JP2019201612A

JP2019201612A - 作業車

Info

Publication number: JP2019201612A
Application number: JP2018100792A
Authority: JP
Inventors: 惇平宮本; Jumpei Miyamoto; 竣也高瀬; Shunya TAKASE; 祐樹久保田; Yuki Kubota; 石見　憲一; Kenichi Iwami; 憲一石見
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2018-05-25
Filing date: 2018-05-25
Publication date: 2019-11-28

Abstract

【課題】地上側に固定状態で設置される基準局を必要とせずに、できるだけ精度よく車体が目標経路に沿って走行するように自動走行制御を実行できる作業車を提供する。【解決手段】複数の衛星から送信される送信信号についての搬送波位相を計測する測位ユニット６３と、測位ユニット６３から出力される搬送波位相を用いて、予め特定されている特定位置からの車体の相対的な位置変位を求める相対変位算出部６０Ｂと、相対変位算出部６０Ｂの算出結果に基づいて、車体が予め設定されている直線状の目標経路に沿って走行するように、車体の走行状態を制御する自動走行制御部６０Ｃとが備えられている。【選択図】図３

Description

本発明は、複数の衛星から送信される送信信号に基づいて車体を自動走行するように制御される作業車に関する。

従来では、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）（全地球航法衛星システム）の一例である周知のＧＰＳ（Global Position System）を利用して、複数の衛星から送信される送信情報に基づいて、走行車体の位置及び方位を計測する測位ユニットを機体に備え、測位ユニットにて計測される情報に基づいて、車体が予め設定された目標経路に沿って走行するように自動走行制御を実行するように構成したものがあった（例えば、特許文献１参照）。

そして、ＧＰＳを用いた測位方式としては、衛星から送信されるＣ／Ａコード信号を用いる単独測位方式、あるいは、Ｃ／Ａコード信号に加えて、地上での位置が予め判明している基準局から送信される補正情報の信号を受信して精度を高めるようにしたＤ−ＧＰＳ（Differential-GPS）やＲＴＫ−ＧＰＳ（Real Time Kinematic GPS）等がある。

特開２００７−２４８３３６号公報

単独測位方式では、計測精度が低く、圃場で作業する作業車の自動走行にはそのまま利用できない。そこで、圃場で作業する作業車においては、計測精度のよいＤ−ＧＰＳやＲＴＫ−ＧＰＳ等が用いられる。

しかし、上記したようなＤ−ＧＰＳやＲＴＫ−ＧＰＳ等の測位方式では、自動制御の対象である作業車とは別に、予め地上側に位置固定状態で設置されて位置が精度よく判別している基準局が必要であり、設備が大掛かりになり、コスト高を招く不利がある。

そこで、上記したような地上側に固定状態で設置される基準局を必要とせずに、できるだけ精度よく車体が目標経路に沿って走行するように自動走行制御を実行できるようにすることが望まれていた。

本発明に係る作業車の特徴構成は、
複数の衛星から送信される送信信号についての搬送波位相を計測する測位ユニットと、
前記測位ユニットから出力される前記搬送波位相を用いて、予め特定されている特定位置からの車体の相対的な位置変位を求める相対変位算出部と、
前記相対変位算出部の算出結果に基づいて、車体が予め設定されている直線状の目標経路に沿って走行するように、車体の走行状態を制御する自動走行制御部とが備えられている点にある。

本発明によれば、測位ユニットは、複数の衛星から送信される送信信号についての搬送波位相を計測する。すなわち、特定位置で受信される送信信号と、車体が目標経路に沿って走行した地点での送信信号との搬送波位相を求めて、相対的に車体の変位を求めることができる。このとき、車体の地上での絶対位置は計測されないが、車体の移動に伴って、衛星から送信される信号の搬送波位相の変化は精度よく検出することができる。そこで、車体の地上での絶対位置の計測結果ではなく、相対的な搬送波位相の変化を用いて、進行している車体の変位状態、例えば、どの方向にどの程度走行したかについての情報を計測することが可能となる。

このとき、車体の絶対位置については精度よく計測することができないが、自動走行を開始させる地点を予め決めておき、その位置からの車体の変位状態を上記した測位ユニットによる計測結果に基づいて制御することで、車体が予め設定されている直線状の目標経路に沿って走行するように自動制御することが可能となる。

その結果、地上側の基準局等の複雑な構成を用いることなく、できるだけ精度よく車体が設定経路に沿って走行するように自動走行制御を実行できるようにすることが可能となった。

本発明においては、
前記目標経路が複数設定され、
前記相対変位算出部は、車体が１つの前記目標経路を走行したのちに、次行程の前記目標経路の始端部において、その位置を前記特定位置として設定するとともに、そのときまでに求めた前記位置変位の情報を初期化すると好適である。

本構成によれば、車体が１つの目標経路を走行したのちに、次行程の目標経路について自動走行するときには、目標経路の始端部を特定位置とし、位置変位の情報を初期化する。その結果、当該目標経路においては、それまでの相対変位の情報に影響を受けることなく、新たに設定された特定位置からの車体の変位状態を精度よく計測することができ、目標経路に沿う自動走行を良好に行うことができる。

乗用田植機の全体側面図である。操舵構成などを示す概略平面図である。制御構成を示すブロック図である。圃場における作業車の走行経路を示す平面図である。

以下、本発明の実施形態を、作業車の一例である乗用田植機に適用した場合について図面に基づいて説明する。
この実施形態では、図１，２に記載された符号Ｆが示す方向が機体前側であり、図１，２に記載された符号Ｂが示す方向が機体後側である。図１に記載された符号Ｕで示す方向が機体上側であり、符号Ｄで示す方向が機体下側である。又、図２に記載された符号Ｒが示す方向が機体右側であり、符号Ｌが示す方向が機体左側である。

図１に示すように、本実施形態にて例示された乗用田植機は、乗用型で四輪駆動形式の走行車体１、走行車体１の後部に昇降揺動可能に連結された平行四連リンク形式のリンク機構２、リンク機構２を揺動駆動する油圧式の昇降シリンダ３、リンク機構２の後端部にローリング可能に連結される苗植付装置４、及び、走行車体１の後端部から苗植付装置４にわたる施肥装置５などを備えている。昇降シリンダ３は電気的に制御されるバルブユニット３Ａにより圧油の給排が行われる。

走行車体１は、走行装置６として、操舵可能な左右の前輪６Ａと、操舵不能な左右の後輪６Ｂとを備えている。走行車体１の前部にエンジン７が搭載され、エンジン７からの動力は、油圧式の無段変速装置８及びミッションケース９内の図示しない伝動機構を介して前輪６Ａ及び後輪６Ｂに供給される一方、植付クラッチ１０（図３参照）を介して断続自在に苗植付装置４に伝達され、施肥クラッチ１１（図３参照）を介して断続自在に施肥装置５に伝達される。図３に示すように、植付クラッチ１０は第１クラッチモータ１２の作動により入り切り操作される。施肥クラッチ１１は第２クラッチモータ１３の作動により入り切り操作される。

苗植付装置４は、８条植え形式に構成され、整地フロート１４、苗載せ台１５、８条分の植付機構１６などを備えている。整地フロート１４は、それらが接地した状態での走行車体１の走行に伴って、水田の泥面を滑走して、苗植え付け予定箇所などの泥面を整地する。苗載せ台１５は、８条分のマット状苗を載置可能に形成されている。苗載せ台１５は、マット状苗の左右幅に対応する一定ストロークで左右方向に往復移動し、縦送り機構１７は、苗載せ台１５が左右のストローク端に達するごとに、苗載せ台１５上の各マット状苗を苗載せ台１５の下端に向けて所定ピッチで縦送りする。８個の植付機構１６は、ロータリ式で、植え付け条間に対応する一定間隔で左右方向に配置されている。そして、各植付機構１６は、走行車体１からの動力により、苗載せ台１５に載置された各マット状苗の下端から一株分の苗を切り取って、整地後の泥土部に植え付ける。苗植付装置４には、圃場の田面に次回の走行経路の指標ラインＬＮ（図４参照）を形成するためのマーカ装置１８が備えられている。

施肥装置５は、横長のホッパ２６、繰出機構２７、電動式のブロワ２８、複数の施肥ホース２９、及び、各条毎に備えられた作溝器３０などを備えている。ホッパ２６は、粒状又は粉状の肥料を貯留する。繰出機構２７は、施肥クラッチ１１を介して伝達される動力で作動し、ホッパ２６から２条分の肥料を所定量ずつ繰り出す。ブロワ２８は、走行車体１に搭載されたバッテリ（図示せず）からの電力で作動し、各繰出機構２７により繰り出された肥料を圃場の泥面に向けて搬送する搬送風を発生させる。各施肥ホース２９は、搬送風で搬送される肥料を各作溝器３０に案内する。各作溝器３０は、各整地フロート１４に配備されている。そして、各作溝器３０は、各整地フロート１４とともに昇降し、各整地フロート１４が接地する作業走行時に、水田の泥土部に施肥溝を形成して肥料を施肥溝内に案内する。

施肥装置５は、動力断続用の施肥クラッチ１１の断続操作、及び、ブロワ２８の断続操作により、ホッパ２６に貯留した肥料を所定量ずつ圃場に供給する作動状態と、供給を停止する非作動状態とに切り換えることができる。

図１に示すように、走行車体１は、その後部側に運転部４０を備えている。運転部４０は、前輪操舵用のステアリングホイール４１、エンジン回転数の設定変更と無段変速装置８の変速操作とを可能にする主変速レバー４２、副変速装置の変速操作を可能にする副変速レバー４３、苗植付装置４の昇降操作と作動状態の切り換えなどを可能にする第１操作レバー４５と第２操作レバー４６、各種の情報を表示してオペレータに知らせる液晶表示式の表示ユニット４７（図３参照）、オペレータ用の運転座席４８などを備えている。

主変速レバー４２は、ステアリングホイール４１の左側に隣接配備されている。主変速レバー４２は、前後方向と左右方向とに揺動可能な揺動操作式で、無段変速装置８の操作軸（図示せず）に連係されている。主変速レバー４２は、デテントユニット（図示せず）の保持作用により、中立位置と、中立位置よりも車体前側の前進複数段の変速位置と、中立位置よりも車体後側の後進複数段の各変速位置とに構成されている。

第１操作レバー４５は、植付、下降、中立、上昇、自動、の各操作位置に切り換え可能な揺動式で、運転座席４８の右方に隣接配備されている。第２操作レバー４６は、上下揺動式の中立復帰型で、ステアリングホイール４１の右下方に隣接配備されている。第２操作レバー４６は苗植付装置４の上昇及び下降を指令する。

ステアリングホイール４１の左右両側には、後述する自動操向制御に用いる始点設定スイッチ６８と、終点設定スイッチ６９とが左右に振り分けた状態で備えられてる。主変速レバー４２の握り部には、押し操作式の自動入切スイッチ６４が備えられている。自動入切スイッチ６４は、自動復帰型に設けられ、押し操作する毎に後述する操向制御の入切の切り換えを指令する。自動入切スイッチ６４は、主変速レバー４２の握り部を手で握った状態で、例えば、親指で押すことができる位置に配置されている。

第１操作レバー４５を上昇位置に操作するか、あるいは、第２操作レバー４６にて上昇を指令すると、苗植付装置４に対する伝動が遮断されて、苗植付装置４が上昇する。操作レバー４５を下降位置に操作するか、あるいは、第２操作レバー４６にて下降を指令すると、苗植付装置４が下降して田面に接地して停止した状態となる。

運転者は、苗植え付け作業を開始するときは、第１操作レバー４５、あるいは、第２操作レバー４６を操作して苗植付装置４を下降させるとともに、苗植付装置４に対する伝動を開始して苗植付け作業を開始する。そして、苗植え付け作業を停止するときは、第１操作レバー４５、あるいは、第２操作レバー４６を操作して苗植付装置４を上昇させるとともに、苗植付装置４に対する伝動を遮断させる。

図２に示すように、ステアリングホイール４１は、ステアリング軸４９、ステアリングギア５０、ステアリングギア５０と噛み合い連動するセクタギア５１、セクタギア５１と一体揺動する操舵部材５２、及び、操舵部材５２と左右の前輪６Ａの操作アーム５３とにわたる左右のタイロッド５４、などを介して左右の前輪６Ａに連動連結されている。

走行車体１は、ステアリングホイール４１の操作に連動して左右のサイドクラッチ５５を断続操作する機構を備えている。すなわち、操舵部材５２と左右のサイドクラッチ５５の操作アーム５７とを連動可能に連結する左右の連係ロッド５８を備えている。左右の連係ロッド５８は、操作アーム５７との連係箇所に、操舵部材５２の操作角度θと左右のサイドクラッチ５５の断続操作との関係を設定する長孔５８ａを備えている。

上記の構成により、左右の前輪６Ａは、ステアリングホイール４１の回動操作量に応じて直進位置から旋回方向に操舵される。操舵部材５２が第２設定角度θｂよりも小さい揺動角度であれば、サイドクラッチ５５は接続状態を維持し、操舵部材５２が第２設定角度θｂより大きくなると、左側のサイドクラッチ５５は遮断状態に切り換わる。一方、右側のサイドクラッチ５５は接続状態に維持される。これにより、旋回内側に位置する左側の後輪６Ｂへの伝動が遮断されて走行車体１の旋回半径が小さくなる左小旋回状態が得られる。操舵部材５２の揺動操作は、手動によるステアリングホイール４１の回動操作以外に、後述するようにステアリングモータ５９によっても行われる。操舵部材５２の揺動軸には、揺動角（操舵角）を検出する操舵角センサ５６が備えられている。又、ステアリング軸４９には、手動操作が行われたことを検出するためのトルクセンサ７０が備えられている。

走行車体１には、各種の制御を実行する制御装置６０が備えられている。制御装置６０はマイクロコンピュータを備えている。制御装置６０は、第１操作レバー４５及び第２操作レバー４６による指令に基づいて、苗植付装置４の昇降作動、並びに、苗植付装置４及び施肥装置５の作動状態を制御する。

図３に示すように、走行車体１には、ギア機構６１（図２参照）を介してステアリング軸４９すなわち、操舵部材５２を回動操作可能なステアリングモータ５９、及び、走行車体１の位置及び方位を測定する測位ユニット６３等が備えられている。

測位ユニット６３は、ＧＮＳＳ（全地球航法衛星システム）の一例である周知のＧＰＳ（Global Positioning System）を利用して走行車体１の変位状態を測定する衛星航法装置６５を備えている。ＧＰＳを利用した測位方法として、本実施形態においては、ＧＰＳ衛星から送信される信号のうち、一般的に使用されるＣ／Ａコード信号を用いるのではなく、搬送波位相を用いている。

図１に示すように、測位ユニット６３は、ＧＰＳ衛星（図示せず）から送信された電波を受信する衛星航法用のアンテナユニット６６を備えている。衛星航法装置６５は、ＧＰＳ衛星からの電波を受信して車体の相対的な位置変位に対応する搬送波位相の情報を求める。アンテナユニット６６は、ＧＰＳ衛星からの電波の受信感度が高くなるように、予備苗フレーム６７における上端の左右中央部に配備されている。

図３に示すように、制御装置６０は、走行車体１が走行すべき目標移動となる設定経路を設定する経路設定部６０Ａと、測位ユニット６３から出力される搬送波位相を用いて、予め特定されている特定位置からの車体の相対的な位置変位を求める相対変位算出部６０Ｂと、相対変位算出部６０Ｂの算出結果に基づいて、車体が予め設定されている直線状の設定経路としての目標経路に沿って走行するように、車体の走行状態を制御する自動走行制御部６０Ｃとが備えられている。

経路設定部６０Ａは、始点設定スイッチ６８及び終点設定スイッチ６９の操作に基づくティーチング処理によって、自動操向すべき目標経路に対応するティーチング経路を設定するとともに、実作業するときに、ティーチング経路の始端部にて自動モードが指令されると、その位置におけるティーチング経路と平行な目標経路ＬＭ（設定経路）を設定するように構成されている。

相対変位算出部６０Ｂは、車体を直線状の目標経路ＬＭに沿って走行させるときに、その経路の始点位置を特定位置として設定する。そして、目標経路ＬＭに沿う車体の走行に伴って車体の位置が変位すると、特定位置からの車体位置の変位に伴って測位ユニット６３にてＧＰＳ衛星からの信号を受信する。同じＧＰＳ衛星について、特定位置で得られた信号と移動した後の位置で得られた信号との搬送波位相により、同じＧＰＳ衛星からの行路差を求めて、特定位置からの車体の相対位置変位を求めることができる。この場合、特定位置と車体の位置で同時に受信して行程差を求めるような測位方法とは異なり、地上での絶対位置を精度よく計測することはできないが、車体の相対的な位置変位を計測することは可能である。

例えば、図４に示すように、目標経路ＬＭが複数ある場合、相対変位算出部６０Ｂは、１つの目標経路ＬＭを走行したのちに、次行程の目標経路ＬＭの始端部において、その位置を特定位置として設定するとともに、そのときまでに求めた位置変位の情報を初期化するように構成されている。すなわち、目標経路ＬＭを走行する毎に、新たな相対位置の変位の測定を行うようになっている。

自動走行制御部６０Ｃは、自動入りモードが設定されているとき、測位ユニット６３にて検出される走行車体１の検出位置（自機位置）が、目標経路ＬＭ上の位置になるようにステアリングモータ５９を操作する操向制御を実行する。

次に、矩形状の水田にて苗の植え付け作業を行う場合における制御装置６０の動作について説明する。
図４に示すように、田植機は、水田において、目標経路ＬＭに沿って走行しながら苗植付け作業を行う直進走行と、目標経路ＬＭの終端位置にて目標経路ＬＭと平行な次回の目標経路ＬＭに向けて旋回する旋回走行とを交互に繰り返して走行する。そして、自動走行制御部６０Ｃは、原則として、苗植付け作業を行う直進走行中に自動操向制御を実行し、直進走行以外の移動走行には、操向制御を実行しないようになっている。

まず、走行車体１を圃場内の畦際の始点位置Ｑ１に位置させ、始点設定スイッチ６８を操作する。このとき、制御装置６０は自動切りモードに設定されている。そして、運転者が手動操縦しながら、始点位置Ｑ１から側部側の畦際の直線形状に沿って非作業状態で走行車体１を直進走行させ、反対側の畦際近くの終点位置Ｑ２まで移動させてから終点設定スイッチ６９を操作する。これにより、ティーチング処理が実行される。つまり、始点位置Ｑ１において測位ユニット６３により取得された位置情報と、終点位置Ｑ２において測位ユニット６３により取得された位置情報とから、始点位置Ｑ１と終点位置Ｑ２とを結ぶティーチング経路ＴＭが設定される。このティーチング処理において、車体の位置を計測する場合、車体に搭載された測位ユニット６３を用いることができるが、別途用意した精度のよい位置計測装置を用いて計測するようにしてもよい。

このようにティーチング経路が設定されると、経路設定部６０Ａにより、このティーチング経路ＴＭに対して苗植付装置４の作業幅に対応する設定幅だけ距離をあけて平行に並ぶ状態で複数の目標経路ＬＭが設定される。

次に、運転者が手動でステアリングホイール４１を操作して、指標ラインＬＮにて指定された次回の目標経路ＬＭの始点まで走行車体１を旋回走行させる。走行車体１の旋回が行われたのち、運転者が自動入切スイッチ６４を入り操作すると自動入りモードに切り換えられ、自動走行制御部６０Ｃは、その地点から操向制御を開始する。このとき、運転者は第１操作レバー４５又は第２操作レバー４６を操作して苗植付装置４を下降させて苗植え付け作業を実行する。

操向制御が開始されると、経路設定部６０Ａにて算出された特定位置（目標経路ＬＭにおける始点位置Ｑ３）からの車体の相対的な位置変位から自車の位置を算出し、車体が予め設定されている直線状の目標経路ＬＭに沿うようにステアリングモータ５９を操作して操向制御する。これにより、走行車体１が、目標経路ＬＭに沿って正確に走行するものとなる。車体が終点位置Ｑ４まで移動すると、操向制御を停止する。

操向制御を実行しているときは、運転者はステアリングホイール４１から手を離すことができる。運転者が手動でステアリングホイール４１を操作したことがトルクセンサ７０の検出情報に基づいて判別されると、その手動操作を許容する程度に、操向制御においてステアリングモータ５９を操作するときの操作力を低減させる。１つの目標経路ＬＭを走行したのちに、次行程の目標経路ＬＭの始端部において、その位置を特定位置として設定するとともに、そのときまでに求めた相対的な位置変位の情報が初期化される。

〔別実施形態〕
（１）上記実施形態では、新たな目標経路に沿って走行するときは、そのときまでに求めた相対的な位置変位の情報を初期化するようにしたが、初期化することなく、引き続いて位置変位の情報を用いて操向制御するようにしてもよい。

（２）上記実施形態では、作業車として乗用田植機を例示したが、トラクタやコンバイン等の他の作業車でもよい。

本発明は、複数の衛星から送信される送信信号に基づいて車体を自動走行するように制御される作業車に適用できる。

６０Ｂ相対変位算出部
６０Ｃ自動走行制御部
６３測位ユニット
ＬＭ目標経路

Claims

複数の衛星から送信される送信信号についての搬送波位相を計測する測位ユニットと、
前記測位ユニットから出力される前記搬送波位相を用いて、予め特定されている特定位置からの車体の相対的な位置変位を求める相対変位算出部と、
前記相対変位算出部の算出結果に基づいて、車体が予め設定されている直線状の目標経路に沿って走行するように、車体の走行状態を制御する自動走行制御部とが備えられている作業車。
前記目標経路が複数設定され、
前記相対変位算出部は、車体が１つの前記目標経路を走行したのちに、次行程の前記目標経路の始端部において、その位置を前記特定位置として設定するとともに、そのときまでに求めた前記位置変位の情報を初期化する請求項１に記載の作業車。