JP2020110158A - Work vehicle automatic traveling system and travel route management device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、作業地を作業しながら走行する作業車の自動走行を管理する作業車自動走行システム、及び、作業車の走行経路を管理する走行経路管理装置に関する。 The present invention relates to a work vehicle automatic travel system that manages automatic travel of a work vehicle that travels while working on a work site, and a travel route management device that manages a travel route of the work vehicle.
特許文献1による圃場作業機は、自動走行を用いて圃場作業を行うため、経路算出部と運転支援ユニットとを備えている。経路算出部は、地形データから圃場の外形を求め、この外形と圃場作業機の作業幅とに基づいて、設定された走行開始地点から始まって走行終了地点で終わる走行経路を算出する。運転支援ユニットは、GPSモジュールから得られる測位データ(緯度経度データ)に基づいて求められた自車位置と、経路算出部によって算出された走行経路とを比較し、走行機体が走行経路に沿って走行するように操舵機構を制御する。
The field work machine according to
特許文献1では、1台の作業車を自動走行制御するシステムが開示されていたが、特許文献2では、2台の作業車を併走走行させながら作業を行うシステムが開示されている。このシステムで用いられている走行経路設定装置では、第1の作業車と第2の作業車との配置位置を選択することで走行経路が設定される。走行経路が設定されると、それぞれ、自車の位置を測位して、前記走行経路に沿って走行しながら作業を行う。
特許文献1や特許文献2による作業車の自動作業走行では、作業地の外形や作業車仕様に基づいて、当該作業地の作業のための走行経路が算出され、この算出された走行経路に沿って、1台または複数台の作業車が自動走行する。広大な圃場を走行している間に、燃料補給や収穫物の排出などの機械的要因や天候の変動や作業地状態などの環境的要因により、予め設定された走行経路からの離脱、作業途中での走行経路の変更などが必要となることが少なくない。しかしながら、予め設定された走行経路に沿って走行するように自動走行制御されているシステムでは、作業途中での走行経路の変更等を柔軟に行うことができないという問題点がある。
このような実情に鑑み、作業途中での経路変更を柔軟に行うことができる作業車自動走行システム及びそのようなシステムに用いられる走行経路管理装置が要望されている。
In the automatic work traveling of the work vehicle according to
In view of such circumstances, there is a demand for a work vehicle automatic traveling system capable of flexibly changing a route during work and a traveling route management device used for such a system.
作業地を作業しながら走行する作業車の自動走行を管理する作業車自動走行システムであって、前記作業車の自車位置を示す測位データを出力する衛星測位モジュールと、前記作業車が周回した前記作業地の外周側の領域を外周領域として設定するとともに、前記外周領域の内側を作業対象領域として設定する領域設定部と、前記作業対象領域を網羅する走行経路を構成する多数の走行経路要素の集合体である走行経路要素群を算出して、読み出し可能に格納する経路管理部と、走行すべき次走行経路要素を順次前記走行経路要素群から選択する経路要素選択部と、前記次走行経路要素と前記自車位置とに基づいて前記作業車を自動走行させる自動走行制御部とが、備えられている。 A work vehicle automatic traveling system for managing the automatic traveling of a work vehicle traveling while working on a work site, wherein a satellite positioning module for outputting positioning data indicating the position of the work vehicle and the work vehicle orbits. An area setting unit that sets an area on the outer peripheral side of the work area as an outer peripheral area and sets an inner side of the outer peripheral area as a work target area, and a number of travel route elements that constitute a travel route that covers the work target area. Of the traveling route element group, which is readably stored, a route element selecting unit which sequentially selects a next traveling route element to be traveled from the traveling route element group, and the next traveling An automatic travel control unit that automatically travels the work vehicle based on a route element and the vehicle position is provided.
この構成によれば、作業車が周回した前記作業地の外周側の領域を外周領域として設定するとともに、外周領域の内側を作業対象領域として設定し、作業地を外周領域と作業対象領域とに区分けする。外周領域は、薬剤の補給、肥料の補給、収穫物の排出、燃料補給のための移動や方向転換等のための走行経路として利用される。実質的な自動走行の対象領域となる作業対象領域を網羅する走行経路として、例えば、多数の縦線または横線である走行経路要素が算出される。ここでは、この多数の走行経路要素の集合体は、走行経路要素群と称せられる。本発明では、作業前に実行される走行経路の生成処理は、この走行経路要素群の生成である。実際の作業対象領域における作業走行では、この走行経路要素群から順次、適切な走行経路要素を選択し、作業車は選択された走行経路要素に沿って走行する。このように、本発明のシステムでは、作業を完結するために必要な走行経路の全行程を予め決めておくのではなく、そのような走行経路を多数の走行経路要素に分割しており、作業走行を行いながら、その途中で適切と評価される走行経路要素を選択し、その選択された走行経路要素に沿うように走行を続けていく。これにより、作業途中において走行すべき経路を容易に変更することができ、柔軟性の高い走行が実現する。
なお、この出願で用いられている「作業走行」という語句は、実際に作業を行いながら走行していることだけでなく、作業時における方向転換のための作業を行わない走行なども含めた広義の意味で用いられている。
According to this configuration, the area on the outer peripheral side of the work site on which the work vehicle circulates is set as the outer peripheral area, the inside of the outer peripheral area is set as the work target area, and the work site is set as the outer peripheral area and the work target area. Divide. The outer peripheral region is used as a traveling route for replenishment of chemicals, replenishment of fertilizer, discharge of harvested products, movement and redirection for refueling, and the like. As a travel route that covers a work target region that is a target region of substantially automatic travel, for example, a travel route element that is a large number of vertical lines or horizontal lines is calculated. Here, this aggregate of a large number of travel route elements is referred to as a travel route element group. In the present invention, the travel route generation processing executed before the work is the generation of the travel route element group. In the actual work travel in the work target area, an appropriate travel route element is sequentially selected from the travel route element group, and the work vehicle travels along the selected travel route element. As described above, in the system of the present invention, rather than predetermining the entire travel route required to complete the work, such a travel route is divided into a number of travel route elements. While traveling, a traveling route element that is evaluated to be appropriate is selected on the way, and traveling is continued along the selected traveling route element. As a result, the route to be traveled can be easily changed during the work, and highly flexible travel can be realized.
In addition, the term "working" used in this application has a broad meaning including not only running while actually working, but also running without working to change direction during work. Is used to mean.
作業走行の経過とともに、順次走行すべき走行経路要素を選択するために用いられる好適な因子は、作業車の作業環境である。なお、本明細書では、作業車の作業環境という語句には、作業車の状態、作業地の状態、管理者の指令なども含めることができ、この作業環境を評価することで状態情報が求められる。この状態情報として、燃料補給や収穫物の排出などの機械的要因や天候の変動や作業地状態などの環境的要因、さらには、不測の作業中断指令などの人的要求を挙げることができる。また、複数の作業車が協調しながら作業走行する場合には、作業車同士の位置関係なども、作業環境または状態情報の1つとなる。したがって、本発明の好適な実施形態の1つでは、前記作業車の作業環境を評価して求められる状態情報を出力する作業状態評価部が備えられ、かつ、前記経路要素選択部は、前記自車位置と前記状態情報とに基づいて、前記次走行経路要素を前記走行経路要素群から選択するように構成されている。この構成では、走行経路要素の選択は、作業車による作業地の作業走行状態を評価することによって得られる状態情報に基づいて行われる。
このような状態情報に基づいて順次選択された走行経路要素に沿って実施される作業走行は、作業車の状態、作業地の状態、管理者の指令に適したものとなる。
A preferable factor used to select a traveling route element to be sequentially traveled with the progress of work traveling is a work environment of the work vehicle. In the present specification, the term work environment of the work vehicle can include the state of the work vehicle, the state of the work site, a command from the administrator, and the like, and the state information is obtained by evaluating this work environment. To be This status information may include mechanical factors such as refueling and discharge of crops, environmental factors such as weather fluctuations and work site conditions, and human demands such as an unexpected work interruption command. Also, when a plurality of work vehicles travel in a coordinated manner, the positional relationship between the work vehicles is also one of the work environment or state information. Therefore, in a preferred embodiment of the present invention, a work state evaluation unit that outputs the state information obtained by evaluating the work environment of the work vehicle is provided, and the route element selection unit is the The next traveling route element is selected from the traveling route element group based on the vehicle position and the state information. In this configuration, the selection of the travel route element is performed based on the state information obtained by evaluating the work traveling state of the work site by the work vehicle.
The work traveling carried out along the travel route elements sequentially selected based on such state information is suitable for the state of the work vehicle, the state of the work place, and the command of the manager.
所定の幅で、作業地を網羅するための走行経路のベースとなる走行経路要素群の構造、つまり多数の走行経路要素の配置パターンとして、例えば、碁盤の目のような直交する線による格子パターンや斜線によるメッシュパターン、あるいは互い平行な線列からなる平行線パターンが考えられる。作業対象領域に設定される、このような走行経路要素群を作業車が走行することで、作業対象領域は、くまなく作業されることになる。本発明の好適な実施形態の1つでは、前記走行経路要素群は、前記作業対象領域を短冊状に分割する互いに平行な平行直線からなる平行直線群であり、前記作業車のUターン走行により、1つの走行経路要素の一端から他の走行経路要素の一端への移行が実行される。 As a structure of a traveling route element group that is a base of a traveling route for covering a work area with a predetermined width, that is, as an arrangement pattern of a large number of traveling route elements, for example, a grid pattern of orthogonal lines like a grid pattern. It is conceivable that the mesh pattern is a diagonal line or a diagonal line, or a parallel line pattern composed of parallel lines. When the work vehicle travels along such a travel route element group set in the work target area, the work target area is worked throughout. In one of the preferred embodiments of the present invention, the travel route element group is a group of parallel straight lines composed of parallel straight lines that divide the work target area into strips, The transition from one end of one travel route element to one end of another travel route element is performed.
本発明では、順次走行すべき走行経路要素として、作業車の走行の経過ともなって変化する状況に最も適切な走行経路要素が経路要素選択部によって走行経路要素群から選択される。1本の直線に基づく走行経路要素に沿った走行の終了後には、隣接する直線に基づく走行経路要素が選択される場合もあるし、1つ以上の走行経路要素を跨いで離れた位置の走行経路要素が選択される場合もある。これにより、臨機応変な走行が可能となる。 In the present invention, as the travel route elements to be sequentially traveled, the travel route element most suitable for the situation that changes with the progress of traveling of the work vehicle is selected from the travel route element group by the route element selection unit. After traveling along a travel route element based on one straight line, a travel route element based on an adjacent straight line may be selected, or travel at a position distant across one or more travel route elements. A route element may be selected. This enables flexible driving.
また、本発明の好適な実施形態の他の1つでは、前記走行経路要素群は、前記作業対象領域をメッシュ分割するメッシュ直線からなるメッシュ直線群であり、前記メッシュ直線同士の交点が、作業車の方向転換を許す方向転換可能点となる。ここでも、順次走行すべき走行経路要素として、作業車の走行の経過ともなって変化する状況に最も適切な走行経路要素が、経路要素選択部によって走行経路要素群から選択される。この構成であれば、作業車は、ベースとなる走行経路要素となるメッシュ直線の交点で方向転換可能なので、ジクザグ走行や渦巻き走行が可能となり、状況に応じた臨機応変な走行が可能となる。 Further, in another one of the preferred embodiments of the present invention, the traveling route element group is a mesh straight line group composed of mesh straight lines dividing the work target area into meshes, and an intersection of the mesh straight lines is a work line. It is a turning point that allows the vehicle to turn. Also here, as the travel route elements to be sequentially traveled, the travel route element most suitable for the situation that changes with the progress of traveling of the work vehicle is selected from the travel route element group by the route element selection unit. With this configuration, the work vehicle can change direction at the intersections of the mesh straight lines that are the base travel route elements, so that zigzag traveling and spiral traveling are possible, and flexible traveling depending on the situation is possible.
本発明の対象には、上述した作業車自走走行システムで用いられる走行経路管理装置も含まれている。この走行経路管理装置は、作業地を作業しながら自動走行するための自動走行制御部を備えた作業車の走行経路を管理する。走行経路管理装置は、作業車が周回した圃場の外周側の領域を外周領域として設定するとともに、前記外周領域の内側を作業対象領域として設定する領域設定部と、前記作業対象領域を網羅する走行経路を構成する多数の走行経路要素の集合体である走行経路要素群を算出して、読み出し可能に格納する経路管理部と、走行すべき次走行経路要素を、順次前記走行経路要素群から選択する経路要素選択部とを備えている。経路要素選択部で選択された走行経路要素は、作業車の自動走行制御における目標走行経路として用いられる。この経路管理部や経路要素選択部によって、上述したような作用効果を奏する。 The subject of the present invention also includes a travel route management device used in the above-described work vehicle self-propelled traveling system. This travel route management device manages the travel route of a work vehicle including an automatic travel control unit for automatically traveling while working on a work site. The travel route management device sets an area on the outer peripheral side of the field around which the work vehicle circulates as an outer peripheral area, and an area setting unit that sets the inner side of the outer peripheral area as a work target area, and travels covering the work target area. A route management unit that calculates a traveling route element group, which is an aggregate of a large number of traveling route elements that form a route, and stores it in a readable manner, and a next traveling route element to travel, are sequentially selected from the traveling route element group. And a route element selection unit for performing the operation. The travel route element selected by the route element selection unit is used as the target travel route in the automatic travel control of the work vehicle. The route management unit and the route element selection unit have the above-described operational effects.
〔自動走行の概要〕
図1には、本発明の作業車自動走行システムによる作業走行が模式的に示されている。この実施形態では、作業車は、作業走行として、走行しながら農作物を収穫する収穫作業(刈取作業)を行う収穫機1であり、一般に普通型コンバインと呼ばれている機種である。収穫機1によって作業走行される作業地は圃場と呼ばれる。圃場における収穫作業では、収穫機1が畦と呼ばれる圃場の境界線に沿って作業を行いながら周回走行した領域が外周領域SAとして設定される。外周領域SAの内側は作業対象領域CAとして設定される。外周領域SAは、収穫機1が収穫物の排出や燃料補給のための移動用スペース及び方向転換用スペース等として利用される。外周領域SAの確保のため、収穫機1は、最初の作業走行として、圃場の境界線に沿って3〜4周の周回走行を行う。周回走行では、一周毎に収穫機1の作業幅分だけ、圃場が作業されることになるので、外周領域SAは収穫機1の作業幅の3〜4倍程度の幅を有する。このことから、特別に注記しない限り、外周領域SAは既刈地(既作業地)として扱われ、作業対象領域CAは未刈地(未作業地)として扱われる。なお、この実施形態では、作業幅は、刈取り幅にオーバーラップ量を減算した値として取り扱われる。しかしながら、作業幅の概念は、作業車の種類によって異なる。
本発明での作業幅は、作業車の種類や作業種類によって規定されるものである。
[Outline of automated driving]
FIG. 1 schematically shows work traveling by the work vehicle automatic traveling system of the present invention. In this embodiment, the work vehicle is a
The working width in the present invention is defined by the type of work vehicle and the type of work.
収穫機1は、GPS(グローバル・ポジショニング・システム)で用いられる人工衛星GSからのGPS信号に基づいて測位データを出力する衛星測位モジュール80を備えており、収穫機1は、測位データから、収穫機1の特定箇所の位置座標である自車位置を算出する機能を有する。収穫機1は、算出された自車位置を目標となる走行経路に合わせるように操縦することで走行収穫作業を自動化する自動走行機能を有している。収穫機1は、走行しながら収穫した収穫物を排出するために、畦際に駐車している運搬車CVの周辺に接近して、駐車する必要がある。運搬車CVの駐車位置が予め決められている場合には、このような接近走行、つまり作業対象領域CAにおける作業走行からの一時的な離脱、及び作業走行への復帰も自動走行で行うことも可能である。この作業対象領域CAからの離脱及び作業対象領域CAへの復帰のための走行経路は、外周領域SAが設定された時点で生成される。なお、運搬車CVの代わりに燃料補給車やその他の作業支援車も駐車可能である。
The
〔作業車自動走行システムの基本的な流れ〕
本発明の作業車自動走行システムに組み込まれた収穫機1が、収穫作業を自動走行で行うためには、走行の目標となる走行経路を生成し、その走行経路を管理する走行経路管理装置が必要となる。この走行経路管理装置の基本的な構成と、この走行経路管理装置を用いた自動走行制御の基本的な流れとを、図2を用いて説明する。
[Basic flow of work vehicle automatic running system]
In order for the harvesting
圃場に到着した収穫機1は、圃場の境界線の内側に沿って周回しながら収穫を行う。この作業は周囲刈りと呼ばれ、収穫作業ではよく知られた作業である。その際、コーナ領域では、未刈穀稈が残らないように前進と後進とを繰り返す走行が行われる。本形態では、少なくとも最外周一周は、刈り残しがないように、かつ、畦にぶつからないように、手動走行によって行われる。内周側の残りの数周は、周囲刈り専用の自動走行プログラムによって自動走行しても良く、また、最外周の周囲刈りに引き続いて手動走行によって行っても良い。このような周回走行の走行軌跡内側に残される作業対象領域CAの形状としては、自動走行による作業走行にとって都合が良いように、できるだけ簡単な多角形、好ましくは四角形が採用される。
The harvesting
さらに、この周回走行の走行軌跡は、自車位置算出部53が衛星測位モジュール80の測位データから算出した自車位置に基づいて得ることができる。さらに、この走行軌跡から圃場の外形データ、特に周回走行の走行軌跡内側に位置する未刈地である作業対象領域CAの外形データが、外形データ生成部43によって生成される。圃場は、領域設定部44により外周領域SAと作業対象領域CAとに分けて管理される。
Further, the traveling locus of the round traveling can be obtained based on the vehicle position calculated by the vehicle
作業対象領域CAに対する作業走行は、自動走行によって実施される。このため、作業対象領域CAを網羅する走行(作業幅で埋め尽くす走行)のための走行経路である走行経路要素群が経路管理部60によって管理される。この走行経路要素群は、多数の走行経路要素の集合体である。経路管理部60は、作業対象領域CAの外形データに基づいて走行経路要素群を算出し、読み出し可能にメモリに格納しておく。
The work traveling to the work target area CA is performed by automatic traveling. Therefore, the
この作業車自動走行システムでは、作業対象領域CAでの作業走行の前に、予め全走行経路が決定されているのではなく、走行途中で、作業車の作業環境等の事情に応じて走行経路の変更が可能である。なお、走行経路の変更が可能な点(ノード)と点(ノード)の間の最小単位(リンク)が走行経路要素である。指定された場所から自動走行が開始されると、次に走行すべき次走行経路要素が、順次、経路要素選択部63によって、走行経路要素群から選択される。自動走行制御部511は、選択された走行経路要素と自車位置とに基づいて、車体が当該走行経路要素に沿うように自動走行データを生成して、自動走行を実行する。
In this work vehicle automatic travel system, the entire travel route is not determined in advance before the work travel in the work target area CA, but the travel route is determined according to the circumstances such as the work environment of the work vehicle during the travel. Can be changed. The minimum unit (link) between points (nodes) where the travel route can be changed is the travel route element. When the automatic traveling is started from the designated place, the next traveling route element to be traveled next is sequentially selected by the route
図2では、外形データ生成部43と、領域設定部44と、経路管理部60とによって、収穫機1のための走行経路を生成する走行経路生成装置が構築されている。また、自車位置算出部53、領域設定部44と、経路管理部60と、経路要素選択部63とによって、収穫機1のための走行経路を決定する走行経路決定装置が構築されている。このような走行経路生成装置や走行経路決定装置は、従来の自動走行可能な収穫機1の制御系に組み込むことが可能である。あるいは、走行経路生成装置や走行経路決定装置をコンピュータ端末に構築し、当該コンピュータ端末と収穫機1の制御系とをデータ交換可能に接続して、自動走行を実現することも可能である。
In FIG. 2, the outer shape
〔走行経路要素群の概要〕
走行経路要素群の一例として、図3には、作業対象領域CAを短冊状に分割する多数の平行分割直線を走行経路要素とする走行経路要素群が示されている。この走行経路要素群は2つのノード(両端点であって、ここで方向転換可能である)を1本のリンクで連結した直線状の走行経路要素を平行に並べたものである。走行経路要素は、作業幅のオーバーラップ量を調整することにより、等間隔を開けて並ぶように設定される。1つの直線で示される走行経路要素の端点から他の直線で示される走行経路要素の端点への移行には、Uターン走行(例えば180°の方向転換)が行われる。このような平行な走行経路要素をUターン走行によって繋ぎながら自動走行することを、以降は、直線往復走行と称する。このUターン走行には、ノーマルUターン走行と、スイッチバックターン走行とが含まれる。ノーマルUターン走行は、収穫機1の前進だけで行われ、その走行軌跡はU字状となる。スイッチバックターン走行は、収穫機1の前進と後進とを用いて行われ、その走行軌跡はU字状とはならないが、結果的には、収穫機1はノーマルUターン走行と同じ方向転換が得られる。ノーマルUターン走行を行うためには、方向転換前の方向経路点と方向転換後の歩行経路点との間に2本以上の走行経路要素を挟む距離が必要となる。それより短い距離では、スイッチバックターン走行が用いられる。つまり、スイッチバックターンは、ノーマルUターン走行と異なって後進を行うため、収穫機1の旋回半径の影響がなく、移行する走行経路要素の選択肢が多い。しかし、スイッチバックターン走行では前後進の切替えが行われるため、スイッチバックターン走行は、基本的には、ノーマルUターン走行と比べて時間がかかる。
[Overview of travel route element group]
As an example of the traveling route element group, FIG. 3 shows a traveling route element group having a large number of parallel dividing straight lines that divide the work target area CA into strips as the traveling route elements. This travel route element group is formed by arranging linear travel route elements in parallel, each of which is formed by connecting two nodes (at both ends, which can be turned here) with one link. The travel route elements are set to be arranged at equal intervals by adjusting the overlap amount of the working width. U-turn traveling (for example, 180° direction change) is performed for transition from the end point of the travel route element indicated by one straight line to the end point of the travel route element indicated by another straight line. Hereinafter, automatic traveling while connecting such parallel traveling route elements by U-turn traveling is referred to as linear reciprocating traveling. This U-turn traveling includes normal U-turn traveling and switchback-turn traveling. The normal U-turn travel is performed only by the forward movement of the
走行経路要素群の他の例として、図4には、作業対象領域CAをメッシュ分割する、縦横方向に延びた多数のメッシュ直線からなる走行経路要素群が示されている。メッシュ直線同士の交点において、方向転換ターンが可能である。つまり、この走行経路要素群は、メッシュ直線の交点をノードとし、メッシュ直線によって区画された各メッシュの辺がリンクとして機能する経路網を構築し、自由度の高い走行を可能にする。上述した直線往復走行だけでなく、例えば、図4に示すような外から内に向かう渦巻き走行や、ジグザグ走行も可能であり、さらに、作業途中において、渦巻き走行から直線往復走行に変更することも可能である。 As another example of the traveling route element group, FIG. 4 shows a traveling route element group formed by a large number of mesh straight lines extending in the vertical and horizontal directions, which divides the work target area CA into meshes. A turning turn is possible at the intersection of the mesh lines. In other words, this travel route element group constructs a route network in which the intersections of the mesh straight lines are used as nodes, and the sides of each mesh partitioned by the mesh straight lines function as links, enabling highly flexible travel. In addition to the straight line reciprocating traveling described above, for example, spiral traveling from the outside to the inside as shown in FIG. 4 and zigzag traveling are also possible, and further, during the work, the spiral traveling can be changed to the straight reciprocating traveling. It is possible.
〔走行経路要素を選択する際の考え方〕
経路要素選択部63が、順次、次に走行すべき走行経路要素である次走行経路要素を選択する際の選択ルールは、作業走行の前に予め設定される静的ルールと、作業走行中にリアルタイムで利用される動的ルールとに分けることができる。静的ルールには、予め決められた基本的な走行パターンに基づいて走行経路要素を選択すること、例えば、図3に示すようなUターン走行を行いながら直線往復走行を実現するように走行経路要素を選択するルールや、図4に示すような外から内に向かう反時計回りの渦巻き走行を実現するように走行経路要素を選択するルールなどが含まれる。動的ルールには、リアルタイムでの収穫機1の状態、作業地の状態、管理者の指令などが含まれる。原則として、動的ルールは、静的ルールに優先して用いられる。このために、収穫機1の状態、作業地の状態、管理者の指令などを評価して求められる状態情報を出力する作業状態評価部55が備えられる。そのような評価のために必要となる入力パラメータとして種々の一次情報(作業環境)が作業状態評価部55入力される。この一次情報には、収穫機1に設けられている各種センサやスイッチからの信号だけでなく、天候情報や時刻情報や乾燥施設などの外部施設情報なども含まれている。さらに、複数台の収穫機1で協調作業を行う場合には、この一次情報に、他の収穫機1の状態情報も含まれる。
[Thoughts when selecting travel route elements]
The selection rule when the route
〔収穫機の概要〕
図5は、この実施の形態での説明に採用されている作業車としての収穫機1の側面図である。この収穫機1は、クローラ式の走行機体11が備えている。走行機体11の前部には、運転部12が設けられている。運転部12の後方には、脱穀装置13及び収穫物を貯留する収穫物タンク14が、左右方向に並設されている。また、走行機体11の前方には、収穫部15が高さ調整可能に設けられている。収穫部15の上方には、穀稈を起こすリール17が高さ調節可能に設けられている。収穫部15と脱穀装置13との間には刈取穀稈を搬送する搬送装置16、収穫物タンク14から収穫物を排出する排出装置18が設けられている。収穫物タンク14の下部に収穫物の重量(収穫物の貯留状態)を検出するロードセンサが装備され、収穫物タンク14の内部や周辺に、収量計や食味計が装備されている。食味計からは、品質データとして収穫物の水分値とタンパク値の測定データが出力される。収穫機1には、GNSSモジュールやGPSモジュールなどとして構成される衛星測位モジュール80が設けられている。衛星測位モジュール80の構成要素として、GPS信号やGNSS信号を受信するための衛星用アンテナが走行機体11の上部に取り付けられている。なお、衛星測位モジュール80には、衛星航法を補完するために、ジャイロ加速度センサや磁気方位センサを組み込んだ慣性航法モジュールを含めることができる。
[Overview of harvester]
FIG. 5 is a side view of the
図5では、収穫機1の動きを監視する監視者が当該収穫機1に搭乗し、かつ、監視者が操作する通信端末4が収穫機1に持ち込まれている。ただし、通信端末4は収穫機1に取り付けられている構成であってもよい。さらに、監視者及び通信端末4は、収穫機1の機外に存在していてもよい。
In FIG. 5, an observer who monitors the movement of the
収穫機1は、自動操舵による自動走行と、手動操舵による手動走行とが可能である。また、自動走行としては、従来のように予め全走行経路を決めて走行する自動走行と、状態情報に基づいてリアルタイムに次の走行経路を決めていく自動走行と、が可能である。本発明においては、予め全走行経路を決めて走行する前者を慣行走行と称するとともに、リアルタイムに次の走行経路を決めていく後者を自動走行と称して、両者を別物として取り扱う。慣行走行の経路は、例えば、予めいくつかのパターンを登録するか、あるいは、通信端末4等において監視者が任意に設定できるように構成する。
The
〔自動走行の機能制御ブロックについて〕
図6には、この収穫機1に構築されている制御系と、通信端末4の制御系が示されている。この実施形態では、収穫機1のための走行経路を管理する走行経路管理装置は、通信端末4に構築された第1走行経路管理モジュールCM1と、収穫機1の制御ユニット5に構築された第2走行経路管理モジュールCM2とから構成されている。
[Function control block for automatic driving]
FIG. 6 shows the control system built in the
通信端末4は、通信制御部40やタッチパネル41等を備えており、コンピュータシステムの機能や、制御ユニット5によって実現される自動走行に必要な条件を入力するユーザー・インターフェイスとしての機能を有する。通信端末4は、通信制御部40を用いることで、無線回線やインターネットを介して管理コンピュータ100とデータ交換可能であるとともに、無線LANや有線LANあるいはその他の通信方式によって収穫機1の制御ユニット5とデータ交換可能である。管理コンピュータ100は、遠隔地の管理センタKSに設置されたコンピュータシステムであり、クラウドコンピュータとして機能している。管理コンピュータ100は、各農家や農業組合や農業企業体から送られてくる情報を格納して、要求に応じて送り出すことができる。図6では、そのようなサーバ機能を実現するものとして、作業地情報格納部101と作業計画管理部102とが示されている。通信端末4では、通信制御部40を通じて管理コンピュータ100や収穫機1の制御ユニット5から取得した外部データ、及び、タッチパネル41を通じて入力されたユーザ指示(自動走行に必要な条件)等の入力データに基づいて、データ処理が行われ、その処理結果は、タッチパネル41の表示パネルに表示されるとともに、通信制御部40を通じて管理コンピュータ100や収穫機1の制御ユニット5に送信可能である。
The
作業地情報格納部101には、圃場周辺の地形図や圃場の属性情報(圃場の出入口、条方向等)などを含む圃場情報が格納されている。管理コンピュータ100の作業計画管理部102では、指定された圃場での作業内容を記述した作業計画書が管理されている。監視者の操作を通じて、あるいは自動的に実行されるプログラムを通じて、圃場情報及び作業計画書は、通信端末4や収穫機1の制御ユニット5にダウンロード可能である。作業計画書には、作業対象となる圃場における作業に関して、各種の情報(作業条件)が含まれている。この情報(作業条件)としては、例えば、以下のものが挙げられる。
(a)走行パターン(直線往復走行、渦巻き走行、ジグザグ走行等)(b)運搬車CVの支援車の駐車位置や収穫物排出等のための収穫機の駐車位置(c)作業形態(一台の収穫機1による作業、複数台の収穫機1による作業)(d)いわゆる中割ライン(e)収穫対象となる作物種(稲(ジャポニカ米、インディカ米)、麦、大豆、菜種、そば等)に応じた車速や脱穀装置13の回転速度の値等
The work site
(A) Travel pattern (straight line reciprocating travel, swirl travel, zigzag travel, etc.) (b) Parking position of support vehicle of carrier CV and parking position of harvester for discharging harvested products (c) Work form (one unit) With the
なお、収穫物を運搬車CVに排出するために収穫機1が駐車する位置が収穫物排出用駐車位置であり、燃料補給車から燃料を補給されるために収穫機1が駐車する位置が燃料補給用駐車位置であり、この実施形態では、実質的に同じ位置に設定される。
The position at which the
上記の情報(a)−(e)は、ユーザー・インターフェイスとしての通信端末4を通じて監視者が入力する形態であっても良い。通信端末4には、自動走行の開始や停止を指示する入力機能や、上述したように、自動走行と慣行走行とのいずれで作業走行するかの入力機能や、走行変速装置等の車両走行機器群71や収穫部15等の作業装置機器群72(図6参照)に対するパラメータの値を微調整する入力機能等も構築されている。作業装置機器群72のパラメータのうち、値が微調整できるものとしては、リール17の高さや、収穫部15の高さ等が挙げられる。
The above information (a)-(e) may be input by the monitor through the
通信端末4は、人為的な切り替え操作により、自動走行経路や慣行走行経路のアニメーション表示状態、上記パラメータ表示/微調整状態等に切り替え可能である。
The
作業地データ入力部42は、管理コンピュータ100からダウンロードされた圃場情報や作業計画書や通信端末4から取得した情報を入力する。圃場情報に含まれている圃場概略図や圃場出入口の位置がタッチパネル41に表示され、外周領域SAの形成のための周回走行を支援する運転者に与えられる。圃場出入口などのデータが圃場情報に含まれていない場合は、ユーザがタッチパネル41を通じて入力することができる。外形データ生成部43は、制御ユニット5から受け取った収穫機1の周回走行時の走行軌跡データ(自車位置の時系列データ)から、精度のよい圃場の外形状及び外形寸法と作業対象領域CAの外形状及び外形寸法とを算出する。領域設定部44は、収穫機1の周回走行の走行軌跡データから外周領域SAと作業対象領域CAを設定する。設定された外周領域SA及び作業対象領域CAの位置座標、つまり外周領域SA及び作業対象領域CAの外形データは、自動走行のための走行経路の生成に用いられる。この実施形態では、走行経路の生成は、収穫機1の制御ユニット5に構築された第2走行経路管理モジュールCM2で行われるので、設定された外周領域SA及び作業対象領域CAの位置座標は、第2走行経路管理モジュールCM2に送られる。
The work site
圃場が大きい場合には、中割りと呼ばれる、中央突破の走行経路で圃場を複数の区画に区分けする中割り領域を作り出す作業が行われる。この中割り位置指定も、タッチパネル41の画面に表示された作業地の外形図に対するタッチ操作で行うことができる。もちろん、中割りの位置設定は、自動走行のための走行経路要素群の生成にも影響するので、走行経路要素群の生成時に自動的に行ってもよい。その際、中割り領域の延長線上に運搬車CVなどの作業支援車の支援を受けるための収穫機1の駐車位置が配置されると、全区画からの収穫物排出の走行が効率的に行われる。
When the field is large, a work called middle-splitting is performed to create a middle-split region that divides the field into a plurality of sections along a traveling route that breaks through the center. The middle position can also be specified by touching the outline drawing of the work site displayed on the screen of the
第2走行経路管理モジュールCM2には、経路管理部60と、経路要素選択部63と、経路設定部64とが備えられている。経路管理部60は、作業対象領域CAを網羅する走行経路を構成する多数の走行経路要素の集合体である走行経路要素群を算出して、読み出し可能に格納する。走行経路要素群を算出する機能部として、この経路管理部60には、メッシュ経路要素算出部601と短冊経路要素算出部602とUターン経路算出部603とが含まれている。経路要素選択部63は、後で詳しく説明する種々の選択ルールに基づいて、次に走行すべき次走行経路要素を順次前記走行経路要素群から選択する。経路設定部64は、選択された次走行経路要素を、自動走行のための目標走行経路として設定する。
The second travel route management module CM2 includes a
メッシュ経路要素算出部601は、走行経路要素として、作業対象領域CAをメッシュ分割するメッシュ直線からなるメッシュ直線群である走行経路要素群を算出し、そのメッシュ直線同士の交点の位置座標も算出することができる。この走行経路要素が収穫機1の自動走行時の目標走行経路となるので、収穫機1はメッシュ直線同士の交点で、一方の走行経路要素から他方の走行経路要素へ方向転換することが可能である。つまり、メッシュ直線同士の交点が収穫機1の方向転換を許す方向転換可能点として機能する。
The mesh route
図7に、走行経路要素群の一例であるメッシュ直線群の作業対象領域CAへの配置の概略が示されている。メッシュ経路要素算出部601によって、収穫機1の作業幅をメッシュ間隔として、作業対象領域CAをメッシュ直線で埋め尽くするように走行経路要素群が算出される。作業対象領域CAは、上述したように、圃場の境界から内側に向かって作業幅で3〜4周の周回走行によって形成された外周領域SAの内側の領域であるため、基本的には、作業対象領域CAの外形は、圃場の外形と相似することになる。しかし、メッシュ直線の算出を容易にするため、作業対象領域CAがほぼ多角形、好ましくは四角形になるように、外周領域SAを作り出す場合もある。図7では、作業対象領域CAの形状は、第1辺S1と第2辺S2と第3辺S3と第4辺S4とからなる変形四角形である。
FIG. 7 shows an outline of the arrangement of the mesh straight line group, which is an example of the traveling route element group, in the work target area CA. The mesh route
メッシュ経路要素算出部601は、図7に示されているように、作業対象領域CAの第1辺S1から収穫機1の作業幅の半分の距離をあけた位置から、第1辺S1に平行であるとともに、収穫機1の作業幅分の間隔をあけて作業対象領域CAの上に並ぶ第1直線群を算出する。同様に、第2辺S2から収穫機1の作業幅の半分の距離をあけた位置から、第2辺S2に平行であるとともに、収穫機1の作業幅分の間隔をあけて作業対象領域CAの上に並ぶ第2直線群、第3辺S3から収穫機1の作業幅の半分の距離をあけた位置から、第3辺S3に平行であるとともに、収穫機1の作業幅分の間隔をあけて作業対象領域CAの上に並ぶ第3直線群、第4辺S4から収穫機1の作業幅の半分の距離をあけた位置から、第4辺S4に平行あるとともに、収穫機1の作業幅分の間隔をあけて作業対象領域CAの上に並ぶ第4直線群を算出する。このように第1辺S1から第4辺S4が、走行経路要素群としての直線群を生成する基準線となっている。直線上の2点の位置座標があればその直線を定義することができるので、走行経路要素である各直線は、各直線の2点の位置座標で規定される直線としてデータ化され、予め定められたデータフォーマットでメモリに格納される。このデータフォーマットには、各走行経路要素を識別するための経路識別子としての経路番号のほか、各走行経路要素の属性値として、経路種、基準となった外形四角形の辺、未走行/既走行などが含まれている。
As shown in FIG. 7, the mesh route
もちろん、四角形以外の多角形の作業対象領域CAにおいても、上述した直線群の算出を適用することができる。すなわち、作業対象領域CAがNを3以上の整数とした際のN角形とすると、走行経路要素群は、第1直線群から第N直線群までのN個の直線群からなる。各直線群は、前記N角形のいずれかの辺に平行に所定間隔(作業幅)で並んだ直線を含むことになる。 Of course, the above-described calculation of the straight line group can be applied to the polygonal work target area CA other than the quadrangle. That is, when the work target area CA is an N polygon when N is an integer of 3 or more, the travel route element group includes N straight line groups from the first straight line group to the Nth straight line group. Each straight line group includes straight lines arranged at a predetermined interval (working width) parallel to any side of the N-sided polygon.
なお、外周領域SAにも、経路管理部60によって走行経路要素群が設定されており、外周領域SAに設定された走行経路要素は、収穫機1が外周領域SAを走行する際に用いられる。外周領域SAに設定された走行経路要素には、離脱経路、復帰経路、Uターン走行用中間直進経路などの属性値が与えられる。離脱経路は、収穫機1が作業対象領域CAを離脱して外周領域SAに入るために用いられる走行経路要素群を意味する。復帰経路は、収穫機1が外周領域SAから作業対象領域CAでの作業走行に復帰するために用いられる走行経路要素群を意味する。Uターン走行用中間直進経路(以下単に中間直進経路と略称する)は、外周領域SAでのUターン走行に用いられるUターン走行経路の一部を構成する直線状の経路である。即ち、中間直進経路は、Uターン走行の開始側の旋回経路とUターン走行の終了側の旋回経路とを接続する直線部分を構成する直線状の走行経路要素群であって、外周領域SAにおいて作業対象領域CAの各辺に平行に設けられた経路である。また、当所は渦巻き走行を行い、途中で直線往復走行に切り換えて作業走行を行う場合、渦巻き走行によって、未刈地は、全辺において作業対象領域CAよりも小さくなるため、効率良く作業走行を行うには、作業対象領域CA内でUターン走行をする方が、わざわざ外周領域SAにまで移動しなくても良いため、無駄な走行がなく、効率的である。そこで、作業対象領域CAでUターン走行が実行される場合には、中間直進経路は、未刈地の外周ラインの位置に応じて、内周側へ平行移動される。
The
図7では、作業対象領域CAの形状を変形四角形としたので、メッシュ経路要素群の生成の基準となる辺が、4つあったが、作業対象領域CAの形状が長方形または正方形であれば、メッシュ経路要素群の生成の基準となる辺が、2つとなり、メッシュ経路要素群の構造はより簡単となる。 In FIG. 7, since the shape of the work target area CA is a modified quadrangle, there are four sides that are the reference for generating the mesh route element group, but if the work target area CA has a rectangular shape or a square shape, The number of sides that serve as a reference for generating the mesh route element group becomes two, and the structure of the mesh route element group becomes simpler.
短冊経路要素算出部602によって算出される走行経路要素群は、図3に示されているように、作業対象領域CAの外形を構成する辺から選ばれた基準辺、例えば最長辺に平行に延びるとともに、作業幅で作業対象領域CAを網羅する(作業幅で埋め尽くす)平行直線群である。短冊経路要素算出部602で算出された走行経路要素群は、作業対象領域CAを短冊状に分割する。さらに、走行経路要素群は、収穫機1がUターン走行するためのUターン走行経路によって順次接続されていく平行直線の集合体である。つまり、平行直線である1つの走行経路要素の走行が終了すれば、次に選択された走行経路要素への移行ためのUターン走行経路がUターン経路算出部603によって決定される。
As shown in FIG. 3, the travel route element group calculated by the strip route
Uターン経路算出部603は、短冊経路要素算出部602によって算出される走行経路要素群から選択された2つの走行経路要素をUターン走行で接続するためのUターン走行経路を算出する。Uターン経路算出部603は、外周領域SA等が設定されたら、外周領域SAの外形状及び外形寸法と作業対象領域CAの外形状及び外径寸法と収穫機1の旋回半径等に基づいて、外周領域SAのうち、作業対象領域CAの外周の各辺に対応する領域毎に、作業対象領域CAの外周辺に平行な一つの中間直進経路と算出し、かつ、ノーマルUターン走行及びスイッチバックターン走行が行われるに際して、現在走行している走行経路要素と対応する中間直進経路とを結ぶ開始側の旋回経路と、対応する中間直進経路と移行する走行経路要素とを結ぶ終了側の旋回経路と、を算出する。なお、Uターン走行経路の生成原理については後述する。
The U-turn
図6に示すように、第2走行経路管理モジュールCM2を構築している収穫機1の制御ユニット5には、作業走行を行うために、種々の機能が構築されている。制御ユニット5はコンピュータシステムとして構成されており、入出力インタフェースとして、出力処理部7、入力処理部8、通信処理部70が備えられている。出力処理部7は、収穫機1に装備されている車両走行機器群71、作業装置機器群72、報知デバイス73などと接続している。車両走行機器群71には、走行機体11の左右のクローラの速度を調整して操舵を行う操舵機器をはじめ、図示されていないが変速機構やエンジンユニットなど車両走行のために制御される機器が含まれている。作業装置機器群72には、収穫部15、脱穀装置13、排出装置18などを構成する機器が含まれている。報知デバイス73には、ディスプレイやランプやスピーカが含まれている。特に、ディスプレイには、圃場の外形とともに、走行済の走行経路(走行軌跡)やこれから走行すべき走行経路など、種々の報知情報が表示される。ランプやスピーカは、走行注意事項や自動操舵走行での目標走行経路からの外れなど、注意情報や警告情報を搭乗者(運転者や監視者)に報知するために用いられる。
As shown in FIG. 6, in the
通信処理部70は、通信端末4で処理されたデータを受け取るとともに、制御ユニット5で処理されたデータの送信を行う機能を有する。これにより、通信端末4は、制御ユニット5のユーザー・インターフェイスとして機能することができる。通信処理部70は、さらに、管理コンピュータ100との間でのデータ交換を行うためにも用いられるので、種々の通信フォーマットを取り扱う機能を有する。
The
入力処理部8は、衛星測位モジュール80、走行系検出センサ群81、作業系検出センサ群82、自動/手動切替操作具83などと接続している。走行系検出センサ群81には、エンジン回転数や変速状態などの走行状態を検出するセンサが含まれている。作業系検出センサ群82には、収穫部15の高さ位置を検出するセンサや収穫物タンク14の貯留量を検出するセンサなどが含まれている。自動/手動切替操作具83は、自動操舵で走行する自動走行モードと手動操舵で走行する手動走行モードとのいずれかを選択するスイッチである。また、自動走行と慣行走行とを切替えるスイッチが、運転部12に備えられているか、あるいは、通信端末4に構築されている。
The
さらに、制御ユニット5には、走行制御部51、作業制御部52、自車位置算出部53、報知部54が備えられている。自車位置算出部53は、衛星測位モジュール80から出力される測位データに基づいて、自車位置を算出する。この収穫機1が自動走行(自動操舵)と手動走行(手動操舵)の両方で走行可能に構成されているため、車両走行機器群71を制御する走行制御部51には、自動走行制御部511と手動走行制御部512とが含まれている。手動走行制御部512は、運転者による操作に基づいて車両走行機器群71を制御する。自動走行制御部511は、経路設定部64で設定された走行経路と自車位置との間の方位ずれ及び位置ずれを算出し、自動操舵指令を生成し、出力処理部7を介して操舵機器に出力する。作業制御部52は、収穫機1を構成する収穫部15、脱穀装置13、排出装置18などに設けられている動作機器の動きを制御するために、作業装置機器群72に制御信号を与える。報知部54は、ディスプレイなどの報知デバイス73を通じて運転者や監視者に必要な情報を報知するための報知信号(表示データや音声データ)を生成する。
Further, the
自動走行制御部511は、操舵制御だけではなく、車速制御も可能である。車速については、上述したように、例えば、搭乗者が、作業開始前に通信端末4を通じて設定する。設定可能な車速には、収穫走行時の車速、非作業旋回(Uターン走行など)時の車速、収穫物排出時や燃料補給時の作業対象領域CAから離脱して外周領域SAを走行する際の車速などが含まれる。自動走行制御部511は、衛星測位モジュール80によって得られた測位データに基づいて実車速を算出する。出力処理部7は、実車速が設定された車速に合うように、走行への変速操作指令等を車両走行機器群71に送る。
The automatic
〔自動走行の経路について〕
作業車自動走行システムにおける自動走行の例を、直線往復走行を行う例と、渦巻き走行を行う例とに分けて説明する。
[About automatic driving route]
An example of automatic traveling in the work vehicle automatic traveling system will be described separately for an example of performing straight line reciprocating traveling and an example of performing spiral traveling.
まず、短冊経路要素算出部602によって算出された走行経路要素群を用いて直線往復走行する例について説明する。図8には、模式化によって、直線長さを短くした短冊で表された21本の走行経路要素からなる走行経路要素群が示されており、各走行経路要素の上側に経路番号が付与されている。作業走行開始時の収穫機1は、14番の走行経路要素に位置している。収穫機1が位置している走行経路要素と、他の走行経路要素との離間度が符号付き整数で、各経路の下側に付与されている。14番の走行経路要素に位置している収穫機1が、次の走行経路要素に移行するための優先度が、図8において、走行経路要素の下部に整数値で示されている。値が小さいほど優先度が高く、優先的に選択される。この収穫機1は、走行完了した走行経路要素から次の走行経路要素移行する際に、図9で示すように、少なくとも2つの走行経路要素を挟んで次の走行経路要素に移行するノーマルUターン走行と、2つ以下の走行経路要素を挟んで、つまり隣接する走行経路要素へ移行することができるスイッチバックターン走行とが可能である。ノーマルUターン走行は、移行元の走行経路要素から外周領域SAに入ると、約180°の方向転換を行い、移行先の走行経路要素に入る。なお、移行元の走行経路要素と移行先の走行経路要素との間隔が大きい場合は、約90°の旋回の間に相応な直進が入ることになる。つまり、ノーマルUターン走行は、前進走行のみで実行される。これに対して、スイッチバックターン走行は、移行元の走行経路要素から外周領域SAに入ると、一旦約90°旋回した後、約90°旋回でスムーズに移行先の走行経路要素に入れる位置まで後進してから、移行先の走行経路要素に向かう。これにより、操舵制御は複雑になるが、互いの間隔が短い走行経路要素への移行も可能である。
First, an example will be described in which straight travel is performed using the travel route element group calculated by the strip route
次に走行すべき走行経路要素の選択は、経路要素選択部63によって行われるが、この実施形態では、基本的な選択の優先度として、順番元になる走行経路要素から所定距離だけ離れている適正離間走行経路要素を最高優先度とし、この適正離間走行経路要素に比べて順番元になる走行経路要素から離れるほど、優先度は低くなるように設定される。例えば、次の走行経路要素への移行に関しては、走行距離の短いノーマルUターン走行が走行時間も短く、効率が良い。したがって、2本あけた左右両隣りの走行経路要素の優先度が最も高く設定される(優先度=「1」)。それより収穫機1から離れるほど、ノーマルUターン走行の走行時間が長くなるので、優先度が低くなる(優先度=「2」,「3」,・・・)。つまり、優先度の数値は優先順位を示している。ただし、ノーマルUターン走行の走行時間が長くなり、スイッチバックターン走行より効率が悪くなる8本あけた隣りの走行経路要素への移行の優先度は、スイッチバックターン走行より低くなる。スイッチバックターン走行では、隣の走行経路要素へ移行する優先度より、1本あけた走行経路要素へ移行する優先度の方が高くなっている。これは隣の走行経路要素へのスイッチバックターン走行は、急旋回が必要となり、圃場を荒らす可能性が高いからである。なお、次の走行経路要素への移行は、左右いずれの方向も可能であるが、従来の作業の慣習にしたがって、左側の走行経路要素への移行が右側の走行経路要素への移行に優先するというルールを採用される。したがって、図8の例では、経路番号:14に位置する収穫機1は、次に走行する走行経路要素として、経路番号:17の走行経路要素を選択する。このような優先度の設定が、収穫機1が新しい走行経路要素に入るごとに行われる。
The selection of the travel route element to be traveled next is performed by the route
既に作業が完了している走行経路要素は、原則的に選択禁止とされる。したがって、図10で示すように、例えば、優先度が「1」である経路番号:11や経路番号:17が既作業地(既刈地)であれば、経路番号:14に位置する収穫機1は、次に走行する走行経路要素として、優先度が「2」である経路番号:18の走行経路要素を選択する。 In principle, selection of travel route elements for which work has already been completed is prohibited. Therefore, as shown in FIG. 10, for example, if the route number: 11 or the route number: 17 having the priority “1” is the already-worked land (already-cut land), the harvester located at the route number: 14 1 selects the traveling route element of the route number: 18 having the priority “2” as the traveling route element to be traveled next.
図11には、メッシュ経路要素算出部601によって算出された走行経路要素を用いて渦巻き走行する例が示されている。図11で示された圃場の外周領域SAと作業対象領域CAは図7のものと同一であり、作業対象領域CAに設定された走行経路要素群も同じである。ここでは説明のために、第1辺S1を基準線とする走行経路要素をL11、L12・・・で示し、第2辺S2を基準線とする走行経路要素をL21、L22・・・で示し、第3辺S3を基準線とする走行経路要素をL31、L32・・・で示し、第4辺S4を基準線とする走行経路要素をL41、L42・・・で示している。
FIG. 11 shows an example in which the traveling route element calculated by the mesh route
図11の太線は、収穫機1の外側から内側に向かって渦巻き状に走行する走行経路を示している。作業対象領域CAの外側の走行経路要素L11が最初の走行経路として選択される。走行経路要素L11と走行経路要素L21との交点でほぼ90°の方向転換が行われ、走行経路要素L21を走行する。さらに、走行経路要素L21と走行経路要素L31との交点でほぼ110°の方向転換が行われ、走行経路要素L31を走行する。走行経路要素L31と走行経路要素L41との交点でほぼ70°の方向転換が行われ、走行経路要素L41を走行する。次に、走行経路要素L11の内側の走行経路要素L12と走行経路要素L41との交点で走行経路要素L12に移行する。このような走行経路要素の選択を繰り返すことで、収穫機1は、圃場の作業対象領域CAを外から内への渦巻き状に作業走行する。このように。渦巻き走行パターンが設定されている場合、未走行の属性を有するとともに作業対象領域CAの最外周に位置する走行経路要素同士の交点で方向転換する。
The thick line in FIG. 11 indicates a traveling route that spirally travels from the outside to the inside of the
図12には、図11で示された同じ走行経路要素群を利用したUターン走行の走行例が示されている。まず、作業対象領域CAの外側の走行経路要素L11が最初の走行経路として選択される。収穫機1は、走行経路要素L11の終端を超えて、外周領域SAに入り、第2辺S2に沿うように90°ターンを行い、さらに、走行経路要素L11と平行に延びる走行経路要素L14に進入するように再び90ターンを行う。結果的には、180°のノーマルUターン走行を経て、走行経路要素L11から、2本分の走行経路要素をあけて走行経路要素L14に移行する。さらに、走行経路要素L14を走行して、外周領域SAに入ると、180°のノーマルUターン走行を経て、走行経路要素L14と平行に延びる走行経路要素L17に移行する。このようにして、収穫機1は、走行経路要素L17から走行経路要素L110に、さらに走行経路要素L110から走行経路要素L16に移行して、最終的に、圃場の作業対象領域CA全体の作業走行を完了する。
FIG. 12 shows a U-turn traveling example using the same traveling route element group shown in FIG. 11. First, the travel route element L11 outside the work target area CA is selected as the first travel route. The
このように、直線往復走行は、作業対象領域CAを短冊状に分割する走行経路要素群であって、作業対象領域CAをメッシュ状に分割する走行経路要素群であっても実現可能である。言い換えると、作業対象領域CAをメッシュ状に分割する走行経路要素群であれば、直線往復走行にも渦巻き走行にもジグザグ走行にも用いることができ、また、作業途中で走行パターンを渦巻き走行から直線往復走行に変更することも可能である。 In this way, the straight line reciprocating traveling can be realized even with a traveling route element group that divides the work target area CA into strips and also with a traveling route element group that divides the work target area CA into a mesh shape. In other words, a travel route element group that divides the work target area CA into a mesh shape can be used for straight line reciprocating travel, swirl travel, and zigzag travel. It is also possible to change to straight line reciprocating traveling.
〔Uターン走行経路の生成原理〕
図13を用いて、Uターン経路算出部603がUターン走行経路を生成する基本原理を説明する。図13では、LS0で示された旋回元の走行経路要素からLS1で示された旋回先の走行経路要素に移行するUターン走行経路が示されている。通常の走行では、LS0が作業対象領域CAにおける走行経路要素であれば、LS1が外周領域SAでの走行経路要素(=中間直進経路)となり、逆に、LS1が作業対象領域CAにおける走行経路要素であれば、LS0が外周領域SAでの走行経路要素(=中間直進経路)となるのが一般的である。走行経路要素LS0とLS1の直線式(または直線上の2点)がメモリに記録されており、これらの直線式からその交点(図13ではPXで示されている)及び交差角(図13ではθで示されている)が算出される。次に、走行経路要素LS0及び走行経路要素LS1に接するとともに、収穫機1の最小旋回半径と等しい半径(図13ではrで示されている)の接円が算出される。この接円と走行経路要素LS0及びLS1との接点(図13ではPS0,PS1で示されている)を結ぶ円弧(接円の一部)が、旋回経路となる。そこで、走行経路要素LS0とLS1との交点PXと、円との接点までの距離Yを、Y=r/(tan(θ/2))で求める。最小旋回半径が収穫機1の仕様により実質的に決まっているため、rは規定値である。なお、rは、最小旋回半径と同一の値でなくても良く、無理のない旋回半径を予め通信端末4等によって設定し、その旋回半径となるような旋回操作をプログラミングしてあれば良い。走行制御的には、旋回元の走行経路要素LS0を走行中に、交点までの距離がYである位置座標(PS0)に到達すると、旋回走行を開始し、次いで、旋回走行中に収穫機1の方位と旋回先の走行経路要素LS1の方位との差が許容値に収まれば旋回走行を終了する。その際、収穫機1の旋回半径は正確に半径rに一致しなくてもよい。旋回先の走行経路要素LS1との距離及び方位差に基づいて操舵制御されることで、収穫機1は旋回先の走行経路要素LS1に移行することができる。
[U-turn travel route generation principle]
The basic principle of the U-turn
図14、図15、図16に、具体的な3つのUターン走行が示されている。図14では、旋回元の走行経路要素LS0及び旋回先の走行経路要素LS1が作業対象領域CAの外辺から傾斜状態に延びているが、鉛直に延びていても同様である。ここでは、外周領域SAにおけるUターン走行経路は、走行経路要素LS0及び走行経路要素LS1の外周領域SAへの延長線、外周領域SAの走行経路要素の一部(線分)である中間直進経路と、2つの円弧状の旋回経路とからなる。このUターン走行経路も、図13を用いて説明された基本原理に準じて、生成することができる。中間直進経路と旋回元の走行経路要素LS0との交差角θ1及び交点PX1、この中間直進経路と旋回先の走行経路要素LS1との交差角θ2及び交点PX2が算出される。さらには、旋回元の走行経路要素LS0と中間直進経路とに接する半径r(=収穫機1の旋回半径)の接円の接点PS10,PS11の位置座標、及び、中間直進経路と旋回先の走行経路要素LS1とに接する半径rの接円の接点PS20,PS21の位置座標が算出される。これらの接点PS10,PS20にて、収穫機1は旋回を開始することなる。同様に、図15で示された、三角形状の突起を形成した作業対象領域CAに対して、その三角形状の突起を迂回するようなUターン走行経路も同様に生成することができる。走行経路要素LS0及びLS1と、外周領域SAの走行経路要素の一部(線分)である2つの中間直進経路との交点が求められる。それぞれの交点の算出には、図13を用いて説明された基本原理が適用される。
14, 15 and 16 show three concrete U-turn runs. In FIG. 14, the traveling route element LS0 of the turning source and the traveling route element LS1 of the turning destination extend in an inclined state from the outer side of the work target area CA, but the same applies even if they extend vertically. Here, the U-turn traveling route in the outer peripheral area SA is an extension line of the traveling route element LS0 and the traveling route element LS1 to the outer peripheral area SA, and an intermediate straight traveling route that is a part (line segment) of the traveling route element in the outer peripheral area SA. And two arcuate turning paths. This U-turn travel route can also be generated according to the basic principle described with reference to FIG. An intersection angle θ1 and an intersection point PX1 between the intermediate straight traveling route and the traveling route element LS0 of the turning source, and an intersection angle θ2 between the traveling route element LS1 of the intermediate straight traveling route and the turning destination and an intersection point PX2 are calculated. Furthermore, the position coordinates of the contact points PS10 and PS11 of the tangent circle of the radius r (=the turning radius of the harvester 1) contacting the traveling route element LS0 of the turning source and the intermediate straight traveling route, and the traveling of the intermediate straight traveling route and the turning destination. The position coordinates of the contact points PS20 and PS21 of the tangent circle having a radius r and contacting with the route element LS1 are calculated. The
図16には、スイッチバックターン走行による旋回走行が示されており、旋回元の走行経路要素LS0から旋回先の走行経路要素LS1に移行する。このスイッチバックターン走行においては、外周領域SAの走行経路要素の一部(線分)である作業対象領域CAの辺に平行な中間直進経路と走行経路要素LS0とに接する半径rの接円と、当該中間直進経路と走行経路要素LS1とに接する半径rの接円とが算出される。図13を用いて説明された基本原理に準じて、この2つの接円と中間直進経路との接点の位置座標、旋回元の走行経路要素LS0と接円との接点の位置座標、旋回先の走行経路要素LS1と接円との接点の位置座標が算定される。これにより、スイッチバックターン走行におけるUターン走行経路が生成される。なお、スイッチバックターン走行では、中間直進経路は後進走行される。 FIG. 16 shows the turning traveling by the switch back turn traveling, and the traveling route element LS0 of the turning source is changed to the traveling route element LS1 of the turning destination. In this switchback turn traveling, a tangent circle having a radius r in contact with the intermediate straight traveling route parallel to the side of the work target area CA which is a part (line segment) of the traveling route element of the outer peripheral area SA and the traveling route element LS0. , A tangent circle having a radius r that is in contact with the intermediate straight traveling route and the traveling route element LS1 is calculated. According to the basic principle described with reference to FIG. 13, the position coordinates of the contact points between the two tangent circles and the intermediate straight path, the position coordinates of the contact points between the turning source travel route element LS0 and the tangent circle, and the turning destination The position coordinates of the contact point between the travel route element LS1 and the tangent circle are calculated. As a result, the U-turn travel route in the switchback turn travel is generated. It should be noted that, in the switchback turn traveling, the intermediate straight traveling route travels backward.
〔渦巻き走行における方向転換ターンについて〕
図17には、上述した渦巻き走行において、走行経路要素の交点で用いられる方向転換ターンの一例が示されている。以降、このターンをαターンと称する。このαターン走行経路は、いわゆる切り返し走行経路の一種であり、走行元の走行経路要素(図17ではLS0で示されている)と旋回先の走行経路要素(図18ではLS1で示されている)の交点(図17ではLS1で示されている)から、前進での旋回経路を経て、後進での旋回経路で旋回先の走行経路要素に接する経路である。αターン走行経路は、αターン走行経路は基準化されているので、走行元の走行経路要素と旋回先の走行経路要素との交差角に応じて生成されたαターン走行経路が予め登録されている。したがって、経路管理部60は、算出された交差角に基づいて適正なαターン走行経路を読み出し、経路設定部64に与える。この構成に代えて、交差角毎の自動制御プログラムを自動走行制御部511に登録しておき、経路管理部60によって算出された交差角に基づいて、自動走行制御部511が適正な自動制御プログラム読み出すような構成を採用してもよい。
[About turning turns in spiral running]
FIG. 17 shows an example of the direction change turn used at the intersection of the traveling route elements in the above-described spiral traveling. Hereinafter, this turn is referred to as an α turn. This α-turn traveling route is a kind of so-called turning traveling route, and is a traveling route element (indicated by LS0 in FIG. 17) and a traveling destination route element (indicated by LS1 in FIG. 18). ) From the intersection point (indicated by LS1 in FIG. 17) through the forward turning path and the reverse turning path that is in contact with the travel destination route element. Since the α-turn traveling route is standardized, the α-turn traveling route generated according to the intersection angle between the traveling-source traveling route element and the turning-destination traveling route element is registered in advance. There is. Therefore, the
〔経路選択のルール〕
経路要素選択部63は、管理センタKSから受け取った作業計画書や通信端末4から人為的に入力された走行パターン(例えば、直線往復走行パターンや渦巻き走行パターン)と、自車位置と、作業状態評価部55から出力される状態情報とに基づいて、走行経路要素を順次選択する。即ち、設定された走行パターンのみを基準にして全走行経路を形成してしまう場合とは異なって、作業前には予測し得ない事態に対応した好適な走行経路が形成される。また、経路要素選択部63には、上述した基本的なルール以外に、以下のような経路選択ルールが予め登録されており、走行パターンと状態情報とに応じて、好適な経路選択ルールが適応される。
[Rules for route selection]
The route
(A1)監視者(搭乗者)による操作により、自動走行から手動走行への移行が要求された場合、手動走行の準備が完了後、経路要素選択部63による走行経路要素の選択が停止される。そのような操作には、自動/手動切替操作具83の操作、制動操作具の操作(特に急停車操作)、操舵操作具(ステアリングレバーなど)による所定操舵角以上の操作、などが含まれる。さらに、走行系検出センサ群81に、自動走行時に搭乗することが要求あれる監視者の不在を検出するセンサ、例えば、座席に設けられた着座検出センサやシートベルトの着装検出センサ、が含まれている場合、このセンサからの信号に基づいて、自動走行制御を停止させることができる。つまり、監視者の不在が検知されると、自動走行制御の開始または停止、あるいは収穫機1の走行自体が、停止される。
(A1) When the shift from the automatic traveling to the manual traveling is requested by the operation by the observer (passenger), the selection of the traveling route element by the route
(A2)自動走行制御部511は、圃場の外形ライン位置と測位データに基づく自車位置との関係(距離)を監視しており、外周領域SAにおける旋回時に、畦と機体との接触を回避するように自動走行を制御する。具体的には、自動走行を停止して収穫機1を停車させたり、ターンの形態を変更(ノーマルUターンからスイッチバックターンやαターンに変更)したり、その領域を通過しない走行経路設定を行ったりする。また、『旋回エリアが狭くなっています。御注意下さい。』等といった報知を行うように構成してあっても良い。
(A2) The automatic
(A3)収穫物タンク14の収穫物の貯留量が満杯または満杯近くとなって、収穫物排出が必要な場合、作業状態評価部55から経路要素選択部63へ、状態情報の1つとして、排出要求(作業対象領域CAでの作業走行からの離脱要求の一種)が出される。この場合、畦際の運搬車CVへの排出作業を行うための駐車位置と自車位置とに基づいて、作業対象領域CAでの作業走行から離脱し、外周領域SAを走行して該駐車位置に向かう、適正な走行経路要素(例えば、最短経路となる走行経路要素)が、外周領域SAに設定された走行経路要素群のうち離脱経路の属性値が与えられたものと、作業対象領域CAに設定された走行経路要素群とから選択される。
(A3) When the storage amount of the harvested product in the harvested
(A4)燃料切れの切迫が評価された場合、燃料補給要求(離脱要求の一種)が出される。この場合も、(A2)と同様に、予め設定されている燃料補給位置である駐車位置と自車位置とに基づいて、燃料補給位置への適正な走行経路要素(例えば、最短経路となる走行経路要素)が選択される。 (A4) When the impending fuel shortage is evaluated, a refueling request (a kind of withdrawal request) is issued. In this case as well, similar to (A2), an appropriate travel route element to the fuel supply position (for example, travel that is the shortest route) is set based on the parking position and the vehicle position that are preset fuel supply positions. (Route element) is selected.
(A5)作業対象領域CAでの作業走行から離脱して、外周領域SAに入った場合、再び作業対象領域CAに復帰する必要がある。この作業対象領域CAへの復帰の始点となる走行経路要素として、離脱点に最も近い走行経路要素、あるいは、外周領域SAでの現在位置から最も近い走行経路要素が、外周領域SAに設定された走行経路要素群のうち復帰経路の属性値が与えられたものと、作業対象領域CAに設定された走行経路要素群とから選択される。 (A5) When leaving the work traveling in the work target area CA and entering the outer peripheral area SA, it is necessary to return to the work target area CA again. The travel route element closest to the departure point or the travel route element closest to the current position in the outer peripheral area SA is set in the outer peripheral area SA as the travel route element serving as the starting point of the return to the work target area CA. The travel route element group is selected from the travel route element group to which the attribute value of the return route is given and the travel route element group set in the work target area CA.
(A6)収穫物排出や燃料補給のため、作業対象領域CAでの作業走行から離脱して、再び作業対象領域CAに戻る走行経路を決定する際、作業対象領域CAにおける既作業(既走行)となって走行禁止の属性が付与された走行経路要素を、走行可能な走行経路要素として復活させる。既作業の走行経路要素を選択することで所定以上の時間短縮が可能な場合には、当該走行経路要素が選択される。さらに、作業対象領域CAから離脱する際の作業対象領域CAにおける走行には後進を用いることも可能である。 (A6) When deciding a travel route for returning from the work traveling in the work target area CA to return to the work target area CA again for harvest discharge or refueling, the work already performed in the work target area CA (previous travel) The travel route element to which the travel prohibition attribute is added is restored as a travelable travel route element. If it is possible to reduce the time more than the predetermined time by selecting the already-worked travel route element, the travel route element is selected. Further, it is also possible to use reverse travel for traveling in the work target area CA when leaving the work target area CA.
(A7)収穫物排出や燃料補給のため、作業対象領域CAでの作業走行から離脱するタイミングは、それぞれの余裕度と駐車位置までの走行時間または走行距離とから決定される。余裕度は、ここでは、収穫物排出であれば、収穫物タンク14における現状の貯留量から満杯になるまでに予測される走行時間または走行距離である。燃料補給であれば、燃料タンクにおける現状の残量から完全に燃料切れになるまでに予測される走行時間または走行距離である。例えば、自動走行中に排出用の駐車位置の近くを通過する際に、余裕度や排出作業に要する時間等に基づいて、駐車位置を通り過ぎて、満杯になってから離脱して駐車位置に戻ってくる場合と、駐車位置の近くを通るついでに排出も行う場合とで、いずれが、最終的に効率的な走行であるか(総作業時間が短いとか総走行距離が短いとか)を判定する。あまりにも少ない量のときに排出作業を行うと、全体として排出回数が増えてしまい、効率的ではないし、ほぼ満杯なのであれば、ついでに排出してしまう方が効率的である。
(A7) The timing of leaving the work traveling in the work target area CA for discharging the harvested product and refueling is determined from each margin and the traveling time or traveling distance to the parking position. Here, the margin is a travel time or a travel distance predicted from the current storage amount in the
(A8)図18には、作業対象領域CAから離脱後に再開される作業走行で選択される走行経路要素が、離脱前の作業走行の続きではないケースが示されている。このケースでは、直線往復走行パターンが予め設定されている。図18では、駐車位置は符号PPで示されており、かつ、比較例として、作業対象領域CAを180°のUターン走行を伴う直線往復走行で順調に作業走行しきった場合の走行経路が点線で示されている。実際の走行軌跡は太実線で示されている。作業走行の進行に伴って、順次、直線状の走行経路要素とUターン走行経路とが選択される(ステップ#01)。 (A8) FIG. 18 shows a case where the travel route element selected in the work traveling restarted after leaving the work target area CA is not a continuation of the work traveling before the departure. In this case, the straight line reciprocating traveling pattern is preset. In FIG. 18, the parking position is indicated by the reference numeral PP, and as a comparative example, the travel route when the work travel is smoothly completed in the straight reciprocating travel involving the U-turn travel of 180° in the work target area CA is a dotted line. Indicated by. The actual running locus is shown by a thick solid line. As the work traveling progresses, a linear traveling route element and a U-turn traveling route are sequentially selected (step #01).
作業走行の途中で(ステップ#02)、離脱要求が発生すると、作業対象領域CAから外周領域SAに進む走行経路が算出される。この地点では、現在走行中の走行経路要素に沿ってそのまま直進して外周領域SAに出る経路と、現在走行中の走行経路要素から90°旋回し、既刈地(=既走行の属性を持つ走行経路要素の集合部分)を通過して駐車位置が存在する外周領域SAに出る経路とが考えられる。ここでは、より走行距離が短い後者の経路が選択される(ステップ#03)。この後者の離脱走行では、90°旋回後の作業対象領域CAでの離脱走行経路要素として、外周領域SAに設定されている走行経路要素を離脱点まで平行移動させたものが用いられる。但し、時間的な余裕を持って離脱要求がなされるのであれば、前者の経路が選択される。この前者の離脱走行では、作業対象領域CAでの離脱走行中において、収穫作業が続行されるので、作業効率の点で利点がある。 When a departure request is generated in the middle of work traveling (step #02), a traveling route from the work target area CA to the outer peripheral area SA is calculated. At this point, the vehicle goes straight along the traveling route element currently traveling and goes out to the outer peripheral area SA, and turns 90° from the traveling route element currently traveling, and has a cut land (=the attribute of already traveling). It can be considered as a route that passes through the traveling route element collection portion) and exits to the outer peripheral area SA where the parking position exists. Here, the latter route having a shorter traveling distance is selected (step #03). In the latter departure traveling, the traveling traveling route element set in the outer peripheral area SA is translated to the departure point as the traveling traveling route element in the work target area CA after turning 90°. However, if the departure request is made with sufficient time, the former route is selected. In the former departure traveling, since the harvesting work is continued during the departure traveling in the work target area CA, there is an advantage in work efficiency.
収穫機1は、作業対象領域CAでの作業走行を離脱して、作業対象領域CA及び外周領域SAを離脱走行して駐車位置に到着すると、作業支援車から支援を受ける。この例では、運搬車CVに収穫物タンク14に貯留された収穫物が排出される。
When the
収穫物の排出が完了すると、作業走行に復帰するため、離脱要求が発生した地点に戻る必要がある。図18の例では、離脱要求が発生した時に走行していた走行経路要素が未作業部分を残しているので、当該走行経路要素に戻る。このため、収穫機1は、駐車位置から外周領域SAの走行経路要素を選択して、左回りに走行し、目的とする走行経路要素の端点に達すると、そこで90°旋回して当該走行経路要素に入り、作業走行を行う。離脱要求が発生した地点を過ぎれば、収穫機1は非作業で走行し、Uターン走行経路を経て、次の走行経路要素を作業走行する(ステップ#04)。以後は、直線往復走行を続行し、この作業対象領域CAでの作業走行を完了する(ステップ#05)。
When the discharge of the harvested products is completed, it is necessary to return to the point where the withdrawal request is made in order to return to the work traveling. In the example of FIG. 18, the travel route element that was traveling when the departure request was generated leaves an unworked portion, so the process returns to the travel route element. Therefore, the
(A9)圃場内の走行障害物の位置が入力されている作業地データに含まれている場合、あるいは収穫機1に障害物位置検出装置が装備されている場合、障害物の位置と自車位置とに基づいて、障害物回避走行のための走行経路要素が選択される。この障害物回避目的の選択ルールとして、障害物にできるだけ近接した迂回経路をとる走行経路要素を選択するルールや、一旦外周領域SAに出てから作業対象領域CAに入る際に障害物の存在しない直線経路を取ることができる走行経路要素を選択するルールがある。
(A9) If the position of the traveling obstacle in the field is included in the input work site data, or if the
(A10)渦巻き走行パターンが設定されている場合に、選択対象となる走行経路要素の長さが短くなると、自動的に、直線往復走行パターンに変更する。面積が狭くなった場合は、前後進を行うαターン等の方向転換ターンを含む渦巻き走行は非効率的になりがちだからである。 (A10) When the spiral traveling pattern is set and the length of the travel route element to be selected becomes short, the straight traveling pattern is automatically changed. This is because when the area becomes smaller, the spiral traveling including the turning turns such as the α-turns for forward and backward movement tends to be inefficient.
(A11)慣行走行で走行している場合において、未作業地、つまり作業対象領域CAにおける走行経路要素群における未作業(未走行)の走行経路要素の数が所定値以下になった場合、慣行走行から自動走行に自動的に切り替えられる。また、収穫機1が、メッシュ直線群で網羅された作業対象領域CAを外から内への渦巻き走行で作業している場合、残された未作業地の面積が少なくなって、未作業走行経路要素の数が所定値以下になった場合、渦巻き走行から直線往復走行に切り替えられる。この場合では、上述したように、無駄な走行を避けるために、中間直進経路の属性を持つ走行経路要素が、外周領域SAから作業対象領域CAの未作業地付近まで平行移動される。
(A11) If the number of unworked (untraveled) travel route elements in the unworked site, that is, the travel route element group in the work target area CA is equal to or less than a predetermined value in the case of traveling in the customary traveling, It can be automatically switched from driving to automatic driving. Further, when the
(A12)稲作や麦作などの圃場では、苗の作付け列である条(畝)に平行に収穫機1を走行させることが、収穫作業の効率が向上させる。このため、経路要素選択部63による走行経路要素の選択において、条に平行な走行経路要素ほど選択されやすくする。ただし、作業走行開始時に、機体の姿勢が条方向に平行な姿勢や位置でない場合には、条方向と交差する方向に沿った走行であっても、条に平行な姿勢とするための走行によって作業を行うように構成する。これにより、少しでも無駄な走行(非作業走行)を減らし、早く作業を終えられる。
(A12) In fields such as rice cultivation and wheat cultivation, the efficiency of the harvesting work is improved by running the harvesting
〔協調走行制御〕
上述した実施形態では、圃場の作業走行は1台の収穫機1で行われていた。もちろん、本発明は、複数台の作業車の使用にも適用可能である。ここでは、理解のしやすさのために、2台の収穫機1によって作業走行(自動走行)する形態を説明する。図19には、マスタ収穫機1mとして機能する第1作業車と、スレーブ収穫機1sとして機能する第2作業車とが協調して、1つの圃場の作業走行の様子が示されている。マスタ収穫機1mには、監視者が乗り込んでおり、監視者は、マスタ収穫機1mに持ち込まれた通信端末4を操作する。便宜的に、マスタ及びスレーブという用語を使用したが、これらに主従関係はなく、マスタ収穫機1m及びスレーブ収穫機1sは、上述した走行経路設定ルーチン(走行経路要素の選択ルール)に基づいてそれぞれ独自にルート設定して自動走行を行う。ただし、マスタ収穫機1mとスレーブ収穫機1sとの間はそれぞれの通信処理部70を介してデータ通信可能であり、状態情報の交換を行う。通信端末4は、マスタ収穫機1mに監視者の指令や走行経路に関するデータなどを与えるだけでなく、通信端末4とマスタ収穫機1mとを介して、スレーブ収穫機1sにも監視者の指令や走行経路に関するデータを与えることができる。例えば、スレーブ収穫機1sの作業状態評価部55から出力された状態情報はマスタ収穫機1mにも転送され、マスタ収穫機1mの作業状態評価部55から出力された状態情報はスレーブ収穫機1sにも転送される。したがって、双方の経路要素選択部63は、双方の状態情報と双方の自車位置とを考慮して次走行経路要素を選択する機能を有する。また、通信端末4に、経路管理部60と経路要素選択部63が構築されている場合には、双方の収穫機1が、状態情報を通信端末4に与え、そこで選択された次走行経路要素を受け取ることになる。
[Cooperative driving control]
In the above-described embodiment, the work traveling in the field is performed by one
図20には、図7と同様に、作業幅でメッシュ分割するメッシュ直線からなるメッシュ直線群で網羅されたた作業対象領域CAが示されている。ここでは、マスタ収穫機1mは、作業対象領域CAを示す変形四角形の右下の頂点付近から走行経路要素L11に入り、走行経路要素L11と走行経路要素L21との交点で左旋回して走行経路要素L21に入る。さらに、走行経路要素L21と走行経路要素L32との交点で左旋回して走行経路要素L32に入る。このようにして、マスタ収穫機1mは、左旋回の渦巻き走行を行う。これに対して、スレーブ収穫機1sは、作業対象領域CAの左上の頂点付近から走行経路要素L31に入り、走行経路要素L31と走行経路要素L41との交点で左旋回して走行経路要素L41に入る。さらに、走行経路要素L41と走行経路要素L12との交点で左旋回して走行経路要素L12に入る。このようにして、スレーブ収穫機1sは、左旋回の渦巻き走行を行う。図20から明らかなように、マスタ収穫機1mの走行軌跡の間にスレーブ収穫機1sの走行軌跡が入り込むような協調制御が行われるので、マスタ収穫機1mは、自己の作業幅とスレーブ収穫機1sの作業幅とを合わせた幅だけ間隔をあけた渦巻き走行となり、スレーブ収穫機1sは、自己の作業幅とマスタ収穫機1mの作業幅とを合わせた幅だけ間隔をあけた渦巻き走行となる。マスタ収穫機1mの走行軌跡とスレーブ収穫機1sの走行軌跡とは、2重渦巻きを作り出している。
Similar to FIG. 7, FIG. 20 shows a work target area CA covered by a mesh straight line group including mesh straight lines that are divided into meshes by the work width. Here, the
なお、作業対象領域CAは、外側の周回走行によって形成される外周領域SAによって規定されるので、最初に外周領域SAを形成するための周回走行を、マスタ収穫機1mとスレーブ収穫機1sとの何れかによって行う必要がある。この周回走行も、マスタ収穫機1mとスレーブ収穫機1sとの協調制御で行うことも可能である。
Since the work target area CA is defined by the outer peripheral area SA formed by the outer peripheral traveling, the first peripheral traveling for forming the outer peripheral area SA is performed between the
図20で示された走行軌跡は理論的ものである。実際には、作業状態評価部55から出力される状態情報に対応して、マスタ収穫機1mの走行軌跡とスレーブ収穫機1sの走行経路は修正され、その走行軌跡も、完全な2重渦巻きにはならない。そのような修正走行の一例が、図21を用いて以下に説明される。図21では、圃場の外側(畦)において、第1辺S1の中央外側に対応する位置に、収穫機1によって収穫された収穫物を搬送する運搬車CVが駐車している。そして、外周領域SAにおける運搬車CVに隣り合う位置に、運搬車CVへの収穫物排出作業のために収穫機1が駐車される駐車位置が設定されている。図21は、スレーブ収穫機1sが、作業走行の途中で、作業対象領域CAでの走行経路要素から離脱して、外周領域SAを周回走行し、収穫物を運搬車CVに排出し、再び外周領域SAを周回走行し、作業対象領域CAでの走行経路要素に復帰する様子を示している。
The traveling locus shown in FIG. 20 is theoretical. Actually, the traveling locus of the
まず、スレーブ収穫機1sの経路要素選択部63は、離脱要求(収穫物排出)が発生すると、貯留量の余裕と、駐車位置までの走行距離等に基づいて、外周領域SAにおける離脱経路の属性地を持つ走行経路要素と、その離脱経路属性の走行経路要素への離脱元となる走行経路要素と、を選択する。本形態では、外周領域SAのうち駐車位置が設定された領域に設定されている走行経路要素と、現在走行している走行経路要素L41とが選択されており、走行経路要素L41と走行経路要素L12との交点が離脱点となっている。外周領域SAに進んだスレーブ収穫機1sは、外周領域SAの走行経路要素(離脱経路)に沿って駐車位置まで走行し、駐車位置にて運搬車CVに収穫物を排出する。
First, when a leaving request (harvest discharge) is generated, the route
マスタ収穫機1mは、スレーブ収穫機1sが作業対象領域CAでの作業走行を離脱して収穫物の排出を行っている間も、作業対象領域CAでの作業走行を継続する。但し、スレーブ収穫機1sは、走行経路要素L42の走行中において、本来なら走行経路要素L42と走行経路要素L13との交点で走行経路要素L13を選択する予定であった。しかし、スレーブ収穫機1sの離脱により走行経路要素L12の走行がキャンセルされたので、走行経路要素L12は未刈地(未走行)となっている。このため、マスタ収穫機1mの経路要素選択部63は、走行経路要素L13に代えて走行経路要素L12を選択する。つまり、マスタ収穫機1mは、走行経路要素L42と走行経路要素L12との交点まで走行して、そこで左折して、走行経路要素L12を走行する。
The
スレーブ収穫機1sが収穫物排出を終えると、スレーブ収穫機1sの経路要素選択部63は、スレーブ収穫機1sの現位置及び自動走行速度と、作業対象領域CAにおける走行経路要素の属性(未走行/既走行)と、マスタ収穫機1mの現位置及び自動走行速度と等に基づいて、復帰するべき走行経路要素を選択する。本形態では、最も外側に位置する未作業走行経路要素である走行経路要素L43が選択されている。スレーブ収穫機1sは、駐車位置から、外周領域SAを、復帰経路の属性を有する走行経路要素に沿って左回りに走行して、走行経路要素L43の左端から走行経路要素L43に入る。スレーブ収穫機1sの経路要素選択部63が走行経路要素L43を選択すると、その情報が、状態情報としてマスタ収穫機1mに送信される。マスタ収穫機1mの経路要素選択部63は、走行経路要素L33まで走行経路を選択していたとすると、次の走行経路要素として、走行経路要素L43の内側隣の走行経路要素L44を選択する。このことは、マスタ収穫機1mとスレーブ収穫機1sとが、走行経路要素L33と走行経路要素L44との交点付近で近接する可能性があることを意味する。そこで、両収穫機1m,1sの走行制御部51または何れか一方の走行制御部51は、当該交点のマスタ収穫機1mとスレーブ収穫機1sとの当該交点付近の通過時間差を算出し、その通過時間差が所定値以下なら、通過時間が遅い方の収穫機1(ここではマスタ収穫機1m)が衝突回避のため一時停車するように制御する。スレーブ収穫機1sが当該交点を通過した後に、マスタ収穫機1mが再び自動走行を開始する。このようにマスタ収穫機1mとスレーブ収穫機1sとが、互いに自車位置や選択した走行経路要素などの情報を交換しているので、衝突回避行動や遅延回避行動を実行することができる。
When the
このような衝突回避行動や遅延回避行動は、図22及び図23で示すように、直線往復走行においても実行される。なお、図22及び図23では、互いに平行な直線からなる平行直線群は、L01、L02、・・・L10で示されており、L01−L04が既作業の走行経路要素であり、L05−L10が未作業の走行経路要素である。図22では、マスタ収穫機1mが駐車位置に向かうために外周領域SAを走行し、スレーブ収穫機1sが作業対象領域CAの下端で、詳しくは走行経路要素L04の下端で一時停止している。スレーブ収穫機1sが走行経路要素L04からUターン走行で走行経路要素L07に移行するために外周領域SAに進入すると、マスタ収穫機1mと衝突するので、スレーブ収穫機1sが、衝突回避行動として一時停車しているのである。そして、駐車位置にマスタ収穫機1mが駐車した場合、走行経路要素L05、L06、L07を用いた作業対象領域CAへの進入や作業対象領域CAからの離脱は不可能となるので、走行経路要素L05、L06、L07は一時的に走行禁止(選択禁止)となる。マスタ収穫機1mが排出作業を終え、駐車位置から移動すると、スレーブ収穫機1sの経路要素選択部63が、マスタ収穫機1mの走行経路を加味して、走行経路要素L05−L10から、次に移行すべき走行経路要素を選択し、スレーブ収穫機1sは自動走行を再開する。
Such a collision avoidance action and a delay avoidance action are also executed in straight line reciprocating traveling as shown in FIGS. 22 and 23. 22 and 23, a parallel straight line group composed of straight lines parallel to each other is indicated by L01, L02,... L10, L01-L04 are already-worked travel route elements, and L05-L10. Is an unworked travel route element. In FIG. 22, the
また、駐車位置にてマスタ収穫機1mが排出作業を行っている間にも、スレーブ収穫機1sが作業を続けることも可能である。その例を図23に示してある。このケースでは、スレーブ収穫機1sの経路要素選択部63は、通常であれば、走行経路要素優先度が「1」である3レーン先の走行経路要素L07を、移行先の走行経路要素として選択するが、走行経路要素L07は、図22の例と同様に走行禁止となっている。そこで、次に優先度が高い走行経路要素L08が選択される。走行経路要素L04から走行経路要素L08への移動経路としては、既走行となった現在の走行経路要素L04を後進する経路(図23で実線で示されている)や、走行経路要素L04の下端から右回りで前進して外周領域SAに出る経路(図23で点線で示されている)等の複数の経路が算出され、最も効率の良い経路、例えば最短となる経路(この形態では実線の経路)が選択される。
Further, the
上述したように、複数台の収穫機1が協調して、1つの圃場の作業走行する場合でも、それぞれの経路要素選択部63は、管理センタKSから受け取った作業計画書や通信端末4から人為的に入力された走行パターン(例えば、直線往復走行パターンや渦巻き走行パターン)と、自車位置と、それぞれの作業状態評価部55から出力される状態情報と、予め登録されている選択ルールとに基づいて、走行経路要素を順次選択していく。以下に、上述した(A1)−(A12)以外のルールであって、複数台の収穫機1が協調して作業走行する場合に特有な選択ルールを列挙する。
As described above, even when a plurality of
(B1)協調して作業走行する複数の収穫機1は、同じ走行パターンで自動走行する。
例えば、一方の収穫機1に直線往復走行パターンが設定されている場合は、他方の収穫機1にも直線往復走行パターンが設定される。
(B1) The plurality of
For example, when the linear reciprocating traveling pattern is set for one
(B2)渦巻き走行パターンが設定されている場合に、一方の収穫機1が作業対象領域CAでの作業走行から離脱して外周領域SAに入ると、他方の収穫機1は、より外側の走行経路要素を選択する。その結果、離脱した収穫機1の走行予定経路を残しておくのではなく、離脱した収穫機1が走行する予定の走行経路要素を先取りする。
(B2) When one of the
(B3)渦巻き走行パターンが設定されている場合に、離脱した収穫機1が再び作業対象領域CAでの作業走行に復帰するに際しては、作業走行中の収穫機1から遠く、かつ、未作業の属性を持つ走行経路要素を選択する。
(B3) When the spiral traveling pattern is set, when the
(B4)渦巻き走行パターンが設定されている場合に、選択対象となる走行経路要素の長さが短くなると、1台のみの収穫機1で作業走行を実行し、残りの収穫機1は作業走行から離脱する。
(B4) When the spiral traveling pattern is set and the length of the travel route element to be selected becomes short, the work traveling is executed by only one
(B5)渦巻き走行パターンが設定されている場合、衝突危険性を回避するため、複数の収穫機1が、作業対象領域CAの外形を示す多角形の辺に平行な走行経路要素群から走行経路要素を同時に選択することを禁止する。
(B5) When the spiral traveling pattern is set, in order to avoid the risk of collision, the plurality of
(B6)直線往復走行パターンが設定されている場合、何れかの収穫機1がUターン走行しているときは、他の収穫機1は、外周領域SAのうちUターン走行が実行されている領域に進入しないように自動走行制御される。
(B6) When the linear reciprocating traveling pattern is set, when one of the
(B7)直線往復走行パターンが設定されている場合、次の走行経路要素としては、他の収穫機1が次に走行予定の走行経路要素または現在走行している走行経路要素から少なくとも2つ以上の走行経路要素が飛ばされた位置にある走行経路要素が選択される。
(B7) When the linear reciprocating traveling pattern is set, as the next traveling route element, at least two or more traveling route elements from which the
(B8)収穫物排出や燃料補給のため、作業対象領域CAでの作業走行から離脱するタイミングの決定、及び、走行経路要素の選択は、余裕度と駐車位置までの走行時間とだけでなく、複数の収穫機1が同時に離脱しないことを条件に加えて行われる。
(B8) In order to determine the timing of leaving work traveling in the work target area CA and to select the travel route element for harvest discharge and refueling, not only the margin and the travel time to the parking position, but also This is performed on the condition that a plurality of
(B9)マスタ収穫機1mにて慣行走行が設定されている場合、スレーブ収穫機1sは、マスタ収穫機1mに追従する自動走行を行う。
(B9) When the normal traveling is set in the
(B10)マスタ収穫機1mの収穫物タンク14の容量とスレーブ収穫機1sの収穫物タンク14の容量とが異なる場合に、同時またはほぼ同時に排出要求が出されると、容量が少ない収穫機1が先に排出作業を行う。排出できない収穫機1の排出待機時間(非作業時間)が短くなり、圃場の収穫作業を少しでも早く終了できる。
(B10) When the capacity of the
(B11)1つの圃場が相当広い場合は、1つの圃場を中割りによって複数の区画に区分けし、各区画に1台の収穫機1を投入する。図24は、作業対象領域CAの中央に帯状の中割り領域CCを形成して、作業対象領域CAを2つの区画CA1とCA2とに区分けする中割り過程の途中を示す説明図であり、図25は、中割り過程の終了後を示す説明図である。この実施形態では、マスタ収穫機1mが中割り領域CCを形成する。マスタ収穫機1mが中割りを行っている間、スレーブ収穫機1sは、区画CA2で、例えば直線往復走行パターンで作業走行を行う。この作業走行に先立って、区画CA2のための走行経路要素群が生成される。その際、区画CA2の中割り領域CC側の作業幅一本分に対応する走行経路要素は、中割り過程が終了するまで、選択禁止とし、マスタ収穫機1mとスレーブ収穫機1sとの接触を回避する。
(B11) When one farm field is considerably wide, one farm field is divided into a plurality of sections by splitting, and one
中割り過程が終了すると、マスタ収穫機1mは区画CA1のために算出された走行経路要素群を用いて、単独作業走行のように走行制御され、スレーブ収穫機1sは区画CA1のために算出された走行経路要素群を用いて、単独作業走行のように走行制御される。どちらかの収穫機1が先に作業を完了した場合、作業が残っている区画に入って、当該収穫機1と他の収穫機1との協調制御が開始される。担当する区画での作業が終了した収穫機1は、他の収穫機1の作業のサポートをするために、他の収穫機1の担当区画に向かうように自動走行する。
When the splitting process is completed, the
圃場の規模がさらに大きい場合には、図26に示すように、圃場が格子状に中割りされる。この中割りは、マスタ収穫機1mとスレーブ収穫機1sとで行うことができる。格子状の中割りで形成された区画にマスタ収穫機1mによる作業とスレーブ収穫機1sによる作業とが振り分けられ、それぞれの区画において、単独の収穫機1による作業走行を実施される。但し、マスタ収穫機1mとスレーブ収穫機1sとの距離が所定値以上に離れないという条件で、走行経路要素が選択される。これは、スレーブ収穫機1sがマスタ収穫機1mから離れ過ぎると、マスタ収穫機1mに搭乗している監視者によるスレーブ収穫機1sの作業走行の監視や、互いの状態情報の交信が困難になるためである。図26のような形態の場合は、担当する区画での作業が終了した収穫機1は、他の収穫機1の作業のサポートをするために、他の収穫機1の担当区画に向かうように自動走行しても良いし、自車の担当である次の区画に向かうように自動走行しても良い。
When the scale of the field is larger, the field is divided into grids as shown in FIG. This middle division can be performed by the
運搬車CVの駐車位置や、燃料補給車の駐車位置は、外周領域SAの外側となるので、作業走行している区画によっては、収穫物排出や燃料補給のための走行経路が長くなり、その走行時間が無駄となる。このため、駐車位置への往き走行及び駐車位置からの戻り走行の際に、通り道となる区画の作業走行を実施するような走行経路要素と周回走行経路要素が選択される。 Since the parking position of the transport vehicle CV and the parking position of the refueling vehicle are outside the outer peripheral area SA, the traveling route for harvest discharge and refueling becomes long depending on the section in which the work traveling is performed. Travel time is wasted. Therefore, when the vehicle travels to the parking position and returns from the parking position, the traveling route element and the circular traveling route element are selected so as to carry out the work traveling of the section serving as a passage.
〔協調自動走行時における作業装置機器群等のパラメータの微調整について〕
マスタ収穫機1mとスレーブ収穫機1sとが協調して作業走行する場合、通常マスタ収穫機1mには、監視者が搭乗しているので、マスタ収穫機1mについては、必要に応じて、通信端末4を通じて、自動走行制御における車両走行機器群71や作業装置機器群72に対するパラメータの値を微調整できる。マスタ収穫機1mの車両走行機器群71や作業装置機器群72に対するパラメータの値を、スレーブ収穫機1sにおいても実現するため、図27に示すように、マスタ収穫機1mからスレーブ収穫機1sのパラメータを調整できる構成を採用することができる。ただし、通信端末4は、スレーブ収穫機1sにも備えられていても何ら問題はない。なぜならば、スレーブ収穫機1sも、単独自動走行をしたり、マスタ収穫機1mとして使用されうるからである。
[Fine adjustment of parameters such as work equipment devices during cooperative automatic driving]
When the
図27に示された通信端末4には、パラメータ取得部45と、パラメータ調整指令生成部46とが構築されている。パラメータ取得部45は、マスタ収穫機1mとスレーブ収穫機1sとで設定されている機器パラメータを取得する。これにより、通信端末4のタッチパネル41の表示パネル部にマスタ収穫機1m及びスレーブ収穫機1sの機器パラメータの設定値を表示させることができる。マスタ収穫機1mに搭乗している監視者は、タッチパネル41を通じて、マスタ収穫機1m及びスレーブ収穫機1sの機器パラメータを調整するための機器パラメータ調整量を入力する。パラメータ調整指令生成部46は、入力された機器パラメータ調整量に基づいて、対応する機器パラメータを調整するパラメータ調整指令を生成して、マスタ収穫機1m及びスレーブ収穫機1sに送信する。このような通信のための通信インタフェースとして、マスタ収穫機1m及びスレーブ収穫機1sの制御ユニット5には通信処理部70が備えられており、通信端末4には通信制御部40が備えられている。マスタ収穫機1mの機器パラメータの調整に関しては、監視者がマスタ収穫機1mに装備されている各種操作具を用いて、直接行ってもよい。機器パラメータは、走行機器パラメータと作業機器パラメータとに分けられ、走行機器パラメータには、車速とエンジン回転数とが含まれ、作業機器パラメータには収穫部15の高さやリール17の高さが含まれている。
In the
〔別の実施形態〕
(1)上述の実施形態では、事前の周回走行によって、直線往復走行におけるUターン走行にとっても、渦巻き走行における方向転換ターン(αターン)にとっても十分な広さのスペースが確保されることを前提に自動走行の説明をした。しかし、一般的には、Uターン走行に要するスペースは、方向転換ターンに要するスペースよりも広く、事前の周回走行では、Uターン走行にはスペースが十分でないことが有り得る。しかし、周回走行は手動走行であるため、しかも、選択される走行パターンが必ずしもUターン走行であるとは限らないため、Uターン走行を前提に周回走行を行うと手動走行の走行時間や走行距離が長くなり、例えば、不慣れな運転者が周回走行を行う場合に、作業効率が悪くなってしまう恐れがある。そこで、以下のような自動走行制御を実行できるように構成してあっても良い。
[Another embodiment]
(1) In the above-described embodiment, it is premised that the preliminary round traveling ensures a sufficient space for both the U-turn traveling in the straight line reciprocating traveling and the direction change turn (α turn) in the spiral traveling. I explained the automatic driving. However, in general, the space required for U-turn traveling is wider than the space required for direction-changing turns, and it is possible that there is insufficient space for U-turn traveling in advance in the orbital traveling. However, since the orbital traveling is a manual traveling, and the traveling pattern selected is not necessarily the U-turn traveling, if the orbital traveling is performed on the assumption that the U-turn traveling is performed, the traveling time and the traveling distance of the manual traveling are reduced. Becomes longer, and for example, when an unfamiliar driver makes a round trip, work efficiency may deteriorate. Therefore, the following automatic traveling control may be executed.
走行パターンとして、直線往復走行パターンが設定され、かつ、図28に示すように、駐車位置を含むその周辺領域(図28では、記号PPが付与された斜線部分)がUターン経路群に向かい合った場合、監視者によって自動走行の開始が指示されると、自動的に、もう一周の周回走行を行う。この際、作業対象領域CAの最外側に位置している走行経路要素が、外周領域SAを内側に拡大させる自動周回走行の一部として利用される。自動走行の開始前には、ステップ#01に示すように、駐車位置の周辺領域が、Uターン経路群ULと接近している。ステップ#02に示すように、左端の走行経路要素Lsと、右端の走行経路要素Leとを対辺とする矩形状の追加周回走行経路(太線)が算出され、自動走行が開始されると、この追加的な周回走行経路に沿った自動走行(作業走行)実行される。これにより、1作業幅分のスペースが、駐車位置の周辺領域に新たに作り出され、外周領域SAが拡大される。その後、ステップ#03に示すように、1作業幅分だけ縮小された作業対象領域CAに対して、Uターン走行パターンによる作業走行が開始される。
As the traveling pattern, a linear reciprocating traveling pattern is set, and as shown in FIG. 28, the peripheral area including the parking position (in FIG. 28, the shaded portion marked with the symbol PP) faces the U-turn route group. In this case, when the supervisor instructs the start of the automatic traveling, the vehicle automatically performs another round traveling. At this time, the travel route element located on the outermost side of the work target area CA is used as a part of the automatic orbital traveling for enlarging the outer peripheral area SA inward. Before the automatic traveling is started, the peripheral area of the parking position is close to the U-turn route group UL, as shown in
(2)上述の実施形態では、直線往復走行パターンが設定されている場合に、外周領域SAにおいてUターン走行が行われる領域に、運搬車CV等の支援車への作業のための駐車位置が設定されていると、排出作業等のために停車している収穫機1とは別の収穫機1は、排出作業等の終了を停止して待機したり、駐車位置を迂回する走行経路要素が選択されたりするように構成されていた。しかし、このような場合に、駐車位置よりも内周側にUターン走行を行うのに十分なスペースを確保するために、自動走行(作業走行)が開始されると、1台または複数台の収穫機1が自動で作業対象領域CAの外周部を何周か周回走行するように構成してあっても良い。
(2) In the above-described embodiment, when the linear reciprocating traveling pattern is set, the parking position for work on the support vehicle such as the carrier vehicle CV is provided in the area where the U-turn traveling is performed in the outer peripheral area SA. If set, a
(3)上述した実施形態では、第1作業車であるマスタ収穫機1mと第2作業車であるスレーブ収穫機1sとの作業幅が同じであると見なして、走行経路要素の設定及び選択について説明した。ここでは、マスタ収穫機1mの作業幅とスレーブ収穫機1sとの作業幅とが異なる場合に、どのように走行経路要素の設定及び選択がなされるかについて、2つの例を挙げて説明する。マスタ収穫機1mの作業幅を第1作業幅とし、スレーブ収穫機1sの作業幅を第2作業幅として説明する。理解しやすいように、具体的に、第1作業幅を「6」とし、第2作業幅を「4」としている。
(3) In the above-described embodiment, regarding the setting and selection of the travel route element, it is assumed that the
(3−1)図29には、直線往復走行パターンが設定されている場合の例が示されている。このケースでは、経路管理部60は、第1作業幅と第2作業幅の最大公約数または近似最大公約数である基準幅で、作業対象領域CAを網羅する多数の走行経路要素の集合体である走行経路要素群を算出する。第1作業幅が「6」、第2作業幅が「4」であるから、基準幅は「2」となる。図29では、走行経路要素を識別するため、01から20までの数を、経路番号として各走行経路要素に付してある。
(3-1) FIG. 29 shows an example of the case where a linear reciprocating traveling pattern is set. In this case, the
経路番号17の走行経路要素からマスタ収穫機1mが出発し、経路番号12の走行経路要素からスレーブ収穫機1sが出発するものとする。経路要素選択部63は、図6に示すように、マスタ収穫機1mの走行経路要素を選択する機能を有する第1経路要素選択部631と、スレーブ収穫機1sの走行経路要素を選択する機能を有する第2経路要素選択部632とに分けられている。経路要素選択部63がマスタ収穫機1mの制御ユニット5に構築されている場合、第2経路要素選択部632によって選択された次走行経路要素は、マスタ収穫機1mの通信処理部70とスレーブ収穫機1sの通信処理部70とを介してスレーブ収穫機1sの自動走行制御部511に与えられる。なお、作業幅の中心または収穫機1の中心と走行経路要素とは必ずしも一致しなくてもよく、偏差があれば、その偏差を考慮した自動走行制御が行われる。
It is assumed that the
図29に示されているように、第1経路要素選択部631は、第1作業幅または第2作業幅の整数倍の領域(未走行でも既走行でも可)、あるいは、第1作業幅の整数倍と第2作業幅の整数倍との合計の領域(未走行でも既走行でも可)を残すように、未走行となっている走行経路要素群から、次の走行経路要素を選択する。選択された次走行経路要素は、マスタ収穫機1mの自動走行制御部511に与えられる。同様に、第2経路要素選択部632は、第1作業幅または第2作業幅の整数倍の領域(未走行でも既走行でも可)、あるいは、第1作業幅の整数倍と第2作業幅の整数倍との合計の領域(未走行でも既走行でも可)を残すように、未走行となっている走行経路要素群から、次の走行経路要素を選択する。
As shown in FIG. 29, the first route
つまり、第1経路要素選択部631または第2経路要素選択部632によって与えられた次走行経路要素に沿ってマスタ収穫機1mまたはスレーブ収穫機1sが自動走行した後には、作業対象領域CAには、第1作業幅または第2作業幅の整数倍の幅を有する未走行の領域が残され続けることとなる。しかし、最終的には、第2作業幅未満の狭い幅を有する未作業領域が残る可能性があるが、そのような最後に残った未作業領域は、マスタ収穫機1mまたはスレーブ収穫機1sのいずれかで作業走行される。
That is, after the
(3−2)図30には、渦巻き走行パターンが設定されている場合の例が示されている。
このケースでは、作業対象領域CAに、縦横の間隔が第1作業幅である縦直線群と横直線群とで走行経路要素群が設定される。横直線群に属する走行経路要素には、その経路番号として、X1からX9の記号が与えられており、縦直線群に属する走行経路要素には、その経路番号として、Y1からY9の記号が与えられている。
(3-2) FIG. 30 shows an example in which a spiral traveling pattern is set.
In this case, the travel route element group is set in the work target area CA by the vertical straight line group and the horizontal straight line group whose vertical and horizontal intervals are the first work width. The travel route elements belonging to the horizontal straight line group are given the symbols X1 to X9 as their route numbers, and the travel route elements belonging to the vertical straight line group are given the symbols Y1 to Y9 as their route numbers. Has been.
図30は、マスタ収穫機1mとスレーブ収穫機1sとが外から内にかけて左回りの二重渦巻き線を描くような渦巻き走行パターンが設定されている。経路番号Y1の走行経路要素からマスタ収穫機1mが出発し、経路番号X1の走行経路要素からスレーブ収穫機1sが出発するものとする。経路要素選択部63は、このケースでも、第1経路要素選択部631と第2経路要素選択部632とに分けられている。
In FIG. 30, the spiral traveling pattern is set such that the
図30に示すように、マスタ収穫機1mは、まず、第1経路要素選択部631によって最初に選択された経路番号Y1の走行経路要素を走行する。しかしながら、図30で示された走行経路要素群は、当初第1作業幅を間隔として算出されているので、第1作業幅より狭い第2作業幅を有するスレーブ収穫機1sのために、第2経路要素選択部632によって最初に選択された経路番号X1の走行経路要素は、第1作業幅と第2作業幅の違いを埋めるために、その位置座標が修正される。つまり、第1作業幅と第2作業幅との差(以降、この差を幅差と称する)の0.5倍分だけ、経路番号X1の走行経路要素は外側寄りに修正される(図30、#01)。同様に、スレーブ収穫機1sの走行にともなって選択された次走行経路要素である経路番号Y2、X8、Y8も修正される(図30、#02と#03と#04)。マスタ収穫機1mは、当初通りの経路番号Y1から経路番号X9、Y9の走行経路要素を走行する(図30、#03と#04)が、その次に選択される経路番号X2の走行経路要素は、その外側をスレーブ収穫機1sが走行しているので幅差だけ位置修正が行われる(図30、#04)。スレーブ収穫機1sのために、経路番号X3の走行経路要素を選択された際には、経路番号X3の外側に位置する経路番号X1の走行経路要素をスレーブ収穫機1sが既に走行しているので、幅差の1.5倍分だけ、位置修正が行われる(図30#05)。このようにして、あとは、順次、選択された走行経路要素の外側にスレーブ収穫機1sが走行した走行経路要素が存在する数に応じて第1作業幅と第2作業幅との差を相殺すべく、選択された走行経路要素の位置修正が行われる(図30#06)。走行経路要素の位置修正は、ここでは、経路管理部60によって行われるが、第1経路要素選択部631と第2経路要素選択部632とが行うことも可能である
As shown in FIG. 30, the
図29と図30とを用いた走行例では、第1経路要素選択部631と第2経路要素選択部632とが、マスタ収穫機1mの制御ユニット5に構築されている仮定している。しかしながら、第2経路要素選択部632がスレーブ収穫機1sに構築することも可能である。その際は、スレーブ収穫機1sが走行経路要素群を示すデータを受け取り、第1経路要素選択部631と第2経路要素選択部632とが、それぞれが選択した走行経路要素を交換しながら、自己の次走行経路要素を選択し、必要な位置座標修正を行うとよい。また、経路管理部60、第1経路要素選択部631、第2経路要素選択部632を全て、通信端末4に構築し、通信端末4から、選択された走行経路要素を第1経路要素選択部631と第2経路要素選択部632とに送る構成も可能である。
In the traveling example using FIG. 29 and FIG. 30, it is assumed that the first route
(4)作業対象領域CAを直線往復走行で作業する際の特殊な経路選択アルゴリズムを、図31と図32とを用いて説明する。ここでは、図10で示された走行経路要素群と同様に、短冊状の走行経路要素が21本示されており、各経路の上側に経路番号が付与されているが、走行経路要素の中央には、優先度に代わって、選択した順番、つまり走行した順番が付与されている。また、各ステップの時点で既作業地(既走行)となった走行経路要素は黒く塗られている。 (4) A special route selection algorithm when working in the work target area CA by straight line reciprocation will be described with reference to FIGS. 31 and 32. Here, as with the travel route element group shown in FIG. 10, 21 strip-shaped travel route elements are shown, and a route number is given to the upper side of each route. Is assigned the selected order, that is, the order in which the vehicle has run, instead of the priority. Further, the travel route element that has become the already-worked site (already-run) at the time of each step is painted black.
<ステップ#01>
上述したように、周回走行による作業によって外周領域SAが作り出されると、領域設定部44によって、圃場が、外周領域SAと作業対象領域CAとに区分けされ、さらに作業対象領域CAには、短冊経路要素算出部602によって算出される走行経路要素群が設定される。この段階で、図8から図10に基づいて説明した経路選択アルゴリズムに基づいて、仮の全走行経路が設定される。任意の始点から収穫作業が開始される。一般には、始点として、収穫機1の現位置、または、監視者が通信端末4を通じて入力した位置が採用される。ここでは、経路番号:16の一端が始点として選択されている。
<
As described above, when the outer peripheral area SA is created by the work by traveling around the area, the field is divided into the outer peripheral area SA and the work target area CA by the
<ステップ#02>
自動走行の開始が指令されると、経路番号:16の走行経路要素に沿った作業走行が実行される。
<
When the start of the automatic traveling is instructed, the work traveling along the traveling route element of the route number: 16 is executed.
<ステップ#03>
仮設定された全走行経路に基づいて、経路番号:13の走行経路要素が選択され、その走行経路要素に沿った作業走行が実行される。
<
The travel route element with the route number: 13 is selected based on the provisionally set all travel routes, and the work travel along the travel route element is executed.
<ステップ#04>
同様に、以降の作業走行は、仮に設定された全走行経路に基づいて順次進められる。ただし、仮に設定された全走行経路は、現在の走行経路要素と次の走行経路要素との関係のみによって決定されたものであるため、必ずしも適正な選択順番、つまり作業時間の短い選択順番とはならない。このため、作業走行を開始した時点から、以下のステップに示すアルゴリズムによる経路選択が別途実行され始めている。
<
Similarly, subsequent work traveling is sequentially advanced based on the provisionally set all traveling routes. However, the tentatively set total travel route is determined only by the relationship between the current travel route element and the next travel route element, so it is not necessarily the proper selection order, that is, the selection order with the shortest working time. It doesn't happen. For this reason, the route selection by the algorithm shown in the following steps has begun to be separately executed from the time when the work traveling is started.
<ステップ#05>
仮の全走行経路において選択順番が最終の走行経路要素から遡って3つ分の走行経路要素を抽出し、それらの走行経路要素間での最適な走行順を算定し始める。この実施形態では、実走行が経路番号:10(仮の全走行経路における選択順番3番目)まで進んだときに、ラスト3つ目の走行経路要素から残りの走行経路要素2つを走行するのに最適な選択順番が算出されたとする。そして、例えば、元の選択順番が、『経路番号:19→経路番号:9→経路番号:12(走行時間/移動量:13)』であるのに対して、再算出された選択順番が、『経路番号:19→経路番号:12→経路番号:9(走行時間/移動量:10)』であり、これらが比較され、再算出された選択順番の方が、走行時間(移動量)が小さいと判定される。つまり、再算出された選択順番が最適な経路選択であることになる。
<
Three travel route elements are extracted from the final travel route element in the tentative all travel routes, and the optimum travel order among these travel route elements is calculated. In this embodiment, when the actual traveling reaches the route number: 10 (third selected order in all provisional traveling routes), the remaining two traveling route elements are traveled from the last third traveling route element. It is assumed that the optimum selection order has been calculated. Then, for example, while the original selection order is “route number: 19→route number: 9→route number: 12 (travel time/travel amount: 13)”, the recalculated selection order is “Route number: 19 → route number: 12 → route number: 9 (running time/movement amount: 10)”, and these are compared, and the recalculated selection order has a longer running time (moving amount). It is determined to be small. That is, the recalculated selection order is the optimum route selection.
<ステップ#06>
ステップ#05で再算出された選択順番によって、仮の全走行経路において対応する走行経路要素の選択順番が置き換えられる。この間に、収穫機1は、仮の全走行経路における選択順番4番目である経路番号:7に移動している。しかし、実走行している収穫機1が、置き換えられていない元の選択順番に則って、置き換えられた選択順番19番目の経路番号:19に到達するには、まだまだ時間的な余裕がある。そこで、即ち、選択順番の再算出は、抽出する所定数を、仮の全走行経路の最終走行経路要素側から1つずつ増やしながら、実走行している走行経路要素が、再算出のために抽出される走行経路要素に含まれるまで繰り返される。これにより、より多くの走行経路要素が適正選択順番となる。ただし、再算出された選択順番が、仮の全走行経路の選択順番と同じである場合もあり、この場合は、上記の置き換えはスキップされる。なお、本形態は、上記アルゴリズムを説明するための例示に過ぎず、例えば、仮の全走行経路における選択順番は、図8から図10に基づいて説明した基本ルール通りになっていない箇所がある。
<
The selection order recalculated in
(5)上述の実施形態において図6に基づいて説明した制御機能ブロックはあくまでも一例に過ぎず、各機能部をさらに分割することや複数の機能部を統合することも可能である。また、機能部は、上部制御装置としての制御ユニット5と通信端末4と管理コンピュータ100とに振り分けられたが、この機能部の振り分けも一例であり、各機能部は、任意の上部制御装置に振り分けることも可能である。上部制御装置同士でデータ交換可能につながっていれば、別な上部制御装置に振り分けること可能である。例えば、図6で示された制御機能ブロック図では、作業地データ入力部42、外形データ生成部43、領域設定部44が、第1走行経路管理モジュールCM1として、通信端末4に構築されている。さらに、経路管理部60、経路要素選択部63、経路設定部64が、第2走行経路管理モジュールCM2として、収穫機1の制御ユニット5に構築されている。これに代えて、経路管理部60が第1走行経路管理モジュールCM1に含まれてもよい。また、外形データ生成部43や領域設定部44が、第2走行経路管理モジュールCM2に含まれてもよい。第1走行経路管理モジュールCM1の全てを制御ユニット5に構築してもよいし、第2走行経路管理モジュールCM2の全てを通信端末4に構築してもよい。走行経路管理に関するできるだけ多くの制御機能部を持ち出し可能な通信端末4に構築した方が、メンテナンス等の自由度が高くなり、好都合である。この機能部の振り分けは、通信端末4及び制御ユニット5のデータ処理能力や、通信端末4と制御ユニット5との間の通信速度によって制限される。
(5) The control function block described in the above embodiment with reference to FIG. 6 is merely an example, and each function unit may be further divided or a plurality of function units may be integrated. Further, although the functional units are distributed to the
(6)本発明で算定され、設定される走行経路は、自動走行の目標走行経路として用いられるが、手動走行の目標走行経路として用いることも可能である。つまり、本発明は、自動走行のみならず手動走行にも適用可能であり、もちろん、自動走行と手動走行とを混在させた運用も可能である。 (6) The travel route calculated and set in the present invention is used as a target travel route for automatic travel, but it can also be used as a target travel route for manual travel. That is, the present invention can be applied to not only automatic traveling but also manual traveling, and of course, operation in which automatic traveling and manual traveling are mixed is also possible.
(7)上述の実施形態では、管理センタKSから送られてくる圃場情報に、そもそも圃場周辺の地形図が含まれており、圃場の境界に沿った周回走行によって、圃場の外形状及び外形寸法の精度を向上させる例を示した。しかし、圃場情報には圃場周辺の地形図、少なくとも圃場の地形図が含まれておらず、周回走行によって初めて、圃場の外形状及び外形寸法が算定されるように構成してあっても良い。また、管理センタKSから送られてくる圃場情報や作業計画書の内容や、通信端末4を通じて入力される項目は、上述した形態のものに限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
(7) In the above-described embodiment, the field information sent from the management center KS includes the topographic map around the field in the first place, and the outer shape and external dimensions of the field are obtained by traveling around the field boundary. An example of improving the accuracy of is shown. However, the farm field information does not include the topographic map around the farm field, or at least the topographic map of the farm field, and the outer shape and the outer dimension of the farm field may be calculated only after traveling around. Further, the field information and work plan contents sent from the management center KS and the items input through the
(8)上述の実施形態では、図6に示されているように、メッシュ経路要素算出部601とは別に、短冊経路要素算出部602が備えられ、短冊経路要素算出部602によって、作業対象領域CAを網羅する平行直線群である走行経路要素群が算出される例を示した。
しかし、短冊経路要素算出部602を備えずに、メッシュ経路要素算出部601によって算出されたメッシュ状の直線群である走行経路要素を用いて、直線往復走行を実現しても良い。
(8) In the above-described embodiment, as shown in FIG. 6, a strip path
However, the straight line reciprocating traveling may be realized by using the traveling route element that is the mesh-shaped straight line group calculated by the mesh route
(9)上述の実施形態では、協調走行制御が行われている際に、監視者の目視結果に基づいて、スレーブ収穫機1sの車両走行機器群71や作業装置機器群72のパラメータを変更する例を示した。しかし、マスタ収穫機1mやスレーブ収穫機1sに搭載されたカメラによって撮影された映像(動画や一定間隔で撮影される静止画)がマスタ収穫機1mに搭載されたモニタ等に映し出されるように構成し、監視者がこの映像を見て、スレーブ収穫機1sの作業状況を判断し、車両走行機器群71や作業装置機器群72のパラメータを変更しても良い。あるいは、マスタ収穫機1mのパラメータが変更されるのに連動して、スレーブ収穫機1sのパラメータが変更されるように構成しても良い。
(9) In the above-described embodiment, the parameters of the vehicle traveling
(10)上述の実施形態では、協調して作業走行する複数の収穫機1は、同じ走行パターンで自動走行するように構成した例を示したが、異なる走行パターンで自動走行するように構成することも可能である。
(10) In the above-described embodiment, an example in which the plurality of
(11)上述の実施形態では、2台の収穫機1によって協調自動走行を行う例を示したが、3台以上の収穫機1による協調自動走行も、同様の作業車自動走行システム及び走行経路管理装置によって実現可能である。
(11) In the above-described embodiment, an example in which the cooperative automatic traveling is performed by the two
本発明の作業車自動走行システム及び走行経路管理装置は、作業車として普通型コンバインである収穫機1以外にも、作業地を自動作業しながら走行することができる作業車であれば、自脱型コンバインやトウモロコシ収穫機など他の収穫機1や、耕耘装置などの作業装置を取り付けたトラクタ、水田作業機等にも適用可能である。
In addition to the
1 :収穫機(作業車)
1m :マスタ収穫機
1s :スレーブ収穫機
4 :通信端末
5 :制御ユニット
41 :タッチパネル
42 :作業地データ入力部
43 :外形データ生成部
44 :領域設定部
50 :通信処理部
51 :走行制御部
511 :自動走行制御部
512 :手動走行制御部
52 :作業制御部
53 :自車位置算出部
54 :報知部
55 :作業状態評価部
60 :経路管理部
601 :メッシュ経路要素算出部
603 :Uターン経路算出部
62 :短冊経路要素算出部
63 :経路要素選択部
64 :経路設定部
70 :通信処理部
80 :衛星測位モジュール
CM1 :第1走行経路管理モジュール
CM2 :第2走行経路管理モジュール
CV :運搬車
S1 :第1辺
S2 :第2辺
S3 :第3辺
S4 :第4辺
SA :外周領域
CA :作業対象領域
1: Harvester (work vehicle)
1m:
Claims (2)
前記作業車の自車位置を示す測位データを出力する衛星測位モジュールと、
作業対象領域を設定する領域設定部と、
前記作業対象領域を網羅する走行経路を構成する多数の走行経路要素の集合体である走行経路要素群を算出して、読み出し可能に格納する経路管理部と、
走行すべき次走行経路要素を順次前記走行経路要素群から選択する経路要素選択部と、
前記次走行経路要素と前記自車位置とに基づいて前記作業車を自動走行させる自動走行制御部と、を備えた作業車自動走行システム。 A work vehicle automatic traveling system for managing the automatic traveling of a work vehicle traveling while working on a work site,
A satellite positioning module that outputs positioning data indicating the vehicle position of the work vehicle;
An area setting unit that sets the work target area,
A route management unit that calculates a traveling route element group that is a group of a large number of traveling route elements that constitute a traveling route that covers the work target area, and stores it in a readable manner.
A route element selection unit that sequentially selects the next traveling route element to be driven from the traveling route element group,
A work vehicle automatic travel system comprising: an automatic travel control unit that automatically travels the work vehicle based on the next travel route element and the vehicle position.
作業対象領域を設定する領域設定部と、
前記作業対象領域を網羅する走行経路を構成する多数の走行経路要素の集合体である走行経路要素群を算出して、読み出し可能に格納する経路管理部と、
走行すべき次走行経路要素を、順次前記走行経路要素群から選択する経路要素選択部と、を備えた走行経路管理装置。 A travel route management device for managing a travel route of a work vehicle including an automatic travel control unit for automatically traveling while working on a work site,
An area setting unit that sets the work target area,
A route management unit that calculates a traveling route element group that is a group of a large number of traveling route elements that constitute a traveling route that covers the work target area, and stores it in a readable manner.
A travel route management device comprising: a route element selection unit that sequentially selects a next travel route element to travel from the travel route element group.
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