JP2022048223A - Harvester - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、手動操作による手動走行と、設定された走行経路に機体を追従させる自動走行とが可能な収穫機に関する。 The present invention relates to a harvester capable of manual traveling by manual operation and automatic traveling in which the aircraft follows a set traveling route.
収穫機のような農作業車は、圃場における農作業を行うために、できるだけ農作物の並びである条に沿って走行する必要がある。このことから、農作業車の走行経路は、通常、直進走行とこの直進走行から次の直進走行に移行するための旋回走行とを組み合わせたものとなる。農作業車の自動走行化にあたって、旋回走行は直進走行に比べて自動操舵が難しいので、直進走行には自動操舵を、旋回走行には手動走行を採用すると、好都合である。 Agricultural vehicles such as harvesters need to travel as close as possible to the rows of crops in order to carry out farm work in the field. From this, the traveling route of the agricultural work vehicle is usually a combination of straight traveling and turning traveling for shifting from this straight traveling to the next straight traveling. Since it is more difficult to automatically steer a turning vehicle than a straight traveling vehicle when the agricultural work vehicle is automatically driven, it is convenient to adopt the automatic steering for the straight traveling vehicle and the manual driving for the turning vehicle.
このため、例えば、特許文献1による自動走行可能な田植機では、直線経路に沿って苗植付け作業を伴う作業走行と、次の苗植付け作業走行のための直線経路に移動するために畔際付近で行われる旋回走行とを交互に繰り返す。その際、最初の直線経路は、手動操舵によって走行するティーチング経路であり、次からの直線経路は、ティーチング経路に平行であり、互いに所定作業幅の間隔をあけて設定される。運転者は、最初に田植機を圃場内の始点位置に位置させ、始点設定スイッチを操作してから直進し、その後、終点位置で終点設定スイッチを操作する。これにより、始点位置と終点位置とを結ぶティーチング経路が設定される。手動操作で180度旋回走行を行い、次の苗植付け作業走行を開始したい位置で目標設定スイッチを操作することで、ティーチング経路に平行な目標走行経路が設定され、この目標走行経路に沿って自動走行する自動操舵に切り替えられる。これ以降は、自動操舵による目標走行経路に沿った苗植付け作業走行、手動操舵による180度旋回走行、新たな目標走行経路の設定が繰り返される。 For this reason, for example, in the rice transplanter capable of automatic traveling according to Patent Document 1, the work traveling accompanied by the seedling planting work along the straight route and the vicinity of the shore to move to the straight route for the next seedling planting operation traveling. The turning run performed in is repeated alternately. At that time, the first straight path is a teaching path traveled by manual steering, and the next straight path is parallel to the teaching path and is set at intervals of a predetermined working width from each other. The driver first positions the rice transplanter at the start point position in the field, operates the start point setting switch, then goes straight, and then operates the end point setting switch at the end point position. As a result, a teaching path connecting the start point position and the end point position is set. By manually turning 180 degrees and operating the target setting switch at the position where you want to start the next seedling planting work, a target travel route parallel to the teaching route is set and automatically along this target travel route. It can be switched to automatic steering to drive. After that, the seedling planting work running along the target running path by automatic steering, the 180-degree turning running by manual steering, and the setting of a new target running path are repeated.
特許文献2には、自動走行可能な収穫機としてコンバインが開示されている。圃場に到着したコンバインは、圃場の境界線の内側に沿って周回しながら収穫を行う、周囲刈り走行と呼ばれる手動走行を行う。この周囲刈り走行により、既作業領域である外周領域が作り出され、この外周領域の内側に未作業領域が残される。この未作業領域は、自動走行で作業されるので、自動走行のための走行経路が算出されやすいように、未作業領域が四角形となるように周囲刈り走行が行われる。未作業領域を網羅する走行経路は、このコンバインに搭載されている走行経路算出プログラムによって算出される。 Patent Document 2 discloses a combine as a harvester capable of automatically traveling. When the combine arrives at the field, the combine harvests while circling along the inside of the boundary line of the field, and a manual running called a perimeter mowing run is performed. By this peripheral mowing run, an outer peripheral area which is an existing work area is created, and an unworked area is left inside this outer peripheral area. Since this unworked area is operated by automatic traveling, peripheral cutting is performed so that the unworked area becomes a quadrangle so that a traveling route for automatic traveling can be easily calculated. The travel route covering the unworked area is calculated by the travel route calculation program mounted on this combine.
特許文献1に示されているような、手動走行によるティーチング走行は、後の自動走行のための基準線を作成することを目的とするので、その圃場に対する作業計画を考慮しながら、正確に行う必要がある。このため、ティーチング走行には、熟練が要求される。特許文献2に示されているような、未作業領域を網羅する走行経路の算出では、圃場が広大な場合、算出時間が長くなり、自動走行までの待ち時間が長くなってしまう。また、未作業領域を網羅する走行経路を算出するためには、高速演算が可能なコンピュータが要求される。
このような実情に鑑み、熟練が必要なティーチング走行を必要とせず、かつ算出が簡単な走行経路で自動走行が可能となる収穫機が要望されている。
Since the purpose of the teaching running by manual running as shown in Patent Document 1 is to create a reference line for the automatic running later, it is accurately performed while considering the work plan for the field. There is a need. Therefore, skill is required for teaching running. In the calculation of the traveling route covering the unworked area as shown in Patent Document 2, when the field is large, the calculation time becomes long and the waiting time until the automatic traveling becomes long. Further, in order to calculate a traveling route covering an unworked area, a computer capable of high-speed calculation is required.
In view of such circumstances, there is a demand for a harvester that does not require skillful teaching running and enables automatic running on a running route that is easy to calculate.
本発明による、自動走行と手動走行とが可能な収穫機は、前記手動走行での周囲刈り走行によって圃場の外周部に形成された外周領域の形状に基づいて、前記外周領域の内側の領域である未作業領域の多角形形状を示す内側マップデータを作成する内側マップ作成部と、前記内側マップデータから前記未作業領域の一辺に平行で、前記外周領域と前記未作業領域との境界点の2つを結ぶ初期基準線を算出する初期基準線算出部と、前記初期基準線の次となる次基準線、及び前記次基準線の次となる更なる次基準線を順次算出する次基準線算出部と、前記初期基準線及び前記次基準線を走行経路として、前記走行経路と自車位置とに基づいて前記自動走行を行う自動走行制御部と、先の前記走行経路を用いた自動走行から次の前記走行経路を用いた自動走行へ移行するための旋回移行走行を手動操作信号に基づいて行う手動走行制御部と、を備える。 The harvester capable of automatic running and manual running according to the present invention is a region inside the outer peripheral region based on the shape of the outer peripheral region formed on the outer peripheral portion of the field by the peripheral cutting running in the manual running. An inner map creation unit that creates inner map data showing a polygonal shape of a certain unworked area, and a boundary point between the outer peripheral area and the unworked area parallel to one side of the unworked area from the inner map data. The initial reference line calculation unit that calculates the initial reference line connecting the two, the next reference line that follows the initial reference line, and the next reference line that sequentially calculates the next reference line that follows the next reference line. The calculation unit, the automatic driving control unit that performs the automatic driving based on the traveling route and the position of the own vehicle using the initial reference line and the next reference line as the traveling route, and the automatic traveling using the above-mentioned traveling route. It is provided with a manual traveling control unit for performing a turning transition traveling for shifting to automatic traveling using the next traveling route based on a manual operation signal.
この構成では、手動での周囲刈り走行によって多角形形状の未作業領域が形成され、その形状を示す内側マップデータが作成されると、未作業領域の一辺に平行な初期基準線が算出される。未作業領域に対して収穫作業を行う場合には、未作業領域の辺に沿った走行が効率的であるので、初期基準線はティーチング走行によって取得される基準線の代わりとして利用することができる。この初期基準線を、自動走行の最初の走行経路として用いると、ティーチング走行無しで、自動走行が可能となる。収穫機が外周領域に到達して、初期基準線に沿った最初の自動走行が終了すれば、次の走行経路として算出される次基準線に進入できるように、外周領域での方向転換を伴う手動での旋回移行走行が行われる。その後は、旋回移行走行と次基準線(次走行経路)に沿った自動走行とを繰り返すことで、未作業領域の収穫が終了する。このような収穫走行制御が採用されることで、ティーチング走行及び複雑な走行経路の算出なしに、収穫機による圃場での収穫が可能となる。 In this configuration, a polygonal unworked area is formed by manual mowing, and when inner map data showing the shape is created, an initial reference line parallel to one side of the unworked area is calculated. .. When harvesting work on an unworked area, running along the sides of the unworked area is efficient, so the initial reference line can be used as a substitute for the reference line acquired by teaching running. .. If this initial reference line is used as the first travel route for automatic driving, automatic driving becomes possible without teaching driving. When the harvester reaches the outer peripheral area and the first automatic driving along the initial reference line is completed, it is accompanied by a turn in the outer peripheral area so that the harvester can enter the next reference line calculated as the next traveling route. A manual turn transition run is performed. After that, the harvesting of the unworked area is completed by repeating the turning transition running and the automatic running along the next reference line (next running route). By adopting such a harvesting run control, it becomes possible to harvest in the field by a harvester without teaching running and calculation of a complicated running route.
外周領域では手動操舵による旋回移行走行が行われ、外周領域の内側の未作業領域では、走行経路に沿った自動走行が行われる。収穫機が未作業領域から外周領域に入ったことに運転者が気づくのが遅れた場合、収穫機はそのまま直進して圃場境界線(畔などが存在する)に接近してしまう。このような収穫機の圃場境界線への異常接近を自動的に検知するために、本発明の好適な実施形態の1つでは、前記外周領域の外形を示す外側マップデータを作成する外側マップ作成部と、前記外側マップデータと前記自車位置とに基づいて、機体が圃場境界線を越える可能性を判定する越境判定部と、が備えられている。収穫機の圃場境界線への異常接近が検知されると、警報を発したり、ブレーキを作動させたりすることができる。 In the outer peripheral region, turning transition running is performed by manual steering, and in the unworked region inside the outer peripheral region, automatic running along the traveling route is performed. If the driver is delayed in noticing that the harvester has entered the outer peripheral area from the unworked area, the harvester will continue straight ahead and approach the field boundary (there is a shore, etc.). In order to automatically detect such an abnormal approach of the harvester to the field boundary line, in one of the preferred embodiments of the present invention, an outer map creation for creating outer map data showing the outer shape of the outer peripheral region is created. A cross-border determination section for determining the possibility that the aircraft crosses the field boundary line based on the outer map data and the own vehicle position is provided. When an abnormal approach of the harvester to the field boundary is detected, an alarm can be issued or a brake can be activated.
外周領域の内側の未作業領域を作業走行するための走行パターンとして、複数の平行な走行経路をUターンによってつないで走行する往復走行パターンと、未作業領域の外縁に沿って渦巻き状に内側に向かって走行する渦巻き走行パターンが知られている。往復走行パターンを本発明に適用する場合には、未作業領域の一辺に平行で、作業幅で間隔をあけた直線を走行経路として算出することになる。したがって、往復走行パターンを自動走行に採用する収穫機では、前記次基準線算出部は、前記初期基準線に平行となる前記次基準線、及び前記次基準線に平行となる前記更なる次基準線を順次算出し、前記旋回移行走行はUターン走行とすることが好適である。また、渦巻き走行パターンを自動走行に採用する収穫機では、前記次基準線算出部は、前記未作業領域の外形を示す多角形における各辺に平行となる走行軌跡を描くように、前記次基準線及び前記更なる次基準線を順次算出し、前記旋回移行走行は、前記多角形の隣接する辺がなす角度の機体旋回を実現する特殊旋回とすることが好適である。 As a running pattern for working in the unworked area inside the outer peripheral area, a reciprocating running pattern in which a plurality of parallel running paths are connected by a U-turn and a running pattern is spirally inward along the outer edge of the unworked area. A swirl running pattern that runs toward is known. When the reciprocating traveling pattern is applied to the present invention, a straight line parallel to one side of the unworked area and spaced by the working width is calculated as the traveling path. Therefore, in the harvester that adopts the reciprocating traveling pattern for automatic traveling, the secondary reference line calculation unit uses the secondary reference line parallel to the initial reference line and the further secondary reference parallel to the primary reference line. It is preferable that the lines are sequentially calculated and the turning transition running is a U-turn running. Further, in the harvester that adopts the swirl running pattern for automatic running, the next reference line calculation unit draws a running locus parallel to each side in the polygon indicating the outer shape of the unworked area. It is preferable that the line and the further next reference line are sequentially calculated, and the turning transition run is a special turning that realizes the turning of the aircraft at an angle formed by the adjacent sides of the polygon.
自車位置と走行経路とに基づく自動走行と、手動での旋回移行走行とが繰り返されることで収穫機による圃場での収穫作業が行われるが、原則として、自動走行の途中で走行に関する手動操作が生じると手動操作が優先される。このため、手動走行から自動走行への切替が自動的に行われたとしても、それに気づかない運転者が操舵操作を行うと即座に手動走行に戻ってしまう。この問題を避けるためには、手動走行から自動走行への切替タイミングは運転者の意思に基づいて決定されることが好ましい。したがって、本発明の好適な実施形態の1つでは、手動操作を通じて自動走行移行要求を出力する自動走行操作具が備えられ、前記自動走行に用いられる前記走行経路の方位と機体方位との方位ずれが所定値以下の場合、前記自動走行移行要求に応答して自動走行開始指令が前記自動走行制御部に与えられる。 Harvesting work is performed in the field by the harvester by repeating automatic driving based on the vehicle position and driving route and manual turning transition driving, but in principle, manual operation related to driving during automatic driving When occurs, manual operation is prioritized. Therefore, even if the switching from the manual driving to the automatic driving is automatically performed, if the driver who does not notice it performs the steering operation, the manual driving is immediately returned. In order to avoid this problem, it is preferable that the timing of switching from manual driving to automatic driving is determined based on the driver's intention. Therefore, in one of the preferred embodiments of the present invention, an automatic driving operation tool that outputs an automatic driving transition request through a manual operation is provided, and the directional deviation between the azimuth of the traveling path and the aircraft orientation used for the automatic driving is provided. When is not more than a predetermined value, an automatic driving start command is given to the automatic driving control unit in response to the automatic driving transition request.
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。
Next, as an example of a harvester capable of automatic operation and manual operation according to the present invention, a normal combine will be described. In the present specification, unless otherwise specified, "front" (direction of arrow F shown in FIG. 1) means forward in the front-rear direction (traveling direction) of the aircraft, and "rear" (arrow B shown in FIG. 1). Direction) means the rear in the front-rear direction (traveling direction) of the aircraft. Further, the left-right direction or the lateral direction means the aircraft crossing direction (airframe width direction) orthogonal to the aircraft front-rear direction. "Up" (direction of arrow U shown in FIG. 1) and "down" (direction of arrow D shown in FIG. 1) are positional relationships of the
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、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。
As shown in FIG. 1, this combine includes an
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いても良い。
The traveling
穀粒排出装置18は、穀粒タンク14の上側に設けられている。また、自車位置検出モジュール80は、運転部12の上面に取り付けられている。
The
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の後側に設けられている。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。
The
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。
The cut grain culm cut by the
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、本発明はこれに限定されず、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配置させても良い。
Further, a general-
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。このためには、自車位置の情報が必要である。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、瞬時の走行方向を示す位置ベクトルを出力する。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。
As shown in FIG. 2, this combine automatically travels along a travel route set in the field. For this purpose, information on the position of the own vehicle is required. The own vehicle
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。 The procedure for harvesting in the field with this combine is as described below.
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(既作業領域)となった領域は、外周領域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、三角形や五角形の未作業領域CAが採用されてもよい。 First, the driver / observer manually operates the combine harvester, and as shown in FIG. 2, harvests while cutting the surrounding area along the boundary line of the field in the outer peripheral portion of the field. The area that has become a mowed area (already worked area) due to the surrounding mowing run is set as the outer peripheral area SA. Then, the internal region left as uncut land (unworked land) inside the outer peripheral region SA is set as the unworked region CA. In this embodiment, the peripheral cutting run is performed so that the unworked area CA becomes a quadrangle. Of course, a triangular or pentagonal unworked area CA may be adopted.
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3~4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、コンバインの作業幅分だけ外周領域SAの幅が拡大する。最初の、2~3周の走行が終わると、外周領域SAの幅は、コンバインの作業幅の2~3倍程度の幅となる。 Further, at this time, in order to secure a certain width of the outer peripheral region SA, the driver causes the combine to travel 3 to 4 laps. In this traveling, the width of the outer peripheral region SA is expanded by the working width of the combine every time the combine makes one round. After the first two to three laps, the width of the outer peripheral region SA becomes about two to three times the working width of the combine.
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。 The outer peripheral region SA is used as a space for the combine to change direction when performing a harvesting run in the unworked region CA. Further, the outer peripheral region SA is also used as a space for movement such as when moving to a grain discharge place or when moving to a refueling place after the harvesting run is finished.
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。
The transport vehicle CV shown in FIG. 2 can collect and transport the grains discharged from the
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)の走行経路に沿う自動走行と、1つの走行経路から次の走行経路に移行するための手動の旋回移行走行とによって未作業領域CAの植付穀稈が刈り取られる。その際に用いられる走行パターンは、複数の平行な走行経路をUターン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。 When the inner map data showing the shape of the unworked area CA is created, the automatic running along the linear (straight line or curved) running path calculated based on the inner map data and the next running path from one running path. The planted grain culm of the unworked area CA is cut by a manual turning transition run to shift to the run path. The traveling pattern used at that time is a reciprocating traveling pattern (shown in FIG. 3) in which a plurality of parallel traveling paths are connected by a U-turn and traveling in a spiral shape along the outer edge of the unworked area CA. It is a swirl running pattern (shown in FIG. 4).
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の一辺に平行な走行経路をUターン走行によってつなぎながら、走行する。Uターン走行には、1つ以上の走行経路をまたぐノーマルUターンと、隣接する走行経路をつなぐスイッチバックターンがある。ノーマルUターンは、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、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。 In the reciprocating travel pattern shown in FIG. 3, the combine travels while connecting the travel paths parallel to one side of the unworked area CA by U-turn travel. U-turn travel includes a normal U-turn that straddles one or more travel routes and a switchback turn that connects adjacent travel routes. A normal U-turn is a 180-degree turn including two forward 90-degree turns and a straight-ahead turn, and the straight-ahead may be omitted. The switchback turn is a 180 degree turn using forward 90 degree turn and reverse and forward 90 degree turn.
図4に示されている渦巻き走行パターンでは、コンバインは、未作業領域CAの外形に類似する走行経路での周回走行を中心に向けて渦巻きのように行う。各周回走行におけるコーナでの旋回には、直進と後進旋回と前進旋回とを用いた、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。 In the swirl travel pattern shown in FIG. 4, the combine performs a swirl-like traveling around a travel path similar to the outer shape of the unworked area CA. For turning at the corner in each lap run, a turn called an alpha turn using straight, reverse and forward turns is used. It is also possible to change from the swirl traveling pattern to the reciprocating traveling pattern or from the reciprocating traveling pattern to the spiral traveling pattern during the work.
往復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、作業幅(刈取り幅)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、自動走行の最初の走行経路となる初期基準線Lsである。初期基準線Lsは、外周領域SAと未作業領域CAとの2つ境界点P1とP2を結んでいる。 When the reciprocating travel pattern is selected, the travel route used for automatic travel is calculated as follows based on the inner map data. As shown in FIGS. 5 and 6, from the inner map data, a quadrangular unworked area CA including the first side S1, the second side S2, the third side S3, and the fourth side S4 is defined. The first side S1 which is the long side of the unworked area CA is selected as the reference side S1. A line parallel to the reference side S1 and passing from the reference side S1 to the inside by half of the working width (cutting width) is calculated as the reference line L1. This reference line L1 is an initial reference line Ls which is the first traveling path of automatic traveling. The initial reference line Ls connects two boundary points P1 and P2 between the outer peripheral region SA and the unworked region CA.
コンバインが、180度ターンするために必要なスペースが少ないスイッチバックターンを行う場合、図5に示されているように、初期基準線LsからUターン(旋回移行走行)を介して順次つながっていく次基準線、更なる次基準線は、初期基準線Lsに平行で作業幅の間隔で算出される直線群L2、L3・・・となる。 When the combine makes a switchback turn that requires less space to make a 180-degree turn, as shown in FIG. 5, the combine sequentially connects from the initial reference line Ls via a U-turn (turning transition run). The next reference line and the further next reference line are straight line groups L2, L3, etc., which are parallel to the initial reference line Ls and are calculated at intervals of the working width.
コンバインが、180度ターンするために必要な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ターンを行う場合、初期基準線LsからUターン(旋回移行走行)を介してつながる次基準線は、初期基準線Lsに平行で作業幅の複数倍(図6では3倍)の間隔で算出される直線(図6ではL2で示されている)である。同様な方法で、更なる次基準線(図6ではL3で示されている)も算出される。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、順次基準線を算出して、未作業領域CAでの収穫作業を進めていく。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、同様な方法で順次走行経路を算出することができる。 When the combine makes a normal U-turn in which the space required to make a 180-degree turn is larger than the switchback turn, the next reference line connected from the initial reference line Ls via the U-turn (turning transition run) is the initial reference line. It is a straight line (indicated by L2 in FIG. 6) that is parallel to Ls and calculated at intervals of a plurality of times (3 times in FIG. 6) the working width. In a similar manner, a further next reference line (indicated by L3 in FIG. 6) is also calculated. In this way, the reference line is sequentially calculated in consideration of the space required for the normal U-turn, and the harvesting work in the unworked area CA is proceeded. In FIGS. 5 and 6, the shape of the unworked area CA was a quadrangle, but even if it is another polygon such as a triangle or a pentagon, if the reference side S1 is selected, the unworked area CA is sequentially traveled in the same manner. The route can be calculated.
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走行経路は、往復走行パターンに類似し、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、作業幅(刈取り幅)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、自動走行の最初の走行経路となる初期基準線Lsである。初期基準線Lsは、外周領域SAと未作業領域CAとの2つ境界点P1とP2を結んでいる。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、作業幅(刈取り幅)の半分だけ第2辺S2から内側を通る線が次基準線L2として算出され、最初の走行経路の次の自動走行の目標となる次走行経路となる。最初の走行経路と次走行経路とは、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(特殊旋回)によってつながれる。同様に、更なる次基準線L3も、順次算出されていく。 When the spiral travel pattern is selected, the travel route used for automatic travel is similar to the reciprocating travel pattern and is calculated as follows based on the inner map data. As shown in FIG. 7, the first side S1 which is the long side (may be the short side in the spiral traveling pattern) of the unworked area CA is selected as the reference side S1. A line parallel to the reference side S1 and passing from the reference side S1 to the inside by half of the working width (cutting width) is calculated as the reference line L1. This reference line L1 is an initial reference line Ls which is the first traveling path of automatic traveling. The initial reference line Ls connects two boundary points P1 and P2 between the outer peripheral region SA and the unworked region CA. Further, a line parallel to the second side S2 adjacent to the reference side S1 in the traveling direction of the combine and passing from the second side S2 to the inside by half of the working width (cutting width) is calculated as the next reference line L2. It will be the next travel route that is the target of the next automatic travel of the travel route. The first travel path and the next travel route are connected by an alpha turn (special turn) that realizes an aircraft turn at an angle formed by the reference side S1 and the second side S2. Similarly, the further next reference line L3 is also calculated sequentially.
図8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。
FIG. 8 shows the combine control system. The control system of the combine is composed of a
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、収穫部15、脱穀装置13、搬送装置16、穀粒排出装置18における制御機器が含まれている。
The
入力処理部57には、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(収穫部15、脱穀装置13、搬送装置16、穀粒排出装置18)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。
A traveling state sensor group 63, a working
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、主変速レバー91などの変速操作具、操舵レバー92などの操舵操作具、自動走行操作具93、などが含まれている。自動走行操作具93は、運転者による操作を通じて、自動走行移行要求を出力する。
The traveling
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、ブザーやランプなどである。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。
The
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。図8に示すように、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、経路算出部41、作業走行管理部42、入出力制御部43を有する。入出力制御部43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管理コンピュータ100とデータ交換する機能も備えられている。
The
作業走行管理部42は、走行軌跡算出部421と外側マップ作成部422aと内側マップ作成部422b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。外側マップ作成部422aは、図2に示すように、コンバインが手動操作によって周囲刈り走行を行った際に圃場の外周部に形成される外周領域SAの外形を示す外側マップデータを作成する。外周領域SAの最外線は圃場の畔との境界線となり、外周領域SAの最内線が、未作業領域CAの外形となる。内側マップ作成部422bは、外周領域SAの形状に基づいて、外周領域SAの内側の領域である未作業領域CAの多角形形状を示す内側マップデータを作成する。この未作業領域CAは、これから自動走行を取り入れた作業走行が行われる作業対象領域となる。
The work
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停車位置を設定する。
When the
経路算出部41は、内側マップ作成部422bによって決定された未作業領域CAに対して自動走行用の走行経路を算出する。なお、未作業領域CA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、選択された経路パターンでの経路算出が自動的に行われる。
The
経路算出部41は、初期基準線算出部411と次基準線算出部412とを有する。初期基準線算出部411は、内側マップデータに基づいて、未作業領域CAの一辺を基準辺と設定する。初期基準線算出部411は、基準辺に平行で、基準辺から作業幅の半分だけ内側に間隔を取って延び、外周領域SAと未作業領域CAとの境界点を結ぶ線分を、初期基準線Lsとして算出する。なお、基準辺は、未作業領域CAが四角形なら、その4つの辺のそれぞれが候補となるが、自動走行開始点からスムーズに走行できる辺が選択される。自動走行開始点は、運転者によって設定されてもよいし、経路算出部41が、コンバインの現在の自車位置や過去の走行結果に基づいて設定してもよい。
The
次基準線算出部412は、図5から図7を用いて説明したように、初期基準線Lsからつながる次基準線L2、さらには次基準線L2からつながる更なる次基準線L3というように、順次次基準線を算出する。
As described with reference to FIGS. 5 to 7, the next reference
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、越境判定部53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からの位置ベクトルと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。
The
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。
The
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(収穫部15、脱穀装置13、搬送装置16、穀粒排出装置18など)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。
The
このコンバインは、自動走行で収穫作業を行う自動運転と、手動走行で収穫作業を行う手動運転との両方で走行可能である。このため、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。
This combine can be driven by both automatic driving in which harvesting work is performed by automatic driving and manual driving in which harvesting work is performed by manual driving. Therefore, the
自動走行モードでは、自動走行制御部512は、自動操舵及び停止を含む車速変更の制御信号を生成して、走行機器群71を制御する。自動操舵に関する制御信号は、走行経路設定部513によって設定された目標となる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位置ずれ、及び走行経路の方位と機体方位との方位ずれを解消するように生成される。車速変更に関する制御信号は、前もって設定された車速値に基づいて生成される。
In the automatic driving mode, the automatic
手動走行モードでは、手動走行制御部511は、運転者による操作に基づいて出力される手動操作信号に基づいて制御信号を生成し、走行機器群71を制御する。これにより、手動運転が実現する。なお、経路算出部41によって算出された走行経路は、手動運転であっても、コンバインが当該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。
In the manual travel mode, the manual
自動走行管理部514は、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。
The automatic
このコンバインは、自動走行制御部512による制御によって、直線状の走行経路に沿って自動走行する。また、先の自動走行から次の自動走行に移行する際に行われる旋回移行走行は、手動走行であり、手動走行制御部511による制御によって行われる。自動走行から手動の旋回移行走行に入る際には、収穫部15が上昇操作され、操舵レバー92が揺動操作されるので、この操作をトリガーとして自動走行が中止され、手動走行に移行する。また、走行経路設定部513によって設定された次に自動走行すべき走行経路が自動走行制御部512によって捕捉され、且つ、その走行経路と自車位置との間の方位ずれ及び位置ずれが算出可能となっていることを条件として、手動の旋回移行走行から自動走行への移行が実行される。
This combine automatically travels along a linear travel path under the control of the automatic
越境判定部53は、外側マップデータによって得られる圃場境界線(例えば、畔)と自車位置とから機体10が境界線を越える可能性を判定する。例えば、機体10の進行方向での圃場境界線までの距離が2mである場合、圃場境界線を越える可能性があると越境判定部53が判断し、報知デバイス62を通じて警告が報知される。さらに、圃場境界線までの距離が1mとなれば、機体10の減速または停止が行われる。
The
次に、図9を用いて、このコンバインの圃場での手動走行と自動走行とを組み合わせた作業走行の一例を説明する。
最初に、未作業領域CAが四角形になるように、手動で周囲刈り走行が行われる(#01)。周囲刈り走行が終了すると、外周領域SAが算出される(#02)。外周領域SAの最内線が、未作業領域CAの外形となるので、算出された外周領域SAに基づいて、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(#03)。この未作業領域CAにおいて自動走行による収穫作業をするための走行パターンを選択する(#04)。ここでは、往復走行パターンが選択されたとする。さらに、現在の自車位置などを考慮して、自動走行開始位置が決定される(#05)。自動走行開始位置が決定されると、初期基準線算出部411が、未作業領域CAを形作る四角形の各辺のうち、この自動走行開始位置からの自動走行の方向に適した向きを有する辺を、基準辺として決定し(#06)、さらに、この基準辺を作業幅(オーバラップを含める)の1/2だけ内側にずらせて得られる線を、初期基準線Lsとして算出する(#07)。初期基準線Lsは、自動走行のための最初の走行経路として走行経路設定部513によって設定される(#08)。
Next, with reference to FIG. 9, an example of work running that combines manual running and automatic running in the field of this combine will be described.
First, the surrounding cutting run is manually performed so that the unworked area CA becomes a quadrangle (# 01). When the peripheral mowing run is completed, the outer peripheral region SA is calculated (# 02). Since the innermost line of the outer peripheral area SA is the outer shape of the unworked area CA, inner map data showing the shape of the unworked area CA is created based on the calculated outer peripheral area SA (# 03). In this unworked area CA, a running pattern for performing harvesting work by automatic running is selected (# 04). Here, it is assumed that the reciprocating travel pattern is selected. Further, the automatic driving start position is determined in consideration of the current position of the own vehicle (# 05). When the automatic driving start position is determined, the initial reference
手動走行によりコンバインが自動走行開始位置に向かう(#09)。自動走行を行うための前提条件として、走行経路の捕捉プログラムにおいて、目標走行経路として設定された走行経路と自車位置との距離が、当該走行経路と自車位置とのずれを算出できる範囲内であること、つまり自動走行管理部514によって走行経路が捕捉されていることが必要である。コンバインが自動走行開始位置に接近して、走行経路が捕捉されると(#10Yes分岐)、自動走行制御の準備ができていることが報知される(#11)。運転者は、自動走行操作具93を操作し、自動走行移行要求を出力することで、自動走行への移行を自動走行管理部514に要求する(#12)。
The combine heads for the automatic driving start position by manual driving (# 09). As a prerequisite for automatic driving, the distance between the driving route set as the target driving route and the vehicle position in the driving route acquisition program is within the range in which the deviation between the driving route and the vehicle position can be calculated. That is, it is necessary that the traveling route is captured by the automatic
運転者からの自動走行への移行要求を受けて、自動走行管理部514は、自動走行許可条件が成立しているかどうかチェックする(#13)。自動走行許可条件が成立していなければ(#13No分岐)、未成立の報知等を行って、自動走行許可条件が成立するのを待つ。自動走行許可条件が成立していれば(#13Yes分岐)、自動走行開始指令が自動走行制御部512に与えられる(#14)。自車位置算出部50から算出される自車位置は、慣性航法ユニット82による相対的な方位変化角の積分値である自車方位と車速とから算出される自車位置で補完されている。自動走行制御部512による自動走行では、自車方位と走行経路の方位との間の方位ずれ、及び自車位置と走行経路との間の位置ずれ(機体10の横方向のずれ)から、機体10が走行経路上に沿うように操舵量が算出され、この操舵量に基づいて走行装置11が駆動される(#15)。なお、経時的に算出される方位ずれ及び位置ずれは、汎用端末4のタッチパネル40に表示可能である。
In response to the driver's request for transition to automatic driving, the automatic
現在設定された走行経路が最後の走行経路であれば(#16Yes分岐)、この走行経路を走行すれば、作業走行は終了となり、自動走行を用いたこの作業走行ルーチンは終了する。現在設定された走行経路が最後の走行経路でなければ(#16No分岐)、旋回移行走行によって次の走行経路に移動する必要がある。機体10が未作業領域CAから外周領域SAに進入すれば、運転者の判断で旋回移行走行が開始される(#17Yes分岐)。次基準線算出部412は、次の自動走行を開始するために行われる180度の旋回移行走行がスムーズに行われるように、先の走行経路から少なくとも走行経路2本分の間隔をあけた位置に次基準線を算出する(#18)。算出された次基準線は、次の走行経路として走行経路設定部513によって設定される(#19)。旋回移行走行が行われている間に(#20)、設定された走行経路が自動走行管理部514によって捕捉されたかどうかチェックされる(#21)。走行経路が捕捉されると(#21Yes分岐)、次の走行経路を用いた自動走行制御の準備ができていることが報知される(#22)。運転者は、自動走行操作具93を操作し、自動走行への移行を、自動走行管理部514に要求する(#23)。その後、自動走行の開始、さらに手動の旋回移行走行、更なる次基準線の算出、更なる走行経路の設定が、この圃場に対する作業走行が終了するまで、繰り返される(#13~#23)。
If the currently set travel route is the last travel route (# 16Yes branch), if the vehicle travels on this travel route, the work travel ends and the work travel routine using automatic travel ends. If the currently set travel route is not the last travel route (# 16No branch), it is necessary to move to the next travel route by turning transition travel. When the
図9のフローチャートでは示されていないが、収穫作業の途中で、穀粒タンク14が満杯近くになると、旋回移行走行に代えて、運搬車CVが停車している排出位置までの離脱走行が行われる。穀粒タンク14からの穀粒搬出が終了すると、排出位置から、次の走行経路への復帰走行が行われる。離脱走行及び復帰走行においては、少なくとも部分的には、自動走行も可能である。
Although not shown in the flowchart of FIG. 9, when the
〔別実施の形態〕
(1)上述の実施形態においては、初期基準線Lsとなる基準線L1が、未作業領域CAの1つの辺である基準辺S1から作業幅(刈取り幅)の半分だけ内側を通る線として算出された。これに代えて、初期基準線Lsとなる基準線L1を、基準辺S1から未作業領域CAの中央部の方へ、作業幅以上に遠く離れた位置を通る線として算出してもよい。つまり、初期基準線Lsは、未作業領域CAの縁部近くには限定されずに算出することができる。
[Another embodiment]
(1) In the above-described embodiment, the reference line L1 to be the initial reference line Ls is calculated as a line passing inside from the reference side S1 which is one side of the unworked area CA by half of the working width (cutting width). Was done. Instead of this, the reference line L1 to be the initial reference line Ls may be calculated as a line passing through a position farther than the working width from the reference side S1 toward the central portion of the unworked area CA. That is, the initial reference line Ls can be calculated without being limited to the vicinity of the edge of the unworked area CA.
(2)図9のフローチャートでは、未作業領域CAでの自動走行における最初の走行経路以降の走行経路となる次基準線の算出は旋回移行走行の間に行われ、順次、基準線は、旋回移行走行の間に算出される制御の流れとなっていた。これに代えて、未作業領域CAの形状が算出された段階で、初期基準線Lsとともに全ての基準線、つまり未作業領域CAを網羅する全ての走行経路を算出してもよい。あるいは、未作業領域CAでの収穫作業の途中で、一定のグループ単位で、順次基準線(走行経路)を算出するようにしてもよい。 (2) In the flowchart of FIG. 9, the calculation of the next reference line, which is the traveling path after the first traveling path in the automatic driving in the unworked area CA, is performed during the turning transition running, and the reference line is sequentially turned. It was a control flow calculated during the transition run. Instead of this, at the stage where the shape of the unworked area CA is calculated, all the reference lines together with the initial reference line Ls, that is, all the traveling routes covering the unworked area CA may be calculated. Alternatively, the reference line (traveling route) may be sequentially calculated in a certain group unit during the harvesting work in the unworked area CA.
(3)図8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を、部分的にあるいはその全てを制御装置5に組み込んでもよい。
(3) Each functional unit shown in FIG. 8 is divided mainly for the purpose of explanation. In practice, each functional unit may be integrated with other functional units or may be divided into a plurality of functional units. For example, the functional unit built in the general-
(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。 (4) In the above-described embodiment, the peripheral mowing running is performed manually, but after the second lap, automatic running may be adopted for partial running, especially for linear running. ..
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、ジャガイモ収穫機、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。 The present invention can be used not only for ordinary combine harvesters but also for head-feeding combine harvesters. It can also be used for various harvesters such as a corn harvester, a potato harvester, a carrot harvester, and a sugar cane harvester.
10 :機体
41 :経路算出部
411 :初期基準線算出部
412 :次基準線算出部
42 :作業走行管理部
421 :走行軌跡算出部
422a :外側マップ作成部
422b :内側マップ作成部
423 :排出位置設定部
43 :入出力制御部
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
514 :自動走行管理部
53 :越境判定部
56 :報知部
80 :自車位置検出モジュール
81 :衛星測位ユニット
82 :慣性航法ユニット
90 :走行操作ユニット
91 :主変速レバー
92 :操舵レバー
93 :自動走行操作具
SA :外周領域
CA :未作業領域
Ls :初期基準線(直線群)
L2 :次基準線(直線群)
P1 :境界点
P2 :境界点
S1 :基準辺(第1辺)
10: Aircraft 41: Route calculation unit 411: Initial reference line calculation unit 412: Next reference line calculation unit 42: Work travel management unit 421: Travel
L2: Next reference line (straight line group)
P1: Boundary point P2: Boundary point S1: Reference side (first side)
Claims (1)
前記内側マップデータから前記未作業領域の一辺に平行で、前記外周領域と前記未作業領域との境界点の2つを結ぶ初期基準線を算出する初期基準線算出部と、
前記初期基準線の次となる次基準線、及び前記次基準線の次となる更なる次基準線を順次算出する次基準線算出部と、
前記初期基準線及び前記次基準線を走行経路として、前記走行経路と自車位置とに基づいて自動走行を行う自動走行制御部と、
を備えた収穫機。 An inner map creation unit that creates inner map data showing a polygonal shape of an unworked area, which is an inner region of the outer peripheral region, based on the shape of the outer peripheral region formed on the outer peripheral portion of the field by cutting around.
An initial reference line calculation unit that calculates an initial reference line parallel to one side of the unworked area from the inner map data and connecting two boundary points between the outer peripheral area and the unworked area.
A next reference line calculation unit that sequentially calculates a next reference line following the initial reference line and a further next reference line next to the next reference line,
An automatic driving control unit that automatically travels based on the traveling route and the position of the own vehicle using the initial reference line and the next reference line as traveling routes.
Harvester equipped with.
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