JP2018127076A

JP2018127076A - 空中散布機

Info

Publication number: JP2018127076A
Application number: JP2017021094A
Authority: JP
Inventors: 高橋　学; Manabu Takahashi; 学高橋
Original assignee: Iseki and Co Ltd; Iseki Agricultural Machinery Mfg Co Ltd
Current assignee: Iseki and Co Ltd; Iseki Agricultural Machinery Mfg Co Ltd
Priority date: 2017-02-08
Filing date: 2017-02-08
Publication date: 2018-08-16

Abstract

【課題】風の影響を抑えて圃場の散布精度の確保を可能とする空中散布機を提供する。【解決手段】空中散布機は、散布部材の収容部３ａと散布機構３ｂとを備える飛行機体２に、機体位置を検知するＧＰＳセンサ４と、圃場風速を検出する風速検知装置５と、所定の散布領域を高度調節可能に飛行散布制御する制御部とを備え、この制御部は、前記風速検知装置５による検知風速が規定値以上の高風速区分の場合は高度が規定値以下の低所区分で飛行散布制御し、また、前記検知風速がその他の低風速区分の場合はその他の高度の高所区分で飛行散布制御することにより、風の影響を最小限度に抑えつつ、散布効率の確保を可能とする。【選択図】図１

Description

本発明は、薬肥等の散布部材の収容部と散布機構とを搭載して空中飛行により圃場に薬肥を散布する空中散布機に関する。

圃場で苗の植付け等の作業を行う際に用いる苗移植機等の作業車両には、圃場に肥料を散布する肥料散布装置が設けられているものがあり、より効率良く圃場内に肥料を散布するために、特許文献１に記載のように、作業者が操作し、空中から肥料を散布するものがある。

特開２０１６−１４４９９０号公報

しかしながら、空中から散布する場合は、天候を考慮する必要があり、特に風の影響を大きく受けることから、散布精度を確保するために、風の向きや強さにより、散布方向や散布量についての煩雑な調節を要するという問題があった。

そのほかに、圃場が広い場合は、大量の肥料を空中散布装置に積載するため、電力消費が激しいので、散布中に電池が無くなると、機体の不時着や墜落によって散布作業の工程乱れを招くという問題があった。

本発明の目的は、風の影響を抑えて圃場の散布精度の確保が可能となる空中散布機を提供することにあり、さらには、電力消費による散布作業中断に際して散布精度を確保しつつ、円滑な作業再開を可能とする空中散布機を提供することにある。

請求項１に係る発明は、散布部材の収容部(３ａ)と散布機構(３ｂ)とを飛行機体(２)に備える空中散布機において、機体位置を検知するＧＰＳセンサ(４)と、圃場風速を検出する風速検知装置(５)と、所定の散布領域を高度調節可能に飛行散布制御する制御部(Ｃ)とを備え、この制御部(Ｃ)は、前記風速検知装置(５)による検知風速が規定値以上の高風速区分の場合は高度が規定値以下の低所区分、また、前記検知風速がその他の低風速区分の場合は高度がその他の高所区分で飛行散布制御することを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記制御部(Ｃ)は、前記散布領域の所定の周縁部では、前記低所区分の高度で散布し、前記周縁部を除いた前記散布領域の内周部では、前記高所区分の高度で散布し、前記検知風速が前記高風速区分の場合は、前記周縁部の散布を前記内周部側へオフセットすることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に係る発明において、前記散布機構(３ｂ)の散布開度の制御によって散布範囲を調節可能に構成し、前記制御部(Ｃ)により、前記検知風速が前記高風速区分では前記散布開度を絞り、前記低風速区分では前記散布開度を広げ、また、機体高度が前記低所区分では前記散布開度を絞り、前記高所区分では前記散布開度を広げることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１から３の何れか１項に係る発明において、前記空中散布機器の電源部(６)である蓄電池の充電量を検知する充電量検知装置(６ａ)を備え、前記制御部(Ｃ)により、所定の充電位置までの帰還距離と前記充電量による飛行可能距離とを算出し、前記帰還距離が前記飛行可能距離の範囲内で散布作業を中断して前記充電位置に帰還制御することを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１から４の何れか１項に係る発明において、前記制御部(Ｃ)は、前記散布機構(３ｂ)の散布開始からの作業経過情報を記録し、前記散布機構(３ｂ)の作動中断の際は、前記作業経過情報および中断位置情報を保存し、作業再開時は、前記情報に基づいて前記中断位置から散布制御することを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項１から５の何れか１項に係る発明において、前記制御部(Ｃ)は、引継ぎ用の空中散布機と情報通信する通信部を備えるとともに、同空中散布機による同一の散布領域の同時作業を規制し、前記散布機構(３ｂ)の散布開始からの作業経過情報を記録し、前記散布機構(３ｂ)の作動中断の際は、前記作業経過情報および中断位置情報を前記通信部を介して送信し、前記引継ぎ用の空中散布機の作業引継ぎ時は、前記情報に基づいて前記中断位置から散布制御を開始可能とすることを特徴とする。

請求項１に係る発明は、ＧＰＳセンサ(４)から受ける機体位置に基づき、制御部(Ｃ)が所定の散布領域を飛行散布制御し、このとき、検知風速が高風速区分の場合は、低所区分の高度で飛行散布制御することから、肥料等の散布部材が風により遠くまで飛ばされることなく、圃場に正確な量が散布され、また、検知風速が低風速区分の場合は、高所区分の高度で飛行散布制御することから、散布効率が確保されるので、非散布領域の発生を防止して散布精度を確保することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明の効果に加え、検知風速が高風速区分の場合は、散布領域に散布されない恐れや、隣接する他の圃場に肥料が散布される恐れがあるため、内周部側へオフセットすることで、少なくとも散布領域の内周部には肥料を散布することができる。また、散布領域の周縁部では、低所区分の高度で散布することで、より確実かつ正確に散布領域に肥料を散布することができるとともに、散布領域の内周部では、高所区分の高度で散布することで、広範囲に散布することができるため散布効率を向上させることができる。

請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に係る発明の効果に加え、風速が高風速区分の場合や、高度が高所区分の場合に、散布開度を絞ることで、拡散が防止されて散布効率の向上が可能となる。

請求項４に係る発明は、請求項１から３の何れかに係る発明の効果に加え、充電位置に戻ることができ、再充電によってその後の飛行散布が可能となる。

請求項５に係る発明は、請求項１から４の何れかに係る発明の効果に加え、何らかの事情で作業が中断した後の作業開始時に、プログラム等やり直す時間を要することなく、中断時に保存した情報に基づいて、短時間で作業再開が可能となる。

請求項６に係る発明は、請求項１から５の何れか１項に係る発明の効果に加え、何らかの事情で作業が中断した際に、通信部を介して作業経過情報および中断位置情報が引継ぎ用の空中散布機に送信されることから、受け取った情報に基づいて中断位置から作業の引継ぎが可能となり、散布作業のロスを最小限に抑えることができ、また、同一の散布領域における複数の空中散布機の作業を規制することで、安全性が向上する。

空中散布機の正面図（ａ）、縦断面図（ｂ）および底面図（ｃ）散布領域補正制御のフローチャート領域別飛行散布制御のフローチャート風速対応の飛行散布制御のフローチャート風向風速対応１の飛行散布制御のフローチャート風向風速対応２の飛行散布制御のフローチャート複数台の空中散布機の飛行散布制御のフローチャート帰還制御のフローチャート電力消費抑制の飛行散布制御のフローチャート

上記技術思想に基づいて具体的に構成した発明の実施形態について、以下に図面に沿って詳細に説明する。なお、説明においては、機体の正面方向を基準に、前後、左右という。

（機体構成）
空中散布機１は、その正面図（ａ）、縦断面図（ｂ）および底面図（ｃ）を図１に示すように、電動ローター２ａ…を備える飛行機体２に薬肥等の散布部材の収容部３ａと散布機構３ｂとを備えて飛行散布可能に構成し、さらに、機体位置を検出するＧＰＳセンサ４と、圃場風速の風速検知装置５と、所定の散布領域を所定の高度で飛行するとともに、散布機構３ｂの散布量、散布開度を制御する不図示の制御部Ｃとを備える。

（散布領域補正制御）
制御部Ｃによる空中散布機１の飛行散布制御について詳細に説明すると、所定の圃場形状データ（さらにはそれを補正したデータ）に対して風向風速を考慮して散布領域を補正した上で自動散布を適用する。

すなわち、散布領域補正制御のフローチャートを図２に示すように、第一の処理ステップ（以下において、「Ｓ１」の如く略記する。）により、設定された圃場形状データ（境界線データ）により、この散布領域について、風向と風速を検知し（Ｓ２）、検知風速が属する高または低の風速区分の判定（Ｓ２ａ
）により、規定値以上の高風速区分の場合は、風下で隣接圃場が近接（例えば６００ｍｍ以下）する周縁部では、境界線を圃場内側へ１５０ｍｍオフセットして散布領域を補正する。

（領域別散布制御）
また、散布領域を周縁部と内周部とに分け、飛行位置が散布領域の周縁部であれば低空飛行で散布量を減らし、また、飛行位置が散布領域の内周部であれば高所から大量散布することにより、効率よく散布するとともに、非散布領域への散布を避けて散布精度を確保することができる。

すなわち、領域別飛行散布制御のフローチャートを図３に示すように、散布領域の周縁部（例えば、境界から６００ｍｍ以内）と、この周縁部を除いた散布領域の内周部とに分けた領域区分の判定（Ｓ３）により、周縁部でない場合は圃場表面から３０００ｍｍの高度位置で散布し（Ｓ３ａ）、また、周縁部であれば圃場表面から１５００ｍｍの高度位置で散布口の散布開度を絞って散布する（Ｓ３ｂ）。

上記散布作業は、散布領域の周縁部と内周部とを別工程とすることにより、周縁部を低所飛行で散布開度を絞った空中散布機と、内周部を高所飛行で大量散布する空中散布機とにより、複数台が領域別に作業することができる。

（風速対応制御）
次に、風速対応の飛行散布制御のフローチャートを図４に示すように、検知風速が属する高または低の風速区分の判定（Ｓ４
）により、規定値以上（例えば、１ｍ／ｓ以上）の高風速区分の場合は、圃場表面から１５００ｍｍの低所位置で散布口の散布開度を絞って散布し（Ｓ４ａ）、基準風速未満の低風速区分の場合は、圃場表面から３０００ｍｍの高所位置で散布する（Ｓ４ｂ）。

このように、風速が規定値以上の高風速区分の場合は、散布開度を絞って低所飛行で散布し、また、低風速区分の場合は、高所から大量散布することにより、非散布領域への散布を避けて散布精度を確保するとともに、散布効率を確保することができる。
また、散布量を高度区分と対応するように、空中散布機が規定値以下の低所散布の場合に散布量を少なく、高所散布の場合に散布量を多くする散布制御を適用することができる。

（領域風向風速対応制御）
次に、散布領域、風向風速に応じて、散布開度、飛行高度を可変させる風向風速対応１の飛行散布制御のフローチャートを図５に示すように、風向風速の現場情報と経過情報に基づき、風向情報を平均化して仮想風向を算出し（Ｓ５ａ）、散布領域の中で風上となる位置から風下へ散布する（Ｓ５ｂ）ことにより、散布効率を確保するとともに、非散布領域への散布を避けて散布精度を確保することができる。

また、検知風速の属する高低の風速区分の判定（Ｓ５ｃ）により、高風速区分の場合に散布領域を周縁部と内周部に分け（Ｓ５ｄ）、内周部で散布時間最小となるように、飛行高度、散布開度を変更し、例えば、内周部を圃場表面から３０００ｍｍの高所位置で散布し（Ｓ５ｆ）、また、周縁部については、圃場表面から１５００ｍｍの低所位置で散布口の散布開度を絞って散布する（Ｓ５ｅ）ことにより、散布効率を確保しつつ、非散布領域への散布を避けることができる。

また、散布領域の内周部の高所散布（ｓ５ｆ）については、風速、風下方向への散布領域の長さに応じ、散布完了までの時間が最小化するように、散布高度、散布座標、散布開度を変化させることにより、散布効率の向上が可能となる。

（高度別散布）
この場合において、風向風速対応２の飛行散布制御のフローチャートを図６に示すように、高度別の２つの散布制御（Ｓ５ｅ，Ｓ５ｆ）を別工程とすることにより、高度や散布開度を固定して切替えによるトラブルを低減することができ、また、複数台の空中散布機を散布高度別に割り振った場合は、散布開度を絞る低所飛行散布の場合（Ｓ５ｅ）に、最低高度で風下側から散布する。

（複数機散布）
また、複数台の空中散布機で高度別に散布する場合は、複数台の空中散布機の飛行散布制御のフローチャートを図７に示すように、機体別に作業を割振った散布領域（Ｓ６）について、上空機の散布を優先させ（Ｓ６ａ）、風上から風下に向かって散布し（Ｓ６ｂ）、風上からの距離が同じであれば、高所側と風上側の散布を優先する制御を構成する。
このようにして、高度、風上からの散布を優先することにより、高所の散布領域内の下方に低所の空中散布機が入り込む事態を防止することができる。

（帰還制御）
次に、再充電のための充電ポートへの帰還制御について説明すると、帰還制御のフローチャートを図８に示すように、所定の充電ポートを停止位置（Ｓ７ｂ）とし、機体位置情報に基づき、停止位置までの帰還距離Ｄportを算出し（Ｓ７ａ〜Ｓ７ｅ）、また、充電量から割り出した飛行可能距離、すなわち、充電量Ｗと消費電流ΔＩの経過情報に基づいて割り出した飛行可能距離Ｄrmdを算出し（Ｓ７ｆ）、飛行可能距離Ｄrmdが帰還距離Ｄportを超える範囲で作業を継続する（Ｓ７ｇ）。

上記作業において、飛行可能距離Ｄrmdが帰還距離Ｄport以下となったとき（Ｓ７ｇ）は、作業を中断し、この中断位置をメモリして停止位置に向かい、停止位置で停止する（Ｓ７ｈ）ことにより、充電不足前に充電ポートに戻って再充電に移行することができる。

上記において、機体位置情報は、ＧＰＳセンサ４からのセンシング或いは、センシングデータを基準に補間されたデータ（ｘ１，ｙ１，ｚ１）であり、所定の停止位置（ｘ２，ｙ２，ｚ２）までの帰還距離Ｄportは、
（（ｘ２，ｘ１）＾２＋（ｙ２，ｙ１）＾２＋（ｚ２，ｚ１）＾２）＾（１／３）
の数式により算出される。

電池残量である充電量Ｗは、インピーダンス式の電池残量計ＩＣによりセンシングされ、消費電流ΔＩは、単位時間内の電池消費量／単位時間内の移動距離、であり、消費電流ΔＩはΔＷ（ｄｔ）／ΔＤ（ｄｔ）、飛行可能距離ＤrmdはＷ／ΔＩにより算出される。

この場合において、直近（作業中）のデータから電池の消費量を算出し、残り飛行可能距離を割り出すことで、消費電流データを既知の値とした場合の大きな誤差を回避することができる。
また、サンプリング時間が短すぎるとバラツキが大きくなるので、消費電流データを飛行開始からの平均値を使用する。

また、上記帰還判定処理（Ｓ７ｇ）について、安全率２を適用して飛行可能距離Ｄrmdが帰還距離Ｄportの２倍以下とすることにより、充電ポートへの確実な帰還および停止時の姿勢安定化や、引継ぎ処理に要する電力を確保することができ、また、予備機に引継ぐことにより、作業を継続することができる。

また、帰還判定処理（Ｓ７ｇ）によって作業を中断する際に、マネジメント機（母艦）や予備機を引継機として同時運用が可能な場合は、作業中断位置と作業記録、作業命令を引継機に送信して帰還することにより、引継機が作業を交代して継続することができる。

（電力消費抑制処理）
また、作業プログラム上の作業軌跡はＧＰＳ受信を要しないシステムにおいては、電力消費抑制の飛行散布制御のフローチャートを図９に示すように、電池残量が放電容量の２０％を切った場合（Ｓ８ａ，Ｓ８ｂ）に限定してＧＰＳセンサ４による位置情報由来の演算処理（Ｓ８ｃ）をすることにより、バッテリ特性上の線形代替可能な限界領域１０％の手前の範囲で、ＧＰＳ受信に要する大きな電力消費を抑えて効率よく作業をすすめることができる。

（作業再開処理）
帰還した停止位置を充電器とし、充電は、ワイヤレス方式として防塵、防水性を確保することができる。

停止位置における電池の再充電の後は、中断した作業プログラムの残りの作業を自動で再開し、また、作業情報の受け渡しにより他機に引継ぐ場合は、作業プログラムを起動しないことで、複数機による機体衝突や散布夥多を回避することができる。

（構成上の要点）
上記空中散布機の構成上の要点は、次のとおりである。
空中散布機１は、機体位置を検知するＧＰＳセンサ４と、圃場風速を検出する風速検知装置５と、所定の散布領域を高度調節可能に飛行散布制御する制御部Ｃとを備え、この制御部Ｃは、風速検知装置５による検知風速が規定値以上の高風速区分の場合は高度が規定値以下の低所区分、また、検知風速がその他の低風速区分の場合は高度がその他の高所区分で飛行散布制御することにより、制御部Ｃが所定の散布領域を飛行散布制御し、このとき、検知風速が高風速区分の場合は、低所区分の高度で飛行散布制御することから、肥料等の散布部材が風により遠くまで飛ばされることなく、圃場に正確な量が散布され、また、検知風速が低風速区分の場合は、高所区分の高度で飛行散布制御することから、散布効率が確保されるので、非散布領域の発生を防止して散布精度を確保することができる。

制御部Ｃは、散布領域の所定の周縁部では、低所区分の高度で散布し、周縁部を除いた散布領域の内周部では、高所区分の高度で散布し、検知風速が高風速区分の場合は、周縁部の散布を内周部側へオフセットすることにより、検知風速が高風速区分の場合は、散布領域に散布されない恐れや、隣接する他の圃場に肥料が散布される恐れがあるため、内周部側へオフセットすることで、少なくとも散布領域の内周部には肥料を散布することができる。また、散布領域の周縁部では、低所区分の高度で散布することで、より確実かつ正確に散布領域に肥料を散布することができるとともに、散布領域の内周部では、高所区分の高度で散布することで、広範囲に散布することができるため散布効率を向上させることができる。

散布機構３ｂは、散布開度の制御によって散布範囲を調節可能に構成し、制御部Ｃにより、検知風速が高風速区分では散布開度を絞り、低風速区分では散布開度を広げ、また、機体高度が低所区分では散布開度を絞り、高所区分では散布開度を広げることにより、風速が高風速区分の場合や、高度が高所区分の場合に、散布開度が絞られることで、拡散が防止されて散布効率の向上が可能となる。

空中散布機器の電源部６の充電量を検知する充電量検知装置６ａを備え、制御部Ｃにより、所定の充電位置までの帰還距離と充電量による飛行可能距離とを算出し、帰還距離が飛行可能距離の範囲内で散布作業を中断して充電位置に帰還制御することにより、充電量で充電位置に戻ことができるので、充電位置に戻る途中で充電不足になって圃場内や畦などで墜落すると、機器の破損等により作業再開までに時間が掛かる事態を回避して、再充電により作業再開の準備が可能となる。

制御部Ｃは、散布機構３ｂの散布開始からの作業経過情報を記録し、散布機構３ｂの作動中断の際は、作業経過情報および中断位置情報を保存し、作業再開時は、情報に基づいて中断位置から散布制御することにより、何らかの事情で作業が中断した後の作業開始時に、プログラム等やり直す時間を要することなく、中断時に保存した情報に基づいて、作業再開の時間を短縮することができる。

制御部Ｃは、引継ぎ用の空中散布機と情報通信する通信部を備えるとともに、同空中散布機による同一の散布領域の同時作業を規制し、散布機構３ｂの散布開始からの作業経過情報を記録し、散布機構３ｂの作動中断の際は、作業経過情報および中断位置情報を通信部を介して送信し、引継ぎ用の空中散布機の作業引継ぎ時は、情報に基づいて中断位置から散布制御を開始可能とすることにより、何らかの事情で作業が中断した際に、通信部を介して作業経過情報および中断位置情報が引継ぎ用の空中散布機に送信されることから、受け取った情報に基づいて中断位置から作業の引継ぎが可能となり、散布作業のロスを最小限に抑えることができ、また、同一の散布領域における複数の空中散布機の作業を規制することで、安全性が向上する。

１空中散布機
２飛行機体
３ａ収容部（タンク）
３ｂ散布機構
４ＧＰＳセンサ
５風速検知装置
６電源部（蓄電池）
６ａ充電量検知装置
Ｃ制御部

Claims

散布部材の収容部(３ａ)と散布機構(３ｂ)とを飛行機体(２)に備える空中散布機において、
機体位置を検知するＧＰＳセンサ(４)と、圃場風速を検出する風速検知装置(５)と、所定の散布領域を高度調節可能に飛行散布制御する制御部(Ｃ)とを備え、この制御部(Ｃ)は、前記風速検知装置(５)による検知風速が規定値以上の高風速区分の場合は高度が規定値以下の低所区分、また、前記検知風速がその他の低風速区分の場合は高度がその他の高所区分で飛行散布制御することを特徴とする空中散布機。
前記制御部(Ｃ)は、前記散布領域の所定の周縁部では、前記低所区分の高度で散布し、前記周縁部を除いた前記散布領域の内周部では、前記高所区分の高度で散布し、前記検知風速が前記高風速区分の場合は、前記周縁部の散布を前記内周部側へオフセットすることを特徴とする請求項１に記載の空中散布機。
前記散布機構(３ｂ)の散布開度の制御によって散布範囲を調節可能に構成し、前記制御部(Ｃ)により、前記検知風速が前記高風速区分では前記散布開度を絞り、前記低風速区分では前記散布開度を広げ、また、機体高度が前記低所区分では前記散布開度を絞り、前記高所区分では前記散布開度を広げることを特徴とする請求項１または２に記載の空中散布機。
前記空中散布機器の電源部(６)の充電量を検知する充電量検知装置(６ａ)を備え、前記制御部(Ｃ)により、所定の充電位置までの帰還距離と前記充電量による飛行可能距離とを算出し、前記帰還距離が前記飛行可能距離の範囲内で散布作業を中断して前記充電位置に帰還制御することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の空中散布機。
前記制御部(Ｃ)は、前記散布機構(３ｂ)の散布開始からの作業経過情報を記録し、前記散布機構(３ｂ)の作動中断の際は、前記作業経過情報および中断位置情報を保存し、作業再開時は、前記情報に基づいて前記中断位置から散布制御することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の空中散布機。
前記制御部(Ｃ)は、引継ぎ用の空中散布機と情報通信する通信部を備えるとともに、同空中散布機による同一の散布領域の同時作業を規制し、前記散布機構(３ｂ)の散布開始からの作業経過情報を記録し、前記散布機構(３ｂ)の作動中断の際は、前記作業経過情報および中断位置情報を前記通信部を介して送信し、前記引継ぎ用の空中散布機の作業引継ぎ時は、前記情報に基づいて前記中断位置から散布制御を開始可能とすることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の空中散布機。