JP2019208413A - 移動農機 - Google Patents

Abstract

【課題】畦畔との干渉を防止して損傷を防ぐと共に、圃場への進入を安全に行える移動農機を実現すること。【解決手段】走行するべき第１エリアとそれ以外の第２エリアを判別可能な判別手段を備え、該判別手段による判別結果に基づいて、前記第１エリアを走行するように機体の走行状態を制御する制御手段を備えた移動農機とする。また、判別手段による判別結果に基づいて、機体が第２エリアに侵入ないし接近しないように機体の走行方向が制御される構成とする。また、判別手段に、第１エリアと第２エリアの高低差を検出する高低差検出装置を備え、この高低差検出装置による検出結果に基づいて第１エリアと第２エリアの境界位置を検出する構成とする。【選択図】図３

Description

本発明は、コンバイン等の移動農機に関する。

従来より、コンバイン等の移動農機を圃場内で走行させるにあたり、ＧＰＳを用いて走行経路の設定を行い、この走行経路に沿って移動農機の自動走行させる技術が試みられている。（特許文献１参照）

特開２０１８−０６８２８４号公報

しかしながら、上記の先行技術は、走行経路がＧＰＳに基づいて設定される構成であり、実際に移動農機が走行する周囲環境は考慮されない。

このため、例えば圃場内の外周を走行する際に移動農機が畦畔に干渉して損傷したり、移動農機が圃場への進入路（農道から圃場へ降りる坂道）を踏み外して転倒する可能性がある。

本願は、畦畔との干渉を防止して損傷を防ぐと共に、圃場への進入を安全に行える移動農機を実現することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、走行するべき第１エリアとそれ以外の第２エリアを判別可能な判別手段を備え、該判別手段による判別結果に基づいて、前記第１エリアを走行するように機体の走行状態を制御する制御手段を備えた移動農機とする。

請求項２に記載の発明は、前記判別手段による判別結果に基づいて、機体が第２エリアに侵入ないし接近しないように機体の走行方向が制御される構成とした請求項１に記載の移動農機とする。

請求項３に記載の発明は、前記判別手段に、機体と圃場の畦畔との相対的な距離を測定する距離測定装置を備え、この距離測定装置による測定結果に基づいて前記第１エリアと第２エリアの境界位置を検出する構成とした請求項１または請求項２に記載の移動農機とする。

請求項４に記載の発明は、前記判別手段に、前記第１エリアと第２エリアの高低差を検出する高低差検出装置を備え、この高低差検出装置による検出結果に基づいて前記第１エリアと第２エリアの境界位置を検出する構成とした請求項１または請求項２に記載の移動農機とする。

請求項５に記載の発明は、圃場への入り口に存在する進入路を前記第１エリアとし、この第１エリアと第２エリアの境界位置の検出結果に基づいて、機体が第１エリアから第２エリアへ侵入しないように機体の走行方向が制御される構成とした請求項４に記載の移動農機とする。

請求項６に記載の発明は、前記距離測定装置を、機体から畦畔までの距離を測定可能な赤外線レーダーまたは超音波センサーまたは撮像装置から構成した請求項３に記載の移動農機とする。

請求項７に記載の発明は、前記高低差検出装置を、機体から第１エリアまでの距離と機体から第２エリアまでの距離を検出可能な赤外線レーダーまたは超音波センサーまたは撮像装置から構成した請求項４または請求項５に記載の移動農機とする。

請求項１に記載の発明によれば、移動農機が走行するべき第１エリアを走行するので、例えば畦畔等と干渉しにくくなり、機体または畦畔の損傷を少なくすることができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果を奏するうえで、移動農機の走行方向を、第１エリア外に存在する第２エリアに侵入ないし接近しないように制御することができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１または請求項２に記載の発明の効果を奏するうえで、距離測定装置によって検出した機体と畦畔との相対的な距離に基づいて、第１エリアと第２エリアの境界位置を検出することができる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項１または請求項２に記載の発明の効果を奏するうえで、高低差検出装置によって第１エリアと第２エリアの境界位置を検出することができる。

請求項５に記載の発明によれば、請求項４に記載の発明の効果に加えて、移動農機が圃場への進入路を踏み外して転倒することが少なくなり、安全性を高めることができる。

請求項６に記載の発明によれば、請求項３に記載の発明の効果を奏するために、機体から畦畔までの距離を測定可能な赤外線レーダーまたは超音波センサーまたは撮像装置から、距離測定装置が構成可能となる。

請求項７に記載の発明によれば、請求項４または請求項５に記載の発明の効果を奏するために、機体から第１エリアまでの距離と機体から第２エリアまでの距離を検出可能な赤外線レーダーまたは超音波センサーまたは撮像装置から、高低差検出装置が構成可能となる。

コンバインの走行方向制御状態を示す説明用平面図。 コンバインの走行方向制御のフローチャート。 コンバインの圃場侵入状態を示す説明図。 コンバインの走行方向制御のフローチャート。 コンバインの圃場侵入状態を示す説明図。 コンバインの刈取開始制御のフローチャート。 コンバインの方向制御状態を示す説明図。 コンバインの方向制御のフローチャート。 コンバインの車速制御状態を示す説明図。 コンバインの車速制御のフローチャート。 有人コンバインと無人コンバイン（ロボットコンバイン）の並走作業の説明図。

本発明の一実施形態を図面により説明する。

図１に示すように、移動農機であるコンバイン１において、刈取り部の上部に、赤外線センサーＳ１（請求項の「赤外線レーダー」）を装備している。この赤外線センサーＳ１は、前方へ向けて赤外線を照射し、対象物に当たって反射する赤外線を受光し、この照射から受光までに要した時間によって対象物までの距離を測定する。また、この赤外線センサーＳ１の照射範囲および受光範囲は、例えば水平方向に約１００度の範囲で設定され、この範囲内に存在する対象物までの距離を測定可能とする。

これにより、圃場内（第１エリアＡ１）を刈取走行中に、機体前部に位置する赤外線センサーＳ１によって畦（第２エリアＡ２内に存在する畦畔）までの距離が測定され、この距離が設定距離よりも短くなった場合に、畦から離れる方向へ軌道修正するように、走行方向が制御される。

すなわち、図２に示すように、刈取作業中に赤外線センサーＳ１によって刈取り部と畦の距離を検出しており、周り刈りが終了していない状態で、赤外線センサーＳ１によって検出された距離が危険距離として設定された距離よりも短くなった場合には、畦に接近し過ぎた状態と判定し、畦から離れる方向へコンバインの走行方向が制御され起動修正される。

なお、上述の赤外線センサーＳ１に替えて、超音波センサーや、ステレオカメラ等の撮像装置を使用して、対象物との相対距離を測定する構成とすることもできる。

一方、図３に示すように、圃場への入り口に存在する進入路（第１エリアＡ１）は、通常、農道から圃場（第２エリアＡ２）へ下がり傾斜している。

図４に示すように、コンバイン１が農道から進入路を下って圃場に侵入する途中で、超音波センサーＳ２によって進入路（経路）の路面までの距離と圃場面までの距離がそれぞれ検出（取得）され、これらの距離をＸ，Ｙ，Ｚの三次元座標成分に変換し、垂直方向成分であるＺ座標での値が一定値にある事象において、左右方向（進入路の幅方向）成分であるＹ座標での最大値と最小値の差の１／２を進入路の幅を算出し、この進入路の幅の中心点を走行するように、コンバイン１の走行方向が制御される。この進入路での走行時には、車速を自動的に減速制御する構成とし、安全性を更に高めるのが好適である。

また、Ｙ座標での値が設定値よりも小さくなった場合に、進入路の端部に接近したと判定し、このＹ座標での値が大きくなる方向へ機体の走行方向を制御する構成としてもよい。

なお、超音波センサーＳ２に替えて赤外線センサーＳ１を使用することもできる。

これによって、コンバイン１が進入路を踏み外して転倒する危険を防止することができる。なお、コンバイン１が進入路に入った状態は、コンバイン１の機体の前後傾斜角度を検出する角度センサーの検出結果に基づいて判定する。

また、前後方向成分であるＸ座標での値が一定値にある事象において、垂直方向成分であるＺ座標での値が、進入路の路面までの値と圃場面までの値とで異なる場合、進入路の路面と圃場面との間に高低差があると判定し、この高低差が判定された地点での左右方向成分であるＹ座標上の点を、進入路（第１エリアＡ１）と圃場（第２エリア）との境界位置として検出する構成としてもよい。

図５に示すように、上述の圃場への進入時に、進入路の終端部から穀稈２が植立している圃場では、赤外線センサーＳ１によって機体前方の植立穀稈２を検出し、刈取クラッチおよび脱穀クラッチを自動的に接続して刈取脱穀作業を開示する構成とすることが可能である。

すなわち、図６に示すように、上述の角度センサーによって機体が前下がり傾斜したことが検出された場合に圃場への進入を開始したと判定され、赤外線センサーＳ１によって機体前方の植立穀稈２までの距離を測定（取得）し、この距離をＸ，Ｙ，Ｚの三次元座標成分に変換し、左右方向成分であるＹ座標での値が設定値（一定値）よりも大きい場合に、刈取クラッチと脱穀クラッチを自動的に接続し、刈取脱穀作業が開始される。

なお、この場合も、赤外線センサーＳ１に替えて超音波センサーＳ２を使用することができる。

図７に示す例では、赤外線センサーＳ１をコンバイン１の刈取部の右側面に装着し、前方から右側方に亘る範囲で対象物との距離を測定する構成としている。

これにより、図８に示すように、赤外線センサーＳ１によって対象物との距離を測定し、この測定値をＸ，Ｙの二次元座標成分に変換し、左右方向の成分であるＹ座標において、前後方向の成分であるＸ座標での値が極端に異なる点を、コンバイン１の前方に植立穀稈２が存在する未刈地（第１エリアＡ１）と、植立穀稈が存在しない既刈地（第２エリアＡ２）との境界位置と判定し、コンバイン１の右端の分草間を、この境界位置の右側面に沿わせるようにコンバイン１の走行方向を制御する。

なお、この場合も、赤外線センサーＳ１に替えて超音波センサーＳ２を使用することができる。

図９に示す例では、赤外線センサーＳ１をコンバイン１のキャビンの上部から斜め前方下向きに取付け、コンバイン１の前方に存在する穀稈群２Ｇへ向けて赤外線を照射する構成としている。

これにより、図１０に示すように、赤外線センサーＳ１によって穀稈群２Ｇ中の植立穀稈２までの距離を測定し、この測定値をＸ，Ｙ，Ｚの三次元座標成分に変換し、垂直方向の成分であるＺ座標での値が周辺領域における値よりも小さい範囲を、穀稈が倒伏している倒伏領域と判定し、コンバイン１がこの領域に至った場合に、車速を自動的に減速する制御を行う。この倒伏領域を通過した後は、減速する前の車速まで自動的に増速させる。

なお、この場合も、赤外線センサーＳ１に替えて超音波センサーＳ２を使用することができる。

なお、コンバイン１が畦を乗り越えて隣りの圃場に侵入して作業する場合には、赤外線センサーＳ１によって検出した畦までの距離データから、コンバイン１の機体が畦に対して直角に向いている場合にはコンバイン１の走行を許可し、機体が畦に対して直角に向いていない場合（斜めになっている場合）には、コンバイン１の走行が自動停止されるように構成してもよい。これによって、畦越え走行時におけるコンバイン１の転倒を防止することができる。

（参考例）
オペレータが搭乗して操縦する有人コンバインと、ＡＩを搭載し設定された経路に沿って自動走行する無人コンバイ（ロボットコンバイン）ンを設け、有人コンバインが無人コンバインの左後方に位置した状態で、オペレータが無人コンバインを監視しながら、この無人コンバインに追従走行するシステムを構築する。

この場合、図１１に示すように、圃場の一行程を無人コンバインが先行して刈取走行し、刈取対象の植立穀稈（刈取作物）が存在している圃場の端部まで移動した後に自動的に一時停止すると、有人コンバイン側のモニタまたはオペレータが携帯するタブレットに、無人コンバインが圃場端部に到達した旨の表示がなされ、オペレータに通知される。

そして、無人コンバイン側でターン（約９０度の方向転換）ができる領域が存在するか否かをＧＰＳに基づく地図データと自車位置から確認し、ターンできる領域が存在することが確認された状態で、有人コンバイン側のオペレータが無線送信機（タブレットでもよい）でターン命令を出すと、無人コンバインがターンを行った後、次の刈取行程に侵入して刈取走行を再開する。

そして、設定された距離だけ刈取走行すると一時停止し、有人コンバインがターンして追従してくるのを待ち、有人コンバインが無人コンバインの後方に設定された設定距離範囲まで到達すると、無人コンバインは刈取走行を再開する。

一方、無人コンバイン側でターンができる領域を確認できなかった場合には、この無人コンバインは、有人コンバインによって圃場端部での刈取作業が行える位置まで後退して待機し、この間に、有人コンバインによって圃場端部での刈取作業を行う。

この圃場端部での刈取作業が完了すると、無人コンバインは刈取再開箇所まで前進して一時停止し、有人コンバイン側のオペレータから旋回命令が出されると、無人コンバインはターンを実施し、次行程の穀稈列に対して条合わせ（条間に対する右側分草装置の位置合わせ）を行い、刈取走行を再開する。

これによって、無人コンバインを圃場端部で円滑にターンさせることができ、２台のコンバインによる並走刈取作業の能率が高まる。

１ コンバイン（移動農機）
２ 植立穀稈
Ａ１ 第１エリア
Ａ２ 第２エリア
Ｓ１ 赤外線センサー（赤外線レーダー）
Ｓ２ 超音波センサー

Claims (7)

1. 走行するべき第１エリアとそれ以外の第２エリアを判別可能な判別手段を備え、該判別手段による判別結果に基づいて、前記第１エリアを走行するように機体の走行状態を制御する制御手段を備えた移動農機。
2. 前記判別手段による判別結果に基づいて、機体が第２エリアに侵入ないし接近しないように機体の走行方向が制御される構成とした請求項１に記載の移動農機。
3. 前記判別手段に、機体と圃場の畦畔との相対的な距離を測定する距離測定装置を備え、この距離測定装置による測定結果に基づいて前記第１エリアと第２エリアの境界位置を検出する構成とした請求項１または請求項２に記載の移動農機。
4. 前記判別手段に、前記第１エリアと第２エリアの高低差を検出する高低差検出装置を備え、この高低差検出装置による検出結果に基づいて前記第１エリアと第２エリアの境界位置を検出する構成とした請求項１または請求項２に記載の移動農機。
5. 圃場への入り口に存在する進入路を前記第１エリアとし、この第１エリアと第２エリアの境界位置の検出結果に基づいて、機体が第１エリアから第２エリアへ侵入しないように機体の走行方向が制御される構成とした請求項４に記載の移動農機。
6. 前記距離測定装置を、機体から畦畔までの距離を測定可能な赤外線レーダーまたは超音波センサーまたは撮像装置から構成した請求項３に記載の移動農機。
7. 前記高低差検出装置を、機体から第１エリアまでの距離と機体から第２エリアまでの距離を検出可能な赤外線レーダーまたは超音波センサーまたは撮像装置から構成した請求項４または請求項５に記載の移動農機。

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