103の位置に沿って、移動体406aの長さ方向に沿って略真っ直ぐに形成されている、所定の幅を有する溝であり、乗車席81側に向かってわずかに傾斜している。廃液溝840の乗車席81側の端部には、それぞれ上面板824を貫通して荷室821の内部に薬液を誘導する廃液孔841が形成されている。廃液孔841は、荷室821内であって廃液孔841の略真下に設置されている廃液タンク842に連通している。

【0067】

薬剤タンク104に薬剤を注入する際、薬剤タンク104内に充満する気体、主に空気を外部に排出するエア抜き動作を行う。このとき、薬剤タンク104の排出口から薬剤が排出する動作が必要になる。また、ドローン100が作業終了後に、薬剤タンク104から薬剤を排出する動作が必要になる。上面板824に廃液溝840および廃液孔841が形成されている構成によれば、ドローン100を上面板824に配置した状態で、薬剤タンク104への薬剤注入および排出を行う際、廃液を廃液タンク842に誘導することができ、安全に薬剤注入および排出を行うことができる。

【0068】

●ドローンシステムが有するドローン、移動体、および動作決定装置の構成
図13に示すように、ドローンシステム500は、第１ドローン100a、第２ドローン100b、第１移動体406A、第２移動体406B、および動作決定装置40が、互いにネットワークNWを介して接続されて構成されている。なお、ネットワークNWは、すべて無線であってもよいし、一部又は全部が有線であってもよい。また、具体的な接続関係は同図に限られるものではなく、各構成が直接又は間接的に接続されていればよい。

【0069】

本実施形態では、ドローンおよび移動体はそれぞれ２個であるが、3個以上であってもよい。また、ドローンと移動体の数は同数であってもよいし、個数が異なっていてもよい。複数のドローン100a、100bは、複数の移動体406A、406Bのいずれでも離着陸可能であり、資源の補充が可能である。なお、資源の補充とは、バッテリ502の補充および薬剤の補充を含む概念である。

【0070】

第１ドローン100aは、飛行制御部21a、作業計画取得部22aおよび作業完了送信部23aを備える。第２ドローン100bは、飛行制御部21b、作業計画取得部22bおよび作業完了送信部23bを備える。第１ドローン100aと第２ドローン100bの構成は略同一である。

【0071】

飛行制御部21a、21bは、各ドローン100a、100bが有するモータ102を稼働させ、ドローン100a、100bの飛行および離着陸を制御する機能部である。飛行制御部21a、21bは、例えばフライトコントローラ501の機能によって実現される。

【0072】

作業計画取得部22a、22bは、各ドローン100a、100bが作業を行う圃場403a、403bにおいて飛行が予定される作業に関する情報（以下、「作業計画」ともいう。）を取得し、各ドローン100a、100bに設定する機能部である。作業計画には、圃場403a、403bで飛行する予定運転経路に加え、当該予定運転経路の各所における飛行速度および飛行加速度の情報、ならびに旋回およびホバリングをする位置および時間の情報が含まれる。また、作業計画には、ドローン100a、100bが圃場403a、403b内の作業を中断して、移動体406A又は406Bに帰還する予定地点又はある時点からの予定経過時間が含まれる。なお、ドローン100の作業は、圃場403a、403bを重複なく網羅的に飛行することと略同義であり、ドローン100に作業計画を設定することは、第１ドローン100aおよび第２ドローン100bが作業を行う第１作業エリア403cおよび第２作業エリア403dを区画することと同等である。すなわち、作業計画には、各ドローン100a、100bが作業を行う作業エリア403c,403dの位置座標が含まれていてもよい。

【0073】

作業計画は、例えばネットワークNWを通じて動作決定装置40から受信されるが、作業計画取得部22a、22bが作業計画を生成するような構成であっても、本発明の技術的範囲に含む。本発明においては、あるドローンの作業が先に完了した場合にも、別のドローンの作業を再分担されて作業を継続する。したがって、各ドローンの作業時間を略同等に管理しなくても、多くのドローンを長時間作業させて高い作業効率を実現できる。すなわち、各ドローンの作業計画を中央管理せず、各ドローンが独立して作業計画を生成する構成であっても、高い作業効率を担保できる。ただし、各ドローンの資源の補充回数を最適化するためには、動作決定装置40がある程度各ドローンに作業時間を等分配する構成がより好適である。また、各ドローンの予定運転経路は重複してはならないため、一方の作業計画取得部22a、22bは、他方の予定作業計画取得部22b、22aが生成する予定運転経路を参照して経路を決定する構成があるとよい。

【0074】

作業完了送信部23a、23bは、ドローン100a、100bが設定されている予定運転経路の作業が完了した旨の情報（以下、「作業完了情報」ともいう。）を、動作決定装置40に送信する機能部である。作業完了送信部23a、23bは、例えば、ドローン100a、100bの位置座標をRTK-GPSにより取得し、運転経路の終点51e、52eに到達しているか否かに基づいて、作業が完了したことを検知する。

【0075】

なお、本実施形態においてはドローン100が作業完了送信部23a、23bを有する構成としたが、動作決定装置40が作業完了送信部23a、23bを有していてもよい。

【0076】

第１移動体406Aは、移動体位置取得部31a、資源計量部32a、および着陸検知部33aを備える。第２移動体406Bは、移動体位置取得部31b、資源計量部32b、および着陸検知部33bを備える。第１移動体406Aと第２移動体406Bの構成は略同一である。

【0077】

移動体位置取得部31a、31bは、移動体406A、406Bの現在の位置座標を取得する機能部である。移動体位置取得部31a、31bは、例えばRTK-GPSを利用して位置座標を取得する。移動体位置取得部31a、31bは、移動体406A、406BにRTK-GPSの移動局が搭載されている構成の他、操作器401に搭載されているRTK-GPSを用いて位置を特定し、当該位置を移動体406A、406Bの位置座標として取得してもよい。操作器401は、作業時において、移動体406A、406Bの運転席に設置されて使用されるためである。この構成によれば、移動体406aにRTK-GPSの移動局を搭載する必要がないため、構成を簡素かつ安価にすることができる。

【0078】

資源計量部32a、32bは、移動体406A、406Bが保有する資源の量を計量する機能部である。
資源の量は、充電済みのバッテリ502の個数や薬剤量を含む。また、資源の量は、バッテリ502を充電する設備の充電余力であってもよい。ドローン100a、100bが燃料電池で駆動する構成の場合は、ドローン100a、100bに貯留可能な燃料ガス、例えば水素ガスの量であってもよい。移動体406A、406Bに準備されている資源の量は、使用者402による手入力によって取得されてもよいし、自動で取得する構成であってもよい。自動で取得する構成の例としては、薬剤量を取得するために荷室821の所定範囲の重量を計測する構成を有していてもよい。また、充電済みのバッテリ502の個数を取得するために、荷室821の所定範囲の重量に加えて、バッテリ502の容量を測定する構成を有していてもよい。

【0079】

資源計量部32a、32bは、当該移動体406A、406Bが保有する資源の量が所定以下になっているとき、動作決定装置40、およびドローンシステム500内の各種構成、例えば操作器401や小型携帯端末401aにその旨を通知する。また、作業計画を参照して、作業計画において今後補充が予想される資源の量が、現在の資源の量より多いときに、その旨を通知してもよい。

【0080】

同通知を受信した操作器401や小型携帯端末401aは、使用者402に通知し、移動体406A、406Bの在庫の補充を促す。このとき、操作器401や小型携帯端末401aは、作業計画を参照して、補充すべき資源量を移動体406A、406Bごとに表示してもよい。また、操作器401や小型携帯端末401aは、作業計画を参照して、ドローン100a、100bが補充のために帰還する予想時刻、又は現時刻を基準として帰還するまでの所要時間を算出し、資源の補充がいつまでに必要なのかを合わせて表示してもよい。この構成によれば、使用者402が圃場403a、403bから離れて遠方にいる場合であっても、小型携帯端末401aを通じて在庫の補充に関する通知を受け取ることができる。本システムにおいては、ドローン100a、100b、および移動体406A、406Bがそれぞれ自動で動作するため、使用者402による作業は、移動体406A,406Bへの在庫補充にほぼ限られる。そのため、遠隔にいる使用者402に在庫補充の情報を通知可能とすることにより、使用者402は常時圃場403a、403bにいる必要がなくなる。

【0081】

なお、在庫の補充は、充分な資源が保有されている別の移動体から補充してもよいし、別途の倉庫から補充してもよい。操作器401や小型携帯端末401aは、いずれから資源を補充するかを表示してもよい。別の移動体から補充することで、作業完了後に移動体から倉庫に格納する手間が短縮できるため、別の移動体からの補充を優先的に行うよう決定してもよい。

【0082】

着陸検知部33a、33bは、移動体406A、406Bにドローン100a、100bが着陸しているか否かを検知する機能部である。着陸検知部33a、33bは、例えば足受部826に搭載されているタッチスイッチや静電容量センサ等、ドローン100の足107-1乃至107-4を検出する構成により、ドローン100a又は100bが移動体406A、406Bに着陸しているか否かを検知する。着陸検知部33a、33bは、足107-1乃至107-4からドローン100の固有情報を取得することで、いずれのドローン100が着陸しているかを識別可能であってもよい。また、着陸検知部33a、33bは、RTK-GPS等により各ドローン100の位置情報を取得することで、着陸しているドローン100を識別してもよい。

【0083】

動作決定装置40は、複数のドローン100a、100bに作業を分担するための構成として、作業計画送信部41、作業完了検知部42、残作業取得部43、再分担部44および経路送信部45を備える。また、動作決定装置40は、ドローン100が複数の移動体406aにおいて離着陸および補充を行うための構成として、着陸移動体決定部46および移動体位置決定部47を備える。

【0084】

なお、以降の説明では、設定されている当初の作業計画を先に完了したドローンを第１ドローン100a、第１ドローン100aが作業を完了した時点で未完了の作業を有するドローンを第２ドローン100bとして説明する。

【0085】

作業計画送信部41は、ドローン100a、100bそれぞれの作業計画を生成し、各ドローン100a、100bに送信する機能部である。作業計画送信部41は、各ドローン100a、100bに互いに異なる作業計画を生成する。各ドローン100a、100bの作業計画は、予定運転経路が重複しないように構成されている。各ドローン100a、100bの作業における予想所要時間は、略同等となるように生成されていてもよい。ただし、実際の作業時間は、強風、磁気の乱れ、又はバードストライク等の外乱による作業の遅れ、資源の補充に係る作業の遅れ、又はバッテリ502の消耗が予定より早く、複数回又は長時間の資源補充が必要となる場合などにより、予想所要時間と誤差が生じる場合がある。

【0086】

作業完了検知部42は、ドローン100a、100bから送信される作業完了情報を受信する機能部である。また、この構成に代えて、作業完了検知部42自身が、第１ドローン100aの設定されている予定運転経路における作業を完了したことを検知する構成であってもよい。この場合、作業完了検知部42は、例えばドローン100a、100bの位置座標が運転経路の終点から所定範囲内にあることに基づいて、ドローン100a、100bの作業が完了していることを検知する。

【0087】

残作業取得部43は、第１ドローン100aが第１運転経路51における作業を完了する時点において、他のドローン、すなわち第２ドローン100bが有する未完了の作業に関する情報（以下、「未完了作業」という。）を取得する機能部である。未完了作業は、圃場403a、403bで飛行する未作業経路51b、52b、当該未作業経路51b、52bの各所における飛行速度および飛行加速度の情報、ならびに旋回およびホバリングをする位置および時間の情報が含まれる。また、未完了作業には、ドローン100bが圃場403a、403b内の作業を中断して、移動体406A又は406Bに帰還する予定地点又はある時点から帰還するまでの予定所要時間が含まれる。

【0088】

残作業取得部43は、予定作業計画取得部431およびドローン位置取得部432を有する。

【0089】

予定作業計画取得部431は、作業を完了していない第２ドローン100bに現在設定されている第２運転経路52を取得する機能部である。予定作業計画取得部431は、動作決定装置40又はドローン100a、100bにより生成される作業計画を参照して第２運転経路52を取得する。

【0090】

ドローン位置取得部432は、作業を完了していない第２ドローン100bの位置座標を取得する機能部である。第２ドローン100bの位置座標は、作業を完了した第１ドローン100aに第２ドローン100bの未完了作業が再分担される時点における位置座標であり、予想値であってもよい。

【0091】

残作業取得部43は、第２運転経路52と第２ドローン100bの位置座標とに基づいて、第２運転経路52の未完了作業を算出する。残作業取得部43は、未完了作業において作業が予定されている未作業エリアを算出してもよい。また、残作業取得部43は、未完了作業において作業が予定されている運転経路を算出してもよい。

【0092】

再分担部44は、未完了作業の少なくとも一部を、第１ドローン100aの次作業に決定する、すなわち未完了作業を再分担する機能部である。再分担部44は、未完了作業を予定所要時間において等分し、等分されるそれぞれの作業を第１ドローン100aおよび第２ドローン100bの次作業に決定する。この構成によれば、第１ドローン100aおよび第２ドローン100bは再分担後の作業を略同時に完了させることができるため、効率よく作業を完了させることができる。

【0093】

再分担部44は、未完了作業に含まれる未作業経路52bのうち終点52eを含む連続する経路を第1ドローン100aの次作業経路とし、当該終点52eを次作業経路の始点に決定する。この構成によれば、第1ドローン100aは、運転経路上第２ドローン100bから最も遠い位置から次作業を開始するため、第２ドローン100bは、第１ドローン100aと運転経路が干渉することなく、再分担時に飛行している位置から作業を継続することができる。

【0094】

第１運転経路51の終点51eと第２運転経路52の終点52eとの距離は、第１運転経路51の始点51sと第２運転経路52の始点52sとの距離よりも短い。すなわち、２個の運転経路51、52の終点51e、52eは近接するように構成されている。この構成によれば、第１ドローン100aが終点51eに到達した後、短時間で終点52eに到達することができ、再分担後の作業を効率よく開始することができる。

【0095】

経路送信部45は、再分担部44により決定される、第１ドローン100aおよび第２ドローン100bの次作業を第１ドローン100aおよび第２ドローン100bにそれぞれ送信する機能部である。なお、計算処理上は、次作業が新たに送信される構成であってもよいし、現在の作業計画を更新する処理を行ってもよい。

【0096】

図14および図15を用いて、作業が再分担される様子および工程を具体的に例示して説明する。

【0097】

図14(a)に示すように、まず、第１ドローン100aは、始点51sから第１運転経路51に沿う飛行を開始し、圃場403a内の第1作業エリア403cにおける作業を行う。第２ドローン100bは、始点52sから第２運転経路52に沿う飛行を開始し、第２作業エリア403dにおける作業を行う。

【0098】

図14(b)は、図14(a)から所定時間後の様子を示す模式図である。同図の時点において、第１ドローン100aは終点51eに到達している。すなわち、第１ドローン100aは当初の作業計画を完了している。このとき、第２ドローン100bは、第２運転経路52上を飛行しており、進行方向後方は作業済経路52a、進行方向前方は未作業経路52bとなっている。この時点で、図15に示すように、作業完了検知部42は、第１ドローン100aの作業が完了したことを検知する（S11）。また、作業完了検知部42は、第1ドローン100aが終点51eに到着する所定時間前に、作業の完了を予想してもよい。

【0099】

図15に示すように、ステップS11に次いで、予定作業計画取得部431は、第２ドローン100bの第２運転経路52を取得する（S12）。また、ドローン位置取得部432は、第２ドローン100bの位置座標を取得する（S13）。ステップS12およびS13は順不同であり、同時に実行されてもよい。残作業取得部43は、第２運転経路52および第２ドローン100bの位置座標に基づいて、未完了作業を取得する（S14）。未完了作業とは、すなわち、未作業経路52bの位置座標および未作業経路52bにおいて作業を行うための動作計画である。

【0100】

再分担部44は、未完了作業を分割し、第1ドローン100aに再分担する（S15）。経路送信部45は、再分担されて生成される次作業計画を第1ドローン100aおよび第２ドローン100bに送信する（S17）最後に、第1ドローン100aおよび第２ドローン100bは、受信される次作業計画に基づいて、次作業を開始する（S17）。

【0101】

図14(c)は、図14(b)の状態を経て未完了作業を第1ドローン100aに再分担した様子を示す模式図である。未作業経路52bは第3運転経路53および第4運転経路54に分割される。第3運転経路53の予定所要時間と、第4運転経路54の予定所要時間とは略同等である。すなわち、第３運転経路53と第４運転経路の長さは略同等である。第3運転経路53の始点53sは、再分担後の作業開始時における第２ドローン100bの位置である。第4運転経路54の始点54sは、第２運転経路52の終点52eと同位置である。第3運転経路53の終点53e、および第4運転経路54の終点54eは、未作業経路52bの中ほどに互いに隣接して配置されている。

【0102】

第1ドローン100aは、終点51eから始点54sへ移動し、第4運転経路54の未作業経路54bに沿って作業を行う。第２ドローン100bは、始点53sから第3運転経路53の未作業経路53bに沿って作業を行う。

【0103】

ここで、いずれかの作業が先に完了した場合は、再度未完了作業の分担を行い、すべての作業が完了するまで再分担を繰り返す。

【0104】

図13に戻り、ドローン100が複数の移動体406aにおいて離着陸および補充を行うための構成について説明する。

【0105】

着陸移動体決定部46は、複数のドローン100a、100bをそれぞれ複数の移動体406A、406Bのいずれに着陸させるかを移動体406A、406Bの位置又は状態情報に基づいて決定する機能部である。言い換えれば、ドローンシステム500は、移動体406A、406Bの位置または状態情報を取得するステップと、当該取得の結果に基づいてドローン100a、100bを複数の移動体のいずれに着陸させるかを決定するステップと、を有する。１個のドローンシステム500が複数の移動体406A、406Bを有する構成においては、圃場403a、403b周辺に複数の移動体406A、406Bが存在している。着陸移動体決定部46によれば、複数のドローン100a、100bがそれぞれ離陸した移動体406A、406Bに着陸する必要はなく、より条件に合致する移動体406A、406Bを判別して着陸することができる。状態情報とは、例えば移動体406A、406Bの位置、移動体406A、406Bがそれぞれ保有している資源の量、当該移動体406A、406Bにドローン100a、100bの着陸が決定されているか否かの情報、移動体406A、406Bと着陸予定のドローン100a、100bが圃場から退出する退出点403eとの距離等の情報を含む。

【0106】

着陸移動体決定部46は、複数の移動体406A、406Bのうち、圃場403a、403bからの退出点から最も近い位置に停車している移動体406A、406Bにドローン100a、100bを着陸させることを決定してもよい。図16に示すように、例えば、ドローン100bが退出点403eを経て圃場403a外を飛行して移動体406A又は406Bに帰還するとき、着陸移動体決定部46は、移動体406A、406Bの位置座標を取得して、退出点403eにより近い位置にある移動体406Bに着陸することを決定する。この構成によれば、ドローン100a、100bが圃場403a、403b外を飛行する距離および時間が短縮できるため、総作業時間を短縮することができる。また、ドローン100a、100bのバッテリ502の蓄電量を節約できる。さらに、圃場403a、403b外をドローン100a、100bが飛行することによる使用者402の不安を軽減することができる。

【0107】

着陸移動体決定部46は、複数の移動体406A、406Bのうち、ドローン100に補充が必要な資源量を保有している移動体406A、406Bにドローン100a、100bを着陸させることを決定してもよい。

【0108】

着陸移動体決定部46は、ドローン100bに補充が必要な資源量を保有している移動体406A、406Bが複数存在する場合に、当該複数の移動体のうち、当該ドローン100bが作業エリア403aから退出する退出点403eから最も近い位置に停止している移動体406Bにドローン100bを着陸させることを決定してもよい。

【0109】

また、着陸移動体決定部46は、ドローン100a、100bに補充が必要な資源量を保有している移動体406A、406Bのうち、最も保有量の少ない移動体にドローン100a、100bを着陸させることを決定してもよい。資源は、バッテリ502の保有量であってもよいし、薬剤の保有量であってもよい。ドローン100a、100bが着陸時に補充する資源の種類に応じて、バッテリ502および薬剤のどちらの保有量に基づいて移動体406A、406Bを選別するかを決定するようになっていてもよい。この構成によれば、特定の移動体にのみ資源を補充すれば足りるため、移動体406A、406Bの在庫を補充する回数を軽減できる。

【0110】

着陸移動体決定部46は、複数の移動体406A、406Bのうち、他のドローン100aが着陸していないもしくは他のドローン100aの着陸が決定されていない移動体406A、406Bにドローン100bを着陸させることを決定してもよい。一方のドローン100aが着陸している、もしくはドローン100aの着陸が決定されている移動体406A、406Bには、他方のドローン100bを着陸させることができない。したがって、この構成によれば、複数のドローン100a、100bが干渉することなく同時に移動体406A、406Bに着陸することができる。すなわち、複数のドローン100a、100bに対する資源の補充が同時に可能なので、総作業時間を短縮し、効率良く作業を行うことができる。

【0111】

なお、着陸移動体決定部46は、他のドローン100aが着陸していないもしくは他のドローン100aの着陸が決定されていない移動体406A、406Bが複数存在する場合に、当該複数の移動体のうち、ドローン100が作業エリア403aから退出する退出点403eから最も近い位置に停車している移動体406Bにドローン100bを着陸させることを決定してもよい。
着陸移動体決定部46は、ドローン100bに補充が必要な資源量を保有し、かつ他のドローン100aが着陸していないもしくは他のドローン100aの着陸が決定されていない移動体が複数存在する場合に、当該複数の移動体406A、406Bのうち、ドローン100bが作業エリア403aから退出する退出点403eから最も近い位置に停車している移動体406Bにドローン100bを着陸させることを決定してもよい。

【0112】

上述の構成によれば、複数の移動体406A、406Bに着陸可能な場合にも、最短の移動距離で着陸することが可能であり、総作業時間を短縮することができる。また、ドローン100bのバッテリ502の蓄電量を節約できる。さらに、圃場403a外をドローン100bが飛行することによる使用者402の不安を軽減することができる。

【0113】

移動体位置決定部47は、ドローン100a、100bが着陸する際の移動体406A、406Bの停車位置を決定する機能部である。移動体位置決定部47は、例えば移動体406A、406Bをドローン100a、100bの退出点の近傍に移動させることを決定してもよい。この構成によれば、ドローン100a、100bが圃場403a、403b外を飛行する距離および時間をより短縮できるため、総作業時間を短縮することができる。また、ドローン100a、100bのバッテリ502の蓄電量を節約できる。さらに、圃場403a、403b外をドローン100a、100bが飛行することによる使用者402の不安を軽減することができる。

【0114】

移動体位置決定部47は、第２移動体406Bを、第２運転経路52の終点52eよりも、第１運転経路51の終点51eに近い位置に停車させることを決定してもよい。すなわち、ドローン100a、100bは、離陸した移動体406A、406Bとは異なる移動体406B、406Aに着陸するように構成されていてもよい。本構成によれば、移動体406A、406Bの移動距離および移動時間を短縮し、より効率良く作業を行うことができる。

【0115】

●ドローンシステム（２）
図17に示すように、本発明の第４実施形態におけるドローンシステム500bは、3個のドローン100a、100b、100c、3個の移動体406A、406B、406C、および動作決定装置40bを有する。なお、第１実施形態と同様の構成に関しては、同一の符号を付した。

【0116】

動作決定装置40bが有する再分担部44bは、第1ドローン100aが当初計画された作業を完了するとき、第２ドローン100bの未完了作業および第3ドローン100cの未完了作業のうちいずれを再分担するか決定する機能を有している。再分担部44bは、第２ドローン100bの未完了作業および第3ドローン100cの未完了作業のうち、完了までに要する予想所要時間が長い方の未完了作業を再分担するよう決定してもよい。この構成によれば、再分担の回数を最低限に抑え、未完了作業を分担することができる。

【0117】

また、再分担部44bは、第２ドローン100bに当初計画される第２運転経路の終点、および第3ドローン100cに当初計画される第3運転経路の終点のうち、第1ドローンが作業を完了させた第1運転経路の終点により近接する点を判定し、終点が近接している運転経路における作業を再分担するよう決定してもよい。この構成によれば、次作業を開始するまでの時間を短縮することができるので、総作業時間を短縮することができる。

【0118】

なお、本説明においては、農業用薬剤散布ドローンを例に説明したが、本発明の技術的思想はこれに限られるものではなく、撮影・監視用など他の用途のドローン全般に適用可能である。特に、自律的に動作する機械に適用可能である。また、移動体は、車両に限らず適宜の構成であってもよい。

【0119】

（本願発明による技術的に顕著な効果）
本発明にかかるドローンシステムにおいては、作業計画と誤差が生じた場合にも、多くのドローンが長時間稼働し、効率良く作業を遂行することができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】