特開 2024-151899 自律走行作業車の暗渠作成システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024151899

(43)【公開日】2024-10-25

(54)【発明の名称】自律走行作業車の暗渠作成システム

(51)【国際特許分類】

   A01B 13/08 20060101AFI20241018BHJP

   A01B 69/00 20060101ALI20241018BHJP

【ＦＩ】

A01B13/08 Z

A01B69/00 303M

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023065698

(22)【出願日】2023-04-13

(71)【出願人】

【識別番号】000000125

【氏名又は名称】井関農機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003834

【氏名又は名称】弁理士法人新大阪国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】池内 伸明

(72)【発明者】

【氏名】今井 征典

(72)【発明者】

【氏名】小山 浩二

【テーマコード（参考）】

2B032

2B043

【Ｆターム（参考）】

2B032AA05

2B032AA08

2B032DB09

2B032GA03

2B032GA14

2B043AA04

2B043AB20

2B043BA02

2B043BB03

2B043DC03

2B043EA06

2B043EA32

2B043EB05

2B043EB10

2B043EB12

2B043ED12

2B043ED14

(57)【要約】

【課題】本発明は、自律走行作業車の圃場形状認識機能を利用して、圃場の排水性を良くするための地質改良作業が効率的に行えるようにすることが課題である。
【解決手段】作業車両１００の自動運転制御部３０２で、圃場１３の形状を認識し、その圃場１３の内周１３ａに沿って明渠ルート５を作成し、作業者が入力する暗渠の間隔或いは数で算出する複数の平行な暗渠ルート６で明渠ルート５を連結して圃場１３の暗渠図を作成し、作業者の指示で暗渠図に基づいて暗渠ルート６を自律走行させて暗渠を作成する自律走行作業車の暗渠作成システムとする。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

作業車両（１００）の自動運転制御部（３０２）で、圃場（１３）の形状を認識し、その圃場（１３）の内周（１３ａ）に沿って明渠ルート（５）を作成し、作業者が入力する暗渠の間隔或いは数で算出する複数の平行な暗渠ルート（６）で明渠ルート（５）を連結して圃場（１３）の暗渠図を作成し、作業者の指示で暗渠図に基づいて暗渠ルート（６）を自律走行させて暗渠を作成する自律走行作業車の暗渠作成システム。

【請求項2】

暗渠の間隔或いは数を遠隔で自動運転制御部（３０２）に入力する暗渠図修正手段（２０１）を設けた請求項１に記載の自律走行作業車の暗渠作成システム。

【請求項3】

暗渠図を保存し、圃場（１３）の湿り具合により暗渠ルート（６）の間隔或いは数を修正する請求項１に記載の自律走行作業車の暗渠作成システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、自律走行作業車の暗渠作成システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許第７０９６５３１号公報に、圃場内を作業走行する農業用作業車両の自律走行システムが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第７０９６５３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

前記の作業車両の自律走行システムは、圃場の形状を認識して自律走行で農作業が出来るようにしている。

【0005】

本発明は、自律走行作業車の圃場形状認識機能を利用して、圃場の排水性を良くするための地質改良作業が効率的に自動走行で行えるようにすることが課題である。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記本発明の課題は、次の技術手段により解決される。

【0007】

請求項１の発明は、作業車両１００の自動運転制御部３０２で、圃場１３の形状を認識し、その圃場１３の内周１３ａに沿って明渠ルート５を作成し、作業者が入力する暗渠の間隔或いは数で算出する複数の平行な暗渠ルート６で明渠ルート５を連結して圃場１３の暗渠図を作成し、作業者の指示で暗渠図に基づいて暗渠ルート６を自律走行させて暗渠を作成する自律走行作業車の暗渠作成システムとする。

【0008】

請求項２の発明は、暗渠の間隔或いは数を遠隔で自動運転制御部３０２に入力する暗渠図修正手段２０１を設けた請求項１に記載の自律走行作業車の暗渠作成システムとする。

【0009】

請求項３の発明は、暗渠図を保存し、圃場１３の湿り具合により暗渠ルート６の間隔或いは数を修正する請求項１に記載の自律走行作業車の暗渠作成システムとする。

【発明の効果】

【0010】

請求項１の発明で、作業車両１００が自動運転制御部３０２に作成した暗渠図に基づいて自動走行して明暗渠を作成し、圃場内周１３ａに沿って設ける明渠ルート５に向かって作成した複数の暗渠ルート６を通じて圃場１３内の水が流れることで圃場１３の過水分を防いで適度の湿度を保った圃場にすることが出来る。

【0011】

請求項２の発明で、自律走行作業車を使用する作業者が圃場１３の水溜り具合を確認して、土壌水分が多すぎると暗渠図修正手段２０１で自動運転制御部３０２に暗渠の間隔或いは数を入力し、暗渠図の暗渠ルート６の間隔を狭く変更することで適度な湿り具合の圃場１３に改良できる。

【0012】

請求項３の発明で、四季経過によって圃場１３の湿り具合の変化を確認して暗渠図の暗渠ルート６の間隔を修正出来てより良い圃場１３に改良できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施形態にかかる自律走行作業車の構成を示す側面図である。

【図2】同自律走行作業車の制御ブロック図である。

【図3】同自律走行システムの通信ブロック図である。

【図4】同自律走行作業車が圃場内周に沿って走行して圃場形状情報を作成する様子を示す平面図である。

【図5】同自律走行作業車が、圃場形状情報を作成するプロセスを示すフローチャートである。

【図6】同実施形態における圃場の暗渠図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の好ましい実施態様につき、図面を参照しつつ、詳細に説明を加える。

【0015】

図１は、本発明の実施態様にかかる自律走行システムによって、走行が制御される自立走行作業車１００の構成を示す略側面図である。

【0016】

図１に示されるように、本実施態様にかかる自立走行作業車１００は、圃場１３を走行可能な農作業用のトラクタであり、車体前部には、ボンネット１０７に覆われたコモンレール式のエンジン１０５が配設され、このエンジン１０５の回転動力を、主変速装置および副変速装置を介して、前輪１０３及び後輪１０４に伝達することによって走行可能に構成されている。

【0017】

また、エンジン１０５の後方には、操縦部１０６が設けられ、操縦部１０６後方の車体後部には、作業機１４０として圃場１３を耕耘可能な耕運機が取り付けられている。

【0018】

操縦部１０６には、自立走行作業車１００を操舵するステアリングホイール１５０と操縦席１５３とを備えたキャビンが設けられている。また、キャビンの天井であるキャビンルーフ１０８にはＧＮＳＳ受信機１０２が設けられており、人工衛星１７０から所定の時間間隔で電波を受信して、自立走行作業車１００の位置を測定することができるように構成されている。

【0019】

自立走行作業車１００の車体後部には、上側にあるトップリンク１４５ａと下側にある左右のロアリンク１４５ｂとからなる３点リンク機構１４５が設けられており、作業機１４０は３点リンク機構１４５に連結されている。作業機１４０には、圃場の土を耕す耕耘爪１４６と、耕耘爪１４６の上方を覆うロータリカバー１４７と、ロータリカバー１４７の後部に上下動自在に支持されるリヤカバー１４８が設けられ、ロータリカバー１４７上には、作業機１４０による耕耘の深さを検出する耕深センサ１４９が設けられている。耕深センサ１４９は、ポテンショメータ式のセンサであり、ロータリカバー１４７に対するリヤカバー１４８の回動角度を耕深度として検出可能に構成されている。

【0020】

３点リンク機構１４５のロアリンク１４５ｂには、リフトアーム１４２を介して、作業機昇降シリンダ１４１が接続されており、作業機昇降シリンダ１４１を伸縮させることによって、ロアリンク１４５ｂを上下させ、作業機１４０を昇降させることができるように構成されている。また、リフトアーム１４２の基部には、リフトアーム１４２の回転角度を検出するリフトアームセンサ１４３が設けられており、リフトアームセンサ１４３の検出値に基づいて、昇降させた作業機１４０の高さが算出されるように構成されている。

【0021】

したがって、３点リンク機構１４５は、作業機昇降シリンダ１４１を伸縮させることにより、連結した作業機１４０を昇降させることができるので、圃場１３を耕耘する作業時は作業機１４０を下ろして、接地させる一方、非作業時は、作業機１４０を所定の高さにまで持ち上げて、接地しないようにしておくことによって、作業機１４０が不必要に地面と接触し、自立走行作業車１００の走行の妨げになることを防止することができる。

【0022】

図２は、図１の自立走行作業車１００の制御ブロック図である。図２に示されるように、自立走行作業車１００は、図１のＧＮＳＳ受信装置１０２が受信した電波から自機の位置情報を取得する位置情報取得手段である位置情報取得部３０１と、作業車両に搭載された各種センサの異常を検出するセンサ異常検出部３０８と、作業車両の自律走行を制御する自動運転制御部である自動運転部ＥＣＵ３０２と、作業車両の走行状態を制御する車両制御部ＥＣＵ３０３と、図１のエンジン１０５を制御するエンジン制御部ＥＣＵ３１０と、作業機を制御する作業機制御部ＥＣＵ３１１とを備えており、自動運転部ＥＣＵ３０２は、位置情報から走行経路を算定する経路算定部３０６と、位置情報から圃場の形状を示す情報である圃場形状情報を算定する圃場形状算定部３０７と、圃場に関する情報を記録する圃場情報記録部３０２ａとを備えている。

【0023】

自動運転ＥＣＵ３０２、車両ＥＣＵ３０３、エンジンＥＣＵ３１０および作業機ＥＣＵ３１１は、通信回線により電気的に接続されており、互いにアクセス可能に構成されている。また、通信回線には、外部ネットワークと通信する通信部３０４や、自立走行作業車１００の操縦部１０６に設置されているメータパネル（図示せず）および操作パネル１８０（図２には図示されていない）が接続されており、通信情報や操作情報などを相互に送受信できるように構成されている。

【0024】

エンジン制御部ＥＣＵ３１０の入力側には、図１のエンジン１０５の回転数を検出するエンジン回転センサ１２０と、ラジエータの液温を検出するエンジン水温センサ１２１と、エンジン１０５のコモンレール内の圧力を検出するレール圧センサ１２２とが接続されており、エンジンＥＣＵ３１０の出力側には、エンジン１０５の燃料タンク内の燃料を加圧してコモンレールに送る燃料高圧ポンプ１２３と、コモンレールで蓄圧された燃料をピストンシリンダ内に噴射する高圧インジェクタ１２４とが接続されている。

【0025】

車両制御部ＥＣＵ３０３の出力側には、油圧により動作するクラッチ１３５と、ステアリングシリンダ１３６とが接続され、車両ＥＣＵ３０３の入力側には、クラッチ１３５にかかる圧力（クラッチ圧力）を検出するクラッチ圧力センサ１３０と、副変速装置による変速状態を検出する副変速センサ１３１と、車両の走行速度を検出する車速センサ１３２と、ステアリングホイールの操作量（回転量）を検出するステアリングホイールセンサ１３３と、前輪１０３の操舵角を検出する操舵角センサ１３４とが接続されている。

【0026】

作業機ＥＣＵ３１１の入力側には、リフトアームセンサ１４３と、耕深センサ１４９とが接続され、作業機ＥＣＵ３１１の出力側には作業機１４０を昇降させる作業機昇降シリンダ１４１が接続されている。

【0027】

図３は、本発明の好ましい実施態様に係る自律走行システム１の構成を示すブロック図である。図３に示されるように、自立走行作業車１００は、通信部３０４により通信網を介して、遠隔的にクラウドＣと情報の送受信が可能であり、位置情報取得部３０１により取得した自機の位置情報を、所定時間毎に、クラウドＣに送信することができ、また、クラウドＣに格納された情報を取得することができるように構成されている。

【0028】

遠隔管理装置２００は、携帯可能な電子演算機器であり、管理ユーザにより操作可能な管理端末２０１（暗渠図修正手段）を備えている。管理端末２０１は、通信網を通じて、クラウドＣと相互に通信可能な通信機２０２と、人工衛星の測位情報から自機の位置情報、すなわち、管理端末２０１の現在の位置情報を取得可能な測位装置２０３と、管理端末２０１を制御する端末制御部２０４とを備えている。したがって、管理ユーザは、管理端末２０１を所持することにより、通信機２０２を介して、クラウドＣと情報のやり取りをすることができ、測位装置２０３により取得した測位情報から、現在の自機の位置情報を把握することができる。

【0029】

このように、自立走行作業車１００と遠隔管理装置２００とが、クラウドＣを媒介にして、通信可能に構成されているので、管理ユーザは、遠隔管理装置２００により、自立走行作業車１００の状態を監視し、指令を送ることができ、遠隔的に自立走行作業車１００を管理することができる。

【0030】

クラウドＣには管理サーバ３２０が設けられており、この管理サーバ３２０には、複数の圃場について、圃場形状情報を格納する圃場形状情報データベース３２２と、自立走行作業車１００および遠隔管理装置２００の位置情報を格納する位置情報データベース３２３と、圃場に関して設定された情報を格納する圃場設定情報データベース３２４が設けられている。したがって、管理ユーザは、管理サーバ３２０にアクセスし、圃場形状情報データベース３２２、位置情報データベース３２３および圃場設定情報データベース３２４を参照することにより、自立走行作業車１００と圃場との位置関係、自分と圃場との位置関係、圃場に設定された情報を、それぞれ把握することができる。

【0031】

図４は、自立走行作業車１００が圃場１３内を圃場内周１３ａに沿って走行して圃場形状情報作成モードにより圃場形状情報を作成する様子を示す平面図である。圃場形状情報作成モードは、圃場形状情報を生成するために自立走行作業車１００に設定される走行モードであり、本実施態様においては、圃場の形状情報を作成するときは、搭乗者によって、モード設定手段（図示せず）が操作され、圃場形状情報作成モードに設定される。

【0032】

図４に示されるように、自立走行作業車１００は、管理通路１２に面した出入り口１１から圃場１３に出入りすることができる。自立走行作業車１００は、圃場１３内に進入すると、作業走行を開始する前に、図３のクラウドＣを介して、管理サーバ３２０にアクセスし、圃場形状情報データベース３２２から圃場１３の形状を示すデータである圃場形状情報を取得するように構成されている。

【0033】

圃場形状情報には、圃場１３の形状が囲う土地の平面的な位置、大きさ、範囲などの情報が含まれているので、自立走行作業車１００は、圃場形状情報を取得することによって、圃場１３との位置関係を認識でき、圃場１３内を自律走行することができる。

【0034】

圃場形状情報データベース３２２に圃場１３の圃場形状情報が登録されていない場合には、搭乗者によってモード設定手段（図示せず）が操作されて、自立走行作業車１００が圃場形状情報作成モードに設定され、圃場１３の圃場形状情報を作成することができる。

【0035】

圃場形状情報作成モードは、自立走行作業車１００を走行させている間に、所定の時間間隔で図１の位置情報取得部３０１により自機の位置情報を取得して、取得した位置情報を通過地点１７（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，・・・）としてプロットしていき、圃場形状算定部３０７が隣接する通過地点１７の位置情報をそれぞれつなぐことにより、各通過地点１７（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，・・・）で囲まれた範囲の座標データを作成するように構成されている。
すなわち、圃場形状情報作成モードで、自立走行作業車１００を手動操縦により、圃場内周１３ａに沿って走行させることによって、自立走行作業車１００は、圃場１３の圃場形状情報を取得することができる。

【0036】

図５は、自立走行作業車１００が、圃場形状情報作成モードにより、圃場１３の圃場形状情報を作成するプロセスを示すフローチャートである。図５に示されるように、圃場形状情報作成モードが開始されると（ステップＳ１０１）、自立走行作業車１００の自動運転ＥＣＵ３０２は、位置情報取得部３０１により自機の位置情報Ｐ１を取得し（ステップＳ１０２）、さらに、所定の時間間隔で自機の位置情報Ｐ２，Ｐ３，・・・と繰り返し、取得していく（ステップＳ１０３）。

【0037】

自動運転ＥＣＵ３０２は、通過地点の位置情報Ｐｎ（ｎ＝２，３，・・・）を通過地点の位置情報Ｐ１と比較し（ステップＳ１０４）、Ｐ１と一致するＰｎを取得したら（ステップＳ１０５）、圃場１３を一周したと判断し、圃場形状算定部３０７によりＰ１，Ｐ２，・・・，Ｐｎの位置情報をつなぎ合わせて圃場形状情報を作成する（ステップＳ１０６）。そして、自動運転ＥＣＵ３０２は、作成した圃場形状情報および各通過地点Ｐ１，Ｐ２，・・・，Ｐｎの位置情報を圃場情報記録部３０２ａに記録する（ステップＳ１０５７）とともに、通信部３０４により、クラウドＣを介して、管理サーバ３２０にアクセスし、圃場形状情報および各通過地点Ｐ１，Ｐ２，・・・，Ｐｎの位置情報を管理サーバ３２０の圃場形状情報データベース３２２に登録して（ステップＳ１０６）、圃場形状情報作成モードを終了する（ステップＳ１０７）。

【0038】

このように、自立走行作業車１００は、圃場１３を作業走行するのに先立って、圃場形状情報作成モードで圃場１３を走行し、圃場内周１３ａに沿って１周することによって、圃場１３の形状を座標データ化した圃場形状情報を作成することができるので、作業走行をするために必要な事前準備を簡易に行なうことができる。

【0039】

また、自立走行作業車１００は、圃場形状情報作成モードにより、圃場１３の圃場形状情報を作成すると、クラウドＣを介して、管理サーバ３２０にアクセスし、作成した圃場形状情報（各通過地点１７の位置情報を含む）を圃場形状情報データベース３２２に登録するように構成されているから、同じ圃場１３で作業走行をする場合には、管理サーバ３２０にアクセスして、圃場形状情報を取得すればよく、再度、圃場形状情報作成モードにより圃場形状情報を作成する必要がない。

【0040】

次に、圃場１３に水溜まりが出来て乾き難い場合に排水を良くする圃場改良作業を説明する。

【0041】

前記の圃場形状情報作成モードにより作成した圃場１３の地図データ或いは圃場形状情報データベース３２２から得た圃場１３の形状を利用して、図６の如く、圃場内周１３ａに沿って明渠ルート５を周囲の水路に繋いで描き、対抗する明渠ルート５の間を複数の暗渠ルート６を描いた暗渠図を管理端末（暗渠図修正手段）２０１のディスプレイに描く。この暗渠図は、遠隔管理装置２００の管理端末２０１を操作して変更可能で、暗渠ルート６の間隔を圃場の水溜まりの状態によって、湿りがちの場合は間隔を狭くして暗渠ルート６を多く、また乾きがちの場合は間隔を広くして暗渠ルート６を少なく描いて暗渠図を修正し、自動運転ＥＣＵ３０２の圃場情報記録部３０２ａに登録する。

【0042】

実際の作業は、作業機１４０としてサブソイラを装着して明渠ルート５を走行して圃場内周１３ａに明渠を削成し、次に作業機１４０を弾丸暗渠機に交換して暗渠ルート６を走行して圃場１３の全面に明渠と暗渠を作成する。

【0043】

作物の収穫を終えて圃場を再整備する場合には、古い暗渠図と現在の圃場の状態を見て、水の溜り具合で暗渠ルート６の数を修正する。

【0044】

なお、圃場の状態は、ドローンを飛ばすと自立走行作業車が現地に着く前に確認出来、圃場形状確認走行においてタイヤの沈み具合でも圃場１３の湿り具合を確認出来る。

【符号の説明】

【0045】

５ 明渠ルート
６ 暗渠ルート
１３ 圃場
１３ａ 内周
１００ 作業車両
２０１ 暗渠図修正手段
３０２ 自動運転制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】