JP2017187394A - 測位検出装置及び測位検出装置を備えた作業機 - Google Patents

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Abstract

【課題】衛星航法、慣性航法及びカルマンフィルタを用いた場合において、車体の走行に応じて、適正に作業機の測位を行うことができ、また、測位の出力を行うことができるようにする。【解決手段】測位検出装置は、衛星信号を取得する第１取得部と、慣性装置の検出信号を取得する第２取得部と、車体の直進及び車体の旋回を取得する第３取得部と、衛星信号を衛星航法に適用して測位の情報である第１測位情報を演算する第１演算部と、検出信号を慣性航法に適用して測位の情報である第２測位情報を演算する第２演算部と、第１測位情報及び第２測位情報をカルマンフィルタに適用して測位の情報である第３測位情報を演算する第３演算部と、第３取得部が車体の直進を取得した場合は、第３演算部で演算した第３測位情報を出力し且つ第３取得部が車体の旋回を取得した場合は、第１測位情報及び／又は第２演算部で演算した第２測位情報を出力する出力部と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、測位検出装置及び測位検出装置を備えた作業機に関する。
従来より、トラクタ、コンバイン、田植機等の作業機の位置等に関する測位を、衛星航法及び慣性航法を用いて行う技術として特許文献１に開示されているものが知られている。 また、ＧＰＳ衛星から送信される電波及びジャイロ装置を用いて作業機の測位を行う技術として特許文献２に開示されているものが知られている。
特許文献１の作業機は、衛星航法用モジュールを用いた測位データと目標走行経路とを用いて走行機体が目標走行経路に沿って走行するための第１の自動操舵データを出力する衛星航法モードと、慣性航法用モジュールを用いた測位データと目標走行経路とを用いて走行機体が目標走行経路に沿って走行するための第２の自動操舵データを出力する慣性航法モードとを備えている。
また、特許文献２の作業機は、ＧＰＳ衛星から送信される電波を受信して設定時間間隔で車体の位置情報を求めるＧＰＳ位置情報算出手段と、車体の方位変位情報を検出するジャイロ装置とを備えている。
特開２０１６−０４９８７２号公報 特開２００９−２４５００１号公報
特許文献１の作業機では、作業機が通常の走行から低速状態に移行する場合には、衛星航法による自動操舵の走行の精度が低下することから、低速状態である場合には慣性航法を用いて測位を行っている。また、特許文献２では、ＧＰＳ衛星による位置の検出、或いは、ジャイロ装置による方位の検出が適正に行われていない場合には、適正に行われていないことを表示装置に表示している。特許文献１及び２に示すように、作業機が低速状態である場合には慣性航法を適用したり、測位自体が適正に行われない場合には適正に行われていないことを表示することが行われている。しかしながら、これらの技術を用いても、作業機において、直進時及び旋回時など、走行状態に応じて適正に作業機の測位を行ったり、測位の結果を適正に出力することができないのが実情である。特に、衛星航法、慣性航法及びカルマンフィルタを用いた場合において、適正に作業機の測位を行うことが困難であった。
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、衛星航法、慣性航法及びカルマンフィルタを用いた場合において、車体の走行に応じて、適正に作業機の測位を行うことができ、また、測位の出力を行うことができる測位検出装置及び測位検出装置を備えた作業機を提供することを目的とする。
この技術的課題を解決するための本発明の技術的手段は、以下に示す点を特徴とする。
測位検出装置は、作業装置を備えた車体又は前記作業装置に設けられ、且つ測位衛星からの衛星信号を取得する第１取得部と、慣性装置の検出信号を取得する第２取得部と、前記車体の直進及び前記車体の旋回を取得する第３取得部と、前記第１取得部が取得した衛星信号を衛星航法に適用して測位の情報である第１測位情報を演算する第１演算部と、前記第２取得部が取得した検出信号を慣性航法に適用して測位の情報である第２測位情報を演算する第２演算部と、前記第１測位情報及び第２測位情報をカルマンフィルタに適用して測位の情報である第３測位情報を演算する第３演算部と、前記第３取得部が車体の直進を取得した場合は、前記第３演算部で演算した第３測位情報を出力し且つ前記第３取得部が車体の旋回を取得した場合は、前記第１演算部で演算した前記第１測位情報及び／又は第２演算部で演算した第２測位情報を出力する出力部と、を備えている。
前記出力部は、前記第３取得部が車体の直進を取得した場合は、前記第３演算部が前記第３測位情報として演算した位置及び方位を出力し且つ前記第３取得部が車体の旋回を取得した場合は、第２演算部が前記第２測位情報として演算した方位を出力する。
前記出力部は、前記第３取得部が車体の旋回を取得した場合は、前記第1演算部が前記第１測位情報として演算した位置を出力する。
前記第３取得部は、前記車体の停止を取得可能であり、前記出力部は、前記第３取得部が車体の旋回以外の状態から停止を取得した場合は、前記第３演算部が前記第３測位情報として演算した方位のうち、前記停止直前の方位を出力する。
前記第３取得部は、前記車体の停止を取得可能であり、前記出力部は、前記第３取得部が車体の旋回状態から停止を取得した場合は、前記第２演算部が前記第２測位情報として演算した方位のうち、前記停止直前の方位を出力する。
前記第３取得部は、前記車体の停止を取得可能であり、前記出力部は、前記第３取得部が車体の停止を取得した場合は、前記第１演算部が前記第１測位情報として演算した位置を出力する。
測位検出装置は、作業装置を備えた車体又は前記作業装置に設けられ、且つ測位衛星からの衛星信号を取得する第１取得部と、慣性装置の検出信号を取得する第２取得部と、前記車体の直進及び前記車体の旋回を取得する第３取得部と、前記第１取得部が取得した前記衛星信号を衛星航法に適用して測位の情報である第１測位情報を演算する第１演算部と、前記第２取得部が取得した前記検出信号を慣性航法に適用して測位の情報である第２測位情報を演算する第２演算部と、前記第１測位情報及び第２測位情報をカルマンフィルタに適用して測位の情報である第３測位情報を演算する第３演算部と、前記第１演算部、第２演算部、第３演算部による演算処理に関する設定を行う演算設定部と、を備え、前記演算設定部は、前記第３取得部が車体の直進を取得した場合は、前記第３演算部による演算処理を行うことを設定し且つ前記第３取得部が車体の旋回を取得した場合は、前記第３演算部による演算処理を停止して前記第１演算部による演算処理及び／又は第２演算部による演算処理を行うことを設定する。
前記演算設定部は、前記第３取得部が車体の旋回を取得した場合は、前記第２演算部に対して前記第２測位情報として方位を演算する演算処理を行うことを設定し、且つ、前記第３取得部が車体の直進を取得した場合は、前記第３演算部に対して前記第３測位情報として位置、速度、方位を演算する演算処理を行うことを設定する。
前記演算設定部は、前記第３取得部が車体の旋回を取得した場合は、前記第1演算部に対して前記第１測位情報として位置を演算する演算処理を行うことを設定する。
前記第３取得部は、前記車体の直進として前進又は後進を取得可能であり、前記第３取得部が車体の後進を取得した場合に、前記第３演算部が前記後進の方位を演算する場合は、前記前進の方位を１８０度反転することで後進の方位を求める。
作業機は、車体と、前記車体に設けられた作業装置と、前記車体又は作業装置に設けられた測位検出装置と、を備え、前記測位検出装置は、測位衛星からの衛星信号を取得する第１取得部と、慣性装置の検出信号を取得する第２取得部と、前記車体の直進及び前記車体の旋回を取得する第３取得部と、前記第１取得部が取得した前記衛星信号を衛星航法に適用して測位の情報である第１測位情報を演算する第１演算部と、前記第２取得部が取得した前記検出信号を慣性航法に適用して測位の情報である第２測位情報を演算する第２演算部と、前記第１測位情報及び第２測位情報をカルマンフィルタに適用して測位の情報である第３測位情報を演算する第３演算部と、前記第３取得部が車体の直進を取得した場合は、前記第３演算部で演算した第３測位情報を出力し且つ前記第３取得部が車体の旋回を取得した場合は、前記第１演算部で演算した前記第１測位情報及び／又は第２演算部で演算した第２測位情報を出力する出力部と、を有している。
作業機は、車体と、前記車体に設けられた作業装置と、前記車体又は作業装置に設けられた測位検出装置と、を備え、測位衛星からの衛星信号を取得する第１取得部と、慣性装置の検出信号を取得する第２取得部と、前記車体の直進及び前記車体の旋回を取得する第３取得部と、前記第１取得部が取得した前記衛星信号を衛星航法に適用して測位の情報である第１測位情報を演算する第１演算部と、前記第２取得部が取得した前記検出信号を慣性航法に適用して測位の情報である第２測位情報を演算する第２演算部と、前記第１測位情報及び第２測位情報をカルマンフィルタに適用して測位の情報である第３測位情報を演算する第３演算部と、前記第１演算部、第２演算部、第３演算部による演算処理に関する設定を行う演算設定部と、を備え、前記演算設定部は、前記第３取得部が車体の直進を取得した場合は、前記第３演算部による演算処理を行うことを設定し且つ前記第３取得部が車体の旋回を取得した場合は、前記第３演算部による演算処理を停止して前記第１演算部による演算処理及び／又は第２演算部による演算処理を行うことを設定する。
本発明によれば、衛星航法、慣性航法及びカルマンフィルタを用いた場合において、車体の走行に応じて、適正に作業機の測位を行うことができ、また、測位の出力を行うことができる。
第１実施形態におけるトラクタ及び測位検出装置のブロック図を示す図である。 トラクタの自動走行のルートの一例を示す図である。 演算部による処理を示す図である トラクタの走行状態の一例を示す図である。 第２実施形態におけるトラクタ及び測位検出装置のブロック図を示す図である。 第３実施形態におけるトラクタ及び測位検出装置のブロック図を示す図である。 トラクタに作業装置を連結した全体図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
本発明の測位検出装置は、衛星航法（ＧＮＳＳ：Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）、慣性航法（ＩＮＳ：Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）によって、作業機の位置、方位等を検出する装置である。作業機は、トラクタ、コンバイン、田植機等の農業機械、バックホー、ローダ等の建設機械である。
[第１実施形態]
＜トラクタの全体構成（概略）＞
以下、トラクタを例にとり、測位検出装置等について説明する。
図１は、トラクタ及び測位検出装置のブロック図を示している。また、図７は、トラクタの全体側面図であって、作業装置を連結した図を示す図である。説明の便宜上、運転席８に着座した運転者の前側（図７の左側）を前方、運転者の後側（図７の右側）を後方、運転者の左側（図７の手前側）を左方、運転者の右側（図７の奥側）を右方として説明する。
図７に示すように、トラクタ１は、車輪を有する走行可能な車両（車体）２と、ディーゼルエンジン（エンジン）等の原動機３と、変速を行う変速装置４とを備えている。原動機３は、モータであっても、モータ及びエンジンの両方であってもよい。車体２の後部には、３点リンク機構５が昇降可能に設けられている。３点リンク機構５には、作業装置６が着脱自在である。作業装置６には、ＰＴＯ軸を介して原動機３からの動力が伝達される。作業装置６は、耕耘する耕耘装置、肥料を散布する肥料散布装置、農薬を散布する農薬散布装置、収穫を行う収穫装置等である。なお、図７では、肥料散布装置を取り付けた例を示している。作業装置６は、上述したものに限定されず、どのようなものであってもよい。
原動機３の後方には、キャビン７が設けられている。キャビン７内には、運転席８が設けられている。キャビン７の天板には、測位検出装置２０が設けられている。即ち、測位検出装置２０は、キャビン７を介して作業装置６を備えた車体２に取り付けられている。なお、測位検出装置２０は、作業装置６に取り付けられていてもよい。
図１に示すように、トラクタ１は、複数の機器１０が搭載されている。この機器１０は、トラクタ１を構成する機器であって、例えば、検出装置１０ａ、スイッチ装置１０ｂ、表示装置１０ｃ、制御装置１０ｄ、入出力装置１０ｅである。検出装置１０ａは、トラクタ１の作動状態を検出する装置であって、アクセルペダルセンサ、シフトレバー検出センサ、クランク位置センサ、燃料センサ、水温センサ、エンジン回転センサ、操舵角センサ、油温センサ、車軸回転センサ等である。スイッチ装置１０ｂは、切換を行う装置であって、イグニッションスイッチ、駐車ブレーキスイッチ、ＰＴＯスイッチ等である。表示装置１０ｃは、トラクタ１に関する様々な事項を表示する装置であって、液晶等で構成された液晶型表示装置である。 制御装置１０ｄは、トラクタを制御する装置であって、ＣＰＵ等である。入出力装置１０ｅは、トラクタ１の内部のデータを当該トラクタ１の外部に出力したり、トラクタ１の外部のデータをトラクタ１の内部に入力する装置であって、例えば、無線又は有線によってデータを送受信する通信装置である。
複数の機器１０は、ＣＡＮ、ＬＩＮ、ＦｌｅｘＲａｙなどの車載ネットワークＮ１で接続されている。車両用通信ネットワークＮ１には、検出装置１０ａで検出された検出信号、スイッチ装置の切換を示すスイッチ信号、制御装置の制御によってトラクタ２の稼働する稼働部（例えば、エンジン、電磁弁、ポンプ等）を動作させるための指令信号（制御信号）等が出力される。
制御装置１０ｄは、第１制御装置１０ｄ１と、第２制御装置１０ｄ２と、第３制御装置１０ｄ３とを含んでいる。第１制御装置１０ｄ１は、トラクタ２の全体を制御する装置である。第１制御装置１０ｄ１には、検出装置１０ａが検出した検出値［例えば、アクセルペダルの操作量、シフトレバーの操作時のシフトレバー位置（変速段）、エンジン回転数、変速段、油温、クランク位置、カム位置等］が入力される。第１制御装置１０ｄ１は、アクセルペダルの操作量に基づいてエンジンが所定の回転数になるように、第２制御装置１０ｄ２に制御指令を出力すると共に、シフトレバー位置に基づいて変速装置４を制御（変速制御）する。また、第１制御装置１０ｄ１は、操作部材からの入力に基づいて３点リンク機構５の昇降を制御する（昇降制御）。
第２制御装置１０ｄ２は、主にエンジン３を制御する装置である。第２制御装置１０ｄ２は、アクセルペダルの操作量、クランク位置、カム位置等の入力に基づいて、インジェクタ、コモンレール、サプライポンプ等を制御する。なお、第２制御装置１０ｄ２におけるエンジン制御では、例えば、インジェクタの制御では燃料噴射量、噴射時期、燃料噴射率が設定され、サプライポンプやコモンレールの制御では燃料噴射圧が設定される。
第３制御装置１０ｄ３は、トラクタ１の自動走行を制御する装置である。第３制御装置１０ｄ３は、測位検出装置２０で検出された様々な情報に基づいて、車体２の向きを変更可能な操舵装置（ステアリング）１５等を制御し、自動走行を行う。
＜トラクタの自動走行＞
トラクタ１の自動走行について説明する。トラクタ１の自動走行を行うにあたって、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、スマートフォン（多機能携帯電話）、タブレット等のコンピュータを用いて、トラクタ１の自動走行のルートの設定を行う。
図２は、トラクタの自動走行のルートの一例を示している。自動走行のルートの設定、即ち、走行計画の設定にあたっては、図２に示すように、コンピュータの表示部に、トラクタ１で作業を行う作業場（圃場等）Ｆを表示する。コンピュータの表示部に表示された作業場Ｆにトラクタ１の自動走行のルートＲを設定する。例えば、作業場Ｆにおいて、トラクタ１の走行開始位置Ｐ１、走行終了位置Ｐ２、走行開始位置Ｐ１から走行終了位置Ｐ２に至るまでのルートＲをコンピュータのインターフェース等を用いて設定する。図２に示したルートＲでは、トラクタ１を直進させる直進部Ｒ１と、トラクタ１を旋回させる旋回部Ｒ２とを含んでいる。ルートの設定において、表示部状の作業場Ｆは、走行開始位置Ｐ１、走行終了位置Ｐ２、直進部Ｒ１及び旋回部Ｒ２は、位置（緯度、経度）と関連付けられており、少なくとも、走行開始位置Ｐ１、走行終了位置Ｐ２、直進部Ｒ１及び旋回部Ｒ２に対応する位置を、コンピュータの表示部で決定することで、自動走行のルートを設定することができる。なお、自動走行のルートの設定において、ルートを所定の区間に区切り、各区間において、前進であるか後進であるかを割り当ててもよい。なお、図２に示した自動走行のルートの設定は一例であり、当然の如く限定されない。また、自動走行のルートの設定は、トラクタ１に搭載した機器で行ってもよく、上述したコンピュータに限定されない。
第３制御装置１０ｄ３には、トラクタの自動走行に関する情報（自動走行情報という）が記憶されている。例えば、コンピュータで設定時の自動走行情報を無線又は有線によって、トラクタ１の入出力装置１０ｅに送信する。そして、入出力装置１０ｅが受信した自動走行情報を第３制御装置１０ｄ３に書き込むことによって、当該第３制御装置１０ｄ３は自動走行情報を記憶することができる。第３制御装置１０ｄ３には、自動走行情報として、例えば、走行開始位置Ｐ１、走行終了位置Ｐ２、直進部Ｒ１及び旋回部Ｒ２等の位置が記憶されている。なお、上述したように、ルートの設定において、トラクタ１の進行方向（前進、後進）の区間が割り当てられている場合には、位置に合わせて、前進、後進を、自動走行情報として第３制御装置１０ｄ３に記憶させてもよい。
第３制御装置１０ｄ３は、トラクタ１の自動走行を行う際、第３制御装置１０ｄ３は自動走行情報で示された位置（目標位置）を参照し、測位検出装置２０で検出された位置（検出位置）と、自動走行情報で示された位置（目標位置）とが一致するように、操舵装置１５を制御する。例えば、目標位置と検出位置とが一致している場合で、トラクタ１がルートＲで示された直進部Ｒ１を走行している場合は、第３制御装置１０ｄ３は、操舵装置１５による操舵角を零に維持する。また、目標位置と検出位置とが一致している場合で、トラクタ１がルートＲで示された旋回部Ｒ２を走行している場合は、第３制御装置１０ｄ３は、操舵装置１５による操舵角を旋回部Ｒ２で示された角度に一致させる。また、第３制御装置１０ｄ３は、検出位置と、目標位置とに所定以上のズレがある場合には、両者を一致するように、第３制御装置１０ｄ３は、操舵装置１５をズレが無くなる方に制御して、トラクタ１の走行位置を補正する。なお、第３制御装置１０ｄ３は、自動走行のルート上において、前進、後進を行うことが示されている場合、第３制御装置１０ｄ３は、変速装置４を制御して、トラクタ１の前進、又は、後進を切り換える。
第３制御装置１０ｄ３は、走行情報を測位検出装置２０に出力する。例えば、第３制御装置１０ｄ３は、走行情報として、現在のトラクタ１の走行状態であって、直進（前進、後進）、旋回、停止等を測位検出装置２０に出力する。第３制御装置１０ｄ３は、ルートＲ通りの走行を行っている場合は、自動走行情報に基づいて当該ルートＲで示された情報を出力する。例えば、第３制御装置１０ｄ３は、直進部Ｒ１に沿ってトラクタ１が前進又は後進している場合は、前進又は後進しているという走行情報を測位検出装置２０に出力する。第３制御装置１０ｄ３は、前進、後進の代わりに、直進という走行情報を測位検出装置２０に出力してもよい。また、第３制御装置１０ｄ３は、旋回部Ｒ２に沿ってトラクタ１が旋回している場合は、旋回しているという走行情報を測位検出装置２０に出力する。また、第３制御装置１０ｄ３は、トラクタ１が自動走行で停止している場合は、停止しているという走行情報を測位検出装置２０に出力する。
なお、トラクタ１が予め設定されたルートＲから大幅に外れて走行している場合は、第３制御装置１０ｄ３は、変速装置４の作動情報（前進、後進）又は操舵装置１５の作動情報（操舵角）等に基づいて、現在のトラクタ１の走行状態を測位検出装置２０に出力してもよい。また、第３制御装置１０ｄ３は、走行情報として、自動走行情報等を測位検出装置２０に出力する。第３制御装置１０ｄ３は、走行情報を第１制御装置１０ｄ１、第２制御装置１０ｄ２に出力してもよい。また、作業場（圃場）Ｆで自動走行時にトラクタ１の測位情報を求めるにあたって、圃場Ｆの周辺に基地局を設置して、基地局から得られた観測補正情報を測位検出装置２０に適用するキネマティック法（ＲＴＫ法）によって、トラクタの測位情報を求めても良いし、ＲＴＫ法を用いずに、測位情報を求めても良い。
以上のように、第１制御装置１０ｄ１、第２制御装置１０ｄ２及び第３制御装置１０ｄ３によって、トラクタ１の走行系の制御、作業系の制御を行うことができる。なお、トラクタ１の走行系及び作業系の制御は、上述したものに限定されない。
＜測位検出装置の構成＞
次に、測位検出装置２０について説明する。
測位検出装置２０は、少なくともトラクタ１の位置（緯度、経度等）、方位（方位角）を検出可能な装置である。図１に示すように、測位検出装置２０は、慣性装置２０ａと、第１取得部２１と、第２取得部２２と、第３取得部２３とを有している。
慣性装置２０ａは、加速度、角速度を検出することが可能なセンサであって、加速度センサ、ジャイロセンサ等である。また、第１取得部２１、第２取得部２２及び第３取得部２３は、測位検出装置２０に設けられた電子・電気部品、プログラム等から構成されている。第１取得部２１は、測位検出装置２０が受信したＧＰＳ等の測位衛星２４からの衛星信号を取得可能である。第２取得部２２は、慣性装置２０ａが検出した検出信号を取得可能であって、例えば、加速度センサが検出した加速度、ジャイロセンサが検出した角速度を検出信号として取得する。第３取得部２３は走行情報を取得可能であって、例えば、トラクタ１が自動走行を行う場合等に、走行情報として、車体２の直進（前進、後進）、車体２の旋回、車体２の停止を取得する。
したがって、測位検出装置２０は、トラクタ１の走行時において、ＧＰＳ衛星等からの衛星信号、車体２が走行時に姿勢等が変化した場合の加速度、角速度、車体の走行情報［直進（前進、後進）、旋回、停止］を取得することが可能である。
測位検出装置２０は、第１取得部２１及び第２取得部２２で得られた情報を用いて、車体２の位置等を検出する。測位検出装置２０は、第１演算部３１と、第２演算部３２と、第３演算部３３とを有している。第１演算部３１、第２演算部３２及び第３演算部３３は、測位検出装置２０に設けられた電子・電気部品、プログラム等から構成されている。
図３に示すように、第１演算部３１は、第１取得部２１が取得した衛星信号を衛星航法（ＧＮＳＳ）に適用して測位の情報である第１測位情報を演算する。第１演算部３１は、例えば、ＧＰＳ衛星等から送信された衛星信号（ＧＮＳＳデータ）に基づいて、第１測位情報として、位置、速度、方位を演算する。なお、測位衛星は、ＧＰＳ衛星に限定されず、ＧＬＯＮＡＳＳ衛星であっても、その他の衛星であってもよい。
図３に示すように、第２演算部３２は、第２取得部２２が取得した検出信号を慣性航法（ＩＮＳ）に適用して測位の情報である第２測位情報を演算する。第２演算部３２は、例えば、加速度センサが検出した加速度、ジャイロセンサが検出した角速度に基づいて、位置、速度、方位を演算する。
図３に示すように、第３演算部３３は、衛星航法（ＧＮＳＳ）で求めた第１測位情報（位置、速度、方位）、及び、慣性航法（ＩＮＳ）で求めた第２測位情報（位置、速度、方位）をカルマンフィルタに適用して測位の情報である第３測位情報を演算する。即ち、第３演算部３３は、ハイブリッド航法（複合航法）によって、第３測位情報である位置、速度、方位を演算する。第３演算部３３におけるハイブリッド航法（複合航法）のパラメータ設定は、直進における精度を重視した設定である。なお、カルマンフィルタは、多くの文献で示されており、例えば、特開２００４−２３９６４３号公報等で開示されている。また、第３演算部３３が後進の方位を演算する場合は、前進の方位を１８０度反転することで後進の方位を求める。
したがって、測位検出装置２０は、トラクタ１の走行有無に関わらず（走行状態に関係なく）、ＧＮＳＳによる第１測位情報（位置、速度、方位）、ＩＮＳによる第２測位情報（位置、速度、方位）、ハイブリッド航法による第３測位情報（位置、速度、方位）を演算する。
さて、図１に示すように、測位検出装置２０は、トラクタ１の走行状態によって外部に出力する測位情報（第１測位情報、第２測位情報、第３測位情報）を変更可能な出力部３４を有している。トラクタ１の走行状態とは、直進（前進、後進）、旋回、停止等の車体２の状態であって、自動走行を行うことができるトラクタ１においては、第３取得部２３が第３制御装置１０ｄ３から得る走行情報である。出力部３４は、トラクタ１の車載ネットワークＮ１に接続されていて、第３取得部２３が取得した走行情報によって、第３制御装置１０ｄ３に出力する測位情報を変更する。
図４は、トラクタ１の走行状態の一例を示した図である。図４の直進状態Ａ１に示すように、トラクタ１が直進している場合、即ち、第３取得部２３が直進（前進、後進）のいずれかを取得した場合は、出力部３４は、第３演算部３３が演算した第３測位情報を第３制御装置１０ｄ３（車載ネットワークＮ１）に出力する。詳しくは、自動走行のトラクタ１が直進（前進、後進）のいずれかの場合は、出力部３４は、ハイブリッド航法によって得られた位置、速度、方位のうち、位置及び方位を第３制御装置１０ｄ３に出力する。
図４の旋回状態Ａ２に示すように、トラクタ１が旋回している場合、即ち、第３取得部２３が旋回を取得した場合は、出力部３４は、第１演算部３１で演算した第１測位情報及び／又は第２演算部３２で演算した第２測位情報を第３制御装置１０ｄ３に出力する。
詳しくは、自動走行のトラクタ１が旋回している場合は、出力部３４は、慣性航法（ＩＮＳ）によって得られた位置、速度、方位のうち、方位（INS方位）を第３制御装置１０ｄ３に出力する。また、トラクタ１が旋回している場合において、位置に関する情報は、出力部３４は、慣性航法によって得られた位置ではなく、第１演算部３１によって得られた位置（ＧＮＳＳ位置）を第３制御装置１０ｄ３に出力する。
また、図４の停止状態Ａ３に示すように、トラクタ１が旋回以外の状態から停止した場合（第３取得部２３が旋回以外の状態から停止を取得した場合）、即ち、直進の状態から停止した場合、出力部３４は、第３演算部３３で演算した方位のうち、停止直前で求めた方位を出力し、方位を固定する（固定方位）。また、図４の停止状態Ａ４に示すように、トラクタ１が旋回している状態から途中で停止した場合（第３取得部２３が旋回状態から停止を取得した場合）、出力部３４は、停止直前の第２演算部３２で演算した方位を出力し、方位を固定する（固定方位）。
なお、トラクタ１が停止している場合、出力部３４は、第１演算部３１によって得られた位置（ＧＮＳＳ位置）を出力する。出力部３４は、第３制御装置１０ｄ３（車載ネットワーク）に向けて測位情報を出力しているが、これに加え、トラクタ１の外部に測位情報を取得してもよい。即ち、測位検出装置２０に外部出力端子を設けて、外部出力端子に測位情報を出力してもよい。
以上、測位検出装置２０は、第１演算部３１と、第２演算部３２と、第３演算部３３とを備えている。そのため、作業機の測位を、衛星航法、慣性航法、カルマンフィルタ（ハイブリッド航法）によって行うことができる。また、測位検出装置２０は、出力部３４を備えている。そのため、作業機の走行状態に応じて、適正な作業機の測位情報を出力することができる。
具体的には、作業機が直進の走行をした場合は、出力部３４は、ハイブリッド航法で演算した精度が良い測位情報（位置、方位等）を出力することができる。例えば、圃場等の農作業においては、直進時に農業機械における耕耘、施肥、その他の作業を行うため、直進時の測位には、精度が良い（分解能が良い）ことが求められる。場合によっては、数センチ（１センチ〜５センチ）程度の測位が望ましく、ハイブリッド航法によって求めた測位情報を出力することで、農作業時の直進走行における精度の良い位置及び方位を作業機等が得ることができる。
また、作業機が旋回をした場合は、出力部３４は、慣性航法で演算した精度が良い測位情報（方位等）を出力することができる。例えば、農業機械は、圃場でターン（旋回）を行うことが多く、旋回時にも精度が良いことが求められる。慣性航法によって求めた測位情報として方位を出力することで、農作業の旋回時における精度の良い方位を作業機等が得ることができる。また、作業機が旋回をした場合において、位置に関しては、衛星航法で求めた位置を出力する。そのため、農作業の旋回時における精度の良い位置を作業機等が得ることができる。
また、作業機が停止した場合には、出力部３４は、ハイブリッド航法による演算を停止して、停止直前に求めた方位を出力する。そのため、作業機が停止した場合において、正確な方位を作業機等が得ることができる。
また、作業機が後進である場合には、カルマンフィルタ（ハイブリッド航法）において前進の方位を１８０度反転することで後進の方位を算出している。これにより、作業機が後進時における方位を簡単に求めることができる。この実施形態においては、作業機が自動走行する場合に走行状態に応じて、精度良い測位情報を作業機等が得ることができ、作業機の自動走行を精度よく行うことができる。
[第２実施形態]
図５は、第２実施形態のトラクタ及び測位検出装置のブロック図を示している。第２実施形態で示す測位検出装置及び作業機は、上述した第１実施形態の測位検出装置及び作業機に適用可能である。なお、第１実施形態と同様の構成の説明は省略する。
図５に示すように、測位検出装置２０は、慣性装置２０ａと、第１取得部２１と、第２取得部２２と、第３取得部２３と、第１演算部３１と、第２演算部３２と、第３演算部３３とを有している。また、測位検出装置２０は、演算設定部３５と、出力部３６とを有している。演算設定部３５は、測位検出装置２０に設けられた電子・電気部品、プログラム等から構成されている。演算設定部３５は、第１演算部３１、第２演算部３２、第３演算部３３による演算処理に関する設定を行う。具体的には、演算設定部３５は、トラクタ１の走行状態によって、第１演算部３１の演算処理の実行の有無、第２演算部３２の演算処理の実行の有無、第３演算部３３の演算処理の実行の有無を設定する。なお、トラクタ１の走行状態とは、第１実施形態と同様に、直進（前進、後進）、旋回、停止等の車体２の状態であって、自動走行を行うことができるトラクタ１においては、第３取得部２３が第３制御装置１０ｄ３から得る走行情報である。
以下、トラクタ１の走行状態を参照しながら、演算設定部３５による演算処理の設定について説明する。
図４の直進状態Ａ１に示すように、第３取得部２３が直進（前進、後進）のいずれかを取得した場合は、演算設定部３５は、第３演算部３３による演算処理を行うことを設定する。詳しくは、トラクタ１の自動走行において、当該トラクタ１が直進（前進、後進）のいずれかである場合は、演算設定部３５は、ハイブリッド航法によって車体２の位置、速度、方位を演算することを指定する。即ち、第３演算部３３は、演算設定部３５の指定を受けて、トラクタ１が少なくとも直進している場合は、第３測位情報として位置、速度、方位の演算を実行する。
図４の旋回状態Ａ２に示すように、第３取得部２３が旋回を取得した場合は、演算設定部３５は、第３演算部３３による演算処理を行わず、第１演算部３１による演算処理及び／又は第２演算部３２による演算処理を行うことを設定する。
詳しくは、トラクタ１の自動走行において、当該トラクタ１が直進している状態から旋回した場合は、演算設定部３５は、第３演算部３３に対して演算処理の停止を設定した後、第２演算部３２の慣性航法（ＩＮＳ）によって方位を演算することを設定する。また、トラクタ１の自動走行において、当該トラクタ１が直進している状態から旋回した場合は、演算設定部３５は、第１演算部３１の衛星航法（ＧＮＳＳ）によって位置を演算することを設定する。つまり、トラクタ１が旋回の状態になった場合は、演算設定部３５の指定を受けて、第１演算部３１は位置の演算を実行すると共に、第２演算部３２は方位の演算を実行する。
なお、図４の停止状態Ａ３である場合は、第１演算部３１によって位置、速度を求める。また、図４の停止状態Ａ３であってトラクタ１が旋回以外の状態から停止した場合は、第３演算部３３において停止直前で求めた方位（方位固定）を固定する。図４の停止状態Ａ４であって、トラクタ１が旋回している状態から途中で停止した場合は、第２演算部３２で求めた方位を方位（方位固定）を固定する。
出力部３６は、上述したように、走行状態に応じて演算された測位情報を、外部に出力する。例えば、トラクタ１が直進状態Ａ１である場合は、出力部３６は、ハイブリッド航法によって求めた第３測位情報（位置、速度、方位）を車載ネットワークに出力する。また、トラクタ１が旋回状態Ａ２である場合は、出力部３６は、衛星航法（ＧＮＳＳ）によって求めた第１測位情報（位置）及び慣性航法（ＩＮＳ）によって求めた第２測位情報（方位）を出力する。また、トラクタ１が停止状態である場合は、出力部３６は、トラクタ１の停止直前の方位を、トラクタ１の方位として出力する。また、トラクタ１が停止状態である場合は、出力部３６は、位置及び速度については、第１演算部３１によって求めた位置及び速度を出力する。なお、出力部３６は、第３制御装置１０ｄ３（車載ネットワーク）に向けて測位情報を出力しているが、これに加え、トラクタ１の外部に測位情報を取得してもよい。即ち、測位検出装置２０に外部出力端子を設けて、外部出力端子に測位情報を出力してもよい。
以上、測位検出装置２０は、第１演算部３１と、第２演算部３２と、第３演算部３３と、演算設定部３５を備えている。そのため、衛星航法、慣性航法、カルマンフィルタ（ハイブリッド航法）によって、作業機の測位情報を得られることができると共に、作業機の走行状態に適した測位を行うことができる。例えば、作業機が直進している場合は、ハイブリッド航法により位置及び方位を求めることで、直進時の精度の良い位置及び方位を作業機等が得ることができる。また、作業機が旋回している場合は、慣性航法により方位を求め、衛星航法により位置を求めることで、旋回時の精度のよい位置及び方位を得ることができる。
[第３実施形態]
図６は、第３実施形態のトラクタ及び測位検出装置のブロック図を示している。第３実施形態で示す測位検出装置及び作業機は、上述した第１実施形態又は第２実施形態の測位検出装置及び作業機に適用可能である。なお、第１実施形態又は第２実施形態と同様の構成の説明は省略する。第３実施形態の測位検出装置は、第３制御装置１０ｄ３が備えられていないトラクタに適用した場合の実施形態である。
図６に示すように、制御装置１０ｄは、第１制御装置１０ｄ１と、第２制御装置１０ｄ２とを含んでいる。測位検出装置２０は、慣性装置２０ａと、第１取得部２１と、第２取得部２２と、第３取得部２３と、第１演算部３１と、第２演算部３２と、第３演算部３３、出力部３４とを有している。慣性装置２０ａ、第１演算部３１、第２演算部３２、第３演算部３３、第１取得部２１及び第２取得部２２は、第１実施形態又は第２実施形態と同様である。
第３取得部２３は、トラクタ１の走行情報を、検出装置１０ａ又は第１制御装置１０ｄ１から取得可能である。第３取得部２３は、走行情報であるシフトレバー検出センサの検出値、操舵角センサの検出値、車軸回転センサの検出値を、車載ネットワーク等を介して取得する。これにより、第３取得部２３は、トラクタ１が停止、直進（前進、後進）、旋回していることを取得可能である。
或いは、第１制御装置１０ｄ１が検出装置１０ａ等で得られた様々な検出値からトラクタ１が停止、直進（前進、後進）、旋回していることを判定する。第１制御装置１０ｄ１は、判定した結果である走行情報を車載ネットワークに出力する。第３取得部２３は、第１制御装置１０ｄ１が車載ネットワークに出力した走行情報を取得する。なお、第３取得部２３の走行情報の取得は、上述したものに限定されず、例えば、第３取得部２３は、操舵装置１５から直接、旋回であるか否かを取得したり、変速装置６から前進、後進を取得したり、その他の機器から走行状態を示す走行情報を取得してもよい。
以上、測位検出装置２０によれば、作業機が自動走行でない場合であっても、走行状態に応じて、精度良い測位情報を提供することができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１ トラクタ
２ 車両（車体）
３ 原動機
６ 作業装置
２０ 測位検出装置
２０ａ 慣性装置
２１ 第１取得部
２２ 第２取得部
２３ 第３取得部
３１ 第１演算部
３２ 第２演算部
３３ 第３演算部
３４ 出力部
３５ 演算設定部
３６ 出力部

Claims (12)

  1. 作業装置を備えた車体又は前記作業装置に設けられ、且つ測位衛星からの衛星信号を取得する第１取得部と、
    慣性装置の検出信号を取得する第２取得部と、
    前記車体の直進及び前記車体の旋回を取得する第３取得部と、
    前記第１取得部が取得した衛星信号を衛星航法に適用して測位の情報である第１測位情報を演算する第１演算部と、
    前記第２取得部が取得した検出信号を慣性航法に適用して測位の情報である第２測位情報を演算する第２演算部と、
    前記第１測位情報及び第２測位情報をカルマンフィルタに適用して測位の情報である第３測位情報を演算する第３演算部と、
    前記第３取得部が車体の直進を取得した場合は、前記第３演算部で演算した第３測位情報を出力し且つ前記第３取得部が車体の旋回を取得した場合は、前記第１演算部で演算した前記第１測位情報及び／又は前記第２演算部で演算した前記第２測位情報を出力する出力部と、
    を備えた測位検出装置。
  2. 前記出力部は、前記第３取得部が車体の直進を取得した場合は、前記第３演算部が前記第３測位情報として演算した位置及び方位を出力し且つ前記第３取得部が車体の旋回を取得した場合は、前記第２演算部が前記第２測位情報として演算した方位を出力する請求項１に記載の測位検出装置。
  3. 前記出力部は、前記第３取得部が車体の旋回を取得した場合は、前記第1演算部が前記第１測位情報として演算した位置を出力する請求項１又は２に記載の測位検出装置。
  4. 前記第３取得部は、前記車体の停止を取得可能であり、
    前記出力部は、前記第３取得部が車体の旋回以外の状態から停止を取得した場合は、前記第３演算部が前記第３測位情報として演算した方位のうち、前記停止直前の方位を出力する請求項１〜３のいずれかに記載の測位検出装置。
  5. 前記第３取得部は、前記車体の停止を取得可能であり、
    前記出力部は、前記第３取得部が車体の旋回状態から停止を取得した場合は、前記第２演算部が前記第２測位情報として演算した方位のうち、前記停止直前の方位を出力する請求項１〜４のいずれかに記載の測位検出装置。
  6. 前記第３取得部は、前記車体の停止を取得可能であり、
    前記出力部は、前記第３取得部が車体の停止を取得した場合は、前記第１演算部が前記第１測位情報として演算した位置を出力する請求項１〜５のいずれかに記載の測位検出装置。
  7. 作業装置を備えた車体又は前記作業装置に設けられ、且つ測位衛星からの衛星信号を取得する第１取得部と、
    慣性装置の検出信号を取得する第２取得部と、
    前記車体の直進及び前記車体の旋回を取得する第３取得部と、
    前記第１取得部が取得した前記衛星信号を衛星航法に適用して測位の情報である第１測位情報を演算する第１演算部と、
    前記第２取得部が取得した前記検出信号を慣性航法に適用して測位の情報である第２測位情報を演算する第２演算部と、
    前記第１測位情報及び第２測位情報をカルマンフィルタに適用して測位の情報である第３測位情報を演算する第３演算部と、
    前記第１演算部、第２演算部、第３演算部による演算処理に関する設定を行う演算設定部と、
    を備え、
    前記演算設定部は、前記第３取得部が車体の直進を取得した場合は、前記第３演算部による演算処理を行うことを設定し且つ前記第３取得部が車体の旋回を取得した場合は、前記第３演算部による演算処理を停止して前記第１演算部による演算処理及び／又は前記第２演算部による演算処理を行うことを設定する測位検出装置。
  8. 前記演算設定部は、前記第３取得部が車体の旋回を取得した場合は、前記第２演算部に対して前記第２測位情報として方位を演算する演算処理を行うことを設定し、且つ、前記第３取得部が車体の直進を取得した場合は、前記第３演算部に対して前記第３測位情報として位置、速度、方位を演算する演算処理を行うことを設定する請求項７に記載の測位検出装置。
  9. 前記演算設定部は、前記第３取得部が車体の旋回を取得した場合は、前記第1演算部に対して前記第１測位情報として位置を演算する演算処理を行うことを設定する請求項７又は８に記載の測位検出装置。
  10. 前記第３取得部は、前記車体の直進として前進又は後進を取得可能であり、
    前記第３取得部が車体の後進を取得した場合に、前記第３演算部が前記後進の方位を演算する場合は、前記前進の方位を１８０度反転することで後進の方位を求める請求項２又は８に記載の測位検出装置。
  11. 車体と、
    前記車体に設けられた作業装置と、
    前記車体又は作業装置に設けられた測位検出装置と、
    を備え、
    前記測位検出装置は、
    測位衛星からの衛星信号を取得する第１取得部と、
    慣性装置の検出信号を取得する第２取得部と、
    前記車体の直進及び前記車体の旋回を取得する第３取得部と、
    前記第１取得部が取得した前記衛星信号を衛星航法に適用して測位の情報である第１測位情報を演算する第１演算部と、
    前記第２取得部が取得した前記検出信号を慣性航法に適用して測位の情報である第２測位情報を演算する第２演算部と、
    前記第１測位情報及び第２測位情報をカルマンフィルタに適用して測位の情報である第３測位情報を演算する第３演算部と、
    前記第３取得部が車体の直進を取得した場合は、前記第３演算部で演算した第３測位情報を出力し且つ前記第３取得部が車体の旋回を取得した場合は、前記第１演算部で演算した前記第１測位情報及び／又は前記第２演算部で演算した第２測位情報を出力する出力部と、
    を有している作業機。
  12. 車体と、
    前記車体に設けられた作業装置と、
    前記車体又は作業装置に設けられた測位検出装置と、
    を備え、
    測位衛星からの衛星信号を取得する第１取得部と、
    慣性装置の検出信号を取得する第２取得部と、
    前記車体の直進及び前記車体の旋回を取得する第３取得部と、
    前記第１取得部が取得した前記衛星信号を衛星航法に適用して測位の情報である第１測位情報を演算する第１演算部と、
    前記第２取得部が取得した前記検出信号を慣性航法に適用して測位の情報である第２測位情報を演算する第２演算部と、
    前記第１測位情報及び第２測位情報をカルマンフィルタに適用して測位の情報である第３測位情報を演算する第３演算部と、
    前記第１演算部、第２演算部、第３演算部による演算処理に関する設定を行う演算設定部と、
    を備え、
    前記演算設定部は、前記第３取得部が車体の直進を取得した場合は、前記第３演算部による演算処理を行うことを設定し且つ前記第３取得部が車体の旋回を取得した場合は、前記第３演算部による演算処理を停止して前記第１演算部による演算処理及び／又は前記第２演算部による演算処理を行うことを設定する作業機。
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