JP2022517552A - 高速田植機の自動操向システム及び自動操向方法 - Google Patents

Abstract

高速田植機の自動操向システム１００および自動操向方法を提供する。前記自動操向システム１００は、高速田植機に適用されるものであり、前記高速田植機の周辺の走行環境情報を取得する環境情報取得モジュール１１０と、前記高速田植機の現在の走行状態と前記走行環境情報とに応じて、前記高速田植機に実行されるべき操作変化を解析して操向制御情報を形成する制御モジュール１２０と、前記操向制御情報に基づいて対応する位置まで操向するように前記高速田植機の操向車輪２００を駆動して自動操向を実現する操向装置１４０と、を備える。

Description

本発明は、高速田植機の分野に関し、更に詳しくは、高速田植機の自動操向システム及び自動操向方法に関し、高速田植機の自動操向を実現し、作業効率を向上させる。

中国産業研究網が発行した２０１８－２０２５年世界および中国の水稲田植機業界の現状研究分析および進展傾向予測報告では、水稲は、中国の栽培面積が最大で、単独生産と総収量が最も高い食糧作物であり、水稲の生産を確保し、食糧生産の回復と発展の目標に大きな影響を与えると考えられる。水稲の生産機械化に力を入れて発展させ、効果的に農作業時期に間に合わせ、自然災害の影響を防ぎ、栽培面積の確保と拡大を図ることで、水稲の生産量を高め、生産コストを節約できる。水稲の主要産地の生産機械化を推進し、水稲生産の科学技術応用を強化し、生産コストの節約の増効と災害救援の減災能力を増強することは、水稲の生産能力の建設を強化し、食糧生産の重要な物質基礎と技術手段を回復し、発展させることである。

現在、中国の市場の田植機の製品は、主に、歩行型田植機と乗り物田植機に分けられている。操作時、歩行型田植機は、オペレータが田植機を手で支えて、田植機に追従して前進する。一方、乗り物田植機は、オペレータが田植機に着座し、田植機のハンドルを制御して田植機の方向を操作する必要がある。つまり、現在の田植機製品は、まだ完全に人力の解放と完全な機械化が行われておらず、田植機の操作はまだオペレータによっても実行する必要がある。また、オペレータは、専門的な学習や訓練によって田植機の操作を完全に熟知することが必要である。

これは、農作業時期に間に合わせて、栽培面積を拡大し、生産コストを節約するのに不利である。一方、農繁期には、大面積の水稲田を栽培する必要があるが、オペレータの精力は限定的であり、一部の水田は適時に耕作できず、水稲の生産量には不利である。一方、栽培面積の拡大に伴い、オペレータの時間や人力コストが増加し、作動圧力が益々大きくなり、効率をさらに向上できない。精算農業と知的農業の提出と絶え間ない発展に従って、自動ナビゲーションや無人運転が農業機械の基本機能の一つとなり、作業者の労働強度を軽減すると共に、農地作業の精度を大幅に向上させる。一方、自動操向は、自動ナビゲーションの農業機械のバックアップ機能の一つであり、自動ナビゲーション装置からの操向制御指令をリアルタイムで受け付け、農業機械の操向輪が所望の角度まで回転することを保証することができる。

また、実際の作業において、植付部を保護するために、従来の田植機は、カーブする時に植付部を持ち上げる必要があり、そうでなければ植付部の連結構造を損なうことになる。従来の田植機は、昇降レバーを手動で制御する必要があり、植付部の昇降を実現する。つまり、無人運転の農業機は、自動操向の実現に加えて、自動操向と植付部との連携も考慮して全面なインテリジェント農機を実現する必要がある。

本発明の目的は、高速田植機の自動操向を実現し、人工的な操作を必要とせず、人力の解放、効率の向上、スマート化を図る高速田植機の自動操向システム及び自動操向方法を提供することである。

本発明の他の目的は、高速田植機の自動操向システム及び自動操向方法を提供することであり、高速田植機の自動操向システムは、路況や農地状態等に応じて、高速田植機のための経路を計画し、高速田植機の操向を自動的に制御するために条件を提供する。

本発明の他の目的は、高速田植機の自動操向システム及び自動操向方法を提供することであり、高速田植機の自動操向システムは、路況や農地状態等に応じて、高速田植機の操向要否をリアルタイムで判断し、計画経路を更新し、スマート運転や操作を実現する。

本発明の他の目的は、高速田植機の自動操向システム及び自動操向方法を提供することであり、高速田植機の自動操向システムは、高速田植機の現在方向と現在回動角度とを検出し、前記路況又は農地状況に応じて、必要な回動方向と回動角度とを解析することで、高速田植機の走行方向の自動操向を実現する。

本発明の他の目的は、高速田植機の自動操向システム及び自動操向方法を提供することであり、高速田植機の自動操向システムは、高速田植機の操向と植付部の昇降とを合わせて制御することができ、高速田植機の操向操作による前記植付部の損傷を回避する。

本発明の他の目的は、高速田植機の自動操向システム及び自動操向方法を提供することであり、高速田植機の自動操向システムは、高速田植機の操向を制御するとともに、植付部の上昇を制御し、高速田植機の操向操作による前記植付部の損傷を回避する。

本発明の他の目的は、高速田植機の自動操向システム及び自動操向方法を提供することであり、高速田植機が操向することが必要になると、高速田植機自動操向システムは、植付部の上昇を自動的に制御し、高速田植機の操向を自動的に制御し、高速田植機の操向操作による前記植付部の構成を損なうことを回避する。

本発明の他の目的は、高速田植機の自動操向システム及び自動操向方法を提供し、高速田植機の操向操作が完了すると、作業を継続するように植付部の下降を自動的に制御し、昇降レバーを手動で制御することなく、人力を解放し、効率を向上させる。

以上の少なくとも１つの目的を達成するために、本発明の一形態によれば、高速田植機に適用される自動操舵システムをさらに提供し、前記自動操舵システムは、
前記高速田植機の周辺の走行環境情報を取得する環境情報取得モジュールと、
前記高速田植機の現在の走行状態と前記走行環境情報とに応じて、前記高速田植機に実行されるべき操作変化を解析して操向制御情報を形成する制御モジュールと、
前記操向制御情報に基づいて対応する位置まで操向するように前記高速田植機の操向車輪を駆動する操向装置と、を備える。

本発明の一つの実施形態によれば、前記高速田植機の現在の走行状態を計測及びフィードバックするセンサ装置を更に備え、前記制御モジュールは、現在の走行状態と前記走行環境情報とに応じて前記操向制御情報を形成する。

本発明の一つの実施形態によれば、前記センサ装置は、前記高速田植機の現在の方向状態を計測する操向センサを備え、前記制御モジュールは、現在の方向状態に応じて、前記方向装置に必要な角度変化を解析して前記操向制御情報を形成する。

本発明の一つの実施形態によれば、前記センサ装置は、前記高速田植機の現在の舵角状態を計測する舵角センサを有し、前記制御モジュールは、現在の舵角状態に応じて、前記方向装置に必要な角度変化を解析して前記操向制御情報を形成する。

本発明の一つの実施形態によれば、前記操向装置は、操向モータと、減速機構と、操向レバーとを備え、前記操向モータは、前記制御モジュールに通信接続され、前記操向制御情報に応じて前記減速機構を駆動し、前記減速機構は、前記操向レバーに動力を伝達して、前記高速田植機の操向車輪を操向させる。

本発明の一つの実施形態によれば、前記減速機構は、駆動輪と、従動輪と、中間歯車と、を備え、前記駆動輪は、前記操向モータに駆動可能に結合され、前記従動輪は、前記操向レバーに固定され、前記操向レバーを駆動し、前記中間歯車は、変速比を大きくするために前記駆動輪と前記従動輪とを連結する。

本発明の一つの実施形態によれば、前記操向装置は、操向車輪を操向させる油圧サーボステアリング装置を更に備え、前記油圧サーボステアリング装置は、操向レバーに駆動可能に結合されており、前記油圧サーボステアリング装置は、前記操向レバーから前記高速田植機の操向車輪へ動力を伝達し、前記操向車輪を駆動して対応する操向を行う。

本発明の一つの実施形態によれば、前記制御モジュールは、方向制御モジュールを備え、前記方向制御モジュールは、前記走行環境情報に基づいて、前記方向装置に必要な方向変化を判定して前記操向制御情報を形成する。

本発明の一つの実施形態によれば、前記制御モジュールは、舵角制御モジュールを備え、前記舵角制御モジュールは、前記走行環境情報に基づいて、前記方向装置に必要な方向変化角度を判定して前記操向制御情報を形成する。

本発明の一つの実施形態によれば、前記制御モジュールは、植付部制御モジュールを備え、前記制御モジュールは、前記操向制御情報と現在の走行状態とに応じて、前記高速田植機の次の走行状態を解析し、前記植付部制御モジュールは、現在の走行状態と次の走行状態とに応じて、植付部昇降制御情報を形成する。

本発明の一つの実施形態によれば、前記自動操向システムは、前記植付部昇降制御情報に基づいて、前記高速田植機の植付部の昇降を制御する植付部昇降装置をさらに備え、前記植付部昇降装置は、現在の走行状態と次の走行状態とに応じて、前記高速田植機がカーブ傾向にあると判断されたとき、前記植付部昇降制御情報に基づいて、安全カーブ角度範囲内で前記植付部が上昇状態となるように前記植付部を制御する。

本発明の一つの実施形態によれば、現在の走行状態と次の走行状態とに応じて、前記高速田植機が正常に戻る傾向にあると判断されると、前記植付部昇降装置は、前記植付部昇降制御情報に応じて、安全カーブ角度範囲内で前記植付部が下降状態となるように前記植付部を制御する。

本発明の一つの実施形態によれば、前記植付部昇降装置は、前記植付部昇降制御情報に応じて前記植付部が対応する状態に操作された後、前記操向装置は、前記操向制御情報に応じて対応する位置まで操向するように前記操向車輪を駆動する。

本発明の一つの実施形態によれば、前記操向装置は、前記操向制御情報に応じて前記操向車輪を駆動して操向させる過程に、前記操向車輪が所定の角度まで駆動した場合に、前記植付部昇降装置は、前記植付部昇降制御情報に基づいて前記植付部を操作する。

本発明の一つの実施形態によれば、前記植付部昇降装置は、昇降モータと、油圧制御リンクと、油圧昇降装置と、を備え、前記昇降モータは、前記植付部昇降制御情報に応じて前記油圧制御リンクを引いて制御し、前記油圧制御リンクは、前記油圧昇降装置を対応的に操作することで、前記植付部に作用して上昇又は下降させる。

本発明の一つの実施形態によれば、高速田植機に適用される自動操向方法において、
高速田植機の現在の走行状態と走行環境情報とに基づいて、前記高速田植機に必要な走行状態の変化を解析して操向制御情報を形成するステップ（ａ）と、
前記操向制御情報に応じて、前記高速田植機を駆動して操向させるステップ（ｂ）と、を備える。

本発明の一つの実施形態によれば、前記ステップ（ａ）の前に、さらに、
前記高速田植機の周辺の環境を検出して前記走行環境情報を形成するステップと、
前記高速田植機の現在の走行状態を取得するステップを備える。

前記ステップ（ａ）は、
現在の走行状態と前記走行環境情報とに応じて、必要な走行方向の変化を解析するステップ（ａ．１）と、
現在の走行状態と前記走行環境情報とに応じて、必要な走行方向の変化角度を解析するステップ（ａ．２）と、をさらに含む。

本発明の一つの実施形態によれば、自動操向方法は、
現在の走行状態と前記走行環境情報とに基づいて、前記高速田植機の次の走行状態を予測するステップ（ｃ）と、
現在の走行状態と次の走行状態に応じて、植付部昇降制御情報を形成するステップ（ｄ）と、をさらに備える。

本発明の一つの実施形態によれば、前記ステップ（ｄ）は、
現在の走行状態と次の走行状態に応じて、前記高速田植機がカーブ傾向にあると、植付部上昇制御情報を形成するステップ（ｄ．１）と、
現在の走行状態と次の走行状態に応じて、前記高速田植機が正常に戻る傾向にあると、植付部下降制御情報を形成するステップ（ｄ．２）と、をさらに備える。

本発明の一つの実施形態によれば、前記ステップ（ｂ）は、前記植付部昇降制御情報に基づいて植付部を操作して対応する状態とした後、前記操向制御情報に基づいて対応する位置まで操向するように操向車輪を駆動するステップを備える。

本発明の一つの実施形態によれば、前記ステップ（ｂ）は、前記高速田植機が駆動されて所定角度まで操向すると、前記植付部昇降制御情報に基づいて植付部を操作する。

本発明の高速田植機の自動操向システムが適用される高速田植機の模式図である。 本発明の実施形態に係る高速田植機の自動操向方法のフローチャートである。 本発明の実施形態に係る高速田植機の自動操向システムの構成ブロック図である。 本発明の実施形態に係る高速田植機の自動操向システムの適用模式図である。 本発明の実施形態に係る高速田植機の自動操向システムの適用模式図である。 本発明の実施形態の高速田植機の自動操向システムに係る操向装置の爆発図である。 本発明の実施形態に係る高速田植機の自動操向システムの操向装置の部分模式図である。 本発明の実施形態の高速田植機の自動操向システムの植付部昇降装置の模式図である。 本発明の実施形態に係る高速田植機の自動操向システムによる自動操向手順を実現する模式図である。 本発明の実施形態に係る高速田植機の自動操向システムによる別の自動操向手順を実現する模式図である。

以下、本発明を開示して、当業者が本発明を実現できるようにすることについて記載する。以下の記載において、好ましい実施形態はあくまで例示であって、当業者は他の自明な変形を想到し得るものである。以下の記載において規定された本発明の基本原理は、他の実施形態、変形の形態、改良の形態、均等の形態、本発明の精神と範囲を乖離しない他の態様に適用することができる。

当業者は、本発明の開示において、用語「縦」、「横」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「鉛直」、「水平」、「頂」、「底」、「内」、「外」等の用語が示す方位または位置関係は、図面に示す方位や位置関係に基づくものであると理解すべきである。これは、本発明の説明や説明の簡略化のためだけであり、指す装置や素子が、必ずしも特定の方位を有すること、特定の方位での構造や操作を有していることを指示又は示唆するものではないため、上記の用語は、本発明に対する制限として理解できない。

なお、「一」という用語は「少なくとも１つ」又は「一又は複数」と理解されるべきであり、つまり、ある実施形態では、１つの素子の数は１つでもよいが、他の実施形態では、その素子の数は複数でもよく、「一」という用語は、数の制限として理解できない。

図１～図８を参照して、本発明の好適な実施形態に係る高速田植機の自動操向システム及び自動操向方法について説明する。高速田植機の自動操向システム１００は、高速田植機に適用され、高速田植機の自動操向を実現する。高速田植機自動操向方法は、本発明の目的及び優位化を図るために、高速田植機の自動操向システム１００に適用することができる。図２に示すように、本発明の高速田植機の自動操向方法のフローチャートについて述べる。

ステップ２１０について、高速田植機の周辺の環境を検出して走行環境情報を形成する。

具体的には、深度撮像、２次元撮像、赤外センシングなどの技術を用いて、走行環境情報の収集を行うことができるが、本発明は限定されない。例えば、深度撮像技術を用いて、各深度の撮像モジュールを高速田植機の前後左右にそれぞれ取り付け、高速田植機の周辺環境を深度撮像し、得られた深度撮像映像をフィードバックする。走行環境情報は、高速田植機の周辺の道路状況情報、又は、農地にいる時の農地状況情報等であり、例えば、高速田植機の周側が河川、畝、深いピット、傾斜があるか否か、又は、農地で作業時に、高速田植機の曲がり側に苗があるかなどがある。

ステップ２２０において、高速田植機の現在の走行状態を取得する。

角度センサと方向センサとによって、高速田植機の現在の方向状態と現在の角度状態とを取得することができる。具体的には、角度センサは、操向車輪に取り付けられ、又は、高速田植機の操向軸に取り付けられ、車輪又は操向軸の角度に応じて現在の高速田植機の現在の角度状態を取得してもよい。角度センサは、高速田植機の操向軸等の位置に取り付けられ、高速田植機の現在の方向状態を取得してもよい。例えば、高速田植機は、現在の状態が直進であるならば、ハンドル又は操向軸の現在の状態が予め設定された直進位置である。すなわち、現在の高速田植機は、操向されておらず、操向角度が０である。

ステップ２３０において、現在の走行状態と走行環境情報とに基づいて、必要な走行の状態変化を解析して操向制御情報を形成する。

具体的には、サーバ、コンピュータ、ＣＰＵ等の分析データを処理する機能を有する装置を用いて、走行環境情報を処理および分析し、高速田植機の走行ルートを計画してもよい。高速田植機の走行の手順をまとめると、走行環境情報は、リアルタイムで送信を更新し、すなわち深度撮像モジュールなどでリアルタイムに周辺環境を監視しフィードバックしてもよい。リアルタイムの走行環境情報に応じて、時々刻々と正確な操向操作がなされるように、操向制御情報がリアルタイムに更新される。

さらに、ステップ２３０は、以下のステップを含んでもよい。

（ａ）現在の走行状態と走行環境情報に基づいて、必要な走行方向の変化を解析する。

（ｂ）現在の走行状態と走行環境情報に基づいて、必要な走行方向変化角度を解析する。

操向制御情報には、方向変化制御情報および変化角度制御情報に限られるものではなく、例えば、直進を継続するか否か、カーブしているか否か、坂道走行であるか否か、左折及び右折のいずれかのカーブ角度であるかなどである。ステップ（ａ）とステップ（ｂ）との順番は一定ではなく、同時に実行してもよいし、ステップ（ａ）を先に実行してステップ（ｂ）を実行し、または、ステップ（ｂ）を先に実行してステップ（ａ）を実行してもよい。

例えば、高速田植機は、現在の状態が直進であるならば、現在の状態が予め設定された直進位置であり、すなわち、現在の高速田植機が０度で操向しておらず、操向角度が０である。走行環境情報に応じて、高速田植機は、６０度の角度で右折する必要があると、現在の走行状態に基づいて、操向制御情報は、高速田植機を操作して６０度実行されるべき位置に右折することを示す。

あるいは、例えば、高速田植機は、現在の状態が６０度の角度で右折、すなわち、現在の高速田植機は、６０度で右折を実行する位置にある。走行環境情報に応じて、高速田植機の次の走行状態が５５度で右折であると、現在の走行状態位置に基づいて、操向制御情報は、高速田植機を操作して５５度で実行すべき位置に左折することである。

つまり、操向装置１４０は、操向制御情報に基づいて、現在の走行状態に基づいて変化量を操作することにより、高速田植機が必要とする次の走行状態に到達させてもよい。当業者であれば、次の再走行状態に対して、次の走行状態は、再走行状態の現在の走行状態であり、再走行状態は次の走行状態に基づいて操向制御情報を操作可能であることは理解できる。

ステップ２４０において、現在の走行状態と走行環境情報とに基づいて、高速田植機の次の走行状態を取得する。

ステップ２５０において、現在の走行状態と次の走行状態とに基づき、植付部昇降制御情報を形成する。

従来の高速田植機の構成に基づいて、カーブ操作時に安全カーブ角度範囲内で植付部を持ち上げる必要があり、そうでないと植付部の連結構造を損なう。従って、操向制御情報に基づいて、高速田植機は、次の走行状態であることを分析でき、次の走行状態における高速田植機のカーブ及びカーブ角度等に基づいて、植付部の上昇又は下降の操作が必要か否かを判断する。

例えば、高速田植機の構成は、植付部が左折又は２０度でカーブする前まで上昇する（即ち、高速田植機の安全カーブ角度範囲が左折又は２０度でカーブする範囲内である）必要があり、そうでないと植付部の連結構造を損なう。高速田植機の次の走行状態が３０度で右折すれば、カーブ操作が行われる前に植付部を持ち上げたり、カーブ動作中に２０度を超える前または予め設定された上げ角度（安全カーブ角度範囲内にある）で植付部を持ち上げたりする必要がある。あるいは、高速田植機の次の走行状態が直進、すなわちカーブ操作実行が完了し、苗植え作業を継続する必要があり、カーブ操作を実行した後、あるいはカーブ操作中であり、２０度でカーブ（走行中の予め設定した直進位置に対応する方向を基準に左右からずれる程度）となるまで、植付部を下降させる必要がある。

さらに、ステップ２５０は、以下のステップを含む。

（Ａ）現行の走行状態と次の走行状態とに応じて、高速田植機がカーブ傾向であれば、植付部上昇制御情報が形成される。

（Ｂ）現在の走行状態と次の走行状態とに応じて、高速田植機が正常に戻る傾向にあれば、植付部下降制御情報が形成される。

すなわち、植付部昇降制御情報には、上昇の有無、下降の有無、上昇タイミング、又は下降タイミング等が制限されないものが、含まれる。高速田植機がカーブ傾向とは、高速田植機の次の走行状態が予め設定された直進位置から外れる方向へ向かうことであり、高速田植機が正常に戻る傾向であれば、高速田植機の次の走行状態が予め設定された直進位置に近づく方向に向かうことである。

さらに、ステップ（Ａ）では、高速田植機は、カーブ傾向にあり、そのカーブ角度及び幅が大きくなる傾向にあり、植付部を上昇させて破損を回避する必要がある。そして、高速田植機の次の走行状態に応じて、現在の走行状態と比較して、高速田植機がカーブ傾向にあるか否かを判断することができる。そして、次の走行状態に応じて、植付部の上昇の要否を判断することも可能である。例えば、現在の走行状態では、植付部が既に上昇しており、次の走行状態が高速田植機がカーブ傾向にあることを示せば、植付部は現在の状態のみを維持する必要がある。現在の走行状態において、植付部は上昇していなければ、次の走行状態が高速田植機がカーブ傾向にあることを示せば、植付部は上昇操作を行われる必要がある。

さらに、ステップ（Ｂ）では、高速田植機は、正常に戻る傾向にあり、そのカーブ角度及び幅が小さくなる傾向にあり、即ち、カーブ操作が完了する直前に、植付部を下降させて、苗植え作業を継続して実行してもよい。（Ａ）のステップと同様、例えば、現在の走行状態では、植付部が上昇しており、次の走行状態は、高速田植機が正常に戻る傾向にあることを示すと、植付部は下降操作が行われる必要がある。現在の走行状態において、植付部は上昇していなければ、次の走行状態が高速田植機が正常に戻る傾向にあることを示すと、植付部は現在の状態のみを維持する必要がある。

ステップ２６０において、植付部昇降制御情報に基づいて、安全カーブ角度範囲内で植付部が昇降するように制御する。

植付部の連結構造が異なり、高速田植機の安全カーブ角度も異なる。しかし、植付部昇降制御情報によれば、安全カーブ角度範囲内で植付部が昇降するように制御し、植付部の連結構造の破損を回避することができる。

具体的には、ステップ２６０において、高速田植機の植付部自動昇降装置によって実現してもよい。昇降モータは、植付部昇降制御情報に基づいて油圧制御リンクを制御する。油圧制御リンクは、油圧昇降装置に接続されて植付部を制御して自動的に昇降する。本発明の高速田植機自動操向方法では、植付部自動昇降装置の具体的な構成は限定されず、ここで挙げたものは例示に過ぎない。

ステップ２７０において、操向制御情報に基づいて、高速田植機の操向を駆動する。

高速田植機の自動操向装置は、操向駆動を実現する。自動操向装置は、操向モータにより、操向制御情報に従って歯車減速機構を駆動し、回転速度を低下させて回転トルクを増加させることで、歯車減速機構は、ハンドル回転軸に動力を伝達してもよい。ハンドル回転軸は、対応する角度及び方向に操向車輪を回転させるように油圧サーボステアリング装置に動力を伝達する。本発明の高速田植機自動操向方法では、自動操向装置の具体的な構成は限定されず、ここで挙げたものは例示に過ぎない。

なお、ステップ２６０と前記ステップ２７０との順番は一定ではなく、ステップ２６０とステップ２７０を同時に実行したり、先にステップ２６０を実行してステップ２７０を実行してもよい。

本発明の他の態様によれば、図３～図８に示すように、本発明は、高速田植機に適用され、高速田植機の自動操向を実現する高速田植機の自動操向システム１００を、さらに提供する。

具体的には、高速田植機の自動操向システム１００は、環境情報取得モジュール１１０と、制御モジュール１２０と、を備え、環境情報取得モジュール１１０は、高速田植機の周辺の走行環境情報を検出し、制御モジュール１２０に伝達する。制御モジュール１２０は、走行環境情報に基づいて、高速田植機に必要な走行の状態変化を判定し、走行経路を計画し、カーブを実行して高速田植機を自動的にカーブさせる操向制御情報を形成する。

環境情報取得モジュール１１０は、デプス撮像、２次元撮像、赤外センシングなどの技術を用いて、走行環境情報を収集することを実現できる。例えば、環境情報取得モジュール１１０は、２次元撮像技術を用いて、各々の通常カメラを高速田植機の前後左右にそれぞれ取り付け、又は、天井側に取り付け、高速田植機の周辺環境を撮像し、得られた撮像映像を制御モジュール１２０に転送する。走行環境情報は、高速田植機の周辺の路面情報、又は、農地の中にいる時の農地状況情報等であり、例えば、高速田植機の周側が河川、畝、深いピット、傾斜があるか否か、又は、農地で作業時に、高速田植機の曲がり側に苗があるかなどがある。

制御モジュール１２０は、走行環境情報に基づいて、高速田植機に必要な走行の状態変化を解析して操向制御情報を形成する。制御モジュール１２０は、サーバ、コンピュータ、ＣＰＵ等、分析データを処理する機能を有する装置として実現されてもよい。具体的には、制御モジュール１２０は、走行環境情報に基づいて、高速田植機に必要な走行方向変化を判定する方向制御モジュール１２１を備える。すなわち、操向制御情報には、方向変化制御情報に限らず、例えば、直進を継続するか否か、カーブしているか否か、坂道走行であるか否か、などである。

例えば、高速田植機が農地で作業している場合には、環境情報取得モジュール１１０が収集した走行環境情報は、前方が農地畝である作業農地境界であることを示すと、方向制御モジュール１２１は、高速田植機がカーブ走行する必要があると判断する。一方、環境情報取得モジュール１１０が収集した走行環境情報は、高速田植機の右側が農地畝又は植え済み苗であり、左側が未作業農地であることを更に示すと、図４Ａに示すように、方向制御モジュール１２１は、高度田植機が左向きにカーブする必要があると判断して作業を継続する。

あるいは、別の局面では、環境情報取得モジュール１１０が収集した走行環境情報は、前方が畝で、左側が畝で、右側が植え済み苗であり、すなわち、この時、農地作業が終了することを示すと、方向制御モジュール１２１は、高速田植機が作業農地から離れる必要があると判断する。さらに、走行環境情報は、前方の畝の近傍には、道路が高速田植機の走行に足りる、又は、前方の畝に、高速田植機の走行に足りることを示すと、図４Ｂに示すように、方向制御モジュール１２１は、高度田植機が直進し、まっすぐに前方の畝を跨いで、後からの近くの道に曲がったり、まっすぐに畝に沿って走ったりすることを判断する。

さらに、制御モジュール１２０は、走行環境情報に基づいて、高速田植機に必要な走行方向変化角度を判断する舵角制御モジュール１２２を含む。つまり、操向制御情報は、異なる走行環境情報に応じて異なる。具体的には、操向角度制御情報には、左折や右折などの方向変化角度制御情報を含むが、これらに限定されない。

例えば、高速田植機が道路を走行し、道の先が曲がった道である。環境情報取得モジュール１１０が収集した走行環境情報は、曲がった道のカーブ方向およびカーブ角度を表示する。これにより、方向制御モジュール１２１は、カーブ方向を判定し、舵角制御モジュール１２２は、高速田植機に必要な走行カーブ角度を判定することで、操向制御情報を形成する。カーブ中に、走行環境情報が更新され、カーブ角度は、高速田植機の曲がった道の形式によって変化していくことがわかる。これに対応して、舵角制御モジュール１２２は、高速田植機のカーブ角度を走行中に曲がった道に合わせて変化させるように、操向制御情報を更新する。

あるいは、別の局面において、高速田植機は、農地で作業する。一列の苗の植え付けが完了すると、高速田植機は、他方の列を植え続けて作業を行うためにカーブする必要があり、このとき、舵角制御モジュール１２２は、田植機と畝のピッチ、機体幅、走行速度等に基づいて、高速田植機に必要なカーブ角度を解析できる。

さらに、高速田植機の自動操向システム１００は、センサ装置１３０を備える。センサ装置１３０は、高速田植機の現在の走行状態をフィードバックし、制御モジュール１２０は、現在の走行状態に基づいて、要求操作変化量を判定して操向制御情報を形成する。

センサ装置１３０は、ハンドルの操向レバー１４１に取り付けられる操向センサ１３１を備える。ハンドルが回転すると、これに伴って操向レバー１４１が回転することで、操向センサ１３１は、高速田植機の実行の回転方向（予め設定された直進位置に対応する方向に対する）を計測することができる。センサ装置１３０は、高速田植機の実行の操向角を測定する舵角センサ１３２を更に備える。舵角センサ１３２は、操向レバー１４１に取り付けられてもよく、高速田植機の操向車輪２００等に取り付けられて高速田植機の操向角度を計測するものであってもよい。

センサ装置１３０は、すなわち、舵角センサ１３２と操向センサ１３１とが、高速田植機の現在の状態を制御モジュール１２０にフィードバックする。舵角制御モジュール１２２及び方向制御モジュール１２１は、取得した高速田植機の現在の状態に基づき、走行環境情報に応じて、高速田植機の必要な方向及び角度変化を判断し、現在の状態は、現在の方向状態と現在の舵角状態とを含む。例えば、高速田植機は、現在の状態が直進であるならば、現在の状態が予め設定された直進位置、すなわち、現在の操向車輪２００とハンドルがともに操向しておらず、操向角度が０である。走行環境情報に応じて、高速田植機は、６０度の角度で右折する必要があると、現在の状態に基づいて、操向制御情報は、高速田植機を操作して６０度実行されるべき位置に右折することを示している。

あるいは、高速田植機は、現在の状態が６０度の角度で右折、すなわち、現在の操向車輪２００とハンドルとが、６０度まで右折する位置にある。走行環境情報に基づいて、高速田植機は、次の走行状態が５５度まで右折すると（予め設定された直進位置に対応する方向に対する）、現在の位置に基づいて、操向制御情報は、ハンドルと操向車輪２００を操作して５５度に対応する位置まで左折する位置にある。

つまり、操向制御情報に応じて、現在の状態操作に基づいて変化量を操作することにより、高速田植機で実行されるべき次の走行状態に到達することができる。当業者は、次の再走行状態に対して、次の走行状態は、再走行状態の現在の状態であり、再走行状態は、次の走行状態に基づいて操向制御情報を操作可能であることは理解できる。

センサ装置１３０は、高速田植機の操向車輪２００に直接取り付けられていてもよい、すなわち、操向車輪２００が前輪である例を挙げて、操向センサ１３１及び舵角センサ１３２は、前輪の回転方向及び舵角情報を計測し、制御モジュール１２０にフィードバックする。

さらに、高速田植機の自動操向システム１００は、操向装置１４０を備える。操向装置１４０は、操向制御情報に基づいて、高速田植機の操向車輪２００の操向を駆動する。具体的には、操向装置４０は、操向モータ１４２と、減速機構１４３と、操向レバー１４１とを備える。図５Ａに示すように、操向モータ１４２は、制御モジュール１２０と通信接続され、操向制御情報に基づいて、減速機構１４３を駆動し、操向レバー１４１の回転を制御することで、操向車輪２００の操向を駆動する。

減速機構１４３は、操向モータ１４２が駆動可能に接続されている。本発明の実施形態において、図５Ｂに示すように、減速機構１４３は、歯車減速機構であってもよく、駆動歯車１４３１と、中間歯車１４３２と、従動歯車１４３３とを備える。駆動歯車１４３１は、操向モータ１４２に駆動可能に結合され、例えば、駆動歯車１４３１は、操向モータ１４１の出力軸に駆動可能に接続され、駆動歯車１４３１は、操向モータ１４１が操向制御情報に応じて回転する場合に、駆動歯車１４３１は出力軸に伴って回転する。従動歯車１４３３は、操向レバー１４１に固定され、操向レバー１４１を駆動する。中間歯車１４３２は、変速比を大きくなるために駆動歯車１４３１と従動歯車１４３３とを連結している。

操向装置１４０は、操向車輪２００の操向を駆動するための油圧サーボステアリング装置１４４を備える。油圧サーボステアリング装置１４４は、操向レバー１４１に駆動可能に結合され、操向車輪２００を駆動可能に連結する。つまり、油圧サーボステアリング装置１４４は、操向レバー１４１から操向車輪２００に動力を伝達し、操向車輪２００を駆動して対応する操向を行う。

また、高速田植機の自動操向システム１００は、高速田植機の植付部３００の昇降を制御する植付部昇降装置１５０を備える。制御モジュール１２０は、植付部３００が昇降動作の要否を判断する植付部制御モジュール１２３を備える。

具体的には、制御モジュール１２０は、高速田植機の現在の走行状態及び走行制御情報に応じて、次の走行状態を解析することができ、植付部制御モジュール１２３は、高速田植機の現在の走行状態及び次の走行状態に応じて植付部昇降制御情報を形成する。

現在の田植機構造によれば、高速田植機は、カーブ操作を実行する際、安全カーブ角度範囲において、その植付部３００を引き上げる必要があり、そうでないと、植付部３００の連結構造を損なう。従って、操向制御情報に基づいて、高速田植機が次の走行状態にあると解析でき、次の走行状態において、高速田植機がカーブ及びカーブ角度等に応じて、植付部３００が上昇又は下降の操作が必要であるか否かを判断することができる。

具体的には、高速田植機がカーブ傾向にあり、そのカーブ角度及び幅が大きくなる傾向にあり、前記植付部３００を上昇させる必要があり、破損を回避する。そして、高速田植機の次の走行状態に応じて、現在の走行状態と比較して、高速田植機がカーブ傾向にあるか否かを判断することができる。そして、次の走行状態に応じて、植付部３００が上昇の要否を判断するようにしてもよい。例えば、現在の走行状態では、植付部３００が既に上昇しており、次の走行状態が高速田植機がカーブ傾向にあることを示せば、植付部３００は現在の状態のみを維持する必要がある。現在の走行状態において、植付部３００は上昇していなければ、次の走行状態が高速田植機がカーブ傾向にあることを示せば、植付部３００は上昇操作を行われる必要がある。

例示的に説明すると、高速田植機の構成は、植付部３００が左折又は２０度でカーブする前まで上昇する（即ち、高速田植機の安全カーブ角度範囲が左折又は２０度でカーブする範囲内である）必要があり、そうでないと植付部の連結構造を損なう。図７に示すように、高速田植機の次の走行状態が３０度で右折すれば、カーブ操作が行われる前に植付部３００を持ち上げたり、図８に示すように、カーブ動作中に２０度を超える前または予め設定された上げ角度（安全カーブ角度範囲内にある）で植付部を持ち上げたりする必要がある。

あるいは、高速田植機は、正常に戻る傾向にあり、そのカーブ角度及び幅が小さくなる傾向にあり、即ち、カーブ操作が完了する直前に、植付部３００を下降させて、苗植え作業を継続して実行してもよく、図７および図８に示す。例えば、現在の走行状態では、植付部３００が上昇しており、次の走行状態は、高速田植機が正常に戻る傾向にあることを示すと、植付部３００は下降操作が行われる必要がある。現在の走行状態において、植付部３００は上昇していなければ、次の走行状態は、高速田植機が正常に戻る傾向にあることを示すと、植付部３００は現在の状態のみを維持する必要がある。

すなわち、植付部昇降制御情報には、上昇の有無、下降の有無、上昇タイミング、又は下降タイミング等が制限されないものが、含まれる。

植付部昇降装置１５０は、植付部昇降制御情報に基づいて、植付部３００の上昇を制御する。本発明の実施形態では、図６に示すように、植付部昇降装置１５０は、昇降モータ１５１と、油圧連結ロッド１５２と、油圧昇降装置１５３とを備える。昇降モータ１５１は、植付部昇降制御情報に基づいて、油圧連結ロッド１５２を牽引制御し、油圧連結ロッド１５２は、対応して油圧昇降装置１５３を操作して、植付部３００に作用する上昇又は下降させる。

本発明の実施形態では、カーブが必要なときには、高速田植機は、先に植付部昇降制御情報に基づいて、植付部昇降装置１５０により植付部３００の上昇を操作させる。その後、操向装置１４０によって、操向制御情報に基づいて、高速田植機の操向車輪２００を駆動する。一方、図７に示したように、カーブ操作が完了すると、現在の走行状態に応じて、高速田植機は、予め設定された直進位置であり、植付部昇降装置１５０は、植付部昇降制御情報に基づいて、植付部３００を下降させる。

本発明の別の実施形態では、植付部昇降装置１５０は、カーブ中に植付部３００の上昇を操作する。具体的には、植付部昇降制御情報は、予め設定された上昇／下降角度を含む。操向装置１４０は、操向制御情報に基づいて、所定の上昇／下降の角度まで操向車輪２００へ操向駆動されると、植付部昇降装置１５０は、植付部３００の上昇／下降を操作する。舵角センサ１３２は、植付部制御モジュール１２３が予め設定された上昇／下降の角度までカーブしたか否かを判断するために、現在の舵角をフィードバックしてもよい。図８に示すように、植付部制御モジュール１２３は、予め設定された上昇／下降の角度にカーブすると、植付部の上昇／下降の制御情報を植付部昇降装置１５０に送信する。

なお、上記記載および図面に示す本発明の実施形態は、あくまで例示であって、本発明を限定するものではない。本発明は、全体的に且つ効率的に実現することを目的とする。本発明の機能及び構造の原理は、実施形態に示唆されており、本発明の実施形態については、上記した原理を乖離なければ、何ら変形又は修正を加えることも可能である。

Claims (23)

1. 高速田植機に適用される自動操向システムであって、
   前記高速田植機の周辺の走行環境情報を取得する環境情報取得モジュールと、
   前記高速田植機の現在の走行状態と前記走行環境情報とに応じて、前記高速田植機に実行すべき操作変化を解析して操向制御情報を形成する制御モジュールと、
   前記操向制御情報に基づいて対応する位置まで操向するように前記高速田植機の操向車輪を駆動する操向装置と、を備えることを特徴とする自動操向システム。
2. 前記高速田植機の現在の走行状態を計測及びフィードバックするセンサ装置を更に備え、
   前記制御モジュールは、現在の走行状態と前記走行環境情報とに応じて前記操向制御情報を形成することを特徴とする請求項１に記載の自動操向システム。
3. 前記センサ装置は、前記高速田植機の現在の方向状態を計測する操向センサを備え、
   前記制御モジュールは、現在の方向状態に応じて、前記方向装置に必要な角度変化を解析して前記操向制御情報を形成することを特徴とする請求項２に記載の自動操向システム。
4. 前記センサ装置は、前記高速田植機の現在の舵角状態を計測する舵角センサを有し、
   前記制御モジュールは、現在の舵角状態に応じて、前記方向装置に必要な角度変化を解析して前記操向制御情報を形成することを特徴とする請求項２に記載の自動操向システム。
5. 前記操向装置は、操向モータと、減速機構と、操向レバーとを備え、
   前記操向モータは、前記制御モジュールに通信接続され、前記操向制御情報に応じて前記減速機構を駆動し、
   前記減速機構は、前記操向レバーに動力を伝達して、前記高速田植機の操向車輪を操向させることを特徴とする請求項１に記載の自動操向システム。
6. 前記減速機構は、駆動輪と、従動輪と、中間歯車と、を備え、
   前記駆動輪は、前記操向モータに駆動可能に結合され、
   前記従動輪は、前記操向レバーに固定され、前記操向レバーを駆動し、
   前記中間歯車は、変速比を大きくするために前記駆動輪と前記従動輪とを連結することを特徴とする請求項５に記載の自動操向システム。
7. 前記操向装置は、操向車輪を操向させる油圧サーボステアリング装置を更に備え、
   前記油圧サーボステアリング装置は、前記操向レバーに駆動可能に結合されており、
   前記油圧サーボステアリング装置は、前記操向レバーから前記高速田植機の操向車輪へ動力を伝達し、前記操向車輪を駆動して対応する操向を行うことを特徴とする請求項５に記載の自動操向システム。
8. 前記制御モジュールは、方向制御モジュールを備え、
   前記方向制御モジュールは、前記走行環境情報に基づいて、前記方向装置に必要な方向変化を判定して前記操向制御情報を形成することを特徴とする請求項１に記載の自動操向システム。
9. 前記制御モジュールは、舵角制御モジュールを備え、
   前記舵角制御モジュールは、前記走行環境情報に基づいて、前記方向装置に必要な方向変化角度を判定して前記操向制御情報を形成することを特徴とする請求項１に記載の自動操向システム。
10. 前記制御モジュールは、植付部制御モジュールを備え、
    前記制御モジュールは、前記操向制御情報と現在の走行状態とに応じて、前記高速田植機の次の走行状態を解析し、
    前記植付部制御モジュールは、現在の走行状態と次の走行状態とに応じて、植付部昇降制御情報を形成することを特徴とする請求項１に記載の自動操向システム。
11. 前記制御モジュールは、植付部制御モジュールを備え、
    前記制御モジュールは、前記操向制御情報と現在の走行状態とに応じて、前記高速田植機の次の走行状態を解析し、
    前記植付部制御モジュールは、現在の走行状態と次の走行状態とに応じて、植付部昇降制御情報を形成することを特徴とする請求項９に記載の自動操向システム。
12. 前記植付部昇降制御情報に基づいて、前記高速田植機の植付部の昇降を制御する植付部昇降装置をさらに備え、
    前記植付部昇降装置は、現在の走行状態と次の走行状態とに応じて、前記高速田植機がカーブ傾向にあると判断されたとき、前記植付部昇降制御情報に基づいて、安全カーブ角度範囲内で前記植付部が上昇状態となるように前記植付部を制御することを特徴とする請求項１１に記載の自動操向システム。
13. 現在の走行状態と次の走行状態とに応じて、前記高速田植機が正常に戻る傾向にあると判断されると、
    前記植付部昇降装置は、前記植付部昇降制御情報に応じて、安全カーブ角度範囲内で前記植付部が下降状態となるように前記植付部を制御することを特徴とする請求項１２に記載の自動操向システム。
14. 前記植付部昇降装置は、前記植付部昇降制御情報に応じて前記植付部が対応する状態に操作された後、
    前記操向装置は、前記操向制御情報に応じて対応する位置まで操向するように前記操向車輪を駆動することを特徴とする請求項１２に記載の自動操向システム。
15. 前記操向装置は、前記操向制御情報に応じて前記操向車輪を駆動して操向させる過程に、
    前記操向車輪が所定の角度まで駆動した場合に、前記植付部昇降装置は、前記植付部昇降制御情報に基づいて前記植付部を操作することを特徴とする請求項１２に記載の自動操向システム。
16. 前記植付部昇降装置は、昇降モータと、油圧制御リンクと、油圧昇降装置と、を備え、
    前記昇降モータは、前記植付部昇降制御情報に応じて前記油圧制御リンクを引いて制御し、
    前記油圧制御リンクは、前記油圧昇降装置を対応的に操作することで、前記植付部に作用して上昇又は下降させることを特徴とする請求項１２に記載の自動操向システム。
17. 高速田植機に適用される自動操向方法において、
    高速田植機の現在の走行状態と走行環境情報とに基づいて、前記高速田植機に必要な走行状態の変化を解析して操向制御情報を形成するステップ（ａ）と、
    前記操向制御情報に応じて、前記高速田植機を駆動して操向させるステップ（ｂ）と、を備える自動操向方法。
18. 前記ステップ（ａ）の前に、さらに、
    前記高速田植機の周辺の環境を検出して前記走行環境情報を形成するステップと、
    前記高速田植機の現在の走行状態を取得するステップを備えることを特徴とする請求項１７に記載の自動操向方法。
19. 前記ステップ（ａ）は、
    現在の走行状態と前記走行環境情報とに応じて、必要な走行方向の変化を解析するステップ（ａ．１）と、
    現在の走行状態と前記走行環境情報とに応じて、必要な走行方向の変化角度を解析するステップ（ａ．２）と、をさらに備えることを特徴とする請求項１７に記載の自動操向方法。
20. 現在の走行状態と前記走行環境情報とに基づいて、前記高速田植機の次の走行状態を予測するステップ（ｃ）と、
    現在の走行状態と次の走行状態に応じて、植付部昇降制御情報を形成するステップ（ｄ）と、をさらに備えることを特徴とする請求項１７に記載の自動操向方法。
21. 前記ステップ（ｄ）は、
    現在の走行状態と次の走行状態に応じて、前記高速田植機がカーブ傾向にあると、植付部上昇制御情報を形成するステップ（ｄ．１）と、
    現在の走行状態と次の走行状態に応じて、前記高速田植機が正常に戻る傾向にあると、植付部下降制御情報を形成するステップ（ｄ．２）と、
    をさらに備えることを特徴とする請求項２０に記載の自動操向方法。
22. 前記ステップ（ｂ）は、
    前記植付部昇降制御情報に基づいて植付部を操作して対応する状態とした後、
    前記操向制御情報に基づいて対応する位置まで操向するように操向車輪を駆動するステップを備えることを特徴とする請求項２０に記載の自動操向方法。
23. 前記ステップ（ｂ）は、
    前記高速田植機が駆動されて所定角度まで操向すると、前記植付部昇降制御情報に基づいて植付部を操作することを特徴とする請求項２０に記載の自動操向方法。

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