JP2021026349A - 作業車両 - Google Patents

Abstract

【課題】障害物検知精度の低下を抑える作業車両を提供する。【解決手段】作業車両１は、走行車体２と、走行車体の後部に昇降可能に装着される作業機Ｗに設けられ、作業機の後方の障害物を検知する後方センサ２２とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、作業車両に関する。

従来、作業車両には、走行車体に測位装置を搭載し、走行車体の位置を測定しつつ自律走行するものがある。このような作業車両には、機体周辺の障害物を検知するセンサを備え、所定の作業エリア内は感度を高く、作業エリア外は感度を低くすることで、作業に関与しない物体を障害物として検知（すなわち、誤検知）するのを防ぐものがある（たとえば、特許文献１参照）。

特開２０１５−１９１５９２号公報

ところで、農用トラクタなどの作業車両においては、走行車体の後部に昇降自在な作業機が装着されることがある。作業機は、複数種類あり、作業内容ごとに付け替えるものである。上記したような従来の作業車両では、機体後方の障害物を検知するセンサの検知領域に作業機が入り込み作業機を障害物として誤検知するなど、障害物検知精度が低下することがあった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、障害物検知精度の低下を抑えることができる作業車両を提供することを目的とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、実施形態の一態様に係る作業車両（１）は、走行車体（２）と、走行車体（２）の後部に昇降可能に装着される作業機（Ｗ）に設けられ、作業機（Ｗ）の後方の障害物を検知する後方センサ（２２）とを備えることを特徴とする。

実施形態の一態様によれば、障害物検知精度の低下を抑えることができる。

図１は、実施形態に係る作業車両の説明図である。 図２は、障害物検知を含む制御系の一例を示すブロック図である。 図３は、実施形態に係る障害物検知処理を説明するフローチャートである。 図４は、変形例に係る作業車両の概略平面図である。

以下、添付図面を参照して本願の開示する作業車両の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

まず、図１を参照して実施形態に係る作業車両１の全体構成について説明する。図１は、実施形態に係る作業車両１の説明図であり、作業車両１の概略左側面図である。なお、以下では、作業車両１としてトラクタを例に説明する。

作業車両であるトラクタ１は、自走しながら圃場などで作業を行う農業用トラクタである。また、トラクタ１は、操縦者（作業者ともいう。）が搭乗して圃場内を走行しながら所定の作業を実行する他、後述する制御装置４０（図２参照）を中心とする制御系による各部の制御により、圃場内を自動走行しながら所定の作業を実行する。

また、以下において、前後方向とは、トラクタ１の直進時における進行方向であり、進行方向の前方側を「前」、後方側を「後」と規定する。トラクタ１の進行方向とは、直進時において、後述する操縦席８からステアリングホイール９に向かう方向である。

左右方向とは、前後方向に対して水平に直交する方向である。以下では、「前」側へ向けて左右を規定する。すなわち、トラクタ１の操縦者が操縦席８に着席して前方を向いた状態で、左手側が「左」、右手側が「右」である。

上下方向とは、鉛直方向に平行する方向である。前後方向、左右方向および上下方向は互いに直交する。なお、各方向は説明の便宜上定義したものであり、これらの方向によって本発明が限定されるものではない。また、以下では、トラクタ１を指して「機体」という場合がある。

図１に示すように、トラクタ１は、走行車体２と、作業機Ｗとを備える。走行車体２は、車体フレーム３と、前輪４と、後輪５と、ボンネット６と、エンジンＥと、操縦部７と、ミッションケース１０とを備える。車体フレーム３は、走行車体２のメインフレームである。

前輪４は、左右一対であり、主に操舵用の車輪（操舵輪）となる。後輪５は、左右一対であり、主に駆動用の車輪（駆動輪）となる。トラクタ１は、後輪５が駆動する二輪駆動（２ＷＤ）と、前輪４および後輪５が共に駆動する四輪駆動（４ＷＤ）とを切り替え可能に構成されてもよい。この場合、駆動輪は、前輪４および後輪５の両方である。なお、走行車体２は、車輪（前輪４および後輪５）に代えてクローラ装置を備えてもよい。この場合、走行クローラが駆動輪である。

ボンネット６は、走行車体２の前部において開閉自在に設けられる。ボンネット６は、後部を回動中心として上下方向に回動（開閉）可能である。ボンネット６は、閉じた状態で、車体フレーム３上に搭載されたエンジンＥを覆う。エンジンＥは、トラクタ１の駆動源であり、ディーゼル機関やガソリン機関などの熱機関である。

操縦部７は、走行車体２の上部に設けられ、操縦席８やステアリングホイール９などを備える。操縦部７は、走行車体２の上部に設けられたキャビン７ａに覆われることで形成されてもよい。操縦席８は、操縦者の座席である。ステアリングホイール９は、操舵輪である前輪４を操舵する場合に操縦者により操作される。なお、操縦部７は、ステアリングホイール９の前方に、各種情報を表示する表示部（メータパネル）を備える。

また、操縦部７は、前後進レバー、アクセルレバー、主変速レバー、副変速レバーなどの各種操作レバーや、アクセルペダル、ブレーキペダル、クラッチペダルなどの各種操作ペダルを備える。

ミッションケース１０は、トランスミッション（変速機構）を収容している。トランスミッションは、エンジンＥから伝達される動力（回転動力）を適宜減速して駆動輪である後輪５や、ＰＴＯ（Power Take-off）軸へ伝達する。

走行車体２の後部には、圃場内で作業を行う作業機Ｗが連結され、作業機Ｗを駆動する動力を伝達するＰＴＯ軸がミッションケース１０から後方へ突出している。ＰＴＯ軸は、トランスミッションによって適宜減速された回転動力を、走行車体２の少なくとも後部に装着された作業機Ｗへ伝達する。なお、作業機Ｗは、ＰＴＯ軸から回転動力が伝達されない作業機であってもよい。

また、走行車体２の後部には、作業機Ｗを昇降させる昇降装置１２が設けられる。昇降装置１２は、作業機Ｗを上昇させることで、作業機Ｗを非作業位置に移動させる。非作業位置は、例えば、走行車体２が後退する場合や、走行車体２が旋回する場合に、作業機Ｗを上昇させる位置である。非作業位置は、例えば、作業機Ｗを最も高い位置まで上昇させる最上げ位置である。また、昇降装置１２は、作業機Ｗを下降させることで、作業機Ｗを対地作業位置に移動させる。昇降装置１２は、油圧式の昇降シリンダ１２１と、リフトアーム１２２と、リフトロッド１２３と、ロアリンク１２４と、トップリンク１２５とを備える。

リフトアーム１２２は、昇降シリンダ１２１に作動油が供給されると、回動支点となる軸ＡＸまわりに作業機Ｗを上昇させるように回動し、昇降シリンダ１２１から作動油が排出されると、軸ＡＸまわりに作業機Ｗを下降させるように回動する。なお、リフトアーム１２２の基部（軸ＡＸ付近）には、リフトアーム１２２の回動角度を検知するリフトアームセンサ２６が設けられる。作業機Ｗの高さは、リフトアームセンサ２６の検知結果や、作業機Ｗに基づいて算出される。

また、リフトアーム１２２は、リフトロッド１２３を介してロアリンク１２４に連結される。このように、昇降装置１２は、ロアリンク１２４とトップリンク１２５とで、走行車体２に対して作業機Ｗを昇降可能に連結する。

作業機Ｗは、圃場内で作業を行う機械である。図１に示す例では、作業機Ｗは、圃場において耕耘作業を行うロータリ耕耘機である。ロータリ耕耘機は、ＰＴＯ軸から伝達された動力によって耕耘爪６１が回転することで、圃場面（土壌）を耕耘する。

また、トラクタ１は、制御装置４０（図２参照）を備える。制御装置４０は、エンジンＥを制御するとともに、走行車体２の走行速度を制御する。また、制御装置４０は、作業機Ｗを制御する。

また、トラクタ１は、測位装置３０を備える。測位装置３０は、走行車体２の上部に設けられ、走行車体２の位置を測定する。測位装置３０は、たとえば、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）であり、上空を周回している航法衛星Ｓからの電波を受信して測位および計時を行うことができる。

また、トラクタ１は、作業者による情報処理端末（タブレット端末などの携帯端末）１００の操作によって、特定の圃場における各種作業の設定などを行うことができる。情報処理端末１００は、たとえば、ハードディスク、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などで構成される記憶部と、タッチパネルにより構成される表示部および操作部とを備える。なお、操作部として、各種キーやボタンなどが別に設けられてもよい。

また、トラクタ１は、障害物センサ２０を備える。障害物センサ２０は、前方センサ２１と、後方センサ２２とを備える。前方センサ２１は、たとえば、ボンネット６の前方に設けられたセンサ取付ステー１３に取り付けられるなど、走行車体２の前部に配置され、走行車体２の前方に存在する障害物（人や、物体）を検知する。

後方センサ２２は、作業機Ｗに取り付けられる。たとえば、後方センサ２２は、作業機Ｗの上部に取り付けられ、走行車体２の後方に存在する障害物を検知する。後方センサ２２は、作業機Ｗを非作業位置に上昇させた状態で、走行車体２の後方に存在する障害物を検知するように取り付けられる。なお、後方センサ２２は、複数設けられてもよい。例えば、後方センサ２２は、作業機Ｗの左右方向の端にそれぞれ設けられてもよい。後方センサ２２は、作業機Ｗと一体的に設けられてもよく、作業機Ｗに脱着可能に設けられてもよい。

また、前方センサ２１および後方センサ２２は共に、中距離センサであり、好ましくは赤外線センサである。前方センサ２１および後方センサ２２は、赤外線ビームを放射し、障害物からの反射光を検知する。前方センサ２１は、前方に延びる検知領域を有する。また、後方センサ２２は、後方へ延びる検知領域を有する。後方センサ２２の検知領域は、作業機Ｗを障害物として検知しないように設定される。

前方センサ２１および後方センサ２２は、たとえば、赤外線ビームを放射した後、障害物からの反射光を検知するまでの時間を測定することで、障害物までの距離を検知することができる。赤外線センサである前方センサ２１および後方センサ２２は、障害物を２次元的に検知し、たとえば、数メートルから数１０メートル程度の検知領域である。なお、障害物センサ２０として、赤外線センサ以外の他の中距離センサを用いることも可能である。

次に、図２を参照して制御装置４０を中心とする作業車両（トラクタ）１の制御系について説明する。図２は、障害物検知を含む制御系の一例を示すブロック図である。図２に示すように、制御装置４０は、エンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）４１と、走行系ＥＣＵ４２と、作業機昇降系ＥＣＵ４３とを備える。エンジンＥＣＵ４１は、エンジンＥの回転数を制御する。走行系ＥＣＵ４２は、駆動輪の回転を制御することで、走行車体２（図１参照）の走行速度を制御する。作業機昇降系ＥＣＵ４３は、昇降装置１２を制御して作業機Ｗを昇降制御する。

制御装置４０は、電子制御によって各部を制御することが可能であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などを有する処理部をはじめ、各種プログラムや圃場ごとに予め設定された走行車体２の予定走行経路などの必要なデータ類が記憶される記憶部などを備える。

図２に示すように、制御装置４０には、測位装置（ＧＮＳＳ）３０、エンジン回転センサ２３、車速センサ２４、切れ角センサ２５、障害物センサ２０（前方センサ２１および後方センサ２２）、リフトアームセンサ２６などの各種センサ類が接続される。なお、エンジン回転センサ２３は、エンジンＥの回転数を検知する。車速センサ２４は、走行車体２（図１参照）の走行速度（車速）を検知する。切れ角センサ２５は、操舵輪である前輪４（図１参照）の切れ角を検知する。切れ角センサ２５は、機体の旋回を検知する。

後方センサ２２は、制御装置４０とＣＡＮ通信や、無線通信（例えば、Ｗｉ-Ｆｉ（登録商標））などによって接続される。

制御装置４０には、測位装置３０から圃場などにおける走行車体２の位置情報、エンジン回転センサ２３からエンジンＥの回転数、車速センサ２４から走行車体２の走行速度、切れ角センサ２５から前輪４の切れ角がそれぞれ入力される。制御装置４０は、トラクタ１を自律走行させる場合、切れ角センサ２５の検知結果を用いて、前輪４の切れ角をフィードバックしながらステアリングホイール９に連結されたステアリングシリンダを制御することで、ステアリングホイール９を自動操舵する。

また、制御装置４０には、エンジンＥＣＵ４１がエンジンＥに接続され、走行系ＥＣＵ４２が、操舵装置５１、変速装置５２および制動装置５３などに接続され、作業機昇降系ＥＣＵ４３が昇降装置１２に接続される。

このうち、作業機昇降系ＥＣＵ４３は、昇降装置１２に向けて作業機昇降信号を出力する。昇降装置１２は、作業機昇降系ＥＣＵ４３から出力された作業機昇降信号に基づいて作業機Ｗを昇降駆動する。

また、制御装置４０は、トラクタ１が自律走行しつつ作業を行うモードである「自動運転モード」を有する。制御装置４０は、自動運転モードにおいては、作業機Ｗによる作業内容に応じた予定走行経路が予め圃場ごとに定められ、データ化されて記憶部に記憶され、測位装置３０の測定結果に基づいて、記憶された予定走行経路に沿って走行するように、エンジンＥ、操舵装置５１、変速装置５２、制動装置５３および昇降装置１２などの各部を制御する。なお、予定走行経路は、圃場の形状、大きさ、圃場内に形成された畝の幅、長さおよび本数、さらには作物の種類などに応じて設定される。

また、制御装置４０は、たとえば、作業者が携行可能な情報処理端末１００と無線接続される。制御装置４０は、作業者の操作による情報処理端末１００からの指示信号に基づいてトラクタ１の各部を制御する。また、制御装置４０は、トラクタ１の機体情報データベースを保持し、型式などの情報の受け渡しを情報処理端末１００などからも行うことができるように構成してもよい。

また、制御装置４０は、後進時に後方センサ２２による障害物の検知を開始する。具体的には、制御装置４０は、後進時に作業機Ｗが非作業位置に上昇すると、後方センサ２２による障害物の検知を開始する。また、制御装置４０は、作業機Ｗが対地作業位置に降下すると、後方センサ２２による障害物の検知を終了する。すなわち、制御装置４０は、作業機Ｗが非作業位置となっている間、後方センサ２２による障害物の検知を実行する。例えば、制御装置４０は、作業機Ｗが非作業位置に上昇すると後方センサ２２をオンとし、後方センサ２２による障害物の検知を開始する。また、制御装置４０は、作業機Ｗが対地作業位置に降下すると後方センサ２２をオフにし、後方センサ２２による障害物の検知を終了する。

なお、制御装置４０は、作業機Ｗの位置にかかわらず、後方センサ２２による障害物検知を実行してもよい。

また、制御装置４０は、前方センサ２１、または後方センサ２２によって障害物が検知された場合には、走行車体２を停止させる。また、制御装置４０は、前方センサ２１、または後方センサ２２によって障害物が検知された場合には、エンジンＥを停止させたり、ＰＴＯ軸への回転動力の伝達を中止させたりする。また、制御装置４０は、制御装置４０は、前方センサ２１、または後方センサ２２によって障害物が検知された場合には、警報器（不図示）を作動させて、障害物が検知されたことを報知してもよい。

次に、実施形態に係る障害物検知処理について図３を参照し説明する。図３は、実施形態に係る障害物検知処理を説明するフローチャートである。なお、ここでは、後方センサ２２における障害物検知処理について説明する。

制御装置４０は、作業機Ｗが非作業位置に上昇したか否かを判定する（Ｓ１００）。制御装置４０は、作業機Ｗが非作業位置に上昇していない場合には（Ｓ１００：Ｎｏ）、今回の処理を終了する。

制御装置４０は、作業機Ｗが非作業位置に上昇した場合には（Ｓ１００：Ｙｅｓ）、後方センサ２２による障害物の検知を開始する（Ｓ１０１）。

制御装置４０は、作業機Ｗが対地作業位置に降下したか否かを判定する（Ｓ１０２）。制御装置４０は、作業機Ｗが対地作業位置に降下していない場合には（Ｓ１０２：Ｎｏ）、後方センサ２２による障害物の検知を継続する（Ｓ１０１）。

制御装置４０は、作業機Ｗが対地作業位置に降下した場合には（Ｓ１０２：Ｙｅｓ）、後方センサ２２による障害物の検知を終了する（Ｓ１０３）。

次に、実施形態に係るトラクタ１の効果について説明する。

トラクタ１は、走行車体２と、走行車体２の後部に昇降可能に装着される作業機Ｗに設けられ、作業機Ｗの後方の障害物を検知する後方センサ２２とを備える。

これにより、トラクタ１は、作業機Ｗに設けられた後方センサ２２によって作業機Ｗよりも後方の障害物を検知することで、作業機Ｗを障害物として誤検知するのを防止することができる。そのため、トラクタ１は、障害物検知を安定して行うことができ、障害物検知精度の低下を抑えることができる。

また、トラクタ１は、後進する場合に後方センサ２２による障害物の検知を開始する。 これにより、変形例に係るトラクタ１は、後方センサ２２による障害物検知を必要なときのみ行うことができる。これにより、トラクタ１は、障害物検知を効率的に行うことができる。

また、トラクタ１は、作業機Ｗが非作業位置まで上昇した場合に後方センサ２２による障害物の検知を開始する。

トラクタ１では、後進する場合には作業機Ｗが非作業位置まで上昇される。従って、トラクタ１は、作業機Ｗが非作業位置まで上昇するタイミングで後方センサ２２による障害物の検知を開始し、後進時の障害物検知を自動的に行うことができる。

次に、変形例に係るトラクタ１について説明する。

変形例に係るトラクタ１では、作業機Ｗを障害物として検知しないように、後方センサ２２を作業機Ｗの後部側に設けてもよい。例えば、後方センサ２２は、前後方向における作業機Ｗの中心よりも後部側に設けられる。

これにより、変形例に係るトラクタ１は、作業機Ｗを障害物として誤検知するのをさらに確実に防止することができる。

また、変形例に係るトラクタ１は、図４に示すように、作業機Ｗの左右方向の両端に前方センサ２１を設けてもよい。図４は、変形例に係るトラクタ１の概略平面図である。

これにより、変形例に係るトラクタ１は、作業機Ｗの左右方向の長さが、走行車体２の左右方向の長さよりも長い場合であっても、前方センサ２１によって作業機Ｗの前方の障害物を検知することができる。そのため、変形例に係るトラクタ１は、障害物を正確に検知することができる。

なお、変形例に係るトラクタ１は、走行車体２の前部に加え、作業機Ｗの左右方向の両端に、前方センサ２１を設けてもよい。

また、変形例に係るトラクタ１は、作業機Ｗを上昇させている場合、例えば、作業機Ｗを非作業位置に上昇させている場合と、作業機Ｗを降下させている場合、例えば、作業機Ｗを対地作業位置に降下させている場合とにおいて、前方センサ２１の検知領域を変更してもよい。具体的には、変形例に係るトラクタ１は、前方センサ２１に障害物検知距離を変更する。

これにより、変形例に係るトラクタ１は、作業機Ｗの昇降位置にかかわらず、障害物を検出することができ、また、障害物の誤検出を抑制することができる。

また、変形例に係るトラクタ１は、作業機Ｗを水平にするための水平シリンダの位置（ストローク量）に応じて、作業機Ｗに取り付けられた前方センサ２１、および後方センサ２２の検知領域を変更してもよい。水平シリンダの位置は、ストロークセンサなどによって検出される。

例えば、変形例に係るトラクタ１は、圃場に近くなる側に設けられた前方センサ２１、および後方センサ２２における障害物検知距離を短くする。

これにより、変形例に係るトラクタ１は、作業機Ｗが左右方向に傾いた場合であっても、障害物の誤検知を抑制することができる。

また、変形例に係るトラクタ１は、後方センサ２２を走行車体２の下方側に取り付けてもよい。変形例に係るトラクタ１は、後方センサ２２による障害物検知距離を、所定の範囲（たとえば、５〜７ｍ）とする。

これにより、変形例に係るトラクタ１は、後方において障害物を検知する場合に、作業機Ｗを障害物として誤検知するのを防止することができる。

なお、変形例に係るトラクタ１は、所定の範囲よりも走行車体２側で後方センサ２２が物体を検出した場合には、その物体を作業機Ｗと判定する。これにより、変形例に係るトラクタ１は、作業機Ｗを障害物として誤検知するのを防止することができる。

上記実施形態に係るトラクタ１、および変形例に係るトラクタ１は、適宜組み合わせてもよい。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ トラクタ（作業車両）
２ 走行車体
１２ 昇降装置
２１ 前方センサ
２２ 後方センサ
４０ 制御装置
Ｗ 作業機

Claims (4)

1. 走行車体と、
   前記走行車体の後部に昇降可能に装着される作業機に設けられ、前記作業機の後方の障害物を検知する後方センサと
   を備えることを特徴とする作業車両。
2. 前記後方センサは、
   前記作業機の後部に設けられること
   を特徴とする請求項１に記載の作業車両。
3. 前記走行車体が後進する場合に前記後方センサによる障害物の検知を開始する制御装置
   を備えること
   を特徴とする請求項１または２に記載の作業車両。
4. 前記制御装置は、
   前記作業機が非作業位置まで上昇された場合に前記後方センサによる障害物の検知を開始すること
   を特徴とする請求項３に記載の作業車両。

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