JP2016017881A

JP2016017881A - 併走作業システム

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Publication number: JP2016017881A
Application number: JP2014141536A
Authority: JP
Inventors: 中川　渉; Wataru Nakagawa; 渉中川
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2014-07-09
Filing date: 2014-07-09
Publication date: 2016-02-01
Anticipated expiration: 2034-07-09
Also published as: JP6297436B2

Abstract

【課題】第一作業車両と第二作業車両とにより併走作業を行うときに、できるだけ安価な衛星測位システムを利用して測位し作業できるようにする。
【解決手段】第一作業車両と第二作業車両の一方の作業車両に第一衛星測位システムを搭載し、他方の作業車両に持ち込む遠隔操作装置には前記第一衛星測位システムよりも精度の低い第二衛星測位システムを搭載し、第一衛星測位システムと第二衛星測位システムにより、第一作業車両と第二作業車両の現在位置を測位して、第一作業車両と第二作業車両の位置を遠隔操作装置の表示装置に表示する。
【選択図】図１

Description

本発明は、第一作業車両と第二作業車両が併走して作業を行う併走作業システムに関し、第一作業車両と第二作業車両の間の距離を適切に保ち作業できるようにする技術に関する。

従来、マスター車両がオペレータにより運転操作され、スレーブ車両が無人車両として、マスター車両及びスレーブ車両はそれぞれ制御装置を備え、無線により車両間の連絡を可能とし、スレーブ車両はマスター車両に対して平行運転が可能なプログラムが備えられている。そして、マスター車両とスレーブ車両には距離測定装置を備え、マスター車両とスレーブ車両の間の距離が所定距離となるように調整される。

また、マスター車両及び／またはスレーブ車両がＧＰＳ等のナビゲーション装置を備え、マスター車両及び／またはスレーブ車両の位置を限定できる技術が公知となっている（例えば、特許文献１参照）。

特表２００１−５０７８４３号公報

前記技術において、マスター車両とスレーブ車両に搭載されるナビゲーション装置は、測位の精度の高いナビゲーション装置を両車両に搭載すると、コストが高くなり、測位の精度を落とすとコストは下げることはできるが、無人で走行させることは難しくなる。

本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、第一作業車両と第二作業車両の一方は精度の高い測位システムを搭載し、他方は携帯型の遠隔操作装置に精度の低い測位システムを搭載し、汎用性があり、できるだけ安価な測位システムを用いて、第一作業車両と第二作業車両の位置関係が分かるようにしようとする。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
即ち、請求項１においては、第一作業車両と第二作業車両の一方の作業車両に第一衛星測位システムを搭載し、他方の作業車両に持ち込む遠隔操作装置には前記第一衛星測位システムよりも精度の低い第二衛星測位システムを搭載し、第一衛星測位システムと第二衛星測位システムにより、第一作業車両と第二作業車両の現在位置を測位して、第一作業車両と第二作業車両の位置を遠隔操作装置の表示装置に表示するものである。

請求項２においては、前記遠隔操作装置の制御装置は、第一作業車両と第二作業車両の間の距離を演算し、設定距離以下となると警報を発するものである。

請求項３においては、前記遠隔操作装置の制御装置は、第一作業車両と第二作業車両の間の距離を演算し、設定距離以上となると警報を発するものである。

以上のような手段を用いることにより、有人側の測位システムは安価な測位システムで構成することができる。

自律走行作業車両とＧＰＳ衛星と基準局を示す概略側面図。制御ブロック図。斜め前方と斜め後方を走行する併走作業を行う状態を示す図。前後方向に並んで併走作業を行う状態を示す図。有人作業車両が無人作業車両よりも前方を走行して作業を行う状態を示す図。

第一作業車両と、第二作業車両とが併走して、圃場内を設定した走行経路に沿って往復走行して作業を行うための併走作業システムについて説明する。
まず、第一作業車両を無人で自動走行可能な自律走行作業車両１とし、第二作業車両は、前記自律走行作業車両１に随伴してオペレータが操向操作する有人の随伴走行作業車両１００とし、自律走行作業車両１と随伴走行作業車両１００はトラクタとし、自律走行作業車両１及び随伴走行作業車両１００には作業機としてロータリ耕耘装置２４・２２４がそれぞれ装着されている実施例について説明する。但し、作業車両はトラクタに限定するものではなく、コンバイン等でもよく、また、作業機はロータリ耕耘装置に限定するものではなく、畝立て機や草刈機やレーキや播種機や施肥機やワゴン等であってもよい。

図１、図２において、自律走行作業車両１となるトラクタの全体構成について説明する。ボンネット２内にエンジン３が内設され、該ボンネット２の後部のキャビン１１内にダッシュボード１４が設けられ、ダッシュボード１４上に操向操作手段となるステアリングハンドル４が設けられている。該ステアリングハンドル４の回動により操舵装置を介して前輪９・９の向きが回動される。自律走行作業車両１の操舵方向は操向センサ２０により検知される。操向センサ２０はロータリエンコーダ等の角度センサからなり、前輪９の回動基部に配置される。但し、操向センサ２０の検知構成は限定するものではなく操舵方向が認識されるものであればよく、ステアリングハンドル４の回動を検知したり、パワーステアリングの作動量を検知してもよい。操向センサ２０により得られた検出値は制御装置３０に入力される。制御装置３０はＣＰＵ（中央演算処理装置）やＲＡＭやＲＯＭ等の記憶装置３０ｍやインターフェース等を備え、記憶装置３０ｍには自律走行作業車両１を動作させるためのプログラムやデータ等が記憶される。

前記ステアリングハンドル４の後方に運転席５が配設され、運転席５下方にミッションケース６が配置される。ミッションケース６の左右両側にリアアクスルケース８・８が連設され、該リアアクスルケース８・８には車軸を介して後輪１０・１０が支承される。エンジン３からの動力はミッションケース６内の変速装置（主変速装置や副変速装置）により変速されて、後輪１０・１０を駆動可能としている。変速装置は例えば油圧式無段変速装置で構成して、可変容量型の油圧ポンプの可動斜板をモータ等の変速手段４４により作動させて変速可能としている。変速手段４４は制御装置３０と接続されている。後輪１０の回転数は走行速度検知手段として車速センサ２７により検知され、走行速度として制御装置３０に入力される。但し、走行速度の検知方法や車速センサ２７の配置位置は限定するものではない。
また、リアアクスルケース８・８には制動装置４６が設けられ、制動装置４６は制御装置３０と接続され、制動制御可能としている。

ミッションケース６内にはＰＴＯクラッチやＰＴＯ変速装置が収納され、ＰＴＯクラッチはＰＴＯ入切手段４５により入り切りされ、ＰＴＯ入切手段４５は制御装置３０と接続され、ＰＴＯ軸への動力の断接を制御可能としている。

前記エンジン３を支持するフロントフレーム１３にはフロントアクスルケース７が支持され、該フロントアクスルケース７の両側に前輪９・９が支承され、前記ミッションケース６からの動力が前輪９・９に伝達可能に構成している。前記前輪９・９は操舵輪となっており、ステアリングハンドル４の回動操作により回動可能とするとともに、操舵装置の駆動手段となるパワステシリンダからなる操舵アクチュエータ４０により前輪９・９が左右操舵回動可能となっている。操舵アクチュエータ４０は制御装置３０と接続され、自動走行手段により制御されて駆動される。

制御装置３０にはエンジン回転制御手段となるエンジンコントローラ６０が接続され、エンジンコントローラ６０にはエンジン回転数センサ６１や水温センサや油圧センサ等が接続され、エンジンの状態を検知できるようにしている。エンジンコントローラ６０では設定回転数と実回転数から負荷を検出し、過負荷とならないように制御するとともに、後述する遠隔操作装置１１２にエンジン３の状態を送信してディスプレイ１１３で表示できるようにしている。

また、ステップ下方に配置した燃料タンク１５には燃料の液面を検知するレベルセンサ２９が配置されて制御装置３０と接続され、自律走行作業車両１のダッシュボードに設ける表示手段４９には燃料の残量を表示する燃料計が設けられ制御装置３０と接続されている。そして、制御装置３０から遠隔操作装置１１２に燃料残量に関する情報が送信されて、遠隔操作装置１１２のディスプレイ１１３に燃料残量と作業可能時間が表示される。

前記ダッシュボード１４上にはエンジンの回転計や燃料計や油圧等や異常を示すモニタや設定値等を表示する表示手段４９が配置されている。

また、トラクタ機体後方に作業機装着装置２３を介して作業機としてロータリ耕耘装置２４が昇降自在に装設させて耕耘作業を行うように構成している。前記ミッションケース６上に昇降シリンダ２６が設けられ、該昇降シリンダ２６を伸縮させることにより、作業機装着装置２３を構成する昇降アームを回動させてロータリ耕耘装置２４を昇降できるようにしている。昇降シリンダ２６は昇降アクチュエータ２５の作動により伸縮され、昇降アクチュエータ２５は制御装置３０と接続されている。また、作業機装着装置２３の昇降アームには昇降位置を検知して作業機の昇降高さを検知する手段として角度センサ２１が設けられ、角度センサ２１は制御装置３０と接続されている。

また、自律走行作業車両１には障害物センサ４１が配置されて制御装置３０と接続され、障害物に当接しないようにしている。例えば、障害物センサ４１はレーザセンサや超音波センサで構成して機体の前部や側部や後部に配置して制御装置３０と接続し、機体の前方や側方や後方に障害物があるかどうかを検出し、障害物が設定距離以内に近づくと走行を停止させるように制御する。

また、自律走行作業車両１には前方や後方や作業機を撮影するカメラ４２が搭載され制御装置３０と接続されている。カメラ４２で撮影された映像は随伴走行作業車両１００に備えられた遠隔操作装置１１２のディスプレイ１１３に表示されるようにしている。ただし、ディスプレイ１１３の表示画面が小さい場合は大きい別のディスプレイで表示したり、カメラ映像は別の専用のディスプレイで常時または選択的に表示したり、自律走行作業車両１に設けた表示手段４９で表示したりすることも可能である。また、前記カメラ４２は一つのカメラ４２を機体中心に配置して鉛直軸を中心に回転させて周囲を撮影しても、複数のカメラ４２を機体の前部や後部または四隅に配置して機体周囲を撮影する構成であってもよく限定するものではない。

有人走行車両となる随伴走行作業車両１００はオペレータが乗車して運転操作するとともに、随伴走行作業車両１００に遠隔操作装置１１２を搭載して自律走行作業車両１を操作可能としている。随伴走行作業車両１００の基本構成は自律走行作業車両１と略同じ構成であるので詳細な説明は省略する。

遠隔操作装置１１２は前記自律走行作業車両１の走行経路Ｒを設定したり、自律走行作業車両１の走行状態や作業機の作動状態を監視したり、作業データを記憶したり、自律走行作業車両１を遠隔操作したりするものである。遠隔操作装置１１２の遠隔操作は、例えば、自律走行作業車両１の緊急停止や一時停止や再発進や車速の変更やエンジン回転数の変更や作業機の昇降やＰＴＯクラッチの入り切り等を操作できるようにしている。つまり、遠隔操作装置１１２から通信装置１１１、通信装置１１０、制御装置３０を介してアクセルアクチュエータや変速手段４４やＰＴＯ入切手段４５や制動装置４６等を制御し作業者が容易に自律走行作業車両１を遠隔操作できるのである。

遠隔操作装置１１２は、随伴走行作業車両１００及び自律走行作業車両１のダッシュボード等の操作部に着脱可能としている。遠隔操作装置１１２は随伴走行作業車両１００のダッシュボードに取り付けたまま操作することも、随伴走行作業車両１００の外に持ち出して携帯して操作することも、自律走行作業車両１のダッシュボードに取り付けて操作可能としている。遠隔操作装置１１２は例えばノート型やタブレット型のパーソナルコンピュータで構成することができる。本実施形態ではタブレット型のコンピュータで構成している。

さらに、遠隔操作装置１１２と自律走行作業車両１は無線で相互に通信可能に構成しており、自律走行作業車両１と遠隔操作装置１１２には通信するための通信装置１１０・１１１がそれぞれ設けられている。通信装置１１１は遠隔操作装置１１２に一体的に構成されている。通信手段は例えばＷｉＦｉ等の無線ＬＡＮで相互に通信可能に構成されている。遠隔操作装置１１２は画面に触れることで操作可能なタッチパネル式の操作画面としたディスプレイ１１３を筐体表面に設け、筐体内に通信装置１１１や制御装置１１９としてのＣＰＵや記憶装置やバッテリ等を収納している。該ディスプレイ１１３には、前記カメラ４２で撮影した周囲の画像や自律走行作業車両１の状態や作業の状態やＧＰＳに関する情報や操作画面等を表示できるようにし、オペレータが監視できるようにしている。

自律走行作業車両１の位置及び随伴走行作業車両１００の位置は、ＧＰＳ（グローバル・ポジショニング・システム）を用いて取得する。
ＧＰＳは、元来航空機・船舶等の航法支援用として開発されたシステムであって、上空約二万キロメートルを周回する二十四個のＧＰＳ衛星（六軌道面に四個ずつ配置）、ＧＰＳ衛星の追跡と管制を行う管制局、測位を行うための利用者の通信機で構成される。なお、ＧＰＳ（米国）に加えて準天頂衛星(日本)やグロナス衛星（ロシア）等の衛星測位システム（ＧＮＳＳ）を利用することで精度の高い測位ができるが、本実施形態ではＧＰＳを用いて説明する。

ＧＰＳを用いた測位方法としては、単独測位、相対測位、ＤＧＰＳ（ディファレンシャルＧＰＳ）測位、ＲＴＫ−ＧＰＳ（リアルタイムキネマティック−ＧＰＳ）測位など種々の方法が挙げられ、これらいずれの方法を用いることも可能であるが、本実施形態では第一作業車両となる自律走行作業車両１に、測定精度の高いＲＴＫ−ＧＰＳ測位方式（第一衛星測位システムとする）を採用して現在位置を測位する。また、第二作業車両となる随伴走行作業車両１００にはオペレータが遠隔操作装置１１２を持って乗り込み、該遠隔操作装置１１２には第一衛星測位システムよりは精度が落ちるＤＧＰＳ測位（第二衛星測位システムとする）を採用して現在位置を測位する。ＤＧＰＳ測位方式は前記ＲＴＫ−ＧＰＳ測位方式より精度は落ちるが、自律走行作業車両１と随伴走行作業車両１００との間の相対距離を検出するには十分で安価であるため、遠隔操作装置１１２と自律走行作業車両１との間の相対位置を検出できるようにしている。遠隔操作装置１１２を操作しながら、自律走行作業車両１と随伴走行作業車両１００との間の相対位置を表示装置１１３で表示して、オペレータが容易に把握して、近づき過ぎや離れ過ぎ等を容易に認識できるようにしている。但し、第二衛星測位システムは第一衛星測位システムよりも安価であり、第一作業車両と第二作業車両との離間距離がある程度測位できるものであれば、単独測位式としてもよい。また、第一衛星測位システムはＲＴＫ−ＧＰＳ測位方式よりも精度の高い測位システムであればよく限定するものではない。

ＲＴＫ−ＧＰＳ測位の方法について図１、図２より説明する。
ＲＴＫ−ＧＰＳ（リアルタイムキネマティック−ＧＰＳ）測位は、位置が判っている基準局と、位置を求めようとする移動局とで同時にＧＰＳ観測を行い、基準局で観測したデータを無線等の方法で移動局にリアルタイムで送信し、基準局の位置成果に基づいて移動局の位置をリアルタイムに求める方法である。

本実施形態においては、自律走行作業車両１のキャビン１１上に移動局となる移動通信機３３と移動ＧＰＳアンテナ３４とデータ受信アンテナ３８が配置され、基準局となる固定通信機３５と固定ＧＰＳアンテナ３６とデータ送信アンテナ３９が圃場の作業の邪魔にならない所定位置に配設される。本実施形態のＲＴＫ−ＧＰＳ（リアルタイムキネマティック−ＧＰＳ）測位は、基準局および移動局の両方で位相の測定（相対測位）を行い、基準局の固定通信機３５で測位したデータをデータ送信アンテナ３９からデータ受信アンテナ３８に送信する。

自律走行作業車両１に配置された移動ＧＰＳアンテナ３４はＧＰＳ衛星３７・３７・・・からの信号を受信する。この信号は移動通信機３３に送信され測位される。そして、同時に基準局となる固定ＧＰＳアンテナ３６でＧＰＳ衛星３７・３７・・・からの信号を受信し、固定通信機３５で測位し移動通信機３３に送信し、観測されたデータを解析して移動局の位置を決定する。こうして得られた位置情報は制御装置３０に送信される。

こうして、この自律走行作業車両１における制御装置３０は自動走行させる自動走行手段を備えて、自動走行手段はＧＰＳ衛星３７・３７・・・から送信される電波を受信して移動通信機３３において設定時間間隔で機体の位置情報を求め、ジャイロセンサ３１及び方位センサ３２から機体の変位情報および方位情報を求め、これら位置情報と変位情報と方位情報に基づいて機体が予め設定した設定経路に沿って走行するように、操舵アクチュエータ４０、変速手段４４、昇降アクチュエータ２５、ＰＴＯ入切手段４５、エンジンコントローラ６０等を制御して自動走行し自動で作業できるようにしている。なお、作業範囲となる圃場Ｈの外周の位置情報（地図情報）も周知の方法によって予め設定され、記憶装置３０ｍに記憶されている。

ＤＧＰＳ測位は、移動局と基準局の両点で単独測位が行われ、基準局において測位誤差を求め、その補正情報を異動局で受信することで、リアルタイムで補正処理を行う。本実施形態では、遠隔操作装置１１２には通信機３３３とＧＰＳアンテナ３３４とデータ通信アンテナ３３８が備えられ、基準局で生成された補正情報をデータ通信アンテナ３８を介して遠隔操作装置１１２が受信し、位置を求める。

このようにして求めた遠隔操作装置１１２の位置と自律走行作業車両１の位置を表示装置１１３や表示手段４９で表示し、相互の離間距離を演算し、表示装置１１３や表示手段４９で表示するようにしている。こうして自律走行作業車両１と随伴走行作業車両１００の相対位置を容易に認識できるようにしている。また、遠隔操作装置１１２または随伴走行作業車両１００にはブザーやスピーカ１５１等の警報装置が設けられ制御装置１１９・１３０と接続されている。そしてさらに、前記自律走行作業車両１と随伴走行作業車両１００の離間距離と、最大離間設定距離と最小離間設定距離と比較し、離間距離が最大離間設定距離よりも長くなると、警報を発し、離間距離が最小離間設定距離よりも短くなると警報を発するようにしている。なお、最大離間設定距離と最小離間設定距離は遠隔操作装置１１２等で容易に変更可能としている。

また、第二衛星測位システム（ＤＧＰＳ測位方式）は遠隔操作装置１１２に搭載したが、第二作業車両となる随伴走行作業車両１００に搭載して測位してもよい。また、第一作業車両は無人、第二作業車両は有人としたが、第一作業車両が有人として、第一衛星測位システムより精度の落ちる第二衛星測位システム（ＤＧＰＳ測位方式）を用いて測位し、第二作業車両が無人として第一衛星測位システム（ＲＴＫ−ＧＰＳ測位方式）で測位する構成とすることも可能である。

つまり、第一作業車両または／及び第二作業車両は、設定走行経路Ｒに沿って走行し、図３に示すように、第一作業車両と第二作業車両は、互いに前後左右斜め方向（側方であってもよい）に併走して作業を行う。第一作業車両と第二作業車両の間の距離は、衛星測位システムを利用して両者の位置が測位され、その位置から両者間の距離が演算される。前記第一作業車両が無人で自律走行作業車両１とし、第二作業車両が有人で随伴走行作業車両１００とした場合、前述のように、第一作業車両はＲＴＫ−ＧＰＳ測位方式により測位され、第二作業車両はＤＧＰＳ測位方式により測位されて、離間距離が演算され、離間距離が設定範囲内となるように、第一作業車両の制御装置が変速手段４４を制御する。あるいは、第二作業車両に乗車したオペレータが表示装置１１３に表示される離間距離を見ながら設定範囲内の離間距離となるように、第二作業車両の変速装置を操作する。設定範囲を越えると警報が発せられるため、容易に認識して速度を変更できる。

前記第一作業車両と第二作業車両が図３の配置で、第一作業車両が有人で第二作業車両が無人の場合は、第一作業車両はＤＧＰＳ測位方式で測位され、第二作業車両はＲＴＫ−ＧＰＳ測位方式で測位されて、離間距離が演算され、離間距離が設定範囲内となるように、第二作業車両の制御装置が変速手段４４を制御する。離間距離が設定範囲を越えると速度を上げ、設定距離内に入ると元の作業速度とする。また、離間距離が設定範囲よりも短くなると、速度を下げ、設定距離内に入ると元の作業速度とする。

第一作業車両と第二作業車両が無人の場合、第一作業車両と第二作業車両にはＲＴＫ−ＧＰＳ測位方式で測位されて、離間距離が演算され、離間距離が設定範囲内となるように、第一作業車両または第二作業車両の制御装置が変速手段４４を制御する。
図３の作業の場合、第一作業車両と第二作業車両は同じ作業を行い一度に二倍の幅を作業する。また、図４に示すように、第一作業車両と第二作業車両が前後に並んで別々の作業を行う場合でも前記同様に、制御する。

なお、前記実施形態では、前方を走行する自律走行作業車両１の位置が、第一衛星測位システムとなるＲＴＫ−ＧＰＳ測位方式で測位され、その後方を走行する随伴走行作業車両１００は第二衛星測位システムとなるＤＧＰＳ測位方式で測位したが、図５に示すように、前工程を随伴走行作業車両１００が走行し、後工程を自律走行作業車両１が走行して作業する場合にも適用可能である。

また、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。第一作業車両との組み合わせが、第一作業車両が無人トラクタ、第二作業車両が有人トラクタである場合、第一作業車両が有人トラクタ、第二作業車両が無人有人トラクタである場合、さらに、第一作業車両と第二作業車両が共に無人トラクタである場合に、本発明は適用可能である。

１自律走行作業車両
３０制御装置
３４移動ＧＰＳアンテナ
６０エンジンコントローラ
１００随伴走行作業車両
１１２遠隔操作装置

Claims

第一作業車両と第二作業車両の一方の作業車両に第一衛星測位システムを搭載し、他方の作業車両に持ち込む遠隔操作装置には前記第一衛星測位システムよりも精度の低い第二衛星測位システムを搭載し、第一衛星測位システムと第二衛星測位システムにより、第一作業車両と第二作業車両の現在位置を測位して、第一作業車両と第二作業車両の位置を遠隔操作装置の表示装置に表示することを特徴とする併走作業システム。
前記遠隔操作装置の制御装置は、第一作業車両と第二作業車両の間の距離を演算し、設定距離以下となると警報を発することを特徴とする請求項１に記載の併走作業システム。
前記遠隔操作装置の制御装置は、第一作業車両と第二作業車両の間の距離を演算し、設定距離以上となると警報を発することを特徴とする請求項２に記載の併走作業システム。