CN109152330B - 田地行驶路径生成系统以及田地作业车 - Google Patents

Abstract

田地行驶路径生成系统具备：田地信息储存部，储存田地信息，所述田地信息包含田地和其出入口区域的位置信息；作业行驶路径计算部61，基于田地信息和田地作业车的规格，计算将行驶作业开始点和行驶作业结束点连接的田地作业车的作业行驶路径；前行驶路径计算部62，计算从出入口区域起到达作业行驶路径的行驶作业开始点的、前行驶路径；以及后行驶路径计算部63，计算从行驶作业结束点起到达出入口区域的、后行驶路径。

Description

田地行驶路径生成系统以及田地作业车

技术领域

本发明涉及生成用于田地作业车以手动行驶或自动行驶进行行驶的行驶路径的、田地行驶路径生成系统、以及沿着由田地行驶路径生成系统生成的行驶路径进行行驶的田地作业车。

背景技术

专利文献1的田地作业车具备路径计算部，所述路径计算部将从田地信息储存部读出的田地的地形数据作为基本条件来计算适于农作业的行驶机体的行驶路径。该路径计算部根据地形数据求取田地的外形，计算从设定的行驶开始地点开始而在行驶结束地点结束的行驶路径。此时，在田地中，用于从其田埂或农业用道路出入田地的场所被决定的情况不少，因此，在专利文献1中，提出了根据田地的入口位置设定行驶开始地点且根据田地的出口位置设定行驶结束地点。当利用路径计算部计算行驶路径时，基于从GPS模块得到的测位数据（纬度经度数据）求取本车位置，操纵支援单元对该田地作业车的操纵进行支援，以使行驶机体在由路径计算部计算出的行驶路径上正确地进行行驶。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-112071号公报。

发明内容

发明要解决的课题

通常地，按照每个田地决定用于田地作业车出入田地的出入口。此外，在田地为水田那样的情况下，田地离周边道路低，出入口的行驶面倾斜。利用包含那样的出入口的出入口区域的位置或形状，限制田地作业车的向田地的进入方向或从田地的离开方向。因此，在不考虑该田地出入口区域的位置或形状的情况下设定了成为田地中的行驶路径的计算时的基点的、行驶开始地点和行驶结束地点的情况下，在从出入口到行驶开始地点的行驶和从行驶结束地点到出入口的行驶中产生浪费或者根据情况难以进行该行驶。在专利文献1所公开的路径计算部中，将行驶开始地点作为田地入口位置，并且，将行驶结束地点作为田地出口位置，由此，在行驶路径的估算中考虑出入口的位置。可是，该估算方法仅将行驶路径的起点作为田地入口位置并且将行驶路径的终点作为田地出口位置，并不是考虑了与在田地内的行驶路径顺利地连接那样的出入口的通过的方法。因此，在上述的行驶路径的估算方法中，难以计算引导高效率的行驶作业的适当的路径。

鉴于上述的实情，期望田地行驶路径生成系统，所述田地行驶路径生成系统能够生成用于得到高效率的行驶作业的作业行驶路径、以及用于在出入口区域和作业行驶路径的起点及终点顺利地行驶的行驶路径双方。

用于解决课题的方案

本发明的、生成田地作业车的行驶路径的田地行驶路径生成系统具备：田地信息储存部，储存田地信息，所述田地信息包含田地的位置信息和所述田地的出入口区域的位置信息；作业行驶路径计算部，基于所述田地信息和所述田地作业车的规格，计算将行驶作业开始点和行驶作业结束点连接的所述田地作业车的作业行驶路径；前行驶路径计算部，计算从所述出入口区域起到达所述作业行驶路径的所述行驶作业开始点的、前行驶路径；以及后行驶路径计算部，计算从所述行驶作业结束点起到达所述出入口区域的、后行驶路径。

根据该结构，3个行驶路径即从出入口区域向作业行驶路径的行驶作业开始点向导田地作业车的前行驶路径、从行驶作业结束点向出入口区域向导田地作业车的后行驶路径、以及以在行驶作业开始点与行驶作业结束点之间进行行驶作业的方式向导田地作业车的作业行驶路径分别由前行驶路径计算部、后行驶路径计算部以及作业行驶路径计算部个别地计算。因此，也能够将出入口区域的顺利的通过作为整体的行驶路径计算的优先条件。例如，根据为了开始田地内的作业行驶而适当的行驶作业开始点候补组和能够从田地进入方向朝向行驶作业开始点顺利地通过出入口区域的行驶路径候补组，求取最佳解，由此，能够计算适当的前行驶路径。此外，根据将行驶作业开始点作为起点在田地到处进行行驶作业的行驶路径的结束点（行驶作业结束点）候补组和能够从行驶作业结束点朝向田地离开方向顺利地通过出入口区域的行驶路径候补组，求取最佳解，由此，能够计算适当的后行驶路径。对于从行驶作业开始点到行驶作业结束点的作业行驶路径的计算，能够挪用以往的计算算法。由此，即使出入口相对于田地处于怎样的位置，都能够顺利地通过出入口区域而进入到田地，进行行驶作业，再次顺利地通过出入口区域而从田地离开。再有，在出入口区域中包含田地外的区域（农业用道路等）的情况下，在前行驶路径和后行驶路径中也包含田地外的路径。那样的前行驶路径能够将田地作业车从田地外向行驶作业开始点顺利地向导，后行驶路径能够将田地作业车从行驶作业结束点向田地外顺利地向导。当然，也能够在出入口区域中不包含田地外的区域而仅为田地内的区域，使前行驶路径和后行驶路径为田地内的路径。进而，也能够仅在前行驶路径或后行驶路径的任一个中包含田地外的路径。

在田地为水田那样的情况下，田地离周边道路低。因此，关于其出入口区域的通过，考虑行驶面的高低差，由此，能够进行更顺利的通过。因此，在本发明的优选的实施方式之一中，在所述田地信息中包含所述出入口区域中的行驶面倾斜信息，在所述前行驶路径和所述后行驶路径的计算时，考虑所述行驶面倾斜信息。例如，在行驶面倾斜厉害的情况下，下到斜面后的急转弯是困难的。此外，在急转弯的稍后登上陡坡也是困难的。因此，优选根据行驶面倾斜变更适用的转弯半径等。

进而，存在以下情况：根据田地作业车的规格，出入口区域的陡坡的行驶优选前进或后退的任一个。为了避免与田埂等的接触，存在必须使以能升降的方式装备的作业装置上升到最上升位置的情况。因此，为了出入口区域的顺利的通过，需要行驶面倾斜信息和田地作业车的规格双方。在本发明的优选的实施方式之一中，基于所述行驶面倾斜信息和所述田地作业车的规格，决定所述前行驶路径和所述后行驶路径中的田地作业车的姿势或田地作业车的方向或者其双方。

优选监视员或操纵者等能够确认计算出的行驶路径。因此，在本发明的优选的实施方式之一中，具备通知部，所述通知部具有生成显示数据的显示数据生成功能，所述显示数据将述作业行驶路径、所述前行驶路径和所述后行驶路径显示在显示器中。

以沿着由上述的田地行驶路径生成系统生成的行驶路径的方式进行行驶作业的田地作业车也作为本发明的对象。当在那样的田地作业车中具备显示器时，操纵者或管理者能够确认行驶路径，因此，是合适的，所述显示器显示所述作业行驶路径、所述前行驶路径和所述后行驶路径。进而，那样的田地作业车具有生成作业行驶路径、前行驶路径和后行驶路径的功能，因此，具备在生成的作业行驶路径、前行驶路径和后行驶路径进行自动行驶的自动行驶控制部，由此，实现行驶作业的自动化。进而，在控制系统中装入了上述的田地行驶路径生成系统的田地作业车也为本发明的对象。

附图说明

图1是示出由田地（field）行驶路径生成系统生成的田地出入口和行驶路径的基本例的示意图。

图2是示出由田地行驶路径生成系统进行的行驶路径生成中的基本的数据流（data flow）的示意图。

图3是作为田地作业的具体的实施方式之一的带耕耘装置的拖拉机（tractor）的侧面图。

图4是示出拖拉机的控制系统的功能框图。

图5是用于说明行驶路径生成的一个例子的示意图。

具体实施方式

在说明本发明的田地行驶路径生成系统的具体的实施方式之前，使用图1和图2来说明其基本原理。在图1中，示出了与能够进行田地作业车的通行的农业用道路邻接的行驶作业对象的田地。在该田地中，形成了用于田地作业车从农业用道路向田地出入的出入口。该田地面处于比农业用道路低的位置，因此，出入口具有弥补其高低差的斜面。作为包含出入口的斜面的、为了田地作业车通过出入口进入到田地而需要的区域以及为了田地作业车从田地内通过出入口返回到农业用道路而需要的区域，设定了出入口区域。

田地作业车在出入口的倾斜面上行驶，当到达行驶作业开始点（在图中，示出为RWS）时，从那开始行驶作业。该行驶作业开始点能够定义为田地作业车能够从包含出入口的倾斜面的出入口区域起在田地内转移为适当的行驶作业开始状态的位置。接着，田地作业车进行田地内的行驶作业，当到达行驶作业结束点（在图中，示出为RWE）时结束行驶作业。该行驶作业结束点能够定义为田地作业车能够进入到行驶路径的位置，所述行驶路径到达包含出入口的倾斜面的出入口区域。

从出入口区域起到达行驶作业开始点的田地作业车的行驶路径被称为前行驶路径，在图1和图2中由粗实线示出。此外，从行驶作业结束点起到达出入口区域的田地作业车的行驶路径被称为后行驶路径，在图1和图2中由粗虚线示出。再有，在图1和图2所示的例子中，在出入口区域中包含田地外的区域（农业用道路等），因此，前行驶路径将田地作业车从田地外向导到行驶作业开始点，后行驶路径将田地作业车从行驶作业结束点向导到田地外。当然，在出入口区域中不包含田地外的区域而仅为田地内的区域也可，仅在前行驶路径或后行驶路径的任一个中包含田地外的路径也可。在图1和图2的例子中，田地作业车沿着前行驶路径从农业用道路通过出入口区域的倾斜面进入到田地而到达行驶作业开始点。此外，田地作业车沿着后行驶路径从行驶作业结束点通过出入口区域的倾斜面离开田地而返回到农业用道路。进行田地中的实际的行驶作业的、从行驶作业开始点到行驶作业结束点的行驶路径被称为作业行驶路径。该作业行驶路径通常为重复直线行驶和转弯行驶（180°转弯行驶或90°转弯行驶）的路径。已知许多其路径计算算法，因此，在此省略详细的说明，但是，关于耕耘拖拉机或联合收割机（combine）等，为一边使作业宽度稍微重叠一边在田地整体到处行驶的路径。

前行驶路径和后行驶路径的形状被出入口区域相对于农业用道路或田地的位置和形态影响。在此，作为对出入口区域的形态进行规定的重要的因子，为出入口倾斜面的角度和高低差和长度和宽度、出入口区域的宽度和长度等。记述了与出入口区域的位置和形态有关的数据的、出入口区域的位置信息与田地的位置信息一起被包含在田地信息中。

接着，使用图2来说明特定的田地中的、田地作业车的行驶路径的生成用的基本的数据流。当应该进行行驶作业的田地被决定时，从储存有田地信息的数据库提取成为行驶作业的对象的田地信息。在田地信息中包含田地地图、田地名、种植品种、田地面积、田地几何形状等。进而，在田地地图中也包含出入口区域，作为田地属性信息，也链接有出入口区域信息。在出入口区域信息中包含出入口坐标、出入口区域形状、出入口倾斜角、出入口区域尺寸等。基于与田地信息所包含的田地形状有关的数据、出入口区域信息所包含的出入口区域形状数据或行驶面倾斜数据（出入口区域中的高低差或倾斜角等）、进而该田地作业车的行驶系统规格数据（车体尺寸、最小转弯半径、容许上坡角等）和作业系统规格数据（作业宽度、作业装置的最大上升位置和通常位置等），决定行驶作业开始点和行驶作业结束点。

前行驶路径计算部62基于出入口区域信息以及田地作业车的行驶系统规格和作业系统规格来计算从农业用道路基点起到达行驶作业开始点的前行驶路径，所述农业用道路基点成为从农业用道路进入到田地的点。后行驶路径计算部63基于出入口区域信息以及田地作业车的行驶系统规格和作业系统规格来计算从行驶作业结束点起到达农业用道路基点的后行驶路径，所述农业用道路基点成为离开田地而返回到农业用道路行驶的地点。通常，前行驶路径包含下坡倾斜面，后行驶路径包含上坡倾斜面。此外，后行驶路径为行驶作业结束后的行驶路径，因此，禁止进入到行驶作业已经结束的区域的情况较多，与前行驶路径相比较，限制变得严格。据此，在后行驶路径中，有时为了使路径长度变短而编入后退行驶。当然，在前行驶路径中编入后退行驶也可。作业行驶路径计算部61基于田地地图以及田地作业车的行驶系统规格和作业系统规格来计算通过直线状行驶路径和转弯行驶路径的组合从行驶作业开始点出发在田地中行驶而到达行驶作业结束点的直接作业行驶路径。

关于作业行驶路径计算部61、前行驶路径计算部62、后行驶路径计算部63的各个所计算的行驶路径，不仅计算1个，而且计算多个行驶路径，据此也能够构成为操纵者或监视者进行选择。

为了操纵者或监视者的确认而将计算出的前行驶路径、作业行驶路径、后行驶路径以个别形式或以合并后的形式显示数据化，并显示在显示器中。只要该确认结束，则田地作业车沿着各行驶路径自动或手动地行驶。在手动行驶的情况下，只要装载有本车位置检测功能，则进行对检测出的本车位置与各行驶路径的位置偏离进行通知的、操纵支援。此外，也能够使自动行驶和手动行驶混合。

接着，对本发明的田地作业车的具体的实施方式之一进行说明。在该实施方式中，田地作业车如图3所示那样为装备有对由田埂建立边界后的田地（作业地）进行农作业的作业装置30（例如，进行耕耘作业等农作业的旋耕（rotary tillage）装置）的、拖拉机。该拖拉机在由前轮11和后轮12支承的车体1的中央部设置有操纵部20。在车体1的后部经由油压式的升降机构31装备有作为旋耕装置的作业装置30。前轮11作为转向轮（steered wheel）发挥作用，通过变更其操舵角来变更拖拉机的行驶方向。前轮11的操舵角由操舵机构13的工作变更。在操舵机构13中包含自动操舵用的操舵电动机14。在手动行驶时，前轮11的操舵能够由配置于操纵部20的方向盘（steering wheel）22的操作进行。在拖拉机的驾驶室（cabin）21中设置有构成为GNSS模块的卫星测位模块80。作为卫星测位模块80的结构要素，用于接收GPS信号或GNSS信号的卫星用天线被安装于驾驶室21的顶棚区域。再有，在卫星测位模块80中能够包含装入有陀螺仪加速度传感器（gyro acceleration sensor）或磁方位传感器的惯性导航模块，以便补充卫星导航法。当然，惯性导航模块设置于与卫星测位模块80不同的场所也可。

在图4中示出了在该拖拉机中构筑的控制系统。该控制系统被构成为能够利用使用图1和图2说明的、本发明的田地行驶路径生成系统的基本原理。在作为该控制系统的核心要素的控制单元5中，具备作为输入输出接口发挥作用的、输出处理部7、输入处理部8、通信处理部70。输出处理部7与车辆行驶设备组71、作业装置设备组72、通知设备73等连接。在车辆行驶设备组71中，包含以操舵电动机14为首虽然未图示但是变速机构或引擎单元等为了车辆行驶而被控制的设备。在作业装置设备组72中，包含作业装置30的驱动机构或使作业装置升降的升降机构31等。通信处理部70具有以下功能：将由控制单元5处理后的数据向在远距离地的管理中心KS中构筑的管理计算机100发送，并且，从管理计算机100接收各种数据。在通知设备73中，包含显示器或灯（lamp）或扬声器。特别地，在显示器中，显示有由控制单元5生成的各行驶路径。为了向操纵者或操作者通知行驶注意事项或自动操舵行驶中的从目标行驶路径的偏离程度等、想要向操纵者通知的各种信息而使用灯或扬声器。使用有线或无线进行通知设备73与输出处理部7之间的信号传输。

输入处理部8与卫星测位模块80、行驶系统检测传感器组81、作业系统检测传感器组82、自动/手动切换操作工具83等连接。在行驶系统检测传感器组81中，包含对引擎转速或变速状态等行驶状态进行检测的传感器。在作业系统检测传感器组82中，包含对作业装置30的位置或倾斜进行检测的传感器、对作业负载等进行检测的传感器等。自动/手动切换操作工具83为对通过自动操舵行驶的自动行驶模式和通过手动操舵行驶的手动操舵模式的任一个进行选择的开关。例如，通过在自动操舵模式下在行驶中对自动/手动切换操作工具83进行操作，从而被切换为使用手动操舵的行驶，通过在使用手动操舵的行驶中对自动/手动切换操作工具83进行操作，从而被切换为使用自动操舵的行驶。

在控制单元5中具备作为使用图1和图2已经说明的功能部的、行驶路径计算模块60。在行驶路径计算模块60中包含作业行驶路径计算部61、前行驶路径计算部62、后行驶路径计算部63，实质上由程序构筑。在该实施方式中，将行驶路径计算模块60中的各行驶路径的计算所需要的田地信息从在远距离地的管理中心KS中设置的管理计算机100的田地信息储存部101提取，并将其下载到控制单元5中。下载的田地信息被保存在控制单元5的田地信息储存部55中。同样地，也将记述了指定的田地中的行驶作业的作业计划书从管理计算机100的作业计划管理部102下载到控制单元5中。拖拉机和作业装置30被调整为能够进行基于作业计划书的行驶作业，成为行驶路径的计算所需要的田地作业车信息的行驶系统规格数据和作业系统规格数据被存储在控制单元5中。

此外，在控制单元5中具备行驶控制部50、作业控制部54、本车位置计算部53、通知部56。本车位置计算部53基于从卫星测位模块80送出来的测位数据，计算本车位置。以能够通过自动行驶（自动操舵）和手动行驶（手动操舵）双方进行行驶的方式构成该拖拉机，因此，对车辆行驶设备组71进行控制的行驶控制部50包含手动行驶控制部51和自动行驶控制部52。手动行驶控制部51基于由操纵者进行的操作来控制车辆行驶设备组71。自动行驶控制部52在由行驶路径计算模块60计算而最终决定的行驶路径上自动行驶时，计算该行驶路径与本车位置之间的方位偏离和位置偏离，生成自动操舵指令，并将其经由输出处理部7向操舵电动机14输出。作业控制部54为了对作业装置30的活动进行控制，向作业装置设备组72提供控制信号。通知部56生成用于通过显示器等通知设备73向操纵者或监视者通知需要的信息的通知信号（显示数据或声音数据）。在该实施方式中，通知部56具有显示数据生成功能，生成在显示器中显示前行驶路径、后行驶路径、作业行驶路径的显示数据。然后，通知部56能够根据需要将前行驶路径、后行驶路径、作业行驶路径的全部或任一个显示在显示器中。

在由图2示出的说明中，行驶路径计算模块60根据包含出入口区域信息的田地信息和田地作业车信息来决定行驶作业开始点和行驶作业结束点，基于其来计算前行驶路径、作业行驶路径、后行驶路径。另一方面，关于行驶路径计算模块60中的各行驶路径的计算，并不被该顺序限定。例如，如图5所示那样，首先，计算前行驶路径和后行驶路径，基于由其得到的行驶作业开始点和行驶作业结束点，计算作业行驶路径也可。在图5所示的例子中，根据预先蓄积的各种图案的前行驶路径和后行驶路径，基于包含出入口区域信息的田地信息和田地作业车信息，提取前行驶路径和后行驶路径的几个候补。作为该提取算法，例如能够使用图案识别处理等机器学习算法。进而，根据提取出的前行驶路径和后行驶路径，分别选择最佳的路径。该选择也能够由操纵者或监视者进行，也能够考虑过去的实绩（也可以包含类似田地的实绩）自动地进行。使用由选择出的最佳的前行驶路径和后行驶路径规定的行驶作业开始点和行驶作业结束点来计算作业行驶路径。

〔另外的实施方式〕

（1）在上述的实施方式中，作为作业车，将作为作业装置30装备了旋耕机（rotarytiller）的拖拉机采纳为作业车，但是，除了那样的拖拉机以外，例如插秧机、施肥机、联合收割机等农作业车也能够采用为实施方式。

（2）主要出于说明目的来划分在图4中示出的功能框图中的各功能部。实际上，各功能部能够分为与其他的功能部合并或多个功能部。例如，采用在管理计算机100中构筑行驶路径计算模块60并且将计算出的各行驶路径下载到田地作业车的控制单元5中的结构也可。此外，代替在远距离地的管理中心KS中设置的管理计算机100，利用操纵者或监视者所携带的通信终端（便携式电话或平板计算机等）也可。当然，在田地作业车中构筑该田地行驶路径生成系统的全部功能部也可。

产业上的可利用性

本发明能够应用于沿着设定的行驶路径进行田地的行驶作业的田地作业车和生成该行驶路径的系统。沿着行驶路径的行驶为手动行驶也可，为自动行驶也可。

附图标记的说明

1：车体

5：控制单元

7：输出处理部

8：输入处理部

11：前轮

12：后轮

13：操舵机构

14：操舵电动机

20：操纵部

21：驾驶室

22：方向盘

30：作业装置

31：升降机构

50：行驶控制部

51：手动行驶控制部

52：自动行驶控制部

53：本车位置计算部

54：作业控制部

55：田地信息储存部

56：通知部

60：行驶路径计算模块

61：作业行驶路径计算部

62：前行驶路径计算部

63：后行驶路径计算部

70：通信处理部

71：车辆行驶设备组

72：作业装置设备组

73：通知设备

80：卫星测位模块

81：行驶系统检测传感器组

82：作业系统检测传感器组

83：自动/手动切换操作工具

100：管理计算机

101：田地信息储存部

102：作业计划管理部

KS：管理中心。

Claims (6)

1.一种田地行驶路径生成系统，生成田地作业车的行驶路径，其中，所述田地行驶路径生成系统具备：

田地信息储存部，储存田地信息，所述田地信息包含田地的位置信息和所述田地的出入口区域的位置信息；

作业行驶路径计算部，基于所述田地信息和所述田地作业车的规格，计算将行驶作业开始点和行驶作业结束点连接的所述田地作业车的作业行驶路径；

前行驶路径计算部，计算从所述出入口区域起到达所述作业行驶路径的所述行驶作业开始点的、前行驶路径；以及

后行驶路径计算部，计算从所述行驶作业结束点起到达所述出入口区域的、后行驶路径，

在所述田地信息中包含所述出入口区域中的行驶面倾斜信息，在所述前行驶路径和所述后行驶路径的计算时，考虑所述行驶面倾斜信息。

2.根据权利要求1所述的田地行驶路径生成系统，其中，基于所述行驶面倾斜信息和所述田地作业车的规格，决定所述前行驶路径和所述后行驶路径中的田地作业车的姿势或田地作业车的方向或者其双方。

3.根据权利要求1或2所述的田地行驶路径生成系统，其中，具备通知部，所述通知部具有生成显示数据的显示数据生成功能，所述显示数据将所述作业行驶路径、所述前行驶路径和所述后行驶路径显示在显示器中。

4.一种田地作业车，以沿着由根据权利要求1或2所述的田地行驶路径生成系统生成的行驶路径的方式进行行驶作业，其中，

所述田地作业车具备显示器，所述显示器显示所述作业行驶路径、所述前行驶路径和所述后行驶路径。

5.根据权利要求4所述的田地作业车，其中，具备自动行驶控制部，所述自动行驶控制部在所述作业行驶路径、所述前行驶路径和所述后行驶路径上进行自动行驶。

6.一种田地作业车，其中，装入了根据权利要求1或2所述的田地行驶路径生成系统。

Images