JP2004016010A - 農業用作業車 - Google Patents

Abstract

【課題】ＧＰＳやセンサ類を備え、自律的に走行・作業を行う農業用作業車の場合、電波障害や無線装置のトラブルが発生すると、該農業用作業車は正規の自律走行経路を外れて自律走行を続ける場合があった。
【解決手段】ＧＰＳユニット１０２と、内界センサ１２２とを搭載し、自律的に作業を行う農業用作業車１０１において、該ＧＰＳユニットから得られる高さ方向の位置情報により、農業用作業車が高さ方向に関して大きく変位したときは圃場内の正規の自律走行経路から外れたものと見なし、農業用作業車の自律走行を停止する。
【選択図】　　　　図７

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＧＰＳ（グローバル・ポジショニング・システム）と、方位センサや傾斜センサ、車速センサなどの内界センサと、株倣いセンサとを搭載し、自律的に作業を行う農業用作業車の走行作業管理の技術に関する。
詳細には、ＧＰＳを用いた自律走行作業中に農業用作業車が正規の自律走行経路から外れた場合に、非常停止させる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、既に作物が植わっている圃場において、手動操作により作物株列間を車輪が通過するように走行・作業を行う農業用作業車が知られている。該農業用作業車の例としては、散布機を搭載した散布作業機などが挙げられる。
また、ＧＰＳやセンサ類を備え、自律的に走行・作業を行う農業用作業車も知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ＧＰＳやセンサ類を備え、自律的に走行・作業を行う農業用作業車の場合、電波障害や無線装置のトラブルが発生すると、該農業用作業車は正規の自律走行経路を外れて自律走行を続ける場合があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００５】
即ち、請求項１においては、ＧＰＳと、内界センサとを搭載し、処理部により自律的に走行制御して作業を行う農業用作業車であって、
ＧＰＳから得られる高さ方向の位置情報と、農業用作業車の高さ変位量とを比較し、設定値以上変位したときは自律走行を停止するように制御したものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の農業用作業車の一実施例である散布作業機の側面図、図２は本発明の農業用作業車の一実施例である散布作業機の平面図、図３は本発明の農業用作業車の一実施例である散布作業機の正面図、図４は本発明における自律走行システムの模式図、図５は本発明の農業用作業車の一実施例である散布作業機の斜視図、図６は基準局ユニットを示す図、図７は農業用作業車の圃場上の位置とＧＰＳアンテナの高さとの関係を示す図、図８はＰＤＡ表示部の表示例を示す模式図、図９はＰＤＡ表示部の別表示例を示す模式図、図１０は本発明の農業用作業車による自律走行経路の実施例を示す模式図、図１１は本発明における自律走行のフローチャート図、図１２は薬液タンクの後面図、図１３は薬液配管系統を示す模式図である。
【０００７】
まず、本発明に係る農業用作業車の実施の一形態である散布作業機１０１について、図１から図３を用いて説明する。なお、本発明は本実施例の散布作業機１０１に限定されるものではなく、圃場を走行しつつ作業を行う農業用作業車に適用可能である。
散布作業機１０１は乗用型の走行車両２２と、該走行車両２２の前部及び側部に配設されたブーム部３５と、該走行車両の後部に配設されたポンプ部３６と、該ポンプ部３６の前部に配設された薬液タンク２４等で構成されている。
【０００８】
前記走行車両２２の前端より後方へ向けて、左右一対のメインフレーム６Ｌ・６Ｒが平行に水平方向に延設され、該メインフレーム６Ｌ・６Ｒの前部下方にはフロントアクスルケース９２Ｆを介して前輪７・７が支承され、後部下方にはリアアクスルケース９２Ｒを介して後輪８・８が支承されている。
また、メインフレーム６Ｌ・６Ｒ上であって走行車両２２前部にはエンジン９を被覆するボンネット１０が配設されている。該ボンネット１０後方のカバー上に操作パネル１１が設けられており、該操作パネル１１の上方には操向ハンドル１２が設けられて、操作パネル１１及び操向ハンドル１２等で散布作業機１０１の操縦部を構成している。
【０００９】
また、メインフレーム６Ｌ・６Ｒ後部上には薬液タンク２４が配設されており、該薬液タンク２４の前部中央には運転席１４が形成されて、該薬液タンク２４によって側部と後部を取り囲まれるように載置されている。そして、薬液タンク２４とボンネット１０の間にはステップ１３が設けられ、該ステップ１３に乗降するための乗降ステップ５６・５６がメインフレーム６Ｌ・６Ｒに取り付けられている。
【００１０】
前記ブーム部３５は、薬液を散布するための複数のノズル２３・２３・・・を有するブーム４０と、該ブーム４０の昇降や展開を行うための機構より構成されている。
ブーム４０は走行車両２２の前方に位置する前方ブーム４１と、該前方ブーム４１の両端に枢支され、折畳み可能に側方に延設されている左右の側方ブーム４２Ｌ・４２Ｒから構成されている。そして、該ブーム４０には薬液を散布するための複数のノズル２３・２３・・・が一定間隔をおいて配設されている。
そして、前方ブーム４１と側方ブーム４２Ｌ・４２Ｒの間には、それぞれブーム開閉用シリンダ４３・４３が介装され、該ブーム開閉用シリンダ４３・４３を伸縮させることによって、側方ブーム４２Ｌ・４２Ｒを前方ブーム４１と略一直線となるよう左右水平方向へ延設した作業位置と、前後方向で後ろ上がりに位置させた収納位置に回動可能としている。
【００１１】
また、平行リンクにより前方ブーム４１とメインフレーム６Ｌ・６Ｒの前部の間が連結され、該平行リンクの一方とメインフレーム６Ｌ・６Ｒの間にブーム昇降用シリンダ３８・３８を介装し、該ブーム昇降用シリンダ３８・３８を伸縮させることによってブーム４０を上下昇降可能とした昇降リンク機構３７が構成されている。
さらに、前方ブーム４１の左右略中央が昇降リンク機構３７に対して左右傾倒可能に支持され、該前方ブーム４１と昇降リンク機構３７の間にブーム水平制御用シリンダ３９を介装して、走行車両２２が傾いてもブーム４０が略水平姿勢を保持するようブーム４０を水平制御する構成としている。
【００１２】
そして、前記ブーム４０の前方には作物を撮影する撮像手段３０３とその高さを検知する測距手段３０２が配置されている。即ち、前方ブーム４１の左右中央から前方にステー３０１が突設され、該ステー３０１に静電容量センサや光センサや超音波センサなどの測距手段３０２、およびＣＣＤカメラやビデオカメラなどの撮像手段３０３が取り付けられる。そして、該測距手段３０２により作物上端を検知して、該作物上端と撮像手段３０３との距離を略一定に保持するようにブーム昇降用シリンダ３８を駆動して後述する処理部１１０で制御し、自律走行中に圃場の作物の生育状況を撮像し、該撮像情報（葉の大きさや変色など）および測距手段３０２による作物高さ情報を後述する処理部１１０に記憶させることが可能である。また、後述するＧＰＳユニット１０２から得られる位置情報と、該撮像情報および作物高さ情報とを組み合わせることにより、圃場内の作物生育状況分布を把握することが可能である。例えば、収穫量の予測を行ったり、作物の生育状態が良くないところに施肥したり、薬液散布を重点的に行うといった利用ができる。
なお、本実施例では一組の測距手段３０２および撮像手段３０３をブーム前部に配設する構成としたが、測距手段および撮像手段を複数個配設してもよく、またボンネットから突設されたステーに測距手段および撮像手段を取り付ける構成としても良い。
【００１３】
ポンプ部３６は、エンジン９から動力を得て薬液タンク２４内の薬液をノズル２３・２３・・・へ圧送する噴霧ポンプ４と、該噴霧ポンプ４から吐出される薬液の制御に関わる散布量制御装置３等で構成されている。
噴霧ポンプ４は、走行車両２２の後部に延設したサブフレーム５２Ｌ・５２Ｒ上に支持部材を介して該噴霧ポンプ４のクランクケースに内装されたクランク軸が車両前後方向に位置するよう配設され、該クランクケースの右上部にはエアチャンバや安全弁等が設けられている。
また、散布量制御装置３は、流量制御弁や、該流量制御弁の開閉に関わるモータ等より構成され、噴霧ポンプ４のクランクケース周囲に配設されている。
【００１４】
上述の如く構成される散布作業機１０１は、ブーム４０を広げた状態で走行車両２２により圃場を走行すると同時に、薬液タンク２４内の薬液が、ポンプ部３６により調量されるとともにブーム部３５に圧送されてブーム４０に設けられたノズル２３・２３・・・から散布され、薬液散布作業を行う。
【００１５】
そして、散布作業機１０１は、操縦者が車両に搭乗して操向ハンドル１２や操作レバー等を操作して走行・作業する手動操縦モードと、操縦者が車両に搭乗せずにＧＰＳ（グローバル・ポジショニング・システム）を利用して車両の位置情報を得て自律走行プログラムにより圃場を走行しながら薬液散布作業を行う自動操縦モードを選択することが可能に構成されている。
【００１６】
次に、本発明の農業用作業車におけるＧＰＳについて説明する。
ＧＰＳ（グローバル・ポジショニング・システム）とは、元来航空機・船舶等の航法支援用として開発されたシステムであって、上空約二万キロメートルを周回する二十四個のＧＰＳ衛星（六軌道面に四個ずつ配置）、ＧＰＳ衛星の追跡と管制を行う管制局、測位を行うための利用者の受信機で構成される。
ＧＰＳを用いた測量方法としては、単独側位、相対側位、ＤＧＰＳ（ディファレンシャルＧＰＳ）側位、ＲＴＫ−ＧＰＳ（リアルタイムキネマティック−ＧＰＳ）側位など種々の方法が挙げられる。
【００１７】
単独側位とは、ＧＰＳ衛星から送信される衛星の位置や時刻などの情報を一台のアンテナで受信する方法である。衛星から電波が発信されてから受信機に到達するまでに要した時間を測り、該時間と電波の速度から距離を求める
このとき、位置の判っているＧＰＳ衛星を動く基準点とし、四個以上の衛星から観測点までの距離を同時に知ることにより観測点の位置を決定する。
【００１８】
相対側位とは、二台以上の受信機を使い、同時に四個以上の同じＧＰＳ衛星を観測する方法であり、ＧＰＳ衛星の位置を基準として、ＧＰＳ衛星からの電波信号それぞれの受信機に到達する時間差（電波の位相差）を測定して、二点（二台の受信機）間の相対的な位置関係を求める。
各測定点で同じ衛星の電波を受信し、衛星から発射された電波が同じような気象条件の中を通過してくることから、二点（二台の受信機）間の観測値の差を取ることにより、観測値に含まれる衛星の位置誤差や対流圏・電離層遅延量などの誤差を解消することができる。
【００１９】
ＤＧＰＳ（ディファレンシャルＧＰＳ）側位、ＲＴＫ−ＧＰＳ（リアルタイムキネマティック−ＧＰＳ）側位は、位置が判っている基準局と、位置を求めようとする観測点とで同時にＧＰＳ観測を行い、基準局で観測したデータを無線等の方法で観測点にリアルタイムで送信し、基準局の位置成果に基づいて観測点の位置をリアルタイムに求める方法である。
ＤＧＰＳ（ディファレンシャルＧＰＳ）側位は、基準局と観測点の両点で単独側位を行い、基準局において位置成果と観測された座標値の差を求め、観測点に補正情報として送信する。
ＲＴＫ−ＧＰＳ（リアルタイムキネマティック−ＧＰＳ）側位は、基準局と観測点の両点で位相の測定（相対側位）を行い、基準局で観測した位相データを観測点に送信する、
観測点のＧＰＳ受信機では、受信データと基準局から送信されたデータとをリアルタイムで解析することにより、観測点の位置を決定する。
【００２０】
本発明においては、測定精度の高いＲＴＫ−ＧＰＳ側位方式が採用されているが、前記他の方式を用いてもよく、限定されない。
【００２１】
図４に示すように、本発明におけるＧＰＳユニット１０２は、主に、散布作業機１０１本体に搭載される移動局ユニット１０３と、水田などの圃場の近くに設置される基準局側ユニット１０４からなる。該基準局ユニット１０４は地面に固定された基準局の役割を果たし、移動局側ユニット１０３は位置を求めようとする移動局（観測点）として機能する。
図３および図５に示すように、散布作業機１０１本体上面の運転席１４の後部から正面視門型のフレーム１０５が立設されている。フレーム１０５の横架部１０５ａおよび立設部１０５ｂ・１０５ｂで囲まれる部分には収納部１０６が設けられ、該収納部１０６に移動局ユニット１０３の内、ＧＰＳアンテナ１０８を除く部材が収納される。ＧＰＳアンテナ１０８はフレーム１０５の横架部１０５ａ上面に固設される。
【００２２】
移動局ユニット１０３は、ＧＰＳアンテナ１０８の他、ＧＰＳ受信部１０９、ＣＰＵやＲＡＭやＲＯＭ等を備える制御手段となる処理部１１０、操作部１１１、表示部１１２、無線部１１３などで構成される。
ＧＰＳアンテナ１０８で受信されたＧＰＳ衛星からの電波信号は、ケーブルでＧＰＳ受信部１０９を経て処理部１１０に送信される。操作部１１１は後述する自律走行の設定や、ＧＰＳの初期設定などを行うためのインターフェースであり、処理部１１０にケーブル接続されている。表示部１１２は処理部１１０にケーブル接続されており、処理部１１０におけるデータ処理の状況や、操作部１１１により入力された各種設定を表示する。無線部１１３は基準局ユニット１０４およびオペレータが携帯する無線操作手段１３３と、移動局ユニット１０３とが無線交信するためのものである。
【００２３】
なお、本実施例においては移動局ユニット１０３をフレーム１０５に固設しているが、例えばＧＰＳアンテナ１０８以外の移動局ユニット１０３を構成する他の部材はボンネット９に収納し、運転席１４の前に位置する操縦部の操作パネル１１に、操作部１１１および表示部１１２を組み込む構成としても良い。
また、操作部１１１はキーボードやスイッチ、レバー、押しボタン、ダイアルなどオペレータが入力操作可能であればよく、その形式は限定されない。さらに、操作部１１１と表示部１１２をタッチパネルとし、一体化してもよい。
また、処理部１１０、操作部１１１および表示部１１２として、既存のパソコンを使用してもよい。
【００２４】
基準局ユニット１０４も移動局ユニット１０３と略同じ構成であり、ＧＰＳアンテナ１１４、ＧＰＳ受信部１１５、処理部１１６、操作部１１７、表示部１１８、無線部１１９などで構成される。
【００２５】
図６に示すように、基準局ユニット１０４のＧＰＳアンテナ１１４は支柱１１４ａにより地面より立設される。基準局ユニット１０４を構成するＧＰＳアンテナ１１４以外の部材は筐体１２０に収納可能に構成される。
なお、基準局ユニット１０４は本発明の散布作業機１０１を使用する圃場の近傍に常設してもよく、あるいは使用後撤去可能な構成としても良い。
【００２６】
次に、本発明の散布作業機１０１における自律走行システムについて、図４を用いて説明する。該自律走行システムは、前述のＧＰＳユニット１０２の他、自律走行プログラム１２１や、散布作業機１０１の種々の情報を検出する内界センサ１２２、株倣いセンサ１２３、自律走行・作業をするための自律操作手段１２４などからなる。
【００２７】
ある時刻に発信されたＧＰＳ衛星１２５からの電波信号は、散布作業機１０１に設けられた移動局ユニット１０３のＧＰＳアンテナ１０８により受信され、ＧＰＳ受信部１０９を経て処理部１１０に送信される。
【００２８】
一方、前記ＧＰＳ衛星１２５から同時刻に発信された電波信号は、圃場付近に設置された基準局ユニット１０４のＧＰＳアンテナ１１４によっても受信され、ＧＰＳ受信部１１５を経て処理部１１６に送信される。さらに、無線部１１９から無線部１１３を経て処理部１１０に無線送信される。
【００２９】
処理部１１０では、前記基準局ユニット１０４において受信された電波信号と、移動局ユニット１０３において受信された電波信号とを比較対照し、同時刻に発信された電波信号がＧＰＳアンテナ１０８およびＧＰＳアンテナ１１４で受信されたときの位相差や、複数の衛星からの電波信号情報に基づき、移動局ユニット１０３と基準局ユニット１０４との相対位置を計算し、移動局ユニット１０３の位置計算を行う。上記の計算は処理部１１０に格納された自律走行プログラム１２１により行われる。
【００３０】
このように構成することにより、散布作業機１０１と基準局ユニット１０４との三次元の相対位置、すなわち、圃場内における散布作業機１０１の位置（高さ方向のデータを含む）を高精度かつリアルタイムで測定可能である。
【００３１】
本発明の散布作業機１０１で用いるＧＰＳユニット１０２の位置精度は、圃場の高さ方向に対して数センチ程度と高精度であることから、自律走行時の安全装置として利用することが可能である。
図７に示すような圃場３０４において散布作業機１０１が散布作業を行う場合を考える。圃場３０４の表面の凹凸を加味したＧＰＳアンテナ１０８の圃場表面からの平均高さをＨ、高さの標準偏差をσとする。
例えば、自律走行中にＧＰＳユニット１０２から得られる高さ方向の位置情報から前記平均高さＨおよび標準偏差σを計算するとともに、通常の自律走行時では散布作業機１０１の高さがＨ−３×σからＨ＋３×σの範囲にあるとする。散布作業機１０１の現在の高さが、この設定範囲から外れたときは、異常事態が起こったものと見なしてエンジン９やその他全てを停止させるように処理部１１０に格納された自律走行プログラム１２１を構成する。
圃場３０４の境界部には溝３０５や畦３０６が存在する。畦３０６に散布作業機１０１が乗り上げたときのＧＰＳアンテナ１０８の変位量をΔＨ１、溝３０５に散布作業機１０１の車輪（図７では右側面の前輪７および後輪８）が落ちたときのＧＰＳアンテナ１０８の変位量をΔＨ２とすると、これら変位量ΔＨ１・ΔＨ２は前記標準偏差σの三倍の値よりも十分に大きいので、散布作業機１０１は溝に片輪が落ちたまま走行を続けたり、圃場外に出ても走行を続けることなく、停止する。結果、散布作業機１０１が破損するなどの被害が最小限に抑えられる。但し、ＧＰＳユニット１０２から得られる高さ方向の位置情報に代えて、本機に水平センサを設けて処理部１１０と接続し、設定角度以上傾斜したときに異常と判断して自律走行を停止する構成とすることもできる。
【００３２】
このように構成しておくことにより、散布作業機１０１が自律走行中に誤って圃場外へ出たまま走行を続けたり、転倒することを防止可能である。
なお、本実施例では散布作業機１０１が自律走行を停止する条件として、自律走行時における高さ標準偏差の三倍という値を用いたが、そのほかの値を用いても良く、あるいはオペレータが予め所定の値（高さの上限値・下限値など）を入力し、この所定値を越えたときに自律走行を停止する構成としてもよく、限定されない。
【００３３】
図４に示すように、内界センサ１２２は、速度、姿勢、エンジン回転数、ステアリングの操舵角など、散布作業機１０１を自律走行させる上で必要な情報を検知するためのセンサ類を指す。より具体的には、エンジン回転数センサ、車速センサ、操舵角センサ、方位センサ、ロール傾斜センサ、ピッチ傾斜センサなどである。これら内界センサ１２２からの検知信号は、処理部１１０に送信される。なお、本実施例においては、内界センサ１２２のうち、方位センサ、ロール傾斜センサ、ピッチ傾斜センサなどは移動局ユニット１０３と同じ収納部１０６内に配設されているが、これらのセンサ類の配設位置については特に限定されない。
【００３４】
図１から図４に示すように、株倣いセンサ１２３は、散布作業機１０１の機体前部下面（車輪前方）に配設される。株倣いセンサ１２３は散布作業機１０１が作物を車輪で踏んだりしないように、圃場に所定の間隔を空けて植わっている作物を検知し、該散布作業機１０１の走行方向を制御するために用いられる。株倣いセンサ１２３からの検知信号も処理部１１０に送信される。
【００３５】
内界センサ１２２、株倣いセンサ１２３からの検知信号、およびＧＰＳユニット１０２による散布作業機１０１の位置情報に基づき、処理部１１０内に格納された自律走行プログラム１２１によって散布作業機１０１の速度、姿勢、エンジン回転数、ステアリングの操舵角などを自律操作するための信号が自律操作手段１２４に送信される。該自律操作手段１２４は、より具体的には、ステアリング駆動アクチュエータやステアリング駆動電磁弁（図示せず）、ブーム昇降用パワーシリンダ（ブーム昇降用シリンダ３８に相当）、ブーム開閉用パワーシリンダ（ブーム開閉用シリンダ４３に相当）、ブーム水平制御用パワーシリンダ（ブーム水平制御用シリンダ３９に相当）、アクセルアクチュエータ、主クラッチ用アクチュエータ、株倣いセンサ昇降アクチュエータなどである。
なお、本実施例においては、ＧＰＳユニット１０２から得られる散布作業機１０１の位置情報は高さ方向に対しても高い精度を持つ。そのため、自律作業中に圃場からブーム４０までの高さが略一定となるようブーム昇降用シリンダ３８を制御し、薬液の散布状態を略一定にすることが可能である。
【００３６】
無線操作手段１３３はオペレータが携帯し、散布作業機１０１から離れた位置から各種の操作をおこなうためのものである。図４に示すように、本実施例の無線操作手段１３３は内部に合計六点の接点スイッチを備え、それぞれ第一ボタン１６３、第二ボタン１６４、第三ボタン１６５、第四ボタン１６６、第五ボタン１６７、第六ボタン１６８によりオン・オフされる。
自律走行時においてオペレータが行う遠隔操作としては、次の十種類の操作が挙げられる。すなわち、（１）非常時の緊急停止（エンジン停止）は第一ボタン１６３、（２）散布作業機の発進・停車は第二ボタン１６４、（３）ブーム上昇は第四ボタン１６６、（４）ブーム下降は第六ボタン１６８、（５）右側方ブーム開は第三ボタン１６５＋第四ボタン１６６、（６）右側方ブーム閉は第三ボタン１６５＋第六ボタン１６８、（７）左側方ブーム開は第五ボタン１６７＋第四ボタン１６６、（８）左側方ブーム閉は第五ボタン１６７＋第六ボタン１６８、（９）株倣いセンサ上昇は第三ボタン１６５＋第五ボタン１６７＋第四ボタン１６６、（１０）株倣いセンサ下降は第三ボタン１６５＋第五ボタン１６７＋第六ボタン１６８、である。
このように一つまたは複数のボタンを組み合わせて押すことにより、操作性を損なわず、無線操作手段１３３に設けられた接点スイッチの個数（本実施例においては六個）よりも多い種類（本実施例では十種類）の操作を可能としている。
【００３７】
また、前記無線操作手段１３３に替えて、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）１６２を使用することも可能である。該ＰＤＡ１６２は、自律走行コントローラである移動局ユニット１０３の処理部１１０と無線ＬＡＮ接続可能に構成され、前記無線操作手段１３３と同様の指示を散布作業機１０１に対して行うことができる。さらに散布作業機１０１の諸情報を該ＰＤＡ１６２の表示部１６２ａに表示したり、制御パラメータを遠隔で変更することが可能である。すなわち、ＰＤＡ１６２はサイズが小さくオペレータが携帯可能であり、表示部１６２ａ、タッチパネルやボタンなどの入力手段、および通信機能を備えるので、前記無線操作手段１３３と遠隔監視モニタの機能を併せ持つものである。
【００３８】
図８にＰＤＡ１６２の表示部１６２ａの表示例を示す。該表示部１６２ａには散布作業機１０１の情報（例えば、ＧＰＳユニット１０２により得られる位置情報、当該圃場の薬液必要量や薬液タンク２４内の薬液残量、薬液散布速度（単位時間当たりの散布量）から予想される薬液補給までの時間）が表示される情報ウインドウ１７０、当該圃場の形状および圃場内の散布作業機位置１７１ａ、自律走行経路および薬液補充位置１７１ｂを示す平面図１７１、および前記無線操作手段１３３のボタンに相当するコマンドボタン１７２・１７２・・・などが表示される。
なお、表示部１６２ａの表示方法などは限定されるものではなく、前記情報ウインドウ１７０、平面図１７１、コマンドボタン１７２の表示を順に切替えられる構成とするなどしてもよい。
【００３９】
図９にＰＤＡ１６２の表示部１６２ａの別表示例を示す。該表示部１６２ａには、現在の時刻、方位、当該圃場形状、圃場内を自律走行中の散布作業機の位置、自律走行経路、燃料メータ、薬液タンク残量メータ、作業終了予定時刻等が表示される。作業終了予定時刻は自律走行経路の全長や、散布作業機の走行速度、あるいはスリップ率（処理部１１０からの指令による走行速度から予測される走行距離と、ＧＰＳユニット１０２の位置情報から得られる実際の走行距離との比から求められる）などから計算・表示される。
このように、作業終了予定時刻が表示されることにより、オペレータは次の作業計画を立てるのが容易となり、効率的に作業を進めることが可能である。
【００４０】
続いて、散布作業方法の実施例を図１０および図１１を用いて説明する。
例えば図１０に示すような平面視長方形の圃場である水田１２６で散布作業を行う場合、水田１２６内に均一に、言い換えれば、一度も散布されていない場所（未散布領域）や複数回散布される場所（重複散布領域）が生じないように薬液を散布することが重要である。よって、散布作業を行う散布作業機１０１が左右の側方ブーム４２Ｌ・４２Ｒを車体側方に伸ばした時の横幅（以後「全幅」と呼ぶ。１０メートル程度）と略同じ幅を持つ水田１２６の外縁部１２６ａ（図１０における斜線部）を残し、該外縁部１２６ａの内側に位置する作業開始地点１２８（または作業開始地点１３１）から散布作業を開始する。最後に外縁部１２６ａを一周しながら散布作業して作業終了地点１２９（または作業終了地点１３２）から散布作業機１０１が水田１２６の外に退出する。すなわち、図１０において実線および点線で示された経路に沿って散布作業機１０１が走行しつつ、散布作業を行うのである。
このとき、図１０に示される散布作業機１０１の走行経路のうち、実線で示された部分は薬液散布作業を行いつつ走行する工程（以後「散布工程」と呼ぶ）を示し、点線で示された部分は薬液散布作業を行わずに走行する工程（以後、「移動工程」と呼ぶ）を示している。
【００４１】
本発明の散布作業機１０１における散布作業の場合、水田１２６端部の任意の地点である作業車進入地点１２７までオペレータが散布作業機１０１を運転し、作業車進入地点１２７で停車させて散布作業機１０１から降りる。次に、オペレータは携帯している無線操作手段１３３により、散布作業機１０１の自律走行を開始させる（自律走行開始ボタンを押す）。散布作業機１０１は作業直前に水田１２６の外縁部１２６ａを周回し、ＧＰＳユニット１０２から得られた水田１２６の形状を処理部１１０に記憶し、自律走行プログラム１２１により、水田１２６の形状に関する情報を基に作業経路を自動作成しておくか、予め圃場毎の作業経路データを作成しておき、処理部１１０に記憶しておく。
【００４２】
散布作業機１０１は処理部１１０内に格納されている自律走行プログラム１２１により、水田１２６の形状に関する情報を基に作業車進入地点１２７から作業開始地点１２８までの作業車誘導経路を自動作成する。
散布作業機１０１は前記作業車誘導経路（作業車進入地点１２７から作業開始地点１２８まで）を自律走行後、停車することなく薬液散布作業を開始し、ＧＰＳユニット１０２による位置情報を基に自律走行を続ける。最後に作業終了地点１２９まで到達すると、散布作業機１０１は自動的に自律走行を終了し、停車する。
【００４３】
なお、散布作業機１０１の自律走行経路は幾通りも作成することが可能であるが、作業速度の観点から見れば、走行経路が最も短い経路を選択することが望ましい。ただし、実際には圃場内に障害物（看板・鉄塔脚など）が存在したり、圃場の特定箇所が軟弱地盤であったり、あるいは作業車が圃場に進入できる地点が特定の場所に制約されるなど、種々の状況が考えられる。
また、散布作業機１０１が一度散布作業を行った場所を再び通過することは、薬液散布による害虫駆除・防除効果の観点から見て好ましいことではない。よって、処理部１１０に予め諸条件を入力するか、記憶させておくとともに、これらの諸条件を加味した上で最適の走行経路を選択可能に自律走行プログラム１２１を構成することが重要である。
【００４４】
次に、自律走行中における薬液タンク２４内の薬液量の管理、および薬液が無くなった場合の散布作業機１０１の挙動について説明を行う。
本実施例の散布作業機１０１の薬液タンク２４は運転席１４を側面及び後面から覆う形状を有している。該薬液タンク２４内には、図１３に示すように薬液量計測手段である液面レベル検知手段１９０が設けられる。該液面レベル検知手段１９０は静電容量式、光学式、超音波式などのレベルセンサまたは液面センサ、あるいは接触センサまたは感圧センサであり、薬液タンク２４内の薬液量を検知し、本機コントローラ１６９に送信可能に構成される。
なお、液面レベル検知手段１９０は液面の上限および下限を検知する形式としても、液面レベルを精度良く計測する形式としてもよい。また、液面レベル検知手段１９０の配設位置は、例えば感圧センサの場合は薬液タンク２４の底面内壁であったり、静電容量式の液面センサの場合は薬液タンク２４の上面内壁であったり、光学式のレベルセンサの場合は側面内壁であったりするので、限定されない。
【００４５】
図１２に示す如く、薬液タンク２４後部下面の左右略中央には該薬液タンク２４から薬液を送り出す吸水口２４ａが設けられていて、該吸水口２４ａから噴霧ポンプ４の薬液流入口まではホース４６を介して連通接続されている。そして、同じく薬液タンク２４の背面下部には、ポンプ部３６から薬液タンク２４へ還流される薬液の戻り口９４ａ・９５ａ・９６ａ・９７ａが前記吸水口２４ａを中心として左右に二つずつ設けられている。これらの戻り口９４ａ・９５ａ・９６ａ・９７ａは薬液タンク２４の下部に設けられて、該戻り口９４ａ・９５ａ・９６ａ・９７ａより薬液タンク２４へ還流される薬液の流圧を利用して薬液タンク２４内の薬液を撹拌する構成とされている。
【００４６】
図１３に示す如く、薬液は薬液タンク２４の吸水口２４ａからホース４６を介して三方切換コック７７へ流入し、ストレーナ７８で異物を除去された後、噴霧ポンプ４内に流入する。
【００４７】
噴霧ポンプ４のクランクケースには、エアチャンバ及び安全弁が前後に配されており、ピストンの往復動で圧送された薬液を蓄圧して吐出口より一定圧力で吐出することが可能である。
また、前記噴霧ポンプ４の吐出口から吐出された薬液のうち、設定圧力以上の余水は安全弁７９からホース９４を経て、薬液タンク２４背面に設けられた戻り口９４ａに還流される。
【００４８】
一方、設定圧力以下の薬液はホース４５を通じて散布量制御装置３へと導かれる。散布量制御装置３は、二つの流量制御弁（噴霧側バルブ９１、戻し側バルブ９０）によって、ブーム４０のノズル２３・２３・・・に圧送する薬液の量を制御している。該散布量制御装置３はモータ３０により開閉され、該モータ３０は、本機コントローラ１６９により作動する構成となっている。該本機コントローラ１６９への指令は、運転席１４付近に設けられた手動スイッチによっても、自律走行コントローラである制御部（処理部）１１０によっても行うことが可能である。
噴霧ポンプ４からホース４５を介して分岐管３２に流入した薬液は、ここで、噴霧側経路と薬液タンク戻り側経路に分岐される。該分岐管３２の薬液タンク戻り側経路であるホース９５の中途部には戻し側バルブ９０が配設されており、該戻し側バルブ９０が開いているときは、薬液はホース９５を経て、薬液タンク２４の背面下部に設けられた戻り口９５ａより薬液タンク２４へ還流する。
【００４９】
一方、分岐管３２から噴霧側経路へ送られた薬液は、ホース９９を通って噴霧側バルブ９１へ導かれる。噴霧側バルブ９１は、散布作業時には開かれて、該噴霧側バルブ９１の開放具合によって、ブーム４０に設けられたノズル２３・２３・・・より噴出する薬液の量を制御する。
【００５０】
噴霧側バルブ９１を通過した薬液は、さらに、撹拌分岐管３３に流入する。該撹拌分岐管３３には二つの撹拌排出口９６ｂ・９７ｂが設けられており、夫々の撹拌排出口９６ｂ・９７ｂには薬液タンク後下部に設けられた戻り口９６ａ・９７ａへ接続されるホース９６・９７が連結されている。撹拌排出口９６ｂ・９７ｂから圧送された薬液は、薬液タンク２４へ還流して該薬液タンク２４内の薬液を撹拌する。従って、前述の二つのタンク戻り口９４ａ・９５ａと合わせて、合計四つの戻り口９４ａ・９５ａ・９６ａ・９７ａから薬液タンク２４内へ送られる薬液の流れを利用して、薬液は防除作業中は常に撹拌され、薬液の濃度に偏りが発生したり、沈殿等が生じたりしないように構成される。
【００５１】
また、前記撹拌分岐管３３には流量センサ５７が設けられている。従って、該流量センサ５７によって、ブーム４０のノズル２３・２３・・・に圧送される薬液量を検知することが可能である。また、流量センサ５７に替わり、圧力センサを設けることも可能である。該流量センサ５７は本機コントローラ１６９に接続され、流量に関するデータを送信可能に構成される。
前記撹拌分岐管３３を通過した薬液は吐出バルブ３１に到達し、該吐出バルブ３１が開放されているときはブーム４０に設けられたノズル２３・２３・・・へ配管１７５を通って送られる。配管１７５の他端側は三つに分岐してそれぞれ散布開閉バルブ１７６・１７７・１７８に接続される。電磁バルブ等より構成される散布開閉バルブ１７６・１７７・１７８は互いに独立して開閉可能に構成され、その開閉動作は本機コントローラ１６９と接続して制御される。
配管１７９は右側方ブーム４２Ｒに沿って配設され、その一端はフレキシブルホース１７９ａにより散布開閉バルブ１７６に接続される。そして、配管１７９の他端側は閉塞されており、中途部に複数のノズル２３が設けられている。同様に、配管１８０は前方ブーム４１に沿って配設され、その一端はフレキシブルホース１８０ａにより散布開閉バルブ１７７に接続される。そして、配管１８０の他端側は閉塞されており、中途部に複数のノズル２３が設けられている。配管１８１は左側方ブーム４２Ｌに沿って配設され、その一端はフレキシブルホース１８１ａにより散布開閉バルブ１７８に接続される。
【００５２】
本機コントローラ１６９に送信された薬液タンク２４の薬液残量に関する情報は前述のＰＤＡ１６２の表示部１６２ａや本機備え付けの表示部１１２に表示され、オペレータは散布作業機の搭乗時、自律走行中を問わず薬液残量をリアルタイムで知ることが可能である。
【００５３】
また、当該圃場の面積や単位面積当たりの薬液散布量を予めＰＤＡ１６２や本機備え付けの操作部１１１から処理部１１０へ入力しておくことにより、薬液（あるいは肥料）を補充する際に必要な薬液補充量がＰＤＡ１６２の表示部１６２ａや本機備え付けの表示部１１２に計算・表示されるとともに、必要な薬液補充量が補充されるとブザーやランプが作動して、余剰の薬液を補充しないで済むように構成することも可能である。
【００５４】
以上の如く構成することにより、余剰の薬液（あるいは肥料）を補充しなくても良いので、経済性に優れる。また、自律走行開始前に当該圃場に必要な薬液量が判るので、自律走行中に薬液が無くなり、散布作業機１０１を圃場端部まで誘導して薬液を補充したりするなど煩雑な作業が発生することを回避することが可能である。
【００５５】
なお、本実施例においては、散布作業機１０１の本機コントローラ１６９と自律走行コントローラである処理部１１０とは別体であり、これらの間をケーブルで接続する構成としたが、これらを一体化して、ＣＰＵやＲＡＭやＲＯＭ等を備える一つの制御手段により制御する構成としても良い。
【００５６】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成したので、以下に示すような効果を奏する。
【００５７】
即ち、請求項１に示す如く、ＧＰＳと、内界センサとを搭載し、処理部により自律的に走行制御して作業を行う農業用作業車であって、
ＧＰＳから得られる高さ方向の位置情報と、農業用作業車の高さ変位量とを比較し、設定値以上変位したときは自律走行を停止するように制御したので、農業用作業車が自律走行中に誤って圃場外へ出たまま走行を続けたり、溝にはまって走行不能となったり、転倒したりすることを未然に防止可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の農業用作業車の一実施例である散布作業機の側面図。
【図２】本発明の農業用作業車の一実施例である散布作業機の平面図。
【図３】本発明の農業用作業車の一実施例である散布作業機の正面図。
【図４】本発明における自律走行システムの模式図。
【図５】本発明の農業用作業車の一実施例である散布作業機の斜視図。
【図６】基準局ユニットを示す図。
【図７】農業用作業車の圃場上の位置とＧＰＳアンテナの高さとの関係を示す図。
【図８】ＰＤＡ表示部の表示例を示す模式図。
【図９】ＰＤＡ表示部の別表示例を示す模式図。
【図１０】本発明の農業用作業車による自律走行経路の実施例を示す模式図。
【図１１】本発明における自律走行のフローチャート図。
【図１２】薬液タンクの後面図。
【図１３】薬液配管系統を示す模式図。
【符号の説明】
１０１　農業用作業機
１０２　ＧＰＳユニット
１０３　移動局ユニット
１０４　基準局ユニット
１０８　ＧＰＳアンテナ

Claims (1)

1. ＧＰＳと、内界センサとを搭載し、処理部により自律的に走行制御して作業を行う農業用作業車であって、
   ＧＰＳから得られる高さ方向の位置情報と、農業用作業車の高さ変位量とを比較し、設定値以上変位したときは自律走行を停止するように制御したことを特徴とする農業用作業車。

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