JP2010142185A - 自律走行苗移植機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明では、野菜苗等のポット苗を自律走行しながら畝に移植する苗移植機で、畝上を走行しながら畝の終端に達すると反転して隣の畝に移動して苗の移植を継続できるようにする自律走行苗移植機を提供することが課題である。
【解決手段】走行機体１３の底部に畝Ｕの上面に接触して畝Ｕを検出する畝センサ２８を設け、該畝センサ２８が畝Ｕの終端を検出するとＵターン制御を開始して隣の畝Ｕに移動すべく制御して自律走行苗移植機を構成した。
【選択図】図１

Description

この発明は、自律的に走行しながら野菜苗等のポット苗を畝に移植する自律走行苗移植機に関する。

圃場を自律走行しながら農作業を行う自律走行農作業車として、トラクタやスピードスプレヤーや田植機等が特許文献に記載されている。例えば、特開２００８−１３１８８０号公報にＧＰＳを利用して圃場の走行作業位置を確認しながら自律走行する田植機が記載されている。
特開２００８−１３１８８０号公報

本発明では、野菜苗等のポット苗を自律走行しながら畝に移植する苗移植機で、畝上を走行しながら畝の終端に達すると反転して隣の畝に移動して苗の移植を継続できるようにする自律走行苗移植機を提供することが課題である。

上記本発明の課題は、次の技術手段により解決される。
請求項１に記載の発明は、走行機体１３の底部に畝Ｕの上面に接触して畝Ｕを検出する畝センサ２８を設け、該畝センサ２８が畝Ｕの終端を検出するとＵターン制御を開始して隣の畝Ｕに移動すべく制御して自律走行苗移植機を構成した。

この構成で、自動苗移植機は、畝センサ２８が畝Ｕの終端を検出して自動でＵターンして隣の畝Ｕに移って苗の移植作業を継続する。

請求項１に記載の発明では、自律走行苗移植機が自動で多数並んだ畝Ｕを移りながら苗へ苗の移植作業を継続するので、作業者が圃場へ入って走行機体１３を反転させる作業が必要無くなり、苗の移植作業の省力化が図られる。

この発明の一実施例として自律走行苗移植機の一例である野菜移植機１を図面に基づき詳細に説明する。

この野菜移植機１は、前輪３と後輪２からなる四輪の走行部１ａによって畝Ｕを跨いだ状態で走行機体（メインフレーム）１３を走行させながら、苗供給装置４と苗植付装置５等からなる植付部１ｂで苗トレイＴ内の野菜のポット苗を畝Ｕの上面に植付ける構成となっている。自動制御を解除して手動操作で作業する場合には、作業者は、畝Ｕ間を歩きながら走行機体１３の後方に設けた操縦ハンドル６の左右グリップ６ａを持って走行機体１３を操縦操作する。

以下、各部の構成について説明する。
走行部１ａは、走行機体１３の後部に装着するミッションケース７の上部にエンジン９が配置されて直接動力が伝動されている。エンジン９の左側面部には該エンジン９の動力で駆動する油圧ポンプ１０が設けられている。また、エンジン９の上側には燃料タンク１１等が設けられ、その上部をボンネット１２が覆っている。

前輪３と後輪２を装着する走行機体１３の後部から後斜め後方に向けて後部フレーム１４を設け、この後部フレーム１４の上端に操縦ハンドル６を前端部が回動調節自在になるように取り付けられており、操縦ハンドル６の左右グリップ６ａは高さ調節できるようになっている。

後輪２は走行部ミッションケース７の左右側面から突出する左右後輪駆動軸１５に装着され、前輪３はメインフレーム１３の前端に操向可能に装着する左右前輪従動軸１６に軸支されている。

苗供給装置４は、メインフレーム１３から前上方に向けて設ける前フレーム１７に設けられ、前輪３よりも前方へ略水平に張り出す搬送ベルトからなる苗補給装置１８とこの苗補給装置１８の後部から後下方に張った苗送り装置１９で構成され、苗補給装置１８上の苗トレイＴが苗送り装置１９で後下方へ送られる。苗供給装置４の下方には空箱収納ケース３３を設けて、苗送り装置１９で苗取り装置２４に苗が取り出されて空になった苗トレイＴが落下収納する。

苗送り装置１９の上端に前照灯３１を設けて夜間に前方を照らすようにしている。
植付部１ｂは、前側が前フレーム１７に枢支され後側が後部フレーム１４から前方へと突設したブラケット２１に枢着の昇降シリンダ２２に取り付けられた植付け昇降台２０に植付伝動ケース２３を装着し、この植付伝動ケース２３の上側に苗取り装置２４が装着され、下側に苗植付装置２５が装着されている。そして、苗送り装置１９から苗取り装置２４で苗を取り出し、苗植付装置２５へ供給して、この苗植付装置２５が畝Ｕへ降下して苗を植え付ける。

前記のブラケット２１上には補助苗載せ台２６を設け、この補助苗載せ台２６の荷枠先端で前記苗植付装置２５の真上位置にＧＰＳアンテナ２７を設けていて、ＧＰＳアンテナ２７の位置が苗の植付位置となって、畝Ｕの左右中央をＧＰＳアンテナ２７が移動するように走行部１ａを制御して、苗が畝Ｕの左右中央に植え付けられるようにしている。

この補助苗載せ台２６は作業者が手動で植え付け作業を行う際に補給苗トレイを載せ置く。
メインフレーム１３の前後略中央に下方へ向けて付勢した畝センサ２８と鎮圧ローラ２９を設けている。畝センサ２８は畝高さを検出して植付け昇降台２０を昇降制御して苗の植付深さを一定にし、鎮圧ローラ２９は植え付けた苗の左右地面を押しつけて苗を安定すると共に、畝センサ２８が畝Ｕの終端で畝Ｕから外れて落下すると畝Ｕが終了したことを感知するようにして、この畝センサ２８が畝Ｕの終了を感知すると走行部１ａを隣の畝ＵへＵターンするように制御し、再び畝センサ２８が畝Ｕの存在を検出すると苗の植え付けを再開する。このＵターンは、後輪２と前輪３のトレッド幅で旋回する。

以上の如き野菜移植機１の構成で、自動制御のためのセンサ類が次の如く設けられている。
苗補給装置１８の先端には前方へ向けて後述する自動苗搬送機４０との位置合わせをする位置確認センサ３０を設け、苗送り装置１９には苗トレイＴが無くなったことを検出する苗切れセンサ３２を設け、苗取り装置２４には苗の状態と苗を取ったことを検出する苗確認センサ３８を設ける。苗確認センサ３８は苗取り装置２４が取る２、３株前を監視し、欠株であればその株を苗取り装置２４が取らないように苗送り装置１９を早送りし、植付株数のカウントを行わない。苗送り装置１９を早送りしても植付位置までに苗を取れない場合には走行速度を遅くしたり停止したりして調整する。

なお、苗確認センサ３８を苗補給装置１８から苗送り装置１９へ引き継ぐ位置に設けて、早めに欠株を発見するようにしても良い。
燃料タンク１１には燃料が少なくなったことを検出する燃料センサ３４を設け、操縦ハンドル６にはスロットルレバー３６の動きを検出するスロットルセンサ３７を設けている。

苗切れセンサ３２からの苗切れ信号によって、この苗切れセンサ３２の取付位置と植付間隔から苗が無くなる位置を算出して苗切れ位置として後述する統合制御装置５５へ送信する。なお、植付間隔によって苗切れセンサ３２の取付位置を変更して苗切れ位置送信タイミングに合わせても良い。

さらに、植付け昇降台２０の後端下側には鎮圧ローラ２９の後で畝Ｕの上面に向けてライト付きカメラ３５を設けて植え付けた苗の状態を映し、写した苗の状態を分析して最適の植付深さになるように植付け昇降台２０を昇降制御する。このライト付きカメラ３５は苗植付装置２５の真後ろであって植え付けた苗を確実に捉え、植付け昇降台２０の下側で雨を防ぐ。

苗植付装置２５が苗を畝Ｕに植え付ける植付間隔は、畝Ｕの長さと植付株数を入力し機体に備えたマイコンで自動的に算出し、入力した植付株数を移植するが、走行速度とＧＰＳで測定する実移動距離からスリップ率を算出し、そのスリップ率を考慮したタイミングで苗植付装置２５を作動して植付間隔を計画通りに修正する。また、スリップ率を考慮してエンジン９の回転数も制御する。

もし、ぬかるんでいる圃場や急傾斜の圃場や急に雨が降り出した等の理由で、スリップ率が適宜に設定する限界スリップ率を超えると、植え付け作業に適しないとして、植え付け作業を中断する。

エンジン９の燃料消費率を算出し、エンジン９を低速回転にすれば畝Ｕを往復するのが可能と判断出来れば、低速回転で植え付け作業を続行し、低速回転でも往復が出来ないと判断すれば、畦道側の畝Ｕの終端で走行を停止し、ブザーなどで作業者に知らせる。

苗移植機の動力源としてエンジンとモータを搭載し、適宜に使い分けるようにすれば良い。例えば、下り傾斜地を走行するにはモータを使用したり、上り傾斜地の走行でも強いトルクが必要な場合にはモータを使用したり、夜間作業時にモータを使用したり、エンジンの燃料が少なくなるとモータを使用したりすれば良い。

次に、自動苗搬送機４０を図２で説明する。
この自動苗搬送機４０は、左右の前輪４１と後輪４２を設けた走行車体３９に五段の棚４５を形成した棚枠４８を設け、バッテリ４３と車軸駆動モータ４４で移動可能にしている。棚４５は左右方向に開放し、各段に三列の苗トレイＴを載置可能にしている。

棚枠４８の上枠５４にカメラ付き抜き取り装置５０を前後左右に移動可能に設け、発育不良等の不良苗を苗トレイＴから抜き取って所定位置へ廃棄し、別の補給用苗を苗トレイＴの抜き取り位置へ補給するようにしている。また、水噴射ノズル５１と薬剤或は肥料の散布ノズル５２を前後左右に移動可能に設け、植え付け待機中に灌水し薬剤或は肥料を散布するようにしている。さらに、棚枠４８の上中央に位置してＧＰＳアンテナ４９を設けている。

棚枠４８の左右片側に、昇降シリンダ４６を前後移動可能に設け、この昇降シリンダ４６の上に苗トレイＴの取出し装置４７を設けて、棚枠４８上の苗トレイＴ位置に移動して苗トレイＴを引き出すようにしている。取出し装置４７を設けた側では前輪４１と後輪４２の棚枠４８との間を広くして取出し装置４７が前後に支障なく動けるようにし、反対側は前輪４１と後輪４２の棚枠４８との間を接近させて作業者が近づいて苗トレイＴを補充し易くしている。取出し装置４７は搬送ベルトで構成し、棚４５上の苗トレイＴを載せて引き出すのである。

図３で、自律走行苗移植機１と自動苗搬送機４０の動きを制御する統合制御装置５５による連携制御状態を説明する。統合制御装置５５は、畦際等に設置したり作業者が持参したりしている。

自律走行苗移植機１と自動苗搬送機４０は、ＧＰＳによって圃場内の位置を統合制御装置５５によって把握されている。
自律走行苗移植機１は、畝Ｕに沿って走行しながら苗を植え付け、一列の畝Ｕへの植え付けが終わるとＵターンして次の列の畝に移動して植付を続行するのであるが、苗切れセンサ３２で苗送り装置１９上の苗が終了し或は減少したことを検出すると、統合制御装置５５で自律走行苗移植機１が植え付け作業を中断して畝Ｕの端まで移動するように指令し、同時に自動苗搬送機４０を自律走行苗移植機１が移動してくる位置に移動するように指令する。

畝Ｕの端で出会った自律走行苗移植機１と自動苗搬送機４０は、まず、自動苗搬送機４０が棚４５から取出し装置４７上に移動し、次に自律走行苗移植機１の苗補給装置１８を位置確認センサ３０で取出し装置４７を確認しながら位置合わせして、自動苗搬送機４０の取出し装置４７が苗補給装置１８上に苗トレイＴを送り出す。空箱収納ケース３３の空苗トレイＴは、人手で取り出す。

このようにして、苗補給装置１８と苗送り装置１９に苗トレイＴを満載すると、自律走行苗移植機１が植え付けを中断した位置に戻って苗の植え付け作業を再開する。
図４はリモコン野菜移植機６０の実施例を示している。

このリモコン野菜移植機６０は、前輪６１と後輪６２からなる四輪の走行部によって畝Ｕを跨いだ状態で走行機体を進行させながら、苗供給装置６３と苗植付装置６４等からなる植付部６５で苗トレイＴ内の野菜のポット苗を畝Ｕの上面に植付ける構成となっている。手動で作業を行う場合には、作業者は、畝Ｕ間を歩きながら走行機体の後方に設けた操縦ハンドル６６を持って適宜操縦操作する。

走行機体の前部にミッションケース６７が搭載され、そのミッションケース６７の前部にエンジン６８が配置されている。エンジン６８の上側には燃料タンクが設けられ、その上部をボンネット６９が覆っている。

苗供給装置６３は、走行機体の上方後方側に配置されており複数個のポット苗を縦方向と横方向とに多数収容した苗トレイＴを後側が高くなるように傾斜して載置支持する苗タンク７２を設け、この苗供給装置６３の前方側に配置されていて苗取出爪によって前記苗トレイＴから苗を一つずつ取出して苗ホッパーへと搬送する苗取装置で植付部６５を構成されている。左右の前輪６１，６１の間には畝上面に接触して畝の存在を検出する畝センサ７４を設け、機体後部の鎮圧輪７６の後部にあって植え付け苗を監視する植付カメラ７７を設けている。

植付部６５の前側に、育苗トレイが載せられる予備苗載台７３が取り付けられている。
このリモコン野菜移植機６０は、リモコン操縦装置８０を手持ちにして遠隔で操縦することを可能にしている。

リモコン操縦装置８０は、図５の如く、リモコン野菜移植機６０との通信制御が行われていることを示す作動確認ランプ８１とリモコン野菜移植機６０が異状によって停止していることを示す停止ランプ８２を設け、圃場を映す圃場カメラ７５（図６参照）のリモコン野菜移植機６０と苗置き台車９６をモニタ画面８９に表示する。このモニタ画面８９には、植付作業時にはリモコン野菜移植機６０をメインに表示し、リモコン野菜移植機６０と苗置き台車９６が共に表示されない場合には何らかの故障としてリモコン野菜移植機６０と苗置き台車９６を停止する。

リモコン操縦装置８０に設ける操作スイッチは、畦終りスイッチとして走行を停止する停止スイッチ８３ａと停止解除スイッチ８３ｂを設け、リモコン野菜移植機６０が畦Ｕの終端に達すると作業終了をリモコン操縦装置８０に知らせて自動停止するようにするが、自動停止が働かない場合には安全装置が働いて強制的に停止し、リモコン操縦装置８０の停止ランプ８２を点滅して停止状態を知らせ、安全装置が働いて停止した場合には、リモコン野菜移植機６０側の停止解除スイッチ８３ｂを押さなければ走行を開始しない。

また、リモコン野菜移植機６０からの信号は常にリモコン操縦装置８０へ送信され作動確認ランプ８１を点灯しているが、リモコン野菜移植機６０からリモコン操縦装置８０に信号が届かなくなると、リモコン野菜移植機６０は畦Ｕの終端で停止し、作動確認ランプ８１が消灯する。

その他に、苗植付装置６４の作動を入・切する植付スイッチ８４ａ，８４ｂ、機体を昇降させる昇降スイッチ８５ａ，８５ｂ、機体を前進・後進させる走行スイッチ８６ａ，８６ｂ，植付株数を入力する植付株数入力スイッチ８７、施肥装置の作動をオン・オフする施肥スイッチ８８ａ，８８ｂ、苗の植え付け深さを調整する植付調整スイッチ９０ａ，９０ｂ、植付株間隔を調整する株間調整スイッチ９１ａ，９１ｂ、潅水装置の作動をオン・オフする灌水スイッチ９４ａ，９４ｂ、苗置き台車９６を走行させる台車スイッチ９５ａ，９５ｂを設けている。

駆動輪である後輪６２の回転数から算出する計算移動距離と実際に移動した実移動距離から算出したスリップ率をスリップ率表示部９２に表示し、カメラ７５でカウントした欠株数を欠株表示部９３に表示する。

このリモコン野菜移植機６０での植え付け状態は、前記植付カメラ７７で植付直後の苗を撮影して、リモコン操縦装置８０のモニタ画面８９に映し出して不良株を判断したりする。そして、畝Ｕのどの位置に欠株が生じたかをデータとして記憶し、植付の終わった畝Ｕを戻る際に欠株通過時に作業者に欠株であることを知らせて苗の植え直しを行える。

このリモコン野菜移植機６０は、危険な傾斜圃場等で使用し、畝Ｕを登り或は降りながら植え付けを行い、畝Ｕ端に来ると同じ畝Ｕを戻ってくるようにする。戻る際には機体と鎮圧輪７６を上昇させて植え付けた苗を倒さないようにする。

前述の如く、苗植付装置６４が苗を畝Ｕに植え付ける植付間隔は、畝Ｕの長さと植付株数を入力し走行によって得られたスリップ率を考慮して自動的に算出するが、その植付け間隔をリモコン操縦装置８０のモニタ画面８９に表示し、株間調整スイッチ９１ａ，９１ｂによって植付け間隔を変更することも可能にする。

自律走行苗移植機の全体側面図である。 自動苗搬送機の全体側面図である。 作業状態を示す圃場全体の平面図である。 リモコン野菜移植機の全体側面図である。 リモコン操縦装置の平面図である。 作業状態を示す圃場全体の平面図である。

符号の説明

Ｕ 畝
１３ 走行機体
２８ 畝センサ

Claims (1)

1. 走行機体（１３）の底部に畝（Ｕ）の上面に接触して畝（Ｕ）を検出する畝センサ（２８）を設け、該畝センサ（２８）が畝（Ｕ）の終端を検出するとＵターン制御を開始して隣の畝（Ｕ）に移動すべく制御した自律走行苗移植機。

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