JP2019115280A - 作業車両の自動運転システム - Google Patents

Abstract

【課題】圃場自体の位置が移動しても自動運転による不適切な走行を抑制できる作業車両の自動運転システムを提供する。【解決策】作業車両１の自己位置を測定する移動測位装置１７４を有し、地上に固定して位置を測定する地上測位装置１７５を圃場内または圃場Ｆの境界線近傍に設け、圃場形状を判定する制御部１２０を有し、前記制御部１２０は予め設定された予定走行経路ＰＰを記憶し、地上測位装置１７５により圃場の移動が検知された場合、前記予定走行経路ＰＰに沿った前記作業車両１の自動走行を規制する。【選択図】図７

Description

本発明は、圃場で走行しながら作業を行う作業車両に関する。

圃場の形状を含む圃場情報と圃場内での過去の走行情報と作業情報とを記憶する記憶部を備え、圃場情報と過去の走行情報と作業情報から圃場内での作業経路を生成する作業車両が公知である（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１７―１２７２９２号公報

上記の技術により、過去の作業内容や走行軌跡にもとづいて圃場内の走行経路を自動で生成することが可能であるが、地震等の地殻変動により圃場自体が移動してしまった場合、過去の走行軌跡に基づく走行では圃場からはみ出してしまったり、未耕地ができてしまったりするなど不具合の発生が想定される。

本発明では、圃場自体の位置が移動しても自動運転による不適切な走行を抑制できる作業車両の自動運転システムを提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決すべく次のような特徴を有する。

第１の特徴は、作業車両（１）の自己位置を測定する移動測位装置（１７４）を有し、地上に固定して位置を測定する地上測位装置（１７５）を圃場内または圃場（Ｆ）の境界線近傍に設け、圃場形状を判定する制御部（１２０）を有し、前記制御部（１２０）は予め設定された予定走行経路（ＰＰ）を記憶し、地上測位装置（１７５）により圃場（Ｆ）の移動が検知された場合、前記予定走行経路（ＰＰ）に沿った前記作業車両（１）の自動走行を規制することを特徴とする。

これにより、地震等の地殻変動により圃場自体が移動した場合に、元の予定走行経路上を自動走行して圃場から逸脱してしまうなどの不適切な走行を抑制することができる。

第２の特徴は、第１の特徴を有する作業車両（１）において、前記地上測位装置（１７５）を圃場形状の各頂点に設け、前記制御部（１２０）は地上測位装置（１７５）により圃場（Ｆ）の移動が検知された場合、移動前と移動後の圃場形状を比較し、形状がほぼ合同である場合、圃場（Ｆ）の移動に合わせて前記予定走行経路（ＰＰ）を移動させて補正走行経路（ＡＰ）を算出することを特徴とする。

これにより、地震等の地殻変動により圃場自体が移動した場合に、圃場の形状が変化していなければ自動で経路を補正することが可能となり、圃場から逸脱してしまうなどの不適切な走行を抑制することができる。また、管理者が予定走行経路を設定し直す手間を省くことができる。

以上、第１の特徴を有する作業車両によれば、圃場自体が移動した場合に、不適切な走行を抑制することができる。

本実施の形態のトラクタの側面図 制御ブロック図 圃場計測の説明図 予定走行経路の直進本数算出時の説明図 予定走行経路Ｐの説明図 予定走行経路Ｐ設定時の処理を示すフローチャート （Ａ）移動した圃場の概略図（Ｂ）予定走行経路補正の概略図 携帯端末の表示例

本発明の作業車両についての実施例を図面に基づき説明する。

図１は、本発明でいう作業車両の一例として示す作業機２００を装着した走行車両であるトラクタ１の全体側面図で、トラクタ１の前部のボンネット５内に搭載したエンジン２の動力をミッションケース３で適宜に変速して前輪軸４と後輪軸５に伝動して前輪６と後輪７の両方或は後輪７のみを駆動し、機体上のキャビン２６内に設ける座席１０に座った作業者が中央に立設するステアリングホイール８を操作して前輪６を操向しながら走行する。機体の後方へ突出するロワリンク９には、ロータリ耕運機などの作業機２００を装着し、ミッションケース３から後方へ向かって突出するＰＴＯ軸１１で装着する作業機２００を駆動する。

作業機２００の後部はリアカバー２０１で覆われており、このリアカバー２０１は車両左右方向のリアカバー回動軸２０１ａ回りに回動する。リアカバー２０１の下端部２０１ｂは耕耘中地面に接地して耕耘後の土を均すように構成されている。

作業機２００は左右のロワリンク９とトップリンク２１３の３点で支持されており左のロワリンク９Ｌは左のリフトアーム２１０Ｌとアクチュエータの１種である傾斜シリンダ２１４で連結している。リフトアーム２１０はメインシリンダ２１２によって上下に回動するように構成されており、このリフトアーム２１０の上下回動によって作業機２００が昇降される。リフトアーム２１０の回動角はリフトアームセンサ２１１により検出される。

キャビン２６のルーフ２７の上面には測位装置である移動ＧＰＳアンテナ１７４が設けられており、この移動ＧＰＳアンテナ１７４が複数のＧＰＳ衛星３０から送信される測位信号３１を受信することにより自己位置を測定することができる。

ステアリングホイール８の近傍には作業管理や車両の設定を行うタブレット端末などの携帯端末１００が設けられている。この携帯端末１００は自動運転の予定走行経路Ｐの設定時に各種パラメータを入力する入力手段としても使用される。

ステアリングホイール８の下方にはステアリングシャフト（図示せず）が通っており、その近傍にステアリングを電子的に制御するステアリングモータ１０１が設けられている。

ボンネット５内部には制御部の一例としての自動運転ＥＣＵ１５０が搭載されており、これが予定走行経路Ｐと移動ＧＰＳアンテナ１７４で受信した測位信号３１に基づき算出した自己位置とを比較しながら予定走行経路Ｐ上を走行するようにエンジン２やステアリングホイール８を制御する。

図２はトラクタ１の制御ブロック図である。トラクタ１には車両の走行を制御する制御部としての車両ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）５０と移動ＧＰＳアンテナ１７４で得た信号を基に位置情報を処理し、予定走行経路Ｐと自己位置を比較して車両ＥＣＵ５０に対する制御信号を送信する自動運転ＥＣＵ１５０が搭載されている。

車両ＥＣＵ５０には走行車速を検出する車速センサ５１からの信号と、前輪２の操向角度を検出するステリングセンサ５２からの信号と、変速位置を検出する変速センサ５３からの信号とが入力される。車両ＥＣＵからはエンジン２の出力を制御する信号と、ステアリングホイール８の操向角度を制御するステアリングモータ１０１の操作信号と、変速装置５６の変速操作信号と、車両の走行を停止するブレーキを操作するブレーキシリンダ５７へのブレーキ操作信号と、作業機２００を昇降するメインシリンダ２１２への昇降操作信号とが出力される。

自動運転ＥＣＵ１５０と車両ＥＣＵ５０とは有線通信により上方を互いに送受信することができ、車両の位置に応じて各種制御を実行することも可能である。車両ＥＣＵ５０は携帯端末１００とは無線通信により情報の送受信を行い、車両の状態や作業状況を携帯端末１００の画像表示部に表示することもできる。

携帯端末１００は地上ＧＰＳアンテナ１７５から測位情報を受信し、内部に備える制御部１２０により圃場形状の算出や走行経路の確認表示を行うことができる。

図３は圃場計測の説明図である。携帯端末１００を操作して圃場計測モードを起動すると、携帯端末１００にガイダンスが表示され、その表示に従い車両を操作することにより、圃場の縦方向および横方向の長さを計測することができる。

圃場の縦方向長さＹＬを計測する場合、車両を発進させる前に携帯端末１００により必要パラメータを入力する。すなわち、作業機２００の前後方向長さである作業機長さＬ２、作業機幅Ｗ、トラクタ１の前端から移動ＧＰＳアンテナ１７４の位置までの前後方向距離である前アンテナ位置Ｌｔａの数値を入力するよう携帯端末１００のガイダンスに促される。

作業機長さＬ２を除くトラクタ１の前後方向長さＬ１は予め自動運転ＥＣＵ１５０に記憶されており、これらを加算することにより作業車両全長Ｌが算出される。この作業車両全長Ｌから前アンテナ位置Ｌｔａを減算すると作業機２００の後端から移動ＧＰＳアンテナ１７４の位置までの前後方向距離である後アンテナ位置Ｌｔｂが算出される。

ガイダンスに従って管理者が圃場Ｆの端に作業機２００の後端を合わせて発進し、圃場反対側の端にトラクタ１の前端が合うまで走行させると、移動ＧＰＳアンテナ１７４の実測距離ＹＬ１に前アンテナ位置Ｌｔａと後アンテナ位置Ｌｔｂが加算されて、圃場縦方向距離ＹＬが算出される。圃場の縦方向距離ＹＬが算出されると圃場端から所定の距離ＴＰの位置に旋回開始点が設定される。

以上のような構成により、トラクタ１は車両を圃場の端から端まで走らせるだけで、正確に圃場の縦方向距離、すなわち圃場の大きさを計測することが可能となる。また、計算に必要な作業機長さＬ２、作業機幅Ｗ、前アンテナ位置Ｌｔａを入力装置である携帯端末１００に入力することで、容易に予定走行経路Ｐの設定や編集ができる。

図４は予定走行経路Ｐの直進本数算出時の説明図である。圃場横方向距離ＹＷも圃場縦方向距離ＹＬと同様の方法で算出される。予定走行経路Ｐの直進本数は圃場横方向距離ＹＷから周り耕分として左右とも作業機幅Ｗ２つ分を除いた長さ、すなわち圃場横方向距離ＹＷから作業機幅Ｗの４倍の長さを減算した値を直進行程範囲ＹＷ１として算出する。

この直進行程範囲ＹＷ１を作業機幅Ｗで除算して、その商の小数点以下を繰り上げた値を直進行程ＳＦの自動算出本数Ｎ１として算出する。この直進行程ＳＦの自動算出本数Ｎ１は圃場横方向距離ＹＷの算出が完了したときに自動で算出される。また、直進行程ＳＦの本数は入力手段である携帯端末１００で手動入力することもできる。

直進行程ＳＦを手動入力可能な構成とすることで、管理者が自己の都合に合わせて予定走行経路Ｐの編集を行うことができる。

圃場横方向距離ＹＷの測定時に携帯端末１００から手動で入力された直進行程ＳＦの手動入力本数Ｎ２が自動運転ＥＣＵ１５０に記憶されていた場合、携帯端末１００は管理者に自動算出本数Ｎ１と手動入力本数Ｎ２のどちらを採用するのかを選択する画面を表示する。

図５は予定走行経路Ｐの説明図である。自動算出本数Ｎ１と手動入力本数Ｎ２のいずれかが選択されると、選択された本数に従って直進行程ＳＦが設定され、それぞれの直進行程ＳＦを旋回行程ＲＦで１本につないで予定走行経路Ｐが決定される。管理者が自動運転の開始操作を実行すると、トラクタ１はその経路に沿うように自動運転を開始する。

これにより、管理者の都合に応じて直進工程ＳＦの数を任意に入力された自動運転の予定走行経路Ｐとアルゴリズムに基づいて圃場を効率よく作業するよう自動的に算出された直進行程数とを管理者が選択できるため、自動運転の予定走行経路Ｐの設定を容易に行うことが可能となる。

図６は予定走行経路Ｐ設定時の処理を示すフローチャートである。初めにＧＰＳ測位の精度を示す規格により示される値から精度が十分なものであるかを判定する（ステップＳ１）。精度が不十分であれば精度判定を繰り返し、精度が十分であれば、携帯端末１００に予定走行経路Ｐの設定ガイダンスボタンを表示する（ステップＳ２）。

次に、ガイダンスボタンがタップされたかどうかを判定し（ステップＳ３）、タップされなければ同じ判定(ステップＳ３)を繰り返し、タップされれば作業機長さＬ２、作業機幅Ｗ、前アンテナ位置Ｌｔａなどの必須パラメータの入力欄や直進行程ＳＦの手動入力本数Ｎ２などの任意パラメータの入力欄を携帯端末１００に表示する（ステップＳ４）。

次に上記必須パラメータが入力されているのか否かを判定し（ステップＳ５）、必須パラメータの入力が完了してなければ同じ判定(ステップＳ５)を繰り返し、完了していれば圃場縦方向距離ＹＬの測定ガイダンスを携帯端末１００に表示する（ステップＳ６）。

次に圃場縦方向距離ＹＬの測定が完了したか否かを判定し（ステップＳ７）、完了してなければ同じ判定(ステップＳ７)を繰り返し、完了していれば圃場縦方向距離ＹＬと、旋回点ＴＰを算出して（ステップＳ８）、その後圃場横方向距離ＹＷの測定ガイダンスを携帯端末１００に表示する（ステップＳ９）。

次に圃場横方向距離ＹＷの測定が完了したか否かを判定し（ステップＳ１０）、完了してなければ同じ判定(ステップＳ１０)を繰り返し、完了していれば圃場縦方向距離ＹＷと、直進行程ＳＦの自動算出本数Ｎ１を算出する（ステップＳ１１）。

次に自動運転ＥＣＵ１５０に直進行程ＳＦの手動入力本数Ｎ２のパラメータが記憶されているか否かを判定し（ステップＳ１２）、記憶されていなければ直進行程ＳＦの自動算出本数Ｎ１に基づいて予定走行経路Ｐを設定し(ステップＳ１６)、記憶されていれば直進行程ＳＦの手動入力本数Ｎ２と直進行程ＳＦの自動算出本数Ｎ１のどちらを採用するのか管理者に促す選択画面を携帯端末１００に表示する（ステップＳ１３）。

次に上記選択画面にて直進行程ＳＦの手動入力本数Ｎ２が選択されたか否かを判定し（ステップＳ１４）、手動入力本数Ｎ２が選択されなければ直進行程ＳＦの自動算出本数Ｎ１に基づいて予定走行経路Ｐを設定し(ステップＳ１６)、選択されれば手動入力本数Ｎ２に基づいて予定走行経路Ｐを設定して（ステップＳ１５）処理を終了する。

図７は（Ａ）移動した圃場の概略図（Ｂ）予定走行経路補正の概略図である。圃場近傍の地上に固定され、移動ＧＰＳアンテナ１７４による測位情報の補正や圃場形状の正確な把握に用いられる地上ＧＰＳアンテナ１７５により圃場Ｆが移動したことを検出した場合、地上ＧＰＳアンテナ１７５からの信号を受信する携帯端末１００は元の圃場ＰＦに合わせて設定された予定走行経路ＰＰに沿った自動運転を規制する信号を車両ＥＣＵ５０または自動運転ＥＣＵ１５０に送信する。

また、携帯端末１００は移動後の圃場ＡＦの形状を移動前の圃場ＰＦの形状と比較し、移動前と異動後で形状が合同、つまり各辺の長さと各頂点角度の大きさが変化していないかを複数の地上ＧＰＳアンテナ１７５からの信号を基に確認する。

移動後の圃場ＡＦの形状が移動前の圃場ＰＦの形状と合同であれば、代表点１７５ｂの移動量Ｍと対応する辺どうしの角度Ｓ、代表点１７５ｂから予定走行経路の開始点ＰＳまでの距離を用いて、予定走行経路ＰＰを補正した補正走行経路ＡＰを作成して設定する。これにより、圃場が地殻変動などにより移動しても、正確に走行経路を自動補正することが可能になり、管理者が走行経路を再設定する手間が省くことができる。よって作業車両が自動運転時に圃場から逸脱したり、作業位置がずれたりするなどの不具合の発生を抑制することができる。

また、上記構成は主に圃場形状の各頂点に地上ＧＰＳアンテナ１７５を設置する実施例について示したが、別形態として移動ＧＰＳアンテナ１７４による測位情報の補正に用いられる基地局１７５ａを地上アンテナ１７５として用いても良い。この基地局１７５ａを一基のみ用いて圃場の移動を検知する場合、圃場形状の変形を計測することができないため、予定走行経路Ｐの補正は実施しない。

図８は携帯端末の表示例である。携帯端末１００の表示部１１０には圃場Ｆの種々の情報が表示されるが、地上ＧＰＳアンテナ１７５により圃場の移動が検知されると、報知表示１１１を表示して管理者に報知する。同時に補正走行経路ＡＰが設定されていない場合は移動前の予定走行経路ＰＰに沿って自動運転を開始する発進ボタン１１２を非表示にして自動運転の開始を規制する。また圃場計測モードを起動して、走行経路を新たに設定する新規設定ボタン１１３を表示して予定走行経路Ｐの再設定を管理者に促す。

以上の構成により、上記実施例の作業車両の自動運転システムは圃場自体の位置が移動しても自動運転による不適切な走行を抑制できる。

１ トラクタ（走行車両）
１２０ 制御部
１７４ 移動ＧＰＳアンテナ（移動測位装置）
１７５ 地上ＧＰＳアンテナ（地上測位装置）
ＰＰ 予定走行経路
ＡＰ 補正走行経路
Ｆ 圃場

Claims (2)

1. 作業車両の自己位置を測定する移動測位装置を有し、
   地上に固定して位置を測定する地上測位装置を圃場内または圃場の境界線近傍に設け、
   圃場形状を判定する制御部を有し、
   前記制御部は予め設定された予定走行経路を記憶し、地上測位装置により圃場の移動が検知された場合、前記予定走行経路に沿った前記作業車両の自動走行を規制する、
   作業車両の自動運転システム。
2. 前記地上測位装置を圃場形状の各頂点に設け、
   前記制御部は地上測位装置により圃場の移動が検知された場合、移動前と移動後の圃場形状を比較し、形状がほぼ合同である場合、圃場の移動に合わせて前記予定走行経路を移動させて補正走行経路を算出する、
   請求項１に記載の作業車両の自動運転システム。

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