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技術 走行位置認知システム、農作業用走行車、及び無人自動走行作業車

出願人 株式会社日本計器鹿児島製作所松元機工株式会社鹿児島県
発明者 竹之内博司松元雄二加藤正明今西浩二山崎淳一里中一富深水裕信飯牟禮啓介浅井淳也
出願日 2017年9月29日 (2年9ヶ月経過) 出願番号 2017-192099
公開日 2019年4月25日 (1年2ヶ月経過) 公開番号 2019-062816
状態 特許登録済
技術分野 収穫機本体(5)(特定作物用) 移動体の位置、進路、高度又は姿勢の制御 農業機械一般(3)操向
主要キーワード 動作確認センサ 農業作業機 照射向き 農作業機械 走行ハンドル 感知板 延伸線 畝形状
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課題

農作物などの幅方向における走行装置走行位置を把握、制御する走行位置認知システム、それを利用した畝に沿って走行する、農作業走行車、及び無人自動走行作業車等を提供する。

解決手段

畝に沿って走行する走行装置の前記畝の畝幅方向における走行位置を把握、制御する走行位置認知システムであって、前記走行装置の進行方向前方に配置され前記畝を検知する左右センサと、前記左右センサで取得した左右センサと対象までの距離の差情報から前記畝幅方向における前記走行装置の走行位置を算出する計算機と、からなることを特徴とする、走行位置認知システムの構成とした。

概要

背景

出願人は、無人自動走行作業システム、自動走行式摘採機として、特許文献3の発明を公開している。

特許文献1の発明の前提は、以下の通りである。
図5に示すような、従来の自動走行式茶摘採機12は、特許文献1、2に開示されている。
特許文献1に記載の「自動走行式茶摘採機」は、誰でも簡単に運転でき、かつ、古葉の混入や浅摘みや深摘みが生じない自動走行式茶摘採機であって、第1駆動回路25と第2駆動回路26とは左右の無限走行装置を互いに独立して駆動する。左右の感知板43、44は、茶園畝53の両側部53a、53bの位置を検知する。感知板43、44の回転角に基づく両可変抵抗器47、48の抵抗差所定値になると、2位置切換弁35、36の何れか一方がシンボルb側に切り替えられ、油圧モータ29、30のうち対応する油圧モータの回転数を低下させる。こうして、感知板43、44によって検知される茶園畝53の両側部の位置に応じて自動的に方向を変えて、自動走行式茶摘採機11は茶園畝53に正確に沿って走行する。したがって、誰でも簡単に運転でき、かつ、古葉の混入や浅摘みや深摘みが生じない。というものである。

他方、特許文献2に開示の「自動走行式茶摘採機」は、誰でも簡単に運転でき、かつ、古葉の混入や浅摘みや深摘みが生じない自動走行式茶摘採機であって、走行ハンドル22の回転軸ピニオン25に設けて油圧シリンダ27によって進退されるラック26で回動可能にする。左右の感知板43、44は、茶園畝53の両側部53a、53bの位置を検知する。感知板43、44の回転角に基づく両可変抵抗器47、48の抵抗差が所定値になると、電磁切換弁31が例えばシンボルaに切り換えられ、油圧シリンダ27のピストンロッド28とラック26とが前進する。そうすると、ピニオン25が右回りに回転し、走行ハンドル22も右回りに回転する。こうして、感知板43、44によって検知される茶園畝53の両側部の位置に応じて自動的に方向を変えて、自動走行式茶摘採機11は茶園畝53に正確に沿って走行する。したがって、誰でも簡単に運転でき、かつ、古葉の混入や浅摘みや深摘みが生じない。というものである。

図5に示すような、従来の自動走行式茶摘採機12は、いずれも独立駆動する左右走行装置4a、4bと、それらに立設した門型フレーム4cと、門型フレーム4c上に設置された、前進、後進、左右旋回、速度調節駆動指示部であるハンドル3e、起動スイッチなどの機器を備える操作部3a、走行装置4の駆動源14(エンジン)、搭乗者着席する搭乗シートなどを備える搭乗部3bとからなり、門型フレーム4cの間に農作物栽培するを跨ぎ、走行する。

そして、門型フレーム4cの両立設部の内側には、畝位置を感知する左右感知板13a、13bが備えられ、感知板の回転に応じて、ハンドル3eが旋回し、畝を進行する間は、畝の湾曲に追随し、自動走行可能とするものである。

しかしながら、従来の自動走行式茶摘採機12を次の作業畝に移動するためには、自動走行式茶摘採機の旋回操作が必要であり、従来は、搭乗部3bに乗車した作業者がハンドル3e(走行装置の回転方向)を操作して、農作業機械を旋回させていた。これには、熟練した技術を要し、狭い茶園、特に山間地にあるテラス式茶園などでは危険度が高くなり、農作業事故死亡事故を含む)も発生しやすかった。

同様に、図6、7に示すような、従来の乗用型茶木畝上面異物吸引装置16、従来の乗用型茶畝農薬散布機15であっても、畝間の移動には畝端での農作業機械の旋回操作を必要とする。

上述のように、農作業機械の旋回は、危険な上、乗用型であっても精神的労働負荷が高いと言われ、広大圃場ではさらに負荷が高まる。加えて、農業就業者高齢化、減少が進行しており、さらなる農作業軽減、省力化、効率化のため、一層の農作業機械の自動化が求められていた。

そこで、特許文献3の発明は、圃場における農作業機械の畝間の移動や旋回のために、農作業機械の旋回操作を必要とせず、遠隔制御可能な無人自動走行作業システム、特に、自動走行式茶摘採機に最適なシステム、及びそれを備えた農業作業機械を提供することを目的とする。

具体的には、特許文献3の発明は、請求の範囲に記載の通り(特許査定時)、
[請求項1]
自動走行可能な走行装置と、前記走行装置上に設置され操作部を含む載置部とで構成される農業作業機械に用いられ、前記農作業機械を次の畝又は畝間に自動で旋回、進入させる無人自動走行作業システムであって、
前記畝の端を感知して知らせる第一センサ及び第二センサを備える端感知センサと、
前記旋回時に次の畝位置を感知して知らせる第三センサ及び第四センサと、
前記端感知センサ及び第三、第四センサの信号を基に前記操作部の操作を制御することで前記走行装置の走行、旋回を自動制御する制御部とからなり、
前記第一センサが載置部の走行方向の前方で畝の上に設置され、前記第二センサが載置部の走行方向の後方で畝の上に設置され、前記第三センサが前記走行装置の左外側長手方向適所に設置され、前記第四センサが前記走行装置の右外側の長手方向適所に設置され、各種センサがそれぞれ少なくとも1個以上設置されることを特徴とする無人自動走行作業システム。
[請求項2]
前記端感知センサが、畝の端をはじめに感知する第一センサと、前記第一センサの後に再度畝の端を感知する第二センサを備え、
前記第一センサによって前記畝の端を感知した後、前記走行装置の走行速度を減速させ、前記第二センサによって前記畝の端を感知した後、一定距離走行させることを特徴とする請求項1に記載の無人自動走行作業システム。
[請求項3]
前記端感知センサ、第三センサ及び第四センサが、位置検出センサであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の無人自動走行作業システム。
[請求項4]
さらに、停止センサを備え、あらかじめ設置した感知デバイスを感知した後、作業及び走行を停止させることを特徴とする請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の無人自動走行作業システム。
[請求項5]
さらに、方位センサを備え、前記旋回角度精度を向上させたことを特徴とする請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の無人自動走行作業システム。
[請求項6]
前記走行装置の前進及び旋回動作を、前記操作部のアクチュエータの動作で制御し、前記アクチュエータの動作を、前記各種センサの感知に同期させてコントロールする制御部によって自動制御することを特徴とする請求項1〜請求項5の何れか1項に記載の無人自動走行作業システム。
[請求項7]
請求項1〜請求項6の何れか1項に記載の無人自動走行作業システムを備えたことを特徴とする農作業機械。
[請求項8]
前記農作業機械が、茶園で用いられることを特徴とする請求項7に記載の農作業機械。
[請求項9]
前記走行装置が、茶木の畝に沿って自動走行可能な走行装置とした自動走行式茶摘採機であることを特徴とする請求項8に記載の農作業機械。
というものである。

その結果、畝端、又は感知デバイスを感知するセンサにより、旋回位置を特定し、予めプログラムされている旋回動作、さらには、畝状況、方位情報を元に、次の作業をする畝に自動かつ正確に農作業機械を向けさせ(旋回させ)、進入させることができる。その結果、農作業機械の人的運転操作が削減され、農作業負荷の軽減、省力化、効率化が図られる。さらに、夜行性病害虫に対する夜間作業や、化学農薬等の散布者への暴露防止など、新たな茶の生産体系構築が可能である。また、少人数の作業者で、さらには農作業機械の旋回操作に慣れていない作業者であっても容易に農作業機械を遠隔制御でき、安全に農作業を行うことができるので、農作業事故が減少することとなる。

特許文献3の発明は、特許文献3の明細書に記載の通りで、以下に改めて説明する。合わせて、図面を参照されたい。

図1、図2、図5に示すように、無人自動走行作業システムを備えた自動走行式茶摘採機1は、従来の自動走行式茶摘採機12と同様に、走行装置4と、門型フレーム4cと、載置部3とを備え、さらに無人自動走行作業システム2を備えてなり、畝進行時については、従来の特許文献1、2などの制御手段を採用することで、自動走行が可能になる。従来の直進的な自動走行技術についてはその説明を簡略化する。

走行装置4は、図5に示すように、左右独立回転駆動制御され、前進、後進、方向転換、停止位置での回転が可能なクローラー式の回転体である左右走行装置4a、4bからなる。

門型フレーム4cは、左右走行装置4a、4bから立設して、その上に載置部3を備え、門型フレーム4cと載置部3の底面とで、畝11を跨ぐ。門型フレーム4cの柱には、門内(跨いだ畝11)に向け、特許文献1、2のように、左右感知板13a、13bが備えられ、畝に沿った直進的な自動走行を可能にする。

載置部3は、門型フレーム4cを介して、走行装置4上に設定され、座席ハンドル3eを含む操作部3a、搭乗シートなどを備える搭乗部3b、エンジンなどの駆動源14、その他作業機器、ここでは茶葉摘採部12aに関連する機器などを備える。操作部3aのハンドル3eで走行装置4が操作され、その操作は、旋回時は、無人自動走行作業システム2によって自動制御される。操作部3aには、走行装置4の無人自動走行作業システム2による自動制御と、作業者による通常操作を切り換える、自動、手動モードを備えた切換スイッチ3nが備えられる。

無人自動走行作業システム2は、図1(B)、図2に示すように、制御部2aと、制御部2aへの入力側である、非常停止スイッチ2bと、スタートスイッチ2eと、第一センサ5と、第二センサ6と、第三センサ7と、第四センサ8と、停止センサ9aと、及び制御部2aの出力側である、前進制御系2pと、旋回制御系2qと、機械停止2rと、エンジン停止2sからなる。これらは、バッテリ14aから駆動電源を得る。

制御部2aは、各種センサから出力される入力信号2tを受け、予め設定されたプログラムを実行すべく、出力側に各種制御信号2uを送るPLCで、状況に応じて前記プログラムと現状のズレを比較し、比較結果に基づき修正命令を出力側に送信する。タイマー機能なども含まれる。走行装置4の走行距離を、タイマーによって、時間で制御することもできる。

制御部2aによる具体的な制御方法については、該当箇所で説明する。主に端感知センサ及び第三センサ7、第四センサ8の信号を基に操作部3aの操作を制御することで、走行装置4の隣の畝11bへの旋回、進入を自動制御する。

次に図1、2を参照しながら入力側について詳しく説明する。
非常停止スイッチ2bは、リモコン2cの電波2dで動作し、任意に、また危険時などに、走行装置4の走行又は茶葉摘採部12aの運転を停止するためのスイッチで、作業管理者がリモコン2cを所持し、必要に応じて、圃場10(茶畑)などにいる管理者がリモコン2cを操作することで、所望の停止を可能にする。また駆動源14であるエンジンも停止可能である。

スタートスイッチ2eは、操作部3aの切換スイッチ3nを自動モードにした後、操作できるもので、管理者がスタートスイッチ2eをオンにすると、無人自動走行作業システム2が、起動して、走行装置4の走行、旋回を自動制御する。

第一センサ5は、図1に示すように、載置部3の走行方向1b(一点鎖線矢印)の前方で畝11の上に設置され、畝11の端を初めに感知する端感知センサである。第一センサ5としては、例えば、音波センサ等の位置検出センサが例示できる。第二、第三、第四センサも同様である。また畝での感知が困難な場合、畝の代わりとして感知デバイスを設置してもよい。

第一センサ5による作業中の畝11aの端感知により、制御部2aの命令で走行装置4の走行速度は低速に制御される。他方、次の作業場所である隣の畝11bに進入するときも畝11の端を最初に感知し、制御部2aの命令で走行装置4の走行速度は高速に制御される。

第二センサ6は、図1に示すように、載置部3の走行方向1bの後方で畝11の上に設置され、第一センサ5の畝端感知の後に再度畝11の端を感知する端感知センサである。

第二センサ6による作業中の畝11aの端感知(終点位置1c)により、走行装置4は制御部2aの制御により所定距離走行し、旋回位置1dまで低速で走行する。その後、旋回制御系2qが実行される。

第三センサ7は、図1(B)に示すように、走行方向1bに対して走行装置4の左外側の長手方向適所に設置され、図1(A)に示すように、走行装置4の第1回目の旋回後に次の畝11を感知して、制御部2aに次の畝11の位置を知らせ、第2回目の旋回位置を決定するためのセンサである。第四センサ8も同じである。走行装置4の旋回方向によって、用いられる旋回位置を決定するセンサ(第三、第四センサ7、8)は異なる。

第四センサ8は、図1(B)に示すように、走行方向1bに対して走行装置4の右外側の長手方向適所に設置され、図1(A)に示すように、走行装置4の第1回目の旋回後に次の畝11を感知して、制御部2aに次の畝11の位置を知らせ、第2回目の旋回位置を決定するためのセンサである。

停止センサ9aは、図1(B)に示すように、載置部3の走行方向1bの後方で畝11の上に設置され、図1(A)に示すように、所望の停止位置に置かれた停止指示部材9を感知して、制御部2aに送信する。制御部2aは、停止位置信号の入力後、少なくとも、走行装置4を停止する。その他の機器を停止させてもよい。停止センサ9aとしては、例えば、光反射センサが例示でき、停止指示部材9の反射光を感知する。停止指示部材9は適所に設置でき、停止センサ9aも停止指示部材9の位置に対応し適所に設定できる。停止指示部材9は、停止信号発信するデバイスなどであってもよく、その場合には、停止センサは停止信号を受信するセンサとする。

次に、図1−4を参照しながら出力側について、説明する。
前進制御系2pは、走行装置4の前進時のハンドル3eの位置制御のことである。ここでは、図3に示す、制御部2a、弁3l、第一アクチュエータ3fによって、走行装置4の所望の走行速度を制御する。

旋回制御系2qは、走行装置4を左右方向へ旋回させるためのハンドル3eの位置制御のことである。ここでは、図4に示す、制御部2a、弁3m、第二アクチュエータ3iによって、走行装置4の所望の旋回動作を制御する。

機械停止2rは、走行装置4の走行または茶葉摘採部12a、その他作業機器の運転を停止させる制御である。

エンジン停止2sは、駆動源14の駆動を停止する制御である、或いは、駆動源14の駆動の伝達を遮断する制御である。

また、無人自動走行作業システム2は、必要に応じて、図1(B)に示すように、方位センサ2fを備える。方位センサ2fは、旋回時の回転角を方位により正確に判断するためのセンサである。方位センサ2fを備えることで、走行装置4の旋回角度精度が高まる。

さらに、無人自動走行作業システム2は、必要に応じて、図3、4に示すように、第五センサ〜第十センサ(2g〜2n)を備える。これらは、ハンドル3eの制御を2軸(両方向)アクチュエータで行う場合の動作確認センサであり、アクチュエータが規定の動作をしていない場合には、制御部2aが再度の制御指示を各駆動部に指示する、一種安全装置である。

第五センサ2g、第六センサ2h、第七センサ2iは、より具体的には、図3に示すように、走行装置4のクローラーの回転方向が正しいか否かの判断信号を制御部2aに送信するセンサである。より詳しくは、ハンドル3eの左右方向の位置を確認するセンサで、第二アクチュエータ3iのピストンロッド3kの位置を監視し、その監視結果を制御部2aに送信(一点鎖線矢印)する。その監視結果に基づき、制御部2aは、現時点のピストンロッド3kの位置が所望の動作に適合するか否か判断する。ピストンロッド3kが所望の位置でない場合には、制御部2aは再度の命令を第二アクチュエータ3iの動作を制御する弁3m(例えば電磁弁)に制御命令を送信(一点鎖線矢印)し、正しく動作させる。

第八センサ2k、第九センサ2m、第十センサ2nは、より具体的には、図4に示すように、走行装置4のクローラーの回転速度が正しいか否かの判断信号を制御部2aに送信するセンサである。より詳しくは、ハンドル3eの前方向の位置を確認するセンサで、第一アクチュエータ3fのピストンロッド3hの位置を監視し、その監視結果を制御部2aに送信(一点鎖線矢印)する。その監視結果に基づき、制御部2aは、現時点のピストンロッド3hの位置が所望の動作に適合するか否か判断する。ピストンロッド3hが所望の位置でない場合には、制御部2aは再度の命令を第一アクチュエータ3fの動作を制御する弁3l(例えば電磁弁)に制御命令を送信(一点鎖線矢印)し、正しく動作させる。

無人自動走行作業システムを備えた自動走行式茶摘採機1は、無人自動走行作業システム2によって、図1(A)に示す、旋回が可能になる。以下、走行、旋回、停止、その制御について、図1を参照しながら、詳しく説明する。

作業者が、無人自動走行作業システムを備えた自動走行式茶摘採機1を、圃場10の開始位置1aに、手動で移動させる。その後、作業者又は管理者が、ハンドル3eを前進方向、左右旋回方向ともに、中立位置(図3、4参照)に位置する。そして、切換スイッチ3nを自動モードに切り換え、スタートスイッチ2eをオンにして、無人自動走行作業システム2を起動すると、制御部2aが、前進制御系2pで、ハンドル3eを前進低速位置(図3(B))に移行制御し、走行装置4の低速自動走行が開始される。

第一センサ5が、畝11の端(作業開始位置)を感知したならば、制御部2aが、前進制御系2pで、ハンドル3eを前進高速位置(図3(C))に移行制御し、走行装置4の高速自動走行が開始される。無人自動走行作業システムを備えた自動走行式茶摘採機1が、作業中の畝11aに沿って走行中は、従来の自動走行システム(左右感知板13a、13bとその制御系)によって、畝11の側面形状にしたがって、高速で前進自動走行するとともに、摘採を開始する。

走行装置4を走行させながら、摘採作業を進め、作業中の畝11aの端位置を第一センサ5が感知すると、制御部2aによって、前進制御系2pを低速制御(図3(B))に移行させる。その後、第二センサ6が作業中の畝11aの端位置を感知すると(終点位置1c)、制御部2aが、予め設定されていた移動距離にしたがって、走行装置4を直進させ、最初の旋回位置1dに位置させる。このとき、第二センサ6の作業中の畝11aの端位置感知に同期させて茶葉摘採部12aの運転を停止させてもよい。

最初の旋回位置1dでは、制御部2aが、旋回制御系2qを右旋回位置(図4(B))に移行させる。ここで、走行装置4は、予め制御部2aに設定されていた90°旋回をする。又は、方位センサ2fの情報に基づき、隣の畝11bの延長線と直交する方向に走行装置4の進行方向が向けられる。

なお、走行装置4が、左旋回するときは、制御部2aが、旋回制御系2qを左旋回位置(図4(C))に移行制御する。第2の旋回位置での左旋回も同じである。

走行装置4の第1回目の旋回が終了し、第四センサ8が隣の畝11bを感知するまで、走行装置4は低速走行(図3(B))する。

第四センサ8が隣の畝11bを感知すると、走行装置4は第2の旋回位置1dで、制御部2aが、旋回制御系2qを右旋回位置(図4(B))に移行させる。ここで、走行装置4は、予め制御部2aに設定されていた90°旋回をする。又は、方位センサ2fの情報に基づき、隣の畝11bの延伸線と平行する方向に走行装置4の進行方向が向けられる。このような制御で、走行装置4は、旋回軌道1eに沿って旋回する。走行装置4は、旋回位置1dで前進方向に走行せず点対象の回転でなく、走行装置4が走行しながら旋回することもできる。その場合には、半円状の旋回軌道となる。

その後、第一センサ5が隣の畝11bの開始端を検知するまで、走行装置4は低速走行する。

第一センサ5が、隣の畝11bの開始端を検知した位置(再開位置1f)で、制御部2aが、前進制御系2pを高速位置(図3(C))に移行させる。その後、走行装置4は、従来の自動走行システム(左右感知板13a、13bとその制御系)によって、畝11の側面形状にしたがって、高速で前進自動走行するとともに、摘採を開始する。

走行装置4が、作業中の畝の側面形状に沿った自動走行と、上記旋回を繰り返し、最終畝11cの端部に置かれた停止指示部材9を停止センサ9aで感知したならば、その位置、又は予め設定された距離を走行して、制御部2aによって、走行装置4は所定の位置(終了位置1g)で停止する(前進制御系2p、旋回制御系2qともに中立位置(図3(A)、図4(A)))。なお、停止指示部材9は、任意の箇所に設置することができ、走行装置4を任意の箇所で停止させることができる。

無人自動走行作業システム2は、左右走行装置4a、4b、門型フレーム4cを備えないタイヤ走行するトラクタなどの農作業機械にも応用できる。

以下、図2−4を参照しながら、自動旋回制御について、より詳しく説明する。なお、ここでは、アクチュエータとして、油圧シリンダを例示したが、その他、電動シリンダパルスモータなども採用できる。

先ず、図3を参照して、前進制御系2pの制御を説明する。前進制御系2pは、図3(A)に示すように、載置部3などに位置固定された、第一アクチュエータ3fと、弁3lと、前述の第八センサ2kと、第九センサ2mと、第十センサ2nとからなる。なお、これらセンサは、ハンドル3eを位置判断できれば、種類、設置場所は特に限定されない。

第一アクチュエータ3fは、油圧シリンダで、固定シリンダ3gと、固定シリンダ3gの一端で油圧挿抜され一端がハンドル3eに接続するピストンロッド3hとからなる。ピストンロッド3hの挿抜によって、ハンドル3eの前後位置が自動制御され、走行装置4の走行速度が自動制御される。

弁3lは、固定シリンダ3gへの油圧送液、流出を制御する電磁弁などで、制御部2aの制御命令により駆動し、ピストンロッド3hの挿抜を制御する。

先ず、図3(A)は、ハンドル3eの中立位置を示しおり、走行装置4が停止している状態である。例えば、無人自動走行作業システムを備えた自動走行式茶摘採機1が、図1(A)の開始位置1a、旋回位置1d、終了位置1gで停止したときのハンドル3e位置である。ハンドル3eの中立位置は、第九センサ2mで監視し、制御部2aによって位置が保障される。

走行装置4の低速前進が必要なときは、例えば、図1に示すように、無人自動走行作業システムを備えた自動走行式茶摘採機1が、第一センサ5によって、作業中の畝11aの端を感知し、停止、又は隣の畝11bに進入するまでの間は、図3(B)に示すように、制御部2aの命令信号により、弁3lが駆動し、固定シリンダ3gから油圧でピストンロッド3hを突出させ、ハンドル3eを押し、ハンドル3eを走行装置4が低速走行する位置に位置させる。その移動を第八センサ2kで監視し、制御部2aによって位置が保障される。

ハンドル3eを低速位置から高速位置に位置させるには、制御部2aが次段の動作を制御する。他方、ハンドル3eを中立位置に戻すには、ピストンロッド3hを固定シリンダ3g内に収納する油圧調整を弁3l、制御部2aで行う。

走行装置4の高速前進が必要なときは、例えば、図1に示すように、無人自動走行作業システムを備えた自動走行式茶摘採機1が、開始位置1aから作業中の畝11aを進行方向1bに進行し、終点位置1cに至るまでの間は、図3(C)に示すように、制御部2aの命令信号により、弁3lが駆動し、固定シリンダ3gから油圧でピストンロッド3hを突出させ、さらにハンドル3eを押し込み、ハンドル3eを走行装置4が高速走行する位置に位置させる。その移動を第十センサ2nで監視し、制御部2aによって位置が保障される。

ハンドル3eを高速位置から低速位置に戻すには、ピストンロッド3hを固定シリンダ3g内に収納する油圧調整を弁3l、制御部2aで行う。

次に、図4を参照して、旋回制御系2qの制御を説明する。旋回制御系2qは、図4(A)に示すように、載置部3などに位置固定された、第二アクチュエータ3iと、弁3mと、前述の第五センサ2gと、第六センサ2hと、第七センサ2iとからなる。なお、これらセンサは、ハンドル3eを位置判断できれば、種類、設置場所は特に限定されない。

第二アクチュエータ3iは、油圧シリンダで、固定シリンダ3jと、固定シリンダ3jの一端で油圧で挿抜され一端がハンドル3eに接続するピストンロッド3kとからなる。ピストンロッド3kの挿抜によって、ハンドル3eの左右位置が自動制御され、走行装置4の旋回方向が自動制御される。

弁3mは、固定シリンダ3jへの油圧送液、流出を制御する電磁弁などで、制御部2aの制御命令により駆動し、ピストンロッド3kの挿抜を制御する。

先ず、図4(A)は、図3(A)と同じで、ハンドル3eの中立位置を示しており、走行装置4が停止している状態である、当然、ハンドル3eは、左右方向への旋回位置にない。なお、旋回制御系2qのみ見れば、走行装置4の直進状態も同じである。ハンドル3eの中立位置は、第六センサ2hで監視し、制御部2aによって位置が保障される。

走行装置4の右旋回が必要なときは、例えば、図1に示すように、無人自動走行作業システムを備えた自動走行式茶摘採機1が、旋回位置1dで旋回している間は、図4(B)に示すように、制御部2aの命令信号により、弁3mが駆動し、固定シリンダ3jから油圧でピストンロッド3kを突出させ、ハンドル3eを右旋回位置(中立位置から右側)に押し込む。その移動を第五センサ2gで監視し、制御部2aによって位置が保障される。ハンドル3eを中立位置に戻すには、ピストンロッド3kを固定シリンダ3j内に収納する油圧調整を弁3m、制御部2aで行う。

走行装置4の左旋回が必要なときは、例えば、図1に示すように、無人自動走行作業システムを備えた自動走行式茶摘採機1が、開始位置1a側の隣の畝11へ旋回する間は、図4(C)に示すように、制御部2aの命令信号により、弁3mが駆動し、油圧で、ピストンロッド3kを、固定シリンダ3j内に収納させ、ハンドル3eを左旋回位置(中立から左側)に引き寄せる。その移動を第七センサ2iで監視し、制御部2aによって位置が保障される。ハンドル3eを中立位置に戻すには、固定シリンダ3jからピストンロッド3kを突出させる油圧調整を弁3m、制御部2aで行う。

このような無人自動走行作業システムは、自動走行茶摘採機のみならず、畝を備える圃場において、例えば、農薬を散布する従来の乗用型農薬散布機15(図7)、乗用型肥料散布機、乗用型の灌水機、茶木畝上面の異物を吸引する従来の乗用型茶木畝上面異物吸引装置16(図6)などの茶園管理機、他の農作業機械にも搭載することができる。その場合、隣接する畝への移動とは限らず2畝毎、3畝毎移動するというように、作業形態によって作業畝をプログラムにより設定できる。

そして、特許文献3における畝に沿って直進的な走行をするときは、特許文献2,3の感知板による走行方式を採用していた。

特許文献2,3による走行装置の走行方式では、走行装置に人が搭乗し、運転、修正制御していたため感知板による畝形状の感知で十分に畝に沿った走行が可能であった。他方、無人自動走行になると精度の高い畝に沿った走行が求められる。一方、特許文献2,3では感知板からの情報で油圧を調整、左右のクローラーの回転を制御して畝に沿った走行を補助していた。

しかしながら、特許文献2,3の感知板は、門型フレーム内に位置し、畝形状の情報生成が遅く、走行装置の適正な走行位置の決定に間に合わないことがあり、また感度、精度が低く、畝に沿って安定して走行装置を走行させることができないことがあった。

概要

農作物などの畝の幅方向における走行装置の走行位置を把握、制御する走行位置認知システム、それを利用した畝に沿って走行する、農作業用走行車、及び無人自動走行作業車等を提供する。畝に沿って走行する走行装置の前記畝の畝幅方向における走行位置を把握、制御する走行位置認知システムであって、前記走行装置の進行方向前方に配置され前記畝を検知する左右センサと、前記左右センサで取得した左右センサと対象までの距離の差情報から前記畝幅方向における前記走行装置の走行位置を算出する計算機と、からなることを特徴とする、走行位置認知システムの構成とした。

目的

そこで、特許文献3の発明は、圃場における農作業機械の畝間の移動や旋回のために、農作業機械の旋回操作を必要とせず、遠隔制御可能な無人自動走行作業システム、特に、自動走行式茶摘採機に最適なシステム、及びそれを備えた農業作業機械を提供する

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請求項1

に沿って走行する走行装置の前記畝の畝幅方向における走行位置を把握する走行位置認知システムであって、前記走行装置の進行方向前方に配置され前記畝を検知する左右センサと、前記左右センサで取得した左右センサと対象までの距離の差情報から前記畝幅方向における前記走行装置の走行位置を算出する計算機と、からなることを特徴とする、走行位置認知システム。

請求項2

畝に沿って走行する走行装置の前記畝の畝幅方向における走行位置を制御する走行位置認知システムであって、前記走行装置の進行方向前方に配置され前記畝を検知する左右センサと、前記左右センサで取得した左右センサと対象の距離の差情報から前記畝幅方向における前記走行装置の走行位置を算出する計算機と、さらに、算出された前記走行装置の走行位置に基づき、前記走行装置を前記畝幅における所望の位置に走行させる制御手段と、からなることを特徴とする、走行位置認知システム。

請求項3

前記対象の距離は、所定時間に得られた対象と前記左右センサとの距離の平均値を用いることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の走行位置認知システム。

請求項4

前記対象の距離は、前記左右センサが検知した前記左右センサと対象との最短距離値を用いることを特徴とする請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の走行位置認知システム。

請求項5

前記左右センサが、前記畝のエッジを検知することを特徴とする請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の走行位置認知システム。

請求項6

前記左右センサが、前記畝表面に対して、前記左右センサの検知面を、反射を垂直に受ける向きに位置して配置されることを特徴とする請求項1〜請求項5の何れか1項に記載の走行位置認知システム。

請求項7

さらに、カメラを搭載し、前記走行装置の走行を遠隔監視することを特徴とする請求項1〜請求項6の何れか1項に記載の走行位置認知システム。

請求項8

請求項1〜請求項7の何れか1項に記載の走行位置認知システムを搭載した、自動走行式であることを特徴とする農作業走行車

請求項9

請求項1〜請求項7の何れか1項に記載の走行位置認知システムを搭載したことを特徴とする無人自動走行作業車

請求項10

請求項1〜請求項7の何れか1項に記載の走行位置認知システムを搭載し、前記畝が木の畝で、前記走行装置が無人自動走行可能な茶摘採機であることを特徴とする無人自動走行式茶摘採機。

請求項11

畝に沿って走行する走行装置の前記畝の畝幅方向における走行位置を制御する走行装置の走行位置制御方法であって、前記走行装置の進行方向前方に配置された左右センサで、前記畝を検知し、取得した左右センサと対象までの距離の差情報から前記畝幅方向における前記走行装置の走行位置を把握し、前記走行装置を前記畝幅における所望の位置を走行させることを特徴とする、走行装置の走行位置制御方法。

技術分野

0001

本発明は、農作物などの幅方向における走行装置走行位置を把握、制御する走行位置認知システム、それを利用した畝に沿って走行する、農作業走行車、及び無人自動走行作業車等に関する。

背景技術

0002

出願人は、無人自動走行作業システム、自動走行式摘採機として、特許文献3の発明を公開している。

0003

特許文献1の発明の前提は、以下の通りである。
図5に示すような、従来の自動走行式茶摘採機12は、特許文献1、2に開示されている。
特許文献1に記載の「自動走行式茶摘採機」は、誰でも簡単に運転でき、かつ、古葉の混入や浅摘みや深摘みが生じない自動走行式茶摘採機であって、第1駆動回路25と第2駆動回路26とは左右の無限走行装置を互いに独立して駆動する。左右の感知板43、44は、茶園畝53の両側部53a、53bの位置を検知する。感知板43、44の回転角に基づく両可変抵抗器47、48の抵抗差所定値になると、2位置切換弁35、36の何れか一方がシンボルb側に切り替えられ、油圧モータ29、30のうち対応する油圧モータの回転数を低下させる。こうして、感知板43、44によって検知される茶園畝53の両側部の位置に応じて自動的に方向を変えて、自動走行式茶摘採機11は茶園畝53に正確に沿って走行する。したがって、誰でも簡単に運転でき、かつ、古葉の混入や浅摘みや深摘みが生じない。というものである。

0004

他方、特許文献2に開示の「自動走行式茶摘採機」は、誰でも簡単に運転でき、かつ、古葉の混入や浅摘みや深摘みが生じない自動走行式茶摘採機であって、走行ハンドル22の回転軸ピニオン25に設けて油圧シリンダ27によって進退されるラック26で回動可能にする。左右の感知板43、44は、茶園畝53の両側部53a、53bの位置を検知する。感知板43、44の回転角に基づく両可変抵抗器47、48の抵抗差が所定値になると、電磁切換弁31が例えばシンボルaに切り換えられ、油圧シリンダ27のピストンロッド28とラック26とが前進する。そうすると、ピニオン25が右回りに回転し、走行ハンドル22も右回りに回転する。こうして、感知板43、44によって検知される茶園畝53の両側部の位置に応じて自動的に方向を変えて、自動走行式茶摘採機11は茶園畝53に正確に沿って走行する。したがって、誰でも簡単に運転でき、かつ、古葉の混入や浅摘みや深摘みが生じない。というものである。

0005

図5に示すような、従来の自動走行式茶摘採機12は、いずれも独立駆動する左右走行装置4a、4bと、それらに立設した門型フレーム4cと、門型フレーム4c上に設置された、前進、後進、左右旋回、速度調節駆動指示部であるハンドル3e、起動スイッチなどの機器を備える操作部3a、走行装置4の駆動源14(エンジン)、搭乗者着席する搭乗シートなどを備える搭乗部3bとからなり、門型フレーム4cの間に農作物を栽培する畝を跨ぎ、走行する。

0006

そして、門型フレーム4cの両立設部の内側には、畝位置を感知する左右感知板13a、13bが備えられ、感知板の回転に応じて、ハンドル3eが旋回し、畝を進行する間は、畝の湾曲に追随し、自動走行可能とするものである。

0007

しかしながら、従来の自動走行式茶摘採機12を次の作業畝に移動するためには、自動走行式茶摘採機の旋回操作が必要であり、従来は、搭乗部3bに乗車した作業者がハンドル3e(走行装置の回転方向)を操作して、農作業機械を旋回させていた。これには、熟練した技術を要し、狭い茶園、特に山間地にあるテラス式茶園などでは危険度が高くなり、農作業事故死亡事故を含む)も発生しやすかった。

0008

同様に、図6、7に示すような、従来の乗用型茶木畝上面異物吸引装置16、従来の乗用型茶畝農薬散布機15であっても、畝間の移動には畝端での農作業機械の旋回操作を必要とする。

0009

上述のように、農作業機械の旋回は、危険な上、乗用型であっても精神的労働負荷が高いと言われ、広大圃場ではさらに負荷が高まる。加えて、農業就業者高齢化、減少が進行しており、さらなる農作業軽減、省力化、効率化のため、一層の農作業機械の自動化が求められていた。

0010

そこで、特許文献3の発明は、圃場における農作業機械の畝間の移動や旋回のために、農作業機械の旋回操作を必要とせず、遠隔制御可能な無人自動走行作業システム、特に、自動走行式茶摘採機に最適なシステム、及びそれを備えた農業作業機械を提供することを目的とする。

0011

具体的には、特許文献3の発明は、請求の範囲に記載の通り(特許査定時)、
[請求項1]
自動走行可能な走行装置と、前記走行装置上に設置され操作部を含む載置部とで構成される農業作業機械に用いられ、前記農作業機械を次の畝又は畝間に自動で旋回、進入させる無人自動走行作業システムであって、
前記畝の端を感知して知らせる第一センサ及び第二センサを備える端感知センサと、
前記旋回時に次の畝位置を感知して知らせる第三センサ及び第四センサと、
前記端感知センサ及び第三、第四センサの信号を基に前記操作部の操作を制御することで前記走行装置の走行、旋回を自動制御する制御部とからなり、
前記第一センサが載置部の走行方向の前方で畝の上に設置され、前記第二センサが載置部の走行方向の後方で畝の上に設置され、前記第三センサが前記走行装置の左外側長手方向適所に設置され、前記第四センサが前記走行装置の右外側の長手方向適所に設置され、各種センサがそれぞれ少なくとも1個以上設置されることを特徴とする無人自動走行作業システム。
[請求項2]
前記端感知センサが、畝の端をはじめに感知する第一センサと、前記第一センサの後に再度畝の端を感知する第二センサを備え、
前記第一センサによって前記畝の端を感知した後、前記走行装置の走行速度を減速させ、前記第二センサによって前記畝の端を感知した後、一定距離走行させることを特徴とする請求項1に記載の無人自動走行作業システム。
[請求項3]
前記端感知センサ、第三センサ及び第四センサが、位置検出センサであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の無人自動走行作業システム。
[請求項4]
さらに、停止センサを備え、あらかじめ設置した感知デバイスを感知した後、作業及び走行を停止させることを特徴とする請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の無人自動走行作業システム。
[請求項5]
さらに、方位センサを備え、前記旋回角度精度を向上させたことを特徴とする請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の無人自動走行作業システム。
[請求項6]
前記走行装置の前進及び旋回動作を、前記操作部のアクチュエータの動作で制御し、前記アクチュエータの動作を、前記各種センサの感知に同期させてコントロールする制御部によって自動制御することを特徴とする請求項1〜請求項5の何れか1項に記載の無人自動走行作業システム。
[請求項7]
請求項1〜請求項6の何れか1項に記載の無人自動走行作業システムを備えたことを特徴とする農作業機械。
[請求項8]
前記農作業機械が、茶園で用いられることを特徴とする請求項7に記載の農作業機械。
[請求項9]
前記走行装置が、茶木の畝に沿って自動走行可能な走行装置とした自動走行式茶摘採機であることを特徴とする請求項8に記載の農作業機械。
というものである。

0012

その結果、畝端、又は感知デバイスを感知するセンサにより、旋回位置を特定し、予めプログラムされている旋回動作、さらには、畝状況、方位情報を元に、次の作業をする畝に自動かつ正確に農作業機械を向けさせ(旋回させ)、進入させることができる。その結果、農作業機械の人的運転操作が削減され、農作業負荷の軽減、省力化、効率化が図られる。さらに、夜行性病害虫に対する夜間作業や、化学農薬等の散布者への暴露防止など、新たな茶の生産体系構築が可能である。また、少人数の作業者で、さらには農作業機械の旋回操作に慣れていない作業者であっても容易に農作業機械を遠隔制御でき、安全に農作業を行うことができるので、農作業事故が減少することとなる。

0013

特許文献3の発明は、特許文献3の明細書に記載の通りで、以下に改めて説明する。合わせて、図面を参照されたい。

0014

図1図2図5に示すように、無人自動走行作業システムを備えた自動走行式茶摘採機1は、従来の自動走行式茶摘採機12と同様に、走行装置4と、門型フレーム4cと、載置部3とを備え、さらに無人自動走行作業システム2を備えてなり、畝進行時については、従来の特許文献1、2などの制御手段を採用することで、自動走行が可能になる。従来の直進的な自動走行技術についてはその説明を簡略化する。

0015

走行装置4は、図5に示すように、左右独立回転駆動制御され、前進、後進、方向転換、停止位置での回転が可能なクローラー式の回転体である左右走行装置4a、4bからなる。

0016

門型フレーム4cは、左右走行装置4a、4bから立設して、その上に載置部3を備え、門型フレーム4cと載置部3の底面とで、畝11を跨ぐ。門型フレーム4cの柱には、門内(跨いだ畝11)に向け、特許文献1、2のように、左右感知板13a、13bが備えられ、畝に沿った直進的な自動走行を可能にする。

0017

載置部3は、門型フレーム4cを介して、走行装置4上に設定され、座席ハンドル3eを含む操作部3a、搭乗シートなどを備える搭乗部3b、エンジンなどの駆動源14、その他作業機器、ここでは茶葉摘採部12aに関連する機器などを備える。操作部3aのハンドル3eで走行装置4が操作され、その操作は、旋回時は、無人自動走行作業システム2によって自動制御される。操作部3aには、走行装置4の無人自動走行作業システム2による自動制御と、作業者による通常操作を切り換える、自動、手動モードを備えた切換スイッチ3nが備えられる。

0018

無人自動走行作業システム2は、図1(B)、図2に示すように、制御部2aと、制御部2aへの入力側である、非常停止スイッチ2bと、スタートスイッチ2eと、第一センサ5と、第二センサ6と、第三センサ7と、第四センサ8と、停止センサ9aと、及び制御部2aの出力側である、前進制御系2pと、旋回制御系2qと、機械停止2rと、エンジン停止2sからなる。これらは、バッテリ14aから駆動電源を得る。

0019

制御部2aは、各種センサから出力される入力信号2tを受け、予め設定されたプログラムを実行すべく、出力側に各種制御信号2uを送るPLCで、状況に応じて前記プログラムと現状のズレを比較し、比較結果に基づき修正命令を出力側に送信する。タイマー機能なども含まれる。走行装置4の走行距離を、タイマーによって、時間で制御することもできる。

0020

制御部2aによる具体的な制御方法については、該当箇所で説明する。主に端感知センサ及び第三センサ7、第四センサ8の信号を基に操作部3aの操作を制御することで、走行装置4の隣の畝11bへの旋回、進入を自動制御する。

0021

次に図1、2を参照しながら入力側について詳しく説明する。
非常停止スイッチ2bは、リモコン2cの電波2dで動作し、任意に、また危険時などに、走行装置4の走行又は茶葉摘採部12aの運転を停止するためのスイッチで、作業管理者がリモコン2cを所持し、必要に応じて、圃場10(茶畑)などにいる管理者がリモコン2cを操作することで、所望の停止を可能にする。また駆動源14であるエンジンも停止可能である。

0022

スタートスイッチ2eは、操作部3aの切換スイッチ3nを自動モードにした後、操作できるもので、管理者がスタートスイッチ2eをオンにすると、無人自動走行作業システム2が、起動して、走行装置4の走行、旋回を自動制御する。

0023

第一センサ5は、図1に示すように、載置部3の走行方向1b(一点鎖線矢印)の前方で畝11の上に設置され、畝11の端を初めに感知する端感知センサである。第一センサ5としては、例えば、音波センサ等の位置検出センサが例示できる。第二、第三、第四センサも同様である。また畝での感知が困難な場合、畝の代わりとして感知デバイスを設置してもよい。

0024

第一センサ5による作業中の畝11aの端感知により、制御部2aの命令で走行装置4の走行速度は低速に制御される。他方、次の作業場所である隣の畝11bに進入するときも畝11の端を最初に感知し、制御部2aの命令で走行装置4の走行速度は高速に制御される。

0025

第二センサ6は、図1に示すように、載置部3の走行方向1bの後方で畝11の上に設置され、第一センサ5の畝端感知の後に再度畝11の端を感知する端感知センサである。

0026

第二センサ6による作業中の畝11aの端感知(終点位置1c)により、走行装置4は制御部2aの制御により所定距離走行し、旋回位置1dまで低速で走行する。その後、旋回制御系2qが実行される。

0027

第三センサ7は、図1(B)に示すように、走行方向1bに対して走行装置4の左外側の長手方向適所に設置され、図1(A)に示すように、走行装置4の第1回目の旋回後に次の畝11を感知して、制御部2aに次の畝11の位置を知らせ、第2回目の旋回位置を決定するためのセンサである。第四センサ8も同じである。走行装置4の旋回方向によって、用いられる旋回位置を決定するセンサ(第三、第四センサ7、8)は異なる。

0028

第四センサ8は、図1(B)に示すように、走行方向1bに対して走行装置4の右外側の長手方向適所に設置され、図1(A)に示すように、走行装置4の第1回目の旋回後に次の畝11を感知して、制御部2aに次の畝11の位置を知らせ、第2回目の旋回位置を決定するためのセンサである。

0029

停止センサ9aは、図1(B)に示すように、載置部3の走行方向1bの後方で畝11の上に設置され、図1(A)に示すように、所望の停止位置に置かれた停止指示部材9を感知して、制御部2aに送信する。制御部2aは、停止位置信号の入力後、少なくとも、走行装置4を停止する。その他の機器を停止させてもよい。停止センサ9aとしては、例えば、光反射センサが例示でき、停止指示部材9の反射光を感知する。停止指示部材9は適所に設置でき、停止センサ9aも停止指示部材9の位置に対応し適所に設定できる。停止指示部材9は、停止信号発信するデバイスなどであってもよく、その場合には、停止センサは停止信号を受信するセンサとする。

0030

次に、図1−4を参照しながら出力側について、説明する。
前進制御系2pは、走行装置4の前進時のハンドル3eの位置制御のことである。ここでは、図3に示す、制御部2a、弁3l、第一アクチュエータ3fによって、走行装置4の所望の走行速度を制御する。

0031

旋回制御系2qは、走行装置4を左右方向へ旋回させるためのハンドル3eの位置制御のことである。ここでは、図4に示す、制御部2a、弁3m、第二アクチュエータ3iによって、走行装置4の所望の旋回動作を制御する。

0032

機械停止2rは、走行装置4の走行または茶葉摘採部12a、その他作業機器の運転を停止させる制御である。

0033

エンジン停止2sは、駆動源14の駆動を停止する制御である、或いは、駆動源14の駆動の伝達を遮断する制御である。

0034

また、無人自動走行作業システム2は、必要に応じて、図1(B)に示すように、方位センサ2fを備える。方位センサ2fは、旋回時の回転角を方位により正確に判断するためのセンサである。方位センサ2fを備えることで、走行装置4の旋回角度精度が高まる。

0035

さらに、無人自動走行作業システム2は、必要に応じて、図3、4に示すように、第五センサ〜第十センサ(2g〜2n)を備える。これらは、ハンドル3eの制御を2軸(両方向)アクチュエータで行う場合の動作確認センサであり、アクチュエータが規定の動作をしていない場合には、制御部2aが再度の制御指示を各駆動部に指示する、一種安全装置である。

0036

第五センサ2g、第六センサ2h、第七センサ2iは、より具体的には、図3に示すように、走行装置4のクローラーの回転方向が正しいか否かの判断信号を制御部2aに送信するセンサである。より詳しくは、ハンドル3eの左右方向の位置を確認するセンサで、第二アクチュエータ3iのピストンロッド3kの位置を監視し、その監視結果を制御部2aに送信(一点鎖線矢印)する。その監視結果に基づき、制御部2aは、現時点のピストンロッド3kの位置が所望の動作に適合するか否か判断する。ピストンロッド3kが所望の位置でない場合には、制御部2aは再度の命令を第二アクチュエータ3iの動作を制御する弁3m(例えば電磁弁)に制御命令を送信(一点鎖線矢印)し、正しく動作させる。

0037

第八センサ2k、第九センサ2m、第十センサ2nは、より具体的には、図4に示すように、走行装置4のクローラーの回転速度が正しいか否かの判断信号を制御部2aに送信するセンサである。より詳しくは、ハンドル3eの前方向の位置を確認するセンサで、第一アクチュエータ3fのピストンロッド3hの位置を監視し、その監視結果を制御部2aに送信(一点鎖線矢印)する。その監視結果に基づき、制御部2aは、現時点のピストンロッド3hの位置が所望の動作に適合するか否か判断する。ピストンロッド3hが所望の位置でない場合には、制御部2aは再度の命令を第一アクチュエータ3fの動作を制御する弁3l(例えば電磁弁)に制御命令を送信(一点鎖線矢印)し、正しく動作させる。

0038

無人自動走行作業システムを備えた自動走行式茶摘採機1は、無人自動走行作業システム2によって、図1(A)に示す、旋回が可能になる。以下、走行、旋回、停止、その制御について、図1を参照しながら、詳しく説明する。

0039

作業者が、無人自動走行作業システムを備えた自動走行式茶摘採機1を、圃場10の開始位置1aに、手動で移動させる。その後、作業者又は管理者が、ハンドル3eを前進方向、左右旋回方向ともに、中立位置(図3、4参照)に位置する。そして、切換スイッチ3nを自動モードに切り換え、スタートスイッチ2eをオンにして、無人自動走行作業システム2を起動すると、制御部2aが、前進制御系2pで、ハンドル3eを前進低速位置図3(B))に移行制御し、走行装置4の低速自動走行が開始される。

0040

第一センサ5が、畝11の端(作業開始位置)を感知したならば、制御部2aが、前進制御系2pで、ハンドル3eを前進高速位置図3(C))に移行制御し、走行装置4の高速自動走行が開始される。無人自動走行作業システムを備えた自動走行式茶摘採機1が、作業中の畝11aに沿って走行中は、従来の自動走行システム(左右感知板13a、13bとその制御系)によって、畝11の側面形状にしたがって、高速で前進自動走行するとともに、摘採を開始する。

0041

走行装置4を走行させながら、摘採作業を進め、作業中の畝11aの端位置を第一センサ5が感知すると、制御部2aによって、前進制御系2pを低速制御図3(B))に移行させる。その後、第二センサ6が作業中の畝11aの端位置を感知すると(終点位置1c)、制御部2aが、予め設定されていた移動距離にしたがって、走行装置4を直進させ、最初の旋回位置1dに位置させる。このとき、第二センサ6の作業中の畝11aの端位置感知に同期させて茶葉摘採部12aの運転を停止させてもよい。

0042

最初の旋回位置1dでは、制御部2aが、旋回制御系2qを右旋回位置図4(B))に移行させる。ここで、走行装置4は、予め制御部2aに設定されていた90°旋回をする。又は、方位センサ2fの情報に基づき、隣の畝11bの延長線と直交する方向に走行装置4の進行方向が向けられる。

0043

なお、走行装置4が、左旋回するときは、制御部2aが、旋回制御系2qを左旋回位置(図4(C))に移行制御する。第2の旋回位置での左旋回も同じである。

0044

走行装置4の第1回目の旋回が終了し、第四センサ8が隣の畝11bを感知するまで、走行装置4は低速走行図3(B))する。

0045

第四センサ8が隣の畝11bを感知すると、走行装置4は第2の旋回位置1dで、制御部2aが、旋回制御系2qを右旋回位置(図4(B))に移行させる。ここで、走行装置4は、予め制御部2aに設定されていた90°旋回をする。又は、方位センサ2fの情報に基づき、隣の畝11bの延伸線と平行する方向に走行装置4の進行方向が向けられる。このような制御で、走行装置4は、旋回軌道1eに沿って旋回する。走行装置4は、旋回位置1dで前進方向に走行せず点対象の回転でなく、走行装置4が走行しながら旋回することもできる。その場合には、半円状の旋回軌道となる。

0046

その後、第一センサ5が隣の畝11bの開始端を検知するまで、走行装置4は低速走行する。

0047

第一センサ5が、隣の畝11bの開始端を検知した位置(再開位置1f)で、制御部2aが、前進制御系2pを高速位置(図3(C))に移行させる。その後、走行装置4は、従来の自動走行システム(左右感知板13a、13bとその制御系)によって、畝11の側面形状にしたがって、高速で前進自動走行するとともに、摘採を開始する。

0048

走行装置4が、作業中の畝の側面形状に沿った自動走行と、上記旋回を繰り返し、最終畝11cの端部に置かれた停止指示部材9を停止センサ9aで感知したならば、その位置、又は予め設定された距離を走行して、制御部2aによって、走行装置4は所定の位置(終了位置1g)で停止する(前進制御系2p、旋回制御系2qともに中立位置(図3(A)、図4(A)))。なお、停止指示部材9は、任意の箇所に設置することができ、走行装置4を任意の箇所で停止させることができる。

0049

無人自動走行作業システム2は、左右走行装置4a、4b、門型フレーム4cを備えないタイヤ走行するトラクタなどの農作業機械にも応用できる。

0050

以下、図2−4を参照しながら、自動旋回制御について、より詳しく説明する。なお、ここでは、アクチュエータとして、油圧シリンダを例示したが、その他、電動シリンダパルスモータなども採用できる。

0051

先ず、図3を参照して、前進制御系2pの制御を説明する。前進制御系2pは、図3(A)に示すように、載置部3などに位置固定された、第一アクチュエータ3fと、弁3lと、前述の第八センサ2kと、第九センサ2mと、第十センサ2nとからなる。なお、これらセンサは、ハンドル3eを位置判断できれば、種類、設置場所は特に限定されない。

0052

第一アクチュエータ3fは、油圧シリンダで、固定シリンダ3gと、固定シリンダ3gの一端で油圧挿抜され一端がハンドル3eに接続するピストンロッド3hとからなる。ピストンロッド3hの挿抜によって、ハンドル3eの前後位置が自動制御され、走行装置4の走行速度が自動制御される。

0053

弁3lは、固定シリンダ3gへの油圧送液、流出を制御する電磁弁などで、制御部2aの制御命令により駆動し、ピストンロッド3hの挿抜を制御する。

0054

先ず、図3(A)は、ハンドル3eの中立位置を示しおり、走行装置4が停止している状態である。例えば、無人自動走行作業システムを備えた自動走行式茶摘採機1が、図1(A)の開始位置1a、旋回位置1d、終了位置1gで停止したときのハンドル3e位置である。ハンドル3eの中立位置は、第九センサ2mで監視し、制御部2aによって位置が保障される。

0055

走行装置4の低速前進が必要なときは、例えば、図1に示すように、無人自動走行作業システムを備えた自動走行式茶摘採機1が、第一センサ5によって、作業中の畝11aの端を感知し、停止、又は隣の畝11bに進入するまでの間は、図3(B)に示すように、制御部2aの命令信号により、弁3lが駆動し、固定シリンダ3gから油圧でピストンロッド3hを突出させ、ハンドル3eを押し、ハンドル3eを走行装置4が低速走行する位置に位置させる。その移動を第八センサ2kで監視し、制御部2aによって位置が保障される。

0056

ハンドル3eを低速位置から高速位置に位置させるには、制御部2aが次段の動作を制御する。他方、ハンドル3eを中立位置に戻すには、ピストンロッド3hを固定シリンダ3g内に収納する油圧調整を弁3l、制御部2aで行う。

0057

走行装置4の高速前進が必要なときは、例えば、図1に示すように、無人自動走行作業システムを備えた自動走行式茶摘採機1が、開始位置1aから作業中の畝11aを進行方向1bに進行し、終点位置1cに至るまでの間は、図3(C)に示すように、制御部2aの命令信号により、弁3lが駆動し、固定シリンダ3gから油圧でピストンロッド3hを突出させ、さらにハンドル3eを押し込み、ハンドル3eを走行装置4が高速走行する位置に位置させる。その移動を第十センサ2nで監視し、制御部2aによって位置が保障される。

0058

ハンドル3eを高速位置から低速位置に戻すには、ピストンロッド3hを固定シリンダ3g内に収納する油圧調整を弁3l、制御部2aで行う。

0059

次に、図4を参照して、旋回制御系2qの制御を説明する。旋回制御系2qは、図4(A)に示すように、載置部3などに位置固定された、第二アクチュエータ3iと、弁3mと、前述の第五センサ2gと、第六センサ2hと、第七センサ2iとからなる。なお、これらセンサは、ハンドル3eを位置判断できれば、種類、設置場所は特に限定されない。

0060

第二アクチュエータ3iは、油圧シリンダで、固定シリンダ3jと、固定シリンダ3jの一端で油圧で挿抜され一端がハンドル3eに接続するピストンロッド3kとからなる。ピストンロッド3kの挿抜によって、ハンドル3eの左右位置が自動制御され、走行装置4の旋回方向が自動制御される。

0061

弁3mは、固定シリンダ3jへの油圧送液、流出を制御する電磁弁などで、制御部2aの制御命令により駆動し、ピストンロッド3kの挿抜を制御する。

0062

先ず、図4(A)は、図3(A)と同じで、ハンドル3eの中立位置を示しており、走行装置4が停止している状態である、当然、ハンドル3eは、左右方向への旋回位置にない。なお、旋回制御系2qのみ見れば、走行装置4の直進状態も同じである。ハンドル3eの中立位置は、第六センサ2hで監視し、制御部2aによって位置が保障される。

0063

走行装置4の右旋回が必要なときは、例えば、図1に示すように、無人自動走行作業システムを備えた自動走行式茶摘採機1が、旋回位置1dで旋回している間は、図4(B)に示すように、制御部2aの命令信号により、弁3mが駆動し、固定シリンダ3jから油圧でピストンロッド3kを突出させ、ハンドル3eを右旋回位置(中立位置から右側)に押し込む。その移動を第五センサ2gで監視し、制御部2aによって位置が保障される。ハンドル3eを中立位置に戻すには、ピストンロッド3kを固定シリンダ3j内に収納する油圧調整を弁3m、制御部2aで行う。

0064

走行装置4の左旋回が必要なときは、例えば、図1に示すように、無人自動走行作業システムを備えた自動走行式茶摘採機1が、開始位置1a側の隣の畝11へ旋回する間は、図4(C)に示すように、制御部2aの命令信号により、弁3mが駆動し、油圧で、ピストンロッド3kを、固定シリンダ3j内に収納させ、ハンドル3eを左旋回位置(中立から左側)に引き寄せる。その移動を第七センサ2iで監視し、制御部2aによって位置が保障される。ハンドル3eを中立位置に戻すには、固定シリンダ3jからピストンロッド3kを突出させる油圧調整を弁3m、制御部2aで行う。

0065

このような無人自動走行作業システムは、自動走行茶摘採機のみならず、畝を備える圃場において、例えば、農薬を散布する従来の乗用型農薬散布機15(図7)、乗用型肥料散布機、乗用型の灌水機、茶木畝上面の異物を吸引する従来の乗用型茶木畝上面異物吸引装置16(図6)などの茶園管理機、他の農作業機械にも搭載することができる。その場合、隣接する畝への移動とは限らず2畝毎、3畝毎移動するというように、作業形態によって作業畝をプログラムにより設定できる。

0066

そして、特許文献3における畝に沿って直進的な走行をするときは、特許文献2,3の感知板による走行方式を採用していた。

0067

特許文献2,3による走行装置の走行方式では、走行装置に人が搭乗し、運転、修正制御していたため感知板による畝形状の感知で十分に畝に沿った走行が可能であった。他方、無人自動走行になると精度の高い畝に沿った走行が求められる。一方、特許文献2,3では感知板からの情報で油圧を調整、左右のクローラーの回転を制御して畝に沿った走行を補助していた。

0068

しかしながら、特許文献2,3の感知板は、門型フレーム内に位置し、畝形状の情報生成が遅く、走行装置の適正な走行位置の決定に間に合わないことがあり、また感度、精度が低く、畝に沿って安定して走行装置を走行させることができないことがあった。

先行技術

0069

特開平09−322628号公報
特開平11−168947号公報
特開2015−181446号公報

発明が解決しようとする課題

0070

そこで、本発明は、農作物などの畝の幅方向における走行装置の走行位置を把握、制御する走行位置認知システム、それを利用した畝に沿って走行する、農作業用走行車、及び無人自動走行作業車等を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0071

本発明は、上記の課題を解決するために、
(1)
畝に沿って走行する走行装置の前記畝の畝幅方向における走行位置を把握する走行位置認知システムであって、
前記走行装置の進行方向前方に配置され前記畝を検知する左右センサと、
前記左右センサで取得した左右センサと対象までの距離の差情報から前記畝幅方向における前記走行装置の走行位置を算出する計算機と、
からなることを特徴とする、走行位置認知システム。
(2)
畝に沿って走行する走行装置の前記畝の畝幅方向における走行位置を制御する走行位置認知システムであって、
前記走行装置の進行方向前方に配置され前記畝を検知する左右センサと、
前記左右センサで取得した左右センサと対象の距離の差情報から前記畝幅方向における前記走行装置の走行位置を算出する計算機と、
さらに、算出された前記走行装置の走行位置に基づき、前記走行装置を前記畝幅における所望の位置に走行させる制御手段と、
からなることを特徴とする、走行位置認知システム。
(3)
前記対象の距離は、所定時間に得られた対象と前記左右センサとの距離の平均値を用いることを特徴とする(1)又は(2)に記載の走行位置認知システム。
(4)
前記対象の距離は、前記左右センサが検知した前記左右センサと対象との最短距離値を用いることを特徴とする(1)〜(3)の何れか1つに記載の走行位置認知システム。
(5)
前記左右センサが、前記畝のエッジを検知することを特徴とする(1)〜(4)の何れか1つに記載の走行位置認知システム。
(6)
前記左右センサが、前記畝表面に対して、前記左右センサの検知面を、反射を垂直に受ける向きに位置して配置されることを特徴とする(1)〜(5)の何れか1つに記載の走行位置認知システム。
(7)
さらに、カメラを搭載し、前記走行装置の走行を遠隔監視することを特徴とする(1)〜(6)の何れか1つに記載の走行位置認知システム。
(8)
(1)〜(7)の何れか1つに記載の走行位置認知システムを搭載した、自動走行式であることを特徴とする農作業用走行車。
(9)
(1)〜(7)の何れか1つに記載の走行位置認知システムを搭載したことを特徴とする無人自動走行作業車。
(10)
(1)〜(7)の何れか1つに記載の走行位置認知システムを搭載し、前記畝が茶木の畝で、前記走行装置が無人自動走行可能な茶摘採機であることを特徴とする無人自動走行式茶摘採機。
(11)
畝に沿って走行する走行装置の前記畝の畝幅方向における走行位置を制御する走行装置の走行位置制御方法であって、
前記走行装置の進行方向前方に配置された左右センサで、前記畝を検知し、取得した左右センサと対象までの距離の差情報から前記畝幅方向における前記走行装置の走行位置を把握し、前記走行装置を前記畝幅における所望の位置を走行させることを特徴とする、走行装置の走行位置制御方法。
とした。

発明の効果

0072

本発明は、上記構成であるので、以下の効果を発揮する。即ち、本発明は、走行装置の進行方向の前位置で畝の有無、走行装置の位置ズレを感度よく検知、把握することができ、また所望の適正な走行位置で走行させることができ、畝に沿って安定して走行装置を走行させることができる。したがって、農作業用走行車において走行精度の高い無人自動走行を可能にすることができる。

0073

本発明であるは走行位置認知システム、それを利用した位置制御、農作業用走行車、無人自動走行作業車は、路地ハウスを問わず、畝を形成して栽培される、一般的な農作物の畝全般に適用できる。

0074

本発明の対象となる農作物としては、実施例示した茶木、その他、さつま馬鈴薯枝豆などが例示できる。なお、本発明の適用が、これら例示農作物に限定されるものではない。左右センサで、畝、農作物の有無、或いは距離、畝高を検知、或いは算出して、走行装置の位置を把握、所望の位置に制御して、農作業、例えば、耕耘種蒔き、植え、肥料散布農薬散布収穫をすることができる。

0075

畝は、ここでは、土を盛り上げ作付け場所の他に、列状に作付けした農作物・作物の列、マルチなども含む概念で、主に、高低差で圃場と区別できる区画である。本発明の左右センサでは、全体的に断面弧状四角形など畝形状に関係なく、また作物の密集点在、生育差に関係なく畝位置を検知し、走行装置を所望の位置を走行させることができる。

図面の簡単な説明

0076

特許文献3の無人自動走行作業システムを備えた自動走行式茶摘採機の圃場での動作説明平面図(A)及び茶摘採機のみの平面図(B)である。
特許文献3の無人自動走行作業システムの制御ブロック図である。
特許文献3の無人自動走行作業システムを備えた自動走行式茶摘採の前進時のハンドル制御の一例の模式図である。
特許文献3の無人自動走行作業システムを備えた自動走行式茶摘採左右反転時のハンドル制御の一例の模式図である、
従来の自動走行式茶摘採機の写真である。
従来の乗用型茶木畝上面異物吸引装置の写真である。
従来の乗用型茶畝用農薬散布機の写真である。
本発明である走行位置認知システム20を備えた、農作業用走行車の一例である。具体的には自動走行式茶摘採機30で、特許文献3に開示の従来の自動走行式茶摘採機12に走行位置認知システム20を備えてなる。
本発明である走行位置認知システム20を備えた、無人自動走行式茶摘採機31である。特許文献3に開示の従来の無人自動走行作業システムを備えた自動走行式茶摘採機1に走行位置認知システム20を追加してなる。
図9のカメラ24を含む遠隔操作システム27の説明図である。
上面40aが断面弧状に湾曲した畝11に対して、左右センサ21、22の照射向きを説明する図である。
畝50が、全体として、断面四角形状の場合の左右センサ21、22の照射と、反射の説明図である。
畝50が、全体として、断面四角形状の場合の左右センサ21、22の照射と、反射の他の実施形態の説明図である。

0077

以下、添付の図面を参照し、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、本発明は下記実施例に限定されるものではない。

0078

図8に示すように、本発明である自動走行式茶摘採機30は、搭乗者の操作を必要とする、茶木40の畝11に沿って走行する、従来の自動走行式茶摘採機12に、走行位置認知システム20を搭載してなる。必要に応じて、遠隔操作システム27を具備する。

0079

従来の自動走行式茶摘採機12は、作業者が搭乗部3bに搭乗して操作部3aを操作しつつ、左右感知板13a、13bからの情報で油圧を調整、左右のクローラー(左右走行装置4a、4b)の回転を制御して畝11に沿った走行を補助している。

0080

しかしながら、従来の自動走行式茶摘採機30は、左右の感知板13a、13bがクローラー(左右走行装置4a、4b)付近に位置するため、精度よく、また、タイムリーに畝11形状を感知し、その形状を反映した走行装置4の畝11に沿った自動走行が十分にできないことがあった。

0081

走行位置認知システム20は、例えば、上面40aが断面略弧状に整形された畝11に沿って走行する走行装置4の畝11の畝幅43方向における走行位置を把握するものであって、走行装置4の進行方向前方(前進のときは前、後進のときは後)に配置され畝11の上面40aの二箇所の畝の有無、或いは畝高(左右畝高41、42)を検知する左右センサ21、22と、左右センサ21、22で取得した左右畝高41、42の差情報から畝幅43方向における走行装置4の走行位置を算出する計算機3と、からなる。ここでは、畝11は、断面部の模式図としてのみ示した。図11に畝11方向から見た拡大断面模式図掲載した。

0082

左右センサ21、22は、例えば、超音波センサで、超音波21a、22aの音速伝搬時間から、左右センサ21、22と畝11の上面までの距離21b、22bが測定できる。もちろん、他の距離測定可能なセンサであれば本発明に採用でき、本発明は超音波センサに限定されるものではない。走行装置4を前進、後進させる場合には、左右センサを走行装置4の前後にそれぞれ備えるとより好ましい。

0083

左右センサ21、22は、畝表面に対して、左右センサ21、22の検知面を、畝表面が平坦であれば畝表面と平行(図13)に、畝表面が弧状であればその接線11dと平行(図8、10、11)に、すなわち、反射22dを垂直に受ける向きに(図12)位置して配置される。

0084

左右センサ21、22が、走行装置4の幅中心から等距離及び平面地上から同じ高さ位置に配置されれば、測定される距離21a、22bが一致したときは、走行装置4の中心が畝幅43の略中心44に位置することとなる。茶木40の畝11の上面40aは畝幅43の略中心44を基準に左右対象であるためである。

0085

したがって、この場合、左右センサ21、22の取り付け高さから距離21a、22aを引くことで、畝11の左右畝高41、42を算出することができる。左右畝高41、42の差も把握できる。

0086

計算機23は、左右センサ21、22で取得した情報、距離21a、22a、すなわち左右畝高41、42の差情報を元に、畝幅43方向における走行装置4の走行位置、設定・目標値からのズレを算出する。

0087

その算出手法として、先ず、対象との距離21a、22aを算出する、例えば、所定時間に得られた対象と左右センサ21、22との距離の平均値を用いる。より具体的には、所定時間内の距離の積算値を、積算のタイミング数で割ることで左右の比較に使用する距離の値とすることができる。平均値を用いることで、畝表面に凹凸、作物の有無、生育のバラツキあっても、イレギュラーな値は平均値に埋没して、凹凸のある作物の畝高を把握することができる。

0088

そして、対象との距離としては、左右センサ21、22が検知した左右センサ21、22と対象との最短距離値を用いるとよい。最短距離利用するに際して、畝が角形であればエッジを検知する(図12)、或いは畝50(作物)の有無を検知する(図13)。

0089

図12において、図12(A)は、走行装置4(図示省略)が所望の位置に適正に位置し、畝50に沿って走行している場合を示している。

0090

左右センサ21、22は、断面長方形の畝50の左右のエッジ50a、50b周辺に当てられた超音波22aの反射22dを検知する。その検知に基づき、計算機23(図示省略)が、左右センサ21、22とエッジ50a、50bとの距離を求め、或いは、超音波22a照射から反射22d検知までの時間を距離と定義する。

0091

そして、左右センサ21、22で得られたそれぞれの距離を比較して、その差に応じて走行装置4の位置を把握し、走行装置4が所望の位置、ここでは畝50中央に走行装置4の幅方向中心が一致するように、左右センサ21、22と左右エッジ50a、50bとの左右距離の差が0になるよう走行位置を制御して、走行装置4が畝50に沿った走行を実現する。

0092

反射22dは、最短距離のものを採用するとよい。この場合、最短距離を測定することで、左右センサ21、22が設定された距離を基準にどれだけズレているかを図12(B)(C)に示す現象から把握することができる。

0093

図12(B)では、走行装置4が、畝50の右側(右センサ22側)にズレている。この場合、左センサ21の超音波22aからの反射22e(平面に照射された反射)は、左センサ21では検知されない。しかしながら、畝50は作物であり、局所的に見た場合、多方向へ作物の葉は向いており、左センサ21で検知できる反射22dもある。その場合、正規の位置の図12(A)に示す左センサ21が検知するエッジ50aからの反射22dと区別できない。

0094

他方、右センサ22からの超音波22aは、畝50の右側面に当たり、その反射22fは、エッジ50bからの反射22dよりも長い距離を示す。したがって、左センサ21と右センサ22との反射(距離)の差は、反射22d(左センサ21)−反射22f(右センサ22)<0であるので、右センサ22側にズレて走行している。その差が0になるよう、走行装置4の走行位置を制御すれば、畝50の中心に沿って走行装置4が走行できる。

0095

また、図12(C)では、走行装置4が、畝50の左側(左センサ21側)にズレている。この場合、右センサ22の超音波22aからの反射(平面に照射された反射)は、右センサ22では検知されない。しかしながら、畝50は作物であり、局所的に見た場合、多方向へ作物の葉は向いており、右センサ22で検知できる反射22dもある。その場合、正規の位置の図12(A)に示す右センサ22が検知するエッジ50bからの反射22dと区別できない。

0096

他方、左センサ21からの超音波22aは、畝50の左側面に当たり、その反射22fは、エッジ50aからの反射22dよりも長い距離を示す。したがって、左センサ21と右センサ22との反射(距離)の差は、反射22f(左センサ21)−反射22d(右センサ22)>0であるので左センサ21側にズレて走行している。その差が0になるよう、走行装置4の走行位置を制御すれば、畝50の中心に沿って走行装置4が走行できる。

0097

図13において、図13(A)は、走行装置4(図示省略)が所望の位置に適正に位置し、畝50に沿って走行している場合を示している。なお、左右センサ21、22の検知面は畝50表面(平面50c)と平行に位置している。

0098

左右センサ21、22は、断面長方形の畝50の平面50cの別々の箇所(ここでは、左右端部)に当てられた超音波22aの反射22dを検知する。その検知に基づき、計算機23(図示省略)が、左右センサ21、22と平面50cとの距離を求め、或いは、超音波22a出射から反射22d検知までの時間を距離と定義する。

0099

そして、左右センサ21、22で得られたそれぞれの距離情報、或いは畝のある無を元に、走行装置4の位置を把握し、走行装置4が所望の位置、ここでは畝50中央に走行装置4の幅方向中心が一致するように、左右センサ21、22いずれも畝50があると判断できる距離を検知するよう、走行位置を制御して、走行装置4が畝50に沿った走行を実現する。

0100

反射22dは、最短距離のものを採用するとよい。作物の生育度合い、枝葉有無による畝50の平面50cの起伏を吸収することで、作物無との距離の差が最大になり畝50の有無認定精度が高まる。図13(B)(C)に示す現象から、所定位置に位置するか把握することができる。

0101

図13(B)では、走行装置4が、畝50の右側(右センサ22側)にズレている。この場合、左センサ21の超音波22aからの反射22dは、図13(A)に示す左センサ21が検知する反射22dと同じになり、想定の距離を示す。すなわち、畝50の存在を認識していることになる。

0102

他方、右センサ22の超音波22aは、畝50に当たらず、地面に当たり、その反射22gは、平面50cからの反射22dよりも畝50の高差分だけ長い距離を示す。したがって、左センサ21と右センサ22との反射(距離)の差は、反射22d(左センサ21)−反射22g(右センサ22)<0であるので、左センサ22側方向にズレて走行している。その差が0になるよう、或いは、左右センサ21、22がいずれも畝50を認識し続けるよう、走行装置4の走行位置を制御すれば、畝50の中心に沿って走行装置4が走行できる。

0103

図13(C)では、走行装置4が、畝50の左側(左センサ21側)にズレている。この場合、右センサ22の超音波22aからの反射22dは、図13(A)に示す右センサ22が検知する反射22dと同じになり、想定の距離を示す。すなわち、畝50の存在を認識していることになる。

0104

他方、左センサ21の超音波22aは、畝50に当たらず、地面に当たり、その反射22gは、平面50cからの反射22dよりも畝50の高差分だけ長い距離を示す。したがって、左センサ21と右センサ22との反射(距離)の差は、反射22g(左センサ21)−反射22d(右センサ22)<0であるので、右センサ22側にズレている。その差が0になるよう(左右センサ21、22がいずれも畝50を認識し続けることも意味する)、走行装置4の走行位置を制御すれば、畝50に沿って走行装置4が走行できる。

0105

以上の左右センサ21、22の検知により、走行装置4がどれだけ畝11に沿ってないかを把握することできるとともに、その情報を各種走行位置の修正、走行制御、すなわち、算出された走行装置4の走行位置に基づき、走行装置4を畝幅43における所望の位置、例えば、走行装置4の幅方向の中心を略中心44に沿って走行させる制御を行うことができる。

0106

その制御手段としては、例えば、左右センサ21、22の取得情報に相当する信号21c、22cを計算機23に送り、計算機23が、左右距離21b、22b(それから算出した左右畝高41、42)の差から畝11に対する走行装置4に位置を計算し、走行装置4が位置所望の位置からどれだけズレているか割り出し、必要に応じて、そのズレを0に近づけるように制御する。

0107

具体的な制御としては、例えば、図8において、計算機23から操作部3aへ、或いは既存のクローラー(左右の走行装置4a、4b)の油圧へ、制御信号2uとして送る。どの位置に位置させるかだけの問題であるので、既存の位置制御に置き換え、あるいは位置制御の補正係数として、左右センサ21、22で取得した情報を利用することができる。さらに、既存の左右感知板13a、13での情報に基づく制御を、走行装置4が畝50から大きくズレたときの修正として使用することもできる。

0108

走行位置認知システム20を備え、左右センサ21、22で畝幅43に対する走行装置4の位置を把握し、所望の位置、例えば走行装置4の車幅の中心を、畝幅43の略中心44に位置、制御させることで、畝11に沿って、より精度よく走行装置4を自動走行することができる。ここでの自動走行には、畝11の終端での走行装置4の回転操作を自動ですることを含まない、回転は搭乗者が操作することを想定している。

0109

次に、自動走行式茶摘採機30、走行装置4の遠隔操作について説明する。計算機23、或いは既存の制御装置に接続するカメラ24を備える。カメラ24は、走行装置4の進行方向前方の景色状況映像を映し、計算機に23に送り、端末26がカメラ24の映像リアルタイムで確認する。計算機23は、通信25aによって、インターネト回線25に接続し、そこには、走行装置4の緊急停止を指令する端末26も通信26aを介して接続する。

0110

端末26は、カメラ24の映像を確認し、緊急時停止信号をインターネット回線25を介して、計算機23に送り、計算機23が走行装置4の走行、自動走行式茶摘採機30を緊急停止することができる。なお、さらに詳細は、図10を参照して後述する。

0111

図9に示すように、特許文献3に開示の無人自動走行作業システム2を備えた自動走行式茶摘採機1に、本発明の走行位置認知システム20を導入することで、畝11に沿った走行のみならず、畝11終端での自動回転も可能になる。左右センサ21、22の信号21c、22cから、計算機23により、走行装置4の位置を把握し、その結果を制御信号2に反映して、従来の感知板である第三センサ7、第四センサ8の信号による制御信号2と共同補強して、或いは主として、畝11の形状に沿って、走行装置4を畝11において所望の位置を無人、自動走行させることができる。なお、左右感知板13a、13bは、畝11から走行装置4が大きくずれたとき(ズレないようにする)ストッパーとして使用することもできる。

0112

次に、図10を参照して、カメラ24を備える遠隔操作システム27による無人自動走行式茶摘採機31、走行装置4の遠隔操作について説明する。カメラ24は、走行装置4の進行方向前方の映像撮影し、作業車から離れている監視者の端末26でその映像を確認することができる。近距離(300m程度以下)の場合には、Wi−Fi26bで、それ以上の遠距離の場合には、通信25a、26a、インターネット回線25を介して、端末とカメラ24は接続される。

0113

ここでは、カメラ24は、無人自動走行システム2を介してインターネット25、Wi−Fi26bで、端末26に接続するが、カメラ24から直接インターネット25、Wi−Fi26bに接続してもよい。緊急停止信号は、カメラ24から無人自動走行作業システム2へ信号24aを通じて指示することもできる。

0114

端末26は、モバイルPC、スマートフォン携帯電話などで、通信、インターネット、Wi−Fi接続ができ、映像表示できるものである。既存の電話会社回線を使用することができる。

実施例

0115

このようなネットワーク映像監視システムを備えることで、無人搭乗の走行システムにおいても、カメラ24映像において、緊急事態が生じた場合、監視者が、端末26から無人自動走行作業システム2、制御信号2uを通じて、走行、機械作業を停止することができる。

0116

1無人自動走行作業システムを備えた自動走行式茶摘採機
1a 開始位置
1b走行方向
1c終点位置
1d旋回位置
1e旋回軌道
1f再開位置
1g 終了位置
2 無人自動走行作業システム
2a 制御部
2b非常停止スイッチ
2cリモコン
2d電波
2eスタートスイッチ
2f方位センサ
2g 第五センサ
2h 第六センサ
2i 第七センサ
2k 第八センサ
2m 第九センサ
2n 第十センサ
2p前進制御系
2q旋回制御系
2r機械停止
2sエンジン停止
2t入力信号
2u制御信号
3 載置部
3a 操作部
3b搭乗部
3eハンドル
3f 第一アクチュエータ
3g固定シリンダ
3hピストンロッド
3i 第二アクチュエータ
3jシリンダ
3k ピストンロッド
3l 弁
3m 弁
3n 切換スイッチ
4走行装置
4a左走行装置
4b右走行装置
5 第一センサ
6 第二センサ
7 第三センサ
8 第四センサ
9停止指示部材
9a停止センサ
10圃場
11畝
11a 作業中の畝
11b 隣の畝
11c 最終畝
11d 接線
12 従来の自動走行式茶摘採機
12a茶葉摘採部
13a 左感知板
13b 右感知板
14駆動源
14aバッテリ
15 従来の乗用型農薬散布機
16 従来の乗用型茶木畝上面異物吸引装置
20 走行位置認知システム
21左センサ
21a 超音波
21b 距離
21c 信号
22右センサ
22a 超音波
22b 距離
22c 信号
22d反射
22e 反射
22f 反射
22g 反射
23計算機
24カメラ
24a 信号
25インターネット回線
25a通信
26端末
26a 通信
26b Wi−Fi
27遠隔操作システム
30 自動走行式茶摘採機
31 無人自動走行式茶摘採機
40 畝
40a 上面
41 左畝高
42 右畝高
43畝幅
44 略中心
50 畝
50aエッジ
50b エッジ
50c 平面

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