JP7490553B2 - 農業支援システム - Google Patents
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Description
本発明は、このような実情に鑑みて、無人飛行体が圃場をセンシングしたときの圃場の状態によって作業装置による作業が行われるため、圃場全体の作業性などを向上させることができる農業支援システムを提供することを目的とする。
農業支援システムは、センシング装置を備えた無人飛行体と、圃場を走行可能であって作業装置による作業を行う農業機械と、前記センシング装置がセンシングした前記作業装置の作業中又は前記作業後の前記圃場の状態に基づいて、当該作業装置による作業の適正を判断する作業判断部と、を備え、前記農業機械は、前記センシング装置がセンシングした前記作業装置による作業中又は作業後の前記圃場の状態に基づいて作業を行い、前記作業判断部が、前記作業が適正でないと判断すると、当該適正でない作業の位置に戻って前記作業装置による再作業を行う。
前記農業機械は、前記圃場を飛行している前記無人飛行体に電力を供給するケーブルを備えている。
[第1実施形態]
図1、図2は、農業機械の全体を示している。農業機械は、トラクタ、コンバイン、田植機等である。トラクタ1を例にとり、農業機械について説明する。
図1、図2に示すように、トラクタ1は、車体(走行車体)3と、原動機4と、変速装置5とを備えている。車体3には、走行装置7が設けられている。走行装置7は、車体3を走行可能に支持しており、前輪7F及び後輪7Rを有している。前輪7F及び後輪7Rは、本実施形態の場合はタイヤ型であるが、クローラ型であってもよい。原動機4は、エンジン(ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン)、電動モータ等である。変速装置5は、変速によって走行装置7の推進力を切り換え可能であると共に、走行装置7の前進、後進の切り換えが可能である。車体3には運転席10が設けられている。運転席10は、保護装置9により保護されている。保護装置9は、運転席10を保護するキャビン、又は、少なくとも運転席10の上方を覆うことにより運転席10を保護するロプス等である。
なお、トラクタ1は、車体3の後部に突出したPTO軸を備え、PTO軸の動力を作業装置2に伝達することによって作業装置2は駆動する。PTO軸の駆動は、原動機4からPTO軸に動力が伝達され、PTO軸の中途部にはPTO駆動装置が設けられている。PTO駆動装置は、油圧クラッチ等であってPTO軸に動力を伝達する伝達位置と、PTO軸に動力を伝達しない遮断位置とに切換え可能である。PTO駆動装置(油圧クラッチ)を遮断位置に切り換えることによってPTO軸の回転を停止することができる。
状態検出装置41は、例えば、走行系の状態を検出する装置等であって、例えば、クランクセンサ、カムセンサ、エンジン回転センサ、アクセルセンサ、車速センサ、操舵角センサ、位置検出装置30)等の状態を検出する。状態検出装置41は、走行系の状態以外を検出する装置、例えば、昇降操作部材の操作方向、操作量等を検出する昇降操作検出センサ、PTO回転検出センサ等も含んでいる。
図6Aに示すように、走行制御部40Aは、自動走行制御を行う。走行制御部40Aは、自動走行制御において、少なくとも車体3の走行位置(位置検出装置30で検出された位置)P1と、予め設定された走行予定ライン(走行経路)L1が一致するように、制御弁22の切換位置及び開度を設定する。言い換えれば、制御装置40は、トラクタ1の走行位置P1と走行予定ラインとが一致するように、ステアリングシリンダ23の移動方向及び移動量(前輪7Fの操舵方向及び操舵角)を設定する。
また、走行制御部40Aは、障害物検出装置45による障害物の検出結果に基づいて自動走行を制御する。例えば、障害物検出装置45が障害物を検出していない場合は自動走行を継続して行い、障害物検出装置45が障害物を検出した場合に自動走行を停止する。より具体的には、障害物検出装置45が障害物を検出した場合に、走行制御部40Aは、障害物とトラクタ1との距離が予め定められた閾値(停止閾値)以下である場合に、トラクタ1の走行を停止することで自動走行を停止する。
また、走行制御部40Aは、自動走行時において着座検出装置43が着座していると検出している場合は自動走行を継続し且つ、着座検出装置43が着座していないと検出した場合は自動走行を停止する。
以下、マルチコプターを例にとり、無人飛行体70について説明する。
図1、2に示すように、無人飛行体(マルチコプター)70は、本体70aと、本体70aに設けられたアーム70bと、アーム70bに設けられた複数の回転翼70cと、本体70aに設けられたスキッド70dとを有している。複数の回転翼70cは、飛行するための揚力を発生させる装置である。無人飛行体70には、少なくとも2以上、好ましくは、4以上の回転翼70cが設けられている。複数の回転翼70cのそれぞれは、回転力を付与するロータとロータの駆動によって回転するブレード(プロペラ)とを含んでいる。
図5Aに示すように、スキッド70dは、複数の脚部80a、80bを含んでいる。複数の脚部80a、80bの基端部は、本体70aに固定されていて、脚部80a、80bの先端部は、自由端となっている。複数の脚部80a、80bは、金属等で構成されていて、変形不能である。複数の脚部80a、80bのそれぞれは、本体70aから離れるにしたがって徐々に外側に移行していて、脚部80a、80bによって逆V字状になっている。
複数の脚部80a、80bの基端部は、本体70aに揺動自在に取り付けられていて、脚部80a、80bの先端部は、自由端となっている。
図5Cは、図5A及び図5Bとは異なるスキッド70dを示している。複数の脚部80a、80bを含んでいる。複数の脚部80a、80bの基端部は、本体70aに固定されていて、脚部80a、80bの先端部は、自由端となっている。複数の脚部80a、80bは、金属、又は、樹脂等で構成されていて、変形自在となっている。複数の脚部80a、80bのそれぞれは、図5A及び図5Bとは異なっていて、本体70aから離れるにしたがって徐々に外側に移行した後、中途部から先端部に行くにしたがって内側に移行していて、脚部80a、80bによって円弧状になっている。
センシング装置72は、CCDカメラ、赤外線カメラ等で構成され、本体70aの下部に着脱自在、或いは、本体70aにブラケット(図示省略)を介して設けられている。センシング装置72は、ブラケットに対して垂直方向又は水平方向に揺動自在であって、センシングする方向を変更することができる。なお、センシング装置72の水平方向、垂直方向の揺動の制御は、制御装置76によって行うことができる。例えば、遠隔操縦装置によって無人飛行体70を操縦する場合、制御装置76は、遠隔操縦装置から送信された制御信号を、通信装置75を介して取得すると、取得した制御信号に応じてセンシング装置72を水平方向又は垂直方向に揺動させる。
さて、無人飛行体70は、トラクタ1と連動して飛行を行う飛行体である。例えば、トラクタ1が圃場を走行しながら作業装置2によって作業を行っている場合、無人飛行体70は、センシング装置72によってトラクタ1の周囲、トラクタ1、作業装置2をセンシングしながら飛行を行う。
図8は、トラクタと無人飛行体との連携(連動)しながら飛行する動作を示すフローである。
第2センシングでは、図7Aに示すように、センシング装置72をトラクタ1側の前方に向けて、トラクタ1の前方を撮像して、生体M1や障害物などが当該トラクタ1の前方に居るか否かを監視する。第2センシングにおいて、生体M1又は障害物が検出された場合、通信装置75は、通信装置51に警告信号を送信する(S13)。トラクタ1の走行制御部40Aは、通信装置51を介して警告信号を取得すると、自動走行を停止して、トラクタ1を停止させる(S14)。トラクタ1の走行制御部40Aは、所定時間以上、警告信号を取得しなかったり、或いは、無人飛行体70から警告を解除する解除信号を受信した場合、自動走行を再開する(S15)。
第3センシングでは、図7Bに示すように、センシング装置72を作業装置2側に向けて、作業装置2の周囲を撮像して、生体M1や障害物M2が周囲に居るか否かを監視する。第3センシングにおいて、生体M1又は障害物M2が検出された場合、通信装置75は、通信装置51に警告信号を送信する(S18)。トラクタ1の制御装置40は、通信装置51を介して警告信号を取得すると、PTO軸等の駆動を停止する、或いは、トラクタ1を停止させる(S19)。トラクタ1の制御装置40は、所定時間以上、警告信号を取得しなかったり、或いは、無人飛行体70から警告を解除する解除信号を受信した場合、PTO軸の駆動又は、自動走行を再開する(S20)。
さて、上述した実施形態では、無人飛行体70が生体M1又は障害物M2を検出した場合に、トラクタ1に警告信号を出力していたが、図4、図9A、図9Bに示すように、無人飛行体70が警告を出力する(発生させる)警告装置79を備えていてもよい。警告装置79は、光源(光)を発生させるライト、音声、音などを発生させるスピーカ等である。
或いは、図9Bに示すように、トラクタ1の走行中で且つセンシング装置72が作業装置2を撮像している状況、即ち、第3センシング中に、センシング装置72が生体M1を検出した場合は、無人飛行体70は、生体M1に近づいて、警告装置79によって警告を発生させる。
上述した実施形態では、作業装置2において、無人飛行体70は、対地作業を行っているときは、トラクタ1の前方を飛行していたが、作業装置2がプラウ等である場合には、対地作業時にトラクタ1の後方を飛行してもよい。
農業機械(トラクタ1)は、作業装置2を昇降可能な走行車体3を備え、制御装置76は、作業装置2が対地作業を行う際は走行車体3の進行方向側をセンシング可能な位置に飛行位置を変更する。これによれば、作業装置2が対地作業を行っているときは、農業機械(トラクタ1)の進行方向側を監視することで、作業装置2の作業前の状況を把握することができる。
無人飛行体70は、警告を出力する警告装置79を備え、センシング装置72は、農業機械(トラクタ1)の停止又は走行中に、農業機械(トラクタ1)の周囲を撮像し、警告装置79は、センシング装置72が生体を検出した場合は、警告を出力する。これによれば、動物や人間など生体が農業機械(トラクタ1)にいることを検知した場合には、警告を出力することで、農業機械(トラクタ1)から生体を遠ざけることができる。
農業機械(トラクタ1)が走行中にセンシング装置72が生体を検出した場合は、農業機械(トラクタ1)に走行の停止を送信する通信装置75を備えている。これによれば、農業機械(トラクタ1)が走行中に生体を検出した場合は、無人飛行体70によって農業機械(トラクタ1)を停止させることができる。
これによれば、農業機械(トラクタ1)が圃場で作業を行うときに無人飛行体70が農業機械(トラクタ1)の動作に連動して飛行位置を変更することができるため、農業機械(トラクタ1)の作業に応じて監視を行うことができる。
図10、図11Aに示すように、トラクタ1の走行中で且つセンシング装置72がトラクタ1の前方を撮像している状況において、センシング装置72が生体M1、障害物M2などの物体M3を検出すると、物体M3を検出したことを示す情報、例えば、物体M3の大きさ(高さH10、幅L10、奥行きW10)及び位置を、検出結果として、無人飛行体70の通信装置75は、トラクタ1に送信する。
上述した実施形態では、無人飛行体70の照射装置93は、物体M3を検出したときに、物体M3に向けて光を照射していたが、物体M3を検出しない状態、即ち、トラクタ1に追随して無人飛行体70が飛行している状態において、トラクタ1の進行方向に向けて光源を照射してもよい。
図12に示すように、無人飛行体70のセンシング装置72が物体M3を検出すると(S30)、物体M3を検出した検出結果をトラクタ1に送信する(S31)。トラクタ1は、無人飛行体70から物体M3を検出した検出結果を取得したか否かを判断し(S32)、検出結果を取得した場合(S32、Yes)は、検出結果に基づいて、検出エリアA11から検出エリアA12に変更を行う(S33)。一方、トラクタ1は、無人飛行体70から物体M3を検出した検出結果を取得しなかった場合(S32、No)は、検出エリアA11を保持する(S34)。
また、照射装置93は、例えば、無人飛行体70が物体を検出していないとき、或いは、トラクタ1の周りが暗くなったときなどに、トラクタ1の進行方向に向けて光源を照射してもよい。
通信装置は、結果として、センシングした物体の大きさ及び位置に関する情報を農業機械(トラクタ1)に送信し、障害物検出装置45は、物体の大きさ及び位置に基づいて、検出エリアを変更する。これによれば、障害物検出装置45による物体の検出の精度を向上させることができる。
障害物検出装置45は、物体に光源が照射された場合、物体に検出エリアを設定する。これによれば、物体が障害物であるか否かをより正確に判断することができる。
上述した実施形態では、図11Aに示したように、障害物検出装置45L、45Rは、物体M3を検出したときの検出エリアA12に変更していたが、図11Bに示すように、物体M3をフォーカスするように、検出エリアA12を絞ることで検出精度を向上させてもよい。また、上述した照射装置93において、赤外光を物体M3に照射することによって、トラクタ1に搭載したカメラ等から物体M3を認識しやすいようにしてもよい。
上述したように、無人飛行体70は、圃場H1においてトラクタ1の作業時(トラクタ1が圃場H1を走行中)は、位置検出装置73で検出された飛行位置D2に基づいて圃場H1の上空を飛行し、異常時には飛行位置D2による飛行を停止して、センシング装置72でセンシングした情報に基づいて飛行を行う。
図15に示すように、無人飛行体70は、トラクタ1の前方をセンシング装置72によってセンシングを行いながら飛行を行っている状況下において、制御装置76は、測位衛星からの電波WE1の受信強度を監視する(S40)。制御装置76は、電波WE1の受信強度が閾値V1以下になった経過時間T1を演算する(S41)。制御装置76は、経過時間T1が所定時間T2以上であるかを判断する(S42)。制御装置76は、経過時間T1が所定時間T2以上である場合(S42、Yes)、異常であると判断し(S43)、センシング装置72による飛行位置の推定を行う(S44)。制御装置76は、飛行位置の推定を行いながら飛行の制御を続け、無人飛行体70を帰還場所101に着陸させる(S45)。一方で、制御装置76は、経過時間T1が所定時間T2未満である場合(S42、No)、不調であると判断し(S46)、第1推定位置D3と第2推定位置)D2を用いて飛行位置D4を推定して、無人飛行体70をトラクタ1に追随させながらの飛行を続ける(S47)。制御装置76は、飛行位置D4と走行位置P1との水平距離L30を演算し(S48)、水平距離L30が制限距離以下である場合(S49、Yes)、無人飛行体70をトラクタ1から遠ざけるように飛行させる(S50)。
また、作業条件によって、受信強度又は充電残量に対応する閾値V1を変更してもよい。例えば、作業装置2がハロー、田植機等などであり、水がある場所で作業する場合は、閾値V1を増加させることで、基準を厳しくする。
位置検出装置73は、測位衛星の電波に基づいて位置を検出する装置であり、無人飛行体70は、測位衛星からの電波の受信強度が閾値未満となった経過時間に基づいて異常であるか否かを判断する。これによれば、測位衛星の電波の受信強度の変化、即ち、受信強度が閾値未満になって正確な位置が求められない場合に異常と判断することで、無人飛行体70の飛行を通常とは異なる状態に素早くかえることができる。
無人飛行体70は、不調である場合、位置検出装置73で検出された位置と、センシング装置72でセンシングした情報に基づいて飛行を行う。これによれば、無人飛行体70が不要である場合には、安定した飛行を継続することができる。
農業機械(トラクタ1)は、作業装置2に動力を伝達するPTO駆動装置と、作業装置2を昇降する昇降装置8と、走行装置7とを有し、作業時には当該作業に応じてPTO駆動装置、昇降装置8及び走行装置7を作動させ、異常時には少なくともPTO駆動装置、昇降装置8及び走行装置7のいずれかを停止する。これによれば、PTO駆動装置、昇降装置8及び走行装置7のいずれかを停止することで、簡単に作業を停止することができる。
[第2実施形態]
図16~図19は、第2実施形態における農業機械(トラクタ1)を示している。なお、図16~図19に示すトラクタ1等を第1実施形態に適用してもよい。
図16に示すように、アーム62は、無人飛行体70が視認可能なマーカ64を有している。マーカ64は、アーム62の外面に形成されていて、当該アーム62を平面視したときに、上方から無人飛行体70のセンシング装置72によって認識することが可能である。
無人飛行体70が着陸を行うにあたって、まず、圃場の上空からセンシング装置72によってトラクタ1の有無、即ち、アーム62に設けたマーカ64の位置を認識する。無人飛行体70の制御装置76は、マーカ64を認識すると、当該マーカ64の位置に向けて無人飛行体70を飛行させ、マーカ64の上空に達したところで、無人飛行体70の高度を徐々に下げながら、アーム62(マーカ64)に向けて着陸を行う。
スキッド70dが図18Aの場合、無人飛行体70は、スキッド70dの脚部80a、80bをアーム62に接触したところで着陸を終了する。また、スキッド70dが図18Bの場合、無人飛行体70は、スキッド70dがアーム62に達した時点で、アクチュエータ81a、81bの伸縮によって、脚部80a、80bをアーム62に向けて揺動させ、脚部80a、80bがアーム62に接触したところで着陸を終了する。なお、アクチュエータ81a、81bの伸縮は、制御装置76がアクチュエータ81a、81bに制御信号を出力することによって行う。
スキッド70dが図18Cの場合、無人飛行体70は、スキッド70dがアーム62に達して脚部80a、80bが接触すると、当該脚部80a、80bがアーム62への接触によって変形する。無人飛行体70は、脚部80a、80bによってアーム62を挟み込んだところで着陸を終了する。
以上のように、トラクタ1に離着陸ステーション60を設けることによって、無人飛行体70を当該トラクタ1に着陸させることができる。
さて、無人飛行体70がケーブル77を有してもよい。次に、無人飛行体70がケーブル77を有している場合について説明する。
ケーブル77は、無人飛行体70に電力を供給するケーブルである。図24に示すように、ケーブル77の一端は、本体70aの内部に設けられていて、制御装置76等に電力を供給する電源ラインPW1にコネクタ等を介して接続されている。或いは、ケーブル77の一端は、蓄電装置71に接続されていてもよい。また、ケーブル77の他端は、制御装置40等に電力を供給する電源ラインPW2にコネクタ等を介して接続されている。ケーブル77の他端は、トラクタ1に設けられたバッテリ等に接続されていてもよい。
したがって、ケーブル77を介して、トラクタ1の電力を無人飛行体70に供給することができ、長時間にわたって、無人飛行体70を飛行させることができる。
図18A~図18C及び図19に示すように、離着陸ステーション60のアーム62には、ケーブル77を通す、貫通穴65が設けられ、アーム62の空間部63がケーブル77を収容可能な収容部とされている。収容部には、ケーブル77を巻き取る巻き取り機66が設けられている。図20に示すように、巻き取り機66は、回転自在に支持され且つ回転によってケーブル77を巻き取る筒状のボビン(巻取部)66aと、ボビン66aを回転させるモータ66bと、を備えている。ケーブル77は、ボビン66aの回転軸66cを通過して、トラクタ1の内部に至っている。
したがって、巻き取り機66のボビン66aをモータ66bによって回転させることにより、ケーブル77を巻き取ることができる。ボビン66aにケーブル77を巻き取った状態において、無人飛行体70の移動によってケーブル77が引っ張られると、引っ張り力によってボビン66aが任意に回転してケーブル77を繰り出すことができる。巻き取り機66において、モータ66bの回転軸とボビン66aの回転軸66cとの接続を遮断することができるクラッチ66dを設けてもよい。
以上のように、巻き取り機66を設けた場合、トラクタ1の制御装置40は、モータ66bに制御信号を出力して、モータ66bの回転軸を、ケーブル77を巻き取る方向(巻き取り方向)に回転させる。モータ66bの回転軸を巻き取り方向に回転させている状況において、モータ66bの回転軸へ作用する力(第1負荷)又はボビン66aの回転軸66cへ作用する力(第2負荷)を参照する。例えば、無人飛行体70の移動によってケーブル77が引っ張られ、第1負荷又は第2負荷が所定以上になると、制御装置40は、モータ66bの駆動を停止、即ち、モータ66bを巻き取る方向に回転させることを停止する。或いは、第1負荷又は第2負荷が所定以上になると、制御装置40は、モータ66bの回転の方向を巻き取り方向と反対側に回転させて、ケーブル77を繰り出す。
つまり、制御装置40は、巻き取り機66を駆動させることによって、ケーブル77に作用するテンションが略一定になるようにする。
トラクタ1は、無人飛行体70が圃場H1をセンシングしたときの圃場H1の状態(作業前の表面の凸凹の状態、作業中の表面の凸凹の状態、作業後の表面の凸凹の状態)に基づいて、作業装置2による作業を行う。具体的には、トラクタ1は、作業前に作業前画像を取得すると、作業前画像に基づいて、作業装置2の設定を行う。例えば、制御装置40は、作業前画像から、土壌の硬さ、土壌の凹凸の度合、土壌の地質等を推定する。なお、土壌の硬さ、土壌の凹凸の度合、土壌の地質の推定は、予め制御装置40等に格納された土壌情報のデータベースと、作業前画像とを比較することにより推定を行う。土壌情報には、過去の撮像画像と、土壌の硬さ、土壌の凹凸の度合、土壌の地質等が対応付けられていて、これにより、作業前画像から、土壌の硬さ、土壌の凹凸の度合、土壌の地質等を推定することができる。なお、作業前画像を、土壌の硬さ、土壌の凹凸の度合、土壌の地質を推定する学習済みモデルに適用することによって、土壌の硬さ、土壌の凹凸の度合、土壌の地質を推定してもよい。
作業判断部40Cは、作業中又は作業後の圃場H1の状態に基づいて、作業装置2による作業の適正を判断する。具体的には、作業判断部40Cは、作業中画像又は作業後画像を取得し、作業中画像又は作業後画像から作業の適正を判断する。
農業支援システムは、作業中又は作業後の圃場の状態に基づいて、作業装置2による作業の適正を判断する作業判断部40Cを備え、農業機械(トラクタ1)は、作業判断部40Cが、作業が適正でないと判断した場合に、当該適正でない作業の位置に戻って作業装置2による再作業を行う。これによれば、作業装置2によって作業を行った後に、当該作業が適正でないかを簡単に判断することができ、作業が適正でない場合には、再作業を行うことで、最終的に圃場の全体の適正な作業度合いを向上させることができる。
農業機械(トラクタ1)は、圃場を飛行している無人飛行体70に電力を供給するケーブル77を備えている。これによれば、無人飛行体70を長時間に亘って飛行させることができる。
2 :作業装置
40A :走行制御部
40C :作業判断部
46 :選択部
60 :離着陸ステーション
70 :無人飛行体
72 :センシング装置
77 :ケーブル
H1 :圃場
Claims (5)
- センシング装置を備えた無人飛行体と、
圃場を走行可能であって作業装置による作業を行う農業機械と、
前記センシング装置がセンシングした前記作業装置の作業中又は前記作業後の前記圃場の状態に基づいて、当該作業装置による作業の適正を判断する作業判断部と、
を備え、
前記農業機械は、前記作業前の前記圃場の状態を取得した場合は前記作業装置の設定を行い、前記作業中又は作業後の前記圃場の状態を取得した場合は前記圃場の状態に基づいて作業を行い且つ前記作業判断部が前記作業は適正でないと判断すると、当該適正でない作業の位置に戻って前記作業装置による再作業を行う農業支援システム。 - センシング装置を備えた無人飛行体と、
圃場を走行可能であって作業装置による作業を行う農業機械と、
前記センシング装置がセンシングした前記作業装置の作業中又は前記作業後の前記圃場の状態に基づいて、当該作業装置による作業の適正を判断する作業判断部と、
を備え、
前記農業機械は、前記センシング装置がセンシングした前記作業装置による作業中又は作業後の前記圃場の状態に基づいて作業を行い、前記作業判断部が、前記作業が適正でないと判断すると、当該適正でない作業の位置に戻って前記作業装置による再作業を行う農業支援システム。 - 前記農業機械は、
自動走行を制御する走行制御部と、前記自動走行の終了後に前記再作業を行うか又は、前記自動走行中に前記再作業を行うかを選択する選択部と、
を備えている請求項1又は2に記載の農業支援システム。 - 前記農業機械は、前記圃場を飛行している前記無人飛行体に電力を供給するケーブルを備えている請求項1~3のいずれかに記載の農業支援システム。
- 前記農業機械は、前記無人飛行体が離着陸する離着陸ステーションを備え、
前記無人飛行体は、少なくとも前記作業前、作業中及び作業後のいずれかに前記離着陸ステーションから離陸し、前記センシング装置によって作業中及び作業後の前記圃場の状態をセンシングする請求項1~4のいずれかに記載の農業支援システム。
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