JP6919531B2 - 作業車両 - Google Patents

Description

本発明は、圃場で走行しながら作業を行う作業車両に関する。

走行車体の後部に耕耘作業機を装着し、圃場を走行しなから作業する作業車両において、前部に前方の路面状況を確認するカメラと前方の障害物までの距離を検出する超音波センサを備え、カメラの画像認識により算出した障害物までの距離と超音波センサにより検出した障害物までの距離がほぼ同一である場合、検出した障害物の手前を旋回位置とし、旋回位置に到達したときに運転者に報知し、旋回が開始されると、旋回内側後輪の片ブレーキと作業機上昇を自動で行う技術が公知である（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−６２１１５号公報

しかし、上記の技術では、障害物を検出すると旋回タイミングを教えるが、回避をするものではない。あらかじめ存在がわかっている障害物に関しては回避運転により回避して作業を続行するほうが効率よく作業できる場合がある。本発明では、障害物を回避して効率よく作業できる作業車両を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決すべく次のような特徴を有する。

第１の発明は、走行車体（１００）の自己位置を測定する測位装置（１７４）を有し、車両に装着した作業機（２００）を認識する作業機認識手段（１０５）を有し、予め設定された障害物位置情報を有し、障害物を回避すべく予め設定された予定走行経路（Ｒ１）に沿って自律走行させる制御部（１５０）を有し、前記制御部（１５０）は走行車両外形情報（Ｄ１）と、装着を認識した前記作業機（２００）と対応する作業機外形情報（Ｄ２）を取得し、前記作業機外形情報（Ｄ２）は前記測位装置（１７４）との相対位置情報を有し、前記測位装置（１７４）の位置を基準にして、後部に装着する作業機（２００ｒ）を装着する場合は前記走行車両外形情報（Ｄ１）の後方に付加し、前部に装着する作業機（２００ｆ）を装着する場合は前記走行車両外形情報（Ｄ１）の前方に付加することにより作業車両（１）の外形情報（Ｄ５）を算出し、前記作業車両（１）の前記外形情報（Ｄ５）は前記作業車両（１）の平面視全体を囲う長方形の４隅の点（Ｃ１〜Ｃ４）を有し、前記制御部（１５０）は、前記予定走行経路（Ｒ１）に前記測位装置（１７４）の位置が沿うように自律走行するとき、前記障害物位置情報（Ｄ４）に記憶された位置に近づくと車速を減速し、障害物認識手段（１０５）により進行方向に存在する障害物（Ｐ，Ｅ）の位置と形状を認識すると、認識した前記障害物（Ｐ，Ｅ）の位置が前記障害物位置情報（Ｄ４）と一致し、かつ前記外形情報（Ｄ５）の所定時間後の予測位置が前記障害物（Ｐ，Ｅ）と干渉する場合、前記外形情報（Ｄ５）の所定時間後の予測位置が前記障害物（Ｐ，Ｅ）と干渉しないように走行経路（Ｒ１）を変更して前記障害物（Ｐ，Ｅ）を回避し、認識した障害物（Ｕ）の位置が前記障害物位置情報（Ｄ４）と一致しない場合、走行を停止する、することを特徴とする。

これにより、異なる作業機（２００ｒ，２００ｆ）を装着した作業車両が同じ走行軌跡（Ｒ１）を走ろうとした場合に装着した作業機（２００）を認識し、作業機（２００）に応じて走行経路（Ｒ１）を変更するため、形状の異なる作業機（２００ｒ，２００ｆ）を装着していても自律走行において障害物（Ｐ，Ｅ）との接触を回避して効率よく作業できる。
また、、装着した作業機（２００）の外形情報（Ｄ２）を含む自己形状（Ｄ５）を認識しつつ障害物（Ｐ，Ｅ）を回避できるため異なる形状の作業機（２００ｒ，２００ｆ）を装着していても自律走行において障害物（Ｐ，Ｅ）との接触を回避して効率よく作業できる。
また、あらかじめ想定していない障害物（Ｕ）に対しては不測の事態が起こり得るため、走行を停止することにより自律走行において障害物（Ｕ）との接触を回避できる。
また、正確に外形情報（Ｄ５）を算出できるため異なる形状の作業機（２００ｒ，２００ｆ）を装着していても自律走行において障害物（Ｐ，Ｅ，Ｕ）との接触を回避して効率よく作業できる。

以上の発明の特徴を有する作業車両（１）によれば、自律走行において障害物（Ｐ，Ｅ，Ｕ）との接触を回避して効率よく作業できる。

本実施の形態のトラクタの側面図 制御ブロック図 ボンネット前部簡略斜視図図 異なる作業機を装着したトラクタ外形情報の模式図 自律走行の走行予定経路の模式図 障害物検知の模式図 障害物検知による回避走行の模式図 前方カメラによる映像例の模式図 後方カメラによる映像例の模式図 自律運転の制御フローチャート

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、本発明でいう作業車両の一例として示す走行車体１００に作業機２００を装着したトラクタ１の全体側面図で、トラクタ１の前部のボンネット５内に搭載したエンジン２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、機体上のキャビン２６内に設ける座席１０に座った作業者が中央に立設するステアリングホイール８を操作して前輪６を操向しながら走行する。機体の後方へ突出するロワリンク９には、ロータリ耕運機などの作業機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１１で装着する作業機２００を駆動する。

作業機２００の後部はリアカバー２０１で覆われており、このリアカバー２０１は車両左右方向のリアカバー回動軸２０１ａ回りに回動する。リアカバー２０１の下端部２０１ｂは耕耘中地面に接地して耕耘後の土を均すように構成されている。

作業機２００は左右のロワリンク９とトップリンク２１３の３点で支持されており左のロワリンク９Ｌは左のリフトアーム２１０Ｌとアクチュエータの１種である傾斜シリンダ２１４で連結している。リフトアーム２１０はメインシリンダ２１２によって上下に回動するように構成されており、このリフトアーム２１０の上下回動によって作業機２００が昇降される。リフトアーム２１０の回動角はリフトアームセンサ２１１により検出される。

キャビンルーフ２７の上面には測位装置の一例としてのＧＰＳアンテナ１７４が設けられており、このＧＰＳアンテナ１７４が複数のＧＰＳ衛星３０から送信される測位信号３１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。ＧＰＳアンテナ１７４は、主に丸棒の曲げ部材から成りキャビンルーフ２７の左右にわたって設けられた桁部１７３ａと主に鉄板の曲げ部材から成るアンテナ固定部１７３ｂとで構成されるＧＰＳアンテナステー１７３によりキャビンルーフ２７に取り付けられる。

第１カメラの一例としての前方カメラ１０２はキャビンルーフ２７の前方中央部で上下を挟むように構成されたＧＰＳアンテナステー１７３のアンテナ固定部１７３ｂの下面に取り付けられた前方カメラステー１０２ａに上下回動自在に取り付けられてトラクタ１の前方を撮影する。第２カメラの一例としての後方カメラ１０３はキャビンルーフ２７の後方中央部でキャビンルーフ２７の下面に取り付けられた板状の後方カメラステー１０３ａに上下回動自在に取り付けられてトラクタ１の後方を撮影する。

前方カメラ１０３および後方カメラ１０４の映像を処理する映像処理部１０４はキャビン２６内の運転席１０の後方に取り付けられる。障害物センサ１０５はボンネット５の前部に設けられた穴部５ａの中に設けられトラクタ１の前方の障害物の有無と、障害物までの距離を検出するため、前方に向けて電磁波または超音波などが照射されている。

ステアリングホイール８の近傍には作業管理や車両の設定を行うタブレット端末などの携帯端末１０６が設けられている。この携帯端末１０６は自動運転の予定走行経路Ｐの設定時に各種パラメータを入力する入力手段としても使用される。

ステアリングホイール８の下方にはステアリングシャフト（図示せず）が通っており、その近傍にステアリングを電子的に制御するステアリングモータ１０１が設けられている。

ボンネット５内部には制御部の一例としての自動運転ＥＣＵ１５０が搭載されており、これが予定走行経路ＰとＧＰＳアンテナ１７４で受信した測位信号３１に基づき算出した自己位置とを比較しながら予定走行経路Ｐ上を走行するようにエンジン２やステアリングホイール８を制御する。

図２はトラクタ１の制御ブロック図である。トラクタ１には車両の走行を制御する制御部としての車両ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）５０とＧＰＳアンテナ１７４で得た信号を基に位置情報を処理し、予定走行経路Ｐと自己位置を比較して車両ＥＣＵ５０に対する制御信号を送信する自動運転ＥＣＵ１５０が搭載されている。

車両ＥＣＵには走行車速を検出する車速センサ５１からの信号と、前輪２の操向角度を検出するステリングセンサ５２からの信号と、変速位置を検出する変速センサ５３からの信号とが入力される。車両ＥＣＵからはエンジン２の出力を制御する信号と、ステアリングホイール８の操向角度を制御するステアリングモータ１０１の操作信号と、変速装置５６の変速操作信号と、車両の走行を停止するブレーキを操作するブレーキシリンダ５７へのブレーキ操作信号と、作業機２００を昇降するメインシリンダ２１２への昇降操作信号とが出力される。

自動運転ＥＣＵ１５０と車両ＥＣＵ５０とは有線通信により情報を互いに送受信することができ、車両の位置に応じて各種制御を実行することも可能である。また、自動運転ＥＣＵ１５０は作業機通信コネクタ２４９を介して作業機ＥＣＵ２５０と接続しており、情報を相互に送受信する。作業機ＥＣＵ２５０の記憶領域には作業機識別情報が記憶されており、作業機識別情報を得ることで自動運転ＥＣＵ１５０は装着された作業機を認識する。車両ＥＣＵ５０は携帯端末１０６とは無線通信により情報の送受信を行い、車両の状態や作業状況を携帯端末１０６の画像表示部に表示することもできる。

前方カメラ１０２および後方カメラ１０３にて撮影された映像は映像処理部１０４に入力されて画像処理され、障害物を検知すると検知された障害物の情報が自動運転ＥＣＵ１５０に入力される。障害物センサ１０５はレーザーを周囲に照射して反射した信号を受信して障害物を検出するユニットであり、障害物検出信号を自動運転ＥＣＵ１５０に入力する。

自動運転ＥＣＵ１５０は走行車両外形情報Ｄ１、作業機外形情報Ｄ２を有しており、作業機ＥＣＵ２５０から得た作業機識別情報に対応する外形データを作業機外形情報Ｄ２から呼び出して走行車両外形情報Ｄ１に適用し、障害物の回避走行に用いる。さらに自動運転ＥＣＵ１５０は圃場形状や圃場位置等の圃場情報Ｄ３とともに圃場内にある障害物の位置をあらかじめ記憶した障害物位置情報Ｄ４を有する。

図３はトラクタ１のボンネット５前部の簡略斜視図である。ボンネット５の前部に穴部５ａを設けて、穴部５ａ内に障害物検知センサ１０５を設置する。この障害物検知センサ１０５は、例えば赤外線センサや超音波センサ、ミリ波レーダーなど、物体の存在を検出するセンサである。障害物検知センサ１０５は、上側センサ取り付けステー１０５ａに取り付けられ、上側センサ取り付けステー１０５ａはボンネット５に取り付け固定される下側センサ取り付けステー１０５ｂに、ボルト１０５ｃと弾性体の一例としてのばね１０５ｓを介して４隅を取り付けられる。エンジン等の振動は４つのばね１０５ｓによって吸収されるため、障害物センサ１０５が障害物を検出する際の振動の影響は抑制される。

図４は異なる作業機を装着したトラクタ外形情報の模式図である。後部に装着する作業機２００ｒを装着した場合、自動運転ＥＣＵ１５０は平面視の作業機外形情報Ｄ２から作業機２００ｒの外形情報を読み込み、平面視の走行車両外形情報Ｄ１の後方に合わせて障害物回避のための平面視のトラクタ１全体の外形情報Ｄ５を構成する。

作業機外形情報Ｄ２には走行車体１００のＧＰＳアンテナ１７４との相対位置情報が含まれており、走行車両外形情報Ｄ１のＧＰＳアンテナ位置Ｇを基準点として、走行車両外形情報Ｄ１に対し、正確な位置で付加される。これにより走行車体１００に装着した場合のトラクタ１全体の外形情報Ｄ５として構成される。この時、外形情報Ｄ５は作業車両（１）の平面視全体を囲う長方形の４隅Ｃ１〜Ｃ４とその４つの中間点Ｍ１〜Ｍ４、及びＧＰＳアンテナ位置Ｇの９点で表される。

車両の前部に装着する作業機２００ｆを装着した場合、自動運転ＥＣＵ１５０は作業機外形情報Ｄ２から作業機２００ｆの外形情報を読み込み、走行車両外形情報Ｄ１の前方に合わせて障害物回避のための外形情報Ｄ５を構成する。

図５は自律走行の走行予定経路の模式図である。例として後部に耕耘作業機を装着したトラクタ１が圃場Ｆ内で往復を繰り返しながら走行し、最後に内周を回って圃場外へ出る予定走行経路Ｒが設定されている。圃場Ｆの位置と形状を決定する外周点Ｆ１からＦ４は圃場情報Ｄ３（図２参照）として自動運転ＥＣＵ１５０に格納されている。圃場情報Ｄ３には障害物Ｐの障害物位置情報Ｄ４が含まれており、予定走行経路Ｒ１は障害物Ｐを回避するよう仮のコースが設定される。

図６は障害物検知の模式図である。障害物検知センサ１０５から、一例として電磁波が発信され、その反射波を感知して所定の高さ以上にある物体を検知する。これにより、電磁波の照射範囲Ａ１内の死角部分Ｐ１，Ｅ１を除く所定の高さ以上に存在する物体Ｐ２，Ｅ２，Ｅ３の車両に対する相対位置と形状が検知され、自動運転ＥＣＵ１５０に認識される。

図７は障害物検知による回避走行の模式図である。仮の予定走行経路Ｒ１上をＧＰＳアンテナ位置Ｇが沿うようにトラクタ１を自律走行させるとき、障害物位置情報Ｄ４に記憶された位置に近づくと変速やエンジン回転数調整により車両を減速させるが、障害物検知センサ１０５により検知した障害物Ｐや畔面Ｅと外形情報Ｄ５の所定時間後（例えば、１０秒後）の予測位置が干渉しなければ予定走行経路Ｒ１を変更することなくトラクタ１を自律走行させる。上記減速においては減速前の所定時間内における速度やエンジン回転数の平均値等を基準として減速後の速度を調整することが好ましい。

仮の予定走行経路Ｒ１において障害物検知センサ１０５により検知した障害物Ｐや畔面Ｅと外形情報Ｄ５の所定時間後（例えば、１０秒後）の予測位置が干渉する場合は、外形情報Ｄ５より再演算して予定走行経路Ｒ１を変更走行経路Ｒ２に変更してトラクタ１を自律走行させる。

また、予定走行経路Ｒ１上に予め設定されていない障害物Ｕを障害物検知センサ１０５により検知し、外形情報Ｄ５の所定時間後（例えば、１０秒後）の予測位置が干渉する場合は、トラクタ１を停止する（Ｓ点）。

図８は前方カメラによる映像例の模式図である。上記実施例では障害物検知センサ１０５により障害物Ｐ,Ｅ,Ｕを検知したが、これに限らず前方カメラ１０２の撮影映像を画像解析して障害物Ｐ５を検出し、カメラ映像に重ねた外形情報Ｄ５の所定時間後（例えば、１０秒後）の予測位置Ｄ６の線が、検出した障害物Ｐ５と交差するか否かを判定しても良い。

図９は後方カメラによる映像例の模式図である。上記実施例では自動運転ＥＣＵ１５０に記憶された作業機外形情報Ｄ２から作業機２００の幅を含む作業機外形を取得したが、これに限らず後方カメラ１０３による映像を画像解析して装着した作業機２００の幅Ｗや作業機後端までの長さＬを取得しても良い。

図１０は自律運転の制御フローチャートである。自律運転が開始されると、走行前に装着した作業機２００が自動運転ＥＣＵ１５０に認識される（ステップＳ１）。自動運転ＥＣＵ１５０は作業機２００を認識すると、走行車両外形情報Ｄ１、作業機外形情報Ｄ２から外形情報Ｄ５を作成する（ステップＳ２）。

外形情報Ｄ５を作成すると速度やステアリング角度等の走行の状態などから所定時間後の外形情報Ｄ５の予測位置を演算する（ステップＳ３）。自動運転ＥＣＵ１５０は障害物検知センサ１０５が検知した障害物（Ｐ，Ｅ，Ｕ）が演算した予測位置と干渉するか否かを判定し（ステップＳ４）、干渉がない場合は予測位置を演算しながらの走行を続行する（ステップＳ３に戻る）。

障害物との干渉が予測される場合は障害物検知センサ１０５が検知した障害物（Ｐ，Ｅ，Ｕ）の検出位置とあらかじめ登録されている障害物位置情報Ｄ４とを照合し（ステップＳ５）、該当する障害物があるか否かを判定する（ステップＳ６）。該当する障害物がある場合は回避運転を実行し（ステップＳ７）、自律運転を続行する（ステップＳ３に戻る）。該当する障害物がない場合は自律運転による走行を停止する（ステップＳ８）。

以上の構成により、異なる作業機２００ｒ，２００ｆを装着したトラクタ１がそれぞれ同じ走行軌跡Ｒ１を走ろうとした場合に装着した作業機２００を認識し、作業機２００に応じて走行経路Ｒ１を変更して新しい走行経路Ｒ２上を走行するため、形状の異なる作業機２００ｒ，２００ｆを装着していても自律走行において障害物Ｐ，Ｅとの接触を回避して効率よく作業できる。

また、装着した作業機２００の作業機外形情報Ｄ２を含む外形情報Ｄ５を認識しつつ障害物Ｐ，Ｅを回避できるため異なる形状の作業機２００ｒ，２００ｆを装着していても自律走行において障害物Ｐ，Ｅとの接触を回避して効率よく作業できる。

また、あらかじめ想定していない障害物Ｕに対しては不測の事態が起こり得るため、接触が予想される時点Ｓにて走行を停止することにより自律走行において障害物Ｕとの接触を回避できる。

また、外形情報Ｄ５を正確に算出できるため異なる形状の作業機２００ｒ，２００ｆを装着していても、自律走行において障害物Ｐ，Ｅ，Ｕとの接触を回避して効率よく作業できる。

以上のように構成されるトラクタ１は自律走行において障害物との接触を回避して効率よく作業できる。

１ トラクタ（作業車両）
１００ 走行車体
１０５ 障害物検知センサ（作業機認識手段）
１５０ 自動運転ＥＣＵ（制御部）
１７４ ＧＰＳアンテナ（測位装置）
２００ 作業機
Ｄ２ 作業機外形情報
Ｄ４ 障害物位置情報
Ｒ１ 予定走行経路
Ｅ 障害物
Ｐ 障害物
Ｕ 障害物

Claims (1)

1. 走行車体の自己位置を測定する測位装置を有し、
   車両に装着した作業機を認識する作業機認識手段を有し、
   予め設定された障害物位置情報を有し、障害物を回避すべく予め設定された予定走行経路に沿って自律走行させる制御部を有し、
   前記制御部は走行車両外形情報と、
   装着を認識した前記作業機と対応する作業機外形情報を取得し、
   前記作業機外形情報は前記測位装置との相対位置情報を有し、
   前記測位装置の位置を基準にして、後部に装着する作業機を装着する場合は前記 走行車両外形情報の後方に付加し、前部に装着する作業機を装着する場合は前記走行車両外形情報の前方に付加することにより作業車両の外形情報を算出し、
   前記作業車両の前記外形情報は前記作業車両の平面視全体を囲う長方形の４隅の点を有し、
   前記制御部は、前記予定走行経路に前記測位装置の位置が沿うように自律走行するとき、前記障害物位置情報に記憶された位置に近づくと車速を減速し、障害物認識手段により進行方向に存在する障害物の位置と形状を認識すると、認識した前記障害物の位置が前記障害物位置情報と一致し、かつ前記外形情報の所定時間後の予測位置が前記障害物と干渉する場合、前記外形情報の所定時間後の予測位置が前記障害物と干渉しないように走行経路を変更して前記障害物を回避し、
   認識した障害物の位置が前記障害物位置情報と一致しない場合、走行を停止する、
   作業車両。

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