特許 6342344 作業機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6342344

(24)【登録日】2018年5月25日

(45)【発行日】2018年6月13日

(54)【発明の名称】作業機

(51)【国際特許分類】

   A01B 69/00 20060101AFI20180604BHJP

   A01C 11/02 20060101ALI20180604BHJP

   A01C 7/00 20060101ALI20180604BHJP

【ＦＩ】

   A01B69/00 303M

   A01B69/00 303T

   A01C11/02 322C

   A01C7/00 Z

【請求項の数】5

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2015-21612(P2015-21612)

(22)【出願日】2015年2月5日

(65)【公開番号】特開2016-140345(P2016-140345A)

(43)【公開日】2016年8月8日

【審査請求日】2017年8月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】501203344

【氏名又は名称】国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構

(74)【代理人】

【識別番号】100087480

【弁理士】

【氏名又は名称】片山 修平

(72)【発明者】

【氏名】山田 祐一

(72)【発明者】

【氏名】藤岡 修

【審査官】 中村 圭伸

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−１７１４６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１３１８８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１６１２７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５６−０６４７０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／００４６８３８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ０１Ｂ ６９／００

Ａ０１Ｃ ７／００ − １１／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

駆動源が発生する駆動力により回転駆動され、所定の回転位相において作業面上に物体を配する作業を行う作業部を有する作業機本体と、
前記作業機本体の位置を検出する位置検出部と、
前記作業機本体の進行方向に沿って作業面上に所定間隔で仮想的に配列された、前記進行方向に対して直交する方向に伸びる複数の仮想目標線上において前記作業部による作業が行われるように、前記位置検出部の検出結果と前記作業部の回転位相とに基づいて前記作業部の回転を制御する制御部と、を備える作業機。

【請求項2】

前記作業面上に前記仮想目標線が設定されていない場合に、
前記制御部は、前記作業機本体の移動開始点を中心とする、半径を前記所定間隔ずつ異ならせた複数の円の周上において前記作業部による作業が行われるように、前記作業部の回転を制御することを特徴とする請求項１に記載の作業機。

【請求項3】

前記制御部は、前記移動開始点から前記進行方向に伸びる直線と前記複数の円とが交差する点を通過する、前記進行方向に直交する直線を前記仮想目標線として設定することを特徴とする請求項２に記載の作業機。

【請求項4】

前記制御部は、前記位置検出部と前記作業部の位置関係に基づいて、前記作業部の回転を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の作業機。

【請求項5】

前記駆動源は、駆動モータ又は前記作業機本体を前記作業面上で移動させる移動体の駆動装置を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の作業機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、作業機に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、水稲などの農作物の付加価値を高めるための取り組みとして、除草剤などの薬剤の使用を削減したいわゆる有機栽培が実施されている。有機栽培における雑草対策としては、物理的防除法である機械除草機が広く利用されている。

【0003】

しかしながら、機械除草機は、稲株が植え付けられている方向（植付け方向）には除草作業ができるが、植付け方向に直交する方向は稲株が整列しておらず、その方向に除草機が作業しようとすると除草機が稲株を踏みつける可能性が高く作業できない。このため、条間においては高い除草効果が期待できる一方、株間における除草効果が十分でない。したがって、植付け方向と直交する横方向（条間方向）にも除草機が走行できれば、株間における除草効果を高めることができるが、これを実現するためには、苗の移植や播種を行う作業機において、植付け方向と直交する方向に関しても苗の植え付け位置や播種位置を揃えることが必要となる。

【0004】

従来技術においては、田植機などの作業機を装着した作業車両が条の終端において旋回する際の一連の操作を自動化し、植付け方向と直交する方向に関する苗の植え付け位置や播種位置を揃える技術が提案されている（例えば、特許文献１等参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００２−３３５７２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、作業車両に車輪のすべり等が生じると作業車両の車輪回転と実際の位置に誤差が生じることから、作業方向に対する整列した作業位置（例えば、苗の植え付け位置や播種位置）と、前記整列した作業位置と平行に形成される列の作業位置を作業方向に直交する方向に関して揃えることができないおそれがある。

【0007】

１つの側面では、本発明は、作業方向に直交する方向に関する作業位置を揃えることが可能な作業機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】

【0008】

本発明の作業機は、駆動源が発生する駆動力により回転駆動され、所定の回転位相において作業面上に物体を配する作業を行う作業部を有する作業機本体と、前記作業機本体の位置を検出する位置検出部と、前記作業機本体の進行方向に沿って作業面上に所定間隔で仮想的に配列され、前記進行方向に対して直交する方向に伸びる複数の仮想目標線上において前記作業部による作業が行われるように、前記位置検出部の検出結果と前記作業部の回転位相とに基づいて前記作業部の回転を制御する制御部と、を備えている。

【0009】

この場合において、前記作業面上に前記仮想目標線が設定されていない場合に、前記制御部は、前記作業機本体の移動開始点を中心とする、半径を前記所定間隔ずつ異ならせた複数の円の周上において前記作業部による作業が行われるように、前記作業部の回転を制御することとしてもよい。また、前記制御部は、前記移動開始点から前記進行方向に伸びる直線と前記複数の円とが交差する点を通過する、前記進行方向に直交する直線を前記仮想目標線として設定することとしてもよい。

【0010】

本発明において、前記制御部は、前記位置検出部と前記作業部の位置関係に基づいて、前記作業部の回転を制御してもよい。また、前記駆動源は、駆動モータ又は前記作業機本体を前記作業面上で移動させる移動体の駆動装置を含むこととしてもよい。

【発明の効果】

【0011】

本発明の作業機は、進行方向に直交する方向に関する作業位置を揃えることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】一実施形態に係る乗用田植機の構成を示す図である。

【図2】植付装置の全体簡略図である。

【図3】モジュロ演算について説明するための図である。

【図4】作業者が作業を開始した直後（１行程目）に実行される処理のフローチャートである。

【図5】１行程目の処理を説明するための図（その１）である。

【図6】ＧＮＳＳユニットにおいて位置情報が取得されるたびにメイン制御部が実行する低速ループ（２０Ｈｚ程度）の処理を示すフローチャートである。

【図7】１行程目の処理を説明するための図（その２）である。

【図8】図６のステップＳ２６の計算結果の一例を示す図である。

【図9】２行程目以降の処理を説明するための図である。

【図10】高速ループ（１ｋＨｚ程度）にて呼び出されて実行される処理を示すフローチャートである。

【図11】仮目標位相θ_gと、目標位相θ_tの関係を示すグラフである。

【図12】変形例（その１）に係る植付装置の全体簡略図である。

【図13】変形例（その２）に係る植付装置の全体簡略図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、作業機の一実施形態について、図１〜図１１に基づいて詳細に説明する。図１には、一実施形態に係る作業機としての乗用田植機４００の全体図が示されている。

【0014】

図１に示すように、乗用田植機４００は、移動体としての走行車体１０と、走行車体１０の後方部に取り付けられる作業機本体としての植付装置１００と、を備える。

【0015】

走行車体１０には運転席１１が設けられ、該運転席１１に作業者が搭乗する。走行車体１０にはエンジン１２が搭載され、該エンジン１２を保持する車体フレーム１３には、ミッションケース１４が設けられている。また、走行車体１０においては、フロントアクスルケース１５を介して水田走行用前輪１６が支持されるとともに、リヤアクスルケース１７を介して水田走行用後輪１８が支持されている。

【0016】

エンジン１２等はボンネット１９で覆われ、ミッションケース１４等はステップ２０ａを有する車体カバー２０によって覆われている。車体カバー２０の上部には、前述した運転席１１が取り付けられ、運転席１１の前方にハンドル２１が設けられている。

【0017】

走行車体１０の後方には、トップリンク２２及びロワーリンク２３を含む昇降リンク機構を介して植付装置１００が設けられている。植付装置１００は、走行車体１０の後部とロワーリンク２３との間に設けられた油圧シリンダー（不図示）の伸縮動作により昇降自在とされている。植付装置１００は、多条植え用の苗載台２４や、複数の植付ユニット２００などを備える。

【0018】

苗載台２４は、前側が高く後側が低い矩形板状の前傾式の苗載台であり、下部ガイドレール２５及び上部ガイドレール２６を介して、植付装置１００中央及び左右に設けられた植付爪駆動機構部２１０に対して左右往復摺動自在に支持されている。植付爪駆動機構部２１０の下方には、中央及び左右の植付用均等フロート２７が植付深さ調節部材等を介して支持されている。植付装置１００を下ろし、植付用均等フロート２７を圃場面に着地させることにより、苗載台２４上の苗マットから取り出した苗の植付深さが設定されるようになっている。

【0019】

図２は、本実施形態に係る植付装置１００の全体簡略図である。なお、本実施形態では、１つの駆動モータ２５６を駆動源として植付装置１００を駆動する駆動方式を採用している。以下、図２に基づいて植付装置１００について説明する。

【0020】

植付装置１００は、複数の植付ユニット２００を有する。各植付ユニット２００は、植付爪駆動機構部２１０と、伝達部２１２と、植付爪２２１を有する植付爪部２２０とを備える。各植付爪駆動機構部２１０は、動力伝達軸２５２を介して、駆動機構部２５４及び駆動モータ２５６に接続されている。動力伝達軸２５２は、駆動モータ２５６及び駆動機構部２５４によって駆動され、伝達部２１２を介して、植付爪部２２０を植付装置１００の株間方向に直交する方向を軸として回転駆動する。植付爪部２２０は、所定の回転位相において圃場に物体としての苗を植付ける（配する）作業を実行する作業部として機能する。

【0021】

植付装置１００の制御部２５０には、位置検出部としてのＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）ユニット３０１、不図示の車輪回転センサ、動力伝達軸２５２に設けられた角度センサ２６０の信号（情報）が入力される。制御部２５０は、ＧＮＳＳユニット３０１のみ、もしくは、ＧＮＳＳユニット３０１と車輪回転センサの情報を基に、目標植付位置に植付が行われるような、駆動機構部２５４の目標回転位相を決定する。更に、駆動機構部２５４の実際の回転位相が目標回転位相と一致するように角度センサ２６０の信号を基に駆動モータ２５６を角度制御することで、最終的に目標植付位置に苗を植付けるように制御する。

【0022】

なお、図示は省略しているが、動力伝達軸２５２には、苗載台２４の横送り駆動部や縦送り駆動部も機械的に接続されている。また、図２の駆動モータ２５６は、植付装置１００側に設けられてもよいし、走行車体１０側に設けられてもよい。後者の場合、例えば、動力伝達軸２５２と、駆動機構部２５４との間にＰＴＯ軸が設けられてもよい。

【0023】

次に、本実施形態の乗用田植機４００の動作について説明する。本実施形態では、図５に示すように、圃場の所定地点（植付作業開始位置）から所定方向（株間方向）に植付装置１００を移動させながら苗を植える（１行程目）。そして、図９に示すように、株間方向への往復移動と方向転換を繰り返しつつ苗を植えることで（２行程目以降）、圃場内に苗を植える。

【0024】

ここで、１行程目においては、制御部２５０は、植付装置１００の植付作業開始位置を中心とした、半径が株間ｈの整数倍の同心円（図７の破線円）上に植付作業位置を設定し、同心円を通過するときに植付作業位置に対して苗が植付けられるように植付ユニット２００（植付爪部２２０）の回転を制御する。また、１行程目が終了した時点で、制御部２５０は、１行程目の植付作業終了位置と植付作業開始位置とを直線で結んだ方向を進行方向（株間方向）として決定する。

【0025】

また、制御部２５０は、２行程目以降においては、１行程目の植付作業位置を通り、圃場面内において株間方向と直交する方向（条間方向）に仮想的に伸びる直線（所定間隔で配列された仮想目標線）上の位置（図９の破線上の位置）を植付作業位置と設定し、該植付作業位置（破線上）に対して苗が植付けられるように植付ユニット２００（植付爪部２２０）の回転位相を制御する。

【0026】

この場合、制御部２５０は、目標位相と実位相との間の位相誤差に応じて、植付ユニット２００（植付爪部２２０）の増速又は減速を制御する。なお、制御部２５０は、植付ユニット２００（植付爪部２２０）の角度制御（位相制御）を、駆動モータ２５６を介して実行する。

【0027】

次に、上述した乗用田植機４００が条間方向に関する作業位置を揃える動作を実現するための具体的な制御方法について、図３〜図１１に基づいて詳細に説明する。なお、以下において説明する制御方法、数式等は一例である。すなわち、上述した乗用田植機４００による条間方向整列動作を実現する方法としては、その他の制御方法、数式等を採用してもよい。

【0028】

なお、以下の説明においては、「＝」は等号、「←」は代入演算子であるものとする。また、計算上の中間変数は等号で結んで表記するものとする。また、以下の説明においては、例えばθ_out＝mod(±π，θ_in)と表記される式が、図３に示すような入力位相θ_inを±πの範囲に収めるモジュロ演算であることを意味するものとする。

【0029】

また、本実施形態では、植付装置１００は、１回転で２回の植付を行うこととし、植付１回の周期を植付位相θと定義し、植付時の植付位相θを０と定義するものとする。なお、植付位相は半回転で２π（３６０°）となる。また、実際に植付ユニット２００（植付爪部２２０）が植付を行う位置は、植付ユニット２００（植付爪部２２０）の回転軸からずれた位置となる。また、ＧＮＳＳユニット３０１は、必ずしも植付ユニット２００が植付を行う位置に配置できないため、植付を行う位置とＧＮＳＳユニット３０１の位置との距離（植付装置１００の進行方向（株間方向）に関する位置関係）をアンテナオフセットＬ（図７、図９参照）として、位相計算時に補正値として使用するものとする。

【0030】

更に、本実施形態において制御に使用する固有のパラメータには、地球の回転楕円体モデル（地球楕円体）における、赤道半径ａ（＝6378137ｍ）と、偏平率ｆ（＝1/298.257223563）があるものとする。

【0031】

ここで、本実施形態においては、制御部２５０は、図４のフローチャートに沿った処理と、図６のフローチャートに沿った処理と、図１０のフローチャートに沿った処理を同時並行的に実行する。以下、各処理について説明する。

【0032】

（図４の処理）
図４の処理は、作業者が作業を開始した直後（１行程目）に、制御部２５０が実行する処理である。１行程目とは、図５に示すように、圃場に苗を植える際に、最初に所定方向（株間方向）に移動しながら、苗を植える行程である。

【0033】

図４の処理では、まず、ステップＳ１００において、制御部２５０が、植付作業が開始されるまで待機する。この場合、作業者が運転席１１近傍に設けられた所定のボタンを押すなどして、作業を開始することを入力した段階で、制御部２５０は、ステップＳ１０２に移行する。なお、作業者は、植付作業を開始する前に、制御部２５０に対して、株間ｈの値（例えば、２０ｃｍや３０ｃｍ）を手動で入力し、設定しているものとする。

【0034】

ステップＳ１０２に移行すると、制御部２５０は、現在位置（植付を開始する位置）（φ，λ）を、図５に示す植付作業開始位置（原点）（φ₀，λ₀）に設定する。なお、植付作業開始位置（原点）は、植付装置１００の移動開始点であるともいえる。また、制御部２５０は、定数Ｎ₀を次式（１）に基づいて、算出するとともに、次式（２）〜（４）に基づいて、３次元直交座標系上の原点（φ₀，λ₀）の座標（Ｘ₀，Ｙ₀，Ｚ₀）を算出する。

【0035】

【数1】

【0036】

【数2】

【0037】

次いで、ステップＳ１０４では、制御部２５０は、１行程目の植付作業が終了するまで待機する。なお、１行程目の植付作業が終了した場合には、作業者が終了した旨を入力するので、入力があった段階で、ステップＳ１０６に移行する。

【0038】

次いで、ステップＳ１０６では、制御部２５０は、１行程目における植付装置１００の移動方向に基づいて、植付方向（株間方向）を決定する。ここでは、植付を開始した位置が原点のため、図５に示す東方向座標値ｅと北方向座標値ｎに基づいて、次式（５）より原点からの向きψを求め、植付方向（株間方向）とする。なお、ｉは虚数単位であり、argは偏角である。

【0039】

【数3】

【0040】

（図６の処理）
次に、図６の処理について説明する。図６の処理は、ＧＮＳＳユニット３０１において位置情報が取得されるたびに制御部２５０が実行する低速ループ（２０Ｈｚ程度）の処理である。

【0041】

図６の処理では、まず、ステップＳ１０において、制御部２５０は、ＧＮＳＳユニット３０１から、植付装置１００の緯度、経度、速度を取得する。なお、以下においては、植付装置１００の現在の緯度をφ、現在の経度をλとし、現在の速さ（絶対値）をｖ_g、現在の進行方向(東からの反時計回りの角度)をψ_vgと表すものとする。

【0042】

次いで、ステップＳ１２では、制御部２５０は、緯度と経度を基準点φ₀、λ₀を原点とした地平直交座標系に変換する。具体的には、制御部２５０は、定数Ｎを次式（６）に基づいて、算出するとともに、式（７）〜（９）に基づいて、直交座標系上における座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を算出する。そして、制御部２５０は、座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を用いて、東方向座標値ｅ、北方向座標値ｎを式（１０）、（１１）のように表す。

【0043】

【数4】

【0044】

【数5】

【0045】

【数6】

【0046】

次いで、ステップＳ１４では、制御部２５０は、植え付け方向が決定済みであるか否かを判断する。この場合、図４のステップＳ１０６の処理が既に行われていれば、ステップＳ１４の判断は肯定されるが、ステップＳ１０６の処理が未だ行われておらず、ステップＳ１４の判断が否定された場合には、ステップＳ１６に移行する。

【0047】

ステップＳ１６に移行すると、制御部２５０は、１行程目において、距離と速度を計算する。この場合、制御部２５０は、距離として、ステップＳ１０２で設定した原点（植付開始位置）からの距離ｒ（図７参照）を求め、速度ｖ_rを現在の速度ｖ_gとする（次式（１２），（１３）参照）。その後は、ステップＳ２６に移行する。

【0048】

【数7】

【0049】

ステップＳ２６に移行すると、制御部２５０は、仮目標位相を計算する。具体的には、距離ｒにアンテナ位置の補正をして株間ｈで除すことで、仮目標位相θ_gを次式（１４）のように計算する。なお、次式（１４）では、アンテナオフセットをＬとしている。なお、仮目標位相は時間分解能が粗いため直接目標値として使うことはできないものである。

【0050】

【数8】

【0051】

図８には、ステップＳ２６の計算結果の一例が示されている。この場合、仮目標位相θ_g＝０の位置で植付が行われる。なお、１行程目において、θ＝０の位置は、図７において破線にて示す半径が株間ｈの整数倍の同心円上の点を意味する。

【0052】

次いで、ステップＳ２８では、制御部２５０が、補正速度を計算する。この場合、制御部２５０は、後述する高速ループでの目標位相θ_tが、時間分解能の粗い低速ループの仮目標位相θ_gと一致するように補正速度ω_cを介してＰＩ制御でフィードバックする。

【0053】

具体的には、制御部２５０は、目標位相θ_tと仮目標位相θ_gの誤差を計算して±πの範囲にして、次式（１５）のように、目標位相誤差θ_geとする。

【0054】

【数9】

【0055】

また、制御部２５０は、目標位相誤差の積分値θ_gi（を次式（１６）のように計算する（Δｔ_Lは低速ループの実行周期）。

【0056】

【数10】

【0057】

そして、制御部２５０は、高速ループで使用する補正速度ω_cを次式（１７）のように計算する。すなわち、ゲインｋ_p1、ｋ_i1によるＰＩ制御を実行する。

【0058】

【数11】

【0059】

以上のようにして、ステップＳ２８の処理が終了すると、図６の全処理を終了する。

【0060】

一方、ステップＳ１４の判断が肯定された場合、すなわち、図９に示すように、２行程目以降である場合（既に株間方向が決定している場合）には、ステップＳ１８に移行し、制御部２５０は、位置と速度を植え付け座標系に変換する。具体的には、制御部２５０は、地平直交座標での位置（ｅ，ｎ）を植付方向ψだけ回転させて、次式（１８），（１９）のように、植付座標系（直交方向座標値ｘ，植付方向座標値ｙ）に変換する。なお、直交方向座標値ｘについては、以降において使用しない値である。

【0061】

【数12】

【0062】

次いで、ステップＳ２０では、制御部２５０は、距離と速度を計算する。この場合、制御部２５０は、現在の速さｖ_g、現在の進行方向ψ_vg、設定植付方向ψから植付座標系での速度ｖ_x，ｖ_yを次式（２０），（２１）より算出する。

【0063】

【数13】

【0064】

そして、制御部２５０は、速度の進行方向成分ｖ_rをｖ_yとする（ｖ_r←ｖ_y）とともに、距離ｒをｙとする（ｒ←ｙ）。

【0065】

次いで、ステップＳ２２では、制御部２５０は、現在、復路であるか否かを判断する。なお、制御部２５０は、往路か復路かを、一定時間以上正方向（＋ｙ方向）に移動しているか負方向（−ｙ方向）に移動しているかに基づいて判断する。このステップＳ２２の判断が否定された場合、すなわち、往路である場合には、ステップＳ２６に移行する。一方、ステップＳ２２の判断が肯定された場合には、制御部２５０は、ステップＳ２４において距離と速度を反転した後、ステップＳ２６に移行する。なお、距離と速度の反転は、次式（２２）、（２３）のように表すことができる。
ｒ←−ｒ …(22)
ｖ_r←−ｖ_r …(23)

【0066】

以降は、ステップＳ２６、Ｓ２８を上述したのと同様に実行する。なお、２行程目以降において、図８のθ＝０の位置（植付位置）は、図９において破線にて示す直線上の点を意味する。なお、図９の破線は、１行程目の植付作業位置（進行方向と交差する同心円上の点）を通り、圃場面内において株間方向と直交する方向（条間方向）に伸びる直線であるといえる。

【0067】

（図１０の処理）
次に、図１０の処理について、説明する。なお、図１０の制御は、高速ループ（１ｋＨｚ程度）にて呼び出されて実行される処理である。本処理は、低速ループの処理（図６の処理）からのフィードバックによって時間分解能の高い目標位相を生成し、それを基に実際の位相を制御する処理である。

【0068】

図１０の処理では、まずステップＳ４０において、制御部２５０が、目標位相を計算する。具体的には、制御部２５０は、次のような処理を実行する。

【0069】

（１） 制御部２５０は、速度ｖ_rと株間ｈから仮目標速度ω_ｖを次式（２４）に基づいて計算する。

【0070】

【数14】

【0071】

なお、植付装置１００は、通常は株間方向に沿って移動しているため、車輪走行速度を検出し、該車輪走行速度を、ＧＮＳＳユニット３０１から算出した速度ｖ_rの代わりに用いることとしてもよい。

【0072】

（２） 次いで、制御部２５０は、仮目標速度ω_vと低速ループの処理（図６）で決定した補正速度ω_cの和を算出し、次式（２５）のように、目標速度ω_tとする。
ω_t＝ω_v＋ω_c …（２５）

【0073】

（３） 次いで、制御部２５０は、次式（２６）のように、目標速度ω_tを積分して目標位相θ_tとする（Δｔ_Hは高速ループの実行周期）。
θ_t←θ_t＋ω_tΔｔ_H …（２６）

【0074】

この処理では、補正速度ω_cを介して低速ループ（図６）からのフィードバックがかかっているため、ＧＮＳＳユニット３０１の検出結果から計算した仮目標位相θ_gと一致しつつ時間分解能の高い位相情報を得ることができる。なお、図１１には、仮目標位相θ_gと、目標位相θ_tの関係が示されている。

【0075】

次いで、ステップＳ４２では、制御部２５０は、植付作業中か否かを判断する。このステップＳ４２の判断が肯定された場合には、制御部２５０は、ステップＳ４４に移行する。一方、ステップＳ４２の判断が否定された場合には、制御部２５０は、ステップＳ４６に移行する。

【0076】

ステップＳ４４では、制御部２５０は、位相制御を実行する。この場合、制御部２５０は、決定した目標位相θ_tに植付装置１００の植付ユニット２００の実際の位相θ（角度センサ２６０から入力される）が追従するように以下のようにして、ＰＩＤ制御する。

【0077】

まず、制御部２５０は、速度偏差ω_e、角度偏差θ_e、角度偏差の積分値θ_eiを、次式（２７）〜（２９）に基づいて算出する。なお、ωは植付爪駆動機構部２１０の実際の角速度で、角度センサ２６０から入力される（角度センサからωが直接得られない場合は、θを微分して求める）。
ω_e＝ω_t−ω …（２７）
θ_e＝mod（±π，θ_t−θ） …（２８）
θ_ei←θ_ei＋θ_eΔｔ_H …（２９）

【0078】

次いで、制御部２５０は、各偏差に基づいて、次式（３０）のように、ＰＩＤ制御（ゲインｋ_d2、ｋ_p2、ｋ_i2）で制御量ｕを決定して制御を行う。なお、図２に示すように位相制御を１つの駆動モータ２５６で行う場合、ｕを電圧または電流として実際に出力して制御する。
ｕ←ｋ_d2ω_e＋ｋ_p2θ_e＋ｋ_i2θ_ei …（３０）

【0079】

この場合、ステップＳ４４が実行される時点で、植付装置１００が１行程目を実行している場合には、図７に示すように、制御部２５０は、植付装置１００の植付作業開始位置を中心とした、半径が株間ｈの整数倍の同心円（図７の破線円）上に植付作業位置を設定し、植付作業位置に対して苗が植付けられるように植付ユニット２００の回転を制御していることになる。一方、ステップＳ４４が実行される時点で、植付装置１００が２行程目以降を実行している場合には、制御部２５０は、１行程目の植付作業位置を通り、圃場面内において株間方向と直交する方向（条間方向）に伸びる直線上の位置（図９の破線上の位置）を植付作業位置と設定し、該植付作業位置に対して苗が植付けられるように植付ユニット２００の回転位相を制御していることになる。

【0080】

図１０に戻り、ステップＳ４２の判断が否定されて、ステップＳ４６に移行すると、制御部２５０は、植付ユニット２００を停止する。

【0081】

植付装置１００で苗の植付け作業を行う場合、植付爪部２２０が苗かき取り位置で停止すると苗載台２４の苗を押すなどして好ましくない。同様に、植付爪部２２０が植付位置にあると植付爪部２２０が圃場面上を引きずるため好ましくない。そこで、制御部２５０は、植付爪部２２０がかき取り位置と植付位置の中間の安全な位置で停止するように、植付ユニット２００を制御する。

【0082】

以上、詳細に説明したように、本実施形態によると、乗用田植機４００は、駆動モータ２５６の回転駆動力により回転駆動され、所定の回転位相において圃場に苗を植える作業を行う植付爪部２２０を有する植付装置１００と、植付装置１００の位置を検出するＧＮＳＳユニット３０１と、植付装置１００の植付方向に沿って圃場面上に所定間隔で仮想的に配列された、条間方向に伸びる複数の直線（植付作業位置）において植付作業が行われるように、ＧＮＳＳユニット３０１の検出結果と植付爪部２２０の回転位相とに基づいて駆動モータ２５６を制御する制御部２５０と、を備えている。これにより、図９のように乗用田植機４００（植付装置１００）が株間方向に往復移動しつつ苗を植える場合において、条間方向に関して苗を揃えて植え付けることが可能となる。この場合、ＧＮＳＳユニット３０１の検出結果を利用することで、圃場を走行する乗用田植機４００の車輪が空転したり滑ったりするような場合であっても、精度良く苗を条間方向にそろえて植付けることが可能となる。また、条間方向に揃えて苗を植付けることで、機械除草機を条間方向に沿って移動させて除草することができるようになるため、株間における高い除草効果が期待できる。

【0083】

また、本実施形態によると、１行程目（圃場面上に図９において破線で示す植付作業位置が設定されていない場合）において、制御部２５０は、植付装置１００の植付作業開始位置を中心とし、半径が株間ｈの整数倍に設定された複数の円の周上において苗の植付が行われるように、駆動モータ２５６を制御する。これにより、１行程目であっても、適切な位置に苗を植付けることが可能である。

【0084】

また、本実施形態では、制御部２５０は、１行程目が終了した際に、植付作業開始位置から株間方向に伸びる直線と複数の同心円とが交差する点を通過する、株間方向に直交する直線上の位置を植付作業位置とする。これにより、２行程目以降における条間方向の植付位置を、１行程目の植付位置と合わせることが可能となる。

【0085】

また、本実施形態では、制御部２５０は、ＧＮＳＳユニット３０１と植付爪部２２０との距離（アンテナオフセットＬ）を考慮するので、精度良く条間方向に関する苗の植付位置を揃えることが可能となる。

【0086】

また、本実施形態では、乗用田植機４００は、株間方向に往復移動しながら苗の植付作業を行うが、制御部２５０は、往路と復路において制御を異ならせる（Ｓ２２、Ｓ２４）ので、精度良く条間方向に関する苗の植付位置を揃えることが可能となる。

【0087】

（変形例１）
上記実施形態では、駆動モータ２５６の駆動力を用いて植付装置１００を駆動する場合について説明したが、これに限らず、例えば、走行車体１０のエンジン１２の駆動力を用いて植付装置１００を駆動するようにしてもよい。例えば、図１２に示すように、植付装置１００は、エンジン動力入力部２７０と、無段変速機２７２と、を備え、動力伝達軸２５２を介して植付爪駆動機構部２１０がエンジン１２の駆動力により回転駆動されるようにしてもよい。

【0088】

図１２の構成によれば、無段変速機２７２のエンジン動力入力部２７０には走行車体１０の水田走行用前輪１６及び水田走行用後輪１８の回転と連動した動力が入力される。そして、制御部２５０は、ＧＮＳＳユニット３０１のみ、もしくは、ＧＮＳＳユニット３０１と、不図示の車輪回転センサの入力信号（入力情報）に基づいて、目標植付位置に植付が行われるような、植付爪駆動機構部２１０の目標回転位相を決定する。更に、制御部２５０は、角度センサ２６０から入力された、植付爪駆動機構部２１０の実際の回転位相θが目標回転位相と一致するように、無段変速機２７２に設けられた変速率設定モータ２３０を角度制御して無段変速機２７２の変速率を調節することで、最終的に目標植付位置に苗を植付けるように制御する。

【0089】

ここで、無段変速機２７２を用いる場合、制御部２５０は、速度偏差ω_e、角度偏差θ_e、角度偏差の積分値θ_eiを、次式（２７’）〜（２９’）に基づいて算出する。なお、ωは植付爪駆動機構部２１０の実際の角速度で、角度センサ２６０から入力される（角度センサからωが直接得られない場合は、θを微分して求める）。
ω_e＝ω_t−ω …（２７’）
θ_e＝mod（±π，θ_t−θ） …（２８’）
θ_ei←θ_ei＋ｖ_rθ_eΔｔ_H …（２９’）

【0090】

なお、本変形例１では、式（２９’）のように、積分時に速度ｖ_rを乗じることとしている。ここで、植付爪部２２０の回転位相は走行車体１０の水田走行用前輪１６及び水田走行用後輪１８の回転に機械的に連動するため、走行車体１０の停止時には変速率を変化させても植付位相を調整することができない。このため、上式（２９’）のようにすることで、速度が遅くなるほど目標変速率の変化を小さくする（停止時には積分されないようにする）。

【0091】

次いで、制御部２５０は、各偏差に基づいて、次式（３０’）のように、ＰＩＤ制御（ゲインｋ_d2、ｋ_p2、ｋ_i2）で制御量ｕを決定する。なお、制御量ｕは、変形例１においては、無段変速機２７２を制御する制御部２５０の目標変速率として使用し、２段階の制御を行う。
ｕ←ｋ_d2ω_e＋ｋ_p2θ_e＋ｋ_i2θ_ei …（３０’）

【0092】

そして、制御部２５０は、決定した目標変速率ｕに実際の変速率ｇが追従するようにＰＩＤ制御する。実際の変速率ｇは、角度センサ２７１から求める。まず、制御部２５０は、偏差ｇ_e、偏差の積分値ｇ_eiを、次式（３１）、（３２）より求める。
ｇ_e＝（ｇ−ｕ） …（３１）
ｇ_ei←ｇ_ei＋ｇ_eΔｔ_H …（３２）

【0093】

更に、制御部２５０は、前回の偏差ｇ_epと今回の偏差ｇ_eとから、次式（３３）、（３４）より偏差の微分値ｇ_edを求める。
ｇ_ed＝（ｇ_e−ｇ_ep）／Δｔ_H …（３３）
ｇ_ep←ｇ_e …（３４）

【0094】

そして、制御部２５０は、各偏差に基づいて、次式（３５）より、ＰＩＤ制御（ゲインｋ_d3、ｋ_p3、ｋ_i3）で制御量ｕ₂を決定する。この場合、制御部２５０は、制御量ｕ₂を、変速率設定モータ２３０の電圧又は電流制御の目標値とする。
ｕ₂←ｋ_d3ｇ_ed＋ｋ_p3ｇ_e＋ｋ_i3ｇ_ei …（３５）

【0095】

このようにすることで、実際の変速率が目標変速率に追従するように制御されるため、植付爪部２２０の位相が目標位相に追従するように制御されることとなり、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0096】

なお、図１２においては図示を省略しているが、無段変速機２７２と角度センサ２６０の間には、植付クラッチが設けられている。ただし、無段変速機２７２として、ＨＳＴ（油圧機械式無段変速機：Hydraulic Static Transmission）など、変速比０を実現できる装置を採用する場合には、植付クラッチを設けなくてよい。

【0097】

（変形例２）
なお、上記実施形態では、例えば、図１３に示すように、複数の駆動モータ２１１を駆動源として、植付装置１００を駆動するようにしてもよい。この場合、植付爪駆動機構部２１０それぞれに駆動モータ２１１を接続し、各駆動モータ２１１に対応して制御部３０２を設け、メイン制御部２８０の指示の下、各制御部３０２が各駆動モータ２１１を制御するようにすればよい。制御の方法については、上記実施形態と同様である。なお、図１３の例では、植付爪駆動機構部２１０それぞれに、角度センサ２６０を設けている。

【0098】

なお、上記実施形態においては、作業機が乗用田植機４００である場合について説明したが、これに限られるものではない。作業機は、例えば、野菜苗移植機や、種子や種芋を圃場に播く水稲直播機や各種播種機、その他の挿し穂や挿し木などの作業を行う機械など、圃場の所定の位置に対象物を配置する装置であってもよい。なお、水稲直播機や各種播種機等、停止すると危険な位置がない場合、図１０のステップＳ４６の処理において、即座に停止してもよい。

【0099】

なお、上記実施形態では、１行程目を実行する前に、株間方向や植付作業位置（図９の破線）を予め設定してもよい。この場合、作業者が株間方向に沿って乗用田植機４００を移動させることで、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0100】

なお、上記実施形態では、図７等を用いて説明したように、１行程目においても苗の植付作業を行う場合について説明したが、これに限らず、１行程目においては、苗の植付作業を行わなくてもよい。この場合、１行程目は、主に進行方向（株間方向）を決定するための行程となる。

【0101】

なお、上記実施形態では、図２に示すように角度センサ２６０を動力伝達軸２５２に設けて、駆動モータ２５６の制御に用いる場合について説明したが、これに限られるものではない。例えば、駆動モータ２５６の回転制御は、永久磁石同期モータの制御方式であるセンサレスベクトル制御で推定した信号や、ホールセンサによって検出された信号に応じた制御を用いることとしてもよい。この手法で求まるのは相対角度となるため、動力伝達軸２５２の角度原点の検出が必要となる。このため、角度センサ２６０の代わりに原点センサを配置するか、植付ユニット２００などの機械的な特性を利用して原点を決定する。植付ユニットの特性としては、逆転させると一定の角度以上回転しない特性や、正転させると一定の角度で急激に負荷が減少する特性などが利用できる。なお、図１２の実施形態でも同様の手法が使用できる。

【0102】

上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。

【符号の説明】

【0103】

１０ 走行車体（移動体）
１００ 植付装置（作業機本体）
２１１ 駆動モータ（駆動源）
２２０ 植付爪部（作業部）
２５０ 制御部
３０１ ＧＮＳＳユニット（位置検出部）
４００ 乗用田植機（作業機）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】