JP2017006083A

JP2017006083A - 作業機自動運行システム

Info

Publication number: JP2017006083A
Application number: JP2015127707A
Authority: JP
Inventors: 加藤　哲; Satoru Kato; 哲加藤
Original assignee: Iseki and Co Ltd; Iseki Agricultural Machinery Mfg Co Ltd
Current assignee: Iseki and Co Ltd; Iseki Agricultural Machinery Mfg Co Ltd
Priority date: 2015-06-25
Filing date: 2015-06-25
Publication date: 2017-01-12

Abstract

【課題】複数の圃場作業機を効率よく無人運行する作業機制御システムを提供する。【解決手段】作業機制御システムは、圃場作業装置(１２)と位置検出装置(１３)と通信装置(１４)と制御装置(１５)とを備えて圃場作業走行する複数の圃場作業車両(２…)と、各圃場作業車両(２…)との無線通信によって夫々の圃場作業走行を制御するシステムサーバ(３)とから構成され、前記システムサーバ(３)は、複数の圃場作業車両(２…)の中の先頭位置の圃場作業車両(２)の旋回動作の開始により後続位置の圃場作業車両(２)の走行および作業を一時的に停止制御することにより、複数の機体が圃場端でＵターンする際の相互間の干渉や衝突を回避して、無人運行による効率のよい圃場作業を可能とするものである。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の圃場作業機を無人運行する作業機制御システムに関するものである。

先行特許文献１には、ＧＰＳによる位置情報に基づき、認識した範囲内で自律作業を行う無人農作業機に関する発明が開示されている。

特開２００２-１８６３０９号公報

しかしながら、ＧＰＳ座標は、作業位置の中心の判断基準であるので、複数の作業車両を同一圃場内で作業させると、耕耘や施肥等の作業装置の作業範囲が重複し、土が解され過ぎて圃場が脆くなり、苗移植や播種作業時に走行しにくく、作業能率が低下する問題がある。
また、余分に肥料が供給されて早く育ち過ぎる作物が生じやすくなり、手入れのタイミング遅れ等により、収穫した作物の全体的な品質が低下すると云う問題がある。

本発明は、複数の圃場作業機を効率よく無人運行する作業機制御システムを提供することにある。

請求項１に係る発明は、圃場作業装置(１２)と位置検出装置(１３)と通信装置(１４)と制御装置(１５)とを備えて圃場作業走行する複数の圃場作業車両(２…)と、各圃場作業車両(２…)との無線通信によって夫々の圃場作業走行を制御するシステムサーバ(３)とからなる作業機制御システムにおいて、前記システムサーバ(３)は、複数の圃場作業車両(２…)の中の先頭位置の圃場作業車両(２)（以下において「先行機」と云う。）の旋回動作の開始により後続位置の圃場作業車両(２)（以下において「後続機」と云う。）の走行および作業を一時的に停止制御することを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記システムサーバ(３)は、前記先行機の旋回方向を検出してこの旋回方向から前記後続機の旋回方向を判定し、前記先行機の旋回後の検出位置に基づいて前記後続機を圃場端沿いに直進走行させ、前記先行機の旋回後の作業条に隣接して未作業の作業条に前記後続機を旋回制御することを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項２に係る発明において、前記圃場作業装置(１２)に部分条の伝動を制御する部分クラッチ装置(１２ａ)を設け、前記先行機と前記後続機との間で作業位置が重複する場合に、前記システムサーバ(３)は、前記後行機の部分クラッチ装置(１２ａ)により重複範囲の作業を停止することを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記制御装置(１５)および前記システムサーバ(３)の少なくとも一方と通信可能な作業端末(４)を設け、かつ、前記圃場作業車両(２…)は、作業走行動力供給用のエンジン(２ａ)と、前記エンジン(２ａ)を格納するエンジンルーム(２ｂ)と、前記エンジン(２ａ)の燃料タンク(２ｃ)と、作業走行電力供給用のバッテリ(２ｄ)とを特定機器として備えるとともに、前記作業端末(４)の操作によって送信される前記特定機器の個別の操作許可信号の受信を条件として、前記エンジン(２ａ)の始動、前記エンジンルーム(２ｂ)の解錠、前記燃料タンク(２ｃ)の蓋の解錠、または前記バッテリ(２ｄ)の固定解除の各操作について、前記制御装置(１５)が該当操作を可能に制御することを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項４に係る発明において、前記圃場作業車両(２…)の走行中における走行停止操作は、前記作業端末(４)から送信される走行停止の操作許可信号の受信を条件として、前記制御装置(１５)が前記停止操作を可能に制御し、また、前記走行停止操作後における発進操作は、前記作業端末(４)の操作によって送信される前記圃場作業車両(２…)の発進の操作許可信号の受信を条件として、前記制御装置(１５)が前記発進操作を可能に制御することを特徴とする。

請求項１に係る発明により、圃場作業走行において無人運行する複数機体の位置情報により、先行機の旋回動作の開始時に後続機の走行および作業をシステムサーバ(３)が停止制御することから、複数の機体が圃場端でＵターンする際の互いの旋回軌跡の重なりによる衝突や干渉を防止することができるので、相互の機器破損を防止しつつ、その後の後続機の作業走行の再開が可能となり、無人作業による作業能率の向上とともに、作業コストの大幅な低減が可能となる。

請求項２に係る発明により、請求項１に係る発明の効果に加え、先行機の旋回位置から後続機の旋回終了位置を判定することにより、先行機との重複を避けて後続機の次工程の作業位置を決定できるので、重複作業による能率低下および作物の品質低下の防止を図ることができる。

請求項３に係る発明により、請求項２に係る発明の効果に加え、先行と後続の作業位置の重複条の範囲を後続機が休止して重複作業が無くなるので、重複作業による能率低下および作物の品質低下の防止を図ることができる。

請求項４に係る発明により、請求項１に係る発明の効果に加え、特定機器それぞれの操作の際に、作業端末(４)の操作による操作許可信号の受信を前提条件とすることにより、エンジン始動、エンジンルーム(２ｂ)の開錠、燃料タンク(２ｃ)の蓋の開錠、バッテリ(２ｄ)の取出しについて、セキュリティ性が向上する。

請求項５に係る発明により、請求項４に係る発明の効果に加え、作業端末(４)の操作によって送信される走行停止の操作許可信号を受けていない場合は、圃場作業車両(２…)の走行中における走行停止操作ができないことから、意図しない作業中断、或いは悪意による作業妨害が防止され、作業能率が向上する。
また、一旦停止させた圃場作業車両(２…)を発進操作するときも許可信号を要することから、停止中の走行車体の不測の発進が防止できるので、圃場における機体留置等の取扱いを含め、セキュリティ性が向上する。

圃場作業車両の旋回処理のフローチャート旋回ルート図複数条の施肥作業のフローチャート操作限定制御の一例のフローチャート計画外移動対応制御のフローチャート機械異常対応制御のフローチャート手動操縦対応制御のフローチャート生育管理の基本制御のフローチャート排水口の開閉調節のフローチャート土砂流出データ処理のフローチャート走行調節案内制御のフローチャート

上記技術思想に基づいて具体的に構成された実施の形態について以下に図面を参照しつつ説明する。

（システム構成）
作業機制御システム１は、複数の圃場作業車両２…と、システムサーバ３に作業端末４を加えて構成され、作業端末４による介入下において、複数の圃場作業車両２…の圃場作業走行を可能に構成する。

圃場作業車両２は、変速機等の走行機器１１を備えて圃場作業走行可能に構成するとともに、圃場作業装置１２を装着し、また、ＧＰＳ信号によって機体の移動位置を検出する位置検出装置１３、機体外との情報を送受信する通信装置１４、走行機器や作業機器等の機器を制御する制御装置１５を備える。

上記圃場作業装置１２は、例えば、植付装置、施肥装置、播種装置、ロータリ耕運装置があり、それぞれ、苗の植付け、施肥、播種、土壌耕耘等の圃場作業を行い、多条畝の作業幅を有する植付装置、施肥装置その他について、クラッチ制御により作業幅を変更可能な作業機器もシステム制御対象となる。

システムサーバ３はクラウド上に構成し、各圃場作業車両２の制御装置１５との通信により、それぞれの作業走行を統括制御する。
また、作業端末４は、作業管理者によるシステム介入手段として、圃場作業車両２およびシステムサーバ３と通信可能に構成する。

（旋回制御）
システムサーバ３による統括制御について具体的に説明すると、圃場作業走行において無人運行する複数の圃場作業車両２…の旋回処理について、そのフローチャートを図１に示すように、共同作業する一群の圃場作業車両２…を認識する第１の処理ステップ（以下において、「Ｓ１」の如く略記する。）に続き、複数の圃場作業車両２…の中の先頭位置の圃場作業車両（以下において「先行機」と云う。）の旋回動作の開始の検知（Ｓ２ａ）により、後続位置の圃場作業車両（以下において「後続機」と云う。）の走行および作業の停止（Ｓ２ｂ）を指令して一時的に待機させる。

旋回の検出は、圃場作業走行において無人運行する複数機体の位置情報により、または、ステアリングの切れ角センサによって旋回開始と終了とを判定することができる。システムサーバ３による停止指令は、後続機の制御装置１５を介して走行および作業の停止を
制御する。

この停止指令により、複数の機体が圃場端でＵターンする際の互いの旋回軌跡の重なりによる衝突を防止することができるので、相互の機器破損を防止しつつ、その後の後続機の作業走行の再開が可能となり、無人作業による作業能率の向上とともに、作業コストの大幅な低減が可能となる。

後続機の一時停止において、先行機の位置検知およびそのＹ座標の前後比較によりＹ座標が旋回前と一致するまで待ち（Ｓ３ａ，Ｓ３ｂ）、その旋回方向を後続機の旋回方向として旋回後の位置を算出（Ｓ４ａ，Ｓ４ｂ）して後続機の旋回走行を開始（Ｓ５ａ）し、先行機を回避しうる位置に達した時点で旋回走行を終了（Ｓ５ｂ，Ｓ５ｃ）して各作業機の新たな作業走行に入る（Ｓ６）。

先行機のＵターンが完了すると、図２の旋回ルート図に示すように、後続機がＵターンを３工程目に進入するように走行経路を設定する。すなわち、システムサーバ３は、先行機の旋回方向を検出して、これを後続機の旋回方向とし、先行機の旋回後の検出位置に基づいて後続機を圃場端沿いに直進走行させ、先行機の旋回後の作業条に隣接して未作業の作業条に後続機を旋回制御する。

このように、先行機の旋回終了位置に基づく後続機の旋回終了位置を算出することにより、先行機との重複を避けて後続機の次工程の作業位置を決定できるので、重複作業による能率低下および作物の品質低下の防止を図ることができる。

（作業幅制御）
次に、作業機の作業幅制御については、複数条を作業幅とする作業機に部分条の作動を制御する電動式部分条クラッチ装置１２ａを備える場合に、複数条の施肥作業のフローチャートを図３に示すように、複数の作業機と部分制御用のクラッチ（Ｓ１１ａ，Ｓ１１ｂ）について、各作業機の位置検出によって先行機と後続機の位置を比較し（Ｓ１２ａ，Ｓ１２ｂ）、施肥範囲が重複しない場合の施肥作業の継続（Ｓ１３）を除き、すなわち、施肥範囲が重複する場合は、電動式クラッチの制御によって対応する条の作動を停止（Ｓ１４ａ，Ｓ１４ｂ）する。

このようにして、先行と後続の作業位置の重複条を一方、例えば、後続機側が休止することにより重複作業が無くなるので、苗植付けや施肥等の重複作業による能率低下および作物の品質低下を防止することができる。

（操作制限制御）
次に、エンジン始動操作等の所定の操作について、操作許可がある場合に限り操作を有効とする操作制限制御について説明すると、エンジン始動操作例のフローチャートを図４に示すように、エンジン始動操作が検出されると（Ｓ２１）、システムサーバ３からのエンジン始動許可があればエンジンＯＮ（Ｓ２２ａ，Ｓ２２ｂ）として制御装置１５によりエンジン２ａを始動し、また、システムサーバ３からのエンジン始動許可が無い場合は、作業端末４からのエンジン始動許可によってエンジン２ａを始動する（Ｓ２３ａ，Ｓ２３ｂ）。

したがって、システムサーバ３および作業端末４の両方の許可が共に無い場合は、エンジン始動操作があってもエンジンＯＮが実施されない（Ｓ２４）ことから、セキュリティの向上を図ることができ、作業走行中のエンジン停止操作についても、同様にして、セキュリティを確保することができる。

このような操作制限制御は、作業走行中のエンジン停止操作についても、同様に取扱うことができ、また、必要により、システムサーバ３と作業端末４のいずれかに特定した許可を条件とし、または、両方の同時許可を条件とすることができる。

そのほかに、エンジンルーム２ｂの開放操作、燃料キャップ２ｃの開放操作、バッテリケース２ｄの開放操作、ＨＳＴ等の出力装置２ｅについての停止操作および停止後における再開操作について上記操作制限制御を適用することにより、それぞれセキュリティの確保が可能となる。

特に、ＨＳＴレバー操作については、停止操作の許可がない場合は、圃場作業車両２の走行中における走行停止操作ができないことから、意図しない作業中断、或いは悪意による作業妨害を防止できるので作業能率が向上する。

また、一旦停止させた圃場作業車両２の発進操作について操作許可を条件とすることにより、停止中の走行車体の不測の発進が防止できるので、圃場における機体留置等の取扱いを含め、セキュリティ性が向上する。

上記許可を条件とする操作制限制御は、セキュリティの観点から、通信エラーや機械的故障の発生時は、エラー警告時を含め、適用を除外する。また、無人走行の圃場作業車両２が事前登録した計画ルートを外れた場合は、セキュリティおよび事故防止のために、システムサーバ３、作業端末４、その他の連絡手段によって作業管理者に通報する。

その他、計画外移動対応制御のフローチャートを図５に示すように、作業計画外の場所に無人走行の圃場作業車両２が移動した場合についても、セキュリティおよび事故防止のために、システムサーバ３、作業端末４、その他の連絡手段によって作業管理者に通報する。

無人走行の圃場作業車両２において、停止させた機械の移動が走行検出用の車輪回転センサによって検出された場合は、機械異常対応制御のフローチャートを図６に示すように、セキュリティおよび事故防止のために、システムサーバ３、作業端末４、その他の連絡手段によって作業管理者に通報する。

この場合において、機械の移動検出により、さらに、自動でブレーキを掛け、また、エンジン停止下において機械の移動を検出した場合、および、車輪が停止したままで機械が動き出した場合に、システムサーバ３、作業端末４、その他の連絡手段によって作業管理者に通報する。

また、無人走行の圃場作業車両２において、セキュリティの確保のために、操縦席に圧力センサを設けて着座検出可能に構成し、手動操縦対応制御のフローチャートを図７に示すように、システムサーバ３または作業端末４による事前の情報入力なしに、操縦席に着座した場合に、エンジンを停止し、または、ブレーキを作動するとともに、システムサーバ３、作業端末４によって作業管理者に異常通報する。

（生育管理システム）
次に圃場の水量管理による生育管理システムについて説明する。
圃場の排水口の開閉を遠隔制御可能に構成し、クラウド上に構成したシステムサーバに作業計画を入力し、この作業計画に基づいて、設定時間が来ると排水口を開閉制御して圃場内の水量を調節する生育管理システムを構成する。

生育管理システムは、水管理と生育の関係データを蓄積するのために、システムの基本制御のフローチャートを図８に示すように、排水口を開閉制御と対応して苗の生育状態をカメラ撮影して排水前の水量と苗の生育状況を記録することにより、次回以降の作業計画を策定する際に、水量や排水時期の検討材料として、記録された情報を活用することができる。

排水口の開閉調節は、そのフローチャートを図９に示すように、排水日にカメラを設置して排水の色を検出し、色が濃い場合は排水口を閉じて土砂の流出を防止するように、システムサーバから濃度に応じて排水口を開閉制御する。

圃場の土砂が排水中に多く混入している場合は、通常の透明状態から水の色が変化して色が濃くなり、すなわち、肥料を含んだ圃場の土が流出して肥料不足が生じるとともに、河川の富栄養化を招くことから、排水を中止するべく、排水の色濃度に応じて排水口を開閉制御する。

また、土砂流出データ処理のフローチャートを図１０に示すように、肥料の銘柄ごとの土砂の流出データを蓄積することにより、流出の少ないものを基準に肥料を選定することができる。

（走行対応調節）
代掻作業においては、走行経路が斜めになる等の走行経路の乱れがあると、その場所で急な沈み込みによって植付部の不安定化を招くことから、走行調節案内制御のフローチャートを図１１に示すように、乱れのデータをシステムサーバに蓄積し、このデータを田植機側に送信してマップ表示し、植付部油圧感度変更の操作をオペレータに促すことにより、高精度の田植作業が可能となる。

操作の内容については、上記油圧感度変更に代えて、油圧下降速度の変更操作をすることにより、さらに追従性を高めることができ、また、センサディレータイムすなわち、フロート回動検知センサの検知受付除外時間の変更操作をすることにより、過敏な追従の軽減が可能となる。なお、フロート回動検知センサの検知を随時受け付けていると、圃場の凹凸全てに合わせて苗植付部が上下動することになり、かえって植付深さが乱れるので、所定時間（例えば、0.2秒）以上継続して角度変化が検知されないものは、自動昇降制御に用いない。

そのほかの対応操作として、走行速度の変更操作により減速することによって追従性が高くなり、また、サスペンション長さの変更操作により、ショックや高低差の吸収を高めることができる。

また、上述のサスペンション長さの変更操作の案内に代えて、サスペンション長さを該当箇所で自動変更する制御処理によっても、前記同様にショックや高低差の吸収を高めることができ、上述の植付部下降速度を自動増速することにより、追従性を上げることができ、植付深さを自動的に深くすることによって浮き苗防止が可能となり、センサディレータイムを自動的に遅くすることにより、浮き苗防止および過敏な追従の軽減が可能となる。

１作業機制御システム
２圃場作業車両
２ａエンジン
２ｂエンジンルーム
２ｃ燃料タンク
２ｄバッテリ
３システムサーバ
４作業端末
１２圃場作業装置
１２ａ部分クラッチ装置
１３位置検出装置
１４通信装置
１５制御装置

Claims

圃場作業装置(１２)と位置検出装置(１３)と通信装置(１４)と制御装置(１５)とを備えて圃場作業走行する複数の圃場作業車両(２…)と、各圃場作業車両(２…)との無線通信によって夫々の圃場作業走行を制御するシステムサーバ(３)とからなる作業機制御システムにおいて、
前記システムサーバ(３)は、複数の圃場作業車両(２…)の中の先頭位置の圃場作業車両(２)（以下において「先行機」と云う。）の旋回動作の開始により後続位置の圃場作業車両(２)（以下において「後続機」と云う。）の走行および作業を一時的に停止制御することを特徴とする作業機制御システム。
前記システムサーバ(３)は、前記先行機の旋回方向を検出してこの旋回方向から前記後続機の旋回方向を判定し、前記先行機の旋回後の検出位置に基づいて前記後続機を圃場端沿いに直進走行させ、前記先行機の旋回後の作業条に隣接して未作業の作業条に前記後続機を旋回制御することを特徴とする請求項１に記載の作業機制御システム。
前記圃場作業装置(１２)に部分条の伝動を制御する部分クラッチ装置(１２ａ)を設け、前記先行機と前記後続機との間で作業位置が重複する場合に、前記システムサーバ(３)は、前記後行機の部分クラッチ装置(１２ａ)により重複範囲の作業を停止することを特徴とする請求項２に記載の作業機制御システム。
前記制御装置(１５)および前記システムサーバ(３)の少なくとも一方と通信可能な作業端末(４)を設け、かつ、前記圃場作業車両(２…)は、作業走行動力供給用のエンジン(２ａ)と、前記エンジン(２ａ)を格納するエンジンルーム(２ｂ)と、前記エンジン(２ａ)の燃料タンク(２ｃ)と、作業走行電力供給用のバッテリ(２ｄ)とを特定機器として備えるとともに、前記作業端末(４)の操作によって送信される前記特定機器の個別の操作許可信号の受信を条件として、前記エンジン(２ａ)の始動、前記エンジンルーム(２ｂ)の解錠、前記燃料タンク(２ｃ)の蓋の解錠、または前記バッテリ(２ｄ)の固定解除の各操作について、前記制御装置(１５)が該当操作を可能に制御することを特徴とする請求項１に記載の作業機制御システム。
前記圃場作業車両(２…)の走行中における走行停止操作は、前記作業端末(４)から送信される走行停止の操作許可信号の受信を条件として、前記制御装置(１５)が前記停止操作を可能に制御し、また、前記走行停止操作後における発進操作は、前記作業端末(４)の操作によって送信される前記圃場作業車両(２…)の発進の操作許可信号の受信を条件として、前記制御装置(１５)が前記発進操作を可能に制御することを特徴とする請求項１に記載の作業機制御システム。