JP2005215742A - 農業用作業車 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】GPS102と、内界センサ122と、を具備し、自律的に作業を行う農業用作業車101において、GPSにより取得した圃場の位置情報に基づいて作業範囲を予め設定し、該作業範囲の外に移動したときに自律走行を停止させる。
【選択図】図1
Description
また、散布作業の省力化、高精度化、トレーサビリティの確立(農薬等の使用量や使用時期についての情報取得および記録)等を目的として、GPSや内界センサ類を具備し、自律的に走行および散布作業を行う農業用作業車も検討されている。
このような農業用作業車は、センサ類により作物を検知し、車輪で踏まないように避けつつ高精度の作業を行うことができ、かつ、作業者が降車した状態でも遠隔操作により操作可能である。従って、作業者が乗車し、作物を車輪で踏まないように手動操作で避けつつ作業を行う従来の農業用作業車と比較して作業性に優れている。
しかし、農業用作業車が作業者から遠く離れた位置で自律走行しつつ作業を行っている場合や、作業者が他の作業をしたり、あるいは不注意で農業用作業車から目を離している場合には、作業者が農業用作業車の異常に気付かず、農業用作業車が作業者の意図に反した挙動をとる場合も想定される。
(1)の「トレース異常挙動」は、農業用作業車が自律走行経路から大きく外れて走行する挙動を指す。
農業用作業車がトレース異常挙動をとると、薬液を圃場に均一に散布することができず、圃場内に重複散布領域や未散布領域を生じさせるとともに、ひどい場合には農業用作業車が自律走行時の作業範囲(圃場)の外まで移動し、自律走行作業(自律走行しつつ所定の作業を行うことであり、散布機を具備し、圃場を走行しながら農薬や肥料等の薬液を散布する農業用作業車の場合、薬液散布作業が「所定の作業」に相当する)を適正に行うことが困難であった。
(2)の「走行異常挙動」は、走行に係る部分に異常が発生して農業用作業車がある場所で停車(もしくは非常に遅い速度で走行、または特定の領域で旋回)しているが、作業に係る部分(散布機)は適正に作動している挙動を指す。
農業用作業車が走行異常挙動をとると、必要以上の量の薬液が散布された重複散布領域を圃場内に生じさせるおそれがあった。
(3)の「作業異常挙動」は、走行に係る部分は適正に作動しているが、作業に係る部分に異常が発生して所定の作業(例えば散布機による薬液散布作業)が適正に行われていない挙動を指す。
農業用作業車が作業異常挙動をとると、圃場内で作業が適正に行われない(散布機を具備する農業用作業車の場合、圃場内に農業用作業車が通過したにも関わらず全く薬液が散布されない未散布領域を圃場内に生じさせる)おそれがあった。
従って、自律走行作業(自律走行しつつ所定の作業を行うこと)を適正に行うことが可能である。
従って、自律走行作業(自律走行しつつ所定の作業を行うこと)を適正に行うことが可能である。
従って、自律走行作業(自律走行しつつ所定の作業を行うこと)を適正に行うことが可能である。
さらに、圃場のぬかるんでいる場所から農業用作業車が抜け出せなくなった状態で長時間走行を続けていると、車輪がぬかるんだ場所に深くはまり込んでしまい、農業用作業車を当該ぬかるんだ場所から引き上げるのが困難になるが、このような事態を回避することも可能となる。
従って、自律走行作業(自律走行しつつ所定の作業を行うこと)を適正に行うことが可能である。
従って、自律走行作業(自律走行しつつ所定の作業を行うこと)を適正に行うことが可能である。
また、GPSによる位置情報の取得が不可能になったり、GPSにより取得した位置情報の精度が悪化しても、GPSによる位置情報の取得が可能となるまでの間またはGPSにより取得した位置情報の精度が回復するまでの間は推測航法または慣性航法により農業用作業車の位置を補間しつつ自律走行を継続するため、GPSによる位置情報の取得が可能な状態と不可能な状態とが短いサイクルで起こるケースや、GPSにより取得した位置情報の精度の悪化と回復とが短いサイクルで起こるケースにおいては自律走行を継続することが可能であり、作業性に優れる。
さらに、推測航法または慣性航法による自律走行が長時間行われた場合には乗用管理機の位置情報の誤差が大きくなり、農業用作業車が自律走行経路から外れて走行する可能性があるが、このような事態を防止可能である。
従って、自律走行作業(自律走行しつつ所定の作業を行うこと)を適正に行うことが可能である。
さらに、GPS衛星の配置等に起因して、一時的にGPSによる位置情報の取得が不可能になったりGPSにより取得した位置情報の精度が悪化する度に、作業者が農業用作業車が停止した場所まで移動して自律走行を再開させなくても、自動的に自律走行を再開するので作業性に優れる。
特に、GPSによる位置情報の取得が可能な状態と不可能な状態とが短いサイクルで起こるケースや、GPSにより取得した位置情報の精度の悪化と回復とが短いサイクルで起こるケースにおいて有効である。
従って、自律走行作業(自律走行しつつ所定の作業を行うこと)を適正に行うことが可能である。
従って、自律走行作業(自律走行しつつ所定の作業を行うこと)を適正に行うことが可能である。
従って、機体の破損を防止可能であるとともに、自律走行作業(自律走行しつつ所定の作業を行うこと)を適正に行うことが可能である。
なお、本発明は本実施例の乗用管理機101に限定されるものではなく、圃場を走行しつつ薬液散布作業を行う農業用作業車に広く適用可能である。
また、図2においては説明の便宜上キャビン45を省略している。
なお、本実施例では、ブーム駆動部35は走行機体22の前部および側部に配設され、ポンプ部36は後部に配設されている。
走行機体22の機体前端より後方へ向けて、左右一対の機体フレーム6L・6Rが水平方向に延設されている。該機体フレーム6L・6Rの前部下方には前車輪7・7が支承され、後部下方に後車輪8・8が支承されている。
また、乗用管理機101のフレームの各構成部材である機体フレーム6L・6R、サブフレーム52L・52Rはそれぞれ中空の四角または丸型のパイプまたはL型やH型等の鋼材が用いられ、軽量かつ高剛性に構成される。
キャビン45は直射日光や風雨等に加えて、乗用管理機101により圃場に散布される薬剤(薬液)から作業者を保護するものである。
キャビン45はボンネット10の後端部左右に立設された一対の前フレーム46・46、薬液タンク24の上面に立設された左右一対の後フレーム47・47、前フレーム46・46および後フレーム47・47に支持されてキャビン45の上面を形成するルーフ48、透明な強化プラスチックや強化ガラスからなりキャビン45の前面を形成するフロントガラス49、透明な可撓性の樹脂製シートからなりキャビン45の左右側面を形成する側部被覆体50・50、透明な可撓性の樹脂製シートからなりキャビン45の後面を形成する後部被覆体(図示せず)等で構成される。
ルーフ48には外気をキャビン45の内部に送り込むためのファン51が設けられる。また、ファン51の外気吸引口には開放時に前方を遮蔽する蓋51aが設けられるとともに、薬液や塵埃等を除去するフィルタ53が設けられる。さらに、前記側部被覆体50・50はキャビン45の左右側面を全面に渡って被覆するのではなく、作業者の足元部を常に開放している。また、ルーフ48には後述する移動局ユニット103が設けられる。
外気は、薬液が到達することが少ない圃場表面から高い位置からフィルタ53により薬液等が除去された後、ファン51によりキャビン45内部に送り込まれ、下向きの気流を形成しつつ下方に移動し、キャビン45の左右側面の足元部より外部に排出される。このように構成することにより、キャビン45の内部への散布薬液の侵入を防止し、作業者を保護している。
リンク機構37は走行機体22の前部に配置され、作業機(本実施例の場合、ブーム40に相当する)を昇降可能に支持する。リンク機構37は平行リンクからなり、前方ブーム41と機体フレーム6L・6Rの前部の間を連結し、該平行リンクの一方と機体フレーム6L・6Rの間にシリンダ38・38を介装している。該シリンダ38・38を伸縮させることによりブーム40を上下昇降可能としている。
そして、前方ブーム41の左右中央部を枢支ピン44によりリンク機構37に対して枢支し、左右傾倒可能に支持するとともに、該前方ブーム41とリンク機構37の間にシリンダ39を介装している。該シリンダ39の伸縮によりブーム40を水平制御する。
ブーム40は薬液散布用の前方ブーム41および側方ブーム42L・42Rから構成されている。前方ブーム41はリンク機構37に取り付けられて走行機体22の正面前方に配置される。側方ブーム42L・42Rは前方ブーム41の左右両端に枢支され、後方に折畳み(回動)可能である。そして、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。
前方ブーム41と側方ブーム42L・42Rの間には、それぞれシリンダ43・43が介装され、該シリンダ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。
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、単独測位、相対測位、DGPS(ディファレンシャルGPS)測位、RTK−GPS(リアルタイムキネマティック−GPS)測位など種々の方法が挙げられるが、本実施例では測定精度の高いRTK−GPS測位方式が採用されている。
RTK−GPS(リアルタイムキネマティック−GPS)測位は、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。
RTK−GPS(リアルタイムキネマティック−GPS)測位は、基準局と観測点の両点で位相の測定(相対測位)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。
なお、本発明に適用されるGPSについては前記他の方法を用いてもよく、限定されない。
GPSアンテナ108で受信されたGPS衛星125・125・・・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。
自律走行プログラム121aは、乗用管理機101に自律走行による散布作業を行わせるためのプログラムである。自律走行プログラム121aに基づく自律走行の詳細については後述する。
なお、本実施例においては移動局ユニット103をキャビン45のルーフ48に設けているが、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10に収納しても良い。
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、ダイアルなど作業者が操作可能であればよく、その形式は限定されない。さらに、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。
基準局設置台55は地面に対して静置される基部55aと、回転軸55bと、アーム55cとで構成され、アーム55cの中央部は回転軸55bに旋回可能に枢着されており、アーム55cの左右端部にGPSアンテナを取付可能としている。
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は本発明の乗用管理機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。
内界センサ122は、乗用管理機101に設けられ、速度、姿勢、エンジン回転数、ステアリングの操舵角など、乗用管理機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。
内界センサ122の具体例としては、エンジン回転数センサ、車速センサ、操舵角センサ、地磁気方位センサ、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。
株倣いセンサ123は、乗用管理機101の機体前部下面に配設される。株倣いセンサ123は乗用管理機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、該乗用管理機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。
自律走行手段124は処理部110からの信号に基づいて作動するアクチュエータ群であり、具体的には、走行に関するアクチュエータ群であるステアリング駆動アクチュエータ、ステアリング駆動電磁弁(図示せず)、アクセルアクチュエータ、主クラッチ用アクチュエータ等や、薬液散布作業に関するアクチュエータ群であるブーム昇降用パワーシリンダ(シリンダ38に相当)、ブーム開閉用パワーシリンダ(シリンダ43に相当)、ブーム水平制御用パワーシリンダ(シリンダ39に相当)、散布バルブ用アクチュエータ(ポンプ部36とブーム40のノズル23・23・・・とを接続する配管の中途部に設けられ、薬液の散布・停止を行う散布バルブを操作するアクチュエータ)、等が挙げられる。
なお、本実施例においては、GPSユニット102から得られる乗用管理機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シリンダ38を制御し、薬液の散布状態を一定にすることが可能である。
無線操作手段133は作業者が携帯し、乗用管理機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。より具体的には、後で詳述する乗用管理機101の自律走行の開始・停止、エンジンの停止、側方ブーム42L・42Rの開閉、ブーム40の昇降などを該無線操作手段133で操作可能に構成される。
まず、ステップS101において、基準局設置台55を圃場56の外部に設営(固定)し、該基準局設置台55のアーム55cの一端に基準局ユニット104側のGPSアンテナ114を取り付ける。そして、基準局ユニット104の電源をオンにし、ステップS102に移行する。
なお、GPSユニット102の初期化時にGPSアンテナ114およびGPSアンテナ108のスワップを行うことにより、初期化に要する時間を短縮することが可能である。
なお、圃場56の四隅の測位については、同一圃場で後日作業を行う際には前回の測位結果を用いても良く、省略することが可能である。
また、本実施例では圃場56の平面視形状が四角形であったが、圃場の平面視形状がその他の多角形でも良く、その場合には当該角部(隅)を測位する。さらに、圃場の平面視形状が曲線を含むような形状の場合には、多角形で近似する。
なお、以下の説明では、自律走行経路について、図中で「太い実線」で表示されている部分は薬液散布がオンの状態(薬液を圃場56に散布している状態)で走行する部分を表し、図中で「太い点線」で表示されている部分は薬液散布がオフの状態(薬液を圃場56に散布していない状態)で走行する部分を表すものとする。
このように構成することにより、圃場156や圃場256の四隅の測位を省略し、初期化作業に要する時間を短縮可能であるとともに作業性が向上する。
なお、ここでいう「自律走行の停止」とは、乗用管理機101の停車(その場で静止すること)だけでなく、作業機の動作の停止(本実施例においては、薬液散布を停止すること)をも含む。
しかし、乗用管理機101が作業者から遠く離れた位置で自律走行している場合や、作業者が他の作業をしたり、あるいは不注意で乗用管理機101から目を離している場合には、作業者が乗用管理機101の異常に気付かず、乗用管理機101が長時間にわたって作業者の意図(すなわち、乗用管理機101が自律走行経路を精度良くトレースしつつ走行し、圃場に均一かつ適正量の薬液を散布すること)に反した挙動をとる場合も想定される。
乗用管理機101がトレース異常挙動を起こす場合の具体例としては、乗用管理機101の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)が故障したり、操舵機構(図示せず)に作業範囲(圃場)に落ちていた針金や紐状物が絡みついたりして乗用管理機101が操舵不能となった(進行方向を変更できなくなった)場合(操舵角センサにより検知)、GPSによる乗用管理機101の位置情報の取得が不能となった場合、GPSにより取得した乗用管理機101の位置情報の精度が悪化した場合、乗用管理機101が無線操作手段133から遠く離れたために無線操作手段133からの指令信号を受信できなくなった場合、等が挙げられる。
乗用管理機101がトレース異常挙動をとると、薬液を圃場に均一に散布することができず、圃場内に重複散布領域(同じ領域に重複して薬液が散布されることにより、必要以上の量の薬液が散布された領域)や未散布領域(農業用作業車が通過したにも関わらず全く薬液が散布されない領域)を生じさせるおそれがある。
また、ひどい場合には乗用管理機101が自律走行時の作業範囲(圃場)の外まで移動し、自律走行作業(自律走行経路を精度良くトレースして自律走行しつつ所定の作業を行うことであり、乗用管理機101の場合、所望量の薬液を圃場に均一に散布することが「所定の作業」に相当する)が不可能となる。
乗用管理機101が走行異常挙動を起こす場合の具体例としては、作業範囲(圃場)内にひどくぬかるんだ領域が存在し、当該領域にて乗用管理機101が抜け出せなくなった場合(エンジン回転数センサおよび車速センサにより検知)、作業範囲(圃場)内に障害物が存在し、当該障害物に乗用管理機101が引っかかってその場を動けなくなった場合(エンジン回転数センサおよび車速センサにより検知)、作業範囲(圃場)内に傾斜地が存在し、該傾斜地にて乗用管理機101が横転した場合(ロール傾斜センサにより検知)、等が挙げられる。
乗用管理機101が走行異常挙動をとると、重複散布領域を圃場内に生じさせるおそれがある。
乗用管理機101が作業異常挙動を起こす場合の具体例としては、ブーム40に設けられたノズル23・23・・・が目詰まりを起こした場合(車速センサおよび噴霧ポンプ3の回転数センサにより検知)、薬液タンク24内の薬液が無くなってしまった場合、ポンプ部36に何らかの異常(故障)が発生した場合、ブーム40またはブーム駆動部35に何らかの異常(故障)が発生した場合、等が挙げられる。
乗用管理機101が作業異常挙動をとると、圃場内で作業が適正に行われない(乗用管理機101の場合、圃場内に農業用作業車が通過したにも関わらず全く薬液が散布されない未散布領域を圃場内に生じさせる)おそれがある。
自律走行の停止方法の第一実施例においては、乗用管理機101は、予め設定した作業範囲外に移動したときに自律走行を停止する。
次に、処理部110が、自律走行時にGPSにより乗用管理機101(より厳密には、乗用管理機101に設けられたGPSアンテナ108、あるいはGPSアンテナ108の位置と方位センサの出力により演算された乗用管理機101の最外形位置)の位置情報を取得し、該位置情報と作業範囲とを比較し、乗用管理機101が作業範囲の内部または外部のいずれに位置するかを判断する。
そして、乗用管理機101が作業範囲の外部に位置している(乗用管理機101が作業範囲外に移動した)と判断した場合に、乗用管理機101を停車させるとともに、ポンプ部36やブーム駆動部35を停止させる。
従って、自律走行作業(自律走行しつつ所定の作業を行うこと)を適正に行うことが可能である。
また、このように複数の停車方法を組み合わせて使用することにより、走行用クラッチやブレーキに万一故障があった場合でも、他の停車方法により乗用管理機101を停車させることが可能であり、自律走行時に異常が発生した場合の乗用管理機101の停車に関する信頼性が向上する。
また、乗用管理機101が作業範囲外に移動する(はみ出す)のを特に避けたい場合には、前記圃場56の四隅で囲まれた領域の内側に所定距離L2だけ縮小された領域56bを作業範囲として設定可能とすることにより、より効果的に乗用管理機101の自律走行の停止を行うことが可能である。
なお、上記所定距離L1および所定距離L2の値を図3に示す操作部111により入力することにより領域56aおよび領域56bを設定可能とすることで、作業範囲の設定が容易となり作業性に優れる。
自律走行の停止方法の第二実施例においては、乗用管理機101は、走行速度と進行方向とに基づいて所定時間経過後の農業用作業車の位置を予測し、当該予測された位置が予め設定した作業範囲外となるときに自律走行を停止する。
次に、処理部110が、自律走行時にGPSにより乗用管理機101(より厳密には、乗用管理機101に設けられたGPSアンテナ108)の位置情報を取得し、該位置情報と、内界センサ122を構成する車速センサや操舵角センサ、地磁気方位センサ等からの情報(信号)と、に基づいて、所定時間T1(sec)経過後の乗用管理機101の位置を推定する。以下、当該推定された所定時間T1(sec)経過後の乗用管理機101の位置を「推定位置」と呼ぶ。
続いて、推定位置と作業範囲とを比較し、推定位置が作業範囲の内部または外部のいずれに位置するかを判断する。
そして、推定位置が作業範囲の外部に位置していると判断した場合に、乗用管理機101が予め設定した作業範囲外に移動する可能性があると判断して、乗用管理機101を停車(または減速)させるとともに、ポンプ部36やブーム駆動部35を停止させる。
従って、自律走行作業(自律走行しつつ所定の作業を行うこと)を適正に行うことが可能である。
また、所定時間T1が長すぎると、推定位置と所定時間T1経過後の乗用管理機101の実際の位置と誤差が大きくなり(乗用管理機101の将来の挙動を精度良く予測することが困難となり)、これに基づいて乗用管理機101の自律走行の停止を判断することは好ましくないからである。
自律走行の停止方法の第三実施例においては、乗用管理機101は、制御手段からの指令信号と異なる挙動を所定時間以上継続したときに自律走行を停止する。
このとき、処理部110は内界センサ122からの情報等に基づいて、乗用管理機101が制御手段である処理部110からの指令信号に基づく挙動を行っているか、または、異なる挙動を行っているかを判断する。ここで、「処理部110からの指令信号に基づく挙動」とは、自律走行経路に沿って走行しつつ薬液散布作業を行うための乗用管理機101の車速、進行方向(方位)、位置、ブーム40の姿勢、ポンプ部36の動作等を指す。
そして、乗用管理機101が制御手段である処理部110からの指令信号に基づく挙動と異なる挙動(例えば、車速が十分でない、自律走行経路から大きく外れた位置を走行している、右旋回の指令信号を出しているのに直進している等)を所定時間T2(sec)以上継続していると処理部110が判断した場合に、乗用管理機101を停車(または減速)させるとともに、ポンプ部36やブーム駆動部35を停止させる。
従って、作業範囲である圃場内に重複散布領域や未散布領域を生じさせることを防止し、自律走行作業(自律走行しつつ所定の作業を行うこと)を適正に行うことが可能である。
また、圃場のぬかるんでいる場所から乗用管理機101が抜け出せなくなった状態で長時間走行を続けていると、車輪がぬかるんだ場所に深くはまり込んでしまい、乗用管理機101を当該ぬかるんだ場所から引き上げるのが困難になるが、このような事態を回避することも可能となる。
これは、所定時間T2が短すぎると度々乗用管理機101が自律走行を停止してしまい、作業性が却って悪くなる場合があるためである。また、所定時間T2が長すぎると、制御手段の指令信号と異なる挙動を長時間継続することとなり、所望の効果を得られない(重複散布領域や未散布領域の発生、機体の破損等)場合があるためである。
自律走行の停止方法の第四実施例においては、乗用管理機101は、GPSによる位置情報の取得が不可能になったとき、または、GPSにより取得した位置情報の精度が悪化したとき、に自律走行を停止する。
処理部110は、DOP信号の出力値が所定の値よりも大きくなった(すなわち、DOP値が所定の値よりも大きくなった)場合にGPSにより取得した位置情報の精度が悪化したと判断して、乗用管理機101を停車(または減速)させるとともに、ポンプ部36やブーム駆動部35を停止させる。
従って、作業範囲である圃場内に重複散布領域や未散布領域を生じさせることを防止し、自律走行作業(自律走行しつつ所定の作業を行うこと)を適正に行うことが可能である。
自律走行の停止方法の第五実施例においては、乗用管理機101は、GPSによる位置情報の取得が不可能になったとき、または、GPSにより取得した位置情報の精度が悪化したとき、に自律走行を停止し、GPSによる位置情報の取得が可能になったとき、または、GPSにより取得した位置情報の精度が回復したとき、に自律走行を再開する。
また、自律走行の停止方法の第五実施例においては、乗用管理機101は、前記DOP信号が所定値以下となった場合にはGPSにより取得した位置情報の精度が回復したと判断して、乗用管理機101の自律走行を再開する(乗用管理機101を自律走行経路に沿って走行させるとともに、ポンプ部36やブーム駆動部35を作動させる)。
従って、作業範囲である圃場内に重複散布領域や未散布領域を生じさせることを防止し、自律走行作業(自律走行しつつ所定の作業を行うこと)を適正に行うことが可能である
さらに、GPS衛星の配置等に起因して、一時的にGPSによる位置情報の取得が不可能になったり、GPSにより取得した位置情報の精度が悪化する度に、作業者が乗用管理機101が停止した場所まで移動して自律走行を再開させなくても、自動的に自律走行を再開するので作業性に優れる。
特に、GPSによる位置情報の取得が可能な状態と不可能な状態とが短いサイクルで起こるケースや、GPSにより取得した位置情報の精度の悪化と回復とが短いサイクルで起こるケースにおいて有効である。
自律走行の停止方法の第六実施例においては、乗用管理機101は、GPSによる位置情報の取得が不可能になったとき、または、GPSにより取得した位置情報の精度が悪化したとき、に内界センサによる推測航法または慣性航法に切り替えて自律走行を継続し、GPSによる位置情報の取得が不可能な状態が所定時間継続したとき、または、GPSにより取得した位置情報の精度が悪化した状態が所定時間継続したとき、に自律走行を停止する。
具体的には、ある時刻t1におけるGPS出力信号に基づいて求められた乗用管理機101の位置を前記既知の地点とし、微小時間Δt経過後の乗用管理機101の位置を、時刻t1における乗用管理機101の速度(内界センサ122の一つである車速センサまたは前車輪7・7または後車輪8・8の回転数を検知するロータリーエンコーダ等により求められる)および時刻t1における移動方向(内界センサ122の一つである地磁気方位センサにより求められる)に基づいて特定する。これをある時刻t1から現在(時刻(t1+n×Δt);nは整数)まで繰り返すことにより、乗用管理機101の現在位置を特定する。
具体的には、内界センサ122の一つである加速度センサにより乗用管理機101の加速度を求め、該加速度を用いて乗用管理機101の現在位置を特定する。
また、処理部110は、DOP信号の出力値が所定の値よりも大きくなった(すなわち、DOP値が所定の値よりも大きくなった)場合にGPSにより取得した位置情報の精度が悪化したと判断して、内界センサによる推測航法または慣性航法に切り替えて自律走行を継続する。
ただし、推測航法または慣性航法は、継続している時間が長くなるほど実際の乗用管理機101の位置と、推測航法または慣性航法により特定(推定)された位置との誤差が大きくなる。そこで、所定時間以内にGPSによる位置情報の取得が可能になったとき、または、GPSにより取得した位置情報の精度が回復したとき、にはGPSによる自律走行を再開し、推測航法または慣性航法を所定時間以上継続する(すなわち、GPSによる位置情報の取得が不可能な状態や、GPSにより取得した位置情報の精度が悪化した状態が所定時間以上継続する)場合には自律走行を停止する構成としている。
従って、作業範囲である圃場内に重複散布領域や未散布領域を生じさせることを防止し、自律走行作業(自律走行しつつ所定の作業を行うこと)を適正に行うことが可能である。
また、GPSによる位置情報の取得が不可能になったり、GPSにより取得した位置情報の精度が悪化しても、GPSによる位置情報の取得が可能となるまでの間またはGPSにより取得した位置情報の精度が回復するまでの間は推測航法または慣性航法により乗用管理機101の位置を補間しつつ自律走行を継続するため、GPSによる位置情報の取得が可能な状態と不可能な状態とが短いサイクルで起こるケースや、GPSにより取得した位置情報の精度の悪化と回復とが短いサイクルで起こるケースにおいては自律走行を継続することが可能であり、作業性に優れる。
さらに、推測航法または慣性航法による自律走行が長時間行われた場合には乗用管理機の位置情報の誤差が大きくなり、乗用管理機101が自律走行経路から外れて走行する可能性があるが、このような事態を防止可能である。
自律走行の停止方法の第七実施例においては、乗用管理機101は、無線操作手段133からの信号の取得が不可能になったときに自律走行を停止する。
ここで、「無線操作手段133からの信号の取得が不可能になった」状態としては、図9に示す如く、無線操作手段133と乗用管理機101との距離が遠くなり、無線操作手段133からの信号(作動確認信号)を取得可能な範囲である操作範囲90の外部に乗用管理機101が位置する場合、無線操作手段133に何らかの異常(故障)が発生した場合、無線操作手段133の電池またはバッテリーが切れた場合、無線操作手段133の電源スイッチが入っていない(オンになっていない)場合、無線操作手段133および乗用管理機101の周囲の電波の状態が悪い場合、等が挙げられる。なお、操作範囲90の大きさ(半径R1)は、無線操作手段133の電池の残量や、無線操作手段133および乗用管理機101の周囲の電波の状態、周囲の地形等により変化する場合がある。
具体的には、図3に示す如く、乗用管理機101には受信部107が設けられており、制御周期毎に無線操作手段133から送られてくる作動確認信号が途絶えた(信号の取得が不可能になった)ときに乗用管理機101を停車させるとともに、ポンプ部36やブーム駆動部35を停止させる。
従って、作業範囲である圃場内に重複散布領域や未散布領域を生じさせることを防止し、自律走行作業(自律走行しつつ所定の作業を行うこと)を適正に行うことが可能である。
自律走行の停止方法の第八実施例においては、乗用管理機101は、機体の前後方向または/および左右方向の傾斜角度を検出する傾斜角度検出手段を設け、該傾斜角度に基づいて、自律走行の走行速度を変更する、または、自律走行を停止する。
より具体的には、乗用管理機101は、内界センサ122の一つであり、乗用管理機101の機体の前後方向の傾斜角度を検出可能な傾斜角度検出手段であるピッチ傾斜センサ、および、機体の左右方向の傾斜角度を検出可能な傾斜角度検出手段であるロール傾斜センサを具備しており、該ピッチ傾斜センサおよびロール傾斜センサの検出信号を処理部110が取得することにより、機体の前後方向および左右方向の傾斜角度を検出し、該検出された傾斜角度に基づいて、自律走行の速度を変更する、または、自律走行を停止する。
図10の(a)に太い実線で示す如く、機体の左右方向の傾斜角度(図10(a)においては機体が右下がりとなる場合(右方向へ傾斜する場合)の傾斜角度を正とする)が、ゼロから所定の傾斜角度θ1(または所定の傾斜角度−θ1)までは自律走行時の走行速度が所定の速度V1から一次関数的に減少し、機体の左右方向の傾斜角度が所定の傾斜角度θ1以上、または、所定の傾斜角度−θ1以下となった場合には、機体の走行速度をゼロとする(すなわち、機体を停車させる)とともに、ポンプ部36やブーム駆動部35を停止させる方法、が挙げられる。
また、図10の(a)に太い点線で示す如く、機体の左右方向の傾斜角度が所定の傾斜角度−θ1から所定の傾斜角度θ1の範囲内にある場合は、自律走行時の走行速度を所定の速度V1で一定に保持し、機体の左右方向の傾斜角度が所定の傾斜角度−θ1から所定の傾斜角度θ1の範囲外となった場合には、機体の走行速度をゼロとする(すなわち、機体を停車させる)とともに、ポンプ部36やブーム駆動部35を停止させる方法、としても良い。
機体の前後方向の傾斜角度についても、上記機体左右方向の傾斜角度の場合と同様に、傾斜角度に応じて走行速度を減速させたり、所定の傾斜角度を越えた場合に機体の走行速度をゼロとする(すなわち、機体を停車させる)とともに、ポンプ部36やブーム駆動部35を停止させることが可能である。
従って、機体の破損を防止可能であるとともに、作業範囲である圃場内に重複散布領域を生じさせることを防止し、自律走行作業(自律走行しつつ所定の作業を行うこと)を適正に行うことが可能である。
また、本実施例では機体の前後方向の傾斜角度を検出可能な傾斜角度検出手段であるピッチ傾斜センサと、機体の左右方向の傾斜角度を検出可能な傾斜角度検出手段であるロール傾斜センサと、の両方を具備していたが、圃場の状況、使用条件等によってはピッチ傾斜センサまたはロール傾斜センサのいずれか一方を省略することも可能である。
自律走行の停止方法の第九実施例においては、乗用管理機101は、機体の前後方向または/および左右方向の傾斜角速度を検出する傾斜角速度検出手段を設け、該傾斜角速度が所定の設定値を超えたときに自律走行を停止する。
以下では、機体左右方向の傾斜角速度を例にとって、該傾斜角速度に基づいて自律走行の速度を変更する、または、自律走行を停止する方法の具体例を示す。
乗用管理機101は、傾斜角速度検出手段として内界センサ122の一つであるロール傾斜センサを用い、処理部110がロール傾斜センサの検出値の時間微分を行うことにより、機体の左右方向の傾斜角速度(図10(b)においては機体が正面視で右回り(時計回り)する場合の傾斜角速度を正とする)を算出する。
そして、当該算出された傾斜角速度が所定の傾斜角速度−ω1から所定の傾斜角速度ω1の範囲内にある場合は、自律走行時の走行速度を所定の速度V2で一定に保持し、機体の左右方向の傾斜角速度が所定の傾斜角速度−ω1から所定の傾斜角速度ω1の範囲外となった(所定の設定値を超えた)場合には、機体の走行速度をゼロとする(すなわち、機体を停車させる)とともに、ポンプ部36やブーム駆動部35を停止させる。
機体の前後方向の傾斜角速度についても、ピッチ傾斜センサを用い、上記機体左右方向の傾斜角速度の場合と同様に処理部110がピッチ傾斜センサの検出値の時間微分を行うことにより機体の前後方向の傾斜角速度を算出し、該傾斜角速度所定の値を越えた場合に機体の走行速度をゼロとする(すなわち、機体を停車させる)とともに、ポンプ部36やブーム駆動部35を停止させることが可能である。
従って、機体の破損を防止可能であるとともに、作業範囲である圃場内に重複散布領域を生じさせることを防止し、自律走行作業(自律走行しつつ所定の作業を行うこと)を適正に行うことが可能である。
また、本実施例では機体の前後方向の傾斜角速度を検出可能な傾斜角速度検出手段であるピッチ傾斜センサと、機体の左右方向の傾斜角速度を検出可能な傾斜角速度検出手段であるロール傾斜センサと、の両方を具備していたが、圃場の状況、使用条件等によってはピッチ傾斜センサまたはロール傾斜センサのいずれか一方を省略することも可能である。
これは、乗用管理機101に係るGPSはRTK−GPS測位であるため、機体の水平方向(前後左右方向)だけでなく、機体の鉛直方向(上下方向)についても高精度な測位が可能であり、該一対のGPSアンテナの位置情報に基づき、機体左右方向または機体前後方向の傾斜角度や傾斜角速度を精度良く算出することが可能であることによる。
自律走行の停止方法の第十実施例においては、乗用管理機101は、雨量センサ91を具備し、処理部110は該雨量センサ91から取得した検知信号に基づいて現在の雨量を求める。そして、該雨量が所定の値を超えたと判断した場合には乗用管理機101を停車(または減速)させるとともに、ポンプ部36やブーム駆動部35を停止させる。
このように構成することにより、所定の雨量を超えて雨が降っている場合には自律走行を停止することができ、無駄な薬液散布作業をすることを防止することが可能である。
なお、薬液散布時に該薬液による誤動作を防止するという観点から見て、雨量センサ91は地上から高い位置(例えば、乗用管理機101のルーフ48の上面)に設けることが望ましい。
なお、処理部110は降雨予測センサ92から取得した検知信号に基づいて数時間後に雨が降るか否かを予想し、雨が降ると判断した場合に、直ちに自律走行を停止するのではなく、作業者にその旨を通報(例えば、無線操作手段133のランプを点灯させる等)し、作業者が自律走行を停止するか否かを最終的に決める構成としても良い。
自律走行の停止方法の第十一実施例においては、乗用管理機101は、音声センサ93を具備し、処理部110は該音声センサ93からの検知信号に基づき、異常音を検知したと判断した場合には乗用管理機101を停車(または減速)させるとともに、ポンプ部36やブーム駆動部35を停止させる。ここで、異常音とは通常の自律走行時には検知されない波長または大きさの音を指し、例えば乗用管理機101の駆動部に異常が発生したときに該駆動部が発する音等が挙げられる。
このように構成することにより、乗用管理機101に異常が発生した場合に、当該異常箇所の故障や破損を最小限に抑えることが可能である。
これは、風が強いと、薬液が風によって吹き飛ばされ、圃場内の所望の場所に散布することができず、圃場内に未散布領域や重複散布領域を生じさせるとともに、ひどい場合には当該圃場に隣接する別の圃場に薬液を散布したり、周囲の民家等にまで薬液が飛散する場合があることによる。
自律走行の停止方法の第十二実施例においては、乗用管理機101は、風速センサ94を具備し、処理部110は該風速センサ94から取得した風速および風向に係る情報と、内界センサ122の一つである車速センサおよび地磁気方位センサから取得した機体の走行速度および進行方向に係る情報と、に基づいて圃場の風速を算出し、概算出された風速が所定値以上の時は薬液散布に適さない風速の風が吹いていると判断して、乗用管理機101を停車(または減速)させるとともに、ポンプ部36やブーム駆動部35を停止させる。
このように構成することにより、所定の風速を超えて風が吹いている場合には自律走行を停止することができ、圃場内に未散布領域や重複散布領域を生じさせたり、当該圃場に隣接する別の圃場に薬液を散布したり、周囲の民家等にまで薬液が飛散することを防止することが可能である。
このように構成することにより、作業者は乗用管理機101が自律走行を停止したことを直ちに知ることが可能であり、作業性に優れる。
このとき、乗用管理機101のクラクションの鳴らし方やライトの点灯・点滅方法を自律走行を停止した原因毎に変えることにより、作業者は乗用管理機101が自律走行を停止した原因を容易に知ることが可能であり、作業性に優れる。
このように構成することにより、例えば、自律走行中にステアリングが処理部110からの指令信号によらずに操作された場合に、作業者が操作したものか、単なる誤動作かを判断することが可能である。
従って、作業者が乗用管理機101に搭乗した状態で自律走行を行っている場合に作業者が自律走行操作に介入することが可能であるとともに、単なる誤動作の場合には処理部110がこれを無視して自律走行を継続する(または、作業者に通報する)ことが可能であり、作業性に優れる。
このように構成することにより、異常発生時の状況を後日分析する等して次回以降の作業や乗用管理機101のメンテナンス等に役立てることが可能である。
102 GPSユニット(GPS)
122 内界センサ
Claims (9)
- GPSと、内界センサと、を具備し、自律的に作業を行う農業用作業車であって、
農業用作業車が予め設定した作業範囲外に移動したときに自律走行を停止することを特徴とする農業用作業車。 - GPSと、内界センサと、を具備し、自律的に作業を行う農業用作業車であって、
走行速度と進行方向とに基づいて所定時間経過後の農業用作業車の位置を推定し、当該推定された位置が、予め設定した作業範囲外となるときに自律走行を停止することを特徴とする農業用作業車。 - GPSと、内界センサと、を具備し、自律的に作業を行う農業用作業車であって、
農業用作業車が制御手段からの指令信号に基づく挙動と異なる挙動を所定時間以上継続したときに自律走行を停止することを特徴とする農業用作業車。 - GPSと、内界センサと、を具備し、自律的に作業を行う農業用作業車であって、
GPSによる位置情報の取得が不可能になったとき、または、GPSにより取得した位置情報の精度が悪化したとき、に自律走行を停止することを特徴とする農業用作業車。 - GPSと、内界センサと、を具備し、自律的に作業を行う農業用作業車であって、
GPSによる位置情報の取得が不可能になったとき、または、GPSにより取得した位置情報の精度が悪化したとき、に内界センサによる推測航法または慣性航法に切り替えて自律走行を継続し、GPSによる位置情報の取得が不可能な状態が所定時間継続したとき、または、GPSにより取得した位置情報の精度が悪化した状態が所定時間継続したとき、に自律走行を停止することを特徴とする農業用作業車。 - 前記GPSによる位置情報の取得が可能になったとき、または、GPSにより取得した位置情報の精度が回復したとき、に自律走行を再開することを特徴とする請求項4または請求項5に記載の農業用作業車。
- GPSと、内界センサと、を具備し、自律的に作業を行う農業用作業車であって、
無線操作手段からの信号の取得が不可能になったときに自律走行を停止することを特徴とする農業用作業車。 - GPSと、内界センサと、を具備し、自律的に作業を行う農業用作業車であって、
機体の前後方向または/および左右方向の傾斜角度を検出する傾斜角度検出手段を設け、該傾斜角度に基づいて、自律走行の走行速度を変更する、または、自律走行を停止することを特徴とする農業用作業車。 - GPSと、内界センサと、を具備し、自律的に作業を行う農業用作業車であって、
機体の前後方向または/および左右方向の傾斜角速度を検出する傾斜角速度検出手段を設け、該傾斜角速度が所定の設定値を超えたときに自律走行を停止することを特徴とする農業用作業車。
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