JP2021072830A - 自動走行システム、経路生成方法 - Google Patents
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Abstract
Description
一方、特許文献1の圃場作業機とは異なり、農作物を収穫しながら走行経路を走行する圃場作業機では、走行経路を走行中に農作物を貯留する作物貯留部が満杯になった場合に、農作業を中断し、走行経路外の所定の排出位置で農作物を排出した後、中断位置に戻る必要がある。
そこで、この発明の主たる目的は、農作業機が圃場内を走行する距離を低減するための自動走行システムを提供することである。
<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態の自動走行システムに係る田植機1の側面図である。図2は、田植機1の平面図である。
図1および図2を参照して、田植機1は、圃場F(図3も参照)内を走行しながら、圃場Fの地面に苗を植え付ける植付作業を行う。田植機1は、走行機体2と、走行機体2の後方に配置された植付部3とを備える。走行機体2は、左右一対の前輪5および左右一対の後輪6を備えており、エンジン10の駆動力によって走行可能である。
ステアリングハンドル8の近傍には、ユーザが各種操作を行うための操作部11(後述する図4参照)が設けられている。操作部11には、速度設定ダイアルやタッチパネル式ディプレイ等が含まれる。速度設定ダイアルは、走行速度の上限を調節するために操作されるダイアルである。田植機1の走行速度は、変速ペダル9の踏み込み量によって、走行速度の上限を超えない範囲で調整される。
植付入力ケース20には、昇降リンク機構13が連結されており、複数(本実施形態では4つ)の植付ユニット21が取り付けられている。植付入力ケース20には、植付入力ケース20から各植付伝動ケース24に動力伝達する植付出力軸30が備えられている。
苗載台22は、板状の部材によって構成され、機体側面視において前高後低状に傾斜するように配設される。苗載台22の後面には、苗マットMが載置される載置面が植付アーム26の数(田植機1の条数)に応じて機体幅方向に並べて配置される。本実施形態の田植機1は、8条植えの田植機であるため、載置面は、8面設けられている。各載置面には、苗マットMが傾斜した状態で置かれる。
苗横送り機構36および苗縦送り機構37としては、たとえば、特開2017−153453号公報等に記載された公知の構成を用いることができる。横送り移動とは、走行機体2の車幅方向に苗載台22を移動させることである。縦送り搬送とは、苗載台22上で、植付アーム26側に苗マットMを移動させることである。
図3は、田植機1が圃場F内を走行する様子を説明するための模式図である。圃場Fは、田植機1による植付作業が行われる作業領域Wと、作業領域Wを取り囲む周縁領域Nとに分けられる。作業領域Wは、たとえば、平面視で矩形状である。走行経路Rは、作業領域Wの長手方向に互いに間隔を空けて並ぶ複数の直線状経路Pを有する。直線状経路Pは、作業領域Wに設定されている。直線状経路Pは、作業領域Wの短手方向に直線状に延びている。各直線状経路Pの始点SPおよび終点EPは、作業領域Wと周縁領域Nとの境界に位置する。
行経路Rにおいて田植機1が最初に走行する直線状経路P(長手方向において最も一端側に位置する直線状経路P)の始点SPを経路最始点SSという。走行経路Rにおいて田植機1が最後に走行する直線状経路P(長手方向において最も他端側に位置する直線状経路P)の終点EPを経路最終点EEという。田植機1が走行する際、走行機体2によって植付部3が牽引される。
自動走行中断条件とは、たとえば、田植機1が第1直線状経路P1の第1終点EP1に到達することである。自動走行が中断されると、田植機1に乗車したユーザが田植機1を手動走行させて、周縁領域Nに進入する。ユーザは、周縁領域Nでは、手動走行により田植機1を旋回させて180°の方向転換を行い、第1直線状経路P1の隣の第2直線状経路P2の第2始点SP2に田植機1を到達させる。そして、第2直線状経路P2での自動走行が開始される。
図4に示すように、田植機1は、走行機体2の動作(前進、後進、停止および旋回等)、および、走行機体2に装着された植付部3の動作(昇降、駆動および停止等)を制御するための制御部4を備える。制御部4には、田植機1の各部を制御するための複数のコントローラがそれぞれ電気的に接続されている。
車速コントローラ32は、変速装置42の斜板の角度をアクチュエータ(図示せず)によって変更することで、トランスミッション27の変速比を変更する。これにより、所望の車速になるまで走行機体2を減速(加速)させたり、走行機体2を停止させたりできる。変速装置42の斜板の角度の変更速度を調整することによって、走行機体2の減速度合を調整することができる。走行機体2の減速度合を調整することによって、走行機体2が減速し始めてから停止するまでの距離を調整することができる。
田植機1は、PTO軸14への動力の伝達/遮断を切り換えるためのPTOクラッチ45を備えている。この構成で、PTOコントローラ35は、制御部4から入力された制御信号に基づいてPTOクラッチ45を切り換えて、PTO軸14を介して植付部3の植付入力ケース20を回転駆動したり、この回転駆動を停止させたりできる。
制御部4には、慣性計測装置70が電気的に接続されている。慣性計測装置70は、田植機1の姿勢や加速度等を特定することが可能なセンサユニットである。具体的には、慣性計測装置70は、互いに直交する第1軸、第2軸、および第3軸のそれぞれに対して、角速度センサと加速度センサとを取り付けたセンサ群を備える。
制御部4は、CPUおよびメモリ50(ROM、RAM等)を備えたマイクロコンピュータを含む。マイクロコンピュータは、メモリ50(ROM)に記憶されている所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能する。この複数の機能処理部には、自動走行制御部51、苗マット消費量算出部52、苗マット残量算出部53、および苗マット補充検出部54等が含まれる。
苗マット消費量算出部52は、横送り回数検出センサ38が検出した横送り回数と、縦取量検出センサ39が検出した縦取量とを基に、植付作業によって消費された苗マットMの量(苗マット消費量)を算出する。苗マット消費量は、たとえば、直線状経路P毎に算出される。苗マット残量算出部53は、苗マット消費量と、植付作業の開始(再開)前に苗載台22に存在した苗マットMの量とを基に、苗載台22上に現在残っている苗マットMの量(苗マット残量)を算出する。
図5は、田植機1と通信する無線通信端末100の電気的構成を示すブロック図である。図5を参照して、無線通信端末100は、制御部101を含む。制御部101は、CPUおよびメモリ(ROM、RAM等)を備えたマイクロコンピュータを含む。制御部101には、記憶部102、操作表示部103、無線通信部104および無線通信用アンテナ105が接続されている。操作表示部103は、各種データを表示したり、ユーザによる操作を受け付けたりするものである。操作表示部103は、たとえば、タッチパネル式ディスプレイによって構成されている。記憶部102は、ハードディスク、不揮発性メモリ等の記憶デバイスから構成されている。
制御部101は、経路生成部110、修正経路生成部111、補充位置設定部112および表示制御部113を含む。経路生成部110は、田植機1が圃場F内で作業を開始する前に、田植機1を走行させる走行経路の生成を行う。補充位置設定部112は、苗マットを田植機1に補充するための位置(補充位置)を設定する。
図6Aを参照して、第1直線状経路P1の第1終点EP1に田植機1が到達したときに、苗マット残量算出部53が算出した苗マット残量Aが所定の閾値αよりも少ない場合(A<α)には、苗マット残量Aが所定の閾値αよりも少ない旨の警告が無線通信端末100の操作表示部103に表示される。ユーザは、当該警告が表示されると手動走行によって、田植機1を補充位置Bに移動させることが可能である。その際、ユーザは、たとえば、既に植付作業を行った地面を荒らさないように、第1直線状経路P1を避けた経路C(図6Aに一点鎖線で示す経路)に沿って田植機1を移動させる。
図7を参照して、修正経路生成部111は、自動走行が開始されたか否かを判定する(ステップS1)。田植機1の自動走行が開始されていない場合には(ステップS1:NO)、修正経路生成部111は、ステップS1に戻る。
田植機1の自動走行が再開されない場合には(ステップS4:NO)、修正経路生成部111は、田植機1に苗マットMが補充されたか否か(ステップS5)を判定する。田植機1に苗マットMが補充されなかった場合には(ステップS5:NO)、修正経路生成部111は、ステップS4に戻る。田植機1に苗マットMが補充された場合には(ステップS5:YES)、修正経路生成部111は、第1距離D1が第2距離D2よりも大きいか否かを判定する(ステップS6)。第1距離D1が第2距離D2以下である場合には(ステップS6:NO)、修正経路生成部111は、ステップS4に戻る。第1距離D1が第2距離D2よりも大きい場合には、修正経路生成部111は、修正走行経路を生成する(ステップS7)。
補充位置Bから第2始点SP2まで田植機1を走行させたときの移動距離よりも補充位置Bから第2終点EP2まで田植機1を走行させたときの移動距離が短い場合には、現在の走行経路Rにおける第2始点SP2と第2終点EP2とを入れ替えた方が、苗マットMを補充するために田植機1が圃場F内を走行する距離を低減することができる。たとえば、第1距離D1よりも第2距離D2の方が短い場合には、補充位置Bから第2始点SP2まで田植機1を走行させたときの移動距離よりも補充位置Bから第2終点EP2まで田植機1を走行させたときの移動距離が短い可能性が高い。したがって、第2始点SP2と第2終点EP2とを入れ替えた走行経路R(修正走行経路R1)を生成可能な構成であれば、田植機1が圃場F内を走行する距離を低減することができる。
次に、本発明の第2実施形態に係る田植機1Pについて説明する。第2実施形態に係る田植機1の機械的構成および電気的構成は、それぞれ、第1実施形態に係る田植機1の機械的構成および電気的構成と同様である(図1、図2および図4を参照)。また、第2実施形態に係る無線通信端末100の電気的構成は、第1実施形態に係る無線通信端末100の電気的構成と同様である(図5参照)。第2実施形態では、田植機1および無線通信端末100が自動走行システムを構成している。
第2実施形態では、第1実施形態とは異なり、走行経路RPが第1直線状経路P1および第2直線状経路P2に加えて、旋回経路Tを有する。旋回経路Tは、周縁領域Nに設定される。旋回経路Tは、第1終点EP1と第2始点SP2とを連結する円弧状の経路である。
詳しくは、まず、ユーザが手動運転により、田植機1を経路最始点SSに移動させる。自動走行開始条件を満たす場合、ユーザは、無線通信端末100を操作して、自動走行を開始させる。この実施形態において自動走行開始条件は、第1実施形態における自動走行開始条件と同じ条件である。
経路最終点EEに到達するまでに自動走行中断条件が満たされると、自動走行制御部51は、田植機1の自動走行を中断させる。この実施形態において自動走行中断条件とは、たとえば、田植機1が第1終点EP1に到達した際に、田植機1の苗載台22上の苗マットMの残量(苗マット残量A)が所定の閾値αよりも少ないことである(A<α)。すなわち、田植機1Pが第1終点EP1に到達した際に苗マット残量算出部53が算出した苗マットMの残量(苗マット残量A)が所定の閾値αよりも少ない場合には、自動走行が中断される。自動走行が中断されたときには、無線通信端末100の表示制御部113が、苗マット残量Aが所定の閾値αよりも少ない旨の警告を操作表示部103に表示させることもできる。
自動走行が中断されると、ユーザが手動走行によって田植機1を補充位置Bまで移動させてから苗マットMを補充する。その際、ユーザが田植機1を手動走行させる経路は、第1実施形態と同様に走行経路Rを避けた経路(図示せず)である。
図9Aを参照して、初期走行経路R0を走行する田植機1の自動走行が中断されると、手動走行によって田植機1が第1終点E1から補充位置Bに向かう。田植機1が補充位置Bに到達し、ユーザが田植機1に苗マットMを補充すると、苗マット補充検出部54から無線通信端末100に苗継情報が送信される。
自動走行制御部51は、自動走行開始条件を満たし、かつ、自動走行開始スイッチが操作されたか否かを判定する(ステップS10)。自動走行開始条件が満たされていない場合や自動走行スイッチが操作されていない場合には(ステップS10:NO)、自動走行制御部51は、ステップS10に戻る。自動走行開始条件が満たされ、かつ、自動操作開始スイッチが操作された場合には(ステップS10:YES)、自動走行制御部51は、田植機1の自動走行を開始させる(ステップS11)。
そして、ステップS18において、自動走行開始条件が満たされない場合や、自動走行開始スイッチが操作されない場合には(ステップS18:YES)、自動走行制御部51は、ステップS16に戻る。ステップS18において、自動走行開始条件が満たされ、かつ、自動走行開始スイッチが操作されると(ステップS18:YES)、自動走行制御部51は、田植機1の自動走行を再開させる(ステップS19)。田植機1の自動走行が再開されると、自動走行制御部51は、ステップS12に戻る。
次に、本発明の第3実施形態に係る田植機1について説明する。第3実施形態に係る田植機1の機械的構成および電気的構成は、それぞれ、第1実施形態に係る田植機1の機械的構成および電気的構成と同様である(図1、図2および図4を参照)。また、第3実施形態に係る無線通信端末100の電気的構成は、第1実施形態に係る無線通信端末100の電気的構成と同様である(図5参照)。第3実施形態では、田植機1および無線通信端末100が自動走行システムを構成している。第3実施形態では、田植機1は、第1実施形態と同様に、直線状経路Pに沿って自動走行し、周縁領域Nでは手動走行によって移動する。
自動走行が開始されると、自動走行制御部51は、田植機1が経路最終点EEに到達したか否か(ステップS12)、および、自動走行中断条件(田植機1が第1終点E1に到達したこと)を満たすか否か(ステップS20)を監視する。田植機1が経路最終点EEに到達した場合には(ステップS12:YES)、自動走行制御部51は、田植機1の自動走行を終了させる(ステップS14)。これにより、自動走行制御処理が終了する。
同様である。そして、自動走行制御部51は、苗マットMが補充されたか否かを判定する(ステップS26)。
苗マットMの補充が行われない場合には(ステップS26:NO)、自動走行制御部51は、ステップS24に戻る。苗マットMが補充された場合には(ステップS26:YES)、自動走行制御部51は、苗マット補充モードを解除する(ステップS27)。苗マット補充モードが解除されると、自動走行制御部51は、ステップS18に移行する。
<第4実施形態>
次に、本発明の第4実施形態に係る田植機1について説明する。第4実施形態に係る田植機1の機械的構成および電気的構成は、それぞれ、第1実施形態に係る田植機1の機械的構成および電気的構成と同様である(図1、図2および図4を参照)。また、第2実施形態に係る無線通信端末100の電気的構成は、第1実施形態に係る無線通信端末100の電気的構成と同様である(図5参照)。第4実施形態では、田植機1および無線通信端末100が自動走行システムを構成している。第4実施形態では、田植機1は、第2実施形態と同様に、走行経路RPが第1直線状経路P1および第2直線状経路P2に加えて、旋回経路Tを有し、田植機1が直線状経路Pおよび旋回経路Tのいずれに位置する場合であっても、田植機1を自動走行させる。
ステップS13において、自動走行制御部51は、自動走行中断条件を満たすと判定した場合には(ステップS13:YES)、田植機1の自動走行を中断させ、かつ、田植機1の走行モードを苗マット補充モードに移行する(ステップS30)。田植機1の自動走行が中断され、かつ、田植機1の走行モードが苗マット補充モードに移行されると、自動走行制御部51は、修正走行経路R1が生成されたか否かを判定する(ステップS31)
。
具体的には、修正走行経路RP1が生成されたという情報を田植機1の制御部4が受信すると、自動走行制御部51は、メモリ50に記憶された走行経路データを、現在の走行経路RPを含む走行経路データから修正走行経路RP1を含む走行経路データに変更する。そして、自動走行制御部51は、現在の走行モードが苗マット補充モードであるか否かを判定する(ステップS33)。
現在の走行モードが苗マット補充モードである場合には(ステップS33:YES)、自動走行制御部51は、苗マットMが補充されたか否かを判定する(ステップS34)。苗マットMの補充が行われない場合には(ステップS34:NO)、自動走行制御部51は、ステップS31に戻る。苗マットMが補充された場合には(ステップS34:YES)、自動走行制御部51は、苗マット補充モードを解除する(ステップS35)。苗マット補充モードが解除されると、自動走行制御部51は、ステップS18に移行する。
この発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものではなく、さらに他の形態で実施することができる。
また、苗マットMの補充は、走行経路Rを走行中に2回以上行われてもよい。補充が2回以上行われた場合には、修正経路生成部111は、苗マットMの補充が行われる度に、所定条件を満たすか否かに応じて修正走行経路を生成するか否かを判定する。2回目以降の修正走行経路の生成は、直前の修正走行経路に基づいて行われる。たとえば、修正走行経路の生成が2回行われた場合、図13に示す2回目に生成された修正走行経路R2は、一回目に生成された修正走行経路R1(図6C参照)の第1直線状経路P1よりも下流側の全ての直線状経路Pにおいて始点SPと終点EPとを入れ替えた経路である。
また、上述の実施形態では、修正経路生成部111は、無線通信端末100の制御部101に含まれているとした。しかしながら、本実施形態とは異なり、修正経路生成部111が無線通信端末100の制御部101には設けられておらず、田植機1の制御部4が、修正経路生成部を含んでいてもよい。
また、第2実施形態において、苗マット残量Aが所定の閾値αよりも小さいことや、第1直線状経路P1で消費した苗マットMの量(苗マット消費量)よりも、苗マット残量Aが少ないことを、自動走行中断条件とした。しかしながら、苗マット残量Aが所定の閾値αよりも小さい場合や、第1直線状経路P1で消費した苗マットMの量(苗マット消費量)よりも、苗マット残量Aが少ない場合に、自動走行を中断させずに、無線通信端末100の操作表示部103に警告を表示させるとしてもよい。すなわち、苗マット残量Aが所定の閾値αよりも小さいことや、第1直線状経路P1で消費した苗マットMの量(苗マット消費量)よりも、苗マット残量Aが少ないことを、警告実行条件としてもよい。
上述の実施形態では、田植機を農作業機の一例として説明した。農作業機は、田植機には限られず、苗マットM以外の供給資材を圃場Fに供給する他の農作業機等の車両であってもよい。
しかしながら、主に以下の点において田植機1と異なる。たとえば、コンバインを第1終点EP1から排出位置へ向かって移動させる際には、圃場F内の農作物を傷つけないように、圃場Fにおいて既に農作物が収穫されている領域を通って排出位置へ向かう必要がある。また、直線状経路Pおよび旋回経路Tのいずれに位置する場合であってもコンバインが自動走行する構成において、コンバインが直線状経路Pを走行して第1終点EP1に到達すると、コンバインに備えられた自動走行制御部が、作物貯留部の最大容量と、収穫した農作物の量(作物貯留部内の貯留量)に基づいて、次の直線状経路Pにおける農作物の収穫が可能であるか否かを判定する。自動走行制御部は、農作物の収穫が可能でないと判定した場合には、自動走行を中断する。自動走行の中断後、作物貯留部から農作物が排出されたことが検出され、自動走行が開始される際に、第1距離D1が第2距離D2よりも大きければ、コンバインに備えられた修正経路生成部は、修正走行経路R1を生成する。
その他、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変更を行うことができる。
51 :自動走行制御部
100 :無線通信端末(自動走行システム)
111 :修正経路生成部
A :苗マット残量
B :補充位置
D1 :第1距離
D2 :第2距離
EP1 :第1終点
EP2 :第2終点
P1 :第1直線状経路(第1経路)
P2 :第2直線状経路(第2経路)
R :走行経路
R :初期走行経路
R1 :修正走行経路
RP :走行経路
RP0 :初期走行経路
RP1 :修正走行経路
SP1 :第1始点
SP2 :第2始点
T :旋回経路
α :閾値
Claims (4)
- 圃場内に供給資材を供給しながら走行し、前記供給資材が不足した場合には補充位置において供給資材を補充した後、復帰後の走行経路を生成する自動走行システムであって、
第1始点および第1終点を接続してなる第1経路と、第2始点および第2終点を接続してなる第2経路と、前記第1経路と前記第2経路と、によって構成される前記走行経路を生成する走行経路生成部と、
前記走行経路を前記第1経路および前記第2経路の順番で走行させる自動走行制御部と、
所定条件を満たす場合に、前記第2始点と前記第2終点とを入れ替えた修正走行経路を生成する修正経路生成部と、を含み、
前記所定条件は、前記補充位置と前記第2始点との間の距離よりも、前記補充位置と前記第2終点との間の距離が短いことである、自動走行システム。 - 圃場内における農作物を収穫しながら走行し、前記農作物を排出する必要が生じた場合には排出位置において前記農作物を排出した後、復帰後の走行経路を生成する自動走行システムであって、
第1始点および第1終点を接続してなる第1経路と、第2始点および第2終点を接続してなる第2経路と、前記第1経路と前記第2経路と、によって構成される前記走行経路を生成する走行経路生成部と、
前記走行経路を前記第1経路および前記第2経路の順番で走行させる自動走行制御部と、
所定条件を満たす場合に、前記第2始点と前記第2終点とを入れ替えた修正走行経路を生成する修正経路生成部と、を含み、
前記所定条件は、前記補充位置と前記第2始点との間の距離よりも、前記補充位置と前記第2終点との間の距離が短いことである、自動走行システム。 - 圃場内に供給資材を供給しながら走行し、前記供給資材が不足した場合には補充位置において供給資材を補充した後、走行経路へ復帰させるような経路を生成する農作業機の経路生成方法であって、
第1始点および第1終点を接続してなる第1経路と、第2始点および第2終点を接続してなる第2経路と、前記第1経路と前記第2経路と、によって構成される前記走行経路を生成する手段と、
前記農作業機を前記第1経路および前記第2経路の順番で走行させる手段と、
所定条件を満たす場合に、前記第2始点と前記第2終点とを入れ替えた修正走行経路を生成する手段と、を含み、
前記所定条件は、前記補充位置と前記第2始点との間の距離よりも、前記補充位置と前記第2終点との間の距離が短いことである、経路生成方法。 - 圃場内に供給資材を供給しながら走行し、前記供給資材が不足した場合には補充位置において供給資材を補充した後、走行経路へ復帰させるような経路を生成する農作業機の経路生成方法であって、
第1始点および第1終点を接続してなる第1経路と、第2始点および第2終点を接続してなる第2経路と、前記第1経路と前記第2経路と、によって構成される前記走行経路を生成する手段と、
前記農作業機を前記第1経路および前記第2経路の順番で走行させる手段と、
所定条件を満たす場合に、前記第2始点と前記第2終点とを入れ替えた修正走行経路を生成する手段と、を含み、
前記所定条件は、前記補充位置と前記第2始点との間の距離よりも、前記補充位置と前記第2終点との間の距離が短いことである、経路生成方法。
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