JP7538716B2 - 農業機械 - Google Patents
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Description
農業機械は、走行車体と、前記走行車体に取り付けられ且つ第1無人飛行体に連結された第1ケーブルと、前記第1無人飛行体と、当該第1無人飛行体とは異なる第2無人飛行体とを連結する第2ケーブルと、を備え、前記第2無人飛行体は、前記走行車体に連結された作業装置をセンシングするセンシング装置を有し、前記作業装置をセンシングする際に当該作業装置に向けて飛行し、前記第1無人飛行体は、前記第2無人飛行体の飛行に連動して飛行する。
前記センシング装置は、前記作業装置を撮像する撮像装置を含んでいる。
前記第1ケーブル及び前記第2ケーブルは、電力を供給するケーブルである。
前記第1ケーブル及び前記第2ケーブルは、前記第1無人飛行体と前記第2無人飛行体との間で信号を送受信するケーブルである。
農業機械は、少なくとも前記第1無人飛行体及び前記第2無人飛行体のいずれかが離着陸する離着陸ステーションを有し、前記第1無人飛行体が前記離着陸ステーションに着陸した状態で、前記第2無人飛行体は飛行可能である。
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。
車体3の後部には、連結装置8が設けられている。連結装置8は、車体3に作業装置(インプルメント等)2を着脱可能に連結する装置である。連結装置8は、作業装置2と車体3とを連結し且つ昇降を行わないスイングドローバ、3点リンク機構等で構成されて昇降を行う昇降装置等である。なお、作業装置2は、耕耘する耕耘装置、肥料を散布する肥料散布装置、農薬を散布する農薬散布装置、収穫を行う収穫装置、牧草等の刈取を行う刈取装置、牧草等の拡散を行う拡散装置、牧草等の集草を行う集草装置、牧草等の成形を行う成形装置等である。
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。
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)と、予め設定された走行予定ライン(走行経路)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。
上述した実施形態では、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、自動走行において、トラクタ1の走行を停止していたが、障害物を回避してもよいし、速度を低下させて徐行を行ってもよい。
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、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。
制御装置76は、複数の回転翼70cを制御する装置であり、CPU等から構成されている。制御装置76は、無人飛行体70が、少なくとも2つの回転翼70cを有している場合、ロータに制御信号を出力することにより、一方側のブレードの回転数を、他方のブレードの回転数よりも小さくすることによって、一方側のブレード側に無人飛行体を進行させたり、他方側のブレードの回転数を、一方のブレードの回転数よりも小さくすることによって、他方側のブレード側に無人飛行体を進行させる。即ち、制御装置76は、複数のブレードのうち、進行方向側のブレードの回転数を、進行方向とは反対側のブレードの回転数よりも小さくすることによって、無人飛行体70の進行方向を制御する。また、制御装置76は、複数のブレードの回転数を一定にすることによって、無人飛行体70をホバリングさせる。
離着陸ステーション60は、保護装置9のルーフ9bに設けられ、無人飛行体70が離着したときにスキッド70dを規制可能である。離着陸ステーション60は、図5A~図5Cに示すように、無人飛行体70が着陸したときには、当該離着陸ステーション60の一部が、スキッド70dの脚部80a、80bに接触することによって、スキッド70dの水平方向の移動を規制することが可能である。
図1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。
図5A~図5Cに示すように、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5A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5B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5C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4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5A~図5C及び図6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7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。
以下、説明の便宜上、2台の無人飛行体70のうち、トラクタ1にケーブル77を介して連結した無人飛行体70のことを第1無人飛行体70A、第1無人飛行体70Aにケーブル78を介して連結した無人飛行体70のことを第2無人飛行体70Bという。また、ケーブル77のことを第1ケーブル77、ケーブル78のことを第2ケーブルという。なお、第1無人飛行体70A及び第2無人飛行体70Bの構成は、上述した無人飛行体70の構成と略同じである。
図8Aに示すように、第1無人飛行体70Aの本体70aには、第2ケーブル78の一端を接続(連結)するための接続部90が設けられている。また、第2無人飛行体70Bの本体70aにも、第2ケーブル78の他端を接続(連結)するための接続部91が設けられている。接続部90、91は、例えば、コネクタである。第2ケーブル78の一端は、第1無人飛行体70Aの接続部90に着脱自在に接続可能であり、第2ケーブル78の他端は、第2無人飛行体70Bの接続部91に着脱自在に接続可能である。つまり、第2ケーブル78は、第1無人飛行体70A及び第2無人飛行体70Bに着脱可能である。
例えば、トラクタ1の稼働情報、無人飛行体70(第1無人飛行体70A、第2無人飛行体70B)を制御する制御信号などをトラクタ1から無人飛行体70に送信したり、無人飛行体70の稼働情報、トラクタ1を制御する制御信号などを無人飛行体70からトラクタ1に送信することができる。或いは、第1無人飛行体70Aと第2無人飛行体70Bとの間で、通信ケーブルを用いて、互いの稼働情報を送受信したり、制御信号を送受信することができる。なお、第1ケーブル77及び第2ケーブル78は、電源ケーブル及び通信ケーブルの両方を有していてもよい。
図10は、第1無人飛行体70A、第2無人飛行体70Bの動作フローである。なお、図10の説明において、第1無人飛行体70A及び第2無人飛行体70Bは、最初の状態は、離着陸ステーション60に着陸している状態であるとして説明する。また、図10の説明では、第1ケーブル77及び第2ケーブル78は、電源ケーブルであるとして説明する。
一方、第1無人飛行体70Aの制御装置76は、第2無人飛行体70Bの飛行位置及び高度等を、通信装置75を介して受信し、受信した飛行位置及び高度に基づいて、第2無人飛行体70Bと連動して飛行を行う(S6:連動飛行)。
以上によれば、トラクタ1及び作業装置2における作業中は、第2無人飛行体70Bによって、作業装置2の作業状態などを監視することができる一方で、第1無人飛行体70Aによって、第2ケーブル78等がトラクタ1、作業装置2に接触することを防止することができる。
農業機械(トラクタ1)は、走行車体3と、走行車体3に作業装置2を連結可能な連結装置8と、無人飛行体70の離着時にスキッド70dを規制可能な離着陸ステーション60と、を備えている。これによれば、農業機械(トラクタ1)に無人飛行体70を簡単に着陸させたり、離陸させることができる。特に、離着陸ステーション60が無人飛行体70の着陸時にスキッド70dを規制する構成であるため、スキッド70dを規制しない離着陸ステーションに比べて、着陸スペースをコンパクトにすることができる。また、離着陸ステーション60から直ぐに無人飛行体70を農業機械の上空に飛行させることができ、素早く農業機械(トラクタ1)の作業の支援を行うことができ、作業効率を向上させることができる。
離着陸ステーション60は、保護装置9に取り付けられ且つ、無人飛行体70の着陸時に水平方向に延びるアーム62を有している。これによれば、水平方向に延びるアーム62によって、保護装置9に無人飛行体70を簡単に着陸させることができる。
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。これによれば、無人飛行体70がマーカ64を視認しながら着陸をさせることができるため、無人飛行体70の着陸をより簡単にすることができる。
農業機械(トラクタ1)は、走行車体3と、走行車体3に取り付けられ且つ第1無人飛行体70Aに連結された第1ケーブル77と、第1無人飛行体70Aと、当該第1無人飛行体70Aとは異なる第2無人飛行体70Bとを連結する第2ケーブル78と、を備えている。これによれば、農業機械(トラクタ1)、第1無人飛行体70A、第2無人飛行体70Bのそれぞれを第1ケーブル77と、第2ケーブル78とで連結することができ、第1ケーブル77及び第2ケーブル78を介して、農業機械(トラクタ1)から電気的な信号等を第1無人飛行体70A及び第2無人飛行体70Bに供給することができ、その結果、少なくとも第1無人飛行体70A及び第2無人飛行体70Bによって、素早く農業機械(トラクタ1)の作業の支援を行うことができ、作業効率を向上させることができる。加えて、第1無人飛行体70A等の飛行によって、第2ケーブル78が、農業機械等に接触することを抑制することができる。
第1ケーブル77及び第2ケーブル78は、電力を供給するケーブルである。これによれば、第1無人飛行体70A及び第2無人飛行体70Bに、農業機械(トラクタ1)から電力を供給することができ、第1無人飛行体70A及び第2無人飛行体70Bの飛行時間を長くすることができる。
第1無人飛行体70Aは、走行車体3に連結された作業装置2をセンシングするセンシング装置72を有している。これによれば、第1無人飛行体70Aの単体によっても作業装置2をセンシングすることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
2 :作業装置
3 :走行車体
9 :保護装置
10 :運転席
60 :離着陸ステーション
66 :巻き取り機
70 :無人飛行体
70A :第1無人飛行体
70B :第2無人飛行体
72 :センシング装置
77 :ケーブル
77 :第1ケーブル
78 :第2ケーブル
78 :ケーブル
Claims (9)
- 走行車体と、
前記走行車体に取り付けられ且つ第1無人飛行体に連結された第1ケーブルと、
前記第1無人飛行体と、当該第1無人飛行体とは異なる第2無人飛行体とを連結する第2ケーブルと、
運転席を保護する保護装置とを備え、
前記第1ケーブルは、前記保護装置に設けられている農業機械。 - 走行車体と、
前記走行車体に取り付けられ且つ第1無人飛行体に連結された第1ケーブルと、
前記第1無人飛行体と、当該第1無人飛行体とは異なる第2無人飛行体とを連結する第2ケーブルと、
を備え、
前記第2無人飛行体は、前記走行車体に連結された作業装置をセンシングするセンシング装置を有し、前記作業装置をセンシングする際に当該作業装置に向けて飛行し、
前記第1無人飛行体は、前記第2無人飛行体の飛行に連動して飛行する農業機械。 - 走行車体と、
前記走行車体に取り付けられ且つ第1無人飛行体に連結された第1ケーブルと、
前記第1無人飛行体と、当該第1無人飛行体とは異なる第2無人飛行体とを連結する第2ケーブルと、
を備え、
前記第1無人飛行体は、飛行中の前記第2無人飛行体と連動して飛行して、自己の飛行位置及び高度と、前記第2無人飛行体の飛行位置及び高度とから、前記第2ケーブルの状態を推定し、当該推定した前記第2ケーブルの状態に基づいて自己の飛行位置及び高度を調整する農業機械。 - 前記センシング装置は、前記作業装置を撮像する撮像装置を含んでいる請求項2に記載の農業機械。
- 前記第1ケーブル及び前記第2ケーブルは、電力を供給するケーブルである請求項1~4のいずれかに記載の農業機械。
- 前記第1ケーブル及び前記第2ケーブルは、前記第1無人飛行体と前記第2無人飛行体との間で信号を送受信するケーブルである請求項1~5のいずれかに記載の農業機械。
- 前記第1無人飛行体は、前記走行車体に連結された作業装置をセンシングするセンシング装置を有している請求項1~6のいずれかに記載の農業機械。
- 少なくとも前記第1無人飛行体及び前記第2無人飛行体のいずれかが離着陸する離着陸ステーションを有し、
前記第1無人飛行体が前記離着陸ステーションに着陸した状態で、前記第2無人飛行体は飛行可能である請求項1~7のいずれかに記載の農業機械。 - 前記走行車体は、前記第1ケーブルを巻き取り可能な巻き取り機を有している請求項1~8のいずれかに記載の農業機械。
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