CN106164799A - 自主行驶作业车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明能通过卫星定位系统，将发生了定位故障的位置、时间、范围作为历史记录而留下。一种作业车辆(1)，具备：位置计算单元，利用卫星定位系统定位自主行驶作业车辆(1)的位置；自动行驶单元，使自主行驶作业车辆(1)自动行驶；以及控制装置(30)，所述作业车辆(1)沿着存储于所述控制装置(30)的存储装置的设定行驶路径进行自主行驶，其中，所述控制单元(30)在无法通过卫星定位系统定位当前位置的情况下，将发生了该定位故障的位置、时间、以及发生了定位故障的范围存储于存储装置(30a)，并且将无法定位的情况显示于显示单元(49)、远程操作装置(112)的显示器(113)。

Description

自主行驶作业车辆
技术领域
本发明涉及一种在利用卫星定位系统进行自主行驶的自主行驶作业车辆无法定位的情况下，能存储其时间和位置并提醒注意的技术。
背景技术
以往，公开了一种技术，设定为能利用GPS定位系统进行自主行驶的自主行驶作业车辆能朝向设定的目标方向自主行驶，当无法正常定位时，中止自主行驶。在从中止到经过规定时间的期间，定位恢复到正常状态的情况下，自主行驶操作者恢复自主行驶(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-29520号公报
发明内容
发明所要解决的问题
对于上述技术而言，已知受到防风林、建筑物等影响而无法接收来自卫星的信号的情况、电波被建筑物等反射而发生信号接收故障的情况等会造成定位异常。这些发生过定位异常的场所、时期大多数情况下与大致特定的位置、时间有关。基于这种情况，通过在特定的位置、时期进行作业时预先制定对策，能回避作业的停止，实现作业效率的提高或节省用于查明原因的时间。
本发明是鉴于如上状况而完成的发明，存储发生了定位异常的位置和时间，事先掌握作业时发生定位异常的位置和时间，下次在同一位置、时间进行作业时，能提醒操作人员注意使其迅速应对。
用于解决问题的方案
本发明所要解决的问题如上所述，接着对用于解决该问题的方案进行说明。
即，本发明是一种作业车辆，该作业车辆具备：位置计算单元，利用卫星定位系统定位作业车辆的位置；自动行驶单元，使作业车辆自动行驶；以及控制装置，所述作业车辆沿着存储于所述控制装置的存储装置的设定行驶路径进行自主行驶，其中，所述控制单元在无法通过卫星定位系统定位当前位置的情况下，将发生了该定位故障的位置、时间、以及发生了定位故障的范围存储于存储装置，并且将发生了定位故障的情况显示于显示单元。
本发明能从存储装置任意地读取发生了所述定位故障的位置、时间、以及发生了定位故障的范围。
本发明当接近发生了所述定位故障的位置时，通过声音、显示来提醒注意。
发明效果
通过使用如上所述的装置，能将发生了定位故障的位置、时间留下记录作为制定用于解除电波故障的对策的资料，并能制定出下次制定作业路径的规划时能准确行驶的路线。此外，下次进行作业时即使因电波故障等而无法定位也不用慌张，能容易地进行应对。
附图说明
图1是表示自主行驶车辆、GPS卫星以及参考站的概略侧视图。
图2是控制框图。
图3是表示由自主行驶作业车辆和跟随行驶作业车辆进行的作业的状态的图。
图4是表示针对定位故障的控制的流程的图。
图5是通过地图表示定位故障的状況的图。
具体实施方式
采用能利用卫星定位系统进行自主行驶的自主行驶作业车辆1作为拖拉机，在自主行驶作业车辆1的后部安装旋耕机24作为作业机，并对该实施例进行说明。其中，作业车辆不限于拖拉机，也可以是联合收割机等，此外，作业机也不限于旋耕机，也可以是打垄机、割草机、耙机、播种机、施肥机、运输车等。
在图1、图2中，对作为自主行驶作业车辆1的拖拉机的整体结构进行说明。在发动机罩2内设有发动机3，在该发动机罩2的后部的驾驶室11内设置有仪表板14，在仪表板14上方设置有作为转向操作单元的方向盘4。通过该方向盘4的转动，经由转向装置转动前轮9/9的朝向。自主行驶作业车辆1的转向方向通过转向传感器20进行检测。转向传感器20包括旋转编码器等角度传感器，配置于前轮9的转动基部。其中，转向传感器20的检测结构并不限定于此，只要是能确认转向方向的结构即可，也可以检测方向盘4的转动或检测助力转向装置的工作量。由转向检测器20获取的检测值被输入控制装置30。
在所述方向盘4的后方配设有驾驶席5，在驾驶席5下方配置有变速箱6。在变速箱6的左右两侧连续设置有后桥壳8/8，在该后桥壳8/8经由车轴支承有后轮10/10。来自发动机3的动力能通过变速箱6内的变速装置(主变速装置、副变速装置)进行变速并驱动后轮10/10。变速装置例如由液压无级变速装置构成，通过电机等变速单元44使可变容量型液压泵的可动斜盘工作，从而能够变速。变速单元44与控制装置30连接。后轮10的转速由车速传感器27检测，并作为行驶速度被输入控制装置30。其中，车速的检测方法、车速传感器27的配置位置不受限定。
在变速箱6内收纳有PTO离合器、PTO变速装置，PTO离合器通过PTO离合单元45进行离合，PTO离合单元45与控制装置30连接，能控制向PTO轴的动力的切断。控制装置30具备CPU(中央运算处理装置)；RAM、ROM等存储装置30a；接口等，存储装置30a存储有用于使自主行驶作业车辆1工作的程序、数据。
在支承所述发动机3的前框架13支承有前桥壳7，在该前桥壳7的两侧支承有前轮9/9，来自所述变速箱6的动力能传递到前轮9/9。所述前轮9/9构成转向轮，能通过方向盘4的转动操作进行转动，并且前轮9/9通过包括作为转向驱动单元的转向助力缸的转向促动器40能左右转向转动。转向促动器40与控制装置30连接，受到自主行驶控制并被驱动。
控制装置30连接有作为发动机旋转控制单元的发动机控制器60，发动机控制器60连接有发动机转速传感器61、水温传感器、液压传感器等，能检测发动机的状态。发动机控制器60根据设定转速和实际转速来检测负载，以不会造成过载的方式进行控制，并且能将发动机3的状态发送给后述的远程操作装置112，由显示器113进行显示。
此外，在配置于踏板下方的燃料箱15配置有检测燃料液面的液位传感器29，该液位传感器29与控制装置30连接，在设置于自主行驶作业车辆1的仪表板的显示单元49设置有显示燃料的剩余量的燃料表，该燃料表与控制装置30连接。并且，燃料剩余量的相关信息被从控制装置30发送给远程操作装置112，由远程操作装置112的显示器113显示燃料剩余量和可作业时间。
在所述仪表板14上配置有发动机的转速表、燃料表、表示油压等、异常的监视器、以及显示设定值等的显示单元49。
此外，在拖拉机机体后方经由作业机安装装置23自由升降地安装作为作业机的旋耕机24，进行耕耘作业。在所述变速箱6上方设置有升降缸26，通过使该升降缸26伸缩，能使构成作业机安装装置23的升降臂转动，从而使旋耕机24升降。升降缸26通过升降促动器25的工作进行伸缩，升降促动器25和控制装置30连接。
在控制装置30连接有构成卫星定位系统的移动通信机33。在移动通信机33连接有移动GPS天线34和数据接收天线38，移动GPS天线34和数据接收天线38设置于所述驾驶室11上方。该移动通信机33具备位置计算单元，能将纬度和经度发送给控制装置30，从而掌握当前位置。需要说明的是，除了GPS(美国)之外，还能通过使用准天顶卫星(日本)、格洛纳斯卫星(俄罗斯)等卫星定位系统(GNSS)来进行高精度定位，但在本实施方式中使用GPS进行说明。
自主行驶作业车辆1为了获取机体的姿势变化信息具备陀螺仪传感器31，以及为了检测行进方向具备方位传感器32，它们与控制装置30连接。其中，由于能根据GPS的定位计算出行进方向，因此能够省略方位传感器32。
陀螺仪传感器31检测自主行驶作业车辆1的机体前后方向的倾斜(俯仰角)的角速度、机体左右方向的倾斜(横滚角)的角速度、以及旋转(偏航角)的角速度。通过对该三个角速度进行积分计算，能求出自主行驶作业车辆1的机体的往前后方向以及左右方向的倾斜角度以及转弯角度。作为陀螺仪传感器31的具体例，可以举出机械式陀螺仪传感器、光学式陀螺仪传感器、流体式陀螺仪传感器、以及振动式陀螺仪传感器等。陀螺仪传感器31连接于控制装置30，将该三个角的信息输入控制装置30。
方位传感器32检测自主行驶作业车辆1的朝向(行进方向)。作为方位传感器32的具体例，可举出磁方位传感器等。方位传感器32连接于控制装置30，将机体的朝向信息输入控制装置30。
这样，控制装置30通过姿势/方位运算单元对从上述陀螺仪传感器31、方位传感器32获取的信号进行运算，求出自主行驶作业车辆1的姿势(朝向、机体前后方向及机体左右方向的倾斜、转弯方向)。
接着，对使用GPS(全球定位系统)获取自主行驶作业车辆1的位置信息的方法进行说明。
GPS本来是用于航空器、船舶等的航行支援而开发的系统，由围绕地球上空约两万公里的24颗GPS卫星(在6个轨道面各配置4个)、进行GPS卫星的追踪和管制的管制局、用于进行定位的使用者的通信机构成。
作为使用了GPS的定位方法，可举出单点定位、相对定位、DGPS(差分GPS)定位、RTK-GPS(实时动态-GPS)定位等各种方法，虽然其中任一种方法都可以使用，但在本实施方式中采用测定精度高的RTK-GPS定位方式，并通过图1、图2对该方法进行说明。
RTK-GPS(实时动态-GPS)定位为如下方法：通过判定位置的参考站和需要位置的移动站同时进行GPS观测，利用无线等方法将在参考站观测到的数据实时地发送给移动站，基于参考站的位置结果实时地求得移动站的位置。
在本实施方式中，自主行驶作业车辆1配置有作为移动站的移动通信机33、移动GPS天线34、以及数据接收天线38，作为参考站的固定通信机35、固定GPS天线36、以及数据发送天线39配设于不会妨碍农田作业的规定位置。本实施方式的RTK-GPS(实时动态-GPS)定位通过参考站和移动站双方进行相位测定(相对定位)，将由参考站的固定通信机35进行定位的数据从数据发送天线39发送给数据接收天线38。
配置于自主行驶作业车辆1的移动GPS天线34接收来自GPS卫星37/37···的信号。该信号被发送给移动通信机33进行定位。并且，同时利用作为参考站的固定GPS天线36接收来自GPS卫星37/37···的信号，利用固定通信机35进行定位并发送给移动通信机33，对观测到的数据进行解析来确定移动站的位置。这样获取的位置信息被发送至控制装置30。
这样，该自主行驶作业车辆1的控制装置30具备使其自动行驶的自动行驶单元，自动行驶单元接收从GPS卫星37/37···发送来的电波，并通过移动通信机33按照设定时间间隔求出机体的位置信息，由陀螺仪传感器31和方位传感器32求出机体的位移信息和方位信息，基于这些位置信息、位移信息、以及方位信息，以使机体沿着预先设定的设定路径R行驶的方式控制转向促动器40、变速单元44、升降促动器25、PTO离合单元45、发动机控制器60等，使其能自动行驶并自动进行作业。需要说明的是，作为作业范围的农田H的外周的位置信息也通过众所周知的方法预先设定，并存储于存储装置30a。
此外，在自主行驶作业车辆1配置有故障物传感器41，该故障物传感器41与控制装置30连接，不与故障物接触。例如，故障物传感器41由超声波传感器构成，配置于机体的前部、侧部、后部，与控制装置30连接，检测在机体的前方、侧方、后方是否有故障物，并在故障物接近至设定距离以内时中止行驶。
此外，自主行驶作业车辆1搭载有拍摄前方、作业机的摄像机42，该摄像机42与控制装置30连接。由摄像机42拍摄到的映像由跟随行驶作业车辆100所具备的远程操作装置112的显示器113进行显示。
远程操作装置112设定所述自主行驶作业车辆1的行驶路径R；或远程操作自主行驶作业车辆1；或监视自主行驶作业车辆1的行驶状态、作业机的作业状态；或存储作业数据。
本实施方式中，操作人员能乘坐跟随行驶作业车辆100进行驾驶操作，并且能在跟随行驶作业车辆100上搭载远程操作装置112来操作自主行驶作业车辆1。跟随行驶作业车辆100如图3所示，一边在自主行驶作业车辆1的斜后方进行作业一边行驶，监视/操作自主行驶作业车辆1。其中，根据作业形态，有可能跟随行驶作业车辆100行驶于自主行驶作业车辆1的后方进行作业，也有可能跟随行驶作业车辆100行驶于前方且自主行驶作业车辆行驶于后方进行作业，在此不做限定。由于跟随自主行驶作业车辆100的基本结构和自主行驶作业车辆1大致相同，因此省略对跟随自主行驶作业车辆100的详细的说明。需要说明的是，也可以采用在跟随行驶作业车辆100具备GPS用的移动通信机33、移动GPS天线34的结构。
远程操作装置112可装卸于跟随行驶作业车辆100和自主行驶作业车辆1的仪表板等操作部。远程操作装置112能在安装于跟随行驶作业车辆100的仪表板的状态下直接进行操作，也能拿出跟随行驶作业车辆100之外随身进行操作，也能安装于自主行驶作业车辆1的仪表板进行操作。远程操作装置112能由例如笔记本型、平板型的个人计算机来构成。在本实施方式中由平板型的计算机来构成。
进而，远程操作装置112和自主行驶作业车辆1能以无线方式相互通信，自主行驶作业车辆1和远程操作装置112分别设置有用于通信的收发机110、111。收发机111一体配置于远程操作装置112。通信单元能通过例如WiFi等无线LAN相互通信。远程操作装置112在壳体表面设置显示器113，并在壳体内收纳收发机111、CPU、存储装置、电池等，上述显示器113采用能通过触摸画面进行操作的触摸平板式的操作画面。
所述自主行驶作业车辆1能通过远程操作装置112进行远程操作。例如，能对自主行驶作业车辆1的紧急停止、暂时中止、再次行进、车速的变更、发动机转速的变更、作业机的升降、PTO离合器的离合等进行操作。也就是说，能通过远程操作装置112，经由收发机111、收发机110、控制装置30来控制加速器促动器、变速单元44、PTO离合单元45等，使操作者容易地远程操作自主行驶作业车辆1。
能由所述显示器113显示由所述摄像机42拍摄到的周围的图像、自主行驶作业车辆1的状态、作业的状态、GPS的相关信息、操作画面等，操作人员能进行监视。
所述自主行驶作业车辆1的状态为行驶状态、发动机的状态、作业机的状态等，行驶状态为变速位置、车速、燃料剩余量、电池的电压等，发动机的状态为发动机的转速、负载率等，作业机的状态为作业机的种类、PTO转速、作业机的高度等，分别通过数字、表盘等显示于显示器113。
作业状态为作业路径(目标路径或设定行驶路径)、作业行程、当前位置、根据行程计算出的到田头的距离、剩余路径、行程数、到目前为止的作业时间、剩余作业时间等。通过在整个作业路径上涂抹出已完成作业路径，能容易地识别剩余路径。此外，通过从当前位置以箭头显示接下去的行程，能容易地确认之后的旋转方向等接下去的行程。
GPS的相关信息是作为自主行驶作业车辆1的实际位置的经纬度、卫星的补充数、电波接收强度、定位系统的异常等。
接着，对自主行驶作业过程中所述定位系统发生异常的情况也就是发生了定位故障的情况进行说明。
控制装置30判断GPS天线34、移动通信机33自身是否发生了故障、是否发生了定位故障。在GPS天线34、移动通信机33自身发生了故障的情况下中止行驶和作业，并进行修理等恢复作业。对本实施方式中发生了GPS卫星37的信号接收故障、电波故障也就是发生了定位故障的情况的应对控制进行说明。信号接收故障是指受到防风林、建筑物等的影响而暂时无法接收来自GPS卫星37的电波的情况；电波被建筑物等反射而产生干扰的情况；GPS卫星37的补充数少的情况等。
由于能通过互联网等的信息容易地获取所述GPS卫星37的轨道，因此能预测处于规定位置的GPS卫星37的补充数、角度等。因此，当设定了作业日期和时间、作业位置(范围)时，同时也能预测发生定位故障的位置，还能显示该预测。此外，在登记了过去受到建筑物、防风林等的影响而发生过定位故障的记录的情况下，能根据GPS卫星37的位置和自主行驶作业车辆1的位置大概预测建筑物、防风林等的位置(方向)、大小(高度)等，也能大致确定容易发生定位故障的位置(发生过定位故障的范围)、时间。这样，当接近容易发生定位故障的位置或可能发生定位故障的位置时，由显示器113显示出来，并通过声音发出警报或通过语音进行通知。
在发生了定位故障的情况下，控制装置30切换成惯性导航继续进行自主行驶，并由自主行驶作业车辆1的显示单元49显示“发生定位故障”，同时将旨在发生了该情况的信号发送给远程操作装置112，由显示器113显示并发出警报。还可以设计成在发生该定位故障时，能进一步显示出GPS卫星37的补充数和不足数；GPS卫星37的角度(被遮挡的方向)；原因为电波强度(接收精度低)、检测数据错误等。而且，进一步地，将发生了定位故障(正在发生)的位置和时间、GPS卫星37的补充数、角度等存储于存储装置30a。
发生该定位故障时的数据能经由互联网发送给主机计算机、其他作业车的控制装置，以用于下次作业、其他作业，主机计算机能将其数据库化并进行解析或进行地图显示。通过能地图显示，如图5所示，能轻易发当前斜线区域(发生过定位故障的范围)受到防风林、建筑物的影响而发生定位故障，容易应对。
自主行驶作业车辆1搭载有作为惯性测量装置(IMU)的陀螺仪传感器31，在发生定位故障情况下，切换成惯性导航，继续自主行驶一定距离进行作业(行驶)。但是，在发生定位故障后即使经过了设定时间或行驶了设定距离也无法解除定位故障的情况下，停止自主行驶作业车辆1，也停止作业机，等待恢复。所述设定时间或设定距离是通过惯性导航进行行驶的情况下能准确地行驶于设定作业路径的时间或距离。由于在所述停止状态下无法解除定位故障而无法自主行驶，因此操作人员切换为手动行驶，进行手动行驶直到到达定位故障解除的位置。
而且，当定位故障得到改善而继续进行作业并抵达农田端部时进行U字掉头，在田头转弯，继续进行作业。对于往返作业(相邻耕作)而言，由于再次经过发生过所述定位故障的位置附近，因此有可能发生定位故障。因此，当接近发生过定位故障的位置附近时，由显示器113进行旨在可能发生定位故障的显示，提醒注意。当发生定位故障时，与上述相同，由显示器113显示，发出警报并切换成惯性导航，与上述相同地进行控制。
通过图4的流程图进行具体说明，首先，判断以前是否利用卫星定位系统在要进行作业的农田H进行过作业，也就是说，判断是否有作业记录(S1)。在没有记录的情况下判断是否发生了定位故障(S2)。当未发生定位故障时进行常规作业(S3)，当发生了定位故障时，显示该情况并发出警报(S4)。而且，将发生定位故障的位置和时间(S5)存储于存储装置30a，并切换为惯性导航(S6)。当直到通过惯性导航行驶了设定时间(或设定距离)(S7)为止一直在发生定位故障(S8)时，移行至步骤S4，当定位故障解除时取消惯性导航，并该解除的位置和时间(S9)存储于存储装置30a。这样，定位故障的经过时间和发生了定位故障的路径被存储起来。之后，返回GPS定位系统并移行至步骤S3，继续进行作业。在步骤S7，在行驶设定时间后判断是否发生了定位故障(S10)，当未发生定位故障时移行至步骤S9，当发生了定位故障时停止行驶和作业(S11)，并将该位置和时间存储于存储装置30a，切换成手动行驶。
在所述步骤S1中，在存在记录的情况下，读取发生过定位故障的场所、时间(S21)，当接近距离发生过定位故障的位置设定范围内时(S22)，由显示器113进行显示，提醒注意(S23)并移行至步骤S2。该提醒注意和所述警报通过由扬声器、蜂鸣器等发出声音；亮灯；由显示器113等显示来进行。提醒注意和警报优选使用不同的语音、表现。
这样，当一个农田的作业结束时，除了地图数据之外，还在存储装置30a上保存该农田的定位故障发生区域(信号接收故障发生范围)和时间帯。并且，当下次在该农田进行作业之前制定作业规划时，能容易地制定行驶路径的应对方案、改善方案。例如，在规划作业行驶路径时，从存储装置30a调出记录进行显示，对于产生过发生定位故障的范围的农田，改变作业时间帯或改变行进方向。
如上所述，本发明是一种作业车辆，该作业车辆具备：位置计算单元，利用卫星定位系统来定位自主行驶作业车辆1的位置；自动行驶单元，使自主行驶作业车辆1自动行驶；以及控制装置30，该作业车辆沿着存储于所述控制装置30的存储装置的设定行驶路径进行自主行驶，其中，由于所述控制单元30在无法通过卫星定位系统来定位当前位置的情况下，将发生了该定位故障的位置、时间、以及发生了定位故障的范围存储于存储装置30a，并且将发生了定位故障的情况显示于显示单元49、远程操作装置112的显示器113，因此能将无法定位的位置、时间留下记录作为制定用于解除定位故障的对策的资料，并能制定出在下次制定作业路径的规划时能准确行驶的路线。此外，下次进行作业时即使因电波故障等而无法定位也不用慌张，能容易地进行应对。
此外，由于能从存储装置30a任意读取发生过所述定位故障的位置、时间、以及发生过定位故障的范围，因此能在发生定位故障时、设定行驶路径时，选择能准确定位的路径，能容易地制定行驶路径。
此外，由于当接近发生过所述定位故障的位置时，通过由扬声器、蜂鸣器等发出的声音；亮灯；由显示器113等进行的显示来提醒注意，因此能容易地确认预测会发生定位故障的区域，能容易地采用无法定位时的应对方案。
产业上的可利用性
本发明能用于利用卫星定位系统来使作业车辆在规定的农田等进行作业的建设机械、农用作业车等。
附图标记说明
1：自主行驶作业车辆；
30：控制装置；
30a：存储装置；
49：显示单元；
112：远程操作装置；
113：显示器。

Claims (3)

1.一种自主行驶作业车辆，具备：位置计算单元，利用卫星定位系统定位作业车辆的位置；自动行驶单元，使作业车辆自动行驶；以及控制装置，并沿着存储于所述控制装置的存储装置的设定行驶路径进行自主行驶，其特征在于，
所述控制单元在无法通过卫星定位系统定位当前位置的情况下，将发生了该定位故障的位置、时间、以及发生了定位故障的范围存储于存储装置，并且将发生了定位故障的情况显示于显示单元。
2.根据权利要求1所述的自主行驶作业车辆，其特征在于，
能从存储装置任意地读取发生了所述定位故障的位置、时间、以及发生了定位故障的范围。
3.根据权利要求1所述的自主行驶作业车辆，其特征在于，
当接近发生了所述定位故障的位置时，通过声音、显示来提醒注意。
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