JP7213749B2

JP7213749B2 - 農作業機の自動化システム

Info

Publication number: JP7213749B2
Application number: JP2019089369A
Authority: JP
Inventors: 素広森; 具吉田
Original assignee: IHI Agri Tech Corp
Current assignee: IHI Agri Tech Corp
Priority date: 2019-05-09
Filing date: 2019-05-09
Publication date: 2023-01-27
Anticipated expiration: 2039-05-09
Also published as: JP2020184883A

Description

本発明は、農作業機を自動化するシステムに関する。

近年、リモートセンシング技術が発展し、施肥や病害虫防除を圃場の必要とされる位置に行う技術が実用化されている。例えば、特許文献１では、ＧＰＳなどのＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）が搭載された自動可変施肥機を備えたトラクターによって施肥作業を行なうことが記載されている。
そのために、特許文献１には、ヘリコプター、衛星を利用した画像から生育状況を分析し、施肥が必要とされるＧＮＳＳ座標とリンクした施肥マップと呼ばれる画像データを作成することが特許文献１の[0045]～[0048]記載されている。
このようなＧＮＳＳが接続された自動化システムは、特許文献２の図２のように小型化され、様々な情報を表示するディスプレイが設けられており、農作業機に接続することで当該農作業機を自動化できるようになっている。

特開２０１１－２５４７１１号公報特開２００５－２２９８８６号公報

近年、農作業を請け負うなど、多数の圃場で作業することが増えている。行きなれない圃場を巡るにあたり、作業すべき圃場に行くために別途カーナビゲーションシステムを農作業機に備え付けて案内をアシストしてもらうことも行われていた。また、１日に多数の圃場で作業するため、作業済みの圃場をその日の作業リストから削除する等の手間も必要となっていた。
本発明は、複数の圃場を巡るアシストするナビゲーション機能を有する農作業機自動化システムを提供することを目的とする。

本発明は、ディスプレイ、ＧＮＳＳ受信装置、作業を行うべき圃場地図又は画像に作業情報を重ね合わせた作業マップデータを記憶する記憶部、作業を行うべき、複数の圃場または圃場内の領域のリストを記憶する記憶部と、農作業機に作業指令を出す自動化システムにおいて、前記作業マップデータに基づき、ＧＮＳＳ測位情報を用いて前記作業情報に規定された作業内容および／または作業量を行うように前記作業指令を出し、作業を行うべき所定の圃場または圃場内の領域において、前記作業マップデータで規定されたすべての作業が終了したこと、または、作業中止指示操作がなされたことを契機に、ナビゲーションモードに前記ディスプレイの表示を切り替え、前記リストに記憶された複数の圃場または圃場内の領域の中から、作業の終了していない圃場または圃場内の領域を一つ選定し、
前記ナビゲーションモードにおいて、前記選定された圃場または圃場内の領域に向かって前記農作業機を誘導する情報を前記ディスプレイに表示する制御機構を備えたことを特徴とする自動化システムとしたことで課題を解決した。

本発明によれば、自動化システムに備えられたＧＮＳＳ受信装置を利用したナビゲーションモードを設けたことにより、別途カーナビケーションシステムを農作業機に搭載する必要がなくなった。さらに、作業が終了したことを判断する判断機構を自動化システムに備えることで、自動的にナビゲーションモードに画面が切り替わり、作業が終了していない圃場または圃場内の領域を一つ自動的に選定してナビゲーションが行われることで、作業すべき圃場をもれなく巡る助けができるようになった。

空撮画像からマップデータを作成する工程を説明する概念図本発明の自動化システムの全体構成を示す概念図

以下、添付図面を参照しながら、この発明の実施の形態を詳細に説明する。
〔実施例１〕
本実施例は、農作業機が施肥機である実施例である。

図１は、空撮写真４０から作業マップデータ４５を作成する工程を説明する概念図である。空撮は飛行機、ドローン、ヘリコプター、衛星等で行われ、画像解析がなされる。図１中の空撮写真の薄い部分は、作物の成長が遅れている領域４１であり、濃い部分は作物の成長が良好な領域４２である。
画像解析により、これらの領域は解析され、画像データ、位置情報、施肥量情報が重ね合わされた作業マップデータ４５が作成される。作業マップデータ４５には、位置ごとに異なる作業量（肥料の地面への投入量など）や作業の種類（異なる作業を行う場所、作業をする場所、作業をしない場所の区別）などがデータ化されている。空撮写真４０で、作物の成長が遅れている領域４１の領域には、作業マップデータ４５で多く施肥する領域４６が割り当てられる。空撮写真４０で、作物の成長が良好な領域４２には、作業マップデータ４５で少なく施肥する領域４７が割り当てられる。
なお、作業マップデータ４５は、農作業機が圃場に到達するのに必要な位置情報と紐づけられたデータを有していればよく、必要に応じて、圃場の外形データや施肥量情報などが重ね合わされる。

図２は、本発明の自動化システム１の全体構成を示す概念図である。自動化コントローラ（自動化システム）１は、非常にコンパクトに構成されており、タブレットＰＣより小さく、農作業機３０の運転席に付属品（図示していない）を介して設置できるようになっている。
また、中央には、各種設定や作業状況等の各種情報が表示されるディスプレイ１１を備えている。
表示内容の切り替え、各種設定は、ディスプレイ１１のソフトキーでなされてよいが、自動化コントローラ（自動化システム）１にハードキー（図示していない）を設けて、表示内容の切り替えや各種設定を行うようにしてもよい。

自動化コントローラ（自動化システム）１は、接続端子１２を備えている。接続ケーブル１６を介して、ＧＮＳＳ接続端子１３にＧＮＳＳアンテナ２１を備えたＧＮＳＳ受信装置２０を接続できるようになっている。ＧＮＳＳとしては、ＧＰＳが代表的であるが、ＧＰＳに加えてＱＺＳＳ（愛称「みちびき」）などを受信できるＧＮＳＳ受信機２０をＧＮＳＳ接続端子に接続してもよい。

また接続ケーブル１６は、農作業機コントローラ接続端子１４を備えており、農作業機３０に設けられた農作業機コントローラ３１に接続でき、自動化コントローラ（自動化システム）１が出す作業指令を農作業機コントローラ３１に送ることができる。
農作業機コントローラ３１は、農作業機３０の走行制御（車速、操向等）を制御するとともに、例えば施肥装置などの農作業装置の動作を制御する。しかしながら、農作業機コントローラ３１は、一つのまとまったコントローラである必要はない。トラクターにけん引された施肥装置のような農作業機３０においては、トラクター側に農作業機３０の走行制御（車速、操向等）を制御するコントローラを置き、施肥装置側に農作業装置の動作を制御するコントローラを置いてもよく、通信ができるように相互に接続されている。制御の目的に適したコントローラが複数設けられるのが普通である。
農作業機３０側に複数のコントローラが設けられているとしても、接続ケーブル１６を用いて農作業機コントローラ接続端子１４と接続しさえすれば、自動化コントローラ（自動化システム）１が行う制御に必要なすべての農作業機コントローラ３１と接続が完了するようになっている。
本実施例では、このような接続を可能とする、ＣＡＮ（ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）通信を用いているが、これに限られるものではない。

自動化コントローラ（自動化システム）１には、ＵＳＢ端子１５が設けられており、施肥量を決めるための作業マップデータ４５（図１）などの情報が取り込めるようになっている。しかし、これらの情報を取り込むのに、ネットを介して取り込むこともでき、ＵＳＢ端子１５は必須なものではない。

作業モードにおいては、ディスプレイ１１には、作業に必要な情報が表示されるようになっている。ＧＮＳＳ受信装置２０から出力されるＧＮＳＳ測位情報が自動化コントローラ（自動化システム）１に入力されるとともに、作業マップデータ記憶部に読み込まれた作業マップデータ４５を用いて、作業指令を農作業コントローラ３１に出力する。

作業を行うべき、複数の圃場または圃場内の領域のリスト（以下、「圃場リスト」という）が事前に作成されており、あらかじめ自動化システム１に圃場リストが記憶されている。
圃場リストには、圃場の位置情報が必須のデータとして含まれており、圃場の位置を特定するデータ以外に、圃場の所有者、圃場に作付けられた作物の種類等、様々なデータを含むことを妨げない。
また、「圃場内の領域」とは、一つの区画の圃場でも、所有者が異なる場合や作物の作付け時期が異なる場合などが含まれる。一つの区画の圃場でも、複数の圃場内の領域で作業を行う場合にあっては、領域を分けてリストに登録されることもある。

自動化コントローラ（自動化システム）１には、作業者が途中で作業を中止することができるように、作業中止キー１７が備えられている。
所定の圃場において、作業マップデータ４５で規定されたすべての作業が終了したことを自動化コントローラ（自動化システム）１が判断する、または、作業者が作業中止キー１７を押下して、作業中止指示を自動化コントローラ（自動化システム）１に送ると、自動化コントローラ（自動化システム）１の制御機構は、ディスプレイ１１の表示をナビゲーションモードに自動的に切り替える。

自動化コントローラ（自動化システム）１が作業マップデータで規定されたすべての作業が終了したことを判断する、又は、作業者が作業中止指示を自動化コントローラ（自動化システム）１に送り作業を終了すると、自動化コントローラ（自動化システム）１の制御機構は、圃場リストから作業の終了していない圃場を選定する。

自動化コントローラ（自動化システム）１の制御機構は、ＧＮＳＳ受信装置２０からのＧＮＳＳ測位情報に基づき、圃場リストの中から、農作業機３０の現在位置に最も近い、かつ、作業の終了していない圃場を選定する。
なお、最も近い作業の終了していない圃場を選定するのではなく、圃場リストに掲載された圃場の位置情報データを、巡回セールスマン問題としてとらえ、圃場リストに掲載された圃場を巡回できる最短ルートを計算し、次の作業の終了していない圃場を選定してもよい。

圃場リストの中から、作業の終了していない圃場が選定されたことを契機として、自動化コントローラ（自動化システム）１の制御機構は、現在位置を示すＧＮＳＳ測位情報と広域地図等のナビゲーション情報に基づき、圃場リストから選定された圃場までの道路ルート等の誘導情報を導き出しディスプレイ１１に表示する。
また、道路ルートではなく、選定された圃場または圃場内の領域の方向と距離を組み合わせた誘導情報をディスプレイ１１に表示してもよい。

作業が終了した圃場については、圃場リストに作業終了したことを示すデータが追加され、圃場リストから選定されないようになっている。また、何らかの事情で作業者が作業中止キー１７を押下して、作業を中止、すなわち、中断したままになっている圃場については、中断したことを示すデータを追加するようにしてもよい。作業を中断した圃場は、圃場リストから選定されないようになっている。

（個別の態様）
作業中止キーは、図２の態様ではハードキーとしたが、ディスプレイ１１にソフトキーとして表示することができる。また、明示的に「作業中止指示操作」キーと分かるように表示される必要はなく、例えば、「施肥装置停止」キーなど、実質的に作業中止指示となり得るものであれば、キーの名称は問わない。

実施例では、作業マップデータ４５、圃場リスト及びナビゲーション情報は、自動化コントローラ（自動化システム）１の記憶装置に記憶されるようにしたが、ネットワーク上にこれらの記憶部が存在してもよい。
ネットワーク上に記憶部を設けることで、自動化コントローラ（自動化システム）１のコストダウンを図ることができる。

また、圃場リストをネットワーク上に記憶することで、作業が終了した圃場を管理者が把握することができる。管理者は、複数の農作業機３０の作業進行を把握することができ、何らかの事情で作業が滞っている農作業機３０があったとき、当該農作業機３０の作業者に連絡を取る等、迅速に対応することも可能となる。また、管理者が、作業が滞っている農作業機３０の圃場リストから作業予定の圃場を他の農作業機３０に移すことで、請け負った圃場の作業を予定通りに終了させることも可能となる。

また、自動化コントローラ（自動化システム）１は、小型で取付自在のものとして説明したが、農作業機３０の運転席に組み込まれているものでもよい。

（まとめ）
以上のように、本発明は、単にナビゲーション機能を自動化システム１に搭載しただけのものではない。所定の圃場で予定されている作業マップデータで規定されたすべての作業が終了したこと、または、作業中止指示がなされ作業が終了したことを契機に、自動的にナビゲーションモードに画面が切り替わるとともに、作業が終了していない圃場または圃場内の領域を一つ自動的に選定してナビゲーションが行われることで、カーナビゲーションシステムを別に取り付けた場合と比べて、作業者の操作を省き複数の圃場を巡るアシストが可能となった。

１自動化コントローラ（自動化システム）
１１ディスプレイ
１２接続端子
１３ＧＮＳＳ接続端子
１４農作業機コントローラ接続端子
１５ＵＳＢ端子
１６接続ケーブル
１７作業中止キー
２０ＧＮＳＳ受信装置
２１ＧＮＳＳアンテナ
３０農作業機
３１農作業機コントローラ
４０空撮写真
４１作物の成長の遅れている領域
４２作物の成長が良好な領域
４５作業マップデータ
４６多く施肥する領域
４７少なく施肥する領域

Claims

ディスプレイ、ＧＮＳＳ受信装置、作業を行うべき圃場地図又は画像に作業情報を重ね合わせた作業マップデータを記憶する記憶部、および、作業を行うべき、複数の圃場または圃場内の領域のリストを記憶する記憶部を有する、農作業機に作業指令を出す農作業機自動化システムにおいて、
前記作業マップデータに基づき、ＧＮＳＳ測位情報を用いて前記作業情報に規定された作業内容および／または作業量を行うように前記作業指令を出し、
作業を行うべき所定の圃場または圃場内の領域において、前記作業マップデータで規定されたすべての作業が終了したこと、または、作業中止指示操作がなされたことを契機に、ナビゲーションモードに前記ディスプレイの表示を切り替え、
前記リストに記憶された複数の圃場または圃場内の領域の中から、作業の終了していない圃場または圃場内の領域を一つ選定し、
前記ナビゲーションモードにおいて、前記選定された圃場または圃場内の領域に向かって前記農作業機を誘導する情報を前記ディスプレイに表示する、
制御機構を備えたことを特徴とする農作業機自動化システム。
前記自動化システムを搭載した、農作業機。