JP2019135963A

JP2019135963A - 作業車両

Info

Publication number: JP2019135963A
Application number: JP2018021588A
Authority: JP
Inventors: 高橋　学; Manabu Takahashi; 学高橋; 直岐堀田; Naoki Hotta; 小佐野　光; Hikari Osano; 光小佐野; 秀平飛田; Shuhei Hida
Original assignee: Iseki and Co Ltd; Iseki Agricultural Machinery Mfg Co Ltd
Current assignee: Iseki and Co Ltd; Iseki Agricultural Machinery Mfg Co Ltd
Priority date: 2018-02-09
Filing date: 2018-02-09
Publication date: 2019-08-22

Abstract

【課題】自律走行経路上の異常を検出し、プログラムされたデータを補正して経路を調整し、走行精度と安全性の向上を図ることを可能とする作業車両を提供する。【解決手段】作業車両は、制御装置の制御によって機体を操舵するステアリング装置と機体位置検知アンテナＰとを備え、予定経路に沿って進行方向を修正する自立走行プログラムによって自律走行可能に構成され、前記自律走行の実行時に作業領域の地形を検出する地形検出手段Ｅを設け、前記機体位置検知アンテナＰによる機体位置情報と前記地形検出手段Ｅによる地形情報とに基づいて、走行位置を予定経路へ戻し、また、予定経路にある障害物を避けるように、前記自律走行プログラムを補正することにより、走行精度と安全性の向上を可能とするものである。【選択図】図３

Description

本発明は、予定経路に沿って自律作業走行する作業車両に関する。

特許文献１等に示すように、圃場で苗の植付け等の作業を行う際に用いる苗移植機等の作業車両には、操舵部材を直進位置に保持して自動直進走行（自律走行）を行ない、機体の進行方向を自動的に修正することができる自動操舵装置（自律走行装置）が設けられている。

特開２０１６−２４５４１号公報特開２０１６−２４５４０号公報特開２０１６−２１８９１号公報特開２０１６−１０３３６号公報特開２０１０−２６３８０３号公報特許第４４５４１４１号公報

しかしながら従来の自律走行装置では、走行経路上の異常、例えば、段差・障害物等の異常を検出していないため、走行経路のズレや機能不全（制御不可）となりやすい問題があった。

本発明は、自律走行経路上の異常を検出し、プログラムされたデータを補正して経路を調整し、走行精度と安全性の向上を図ることを目的とする。

請求項１に係る発明は、制御装置の制御によって機体を操舵するステアリング装置(Ｓ)と機体位置検知アンテナ(Ｐ)とを備え、予定経路に沿って進行方向を修正する自立走行プログラムによって自律走行する作業車両において、前記自律走行の実行時に作業領域の地形を検出する地形検出手段(Ｅ)を設け、前記機体位置検知アンテナ(Ｐ)による機体位置情報と前記地形検出手段(Ｅ)による地形情報とに基づいて、走行位置を予定経路へ戻し、また、予定経路にある障害物を避けるように、前記自立走行プログラムを補正することを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記地形検出手段(Ｅ)は、前記走行経路地形について視差情報を取得する車載カメラによって構成することを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記地形検出手段(Ｅ)は、前記走行経路地形を俯瞰して視差情報を取得する空撮カメラによって構成することを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１から３のいずれか１項に係る発明において、前記地形検出手段(Ｅ)による地形情報は前記自立走行プログラムによる自律走行機能に反映され、前記ステアリング装置(Ｓ)によって走行経路を修正し、発進・停止及び車速調節を行う車速調節機構により、停止・発進・減速・加速及び後進を行うことを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１から４のいずれかに係る発明において、前記地形検出手段(Ｅ)により障害物(Ｈ)を検出し、前記ステアリング装置(Ｓ)により前記障害物(Ｈ)を回避可能であると判定した場合は次工程側に操舵し、植付条幅の整数倍分の距離の迂回幅(Ｗ)を空けることを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項１から５のいずれかに係る発明において、前記地形検出手段(Ｅ)によって得られる隣接条の位置情報に基づいて自立走行することを特徴とする。

請求項７に係る発明は、請求項１から６のいずれかに係る発明において、走行車輪の回転センサと、前記走行経路地形における走行障害の存在を知らせる警告装置とを設け、前記回転センサによる走行車速が速いほど早いタイミングで前記警告装置を作動することを特徴とする。

請求項１記載の作業車両は、地形検出によって段差・障害物を検出して自立走行プログラムに反映できるので、安全性の向上が可能となり、また、経路の微調整によって走行経路のズレが抑えられて走行精度を向上することができる。

請求項２に記載の作業車両は、請求項１に記載の効果に加え、車載カメラによって取得される視差情報により、圃場面の段差や障害物に対応してステアリング調整することにより、安全性の向上、走行経路のズレ修正が可能となる。

請求項３に記載の作業車両は、請求項１に記載の効果に加え、空撮カメラによって取得される視差情報により、高精度の地形検出が可能となることから、圃場面の段差や障害物に対応してステアリング調整することにより、安全性の向上、走行経路のズレ修正が可能となる。

請求項４に記載の作業車両は、請求項１から３のいずれかに記載の効果に加え、走行経路地形に応じた停止・発進・減速・加速及び後進の車速調節によって安定走行が可能となる。

請求項５に記載の作業車両は、請求項１から４のいずれかに記載の効果に加え、障害物を迂回して作業走行を継続することができ、迂回部は、障害物の排除後に条合わせによって容易に植付けすることができる。

請求項６に記載の作業車両は、請求項１から５のいずれかに記載の効果に加え、機体位置検知アンテナ(Ｐ)による機体位置情報が不安定の場合にあっても、地形検出手段(Ｅ)によって検出される隣接条の位置に基づいて作業を継続することが可能となり、作業効率低下の防止できる。

請求項７に記載の作業車両は、請求項１から６のいずれかに記載の効果に加え、機体位置検知アンテナ(Ｐ)による機体位置情報が不安定の場合にあっても、車輪回転による確実な車速検出により、車速に応じて適切に走行障害を知らせることができるので、より安全性が向上する。

カメラの配置例Ａの正面図（ａ）、側面図（ｂ）カメラの配置例Ｂの正面図（ａ）、側面図（ｂ）、要部拡大斜視図（ｃ）カメラの配置例Ｃの正面図（ａ）、側面図（ｂ）カメラの配置例Ｄの正面図（ａ）、側面図（ｂ）機体の正面図（ａ）、側面図（ｂ）、要部詳細２面図（ｃ）障害物の迂回経路図走行時のセンシング状況（ａ）、センサ配置の要部側面図（ｂ）自律走行プログラム補正処理のフローチャート条間補正処理のフローチャートセンサ配置図（ａ）、旋回制御のフローチャート（ｂ）センサ配置図（ａ）、畦際作業のフローチャート（ｂ）

上記技術思想に基づいて具体的に構成された実施の形態について、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、説明においては、機体の前進方向を基準に、前後、左右と云う。

本発明に係る作業車両の一例である田植機１は、制御装置によって機体走行を操舵するステアリング装置(Ｓ)と、機体位置検知用のＧＰＳアンテナ(Ｐ)とを備えて圃場走行可能に構成した機体に、作業機である苗移植装置を備え、自律走行プログラムによる圃場の予定経路に沿って自律走行によって苗移植する作業車両である。

機体には、さらに、機体前方の地形を検出するステレオカメラ等による地形検出手段(Ｅ)を設け、作業領域の地形について走行経路上の段差等を検出し、この地形データによって自律走行プログラムを補正することで、走行精度の向上とともに、安全性の向上が可能となる。

（空撮カメラ）
また、ドローンによる空撮測量により、座標情報と視差情報とによって圃場地形を認識し、その地形データにより、実行中の自律走行プログラムを補正する。
自律走行経路は、座標情報が付与されたマップから自動生成し、ドローンの実測により詳細の補正を行うことで、荒くプログラムされたデータを現場で補正することができる。

したがって、圃場地形の認識部分と自律走行の実行部分とを同一系とした場合に、ひとつのエラーがシステム全体の機能不全となり易く、演算上の難点となるが、このような問題を解消することができる。

（カメラの配置例Ａ）
自律走行田植機におけるステレオカメラの配置は、配置例Ａの正面図（ａ）と側面図（ｂ）を図１に示すように、バンパ上方で作業者が触れない部分で、且つ、畦にも衝突しない箇所にステレオカメラＥ，Ｅをレイアウトし、中央付近から左右振り分けで上下方向にずらして設けることで、予め上下視差をつくっておくことができ、また、フレームに近い位置で支持剛性が確保されて誤差を抑えることができる。

（カメラの配置例Ｂ）
また、フロントマスクにステレオカメラを配置する場合は、カメラの配置例Ｂの正面図（ａ）、側面図（ｂ）、要部拡大斜視図（ｃ）を図２に示すように、コラム部ＣからステーＳを出してカメラＥ１、Ｅ２を設置する。
この場合、フロントマスクは剛性不足で、また、バンパ周りは泥の飛散によって機能喪失に至ることがあることから、コラムＣからステーＳを出すことで支持剛性を確保することができる。ボンネットＢには、見通しを確保する切欠き窓Ｄを設ける。

（車載カメラによる補正）
機体に設けたカメラで直前経路を測量して圃場地形を認識し、作業領域内の段差を検知する実測データによって自律走行の補正を行う。
自律走行経路は、ティーチングにより認識された圃場形状データを基にし、ステレオカメラの実測により、補正（危険回避）を行うことで、自律走行中に圃場への進入があった場合などに、危険回避が可能となる。

詳細には、自律走行経路上に段差がある場合は、停止して警報を鳴らし、２０秒間、段差がなくならなければ、プログラム変更（段差部を避けるように回り込み、経路復帰後植付け開始）する。
この場合、完全停止すると作業能率が低下するので、危険のない範囲で作業を継続する。

（カメラの配置例Ｃ）
カメラの配置例Ｃの正面図（ａ）、側面図（ｂ）を図３に示すように、機体に設けたＧＮＳＳ受信機Ｐの下方にカメラＥを配置することで泥はねを防止するとともに、ハーネスをまとめることができる。

（危険回避）
機体に設けたカメラで自律走行経路内への動物の侵入を検知することにより、停止して警報を鳴らし、２０秒間、経路外への移動がなければ、プログラム変更（動体を避けるように回り込み、経路復帰後植付け開始）する。

（カメラの配置例Ｄ）
ステレオカメラＥは、その配置例Ｄの正面図（ａ）、側面図（ｂ）を図４に示すように、ＧＮＳＳ受信機Ｐの左右のステーＰｓ，ＰｓにカメラＥ１，Ｅ２を分離して配置することで、高さ方向に配置差をつけやすく、泥はねも防止できる。

（可変キャスタ）
次に、前輪のキャスタ機構について説明する。
前輪２，２は、機体の正面図（ａ）、側面図（ｂ）、要部詳細２面図（ｃ）を図５に示すように、アクチュエータで支持アーム２ａ,２ａを回動調節してキャスタ角を可変に構成することで、トレール伸ばした状態で直進時の安定性を、また、縮めた状態で植付け区間が伸び、旋回半径が小さくなることから、走行経路に無駄が無くなり、効率よい作業によってが可能となる。
このように、直進性とともに旋回性を向上させることができ、効率よい走行経路を選択でき、作業時間の短縮、燃費の節約が可能となる。

（障害回避）
圃場中の障害物を赤外センサで検知した時は、図６の迂回経路図に示すように、障害物Ｈを避けるために、植付条幅の整数倍の距離Ｗをとって迂回することにより、障害物Ｈを排除後の未植部に次の隣接行程作業で補植することができる。

（受信障害）
ＧＮＳＳ受信装置Ｐを設けて自律走行を行う場合に、隣接条の直線区間のセンシングにより、受信状況が悪くなった時に、隣接条基準で植付けを行うことで、受信状況が安定せず、エラーが起きた際も、植付け作業走行を継続することができる。

（複数レーザセンサ）
ＧＮＳＳ受信装置Ｐとともに、図７の走行時のセンシング状況（ａ）、センサ配置の要部側面図（ｂ）に示すように、赤外線レーザセンサを前部の中央Ｌ１と両サイドＬ２，Ｌ３に設け、両サイドＬ２，Ｌ３と中央Ｌ１の高さをずらした上でセンシング範囲をラップさせることで、３次元空間の認識精度の向上が可能となる。

（自律走行プログラム補正）
自律走行プログラムは、図８の自律走行プログラム補正処理のフローチャートに示すように、ＧＮＳＳ受信装置Ｐによって実測しながら自律走行プログラムを実行中にプログラムを補正（＊１）する。

（条間の補正）
実測値によってプログラムデータを補正する際は、図９の条間補正処理のフローチャートに示すように、プログラム経路上の畦と、実測により検知された畦との間の差ｄについて、差ｄが３０cm未満は、差ｄをターン回数で割ることにより、隣接条間を広げ（＊１）、また、３０cm以上は、ｄ／３０回分植付条を増加する（＊２）。

（旋回制御）
旋回時は、図１０のセンサ配置図（ａ）、旋回制御のフローチャート（ｂ）に示すように、旋回は同一方向回り（＊１）とし、３個のセンサを使用することで、全方位のセンサ配置によるコスト増を抑えることができる。

（畦際作業）
畦際については、図１１のセンサ配置図（ａ）、畦際作業のフローチャート（ｂ）に示すように、赤外線レーザセンサＲ１、Ｒを機体の側部と前部に１モジュールずつ取り付けることで、全方位のセンサ配置によるコスト増を抑えて、畦を検出しながら一定距離に増減調節（＊１、＊２）して田植作業の自動化が可能となる。

（畦際接近警報）
畦に接近すると警報を鳴らし、ユーザへ危険を知らせる場合について、車速に応じて警報を鳴らすタイミングを変更し、車速が速い時は、早めに警報を鳴らすことで、安全性向上を図ることができる。
この場合において、ＧＰＳアンテナによる車速は、振動等で不安定なことから、後輪回転から車速を検出することで、確実な車速検出が可能となる。

また、畦に接近すると警報を鳴らして停車させる構成においては、車速に応じて停車のタイミングを変更し、車速が速い時は、早めに停車させることで、安全性向上を図ることができる。

タイミングの変更は、車速によって制動距離が異なることから、各車速の制動距離に応じた停車タイミングとすることで、どの車速においても、畦から同じ距離で停車させることができる。

この場合において、車速区分を０．３ｍ／ｓから１．８ｍ／ｓまでの範囲を０．３ｍ／ｓ刻みの６区分とすることで、車速がリニヤに変動しても、簡単な制御で停車タイミングを変えることができる。

また、警報タイミングを「車速Ｘ４秒＋各車速の制動距離」とし、この距離が８ｍ以下の場合は、８ｍの地点で警報を鳴らすことにより、車速が速い場合でも、直進アシスト切りとする時間を４秒以上確保することができることから、警報が鳴ってからユーザがアシストをオフにし、畦際で確実に手動運転に切替ることが可能となる。

Ｅ地形検出手段（カメラ）
Ｈ障害物
Ｐ機体位置検知アンテナ
Ｓステアリング装置
Ｗ迂回幅

Claims

制御装置の制御によって機体を操舵するステアリング装置(Ｓ)と機体位置検知アンテナ(Ｐ)とを備え、予定経路に沿って進行方向を修正する自立走行プログラムによって自律走行する作業車両において、
前記自律走行の実行時に作業領域の地形を検出する地形検出手段(Ｅ)を設け、前記機体位置検知アンテナ(Ｐ)による機体位置情報と前記地形検出手段(Ｅ)による地形情報とに基づいて、走行位置を予定経路へ戻し、また、予定経路にある障害物を避けるように、前記自立走行プログラムを補正することを特徴とする作業車両。
前記地形検出手段(Ｅ)は、前記走行経路地形について視差情報を取得する車載カメラによって構成することを特徴とする請求項１記載の作業車両。
前記地形検出手段(Ｅ)は、前記走行経路地形を俯瞰して視差情報を取得する空撮カメラによって構成することを特徴とする請求項１記載の作業車両。
前記地形検出手段(Ｅ)による地形情報は前記自立走行プログラムによる自律走行機能に反映され、前記ステアリング装置(Ｓ)によって走行経路を修正し、発進・停止及び車速調節を行う車速調節機構により、停止・発進・減速・加速及び後進を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の作業車両。
前記地形検出手段(Ｅ)により障害物(Ｈ)を検出し、前記ステアリング装置(Ｓ)により前記障害物(Ｈ)を回避可能であると判定した場合は次工程側に操舵し、植付条幅の整数倍分の距離の迂回幅(Ｗ)を空けることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の作業車両。
前記地形検出手段(Ｅ)によって得られる隣接条の位置情報に基づいて自立走行することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の作業車両。
走行車輪の回転センサと前記走行経路地形における走行障害の存在を知らせる警告装置とを設け、前記回転センサによる走行車速が速いほど早いタイミングで前記警告装置を作動することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の作業車両。