JP7411455B2

JP7411455B2 - 作業機

Info

Publication number: JP7411455B2
Application number: JP2020038663A
Authority: JP
Inventors: 素広森
Original assignee: IHI Agri Tech Corp
Current assignee: IHI Agri Tech Corp
Priority date: 2020-03-06
Filing date: 2020-03-06
Publication date: 2024-01-11
Anticipated expiration: 2040-03-06
Also published as: JP2021140542A

Description

本発明は、ＧＩＳ（Geographic Information System 地理情報システム）ツールを用いたコントローラおよびコントローラで制御される自走作業機またはトラクターに搭載された作業機に関する。

ＧＩＳツールは、ArcGIS Pro、ArcGIS Earth( 英語版)、ＪＡ全農Z-GIS、国土地理院電子地図web地図、Google Earthなど種々提供されている。
これらの、ＧＩＳツールを用いると、地図上に、点線、円、ポリライン、ポリゴン等をオーバーレイすることができる。図形には、個別に位置情報、図形タイプ、名称の他に任意データを与えることができる。

このような地図データは、様々な分野で利用されており、自走作業機の移動やトラクターに搭載された作業機の農作業の自動化などに使われている。例えば、特許文献１に記載のようにＧＩＳツールを利用して作業機の枕地における旋回のルートを作成することができる圃場ガイダンスシステムが知られている。また、特許文献２に記載のようにＧＩＳツールを利用して生成した施肥マップと、ＧＰＳ位置情報を基に、自動可変施肥機を自動制御し、適切な肥料を適切な圃場領域に散布することも知られている。

このようなＧＩＳツールは、地図上にポリゴンで囲った図形（領域）をオーバーレイし、任意の名称（例えば、第１圃場など）を当該図形と対応づけて記憶させることができ、さらに、任意のデータを加えて保存することができる。その保存フォーマットとしては、ＫＭＬ形式やＳｈａｐｅＦｉｌｅ形式などが知られている。
第１圃場と名称を与えた地図データに任意のデータとして制御パラメータ（例えば、施肥量や走行速度等）を図形と対応付けて記憶させれば、ＧＩＳツールが第１圃場と名称を与えた地図データを読み込むことで、作業機に搭載したＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System 衛星測位システム）を利用して、施肥量や走行速度等を自動制御することが可能となる。

特開２０１８－１３９６０４号公報特開２０１１－２５４７１１号公報

ＧＩＳツールが扱えるフォーマットは、ＫＭＬ形式やＳｈａｐｅＦｉｌｅ形式など様々なフォーマットがあり、フォーマットに対応するＧＩＳツール間では図形の位置情報、図形タイプ、名称に限り共通して扱えるように互換性が保証されている。

例えば、ＫＭＬ形式に対応したＧＩＳツールを利用して、図１に示すように北海道の地図データに、五角形のポリゴンの図形をオーバーレイし、その図形の名称を「道央エリア」などと命名し、データとして人口と面積を入れ保存すると、図形の形状、位置情報、名称に加え、その任意の「他のデータ」が図形と対応付けてＫＭＬ形式で保存される。
互換性が保証された図形の形状、位置情報、名称については、ＫＭＬ形式で保存したデータを、機種や製造メーカーが異なるＫＬＭ形式対応ＧＩＳツールでも読み出すことができる。
従来例で説明したとおり、作業機で使用されるＧＩＳツールにおいては、地図データに制御パラメータ（例えば、施肥量や走行速度等）を図形と対応付けて使用されているが、ＫＭＬ形式に対応するＧＩＳツール同志であっても、制御パラメータは互換性の保証されていない「他のデータ」となり、読み出せないことがあった。

本発明は、取り扱えるファイル形式が対応するＧＩＳツールであれば、異なるＧＩＳツールを用いても、制御パラメータを読み出すことを可能にする作業機の提供を課題とする。

本発明は、地図情報読取部と作業機制御情報送信部を備え、前記地図情報読取部は、ＧＩＳツールで作成された地図情報を読み取ることができ、前記地図情報を前記作業機制御情報送信部へ送り、前記作業機制御情報送信部は、前記地図情報に含まれる名称情報に、あらかじめ定められた識別子の後に、あらかじめ定められた制御対象を制御する制御パラメータが記述されている場合には、前記識別子を認識して前記制御パラメータを取得し、前記制御パラメータを制御信号に変えて前記制御対象へ送信することを特徴とするコントローラとすることで課題を解決した。

本発明は、地図情報に含まれる名称情報に識別子で区切って制御パラメータを加えることで、取り扱えるファイル形式が対応するＧＩＳツールであれば、地図情報を保存したものと異なるＧＩＳツールを用いても、作業機を制御する制御パラメータを読み出せるようになった。

ＧＩＳツールを用いて道央エリアと名称を付与した地図情報の概念図コントローラの説明図地図情報に図形をオーバーレイし、当該図形に名称を与えた概念図トラクターに搭載された施肥機（作業機）の施肥作業ルートの概念図ルート設定した圃場を巡る地図情報の概念図

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〕
トラクターに搭載された作業機または自走する作業機のいずれも本発明でいう作業機に含まれる。
本実施例１は、以下に説明するトラクターに搭載された施肥機を作業機とする例である。図２は、コントローラ３の説明図である。地図情報読取部４および作業機制御情報送信部５を搭載したコントローラ３は、１つの装置としてトラクターまたはトラクターに搭載された施肥機（作業機）のいずれかの箇所に設置される。設置箇所は、好ましくはトラクターの操縦席である。本発明のコントローラ３は様々なＧＩＳツールで作成された地図情報２を読み取ることができる。地図情報読取部４は、コントローラ２の記憶部（図示せず）に記憶された、または、外部から入力された地図情報２を読み取り、作業機制御情報送信部５へと送る。
地図情報２に含まれる名称情報２４に、あらかじめ定められた識別子の後に制御パラメータが記述されている場合には、作業機制御情報送信部５は、識別子を認識して制御パラメータを取得する。制御パラメータは、あらかじめ定められた制御対象を制御する制御パラメータであり、作業機制御情報送信部５は、制御パラメータを制御信号６に変えて制御対象へ送信する。制御信号６は、どのような形式で送信されてもよいが、ＣＡＮ通信規格の信号として送信されることが好ましい。実施例１の制御対象は施肥制御装置（図示せず）である。

実施例１では、説明のため地図情報読取部４および作業機制御情報送信部５を１つのコントローラ３に搭載したものであるが、コントローラ３は、地図情報読取部４および作業機制御情報送信部５として機能するのであれば１つの装置として存在する必要はなく、存在形態を問わない。地図情報読取部４および作業機制御情報送信部５は、ソフトウエアとして存在してもよく、各々装置として存在する必要はなく、コントローラ３として機能すれば本発明に含まれる。例えば、地図情報読取部４は、ネットワークから地図情報２をダウンロードし、読み取る機能を有するソフトウエアとして存在してもよく、本発明の地図情報２だけ専用に読み取る地図情報読取部４である必要もない。作業機制御情報送信部５も同様である。地図情報読取部４および作業機制御情報送信部５としての機能を有する物（ソフトウエア、装置、部品等）が、ネットワークや配線等でつながりコントローラ３として機能すれば本発明に包含される。

図３は、ＫＬＭ形式に対応したＧＩＳツールを用いて作成した地図情報２である。作業対象となる水田は、「水田Ａ＠５０」と名称情報２４が付与された図形２１内の領域である。地図情報読取部４は、名称情報２４の他に図形２１の形状情報２６と位置情報２５を取得する。
作業機制御情報送信部５は、形状情報２６から図形タイプ２１１を判別する。図形タイプ２１１については、詳細は後述するが、線または曲線を組み合わせた囲われた領域を示す図形タイプ２１１は、ポリゴン２１１２と判別される。図３は、地図に図形２１（ポリゴン２１１２）がオーバーレイされている状態を示している。
「水田Ａ＠５０」という名称情報２４の「＠」は識別子である。この識別子の次の「５０」という数値は制御パラメータであり、どのような対象をどのような単位で制御するか、予め決められている。実施例１では、制御対象は施肥装置の施肥制御装置（図示せず）であり、単位は、１０ａ当たり「５０」Ｋｇの肥料を散布することを表す。作業機制御情報送信部５は、制御パラメータをＣＡＮ通信規格の制御信号６に変換し、施肥制御装置（図示せず）に向け出力する。

図形タイプ２１１がポリゴン２１１２の場合、作業機制御情報送信部５は、ポリゴン２１１２内の領域を、制御パラメータで規定された散布量で施肥すべき領域と判断する。
トラクターに搭載された施肥機（作業機）には、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System 衛星測位システム）が搭載されており、トラクターに搭載された施肥機（作業機）の位置データを作業機制御情報送信部５に送り、トラクターに搭載された施肥機（作業機）が「水田Ａ＠５０」と命名された図形２１の領域に入ると、１０ａ当たり５０Ｋｇの施肥量で肥料を散布するように制御信号５を送信する。
なお、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System 衛星測位システム）は、衛星からの電波が受信可能な位置かつ走行や農作業に支障が無い位置であればどこに設けてもよいことは言うまでもない。

実施例１では、識別子として「＠」を使用したが、識別子としてどのような文字や記号を用いてもよい。

実施例１では、「水田Ａ＠５０」と名称情報２４が命名された図形２１の中に、さらに別の図形２１（ポリゴン２１１２）をオーバーレイすることを可能にしている。

コントローラ３の地図情報読取部４は、「水田Ａ＠５０」「領域＠４０」「領域＠７０」という名称情報２４と共に、名称情報２４が付与された各々の図形２１の位置情報２５および形状情報２６を取得する。「水田Ａ＠５０」「領域＠４０」「領域＠７０」は、形状情報２６からみて、いずれも図形タイプ２１１がポリゴン２１１２であり、作業機制御情報送信部５は、作業機がそれぞれの領域に入ると制御パラメータどおりのそれぞれの施肥量で散布するように、制御信号６を送信する。

トラクターに搭載された施肥機（作業機）が、名称情報２４「水田Ａ＠５０」に到達すると、名称情報２４の「水田Ａ＠５０」に対して、肥料散布作業を行うルートを自動的に割り出す。図４は、トラクターに搭載された施肥機（作業機）の施肥作業ルートの概念図である。図４に破線で示したように、例えば、水田の外周散布後自動で内工程を均等割りし、その間隔でトラクターに搭載された施肥機（作業機）を誘導するなど、経路誘導ができる。もちろん、経路誘導機能を使わず、作業者が運転して施肥を行うこともできる。
経路誘導のあるなしにかかわらず、作業機の現在位置を測定するＧＮＳＳ情報により、五角形の「領域＠４０」の図形２１の領域にトラクターに搭載された施肥機（作業機）が到達したと作業機制御情報送信部５が判断すると、「領域＠４０」の領域に対して１０ａ当たり４０Ｋｇで施肥するように制御を行う。トラクターに搭載された施肥機（作業機）が、「領域＠４０」を出て、再び「水田Ａ＠５０」の領域に入ると、作業機制御情報送信部５は、１０ａ当たり５０Ｋｇの施肥量で肥料を散布するよう制御を行う。

同様に、「領域＠７０」という名称情報２４が命名された三角形の図形２１の領域にトラクターに搭載された施肥機（作業機）が到達すると、作業機制御情報送信部５は、三角形の「領域＠７０」に対して、１０ａ当たり７０Ｋｇで施肥するように施肥装置の施肥制御装置（図示せず）に向けて制御信号６を出力する。

また、「水田Ａ＠５０＠４．５」のように、「水田Ａ＠５０」の後に「＠４．５」という制御パラメータ付加しこれを作業機の車速と対応付けることで、複数の制御パラメータを名称情報２４に付加することもできる。

以上のように、ＫＬＭ形式に対応したＧＩＳツールを用いて作成した地図情報２を、別のＧＩＳツール（例えば、製造メーカーの異なるＧＩＳツール等）に地図情報２を読み込んだとしても、互換性が保証されている名称情報２４に識別子で区切られて記載された制御パラメータは消えることなく、前記別のＧＩＳツールに制御パラメータを引継ぐことができる。
なお、ファイル形式はＫＬＭ形式に限られないことは言うまでもない。

〔実施例２〕
実施例１は、トラクターに搭載された施肥機（作業機）により、１つの図形２１（「水田Ａ」）内に対して作業を行う例であったが、実施例２は、より複雑な複数の図形２１に対する例である。
トラクターに搭載されたロータリー耕運機が実施例２の作業機である。
（地図情報）
図５はルート設定した圃場を巡る地図情報２の概念図である。地図情報２には、線または曲線を組み合わせたポリゴン２１１２からなる囲われた領域を示す図形タイプ２１１の「第１圃場＠１５」、「第２圃場＠２０」および「第３圃場＠１０」が地図にオーバーレイされた図形２１が含まれている。

（図形タイプの分類）
一般的には、ポリゴン２１１２とは直線を組み合わせた多角形図形を意味するが、本発明においては一部または全部に曲線を含むものもポリゴン２１１２に図形タイプ２１１を分類する。また、ポリゴン２１１２のように閉じた領域ではなく、端部を有するラインをポリライン２１１１の図形タイプ２１１に分類する。本発明では線および曲線を組み合わせたものや、曲線のみを組み合わせたラインもポリライン２１１１の図形タイプ２１１を分類している。
また、地図には「第１圃場＠１５」、「第２圃場＠２０」および「第３圃場＠１０」を結ぶ「Route＠４．５」と名称情報２４が付与されたポリライン２１１１がオーバーレイされており、地図情報２に含まれている。
さらに、「始点＠始動」と名称情報２４が付与された点２１１３の図形タイプ２１１の図形２１が、オーバーレイされ、地図情報２に含まれている。

（図形タイプの判別）
コントローラ３の作業機制御情報送信部５は、オーバーレイされ名称情報２４が付与された図形２１の形状情報２６を取得すると、その図形タイプ２１１を次のように判別する。
（１）点２１１３を示す図形タイプ２１１
（２）ポリライン２１１１からなるラインを示す図形タイプ２１１
（３）ポリゴン２１１２からなる囲われた領域を示す図形タイプ２１１

作業機制御情報送信部５は、「第１圃場＠１５」、「第２圃場＠２０」および「第３圃場＠１０」の図形２１は、上記（３）のポリゴン２１１２を示す図形タイプ２１１と判別する。
また、作業機制御情報送信部５は、「Route＠４．５」の図形２１は、上記（２）のラインを示す図形タイプ２１１であると判別する。
さらに、作業機制御情報送信部５は、「始点＠始動」の図形２１は、上記（１）の点２１１３を示す図形タイプ２１１であると判別する。

（図形タイプと制御対象の対応付けと制御）
実施例２においては、点２１１３を示す図形タイプ２１１に対して、予め制御対象がロータリー耕耘装置の回転制御部（図示せず）となるように予め対応付けられている。作業機制御情報送信部５が、名称情報２４から、識別子である＠以下の「始動」という制御パラメータを取得すると、制御対象であるロータリー耕耘装置の回転制御部に対し、始動させる制御信号６を出す。名称情報２４「始点＠始動」の位置は、作業機が作業を行う最初の圃場である「第１圃場＠１５」の直前であり、作業機制御情報送信部５は、「始点＠始動」の地点に到達すると、耕耘作業の準備としてロータリー耕耘装置の回転制御部に制御信号６を送信し、ロータリー耕耘装置を始動させる。
このように、制御パラメータは、数値である必要はなく、文字や文字と数値の組み合わせであってもかまわない。

作業機制御情報送信部５が、名称情報２４「Route＠4.5」の図形タイプ２１１がポリライン２１１１であると判別すると、作業機の移動ルートであると判断し、識別子である＠以下の制御パラメータ「４．５」という数値を作業機の車速（Ｋｍ/時）として認識するように予め対応付けられている。

作業機制御情報送信部５は、作業機に対して「Route＠４．５」のポリライン２１１１の位置情報２５の通りに、制御対象である走行制御装置に時速４．５Ｋｍで「第１圃場＠１５」まで走行するよう制御信号６を送信する。

作業機制御情報送信部５が、「第１圃場＠１５」の形状情報２６から、図形タイプ２１１がポリゴン２１１２であると判別すると、名称情報２４の＠以下の制御パラメータが、耕深（ｃｍ）であり、制御対象は耕深制御部（図示せず）あると認識するように予め対応付けられているため、作業機制御情報送信部５は、「第１圃場＠１５」の図形２１内の領域に対して、耕深を１５ｃｍとするよう、耕深制御部に対して制御信号６を出力する。

「第１圃場＠１５」に対する耕耘作業がすべて終了すると、作業機制御情報送信部５は、再び、名称情報２４「Route＠４．５」のポリライン２１１１に戻るように、制御信号６を走行制御装置（図示せず）に向け送信する。そして、図形２１（ポリライン２１１１）の位置情報２５の通りに、時速４．５Ｋｍで「第２圃場＠２０」まで走行するように、制御信号６を作業機の走行制御装置に送信する。上記「第１圃場＠１５」と同様に「第２圃場＠２０」に対して、作業機制御情報送信部５は、２０ｃｍの耕深とするように耕深制御部（図示せず）に向け制御信号６を出力する。
「第３圃場＠１０」に対しても同様である。

「第３圃場＠１０」に対する耕耘作業が終了すると、再び名称情報２４「Route＠４．５」のポリライン２１１１に沿って、図形２１（ポリライン２１１１）の位置情報２５の通りに、時速４．５Ｋｍで走行するように、作業機制御情報送信部５は、走行制御装置に向けて制御信号６を出力する。

以上、本発明に係る実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、本発明の作業機は農作業機に限定されるものではない。
本発明でいう、移動機械とは、トラクターなどの農機や、乗用車など一般移動機械を含む。また、ブルドーザなどの作業機を移動機械と一体とした農作業機や建設作業機などを含む。さらに、実施例のようにトラクターに搭載した施肥機なども作業機に含まれる。
そして、工場敷地内における部品搬送車や、自走式警備ロボットなど、動力で走行するものであれば、本発明の作業機に含まれる。
自走式警備ロボットにおいては、例えば、ポリライン２１１１上に点２１１３を示す図形タイプ２１１を付け、この点２１１３に「重点監視点１＠５」などと名称情報２４を付与することができる。点２１１３を示す図形タイプには、制御対象を走行制御装置とし、制御パラメータを「時間：分」とすることで、５分間停止したまま監視を続ける等、様々に応用できる。
そして、具体的な構成は、これらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。
また、前述の各実施形態は、その目的および構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。

２地図情報
２１図形
２１１図形タイプ
２１１１ポリライン
２１１２ポリゴン
２１１３点
２４名称情報
２５位置情報
２６形状情報
３コントローラ
４地図情報読取部
５作業機制御情報送信部
６制御信号

Claims

地図情報読取部と作業機制御情報送信部を備え、
前記地図情報読取部は、ＧＩＳツールで作成された地図情報を読み取ることができ、前記地図情報を前記作業機制御情報送信部へ送り、
前記作業機制御情報送信部は、前記地図情報に含まれる名称情報に、あらかじめ定められた識別子の後に、あらかじめ定められた制御対象を制御する制御パラメータが記述されている場合には、前記識別子を認識して前記制御パラメータを取得し、前記制御パラメータを制御信号に変えて前記制御対象へ送信することを特徴とするコントローラ。
請求項１のコントローラを搭載した作業機。