JP2024076610A - 作業車 - Google Patents

Abstract

【課題】障害物を検知する検知装置の検知能力を適切なものとする手段を提供する。【解決手段】コンバイン１は、電磁波又は音波である検査波を放射して反射波を測定することにより機体の周囲の障害物を検知する検知装置４０と、圃場情報及び作業情報のうち少なくとも１つを取得する情報取得部と、情報取得部が取得した情報に基づいて、検知装置４０の機体に対する高さ、及び検査波の上下放射方向ＲＤのうち少なくとも１つの自動的な変更を実行する変更部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、作業車に関する。

圃場で作業を行う作業車として、例えば、特許文献１に記載のものが既に知られている。この作業車（特許文献１では「コンバイン」）は、走査ビーム式の障害物センサ（ＬｉＤａｒ）を備えている。

特開２０２１－００６０１１号公報

走査ビーム式の障害物センサでは、反射波のマルチパスによるノイズが問題になる場合がある。マルチパスによるノイズは、圃場の状態、例えば作物の種類や生育状況等により変化する可能性がある。マルチパスによるノイズが大きくなると、障害物の検知が妨げられるおそれがある。

本発明の目的は、障害物を検知する検知装置の検知能力を適切なものとする手段を提供することにある。

上述した課題を解決する手段として、本発明の作業車は、電磁波又は音波である検査波を放射して反射波を測定することにより機体の周囲の障害物を検知する検知装置と、圃場情報及び作業情報のうち少なくとも１つを取得する情報取得部と、前記情報取得部が取得した情報に基づいて、前記検知装置の前記機体に対する高さ、及び前記検査波の上下放射方向のうち少なくとも１つの自動的な変更を実行する変更部と、を備えることを特徴とする。

発明者らは、検知装置の出力に重畳するマルチパスによるノイズは、検知装置の地上高さや検査波の上下照射方向に応じて変動することを見いだし、本願発明に想到するに至った。上記の特徴によれば、情報取得部が取得した情報に基づいて、検知装置の機体に対する高さ、及び検査波の上下放射方向のうち少なくとも１つの自動的な変更が実行されるので、検知装置の検知能力を適切なものとすることが可能となる。

例えば、取得された圃場情報が、測定された反射波がノイズを多く含むことを示す場合（またはノイズの多くなり易い圃場である（または作物である）ことを示す場合）に、変更部が検知装置の高さを大きくする（または上下放射方向を上へ変更する）ことにより、反射波に含まれるノイズが低減される。

例えば、実行される作業が草刈り（雑草除去）である場合、雑草の存在により反射波のノイズが大きくなることが予想される。取得された作業情報が、実行予定の作業が雑草除去であることを示す場合に、変更部が検知装置の高さを大きくする（または上下放射方向を上へ変更する）ことにより、反射波に含まれるノイズが低減される。

本発明において、前記情報取得部は、前記検知装置が測定した反射波に基づいて前記圃場情報を取得すると好ましい。

上記の特徴によれば、検知装置が測定した反射波に基づいて圃場情報が取得されるので、圃場情報が、現在の圃場の状態及び反射波の状態に基づくものとなる。従って、変更部による変更が更に適切なものとなり、検知装置の検知能力を更に適切なものとすることが可能となる。

本発明において、前記情報取得部は、前記検知装置が測定した反射波のノイズレベルを前記圃場情報として取得し、前記変更部は、前記ノイズレベルに基づいて前記変更を実行すると好ましい。

上記の特徴によれば、検知装置が測定した反射波のノイズレベルが圃場情報として取得され、その圃場情報に基づいて変更が実行されるので、変更が更に適切なものとなり、検知装置の検知能力を更に適切なものとすることが可能となる。

本発明において、前記変更部は、前記ノイズレベルが所定の閾値以下となる範囲内で前記上下放射方向ができるだけ下向きとなるように前記変更を実行すると好ましい。

検知装置の高さを大きくすること、または上下放射方向を上寄りにすることにより、マルチパスによるノイズは低減される。一方で、これらの対処により、比較的小さい障害物や機体近傍の障害物に対する検知能力が低下する可能性がある。上記の特徴によれば、ノイズレベルが所定の閾値以下となる範囲内で上下放射方向ができるだけ下向きとなるので、比較的小さい障害物や機体の近傍の障害物に対する検知能力の低下の抑制と、ノイズ抑制による検知能力の向上とを両立することができる。

本発明において、前記ノイズレベルに対応して予め定められた前記検知装置の前記機体に対する高さ又は前記上下放射方向を示すテーブルを記憶する記憶部を更に備え、前記変更部は、前記ノイズレベル及び前記テーブルに基づいて前記変更を実行すると好ましい。

上記の特徴によれば、予め準備されたテーブルと、測定された反射波のノイズレベルと、に基づいて変更が実行されるので、変更部における処理が簡便なものとなる利点がある。

本発明において、作業種別ごとに予め定められた前記検知装置の前記機体に対する高さ又は前記上下放射方向を示すテーブルを記憶する記憶部を更に備え、前記情報取得部は、作業種別を前記作業情報として取得し、前記変更部は、前記作業種別及び前記テーブルに基づいて前記変更を実行すると好ましい。

上記の特徴によれば、予め準備されたテーブルと、取得された作業種別と、に基づいて変更が実行されるので、変更部における処理が簡便なものとなる利点がある。

本発明において、前記検知装置からの検知結果に基づいて自動走行を制御する自動走行制御部を更に備え、前記情報取得部は、前記自動走行の前に実行される圃場外周の走行の際に情報の取得を実行すると好ましい。

上記の特徴によれば、自動走行の実行前に情報が取得されるので、自動走行の実行前に検知装置の状態が適切に変更される。従って、検知装置の検知能力を適切なものとした上で、自動走行を適切に実行することが可能となる。

コンバインの左側面図である。 制御部に関する構成を示すブロック図である。 コンバインで行われる処理を示すフローチャートである。

本発明を実施するための形態について、図面に基づき説明する。尚、以下の説明においては、特に断りがない限り、図中の矢印Ｆの方向を「前」、矢印Ｂの方向を「後」とする。また、図中の矢印Ｕの方向を「上」、矢印Ｄの方向を「下」とする。

〔コンバインの全体構成〕
図１に示すように、普通型のコンバイン１（本発明に係る「作業車」に相当）は、収穫部Ｈ、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、搬送部１６、穀粒排出装置１８、衛星測位モジュール８０を備えている。

走行装置１１は、コンバイン１における下部に備えられている。また、走行装置１１は、コンバイン１に搭載されたエンジン（図示せず）からの動力によって駆動する。そして、コンバイン１は、走行装置１１によって走行可能である。

運転部１２、脱穀装置１３、穀粒タンク１４は、走行装置１１の上側に備えられている。運転部１２には、コンバイン１の作業を監視するオペレータが搭乗可能である。尚、オペレータは、コンバイン１の機外からコンバイン１の作業を監視していても良い。

運転部１２は、運転座席１２ａ及びキャビン１２ｂを有している。運転座席１２ａは、キャビン１２ｂの内側に設けられている。運転座席１２ａには、オペレータが着座可能である。

運転部１２に、人為操作具１２ｃ（図２）が設けられている。人為操作具１２ｃは、例えば、主変速レバー、操舵レバー、タッチパネル式入力装置である。

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、衛星測位モジュール８０は、運転部１２の上面に取り付けられている。

収穫部Ｈは、コンバイン１における前部に備えられている。そして、搬送部１６は、収穫部Ｈの後側に設けられている。また、収穫部Ｈは、刈取装置１５及びリール１７を含んでいる。

刈取装置１５は、圃場の作物Ｅを刈り取る。特に限定されないが、作物Ｅは、例えば小麦、大麦、稲、大豆等である。また、リール１７は、機体左右方向に沿うリール軸芯１７ｂ周りに回転駆動しながら収穫対象の作物Ｅを掻き込む。刈取装置１５により刈り取られた作物Ｅは、搬送部１６へ送られる。

この構成により、収穫部Ｈは、圃場の作物Ｅを収穫する。そして、コンバイン１は、刈取装置１５によって圃場の作物Ｅを刈り取りながら走行装置１１によって走行する刈取走行が可能である。

収穫部Ｈにより収穫された作物Ｅは、搬送部１６によって機体後方へ搬送される。これにより、作物Ｅは脱穀装置１３へ搬送される。

脱穀装置１３において、作物Ｅは脱穀処理される。脱穀処理により得られた収穫物（穀粒）は、穀粒タンク１４に貯留される。穀粒タンク１４に貯留された収穫物は、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。

〔コンバインの自動走行〕
ここで、コンバイン１は、作物Ｅが植立している圃場において自動走行を行うことができるように構成されている。自動走行には、作業しながらの走行と作業を伴わない走行とが含まれる。

本実施形態では、自動走行、手動走行、及び自動操舵走行を次の通り定義する。自動走行は、車速と操舵の両方が制御装置により自動的に制御される走行である。自動走行の間、人為操作は不要である。手動走行は、人為操作に基づいて車速と操舵の制御が行われる走行である。自動操舵走行は、人為操作に基づいて車速の制御が行われ、操舵が制御装置により自動的に制御される走行である。

コンバイン１は、まず最初に、圃場の外周領域で作物Ｅを収穫しながら周回走行を行った後、圃場の内周領域で刈取走行を行うことにより、圃場の作物Ｅを収穫する。

尚、外周領域とは、圃場内の外周側の領域である。また、内周領域とは、外周領域に囲まれた領域である。

本実施形態においては、外周領域での周回走行は手動走行により行われる。尚、本発明はこれに限定されず、周回走行のうちの一部または全てが自動走行又は自動操舵走行により行われても良い。内周領域での刈取走行は、自動走行により行われる。即ち、コンバイン１は、自動作業走行が可能である。

尚、本実施形態では、外周領域での周回走行の周回数は１周である。しかしながら、本発明はこれに限定されず、周回走行の周回数は、１周以外の数（例えば２周、又は３周）であっても良い。

コンバイン１は、検知装置４０を備える。検知装置４０は、電磁波又は音波である検査波を放射して反射波を測定することにより機体の周囲の障害物を検知する。本実施形態では、検知装置４０はレーダーであり、検査波及び反射波は電波である。検知装置４０は、ＴｏＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）測定方式の測定装置である。検知装置４０がレーザースキャナ（ＬｉＤａｒ）であってもよい。検知装置４０がソナーであってもよい。この場合、検査波及び反射波は音波である。

本実施形態のコンバイン１では、検知装置４０からの障害物の検知結果に基づいて、自動走行、手動走行、及び自動操舵走行が制御される。例えば、障害物（たとえば作業者など）への接近を検知装置４０が検知したことに基づいて、減速、操舵、または停車が行われる。

コンバイン１は、衛星測位モジュール８０を備える。衛星測位モジュール８０は、ＧＰＳ（グローバル・ポジショニング・システム）で用いられる人工衛星ＧＳからのＧＰＳ信号を受信する。そして衛星測位モジュール８０は、受信したＧＰＳ信号に基づいて、コンバイン１の自車位置を示す測位データを生成する。

なお衛星測位モジュール８０は、ＧＰＳを利用するものでなくても良い。例えば、衛星測位モジュール８０は、ＧＰＳ以外のＧＮＳＳ（ＧＬＯＮＡＳＳ、Ｇａｌｉｌｅｏ、みちびき、ＢｅｉＤｏｕ等）を利用するものであっても良い。

〔制御に関する構成〕
図１、図２に示されるように、コンバイン１は、制御部２０を備えている。制御部２０、及び、制御部２０に含まれる各要素（図２）は、マイクロコンピュータ等の物理的な装置であっても良いし、ソフトウェアにおける機能部であっても良い。

制御部２０は、記憶部２１、自車位置算出部２２、マップ生成部２３、経路生成部２４、自動走行制御部２５、及び走行制御部２６を備えている。

記憶部２１は、機能部を実現するためのソフトウェアや、機能部が生成する一時データ、工場データを記憶する。特に、記憶部２１は、後述するテーブルを記憶する。記憶部２１は、例えば、ＨＤＤや不揮発性ＲＡＭなどである。

自車位置算出部２２は、衛星測位モジュール８０により出力された測位データに基づいて、コンバイン１の位置座標を経時的に算出する。

なお、自車位置算出部２２が算出する位置座標は、コンバイン１のうち、衛星測位モジュール８０の位置座標であっても良いし、検知装置４０の位置座標であっても良いし、収穫部Ｈの左右方向中心位置の座標であっても良い。

マップ生成部２３は、自車位置算出部２２が算出する位置座標に基づいて、圃場のマップを生成する。具体的には、マップ生成部２３は、外周領域での周回走行の際に生成された位置情報に基づいて、圃場の外形を示すマップと、作業の対象となる内周領域を示すマップと、を生成する。

経路生成部２４は、マップ生成部２３が生成したマップが示す内周領域に、自動走行のための目標走行経路を生成する。

自動走行制御部２５は、自車位置算出部２２が算出した自車位置と、経路生成部２４が生成した目標走行経路と、に基づいて、コンバイン１の自動走行を制御する。具体的には、自動走行制御部２５は、コンバイン１が目標走行経路に沿って自動走行するように走行装置１１を制御する。

走行制御部２６は、人為操作具１２ｃが受け付けた人為操作に基づいて、コンバイン１の手動走行または自動操舵走行を制御する。

〔検知装置の制御にかかる構成〕
制御部２０は、情報取得部３１、及び変更部３２を備えている。

情報取得部３１は、圃場情報及び作業情報のうち少なくとも１つを取得する。本実施形態では、情報取得部３１は、検知装置４０が測定した反射波に基づいて圃場情報を取得する。具体的には、情報取得部３１は、検知装置４０が測定した反射波のノイズレベルを圃場情報として取得する。

ノイズレベルとは、検知装置４０が測定した反射波に含まれるノイズの大きさを示す量である。情報取得部３１は、検知装置４０の出力を分析してノイズレベルを算出する。例えば、情報取得部３１は、所定期間の出力の標準偏差や出力の変動幅を算出し、ノイズレベルとする。

本実施形態では、情報取得部３１は、自動走行の前に実行される圃場外周の走行の際に情報の取得を実行する。具体的には、情報取得部３１は、圃場外周の走行の間、検知装置４０の出力を監視して、ノイズレベルを算出する。

変更部３２は、情報取得部３１が取得した情報に基づいて、検知装置４０の機体に対する高さ、及び検査波の上下放射方向ＲＤ（図１）のうち少なくとも１つの自動的な変更を実行する。具体的には、変更部３２は、検知装置４０が備えるアクチュエータ４０ａを制御して変更を実行する。変更部３２は、アクチュエータ４０ａを作動させて検知装置４０を上下に移動させて、検知装置４０の機体に対する高さを変更する。変更部３２は、アクチュエータ４０ａを作動させて検知装置４０の向きを変更して、検査波の上下放射方向ＲＤを変更する。

本実施形態では、検知装置４０の向きを上へ１５°及び下へ１５°変更可能なように、アクチュエータ４０ａが構成されている。なお検知装置４０の検知領域は、上下放射方向ＲＤを中心として上へ２０°、下へ２０°の範囲である。

なお変更部３２は、情報取得部３１が取得したノイズレベルに基づいて、アクチュエータ４０ａを作動させて、変更を実行する。具体的には、記憶部２１に、ノイズレベルに対応して予め定められた、検知装置４０の機体に対する高さ又は上下放射方向ＲＤを示すテーブルが記憶されている。変更部３２は、ノイズレベル及びテーブルに基づいて変更を実行する。例えば、変更部３２は、情報取得部３１が取得したノイズレベルに対応する検知装置４０の高さ（または上下放射方向ＲＤ）をテーブルから読み出し、読み出された高さ（または上下放射方向ＲＤ）に応じてアクチュエータ４０ａを作動させる。

検知装置４０の機体に対する高さを大きくした場合、及び検査波の上下放射方向ＲＤを上寄りにした場合、複数回反射して検知装置４０へ到達する反射波が少なくなり、マルチパスによるノイズは減少する。一方、検知装置４０の検知範囲（図１に破線で示される範囲）が上に移動することにより、地上高の比較的小さい障害物や機体近傍の障害物を検知し難くなる。本実施形態では、障害物の検知能力が確保できる程度にノイズレベルを抑制しつつ、近傍の障害物をできるだけ検知できるよう、上述のテーブルが設定される。例えば、ノイズレベルが所定の閾値以下となり、かつ、機体から所定距離の障害物が検知可能な設定値（検知装置４０の機体に対する高さ、または上下放射方向ＲＤ）となるように、テーブルが設定される。なお、テーブルは、圃場でのテスト走行の結果に基づいて設定されてもよいし、シミュレーション結果により設定されてもよい。記憶部２１に記憶されたテーブルがアップデート可能なように、制御部２０が構成されてもよい。

自動走行制御部２５は、検知装置４０からの検知結果に基づいて自動走行を制御する。例えば、自動走行制御部２５は、コンバイン１が障害物（たとえば作業者など）への接近を検知装置４０が検知した場合に、走行装置１１を制御して減速、操舵、または停車を実行する。

走行制御部２６は、検知装置４０からの検知結果に基づいて自動走行を制御する。例えば、走行制御部２６は、コンバイン１が障害物（たとえば作業者など）への接近を検知装置４０が検知した場合に、走行装置１１を制御して減速、操舵、または停車を実行する。

〔制御フロー〕
図３のフローチャートを参照しながら、コンバイン１で実行される処理について説明する。

記憶部２１へのテーブルの記憶が行われる（ステップＳ０１）。記憶部２１へのテーブルの記憶は、コンバイン１の走行開始前に行われてもよいし、コンバイン１の製造時に行われてもよい。

情報取得部３１による圃場情報の取得が行われる（ステップＳ０２）。本実施形態では、情報取得部３１が、検知装置４０の出力を取得し、ノイズレベルを算出して、圃場情報とする。

圃場情報の取得は、自動走行の前に実行される圃場外周の走行の際に実行されると好適である。

変更部３２による、検知装置４０の機体に対する高さ、及び（または）検査波の上下放射方向ＲＤの変更が行われる（ステップＳ０３）。変更は、自動走行の前に行われると好ましい。

例えば、コンバイン１の起動時にネットワークを介してテーブルの更新データが取得され、テーブルの更新が行われる（ステップＳ０１）。

オペレータがコンバイン１を手動走行（または自動操舵走行）させて、圃場の外周領域での周回走行が行われる。この周回走行の間に、情報取得部３１が検知装置４０を介してノイズレベル（圃場情報）を取得する（ステップＳ０２）。

外周領域での周回走行が終了すると、ステップＳ０２で取得されたノイズレベルに基づいて、変更部３２が検知装置４０の機体に対する高さ、及び（または）検査波の上下放射方向ＲＤを変更する（ステップＳ０３）。その変更の後、自動走行制御部２５が、内周領域における自動走行を実行する。

ステップＳ０２の処理、及びステップＳ０３の処理が繰り返し行われてもよい。例えば、内周領域における自動走行の間に、ステップＳ０２（ノイズレベルの取得）及びステップＳ０３（変更部３２による変更）が１回または複数回行われてもよい。

〔他の実施形態〕
上述の実施形態、及び以下述べる他の実施形態は、矛盾が生じない限り、互いに組み合わせたり一部を変更することが可能である。また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。

（１）変更部３２が、ノイズレベルが所定の閾値以下となる範囲内で上下放射方向ＲＤができるだけ下向きとなるように変更を実行するよう構成されてもよい。例えば、変更部３２が、ノイズレベルを測定しながら検知装置４０の向きを変更して上下放射方向ＲＤを下寄りに変更し、ノイズレベルが所定の閾値以下となった状態で検知装置４０の向きを決定するよう、構成されてもよい。

（２）上述の実施形態では、アクチュエータ４０ａが検知装置４０の向きを変更し、上下放射方向ＲＤを変更する。上下放射方向ＲＤが、アクチュエータ４０ａに寄らず変更されてもよい。例えば、検知装置４０の作動状態を変更することにより上下放射方向ＲＤが変更されてもよい。例えば、検知装置４０がフェーズドアレイ式のレーダーである場合、作動状態の変更による上下放射方向ＲＤの変更が可能である。

（３）上述の実施形態では、コンバイン１は、前方の障害物を検知する１つの検知装置４０を備えている。検知装置４０が、他の方向の障害物を検知するものであってもよい。コンバイン１が、他の方向の障害物を検知する検知装置を更に備えてもよい。コンバイン１が、複数の検知装置を備えてもよい。

コンバイン１が、前方の障害物を検知する検知装置４０と、右方の障害物を検知する検知装置と、左方の障害物を検知する検知装置と、後方の障害物を検知する検知装置と、を備えると好ましい。

（４）上述の実施形態では、情報取得部３１が、検知装置４０の出力に基づいて、ノイズレベルを圃場情報として取得する。圃場情報は、ノイズレベルに限られない。情報取得部３１による情報の取得源はこれに限られない。

圃場情報（圃場の状態を示す情報）は、作物または雑草の種類や高さ、圃場の種別（水田、畑の別）、または圃場の状態（水の有無、耕耘の有無、畝立ての有無）であってもよい。

情報取得部３１が、他のセンサ（例えば、カメラ等）、オペレータからの手動入力内容、または圃場の管理装置や管理システムから圃場情報を取得するよう構成されてもよい。

（５）情報取得部３１が作業情報を取得し、変更部３２が作業情報に基づいて変更を実行するよう構成されてもよい。作業情報とは、作業の内容を示す情報であり、例えば作業の種別（耕耘、田植え、播種、薬剤散布、収穫など）、同時に作業する作業車または作業者の有無、などである。情報取得部３１が、オペレータからの手動入力内容、または圃場の管理装置や管理システムから圃場情報を取得するよう構成されてもよい。作業車がトラクタ等である場合、情報取得部３１が、接続された作業装置の種別から作業情報を取得するよう構成されてもよい。

この場合、記憶部２１は、作業種別ごとに予め定められた検知装置４０の機体に対する高さ又は上下放射方向ＲＤを示すテーブルを記憶する。情報取得部３１は、作業種別を作業情報として取得する。変更部３２は、作業種別及びテーブルに基づいて変更を実行する。

本発明は、コンバインだけでなく、トラクタや田植機、管理機、収穫機等、種々の農作業車に利用可能である。

２１ ：記憶部
２５ ：自動走行制御部
３１ ：情報取得部
３２ ：変更部
４０ ：検知装置
ＲＤ ：上下放射方向

Claims (7)

1. 電磁波又は音波である検査波を放射して反射波を測定することにより機体の周囲の障害物を検知する検知装置と、
   圃場情報及び作業情報のうち少なくとも１つを取得する情報取得部と、
   前記情報取得部が取得した情報に基づいて、前記検知装置の前記機体に対する高さ、及び前記検査波の上下放射方向のうち少なくとも１つの自動的な変更を実行する変更部と、を備える作業車。
2. 前記情報取得部は、前記検知装置が測定した反射波に基づいて前記圃場情報を取得する請求項１に記載の作業車。
3. 前記情報取得部は、前記検知装置が測定した反射波のノイズレベルを前記圃場情報として取得し、
   前記変更部は、前記ノイズレベルに基づいて前記変更を実行する請求項２に記載の作業車。
4. 前記変更部は、前記ノイズレベルが所定の閾値以下となる範囲内で前記上下放射方向ができるだけ下向きとなるように前記変更を実行する請求項３に記載の作業車。
5. 前記ノイズレベルに対応して予め定められた前記検知装置の前記機体に対する高さ又は前記上下放射方向を示すテーブルを記憶する記憶部を更に備え、
   前記変更部は、前記ノイズレベル及び前記テーブルに基づいて前記変更を実行する請求項３に記載の作業車。
6. 作業種別ごとに予め定められた前記検知装置の前記機体に対する高さ又は前記上下放射方向を示すテーブルを記憶する記憶部を更に備え、
   前記情報取得部は、作業種別を前記作業情報として取得し、
   前記変更部は、前記作業種別及び前記テーブルに基づいて前記変更を実行する請求項１に記載の作業車。
7. 前記検知装置からの検知結果に基づいて自動走行を制御する自動走行制御部を更に備え、
   前記情報取得部は、前記自動走行の前に実行される圃場外周の走行の際に情報の取得を実行する請求項１から６のいずれか１項に記載の作業車。
   
   

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