JP7116678B2 - ブーム散布装置 - Google Patents

Description

特許法第３０条第２項適用 ２０１８年（平成３０年）７月９日発行の農経しんぽう第３２３０号の記事で公開。 ２０１８年（平成３０年）７月１２日から７月１６日に開催された「第３４回国際農業機械展ｉｎ帯広」に展示。

本発明は、ブーム散布装置に関するものである。

ブーム散布装置は、所謂、ブームスプレーヤに代表されるように、自走乗用式、トラクタ牽引式、トラクタ直装式などで、圃場面を走行しながら進行方向と交差する略水平方向に展開したブームの長さに対応する散布幅で、薬液等の散布材を圃場面に向けて散布する作業機である。このブーム散布装置は、圃場面を進行しながら散布作業を行い、１行程で移動距離×散布幅の面積を散布作業し、往復の行程を繰り返すことで、圃場面全体に散布作業を施すものである。

このようなブーム散布装置は、左右水平方向に展開するブーム（サイドブーム）を第１ブームとこの第１ブームの長手方向に移動可能な第２ブームによって構成し、第１ブームに対して第２ブームをどれだけ突出させたかによって決まるブーム長さを任意に調整自在にすることで、散布幅を変更できるようにしたものが知られている（下記特許文献１参照）。

また、ブーム散布装置においては、ＧＰＳ信号を演算処理して散布幅端の位置を設定し、機体の位置情報から機体の移動軌跡を記憶して、移動軌跡と設定されている散布幅端の位置によって既に散布がなされている既散布領域を記憶し、既散布領域と旋回後の機体位置とに基づいて、既散布領域とこれから散布する散布予定領域が重ならないように、散布幅端の位置を設定するものが提案されている（下記特許文献２参照）。

特開２０１８－１５７７７５号公報 特開２０１５－５３８９１号公報

前述した従来技術を参照すると、ＧＰＳ信号に基づく位置情報に対応して、ブーム長さを制御して散布幅を自動調整することで、位置情報として予め記憶されている散布予定領域の境界線に合わせるように散布幅を調整しながら、機体を進行させて散布作業を行う、自動散布幅制御が考えられる。

このような自動散布幅制御を実際に行うには、機体の進行速度（作業速度）とブーム長さを制御する際のブームの伸縮速度との関係が問題になる。機体の進行方向が散布予定領域の境界線と平行な場合は、機体の進行時にブーム長さは一定になるが、機体の進行方向と散布予定領域の境界線とが常に平行で無い場合には、機体の進行に応じてブーム長さを随時可変調整する必要がある。その際、機体の進行速度が速すぎると、ブーム長さの伸縮が間に合わなくなり、散布幅の端を散布予定領域の境界線に精度良く合わせることができなくなって、散布予定領域外の散布や散布予定領域内の散布漏れが生じ易くなる問題があった。

本発明は、このような問題に対処するために提案されたものである。すなわち、散布予定領域の境界線に合わせるようにブーム長さの調整によって散布幅を可変に調整するブーム散布装置において、機体の進行速度とブームの伸縮速度を考慮することで、散布予定領域外の散布や散布予定領域内の散布漏れなどを抑止すること、などを課題としている。

このような課題を解決するために、本発明は、以下の構成を具備するものである。
圃場面を進行する機体と該機体の進行方向と交差する略水平方向に展開自在なブームとを備え、前記ブームの長さに対応する散布幅で散布材を圃場面に向けて散布するブーム散布装置であって、ＧＰＳ信号に基づく前記機体の位置情報に応じて散布幅を制御する制御部を備え、前記制御部は、予め設定されている散布予定領域の境界線と散布幅の端が合致するように、前記ブームの長さを伸縮制御し、認識される前記機体の進行速度が、前記ブームの長さを伸縮させる速度によって決まる設定速度を超えた場合には、機体の進行速度低減を促す警報信号と機体の進行速度を低減させる制御信号の一方又は両方を出力することを特徴とするブーム散布装置。

このような特徴を備えたブーム散布装置によると、散布予定領域の境界線に合わせるようにブーム長さの調整によって散布幅を可変に調整するブーム散布装置において、機体の進行速度とブームの伸縮速度を考慮することで、散布予定領域外の散布や散布予定領域内の散布漏れなどを抑止することができる。

本発明の実施形態に係るブーム散布装置の全体構成を示した説明図（（ａ）が側面図、（ｂ）が斜め後方視の斜視図）である。 ブーム長さ調整機構の概略構成を示した説明図である。 ブーム（サイドブーム）の伸縮動作を説明する説明図である。 制御部の機能を示す説明図である。 散布幅制御の動作フローの一例を示した説明図である。 表示部によって制御される表示画面の一例を示した説明図である（（ａ）は進行速度が設定速度で作業している状態を示し、（ｂ）は進行速度が設定速度を超えて作業している状態を示している。）。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明で、異なる図における同一符号は同一機能の部位を示しており、各図における重複説明は適宜省略する。

図１（ａ），（ｂ）に示すように、ブーム散布装置１は、圃場面を進行する機体２と、その機体２に搭載される散布装置３と、機体２の進行方向と交差する略水平方向に展開自在なブーム４を備えており、ブーム４の長さに対応する散布幅で薬剤などの散布材を圃場面に向けて散布するものである。図示の例では、機体２はトラクタ（走行装置）に牽引される牽引型の機体を示しているが、これに限らず、トラクタの３点リンクに装着される直装型の機体や自走乗用式の機体であってもよい。

図示した牽引式の機体２には、走行車輪２Ａが装備されており、機体２の前方には、トラクタに連結される連結部２Ｂと、ユニバーサルジョイントなどの伝動手段を介してトラクタのＰＴＯからの動力が入力される入力部２Ｃを備えている。機体２に搭載される散布装置３は、入力部２Ｃに入力される動力によって駆動するポンプ３Ａと薬剤などの散布材が収納されるタンク３Ｂなどを備えている。

ブーム４は、センターブーム４Ａと左右のサイドブーム４Ｂを備えている。センターブーム４Ａは、水平装置５を介して機体２に支持されている。サイドブーム４Ｂは、センターブーム４Ａの左右端にそれぞれ収納・展開自在に連結されると共に、自身が伸縮自在に構成されている（図においては、サイドブーム４Ｂを収納して最短状態に縮めた状態を示している。）。センターブーム４Ａとサイドブーム４Ｂには、複数の散布ノズル６を備えたパイプ又はホースが装着されており、タンク３Ｂ内の薬剤などの散布材がポンプ３Ａによって圧送されて複数の散布ノズル６から散布される。

サイドブーム４Ｂは、機体２の進行方向に対して交差する水平方向に展開して、最大長さに伸ばすことで、最大の散布幅を実現でき、その長さを適宜伸縮することで、散布幅を可変に調整できるようになっている。また、サイドブーム４Ｂは、最も短い状態（最短長さ）に縮めて、機体２の進行方向に沿って折り畳み且つ先端を上げて傾斜させることで収納状態にすることができる。左右のサイドブーム４Ｂの収納・展開・伸縮は、図示省略したブーム動作機構（ブーム収納機構、ブーム展開機構、ブーム長さ調整機構）によって個別に動作できるようになっている。

図２は、サイドブーム４Ｂを伸縮させてブーム長さを調整するブーム長さ調整機構１０を示している。サイドブーム４Ｂは、複数のブーム（ブーム１１とブーム１２）を備えている。ここでは２本のブームを備える例を示しているが、同様の構成を多段にして３本以上のブームを備えるようにしてもよい。

ブーム長さ調整機構１０は、複数のブーム（ブーム１１とブーム１２）の長手方向に沿った重なり状態を可変にすることでブーム長さを調整する機構である。具体的な機構は従来技術と同様であり、ブーム１１とブーム１２は、長手方向に沿って互いに摺動自在に支持されており、基端側のブーム１１の基端部に設けられたスプロケット１３がモータ１９の出力軸に接続されている。スプロケット１３にはチェーン１５が掛け回されており、チェーン１５の一端が連結部１７を介してワイヤ１６の一端に接続され、ワイヤ１６は、ブーム１１の先端部に設けられたプーリ１４に掛け回され、その他端が連結部１８を介してチェーン１５の他端に接続されている。そして、ブーム１２の基端部がワイヤ１６に接続されている。

ブーム長さ調整機構１０は、モータ１９を回転駆動することで、スプロケット１３を回転させて、チェーン１５に接続されているワイヤ１６を摺動させることで、基端側が水平装置５に支持されているブーム１１の長手方向にブーム１２を移動させて、ブーム４（サイドブーム４Ｂ）の長さを調整するものである。

ブーム長さの制御は、制御部２０の出力でモータ１９の回転量を制御することで行われる。制御部２０には、近接センサなどで構成される最短位置センサ２１とスプロケット１３の回転を検出する回転センサ２２からの検出信号が入力される。最短位置センサ２１は、ブーム１１の基端側に取り付けられており、ブーム１２の基端が接近して最短位置になったことを検出する。回転センサ２２は、スプロケット１３の回転によって生じるパルス（例えば、エンコーダパルス）を検出して、スプロケット１３（或いはモータ１９の出力軸）の回転量を検出する。

制御部２０による制御動作としては、作業前にモータ１９を回転させて、ブーム１２を基端側に移動させ、ブーム１２の変位量が最小になったことを最短位置センサ２１が検出して検出信号を制御部２０に送信する。この検出信号によって制御部２０はブーム１２が最短位置にあることを認識する。そして、そこからモータ１９を逆回転させて回転量（パルス数）を回転センサ２２にて検出することで、制御部２０は、ブーム１２が所定の変位量だけ移動し、ブーム４（サイドブーム４Ｂ）が所定の長さになったことを認識する。これにより、制御部２０は、入力信号に応じて、ブーム１２の変位量を制御してブーム４（サイドブーム４Ｂ）の長さを任意の長さに調整することができる。

前述したように、ブーム４には、複数の散布ノズル６が配備されている。サイドブーム４Ｂにおいては、ブーム１１とブーム１２にそれぞれ、同じ間隔で散布ノズル６Ａ，６Ｂが配備されている。また、ブーム１１とブーム１２には、散布ノズル６Ａ，６Ｂに散布材を供給するための流路（ホース又はパイプ）１１Ａ，１２Ａが配備されている。

ブーム長さを調整する際には、ブーム１１とブーム１２の重なり部分に配置されている散布ノズル６Ａ，６Ｂのうち、一方のブームに配備されている散布ノズルへの流路バルブ（図示省略）が閉止操作される。また、ブーム長さの調整は、散布ノズル６Ａ，６Ｂの配備間隔単位で行われる。これによって、ブーム４に配備されている散布ノズル６は、ブーム４がどのような長さに調整されていても、設定された等間隔で配備されることになる。ブーム４の任意の長さにおいて等間隔で配備されている開閉可能な散布ノズル６（６Ａ，６Ｂ）を有効ノズルと呼ぶ。

散布ノズル６Ａ，６Ｂの間隔は、予め制御部２０に設定しておくことができる。設定の仕方としては、作業前の較正（キャリブレーション）操作によって行うことができ、例えば、図３の（ａ）に示すように、サイドブーム４Ｂにおけるブーム１１，１２の長さを最短長さの状態にしてから、（ｂ）に示すように最大長さになるまでモータ１９を駆動し、その間の総変位量Ｌを回転センサ２２のパルス数でカウントする。そして、総変位量Ｌを、変位したブーム１２に配備されている散布ノズル６Ｂの間隔数ｎで除して、配備間隔Ｄ（＝Ｌ／ｎ）のパルス数を求める。制御部２０は、常に配備間隔Ｄの整数倍のパルス数でモータ１９を駆動することで、ブーム４の長さを散布ノズル６Ａ，６Ｂの配備間隔単位で調整することができる。

次に、制御部２０による散布幅の制御について説明する。制御部２０には、図４に示すように、前述した最短位置センサ２１と回転センサ２２の検出信号が入力されると共に、ＧＰＳ受信機２３からのＧＰＳ信号が入力される。ＧＰＳ信号は、機体２の現在位置を随時把握するために入力されるものである。

また、制御部２０には、予め設定されている散布予定領域２４の位置情報が入力される。散布予定領域２４は、ブーム散布機１がこれから散布を行う予定の領域であって、ブーム散布装置１が過去に作業した作業領域に基づく圃場全体の位置情報や、今回の作業で既に散布が行われた既散布領域の位置情報などが図示省略した記憶手段（メモリ）に記憶されており、この記憶手段に記憶されているデータに基づいて予め設定されている。

制御部２０は、進行速度算出部２５、ブーム長さ制御部２６、警報信号出力部２７、表示部４０などの機能を有している。

進行速度算出部２５は、入力されるＧＰＳ信号に基づいて機体２の進行速度Ｖを算出する。この進行速度算出部２５は、機体２がトラクタに直装又は牽引されるものであり、制御部２０がトラクタのＥＣＵ５０から速度信号を受信している場合には、その速度信号に基づいて機体２の進行速度を算出するようにしてもよい。

ブーム長さ制御部２６は、ブーム４（サイドブーム４Ｂ）の長さを調整することで散布幅を制御するものであり、予め設定されている散布予定領域２４の境界線と散布幅の端が一致するように、ブーム４（サイドブーム４Ｂ）の長さを伸縮制御する。

ブーム長さ制御部２６による散布幅の制御においては、ブーム４の長さを伸縮させる速度と進行速度算出部２５にて算出される機体２の進行速度との関係が重要になる。機体２の進行速度が速すぎる場合には、前述した境界線に散布幅の端を合わせるようにブーム４の長さを伸縮させることができなくなるので、機体２の進行速度に、ブーム４の伸縮で散布幅を境界線に合わせることが可能な設定速度を定めておき、その設定速度を超えない範囲で機体２が進行している場合に、ブーム長さ制御部２６による散布幅の制御を行う。

この際の設定速度は、ブーム４の長さを伸縮させる速度に応じて設定されるので、作業前にブーム４の長さを実際に伸縮させてその伸縮速度を計測することで、正確な設定速度を随時設定する較正（キャリブレーション）機能を設けるすることが好ましい。この較正機能においては、図３の（ａ）に示すように、サイドブーム４Ｂにおけるブーム１１，１２の長さを最短状態にしてから、（ｂ）に示すように最大長さになるまでモータ１９を駆動し、その間変量がゼロから総変位量Ｌになるまでの時間を計測し、ブーム４の長さを伸縮させる速度を求める。

警報信号出力部２７は、機体２の進行速度が前述した設定速度を超えた場合に、警告信号出力する機能である。制御部２０が警告信号を出力すると、表示部４０において警告信号に対応する表示画像が表示されたり、音声発生手段を備える場合には、警告音などを出力させることができる。

このような警報信号出力部２７の機能に加えて、或いは警報信号出力部２７の機能に換えて、制御部２０は、進行速度が前述した設定速度を超えた場合に、制御信号を走行機体（トラクタ直装式や牽引式の場合はトラクタであり、自走式の場合は自走機体）のＥＣＵ（電子制御ユニット）５０に出力して、進行速度を低下させる制御を行うようにしても良い。

図５は、ブーム長さ制御部２６による散布幅制御の動作フローの一例を示している。散布幅制御が開始されると、制御部２０には、所定時間間隔でＧＰＳ信号が入力され（Ｓ０１）、入力されたＧＰＳ信号によって機体２の現在位置の確認がなされる（Ｓ０２）。そして、前回入力のＧＰＳ信号による機体位置と今回のＧＰＳ信号による現在位置との差によって求められる移動距離とＧＰＳ信号の入力間隔の時間によって機体２の進行速度Ｖが算出される（Ｓ０３）。

設定されている散布予定領域２４によって、制御部２０に現在位置の前方の境界線位置が入力される（Ｓ０４）。前方の境界線位置の入力は、散布幅制御によって散布幅の端と境界線の位置とを一致させることができるように、現在位置に対して数センチから数十センチ前方の境界線位置が入力される。

次に、算出された進行速度Ｖと設定速度Ｖｓとを比較する（Ｓ０５）。設定速度Ｖｓは、前述したように、ブーム４の伸縮で散布幅を境界線に合わせることができる進行速度の限界値であり、作業前にブーム４の長さを実際に伸縮させてその伸縮速度を計測することで予め設定されるものである。

進行速度Ｖと設定速度Ｖｓとを比較した結果、Ｖ≦Ｖｓである場合（Ｓ０５：ＹＥＳ）、前方の境界線位置がブーム４（サイドブーム４Ｂ）の最大長さの外側に位置するか否かの判断がなされる（Ｓ０６）。

そして、Ｖ≦Ｖｓであり（Ｓ０５：ＹＥＳ）、前方の境界線位置がブーム４（サイドブーム４Ｂ）の最大長さの外側で無い（Ｓ０６：ＮＯ）場合に、有効ノズルを全て開状態に制御して（Ｓ０７）、ブーム長さ制御部２６による散布幅の制御で、散布幅の端を境界線位置に一致させる制御がなされる（Ｓ０８）。

これに対して、進行速度Ｖが設定速度Ｖｓを超えている場合（Ｓ０５：ＮＯ）には、ブーム長さの制御では散布幅の端を境界線位置に一致させることができないので、この場合には、警報信号出力部２７によって警報信号を出力させる。

そして、前方の境界線位置がブーム４（サイドブーム４Ｂ）の最大長さの外側に位置する場合（Ｓ０６：ＹＥＳ）には、この場合もブーム長さ制御部２６によって散布幅の端を境界線位置に合わせることができないので、機体２の進行方向変更を促す警報信号を出力（Ｓ１０）して、有効ノズルを全て開状態にし（Ｓ１１）、ブーム長さを最大に制御する（Ｓ１２）。

そして、引き続き散布幅制御を継続する場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）には、次のタイミングでＧＰＳ信号を入力し（Ｓ０１）、前述したステップを繰り回し、散布幅制御を継続しない場合（Ｓ１３：ＮＯ）には、制御を終了する。

表示部４０は、制御部２０による散布幅の制御状態を随時画面に表示する。図６は、その表示例を示している。表示部４０によって表示画面４０Ｇに表示される画像は、機体２の現在位置と進行方向を示す三角図形の表示画像４１（三角形の頂角位置が現在位置を指し、頂角の方向が進行方向を指している。）と、機体２の現在位置の進行方向前方側に延びる境界線の表示画像４２と、設定されている現在の散布幅を示す矩形図形の表示画像４３と、ブーム４の最大長さ範囲を示す矩形図形の表示画像４４と、既散布領域を示す表示画像４５と、現在の機体２の進行速度Ｖの数値を示す表示画像４６と、前述した設定速度Ｖｓの数値を示す表示画像４７である。

ここで、表示画像４３と表示画像４４によって、ブーム４の最大長さ範囲に対する現在の散布幅の相対関係が示されている。このような表示部４０の表示画像は、制御部２０の時系列毎の出力によって随時変化することになり、散布幅を示す表示画像４３の両端が境界線の表示画像４２に沿って移動する状態が、随時表示画面４０Ｇに表示されることになる。

表示画面４０Ｇを見ながら作業を行うオペレータは、図６（ａ）に示すように、現在の機体２の進行速度Ｖを表示する表示画像４６と設定速度Ｖｓを表示する表示画像４７の数値を比較しながら作業を進めることができる。これによって、オペレータは、設定速度Ｖｓを超えないように進行速度Ｖを調整しながら作業を行うことができる。

そして、進行速度Ｖが設定速度Ｖｓを超えてしまった場合には、警報信号出力部２７から警報信号が出力されて、例えば図６（ｂ）に示すように、警告信号に応じた表示画像４８が表示画面４０Ｇに表示される。表示画像４８に加えて、或いは表示画像４８に換えて、警告音等を発信させるようにしてもよい。

以上説明したように、ブーム散布装置１は、ブーム散布装置１は、機体２の進行速度がブーム４の伸縮速度に対して速すぎる場合には、警報が出力されるので、オペレータは、この警報によって進行速度を低下させることができるので、適正な散布幅制御が可能な進行速度を保って作業を進めることができる。

また、ブーム散布装置１は、オペレータが表示部４０によって制御される表示画面４０Ｇを見ながら作業を行うことができるので、現在設定されている散布幅と散布予定領域の境界線の状態を確認しながら、所望の作業速度で作業を進めることができる。更には、表示画面４０Ｇには、ブーム４の最大長さ範囲に対する散布幅の相対関係が表示されているので、散布幅を最大限制御できる範囲を確認しながら、機体２の位置と境界線の位置関係を調整しながら作業を進めることができる。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。

１：ブーム散布装置，
２：機体，２Ａ：走行車輪，２Ｂ：連結部，２Ｃ：入力部，
３：散布装置，３Ａ：ポンプ，３Ｂ：タンク，
４，１１，１２：ブーム，４Ａ：センターブーム，４Ｂ：サイドブーム，
５：水平装置，６，６Ａ，６Ｂ：散布ノズル，
１０：ブーム長さ調整機構，
１３：スプロケット，１４：プーリ，１５：チェーン，
１６：ワイヤ，１７，１８：連結部，１９：モータ，
２０：制御部，２１：最短位置センサ，２２：回転センサ，
１１Ａ，１２Ａ：流路，
２３：ＧＰＳ受信機，２４：散布予定領域，
２５：進行速度算出部，２６：ブーム長さ制御部，２７：警報信号出力部，
４０：表示部，４０Ｇ：表示画面，４１～４８：表示画像，
５０：ＥＣＵ

Claims (4)

1. 圃場面を進行する機体と該機体の進行方向と交差する略水平方向に展開自在なブームとを備え、前記ブームの長さに対応する散布幅で散布材を圃場面に向けて散布するブーム散布装置であって、
   ＧＰＳ信号に基づく前記機体の位置情報に応じて散布幅を制御する制御部を備え、
   前記制御部は、
   予め設定されている散布予定領域の境界線と散布幅の端が合致するように、前記ブームの長さを伸縮制御し、
   認識される前記機体の進行速度が、前記ブームの長さを伸縮させる速度によって決まる設定速度を超えた場合には、機体の進行速度低減を促す警報信号と機体の進行速度を低減させる制御信号の一方又は両方を出力することを特徴とするブーム散布装置。
2. 前記ブームの長さを伸縮させる速度は、前記ブームを最短状態から最長状態に伸ばすのに要する時間を計測することで校正され、校正された前記速度に応じて前記設定速度が決められることを特徴とする請求項１記載のブーム散布装置。
3. 前記制御部による散布幅の制御状態を随時画面に表示する表示部を備え、
   前記表示部は、
   前記機体の現在位置と、前記現在位置の進行方向前方側に延びる前記境界線と、設定される現在の散布幅とを表示することを特徴とする請求項１又は２項記載のブーム散布装置。
4. 前記表示部は、前記警報信号に応じた表示画像を表示画面に表示することを特徴とする請求項３記載のブーム散布装置。

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