JP2022048491A - 作業車両 - Google Patents

Abstract

【課題】円滑に自動運転走行経路の開始位置まで移動できる作業車両を提供する。【解決手段】作業車両１００の自己位置を測定する測位装置と、圃場Ｈの外周Ｐｅ形状情報を格納する地形情報データベースを備え、圃場Ｈ内に走行経路を設定し、走行経路は往復走行を繰り返す往復走行経路２０と、外周形状に沿って走行する枕地走行経路２２とを備え、作業車両１００の自己位置が外周Ｐｅから所定の距離以上離れているときに、自律走行の開始指示を受信すると、開始点自動移動経路２４に沿って往復走行経路２０の開始点Ｐ１まで自動で移動する作業車両１００において、往復走行経路２０の方向と平行な方向から開始点Ｐ１に進入する際に、往復走行経路２０と枕地走行経路２２の距離が所定の距離以下である場合には、旋回途中に後進行程を実行する。【選択図】図５

Description

本発明は、農用トラクタのような作業車両に関する。

走行領域を設定し、走行領域における車両の走行経路を生成する経路生成部を備え、生成した経路に沿って自律走行する作業車両であって、走行領域には作業機により作業が行われる作業経路を含む第１の領域と、第１の領域の周囲に設定される第２の領域を含み、第２の領域において作業の開始が指示された場合、車体の向いている方位角と現在位置から作業開始位置に対する方位角との角度差が所定の範囲内であれば、現在位置から作業経路の開始位置まで走行させた後、作業を開始させる作業車両が公知である（特許文献１）。

特許第６５９４８０５号公報

しかし、従来の技術では作業の開始位置に移動する際に、旋回半径が合わずに大回りになってしまい、円滑に作業を開始できない場合があった。

本発明では円滑に自動運転走行経路の開始位置まで移動できる作業車両を提供することを目的とする。

上記課題を解決し目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、作業車両の自己位置を測定する測位装置２０３と、圃場Ｈの外周Ｐｅ形状情報を格納する地形情報データベース３２２を備え、圃場Ｈ内に走行経路を設定し、走行経路は往復走行を繰り返す往復走行経路２０と、外周形状に沿って走行する枕地走行経路２２とを備え、作業車両の自己位置が外周Ｐｅから所定の距離Ｄ１以上離れているときに、自律走行の開始指示を受信すると、開始点自動移動経路２４に沿って往復走行経路２０の開始点Ｐ１まで自動で移動する作業車両において、往復走行経路２０の方向と平行な方向から開始点Ｐ１に進入する際に、往復走行経路２０と枕地走行経路２２の距離が所定の距離以下である場合には、旋回途中に後進行程を実行する作業車両とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、往復走行経路２０の方向と垂直な枕地走行経路２２から開始点Ｐ１に入る際に、開始点Ｐ１が前方向に所定距離になったタイミングで旋回を開始する構成とした。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、旋回開始後、作業車両の方位が往復走行経路２０の方向に沿うまで前進（ア）して合わせた後、後進（ロ）して開始点Ｐ１に合わせるよう構成した。

請求項１に記載の発明によれば、開始点自動移動経路２４に沿って往復走行経路２０の開始点Ｐ１に移動するときに、通常の旋回では回り切れないときに位置を合わせることができ、円滑に往復走行経路２０の開始点Ｐ１まで移動できる。

請求項２に記載の発明によると、請求項１に記載の効果に加え、適切なタイミングで旋回を開始することで円滑に移動できる。

請求項３に記載の発明によると、請求項１又は請求項２に記載の効果に加え作業車両の方位を往復走行経路２０の方向に合わせた状態で作業開始できるため、円滑に作業走行を開始できる。

本発明における実施の形態の農用トラクタの側面図である。 本発明における実施の形態の管理システムのブロック図である。 本発明における実施の形態の管理端末と複数の圃場との位置関係を示す模式図である。 本発明における実施の形態の圃場の外周経路を記録する模式図である。 本発明における実施の形態の枕地走行経路及び往復走行経路の一例を示す図である。 本発明における実施の形態の枕地走行経路における自律走行一例の概要図である。 本発明における実施の形態の開始点自動移動モードのフローチャートであるである。 本発明における実施の形態の開始点自動移動モードの実行に基づく一例を示す概要図である。 本発明における実施の形態の開始点自動移動モードの実行に基づく一例を示す概要図である。 本発明における実施の形態の開始点自動移動モードの実行に基づく一例を示す概要図である。 本発明における実施の形態の開始点自動移動モードの実行に基づく一例を示す概要図である。 本発明における実施の形態の開始点自動移動モードの実行に基づく一例を示す概要図である。 本発明における実施の形態の開始点自動移動モードの実行に基づく一例を示す概要図である。 本発明における実施の形態の開始点自動移動モードの実行に基づく一例を示す概要図である。 本発明における実施の形態の開始点自動移動モードの実行に基づく一例を示す概要図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面に基づき説明する。

図１は、本発明の実施態様に係る作業車両管理システムの作業車両（走行車両）１００の構成を示す略側面図である。作業車両１００は、往復隣接作業走行範囲（往復隣接走行範囲）１３を走行可能な農作業用の車両であり、車体前部には、ボンネット１０７に覆われたエンジン１０５が配設され、このエンジン１０５の回転動力を複数の変速装置を介して前輪１０３及び後輪１０４に伝達することで走行できるように構成されている。また、エンジン１０５の後方には、操縦部１０６が設けられており、操縦部１０６後方の車体後部には往復隣接作業走行範囲１３を耕耘可能な作業機１４０が取り付けられている。

操縦部１０６には、作業者が操作するステアリングハンドルと操縦席とを備えているキ ャビンが設けられている。また、キャビンの天井であるキャビンルーフ１０８にはＧＮＳＳ受信機（ＧＮＳＳ受信装置）１０２が設けられており、人工衛星１７０から所定の時間間隔で電波を受信して作業車両１００の位置を測定することができるように構成されている。

作業車両１００の車体後部には、上側にあるトップリンク１４５ａと下側にある左右の ロアリンク１４５ｂとからなる３点リンク機構１４５が設けられており、これに作業機１４０が連結されている。作業機１４０は耕耘作業機とされ、圃場の土を耕す耕耘爪１４６と、耕耘爪１４６の上方を覆うロータリカバー１４７と、ロータリカバー１４７の後部で上下動自在に支持されるリヤカバー１４８とが設けられる。

３点リンク機構１４５のロアリンク１４５ｂには、リフトアーム１４２を介して作業機昇降シリンダ１４１が接続されており、作業機昇降シリンダ１４１を伸縮させることによりロアリンク１４５ｂを上下させることができるように構成されている。

以下、作業車両１００が作業機１４０を下ろした状態で、往復隣接作業走行範囲１３の土を耕しながら走行することを作業走行と呼ぶ。

図２は、本発明の好ましい実施態様に係る作業車両管理システム１の構成を示すブロッ ク図である。作業車両１００は、図１のＧＮＳＳ受信装置１０２が受信した 電波から自機の位置情報を取得する位置情報取得手段である位置情報取得部３０１と、車両の自律走行を制御する自動運転ＥＣＵ３０２と、車両の走行及び作業機の操作を制御する車両ＥＣＵ３０３とを備えており、車両ＥＣＵ３０３は、通信網をなすクラウドＣと相互に通信を行う通信部３０４と、位置情報や地形情報から走行経路を算定する経路算定部３０６とを備 えている。

したがって、作業車両１００は、位置情報取得部３０１により取得した自機の位置情報を、所定時間毎に、通信部３０４ を介してクラウドＣに送信して格納することができ、また、クラウドＣに格納された情報 を取得することができるように構成されている。

遠隔管理装置２００は、携帯可能な電子演算機器であり、管理ユーザにより操作可能な管理端末（携帯端末）２０１によって構成されている。管理端末２０１は、クラウドＣと相互に通信可能な通信機２０２と、管理端末２０１を制御する端末制御部２０４とを備えている。したがって、管理ユーザは、管理端末２０１を所持することにより、通信機２０２を介してクラウドＣと情報のやり取りをすることができる。

このように、作業車両１００と遠隔管理装置２００とがクラウドＣを媒介して通信可能に構成されているので、管理ユーザは、遠隔管理装置２００により、作業車両１００の状態を監視したり、指令を送ったりすることができ、遠隔的に作業車両１００を管理することが可能になる。

クラウドＣには管理サーバ３２０が設けられており、この管理サーバ３２０には圃場やその周辺の地形情報を格納する地形情報データベース３２２と、作業車 両１００の位置情報を格納する位置情報データベース３２３とが記録されている。したがって、管理ユーザは、管理サーバ３２０にアクセスし、地形情報データベース３２２および位置情報データベース３２３を参照することにより、作業車両１００と圃場との位置関係を把握することができる。

図３は、管理区域１０における、管理端末２０１と、複数の往復隣接作業走行範囲１３との位置関係を示す模式図であり、管理区域１０には複数の往復隣接作業走行範囲１３（Ａ１～Ａｎ）が設けられており、それぞれの往復隣接作業走行範囲１３で走行車両１００（Ｖ１～Ｖｎ）が作業走行するように構成されている。各往復隣接作業走行範囲１３は管理通路１２に接しており、出入口１１から作業車両１００が出入りできるように構成されている。

管理端末２０１は、どの往復隣接作業走行範囲１３にどの作業車両１００が作業しているかを特定する圃 場特定手段を備えており、図２に示したクラウドＣを介して管理サーバ３２０にアクセス し、地形情報データベース３２２に格納されている各往復隣接作業走行範囲１３（Ａ１～Ａｎ）の位置情報と、位置情報データベース３２３に格納されている作業車両１００（Ｖ１～Ｖｎ）の位置情報とを比較参照することで、往復隣接作業走行範囲１３が位置する範囲に存在する作業車両１００を特定し、作業車両Ｖｘ（ｘ＝１，２，・・・，ｎ）と、その作業車両Ｖｘが作業している圃場Ａｘ（ｘ＝１，２，・・・，ｎ）とを対応付けることができるように構成されている。

ここで、管理端末２０１において、端末制御部２０４は、測位装置２０３により、クラウドＣを介して図２に示した地形情報データベース３２２から管理区域１０の管理通路１２と、往復隣接作業走行範囲１３（Ａ１～Ａｎ）とのそれぞれの地形情報を取得することができる。さらに、管理端末２０１の現在位置から管理通路１２を通って往復隣接作業走行範囲１３の出入り口１１の位置に達する経路（Ｌ１～Ｌｎ）を算出して、これらの経路（Ｌ１ ～Ｌｎ）の距離から、所定の速度における往復隣接作業走行範囲１３（Ａ１～Ａｎ）への移動時間Ｔ（Ｔ１ ～Ｔｎ）を算出可能に構成されている。

図４は、圃場Ｈの枕地走行を記録する作業車両１００の様子を示す模式図であり、図５は、圃場Ｈ内を作業走行する作業車両１００の様子を示す略平面図である。

図４に示されるよう、畦１５に囲まれ、この畦１５による外形の外周Ｐｅ形状で区画される圃場Ｈは、往復隣接作業走行範囲１３と、枕地走行範囲（枕地）１４とからなり、管理通路１２に対し、出入口１１によって走行車両１００が出入り可能に構成されている。枕地走行範囲１４は、走行車両１００が走行可能であり、往復隣接作業走行範囲１３の外を周回するための枕地走行経路２２に基づいて作業走行することによりこの枕地走行範囲１４を耕耘処理できる。

作業車両１００は、圃場の形状を示す地形情報を取得する圃場形状取得手段を備えている。その前提として、作業車両１００は、あらかじめ、図２の位置情報取得部３０１で現在位置を測定しながら枕地走行経路２２を走行し、図２の経路算定部３０６が走行した経路の位置情報をつなげることにより、外周の枕地走行経路２２としての経路情報を作成し、かつ、枕地走行経路２２の経路情報において走行した経路が囲む範囲を計算して圃場Ｈの地形情報（圃場の位置座標、面積および縦横の長さ）を作成し、これらの情報を、クラウドＣを介して、地形情報データベース３２２に記録する地形情報記録モードを備えている。そして、作業車両１００は、地形情報記録モードの実行で圃場形状取得手段によって、地形情報データベース３２２に記録された外周Ｐｅ形状情報による枕地走行経路２２の経路情報及び地形情報データベース３２２に記録された往復隣接作業走行範囲１３の地形情報を取得することができるように構成されている。

地形情報記録モードにより作業車両１００が作成した枕地走行経路２２の経路情報と往復隣接作業走行範囲１３の地形情報とは、クラウドＣを介して管理サーバ３２０に送信され、枕地走行経路２２の経路情報と往復隣接作業走行範囲１３の地形情報とを受け取った管理サーバ３２０は、その情報を地形情報データベース３２２に記録する。これにより、作業車両１００は、クラウドＣを介して管理サーバ３２０にアクセスすることで、任意のタイミングで枕地走行経路２２の経路情報と往復隣接作業走行範囲１３の地形情報とを取得することができる。作業車両１００は、例えば、エンジン１０５を起動した際に、圃場形状取得手段によって、枕地走行経路２２の経路情報及び往復隣接作業走行範囲１３の地形情報を取得する。

このように、作業車両１００が地形情報記録モードを備えていることにより、あらかじ め往復隣接作業走行範囲１３を測量して地形情報を取得しておく必要がなく、任意の往復隣接作業走行範囲１３での作業車両１００に作業走行をさせるために必要な手間を軽減することができる。

図５に示されるように、作業車両１００は、往復隣接作業走行範囲１３内を作業走行するにあたり、図２に示した経路算定部３０６により往復隣接作業走行範囲１３の地形情報と作業車両１００の作業幅ｗとに基づいて往復隣接作業走行範囲１３を作業走行するための経路である往復走行経路（往復隣接作業走行経路）２０を算定する。往復隣接作業走行範囲１３を万遍なく耕耘するように作業走行するには、往復隣接作業走行範囲１３の幅を作業幅ｗで割った数の分だけ往復隣接作業走行範囲１３を直進すればよいので（図５では７回）、往復走行経路２０は、往復隣接作業走行範囲１３上を 直進する直進経路と、往復隣接作業走行範囲１３を出て枕地１４で旋回し往復隣接作業走行範囲１３に戻る旋回経路とにより 、往復隣接作業走行範囲１３を往復するように算定される。以下、往復走行経路２０が往復隣接作業走行範囲１３の端と交差する点を圃場端点２１ａ（Ｐ１～Ｐ７）、２１ｂ（Ｑ１～Ｑ７）と呼ぶ。

往復走行経路２０が算定されると、作業車両１００は、自律走行により、往復走行経路２０に沿って、往復隣接作業走行範囲１３の一端から他の一端まで往復しながら、圃場全体を作業走行で通過するように構成されている。

具体的には、作業車両１００は、往復隣接作業走行範囲１３の隅にある圃場端点２１ａ（Ｐ１（以下、開始点Ｐ１））から往復隣接作業走行範囲１３に進入すると、対向する位置にある圃場端点２１ｂ（Ｑ１）まで直進して、一旦、往復隣接作業走行範囲１３を出てから枕地１４で左旋回し、隣接する圃場端点２１ｂ（Ｑ２）から再度、往復隣接作業走行範囲１３に進入する。その後、対向する位置にある圃場端点２１ａ（Ｐ２）まで直進し、往復隣接作業走行範囲１３を出てから枕地１４で右旋回し、隣接する圃場端点２１ａ（Ｐ３）から再度、往復隣接作業走行範囲１３に進入する。作業車両１００は、このような走行を圃場端点２１ａ（Ｑ７）に着くまで 繰り返すことで、圃場全体を万遍なく耕耘することができる。

次いで、図５に基づき枕地走行範囲１４の枕地走行経路２２について具体的に説明する。畦１５と往復隣接走行範囲１３との間における枕地走行範囲１４は、複数回の周回作業で耕耘できる範囲に設定されている。畦１５に近い枕地は作業者の手動操作による枕地走行運転で耕耘するものとし、枕地最内周は上記往復隣接作業自律走行に継続して自律走行する構成としている。したがって、作業者は作業車両１００が管理通路１２から出入口１１に達すると、圃場Ｈの枕地走行範囲１４を管理端末２０１に表示される枕地走行経路２２に従って枕地耕耘を行い、往復隣接作業走行範囲１３の圃場端点２１ａのうち往復隣接作業走行経路２０の開始点Ｐ１へ向けて移動する。なお、出入口１１を通過した後、以降は枕地走行範囲１４を自律走行する構成でもよい。

次いで、図６，図７に基づいて、開始点自動移動モードＭについて説明する。作業車両１００が圃場Ｈ内に入り、手動操作の周回作業または外周Ｐｅ形状情報に基づき作成された枕地走行経路２２による自律走行を実行した後、管理端末２０１の所定操作、すなわちモードスイッチ操作によって、開始点自動移動モードＭに移行する。開始点自動移動モードＭは、車両の自律走行を制御する前記自動運転ＥＣＵ３０２に設定された開始点自動移動制御部３０８の実行に基づいて、圃場Ｈ内枕地走行経路２２に移動した作業車両１００を往復隣接走行範囲１３の圃場端点２１ａのうち、往復隣接作業の開始点Ｐ１へ至る開始点自動移動経路２４を演算し指定するものである。図７により説明すると、作業車両１００の電源投入とともに方位検出手段３１０によって作業車両の方位が認識され、自律走行経路から大きく逸脱しているか否かが判定される（Ｓ１０１,Ｓ１０２）。方位が確定している時のみ自動移動を許可することで、自動移動開始時の安全性を確保できる。なお、方位判定にあたっては自律走行軌跡と枕地走行経路２２との比較によって方位の異常の有無を判定できる構成としてもよい。次いで作業車両１００の前端部（車両前端部、車両中央、作業機後端中央）Ｆが圃場Ｈ領域から逸脱していないか判定される（Ｓ１０３）。次に車両前端部Ｆと作業機１４０の後端中央部Ｒが圃場Ｈ外周（畦１５内周）Ｐｅに対して距離Ｄ１以上離れているか否か判定される（Ｓ１０４）。ここで距離Ｄ１は、例えば作業機１４０幅Ｗの１／２に安全距離α（例えば３０ｃｍ）を加えた値とし、圃場外周Ｐｅから車両中央Ｆまでの距離Ｄｆとし、同様に圃場外周Ｐｅから作業機後端中央までの距離Ｄｒとしたとき、Ｄ１≒（Ｗ／２）＋αであり、Ｄｆ＜Ｄ１かつＤｒ＜Ｄ１となる。次に、最内周の枕地走行経路２２から圃場Ｈ内側に向けた距離が距離Ｄ２以内であるか否か判定される（Ｓ１０５）。ここで、距離Ｄ２は例えば１ｍである。したがって、車両中央Ｆ及び作業機後端中央Ｆが図６に示す許可範囲Ｄにあるときに許可される。以下、順に車両は枕地走行経路２２に沿う方向であるか判定される（Ｓ１０５）。枕地走行経路２２に向かってあまり操舵角を変更することなく移動でき安全である。

Ｓ１０２～Ｓ１０６の条件が整うと、開始点自動移動モードＭの実行が許可状態となり（Ｓ１０７）、携帯端末２０１の画面に「開始」スイッチ部が表示され（Ｓ１０８）、これをタッチ操作することで（Ｓ１０９）、自動運転ＥＣＵ３０２は、開始点自動移動経路２４が演算され（Ｓ１１０）、車両は開始点自動移動経路２４に沿い開始点Ｐ１に向けて自律走行する。なお、開始点自動移動経路２４の演算にあたっては、予め設定された枕地走行経路２２に重複させるようになっており、無闇に往復隣接走行範囲１３に進入しないようになっている。

次に、図８～図１５に基づいて、前記開始点自動移動経路２４によって自動走行を行う種々のパターンについて説明する。開始点近辺まで移動する際には、枕地の最内側枕地走行経路２２を移動させることにより（図８）、往復隣接走行範囲１３を荒らすことなく、畦１５との接触を回避できる。開始点自動移動経路の生成に際しては、枕地を時計回りにまたは反時計回りのいずれも選択可とすることにより（図９）、開始点まで最短で移動できる。往復走行経路２０の走行方向と同じ方向の枕地から開始点に入る場合に隣接耕耘時の旋回要領と同様の旋回動作で開始点に到達できる場合にはこの旋回要領を実行するが（図１０）、到達できない場合には前進後退に切替しながら旋回する。このように構成することにより、車格に応じた旋回方法で開始点に到達できる。往復走行経路２０の走行方向と垂直方向の枕地から開始点に入る場合には、旋回径に応じた旋回タイミングで開始点に到達することで（図１１）、ゆるやかに開始点Ｐ１に到達できる。

往復走行経路２０の開始点Ｐ１に到達する際、方位が往復走行経路２０のラインと平行でない場合は、平行になるまで前進（図１２中（イ））で方位を合わせ、その後は後進（同（ロ））で位置を開始点に合わせることにより、開始点到達時に精度良く位置及び方位を合わせることができる。

上記いずれの場合も作業車両１００が往復走行経路２０の開始点Ｐ１に到達すると、一時停止後ホーンを吹鳴することにより（図１３）、開始点到達を判断し易くしている。作業車両１００の方位が往復走行経路２０のラインと平行でない場合には、開始点Ｐ１への移動を許可しないことにより（図１４）、安全に開始点に到達できる状況にないときは開始点自動移動を行わない。開始点Ｐ１への移動の際、開始点Ｐ１のある往復走行経路２０に前進幅寄せしながら方位を揃え（図１５（ウ））、その後は後進（同図（エ））で車両位置を開始点位置に合わせることにより、現在位置から近い開始点に対しても安全に自動走行が可能となる。

前記の例においては、作業車両１００はＧＮＳＳ受信装置１０２が受信した電波から自機の位置情報を取得する位置情報取得手段を構成している。ところで、自位置を認識可能なＤ-ＧＮＳＳがあるが、時間的な誤差制度が大きく、ＲＴＫ-ＧＮＳＳの様に圃場内全域に走行経路を設計することには不向きである。そこで、設定された走行経路を自動で直進制御する操舵装置を設ける場合に、作業車両にカメラを装備し、畔、畝あるいは耕耘跡等の特異画像情報を取得し次工程に入るべき位置（距離）を算出する構成とすることができる。このように構成すると、Ｄ-ＧＮＳＳのデメリットをカメラ画像にて補完することができ、安価な構成で自動運転に必要な等間隔の隣接耕耘経路の生成が可能となる。なお、カメラをステレオカメラとすることで、距離を正確に測定でき精度向上となる。また単眼カメラとし、時間要素を加味して距離を算出でき、安価な構成で精度の高い距離測定できる。

２０ 往復走行経路
２２ 枕地走行経路
２４ 開始点自動移動経路
２０３ 測位装置
３２２ データベース
Ｄ１ 距離
Ｈ 圃場
Ｐ１ 開始位置
Ｐｅ 外周

Claims (3)

1. 作業車両の自己位置を測定する測位装置（２０３）と、圃場（Ｈ）の外周（Ｐｅ）形状情報を格納する地形情報データベース（３２２）を備え、圃場（Ｈ）内に走行経路を設定し、走行経路は往復走行を繰り返す往復走行経路（２０）と、外周形状に沿って走行する枕地走行経路（２２）とを備え、作業車両の自己位置が外周（Ｐｅ）から所定の距離（Ｄ１）以上離れているときに、自律走行の開始指示を受信すると、開始点自動移動経路（２４）に沿って往復走行経路（２０）の開始点（Ｐ１）まで自動で移動する作業車両において、往復走行経路（２０）の方向と平行な方向から開始点（Ｐ１）に進入する際に、往復走行経路（２０）と枕地走行経路（２２）の距離が所定の距離以下である場合には、旋回途中に後進行程を実行する作業車両。
2. 往復走行経路（２０）の方向と垂直な枕地走行経路（２２）から開始点（Ｐ１）に入る際に、開始点（Ｐ１）が前方向に所定距離になったタイミングで旋回を開始する構成とした請求項１に記載の作業車両。
3. 旋回開始後、作業車両の方位が往復走行経路（２０）の方向に沿うまで前進（ア）して合わせた後、後進（ロ）して開始点（Ｐ１）に合わせるよう構成した請求項１又は請求項２に記載の作業車両。

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