特許 7369485 ドローン及びドローンの制御方法

(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】2023-10-18

(45)【発行日】2023-10-26

(54)【発明の名称】ドローン及びドローンの制御方法

(51)【国際特許分類】

   G05D 1/10 20060101AFI20231019BHJP

【ＦＩ】

G05D1/10

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2022501389

(86)(22)【出願日】2020-02-17

(86)【国際出願番号】 JP2020005932

(87)【国際公開番号】W WO2021166008

(87)【国際公開日】2021-08-26

【審査請求日】2022-07-28

(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】100149261

【弁理士】

【氏名又は名称】大内 秀治

(72)【発明者】

【氏名】西東 敦規

(72)【発明者】

【氏名】和氣 千大

(72)【発明者】

【氏名】加藤 宏記

【審査官】藤崎 詔夫

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１７－５２９６１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／１６８０４２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１７－０１０１０８７（ＫＲ，Ａ）

【文献】特開２０１９－２１９７７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１８９８４８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０５Ｄ １／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

下方対象までの第１距離を検出する光センサと、
前記下方対象までの第２距離を検出する超音波センサと、
前記下方対象を撮像するカメラと
を備えるドローンであって、
前記ドローンは、
前記カメラの画像に基づいて、前記下方対象の状態を判定する下方状態判定部と、
前記第１距離及び前記第２距離の一方を選択して又は両方を組み合わせて設定した制御用高度を用いて前記ドローンの飛行制御を行う飛行制御部と
をさらに有し、
前記飛行制御部は、
前記下方状態判定部が判定した前記下方対象の状態が、前記光センサの検出精度が低下する光センサ精度低下状態でない場合、前記光センサが検出した前記第１距離を選択して又は前記超音波センサが検出した前記第２距離よりも前記第１距離の重み付けを大きくして前記制御用高度を設定し、
前記下方対象の状態が前記光センサ精度低下状態である場合、前記第２距離を選択して又は前記第１距離よりも前記第２距離の重み付けを大きくして前記制御用高度を設定すると共に、前記ドローンの飛行速度を低下させて移動を継続させる
ことを特徴とするドローン。

【請求項2】

下方対象までの第１距離を検出する光センサと、
前記下方対象までの第２距離を検出する超音波センサと、
前記下方対象を撮像するカメラと
を備えるドローンであって、
前記ドローンは、
前記カメラの画像に基づいて、前記下方対象の状態を判定する下方状態判定部と、
前記第１距離及び前記第２距離の一方を選択して又は両方を組み合わせて設定した制御用高度を用いて前記ドローンの飛行制御を行う飛行制御部と
をさらに有し、
前記飛行制御部は、
前記下方状態判定部が判定した前記下方対象の状態が、前記光センサの検出精度が低下する光センサ精度低下状態でない場合、前記光センサが検出した前記第１距離を選択して又は前記超音波センサが検出した前記第２距離よりも前記第１距離の重み付けを大きくして前記制御用高度を設定し、
前記下方対象の状態が前記光センサ精度低下状態である場合、前記第２距離を選択して又は前記第１距離よりも前記第２距離の重み付けを大きくして前記制御用高度を設定し、
前記光センサは、受光量のダイナミックレンジが可変であり、
前記光センサ精度低下状態は、前記受光量のダイナミックレンジが一時的に飽和する状態を含み、
さらに、前記飛行制御部は、
前記下方対象の状態が、前記受光量のダイナミックレンジが一時的に飽和する状態になった場合、前記第２距離を選択して又は前記第１距離よりも前記第２距離の重み付けを大きくして前記制御用高度を設定し、
前記受光量のダイナミックレンジの調整により一時的な飽和が収まった場合、前記第１距離を選択して又は前記第２距離よりも前記第１距離の重み付けを大きくして前記制御用高度を設定する
ことを特徴とするドローン。

【請求項3】

請求項１又は２に記載のドローンにおいて、
前記光センサは、タイム・オブ・フライト式のセンサである
ことを特徴とするドローン。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１項に記載のドローンにおいて、
前記光センサと前記超音波センサは、前記ドローンの横方向に並んで配置され、
前記光センサによる光の照射方向と、前記超音波センサによる超音波の照射方向は、前記光センサによる前記光の照射範囲と、前記超音波センサによる前記超音波の照射範囲の少なくとも一部が重なるように設定される
ことを特徴とするドローン。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか１項に記載のドローンにおいて、
前記ドローンの本体から下方に突出して前記光センサ及び前記超音波センサを支持する支持部材を有する
ことを特徴とするドローン。

【請求項6】

請求項１～５のいずれか１項に記載のドローンにおいて、
前記ドローンは、
散布物を保管するタンクと、
前記散布物を散布する吐出口と
を備え、
前記光センサ及び前記超音波センサは、前記吐出口よりも上方に配置される
ことを特徴とするドローン。

【請求項7】

請求項６に記載のドローンにおいて、
前記光センサ及び前記超音波センサは、前記吐出口よりも上方及び前側に配置される
ことを特徴とするドローン。

【請求項8】

請求項１～５のいずれか１項に記載のドローンにおいて、
前記ドローンは、
散布物を保管するタンクと、
前記散布物を散布する吐出口と
を備え、
前記光センサ及び前記超音波センサは、前記吐出口よりも前側に配置される
ことを特徴とするドローン。

【請求項9】

請求項１又は２に記載のドローンにおいて、
前記光センサ精度低下状態は、前記下方対象が鏡面若しくは白色である状態、又は前記下方対象に日陰と日向の境界が存在し、前記光センサの測定位置が前記境界を跨ぐ状態が含まれる
ことを特徴とするドローン。

【請求項10】

下方対象までの第１距離を検出する光センサと、
前記下方対象までの第２距離を検出する超音波センサと、
前記下方対象を撮像するカメラと
を備えるドローンであって、
前記ドローンは、
前記カメラの画像に基づいて、前記下方対象の状態を判定する下方状態判定部と、
前記第１距離及び前記第２距離の一方を選択して又は両方を組み合わせて設定した制御用高度を用いて前記ドローンの飛行制御を行う飛行制御部と
をさらに有し、
前記飛行制御部は、
前記下方状態判定部が判定した前記下方対象の状態が、前記光センサの検出精度が低下する光センサ精度低下状態でない場合、前記光センサが検出した前記第１距離を選択して又は前記超音波センサが検出した前記第２距離よりも前記第１距離の重み付けを大きくして前記制御用高度を設定し、
前記下方対象の状態が前記光センサ精度低下状態である場合、前記第２距離を選択して又は前記第１距離よりも前記第２距離の重み付けを大きくして前記制御用高度を設定し、
前記光センサ精度低下状態は、前記下方対象に日陰と日向の境界が存在し、前記光センサの測定位置が前記境界を跨ぐ状態であり、
前記飛行制御部は、前記光センサの測定位置が前記日陰と日向の境界を跨ぐ手前で、前記ドローンの飛行速度を低下させる
ことを特徴とするドローン。

【請求項11】

下方対象までの第１距離を検出する光センサと、
前記第１距離を制御用高度として用いてドローンの飛行制御を行う飛行制御部と、
前記下方対象の表面状態を判定する下方状態判定部と
を備えるドローンであって、
前記下方状態判定部が判定した前記下方対象の表面状態が、前記光センサの検出精度が低下する光センサ精度低下状態である場合、前記飛行制御部は、前記ドローンの飛行速度を低下させて移動を継続させる
ことを特徴とするドローン。

【請求項12】

下方対象までの第１距離を検出する光センサと、
前記下方対象までの第２距離を検出する超音波センサと、
前記下方対象を撮像するカメラと
を備えるドローンの制御方法であって、
下方状態判定部が、前記下方対象を撮像するカメラの画像に基づいて、前記下方対象の状態を判定し、
飛行制御部が、前記第１距離及び前記第２距離の一方を選択して又は両方を組み合わせて設定した制御用高度を用いて前記ドローンの飛行制御を行い、
前記飛行制御部は、
前記下方状態判定部が判定した前記下方対象の状態が、前記光センサの検出精度が低下する光センサ精度低下状態でない場合、前記光センサが検出した前記第１距離を選択して又は前記超音波センサが検出した前記第２距離よりも前記第１距離の重み付けを大きくして前記制御用高度を設定し、
前記下方対象の状態が前記光センサ精度低下状態である場合、前記第２距離を選択して又は前記第１距離よりも前記第２距離の重み付けを大きくして前記制御用高度を設定し、
前記光センサは、受光量のダイナミックレンジが可変であり、
前記光センサ精度低下状態は、前記受光量のダイナミックレンジが一時的に飽和する状態を含み、
さらに、前記飛行制御部は、
前記下方対象の状態が、前記受光量のダイナミックレンジが一時的に飽和する状態になった場合、前記第２距離を選択して又は前記第１距離よりも前記第２距離の重み付けを大きくして前記制御用高度を設定し、
前記受光量のダイナミックレンジの調整により一時的な飽和が収まった場合、前記第１距離を選択して又は前記第２距離よりも前記第１距離の重み付けを大きくして前記制御用高度を設定する
ことを特徴とするドローンの制御方法。

【請求項13】

下方対象までの第１距離を検出する光センサと、
前記第１距離を制御用高度として用いてドローンの飛行制御を行う飛行制御部と、
前記下方対象の表面状態を判定する下方状態判定部と
を備えるドローンの制御方法であって、
前記下方状態判定部が判定した前記下方対象の表面状態が、前記光センサの検出精度が低下する光センサ精度低下状態である場合、前記飛行制御部は、前記ドローンの飛行速度を低下させて移動を継続させる
ことを特徴とするドローンの制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ドローン及びドローンの制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ドローンの飛行制御では高度情報を用いることがある。特許文献１では、無人飛行体１の下方にレーザビーム又は超音波信号を放射して反射波から高度を示す出力を生じる高度計３６が用いられる（［００１９］）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１８－１９２９３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のように、特許文献１では、無人飛行体１の下方にレーザビーム又は超音波信号を放射して反射波から高度を示す出力を生じる高度計３６が用いられる（［００１９］）。ここでの高度計３６は、レーザビーム又は超音波信号の一方のみを用いることが想定されているように見受けられる。

【0005】

しかしながら、レーザビーム等を用いる光センサの場合、鏡面状の対象（例えば反射率の高い水面）からの反射光を受信すると、受光量が多すぎて測定レンジ（ダイナミックレンジ）が飽和して検出精度が下がる場合があり得る。また、測定レンジが可変な光センサの場合でも、暗い場所（日陰等）から明るい場所（日向等）に急に移動すると、測定レンジの変化に遅れが生じ、検出精度が低下するおそれがある。

【0006】

さらに、超音波は、音を吸収し易い柔らかい対象からの反射が弱いため、そのような対象が存在する場合、検出精度が下がるおそれがある。

【0007】

本発明は上記のような課題を考慮してなされたものであり、地面等の下方対象の変化に頑健なドローン及びその制御方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係るドローンは、
下方対象までの第１距離を検出する光センサと
前記下方対象までの第２距離を検出する超音波センサと
を備えるものであって、
前記第１距離及び前記第２距離の一方を選択して又は両方を組み合わせて設定した制御用高度を用いて前記ドローンの飛行制御を行う飛行制御部をさらに有する
ことを特徴とする。

【0009】

本発明によれば、光センサが検出した下方対象（地面等）までの第１距離と超音波センサが検出した下方対象までの第２距離の一方を選択して又は両方を組み合わせて設定した制御用高度を用いてドローンの飛行制御を行う。これにより、光センサ及び超音波センサの長所及び短所を踏まえてドローンを飛行させることが可能になる。従って、地面等の下方対象の変化に対する頑健さを向上することが可能となる。なお、光センサとしては、例えば、レーザ式を用いることができる。

【0010】

前記光センサは、例えば、タイム・オブ・フライト（Time-of-Flight）式のセンサ（ＴＯＦセンサ）を用いてもよい。他の種類の光センサ（位相差検出方式、三角測距方式等）と比較して、ＴＯＦセンサは重量が軽いことが多く、ＴＯＦセンサを用いることでドローンの軽量化を図ることが可能となる。

【0011】

前記光センサと前記超音波センサは、前記ドローンの横方向に並んで配置されてもよい。また、前記光センサによる光の照射方向と、前記超音波センサによる超音波の照射方向は、前記光センサによる前記光の照射範囲と、前記超音波センサによる前記超音波の照射範囲の少なくとも一部が重なるように設定されてもよい。ドローンは進行方向に向かって前傾姿勢で前進する場合がある。光センサと超音波センサがドローンの横方向に配置されていれば、そのような前傾姿勢の場合であっても、両センサの検出値には互いのずれが生じ難くなる。そのため、光センサによる第１距離と超音波センサによる第２距離との乖離を抑制することが可能となる。

【0012】

前記ドローンは、前記ドローンの本体から下方に突出して前記光センサ及び前記超音波センサを支持する支持部材を有してもよい。これにより、ドローンの本体内に発熱源（配電基板、インバータ、電源、カメラの画像処理部等）が存在する場合でも、光センサ及び超音波センサを発熱源から遠ざけて配置することができる。従って、発熱源からの熱により光センサ及び超音波センサが影響を受けることを抑制することが可能となる。

【0013】

前記ドローンは、散布物を保管するタンクと、前記散布物を散布する吐出口（ノズル等）とを備えてもよい。また、前記光センサ及び前記超音波センサは、前記吐出口よりも上方に配置されてもよい。さらに、前記光センサ及び前記超音波センサは、前記吐出口よりも前側に配置されてもよい。これらにより、ドローンの飛行中に吐出口から散布される散布物による、光センサ又は超音波センサの測定に対する影響を抑制することが可能となる。

【0014】

前記ドローンは、前記下方対象を撮像するカメラと、前記カメラの画像に基づいて、前記下方対象の状態を判定する下方状態判定部とをさらに備えてもよい。前記飛行制御部は、前記下方状態判定部が判定した前記下方対象の状態が、前記光センサの検出精度が低下する光センサ精度低下状態でない場合（通常時）、前記光センサが検出した前記第１距離を選択して又は前記超音波センサが検出した前記第２距離よりも前記第１距離の重み付けを大きくして前記制御用高度を設定してもよい。また、前記飛行制御部は、前記下方対象の状態が前記光センサ精度低下状態である場合、前記第２距離を選択して又は前記第１距離よりも前記第２距離の重み付けを大きくして前記制御用高度を設定してもよい。

【0015】

これにより、通常時には光センサの方が超音波センサよりも検出精度が高い場合において、光センサの検出精度が低下する場面では超音波センサを優先して用いることで、ドローンの飛行を高精度に制御することが可能となる。

【0016】

光センサ精度低下状態は、前記下方対象が鏡面若しくは白色である状態、又は前記下方対象に日陰と日向の境界が存在し、前記光センサの測定位置が前記境界を跨ぐ状態が含まれてもよい。ここにいう測定位置とは、光センサから照射された光が下方対象に当たって反射する位置を意味する。

【0017】

前記光センサ精度低下状態は、前記下方対象に日陰と日向の境界が存在し、前記光センサの測定位置が前記境界を跨ぐ状態である場合、前記飛行制御部は、前記光センサの測定位置が前記日陰と日向の境界を跨ぐ手前で、前記ドローンの飛行速度を低下させてもよい。

【0018】

光センサには、検出精度を高めるために受光量のダイナミックレンジを可変とするものが存在する。そのような光センサの場合、日陰から日向への境界を測定位置が跨ぐ場合、急激な受光量の増加によりダイナミックレンジが一時的に飽和し、その後、ダイナミックレンジの調整により、日向でも高精度な測定が可能となる。本発明では、光センサの測定位置が日陰から日向への境界を跨ぐ手前で、ドローンの飛行速度を低下させる。これにより、光センサの受光量が飽和している状態でドローンが進む距離を短くすることができる。従って、光センサの適用範囲を広げることが可能となり、地面等の下方対象の変化に対する頑健さを向上可能となる。

【0019】

また、超音波は、光よりも大幅に低速であり、ドローンの移動に伴うドップラー効果の影響が大きい。そのため、超音波センサの検出値（第２距離）を利用する際には光センサの検出値（第１距離）を利用する場合よりも、飛行速度を低下させることでドップラー効果による検出精度の低下を抑制することが可能となる。

【0020】

さらに、日向から日陰への境界を測定位置が跨ぐ場合も、ダイナミックレンジの関係で、測定精度が一時的に下がり得る。本発明の場合、そのような場合にも対応させてもよい。

【0021】

本発明に係るドローンは、
下方対象までの第１距離を検出する光センサと、
前記第１距離を制御用高度として用いて前記ドローンの飛行制御を行う飛行制御部と、
前記下方対象の表面状態を判定する下方状態判定部と
を備えるものであって、
前記下方状態判定部が判定した前記下方対象の表面状態が、前記光センサの検出精度が低下する光センサ精度低下状態である場合、前記飛行制御部は、前記ドローンの飛行速度を低下させる
ことを特徴とする。

【0022】

上記のような構成でも、光センサの適用範囲を広げることが可能となり、地面等の下方対象の変化に対する頑健さを向上可能となる。

【0023】

本発明に係るドローンの制御方法は、
下方対象までの第１距離を検出する光センサと
前記下方対象までの第２距離を検出する超音波センサと
を備えるドローンの制御方法であって、
飛行制御部が、前記第１距離及び前記第２距離の一方を選択して又は両方を組み合わせて設定した制御用高度を用いて前記ドローンの飛行制御を行う
ことを特徴とする。

【0024】

本発明に係るドローンの制御方法は、
下方対象までの第１距離を検出する光センサと、
前記第１距離を制御用高度として用いて前記ドローンの飛行制御を行う飛行制御部と、
前記下方対象の表面状態を判定する下方状態判定部と
を備えるドローンの制御方法であって、
前記下方状態判定部が判定した前記下方対象の表面状態が、前記光センサの検出精度が低下する光センサ精度低下状態である場合、前記飛行制御部は、前記ドローンの飛行速度を低下させる
ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0025】

本発明によれば、地面等の下方対象の変化に対する頑健性を向上可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本発明の一実施形態に係るドローンを含む作物育成システムの概要を示す全体構成図である。

【図2】前記実施形態に係る前記ドローンの構成を簡略的に示す構成図である。

【図3】前記実施形態に係る前記ドローンの外観斜視図である。

【図4】前記実施形態に係る前記ドローンの底面図である。

【図5】前記実施形態に係る前記ドローンの本体の内部構成及びその周辺の配置を簡略的に示す平面図である。

【図6】前記実施形態に係る前記ドローンの本体の内部構成及びその周辺の配置を簡略的に示す側面図である。

【図7】前記実施形態の高度関連制御のフローチャートである。

【図8】変形例に係るドローンの本体の内部構成及びその周辺の配置を簡略的に示す側面図である。

【図9】変形例に係る高度関連制御のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0027】

Ａ．一実施形態
＜Ａ－１．構成＞
［Ａ－１－１．全体構成］
図１は、本発明の一実施形態に係るドローン２４を含む作物育成システム１０の概要を示す全体構成図である。作物育成システム１０（以下「システム１０」ともいう。）は、圃場５００に生育する作物５０２の生育診断を行うと共に、作物５０２に薬剤を散布することができる。本実施形態の作物５０２は、イネ（水稲）であるが、その他の作物（例えば、陸稲、小麦、大麦）であってもよい。

【0028】

図１に示すように、システム１０は、ドローン２４に加えて、圃場センサ群２０と、生育診断サーバ２２と、ユーザ端末２６とを有する。圃場センサ群２０、ドローン２４及びユーザ端末２６は、通信ネットワーク３０（無線基地局３２を含む。）を介して互いに無線通信が可能であると共に、生育診断サーバ２２と通信可能である。無線通信としては、無線基地局３２を介さない通信（例えば、ＬＴＥ（Long Term Evolution）、ＷｉＦｉ等）を用いることができる。

【0029】

［Ａ－１－２．圃場センサ群２０］
圃場センサ群２０は、水田としての圃場５００に設置されて圃場５００における各種データを検出して生育診断サーバ２２等に提供する。圃場センサ群２０には、例えば、水温センサ、温度センサ、降水量センサ、照度計、風速計、気圧計及び湿度計が含まれる。水温センサは、水田である圃場５００の水温を検出する。温度センサは、圃場５００の気温を検出する。降水量センサは、圃場５００の降水量を検出する。照度計は、圃場５００の日照量を検出する。風速計は、圃場５００の風速を検出する。気圧計は、圃場５００の気圧を検出する。湿度計は、圃場５００の湿度を検出する。これらのセンサの値の一部は、図示しない気象情報提供サーバ等から取得してもよい。

【0030】

［Ａ－１－３．生育診断サーバ２２］
生育診断サーバ２２（以下「診断サーバ２２」ともいう。）は、生育診断モデルを用いた生育診断を行い、診断結果に基づいてユーザ６００等に作業指示を行う。作業指示には、施肥のタイミング、肥料の種類・量、農薬の散布タイミング、農薬の種類・量等が含まれる。診断サーバ２２は、入出力部、通信部、演算部及び記憶部（いずれも図示せず）を有する。また、診断サーバ２２は、生育診断モデルを用いた生育診断を行う生育診断制御、ドローン２４の飛行（飛行タイミング、飛行経路等）を管理する飛行管理制御等を実行する。

【0031】

［Ａ－１－４．ドローン２４］
（Ａ－１－４－１．概要）
図２は、本実施形態に係るドローン２４の構成を簡略的に示す構成図である。図３は、本実施形態に係るドローン２４の外観斜視図である。図４は、本実施形態に係るドローン２４の底面図である。図５は、本実施形態に係るドローン２４の本体５０の内部構成及びその周辺の配置を簡略的に示す平面図である。図６は、本実施形態のドローン２４の本体５０の内部構成及びその周辺の配置を簡略的に示す側面図である。本実施形態のドローン２４は、圃場５００（作物５０２）の画像を取得する手段として機能すると共に、作物５０２に対する薬液（液体肥料を含む。）を散布する手段としても機能する。ドローン２４は、発着地点５１０（図１）において離着陸する。

【0032】

図２に示すように、ドローン２４は、ドローンセンサ群６０と、通信部６２と、飛行機構６４と、撮影機構６６と、散布機構６８と、ドローン制御部７０と、電源部７２とを有する。

【0033】

（Ａ－１－４－２．ドローンセンサ群６０）
ドローンセンサ群６０は、グローバル・ポジショニング・システム・センサ（以下「ＧＰＳセンサ」という。）、ジャイロセンサ、液量センサ（いずれも図示せず）、速度計８０、高度計８２等を有する。ＧＰＳセンサは、ドローン２４の現在位置情報を出力する。ジャイロセンサは、ドローン２４の角速度を検出する。液量センサは、散布機構６８のタンク１８０（図４）内の液量を検出する。速度計８０は、ドローン２４の飛行速度Ｖｆを検出する。

【0034】

高度計８２は、ドローン２４下方に位置する対象（以下「下方対象Ｔｌｏｗ」という。）に対する距離（いわゆる対地高度）を検出する。下方対象Ｔｌｏｗには、地面５２０（図１）、作物５０２等が含まれる。本実施形態の高度計８２は、ＴＯＦセンサ１００及び超音波センサ１０２を含む。ＴＯＦセンサ１００は、レーザを用いるタイム・オブ・フライト（Time-of-Flight）式で距離を検出する光センサである。ＴＯＦセンサ１００は、ドローン２４の下方を向いており、地面５２０（図１）、作物５０２等の下方対象Ｔｌｏｗまでの距離（以下「第１距離Ｄ１」又は「検出値Ｄ１」ともいう。）を検出する。ＴＯＦセンサ１００は、検出精度を高めるために受光量のダイナミックレンジを可変とする。

【0035】

超音波センサ１０２は、超音波を用いて距離を検出するセンサである。超音波センサ１０２は、ドローン２４の下方を向いており、地面５２０、作物５０２等の下方対象Ｔｌｏｗまでの距離（以下「第２距離Ｄ２」又は「検出値Ｄ２」ともいう。）を検出する。ＴＯＦセンサ１００による光の照射方向と、超音波センサ１０２による超音波の照射方向は、両センサの測定領域において、ＴＯＦセンサ１００による光の照射範囲と、超音波センサ１０２による超音波の照射範囲の少なくとも一部が重なるように設定される。例えば、ＴＯＦセンサ１００による光の照射方向と、超音波センサ１０２による超音波の照射方向は、略同一（照射方向における中心軸が略並行）である。

【0036】

図５に示すように、ＴＯＦセンサ１００及び超音波センサ１０２は、ドローン２４の本体５０を構成する底面部５２に設けられる。より具体的には、ＴＯＦセンサ１００及び超音波センサ１０２は、底面部５２の前側においてカメラ１６０（後述）の左右に配置される。換言すると、ＴＯＦセンサ１００及び超音波センサ１０２は、ドローン２４の横方向に並んで配置される。ＴＯＦセンサ１００及び超音波センサ１０２は、ノズル１８６ｌ１、１８６ｌ２、１８６ｒ１、１８６ｒ２よりも上方且つ前側に配置される（図３及び図４参照）。

【0037】

（Ａ－１－４－３．通信部６２）
通信部６２（図２）は、通信ネットワーク３０（図１）を介しての電波通信が可能であり、例えば、電波通信モジュールを含む。通信部６２は、通信ネットワーク３０（無線基地局３２を含む。）を介することで、圃場センサ群２０、診断サーバ２２、ユーザ端末２６等との通信が可能である。通信部６２を構成する電波通信モジュールは、制御基板１１０（図５）内に配置される。

【0038】

（Ａ－１－４－４．飛行機構６４）
飛行機構６４は、ドローン２４を飛行させる機構である。図３及び図４に示すように、飛行機構６４は、複数のプロペラ１３０ｆｌｕ、１３０ｆｌｌ、１３０ｆｒｕ、１３０ｆｒｌ、１３０ｒｌｕ、１３０ｒｌｌ、１３０ｒｒｕ、１３０ｒｒｌ（以下「プロペラ１３０」と総称する。）と、複数のプロペラアクチュエータ１３２ｆｌｕ、１３２ｆｌｌ、１３２ｆｒｕ、１３２ｆｒｌ、１３２ｒｌｕ、１３２ｒｌｌ、１３２ｒｒｕ、１３２ｒｒｌ（以下「プロペラアクチュエータ１３２」と総称する。）と、プロペラガード１３４ｆｌ、１３４ｆｒ、１３４ｒｌ、１３４ｒｒ（以下「プロペラガード１３４」と総称する。）とを有する。

【0039】

また、飛行機構６４は、複数のインバータ１３６（図５）を有する。図３～図６の矢印Ａは、ドローン２４の進行方向を示している。図３に示すように、本実施形態のプロペラ１３０は、いわゆる二重反転式であり、２つのプロペラ１３０（例えば、プロペラ１３０ｆｌｕ、１３０ｆｌｌ）を同軸に配置し、上下のプロペラ１３０を相互に逆方向回転させる。本実施形態では、二重反転式のプロペラ１３０の組が４つある。

【0040】

図３及び図４に示すように、各プロペラ１３０は、ドローン２４の本体５０から延び出たアーム１３８ｕ、１３８ｌ、１４０ｒｕ、１４０ｒｌ、１４０ｒｕ、１４０ｒｌにより本体５０の四方に配置されている。すなわち、左前方にプロペラ１３２ｆｌｕ、１３２ｆｌｌが、右前方にプロペラ１３２ｆｒｕ、１３２ｆｒｌが、左後方にプロペラ１３２ｒｌｕ、１３２ｒｌｌが、右後方にプロペラ１３２ｒｒｕ、１３２ｒｒｌがそれぞれ配置されている。プロペラ１３０の回転軸から下方には、それぞれ棒状の足１４２ｆｌ、１４２ｆｒ、１４２ｒｌ、１４２ｒｒ（以下「足１４２」と総称する。）が延在する。

【0041】

プロペラアクチュエータ１３２は、プロペラ１３０を回転させる手段であり、プロペラ１３０毎に設けられる。本実施形態のプロペラアクチュエータ１３２は、電動モータであるが、発動機等であってもよい。１組の上下のプロペラ１３０（例えば、プロペラ１３０ｆｌｕ、１３０ｆｌｌ）及びそれらに対応するプロペラアクチュエータ１３２（例えば、プロペラアクチュエータ１３２ｆｌｕ、１３２ｆｌｌ）は同軸上にある。１組の上下のプロペラアクチュエータ１３２は、互いに反対方向に回転する。

【0042】

インバータ１３６は、電源部７２からの直流を交流に変換してプロペラアクチュエータ１３２に供給するものであり、いわゆるＥＳＣ（Electric Speed Controller）である。インバータ１３６は、プロペラアクチュエータ１３２毎に８つ設けられている。図５に示すように、インバータ１３６は、ドローン２４の本体５０を構成する底面部５２に設けられる。インバータ１３６は、制御基板１１０の左右において前後方向に並んで配置される。

【0043】

（Ａ－１－４－５．撮影機構６６）
撮影機構６６（図２）は、圃場５００又は作物５０２の画像を撮影する機構であり、カメラ１６０（図２、図４～図６）を有する。本実施形態のカメラ１６０は、マルチスペクトルカメラであり、特に作物５０２の生育状況を分析できる画像を取得する。撮影機構６６は、圃場５００に対して特定の波長の光線を照射する照射部をさらに備え、当該光線に対する圃場５００からの反射光を受光可能になっていてもよい。特定の波長の光線は、例えば赤色光（波長約６５０ｎｍ）と近赤外光（波長約７７４ｎｍ）であってもよい。当該光線の反射光を分析することで、作物５０２の窒素吸収量を推定し、推定した窒素吸収量に基づいて作物５０２の生育状況を分析することができる。

【0044】

図５に示すように、カメラ１６０は、ドローン２４の本体５０を構成する底面部５２に設けられる。より具体的には、カメラ１６０は、底面部５２の前側においてＴＯＦセンサ１００と超音波センサ１０２の間に配置される。カメラ１６０は、下向きに配置されており、地面５２０、作物５０２等の下方対象Ｔｌｏｗを撮像する。

【0045】

カメラ１６０は、ドローン２４の周辺を撮影した周辺画像に関する画像データを出力する。カメラ１６０は、動画を撮影するビデオカメラである。或いは、カメラ１６０は、動画及び静止画の両方又は静止画のみを撮影可能としてもよい。

【0046】

カメラ１６０は、図示しないカメラアクチュエータにより向き（ドローン２４の本体５０に対するカメラ１６０の姿勢）を調整可能である。或いは、カメラ１６０は、ドローン２４の本体５０に対する位置が固定されてもよい。

【0047】

（Ａ－１－４－６．散布機構６８）
散布機構６８（図２）は、薬剤（液体肥料を含む。）を散布する機構である。図４等に示すように、散布機構６８は、タンク１８０、ポンプ１８２、配管１８４、流量調整弁（図示せず）及び薬剤ノズル１８６ｌ１、１８６ｌ２、１８６ｒ１、１８６ｒ２（以下「ノズル１８６」と総称する。）を有する。

【0048】

タンク１８０は、散布される薬剤（散布物）を保管する。ポンプ１８２は、タンク１８０内の薬剤を配管１８４に押し出す。配管１８４は、タンク１８０と各ノズル１８６とを接続する。配管１８４は、硬質の素材から成り、ノズル１８６を支持する役割を兼ねていてもよい。

【0049】

各ノズル１８６は、薬剤を下方に向けて散布するための手段（吐出口）である。ノズル１８６を設ける代わりに、配管１８４に１つ又は複数の貫通孔を設けることで吐出口を形成してもよい。

【0050】

（Ａ－１－４－７．ドローン制御部７０）
ドローン制御部７０（図２）は、ドローン２４の飛行、撮影、薬剤の散布等、ドローン２４全体を制御する。図２に示すように、ドローン制御部７０は、入出力部１９０、演算部１９２及び記憶部１９４を含む。入出力部１９０、演算部１９２及び記憶部１９４は、制御基板１１０（図５）に配置される。図５に示すように、制御基板１１０は、本体５０を構成する底面部５２上において、底面部５２の中央付近に配置される。

【0051】

入出力部１９０は、ドローン２４の各部との信号の入出力を行う。演算部１９２は、中央演算装置（ＣＰＵ）を含み、記憶部１９４に記憶されているプログラムを実行することにより動作する。演算部１９２が実行する機能の一部は、ロジックＩＣ（Integrated Circuit）を用いて実現することもできる。演算部１９２は、前記プログラムの一部をハードウェア（回路部品）で構成することもできる。前述した診断サーバ２２の演算部、後述するユーザ端末２６の演算部等も同様である。

【0052】

図２に示すように、演算部１９２は、飛行制御部２００、撮影制御部２０２及び散布制御部２０４を有する。飛行制御部２００は、飛行機構６４を介してドローン２４の飛行を制御する。また、飛行制御部２００は、ドローン２４の対地高度（以下「高度Ｈ」ともいう。）に関連する高度関連制御の一部を実行する。撮影制御部２０２は、撮影機構６６を介してドローン２４による撮影を制御する。撮影制御部２０２も高度関連制御の一部を実行する。散布制御部２０４は、散布機構６８を介してドローン２４による薬剤散布を制御する。

【0053】

記憶部１９４は、演算部１９２が用いるプログラム及びデータを記憶するものであり、ランダム・アクセス・メモリ（以下「ＲＡＭ」という。）を備える。ＲＡＭとしては、レジスタ等の揮発性メモリと、ハードディスク、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリとを用いることができる。また、記憶部１９４は、ＲＡＭに加え、リード・オンリー・メモリ（ＲＯＭ）を有してもよい。前述した診断サーバ２２の記憶部、後述するユーザ端末２６の記憶部等も同様である。

【0054】

（Ａ－１－４－８．電源部７２）
電源部７２は、ドローン２４の各部に電力を供給する。電源部７２は、電源２１０（図６）と、電源回路２１２（図５及び図６）とを有する。電源２１０は、例えば、リチウムイオン電池等の二次電池からなる。電源回路２１２は、コンバータ等を含み、電源２１０からの電力をドローン２４の各部に振り分ける。

【0055】

図５及び図６に示すように、電源回路２１２は、ドローン２４の本体５０を構成する底面部５２の後ろ側に設けられる。また、図６に示すように、電源２１０は、電源回路２１２の上方に配置される。本体５０は、取り外し可能なカバー２１４を有している。電源２１０は、カバー２１４を取り外した状態で着脱又は交換することが可能である。

【0056】

［Ａ－１－５．ユーザ端末２６］
ユーザ端末２６（図１）は、圃場５００において、操作者としてのユーザ６００（図１）の操作によりドローン２４を制御すると共に、ドローン２４から受信した情報（例えば、位置、薬剤量、電池残量、カメラ映像等）を表示する携帯情報端末である。なお、本実施形態では、ドローン２４の飛行状態（高度、姿勢等）は、ユーザ端末２６が遠隔制御するのではなく、ドローン２４が自律的に制御する。従って、ユーザ端末２６を介してユーザ６００からドローン２４に飛行指令が送信されると、ドローン２４は自律飛行を行う。但し、離陸や帰還等の基本操作時、及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。ユーザ端末２６は、図示しない入出力部（タッチパネル等を含む。）、通信部、演算部及び記憶部を備え、例えば、一般的なタブレット端末により構成される。

【0057】

また、本実施形態のユーザ端末２６は、生育診断サーバ２２からの作業指示等を受信して表示する。ドローン２４のコントローラとしてのユーザ端末２６に加えて、操作者（ユーザ６００）以外の別ユーザが用いる別のユーザ端末を設けてもよい。当該別のユーザ端末は、ドローン２４の飛行情報（現在の飛行状況、飛行終了予定時刻等）、ユーザ６０２に対する作業指示、生育診断の情報等を、診断サーバ２２又はドローン２４から受信して表示する携帯情報端末とすることができる。或いは、当該別のユーザ端末は、圃場５００以外の場所（例えば、ユーザ６００が所属する会社）において、生育診断サーバ２２による生育診断を利用するためにユーザ６００等が用いる端末であってもよい。

【0058】

＜Ａ－２．本実施形態の制御＞
［Ａ－２－１．概要］
本実施形態の診断サーバ２２では、生育診断制御及び飛行管理制御が行われる。生育診断制御は、生育診断モデルを用いた生育診断を行う制御である。ここに言う生育診断には、例えば、圃場５００毎の収量の推定値（推定収量）が含まれる。また、生育診断制御では、水田としての圃場５００の水管理、施肥、薬剤散布等に関する作業指示も行われる。作業指示は、例えば、ユーザ端末２６の表示部等に表示される。生育診断モデルでは、作物５０２（水稲）の収量、赤色光吸収率、籾数、有効受光面積率、籾内の蓄積デンプン量及び籾内のタンパク質含有率を算出することができる。

【0059】

飛行管理制御は、ドローン２４の飛行を管理する制御である。飛行管理制御では、生育診断制御での作業指示等に基づいて、ドローン２４の飛行タイミング、飛行経路、目標速度、目標高度、撮影機構６６の撮影方法、散布機構６８の散布方法等が設定される。

【0060】

本実施形態のドローン１０では、飛行制御、撮影制御及び薬液散布制御が行われる。飛行制御は、撮影、薬剤散布等のため圃場５００においてドローン２４を飛行させる制御である。飛行制御では、飛行制御部２００が、診断サーバ２２からの指令に基づいて飛行機構６４を制御する。本実施形態では、飛行制御の一部としての高度関連制御が実行される。高度関連制御の詳細については、図７を参照して後述する。

【0061】

撮影制御は、ドローン２４のカメラ１６０により圃場５００（又は作物５０２）の画像を取得し、診断サーバ２２に送信する制御である。撮影制御では、撮影制御部２０２が、診断サーバ２２からの指令に基づいて撮影機構６６を制御する。診断サーバ２２に送信された圃場画像は、画像処理されて生育診断に用いられる。薬剤散布制御は、ドローン２４を用いて薬液（液体肥料を含む。）を散布する制御である。薬剤散布制御では、散布制御部２０４が、診断サーバ２２からの指令に基づいて散布機構６８を制御する。

【0062】

［Ａ－２－２．高度関連制御］
（Ａ－２－２－１．概要）
上記のように、高度関連制御は、ドローン２４の高度Ｈに関連する制御であり、飛行制御の一部である。上記のように、本実施形態では、ドローン２４の高度Ｈを検出するセンサとして、ＴＯＦセンサ１００と超音波センサ１０２を有する（図２、図４及び図５）。本実施形態の高度関連制御において、ドローン制御部７０は、ドローン２４の飛行制御で用いる高度Ｈ（以下「制御用高度Ｈｃ」又は「検出高度Ｈｃ」ともいう。）をＴＯＦセンサ１００と超音波センサ１０２の検出値（第１距離Ｄ１、第２距離Ｄ２）に基づいて設定する。本実施形態では、基本的にＴＯＦセンサ１００の検出値（第１距離Ｄ１）を制御用高度Ｈｃとして用いる。また、特殊な状況では、超音波センサ１０２の検出値（第２距離Ｄ２）を制御用高度Ｈｃとして用いる。さらに、ドローン制御部７０は、特殊な状況ではドローン２４の飛行速度Ｖｆを低下させる。検出高度Ｈｃは、目標高度と比較されて、ドローン２４の高度制御に用いられる。

【0063】

（Ａ－２－２－２．具体的な流れ）
図７は、本実施形態の高度関連制御のフローチャートである。本実施形態の高度関連制御は、基本的に、ドローン２４のドローン制御部７０（図２）が実行する。図７に示す高度関連制御の一部は、飛行制御における他の制御と重複し得ることに留意されたい。

【0064】

ステップＳ１１において、ドローン制御部７０（撮影制御部２０２）は、カメラ１６０の下方画像Ｉｌｏｗ（地面５２０等の画像）を取得する。ステップＳ１２において、ドローン制御部７０（撮影制御部２０２）は、下方画像Ｉｌｏｗを画像処理して下方対象Ｔｌｏｗ（地面５２０等）の状態（下方状態Ｓｌｏｗ）を判定する。ここでの下方状態Ｓｌｏｗには、例えば、下方対象Ｔｌｏｗが鏡面又は白色である状態、下方対象Ｔｌｏｗに日陰から日向への境界が存在し、ＴＯＦセンサ１００の測定位置が境界を跨ぐ状態が含まれる。

【0065】

下方対象Ｔｌｏｗが鏡面又は白色であるか否かの判定は、例えば、カメラ１６０の受光素子の受光量が飽和している領域のパターン判定により行う。同様に、日陰から日向への境界の判定は、例えば、カメラ１６０の受光素子の受光量が飽和している領域のパターン判定により行う。判定された下方状態Ｓｌｏｗは、撮影制御部２０２から飛行制御部２００に通知される。

【0066】

ステップＳ１３において、ドローン制御部７０（飛行制御部２００）は、ＴＯＦセンサ１００の検出精度が低下する状態（ＴＯＦセンサ精度低下状態）でないか否かを、下方状態Ｓｌｏｗに基づいて判定する。ＴＯＦセンサ精度低下状態としては、下方対象Ｔｌｏｗが鏡面又は白色である状態、及びドローン２４が日陰から日向への境界を跨ぐ状態が含まれる。それら以外の場合、ＴＯＦセンサ精度低下状態ではないと判定される。ＴＯＦセンサ精度低下状態でない場合（Ｓ１３：真）、ドローン制御部７０は、通常時であると判定して、ステップＳ１４に進む。

【0067】

ステップＳ１４において、ドローン制御部７０（飛行制御部２００）は、ＴＯＦセンサ１００の検出値（第１距離Ｄ１）を制御用高度Ｈｃとして設定する。

【0068】

ＴＯＦセンサ精度低下状態である場合（Ｓ１３：偽）、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１５において、ドローン制御部７０（飛行制御部２００）は、成立したＴＯＦセンサ精度低下状態が、日陰から日向への境界を跨ぐ状態であるか否か（換言すると、ドローン２４が当該境界を通過中であるか否か）を判定する。日陰から日向への境界を通過中である場合（Ｓ１５：真）、ステップＳ１６に進む。

【0069】

ステップＳ１６において、ドローン制御部７０（飛行制御部２００）は、ドローン２４の飛行速度Ｖｆを所定値（境界飛行速度ＴＨｖｆ）まで低下させる飛行速度低下制御を実行する。上記のように、本実施形態のＴＯＦセンサ１００は、検出精度を高めるために受光量のダイナミックレンジを可変とする。そのため、日陰から日向への境界を測定位置が跨ぐ場合、急激な受光量の増加によりダイナミックレンジが一時的に飽和し、その後、ダイナミックレンジの調整により、日向でも高精度な測定が可能となる。

【0070】

そこで、本実施形態では、ＴＯＦセンサ１００の測定位置が日陰から日向への境界を跨ぐ手前で、ドローン２４の飛行速度Ｖｆを境界飛行速度ＴＨｖｆまで低下させる。これにより、ＴＯＦセンサ１００の受光量が飽和している状態でドローン２４が進む距離を短くすることができる。従って、ＴＯＦセンサ１００の適用範囲を広げることが可能となる。飛行速度Ｖｆが境界飛行速度ＴＨｖｆまで低下した後は、飛行速度Ｖｆを境界飛行速度ＴＨｖｆで維持する。

【0071】

ステップＳ１７において、ドローン制御部７０（飛行制御部２００）は、超音波センサ１０２の検出値（第２距離Ｄ２）を制御用高度Ｈｃとして設定する。ステップＳ１８、Ｓ１９は、ステップＳ１１、Ｓ１２と同様である。

【0072】

ステップＳ２０において、ドローン制御部７０（飛行制御部２００）は、ＴＯＦセンサ１００の測定位置が、日陰から日向への境界の通過を終了したか否かを判定する。当該判定は、ＴＯＦセンサ１００の測定位置が日陰から日向への境界線を通過した後、当該境界線から所定距離離れたか否かを下方画像Ｉｌｏｗに基づいて判定することで行う。或いは、ＴＯＦセンサ１００の測定位置が日陰から日向への境界線を通過したと下方画像Ｉｌｏｗに基づいて判定した後、ＴＯＦセンサ１００の検出値Ｄ１と超音波センサ１０２の検出値Ｄ２とを比較することで行う。より具体的には、ＴＯＦセンサ１００の測定位置が日陰から日向への境界線を通過したと下方画像Ｉｌｏｗに基づいて判定した後、検出値Ｄ１、Ｄ２の差分の絶対値又は差分の割合が所定の閾値以下となったか否かに基づいて行う。

【0073】

測定位置が同境界の通過を終了していない場合（Ｓ２０：偽）、ステップＳ１６に戻る。測定位置が同境界の通過を終了した場合（Ｓ２０：真）、ステップＳ２１に進む。ステップＳ２１において、ドローン制御部７０（飛行制御部２００）は、ＴＯＦセンサ１００の検出値（第１距離Ｄ１）を制御用高度Ｈｃとして設定する。

【0074】

ステップＳ１５に戻り、成立したＴＯＦセンサ精度低下状態が、日陰から日向への境界を通過中であること以外である場合（Ｓ１５：偽）、成立したＴＯＦセンサ精度低下状態は、下方対象Ｔｌｏｗが鏡面又は白色である状態である。その場合、ステップＳ２２に進む。ステップＳ２２において、ドローン制御部７０（飛行制御部２００）は、超音波センサ１０２の検出値（第２距離Ｄ２）を制御用高度Ｈｃとして設定する。

【0075】

ステップＳ１４、Ｓ２１、Ｓ２２の後は、ステップＳ１１に戻る。

【0076】

＜Ａ－３．本実施形態の効果＞
本実施形態によれば、ＴＯＦセンサ１００（光センサ）が検出した下方対象Ｔｌｏｗ（地面５２０等）までの第１距離Ｄ１と超音波センサ１０２が検出した下方対象Ｔｌｏｗまでの第２距離Ｄ２の一方を選択して設定した制御用高度Ｈｃを用いてドローン２４の飛行制御を行う（図７）。これにより、ＴＯＦセンサ１００及び超音波センサ１０２の長所及び短所を踏まえてドローン２４を飛行させることが可能になる。例えば、ＴＯＦセンサ１００は、超音波センサ１０２が苦手な土壌でも検出精度が低下しない。また、超音波センサ１０２は、ＴＯＦセンサ１００が苦手とする鏡面物体、白色物体等でも検出精度が低下しない。従って、ドローン２４全体として、地面５２０等の下方対象Ｔｌｏｗの変化に対する頑健さを向上することが可能となる。

【0077】

本実施形態において、光センサとしてＴＯＦセンサ１００を用いる（図２等）。他の種類の光センサ（位相差検出方式、三角測距方式等）と比較して、ＴＯＦセンサ１００は重量が軽いことが多く、ＴＯＦセンサ１００を用いることでドローン２４の軽量化を図ることが可能となる。

【0078】

本実施形態において、ＴＯＦセンサ１００（光センサ）と超音波センサ１０２は、ドローン２４の横方向に並んで配置される（図４、図５）。また、ＴＯＦセンサ１００による光の照射方向と、超音波センサ１０２による超音波の照射方向は、両センサの測定領域において、ＴＯＦセンサ１００による光の照射範囲と、超音波センサ１０２による超音波の照射範囲の少なくとも一部が重なるように設定される。ドローン２４は進行方向（図３等の矢印Ａ）に向かって前傾姿勢で前進する場合がある。ＴＯＦセンサ１００と超音波センサ１０２がドローン２４の横方向に配置されていれば、そのような前傾姿勢の場合であっても、両センサの検出値（第１距離Ｄ１及び第２距離Ｄ２）には互いのずれが生じ難くなる。そのため、ＴＯＦセンサ１００による第１距離Ｄ１と超音波センサ１０２による第２距離Ｄ２との乖離を抑制することが可能となる。

【0079】

本実施形態において、ドローン２４は、散布物を保管するタンク１８０と、散布物を散布するノズル１８６（吐出口）とを備える（図３及び図４）。また、ＴＯＦセンサ１００（光センサ）及び超音波センサ１０２は、ノズル１８６よりも上方に配置される（図３及び図４）。さらに、ＴＯＦセンサ１００及び超音波センサ１０２は、ノズル１８６よりも前側に配置される（図３及び図４）。これらにより、ノズル１８６から散布される散布物による、ＴＯＦセンサ１００又は超音波センサ１０２の測定に対する影響を抑制することが可能となる。

【0080】

本実施形態において、ドローン２４は、下方対象Ｔｌｏｗを撮像するカメラ１６０（図２、図４～図６）と、カメラ１６０の画像に基づいて、下方対象Ｔｌｏｗの状態（下方状態Ｓｌｏｗ）を判定する撮影制御部２０２（下方状態判定部。図２）とを備える。飛行制御部２００は、光センサ精度低下状態ではない通常時（図７のＳ１３：真）には、ＴＯＦセンサ１００（光センサ）が検出した第１距離Ｄ１を選択して制御用高度Ｈｃを設定する（Ｓ１４）。また、飛行制御部２００は、光センサ精度低下状態の場合（Ｓ１３：偽）には、超音波センサ１０２が検出した第２距離Ｄ２を選択して制御用高度Ｈｃを設定する（Ｓ１７、Ｓ２２）。

【0081】

これにより、通常時にはＴＯＦセンサ１００の方が超音波センサ１０２よりも検出精度が高い場合において、ＴＯＦセンサ１００の検出精度が低下する場面では超音波センサ１０２を優先して用いることで、ドローン２４の飛行を高精度に制御することが可能となる。

【0082】

本実施形態において、光センサ精度低下状態は、下方対象Ｔｌｏｗに日陰から日向への境界が存在し、ＴＯＦセンサ１００（光センサ）の測定位置が境界を跨ぐ状態を含む（図７のＳ１３、Ｓ１５）。飛行制御部２００は、ＴＯＦセンサ１００の測定位置が日陰から日向への境界を跨ぐ手前で、ドローン２４の飛行速度Ｖｆを低下させる（Ｓ１６）。

【0083】

ＴＯＦセンサ１００は、検出精度を高めるために受光量のダイナミックレンジを可変とする。そのため、日陰から日向への境界を測定位置が跨ぐ場合、急激な受光量の増加により測定レンジが一時的に飽和し、その後、ダイナミックレンジの調整により、日向でも高精度な測定が可能となる。本実施形態では、ＴＯＦセンサ１００の測定位置が日陰から日向への境界を跨ぐ手前で、ドローン２４の飛行速度Ｖｆを低下させる。これにより、ＴＯＦセンサ１００の受光量が飽和している状態でドローン２４が進む距離を短くすることができる。従って、ＴＯＦセンサ１００の適用範囲を広げることが可能となり、地面５２０等の下方対象Ｔｌｏｗの変化に対する頑健さを向上可能となる。

【0084】

また、超音波は、光よりも大幅に低速であり、ドローン２４の移動に伴うドップラー効果の影響が大きい。そのため、超音波センサ１０２の検出値（第２距離Ｄ２）を利用する際にはＴＯＦセンサ１００の検出値（第１距離Ｄ１）を利用する場合よりも、飛行速度Ｖｆを低下させることでドップラー効果による検出精度の低下を抑制することが可能となる。

【0085】

Ｂ．変形例
なお、本発明は、上記実施形態に限らず、本明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。例えば、以下の構成を採用することができる。

【0086】

＜Ｂ－１．構成＞
上記実施形態の作物育成システム１０は、図１に示すような構成要素を有していた。しかしながら、例えば、ＴＯＦセンサ１００と超音波センサ１０２の検出値Ｄ１、Ｄ２を制御用高度Ｈｃとして選択的に用いる観点からすれば、これに限らない。例えば、作物育成システム１０は、ドローン２４と、ユーザ端末２６のみを有するものとしてもよい。その場合、ユーザ端末２６によりドローン２４の飛行を制御してもよい。

【0087】

上記実施形態において、ドローン２４は、作物５０２の撮像及び薬液の散布を行った（図１）。しかしながら、例えば、ＴＯＦセンサ１００と超音波センサ１０２の検出値Ｄ１、Ｄ２を制御用高度Ｈｃとして選択的に用いる観点からすれば、これに限らない。例えば、ドローン２４は、作物５０２の撮像及び薬液の散布の一方のみを行うものであってもよい。或いは、ドローン２４は、その他の用途（例えば、生育診断以外の空撮）で用いるものであってもよい。

【0088】

上記実施形態では、光センサとしてＴＯＦセンサ１００を用いた。しかしながら、例えば、光センサと超音波センサ１０２の検出値Ｄ１、Ｄ２を制御用高度Ｈｃとして選択的に用いる観点からすれば、これに限らない。例えば、ＴＯＦセンサ１００の代わりに、他の種類の光センサ（位相差検出方式、三角測距方式等）を用いてもよい。

【0089】

上記実施形態では、ＴＯＦセンサ１００と超音波センサ１０２をドローン２４の横方向に並べて配置した（図４、図５）。しかしながら、例えば、ＴＯＦセンサ１００と超音波センサ１０２の検出値Ｄ１、Ｄ２を制御用高度Ｈｃとして選択的に用いる観点からすれば、これに限らない。例えば、ＴＯＦセンサ１００と超音波センサ１０２をドローン２４の前後方向に並べて配置してもよい。

【0090】

上記実施形態では、ＴＯＦセンサ１００と超音波センサ１０２をドローン２４の本体５０内に配置した（図５及び図６）。しかしながら、例えば、ＴＯＦセンサ１００と超音波センサ１０２の検出値Ｄ１、Ｄ２を制御用高度Ｈｃとして選択的に用いる観点からすれば、これに限らない。例えば、ＴＯＦセンサ１００と超音波センサ１０２をドローン２４の本体５０の外側に配置してもよい。

【0091】

図８は、変形例に係るドローン２４の本体５０の内部構成及びその周辺の配置を簡略的に示す側面図である。図８の例では、ドローン２４は、本体５０から下方に突出してＴＯＦセンサ１００、超音波センサ１０２及びカメラ１６０を支持する支持部材２２０を有する。これにより、ドローン２４の本体５０内に発熱源（制御基板１１０、インバータ１３６、電源２１０等）が存在する場合でも、ＴＯＦセンサ１００、超音波センサ１０２及びカメラ１６０を発熱源から遠ざけて配置することができる。従って、発熱源からの熱によりＴＯＦセンサ１００、超音波センサ１０２及びカメラ１６０が影響を受けることを抑制することが可能となる。

【0092】

上記実施形態において、ドローン２４が散布する散布物は、液体としての薬剤であった。しかしながら、例えば、ＴＯＦセンサ１００と超音波センサ１０２の検出値を制御用高度Ｈｃとして選択的に用いる観点からすれば、これに限らない。例えば、散布物は、薬剤以外のもの（水等）であってもよく、また、気体又は固体（粉体を含む。）であってもよい。

【0093】

＜Ｂ－２．制御＞
上記実施形態では、下方対象Ｔｌｏｗの状態（下方状態Ｓｌｏｗ）の判定は、リアルタイムでのカメラ１６０の下方画像Ｉｌｏｗに基づいて行った（図７のＳ１２、Ｓ１９）。しかしながら、例えば、下方状態Ｓｌｏｗを判定する観点からすれば、これに限らない。例えば、位置座標と下方状態Ｓｌｏｗとを予め関連付けて記憶しておき、ドローン２４飛行中の位置座標と前記記憶情報とに基づいて下方状態Ｓｌｏｗを判定してもよい。或いは、ＴＯＦセンサ１００、超音波センサ１０２及びカメラ１６０以外の手段（例えば、衛星写真とドローン２４の位置座標）を用いて下方状態Ｓｌｏｗを判定してもよい。

【0094】

上記実施形態では、ＴＯＦセンサ精度低下状態として、下方対象Ｔｌｏｗが鏡面又は白色である状態、及びドローン２４が日陰から日向への境界を跨ぐ状態を用いた（図７のＳ１３、Ｓ１５）。しかしながら、例えば、ＴＯＦセンサ１００と超音波センサ１０２の検出値Ｄ１、Ｄ２を制御用高度Ｈｃとして選択的に用いる観点からすれば、これに限らない。例えば、ドローン２４が日向から日陰への境界を跨ぐ状態を用いてもよい。この場合、ＴＯＦセンサ１００におけるダイナミックレンジの飽和は起こらないが、利用するレンジが狭くなるため、検出精度が低下し得る。そこで、超音波センサ１０２への切替え及び／又は飛行速度Ｖｆの低下により、下方対象Ｔｌｏｗの変化に対する頑健性を向上することが可能となる。

【0095】

上記実施形態では、通常時（ＴＯＦセンサ精度低下状態以外の場合）にＴＯＦセンサ１００の検出値（第１距離Ｄ１）を制御用高度Ｈｃとして用い、ＴＯＦセンサ精度低下状態の場合に超音波センサ１０２の検出値（第２距離Ｄ２）を制御用高度Ｈｃとして用いた（図７）。しかしながら、例えば、ＴＯＦセンサ１００と超音波センサ１０２の検出値Ｄ１、Ｄ２を制御用高度Ｈｃとして選択的に用いる観点からすれば、これに限らない。例えば、第１距離Ｄ１と第２距離Ｄ２を組み合わせて制御用高度Ｈｃを算出する構成において、下方対象Ｔｌｏｗの状態（下方状態Ｓｌｏｗ）に応じて第１距離Ｄ１と第２距離Ｄ２の重み付け（比率）を変化させてもよい。例えば、通常時は、第１距離Ｄ１×０．９＋第２距離Ｄ２×０．１を制御用高度Ｈｃとし、ＴＯＦセンサ精度低下状態の場合、第１距離Ｄ１×０．３＋第２距離Ｄ２×０．７を制御用高度Ｈｃとしてもよい。

【0096】

或いは、カメラ１６０の下方画像Ｉｌｏｗを用いずに、ＴＯＦセンサ１００と超音波センサ１０２の検出値Ｄ１、Ｄ２を制御用高度Ｈｃとして選択的に用いてもよい。例えば、通常時は、ＴＯＦセンサ１００の検出値（第１距離Ｄ１）を制御用高度Ｈｃとして用い、ＴＯＦセンサ１００に異常が発生した場合に、超音波センサ１０２の検出値（第２距離Ｄ２）を制御用高度Ｈｃとして用いてもよい。

【0097】

上記実施形態では、ＴＯＦセンサ１００の測定位置が日陰から日向への境界を跨ぐ際（図７のＳ１５：真）、ドローン２４の飛行速度Ｖｆを低下させた（Ｓ１６）。しかしながら、例えば、ＴＯＦセンサ１００と超音波センサ１０２の検出値Ｄ１、Ｄ２を制御用高度Ｈｃとして選択的に用いる観点からすれば、これに限らず、ＴＯＦセンサ１００の測定位置が日陰から日向への境界を跨ぐ際でも飛行速度Ｖｆを維持してもよい。

【0098】

＜Ｂ－３．その他＞
上記実施形態では、通常時（ＴＯＦセンサ精度低下状態でない場合）にＴＯＦセンサ１００の検出値（第１距離Ｄ１）を制御用高度Ｈｃとして用い、ＴＯＦセンサ精度低下状態である場合に超音波センサ１０２の検出値（第２距離Ｄ２）を制御用高度Ｈｃとして用いた（図７）。換言すると、ＴＯＦセンサ１００と超音波センサ１０２の検出値Ｄ１、Ｄ２を制御用高度Ｈｃとして選択的に用いた。しかしながら、ＴＯＦセンサ１００の測定位置が日陰から日向への境界を跨ぐ際、ドローン２４の飛行速度Ｖｆを低下させる観点からすれば、超音波センサ１０２を用いずにＴＯＦセンサ１００の検出値（第１距離Ｄ１）のみを制御用高度Ｈｃとして用いることも可能である。

【0099】

図９は、変形例に係る高度関連制御のフローチャートである。図９の高度関連制御では、超音波センサ１０２を用いずにＴＯＦセンサ１００の検出値（第１距離Ｄ１）のみを制御用高度Ｈｃとして用いる。

【0100】

図９のステップＳ３１、Ｓ３２は、図７のＳ１１、Ｓ１２と同様である。ステップＳ３３において、ドローン制御部７０（飛行制御部２００）は、下方状態Ｓｌｏｗが通常であるか否か（ＴＯＦセンサ１００の測定位置が日陰から日向への境界を跨ぐ場合以外であるか否か）を判定する。下方状態Ｓｌｏｗが通常である場合（通常時である場合）（Ｓ３３：真）、ステップＳ３４に進む。ステップＳ３４において、ドローン制御部７０（飛行制御部２００）は、ＴＯＦセンサ１００の検出値Ｄ１を制御用高度Ｈｃとして設定する。ＴＯＦセンサ１００の測定位置が日陰から日向への境界を跨ぐ場合（Ｓ３３：偽）、ステップＳ３５に進む。

【0101】

ステップＳ３５は、図７のステップＳ１６と同様である。続くステップＳ３７において、ドローン制御部７０（飛行制御部２００）は、ＴＯＦセンサ１００の検出値Ｄ１を制御用高度Ｈｃとして設定する。すなわち、ドローン制御部７０（飛行制御部２００）は、検出値Ｄ１を制御用高度Ｈｃとして利用し続ける。ステップＳ３７、Ｓ３８、Ｓ３９は、図７のステップＳ１８、Ｓ１９、Ｓ２０と同様である。

【0102】

ＴＯＦセンサ１００の測定位置が、日陰から日向への境界の通過を終了していない場合（Ｓ３９：偽）、ステップＳ３５に戻る。測定位置が同境界の通過を終了した場合（Ｓ３９：真）、ステップＳ４０に進む。ステップＳ４０において、ドローン制御部７０（飛行制御部２００）は、ＴＯＦセンサ１００の検出値Ｄ１を制御用高度Ｈｃとして設定する。

【0103】

以上のように、図９の高度関連制御では、ドローン制御部７０（飛行制御部２００）は、ＴＯＦセンサ１００の検出値（第１距離Ｄ１）を制御用高度Ｈｃとして利用し続ける。なお、図９の制御を、ドローン２４の飛行速度Ｖｆの制御と捉える場合、制御用高度Ｈｃの処理（Ｓ３４、Ｓ３６、Ｓ４０）は、別の制御として位置付けてもよい。また、図９の制御では、日陰から日向への境界の通過時のみを光センサ精度低下状態として用いたが（Ｓ１３）、上記のように、日向から日陰への境界の通過時を光センサ精度低下状態に含めてもよい。

【0104】

上記実施形態の高度関連制御では図７に示すフローを用い、上記変形例の高度関連制御では図９に示すフローを用いた。しかしながら、例えば、本発明の効果を得られる場合、フローの内容（各ステップの順番）は、これに限らない。例えば、図４のステップＳ１６とＳ１７の順番を入れ替えることが可能である。

【符号の説明】

【0105】

２４…ドローン １００…ＴＯＦセンサ（光センサ）
１０２…超音波センサ １６０…カメラ
１８０…タンク
１８６ｌ１、１８６ｌ２、１８６ｒ１、１８６ｒ２…ノズル（吐出口）
２００…飛行制御部
２０２…撮影制御部（下方状態判定部）
２２０…支持部材 Ｄ１…第１距離
Ｄ２…第２距離 Ｈｃ…制御用高度
Ｔｌｏｗ…下方対象 Ｖｆ…飛行速度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】