JP7268899B2 - 作業機及び作業システム - Google Patents

Description

本発明は、走行機体に装着され、圃場に対して所定の作業を行うことが可能な作業機に関する。特に、走行機体の走行位置に対して側方の位置を作業可能なオフセット作業機に関する。例えば、圃場の外縁に畦を成形する畦塗り機に関する。

農作業機の技術分野において、トラクタ等の走行機体に装着され、走行機体の進行方向に沿って圃場における各種作業を行う作業機が知られている。このような作業機は、作業の内容に応じて様々な種類のものがあり、例えば、走行機体の走行位置に対して側方の位置（走行機体に対してオフセットした位置）を作業させる作業機として、畦塗り機、溝形成機、草刈り機等のオフセット作業機が知られている。

特に、畦塗り機は、広い圃場の外縁に亘って均質な畦を成形するに当たり、多大な時間と労力を要する畦塗り作業の効率化を図るものとして近年注目されている。畦塗り機の基本構成は、走行機体からの動力が入力される入力軸を備える装着部と、入力軸からの動力を伝達する動力伝達機構と、作業位置（オフセット位置）での機体支持を行う連結部と、伝達された動力によって畦塗り作業を行う作業部とを含む。

本出願人は、畦塗り作業のさらなる効率化を求め、圃場の隅部における畦塗り作業に要する時間を短縮するための畦塗り機を開発した。この畦塗り機は、走行機体を圃場の隅部に向かって直進させ、隅部に到達したら走行機体を旋回動作させるだけで自動的に圃場の隅部まで畦塗り作業を行うことができるという画期的なものである（特許文献１）。

特許第４６５１９１５号公報

特許文献１に記載された畦塗り機は、作業部を走行機体に対して反対側の作業位置に移動させ、走行機体をバック走行させて畦塗り作業を行っていた従来の畦塗り機に比べて、走行機体を前進走行させるだけで隅部の畦塗り作業を完了できるという点で作業時間の大幅な短縮を達成している。

しかしながら、特許文献１記載の畦塗り機では、走行機体が圃場の隅部に到達したタイミングで、走行機体を旋回動作させるためにハンドルを切る操作が必要となるが、そのハンドル操作のタイミングは作業者の判断に任されていた。そのため、畦塗り作業に慣れていない作業者などの場合、ハンドル操作のタイミングが早過ぎたり遅すぎたりして隅部の畦塗り作業が上手くいかないおそれがあった。このように、特許文献１記載の畦塗り機には、さらなる改善の余地があった。

本発明の課題は、上記事情に鑑み、圃場の端部、特に圃場の隅部の作業を容易にする作業機を提供することにある。

本発明の一実施形態による作業機は、走行機体の側方位置を作業可能な作業部と、前記作業部の作業位置および作業方向を所定の状態に維持して、前記走行機体の走行に沿って前記作業部を作業させる通常作業制御モードと、前記走行機体の走行方向の変化に伴う前記作業位置および前記作業方向の変化を自動調整することにより、前記所定の状態を維持したまま前記作業部を作業させる自動直進作業制御モードと、を実行する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記走行機体から圃場の隅部までの距離に基づいて、前記自動直進作業制御モードへの切り替えタイミングを決定する。

前記制御手段は、前記切り替えタイミングにおいて、前記切り替えタイミングの到来を音、光又は振動により作業者に報知する報知手段にその旨を報知させてもよい。

前記制御手段は、前記切り替えタイミングにおいて、前記通常作業制御モードから前記自動直進作業制御モードへの切り替えを行うものであってもよい。

前記制御手段は、ＧＰＳ（全地球測位システム）を用いて算出した前記走行機体又は当該作業機の位置情報に基づいて、前記走行機体から圃場の隅部までの距離を算出してもよい。また、それ以外にも、距離センサからの出力に基づいて、前記走行機体から圃場の隅部までの距離を算出してもよいし、前記走行機体の前方を撮影した画像又は前記走行機体を上方から撮影した画像の解析結果に基づいて、前記走行機体から圃場の隅部までの距離を算出してもよい。

前記制御手段は、予め設定された距離と、算出した前記走行機体から圃場の隅部までの距離とを比較し、両者が一致したときを前記切り替えタイミングとして決定するものであってもよい。その際、予め設定された距離を、前記走行機体又は当該作業機の対地速度に応じて更新してもよい。

また、前記制御手段は、前記予め設定された距離と前記走行機体又は当該作業機の対地速度とを関連付けたテーブルを予め記憶した記憶手段を有していてもよい。そして、取得した前記走行機体又は当該作業機の対地速度に基づいて前記記憶手段から読み出した距離と、算出した前記走行機体から圃場の隅部までの距離とを比較し、両者が一致したときを前記切り替えタイミングとして決定してもよい。

前記制御手段は、前記切り替えタイミングを決定するに当たり、前記走行機体から圃場の隅部までの距離に加え、前記走行機体又は当該作業機の対地速度を用いてもよい。

本発明の作業機によれば、圃場の端部、特に圃場の隅部の作業を容易にする作業機を提供することができる。

第１実施形態による作業システムの構成を示す外観図の一例である。 第１実施形態によるオフセット作業機の制御手段の構成を示すブロック図の一例である。 第１実施形態によるオフセット作業機の制御手段が実行する通常作業制御モードの一例を示すフロー図である。 第１実施形態によるオフセット作業機の制御手段が実行する自動直進作業制御モードの一例を示すフロー図である。 第２実施形態によるオフセット作業機の制御手段の構成を示すブロック図の一例である。 第３実施形態によるオフセット作業機の制御手段の構成を示すブロック図の一例である。 第４実施形態によるオフセット作業機の制御手段の構成を示すブロック図の一例である。 第６実施形態による作業システムにおける畦塗り機の全体構成の一例を示す図である。 第６実施形態による作業システムにおける畦塗り機の作業部の作業位置を制御する方法の一例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の作業機の実施形態について説明する。但し、本発明の作業機は多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に示す例の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、本実施の形態で参照する図面において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

また、説明の便宜上、上方（上部）又は下方（下部）という語句を用いて説明するが、上方（上部）は水平面から遠ざかる方向を示し、下方（下部）は水平面に向かって近づく方向を示す。同様に、前方（前側）又は後方（後側）という語句を用いて説明するが、前方（前側）は作業機を基準として走行機体が位置する方向を示し、後方（後側）は前方とは１８０°反対の方向を示す。

〈第１実施形態〉
［作業システムの構成］
本実施形態では、作業システムとして、オフセット作業機を備えた農作業システムを例示する。具体的には、トラクタ等の走行機体に対し、オフセット作業機として畦塗り機を備えたシステムを例示して説明する。なお、ここではオフセット作業機として畦塗り機を例示するが、溝形成機、草刈り機等の他のオフセット作業機でも同様である。

図１は、本発明の第１実施形態による作業システムの構成を示す外観図の一例である。第１実施形態による作業システム１００は、トラクタ等の走行機体１０と、オフセット作業機としての畦塗り機２０とを含む。このような構成の作業システム１００が、圃場２００に配置され、圃場の外縁を形成する畦２０１を成形する。

畦塗り機２０は、走行機体１０における３点リンク等の連結手段１１に装着される装着部２１と、走行機体１０の走行位置に対して側方にオフセットした位置を作業する作業部２２と、装着部２１に対して一端が回動自在に軸支され、作業部２２に対して他端が回動自在に軸支されたオフセットリンク機構部２３とを備える。オフセットリンク機構部２３は、装着部２１に対して作業部２２を所定の作業位置（オフセット位置ともいう）に支持する機能を有する。

ここで、装着部２１には、走行機体１０のＰＴＯ軸に連結され、ＰＴＯ軸からユニバーサルジョイントや伝動シャフト等を介して動力が伝達される入力軸が設けられ、オフセットリンク機構部２３にはこの入力軸からの動力を作業部に伝達する動力伝達機構が設けられる。また、作業部２２には、畦塗り作業を行うための略円錐状の整畦部と該整畦部を回転駆動させるための駆動部が設けられている。

装着部２１とオフセットリンク機構部２３との間には、作業位置調整機構２４が設けられている。作業位置調整機構２４は、油圧シリンダ，電動シリンダ等のアクチュエータによって構成され、その伸縮動作によってオフセットリンク機構部２３を回動させ、作業部２２の作業位置を調整することにより、作業部２２の作業位置を調整する。なお、本実施形態では、作業位置調整機構２４による作業部２２の回動動作により作業部２２の作業位置を調整しているが、これに加えて、又はこれに代えて、オフセットリンク機構部２３のリンク長さを伸縮調整させることにより、作業部２２の作業位置を調整することも可能である。

また、オフセットリンク機構部２３と作業部２２との間には作業方向調整機構２５が設けられている。作業方向調整機構２５も前述の作業位置調整機構２４と同様に油圧シリンダ，電動シリンダ等のアクチュエータによって構成され、その伸縮動作によって作業部２２を軸部２６周りに回動させ、作業部２２の作業方向を調整する。

以上説明した作業部２２、オフセットリンク機構部２３、作業位置調整機構２４及び作業方向調整機構２５の動作は、いずれも畦塗り機２０が備える制御手段２７により制御される。制御手段２７の具体的な構成については後述する。制御手段２７は、位置センサ２８からの検出信号に基づいて、作業位置調整機構２４を制御し、角度センサ２９の検出信号に基づいて、作業方向調整機構２５を制御する。

なお、位置センサ２８としては、作業部２２と畦２０１の整畦面２０１ａとの位置関係を検出可能なセンサであれば如何なるものを用いてもよく、接触式であっても非接触式であってもよい。例えば、作業部２２と整畦面２０１ａとの間の距離を計測する距離センサを用いてもよいし、可動式のアームを整畦面２０１ａに接触させ、そのアームの変動をポテンショメータ等で読み取って作業部２２と整畦面２０１ａとの間の距離を計測するものであってもよい。

また、角度センサ２９としては、整畦面２０１ａに対する作業部２２の作業方向の変化を検出することができるものを用いることができる。例えば、角度センサ２９として、軸部２６の周囲に設けられたジャイロセンサやポテンショメータ等を用いることができる。

以上の構成を含む畦塗り機２０は、トラクタ等の走行機体１０の後部に装着され、走行機体１０が走行する方向に牽引される。具体的には、走行機体１０は、畦２０１に沿って走行し、作業部２２の作業により畦２０１を塗り替えて成形する。このとき、作業位置調整機構２４及び作業方向調整機構２５の動作により、作業部２２の作業位置及び作業方向は、所定の状態に維持される。このように、作業位置及び作業方向を所定の状態に維持して、走行機体の走行に沿って作業部を作業させるモードを「通常作業制御モード」という。

本実施形態の作業システム１００においては、通常作業が進行して、走行機体１０が圃場２００の隅部２０２に接近すると、作業部２２は、自動的に直進作業を行うモードで制御される。すなわち、作業部２２は、走行機体１０が隅部２０２を回避するように旋回動作を行った後も、通常作業の状態を維持したまま隅部２０２に到達するまで整畦作業を継続するように制御手段２７により制御される。

このとき、走行機体１０の旋回動作に伴って、走行機体１０と作業部２２との相対的な位置関係は変化するが、作業対象である畦２０１の整畦面２０１ａと作業部２２との間の相対的な位置関係は変化しない。つまり、制御手段２７は、整畦面２０１ａと作業部２２との相対的な位置関係を変化させないように、前述の作業位置調整機構２４及び作業方向調整機構２５の動作を制御する。このように、走行機体の走行方向の変化に伴う作業位置及び作業方向の変化を自動調整することにより、作業部を所定の状態（例えば、通常作業時の状態）に維持したまま作業部を作業させるモードを「自動直進作業制御モード」という。

本実施形態の作業システム１００においては、畦塗り機２０の制御手段２７が、走行機体１０から圃場２００の隅部２０２までの距離（Ｘ）に基づいて、通常作業制御モードから自動直進作業制御モードへの切り替えタイミングを決定する。つまり、制御手段２７は、走行機体１０から圃場２００の隅部２０２までの距離（Ｘ）が、所定の値に到達したか否かを判断することにより、走行機体１０が隅部２０２、すなわち旋回動作を行うべき地点に到達したか否かを判断する。

本実施形態による走行機体１０は、例えば距離センサ１２を備えており、通常作業の間、走行機体１０から隅部２０２までの距離を計測する。具体的には、走行機体１０から該走行機体１０の正面前方に位置する畦２０１の整畦面２０１ａまでの距離（Ｘ）を計測することにより、隅部２０２までの距離を計測する。なお、距離（Ｘ）の計測は、連続的に計測してもよいし、間欠的に計測してもよい。例えば、所定の期間ごとに距離センサ１２の出力信号を検出して距離（Ｘ）を求めてもよい。

距離センサ１２としては、一般的な光センサや超音波センサを用いることができ、距離さえ計測できれば特に制限はない。また、本実施形態では、距離センサ１２を走行機体１０の先端部分に設ける例を示したが、これに限らず、運転席、走行機体１０の後端部など任意の場所に設けることができる。本実施形態では、距離センサ１２は、走行機体１０から正面前方の畦２０１の整畦面２０１ａまでの距離を計測する目的で設けられているため、走行機体１０の先端部に設けられているが、後述するように、走行機体１０の旋回動作のタイミングを決定できれば足りるため、タイミングを決定するための演算に必要な基準となる距離をどのように設定するかは任意である。

距離センサ１２の計測結果により、走行機体１０から畦２０１の整畦面２０１ａまでの距離が所定の距離（Ｘ１）に到達したことを制御手段２７が検知すると、制御手段２７は、通常作業制御モードから後述する自動直進作業制御モードへの切り替えタイミングが到来したと判断し、その旨を示す信号を走行機体１０又は畦塗り機２０が備える報知手段１３に伝達する。報知手段１３は、スピーカ等の音出力手段、ＬＥＤ等の光出力手段、又はバイブレータ等の振動出力手段を用いることができ、音、光又は振動により、自動直進作業制御モードへの切り替えタイミングが到来したことを作業者に報知する。なお、報知手段１３として、音出力手段を用いる場合、「ハンドルをいっぱいまで左に切って下さい」等の音声ガイダンスであることが好ましい。

このように、本実施形態では、走行機体１０と圃場２００の隅部２０２との間の距離を距離センサ１２により計測し、その距離が予め設定された所定の距離に到達すると、作業者に対して、報知手段１３により自動直進作業制御モードへの切り替えタイミングが到来したことを報知する。その結果、畦塗り作業に慣れない作業者であったり高齢の作業者であったりしても、容易に自動直進作業制御モードへの切り替えタイミングを認識することができ、的確に走行機体１０のハンドル操作（すなわち、走行機体１０の旋回動作）を行うことができる。

［制御手段の構成］
図２は、前述した畦塗り機２０の制御手段２７の構成を示すブロック図の一例である。本実施形態では、制御手段２７には、記憶部２７１、比較演算部２７２、及び信号出力部２７３が含まれる。

記憶部２７１には、作業位置基準値（α）２７１ａ、作業方向基準値（β）２７１ｂ、制御プログラム２７１ｃ、及び距離基準値（Ｘ０）２７１ｄが記憶されている。比較演算部２７２には、第１比較部２７２ａ、第２比較部２７２ｂ、及び第３比較部２７２ｃが含まれている。信号出力部２７３には、作業位置調整出力部２７３ａ、作業方向調整出力部２７３ｂ、及び報知信号出力部２７３ｃが含まれる。これらの各部は、図示しないＣＰＵ（中央演算処理装置）が記憶部２７１から読み出した制御プログラム２７１ｃを実行することにより制御される。

作業部２２の作業位置（作業位置）及び作業方向の変化は、それぞれ位置センサ２８及び角度センサ２９により検出される。これら位置センサ２８及び角度センサ２９で検出された検出信号は、それぞれ比較演算部２７２における第１比較部２７２ａ及び第２比較部２７２ｂに入力される。

第１比較部２７２ａでは、入力された位置センサ２８からの検出信号と記憶部２７１から読み出された作業位置基準値（α）２７１ａとが比較され、両者のずれ量が出力値として信号出力部２７３の作業位置調整出力部２７３ａに入力される。また、同様に、第２比較部２７２ｂでは、入力された角度センサ２９からの検出信号と記憶部２７１から読み出された作業方向基準値（β）２７１ｂとが比較され、両者のずれが出力値として信号出力部２７３の作業方向調整出力部２７３ｂに入力される。

そして、作業位置調整出力部２７３ａでは、第１比較部２７２ａから取得したずれ量に関する出力値に基づき、そのずれを補正するための駆動信号が出力され、作業位置調整機構２４により作業部２２の作業位置（作業位置）を調整する制御がなされる。また、作業方向調整出力部２７３ｂでは、第２比較部２７２ｂから取得したずれ量に関する出力値に基づき、そのずれを補正するための駆動信号が出力され、作業方向調整機構２５により作業部２２の作業方向を調整する制御がなされる。

次に、第３比較部２７２ｃでは、距離センサ１２から、走行機体１０と該走行機体１０の正面前方に位置する整畦面２０１ａとの間の距離を示す信号が入力される。この場合、距離センサ１２からの検出値を制御手段２７側で処理して距離を算出してもよいし、距離センサ１２側で距離を求め、その距離に対応する信号を制御手段２７に対して入力してもよい。入力された距離を示す信号は、第３比較部２７２ｃにおいて、記憶部２７１から読み出された距離基準値（Ｘ０）２７１ｄと比較され、その比較結果が出力値として信号出力部２７３の報知信号出力部２７３ｃに入力される。

報知信号出力部２７３ｃでは、比較結果が一致を示したとき、すなわち、走行機体１０と正面前方の整畦面２０１ａとの間の距離が、記憶部２７１に記憶された距離基準値（Ｘ０）２７１ａと一致したとき、報知信号を報知手段１３に対して出力し、報知手段１３を駆動して作業者に自動直進作業制御モードへの切り替えタイミングであることを報知する制御がなされる。

ここで、本実施形態では、自動直進作業制御モードへの切り替えタイミングの目安となる距離基準値（Ｘ０）２７１ｄとして、予め設定された値を記憶しておく。これにより、走行機体１０と正面前方の整畦面２０１ａとの間の距離が、その距離基準値（Ｘ０）２７１ｄとなったタイミングで走行機体１０の旋回動作を開始すると、走行機体１０を旋回動作させるだけで、自動的に圃場２００の隅部２０２まで作業部２２を直進作業させることができる。

なお、「予め設定された値」は、作業者が入力した値、過去に使用された値、サーバからダウンロードした値のいずれであってもよい。例えば、過去に使用された値としては、過去に算出して使用された値そのものやその統計値（平均値など）を用いてもよいし、過去に良好な実績を残した値を用いてもよい。また、サーバからダウンロードした値としては、例えば、各地からサーバに収集された設定値から選択された値をダウンロードとしてもよいし、作業対象となる圃場に似た環境の他の圃場に使用された設定値をダウンロードしてもよい。

したがって、距離基準値（Ｘ０）２７１ｄを設定するに当たり、走行機体１０の旋回動作の中心（旋回中心）から走行機体１０までの距離（回転半径）や走行機体１０の移動速度を考慮することが望ましい。例えば、走行機体１０のスリップによる車輪の空転等を考慮すると、走行機体１０と圃場２００との相対的な速度関係を示す対地速度を考慮することが望ましいと言える。このような対地速度は、ドップラー効果を利用した超音波センサなどを用いることにより容易に取得することが可能である。

以上を踏まえると、距離基準値（Ｘ０）２７１ｄを設定する際には、走行機体１０のサイズや機種及び／又は走行機体１０の移動速度（好ましくは対地速度）ごとに、最適な距離基準値（Ｘ０）２７１ｄを設定しておくことが好ましい。例えば、走行機体１０の対地速度が０．４ｋｍ／ｈ以下の場合における値と、０．４ｋｍ／ｈを超え０．６ｋｍ／ｈ以下の場合における値と、０．６ｋｍ／ｈを超える場合における値とを、それぞれ異なる値として記憶しておいてもよい。

この場合、距離基準値（Ｘ０）２７１ｄと走行機体１０の対地速度とを関連付けたテーブルとして記憶部２７１に記憶しておくことも可能である。勿論、距離基準値（Ｘ０）２７１ａとして単一の値を記憶しておき、取得された走行機体１０の対地速度に応じて、距離基準値（Ｘ０）２７１ａを適宜更新して対応する値とすることも可能である。

なお、上述した説明では、走行機体１０の対地速度を例に挙げて説明したが、畦塗り機２０の対地速度を代用しても構わない。その場合、畦塗り機２０に対して対地速度を測定可能な手段（超音波センサ等）を設けておき、所定の規格に従って畦塗り機２０側で取得した対地速度等のデータを走行機体１０側の制御手段に送信すればよい。例えば、所定の規格としては、ＩＳＯＢＵＳやＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）を用いることができる。

次に、図３及び図４を用いて通常作業制御モード及び自動直進作業制御モードのフローについて説明する。図３は、畦塗り機２０の制御手段２７が実行する通常作業制御モードの一例を示すフロー図である。図４は、畦塗り機２０の制御手段２７が実行する自動直進作業制御モードの一例を示すフロー図である。

図３に示すように、先ず、作業が開始されて（Ｓ１０）、制御手段２７の電源がＯＮになると（Ｓ１１）、位置センサ２８及び角度センサ２９が作動して作業部２２の作業位置及び作業方向の検出が開始される（Ｓ１２Ａ、Ｓ１２Ｂ）。このとき、作業位置調整機構２４と作業方向調整機構２５は所定状態に維持されており、走行機体１０を直進走行させながら、作業部２２によって直線的な畦塗り作業が行われる。

通常作業制御モードでは、位置センサ２８及び角度センサ２９の検出値が随時制御手段２７の記憶部２７１に送られ、作業位置基準値（α）２７１ａ及び作業方向基準値（β）２７１ｂの設定がなされる（Ｓ１３）。この作業位置基準値（α）２７１ａ及び作業方向基準値（β）２７１ｂの設定は、随時位置センサ２８及び角度センサ２９から送られてくる検出値から所定期間の平均値を求めて基準値を算出してもよいし、随時送られてくる検出値をその都度記憶されている基準値と置き換えて、順次更新するようにしてもよい。

この基準値設定（Ｓ１３）のプロセスは、通常作業制御モードの作業終了（Ｓ１４，Ｓ１６）まで続けられ、その間に、制御手段２７に対して自動直進作業制御モードを実行する旨の指示操作がなされると（Ｓ１５）、通常作業を終了して（Ｓ１７）、図４に示される自動直進作業制御モードに移行する（Ｓ１８）。なお、自動直進作業制御モードを実行する旨の指示操作は、手動のスイッチを押し下げる操作であってもよいし、走行機体１０のハンドル操作（ステアリング操作）等と連動させてもよい。

本実施形態の場合、この自動直進作業制御モードを実行する旨の指示操作のタイミングを、上述した報知手段１３による報知によって作業者に知らせる。

図４に示すように、作業が開始されて（Ｓ２０）、自動直進作業制御モードが実行されると（Ｓ２１）、その時点で設定されている作業位置基準値（α）２７１ａ及び作業方向基準値（β）２７１ｂを自動直進作業制御モードの基準値として維持される（Ｓ２２）。そして、報知手段１３の駆動により、走行機体１０が圃場２００の隅部２０２に到達したこと、すなわち、通常作業制御モードから自動直進作業制御モードへの切り替えタイミングであることを認識した作業者により走行機体１０の旋回動作がなされると（Ｓ２３）、自動直進作業制御モードの制御下において、位置センサ２８による作業部２２のオフセット位置の検出と角度センサ２９による作業部２２の作業方向の検出とがなされる（Ｓ２４Ａ、Ｓ２４Ｂ）。

そして、前述した制御手段２７による制御により、走行機体１０の走行方向の変化に伴う作業部２２の作業位置及び作業方向の変化をキャンセルするように作業位置調整機構２４及び作業方向調整機構２５が自動制御され（Ｓ２５Ａ、Ｓ２５Ｂ）、結果として、作業部２２の直進作業が維持される。

そして、作業部２２が圃場２００の隅部２０２に到達するタイミングで自動直進作業制御モードが終了し（Ｓ２６）、作業部２２の自動直進作業が終了する（Ｓ２７）。

以上説明した本実施形態の作業システム１００によれば、走行機体１０に牽引された畦塗り機２０を使用して圃場２００の畦２０１を成形し、通常作業制御モードから自動直進作業制御モードへの切り替えタイミングを、走行機体１０から正面前方に位置する畦２０１の整畦面２０１ａまでの距離（Ｘ）に基づいて決定し、自動直進作業制御モードへの切り替えタイミングの到来を報知手段１３により作業者に報知することができる。

これにより、畦塗り作業に不慣れな作業者や走行機体の運転に不慣れな作業者であっても、自動直進作業制御モードへの切り替えタイミングの到来を容易に認識することができ、走行機体の旋回動作（ハンドル操作）を行うだけで簡単に圃場の隅部の畦塗り作業を遂行することができる。

〈第２実施形態〉
第２実施形態の作業システムについて図５を用いて説明する。具体的には、本実施形態では、通常作業制御モードから自動直進作業制御モードへの切り替えを第２実施形態の作業システムが自動的に実行する。なお、本実施形態では、図２に示した作業システム１００と異なる点のみに着目して説明を行い、同一の部分については同一の符号を付して説明を省略する。

図５は、畦塗り機２０に搭載される制御手段２７ａの構成を示すブロック図の一例である。本実施形態の制御手段２７ａには、新たに、第３比較部２７２ｃからの出力信号を入力とする制御モード切り替え部２７４が追加されている。制御モード切り替え部２７４は、距離センサ１２の出力に基づいて取得した距離と記憶部２７１から読み出した距離基準値（Ｘ０）２７１ｄとが一致したとき、すなわち、第３比較部２７２ｃからの出力信号（一致信号）を契機として、通常作業制御モードを自動直進作業制御モードに切り替える制御を行う。通常作業制御モードから自動直進作業制御モードへの切り替えは、実行する制御プログラム２７１ｃの変更により行えばよい。

第１実施形態では、第３比較部２７２ｃからの出力信号を受けて報知信号出力部２７３ｃを用いて報知手段１３を駆動し、作業者に制御モードの切り替えタイミングである旨を伝えるのみであり、制御モードの切り替えは手動で行う例を示した。本実施形態では、作業者に制御モードの切り替えタイミングである旨を伝えるだけでなく、制御モードの切り替えを自動的に行うことができる。なお、作業者に制御モードの切り替えタイミングを伝える必要がない場合は、報知信号出力部２７３ｃや報知手段１３を省略してもよい。

また、制御手段２７ａは、制御モード切り替え部２７４から走行機体１０に対して制御信号を送信し、走行機体１０の制御手段（図示せず）に、走行機体１０の旋回動作を指示してもよい。この場合、走行機体１０の制御手段は、制御モード切り替え部２７４からの制御信号を受信し、走行機体１０の旋回動作を自動的に実行することが可能である。例えば、走行機体１０の進行方向に対して右側の作業可能な位置に作業部２２がある場合、走行機体１０の制御手段は、左側に旋回動作をするよう走行機体１０を自動制御すればよい。なお、この場合においては、畦塗り機２０が作業中であることを条件にして制御モードの自動制御を行うことが望ましい。これは、非作業時に走行機体１０が圃場の隅部に近づいたときに誤って制御モードが切り替わることを防止するためである。

ここでは、制御モード切り替え部２７４から走行機体１０の旋回動作を指示する制御信号を出力する例を示したが、これに限らず、報知信号出力部２７３ｃから制御モードの切り替えタイミングである旨を通知する通知信号を出力してもよい。この場合、走行機体１０の制御手段は、通知信号により制御モードの切り替えタイミングの到来を認識し、走行機体１０の旋回動作を開始することができる。勿論、通知信号を利用する場合は、制御モード切り替え部２７４からではなく、第３比較部２７２ｃから直接走行機体１０の制御手段に対して通知信号を出力してもよい。

以上説明した第２実施形態によれば、走行機体と圃場の隅部との間の距離に基づいて通常作業制御モードから自動直進作業制御モードへの切り替えタイミングが決定されるとともに、通常作業制御モードから自動直進作業制御モードへの切り替えが自動的に実行される。そのため、作業者は特段の操作を必要とせずに自動直進作業制御モードへの移行をスムーズに行うことができる。

さらに、通常作業制御モードから自動直進作業制御モードへの切り替えと同時に、走行機体の旋回動作を実行するように自動制御することも可能である。この場合、作業者が走行機体のハンドル操作を行わなくても自動的に圃場の隅部における畦塗り作業を実行することができる。さらに、走行機体の旋回動作を実行する前に、事前に作業者に対して制御モードの切り替えタイミングである旨を報知することも可能である。

〈第３実施形態〉
第３実施形態の作業システムについて図６を用いて説明する。具体的には、本実施形態では、第１実施形態における距離センサに代えて、ＧＰＳ（全地球測位システム）からの電波を受信するＧＰＳ受信機を備え、ＧＰＳ受信機によって取得した走行機体の位置情報に基づいて、走行機体から圃場の隅部までの距離を算出する。なお、本実施形態では、図２に示した作業システム１００と異なる点のみに着目して説明を行い、同一の部分については同一の符号を付して説明を省略する。

図６は、畦塗り機２０に搭載される制御手段２７ｂの構成を示すブロック図の一例である。本実施形態の制御手段２７ｂには、新たに、ＧＰＳ受信機１２ａにて取得した走行機体の位置情報を入力とする距離算出部２７５が追加されている。距離算出部２７５は、取得した走行機体の位置情報に基づいて、走行機体と圃場の隅部との間の距離を算出する機能を有している。具体的には、ＧＰＳ受信機１２ａから取得した走行機体の位置情報と、ＧＩＳ（地理情報システム）から取得した圃場の地図情報とを参照して、現在圃場のどの地点に走行機体が位置するかを求め、走行機体と圃場の隅部との間の距離を算出するものである。

距離算出部２７５から出力された距離値は、記憶部２７１から読み出された距離基準値（Ｘ０）２７１ｄと比較され、両者が一致したとき、その旨を示す信号（一致信号）が報知信号出力部２７３ｃに入力される。その後の処理は、第１実施形態と同様である。

なお、本実施形態では、走行機体の位置情報に基づいて、走行機体と圃場の隅部との間の距離を算出する例を示したが、畦塗り機の位置情報を用いることも可能である。つまり、ＧＰＳ受信機１２ａは、走行機体１０に装着されていてもよいし、畦塗り機２０に装着されていてもよい。

また、本実施形態の構成は、第２実施形態の構成と組合せることが可能である。例えば、本実施形態における制御手段２７ｂに対し制御モード切り替え部２７４を設け、距離算出部２７５で算出した距離と記憶部２７１から読み出された距離基準値（Ｘ０）２７１ｄとが一致したとき、制御モード切り替え部２７４により通常作業制御モードから自動直進作業制御モードへの切り替えを行ってもよい。

〈第４実施形態〉
第４実施形態の作業システムについて図７を用いて説明する。具体的には、本実施形態では、第１実施形態における距離センサに代えて、カメラ等の撮像手段を備え、撮像手段によって取得した走行機体の前方を撮影した画像情報に基づいて、走行機体から圃場の隅部までの距離を算出する。なお、本実施形態では、図２に示した作業システム１００と異なる点のみに着目して説明を行い、同一の部分については同一の符号を付して説明を省略する。

図７は、畦塗り機２０に搭載される制御手段２７ｃの構成を示すブロック図の一例である。本実施形態の制御手段２７ｃには、新たに、撮像手段１２ｂにて撮影された走行機体の前方の画像情報を示す撮像信号を入力とする画像解析部２７６が追加されている。画像解析部２７６は、取得した走行機体の前方の画像情報を解析することにより、走行機体と圃場の隅部との間の距離を算出する機能を有している。撮影された画像を画像解析した結果から任意の地点間の距離を取得する技術は公知であり、本実施形態では、様々な手法を用いることができる。

撮像手段１２ｂとしては、運転席等にカメラを設置してもよいし、走行機体のライトやバックミラーの裏側等にＣＭＯＳイメージセンサを設けてもよい。いずれにしても、なるべく視野の確保できる場所に設置することが望ましい。

画像解析部２７６から出力された距離値は、記憶部２７１から読み出された距離基準値（Ｘ０）２７１ｄと比較され、両者が一致したとき、その旨を示す信号（一致信号）が報知信号出力部２７３ｃに入力される。その後の処理は、第１実施形態と同様である。

なお、本実施形態では、走行機体の前方を撮影した画像情報に基づいて、走行機体と圃場の隅部との間の距離を算出する例を示したが、走行機体の上方から撮影した画像情報を用いることも可能である。例えば、撮像手段１２ｂを搭載した小型の無人航空機を圃場上空で飛行させながら走行機体と圃場の隅部とを含む画像を撮影し、取得した画像情報を解析して走行機体と圃場の隅部との間の距離を算出することも可能である。

また、本実施形態の構成は、第２実施形態の構成と組合せることが可能である。例えば、本実施形態における制御手段２７ｃに対し制御モード切り替え部２７４を設け、画像解析部２７６で算出した距離と記憶部２７１から読み出された距離基準値（Ｘ０）２７１ｄとが一致したとき、制御モード切り替え部２７４により通常作業制御モードから自動直進作業制御モードへの切り替えを行ってもよい。

〈第５実施形態〉
上述した第１実施形態から第４実施形態においては、本発明の一実施形態として、走行機体１０と畦塗り機２０とを含む農作業システムを例示して説明したが、本発明の一実施形態を作業機として把握することも可能である。例えば、第１実施形態の場合は、距離センサ１２及び報知手段１３を畦塗り機２０に配置することにより、走行機体に対して第１実施形態による畦塗り機を装着するだけで本発明の効果を奏することができる。

同様に、第２実施形態から第４実施形態についても、走行機体１０側に設けていた構成を畦塗り機２０側に配置することにより、それぞれ作業機として本発明を把握することが可能である。

〈第６実施形態〉
第６実施形態では、第１実施形態から第５実施形態においてオフセット作業機として例示した畦塗り機２０の具体的な構成の一例について説明する。図８は、第６実施形態による作業システムにおける畦塗り機の全体構成の一例を示す図である。畦塗り機２０は、走行機体１０のリンク機構（例えば３点リンク機構）に装着される装着部２１と、畦塗り作業を行う作業部２２と、装着部２１及び作業部２２を連結するオフセットリンク機構部２３とを基本構成として備えている。

装着部２１は、ロアリンク連結部２１１ａ、２１１ｂとトップリンク連結部２１２を備えると共に、オフセットリンク機構部２３が装着される支持部材２１３を備えている。また、装着部２１は、走行機体１０のＰＴＯ軸に、ユニバーサルジョイント等の伝動継手を介して接続される入力軸（図示せず）を備えており、この入力軸に伝達された動力をオフセットリンク機構部２３の伝動機構に伝達する機構も支持部材２１３内に備えている。なお、ロアリンク連結部２１１ａ、２１１ｂ及びトップリンク連結部２１２に対してオートヒッチアーム（図示せず）を装着し、該オートヒッチアームと走行機体１０のリンク機構とを連結する構成にしてもよい。

オフセットリンク機構部２３は、その一端が装着部２１の支持部材２１３に支持され、他端が作業部２２に取り付けられており、リンク部材２３１とオフセットフレーム２３２とを具備している。

リンク部材２３１は、一端が装着部２１側に回動可能に支持され、他端が作業部２２側に回動可能に支持された部材であり、作業部２２の位置を制御するものである。

オフセットフレーム２３２は、作業部２２側に動力を伝達する巻き掛け伝動手段を備えるとともに、垂直に設けられた伝動軸２３２ａ及び２３２ｂを有し、伝動軸２３２ａの回りにオフセットフレーム２３２が回動可能に支持され、伝動軸２３２ｂの回りに作業部２２が回動可能に支持されている。

オフセットフレーム２３２とリンク部材２３１とは平行に配置され、これらと支持部材２２３とで平行リンク機構を形成している。そのため、オフセットリンク機構部２３のオフセット角度θ方向の揺動に対して作業部２２の作業方向が変化しない、すなわち、畦塗りの作業面を維持したまま作業部２２のオフセット移動が可能となる。

本実施形態においては、油圧シリンダ又は電導シリンダで構成される作業位置調整機構２４及び作業方向調整機構２５の制御を容易化するために平行リンク機構を採用している。しかしながら、本発明の実施態様としては、作業位置調整機構２４と作業方向調整機構２５を独立して制御するように構成することも可能であり、このような平行リンク機構を形成しない実施態様の場合でも以下の説明と同様の制御が可能である。

作業部２２は、古い畦の一部を切り崩して土盛り作業を行う前処理部２２１と、この前処理部２２１によって前方に盛られた土を切り崩された古い畦に塗り付けて新しい畦を成形する整畦部２２２とを備え、これらが支持ケース（図示せず）に装着されており、伝動軸２３２ｂに伝達された動力を前処理部２２１と整畦部２２２とに振り分ける伝動機構を備えている。

ここで、前処理部２２１はロータリ爪を駆動軸に装着したロータリ耕耘型の前処理機構を採用することができ、必要に応じて古い畦の天場（上面）を削り取る天場処理機構（天場処理ローター）を付加したものであってもよい。また、整畦部２２２は、畦の上面を成形する円筒状の上面修復体２２２ａと畦の側面を成形する円錐状の側面修復体２２２ｂからなる畦修復体（整畦体ともいう）を採用することができる。

また、作業部２２の作業位置を検出する作業位置検出手段としての位置センサ２８が装備されている。この位置センサ２８は、支持ケース（図示せず）から取り付けアーム２８２を介して上面修復体２２２ａの後方に配備されている。

ここで、図９は、位置センサ２８による作業部２２の作業位置の制御方法の一例を示している。位置センサ２８は、図９に示すように、回転軸の回転変位を検出するポテンショメータ２８ａを内蔵し、この回転軸にセンサロッド２８ｂの一端が固定されている。センサロッド２８ｂは、その長さを調整することで感度調整が可能な棒状部材であって、その先端に接触部２８ｃが形成され、この接触部２８ｃが新しい畦の側面に接するように付勢されて設置されている。そして、基準の位置に対して、図９に示すａ側にセンサロッド２８ｂが振れると、基準に対して作業部２２が進行方向左側（作業部２２が畦から離れる方向）に移動したことが検出され、ｂ側にセンサロッド２８ｂが振れると、基準に対して作業部２２が進行方向右側（作業部２２が畦に近づく方向）に移動したことが検出される。

また、作業部２２の作業方向を検出する作業方向検出手段としての角度センサ２９が装備されている。この角度センサ２９は、オフセットリンク機構部２３に対する相対的な作業部２２の方向変化を検出するものではなく、作業部２２単独の圃場面に対する作業方向の変化を検出するものであり、例えば、ジャイロセンサ等を採用することができる。本実施例では、角度センサ２９はオフセットフレーム２３２内の伝動軸２３２ｂ（図１の軸部２６に対応する）の周囲に配備されている。

以上の構成を有する畦塗り機２０を本発明の作業システムにおけるオフセット作業機として用いることにより、畦２０１に対する作業部２２の作業位置や作業方向を細やかに制御することが可能となる。その結果、自動直進作業制御モードに移行するに当たり、作業部２２の制御を容易に行うことが可能である。

〈第７実施形態〉
第７実施形態では、第１実施形態から第６実施形態では、走行機体の走行位置に対して側方の位置を作業可能なオフセット作業機について、圃場の隅部の作業を容易にするための技術を例示して説明した。しかしながら、本発明は、これに限らず、圃場の端部において走行機体の向きを変更するような場合にも適用できる。例えば、ロータリ作業機又は代掻き作業機などに代表される、走行機体の後方の圃場を作業することができる作業機の方向転換の際にも適用可能である。

ロータリ作業機を例に挙げると、第１実施形態から第４実施形態のいずれかの方法により走行機体と前方の圃場の端部との間の距離を算出し、当該距離に基づいて作業機の方向転換のタイミングを決定することが可能である。つまり、走行機体が圃場の端部付近まで近づいたとき、自動的に、走行機体を旋回させて作業の向きを変更するタイミングであることを知ることができる。

本実施形態の場合、走行機体の方向転換のタイミングを誤って旋回が不十分になってしまったり、逆に早すぎて圃場の端部に未作業領域（いわゆる枕地）が残ってしまったりすることを減らすことができる。この効果は、代掻き作業機等、他の作業機に適用した場合についても同様である。

以上、本発明について図面を参照しながら説明したが、本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１００…作業システム、２００…圃場、２０１…畦、２０１ａ…整畦面、２０２…隅部、１０…走行機体、２０…オフセット作業機（畦塗り機）、１１…連結手段、１２…距離センサ、１３…報知手段、２１…装着部、２２…作業部、２３…オフセットリンク機構部、２４…作業位置調整機構、２５…作業方向調整機構、２６…軸部、２７…制御手段、２８…位置センサ、２９…角度センサ

Claims (15)

1. 走行機体の側方位置を作業可能な作業部と、
   前記作業部の作業位置および作業方向を所定の状態に維持して、前記走行機体の走行に沿って前記作業部を作業させる第１制御モードと、圃場の隅部に至るまでの所定範囲において前記作業部を作業させる第２制御モードと、を実行する制御手段と、を備える作業機であって、
   前記制御手段は、前記走行機体から圃場の隅部までの距離に基づいて、前記第１制御モードを前記第２制御モードに切り替え、かつ前記走行機体に対して前記第２制御モードに対応する動作を指示する信号を送信する、作業機。
2. 前記信号は、前記走行機体に対して旋回動作を指示する制御信号である、請求項１に記載の作業機。
3. 前記信号は、前記走行機体に対して、前記作業機が前記第２制御モードへの切り替えを行う切り替えタイミングである旨を通知する通知信号である、請求項１に記載の作業機。
4. 前記第１制御モードは、通常作業制御モードであり、
   前記第２制御モードは、自動直進作業モードである、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の作業機。
5. 前記信号は、前記作業機が畦塗り作業中であることを条件として送信される、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の作業機。
6. 前記制御手段は、前記切り替えタイミングにおいて、前記切り替えタイミングの到来を音、光又は振動により作業者に報知する報知手段にその旨を報知させる、請求項３に記載の作業機。
7. 前記制御手段は、ＧＰＳ（全地球測位システム）を用いて算出した前記走行機体又は前記作業機の位置情報に基づいて、前記走行機体から圃場の隅部までの距離を算出する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の作業機。
8. 前記制御手段は、距離センサからの出力に基づいて、前記走行機体から圃場の隅部までの距離を算出する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の作業機。
9. 前記制御手段は、前記走行機体の前方を撮影した画像の解析結果に基づいて、前記走行機体から圃場の隅部までの距離を算出する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の作業機。
10. 前記制御手段は、予め設定された距離と、前記走行機体から圃場の隅部までの距離とを比較し、両者が一致したとき前記信号を送信する、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の作業機。
11. 前記制御手段は、前記予め設定された距離を、前記走行機体又は前記作業機の移動速度に応じて更新する、請求項１０に記載の作業機。
12. 前記制御手段は、前記予め設定された距離と前記走行機体又は前記作業機の移動速度とを関連付けたテーブルを予め記憶した記憶手段を有し、
    取得した前記走行機体又は前記作業機の移動速度に基づいて前記記憶手段から読み出した距離と、前記走行機体から圃場の隅部までの距離とを比較し、両者が一致したとき前記信号を送信する、請求項１０又は１１に記載の作業機。
13. 前記制御手段は、前記信号を送信するに当たり、前記走行機体から圃場の隅部までの距離に加え、前記走行機体又は前記作業機の移動速度を用いる、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の作業機。
14. 走行機体と、該走行機体に装着される、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の作業機とを有する作業システム。
15. 前記走行機体から圃場の隅部までの距離は、前記走行機体から前記制御手段に入力された情報に基づいて算出される、請求項１４に記載の作業システム。

Images