JP2023096966A

JP2023096966A - 作業車両

Info

Publication number: JP2023096966A
Application number: JP2021213055A
Authority: JP
Inventors: 修平川上; Shuhei Kawakami
Original assignee: Iseki and Co Ltd; Iseki Agricultural Machinery Mfg Co Ltd
Current assignee: Iseki and Co Ltd; Iseki Agricultural Machinery Mfg Co Ltd
Priority date: 2021-12-27
Filing date: 2021-12-27
Publication date: 2023-07-07

Abstract

【課題】圃場内周に沿って手動走行しながら自機の位置情報を取得することにより圃場形状情報を作成するときに、効率よく情報を取得できる作業車両を提供する。【解決策】走行車体２のキャビンルーフ２７上面に自己位置を測定する測位装置１７４と、キャビン２６内に操向輪を操向操作するステアリングホイール８と、ステアリングホイール８の操作を検出するステアリングセンサ１１４を備え、予め設定された予定走行経路Ｒ１に沿って走行するように走行車体２を制御する制御部１５４を備え、前記制御部１５４は圃場形状取得モードを備え、圃場Ｆ内を圃場の形状に沿って手動走行したときに記録した位置情報群６２のデータから圃場の位置および形状のデータである圃場情報を取得し、位置情報群６２の各点はステリングホイール８の操作を検出したときに取得される。【選択図】図5

Description

本発明は、農業用トラクタ等の作業車両に関する。

取得した圃場形状情報を基に自動運転にて作業する予定走行ルートを作成する作業車両において、圃場形状情報作成モードの状態で圃場内周に沿って手動走行するときに所定の時間間隔で自機の位置情報を取得することにより、圃場形状情報を取得する作業車両が公知である（例えば、特許文献１参照）。

特開２０２０－１０３１１３号公報

しかし、上記の技術では、圃場の形状とは関係なく所定の時間間隔で位置情報を取得していくため、所定の時間間隔が疎であれば、形状を取得するうえで重要な頂点を取得できない場合があり、所定の時間間隔が密であれば、不要な点を多く取得して処理すべきデータ量が増えてしまう問題があった。

本発明は圃場内周に沿って手動走行しながら自機の位置情報を取得することにより圃場形状情報を作成するときに、効率よく情報を取得できる作業車両を提供することを目的とする。

この発明は、上記課題を解決すべく次のような技術的手段を講じた。

第１の発明は、走行車体のキャビンルーフ上面に自己位置を測定する測位装置と、キャビン内に操向輪を操向操作するステアリングホイールと、ステアリングホイールの操作を検出するステアリングセンサを備え、予め設定された予定走行経路に沿って走行するように走行車体を制御する制御部を備え、前記制御部は圃場形状取得モードを備え、圃場内を圃場の形状に沿って手動走行したときに記録した位置情報群のデータから圃場の位置および形状のデータである圃場情報を取得し、位置情報群の各点はステリングホイールの操作を検出したときに取得される。

第１の発明によると、圃場内周に沿って手動走行しながら自機の位置情報を取得することにより圃場形状情報を作成するときに、効率よく情報を取得できる。

実施形態に係るトラクタの側面図である。実施形態に係るセンサの検出範囲を表すトラクタ側面の簡略図である。実施形態に係るセンサの検出範囲を表すトラクタ平面の簡略図である。実施形態に係るトラクタの制御システムを示すブロック図である。実施形態に係る作業車両が圃場の内周に沿って走行して圃場形状情報を取得する様子を示す平面図である。実施形態に係る作業車両が自動運転により作業する様子を示す平面図である。

本発明の作業車両についての実施例を図面に基づき説明する。

図１は、作業車両の一例として示す走行車体２に作業機２００を装着した実施形態に係るトラクタ１の全体側面図で、トラクタ１の前部のボンネット１８内に搭載したエンジンＥの動力をミッションケース３で適宜に変速して前輪軸４と後輪軸５に伝動して前輪６と後輪７の両方或は後輪７のみを駆動し、前輪６を操向して進行方向を制御しながら走行する。機体の後方へ突出するロワリンク９には、ロータリ耕うん機などの作業機２００を装着し、ミッションケース３から後方へ向かって突出するＰＴＯ軸を介して作業機２００を駆動する。

キャビンルーフ２７の上面には測位装置（ＧＮＳＳアンテナユニット）１７４が設けられており、この測位装置１７４が複数のＧＮＳＳ衛星から送信される測位信号を受信することにより自己位置を測定することができる。測位装置１７４は、キャビンルーフ２７の左右にわたって設けられた桁部１７３ａとキャビンルーフ２７の後端からルーフ形状に沿って上面まで前方に伸びるアンテナ固定部１７３ｂとで構成される測位装置ステー１７３によりキャビンルーフ２７に取り付けられる。また、桁部１７３ａには積層灯ステー１８１が設けられており、積層灯１８０がどこからでも確認できる位置に取付けられている。さらに積層灯ステー１８１の下面には側方カメラ１８２が取り付けられている。

前方カメラ１０２はキャビンルーフ２７の前方中央部に取り付けられてトラクタ１の前方を撮影する。後方カメラ１０３は測位装置ステー１７３のアンテナ固定部１７３ｂの後部に取り付けられ、キャビンルーフ２７の後方中央部からトラクタ１の後方を撮影する。アンテナ固定部１７３ｂの後部には後方障害物センサ１０７が、後方カメラ１０３よりも後方かつ上方に位置するように取り付けられており、後方に向けて赤外線を照射し、その反射を受信して、トラクタ１の後方に障害物が存在すれば、障害物までの距離と形状を検出する。

ボンネット１８の下方には前輪軸４を取り付ける車体フレーム１２を備え、車体フレーム１２の前端には車両の重量バランスを保つためのウェイト１４を取り付けるウェイトブラケット１３が取り付けられている。ウェイトブラケット１３から上方かつ前方に向けて障害物センサステー１０８が取り付けられ、前方障害物センサ１０５がウェイト１４の後端よりも前方かつウェイト１４の上方に取り付けられている。これにより前方障害物センサ１０５の検知範囲を、ウェイト１４を避けて上下の広範囲に設定することが可能となる。

前方障害物センサ１０５は前方に向けて赤外線を照射し、その反射を受信して、トラクタ１の前方に障害物が存在すれば、障害物までの距離と形状を検出する前方第一障害物センサ１０５ａと、音波を発信し、その反射を受信して、トラクタ１の前方に障害物が存在すれば、障害物までの距離を検出する前方第二障害物センサ１０５ｂとが備えられている。前方第一障害物センサ１０５ａは障害物センサステー１０８のセンサ取付部１０８ａの下部中央に取り付けられ、前方第二障害物センサ１０５ｂは側方に向けて上方にあがる形状のセンサ取付部１０８ａの左右の側部に前方第一障害物センサ１０５ａよりも左右外側かつ上方に左右一対で取り付けられる。

障害物センサステー１０８は支持フレーム１０８ｂでウェイトブラケット１３の外側面に着脱自在に固定されている。支持フレーム１０８ｂは下部で左右方向に延び、車両中央で上下方向に延びて、正面視でボンネット１８の下部に設けられた前照灯と重ならないような形状になっている。また、障害物センサステー１０８はボンネット１８の上部に設けられた作業灯１６に対しては、正面視および側面視にて重ならない位置に固定される。

トラクタ１の側部には側方障害物センサ１０９が設けられる。前部側方障害物センサ１０９ａを取り付ける側方ステー１１０は燃料タンクの下面と、下部ステップ２２に着脱自在に取り付けられ、下部で前方に伸び、上方に曲げられた側方ステー１１０により燃料タンク２１の前方かつ上方で、前輪６と後輪７の間に、人が搭乗する搭乗部２６の床部を構成するフロア面２８や前輪６の上端よりも下方に設けられる。これにより、前部側方障害物センサ１０９ａが搭乗部２６内部から見る前方下部の視界を妨げないように構成しつつ、ステップ２２近傍の障害物を検知できる。また、前部側方障害物センサ１０９ａは下部ステップ２２や燃料タンク２１のステップ部２１ａ、給油口２１ｂに対して、側面視で干渉しない位置に設けられる。これにより、側方から乗降、給油等を円滑に行うことができる。

後部側方第一障害物センサ１０９ｂと後部側方第二障害物センサ１０９ｃは、後輪７の前方および上方を覆う後輪フェンダ１７に固定された後部ステー１１１の前側凸部１１１ａと後側凸部１１１ｂにほぼ９０°異なる向きに取り付けている。前側凸部１１１ａと後側凸部１１１ｂの間は中間凹部１１１ｃを設けることにより、後輪７の着脱等メンテナンスを容易にできるよう構成している。後部側方第一障害物センサ１０９ｂと後部側方第二障害物センサ１０９ｃは側面視で後輪軸５を挟んで、後輪フェンダ１７よりも外側で前後に取り付けられ、後部側方第二障害物センサ１０９ｃは後部側方第一障害物センサ１０９ｂよりも後方かつ上方に取り付けられる。

後部ステー１１１は上部の形状が後輪フェンダ１７の形状に略沿うような曲線形状をしており、取付部１１１ｄの両端部で後輪フェンダ１７の下面に固定されるが、取付部１１１ｄは後輪フェンダ１７の側方で上方に曲げられており、後部側方ステー１１１の上部は後輪フェンダ１７の外側端面の対向する部分と比較して上方に位置する。これにより、後輪７を避けて後輪７の上方に後部側方第一障害物センサ１０９ｂと後部側方第二障害物センサ１０９ｃを配置することができる。

図２は実施形態に係る障害物センサの検知範囲を示す側面図である。図３は実施形態に係る障害物センサの検知範囲を示す平面図である。前方第二障害物センサ１０５ｂの障害物検知範囲１１５ｂ、前部側方障害物センサ１０９ａの障害物検知範囲１１９ａ、後部側方第一障害物センサ１０９ｂの障害物検知範囲１１９ｂ、後部側方第二障害物センサ１０９ｃの障害物検知範囲１１９ｃ、はそれぞれ扁平なボリュームのある形状をしており、前方第二障害物センサ１０５ｂの障害物検知範囲１１５ｂ、前部側方障害物センサ１０９ａの障害物検知範囲１１９ａ、後部側方第一障害物センサ１０９ｂの障害物検知範囲１１９ｂの長径はほぼ水平に設定されているのに対し、後部側方第二障害物センサ１０９ｃの障害物検知範囲１１９ｃの長径はほぼ上下に垂直になるよう、他のセンサと取り付ける向きを変更している。これにより検知範囲の後方への飛び出しを抑制して、トラクタ１の後方に装着した作業機２００を障害物と誤検知することを防止できる。

前部側方障害物センサ１０９ａは平面視で前輪６が少なくとも直進姿勢のときに内側端部よりも外側に設けられる。これにより、操向される前輪６を障害物として誤検知するのを回避しつつ、広範囲に障害物を検知することができる。また、ボンネット１８内部のエンジンＥから側方に距離をとることにより、エンジンＥからの熱風の影響を抑制できる。

なお、本実施例では側方ステー１１０をステップ部２１ａを有する燃料タンク２１の下面に取り付ける構成を示したが、通常の乗降ステップに取り付ける構成としてもよい。また、前方障害物センサ１０５や側方障害物センサ１０９は障害物センサステー１０８、側方ステー１１０、後部ステー１１１ごと着脱自在に構成されており、既存の作業車両に後付することができる。

図4は、実施形態に係る作業車両の制御システム１００を示すブロック図である。図４に示すように、制御部１５０は、エンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）１５１と、走行系ＥＣＵ１５２と、作業機昇降系ＥＣＵ１５３と、自動運転ＥＣＵ１５４と、通信部１５５を備える。

エンジンＥＣＵ１５１は、エンジンＥの回転数を制御する。走行系ＥＣＵ１５２は、駆動輪（後輪４）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ＥＣＵ１５３は、昇降装置１３を制御して作業機２００を昇降駆動する。自動運転ＥＣＵ１５４は、自動運転モードにおいて、自己位置と予定走行経路Ｒ１を比較し、エンジンＥＣＵ１５１、走行系ＥＣＵ１５２、作業機昇降系ＥＣＵ１５３と通信して各装置を制御する。

制御部１５０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Ｒ１などの必要なデータ類が記憶される、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などを備える。

図４に示すように、制御部１５０には、測位装置１７４、方位角センサ１７０、エンジン回転センサ１１０、車速センサ１１１、変速センサ１１２、切れ角センサ１１３、ステアリングセンサ１１４などが接続される。また、制御部１５０には、エンジンＥ、変速装置１２１、ステアリング装置１２２、昇降装置１３などが接続される。

エンジン回転センサ１１０は、エンジンＥの回転数を検出する。車速センサ１１１は、走行車体２（図１参照）の走行速度（車速）を検出する。変速センサ１１２は、変速装置１２１において複数の変速段のうちいずれの変速段であるかを検出する。切れ角センサ１１３は、操舵輪である前輪６（図１参照）の切れ角を検出する。ステアリングセンサ１１４は、ステアリングホイール８（図１参照）の操作角度を検出する。

制御部１５０には、測位装置１５０から圃場などにおける走行車体２の位置（自己位置）情報、エンジン回転センサ１１０からエンジンＥの回転数、車速センサ１１１から走行車体２の車速、変速センサ１１２から現在の変速段、切れ角センサ１１３から前輪６の切れ角がそれぞれ入力される。なお、制御部１５０は、走行車体２を自律走行させる場合、上記したように、切れ角センサ１１３の検出値を用いて、前輪６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８（図１参照）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８を操舵する。

また、制御部１５０においては、エンジンＥＣＵ１０１がエンジンＥに接続され、走行系ＥＣＵ１０２が変速装置１２１やステアリング装置１２２に接続され、作業機昇降系ＥＣＵ１０３が昇降装置１３に接続される。なお、作業機昇降系ＥＣＵ１０３は、昇降装置１３を介して作業機を昇降させる。

また、制御部１５０においては、走行車体２を自律走行させる場合には、作業機６による作業内容に応じた予定走行経路Ｒ１（図３参照）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る。制御部１５０は、測位装置１５０の測定結果に基づいて、記憶部に記憶された予定走行経路Ｒ１に沿って走行しながら作業を行うように、エンジンＥ、変速装置１２１、ステアリング装置１２２、昇降装置１３などを制御する。予定走行経路Ｒ１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、制御部１５０は、トラクタ１（走行車体２）の圃場内における移動時の旋回半径を予め設定する。

また、上記したように、制御部１５０は、たとえば、作業者が携行可能な携帯端末装置１６０と通信部１５５により無線接続される。制御部１５０は、作業者の操作による携帯端末装置１６０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。なお、制御部１５０は、トラクタ１の機体情報データベースを有し、型式などの情報の受け渡しを携帯端末装置１６０などから行えるように構成されてもよい。

図５は実施形態に係る作業車両が圃場Ｆの内周６１に沿って走行して圃場形状情報を取得する様子を示す平面図である。圃場形状情報を取得するときは運転者が走行車体２に乗り込み、車内のスイッチやタブレット端末の操作により圃場形状取得モードに切り替えた後、手動走行にて圃場Ｆの内周６１に沿って走行する。その際、自機の位置情報Ｐ１，Ｐ２，…を記録していき、記録した位置情報群６２の各点を繋いだ形状を圃場形状情報として自動運転ＥＣＵ１５４に記録する。

位置情報群６２は所定時間ごとに取得されるのに加え、ステアリングホイール８が操作されたことをステアリングセンサ１１４が検出したときに取得される。この時、測位装置１７４の受信状況に関する情報を取得し、受信状況を示す各パラメータの数値が所定値以上でなければ、位置情報の取得に適していないことを運転者に報知しても良い。位置情報の取得に適した状態になり、圃場形状取得モードが有効になったことが運転者にわかるような表示や報知を行っても良い。

位置情報群６２の取得はステアリングホイール８の操作が検出された瞬間に取得し、ステアリングホイール８の操作が直進状態から動かさされていることを検出している間は、位置情報群６２を取得する間隔は直進状態と比較して短い周期にすることが望ましい。これにより、圃場形状の頂点Ａ１，Ａ２，…を通過するタイミングで位置情報を取得しやすくできるとともに、直進状態のときの位置情報群６２の取得周期を長くすることができるようになり、圃場情報取得のためのデータ量を抑制できる。圃場情報取得のためのデータ量を抑制できれば、自動運転ＥＣＵ１５４の処理能力や、記憶容量を抑えることができるため、コストも抑制することができる。位置情報群６２を取得する間隔として所定時間経過ごとに取得する構成を例示したが、所定の走行距離ごとに取得するように構成しても良い。

また、位置情報群６２を取得するタイミングとして停止から前後進が切り替えられたときに位置情報を取得する構成としても良い。これにより、一時圃場端まで前進後、後進に切り替えて走行した場合に、端部の位置を記録することができる。また、直進状態で所定の間隔で位置情報群６２を取得した場合に、中間の点が直線状にある場合は、該当する中間点を削除しても良い。これにより不要な点を削除できるため、記録するデータ量を抑制できる。

また、車速センサ１１１により取得される車速に応じて位置情報群６２を取得する周期を変動させても良い。すなわち車速が速ければ速いほど位置情報群６２を取得する周期を短くすることで、車速によらず一定の距離間隔で位置情報を取得することができる。さらに、圃場情報の取得は非作業時に行う方が適切であるため、圃場形状取得モードが有効になる条件として、作業機２００が上げ状態であることやＰＴＯがオフの状態であることを条件としても良い。

図６は実施形態に係る作業車両が自動運転により作業する様子を示す平面図である。圃場の内周６１を一周して位置情報群６２の取得を開始した位置に近づくと位置情報群６２の取得を終了し、圃場形状を確定する。圃場形状が確定したら位置情報群６２の中から４点を選ぶと四角形の作業エリア６３が確定する。ここで選択する４点は、位置情報群６２と圃場形状が表示された携帯端末装置１６０の画面をタップ操作するなどの方法により運転者や管理者が行う。作業エリア６３が確定すると、トラクタ１に装着された作業機２００の作業幅などを基準に作業エリア６３から所定距離（例えば、作業幅の３倍分）内側に自動直進エリア６４が設定される。

予定走行経路Ｒ１は自動直進エリア６４を隙間なく埋めるように往復走行などにより設定される。自動直進の開始点６５は終了点６６が出入口６７の近傍になるように設定される。予定走行経路Ｒ１は自動直進に加えて、自動直進エリア６４の周囲を囲う枕地エリア６８を作業する枕地走行経路を含めても良い。低い精度の測位装置１７４を搭載して、直進のみを自動で行う場合は、出入口６７の近傍で終了する法則から最初に直進後ハンドルを切る方向で道路に対し、左右どちらの圃場にいるかを判定することもできる。

トラクタ1は予定走行経路Ｒ１に沿って作業走行するように自動運転ＥＣＵ１５４に制御されて自動運転される。自動運転中は前部側方障害物センサ１０９ａの障害物検知範囲１１９ａ、前方第二障害物センサ１０５ｂの障害物検知範囲１１５ｂ、後部側方第一障害物センサ１０９ｂの障害物検知範囲１１９ｂ、後部側方第二障害物センサ１０９ｃの障害物検知範囲１１９ｃが障害物を検出すると鳥獣の忌避音を搭載したスピーカ１２３から発出させる。

圃場Ｆ内を耕うん作業すると土中の虫やミミズが地表に現れるため、鳥が飛来することが多い。従来は障害物センサがこれらを検知することで作業が一時中断することが多かった。銃声や空砲音などの忌避音を制御部１５０内に保存しておき、障害物を検知したときに鳴らすことで鳥やタヌキ等の鳥獣による障害物を取り除くことが可能となり、自動運転による作業の中断を招くことなく、効率よく作業することができる。

また、自動運転ＥＣＵ１５４はＰＴＯが稼働しているとき、車速センサ１１１が検知する車速と測位装置１７４から取得される車速を比較して、両車速の差が一定値以上ある場合は、スリップが発生していると判断して自動運転を停止する構成としても良い。スリップしながら作業すると、同じ場所を作業し続けてしまうこととなり、作業の均一性が損なわれてしまう。そのため、スリップが推定される状況においては自動運転による作業を停止することにより、上記のような不具合を防止できる。

１トラクタ（作業車両）
２走行車体
８ステアリングホイール
６２位置情報群
１１４ステアリングセンサ
１５４自動運転ＥＣＵ（制御部）
Ｆ圃場
Ｒ１予定走行経路

Claims

走行車体のキャビンルーフ上面に自己位置を測定する測位装置と、
キャビン内に操向輪を操向操作するステアリングホイールと、
ステアリングホイールの操作を検出するステアリングセンサを備え、
予め設定された予定走行経路に沿って走行するように走行車体を制御する制御部を備え、
前記制御部は圃場形状取得モードを備え、圃場内を圃場の形状に沿って手動走行したときに記録した位置情報群のデータから圃場の位置および形状のデータである圃場情報を取得し、
位置情報群の各点はステリングホイールの操作を検出したときに取得される作業車両。
位置情報群の各点は周期的に取得され、ステリングホイールの操作を検出しているときは検出していない場合に比べて短い周期で取得する
請求項１に記載の作業車両。
車速を検出する車速センサを備え、車速が所定値よりも早い場合は所定値よりも遅い場合と比較して短い周期で取得する請求項１または２に記載の作業車両。