WO2023119994A1

WO2023119994A1 - 圃場作業機

Info

Publication number: WO2023119994A1
Application number: PCT/JP2022/042983
Authority: WO
Inventors: 玉谷健二; 鈴川めぐみ; 宇谷直晃
Original assignee: 株式会社クボタ
Priority date: 2021-12-20
Filing date: 2022-11-21
Publication date: 2023-06-29
Also published as: JP2023091596A

Abstract

圃場作業機は、機体位置を算出する機体位置算出部５２と、機体を自動走行または手動走行させる走行制御部６Ａ，６Ｂと、畦の形態を示す畦形態データを格納する畦形態データ格納部５５と、作業装置の対地高さを変更する昇降機構の昇降動作を制御する昇降制御部５１ａを備える。畦と機体または作業装置とが接近する畦際領域では、昇降制御部５１ａは、畦形態データに基づいて昇降機構の昇降動作を制御する。

Description

圃場作業機

　本発明は、畦によって境界付けられた圃場に対する作業を、昇降可能な作業装置を用いて行う自動走行可能な圃場作業機に関する。

　自動走行のために用いられる走行経路を生成するために、圃場の外形寸法が必要となる。特許文献１に示すように、圃場作業機は、圃場の外形寸法を求めるために、圃場を境界付けている畦に沿って圃場の外周を走行する。この走行において、圃場作業機は、直進時には、機体の安定と、機体と畦との間隔を把握するために作業装置を下降させている。旋回時には、畦との干渉を避けるために作業装置を上昇させている。さらに、圃場のコーナ領域の外形寸法を正確に測るために、圃場作業車は、畦に接近する後進と前進、及び、その際の作業装置の昇降を繰り返すことが少なくない。さらには、田植機のような圃場作業機は、苗植付作業の途中において、苗補給等のために、作業装置を上昇させた状態で畦に接近し、作業装置を下降させ、再び作業装置を上昇させた状態で畦から離脱する。

特開２０２１－１０８６０９号公報

　畦際領域で、畦との干渉を回避するように作業装置を上昇させる場合や、畦に作業装置を下降させる場合には、作業装置と畦高さとの位置関係を正しくとる必要がある。特に、作業装置がコンクリートや金属で構成されている硬い畦に強く衝突すれば、作業装置は大きなダメージを受ける。

　本発明の目的は、畦際領域における作業装置の昇降動作や畦への接近動作において作業装置に与えるダメージを抑制できる圃場作業機を提供することである。

　本発明による圃場作業機は、畦によって境界付けられた圃場を自動走行可能な作業機であり、機体の位置を算出する機体位置算出部と、前記機体を自動走行または手動走行させる走行制御部と、前記畦の形態を示す畦形態データを格納する畦形態データ格納部と、前記圃場に対して作業を行う作業装置と、前記作業装置の対地高さを変更するために前記作業装置を昇降させる昇降機構と、前記昇降機構の昇降動作を制御する昇降制御部とを備え、前記昇降制御部は、前記畦と前記作業装置とが接近する畦際領域では、前記昇降制御部は、前記畦形態データに基づいて前記昇降機構の昇降動作を制御する。

　この構成によれば、畦際領域で作業装置を昇降させる場合、昇降制御部は、当該畦際領域の畦の形態を示す畦形態データに基づいて、昇降機構の昇降動作を制御できる。これにより、作業装置は、畦の形態に合わせて昇降制御されるので、作業装置の畦に対する動きは、正確かつ安全なものとなる。なお、ここでの「畦」なる語句は、広義に解釈可能であり、コンクリート製、木製、プラスチック製、土製などの構成材料を含むだけでなく、圃場から立ち上がっている壁体、人工的な法面、自然発生的な法面なども含まれる。

　本発明の好適な実施形態の１つでは、前記畦形態データには畦硬さが含まれており、前記昇降制御部は、前記畦硬さに応じて前記昇降機構の昇降速度を変更する。

　昇降する作業装置を側方から畦に接近させる動作、作業装置を上方から畔に接近させる動作、作業装置を畦に載置させる動作などにおいて、畦と作業装置との接触した場合の作業装置のダメージは、畦の硬さに影響される。畦がコンクリートなどのように硬い場合には、畦が柔らかい場合に比べて、作業装置が低速で動作されることで、畦と作業装置との接触時のダメージが軽減される。同様に、機体や作業装置が畦に接近して走行する場合、畦が硬い場合には、低速走行が好ましい。

　本発明の好適な実施形態の１つでは、前記畦形態データには畦硬さが含まれており、前記畦硬さが所定レベルより硬い場合、前記昇降機構の昇降動作は手動で行われ、前記畦硬さが所定レベルより柔らかい場合、前記昇降機構の昇降動作は自動で行われる。

　畦が硬い場合には、手動での昇降制御に限定し、自動での昇降制御は、畦が硬い場合に許可することで、作業装置のダメージを抑制してもよい。同様に、畦に接近して走行する場合においても、畦が硬い場合には、低速走行が好ましい。

　本発明の好適な実施形態の１つでは、前記走行制御部は、前記作業装置が前記畦の上方に達する畦越え走行を許可する畦越え許可走行モードと、前記畦越え走行を禁止する畦越え禁止走行モードとを有し、前記畦形態データに含まれている畦高さに基づいて前記畦越え許可走行モードと畦越え禁止走行モードとのいずれかを選択する。

　田植機やコンバインなどの圃場作業機では、畦への接近走行や畦際での旋回走行において、作業装置（田植機では苗植付装置、コンバインでは刈取部）が畦より高く上昇可能であると、作業装置を畦の上方に位置させた状態で機体を畦にぎりぎりまで寄せる畦越え走行が可能となる。この畦越え走行において、制御系が畦高さを検知していると、この畦越え走行の安全性が向上する。

　本発明の好適な実施形態の１つでは、前記畦形態データに含まれる畦高さは、レーザ測定方式またはカメラ撮影画像処理方式の畦高さ検出ユニットによって検出される。

　自動走行可能なほとんどの圃場作業機では、障害物検出等の目的で、Ｌｉｄａｒやミリ波レーダーなどのレーザ測定方式の物体検出装置や、カメラ撮影画像処理方式の物体検出装置が搭載されている。これらの物体検出装置は、検出した物体の二次元寸法や三次元寸法が算出可能な測定データを出力できる。畦際走行時における、この測定データを利用すれば畦高さを算出できる。圃場作業機に、レーザ測定方式の物体検出装置や、カメラ撮影画像処理方式の物体検出装置が搭載されている場合、これらと兼用することにより、畦高さ検出ユニットが安価で構築可能となる。

　本発明の好適な実施形態の１つでは、前記畦形態データは、他の圃場作業機によって生成され、前記畦形態データ格納部に格納されたデータであり、かつ前記畦形態データは、前記畦の形態と、前記畦の形態毎の対応する畦位置とをリンクさせたデータである。

　圃場作業機が畦形態データを生成する機能を備えていなくとも、他の圃場作業機に畦形態データを生成する機能が備えられている場合、他の圃場作業機から直接的にまたは間接的に転送された畦形態データを利用できる。転送方法は、無線や有線でのデータ通信を用いてもよいし、ＵＳＢメモリなどのリムーバブルメモリを用いてもよい。畦の形態は、同一圃場においても同じであるとは限らない。この場合、特定される畦の位置に応じて、畦の形態を示す必要がある。このため、他の圃場作業機から畦形態データを取得する場合、対象となる圃場における畦の形態が、地図座標などで規定される畦の特定位置または特定区間でリンクされた畦形態データが用いられると好都合である。この構成により、畦形態データを生成する機能を備えていない圃場作業機であっても、畦形態データに基づく作業装置の昇降制御や走行制御が可能となる。

自動操舵システムを搭載した田植機の側面図である。エンジンから植付機構への動力伝達を説明する模式図である。苗植付装置と整地フロートの昇降を説明する模式図である。苗植付装置に設けられた畦硬さ検出ユニットを説明する係模式図である。田植機の自動走行のための走行経路を説明する模式図である。田植機の制御系を示す機能ブロック図である。畦形態データのデータ構造図である。畦際走行における制御機能部間のデータの流れを示すデータ流れ図である。

　以下、本発明の自動走行可能な圃場作業機の実施形態の１つとして、田植機を例に説明する。本実施形態では、特に断りがない限り、「前」（図１に示す矢印Ｆの方向）は機体前後方向（走行方向）における前方を意味し、「後」（図１に示す矢印Ｂの方向）は機体前後方向（走行方向）における後方を意味するものとする。また、左右方向または横方向は、機体前後方向に直交する機体左右方向（機体幅方向）を意味し、「左」は図１における紙面の手前の方向、「右」は図１における紙面の奥向きの方向を意味するものとする。

〔全体構造〕
　図１に示すように、田植機は、乗用型で四輪駆動形式の機体１を備える。機体１は、平行四連リンク形式のリンク機構１３と、油圧式の昇降シリンダ１３ａと、苗植付装置３Ａと、施肥装置３Ｂと、等を備える。リンク機構１３は、機体１の後部に昇降揺動可能に連結されている。昇降シリンダ１３ａは、リンク機構１３を揺動駆動する。苗植付装置３Ａは、リンク機構１３の後端部にローリング可能に連結されている。施肥装置３Ｂは、機体１の後端部から苗植付装置３Ａにわたって架設されている。この実施形態では、苗植付装置３Ａ及び施肥装置３Ｂが、本発明の圃場作業機に備えられる昇降可能な作業装置３である。作業装置３は、予め決められた条方向に沿って苗植付作業を行う。リンク機構１３と昇降シリンダ１３ａとによって、苗植付装置３Ａ及び施肥装置３Ｂを昇降させる昇降機構が構成されている。

　機体１は、車輪式の走行装置１２、エンジン２Ａ、及び油圧式の無段変速装置２Ｂを備える。無段変速装置２Ｂは主変速装置である。無段変速装置２Ｂは、例えばＨＳＴ（Ｈｙｄｒｏ－Ｓｔａｔｉｃ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ：静油圧式無段変速装置）である。無段変速装置２Ｂは、モータ斜板及びポンプ斜板の角度を調節することにより、エンジン２Ａから出力される動力（回転数）を変速する。走行装置１２は、左右の前輪１２Ａと、左右の後輪１２Ｂと、を有する。左右の前輪１２Ａは、車体方位を変更するための操舵輪として機能する。左右の後輪１２Ｂは操舵不能である。

　図１に示すように、機体１の後部に運転部１４が備えられている。運転部１４は、前輪操舵用のステアリングホイール１０と、主変速レバー７Ａと、副変速レバー７Ｂと、作業操作レバー１１と、搭乗者（運転者・作業者・管理者）用の運転座席１６と、等を備える。主変速レバー７Ａは、無段変速装置２Ｂの変速操作を行うことで車速を調節する。副変速レバー７Ｂは、副変速装置の変速操作を可能にする。作業操作レバー１１は、苗植付装置３Ａの昇降操作等を行う。さらに、運転部１４の前方において、予備苗収納装置１７Ａが予備苗支持フレーム１７に支持されている。予備苗収納装置１７Ａは予備苗を収容する。

　ステアリングホイール１０は、非図示の操舵機構を介して前輪１２Ａと連結されている。前輪１２Ａの操舵角は、ステアリングホイール１０の回転操作によって調整される。操舵機構にステアリングモータＭ１が連結されている。自動操舵時には、操舵信号に基づいてステアリングモータＭ１が動作することによって、前輪１２Ａの操舵角（操舵度）が調整される。さらに、本実施形態では、主変速レバー７Ａを自動操作するための変速操作用モータＭ２が備えられている。自動走行時には、変速信号に基づいて変速操作用モータＭ２が動作することにより、無段変速装置２Ｂの変速位置が調整される。

　図２に示すように、苗植付装置３Ａは、一例として８条植え形式で図示されている。なお、苗植付装置３Ａは、６条植え形式や１０条植え形式などの他の形式であってもよい。エンジン２Ａからの動力は、植付クラッチＣ０及び各条クラッチＥＣを介して各植付機構２２に分配される。植付クラッチＣ０は、エンジン２Ａからの動力伝達を入切することによって、苗植付装置３Ａの駆動状態を切り替える。各条クラッチＥＣは、苗植付装置３Ａにおいて各植付機構２２の駆動または非駆動を２条毎に選択可能に構成されている。各条クラッチＥＣの制御によって、苗植付装置３Ａは、２条植え、４条植え、６条植え、８条植えの形式に変更可能である。

　図１に示すように、苗植付装置３Ａは、苗載せ台２１と、植付機構２２と、等を備える。苗載せ台２１は、８条分のマット状苗を載置する台座である。苗載せ台２１は、マット状苗の左右幅に対応する一定ストローク量で左右方向に往復移動する。苗載せ台２１が左右のストローク端に達するごとに、苗載せ台２１上の各マット状苗が、苗載せ台２１の下端に向けて所定ピッチで縦送りされる。８個の植付機構２２は、ロータリ式で、植え付け条間に対応する一定間隔で左右方向に配置される。そして、各植付機構２２には、エンジン２Ａからの動力が伝達される。各植付機構２２は、エンジン２Ａからの動力によって、苗載せ台２１に載置された各マット状苗の下端から一株分の苗（植付苗）を切り取って、整地後の泥土部（圃場面）に植え付ける。これにより、苗植付装置３Ａは、作動状態において、苗載せ台２１に載置されたマット状苗から苗を取り出して、水田の泥土部に植え付け可能である。

　施肥装置３Ｂは、ホッパ２５と、繰出機構２６と、施肥ホース２８と、を有する。ホッパ２５は、粒状または粉状の肥料（薬剤やその他の農用資材）を貯留する。繰出機構２６は、ホッパ２５から肥料を繰り出す。施肥ホース２８は、繰出機構２６によって繰出された肥料を搬送するとともに肥料を圃場に排出する。ホッパ２５に貯留された肥料が、繰出機構２６によって所定量ずつ繰り出されて施肥ホース２８へ送られて、ブロワ２７の搬送風によって施肥ホース２８内を搬送され、作溝器２９から圃場へ排出される。このように、施肥装置３Ｂは圃場に肥料を供給する。

　作溝器２９は、整地フロート１５に配備される。そして、各作溝器２９は、各整地フロート１５とともに昇降し、各整地フロート１５が接地する作業走行時に、水田の泥土部に施肥溝を形成して肥料を施肥溝内に案内する。

　図３に示すように、リンク機構１３が昇降シリンダ１３ａの伸縮によって変位する。リンク機構１３の変位によって苗植付装置３Ａは昇降する。制御ユニット１００からの制御指令によって昇降シリンダ１３ａが制御される。昇降シリンダ１３ａは油圧弁１３ｂの制御によって伸縮する。苗植付装置３Ａの昇降位置は、例えば、昇降位置センサ３３２によって検出可能である。また、整地フロート１５は、苗植付装置３Ａのフレームに揺動リンク１５Ａによって上下揺動可能に取り付けられている。整地フロート１５の揺動角は、フロート揺動検出センサによって検出され、制御ユニット１００に送られる。フロート揺動検出センサは接地センサ３３１としても機能する。苗植付装置３Ａの圃場面（水田面の下に位置する泥土面である水田の地盤の表面である）に対する高さが変化すると、整地フロート１５に作用する接地反力によって、整地フロート１５の前端部が苗植付装置３Ａのフレームに対して上下揺動する。このことから、整地フロート１５の苗植付装置３Ａのフレームに対する揺動角から、苗植付装置３Ａの圃場面に対する高さを検知できる。つまり、整地フロート１５は、接地センサ３３１の被検出変位体としても機能する。苗植付装置３Ａは、整地フロート１５が畦より高い位置となる上位置（上昇位置：図５参照）と、整地フロート１５が圃場面に接地する下位置（下降位置：図１参照）の間で昇降する。

　図１に示すように、運転部１４に取り外し可能に装着される通信端末９は、例えばタブレットコンピュータで構成されている。通信端末９は、各種の情報をオペレータに視覚情報や聴覚情報報として出力するとともに、各種の情報の入力を受け付け可能である。通信端末９は、無線または有線で、田植機の制御系とデータ交換可能に接続される。通信端末９には、自動走行のための種々の機能がインストールされている。例えば、田植機から離れた位置において、田植機の制御系（制御ユニット１００）をリモコン操縦する構成であっても良い。

　機体１の位置（機体位置：例えば地図座標で表される）及び方位（機体方位）を算出するための測位データを出力する測位ユニット８が備えられている。測位ユニット８には、全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）の衛星からの電波を受信する衛星測位モジュール８Ａと、機体１の三軸の傾きや加速度を検出する慣性計測モジュール８Ｂが含まれている（図６参照）。測位ユニット８は、予備苗支持フレーム１７の上部に支持される。

　さらに、田植機は、障害物検出のために、障害物検出ユニット７０を備える。この実施形態では、障害物検出ユニット７０は、カメラユニット７１と、ＬｉＤＡＲユニット７２（Ｌｉｇｈｔ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　Ａｎｄ　Ｒａｎｇｉｎｇ）と、を備えている（図６参照）。障害物検出ユニット７０は、カメラユニット７１による撮影画像と、ＬｉＤＡＲユニット７２による点群画像と、を組み合わせて物体を検出する。そして障害物検出ユニット７０は、当該物体の位置及び形状を算出し、これを検出物体情報として、田植機の制御系に送る。障害物検出ユニット７０の構成であれば、カメラユニット７１による撮影画像から物体検出や物体認識が可能である。また、障害物検出ユニット７０の構成であれば、ＬｉＤＡＲユニット７２による点群データから物体検出や物体認識も可能である。したがって、障害物検出ユニット７０は、カメラユニット７１とＬｉＤＡＲユニット７２いずれか１つから構成されてもよい。さらに、この障害物検出ユニット７０は、検出された物体から畦を認識する機能を有し、認識された畦の形状、特に畦高さを算出する。算出された畦高さは、畦形態データの１つとして田植機の制御系に送られる。つまり、この実施形態では、障害物検出ユニット７０は、畦高さ検出ユニット７４としても機能する。その際、カメラユニット７１は、カメラ撮影画像処理方式の畦高さ検出ユニット７４となり、ＬｉＤＡＲユニット７２は、レーザ測定方式の畦高さ検出ユニット７４となる。

　さらに、図４に示すように、畦硬さ検出ユニット７３が、苗植付装置３Ａの下部に備えられている。畦硬さ検出ユニット７３は、苗植付装置３Ａの下フレームに支持された上下揺動アーム７３ｂと、上下揺動アーム７３ｂの先端に設けられた畦硬さ検出器７３ａと、からなる。畦硬さ検出器７３ａは、上下揺動アーム７３ｂの揺動により、上方の退避位置と下方の作動位置とに位置変更可能である。畦硬さ検出器７３ａの先端には感圧プローブが取り付けられている。畦硬さ検出器７３ａの作動位置において、苗植付装置３Ａが畦の上面に下降した際に、感圧プローブが畦の上面に接触し、畦硬さを検出する。検出された畦硬さは、畦形態データの１つとして、田植機の制御系に送られる。

　上記の畦硬さ検出器７３ａに代えて、畦との機械的な結合の無い流体式畦硬さ検出器を用いてもよい。流体式畦硬さ検出器は、空気などの流体を畦に吹き付け、その反射圧を検出することで畦硬さを検出する。

〔走行経路〕
　自動走行により、田植機が圃場に苗植付作業を行う作業走行について、図５を用いて説明する。

　本実施形態における田植機は、手動走行と自動走行とを選択的に実行可能である。手動走行では、運転者が手動操作（リモコン操作を含む）で、ステアリングホイール１０、主変速レバー７Ａ、副変速レバー７Ｂ、作業操作レバー１１等を操作して作業走行を行う。自動走行では、あらかじめ設定された目標走行経路に沿って、田植機が自動制御で走行及び作業を行う。

　田植機が苗植付作業を行う際には、まず、圃場の外周（外縁）に沿って、運転者が手動操作で、作業を行わずに田植機を走行させる。このマッピング周回走行によって、圃場の外周形状が算出されると、図５に示すように、圃場を外周領域ＯＡと内部領域ＩＡに区分けされた圃場マップが生成される。

　圃場マップが生成されると、さらに、田植機が自動走行のために用いる走行経路が生成される。内部領域ＩＡでは、圃場の一つの辺に略平行となるように延びた複数の直線状の走行経路（以下、これを直線走行経路と称するが、必ずしも直線には限定されない）が生成される。この走行経路の延び方向は条方向とも呼ばれる。この直線走行経路は、田植機が、内部領域ＩＡの全体をくまなく作業走行するための走行経路である。自動走行における自動操舵は、この直線走行経路を目標走行経路として行われる。各直線走行経路は、Ｕ字状の旋回走行経路（実質的には１８０度旋回経路）によって繋がれる。直線走行経路に沿った走行及び旋回走行経路に沿った走行は、自動操舵と自動変速とからなる自動走行制御で行われる。

　外周領域ＯＡでは、圃場の外周（外縁）に沿って外周領域ＯＡ内を周回する１つまたは複数回の周回走行経路が生成される。例えば、図５の例では、周回走行経路は、内側と外側の２つの周回走行経路とからなる。内側及び外側の周回走行経路も自動走行が可能であるが、いずれか一方または両方が手動走行されてもよい。

　直線走行経路に沿った走行のほとんどは、作業走行である。作業走行では、苗植付装置３Ａを下位置に下降させた状態で、作業装置３である苗植付装置３Ａが動作しながら、機体１が走行する。これにより、直線状の苗植付作業が数条単位で行われる。

　一つの直線走行経路において作業走行が終了すると、機体１は、次に作業走行すべき直線走行経路へ向けて１８０度の方向転換を行う。この機体１の１８０度旋回走行は非作業走行である。非作業走行において、作業装置３である苗植付装置３Ａは上位置に上昇され、整地フロート１５は水田面の上方に位置する。この状態で、苗植付装置３Ａは停止する。そして、機体１は、走行しながら１８０度の方向転換を行う。

　図５で示されたような長方形の圃場に対する苗植付作業では、まず、作業走行である直線走行と非作業走行である１８０度旋回走行との組み合わせで、内部領域ＩＡでの苗植付作業が行われる。次いで、外周経路での作業走行である直線走行と非作業走行である９０度旋回走行との組み合わせで、外周領域ＯＡでの苗植付作業が行われる。内部領域ＩＡでの苗植付作業において、一つの直線走行経路において作業走行が終了して次の直線走行経路へ向けて移動するたびに、１８０度旋回走行が行われる。この１８０度旋回走行は、未作業状態（苗が植付られていない状態）の外周領域ＯＡで行われるので、十分な旋回スペースの確保が可能である。

〔畦際特殊走行〕
　田植機は、上述した直進走行や１８０度旋回走行以外に、畦際での複雑な経路での特殊走行を行う。このような畦際特殊走行の１つが、マッピング周回走行でのコーナ部の旋回走行である。マッピング周回走行でのコーナ部の旋回走行が、図５において符号ＳＲ１で示されている。この９０度旋回は畦に境界付けられたコーナ部で行われる。図５では簡単な経路で示されているが、実際には前進と後進とを何度か繰り返すことが少なくない。圃場マッピングのための基準位置は、苗植付装置３Ａの上昇位置から下降位置に下降させたタイミングで算出される。このため、正確な基準位置を得るためには、苗植付装置３Ａをできるだけ畦に接近させて、苗植付装置３Ａを下降させる必要がある。また、畦の上方に苗植付装置３Ａが上昇させた状態で、機体１を畦に接近させる畦越え走行も必要となる。

　畦際特殊走行の他の１つが、内部領域ＩＡでの直線走行から資材補給のために前進で畦に接近する前進補給走行である。前進補給走行が、図５において符号ＳＲ２で示されている。さらに他の１つが、内部領域ＩＡでの直線走行から１８０度旋回した後、資材補給のために後進で畦に接近する後進補給走行である。後進補給走行が、図５において符号ＳＲ３で示されている。いずれの補給走行においても、スムーズな資材補給のために、機体１が畦に接近することが重要である。
特に後進補給走行では、畦越え走行も行われる。さらに、場合によっては、畦の上面に苗植付装置３Ａを載置する操作も行われる。

　上述した畦際特殊走行では機体１や苗植付装置３Ａが畦に接近する。その機会を利用して、畦高さの検出や畦硬さの検出が行われる。その検出結果は圃場の畦位置を特定する圃場位置データとリンクされ、畦形態データとして記録される。

〔制御系〕
　次に、図６、図７、図８を用いて、この田植機の制御系を説明する。図６は、制御系の制御ブロック図である。図７は、畦形態データのデータ構造図である。図８は、制御系におけるデータの流れを示すデータ流れ図である。

　田植機の制御系は、田植機の各種動作を制御する制御ユニット１００と、制御ユニット１００とのデータ交換が可能な通信端末９とを含む。制御ユニット１００には、測位ユニット８、手動操作具センサ群３１、走行センサ群３２、作業センサ群３３からの信号が入力されている。制御ユニット１００からの制御信号が、走行機器群１Ａと作業機器群１Ｂとに出力される。

　制御ユニット１００は、測位ユニット８の衛星測位モジュール８Ａから機体１の位置及び方位（車体前後方向の方位）を算出するための測位データを取得する。また、制御ユニット１００は、慣性計測モジュール８Ｂから機体１の三軸の傾きや加速度に関する慣性計測データを取得する。

　制御ユニット１００は、機体１の周辺に存在する物体（障害物）を検出する障害物検出ユニット７０から検出物体情報を取得する。また、この障害物検出ユニット７０は、畦高さ検出ユニット７４としても機能しているので、制御ユニット１００は畦高さも取得する。さらに、制御ユニット１００は、畦硬さ検出ユニット７３から、畦硬さも取得する。

　走行機器群１Ａには、例えば、ステアリングモータＭ１と変速操作用モータＭ２とが含まれている。制御ユニット１００からの制御信号に基づいてステアリングモータＭ１が制御されることによって、操舵角が調節される。また、制御ユニット１００からの制御信号に基づいて変速操作用モータＭ２が制御されることによって、車速が調節される。

　作業機器群１Ｂには、例えば、昇降シリンダ１３ａ、苗取り量調節機器、繰出し量調節機器、及び、植付クラッチＣ０や各条クラッチＥＣの入り切り制御機器等が含まれている。昇降シリンダ１３ａは苗植付装置３Ａを昇降させる。苗取り量調節機器は植付機構２２による苗取り量を調節する。繰出し量調節機器は繰出機構２６による肥料の繰出し量を変更する。

　手動操作具センサ群３１には、各種手動操作具の操作状態を検出するセンサやスイッチなどが含まれている。走行センサ群３２には、操舵角、車速、エンジン回転数などの状態及びそれらに対する設定値を検出する各種センサが含まれている。作業センサ群３３には、整地フロート１５の接地を検出する接地センサ３３１、リンク機構１３による昇降位置を検出する昇降位置センサ３３２、苗植付装置３Ａや施肥装置３Ｂの駆動状態を検出する各種センサが含まれている。

　制御ユニット１００には、走行制御部６、作業制御部５１、機体位置算出部５２、走行経路設定部５３、畦形態データ管理部５４、畦形態データ格納部５５が備えられている。

　機体位置算出部５２は、測位ユニット８から逐次送られてくる衛星測位データや慣性航法データに基づいて、機体１の地図座標である車体位置を算出する。この地図座標は、緯度経度だけでなく、圃場座標系、あるいは特定の座標系での座標であってよい。

　この実施形態では、通信端末９に、タッチパネルＩＦ９０、圃場情報格納部９１、走行経路マップ生成部９２、走行経路生成部９３、リモコン部９４、などが備えられている。タッチパネルＩＦ９０は、グラフィックインタフェースであって、通信端末９に装備されているタッチパネルを通じて、情報の表示や入力を行う機能を有する。したがって、この通信端末９は、制御ユニット１００の情報やデータの入力出力インターフェースとして機能できる。

　圃場情報格納部９１は、圃場の入口（出口）位置や苗や肥料の補給可能位置など圃場に関する情報が格納されている。走行経路マップ生成部９２は、圃場の外周領域ＯＡ（図５参照）の最外周部、つまり畦との境界線に沿って機体１を周回走行させることで得られる走行軌跡に基づいて、圃場の外形寸法を算出する。走行経路生成部９３は、圃場の外形寸法に基づいて圃場を外周領域ＯＡと内部領域ＩＡとに区分けし、自動走行するための走行経路を生成する。走行経路は、図３に示されたように、外周領域ＯＡを走行するための周回走行経路と、内部領域ＩＡを走行するための直線走行経路とからなる。生成された走行経路は、制御ユニット１００に送られる。

　リモコン部９４は、この通信端末９を田植機の操作のためのリモコンとして機能させるプログラムを有する。リモコン部９４が動作すると、管理者は、通信端末９に付属するハードウエアスイッチや通信端末９のタッチパネルに表示されたソフトウエアスイッチを用いて、田植機の制御系（制御ユニット１００）をリモコン操作できる。

　制御ユニット１００に構築されている走行経路設定部５３は、通信端末９から走行経路生成部９３によって生成された走行経路を受け取って管理し、経路追従操舵制御のための目標となる走行経路を目標走行経路として、順次設定する。

　作業制御部５１は、自動走行では、前もって与えられているプログラムに基づいて自動的に作業機器群１Ｂを制御し、手動走行では、運転者の操作に基づいて、作業機器群１Ｂを制御する。作業制御部５１に含まれている昇降制御部５１ａは、作業機器群１Ｂに属する昇降機構としての昇降シリンダ１３ａを伸縮操作することで、苗植付装置３Ａの昇降を行う。昇降制御部５１ａは、自動モードと手動モードとを有し、自動モードにおいては、走行制御部６と連係して、作業機器群１Ｂに属する昇降シリンダ１３ａをプログラムに基づいて伸縮操作することで、苗植付装置３Ａの昇降を行う。苗植付装置３Ａの昇降速度を低速と高速との間で可変制御することも可能である。手動モードにおいては、昇降制御部５１ａは、運転者の操作に基づいて昇降シリンダ１３ａを伸縮操作することで、苗植付装置３Ａの昇降を行う。

　畦形態データ管理部５４は、畦硬さ検出ユニット７３から送られてきた畦硬さと、畦高さ検出ユニット７４から送られてくる畦高さとを、機体位置から求められる畦位置（地図座標位置）にリンクさせて、畦形態データを生成する（図８参照）。さらに、畦形態データ管理部５４は、畦種類も決定して、畦の属性値としても畦形態データに含めることを可能である。この畦種類は、人為的に決定されてもよいが、畦硬さから判定されてもよい。生成された畦形態データは、畦形態データ格納部５５に格納される。

　畦形態データ格納部５５に格納される畦形態データのデータ構造が、図７に示されている。このデータ構造では、データ項目として、圃場識別番号、畦識別番号、畦種類、畦位置、畦高さ、畦硬さを有する。畦位置は、始点座標と終点座標とで表される所定区間として示されている。

　走行制御部６には、自動走行制御部６Ａと、手動走行制御部６Ｂと、制御管理部６Ｃと、畦際走行モード管理部６Ｄと、が備えられている。この田植機は、自動走行を行う自動走行モードと手動走行を行う手動走行モードとに切替可能である。制御管理部６Ｃは、図示されていない走行モード切替操作具の状態を検出する手動操作具センサ（手動操作具センサ群３１の１つ）からの信号や、制御ユニット１００が制御的に生成する切替信号に基づいて、自動走行モードと手動走行モードのいずれかを選択する。

　手動走行モードで動作する手動走行制御部６Ｂは、ステアリングホイール１０の操作量に基づいて、ステアリングモータＭ１を制御するとともに、主変速レバー７Ａや副変速レバー７Ｂなどの手動操作具の操作に基づいて、変速操作用モータＭ２を制御する。

　自動走行モードで動作する自動走行制御部６Ａは、経路追従操舵部６１、旋回自動操舵部６２、作業走行制御部６３、非作業走行制御部６４を備えている。経路追従操舵部６１は、走行経路設定部５３に設定された目標走行経路に沿って機体１が走行するように経路追従制御を行う。経路追従制御では、機体位置算出部５２で算出された車体位置を用いて、目標走行経路に対する機体１の位置ずれ（目標走行経路に対する横ずれ）と機体１の方位ずれ（目標走行経路の方位に対する車体方位のずれ角）を算出し、この位置ずれ及び方位ずれが小さくなるように操舵制御される。

　旋回自動操舵部６２は、機体１の方向転換のための旋回領域が十分確保されている通常の旋回走行、例えば９０度旋回走行や１８０度旋回走行を行うための操舵制御を行う。各旋回走行制御は、予め登録されたプログラムに基づいて、行われる。

　作業走行制御部６３は、苗植付装置３Ａを下位置に下降させた状態で機体１を作業走行させ、同時に植付機構２２を駆動し、圃場面に苗を植え付ける。

　非作業走行制御部６４は、苗植付装置３Ａの動作を停止させた状態（非作業状態）で、機体１を走行させる制御を行う。非作業走行は、９０度旋回走行時や１８０度旋回走行時などの機体１の方向転換時や、後進時に用いられる。

　さらに、走行制御部６は、畦際走行における走行モードとして、作業装置３である苗植付装置３Ａが畦の上方に達する畦越え走行を許可する畦越え許可走行モードと、畦越え走行を禁止する畦越え禁止走行モードとを有する。この畦際走行モードの選択は、畦際走行モード管理部６Ｄによって行われる。畦際走行モード管理部６Ｄは、機体位置によって特定される特定領域の畦際走行が行われると判定すると、畦形態データ管理部５４を介して畦形態データ格納部５５から接近している畦の畦高さを読み出す。苗植付装置３Ａの上昇高さと畦高さとに基づいて畦越え走行が可能であれば、畦越え許可走行モードが選択され、畦越え走行が不能であれば、畦越え禁止走行モードが選択される。選択された走行モードは、自動走行制御部６Ａに送られる（図８参照）。

　畦際走行モード管理部６Ｄは、特定領域の畦際走行を判定すると、さらに、昇降制御部５１ａに、特定領域での畦際走行であることを通知する。これに応答して、昇降制御部５１ａは、特定の畦際領域における畦の畦形態データを読み出し、畦形態データに基づいて、昇降機構としての昇降シリンダ１３ａの昇降動作を制御する。

　例えば、昇降制御部５１ａは、畦形態データに含まれている畦硬さに応じて、昇降機構を構成する昇降シリンダ１３ａの昇降速度、つまり苗植付装置３Ａの昇降速度、特に下降速度を変更する。畦硬さが所定レベルより硬い場合、所定レベル以下の場合に比べて、少なくとも下降速度を遅くする。さらに、走行制御部６は、畦硬さが所定レベルより硬い場合、所定レベル以下の場合に比べて、当該畦への接近車速を遅くする。

　また、畦硬さが所定のレベルより硬い場合、昇降シリンダ１３ａの昇降操作は手動で行われるようにし、畦硬さが所定のレベルより柔らかい場合に、昇降シリンダ１３ａの昇降操作は自動で行われるようにしてもよい。さらに、走行制御部６は、畦硬さが所定のレベルより硬い場合、当該畦への接近走行が手動で行われるようにし、畦硬さが所定のレベルより柔らかい場合に、当該畦への接近走行が自動で行われるようにしてもよい。畦際走行モード管理部６Ｄは、機体１近くの畦の畦硬さまたは畦高さに応じて、苗植付装置３Ａの昇降制御や走行制御を、自動／手動変更指令を用いて、自動モードと手動モードとの間で切り替える機能を有する（図８参照）。

　この実施形態の圃場作業機としての田植機は、畦高さを検出する畦高さ検出ユニット７４及び畦硬さを検出する畦硬さ検出ユニット７３を備える。畦形態データ管理部５４が、畦高さ検出ユニット７４及び畦硬さ検出ユニット７３から取得した畦高さ及び畦硬さを畦形態データ格納部５５に格納し、畦際走行において利用可能に管理していた。これに代えて、畦高さを検出する畦高さ検出ユニット７４及び畦硬さを検出する畦硬さ検出ユニット７３を備えていない圃場作業機では、他の圃場作業機によって取得された畦高さ及び畦硬さを含む圃場マップ、あるいは人為的に測定された畦高さ及び畦硬さを含む圃場マップから生成された畦形態データを、予め畦形態データ管理部５４の管理下で、畦形態データ格納部５５に格納しておき、畦際走行において利用することも可能である。例えば、トラクタの装備された畦塗機の三次元位置（畔の地図位置や畦の高さ）は、トラクタに装置された、衛星測位を用いた機体位置算出機能から、演算できる。圃場で取得した畦高さ及び畦硬さは、少なくとも所定期間、クラウドサービスコンピュータなどにアップロードしておくことで、その後、当該圃場を作業する種々の圃場作業機が利用可能となる。

〔別実施の形態〕
　本発明は、上述の実施形態に例示された構成に限定されるものではなく、以下、本発明の代表的な別実施形態を例示する。

（１）上述した実施形態では、本発明の圃場作業機として田植機が取り挙げられ、この田植機によって行われる圃場作業は、苗植付装置３Ａによる苗植付作業であるとした。圃場作業機が播種機であれば、圃場作業は、播種作業となる。

（２）上述したように選択される畦際走行モードや各畦際走行モードでの制御パラメータは、走行経路設定部５３によって設定される走行経路に予め登録できる。

（３）上述した実施形態では、苗や肥料などの資材の補給可能位置は、圃場情報格納部９１に格納されていたが、畦形態データ管理部５４で管理されている畦高さを参照して、畦高さが高い場所を補給場所とすることも可能である。これによって決定された、点在する補給場所に、適量の資材を用意すると好都合である。

（４）上述した実施形態では、走行装置１２は、操舵輪タイプであったが、クローラタイプであってもよい。

（５）図６と図８とに示された機能部の区分けは、一例であり、各機能部が他の機能部と統合されること、各機能部が複数の機能部に分割されること、制御ユニット１００が複数の制御サブユニットに分散されること、など、種々の改変が可能である。

　なお、上述の実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用可能である。また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変可能である。

　本発明は、畦によって境界付けられた圃場を自動走行可能な圃場作業機に適用可能である。

　１　　　　：機体
　３Ａ　　　：苗植付装置
　３Ｂ　　　：施肥装置
　６　　　　：走行制御部
　６Ａ　　　：自動走行制御部
　６Ｂ　　　：手動走行制御部
　６Ｃ　　　：制御管理部
　６Ｄ　　　：畦際走行モード管理部
　８　　　　：測位ユニット
　１３　　　：リンク機構
　１３ａ　　：昇降シリンダ
　３２　　　：走行センサ群
　３３　　　：作業センサ群
　５１　　　：作業制御部
　５１ａ　　：昇降制御部
　５２　　　：機体位置算出部
　５３　　　：走行経路設定部
　５４　　　：畦形態データ管理部
　５５　　　：畦形態データ格納部
　７１　　　：カメラユニット
　７２　　　：ＬｉＤＡＲユニット
　７３　　　：畦硬さ検出ユニット
　７４　　　：畦高さ検出ユニット
　１００　　：制御ユニット

Claims

　畦によって境界付けられた圃場を自動走行可能な圃場作業機であって、
　機体位置を算出する機体位置算出部と、
　機体を自動走行または手動走行させる走行制御部と、
　前記畦の形態を示す畦形態データを格納する畦形態データ格納部と、
　前記圃場に対して作業を行う作業装置と、
　前記作業装置の対地高さを変更するために前記作業装置を昇降させる昇降機構と、
　前記昇降機構の昇降動作を制御する昇降制御部と、を備え、
　前記昇降制御部は、前記畦と前記作業装置とが接近する畦際領域では、前記畦形態データに基づいて前記昇降機構の昇降動作を制御する圃場作業機。
　前記畦形態データには畦硬さが含まれており、
　前記昇降制御部は、前記畦硬さに応じて前記昇降機構の昇降速度を変更する請求項１に記載の圃場作業機。
　前記畦形態データには畦硬さが含まれており、
　前記畦硬さが所定レベルより硬い場合、前記昇降機構の昇降動作は手動で行われ、
　前記畦硬さが前記所定レベルより柔らかい場合、前記昇降機構の昇降動作は自動で行われる請求項１または２に記載の圃場作業機。
　前記走行制御部は、前記作業装置が前記畦の上方に達する畦越え走行を許可する畦越え許可走行モードと、前記畦越え走行を禁止する畦越え禁止走行モードとを有し、前記畦形態データに含まれている畦高さに基づいて前記畦越え許可走行モードと前記畦越え禁止走行モードとのいずれかを選択する請求項１から３のいずれか一項に記載の圃場作業機。
　前記畦形態データに含まれる畦高さは、レーザ測定方式またはカメラ撮影画像処理方式の畦高さ検出ユニットによって検出される請求項１から４のいずれか一項に記載の圃場作業機。
　前記畦形態データは、他の圃場作業機によって生成され、前記畦形態データ格納部に格納されたデータであり、かつ、前記畦形態データは、前記畦の形態と、前記畦の形態毎の対応する畦位置とをリンクさせたデータである請求項１から５のいずれか一項に記載の圃場作業機。