JP2019066980A - 自動走行システム - Google Patents
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Abstract
Description
図3に示す例では、作業用経路として直線的に前進するための複数の前進直線路K1(前進路Kf)が生成されている。また、転回用経路として、前進直進路K1に引き続き作業車両2を機体一側(機体右側)に約1/4円弧に沿って旋回させながら前進させる第1前進旋回路K2(前進路Kf)、第1前進旋回路K2に引き続き作業車両2を直線的に後進させる後進直線路K3(後進路Kb)、後進直線路K3に引き続き作業車両2を機体一側(機体右側)に約1/4円弧に旋回しながら前進させて次の前進直線路K1に接続する第2前進旋回路K4(前進路Kf)を生成している。
例えば、まず、設定目標走行経路を前進直線路K1に設定することで、トラクタ2を前進直線路K1に沿って自動走行させ、その後、作業車両2の移動に連れて、設定目標走行経路を第1前進旋回路K2、後進直線路K3、第2前進旋回路K4、次の前進直線路K1の順で順番に切り替えることで、前進直線路K1、第1前進旋回路K2、後進直線路K3、第2前進旋回路K4、次の前進直線路K1の順で連続して作業車両2を自動走行させている。
よって、作業車両2の走行が増大して作業能率が低下する不都合がある。また、このような不都合は、設定目標走行経路を走行中の後進路Kbから後続の前進路Kfに切り替える場合にも生じる。
連続する複数の目標走行経路から自動走行対象の1つの目標走行経路を設定し、その設定目標走行経路を前記位置情報取得部にて取得される前記作業車両の現在位置に基づき切り替えることで、連続する複数の目標走行経路に沿って前記作業車両を自動走行させる制御部と、を備えた自動走行システムであって、
前記複数の目標走行経路として、前記作業車両を前進させる前進路と、前記作業車両を後進させる後進路とが備えられ、
前記制御部は、前記設定目標走行経路を、走行中の前記前進路から後続の前記後進路に切り替える又は走行中の前記後進路から後続の前記前進路に切り替える場合、前記作業車両の制動距離を基準とする設定距離だけ、走行中の前記目標走行経路における終点よりも手前側の先行切り替え地点に前記作業車両が到達したとき、前記設定目標走行経路を後続の目標走行経路に切り替え可能であることを特徴とする点にある。
先行切り替え地点は作業車両の制動距離を基準とする設定距離だけ走行中の目標走行経路の終点よりも手前側であるので、設定目標走行経路の切り替え直後に作業車両が先行切り替え地点から制動距離分だけ前進移動又は後進移動しても、作業車両が走行中の目標走行経路の終点を通り過ぎるのを回避することができる。しかも、先行切り替え地点は、作業車両の制動距離を基準とする設定距離に基づくものであるので、先行切り替え地点にて設定目標走行経路を後続の目標走行経路に切り替えることで、走行中の目標走行経路の終点又はその近傍にて作業車両の進行方向を切り替えることができ、後続の目標走行経路に対する走行をスムーズに行うことができる。よって、作業車両の無駄な走行を削減して作業能率を向上できる。
前記前進用所定距離よりも前記後進用所定距離が大きいことを特徴とする点にある。
しかも、後進用所定距離は、前進用所定距離よりも大きいので、走行中の後進路から後続の前進路への切り替える場合の設定距離を、走行中の後進路から後続の前進路への切り替える場合の設定距離よりも大きくし、その分、先行切り替え地点をより手前側とすることができる。
よって、作業車両が、後方側に作業機が装着された状態で走行中の後進路から後続の前進路への切り替える場合に、例えば、作業車両の後方側の作業機が予定外の領域に飛び出して障害物に接触する等の不都合が生じるのを抑制することができる。
前記制御部は、前記設定目標走行経路を、走行中の前記前進路から後続の前記後進路に切り替える又は走行中の前記後進路から後続の前記前進路に切り替える場合、前記方位角特定部にて特定される前記作業車両の現在方位角に沿う直線と後続の前記目標走行経路に沿う直線との角度偏差が所定値以下になると、前記作業車両が走行中の前記目標走行経路における前記先行切り替え地点に到達していなくても前記設定目標走行路を後続の前記目標走行経路に切り替えることを特徴とする点にある。
この自動走行システム1は、図1に示すように、連続する複数の目標走行経路K1〜K4(図3参照)に沿って自動走行する作業車両としてのトラクタ2と、そのトラクタ2に対して各種の情報を指示可能な無線通信端末3とが備えられている。そして、この実施形態では、トラクタ2の位置情報を取得するための基準局4が備えられている。
車両側制御部22には、走行制御部23、位置情報取得部24、方位角特定部25等が備えられている。車両側制御部22は、位置情報取得部24にて随時取得される自己の位置情報(測位用アンテナ21の設置位置である現在位置P、)、方位角特定部25にて随時特定される自己の方位角(現在方位角)、トラクタ2に備えられる3軸のジャイロと3方向の加速度計等を有する慣性計測装置(図示省略)で計測される自己の姿勢等を適時参照しながら、走行制御部23にてエンジン制御装置、前進と後進とを切替可能な変速装置、操舵装置、ブレーキ装置等(図示省略)のトラクタ2に備えられる各種の装置を制御し、目標走行経路K1〜K4に沿ってトラクタ2を自動走行可能に構成されている。
例えば、図3に示すように、経路生成部33は、圃場H内において、目標走行経路として、トラクタ2を自動走行させながら耕耘等の作業を行う作業用経路であって、トラクタ2を直線的に前進させる前進直線路K1を生成している。
また、経路生成部33は、圃場H内において、目標走行経路として、トラクタ2を転回させる転回用経路であって、トラクタ2を機体一側(機体右側)に約1/4円弧に沿って旋回しながら前進させる第1前進旋回路K2、第1前進旋回路K2に引き続きトラクタ2を直線的に後進させる後進直線路K3、後進直線路K3に引き続きトラクタ2を機体一側(機体右側)に約1/4円弧に旋回しながら前進させる第2前進旋回路K4を生成している。
なお、図3に示す目標走行経路K1〜K4は、あくまで一例であり、経路生成部33が、どのような目標走行経路を生成するかは適宜変更が可能である。
経路生成部33は、作業領域R1に対して作業用経路である前進直線路K1を生成し、非作業領域R2に転回用経路としての第1前進旋回路K2、後進直線路K3、第2前進旋回路K4を生成している。前進直線路K1は、圃場H内の作業領域R1において一端側から他端側に向けて自動走行させる経路であり、前進直線路K1がスタート地点Sからゴール地点Gまで作業領域R1の全体に亘って圃場Hの幅方向に隣接して複数並ぶように生成されている。前進直線路K1は、隣接するもの同士が進行方向を逆向きとする状態で生成されている。
転回用経路としての第1前進旋回路K2、後進直線路K3、第2前進旋回路K4は、圃場Hの幅方向に並ぶ2つの前進直線路K1において始点K4eと終点K1eを接続してトラクタ2を転回させるための経路として生成されている。
具体的には、図3の左側に示すように、前進直線路K1の終点K1eと第1前進旋回路K2の始点とが同一地点で前進直線路K1と第1前進旋回路K2とが連続する状態となっている。第1前進旋回路K2の終点K2eと後進直線路K3の始点とが同一地点で、第1前進旋回路K2と後進直線路K3とが連続する状態となっている。後進直線路K3の終点K3eと第2前進旋回路K4の始点が同一地点で後進直線路K3と第2前進旋回路K4とが連続する状態となっている。第2前進旋回路K4の終点K4eと次の前進直線路K1の始点とが同一地点で第2前進旋回路K4と次の前進直線路K1とが連続する状態となっている。
車両側制御部22は、取得した経路情報に基づいて、位置情報取得部24にて自己の現在位置Pを取得しながら、連続する複数の目標走行経路K1〜K4に沿ってトラクタ2を自動走行させることができる。位置情報取得部24にて取得するトラクタ2の現在位置Pについては、リアルタイム(例えば、数秒周期)でトラクタ2から無線通信端末3に送信されており、無線通信端末3にてトラクタ2の現在位置Pを把握するようにしている。
トラクタ2の車両側制御部22は、連続する複数の目標走行経路K1〜K4から自動走行対象の1つの目標走行経路を設定し、その設定目標走行経路を位置情報取得部24にて取得される自己の現在位置Pに基づき切り替えることで、連続する複数の目標走行経路K1〜K4に沿ってトラクタ2を自動走行させる。
図3に示す例では、車両側制御部22は、まず、設定目標走行経路を前進直線路K1に設定することで、トラクタ2を前進直線路K1に沿って自動走行させ、その後、トラクタ2の移動に連れて、設定目標走行経路を第1前進旋回路K2、後進直線路K3、第2前進旋回路K4、次の前進直線路K1の順で順番に切り替えることで、前進直線路K1、第1前進旋回路K2、後進直線路K3、第2前進旋回路K4、次の前進直線路K1の順で連続してトラクタ2を自動走行させる。
なお、前進直線路K1、第1前進旋回路K2、第2前進旋回路K4は、トラクタ2を前進させる前進路Kfに該当し、後進直線路K3は、トラクタ2を後進させる後進路Kbに該当する。
この場合、車両側制御部22は、トラクタ2(トラクタ2の現在位置P)が走行中の前進路Kfの終点Kfeに到達したときに設定目標走行経路を後続の前進路Kfに切り替える。
図4(a)に示す例において、トラクタ2が前進直線路K1を走行している場合、車両側制御部22は、トラクタ2(トラクタ2の現在位置P)が走行中の前進直線路K1の終点K1eに到達した時点で、設定目標走行経路を後続の第1前進旋回路K2に切り替える。このタイミングにて設定目標走行経路を切り替えることで、前進直線路K1の終点K1eから連続して第1前進旋回路K2に沿ってトラクタ2を自動走行させることができる。
前述したように、圃場Hの上でトラクタ2の前進移動を止めて後進移動させるには、車速等に応じた相応の制動距離が必要となる。そこで、車両側制御部22は、設定目標走行経路を走行中の前進路Kfから後続の後進路Kbに切り替える場合は、トラクタ2を前進から後進に切り替えたときに生じる制動距離分の前進移動を考慮したタイミングにて設定目標走行経路を切り替えるように構成されている。
具体的には、図4(a)、(b)に示すように、車両側制御部22は、トラクタ2(トラクタ2の現在位置P)が、制動距離分の前進移動を基準とする前進用設定距離Dfだけ、走行中の第1前進旋回路K2における終点K2eよりも手前側の先行切り替え地点Psに到達したときに設定目標走行経路を後続の後進直線路K3に切り替える。
この制動距離D1は、例えば、トラクタ2に備えられた車速センサにてトラクタ2の実車速を検出する等によりトラクタ2の車速を特定し、記憶部に記憶された前進時の車速と制動距離の関係を示すテーブル等を参照して求めることができる。前進用所定距離D2は、例えば、トラクタ2における測位用アンテナ21の設置位置からトラクタ2の前端までの距離等に基づいて予め設定されている。
この場合、例えば、車両側制御部22は、車速センサにてリアルタイム等で車速を随時検出しており、そのトラクタ2の車速を検出するタイミング毎で、制動距離D1を基準とする前進用設定距離Dfを求めて先行切り替え地点Psを随時特定することができる。
よって、トラクタ2を前進から後進に切り替える場合にも、第1前進旋回路K2における終点K2eやその近傍にてトラクタ2の進行方向を切り替えることができ、トラクタ2が終点K2eを通り過ぎるのを未然に回避し、トラクタ2の無駄な走行を一層減らすことができる。
具体的には、図5に示すように、トラクタ2が第1前進旋回路K2を走行しているとき、トラクタ2の前進移動に連れて、トラクタ2の現在方位角に沿う直線Lcと後続の後進直線路K3に沿う直線L3との鋭角側の角度偏差θcが徐々に小さくなっていく。車両側制御部22は、この角度偏差θcを随時算出して監視しており、トラクタ2(トラクタ2の現在位置P)が第1前進旋回路K2における先行切り替え地点Psに到達していなくとも、角度偏差θcが所定値θaになると、設定目標走行経路を後続の後進直線路K3に切り替える。
例えば、角度偏差θcの所定値θaは、トラクタ2が短時間又は少ない走行距離で後続の目標走行経路に沿う姿勢に移行できる許容値に設定されている。
設定目標走行経路を走行中の後進路Kbから後続の前進路Kfに切り替えるときも、圃場Hの上でトラクタ2の後進移動を止めるには、車速等に応じた相応の制動距離が必要となる。そこで、車両側制御部22は、設定目標走行経路を走行中の後進路Kbから後続の前進路Kfに切り替える場合は、トラクタ2を後進から前進に切り替えたときに生じる制動距離分の後進移動を考慮したタイミングにて設定目標走行経路を切り替えるように構成されている。
具体的には、図6に示すように、車両側制御部22は、トラクタ2(トラクタ2の現在位置P)が、制動距離分の後進移動を考慮した後進用設定距離Dbだけ、走行中の後進直線路K3における終点K3eよりも手前側の先行切り替え地点Psに到達したときに設定目標走行経路を後続の第2前進旋回路K4に切り替える。
この制動距離D3は、例えば、トラクタ2に備えられた車速センサにてトラクタ2の実車速を検出する等によりトラクタ2の車速を特定し、記憶部に記憶された後進時の車速と制動距離の関係を示すテーブル等を参照して求めることができる。
後進用所定距離D4は、トラクタ2の後部に作業機5が装着されることを考慮して前進用所定距離D2よりも大きい距離、例えば、トラクタ2における測位用アンテナ21の設置位置からトラクタ2の後部に装着した作業機5の後端までの距離等に予め設定されている。
この場合、例えば、車両側制御部22は、車速センサにてリアルタイム等で車速を随時検出しており、そのトラクタ2の車速を検出するタイミング毎で、制動距離D3を考慮した後進用設定距離Dbを求めて先行切り替え地点Psを随時特定することができる。
また、トラクタ2を後進から前進に切り替える場合の車速に応じた制動距離D3は、例えば、トラクタ2を前進から後進に切り替える場合の車速に応じた制動距離D1を代用してもよい。
よって、トラクタ2を後進から前進に切り替える場合にも、後進直線路K3における終点K3eやその近傍にてトラクタ2の進行方向を切り替えることができ、トラクタ2が終点K3eを通り過ぎるのを未然に回避し、トラクタ2の無駄な走行を一層減らすことができる。
具体的には、トラクタ2が後進直線路K3を走行しているとき、トラクタ2の後進移動に連れて、トラクタ2の現在方位角に沿う直線Lcと後続の第2前進旋回路K4に沿う直線L4との鋭角側の角度偏差θcが徐々に小さくなっていく。なお、直線L4は、第2前進旋回路K4において後進直線路K3を走行中のトラクタ2の現在位置Pから移行が可能な所定距離内の地点の接線等とすることができる。
車両側制御部22は、この角度偏差θcを随時算出して監視しており、トラクタ2(トラクタ2の現在位置P)が後進直線路K3における先行切り替え地点Psに到達していなくとも、角度偏差θcが所定値θbになると、設定目標走行経路を後続の第2前進旋回路K4に切り替える。
例えば、角度偏差θcの所定値θbは、トラクタ2が短時間又は少ない走行距離で後続の目標走行経路に沿う姿勢に移行できる許容値に設定されている。なお、トラクタ2を前進から後進に切り替える場合の角度偏差θcの所定値θbと、トラクタ2を前進から後進に切り替える場合の角度偏差θcの所定値θaとは、同じ値に設定したり、異なる値に設定することができる。
目標走行経路に沿って圃場H内を走行中に何らかの事情で圃場Hから脱出したい場合も考えられる。その場合、例えば、設定目標走行経路を、走行中の転回用経路としての後進路Kb(後進直進路K3)の終点Kbe(K3e)から更に後進するための後進路Kb(図示省略)に切り替えて圃場Hから脱出すること等が考えられる。このように目標走行経路を走行中の後進路Kbから後続の後進路Kbに切り替える場合には、図示は省略するが、前進路Kfから前進路Kfに切り替える場合と同様、車両側制御部22は、トラクタ2(トラクタ2の現在位置P)が走行中の後進路Kbの終点Kbeに到達したときに設定目標走行経路を後続の後進路Kbに切り替える。このタイミングにて設定目標走行経路を切り替えることで、走行中の後進路Kbの終点Kbeから連続して後続の後進路Kbに沿ってトラクタ2を自動走行させることができる。
なお、第5前進直線路K5、第6前進旋回路K6、第7前進直線路K7、第9前進旋回路K9、第10前進直線路K10は、トラクタ2を前進させる前進路Kfに該当し、第8後進直線路K8は、トラクタ2を後進させる後進路Kbに該当する。
(1)上記実施形態では、トラクタ2の制動距離を基準とする設定距離として、前進用設定距離Dfと後進用設定距離Dbの二種類を例に示したが、共通の一種類であってもよい。
2 トラクタ(作業車両)
22 車両側制御部(制御部)
23 走行制御部
24 位置情報取得部
25 方位角特定部
Df 前進用設定距離(設定距離)
Db 後進用設定距離(設定距離)
D1,D3 制動距離
D2 前進用所定距離(所定距離)
D4 後進用所定距離(所定距離)
K1 前進直線路(目標走行経路)
K1e 終点
K2 第1前進旋回路(目標走行経路)
K2e 終点
K3 後進直線路(目標走行経路)
K3e 終点
K4 第2前進旋回路(目標走行経路)
K4e 終点
Kf 前進路
Kfe 終点
Kb 後進路
Kbe 終点
Ps 先行切り替え地点
θc 角度偏差
θa,θb 所定値
Claims (4)
- 作業車両の位置情報を取得する位置情報取得部と、
連続する複数の目標走行経路から自動走行対象の1つの目標走行経路を設定し、その設定目標走行経路を前記位置情報取得部にて取得される前記作業車両の現在位置に基づき切り替えることで、連続する複数の目標走行経路に沿って前記作業車両を自動走行させる制御部と、を備えた自動走行システムであって、
前記複数の目標走行経路として、前記作業車両を前進させる前進路と、前記作業車両を後進させる後進路とが備えられ、
前記制御部は、前記設定目標走行経路を、走行中の前記前進路から後続の前記後進路に切り替える又は走行中の前記後進路から後続の前記前進路に切り替える場合、前記作業車両の制動距離を基準とする設定距離だけ、走行中の前記目標走行経路における終点よりも手前側の先行切り替え地点に前記作業車両が到達したとき、前記設定目標走行経路を後続の目標走行経路に切り替え可能であることを特徴とする自動走行システム。 - 前記設定距離は、前記制動距離に所定距離を追加して設定されることを特徴とする請求項1記載の自動走行システム。
- 前記所定距離は、前記設定目標走行経路を走行中の前記前進路から後続の前記後進路に切り替える場合に用いられる前進用所定距離と、前記設定目標走行経路を前記後進路から前記前進路に切り替える場合に用いられる後進用所定距離とを有し、
前記前進用所定距離よりも前記後進用所定距離が大きいことを特徴とする請求項2記載の自動走行システム。 - 前記作業車両の方位角を特定する方位角特定部を備え、
前記制御部は、前記設定目標走行経路を、走行中の前記前進路から後続の前記後進路に切り替える又は走行中の前記後進路から後続の前記前進路に切り替える場合、前記方位角特定部にて特定される前記作業車両の現在方位角に沿う直線と後続の前記目標走行経路に沿う直線との角度偏差が所定値以下になると、前記作業車両が走行中の前記目標走行経路における前記先行切り替え地点に到達していなくても前記設定目標走行路を後続の前記目標走行経路に切り替えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の自動走行システム。
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