JP2020039273A

JP2020039273A - 収穫機

Info

Publication number: JP2020039273A
Application number: JP2018167810A
Authority: JP
Inventors: 隆志中林; Takashi Nakabayashi; 佐野　友彦; Tomohiko Sano; 友彦佐野; 脩吉田; Osamu Yoshida; 和央阪口; Kazuo Sakaguchi
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2018-09-07
Filing date: 2018-09-07
Publication date: 2020-03-19
Anticipated expiration: 2038-09-07
Also published as: JP7030662B2

Abstract

【課題】排出走行経路や復帰走行経路が容易に設定できるような地点で、収穫物タンクの貯留量が排出を必要とする量となるような制御が可能な収穫機を提供する。【解決手段】収穫機は、未作業領域に自動走行のための作業走行経路を所定間隔で設定する走行経路設定部と、単位走行距離当たりの収穫量に基づいて収穫物タンクの排出タイミングが発生する作業走行経路である特定作業走行経路及び当該特定作業走行経路における排出タイミング発生位置を予測する排出タイミング予測部５４と、特定作業走行経路での収穫幅より狭い収穫幅とすることで走行終了点まで排出タイミングを遅延させる調整走行経路を作成し、当該調整走行経路を前記特定作業走行経路に代えて自動走行制御部５１２に与える走行経路調整部４４を備える。【選択図】図９

Description

本発明は、複数の平行な作業走行経路を旋回走行経路によってつないで走行する往復走行パターンで自動走行する収穫機に関する。

圃場を走行しながら農作物を収穫するコンバインなどの収穫機では、収穫物を収穫物タンクに一時的に貯留し、収穫物タンクが満杯になれば、一旦収穫作業を中断し、指定されている排出エリアまで走行し、そこに駐車されている運搬車などに収穫物を排出した後、作業を中断した場所に戻り、収穫作業を再開する。収穫物を積み込んだ運搬車は、乾燥施設など、次の処理を行う施設に収穫物を運搬する。

特許文献１によるコンバインでは、穀粒タンク内の穀粒量を検出する穀粒センサを備え、刈取開始から満タンに達するまでの所要時間を求め、この所要時間を指定の携帯電話に送信する機能を有する。

特許文献２には、圃場を網羅するように算出された走行経路群から選択された走行経路に沿って自動走行する収穫機が開示されている。この収穫機では、作業走行に伴って収穫物タンクが満杯に近づくと、収穫物の排出を要求する排出要求が出される。この排出要求に応答して、収穫機は収穫走行を一時的に中止し、それまで走行していた走行経路から離脱し、収穫機を収穫物排出用駐車位置に導くために選択された走行経路を用いて、収穫物排出用駐車位置まで走行する。

特開２００６−０９４７８０号公報特開２０１８−０６８２８４号公報

特許文献１及び特許文献２による収穫機では、収穫物タンクの満杯が検出されると、満杯報知処理、あるいは、収穫作業を中断して収穫物タンクを空にする排出処理が、行われる。しかしながら、広大な圃場における収穫作業中に、その収穫走行を中断して、収穫物タンクを空にするための排出処理を行うことは、特に自動走行が採用されている場合には、収穫走行への復帰点の探索や、排出走行経路及び復帰走行経路の選択などの困難な問題が発生する。このような問題は、排出走行経路や復帰走行経路の選択が容易となる地点で収穫物タンクの貯留量が排出を必要とする量（例えば、満杯）となった場合には、生じない。
本発明の課題は、排出走行経路や復帰走行経路が容易に設定できるような地点で、収穫物タンクの貯留量が排出を必要とする量となるような制御が可能となる収穫機を提供することである。

複数の平行な作業走行経路を旋回走行経路によってつないで走行する往復走行パターンで自動走行する、本発明による収穫機は、収穫物を貯留する収穫物タンクと、未作業領域に前記作業走行経路を所定間隔で設定する走行経路設定部と、前記作業走行経路と自車位置とに基づいて前記作業走行経路に沿った自動走行を行う自動走行制御部と、単位走行距離当たりの収穫量に基づいて前記収穫物タンクの排出タイミングが発生する前記作業走行経路である特定作業走行経路及び当該特定作業走行経路における排出タイミング発生位置を予測する排出タイミング予測部と、前記特定作業走行経路での収穫幅より狭い収穫幅とすることで走行終了点まで前記排出タイミングを遅延させる調整走行経路を作成し、当該調整走行経路を前記特定作業走行経路に代えて前記自動走行制御部に与える走行経路調整部とを備える。

このように構成された収穫機では作業走行経路における特定位置で収穫物タンクの排出タイミング（例えば、収穫タンクの満杯や、二次処理工程にて受け入れ可能な量への到達）が予測されると、その作業走行経路は特定作業走行経路とみなされる。さらに、特定作業走行経路における排出タイミングの発生を先延ばしすることで、当該排出タイミングの発生が作業走行経路の終点となるようにする。これは、収穫幅（作業幅）を狭くした調整走行経路が特定作業走行経路に代えて置き換えられることにより可能となる。これにより、収穫機は、調整走行経路に沿った走行が終了した時点で、排出タイミングとなるので、そこで、調整走行経路を離脱し、排出停止場所に向かう。収穫物の排出が終わると、次の新しい作業走行経路から、収穫走行が再開される。これにより、作業走行経路の途中で収穫走行を中断して作業走行経路を離脱し、収穫物の排出が終わると、当該作業走行経路の途中に戻るといった手間のかかる走行を回避することができる。

調整走行経路に沿った収穫走行での実際の収穫幅は、本来の作業走行経路に沿った収穫走行での収穫幅に比べて、狭くなるので、本来収穫が行われる領域において未収穫領域が生じる。この未収穫領域をカバーするためには、その後に行われる収穫走行に用いる作業走行経路を変更する必要がある。そのような作業走行経路の好適な変更方法として、２つの方法が提案される。

その１つの変更方法では、前記走行経路調整部は、前記特定作業走行経路を前記収穫幅が減少する方向に横シフトさせることで前記調整走行経路を作成し、当該特定作業走行経路の横シフトによって広がった前記作業走行経路の間隔を前記所定間隔にするため、前記未作業領域における前記作業走行経路を横シフトする。この実施形態では、特定作業走行経路が調整走行経路として用いられるために横シフトされるので、この特定作業走行経路に隣接する未作業領域の隣接作業走行経路との間隔が広くなっている。これを解消するために隣接作業走行経路も横シフトされる。この横シフトによって間隔が広がった未作業領域の作業走行経路を順次横シフトする。横シフトする必要のある全ての作業走行経路を横シフトさせた結果、未作業領域を完全にカバーする作業走行経路が不足した場合には、新たに、作業走行経路を作成すれば良い。

他の１つの変更方法では、前記走行経路調整部は、前記調整走行経路として、前記特定作業走行経路に平行な仮想走行経路を新たに作成する。この仮想走行経路は、作業走行が開始される始端の座標位置と、方位（延び方向を意味するが、湾曲線のように延び方向が変化していくような方位であっても良い）だけ設定するだけでよい。始端の座標位置に自車位置を合わせた後には、設定された方位だけを維持するだけで、適切に狭くされた収穫幅での収穫走行が行われる。この変更方法では、仮想走行経路と、この仮想走行経路に隣接する作業走行経路との間隔は、通常の経路間隔より狭いものとなり、当該作業走行経路に沿った収穫走行における収穫幅の範囲に、収穫が終えた領域が多く含まれることになり、作業効率が悪くなる。この問題を解決するために、前記走行経路調整部は、前記特定作業走行経路及び前記未作業領域における前記作業走行経路を前記仮想走行経路から遠ざかる方向に横シフトする。その際、この横シフトの値は、前記所定間隔から前記特定作業走行経路と前記仮想走行経路との間隔を引いた値とすれば良い。

本発明の好適な実施形態の１つでは、前記走行経路調整部は、前記調整走行経路の走行後に残る未作業領域に対して前記収穫幅が均等となる更新走行経路を作成し、当該未作業領域に先に設定されている前記作業走行経路を前記更新走行経路で置き換える。この構成では、更新走行経路は、調整走行経路の走行後に残る未作業領域に対して、均等に配分された収穫幅を有するように作成されている。これにより、最後に作業走行する収穫幅が異常に狭くなった場合に生じる問題、例えば、その最後の作業走行が無駄の多い走行であるとみなされる問題や自動走行エラーが生じているとみなされる問題が回避される。

収穫機の一例としての普通型のコンバインの側面図である。コンバインの周囲刈り走行を示す説明図である。Ｕターンでつながれた往復走行を繰り返す走行パターンを示す説明図である。渦巻き状に中心に向かって走行する走行パターンを示す説明図である。スイッチバックターンを用いた往復走行パターンでの作業走行経路の算出を説明する説明図である。ノーマルＵターンを用いた往復走行パターンでの作業走行経路の算出を説明する説明図である。渦巻き走行パターンでの作業走行経路の算出を説明する説明図である。手動走行と自動走行とを用いて行われるコンバインによる収穫作業の流れを説明する説明図である。コンバインの制御系の構成を示す機能ブロック図である。特定作業走行経路から調整走行経路を作成する手順を説明する説明図である。調整走行経路の設定に基づいて行われる作業走行経路の横シフトを説明する説明図である。調整走行経路の設定に基づいて行われる作業走行経路の横シフトを説明する説明図である。調整走行経路の設定に基づいて行われる作業走行経路の均等割り付けを説明する説明図である。

次に、本発明による、自動運転と手動運転とが可能な収穫機の一例として、普通型のコンバインを取り上げて説明する。なお、本明細書では、特に断りがない限り、「前」(図１に示す矢印Ｆの方向)は機体前後方向（走行方向）に関して前方を意味し、「後」(図１に示す矢印Ｂの方向)は機体前後方向（走行方向）に関して後方を意味する。また、左右方向または横方向は、機体前後方向に直交する機体横断方向（機体幅方向）を意味する。「上」(図１に示す矢印Ｕの方向)及び「下」(図１に示す矢印Ｄの方向)は、機体１０の鉛直方向（垂直方向）での位置関係であり、地上高さにおける関係を示す。

図１に示すように、このコンバインは、機体１０、クローラ式の走行装置１１、運転部１２、脱穀装置１３、収穫物タンクとしての穀粒タンク１４、収穫部１５、搬送装置１６、穀粒排出装置１８、自車位置検出モジュール８０を備えている。

走行装置１１は、機体１０の下部に備えられている。コンバインは、走行装置１１によって自走可能に構成されている。運転部１２、脱穀装置１３、穀粒タンク１４は、走行装置１１の上側に備えられ、機体１０の上部を構成している。運転部１２には、コンバインを運転する運転者及びコンバインの作業を監視する監視者が搭乗可能である。なお、監視者は、コンバインの機外からコンバインの作業を監視してもよい。

穀粒排出装置１８は、穀粒タンク１４の後下部に連結されている。また、自車位置検出モジュール８０は、運転部１２の上部面に取り付けられている。

収穫部１５は、コンバインにおける前部に備えられている。そして、搬送装置１６は、収穫部１５の後方に設けられている。また、収穫部１５は、切断機構１５ａ及びリール１５ｂを有している。切断機構１５ａは、圃場の植立穀稈を刈り取る。また、リール１５ｂは、回転駆動しながら収穫対象の植立穀稈を掻き込む。この構成により、収穫部１５は、圃場の穀物（農作物の一種）を収穫する。そして、コンバインは、収穫部１５によって圃場の穀物を収穫しながら走行装置１１によって走行する作業走行が可能である。

切断機構１５ａによって刈り取られた刈取穀稈は、搬送装置１６によって脱穀装置１３へ搬送される。脱穀装置１３において、刈取穀稈は脱穀処理される。脱穀処理により得られた穀粒は、穀粒タンク１４に貯留される。穀粒タンク１４に貯留された穀粒は、必要に応じて、穀粒排出装置１８によって機外に排出される。

穀粒タンク１４には、穀粒タンク１４に貯留された穀粒の収量を測定する収量センサ１９が設けられている。後で、詳しく説明されるが、収量センサ１９からの測定信号と、車速と、収穫部１５の収穫幅とから、コンバインの単位走行距離当たりの収量（単位面積当たりの収量）が算出可能である。

また、運転部１２には、汎用端末４が配置されている。本実施形態において、汎用端末４は、運転部１２に固定されている。しかしながら、汎用端末４は、運転部１２に対して着脱可能に構成されていても良いし、汎用端末４は、コンバインの機外に持ち出し可能であってもよい。

図２に示すように、このコンバインは、圃場において設定された走行経路に沿って自動走行する。これには、自車位置の情報が必要である。図９に示すように、自車位置検出モジュール８０には、衛星測位ユニット８１と慣性航法ユニット８２とが含まれている。衛星測位ユニット８１は、人工衛星ＧＳから送信される位置情報であるＧＮＳＳ（global navigation satellite system）信号（ＧＰＳ信号を含む）を受信して、自車位置を算出するための測位データを出力する。慣性航法ユニット８２は、ジャイロ加速度センサ及び磁気方位センサを組み込んでおり、瞬時の機体１０の姿勢変化を示す信号を出力する。慣性航法ユニット８２は、衛星測位ユニット８１による自車位置算出を補完するために用いられる。慣性航法ユニット８２は、衛星測位ユニット８１とは別の場所に配置してもよい。

このコンバインによって圃場での収穫作業を行う場合の手順は、以下に説明する通りである。

まず、運転者兼監視者は、コンバインを手動で操作し、図２に示すように、圃場内の外周部分において、圃場の境界線に沿って周囲刈り走行しながら収穫を行う。周囲刈り走行により既刈領域となった領域は、外周領域（既作業領域）ＳＡとして設定される。そして、外周領域ＳＡの内側に未刈地（未作業地）のまま残された内部領域は、未作業領域ＣＡとして設定される。この実施形態では、未作業領域ＣＡが四角形となるように、周囲刈り走行が行われる。もちろん、三角形や五角形以上の多角形の未作業領域ＣＡが採用されてもよい。

また、このとき、外周領域ＳＡの幅をある程度広く確保するために、運転者は、コンバインを２〜３周走行させる。この走行においては、コンバインが１周する毎に、コンバインの収穫幅（作業幅）分だけ外周領域ＳＡの幅が拡大する。この２〜３周の走行が終わると、外周領域ＳＡの幅は、コンバインの収穫幅の２〜３倍程度の幅となる。

外周領域ＳＡは、未作業領域ＣＡにおいて収穫走行を行うときに、コンバインが方向転換するためのスペースとして利用される。また、外周領域ＳＡは、収穫走行を一旦終えて、穀粒の排出場所へ移動する際や、燃料の補給場所へ移動する際等の移動用のスペースとしても利用される。

なお、図２に示す運搬車ＣＶは、コンバインが穀粒排出装置１８から排出した穀粒を収集し、運搬することができる。穀粒排出の際、コンバインは運搬車ＣＶの近傍へ移動した後、穀粒排出装置１８によって穀粒を運搬車ＣＶへ排出する。

未作業領域ＣＡの形状を示す内側マップデータが作成されると、この内側マップデータに基づいて算出される線状（直線又は曲線）の作業走行経路に沿う自動走行と、１つの作業走行経路から次の作業走行経路に移行するための旋回移行走行とによる収穫走行によって未作業領域ＣＡの植付穀稈が刈り取られる。なお、旋回移行走行のための走行経路は、旋回移行経路と称する。収穫走行で用いられる走行パターンは、複数の平行な作業走行経路をＵターン経路によってつないで走行する往復走行パターン（図３に示されている）と、未作業領域ＣＡの外縁に沿って渦巻き状に走行する渦巻き走行パターン（図４に示されている）である。なお、実際の作業走行経路の算出では、コンバインが作業走行時に作業走行経路から横ずれしても、穀稈の刈り残し（収穫漏れ）が発生しないように、隣接する作業走行経路での収穫部１５の収穫幅はわずかに重複されている。この重複は、オーバーラップと呼ばれる。ただし、この実施形態の説明においては、オーバーラップは無視されている。

図３に示されている往復走行パターンでは、コンバインは、未作業領域ＣＡの一辺に平行な作業走行経路を旋回走行であるＵターンによってつなぐように走行する。Ｕターンには、１つ以上の作業走行経路を飛ばしてその先の作業走行経路へ走行するノーマルＵターンと、隣接する作業走行経路をつなぐように走行するスイッチバックターンとがある。ノーマルＵターンは、例えば、２つの前進９０度旋回と直進とを含む１８０度旋回であり、直進が省略される場合もある。スイッチバックターンは、例えば、前進９０度旋回と後進と前進９０度旋回を用いた１８０度方向転換である。なお、ここでは、「直進」は、直線に沿って前進すること、なだらかな湾曲線に沿って前進すること、左右方向にわずかに振れながら前進することを含む語句として用いられている。

図４に示されている渦巻き走行パターンでは、未作業領域ＣＡの外形に類似する作業走行経路を旋回走行経路でつなぎながら行われる周回走行が、中心に向けて渦巻きを形成するように行われる。各周回走行におけるコーナでの旋回には、例えば、前後進を何度か繰り返して旋回するアルファターンと呼ばれる旋回が用いられる。なお、作業途中において、渦巻き走行パターンから往復走行パターン、または往復走行パターンから渦巻き走行パターンに変更することも可能である。

未作業領域ＣＡを往復走行パターンを用いて自動走行するために用いられる作業走行経路は、内側マップデータに基づいて以下のように算出される。図５及び図６に示すように、内側マップデータから、第１辺Ｓ１、第２辺Ｓ２、第３辺Ｓ３、第４辺Ｓ４からなる四角形の未作業領域ＣＡが規定される。この未作業領域ＣＡの長辺である第１辺Ｓ１が基準辺Ｓ１として選択される。この基準辺Ｓ１に平行で、収穫幅（刈取り幅）の半分だけ基準辺Ｓ１から内側を通る線が初期基準線Ｌ１として算出される。この初期基準線Ｌ１が最初に走行する作業走行経路に対応する。なお、最初に、未作業領域ＣＡを中割りするような収穫走行が採用される場合、初期基準線Ｌ１として、基準辺Ｓ１に平行で、基準辺Ｓ１からさらに離れた距離（収穫幅の半分＋収穫幅の整数倍）を通る線が初期基準線Ｌ１として算出される。

１８０度ターン（Ｕターン）するために必要とするスペースが小さいスイッチバックターンが旋回移行走行として採用される場合、例えば、図５に示されているように、初期基準線Ｌ１からＵターン経路を介して順次つながっていく基準線Ｌ２、Ｌ３・・・が、初期基準線Ｌ１に平行な状態でかつ収穫幅の間隔を空けた状態で算出される。これらの基準線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３・・・が作業走行経路となる。

Ｕターンするために必要とするスペースがスイッチバックターンより大きくなるノーマルＵターンが旋回移行走行として採用される場合、初期基準線Ｌ１からＵターン経路を介してつながる次の基準線Ｌ２は、初期基準線Ｌ１に平行で収穫幅の複数倍（図６では３倍）の間隔で算出される。図６に示されているように、同様な方法で、次の基準線Ｌ３が算出される。このようにして、ノーマルＵターンで必要なスペースを考慮して、順次基準線が算出される。これらの基準線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３・・・が直進走行用の作業走行経路に対応する。

なお、図５及び図６では、未作業領域ＣＡの形状は四角形であったが、これが三角形や五角形などの他の多角形であっても基準辺Ｓ１を選択すれば、同様な方法で順次作業走行経路を算出することができる。

渦巻き走行パターンが選択された場合、自動走行のために用いられる作業走行経路は、内側マップデータに基づいて以下のように算出される。図７に示すように、この未作業領域ＣＡの長辺（渦巻き走行パターンでは短辺でもよい）である第１辺Ｓ１が基準辺Ｓ１として選択される。この基準辺Ｓ１に平行で、収穫幅の半分だけ基準辺Ｓ１から内側を通る線が基準線Ｌ１として算出される。この基準線Ｌ１は、自動走行の最初の作業走行経路となる初期基準線である。さらに、コンバインの進行方向で基準辺Ｓ１に隣接する第２辺Ｓ２に平行で、収穫幅の半分だけ第２辺Ｓ２から内側を通る線が次の基準線Ｌ２として算出され、最初の作業走行経路の次の自動走行の目標となる次作業走行経路となる。最初の作業走行経路と次作業走行経路とは、基準辺Ｓ１と第２辺Ｓ２とがなす角度の機体旋回を実現するアルファターンによってつながれる。同様に、更に次の基準線Ｌ３も、順次算出される。これらの基準線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３・・・が直進走行用の作業走行経路に対応する。

実際の圃場における収穫作業では、図８に示されているように、往復走行パターンと渦巻き走行パターンとが混在することが少なくない。図８の例では、コンバインが圃場に入ると（＃ａ）、手動で周囲刈り走行を行い、圃場の最外周側に既作業領域である外周領域ＳＡを形成する（＃ｂ）。この周囲刈り走行で形成される外周領域ＳＡがアルファターンでの方向転換が可能となる大きさになれば、未作業領域ＣＡにたいして渦巻き走行パターンが設定され、渦巻き走行が行われる（＃ｃ）。この渦巻き走行では、少なくとも直進は自動走行が可能である。渦巻き走行は、未作業領域ＣＡが、往復走行パターンにおける旋回移行走行（ノーマルＵターン、スイッチバックターン）が可能となる大きさになるまで、行われる（＃ｄ）。次に、未作業領域ＣＡに対して、往復走行パターンで未作業領域ＣＡを網羅するような作業走行経路が設定される（＃ｅ）。設定された作業走行経路に沿って往復走行を繰り返すことで、圃場の収穫作業が完了する（＃ｆ）。

図９に、コンバインの制御系が示されている。コンバインの制御系は、車載ＬＡＮを介して接続された多数のＥＣＵと呼ばれる電子制御ユニットから構成される制御装置５、及び制御装置５と信号通信やデータ通信を行う各種入出力機器から構成されている。

制御装置５は、入出力インタフェースとして、出力処理部５８と入力処理部５７とを備えている。出力処理部５８は、機器ドライバ６５を介して種々の動作機器７０と接続している。動作機器７０として、走行関係の機器である走行機器群７１と作業関係の機器である作業機器群７２とがある。走行機器群７１には、例えば、エンジン機器、変速機器、制動機器、操舵機器などが含まれている。作業機器群７２には、収穫作業装置（図１に示す、収穫部１５、脱穀装置１３、搬送装置１６、穀粒排出装置１８など）における制御機器が含まれている。

入力処理部５７には、収量センサ１９、走行状態センサ群６３、作業状態センサ群６４、走行操作ユニット９０、などが接続されている。走行状態センサ群６３には、車速センサ、エンジン回転数センサ、駐車ブレーキ検出センサ、変速位置検出センサ、操舵位置検出センサ、などが含まれている。作業状態センサ群６４には、収穫作業装置の駆動状態や姿勢を検出するセンサ、及び穀稈や穀粒の状態を検出するセンサが含まれている。

走行操作ユニット９０は、運転者によって手動操作され、その操作信号が制御装置５に入力される操作具の総称である。走行操作ユニット９０には、変速レバーとしての主変速レバー９１、操舵レバー９２、モード切替スイッチ９３として構成されたモード操作具、自動走行操作具９４、などが含まれている。モード切替スイッチ９３は、自動運転と手動運転とを切り替えるための指令を制御装置５に与える。自動走行操作具９４は、自動走行移行要求を制御装置５に与える。

報知デバイス６２は、運転者等に作業状態や走行状態に関する警告を報知するためのデバイスであり、ブザー、ランプ、液晶パネル等の表示パネル、などが含まれる。なお、汎用端末４もタッチパネル４０での表示を通じて運転者等に作業状態や走行状態や種々の情報を報知するデバイスとして機能する。

この制御装置５は、さらに車載ＬＡＮを通じて汎用端末４とも接続している。汎用端末４はタッチパネル４０を備えたタブレットコンピュータである。汎用端末４は、入出力制御部４１、作業走行管理部４２、走行経路算出部４３、走行経路調整部４４を有する。入出力制御部４１には、タッチパネル４０を用いてグラフィックインターフェースを構築する機能、及び、無線回線やインターネットを通じて遠隔地のコンピュータとデータ交換する機能を備えている。

作業走行管理部４２は、走行軌跡算出部４２１と作業領域決定部４２２と排出位置設定部４２３を備えている。走行軌跡算出部４２１は、制御装置５から与えられた自車位置に基づいて走行軌跡を算出する。例えば、走行軌跡算出部４２１は、図２に示すように、コンバインが外周領域ＳＡを周囲刈り走行した際に、その走行軌跡を算出する。作業領域決定部４２２は、外周領域ＳＡにおける走行軌跡に基づいて、圃場を外周領域ＳＡと未作業領域ＣＡとに区分けする。外周領域ＳＡの最外線によって圃場の畦との境界線が算出され、外周領域ＳＡの最内線によって、自動走行が行われる未作業領域（未作業領域ＣＡの形状）が算出される。排出位置設定部４２３は、穀粒タンク１４が満杯になった場合、穀粒タンク１４の穀粒を穀粒排出装置１８によって運搬車ＣＶに排出する際のコンバインの排出停車位置を設定する。

走行経路算出部４３は、作業領域決定部４２２によって決定された未作業領域に対して自動走行用の作業走行経路を算出する。なお、未作業領域を自動走行するための走行パターン（往復走行パターンまたは渦巻き走行パターン）は、タッチパネル４０を通じて入力しておく。外周領域ＳＡの手動走行が終了したことを、運転者が入力することで、選択された走行パターンでの経路算出が自動的に行われる。

走行経路算出部４３は、収穫部１５の収穫幅に基づいて隣接作業走行経路の間隔（経路間隔）を決定して、作業走行経路を算出する。なお、収穫幅に入る穀稈が少なくなるように、つまり実質的な収穫幅が狭くなるように作業走行経路が調整されると、単位走行当たりの収穫量（収量）は減少する。走行経路調整部４４は、このような作業走行経路の調整を行う。例えば、走行経路調整部４４が、既に収穫走行した作業走行経路とこれから走行する作業走行経路との間隔（経路間隔）を狭くするような調整を行うと、収穫幅が狭くなり、当該作業走行経路での単位走行当たりの収穫量が減少する。

制御装置５には、自車位置算出部５０、走行制御部５１、作業制御部５２、穀粒貯留情報生成部５３、排出タイミング予測部５４が備えられている。自車位置算出部５０は、衛星測位ユニット８１から逐次送られてくる測位データに基づいて、自車位置を地図座標（または圃場座標）の形式で算出する。自車位置算出部５０は、慣性航法ユニット８２からの信号に基づく機体１０の姿勢変化と、機体１０の走行距離とを用いて自車位置を算出することもできる。自車位置算出部５０は、衛星測位ユニット８１及び慣性航法ユニット８２からの信号を組み合わせて自車位置を算出することも可能である。

報知部５６は、制御装置５の各機能部からの指令等に基づいて報知データを生成し、報知デバイス６２に与える。

走行制御部５１は、エンジン制御機能、操舵制御機能、車速制御機能などを有し、走行機器群７１に走行制御信号を与える。作業制御部５２は、収穫作業装置の動きを制御するために、作業機器群７２に作業制御信号を与える。

走行制御部５１には、手動走行制御部５１１、自動走行制御部５１２、走行経路設定部５１３、自動走行管理部５１４が含まれている。

自動走行モードが設定されている場合、自動走行制御部５１２が、走行機器群７１を制御する。走行経路設定部５１３は、走行経路算出部４３によって算出された作業走行経路または走行経路調整部４４によって調整された作業走行経路である調整走行経路を、汎用端末４から受け取って、適時に、自動操舵の目標となる作業走行経路として設定する。自動走行制御部５１２は、自動操舵を行うために、走行経路設定部５１３によって設定された作業走行経路と、自車位置算出部５０によって算出された自車位置との間の方位ずれ及び位置ずれを解消するように、操舵制御信号を生成する。さらに、自動走行制御部５１２は、前もって設定された車速値に基づいて車速変更に関する制御信号を生成する。

手動走行モードが選択されている場合、運転者による操作に基づいて手動操作信号が手動走行制御部５１１に送られると、手動走行制御部５１１が制御信号を生成し、走行機器群７１を制御することで、手動運転が実現する。なお、走行経路設定部５１３によって設定された作業走行経路は、手動運転であっても利用でき、例えば、コンバインが当該作業走行経路に沿って走行するためのガイダンスのために利用することができる。

自動走行管理部５１４は、モード切替スイッチ９３により走行モードが自動走行モードに切り替えられている場合、予め設定されている自動走行許可条件に基づいて自動走行の許否を判定し、この判定結果が許可である場合、自動走行開始指令を自動走行制御部５１２に与える。

穀粒貯留情報生成部５３は、収量センサ１９からの測定信号に基づいて穀粒タンク１４における穀粒貯留量（収量）を算出し、さらに、単位時間当たりの貯留増加量と車速とから単位走行距離当たりの貯留量を算出する。この単位走行距離当たりの貯留量を収穫幅で正規化すると、単位収穫幅でかつ単位走行距離での、穀粒タンク１４における穀粒の増加量、いわゆる単位穀粒増加量が得られる。この単位穀粒増加量に任意の収穫幅と任意の走行距離とを乗算すれば、任意の収穫幅で任意の走行距離を走行した際の、穀粒タンク１４における穀粒の増加量が得られる。このような、穀粒タンク１４における穀粒貯留量や単位穀粒増加量などの情報は、穀粒貯留情報として穀粒貯留情報生成部５３によって生成され、排出タイミング予測部５４や走行経路調整部４４に送られる。

周囲刈りを終えると、走行経路算出部４３によって、未作業領域ＣＡにおける作業走行経路が算出される。算出された作業走行経路における任意の位置での、穀粒タンク１４内の穀粒貯留状態は、排出タイミング予測部５４によるシミュレーションによって算出可能である。このシミュレーションは未作業領域ＣＡに対する作業走行前に行われるが、未作業領域ＣＡに対する作業走行中に行われてもよい。排出タイミング予測部５４は、穀粒タンク１４における現状の穀粒貯留量において、現状の収穫幅で収穫走行を続けた場合、穀粒タンク１４が満杯となる作業走行経路（特定作業走行経路と称する）、及びこの作業走行経路における穀粒タンク１４が満杯となる満杯発生位置を予測する。穀粒タンク１４の満杯時における穀粒貯留量は、予め設定されている。穀粒タンク１４が満杯となると、コンバインは排出停車場所まで移動し、穀粒タンク１４から穀粒を排出しなければならない。したがって、この満杯発生タイミングは排出タイミングであり、満杯発生位置は排出タイミング発生位置となる。なお、ここで述べている「穀粒タンク１４の満杯」とは、穀粒タンク１４からの穀粒の排出を必要とする貯留量を表しており、必ずしも穀粒タンク１４が穀粒で１００％満たされている状態を意味しているわけではない。

作業走行経路の途中から経路離脱する場合、通常、当該走行経路を後進して外周領域ＳＡに戻り、排出停車場所に向かう。この後進走行は、低速で行われ、時間的なロスが大きい。また、後進走行の操舵ミスにより、収穫前の穀稈が踏み倒されてしまう可能性もある。また、排出停車場所で穀粒排出した後に収穫作業を再開するためには、特定作業走行経路での経路離脱した位置（排出タイミング発生位置）に側方から入り込まなければならない。この側方から所望の位置に正確に進入する操舵は、容易ではない。これを避けるために、特定作業走行経路の始点から進入するとすれば、既に収穫作業が終了した経路部分を無駄に走行することになり、作業効率が低下する。また、排出タイミング発生位置から排出停車場所までの走行を自動操舵で行うためには、排出タイミング発生位置から排出停車場所までの離脱走行経路が新たに算出されなければならない。さらに、排出停車場所から排出タイミング発生位置までの復帰走行を自動操舵で行うためには、排出停車場所から排出タイミング発生位置までの復帰走行経路が新たに算出されなければならない。このような問題を回避するため、このコンバインでは、特定作業走行経路に代えて、現状の収穫幅より狭い収穫幅となる作業走行経路が用いられることで、排出タイミングが発生する位置を、作業走行経路の終点（走行終了点）まで遅延させる手法が採用されている。このような手法は、走行経路調整部４４によって実現される。経路離脱する地点が作業走行経路の終点となれば、穀粒排出のための経路離脱走行や経路復帰走行が容易となる。

走行経路調整部４４は、特定作業走行経路を走行する際の収穫幅より狭い収穫幅となるように特定作業走行経路より既作業領域に近い位置を特定作業走行経路に平行に延びる調整走行経路を作成する。調整走行経路を走行する際の収穫幅は、その収穫幅でコンバインが調整走行経路を走行し終わったときに、排出タイミングとなるように、決定される。

この調整走行経路の作成原理が、図１０に示されている。図１０では、設定されている作業走行経路はＬ１、Ｌ２、Ｌ３，Ｌ４、Ｌ５で示されている。作業走行経路の算出の際に用いられている収穫幅である基本の収穫幅はＷｏで示されている。図１０では、Ｌ３の作業走行経路の走行中に排出タイミングが発生するというシミュレーション結果が出ている。排出タイミングが発生する位置である排出タイミング点はＰで示されており、Ｌ３の作業走行経路が特定作業走行経路（図１０ではＳＬで示されている）となる。調整走行経路は、収穫幅を狭くすることで、排出タイミング点を作業走行経路の終了点まで遅延させる作業走行経路であり、図１０ではＡＬで示された極太線である。調整走行経路は、特定作業走行経路から、既作業領域側に算出されたずれ量（図１０ではδで示されている）でずらされた位置となっているので、収穫部１５は全幅で穀稈を刈り取るのではなく、収穫部１５のずれ量：δに相当する幅の部分は空刈りを行うことになる。つまり、事実上の調整走行経路の収穫幅（図１０ではＷｘで示されている）はＷｏよりずれ量：δだけ狭くなっている。このことから、
（式Ａ）δ＝Ｗｏ−Ｗｘ
が得られる。
さらに、特定作業走行経路における排出タイミング点：Ｐまでの収穫量は、調整走行経路：ＡＬの全長での収穫量と同じである。このことから、各作業走行経路の長さ：Ｄと、特定作業走行経路における排出タイミング発生位置：Ｐまでの走行距離：Ｄｐと、特定作業走行経路での収穫幅：Ｗｏと、調整走行経路での収穫幅：Ｗｘとを用いると、
（式Ｂ）Ｗｏ・Ｄｐ＝Ｗｘ・Ｄ
が得られる。
したがって、シミュレーションにより、特定作業走行経路における排出タイミング発生位置：Ｐまでの走行距離：Ｄｐが算出されると、（式Ａ）と（式Ｂ）用いて、以下の式からずれ量：δが求められる、
δ＝Ｗｏ・（１−Ｄｐ／Ｄ）。
求められたずれ量：δに基づいて、調整走行経路のための座標位置が算出される。

走行経路調整部４４は、算出され調整走行経路のための座標位置に基づいて調整走行経路を作成して、走行経路設定部５１３に与える。次に、図１１、図１２、図１３を用いて、走行経路調整部４４による調整走行経路の３つの作成例を説明する。図１１、図１２、図１３では、Ｌ１からＬ６までの作業走行経路が示され、Ｌ４が特定作業走行経路：ＳＬになると予測されている。調整走行経路はＡＬで示されている。

図１１の例では、走行経路調整部４４は、特定作業走行経路：ＳＬとなった作業走行経路：Ｌ４を、上述したずれ量：δに相当する距離で既作業領域側に横シフトさせることで、調整走行経路：ＡＬを作成している。調整走行経路：ＡＬの走行終了時に排出タイミングが発生するので、コンバインは、調整走行経路：ＡＬを走行し終わると、作業走行経路を離脱して排出停止場所に向かう。作業走行経路：Ｌ４の横シフトにより、作業走行経路：Ｌ４と未作業領域側で隣接する作業走行経路：Ｌ５との経路間隔が広がっているので、当該経路間隔が元の所定間隔となるように、作業走行経路：Ｌ５も横シフトされる。さらに、作業走行経路：Ｌ５と作業走行経路：Ｌ６との間隔も、この横シフトにより広がるため、元の所定間隔となるように、作業走行経路：Ｌ６が横シフトされる。このような横シフトは、まだ走行していない作業走行経路全てに対して行われる。この横シフトによって、未作業領域の端部において、作業走行経路が足りなくなった場合には、図１１では点線で示されている追加作業走行経路：Ｌｘが、作成される。この追加作業走行経路：Ｌｘの作成に関して、例えば、外周領域ＳＡの形成の際に用いられた適当な作業走行経路があれば、当該作業走行経路を横シフトさせて追加作業走行経路：Ｌｘとして用いてもよい。

図１２の例は、特定作業走行経路：ＳＬとなった作業走行経路：Ｌ４を横シフトさせるのではなく、作業走行経路：Ｌ４から、既作業領域側にずれ量：δだけ離れた位置に、作業走行経路：Ｌ４に平行な仮想走行経路を新たに作成し、これを調整走行経路：ＡＬとして用いる。この仮想走行経路は、始端の地図座標位置と、延び方向（向き）だけを定義された経路でよい。この例においては、調整走行経路：ＡＬと作業走行経路：Ｌ４との間の経路間隔は、基本の収穫幅：Ｗｏより狭くなっているので、当該経路間隔が元の所定間隔となるように、作業走行経路：Ｌ４より以降の未作業領域に設定されている作業走行経路を全て（図１２では、作業走行経路：Ｌ４〜Ｌ６）が横シフトされる。この例では、最初に算出されている作業走行経路の数が足りなくなるという不都合が生じないという利点がある。

図１３の例では、図１２の例のように、調整走行経路：ＡＬを作成したのち、この調整走行経路：ＡＬに沿っての走行の後に残る未作業領域に対して、その収穫幅が均等となるような更新走行経路が新たに設定され直す。図１３では、そのように均等割りされた新たな収穫幅である均等収穫幅がＷｅで示されており、この均等収穫幅：Ｗｅを用いて変更された更新走行経路が、Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃで示されている。

〔別実施の形態〕
（１）上述の実施形態においては、排出タイミングは、穀粒タンク１４の満杯時に発生する構成であったが、それ以外の穀粒タンク１４の穀粒貯留状態で排出タイミングが発生する構成を採用してもよい。例えば、運搬車ＣＶが積載可能な穀粒量が穀粒タンク１４に貯留されるタイミングを排出タイミングとしてもよい。さらに、乾燥施設での乾燥工程などの二次処理工程にて受け入れ可能な穀粒量が穀粒タンク１４に貯留されるタイミングを排出タイミングとしてもよい。

（２）上述の実施形態においては、単位走行距離当たりの収穫量は、収量センサ１９からの測定信号に基づいて算出されていたが、これ以外の測定方法を採用することができる。例えば、脱穀装置１３から穀粒タンク１４に送られてくる穀粒を一時的に貯留させて、その時間当たりの貯留量から単位走行距離当たりの収穫量を算出することも可能である。さらには、穀粒タンク１４に接触センサや非接触センサを設け、穀粒タンク１４における貯留している穀粒を検出し、その検出結果から貯留量を算出することも可能である。また、それらの測定方法を組み合わせてもよい。

（３）図９で示された各機能部は、主に説明目的で区分けされている。実際には、各機能部は他の機能部と統合してもよいし、または複数の機能部に分けてもよい。例えば、汎用端末４に構築された機能部に関して、部分的にあるいはその全てが制御装置５に組み込まれてもよい。

（４）上述の実施形態においては、周囲刈り走行は、手動走行で行われていたが、２周目以降では、部分的に、特に直線状の走行に関しては、自動走行を採用してもよい。

本発明は、普通型のコンバインだけでなく、自脱型のコンバインにも利用可能である。また、トウモロコシ収穫機、ニンジン収穫機、サトウキビ収穫機等の種々の収穫機にも利用できる。

１０：機体
１３：脱穀装置
１４：穀粒タンク
１５：収穫部
１６：搬送装置
１８：穀粒排出装置
１９：収量センサ
４：汎用端末
４２：作業走行管理部
４２２：作業領域決定部
４３：走行経路算出部
４４：走行経路調整部
５：制御装置
５０：自車位置算出部
５１：走行制御部
５１１：手動走行制御部
５１２：自動走行制御部
５１３：走行経路設定部
５３：穀粒貯留情報生成部
５４：排出タイミング予測部
ＣＡ：未作業領域
ＳＡ：外周領域

Claims

複数の平行な作業走行経路を旋回走行経路によってつないで走行する往復走行パターンで自動走行する収穫機であって、
収穫物を貯留する収穫物タンクと、
未作業領域に前記作業走行経路を所定間隔で設定する走行経路設定部と、
前記作業走行経路と自車位置とに基づいて前記作業走行経路に沿った自動走行を行う自動走行制御部と、
単位走行距離当たりの収穫量に基づいて前記収穫物タンクの排出タイミングが発生する前記作業走行経路である特定作業走行経路及び当該特定作業走行経路における排出タイミング発生位置を予測する排出タイミング予測部と、
前記特定作業走行経路での収穫幅より狭い収穫幅とすることで走行終了点まで前記排出タイミングを遅延させる調整走行経路を作成し、当該調整走行経路を前記特定作業走行経路に代えて前記自動走行制御部に与える走行経路調整部と、
を備えた収穫機。
前記走行経路調整部は、前記特定作業走行経路を前記収穫幅が減少する方向に横シフトさせることで前記調整走行経路を作成し、当該特定作業走行経路の横シフトによって広がった前記作業走行経路の間隔を前記所定間隔にするために、前記未作業領域における前記作業走行経路を横シフトする請求項１に記載の収穫機。
前記走行経路調整部は、前記調整走行経路として、前記特定作業走行経路に平行な仮想走行経路を新たに作成する請求項１に記載の収穫機。
前記走行経路調整部は、前記特定作業走行経路及び前記未作業領域における前記作業走行経路を前記仮想走行経路から遠ざかる方向に横シフトし、この横シフトの値は、前記所定間隔から前記特定作業走行経路と前記仮想走行経路との間隔を引いた値である請求項３に記載の収穫機。
前記走行経路調整部は、前記調整走行経路の走行後に残る未作業領域に対して前記収穫幅が均等となる更新走行経路を作成し、当該未作業領域に先に設定されている前記作業走行経路を前記更新走行経路で置き換える請求項３に記載の収穫機。