特開 2024-171048 作業機管理システム

(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】P2024171048

(43)【公開日】2024-12-11

(54)【発明の名称】作業機管理システム

(51)【国際特許分類】

   H04N 23/66 20230101AFI20241204BHJP

   G05D 1/43 20240101ALI20241204BHJP

   B64U 20/87 20230101ALI20241204BHJP

   H04N 23/60 20230101ALI20241204BHJP

   B64U 101/30 20230101ALN20241204BHJP

   B64U 101/40 20230101ALN20241204BHJP

【ＦＩ】

H04N23/66

G05D1/02 N

B64U20/87

H04N23/60 300

B64U101:30

B64U101:40

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023087908

(22)【出願日】2023-05-29

(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】織田 湧平

(72)【発明者】

【氏名】鵜久森 泰弘

【テーマコード（参考）】

5C122

5H301

【Ｆターム（参考）】

5C122EA55

5C122EA63

5C122FK12

5C122FK28

5C122FK37

5C122FK38

5C122FK40

5C122FL03

5C122FL04

5C122GC53

5C122GD01

5C122HA75

5C122HA82

5C122HA90

5C122HB05

5H301AA03

5H301AA06

5H301BB01

5H301CC03

5H301CC04

5H301CC06

5H301CC07

5H301CC10

5H301DD06

5H301DD17

5H301GG09

(57)【要約】

【課題】本発明は、複数の自動走行作業車が同時に作業を行う場合に、１台の無人航空機で安全な作業を管理することが課題である。
【解決手段】自動走行作業車１と無人航空機３１を無線通信回路で繋ぎ、適宜必要時に自動走行作業車１側から無人航空機３１に呼び寄せ信号を送信して、上空に飛来した無人航空機３１が自動走行作業車１と共に作業状態を写し、管理者の持つ携帯端末４２に撮影映像を送信する作業機管理システムとする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

自動走行作業車（１）と無人航空機（３１）を無線通信回路で繋ぎ、必要時に自動走行作業車（１）側から無人航空機（３１）に呼び寄せ信号を送信して、上空に飛来した無人航空機（３１）が自動走行作業車（１）と共に作業状態を写し、管理者の持つ携帯端末（４２）に撮影映像を送信する作業機管理システム。

【請求項2】

自動走行作業車（１）が圃場の出入り口に差し掛かった時に、無人航空機（３１）を呼び寄せることを特徴とする請求項１に記載の作業機管理システム。

【請求項3】

自動走行作業車（１）が圃場の外周に沿って走行する場合に、無人航空機（３１）を呼び寄せることを特徴とする請求項１に記載の作業機管理システム。

【請求項4】

自動走行作業車（１）が備える車速センサ（ＳＮ１１）が測定する駆動車速と自動走行作業車（１）の衛星測位装置（２１）が演算する実移動速度に差が生じると、無人航空機（３１）を呼び寄せることを特徴とする請求項１に記載の作業機管理システム。

【請求項5】

自動走行作業車（１）が予定作業を終了すると、無人航空機（３１）を呼び寄せ、作業圃場を写して管理者の持つ携帯端末（４２）に映像を送ることを特徴とする請求項１に記載の作業機管理システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、自動走行して作業を行う複数台の自動走行作業車を安全に管理する管理システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許第７００６４４号公報に自動走行作業車の作業状況を無人航空機で上空から監視する作業機管理システムが記載されている。

【0003】

この作業機管理システムは、上空を飛行する無人航空機で自動走行作業車の作業状態を撮影して離れた場所に居る作業管理者の携帯端末の画面に表示するようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第７００６４４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

前記作業機管理システムは、自動走行作業車に対して専属の無人航空機を飛ばしているために、複数台の自動走行作業車が作業する場合にはその台数分の無人航空機が必要になる。

【0006】

本発明は、複数の自動走行作業車が同時に作業を行う場合に、１台の無人航空機で安全な作業を管理することが課題である。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記本発明の課題は、次の技術手段により解決される。

【0008】

請求項１の発明は、自動走行作業車１と無人航空機３１を無線通信回路で繋ぎ、適宜必要時に自動走行作業車１側から無人航空機３１に呼び寄せ信号を送信して、上空に飛来した無人航空機３１が自動走行作業車１と共に作業状態を写し、管理者の持つ携帯端末４２に撮影映像を送信する作業機管理システムとする。

【0009】

請求項２の発明は、自動走行作業車１が圃場の出入り口に差し掛かった時に、無人航空機３１を呼び寄せることを特徴とする請求項１に記載の作業機管理システムとする。

【0010】

請求項３の発明は、自動走行作業車１が圃場の外周に沿って走行する場合に、無人航空機３１を呼び寄せることを特徴とする請求項１に記載の作業機管理システムとする。

【0011】

請求項４の発明は、自動走行作業車１が備える車速センサＳＮ１１が測定する駆動車速と自動走行作業車１の衛星測位装置２１が演算する実移動速度に差が生じると、無人航空機３１を呼び寄せることを特徴とする請求項１に記載の作業機管理システムとする。

【0012】

請求項５の発明は、自動走行作業車１が予定作業を終了すると、無人航空機３１を呼び寄せ、作業圃場を写して管理者の持つ携帯端末４２に映像を送ることを特徴とする請求項１に記載の作業機管理システムとする。

【発明の効果】

【0013】

請求項１の発明で、無人航空機３１は自動走行作業車１からの呼び寄せ信号で上空に飛来して自動走行作業車１の周囲を写すので、多数の自動走行作業車１の監視が可能になり、無人航空機３１が写した映像を管理者の持つ携帯端末４２で確認して必要に応じて管理者が自動走行作業車１に近づいて対応できる。

【0014】

請求項２の発明で、自動走行作業車１の移動が難しい圃場の出入り口で自動走行作業車１の移動状態を管理者の持つ携帯端末４２で確認出来る。

【0015】

請求項３の発明で、自動走行作業車１が圃場の外周に沿って走行する場合に、圃場から外れないかを管理者の持つ携帯端末４２で確認出来る。

【0016】

請求項４の発明で、車速センサＳＮ１１が測定する駆動車速と自動走行作業車１の衛星測位装置２１が演算する実移動速度に差が生じると走行中にスリップが発生している可能性があるので、管理者の持つ携帯端末４２で確認出来る。

【0017】

請求項５の発明で、自動走行作業車１が作業を終了すると管理者の持つ携帯端末４２に送られる画像で、圃場での作業完成状態を確認出来る。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の実施例の作業機管理システムの全体説明図である。

【図2】本発明の実施例の作業機管理システムの機能ブロック図である。

【図3】トラクタとドローンとの相対位置の説明図である。

【図4】圃場内のトラクタとドローンの平面図である。

【図5】コントローラのタッチパネル表示画像の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

図１は本発明の実施例の作業機管理システムの全体説明図である。以下、図面に基づき、本発明の好ましい実施の形態について説明する。なお、各図において、発明の説明に不要な部材は適宜図示や説明を省略している。また、本明細書では作業車両の前進方向を向いて左右方向をそれぞれ左、右と言い、前進方向を前、後退方向を後と言うことにする。

【0020】

図１において、作業車両の管理システムＳは、自動走行作業車の一例として、農業機械のトラクタ１を示す。トラクタ１は、機体の前後部に前輪２，２と後輪３，３とを備え、機体前部のエンジンルーム４内に搭載したエンジンＥの回転動力をトランスミッションケース５内の変速装置によって適宜減速して、これら前輪２，２と後輪３，３に伝えるように構成している。前記エンジンルーム４はボンネット６で覆う構成である。また、機体後部にロータリなどの作業機２００を装着し、ＰＴＯ軸（図示せず）で作業機を駆動する構成としている。

【0021】

機体の上部には、キャビン７が支持されている。キャビン７の内部では、トランスミッションケース５の上部位置に運転座席８が配置され、この運転座席８の前方には、ステアリングハンドル１１や、駐車ブレーキ（図示せず）や作業機の回転速度を変更するＰＴＯ変速レバー（図示せず）等を配置して構成されている。また、運転座席８の前方には、速度メータ（図示せず）や、操作用の各種スイッチ（図示せず）、外部との通信用の通信ユニット（図示せず）などが配置されている。運転座席８の前方下部には、クラッチペダル１２や、アクセルペダル１３などが配置されている。

【0022】

キャビン７のルーフ７ａ上面には、車両位置情報を取得する、測位衛星から信号を受信して測位を行う衛星測位装置（ＧＰＳユニット）２１が配置されている。

【0023】

作業車両の制御システムＳは、無人航空機の一例としてのドローン３１を有する。実施例のドローン３１は、制御部（図示せず）や、バッテリ（図示せず）、通信ユニット（図示せず）等が備えられた本体部３２を有する。本体部３２には、無人航空機位置情報を取得する測位装置の一例として、測位衛星から信号を受信して測位を行うＧＰＳユニット３３が支持されている。前記本体部３２には、本体部から水平方向外側に向かって延びるアーム部３４が支持されている。

【0024】

アーム部３４の先端には、駆動源（図示せず）が配置されており、上下方向に延びる駆動軸には、回転翼３６が支持されている。実施例では、アーム部３４が十字方向に延びて、各アーム部３４の先端には各回転翼３６が支持されている。すなわち、実施例のドローン３１は、いわゆる、クアドコプターとして構成されている。

【0025】

本体部３２の下部には、撮像部材の一例としてのドローン３１の下方を撮像するカメラ５１が垂直軸周りに回動する第１カメラモータＭ５と水平軸周りに回動する第２カメラモータＭ６による回転自由度のジンバル機構を有するカメラステー６２により支持されている。また、本体部３２の下部には、下方との距離Ｈを測定する高度センサの一例としてのレーダ３８が支持されている。

【0026】

作業車両の制御システムＳは、端末装置の一例としてのコントローラとして携帯端末４２を有する。携帯端末４２は、制御部（図示せず）や、通信ユニット（図示せず）を有する。また、携帯端末４２は、表示部の一例であり、入力部の一例としてのタッチパネル４３を有する。タッチパネル４３には、前記ドローン３１のカメラ５１のカメラ映像等が表示される。タブレット端末部４２に対して左右には、操作部の一例としてのジョイスティック４４，４６が支持されている。左右のジョイスティック４４，４６が操作されることで、前記ドローン３１を作業者が遠隔操作可能に構成されている。

【0027】

図２は本発明の実施例の作業車両の制御システムが有する機能ブロック図の説明図である。図２において、実施例の作業車両の制御システムＳは、ドローンの制御部ＣＡ、コントローラの制御部ＣＢ、トラクタの位置情報処理制御部ＣＣ、トラクタの車両制御部ＣＤを有する。各制御部ＣＡ～ＣＤは、外部との信号の入出力等を行う入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）、必要な処理を行うためのプログラムおよび情報等が記憶されたＲＯＭ（リードオンリーメモリ）、必要なデータを一時的に記憶するためのＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ等に記憶されたプログラムに応じた処理を行うＣＰＵ（中央演算処理装置）、ならびに発振器等を有する小型情報処理装置、いわゆる、マイクロコンピュータにより構成されており、前記ＲＯＭやＲＡＭ、不揮発性メモリ等の記憶部材に記憶されたプログラムを実行することにより種々の機能を実現することができる。

【0028】

ここで、実施例のトラクタ１において、位置情報処理制御部ＣＣと、車両制御部ＣＤとは、いわゆる、ＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）で構成されており、通信回線としてのＣＡＮ（ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）で接続されている。ＣＡＮには、外部メモリＭｅが接続されており、トラクタ１の制御部ＣＣ，ＣＤが、外部メモリＭｅに対して互いにアクセス可能に構成されている。

【0029】

図２において、ドローンの制御部ＣＡには、ＧＰＳユニット３３や、カメラ５１、下方距離測定用のレーダ３８、飛行状態センサＳＮ１、通信ユニット（図示せず）などの出力信号が入力されている。

【0030】

ここで、実施例の飛行状態センサＳＮ１は、いわゆる、６軸ジャイロセンサにより構成されている。飛行状態センサＳＮ１は、ドローン３１に固定された３軸直交方向について、各軸方向の加速度と、各軸周りの角速度とを検出して、ドローン３１の加速度や姿勢状態などの飛行状態を検出する。

【0031】

実施例では、ドローンの姿勢状態は、角速度の時間積分により重力方向に対する各軸の回転角度として検出可能である。すなわち、重力方向（重力加速度方向）を基準とする各軸周りの回転角度により、ドローン３１の姿勢状態を検出することが可能である。なお、実施例では、６軸ジャイロセンサの構成を例示するが、加速度を検出するセンサと角速度を検出するセンサを、別々に設ける構成も可能である。また、制御部ＣＡは、回転翼３６のモータＭ１～Ｍ４の制御信号や、通信ユニットの制御信号などを出力している。

【0032】

図２において、位置情報処理制御部ＣＣは、ＧＰＳユニット２１や、通信ユニット（図示せず）などの出力信号が入力されている。また、位置情報処理制御部ＣＣは、通信ユニットの制御信号などを出力している。

【0033】

図２において、位置情報処理制御部ＣＣは、前記信号出力要素からの出力信号に応じた処理を実行して、前記制御要素に制御信号を出力する機能を有しており、携帯端末４２に記憶されている圃場情報や、作業工程の情報を取得して、外部メモリＭｅに記憶させる。
車両制御部ＣＤは、車速センサＳＮ１１から車速情報、ハンドル切れ角センサＳＮ１２から前輪２，２の操舵角情報、変速センサＳＮ１３から変速段情報、ＰＴＯ回転数センサＳＮ１４からＰＴＯ回転情報が入力されている。また車両制御部ＣＤは、エンジンＥや、ステアリングモータＭ１１、変速装置ＨＳ、ブレーキシリンダＢＳ、機体の前方を写すカメラ３９，その他の図示しない制御要素に接続されている。

【0034】

位置情報処理制御部ＣＣと車両制御部ＣＤは有線接続により情報通信を行い、ドローン制御部ＣＡ、コントローラ制御部ＣＢ、車両制御部ＣＤはそれぞれドローン通信ユニットＡＵ、コントローラ通信ユニットＢＵ、車両通信ユニットＤＵを有しており、相互に無線通信を行う。車両制御部ＣＤは車両認識手段の一例としての車両識別情報ＩＤを有しており、これをドローン制御部ＣＡとコントローラ制御部ＣＢが受信して撮影対象車両を認識できる。

【0035】

トラクタの車両制御部ＣＤからドローンの制御部ＣＡに対して必要に応じて呼び寄せ信号が出され、離れた位置にいるドローン３１がトラクタ１の上空に飛来して到着信号を送って、周囲を撮影して携帯端末４２に送信する。

【0036】

呼び寄せ信号は、トラクタ１が圃場の出入り口に差掛かった時や、トラクタ１に人が近づいた時や、トラクタ１が狭い場所を移動したり農道を走行したりする時や、地震や近くで火災が発生した時や、トラクタ１の燃料が減少したりオイル漏れや燃料漏れやバッテリの電圧低下時や、トラクタ１が水場に接近したりイノシシ等の障害物が接近したりした時や、エンジンＥがエンストした時や機体に異音が生じた時に発信してドローン３１を呼び寄せる。

【0037】

さらに、トラクタ１に搭載のカメラ３９が泥の付着や霧の発生によって視界が悪くなった時にもドローン３１を呼び寄せる。また、トラクタ１が圃場の周囲を走行する場合もドローン３１を呼び寄せる。トラクタ１が圃場での作業を終了すると、ドローン３１が圃場全体を映して携帯端末４２に映像を送る。

【0038】

また、車速センサＳＮ１１が測定する駆動車速と自動走行作業車１の衛星測位装置２１が演算する実移動速度に差が生じるとスリップが生じているので、ドローン３１を呼び寄せる。それ以外に、複数のトラクタ１を定期的に周回して監視することも良い。

【0039】

図３はトラクタとドローンとの相対位置の説明図である。トラクタ１とドローン３１との相対位置は車両位置情報の一例としてのトラクタ位置情報と無人航空機位置情報の一例としてのドローン位置情報、及びドローン３１のレーダ３８の検出値から算出される。
トラクタ１を基準としたドローン３１の横方向相対位置ｄｘはトラクタ１のＧＰＳユニット２１を中心としてトラクタ１の右方向を正とした値で算出される。前後方向相対位置ｄｙはトラクタ１の後方向を正とした値で算出される。上下方向相対位置ｄｚはドローン３１のレーダ３８により得られる地面との距離Ｈ（図１参照）が適用される。

【0040】

ドローン３１のヨー角に関するカメラモータＭ５は前後方向相対位置ｄｙと横方向相対位置ｄｘの比から求められる角度ａ１に基づいて制御され、ピッチ角に関するカメラモータＭ６は上下方向相対位置ｄｚと前後方向相対位置ｄｙから求められる角度ａ２に基づいて制御されて常にトラクタ１を撮影するようにカメラ５１の向きが調整される。

【0041】

これにより、手動操作の必要なく携帯端末４２のタッチパネル４３には常にトラクタ１が表示されるため、管理者は簡単にトラクタ１の周辺状況を確認することができる。
図４は圃場を走行するトラクタとドローンの平面図である。トラクタ１は圃場Ｆ内にあらかじめ定められた予定走行経路Ｒに沿って自律運転を行う。携帯端末４２でドローン３１の飛行位置が設定されると、コントローラ制御部ＣＢに予め記憶されている複数の相対位置の中から対応する横方向相対位置ｄｘ、前後方向相対位置ｄｙ、上下方向相対位置ｄｚの組み合わせが目標値としてドローン制御部ＣＡに送信され、ドローン制御部ＣＡは受信した目標値に合致するようにドローン３１を制御する。

【0042】

例えば、トラクタ１の後方位置Ｐ１が指定された場合は、横方向相対位置ｄｘが０、前後方向相対位置ｄｙが正の所定値（例えば、５ｍ）、上下方向相対位置ｄｚも正の所定値（例えば、７ｍ）が指示される。前方位置Ｐ４の場合は横方向相対位置ｄｘ、上下方向相対位置ｄｚは後方位置Ｐ１と同様の値で、前後方向相対位置ｄｙだけ負の所定値（例えば、－５ｍ）となる。

【0043】

右側方位置Ｐ２や左側方位置Ｐ３が指定された場合、前後方向相対位置ｄｙが０となり、横方向相対位置ｄｘが所定値を取り、上下方向相対位置ｄｚはキャビン７のルーフ７ａよりも低い位置（例えば、２ｍ）が指示され、トラクタ１を真横から撮影できる位置を飛行する。

【0044】

複数のトラクタ１を見渡せる上空に待機するか所定位置に停止して待機するドローン３１は、トラクタ１の車両制御部ＣＤからの呼び寄せ信号で上空に飛来して、機体周囲の風景や機体の拡大映像を写して、タブレット端末部４２に送信する。

【0045】

図５はコントローラのタッチパネル表示画像の説明図である。タッチパネル４３にはドローン３１のカメラ５１で撮影される撮影映像４３ａが表示される。コントローラ制御部ＣＢは、タッチパネル４３にドローン制御部ＣＡから受信したカメラ５１の撮影映像４３ａを表示するとともに、撮影対象車両の車両制御部ＣＤから受信した車速情報５１’、ＰＴＯ回転情報５２、変速段情報５３を含む車両情報５０を撮影画像４３ａに重ねて表示する。

【0046】

これにより、タッチパネル４３に作業車両１の周辺の状況を目視確認できる撮影映像４３ａと同時に、映像からだけでは把握することが困難な車速情報、ＰＴＯ回転情報、変速情報を表示できるため、作業車両の周辺の状況を目視しながら車両に関する情報を同時に取得可能となる。

【0047】

また、タッチパネル４３には撮影画像４３ａに重ねて飛行位置設定手段の一例としてのドローン位置ボタン６３が表示される。ドローン位置ボタン６３は現在選択されている位置が色反転して表示され、他のボタンがタッチ操作されると、操作されたボタンに対応する横方向相対位置ｄｘ、前後方向相対位置ｄｙ、上下方向相対位置ｄｚの組み合わせが目標値としてドローン制御部ＣＡに送信される。

【0048】

上記実施例に係る作業車両の管理システムによれば、作業車両の周辺の状況をさまざまな方向から簡単に確認することが可能となる。

【符号の説明】

【0049】

１ 自動走行作業車（トラクタ）
ＳＮ１１ 車速センサ
２１ 衛星測位装置
３１ 無人航空機（ドローン）
４２ 携帯端末

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】