無人ヘリコプタＲＰＨ ２による全自動薬剤散布システム無人ヘリコプタＲＰＨ無人ヘリコプタＲＰＨ ２による２による全自動薬剤散布システム全自動薬剤散布システム

小栁小栁 容子容子

白石白石 剛之剛之

山根山根 章弘章弘

富士重工業株式会社富士重工業株式会社 航空宇宙カンパニー航空宇宙カンパニー

自動薬散システム 発表の概要自動薬散システム自動薬散システム 発表の概要発表の概要

１．目的１．目的

２．自動薬散システムについて２．自動薬散システムについて

２．１２．１ 要求仕様要求仕様

２．２２．２ 問題点問題点

２．３２．３ 提案法提案法

３．飛行試験結果の紹介３．飛行試験結果の紹介

４．まとめ４．まとめ

自動薬散システム 目次自動薬散システム自動薬散システム 目次目次

１．目的１．目的

２．自動薬散システムについて２．自動薬散システムについて

２．１２．１ 要求仕様要求仕様

２．２２．２ 問題点問題点

２．３２．３ 提案法提案法

３．飛行試験結果の紹介３．飛行試験結果の紹介

４．まとめ４．まとめ

自動薬散システム 背景自動薬散システム自動薬散システム 背景背景

着陸着陸

（散布飛行）（散布飛行）

離陸離陸

無人ヘリコプタを使った薬剤散布無人ヘリコプタを使った薬剤散布散布幅=10m

前進速度=8m/s

高度=5m

位置精度1m以下

風速2m/s以下

厳しい散布条件

自動薬散システム 背景自動薬散システム自動薬散システム 背景背景

マニュアル操縦による薬剤散布マニュアル操縦による薬剤散布

【【問題点問題点】】・・ 散布精度はオペレータに依存散布精度はオペレータに依存

・・ 早朝から長時間の作業早朝から長時間の作業によるオペレータの疲労によるオペレータの疲労

【【目的目的】】離着陸を含む散布飛行全てを自動で行い、離着陸を含む散布飛行全てを自動で行い、かつ精密な薬剤散布が可能なシステムの実現かつ精密な薬剤散布が可能なシステムの実現

平成平成1212年度より年度より((社社))農林水産航空協会農林水産航空協会から受託研究から受託研究

-50

0

50

100

150

-100 -50 0 50 100 150

散布ＯＮ

散布ＯＦＦ

航跡表示

散布バルブON

〔ｍ〕

飛行方向

離着陸点

Ｎ

マニュアル操縦による散布実績マニュアル操縦による散布実績

自動薬散システム 背景自動薬散システム自動薬散システム 背景背景

・農薬散布等の農業用途に開発・農薬散布等の農業用途に開発

・最大積載量・最大積載量 １００１００kgkg（含燃料）（含燃料）

・操縦が容易な速度指令方式・操縦が容易な速度指令方式

産業用無人ヘリコプタＲＰＨ産業用無人ヘリコプタＲＰＨ ２２(1999(1999年～年～))

・・予め設定された飛行計画に従い自律飛行予め設定された飛行計画に従い自律飛行

・・無人機の飛行状態、航跡、ダウンリンク無人機の飛行状態、航跡、ダウンリンク

画像のモニタが可能画像のモニタが可能

・離着陸はマニュアル操縦・離着陸はマニュアル操縦

ＲＰＨＲＰＨ ２Ａ観測システム２Ａ観測システム(2001(2001年～年～))

自動薬散システム 背景自動薬散システム自動薬散システム 背景背景

自動離着陸システム自動離着陸システム (2002(2002年～年～))

・高精度な航法が必要・高精度な航法が必要

→→ 廉価なＲＴＫ－ＧＰＳの導入廉価なＲＴＫ－ＧＰＳの導入

・自動離着陸誘導則を追加・自動離着陸誘導則を追加

・熟練したオペレータによるマニュアル・熟練したオペレータによるマニュアル

操縦と遜色ない迅速で滑らかな着陸操縦と遜色ない迅速で滑らかな着陸

自動薬散システム

自動薬散システム 目次自動薬散システム自動薬散システム 目次目次

１．目的１．目的

２．自動薬散システムについて２．自動薬散システムについて

２．１２．１ 要求仕様要求仕様

２．２２．２ 問題点問題点

２．３２．３ 提案法提案法

３．飛行試験結果の紹介３．飛行試験結果の紹介

４．まとめ４．まとめ

自動薬散システム 運用イメージ自動薬散システム自動薬散システム 運用イメージ運用イメージ

ゴールポイントゴールポイント

自動離陸自動離陸

（散布飛行終了）（散布飛行終了）

プログラムプログラムスタートポイントスタートポイント

離陸地点＝位置座標原点離陸地点＝位置座標原点

ＹＹ（東西方向位置座標）（東西方向位置座標）

RTKRTK--GPSGPS地上局地上局

GPSGPS補正信号補正信号

（散布飛行開始）（散布飛行開始）

Ｘ（南北方向位置座標）

は任意に設定可は任意に設定可

自動着陸自動着陸位置(Ｘ,Ｙ)

旋回半径旋回方向

前進速度

高度

ホバー方位

自動薬散システム 要求仕様自動薬散システム自動薬散システム 要求仕様要求仕様

目標：離着陸含む高精度の薬剤散布飛行を全自動で行う。

飛行経路

散布除外地散布停止

散布幅

散布高度

散布開始位置

散布停止位置 散布予定地

仕様概要仕様概要

・・ 散布飛行散布飛行

・・ 散布吐出量制御

項目項目 精度精度

88±±11 m/sm/s

散布幅散布幅 1010±±11 mm

散布高度散布高度 55±±11 mm

散布速度散布速度

散布吐出量制御

自動薬散システム 問題点自動薬散システム自動薬散システム 問題点問題点

１．飛行精度１．飛行精度

・位置精度１ｍ・位置精度１ｍ

２．散布精度２．散布精度

・速度、位置による散布量制御・速度、位置による散布量制御

仕様概要仕様概要

・・ 散布飛行散布飛行

・・ 散布吐出量制御

項目項目 精度精度

88±±11 m/sm/s

散布幅散布幅 1010±±11 mm

散布高度散布高度 55±±11 mm

散布速度散布速度

散布吐出量制御

自動薬散システム 提案法-飛行精度自動薬散システム自動薬散システム 提案法提案法--飛行精度飛行精度

【問題点】 ・位置精度１ｍ・位置精度１ｍ

RTKRTK--GPSGPS、ステレオカメラ高度計の導入、ステレオカメラ高度計の導入

飛行制御計算機

ｽﾃﾚｵｶﾒﾗ高度計

速度感応型散布装置

記録装置

RTK-GPS無線モデム

プロポプロポ

プロポRCVR

切替器

RTKRTK--GPSGPS

GPS位置補正信号 離陸信号マニュアル操縦信号

高度情報

位置情報

散布実績

散布量制御開始／停止制御

地上装置

アクチュエータ

舵角指令

項目 特性

位置精度 0.2 m

RTK-GPS精度

自動薬散システム 提案法-飛行精度自動薬散システム自動薬散システム 提案法提案法--飛行精度飛行精度

RTK-GPS ((自動離着陸システム自動離着陸システム))

原点からの相対対地高度を算出地面の凹凸は測位不可

ステレオカメラ高度計

項目 特性

カメラ 1/3in モノクロCCD

高度 0 m 0.01 m測位精度

高度 5 m 0.2 m

地面の凹凸に左右されない対地高度を算出複雑な地上装置は不要

自動薬散システム 提案法-飛行精度自動薬散システム自動薬散システム 提案法提案法--飛行精度飛行精度

地面の凹凸に対応した高度制御地面の凹凸に対応した高度制御

【問題点】

【航法】

1．RTK-GPS/INSのハイブリット航法

ステレオカメラ高度計/INSのハイブリット航法

2．RTK-GPSをバックアップとして用い信頼性向上

速度変化による高度への影響速度変化による高度への影響

【問題点】

旋回時の短時間で大きな運動旋回時の短時間で大きな運動

【誘導】

フィードバック制御

フィードフォワード制御を追加

自動薬散システム 問題点自動薬散システム自動薬散システム 問題点問題点

１．飛行精度

・位置精度１ｍ・位置精度１ｍ

２．散布精度２．散布精度

・速度、位置による散布量制御・速度、位置による散布量制御

仕様概要仕様概要

・・ 散布飛行散布飛行

・・ 散布吐出量制御

項目項目 精度精度

88±±11 m/sm/s

散布幅散布幅 1010±±11 mm

散布高度散布高度 55±±11 mm

散布速度散布速度

散布吐出量制御

自動薬散システム 散布装置自動薬散システム自動薬散システム 散布装置散布装置

【問題点２】

・・ 位置、速度に応じた散布量制御位置、速度に応じた散布量制御

飛行制御計算機

ｽﾃﾚｵｶﾒﾗ高度計

速度感応型散布装置

記録装置

RTK-GPS無線モデム

プロポプロポ

プロポRCVR

切替器

RTKRTK--GPSGPS

GPS位置補正信号 離陸信号マニュアル操縦信号

高度情報

位置情報

散布実績

散布量制御開始／停止制御

地上装置

アクチュエータ

舵角指令

自動薬散システム 散布装置自動薬散システム自動薬散システム 散布装置散布装置

速度感応型散布装置

【散布装置】指令に応じて、シャッターを制御し、散布量を調整

散布装置

【散布制御則】飛行速度、位置に応じて、 薬剤量指令値を可変制御

任意の場所で散布開始、停止が可能速度変化に応じた散布量制御によりばらつきを防ぐ

自動薬散システム 運用イメージ自動薬散システム自動薬散システム 運用イメージ運用イメージ

ＷＰ２ＷＰ２

ＷＰ１ＷＰ１

ＷＰ３ＷＰ３

ＷＰ４ＷＰ４

ゴールポイントゴールポイント

ＷＰ５ＷＰ５

プログラムプログラムスタートポイントスタートポイント

（散布飛行開始）（散布飛行開始）

ＹＹ（東西方向位置座標）（東西方向位置座標）

Ｘ（南北方向位置座標）

散布除外地

2m/s2m/sに減速に減速散布量制御散布量制御

8m/s8m/sへへ加速加速

高度高度5m5m速度速度8m/s8m/s

散布停止散布停止

自動離陸自動離陸

自動着陸自動着陸

自動薬散システム 目次自動薬散システム自動薬散システム 目次目次

１．目的１．目的

２．自動薬散システムについて２．自動薬散システムについて

２．１２．１ 要求仕様要求仕様

２．２２．２ 問題点問題点

２．３２．３ 提案法提案法

３．飛行試験結果の紹介３．飛行試験結果の紹介

４．まとめ４．まとめ

自動薬散システム モデル圃場自動薬散システム自動薬散システム モデル圃場モデル圃場

200m

Ｎ

18.4

ＡＡ ＢＢ

除外地除外地

用水路(深さ0.5ｍ)幅0.8m

溝(幅4.8ｍ深さ0.9ｍ)

小道(幅2.2ｍ)

障害物畑

小山

ＡＡ

ＢＢ

離陸点

着陸点

圃場；南北 約100m東北 約200m

天候；曇り風；東 2-3m/s

100m

自動薬散システム モデル圃場自動薬散システム自動薬散システム モデル圃場モデル圃場

ＡＡ ＢＢ

圃場；南北 約100m東北 約150m

天候；曇り風；東 2-3m/s

除外地除外地

用水路

溝小道

離陸点

着陸点

自動薬散システム 目次自動薬散システム自動薬散システム 目次目次

１．目的１．目的

２．自動薬散システムについて２．自動薬散システムについて

２．１２．１ 要求仕様要求仕様

２．２２．２ 問題点問題点

２．３２．３ 提案法提案法

３．飛行試験結果の紹介３．飛行試験結果の紹介

４．まとめ４．まとめ

自動薬散システム まとめ自動薬散システム自動薬散システム まとめまとめ

【成果】

１．自動薬散システムを開発した。

・自律飛行

・飛行精度

・散布精度

２．飛行実証試験で実証した。

【今後に向けて】

包括的な自動薬散システムの構築