(57)【要約】  耕地（２０）に対して農業活動を行うためのシステムであって、該システムは、ホスト車両（１０）と、該農業活動を行うように構成される２台以上の自律農業機械（１２Ａ〜１２Ｆ）と、農業活動の実行において、ホスト車両に対する各自律農業機械の経路を計画し、移動を制御するための制御サブシステム（１４）と、を含む。制御サブシステム（１４）は、自律農業機械（１２Ｅ）の検出された動作不良に応じて、自律農業機械（１２Ｅ）の計画した経路に対するその位置によって示されるように、自律農業機械（１２Ａ〜１２Ｄ、１２Ｆ）の１台以上の移動を動的に再計画するように構成される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
耕地に対して農業活動を行うためのシステムであって、
ホスト車両と、
前記農業活動を行うように構成可能な２台以上の自律農業機械（ＡＡＭ）と、
前記農業活動の実行において、前記ホスト車両に対する各ＡＡＭの経路を計画し、移動を制御するための制御サブシステムと、を備え、
前記制御サブシステムが、ＡＡＭの検出された動作不良に応じて、ＡＡＭの計画した経路に対するその位置によって示されるように、前記ＡＡＭの１台以上の移動を動的に再計画するように構成されることを特徴とする、システム。
【請求項２】
そのＡＡＭがその計画された経路上にあるが所定の速度で移動していない場合に、ＡＡＭの不良が示される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
そのＡＡＭが所定の期間よりも長く静止したままである場合に、ＡＡＭの不良が示される、請求項１または請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
経路計画および制御データが、前記制御サブシステムからＡＡＭに１つ以上のデータパケットとして無線で伝送され、各ＡＡＭが、所定の間隔の後に、応答パケットを伝送するように構成される、請求項１〜３のいずれかに記載のシステム。
【請求項５】
各ＡＡＭが、前記ＡＡＭの実行データを応答パケットに含むように構成される、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記実行データが、位置およびタイムスタンプデータを含む、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記照合された実行データが、将来の作業のための耕地マップとして、前記制御システムと関連付けられる記憶手段に記憶される、請求項５または６に記載のシステム。
【請求項８】
前記制御サブシステムが、実行データに基づいて、ＡＡＭの不良を検出するように構成される、請求項５〜７のいずれかに記載のシステム。
【請求項９】
ＡＡＭの不良が、前記制御サブシステムによる応答パケットの受信の欠如によって示される、請求項４に記載のシステム。
【請求項１０】
前記制御サブシステムが、前記ＡＡＭから遠隔の処理デバイスである、請求項１〜９のいずれかに記載のシステム。
【請求項１１】
前記制御サブシステムが、分散デバイス全体にわたってホストされる制御プログラムへのアクセス手段である、請求項１〜９のいずれかに記載のシステム。
【請求項１２】
前記制御サブシステムが、前記ホスト車両によって携持される処理デバイスである、請求項１〜９のいずれかに記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オペレータによる直接的な介入または制御を伴わずに、植え付け、種蒔き、施肥、または除草などの農作業を行うように構成される１台以上の無人車両を備える、自動化された農業システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
食料供給を確実にすることは、地球上での人間生活の将来に対する主な課題である。持続可能で十分な食糧供給に到達するために、現在の農業生産システムおよび方法は、根本的な変更を加えることが必要になるであろう。耕作適地は、限られており、特に使用競争（食料、飼料、燃料、繊維）が拡大しているので、その有効で持続可能な使用は必須である。高い生産コストは、高い食料価格を誘発し、特に貧困国にとっては致命的であり、種子および農薬の不正確な使用は、高い生産コストおよびリソースの浪費をもたらす。
精密農業（最も小さい個々の単位としての植物に至るまでのリソースの正確な使用）は、前述の課題に取り組むための必要な手段であるが、これは、（技術的な観点から、ならびに経済的な観点から）大規模設備によって達成することは困難であり、また、成長の法則（３Ｄ質量対２Ｄ接触面積）のため、重機に関する土壌破壊を大幅に低減させることができない。
【０００３】
これらの問題に対する回答は、人間の監視を伴わずに２４時間動作することができる、小型の自動化された無人車両（ロボット）である。農業のための大部分のロボット概念は、自律センサ手法に従い、ロボットユニット自体が、環境を検出し、評価し、そして、条件の変化に反応する。そうしたスタンドアロンのシステムは、複雑で、高コストで、かつ取り扱いが困難である。
【０００４】
このような無人車両の１つの既知の例は、「Ｐｒｏｓｐｅｒｏ」ロボットファーマーであり、ｈｔｔｐ：／／ｄｏｒｈｏｕｔｒｄ．ｃｏｍ／で説明されており、該車両は、一群で動作して、植え付けられる、またはその他の作業が行われる領域（ここでは、耕地または目標耕地）を横断し、種子を植え付ける場所の上に白い塗料を噴霧することによって各機械が自分の場所を視覚的に記録しながら種子を植え付けるように構成されるロボット植え付け機を備える。Ｐｒｏｓｐｅｒｏシステムは、多数のセンサおよび複雑な通信アルゴリズムを使用しており、したがって、上述したスタンドアロンシステムのすべての不利な点を組み込んでいる。
さらなるロボット農業概念は、欧州特許ＥＰ１，３６９，０１３Ｂで説明されており、これは、耕地に対して第１および第２の農業活動を行うためのシステムを説明している。このシステムは、第１の農業活動を行うための第１の自律農業機械と、第２の農業活動を行うための第２の自律農業機械と、行われる農業活動を制御するための制御ユニットと、を備え、該制御ユニットは、耕地を少なくとも第１および第２の耕地に細分化するのに適しており、また、最初に第１の耕地部分に対して、その後に第２の耕地部分に対して第１および第２の農業活動を行うのに適している。複数の自律農業機械のシステムのさらなる例は、国際公開２０１４／１６０５８９および国際公開２０１５／０５７６３８において説明されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】欧州特許ＥＰ１，３６９，０１３Ｂ
【特許文献２】国際公開２０１４／１６０５８９
【特許文献３】国際公開２０１５／０５７６３８
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】ｈｔｔｐ：／／ｄｏｒｈｏｕｔｒｄ．ｃｏｍ／
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、上述した不利な点の少なくともいくつかを回避するシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に従って、耕地に対して農業活動を行うためのシステムが提供され、該システムは、
・ホスト車両と、
・該農業活動を行うように構成可能な２台以上の自律農業機械（ＡＡＭ）と、
・農業活動の実行において、ホスト車両に対する各ＡＡＭの経路を計画し、移動を制御するための制御サブシステムと、を備え、
制御サブシステムは、ＡＡＭの計画した経路に対するその位置によって示されるように、ＡＡＭの検出された動作不良に応じて、ＡＡＭの１台以上の移動を動的に再計画するように構成される。耕地の中で既に動作している１台以上の他のＡＡＭが横断する経路を動的に再割り当てすることによって、そうでない場合には休止状態である予備または交換のＡＡＭを導入することを必要とせずに、それでも農業活動を完了することができる。動作不良は、ＡＡＭの機能不良によって引き起こされ得るか、または耕地における障害物によるものであり得る。
【０００９】
ＡＡＭの動作不良は、そのＡＡＭがその計画された経路上にあるが所定の速度で移動していない場合に、および／またはそのＡＡＭが（おそらくは障壁物により）所定の期間よりも長く静止したままである場合に示され得る。単に位置に基づく不良を判断することによって、詳細なオンボードのモニタリングおよびセンサを避けることができ、そうでない場合と比べて、ＡＡＭをより単純かつ安価に製作することを可能にする。
【００１０】
農業活動が植え付けである場合、ＡＡＭから送達されるリソースは、種子を含むことができる。農作業が噴霧である場合、リソースは、水、肥料、もしくは殺虫剤、または任意の他の液体、気体、もしくは固体の物質とすることができる。代替的に、または付加的に、自律農業車両または各自律農業車両が電動である場合、リソースは、燃料または充電の形態のエネルギーとすることができる。ＡＡＭが必要なリソースを耕地に補充することを可能にすることによって、例えば１日の供給量を携持する必要がなく、したがって、より小型かつ軽量にすることができ、土壌圧縮の影響を低減させる。
【００１１】
経路計画および制御データは、制御サブシステムからＡＡＭに１つ以上のデータパケットとして無線で伝送することができ、各ＡＡＭは、好ましくは、所定の間隔の後に、応答パケットを伝送するように構成される。そのような配設において、各ＡＡＭは、ＡＡＭの実行（位置およびタイムスタンプ）データを応答パケットに含むように構成することができ、照合された実行データは、将来の動作のための耕地マップとして、制御システムと関連付けられる記憶手段に記憶することができる。制御サブシステムは、実行データに基づいて、またはその欠如に基づいて、ＡＡＭの不良を検出するように構成され、また、加えて、将来の作業のために、（例えば障害物により）作業できない領域を含むマップを確立するように配設することができる。
【００１２】
本発明のさらなる特徴および利点は、添付図面を参照して、単なる一例として与えられる、本発明の実施形態の以下の説明を読み取ることによって明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】耕地に対して農業活動を行うための自動化された農業システムの構成要素を概略的に表す図である。
【図２】耕地、耕地の区画への細分化、および耕地区画のそれぞれの自律農業機械への割り当てを例示する概略平面図である。
【図３Ａ】種蒔き計画および実際の種蒔き位置のマップを表す図である。
【図３Ｂ】種蒔き計画および実際の種蒔き位置のマップを表す図である。
【図４Ａ】１台の自律農業機械の不良に従う、一群の自律農業機械の間での作業負担の再割り当てを表す図である。
【図４Ｂ】１台の自律農業機械の不良に従う、一群の自律農業機械の間での作業負担の再割り当てを表す図である。
【図５Ａ】ホスト車両による自律農業機械の補充を表すシーケンスである。
【図５Ｂ】ホスト車両による自律農業機械の補充を表すシーケンスである。
【図５Ｃ】ホスト車両による自律農業機械の補充を表すシーケンスである。
【図６】ホスト車両による自律農業車両の補充の代替形態を示す図である。
【図７】ホスト車両によって携持されている複数の自律農業車両を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、耕地に対して農業活動を行うための自動化された農業システムの構成要素を概略的に表す。ホスト車両１０は、本明細書では中央物流ユニット（ＣＬＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｌｏｇｉｓｔｉｃａｌ  Ｕｎｉｔ）とも称され、耕地において、例えば植え付け機、施肥機、除草機、または噴霧機としての農業活動を行うように構成可能な１台以上の自律農業機械（ＡＡＭ：Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ  Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ  Ｍａｃｈｉｎｅ）またはロボット１２を伴う。好ましくは、一群のロボット１２Ａ、１２Ｂ、その他は、さらに下で論じられるように、個々のロボットへの作業の動的な割り当ておよび再割り当てを可能にするように提供される。農業活動の実行を制御するように動作可能な制御サブシステムは、適切には、リモートサーバ１４によって表される分散様式（クラウドコンピューティング）で提供される。
【００１５】
ロボット１２のための位置ガイダンスは、衛星１６によって表されるグローバルナビゲーションサテライトシステム（ＧＮＳＳ：Ｇｌｏｂａｌ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）によって提供され、ロボット１２の位置付けをセンチメートルの精度で可能にするためのリアルタイムキネマティック（ＲＴＫ：Ｒｅａｌ-Ｔｉｍｅ  Ｋｉｎｅｍａｔｉｃ）拡張を伴う。ＲＴＫ基準局またはビーコン１８は、ホスト車両によって提供され、好ましくは、図示されるようにＣＬＵ１０によって携持され、ＲＴＫ由来の位置補正データ１９をロボット１２にリレーする。図２に示される代替の配設において、ＣＬＵ１０は、作業する耕地２０に対して選択された位置にＲＴＫビーコン１８を位置決めするように構成される、さらなるＡＡＭとすることができる。代替的に（図１を再度参照すると）、ＣＬＵ１０は、耕地の遠くに位置するＲＴＫ基準局（ＲＴＫネットワーク１８’として識別される）からモバイル電話通信を介して補正信号を受信し、この信号をロボット１２に転送するための手段を備えてもよい。その場合、ＣＬＵ上に設置される、またはＣＬＵによって位置付けられるＲＴＫ基準局またはビーコン１８は、省略することができる。
【００１６】
モバイル通信デバイス２２（例えば、スマートフォン、タブレット）は、システムの状態、診断、その他を表示し、遠隔のオペレータから戦略的命令を受信するために、人間機械インターフェースとして使用される。さらに、モバイル通信デバイス２２は、供給業者または販売業者によって提供されるソフトウェアアップデートを制御し、配布してもよい。
【００１７】
以下の実施例において、行われる農作業は、耕地２０の種蒔きである。ロボット１２は、比較的小型かつ軽量（５０ｋｇ未満）であり、また、オンボードで駆動システム、通信および位置付け手段、ならびに種蒔きユニットを有する。耕地における各種子の最適な位置（目標ＧＮＳＳ位置）は、図３Ａの種蒔き計画によって表されるように、オフラインで画定される。ロボット１２Ａ、１２Ｂは、人間の相互作用を伴わずに、図２に示されるようなそれぞれ制限されて、予め画定された領域２０Ａ、２０Ｂ内で、最適化された種蒔きパターンで、ナビゲートし、種蒔きする。それぞれの領域２０Ａ、２０Ｂ、その他は、各々が、取り囲むジオフェンス２３を有する。代替的に、ロボット１２Ａ、１２Ｂは、輪郭形成された経路（または任意の他の形状、または平行する）において耕地の作業を行ってもよく、それによって、各ロボットは、その経路を他のロボットと協調させた所定の経路の作業を行っている。そのような配設において、耕地は、ジオフェンス（ｇｅｏｆｅｎｃｅ）２３によって画定される領域２０Ａ、２０Ｂにおいてではなく、各ロボット１２Ａ、１２Ｂの経路ラインにおいて作業される。ロボットまたは通信の故障によって、許可された領域（または経路）を出ることで、即時的なフェールセーフ停止に至る。クラウドベースの最適化および監督アルゴリズムは、オフラインおよびオンラインでのロボット群の経路およびデューティの計画（さらに以下で論じられる）を行い、また、ロボットのエラーもしくは不良のような任意のシステム障害、障害物、または土壌条件の動的な変化に反応する。
【００１８】
以下、ロボット１２とクラウドとの（中継局としてのＣＬＵを介した）通信が説明される。システム構成要素の間のリアルタイム通信は、コストおよび技術的課題のため実現することができないので、通信は、例えばモバイル電話通信を介して、パッケージで提供される。制御サブシステム（クラウド）は、種蒔き（作業）計画（どの位置に種子を配置するべきか）を含むデータパッケージ２８を送信し、次いで、通信を中断する。ロボットは、パッケージを受信し、（作業）種蒔き計画を通して作業する。この作業中に、ロボットは、以下のデータを記憶する。
１．種が配置された位置。
２．少なくとも２つの時間および関連する位置（例えば時間：１２．０１および位置Ｘ、時間１２．０２および位置Ｙ）。
３．加えて、ロボットは、ロボットの機能性（例えば、モータの電流）を示すデータを送信してもよい。
【００１９】
このデータは、パッケージ３０にアセンブルされ、次いで、定義された時間間隔の後に、ＣＬＵ１０を介して、クラウドに送信される。クラウドは、いくつかの目的でこのデータを使用する。第１に、障害物または他の原因のため、必ずしも図３Ａの計画の通りに種子が位置付けられない場合があるので、個々の植え付けられた種子の場所が、図３Ｂで表されるように記憶され、図中、×印を付した円は、位置を外れた種子を識別する。この記憶された位置情報は、その後の農業活動に、例えば雑草を制御する、（種子がある位置にだけ肥料を散布するように）施肥を繰り返す、および個々の植物を監視するために使用することができる。
【００２０】
図３Ａに示される種蒔き計画は、現在ではトラクターによって牽引される標準的な種蒔き機から知られている列で種子の配置を提供する。代替的に、種蒔き計画は、個々の植物または異なる作物の必要性に従って、不規則な、または任意の他の列ではない形状で、種子の付着を提供してもよい。不規則な形状を伴う種蒔き計画は、作物の十分な成長に対して耕地の領域が非常に多くの小石または他の障害物を含むという結果になり得る。
【００２１】
加えて、時間および位置を参照するデータは、不良を検出するために使用することができる。例えば、クラウドは、ロボットの移動が計画した経路を基準にして遅過ぎる、または間違っているかどうか（計画した時間／位置と到達した時間／位置との間の偏差）を判断することができる。これは、例えば湿った土壌および滑り易い条件によって引き起こされることもある。そのような状況において、クラウドは、次いで、作業および／または経路の計画を変更することができる。
【００２２】
ロボット機能を表すデータを使用することで、問題の解決を補助し、同時に、簡易的な手法を維持することができ、モータの能力が低いことを示すが、そうでなければ、車両を速く移動させなければならない場合（上記のように時間および位置データによって検出される）、ロボットのエネルギーが低い場合であれば、再充電が必要である場合を示す。
【００２３】
複雑なエラーの取り扱いを克服するために、システム不良は、予め計画され、動的に再算出された経路／位置に関して、単にロボットの実際の位置／移動だけによって検出される。図４Ａは、６つの実質的に等しい区画２０Ａ〜２０Ｆに分割され、各区画がロボット１２Ａ〜１２Ｆによって管理される耕地を表す。１台のロボット１２Ｅが故障した、または動けなくなった場合は、図４Ｂに示されるように、クラウドアルゴリズムが、耕地を５つの実質的に等しい区画２１Ａ〜２１Ｅに再分割し、残りのロボット１２Ａ〜１２Ｄ、１２Ｆのそれぞれ１台を各区画に割り当て、各ロボットについて従うべきそれぞれの新しい経路を算出し、そして、新しい指示を各々に送達する。
【００２４】
故障した、または動けなくなったユニットは、シャットダウンされ、ハンドヘルドデバイス２２を介して、農業者または任意の他のオペレータ（販売業者または契約者）に警報が送信される。衝突は、すべてのロボットの実際の経路を監視することによって予測することができ、また、クラウドのアルゴリズムによって回避される。
【００２５】
マルチセンサロボットまたは大型の自律装置と関連付けられるコストの問題を克服するために、本システムの単一のロボットユニット１２は、ナビゲートおよび動作を行うために、位置検出（ＧＮＳＳ）およびクラウドサービスとの通信だけを使用する。ＣＬＵ１０は、クラウドとの通信のためのＧＮＳＳ／ＲＴＫ基地および中継局を提供する。
【００２６】
図５Ａ〜５Ｃによって示されるように、ホスト車両ＣＬＵ１０は、そのロボットまたは各ロボット１２が農業活動を行うことを可能にするために必要とされるリソースを保持する、貯蔵部３４を備える。各ロボットおよびＣＬＵ１０は、ＣＬＵから耕地のロボットにリソースを送達するための、相互に構成された手段３６、３８を備える。図５Ａでは、オンボード貯蔵部４０の供給物が少なくなったロボット１２がＣＬＵに接近する。図５Ｂでは、相互に構成された手段３６、３８が協働して、ＣＬＵ貯蔵部３４からのリソースの流出が最小またはゼロの状態でロボット貯蔵部４０に移送してもよいように、ロボットを位置付ける。図５Ｃでは、相互に構成された手段３６、３８を係合解除して、補充されたロボット１２が農業活動の実行に戻る。
【００２７】
理解されるように、単純なガイドレールまたは本体から複雑な電磁気クランプシステムに及ぶ、相互に構成された手段３６、３８がとり得る数多くの形態が存在するが、ロボットのコストを最小限に保つために、より単純なオプションが好ましい。ロボットが植え付け機として構成された場合、送達されるリソースとして、種子が挙げられ、随意に肥料も挙げられる。代わりに、ロボットが散布車両（例えば、噴霧機）として構成された場合、送達されるリソースは、水、肥料、殺虫剤、または必要に応じて任意の他の液体、気体、もしくは固体の物質とすることができる。
【００２８】
代替のまたは追加的な変形例において、送達されるリソースとしては、ロボットの燃料などのエネルギーが挙げられる。図６によって表されるように、ロボットが電動である場合、ＣＬＵからのリソースは、ＣＬＵの電池４２または発電機からの電気充電である。図５とは異なって結合されて示されるが、相互に構成された手段３６、３８は、加えて、貯蔵部４０のバッテリ充電および補充を同時に行うことを可能にするように係合されたときに、ＣＬＵとロボットとの間に電流経路を提供するように配設してもよいことが理解されるであろう。さらなる代替例において、ＣＬＵ１０は、ロボットのダウンタイムを最短にするために、バッテリを再充電する代わりに、バッテリを完全に交換するための手段を提供してもよい。その場合、ＣＬＵは、交換して再充電したバッテリを次のロボットのために再充電することを可能してもよい。ＣＬＵはまた、ソーラーパネル、燃料電池、または他の当該の手段などによって、電気エネルギーを発生させるための手段を備えてもよい。
【００２９】
一変形例において、ロボット１２が収穫または除草などの作業を行うように構成された場合、相互に構成された手段は、図５Ａ〜５Ｃの順序を逆にして、ロボットによって蓄積された材料をＣＬＵ１０のホッパーまたは貯蔵部に移送することを可能にするように配設することができる。
【００３０】
ＣＬＵ１０はまた、貯蔵／輸送デバイスとしての役割も果たし、また、図７に示されるように、作業する耕地まで２台以上のロボット１２を携持するように動作することができる。これは、公道上を進行するための法的要件を満たすようにロボットを設計する必要がないので好都合である。最適には、ＣＬＵは、輸送中に燃料補給または再充電するための機構を備える。
【００３１】
前述において、本出願人らは、耕地に対して農業活動を行うためのシステムを説明してきたが、該システムは、ホスト車両と、該農業活動を行うように構成可能な２台以上の自律農業機械と、農業活動の実行において、ホスト車両に対する各自律農業機械の経路を計画し、移動を制御するための制御サブシステムと、を備える。制御サブシステムは、自律農業機械の計画した経路に対するその位置によって示されるように、自律農業機械の検出された不良に応じて、自律農業機械の１台以上の移動を動的に再計画するように構成される。
【００３２】
本開示を読み取ることによって、他の修正物が当業者に明らかになるであろう。そのような修正物は、農業機械およびその構成部品の分野において既に知られている特徴、および既に本明細書で説明された特徴の代わりに、またはそれに加えて使用することができる他の特徴を含むことができ、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によってだけ限定される。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
2018500655.tif 000012
【図７】
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【国際調査報告】
2018500655.tif 000014
2018500655.tif 000015