JP6078206B2 - 自律走行作業車両 - Google Patents

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本発明は、衛星測位システムを利用して設定走行経路に沿って自律走行を可能とした自律走行作業車両に障害物検知手段を設け、障害物検知手段が障害物を検知しないにもかかわらず実際には障害物が存在した場合や、実際には障害物が存在するにも関わらず障害物検知手段は障害物を検知しない場合において、障害物検知手段の検知精度を高める技術に関する。
従来、無人走行車両に障害物を検出する障害物センサを設け、走行車両が高速走行時には、基準値を長くし、障害物を検知してからの停止距離が長くなっても接触事故を未然に防止でき、旋回等低速走行時には基準値を短くして、回行周囲の立木等を検出しないようにした技術が公知となっている（例えば、特許文献１参照）。
実開平５−４３２０５号公報
しかし、自律走行作業車両により作業を行うときに、障害物検知手段が障害物を検知しないにもかかわらず実際には障害物が存在した場合の誤報通知手段や、実際には障害物が存在するにもかかわらず障害物検知手段が障害物を検知しない場合の失報通知手段についての技術は公知となっていない。またこのような場合に、障害物検知手段の感度を変更する技術は公知となっていない。
本発明は、以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、障害物検知手段が障害物を検知しないにもかかわらず障害物が実際に存在した場合に、オペレータにより誤報通知手段が作動されると警報を解除し、また、実際には障害物が存在するにもかかわらず障害物検知手段が障害物を検知しない場合に、オペレータにより失報通知手段が操作されると警報を発し、さらに、障害物検知手段の感度を調節し、検知精度を高める自律走行作業車両を提供しようとするものである。
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
即ち、本発明は、衛星測位システムを利用して機体の位置を測位する位置算出手段と、設定した走行経路に沿って自動的に走行及び作業をさせる制御装置とを備えた自律走行作業車両において、障害物検知手段と警報手段と誤報通知手段を備え、障害物を検知し警報を発したにもかかわらずオペレータが障害物を認識せず誤報通知手段が作動されると、制御装置は警報を解除するものである。
本発明は、前記誤報通知手段による誤報通知回数が第一設定数に達すると、制御装置は障害物検知手段の感度を下げるものである。
本発明は、前記障害物検知手段の感度を低下させた後に前記誤報通知手段による誤報通知回数が第二設定数に達すると、制御装置はセンサ故障と判断し、表示し、通知するものである。
本発明は、衛星測位システムを利用して機体の位置を測位する位置算出手段と、設定した走行経路に沿って自動的に走行及び作業をさせる制御装置とを備えた自律走行作業車両において、障害物検知手段と警報手段と失報通知手段を備え、障害物が障害物検知手段の検知範囲内に存在するのに警報が発せられない時にオペレータが失報通知手段を操作すると、制御装置は警報を発するものである。
本発明は、前記障害物検知手段により障害物を検知せず、急制動されると、制御装置は失報と判断するものである。
本発明は、前記失報通知が第三設定回数に達すると、制御装置はセンサ感度を上げるものである。
本発明は、前記障害物検知手段の感度を上げた後の失報通知回数が第四設定数に達すると、制御装置は故障と判断し表示するとともに、通知するものである。
以上のような手段を用いることにより、誤報により警報手段が作動し続けることをなくし、無駄に警報手段が作動することを防止できる。また、自律走行作業車両が障害物を検知できない場合であっても、迅速に人手で対応できる。
自律走行作業車両とＧＰＳ衛星と基準局を示す概略側面図。 制御ブロック図。 自律走行作業車両と随伴走行作業車両とによる作業の状態を示す図。 障害物検知手段の検知範囲内における制御領域を示す図。 検知範囲補正制御のフローチャートを示す図。 誤報制御のフローチャートを示す図。 失報制御のフローチャートを示す図。
衛星測位システムを利用して自律走行を可能とした自律走行作業車両１をトラクタとし、自律走行作業車両１の後部には作業機としてロータリ耕耘装置２４を装着した実施例について説明する。但し、作業車両はトラクタに限定するものではなく、コンバイン等でもよく、また、作業機はロータリ耕耘装置に限定するものではなく、畝立て機や草刈機やレーキや播種機や施肥機やワゴン等であってもよい。
図１、図２において、自律走行作業車両１となるトラクタの全体構成について説明する。ボンネット２内にエンジン３が内設され、該ボンネット２の後部のキャビン１１内にダッシュボード１４が設けられ、ダッシュボード１４上に操向操作手段となるステアリングハンドル４が設けられている。該ステアリングハンドル４の回動により操舵装置を介して前輪９・９の向きが回動される。自律走行作業車両１の操舵方向は操向センサ２０により検知される。操向センサ２０はロータリエンコーダ等の角度センサからなり、前輪９の回動基部に配置される。但し、操向センサ２０の検知構成は限定するものではなく操舵方向が認識されるものであればよく、ステアリングハンドル４の回動を検知したり、パワーステアリングの作動量を検知してもよい。操向センサ２０により得られた検出値は制御装置３０に入力される。
前記ステアリングハンドル４の後方に運転席５が配設され、運転席５下方にミッションケース６が配置される。ミッションケース６の左右両側にリアアクスルケース８・８が連設され、該リアアクスルケース８・８には車軸を介して後輪１０・１０が支承される。エンジン３からの動力はミッションケース６内の変速装置（主変速装置や副変速装置）により変速されて、後輪１０・１０を駆動可能としている。変速装置は例えば油圧式無段変速装置で構成して、可変容量型の油圧ポンプの可動斜板をモータ等の変速手段４４により作動させて変速可能としている。変速手段４４は制御装置３０と接続されている。後輪１０の回転数は車速センサ２７により検知され、走行速度として制御装置３０に入力される。但し、車速の検知方法や車速センサ２７の配置位置は限定するものではない。
ミッションケース６内にはＰＴＯクラッチやＰＴＯ変速装置や制動装置４６が収納され、ＰＴＯクラッチはＰＴＯ入切手段４５により入り切りされ、ＰＴＯ入切手段４５は制御装置３０と接続され、ＰＴＯ軸への動力の断接を制御可能としている。制動装置４６は制御装置３０と接続され、オペレータの操作や自動走行時に制動可能としている。制御装置３０はＣＰＵ（中央演算処理装置）やＲＡＭやＲＯＭ等の記憶装置３０ｍやインターフェース等を備え、記憶装置３０ｍには自律走行作業車両１を動作させるためのプログラムやデータが記憶される。
前記エンジン３を支持するフロントフレーム１３にはフロントアクスルケース７が支持され、該フロントアクスルケース７の両側に前輪９・９が支承され、前記ミッションケース６からの動力が前輪９・９に伝達可能に構成している。前記前輪９・９は操舵輪となっており、ステアリングハンドル４の回動操作により回動可能とするとともに、操舵駆動手段となるパワステシリンダからなる操舵アクチュエータ４０により前輪９・９が左右操舵回動可能となっている。操舵アクチュエータ４０は制御装置３０と接続され、自動走行制御により駆動される。
制御装置３０にはエンジン回転制御手段となるエンジンコントローラ６０が接続され、エンジンコントローラ６０にはエンジン回転数センサ６１や水温センサや油圧センサ等が接続され、エンジンの状態を検知できるようにしている。エンジンコントローラ６０では設定回転数と実回転数から負荷を検出し、過負荷とならないように制御するとともに、後述する遠隔操作装置１１２にエンジン３の状態を送信してディスプレイ１１３で表示できるようにしている。
また、ステップ下方に配置した燃料タンク１５には燃料の液面を検知するレベルセンサ２９が配置されて制御装置３０と接続され、自律走行作業車両１のダッシュボードに設ける表示手段４９には燃料の残量を表示する燃料計が設けられ制御装置３０と接続されている。そして、制御装置３０から遠隔操作装置１１２に燃料残量に関する情報が送信されて、遠隔操作装置１１２のディスプレイ１１３に燃料残量と作業可能時間が表示される。
前記ダッシュボード１４上にはエンジンの回転計や燃料計や油圧等や異常を示すモニタや設定値等を表示する表示手段４９が配置されている。
また、トラクタ機体後方に作業機装着装置２３を介して作業機としてロータリ耕耘装置２４が昇降自在に装設させて耕耘作業を行うように構成している。前記ミッションケース６上に昇降シリンダ２６が設けられ、該昇降シリンダ２６を伸縮させることにより、作業機装着装置２３を構成する昇降アームを回動させてロータリ耕耘装置２４を昇降できるようにしている。昇降シリンダ２６は昇降アクチュエータ２５の作動により伸縮され、昇降アクチュエータ２５は制御装置３０と接続されている。
制御装置３０には衛星測位システムを構成する移動通信機３３が接続されている。移動通信機３３には移動ＧＰＳアンテナ３４とデータ受信アンテナ３８が接続され、移動ＧＰＳアンテナ３４とデータ受信アンテナ３８は前記キャビン１１上に設けられる。該移動通信機３３には、位置算出手段を備えて緯度と経度を制御装置３０に送信し、現在位置を把握できるようにしている。なお、ＧＰＳ（米国）に加えて準天頂衛星(日本)やグロナス衛星（ロシア）等の衛星測位システム（ＧＮＳＳ）を利用することで精度の高い測位ができるが、本実施形態ではＧＰＳを用いて説明する。
自律走行作業車両１は、機体の姿勢変化情報を得るためにジャイロセンサ３１、および進行方向を検知するために方位センサ３２を具備し制御装置３０と接続されている。但し、ＧＰＳの位置計測から進行方向を算出できるので、方位センサ３２を省くことができる。
ジャイロセンサ３１は自律走行作業車両１の機体前後方向の傾斜（ピッチ）の角速度、機体左右方向の傾斜（ロール）の角速度、および旋回（ヨー）の角速度、を検出するものである。該三つの角速度を積分計算することにより、自律走行作業車両１の機体の前後方向および左右方向への傾斜角度、および旋回角度を求めることが可能である。ジャイロセンサ３１の具体例としては、機械式ジャイロセンサ、光学式ジャイロセンサ、流体式ジャイロセンサ、振動式ジャイロセンサ等が挙げられる。ジャイロセンサ３１は制御装置３０に接続され、当該三つの角速度に係る情報を制御装置３０に入力する。
方位センサ３２は自律走行作業車両１の向き（進行方向）を検出するものである。方位センサ３２の具体例としては磁気方位センサ等が挙げられる。方位センサ３２は制御装置３０に接続され、機体の向きに係る情報を制御装置３０に入力する。
こうして制御装置３０は、上記ジャイロセンサ３１、方位センサ３２から取得した信号を姿勢・方位演算手段により演算し、自律走行作業車両１の姿勢（向き、機体前後方向及び機体左右方向の傾斜、旋回方向）を求める。
次に、自律走行作業車両１の位置情報をＧＰＳ（グローバル・ポジショニング・システム）を用いて取得する方法について説明する。
ＧＰＳは、元来航空機・船舶等の航法支援用として開発されたシステムであって、上空約二万キロメートルを周回する二十四個のＧＰＳ衛星（六軌道面に四個ずつ配置）、ＧＰＳ衛星の追跡と管制を行う管制局、測位を行うための利用者の通信機で構成される。
ＧＰＳを用いた測位方法としては、単独測位、相対測位、ＤＧＰＳ（ディファレンシャルＧＰＳ）測位、ＲＴＫ−ＧＰＳ（リアルタイムキネマティック−ＧＰＳ）測位など種々の方法が挙げられ、これらいずれの方法を用いることも可能であるが、本実施形態では測定精度の高いＲＴＫ−ＧＰＳ測位方式を採用し、この方法について図１、図２より説明する。
ＲＴＫ−ＧＰＳ（リアルタイムキネマティック−ＧＰＳ）測位は、位置が判っている基準局と、位置を求めようとする移動局とで同時にＧＰＳ観測を行い、基準局で観測したデータを無線等の方法で移動局にリアルタイムで送信し、基準局の位置成果に基づいて移動局の位置をリアルタイムに求める方法である。
本実施形態においては、自律走行作業車両１に移動局となる移動通信機３３と移動ＧＰＳアンテナ３４とデータ受信アンテナ３８が配置され、基準局となる固定通信機３５と固定ＧＰＳアンテナ３６とデータ送信アンテナ３９が圃場の作業の邪魔にならない所定位置に配設される。本実施形態のＲＴＫ−ＧＰＳ（リアルタイムキネマティック−ＧＰＳ）測位は、基準局および移動局の両方で位相の測定（相対測位）を行い、基準局の固定通信機３５で測位したデータをデータ送信アンテナ３９からデータ受信アンテナ３８に送信する。
自律走行作業車両１に配置された移動ＧＰＳアンテナ３４はＧＰＳ衛星３７・３７・・・からの信号を受信する。この信号は移動通信機３３に送信され測位される。そして、同時に基準局となる固定ＧＰＳアンテナ３６でＧＰＳ衛星３７・３７・・・からの信号を受信し、固定通信機３５で測位し移動通信機３３に送信し、観測されたデータを解析して移動局の位置を決定する。こうして得られた位置情報は制御装置３０に送信される。
こうして、この自律走行作業車両１における制御装置３０は自動走行させる自動走行手段を備えて、自動走行手段はＧＰＳ衛星３７・３７・・・から送信される電波を受信して移動通信機３３において設定時間間隔で機体の位置情報を求め、ジャイロセンサ３１及び方位センサ３２から機体の変位情報および方位情報を求め、これら位置情報と変位情報と方位情報に基づいて機体が予め設定した設定経路Ｒに沿って走行するように、操舵アクチュエータ４０、変速手段４４、昇降アクチュエータ２５、ＰＴＯ入切手段４５、制動装置４６、エンジンコントローラ６０等を制御して自動走行し自動で作業できるようにしている。なお、作業範囲となる圃場Ｈの外周の位置情報も周知の方法によって予め設定され、記憶装置３０ｍに記憶されている。
また、自律走行作業車両１には障害物検知手段として障害物センサ４１やカメラ４２が配置されて制御装置３０と接続され、障害物に当接しないようにしている。例えば、障害物センサ４１は赤外線センサや超音波センサで構成して機体の前部や側部や後部に配置して制御装置３０と接続し、機体の前方や側方や後方に障害物があるかどうかを検出し、障害物を検出すると、警報を発し、走行速度を低下させたり停止させたりするように制御する。詳細は後述する。
また、自律走行作業車両１のルーフには前方や作業機を撮影するカメラ４２が搭載され制御装置３０と接続されている。カメラ４２で撮影された映像は随伴走行作業車両１００に備えられた遠隔操作装置１１２のディスプレイ１１３に表示されるようにしている。
遠隔操作装置１１２は前記自律走行作業車両１の設定走行経路Ｒを設定したり、自律走行作業車両１を遠隔操作したり、自律走行作業車両１の走行状態や作業機の作動状態を監視したり、作業データを記憶したりするものである。
本実施形態では、オペレータが随伴走行作業車両１００に乗車して運転操作するとともに、随伴走行作業車両１００に遠隔操作装置１１２を搭載して自律走行作業車両１を操作可能としている。随伴走行作業車両１００は図３に示すように自律走行作業車両１の斜め後方を作業しながら走行し、自律走行作業車両１を監視・操作する。但し、作業形態によっては、自律走行作業車両１の後方を随伴走行作業車両１００が走行して作業をする場合もあり限定するものではない。随伴走行作業車両１００の基本構成は自律走行作業車両１と略同じ構成であるので詳細な説明は省略する。なお、随伴走行作業車両１００にはＧＰＳ用の移動通信機３３や移動ＧＰＳアンテナ３４を備える構成とすることも可能である。
遠隔操作装置１１２は、随伴走行作業車両１００及び自律走行作業車両１のダッシュボード等の操作部に着脱可能としている。遠隔操作装置１１２は随伴走行作業車両１００のダッシュボードに取り付けたまま操作することも、随伴走行作業車両１００の外に持ち出して携帯して操作することも、自律走行作業車両１のダッシュボードに取り付けて操作可能としている。遠隔操作装置１１２は例えばノート型やタブレット型のパーソナルコンピュータで構成することができる。本実施形態ではタブレット型のコンピュータで構成している。
さらに、遠隔操作装置１１２と自律走行作業車両１は無線で相互に通信可能に構成しており、自律走行作業車両１と遠隔操作装置１１２には通信するための送受信機１１０・１１１がそれぞれ設けられている。送受信機１１１は遠隔操作装置１１２に一体的に構成されている。通信手段は例えばＷｉＦｉ等の無線ＬＡＮで相互に通信可能に構成されている。遠隔操作装置１１２は画面に触れることで操作可能なタッチパネル式の操作画面としたディスプレイ１１３を筐体表面に設け、筐体内に送受信機１１１や制御装置１３０（ＣＰＵや記憶装置）やバッテリ等を収納している。
前記自律走行作業車両１は遠隔操作装置１１２により遠隔操作可能としている。例えば、自律走行作業車両１の緊急停止や一時停止や再発進や車速の変更やエンジン回転数の変更や作業機の昇降やＰＴＯクラッチの入り切り等を操作できるようにしている。つまり、遠隔操作装置１１２から送受信機１１１、送受信機１１０、制御装置３０を介してアクセルアクチュエータや変速手段４４や制動装置４６やＰＴＯ入切手段４５等を制御し作業者が容易に自律走行作業車両１を遠隔操作できるのである。
前記ディスプレイ１１３には、前記カメラ４２で撮影した周囲の画像や自律走行作業車両１の状態や作業の状態やＧＰＳに関する情報や操作画面等を表示できるようにし、オペレータが監視できるようにしている。
前記自律走行作業車両１の状態としては、走行状態やエンジンの状態や作業機の状態等であり、走行状態としては変速位置や車速や燃料残量やバッテリの電圧等であり、エンジンの状態としてはエンジンの回転数や負荷率等であり、作業機の状態としては作業機の種類やＰＴＯ回転数や作業機高さ等であり、それぞれディスプレイ１１３に数字やレベルメータ等で表示される。
前記作業の状態としては、作業経路（目標経路または設定走行経路Ｒ）、作業行程、現在位置、行程から計算される枕地までの距離、残りの経路、行程数、今までの作業時間、残りの作業時間等である。残りの経路は、全体の作業経路から既作業経路を塗りつぶすことで容易に認識できるようにしている。また、現在位置から次の行程を矢印で表示することで、現在から旋回方向等次の行程を容易に認識することができるようにしている。
ＧＰＳに関する情報は、自律走行作業車両１の実位置となる経度や緯度、衛星の補足数や電波受信強度や測位システムの異常等である。
次に、障害物検知手段の感度補正について説明する。
制御装置３０には、モード切替手段３０ａと感度調整手段３０ｂとを備える。
制御装置３０には、障害物検知手段となる障害物センサ４１が接続され、障害物センサ４１の感度は感度調整手段３０ｂにより変更可能としている。障害物センサ４１は光センサまたは超音波センサで構成され、障害物に当接して反射した光または音を検出することで障害物を検出するようにしている。
障害物センサ４１は自律走行作業車両１の機体の前部と後部に設けられ、例えば、機体前部に設けられる障害物センサ４１はボンネット２の前面に取り付けられ、前進走行時に障害物を検出するようにしている。機体後部に設けられる障害物センサ４１はフェンダーの後面に取り付けられ、後進走行時に障害物を検出するようにしている。
機体前部に取り付けられた障害物センサ４１の感度調整について、図３より説明する。
障害物センサ４１は自律走行作業車両１の前方の所定の検知範囲Ｋに人や物等の障害物が存在しないか検知する。前記検知範囲Ｋは設定作業エリア内の走行位置に応じて感度調整手段３０ｂにより調整される。つまり、障害物センサ４１の感度を、設定作業エリア内は高く、設定作業エリア外は低くなるように感度調整手段３０ｂにより感度を調整する。設定作業エリアを圃場Ｈとすることで、圃場Ｈ内を走行するときには小さな障害物でも敏感に反応して、オペレータに注意を促し、圃場Ｈ外を検知しているときには、障害物が存在しても検知しないようにしている。
また、前記障害物センサ４１の検知範囲Ｋは設定作業エリアとなる圃場Ｈ内の中央部で広く、圃場Ｈの外周に近づくほど小さくなるようにしている。具体的に検知範囲Ｋは、扇型状で半径距離（検知距離）Ｌ、左右角度αとしている。機体左右中心から左右方向の検知幅Ｄは、Ｄ＝Ｌｓｉｎ（α／２）より求められる。圃場Ｈの中央部を走行する場合には、検知距離Ｌは最大長Ｌ１、左右検知幅Ｄは最大左右検知幅Ｄ１としている。圃場端に近づくと検知距離Ｌは徐々に短くなり（Ｌ２）、設定作業エリア外の障害物は検知しないようにしている。つまり、障害物センサ４１は圃場端に近づくに従って感度が低下するように感度調整手段３０ｂにより調整される。この設定作業エリアは、作業を始める前に衛星測位システムを用いて設定しているため、この地図データと作業を始める前に設定した設定走行経路Ｒから圃場端（圃場Ｈの周囲）まではどれくらいの距離となるかが演算され、自律走行作業車両１の先端から圃場端までの距離が最大長Ｌ１以下となると、障害物センサ４１の検知範囲Ｋをその圃場端までの距離となるように感度調整手段３０ｂにより調整する。また、左右検知幅Ｄも、畦際を走行する時には狭くするようにして、設定作業エリア外の障害物は検知しないようにしている。但し、感度調整は、検知した値の基準レベルを変更することで補正してもよく、限定するものではない。
感度調整制御について、図５のフローチャートより説明する。機体前端から前方圃場端までの距離Ａを演算し（Ｓ１）、この圃場端までの距離Ａと障害物センサ４１の最大検知距離Ｌ１と比較する（Ｓ２）。圃場端までの距離Ａが最大検知距離Ｌ１よりも長い場合は検知距離Ｌをそのままの最大検知距離Ｌ１に維持して（Ｓ３）ステップＳ４に移行し、短い場合は、圃場端までの距離Ａを検知距離Ｌとなるように感度調整手段３０ｂにより調整し（Ｓ５）、ステップＳ４に移行する。
ステップＳ４において、機体中心から側方の畦際までの距離Ｂを演算する（Ｓ４）。畦際までの距離Ｂと左右最大検知幅Ｄ１とを比較し（Ｓ６）、畦際までの距離Ｂが左右最大検知幅Ｄ１よりも長い場合は、左右検知幅Ｄはそのまま左右最大検知幅Ｄ１とし（Ｓ７）、畦際までの距離Ｂが左右最大検知幅Ｄ１よりも短い場合は、左右検知幅Ｄは畦際までの距離Ｂとする（Ｓ８）。
但し、実際の作業エリアは長方形ではなく、歪みがあり台形状となるので、ある程度の許容範囲を設けることができる。また、障害物センサ４１による検知範囲Ｋは圃場端に近づくほど徐々に小さくなるようにしているが、段階的に小さくなるようにしてもよい。また、圃場Ｈの外周近傍の所定範囲（例えば枕地旋回領域）に自律走行作業車両１が入ると、検知範囲Ｋを所定の小さな範囲に減少するようにすることも可能である。
以上のように、衛星測位システムを利用して機体の位置を測位する位置算出手段と、設定した走行経路Ｒに沿って自動的に走行及び作業をさせる制御装置３０とを備えた自律走行作業車両１において、自律走行作業車両１の周囲に障害物が存在しないかどうかを検出する障害物検知手段となる障害物センサ４１と、障害物センサ４１の感度を調整する感度調整手段３０ｂとを設け、前記障害物センサ４１の感度を、設定作業エリア内は高く、設定作業エリア外は低くなるように感度調整手段３０ｂにより感度を調整するので、圃場Ｈ内では広く障害物を検知して、オペレータに注意を促し、検知範囲Ｋが圃場Ｈ外では検知しないので、誤検知を減らすことができ、作業性を向上できる。
また、前記制御装置３０は、障害物センサ４１による検知範囲Ｋが設定した設定作業エリア内となるように感度調整手段３０ｂにより感度を調整するので、作業範囲外の畦や圃場Ｈや道路等に障害物が存在しても、障害物センサ４１が障害物と判断して警報を発したり、作業や走行を停止させたりすることがなく、検知精度を向上でき、畦際でも作業ができ作業効率の低下を防止できる。
また、前記制御装置３０は、前記検知範囲Ｋは作業エリアの中央部で広く、作業エリアの外周に近づくほど小さくなるように感度調整手段３０ｂにより感度を調整するので、設定作業エリアの内では敏感に反応しての障害物を確実に検出でき、圃場端に近づいても、設定作業エリア外の障害物は検知せず、走行を停止せず圃場端まで確実に作業ができるようになる。
また、前記制御装置３０には、環境認識手段としての光センサ７１、外気温度センサ７２及び降雨検知センサ７３が接続され、光センサ７１と外気温度センサ７２と降雨検知センサ７３からの検出値に応じて天候を判断し、この天候に応じて障害物センサ４１の感度を感度調整手段３０ｂにより変更するようにし、誤検知が生じないようにし、天候に関係なく障害物センサ４１の検知精度を向上できるようにしている。
例えば、光センサ７１により検出した照度が、設定照度以上の場合、直射日光が障害物センサ４１に届いていると判断でき、誤検知を生じるおそれがある。そこで、光センサ７１により検出した照度が、設定照度以上となると、制御装置３０はモード切替手段３０ａにより直射日光モードに切り換えて、感度調整手段３０ｂにより感度を低下させるのである。
また、障害物センサ４１で人を検知できるようにしている場合には、外気温度が低いと、衣服や人の皮膚の温度が低下しているために、障害物センサ４１の感度が低下したときと同じ状態となり、人を検知できない場合がある。そこで、外気温度センサ７２により検出した温度が設定温度以下の場合、制御装置３０はモード切替手段３０ａにより低温モードに切り換えて、感度調整手段３０ｂにより障害物センサ４１の感度を上げるようにしている。こうして人の検知精度を高めるようにしている。
また、雨が降っている時には、障害物センサ４１は雨粒を検知する場合がある。そこで、降雨検知センサ７３により降雨を検知すると、制御装置３０は感度調整手段３０ｂにより感度を低下させ、降雨の影響をなくすようにしている。そしてさらに、降雨検知センサ７３からの検出値が設定以上の降雨の場合、作業は不可能となり、また、外気温度センサ７２の検出値が設定温度以下で、かつ、降雨が検出されると、雪が降っていると判断でき、作業ができないので、作業を許可しないようにしている。
但し、環境（天候）を認識するために、環境認識手段として光センサ７１、外気温度センサ７２及び降雨検知センサ７３を用いているが、オペレータが照度や外気温度や雨量を直接入力してもよい。また、インターネットを介して天気情報を直接制御装置３０に読み込むように構成してもよい。なお、インターネットからの情報は広い範囲であるため、実際の場所では雨が降らないこともあり、天気予報が外れる場合もあるので、降雨検知センサ７３からの検出で補正することが好ましい。
また、光センサ７１により検出した照度が、設定照度以下の場合、夜と判断できる。夜間に作業を行う場合には、道路を走る自動車のヘッドライトの光が障害物センサ４１に届くことがある。この場合、ヘッドライトが当たっている時と当たっていないときでは照度差が大きいため、誤検知を生じるおそれがある。そこで、光センサ７１により検出した照度が、設定照度以下となると、モード切替手段３０ａによりヘッドライトモード（または夜モード）に切り替えて、設定照度以上の検出値が取得されるとフィルタを通過させ、所定値以下の検出値のみを取得するようにし、ヘッドライトや夜間照明等による外乱を除去するようにするのである。
また、前記制御装置３０に備えられる記憶装置３０ｍには、作業時期や設定作業エリアや作業時の環境（昼夜や天候）やその時の感度調整の履歴が記憶され、任意に表示できるようにしている。こうして、作業を開始前に、現在と過去の作業時の降雨の状態や外気温度の状態が一致するものがあるかを検索し、一致するものがあれば、そのときのデータを読み込んで、感度調整が適切に行われたかを検討し、適切な感度調整を採用して、効率の良い作業を行うことが可能となる。
次に、前記障害物センサ４１により障害物を検知し警報を発したにも関わらず実際には障害物が存在しない場合（以下「誤報」とする）や、逆に、障害物が実際には存在するにもかかわらず前記障害物センサ４１は検知せずに警報を発しない場合（以下「失報」とする）の制御装置３０による処理について説明する。なお、障害物センサ４１は超音波センサで構成して反射波から障害物を検知する実施形態を説明するが、画像センサ（カメラ）や赤外線センサ等を組み合わせて障害物を検知してもよい。
誤報の処理について説明する。
前記遠隔操作装置１１２には、誤報通知手段としての誤報スイッチ７６が設けられ（図２）、誤報スイッチ７６は遠隔操作装置１１２の制御装置１３０と接続されている。但し、誤報スイッチ７６を設ける場所は遠隔操作装置１１２に限定するものではなく、随伴走行作業車両１００や自律走行作業車両１の運転席近傍の操縦部に配置してもよい。
障害物センサ４１が障害物を検知すると、警報手段としてのスピーカ５１から警報音が発せられ、表示手段４９及びディスプレイ１１３により障害物が存在することを表示する。しかし、障害物センサ４１が障害物を検知し警報を発したが、オペレータが実際に確認すると障害物を認識しない場合がある。このときは、オペレータは誤報スイッチ７６をオンする。この誤報スイッチ７６がオンされることで、制御装置１３０（または制御装置３０）は誤報と判断し、遠隔操作装置１１２の制御装置１３０によりディスプレイ１１３に誤報が表示されると同時に、送受信機１１１、自律走行作業車両１の送受信機１１０、制御装置３０を介してスピーカ５１からの警報を解除する。こうして、無駄な警報を防止し、警報音による騒音もなくすようにしている。なお、警報手段はスピーカ５１に限定するものではなく、ブザーやホーン等でも可能である。
前記制御装置１３０が誤報と判断したとき、そのときの日時や天候（気温・湿度・気圧を含む）や位置や作業内容等が記憶装置３０ｍに記憶され、ホストコンピュータ等にデータベース化できるようにする。また、ホストコンピュータと制御装置１３０（または制御装置３０）と通信可能な状態とし、ホストコンピュータに前記誤報が発生した時の内容を受信したときに、過去のデータと比較し、過去のデータと合致し、誤報の判断基準が変更された事例がある場合には、その判断基準を採用し、最適な判断基準で誤報が減少するように制御することも可能である。例えば、カメラ画像で障害物を検出する場合、夕方の光線状態と作業機の向きから判定基準を調整するようなことができる。
更に作業を続行し、前記障害物センサ４１が障害物を検知し警報を発したが、実際には障害物が存在しない場合は、オペレータは誤報スイッチ７６をオンし、前記同様に表示し警報を解除する。この障害物センサ４１による誤検知がさらに発生し、誤報スイッチ７６による誤報通知回数が第一設定数Ｎ１に達すると、感度調整手段３０ｂにより障害物センサ４１の感度を所定レベル下げて敏感に検知しないようにする。但し、感度を下げるレベルは任意に設定可能としている。こうして、感度調整が自動的に行われ、誤報が頻繁に発生することを防止するようにしている。
その後、前記障害物センサ４１の感度を低下させた状態で作業を継続したときに、障害物センサ４１による誤検知が発生し、前記誤報スイッチ７６による誤報通知回数が第二設定数Ｎ２に達すると、障害物センサ４１は故障していると判断し、故障であることを表示手段４９及びディスプレイ１１３に表示してオペレータに認識させるとともに、インターネット回線等を通じて販売店またはサービスステーション等の修理依頼できるところに故障が発生したことを通知する。但し、障害物センサ４１の感度を下げる制御を複数回行い、その後通知することも可能である。こうして、故障の判断が自動的に行われ、故障の通知も自動的に行われるようになる。
誤報に対する具体的な制御を図６に示すフローチャートより説明する。
まず、フラグを０とし、誤報回数ｎ＝０とする（Ｓ１０１）。障害物センサ４１が障害物を検知したか判断する（Ｓ１０２）。障害物センサ４１が障害物を検知すると警報を発して表示する（Ｓ１０３）。障害物がなくなった、あるいは、解除スイッチ７５が操作されているか判断し（Ｓ１０４）、この警報および表示が解除されると（Ｓ１０５）、ステップＳ１０２に戻る。ステップＳ１０４で誤検知であると警報を解除せず誤報スイッチ７６を押すので、誤報スイッチ７６が操作されたか判断する（Ｓ１０６）。操作されないとステップＳ１０４に戻り、操作されると警報および表示を解除し（Ｓ１０７）、誤報回数ｎをｎ＋１とする（Ｓ１０８）。初めての誤報であればＮ＝１となる。次に、フラグが１であるか判断する。つまり、感度を下げたときにフラグを立てるようにするので、フラグが１かどうか判断し（Ｓ１０９）、１でない（感度を下げていない通常検知）場合は、誤報回数ｎが第一設定数Ｎ１以上か判断する（Ｓ１１０）。Ｎ１未満の場合ステップＳ１０２に戻り、誤報回数ｎが第一設定数Ｎ１以上となると障害物センサ４１の感度を所定レベル下げて（Ｓ１１１）、誤報回数ｎを０と（リセット）し（Ｓ１１２）、フラグ１を立てて（Ｓ１１３）ステップＳ１０２に移行する。
ステップＳ１０９において、フラグが１であると感度が下げられているので、ステップＳ１１４に移行し、誤報回数ｎが第二設定数Ｎ２を越えたか判断する。越えていないとステップＳ１０２に移行し、越えていると障害物センサ４１は故障していると判断して、故障表示し（Ｓ１１５）、販売店等に通知する（Ｓ１１６）。
次に、失報の処理について説明する。
前記遠隔操作装置１１２には、失報通知手段としての失報スイッチ７７が設けられ、失報スイッチ７７は制御装置１３０と接続されている。また、遠隔操作装置１１２には自律走行作業車両１を緊急停止させるための緊急停止ボタン７８が設けられて失報通知手段とし制御装置１３０と接続されている。但し、失報スイッチ７７及び緊急停止ボタン７８を設ける場所は遠隔操作装置１１２に限定するものではなく、随伴走行作業車両１００や自律走行作業車両１の運転席近傍の操縦部に配置してもよい。なお、緊急停止はエンジン３を停止させて走行も作業もできないようにすることとする。
前進走行作業時にオペレータが自律走行作業車両１の前方（後進時には後方）の障害物センサ４１による検知範囲に障害物を視認したにもかかわらず、障害物センサ４１が障害物を検知せず、警報も出さず表示もしない場合には、オペレータは失報スイッチ７７をオンする。この失報スイッチ７７がオンされることで、遠隔操作装置１１２の制御装置１３０によりディスプレイ１１３に失報であることが表示されると同時に、送受信機１１１、自律走行作業車両１の送受信機１１０、制御装置３０を介してスピーカ５１からの警報を発して走行及び作業を停止する。こうして、障害物と衝突することを回避できる。また、障害物が存在するにもかかわらず前記障害物センサ４１は検知せずに警報を発しない場合に、緊急停止ボタン７８を押した場合も制御装置１３０は失報と判断する。なお、障害物センサ４１による検知範囲に障害物がないのに障害物があるとして警報を発する場合は故障である。
更に作業を続行し、障害物が存在するにもかかわらず前記障害物センサ４１は障害物を検知せずに警報を発しない場合は、オペレータは失報スイッチ７７（緊急停止ボタン７８も含む）をオンし、前記同様に走行を停止し警報及び表示を行う。この未検知により失報スイッチ７７を操作した失報回数が第三設定数Ｎ３に達すると、感度調整手段３０ｂにより障害物センサ４１の感度を所定レベル上げて敏感にする。但し、感度を上げるレベルは任意に設定可能としている。こうして、感度調整が自動的に行われ、失報が頻繁に発生することを防止できる。
また前記誤報と同様に、前記制御装置１３０が失報と判断したとき、そのときの日時や天候（気温・湿度・気圧を含む）や位置や作業内容等が記憶装置３０ｍに記憶され、ホストコンピュータ等にデータベース化できるようにし、ホストコンピュータに前記失報が発生した時の内容を受信したときに、過去のデータと比較し、過去のデータと合致し、失報の判断基準が変更された事例がある場合には、その判断基準を採用し、最適な判断基準で失報が減少するように制御することも可能である。
前記障害物センサ４１の感度を上げた状態で、その後作業を継続したときに、障害物センサ４１による未検知が発生し、前記失報スイッチ７７による失報通知回数が第四設定数Ｎ４に達すると、障害物センサ４１が故障していると判断し、故障であることを表示手段４９及びディスプレイ１１３に表示してオペレータに認識させ、インターネット回線等を通じて販売店またはサービスステーション等の修理依頼できるところに故障が発生したことを通知する。但し、障害物センサ４１の感度を上げる制御を複数回行うようにすることも可能である。こうして、故障の判断が自動的に行われ、故障の通知も自動的に行われるようになる。
失報に対する具体的な制御を図７に示すフローチャートより説明する。
まず、フラグを０とし、失報回数ｍ＝０とする（Ｓ２０１）。オペレータが失報スイッチ７７（あるいは緊急停止ボタン７８）を操作したか判断する（Ｓ２０２）。失報スイッチ７７が操作されると警報および表示を行い停止する（Ｓ２０３）、失報回数ｍをｍ＋１とする（Ｓ２０４）。次にフラグが１であるか、つまり感度を上げたか判断し（Ｓ２０５）、１でない（感度を上げていない）場合は、失報回数ｍが第三設定数Ｎ３以上か判断する（Ｓ２０６）。Ｎ３未満の場合ステップＳ２０２に戻り、失報回数ｍが第三設定数Ｎ３以上となると障害物センサ４１の感度を所定レベル上げて（Ｓ２０７）、失報回数ｍをリセットし（Ｓ２０８）、フラグ１を立てて（Ｓ２０９）ステップＳ２０２に移行する。
ステップＳ２０５において、フラグが１であると感度が上げられているので、ステップＳ２１０に移行し、失報回数ｍが第四設定数Ｎ４を越えたか判断する。越えていないとステップＳ２０２に移行し、越えていると障害物センサ４１は故障していると判断して、表示し（Ｓ２１１）、販売店等に通知する（Ｓ２１２）。
次に、前記障害物センサ４１やカメラ４２により人間を検知できるようにし、人間を検知した場合には、人間と自律走行作業車両１との衝突を回避するための技術について説明する。なお、人検知センサ７０は障害物センサ４１とカメラ４２と人までの距離を検知する距離センサ７４を含める。
予め設定した設定作業エリアとなる圃場Ｈ内で自律走行させながら作業をしているときに、人検知センサ７０が、第一設定範囲Ｅ１（図４）内で人を検知すると、制御装置３０はスピーカ５１より第一警報音を発し表示手段４９及びディスプレイ１１３に表示すると同時に走行を停止するように制御する。つまり、自律走行作業車両１から第一設定範囲Ｅ１内に人が飛び出してきた場合、自動的に緊急停止し第一警報音を発し表示手段４９やディスプレイ１１３に緊急停止した旨を表示する。前記第一警報音は比較的大きな音で周波数が高く周囲に良く聞こえる音や音声とする。なお、緊急停止させるための手段としては、エンジンコントローラ６０によりエンジン３を停止させたり、変速手段４４をニュートラルとして制動させたりするものであり、その方法は限定するものではない。また、圃場外や自律走行させない場合には、この人検知による衝突回避制御は行われず、別の衝突回避制御が行われる。
前記第一設定範囲Ｅ１は、自律走行作業車両１が作業速度で走行しているときに、人を検知してから機体の移動が停止するまでの最長距離ｅ１を半径とする扇形の範囲である。つまり、最長距離となる半径長ｅ１は、第一設定範囲Ｅ１内に侵入してきた人を人検知センサ７０が検知し、停止信号を発して制動装置や変速手段が作動するまでの空走距離と、制動してからスリップして停止するまでの距離を足した長さの最長距離とする。言い換えれば、第一設定範囲Ｅ１は、作業速度で走行しているときに、人の侵入を検知して緊急停止しても衝突する可能性がある範囲となる。
また、圃場Ｈ内で自律走行させながら作業をしているときに、人検知センサ７０が、第一設定範囲Ｅ１よりも遠い第二設定範囲Ｅ２内で人を検知すると、制御装置３０はスピーカ５１より第二警報音を発し、走行速度を減速するように制御する。つまり、第一設定範囲Ｅ１よりも遠い第二設定範囲Ｅ２内に人が入った場合、自動的に変速手段４４を減速側に変速し（１速での走行の場合ではエンジンコントローラ６０によりエンジン回転数を減少させ）、走行速度を低下させて、第二警報音を発する。第二警報音は第一警報音よりも音量は小さく、周波数は低くし、第一設定範囲Ｅ１よりも緊急ではないが、自律走行作業車両１が迫っていることを容易に認識できるようにしている。また、警報音は断続音としてもよい。
前記第二設定範囲Ｅ２は、第一設定範囲Ｅ１よりも遠いが第三設定範囲Ｅ３よりも近い範囲であり、第三設定範囲Ｅ３は、人検知センサ７０が人を検知できる最長の長さｅ３を半径とする扇形の範囲から、自律走行作業車両１が路上走行速度（高速）で走行しているときに、人を検知してから機体の移動が停止するまでの最長距離ｅ２を半径とする扇形の範囲を除いた範囲である。言い換えれば、人検知センサ７０が第二設定範囲Ｅ２内に入ってきた人を検知し緊急停止すれば人と衝突せずに余裕をもって停止できる範囲とする。従って、作業速度で走行しているときに、第二設定範囲Ｅ２内に人を検知したときに減速して第二警報音を発することで、第二設定範囲Ｅ２内に入ってきた人は危険を感じて容易に衝突を回避できるものである。なお、第一設定範囲Ｅ１内にまで人が侵入すると当然緊急停止となり、衝突は回避される。
そして、圃場Ｈ内で自律走行させながら作業をしているときに、人検知センサ７０が、第二設定範囲Ｅ２よりも遠い第三設定範囲Ｅ３内で人を検知すると、制御装置３０はスピーカ５１より第三警報を発し、人に対して注意喚起を行う。つまり、自律走行作業車両１から第二設定範囲Ｅ２よりも遠い第三設定範囲Ｅ３内に人が入った場合、その人に対して第三警報により自律走行作業車両１が接近していることを認識させるのである。第三警報は、スピーカ５１より近づくことが分かる音を出したり、ホーンの鳴動やライトの点灯により注意喚起ができるものであればよい。
前記第三設定範囲Ｅ３は、人検知センサ７０が人を検知できる範囲から第一設定範囲Ｅ１及び第二設定範囲Ｅ２を除いた範囲である。つまり、第二設定範囲Ｅ２よりも遠くであって人を検知できる範囲である。言い換えれば、人が余裕をもって回避動作ができる範囲である。
以上のように、人検知センサ７０が、第二設定範囲Ｅ２よりも遠い第三設定範囲Ｅ３で人を検知すると、制御装置３０は警報を発し、人に対して注意喚起を行うので、自律走行作業車両１が作動していることを認識している作業者が圃場Ｈ内で別の農作業をしている場合等では、自律走行作業車両１が近づいてきていることを容易に認識でき、衝突回避行動を適切に行うことができる。
また、前記人検知センサ７０が、第一設定範囲Ｅ１、第二設定範囲Ｅ２、第三設定範囲Ｅ３の何れかの範囲で人を検知すると、警報を発して表示手段に表示するとともに、該警報及び表示はそれぞれの範囲で異なるようにしている。よって、人検知センサ７０が検知できる範囲に侵入した人は自律走行作業車両がどの程度近づいているかが容易に認識でき、衝突回避行動をそれぞれの範囲に応じて適切に行うことができる。
また、前記警報及び表示を解除する手段としての解除スイッチ７５を設けて、制御装置３０に接続し、任意に警報及び表示を解除可能としているので、走行を停止したにもかかわらず人が第一設定範囲Ｅ１内にいるために警報が鳴り続けることを防止したり、第三設定範囲Ｅ３内にいる人が衝突回避行動をとっているにも警報が鳴り続けたり、間違って人を検知して警報を発した場合等では、無駄な警報を止めて騒音となることを防止できる。前記解除スイッチ７５は自律走行作業車両１１または随伴走行作業車両１００のダッシュボード等の操縦部や遠隔操作装置１１２に設けられるものである。
また、カメラ４２によっても障害物を検知できるようにしており、カメラ４２で撮影した画像は、制御装置３０により画像処理されて、人以外の動物を検出し、動物であれば、前記緊急停止や減速や警報は行わないように制御する。つまり、犬や猫や鳥等の動物は自律走行作業車両１が接近すると通常は逃げるため、衝突する可能性は殆どなく、むしろ自律走行作業車両１に近づいたために、人検知センサ７０が反応して、自律走行作業車両１が減速したり、停止したりして作業の妨げとなることがある。そこで、第一設定範囲Ｅ１や第二設定範囲Ｅ２や第三設定範囲Ｅ３のいずれかに動物が侵入したとカメラ４２からの画像処理で認識した場合には、人検知センサ７０からの信号はキャンセルし、自律走行作業車両１が減速したり、停止したりしないようにする。あるいは、人検知センサ７０が動物を検知しても変速装置や制動装置を作動させないようにし、警報装置を作動させ、ヘッドライトを点灯して、威嚇する。または、人検知センサ７０が動物を検知すると、画像を表示手段４９やディスプレイ１１３に表示させ、オペレータの操作により、変速装置や制動装置を作動させる。
前記カメラ４２で撮影した画像の制御装置３０による画像処理は、動いているものを検出する。そして、動いているものをハイライトさせて、一定以上の大きさで人間よりも小さなものが動いていると、動物と判断するのである。小さな子供程度の大きさの場合はオペレータが判断するものとする。
本発明は、衛星測位システムを利用して、作業車両が、所定の圃場等で作業を行う、建設機械や農用作業車等に利用可能である。
１ 自律走行作業車両
３０ 制御装置
３０ｍ 記憶装置
４１ 障害物センサ（障害物検知手段）
４９ 表示手段
７６ 誤報スイッチ（誤報通知手段）
１１２ 遠隔操作装置
１１３ ディスプレイ

Claims (7)

  1. 衛星測位システムを利用して機体の位置を測位する位置算出手段と、設定した走行経路に沿って自動的に走行及び作業をさせる制御装置とを備えた自律走行作業車両において、障害物検知手段と警報手段と誤報通知手段を備え、障害物を検知し警報を発したにもかかわらずオペレータが障害物を認識せず誤報通知手段が作動されると、制御装置は警報を解除することを特徴とする自律走行作業車両。
  2. 前記誤報通知手段による誤報通知回数が第一設定数に達すると、制御装置は障害物検知手段の感度を下げることを特徴とする請求項１に記載の自律走行作業車両。
  3. 前記障害物検知手段の感度を低下させた後に前記誤報通知手段による誤報通知回数が第二設定数に達すると、制御装置はセンサ故障と判断し、表示し、通知することを特徴とする請求項１に記載の自律走行作業車両。
  4. 衛星測位システムを利用して機体の位置を測位する位置算出手段と、設定した走行経路に沿って自動的に走行及び作業をさせる制御装置とを備えた自律走行作業車両において、障害物検知手段と警報手段と失報通知手段を備え、障害物が障害物検知手段の検知範囲内に存在するのに警報が発せられない時にオペレータが失報通知手段を操作すると、制御装置は警報を発することを特徴とする自律走行作業車両。
  5. 前記障害物検知手段により障害物を検知せず、急制動されると、制御装置は失報と判断することを特徴とする請求項４に記載の自律走行作業車両。
  6. 前記失報通知が第三設定回数に達すると、制御装置はセンサ感度を上げることを特徴とする請求項４に記載の自律走行作業車両。
  7. 前記障害物検知手段の感度を上げた後の失報通知回数が第四設定数に達すると、制御装置は故障と判断し表示するとともに、通知することを特徴とする請求項４に記載の自律走行作業車両。
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