本発明に係る走行経路生成装置を用いた自動走行システムの実施形態を図面に基づいて説明する。
〔第1実施形態〕
この自動走行システムは、図1に示すように、作業車両としてトラクタ1を適用しているが、トラクタ以外の、乗用田植機、コンバイン、乗用草刈機、ホイールローダ、除雪車等の乗用作業車両、及び、無人草刈機等の無人作業車両に適用することができる。
この自動走行システムは、図1及び図2に示すように、トラクタ1に搭載された自動走行ユニット2、及び、自動走行ユニット2と通信可能に通信設定された携帯通信端末3を備えている。携帯通信端末3には、タッチ操作可能なタッチパネル式の表示部51(例えば、液晶パネル)等を有するタブレット型のパーソナルコンピュータやスマートフォン等を採用することができる。
トラクタ1は、駆動可能な操舵輪として機能する左右の前輪5、及び、駆動可能な左右の後輪6を有する走行機体7が備えられている。走行機体7の前方側には、ボンネット8が配置され、ボンネット8内には、コモンレールシステムを備えた電子制御式のディーゼルエンジン(以下、エンジンと称する)9が備えられている。走行機体7のボンネット8よりも後方側には、搭乗式の運転部を形成するキャビン10が備えられている。
走行機体7の後部には、3点リンク機構11を介して、作業装置12の一例であるロータリ耕耘装置を昇降可能かつローリング可能に連結することができる。トラクタ1の後部には、ロータリ耕耘装置に代えて、モア、プラウ、播種装置、散布装置等の各種の作業装置12を連結することができる。
トラクタ1には、図2に示すように、エンジン9からの動力を変速する電子制御式の変速装置13、左右の前輪5を操舵する全油圧式のパワーステアリング機構14、左右の後輪6を制動する左右のサイドブレーキ(図示せず)、左右のサイドブレーキの油圧操作を可能にする電子制御式のブレーキ操作機構15、ロータリ耕耘装置等の作業装置12への伝動を断続する作業クラッチ(図示せず)、作業クラッチの油圧操作を可能にする電子制御式のクラッチ操作機構16、ロータリ耕耘装置等の作業装置12を昇降駆動する電子油圧制御式の昇降駆動機構17、トラクタ1の自動走行等に関する各種の制御プログラム等を有する車載電子制御ユニット18、トラクタ1の車速を検出する車速センサ19、前輪5の操舵角を検出する舵角センサ20、及び、トラクタ1の現在位置及び現在方位を測定する測位ユニット21等が備えられている。
なお、エンジン9には、電子ガバナを備えた電子制御式のガソリンエンジンを採用してもよい。変速装置13には、油圧機械式無段変速装置(HMT)、静油圧式無段変速装置(HST)、又は、ベルト式無段変速装置等を採用することができる。パワーステアリング機構14には、電動モータを備えた電動式のパワーステアリング機構14等を採用してもよい。
キャビン10の内部には、図1に示すように、パワーステアリング機構14(図2参照)を介した左右の前輪5の手動操舵を可能にするステアリングホイール38、搭乗者用の運転席39、タッチパネル式の表示部、及び、各種の操作具等が備えられている。
図2に示すように、車載電子制御ユニット18は、変速装置13の作動を制御する変速制御部181、左右のサイドブレーキの作動を制御する制動制御部182、ロータリ耕耘装置等の作業装置12の作動を制御する作業装置制御部183、自動走行時に左右の前輪5の目標操舵角を設定してパワーステアリング機構14に出力する操舵角設定部184、及び、予め生成された自動走行用の目標走行経路P(例えば、図3参照)等を記憶する不揮発性の車載記憶部185等を有している。
図2に示すように、測位ユニット21には、衛星測位システム(NSS:Navigation Satellite System)の一例であるGPS(Global Positioning System)を利用してトラクタ1の現在位置と現在方位とを測定する衛星航法装置22、及び、3軸のジャイロスコープ及び3方向の加速度センサ等を有してトラクタ1の姿勢や方位等を測定する慣性計測装置(IMU:Inertial Measurement Unit)23等が備えられている。GPSを利用した測位方法には、DGPS(Differential GPS:相対測位方式)やRTK-GPS(Real Time Kinematic GPS:干渉測位方式)等がある。本実施形態においては、移動体の測位に適したRTK-GPSが採用されている。そのため、圃場周辺の既知位置には、図1及び図2に示すように、RTK-GPSによる測位を可能にする基準局4が設置されている。
トラクタ1と基準局4との夫々には、図2に示すように、測位衛星71(図1参照)から送信された電波を受信する測位アンテナ24,61、及び、トラクタ1と基準局4との間における測位情報を含む各種情報の無線通信を可能にする通信モジュール25,62等が備えられている。これにより、衛星航法装置22は、トラクタ側の測位アンテナ24が測位衛星71からの電波を受信して得た測位情報と、基地局側の測位アンテナ61が測位衛星71からの電波を受信して得た測位情報とに基づいて、トラクタ1の現在位置及び現在方位を高い精度で測定することができる。また、測位ユニット21は、衛星航法装置22と慣性計測装置23とを備えることにより、トラクタ1の現在位置、現在方位、姿勢角(ヨー角、ロール角、ピッチ角)を高精度に測定することができる。
トラクタ1に備えられる測位アンテナ24、通信モジュール25、及び、慣性計測装置23は、図1に示すように、アンテナユニット80に収納されている。アンテナユニット80は、キャビン10の前面側の上部位置に配置されている。
図2に示すように、携帯通信端末3には、表示部51等の作動を制御する各種の制御プログラム等を有する端末電子制御ユニット52、及び、トラクタ側の通信モジュール25との間における測位情報を含む各種情報の無線通信を可能にする通信モジュール53等が備えられている。端末電子制御ユニット52は、トラクタ1を自動走行させるための目標走行経路P(例えば、図3参照)を生成する走行経路生成部54、及び、ユーザが入力した各種の入力情報や走行経路生成部54が生成した目標走行経路P等を記憶する不揮発性の端末記憶部55等を有している。
走行経路生成部54は、走行領域S内に目標走行経路P(例えば、図3参照)を生成しており、目標走行経路Pの生成の仕方については後述する。
走行経路生成部54にて生成された目標走行経路Pは、表示部51に表示可能であり、車体情報及び境界部情報等と関連付けた経路情報として端末記憶部55に記憶されている。経路情報には、目標走行経路Pの方位角、及び、目標走行経路Pでのトラクタ1の走行形態等に応じて設定された設定エンジン回転速度や目標走行速度、等が含まれている。
このようにして、走行経路生成部54が目標走行経路Pを生成すると、端末電子制御ユニット52が、携帯通信端末3からトラクタ1に経路情報を転送することで、トラクタ1の車載電子制御ユニット18が、経路情報を取得することができる。車載電子制御ユニット18は、取得した経路情報に基づいて、測位ユニット21にて自己の現在位置(トラクタ1の現在位置)を取得しながら、目標走行経路Pに沿ってトラクタ1を自動走行させることができる。測位ユニット21にて取得するトラクタ1の現在位置については、リアルタイム(例えば、数ミリ秒周期)でトラクタ1から携帯通信端末3に送信されており、携帯通信端末3にてトラクタ1の現在位置を把握している。
経路情報の転送に関しては、トラクタ1が自動走行を開始する前の段階において、経路情報の全体を端末電子制御ユニット52から車載電子制御ユニット18に一挙に転送することができる。また、例えば、目標走行経路Pを含む経路情報を、情報量の少ない所定距離ごとの複数の経路部分に分割することもできる。この場合には、トラクタ1が自動走行を開始する前の段階においては、経路情報の初期経路部分のみが端末電子制御ユニット52から車載電子制御ユニット18に転送される。自動走行の開始後は、トラクタ1が情報量等に応じて設定された経路取得地点に達するごとに、その地点に対応する以後の経路部分のみの経路情報を端末電子制御ユニット52から車載電子制御ユニット18に転送するようにしてもよい。
トラクタ1の自動走行を開始する場合には、例えば、ユーザ等がスタート地点にトラクタ1を移動させて、各種の自動走行開始条件が満たされると、携帯通信端末3にて、ユーザが表示部51を操作して自動走行の開始を指示することで、携帯通信端末3は、自動走行の開始指示をトラクタ1に送信する。これにより、トラクタ1では、車載電子制御ユニット18が、自動走行の開始指示を受けることで、測位ユニット21にて自己の現在位置(トラクタ1の現在位置)を取得しながら、目標走行経路Pに沿ってトラクタ1を自動走行させる自動走行制御を開始する。車載電子制御ユニット18が、測位ユニット21(衛星測位システムに相当する)により取得されるトラクタ1の測位情報に基づいて、走行領域S内の目標走行経路Pに沿ってトラクタ1を自動走行させる自動走行制御を行う自動走行制御部として構成されている。
自動走行制御には、変速装置13の作動を自動制御する自動変速制御、ブレーキ操作機構15の作動を自動制御する自動制動制御、左右の前輪5を自動操舵する自動操舵制御、及び、ロータリ耕耘装置等の作業装置12の作動を自動制御する作業用自動制御、等が含まれている。
自動変速制御においては、変速制御部181が、目標走行速度を含む目標走行経路Pの経路情報と測位ユニット21の出力と車速センサ19の出力とに基づいて、目標走行経路Pでのトラクタ1の走行形態等に応じて設定された目標走行速度がトラクタ1の車速として得られるように変速装置13の作動を自動制御する。
自動制動制御においては、制動制御部182が、目標走行経路Pと測位ユニット21の出力とに基づいて、目標走行経路Pの経路情報に含まれている制動領域において左右のサイドブレーキが左右の後輪6を適正に制動するようにブレーキ操作機構15の作動を自動制御する。
自動操舵制御においては、トラクタ1が目標走行経路Pを自動走行するように、操舵角設定部184が、目標走行経路Pの経路情報と測位ユニット21の出力とに基づいて左右の前輪5の目標操舵角を求めて設定し、設定した目標操舵角をパワーステアリング機構14に出力する。パワーステアリング機構14が、目標操舵角と舵角センサ20の出力とに基づいて、目標操舵角が左右の前輪5の操舵角として得られるように左右の前輪5を自動操舵する。
作業用自動制御においては、作業装置制御部183が、目標走行経路Pの経路情報と測位ユニット21の出力とに基づいて、トラクタ1が作業経路P1(例えば、図3参照)の始端等の作業開始地点に達するのに伴って作業装置12による所定の作業(例えば耕耘作業)が開始され、かつ、トラクタ1が作業経路P1(例えば、図3参照)の終端等の作業終了地点に達するのに伴って作業装置12による所定の作業が停止されるように、クラッチ操作機構16及び昇降駆動機構17の作動を自動制御する。
このようにして、トラクタ1においては、変速装置13、パワーステアリング機構14、ブレーキ操作機構15、クラッチ操作機構16、昇降駆動機構17、車載電子制御ユニット18、車速センサ19、舵角センサ20、測位ユニット21、及び、通信モジュール25、等によって自動走行ユニット2が構成されている。
この実施形態では、キャビン10にユーザ等が搭乗せずにトラクタ1を自動走行させるだけでなく、キャビン10にユーザ等が搭乗した状態でトラクタ1を自動走行させることも可能となっている。よって、キャビン10にユーザ等が搭乗せずに、車載電子制御ユニット18による自動走行制御により、トラクタ1を目標走行経路Pに沿って自動走行させることができるだけでなく、キャビン10にユーザ等が搭乗している場合でも、車載電子制御ユニット18による自動走行制御により、トラクタ1を目標走行経路Pに沿って自動走行させることができる。
キャビン10にユーザ等が搭乗している場合には、車載電子制御ユニット18にてトラクタ1を自動走行させる自動走行状態と、ユーザ等の運転に基づいてトラクタ1を走行させる手動走行状態とに切り替えることができる。よって、自動走行状態にて目標走行経路Pを自動走行している途中に、自動走行状態から手動走行状態に切り替えることができ、逆に、手動走行状態にて走行している途中に、手動走行状態から自動走行状態に切り替えることができる。手動走行状態と自動走行状態との切り替えについては、例えば、運転席39の近傍に、自動走行状態と手動走行状態とに切り替えるための切替操作部を備えることができるとともに、その切替操作部を携帯通信端末3の表示部51に表示させることもできる。また、車載電子制御ユニット18による自動走行制御中に、ユーザがステアリングホイール38を操作すると、自動走行状態から手動走行状態に切り替えることができる。
トラクタ1には、図1及び図2に示すように、トラクタ1(走行機体7)の周囲における障害物を検知して、障害物との衝突を回避するための障害物検知システム100が備えられている。障害物検知システム100は、レーザを用いて測定対象物までの距離を3次元で測定可能な複数のライダーセンサ101,102と、超音波を用いて測定対象物までの距離を測定可能な複数のソナーを有するソナーユニット103,104と、障害物検知部110と、衝突回避制御部111とが備えられている。
ライダーセンサ101,102及びソナーユニット103,104にて測定する測定対象物は、物体や人等としている。ライダーセンサ101,102は、トラクタ1の前方側を測定対象とする前ライダーセンサ101と、トラクタ1の後方側を測定対象とする後ライダーセンサ102とが備えられている。ソナーユニット103,104は、トラクタ1の右側を測定対象とする右側のソナーユニット103と、トラクタ1の左側を測定対象とする左側のソナーユニット104とが備えられている。
障害物検知部110は、ライダーセンサ101,102及びソナーユニット103,104の測定情報に基づいて、所定距離内の物体や人等の測定対象物を障害物として検知する障害物検知処理を行うように構成されている。衝突回避制御部111は、障害物検知部110にて障害物を検知すると、トラクタ1を減速させる又はトラクタ1を走行停止させる衝突回避制御を行うように構成されている。衝突回避制御部111は、衝突回避制御において、トラクタ1を減速させる又はトラクタ1を走行停止させるだけでなく、報知ブザーや報知ランプ等の報知装置26を作動させて、障害物が存在することを報知している。衝突回避制御部111は、衝突回避制御において、通信モジュール25,53を用いて、トラクタ1から携帯通信端末3に通信して表示部51に障害物の存在を表示させることで、障害物が存在することを報知可能としている。
障害物検知部110は、ライダーセンサ101,102及びソナーユニット103,104の測定情報に基づく障害物検知処理をリアルタイムで繰り返し行い、物体や人等の障害物を適切に検知している。衝突回避制御部111は、リアルタイムで検知される障害物との衝突を回避するための衝突回避制御を行うようにしている。
障害物検知部110及び衝突回避制御部111は、車載電子制御ユニット18に備えられている。車載電子制御ユニット18は、コモンレールシステムに含まれたエンジン用の電子制御ユニット、ライダーセンサ101,102、及び、ソナーユニット103,104等にCAN(Controller Area Network)を介して通信可能に接続されている。
以下、走行経路生成部54による目標走行経路Pの生成について説明する。
走行領域S内に目標走行経路Pを生成するので、走行領域Sの境界部S1(外周部、図3参照)がどの位置にあるかを把握して、走行領域Sの境界部S1を特定する必要がある。そこで、図2に示すように、携帯通信端末3には、走行領域Sの境界部S1に関する境界部情報を生成する境界部情報生成部56が備えられている。
境界部情報を生成するに当たり、走行領域Sの境界部S1に関する位置情報を取得できれば、走行領域Sの境界部S1の位置を基準として、トラクタ1が接触せずにどれだけ接近できるかを把握することができる。しかしながら、走行領域Sの境界部S1の高さや作業装置12の作業高さによって、走行領域Sの境界部S1に対して、トラクタ1が接触せずに接近できる距離が異なる。そこで、境界部情報生成部56は、走行領域Sの境界部S1に関する位置情報だけでなく、走行領域Sの境界部S1に関する高さ情報を含む境界部情報を生成している。
走行領域Sの境界部S1の高さや作業装置12の作業高さによって、走行領域Sの境界部S1に対して、トラクタ1が接触せずに接近できる距離が異なる点について説明する。
例えば、走行領域Sを圃場等とした場合には、図4~図7に示すように、境界部S1に畦が存在しており、境界部S1が畦によって走行領域Sの内側よりも一段高い位置となっている。また、境界部S1に壁等の区画体が設けられる場合も、境界部S1が走行領域Sよりも高い位置となっている。
走行領域Sの境界部S1(畦や区画体等)の高さは一定ではなく、高さの高い境界部S1aや高さの低い境界部S1bが存在する。高さの高い境界部S1aでは、図4に示すように、ボンネット8の前面部が境界部S1aに接触しないように、ボンネット8の前面部と境界部S1aとの間に所定距離の間隔を隔てることが必要となる。それに対して、高さの低い境界部S1bでは、図5に示すように、境界部S1bの高さがボンネット8の下端部よりも低い位置に位置するので、ボンネット8の前面部と境界部S1bとが接触しない。よって、前輪5の前面部と境界部S1aとの間の距離が所定距離になるまで、トラクタ1が境界部S1bに接近することができる。
また、トラクタ1に連結される作業装置12の作業高さ(作業装置12の下端部の高さ)は一定ではなく、作業装置12の種類等によって異なる。例えば、作業装置12の作業高さが圃場の接地面よりも所定高さだけ高い場合がある。この場合に、高さの高い境界部S1aでは、図6に示すように、作業装置12の側面部等が境界部S1aに接触しないように、作業装置12の側面部と境界部S1aとの間に所定距離の間隔を隔てることが必要となる。それに対して、高さの低い境界部S1bでは、図7に示すように、境界部S1bの高さが作業装置12の作業高さよりも低い位置に位置するので、作業装置12の側面部と境界部S1bとが接触しない。よって、前輪5や後輪6の側面部と境界部S1aとの間の距離が所定距離になるまで、トラクタ1が境界部S1bに接近することができる。図6、図7では、作業装置12を矩形状にて示しており、作業装置12を模式的に示している。
境界部情報生成部56が境界部情報を生成するために、図2に示すように、衛星測定システムを用いてトラクタ1の位置情報を取得する測位ユニット(作業車両位置情報取得部に相当する)21と、その測位ユニット21にて取得するトラクタ1の位置情報に基づいて、トラクタ1の移動軌跡を取得する移動軌跡取得部57と、測定対象物の高さを検出する高さ検出センサ105(高さ検出部に相当する)と、高さ検出センサ105の検出情報に基づいて、走行領域Sの境界部S1の高さ情報を取得する高さ情報取得部58とが備えられている。測位ユニット21及び高さ検出センサ105は、トラクタ1に備えられ、移動軌跡取得部57及び高さ情報取得部58は、携帯通信端末3の端末電子制御ユニット52に備えられている。
走行領域Sの境界部S1に関する位置情報及び高さ情報を取得するために、図8に示すように、ユーザ等がトラクタ1を運転して、走行領域Sの境界部S1側をトラクタ1にて周回走行させる。この周回走行中に、トラクタ1の位置情報を測位ユニット21にてリアルタイムにて取得しており、移動軌跡取得部57が、測位ユニット21の位置情報に基づいて、トラクタ1を周回走行させたときの移動軌跡M1を取得している。図8では、走行領域Sの境界部S1、及び、トラクタ1を周回走行させたときの移動軌跡M1を例示している。
周回走行中には、移動軌跡M1を取得するだけでなく、走行領域Sの境界部S1を測定対象物として、図9に示すように、境界部S1の高さを高さ検出センサ105にてリアルタイムにて取得しており、高さ情報取得部58が、高さ検出センサ105の検出情報に基づいて、走行領域Sの境界部S1の高さ情報をリアルタイムにて取得している。高さ検出センサ105は、例えば、上下方向に所定間隔を隔てて配置された複数の投受光式のセンサ105aを備えており、複数のセンサ105aにて測定対象物を検出するか否かによって、境界部S1の高さを検出するようにしている。
境界部情報生成部56は、リアルタイムで取得されるトラクタ1の位置情報と走行領域Sの境界部S1の高さ情報とを関連付けて、走行領域Sの境界部S1に関する位置情報及び高さ情報を含む境界部情報を生成している。境界部情報生成部56にて生成された境界部情報は、端末記憶部55に記憶されている。境界部情報は、走行領域Sの境界部S1がどの位置にあり、その境界部S1の高さがどのような高さとなっているかを把握できる情報となっている。ちなみに、平面視において、測位ユニット21にてトラクタ1の位置情報を取得する位置(測位アンテナ24の配置位置)とトラクタ1の左右方向の端部との間の距離は規定値であり、トラクタ1の側面部と境界部S1との間に少なくとも所定距離の間隔があいているので、境界部情報生成部56は、これらの距離を用いて、トラクタ1の位置(移動軌跡M1の位置)よりも外側に走行領域Sの境界部S1の位置を求めている。
走行経路生成部54が目標走行経路Pを生成するに当たり、携帯通信端末3の表示部51に表示された目標走行経路設定用の入力案内に従って、ユーザ等が作業車両(トラクタ1)の種類や機種等の車両情報と作業装置12の種類、作業高さ、横幅等の作業装置情報とを含む車体情報を入力している。携帯通信端末3の端末電子制御ユニット52には、図2に示すように、車体情報入力部59(作業装置情報入力部に相当する)が備えられ、この車体情報入力部59に入力された車体情報が端末記憶部55に記憶されている。
作業装置12によっては、図2の点線にて示すように、作業装置情報を通信自在な通信モジュール121(作業装置側通信部に相当する)を備えた作業装置12もある。この場合には、トラクタ1に作業装置12を連結することで、作業装置12の通信モジュール121とトラクタ1の通信モジュール25(作業装置情報取得部に相当する)との通信により車載電子制御ユニット18が作業装置情報を取得している。トラクタ1の通信モジュール25と携帯通信端末3の通信モジュール53との通信により端末電子制御ユニット52が作業装置情報を取得して、その作業装置情報を端末記憶部55に記憶している。
走行経路生成部54は、端末記憶部55に記憶されている境界部情報及び車体情報等に基づいて、図3に示すように、走行領域S内に目標走行経路Pを生成している。図3に示すものでは、走行経路生成部54が、走行領域S内を中央領域R1と外周領域R2とに区分け設定している。中央領域R1は、走行領域Sの中央部に設定されており、先行してトラクタ1を往復方向に自動走行させて所定の作業を行う往復作業領域となっている。外周領域R2は、中央領域R1の周囲に設定されており、中央領域R1に後続してトラクタ1を周回方向に自動走行させて所定の作業を行う周回作業領域となっている。走行経路生成部54は、例えば、車体情報に含まれる旋回半径やトラクタ1の前後幅及び左右幅等から、トラクタ1を圃場の畦際で旋回走行させるために必要となる旋回走行用のスペース等を求めている。走行経路生成部54は、中央領域R1の外周に求めたスペース等を確保するように、走行領域S内を中央領域R1と外周領域R2とに区分けしている。
走行経路生成部54は、図3に示すように、作業装置12に関する作業装置情報を含む車体情報や境界部情報等を用いて、目標走行経路Pを生成している。例えば、目標走行経路Pは、中央領域R1において同じ直進距離を有して作業幅(作業装置12の横幅に相当する)に対応する一定距離をあけて平行に配置設定された複数の作業経路P1と、隣接する作業経路P1の始端と終端とを連結する連結経路P2と、外周領域R2において周回する周回経路P3(図中点線にて示している)とを有している。
複数の作業経路P1は、トラクタ1を直進走行させながら、所定の作業を行うための経路である。連結経路P2は、所定の作業を行わずに、トラクタ1の走行方向を180度転換させるためのUターン経路であり、作業経路P1の終端と隣接する次の作業経路P1の始端とを連結している。周回経路P3は、外周領域R2にてトラクタ1を周回走行させながら、所定の作業を行うための経路である。周回経路P3は、走行領域Sの四隅に相当する位置において、トラクタ1を前進走行と後進走行とに切り替えることで、トラクタ1の走行方向を90度転換させるようにしている。ちなみに、図3に示す目標走行経路Pは、あくまで一例であり、どのような目標走行経路を設定するかは適宜変更が可能である。
走行経路生成部54が目標走行経路Pを生成する場合に、走行経路生成部54は、車体情報に含まれる作業装置12に関する作業装置情報に応じて目標走行経路Pの周回経路P3を生成している。走行経路生成部54は、作業装置12の作業高さ及び作業装置12の作業幅、並びに、走行領域Sの境界部S1の高さ情報に基づいて、周回経路P3を生成している。例えば、図6に示すように、作業装置12の作業高さが走行領域Sの境界部S1aの高さよりも低い場合には、走行経路生成部54が、図10に示すように、作業装置12の側面部と走行領域Sの境界部S1aとの間に所定距離を隔てて、作業装置12の側面部が走行領域Sの境界部S1aよりも内側に位置するように周回経路P3を生成している。それに対して、図7に示すように、作業装置12の作業高さが走行領域Sの境界部S1bの高さよりも高い場合には、走行経路生成部54が、図11に示すように、前輪5や後輪6の側面部と走行領域Sの境界部S1bとの間に所定間隔を隔てて、作業装置12の側面部が走行領域Sの境界部S1bよりも外側に位置するように周回経路P3を生成している。
このように、走行経路生成部54は、作業装置12の作業高さや作業幅等の作業装置12に関する作業装置情報に加えて、走行領域Sの境界部S1の高さ情報を考慮して、周回経路P3を生成しているので、走行領域Sの境界部S1に対してより接近した位置に周回経路P3を生成することができる。よって、走行領域Sの境界部S1に対してより接近した位置までトラクタ1の自動走行にて作業を行うことができ、作業効率の向上を図ることができる。周回経路P3について、図3では、走行領域Sを1回周回する経路を示しているが、上述の如く、走行領域Sの境界部S1に対してより接近した位置までトラクタ1の自動走行させることができるので、例えば、走行領域Sを複数回周回する経路を周回経路P3として生成することができる。
上述の如く、走行領域Sの境界部S1に対してより接近した位置までトラクタ1を自動走行させるように、目標走行経路P(周回経路P3)を生成しているので、実際に自動走行を行う場合に、障害物システム100が、障害物検知部110にて走行領域Sの境界部S1を障害物として検知するときのトラクタ1側の基準位置を、境界部S1の高さや作業装置12の作業高さに応じて変更調整している。
例えば、図4に示すように、境界部S1aの高さがボンネット8の下端部よりも高い場合には、ボンネット8の下端部の第1基準位置C1を基準位置とし、障害物検知部110が、ライダーセンサ101,102及びソナーユニット103,104の検出情報に基づいて、第1基準位置C1からの距離に応じて境界部S1aを障害物として検知している。図5に示すように、境界部S1bの高さがボンネット8の下端部よりも低い場合には、ボンネット8の下端部の第1基準位置C1に加えて、前輪5の前端部の第2基準位置C2を基準位置とし、障害物検知部110が、第2基準位置C2からの距離に応じて境界部S1bを障害物として検知している。
また、図6に示すように、境界部S1aの高さが作業装置12の作業高さよりも高い場合には、作業装置12の側面下端部の第3基準位置C3を基準位置として、障害物検知部110が、ライダーセンサ101,102及びソナーユニット103,104の検出情報に基づいて、第3基準位置C3からの距離に応じて境界部S1aを障害物として検知している。図7に示すように、境界部S1bの高さが作業装置12の作業高さよりも低い場合には、作業装置12の側面下端部の第3基準位置C3に加えて、後輪6の側面部の第4基準位置C4を基準位置として、障害物検知部110が、ライダーセンサ101,102及びソナーユニット103,104の検出情報に基づいて、第4基準位置C4からの距離に応じて境界部S1bを障害物として検知している。
ちなみに、ライダーセンサ101,102及びソナーユニット103,104は所望位置に設置されており、ライダーセンサ101,102及びソナーユニット103,104の設置位置から第1~第4基準位置C1~C4までの距離は規定値となっている。
このようにして、実際に自動走行を行う場合には、障害物検知部110にて走行領域Sの境界部S1を障害物として検知するときのトラクタ1側の基準位置を、境界部S1の高さや作業装置12の作業高さに応じて変更調整することで、走行領域Sの境界部S1に対してより接近した位置に生成された目標走行経路P(周回経路P3)に沿ってトラクタ1を自動走行させることができる。
図12のフローチャートに基づいて、走行経路生成部54が目標走行経路Pを生成する際の動作の流れについて説明する。
まず、図12に示すように、ユーザ等がトラクタ1を運転して、走行領域Sの境界部S1側をトラクタ1にて周回走行させる(ステップ#1)。この周回走行によって、測位ユニット21にてトラクタ1の位置情報を取得し、移動軌跡取得部57にてトラクタ1の移動軌跡を取得し、高さ情報取得部58にて走行領域Sの境界部S1の高さ情報を取得する(ステップ#2)。
境界部情報生成部56は、周回走行を行うことで、リアルタイムで取得されるトラクタ1の位置情報と走行領域Sの境界部S1の高さ情報とを関連付けて、走行領域Sの境界部S1に関する位置情報及び高さ情報を含む境界部情報を生成し、その生成した境界部情報を端末記憶部55に記憶している(ステップ#3)。
携帯通信端末3の表示部51に表示された目標走行経路生成用の入力案内に従って、ユーザ等が車体情報を入力すると、車体情報入力部59が車体情報の入力を受け付け、端末記憶部55に記憶している(ステップ#4)。
走行経路生成部54は、端末記憶部55に記憶されている境界部情報及び車体情報等に基づいて、走行領域S内に目標走行経路Pを生成している(ステップ#5)。このとき、上述の如く、周回経路P3については、走行経路生成部54が、車体情報に含まれる作業装置12に関する作業装置情報(作業高さ)に応じて、走行領域Sの境界部S1に対してより接近した位置までトラクタ1の自動走行を行うように、周回経路P3を生成している。
〔第2実施形態〕
この第2実施形態は、高さ情報取得部58にて走行領域Sの境界部S1の高さ情報を取得する構成についての別実施形態であり、その他の構成については、第1実施形態と同様である。以下、高さ情報取得部58にて走行領域Sの境界部S1の高さ情報を取得する構成について説明し、その他の構成については説明を省略する。
第1実施形態では、高さ情報取得部58が、トラクタ1を走行領域Sの境界部S1側を周回走行させた場合に、高さ検出センサ105の検出情報に基づいて、走行領域Sの境界部S1の高さ情報を取得している。この第2実施形態では、高さ情報取得部58が、トラクタ1を走行領域Sの境界部S1側を周回走行させた場合に、測位ユニット21にて取得するトラクタ1の位置情報、及び、トラクタ1に連結された作業装置12の作業高さ情報に基づいて、走行領域Sの境界部S1の高さ情報を取得している。
作業装置12を作業高さに設定した状態において、ユーザ等がトラクタ1を運転して、走行領域Sの境界部S1側をトラクタ1にて周回走行させる。例えば、図6に示すように、走行領域Sの境界部S1aの高さが作業装置12の作業高さよりも高い場合には、作業装置12の側面部と走行領域Sの境界部S1aとの間に所定距離を隔ててトラクタ1を周回走行させることになる。この周回走行中に、移動軌跡取得部57が、測位ユニット21の位置情報に基づいて、トラクタ1の移動軌跡を取得するので、高さ情報取得部58は、境界部S1aの高さが作業装置12の作業高さよりも高い場合のトラクタ1の移動軌跡を取得することができる。
また、図7に示すように、走行領域Sの境界部S1bの高さが作業装置12の作業高さよりも低い場合には、作業装置12の側面部が走行領域Sの境界部S1aとの間に所定距離を隔ててトラクタ1を周回走行させることになる。この周回走行中にも、移動軌跡取得部57が、トラクタ1の移動軌跡を取得するので、高さ情報取得部58は、境界部S1aの高さが作業装置12の作業高さよりも低い場合のトラクタ1の移動軌跡を取得することができる。
このように、高さ情報取得部58は、境界部S1の高さ情報を直接取得するのではなく、境界部S1の高さに応じて変化するトラクタ1の移動軌跡を、境界部S1の高さに関連する高さ関連情報として取得している。作業装置12の作業高さを変更して、トラクタ1の周回走行を複数回行うことで、高さ情報取得部58は、作業装置12の作業高さに応じた複数の移動軌跡を高さ関連情報として取得することができる。
このとき、境界部情報生成部56は、トラクタ1を周回走行させたときにリアルタイムで取得されるトラクタ1の位置情報に基づいて、走行領域Sの境界部S1に関する位置情報及び移動軌跡を含む境界部情報を生成している。走行経路生成部54は、第1実施形態と同様に、境界部情報生成部56にて生成した境界部情報、及び、車体情報等に基づいて、図3に示すように、走行領域S内に目標走行経路Pを生成している。目標走行経路Pの周回経路P3については、走行経路生成部54が、高さ情報取得部58が取得している移動軌跡から、トラクタ1に連結された作業装置12の作業高さに応じた移動軌跡を選択し、その選択した移動軌跡を、走行領域Sの境界部S1に対して最も接近する周回経路P3(一番外側の周回経路P3)として生成している。
〔別実施形態〕
本発明の他の実施形態について説明する。
尚、以下に説明する各実施形態の構成は、夫々単独で適用することに限らず、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
(1)作業車両の構成は種々の変更が可能である。
例えば、作業車両は、エンジン9と走行用の電動モータとを備えるハイブリット仕様に構成されていてもよく、また、エンジン9に代えて走行用の電動モータを備える電動仕様に構成されていてもよい。
例えば、作業車両は、走行部として、左右の後輪6に代えて左右のクローラを備えるセミクローラ仕様に構成されていてもよい。
例えば、作業車両は、左右の後輪6が操舵輪として機能する後輪ステアリング仕様に構成されていてもよい。
(2)上記実施形態では、図9に示すように、トラクタ1に、走行領域Sの境界部S1の高さを検出する高さ検出センサ105が備えられているが、高さ検出センサ105を備えずに、例えば、ライダーセンサ101,102やソナーユニット103,104等、トラクタ1に既に備えられたセンサを用いて、走行領域Sの境界部S1の高さを検出することもできる。
(3)上記実施形態では、走行経路生成部54、境界部情報生成部56、移動軌跡取得部55、高さ情報取得部58、車体情報入力部59等を携帯通信端末3に備えた例を示したが、例えば、走行経路生成部54、境界部情報生成部56、移動軌跡取得部57、高さ情報取得部58、車体情報入力部59等をトラクタ1の作業車両側や、外部の管理装置等に備えることもできる。
<発明の付記>
第1態様は、衛星測位システムを用いて作業車両の位置情報を取得する作業車両位置情報取得部と、
作業車両を走行領域の境界部側を周回走行させた場合に、走行領域の境界部の高さ情報を取得する高さ情報取得部と、
作業車両を走行領域の境界部側を周回走行させた場合に、前記作業車両位置情報取得部にて取得する位置情報と前記高さ情報取得部にて取得する高さ情報とを関連付けて、走行領域の境界部に関する位置情報及び高さ情報を含む境界部情報を生成する境界部情報生成部と、
その境界部情報生成部にて生成された境界部情報に基づいて、走行領域内に目標走行経路を生成する走行経路生成部とが備えられている。
本構成によれば、作業車両を走行領域の境界部側を周回走行させた場合に、境界部情報生成部が、走行領域の境界部に関する位置情報及び高さ情報を含む境界部情報を生成している。走行経路生成部は、生成された境界部情報を用いることで、走行領域の境界部がどの位置にあり、どのような高さかを把握することができる。よって、走行経路生成部は、走行領域の境界部の位置だけでなく、走行領域の境界部の高さも考慮して、作業車両が自動走行可能な範囲を設定することができる。その結果、走行経路生成部は、作業車両が自動走行可能な範囲に目標走行経路を適切に生成することができ、作業効率の向上を図ることができる。
第2態様は、前記高さ情報取得部は、測定対象物の高さを検出する高さ検出部を前記作業車両に備え、作業車両を走行領域の境界部側を周回走行させた場合に、高さ検出部の検出情報に基づいて、走行領域の境界部の高さ情報を取得している。
本構成によれば、作業車両を走行領域の境界部側を周回走行させた場合に、高さ検出部が、走行領域の境界部を測定対象物として、その境界部の高さを検出するので、高さ情報取得部は、正確な境界部の高さ情報を取得することができる。よって、走行経路生成部は、正確な境界部の高さを用いて、作業車両が自動走行可能な範囲をより適切に設定することができ、目標走行経路の生成をより適切に行うことができる。
第3態様は、前記高さ情報取得部は、作業車両を走行領域の境界部側を周回走行させた場合に、前記作業車両位置情報取得部にて取得する作業車両の位置情報、及び、作業車両に連結された作業装置の作業高さ情報に基づいて、走行領域の境界部の高さ情報を取得している。
作業装置の作業高さと走行領域の境界部の高さとの相対関係に応じて、走行領域の境界部に対して作業車両がどれだけ接近できるかの距離が異なる。そこで、本構成によれば、高さ情報取得部が、作業車両を走行領域の境界部側を周回走行させたときの作業車両の位置情報及び作業装置の作業高さに基づいて、走行領域の境界部の高さ情報を適切に取得することができる。よって、作業車両に作業装置を連結して走行領域の境界部側を周回走行するだけで、走行領域の境界部の高さ情報を簡易に取得することができる。
第4態様は、作業車両に連結される作業装置に関する作業装置情報を入力する作業装置情報入力部が備えられ、
前記走行経路生成部は、前記作業装置情報入力部にて入力された作業装置情報に応じた目標走行経路を生成している。
作業装置の作業高さによって、走行領域の境界部に対して作業車両がどれだけ接近できるかの距離が異なる。そこで、本構成によれば、走行経路生成部は、作業装置情報に応じた目標走行経路を生成しているので、走行領域の境界部に対して作業車両が接近できる距離が作業装置の作業高さに応じた距離になるように目標走行経路を生成することができる。よって、実際に作業を行う作業装置の作業高さに応じた適切な目標走行経路を生成することができる。
第5態様は、作業装置側に備えられ、作業車両に連結される作業装置に関する作業装置情報を通信自在な作業装置側通信部と、
前記作業装置側通信部と通信自在で作業装置情報を取得する作業装置情報取得部とが備えられ、
前記走行経路生成部は、前記作業装置情報取得部にて取得した作業装置情報に応じた目標走行経路を生成している。
本構成によれば、走行経路生成部は、作業装置情報に応じた目標走行経路を生成しているので、第4態様と同様に、実際に作業を行う作業装置の作業高さに応じた適切な目標走行経路を生成することができる。更に、本構成では、作業装置情報取得部が、作業装置側通信部との通信により作業装置情報を取得するので、例えば、ユーザ等の入力作業を必要とせず、ユーザ等の作業負担の軽減を図ることができる。