JP6991058B2 - Automatic steering system - Google Patents

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本発明は、設定された旋回円に沿って作業車を自動走行させる自動操舵システムに関する。 The present invention relates to an automatic steering system for automatically traveling a work vehicle along a set turning circle.

特許文献1による農業用作業車は、GPS衛星からの電波を受信するGPS受信装置を備え、算出された自車位置に基づいて、目標経路に追従するように自動走行する。直進走行では、直線状の目標経路から車体がずれた場合には、つまり、車体中心線上に設置されている制御基準点が目標経路からずれた場合には、位置偏差(位置ずれ)及び方位偏差(方位ずれ)に基づいて、操舵制御が行われる。旋回走行では、車体前側の前輪中心部が制御基準位置に設定され、旋回経路の中心と制御基準位置とを結ぶ直線と、旋回経路と、の交点を通る車体の接線ベクトルに対する、制御基準位置の位置偏差と方位偏差が算出される。算出した位置偏差と方位偏差に基づいて操舵制御が行われる。 The agricultural work vehicle according to Patent Document 1 is provided with a GPS receiving device that receives radio waves from GPS satellites, and automatically travels so as to follow a target route based on the calculated position of the own vehicle. In straight-ahead driving, if the vehicle body deviates from the linear target path, that is, if the control reference point installed on the vehicle body center line deviates from the target path, the position deviation (positional deviation) and the directional deviation Steering control is performed based on (direction deviation). In turning, the center of the front wheel on the front side of the vehicle body is set as the control reference position, and the control reference position with respect to the tangential vector of the vehicle body passing through the intersection of the straight line connecting the center of the turning path and the control reference position and the turning path. The position deviation and the orientation deviation are calculated. Steering control is performed based on the calculated position deviation and azimuth deviation.

特開2002-358122号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2002-358122

特許文献1による操舵制御では、位置偏差(位置ずれ量)と方位偏差(方位ずれ量)とを求めるために、旋回経路の旋回中心と制御基準位置とを結ぶ直線と、旋回経路と、の交点を通る車体の接線ベクトルを算出する必要があるが、接線ベクトルの算出は演算負荷が高いので、演算時間がかかる。また、作業車では、乗用車などに比べて小さい旋回半径が用いられるので、旋回走行において接線ベクトルは急速に変化していくことになり、演算負荷の高い接線ベクトルの算出を短時間で行う必要がある。これを行うためには、高いコストの演算機能が要求される。
このような実情に鑑み、旋回走行において、簡単な算法で高速に位置ずれ量及び方位ずれ量を算出して、正確な操舵制御が可能な自動操舵システムが要望されている。
In the steering control according to Patent Document 1, in order to obtain the position deviation (position deviation amount) and the orientation deviation (direction deviation amount), the intersection of the straight line connecting the turning center of the turning path and the control reference position and the turning path. It is necessary to calculate the tangent vector of the vehicle body passing through the above, but the calculation of the tangent vector takes a long time because the calculation load is high. In addition, since a work vehicle uses a smaller turning radius than a passenger car, the tangent vector changes rapidly during turning, and it is necessary to calculate the tangent vector with a high calculation load in a short time. be. In order to do this, a high cost arithmetic function is required.
In view of such circumstances, there is a demand for an automatic steering system capable of accurate steering control by calculating the amount of positional deviation and the amount of directional deviation at high speed by a simple calculation method in turning traveling.

収穫した穀粒を貯留する貯留タンクを備えた作業車を、走行目標経路として設定された旋回円に沿って自動走行させる本発明による自動操舵システムは、前記作業車における基準点の位置を算出する基準点算出部と、
延び方向が異なる旋回前走行経路と旋回後走行経路とを所定の半径を有する円弧でつなぐように設定された前記旋回円の中心と前記基準点とを通る直線を基準直線として算出する基準直線算出部と、前記基準直線と前記旋回円との交点から前記基準点までの距離を位置ずれ量として算出する位置ずれ量算出部と、前記作業車の車体の向きを示す車体方位を算出する車体方位算出部と、前記基準点を通り前記基準直線に垂直な線と前記車体方位との交差角を方位ずれ量として算出する方位ずれ量算出部と、前記位置ずれ量と前記方位ずれ量とが小さくなる操舵量を出力する操舵制御部とを備え、前記作業車が前記旋回円を走行する前に当該旋回円の半径は前記貯留タンクにおける貯留穀粒量によって調整される。このような操舵は、前進及び後進で実行可能である。
なお、ここでの、旋回円は、厳密な円に限定されるのではなく、近似的な円も含み、さらには、微小時間で半径が変化する旋回円の中心が変化するものも含むとする。
The automatic steering system according to the present invention for automatically traveling a work vehicle equipped with a storage tank for storing harvested grains along a turning circle set as a travel target route calculates the position of a reference point in the work vehicle. Reference point calculation unit and
A reference straight line calculation that calculates a straight line passing through the center of the turning circle and the reference point, which is set to connect the pre-turning path and the post-turning path having different extension directions with an arc having a predetermined radius. The position deviation amount calculation unit that calculates the distance from the intersection of the reference straight line and the turning circle to the reference point as the position deviation amount, and the vehicle body orientation that indicates the direction of the vehicle body of the work vehicle. The calculation unit, the azimuth deviation amount calculation unit that calculates the intersection angle between the line passing through the reference point and perpendicular to the reference straight line and the vehicle body orientation as the azimuth deviation amount, and the positional deviation amount and the azimuth deviation amount are small. A steering control unit that outputs a steering amount is provided, and the radius of the turning circle is adjusted by the amount of grains stored in the storage tank before the work vehicle travels on the turning circle. Such steering can be performed forward and backward.
It should be noted that the swirling circle here is not limited to a strict circle, but also includes an approximate circle, and further includes a swirling circle whose radius changes in a minute time and whose center changes. ..

この構成では、設定されている走行目標となる旋回円の中心と作業車の基準点とを結ぶ基準直線の直線式が算出され、この基準直線を用いることで、接線の直線式を求めることなしに、簡単な演算で位置ずれ量と方位ずれ量が算出できる。つまり、位置ずれ量は、基準直線と旋回円との交点と、基準点と、の間の距離(長さ)である。方位ずれ量は、基準点を通って基準直線に垂直な直線と、車体方位算出部によって算出された車体方位を示す直線と、がなす角度である。得られた位置ずれ量と方位ずれ量とは、操舵制御部で操舵量を求めるための入力量となる。 In this configuration, a linear formula of a reference straight line connecting the center of the turning circle that is the set travel target and the reference point of the work vehicle is calculated, and by using this reference straight line, the linear formula of the tangent line is not obtained. In addition, the amount of misalignment and the amount of misalignment can be calculated by a simple calculation. That is, the amount of misalignment is the distance (length) between the intersection of the reference straight line and the turning circle and the reference point. The directional deviation amount is an angle formed by a straight line that passes through the reference point and is perpendicular to the reference straight line and a straight line that indicates the vehicle body orientation calculated by the vehicle body orientation calculation unit. The obtained positional deviation amount and directional deviation amount are input amounts for obtaining the steering amount in the steering control unit.

このように、本願発明であれば、位置ずれ量と方位ずれ量とを簡単な計算で求めることができるため、旋回走行において、簡単な算法で高速に位置ずれ量及び方位ずれ量を算出して、正確な操舵制御が可能な自動操舵システムを提供できる。 As described above, in the present invention, since the amount of misalignment and the amount of misalignment can be obtained by a simple calculation, the amount of misalignment and the amount of misorientation can be calculated at high speed by a simple calculation method in turning. , It is possible to provide an automatic steering system capable of accurate steering control.

位置ずれ量となる、基準直線と旋回円との交点と、基準点と、の間の長さは、旋回円の中心と基準点との長さと、旋回円半径と、の差である。したがって、本発明の好適な実施形態の1つでは、前記位置ずれ量算出部は、前記基準直線における前記旋回円の中心と前記基準点との間の長さから前記旋回円の半径を減算することで前記距離を算出する。 The length between the intersection of the reference straight line and the turning circle, which is the amount of misalignment, and the reference point is the difference between the length between the center of the turning circle and the reference point and the radius of the turning circle. Therefore, in one of the preferred embodiments of the present invention, the misalignment amount calculation unit subtracts the radius of the swivel circle from the length between the center of the swirl circle and the reference point in the reference straight line. By doing so, the distance is calculated.

本発明の好適な実施形態の1つでは、前記操舵制御部は、現在の操舵量と前記位置ずれ量と前記方位ずれ量とを入力パラメータとして、PID制御方式またはPI制御方式で前記操舵量を演算して出力する。この構成により、制御ハンチングが抑制され、作業車の旋回走行は円滑なものとなる。これより、旋回によって圃場を荒らすことが抑制される。 In one of the preferred embodiments of the present invention, the steering control unit uses a PID control method or a PI control method to control the steering amount by using the current steering amount, the position deviation amount, and the orientation deviation amount as input parameters. Calculate and output. With this configuration, control hunting is suppressed and the turning running of the work vehicle becomes smooth. As a result, it is possible to prevent the field from being damaged by turning.

本発明の好適な実施形態の1つでは、前記旋回円として、急旋回用旋回円と緩旋回用旋回円が選択可能に用意されている。この構成では、圃場状態や走行状態に応じて、より適切な旋回円を用いた旋回走行を選択することができる。 In one of the preferred embodiments of the present invention, as the turning circle, a turning circle for sharp turning and a turning circle for slow turning are prepared so as to be selectable. In this configuration, it is possible to select a turning run using a more appropriate turning circle according to the field state and the running state.

本発明の好適な実施形態の1つでは、前回の旋回走行での旋回走行誤差に基づいて、次の旋回走行で設定される旋回円の半径が調整される。この構成では、例えば、作業車の旋回性を悪化させるような圃場状態により、作業車が目標経路となる旋回円円弧から大きく外側に膨らんだ走行となれば、次回からの旋回にはより半径の大きな旋回円を選択することで、旋回円円弧に沿った円滑な走行が可能となる。 In one of the preferred embodiments of the present invention, the radius of the turning circle set in the next turning run is adjusted based on the turning running error in the previous turning run. In this configuration, for example, if the work vehicle bulges outward from the turning circular arc that is the target route due to a field condition that deteriorates the turning performance of the work vehicle, the radius will be larger for the next turn. By selecting a large turning circle, smooth running along the turning circle arc becomes possible.

自動操舵システムを採用した作業車の一例としてのコンバインの側面図である。It is a side view of a combine as an example of a work vehicle which adopted an automatic steering system. コンバインの自動走行の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline of the automatic traveling of a combine. 自動走行における走行経路を示す図である。It is a figure which shows the traveling route in automatic driving. 後進を用いた旋回走行経路の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the turning travel path using the reverse movement. 後進を用いた旋回走行経路の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the turning travel path using the reverse movement. コンバインの制御系の構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structure of the control system of a combine. 位置ずれ量及び方位ずれ量を算出する際に用いられる基本原理を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the basic principle used when calculating the misalignment amount and the azimuth misalignment amount. 旋回制御における別な実施形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows another embodiment in a turning control. 旋回制御における別な実施形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows another embodiment in a turning control. 旋回制御における別な実施形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows another embodiment in a turning control. 旋回制御における別な実施形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows another embodiment in a turning control.

次に、本発明の自動操舵システムを採用し、自動走行可能である作業機の一例として、普通型のコンバインを取り上げて説明する。なお、本明細書では、特に断りがない限り、「前」(図1に示す矢印Fの方向)は車体前後方向(走行方向)における前方を意味し、「後」(図1に示す矢印Bの方向)は車体前後方向(走行方向)における後方を意味する。また、左右方向または横方向は、車体前後方向に直交する車体横断方向(車体幅方向)を意味する。「上」(図1に示す矢印Uの方向)及び「下」(図1に示す矢印Dの方向)は、車体の鉛直方向(垂直方向)での位置関係であり、地上高さにおける関係を示す。 Next, an ordinary combine harvester will be described as an example of a working machine capable of automatically traveling by adopting the automatic steering system of the present invention. In the present specification, unless otherwise specified, "front" (direction of arrow F shown in FIG. 1) means front in the vehicle body front-rear direction (traveling direction), and "rear" (arrow B shown in FIG. 1). Direction) means the rear in the vehicle body front-rear direction (traveling direction). Further, the left-right direction or the lateral direction means a vehicle body crossing direction (vehicle body width direction) orthogonal to the vehicle body front-rear direction. "Up" (direction of arrow U shown in FIG. 1) and "down" (direction of arrow D shown in FIG. 1) are positional relationships in the vertical direction (vertical direction) of the vehicle body, and are relationships in height above the ground. show.

図1に示すように、このコンバインは、走行車体10、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、収穫部H、搬送装置16、穀粒排出装置18、自車位置検出モジュール80を備えている。 As shown in FIG. 1, this combine includes a traveling vehicle body 10, a crawler-type traveling device 11, a driving unit 12, a threshing device 13, a grain tank 14, a harvesting section H, a transport device 16, a grain discharging device 18, and a self. It is equipped with a vehicle position detection module 80.

走行装置11は、走行車体10(以下単に車体10と称する)の下部に備えられている。コンバインは、走行装置11によって自走可能に構成されている。この走行装置11は、左右一対のクローラ機構(走行ユニット)から構成された操舵走行装置である。左のクローラ機構(左走行ユニット)のクローラ速度と右のクローラ機構(右走行ユニット)のクローラ速度とは独立して調整可能であり、この速度差の調整により車体10の走行方向での向きが変更される。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、車体10の上部を構成している。運転部12は、コンバインを運転する運転者やコンバインの作業を監視する監視者が搭乗可能である。通常、運転者と監視者とは兼務される。なお、運転者と監視者とが別人の場合、監視者は、コンバインの機外からコンバインの作業を監視していても良い。 The traveling device 11 is provided in the lower part of the traveling vehicle body 10 (hereinafter, simply referred to as the vehicle body 10). The combine is configured to be self-propelled by the traveling device 11. The traveling device 11 is a steering traveling device composed of a pair of left and right crawler mechanisms (traveling units). The crawler speed of the left crawler mechanism (left traveling unit) and the crawler speed of the right crawler mechanism (right traveling unit) can be adjusted independently, and by adjusting this speed difference, the orientation of the vehicle body 10 in the traveling direction can be adjusted. Be changed. The driving unit 12, the threshing device 13, and the grain tank 14 are provided on the upper side of the traveling device 11 and form the upper part of the vehicle body 10. The driver unit 12 can be boarded by a driver who drives the combine harvester and a monitor who monitors the work of the combine harvester. Usually, the driver and the observer are also used. When the driver and the observer are different persons, the observer may monitor the work of the combine from outside the combine.

穀粒排出装置18は、穀粒タンク14の後下部に連結されている。また、自車位置検出モジュール80は、運転部12の前上部に取り付けられている。 The grain discharge device 18 is connected to the rear lower portion of the grain tank 14. Further, the own vehicle position detection module 80 is attached to the front upper portion of the driving unit 12.

収穫部Hは、コンバインにおける前部に備えられている。そして、搬送装置16は、収穫部Hの後側に接続されている。また、収穫部Hは、切断機構15及びリール17を有している。切断機構15は、圃場の植立穀稈を刈り取る。また、リール17は、回転駆動しながら収穫対象の植立穀稈を掻き込む。この構成により、収穫部Hは、圃場の穀物(農作物の一種)を収穫する。そして、コンバインは、収穫部Hによって圃場の穀物を収穫しながら走行装置11によって走行する作業走行が可能である。 The harvesting section H is provided at the front of the combine. The transport device 16 is connected to the rear side of the harvesting section H. Further, the harvesting unit H has a cutting mechanism 15 and a reel 17. The cutting mechanism 15 cuts the planted culm in the field. Further, the reel 17 is driven to rotate and scrapes the planted culm to be harvested. With this configuration, the harvesting unit H harvests the grain (a kind of agricultural product) in the field. Then, the combine can be run by the traveling device 11 while harvesting the grains in the field by the harvesting unit H.

切断機構15により刈り取られた刈取穀稈は、搬送装置16によって脱穀装置13へ搬送される。脱穀装置13において、刈取穀稈は脱穀処理される。脱穀処理により得られた穀粒は、穀粒タンク14に貯留される。穀粒タンク14に貯留された穀粒は、穀粒排出装置18によって機外に排出される。 The cut grain culm cut by the cutting mechanism 15 is conveyed to the threshing device 13 by the conveying device 16. In the threshing device 13, the harvested grain culm is threshed. The grains obtained by the threshing treatment are stored in the grain tank 14. The grains stored in the grain tank 14 are discharged to the outside of the machine by the grain discharging device 18.

運転部12には、通信端末2が配置されている。本実施形態において、通信端末2は、運転部12に固定されている。しかしながら、本発明はこれに限定されず、通信端末2は、運転部12に対して着脱可能に構成されていても良い。また、コンバインの機外に持ち出されても良い。 A communication terminal 2 is arranged in the driving unit 12. In the present embodiment, the communication terminal 2 is fixed to the driving unit 12. However, the present invention is not limited to this, and the communication terminal 2 may be configured to be detachable from the driving unit 12. It may also be taken out of the combine.

図2に示すように、このコンバインは、圃場において設定された走行経路に沿って自動走行する。このためには、自車位置が必要である。自車位置検出モジュール80には、衛星航法モジュール81と慣性航法モジュール82とが含まれている。衛星航法モジュール81は、人工衛星GSからのGNSS(global navigation satellite system)信号(GPS信号を含む)を受信して、自車位置を算出するための測位データを出力する。慣性航法モジュール82は、ジャイロ加速度センサ及び磁気方位センサを組み込んでおり、瞬時の走行方向を示す位置ベクトルを出力する。慣性航法モジュール82は、衛星航法モジュール81による自車位置算出を補完するために用いられる。慣性航法モジュール82は、衛星航法モジュール81とは別の場所に配置してもよい。 As shown in FIG. 2, this combine automatically travels along a travel route set in the field. For this purpose, the position of the own vehicle is required. The own vehicle position detection module 80 includes a satellite navigation module 81 and an inertial navigation module 82. The satellite navigation module 81 receives a GNSS (global navigation satellite system) signal (including a GPS signal) from the artificial satellite GS and outputs positioning data for calculating the position of the own vehicle. The inertial navigation module 82 incorporates a gyro acceleration sensor and a magnetic orientation sensor, and outputs a position vector indicating an instantaneous traveling direction. The inertial navigation module 82 is used to complement the vehicle position calculation by the satellite navigation module 81. The inertial navigation module 82 may be arranged at a different location from the satellite navigation module 81.

このコンバインによって圃場での収穫作業を行う場合の手順は、以下に説明する通りである。 The procedure for harvesting in the field with this combine is as described below.

まず、運転者兼監視者は、コンバインを手動で操作し、図2に示すように、圃場内の外周部分において、圃場の境界線に沿って周回するように収穫走行を行う。これにより既刈地(既作業地)となった領域は、外周領域SAとして設定される。そして、外周領域SAの内側に未刈地(未作業地)のまま残された領域は、作業対象領域CAとして設定される。図2は、外周領域SAと作業対象領域CAの一例を示している。 First, the driver / observer manually operates the combine harvester and, as shown in FIG. 2, performs a harvesting run so as to orbit along the boundary line of the field in the outer peripheral portion of the field. As a result, the area that has become the already cut land (already worked area) is set as the outer peripheral area SA. Then, the area left as the uncut land (unworked land) inside the outer peripheral area SA is set as the work target area CA. FIG. 2 shows an example of the outer peripheral area SA and the work target area CA.

また、このとき、外周領域SAの幅をある程度広く確保するために、運転者は、コンバインを3~4周走行させる。この走行においては、コンバインが1周する毎に、コンバインの作業幅分だけ外周領域SAの幅が拡大する。最初の、3~4周の走行が終わると、外周領域SAの幅は、コンバインの作業幅の3~4倍程度の幅となる。この周回走行は、予め与えられた圃場外形状データに基づいて自動走行によって行われても良い。 Further, at this time, in order to secure a certain width of the outer peripheral region SA, the driver causes the combine to travel 3 to 4 laps. In this traveling, the width of the outer peripheral region SA is expanded by the working width of the combine every time the combine makes one round. After the first 3 to 4 laps, the width of the outer peripheral region SA becomes about 3 to 4 times the working width of the combine. This orbital running may be performed by automatic running based on the out-of-field shape data given in advance.

外周領域SAは、作業対象領域CAにおいて収穫走行を行うときに、コンバインが方向転換するためのスペースとして利用される。また、外周領域SAは、収穫走行を一旦終えて、穀粒の排出場所へ移動する際や、燃料の補給場所へ移動する際等の移動用のスペースとしても利用される。 The outer peripheral region SA is used as a space for the combine to change direction when performing a harvesting run in the work target region CA. Further, the outer peripheral region SA is also used as a space for movement such as when moving to a grain discharge place or when moving to a refueling place after the harvesting run is finished.

なお、図2に示す運搬車CVは、コンバインから排出された穀粒を収集し、運搬することができる。穀粒排出の際、コンバインは運搬車CVの近傍へ移動した後、穀粒排出装置18によって穀粒を運搬車CVへ排出する。 The carrier CV shown in FIG. 2 can collect and transport the grains discharged from the combine. At the time of grain discharge, the combine moves to the vicinity of the carrier CV and then discharges the grains to the carrier CV by the grain discharge device 18.

外周領域SA及び作業対象領域CAが設定されると、図3に示すように、作業対象領域CAにおける走行経路が算定される。算定された走行経路は、作業走行のパターンに基づいて順次設定され、設定された走行経路に沿って、コンバインが自動走行する。なお、このコンバインは、旋回走行のための旋回パターンとして、図3に示すようなU字状の旋回走行経路に沿って方向転換するU旋回パターンと、図4に示すような前後進を繰り返しながら方向転換するα旋回パターンと、図5に示すような後進走行をともなってU旋回パターンよりも狭い領域でU旋回パターンと同様の方向転換をするスイッチバック旋回パターンとを有する。図4のα旋回パターンでは、90°の切り返し旋回走行経路が示されている。この切り返し旋回走行では、その経路は、移行元走行経路L1から、前進走行経路ML1、後進走行経路ML2、前進走行経路ML3を経て、移行先走行経路L2に至る。図5のスイッチバック旋回パターンでは直線往復走行での経路移行で用いられる180°の切り返し旋回走行が示されている。この切り返し旋回走行でも同様に、その経路は、移行元走行経路L1から、前進走行経路ML4、後進走行経路ML5、前進走行経路ML6を経て、移行先走行経路L2に至る。このような後進を含む旋回走行は、穀粒タンク14が満杯になって、作業対象領域CAの走行経路から離脱したコンバインが、運搬車CVに対して位置合わせする時などにも行われる。 When the outer peripheral area SA and the work target area CA are set, the traveling route in the work target area CA is calculated as shown in FIG. The calculated travel route is sequentially set based on the work travel pattern, and the combine automatically travels along the set travel route. As a turning pattern for turning, this combine repeats a U-turn pattern that changes direction along a U-shaped turning path as shown in FIG. 3 and forward / backward movement as shown in FIG. It has an α-turning pattern that changes direction and a switchback turning pattern that changes direction in a region narrower than the U-turning pattern with reverse travel as shown in FIG. In the α turning pattern of FIG. 4, a 90 ° turning turning path is shown. In this turning turn, the route reaches the transition destination travel route L2 from the transition source travel route L1 via the forward travel route ML1, the reverse travel route ML2, and the forward travel route ML3. The switchback turning pattern of FIG. 5 shows a 180 ° turn-back turning running used in a route transition in a straight reciprocating running. Similarly, in this turning turn travel, the route reaches the transition destination travel route L2 from the transition source travel route L1 via the forward travel route ML4, the reverse travel route ML5, and the forward travel route ML6. Such turning traveling including reverse movement is also performed when the grain tank 14 is full and the combine that has left the traveling path of the work target area CA aligns with the carrier CV.

図6に、本発明による自動操舵システムを利用するコンバインの制御系が示されている。コンバインの制御系は、多数のECUと呼ばれる電子制御ユニットからなる制御ユニット5、及び、この制御ユニット5との間で車載LANなどの配線網を通じて信号通信(データ通信)を行う各種入出力機器から構成されている。 FIG. 6 shows a combine control system using the automatic steering system according to the present invention. The control system of the combine is from a control unit 5 consisting of a large number of electronic control units called ECUs and various input / output devices that perform signal communication (data communication) with the control unit 5 through a wiring network such as an in-vehicle LAN. It is configured.

報知デバイス62は、運転者等に作業走行状態や種々の警告を報知するためのデバイスであり、ブザー、ランプ、スピーカ、ディスプレイなどである。通信部66は、このコンバインの制御系が、通信端末2との間で、あるいは、遠隔地に設置されている管理コンピュータとの間でデータ交換するために用いられる。通信端末2には、圃場に立っている監視者、またはコンバイン乗り込んでいる運転者兼監視者が操作するタブレットコンピュータ、自宅や管理事務所に設置されているコンピュータなども含まれる。制御ユニット5は、この制御系の中核要素であり、複数のECUの集合体として示されている。自車位置検出モジュール80からの信号は、車載LANを通じて制御ユニット5に入力される。 The notification device 62 is a device for notifying the driver and the like of a working driving state and various warnings, and is a buzzer, a lamp, a speaker, a display, and the like. The communication unit 66 is used for the control system of this combine to exchange data with the communication terminal 2 or with a management computer installed at a remote location. The communication terminal 2 also includes a tablet computer operated by a monitor standing in the field, a driver / monitor who is on board the combine, a computer installed at home or a management office, and the like. The control unit 5 is a core element of this control system and is shown as an aggregate of a plurality of ECUs. The signal from the vehicle position detection module 80 is input to the control unit 5 through the vehicle-mounted LAN.

制御ユニット5は、入出力インタフェースとして、出力処理部503と入力処理部502とを備えている。出力処理部503は、機器ドライバ65を介して種々の動作機器70と接続している。動作機器70として、走行関係の機器である走行機器群71と作業関係の機器である作業機器群72とがある。走行機器群71には、例えば、操舵機器710、エンジン機器、変速機器、制動機器などが含まれている。作業機器群72には、収穫部H、脱穀装置13、搬送装置16、穀粒排出装置18における動力制御機器などが含まれている。 The control unit 5 includes an output processing unit 503 and an input processing unit 502 as input / output interfaces. The output processing unit 503 is connected to various operating devices 70 via the device driver 65. The operating equipment 70 includes a traveling equipment group 71, which is a traveling-related device, and a working equipment group 72, which is a work-related device. The traveling device group 71 includes, for example, a steering device 710, an engine device, a speed change device, a braking device, and the like. The work equipment group 72 includes a harvesting unit H, a threshing device 13, a transport device 16, a power control device in the grain discharge device 18, and the like.

入力処理部502には、走行状態センサ群63、作業状態センサ群64、走行操作ユニット90、などが接続されている。走行状態センサ群63には、エンジン回転数センサ、オーバーヒート検出センサ、ブレーキペダル位置検出センサ、変速位置検出センサ、操舵位置検出センサなどが含まれている。作業状態センサ群64には、収穫作業装置(収穫部H、脱穀装置13、搬送装置16、穀粒排出装置18)の駆動状態を検出するセンサ、穀稈や穀粒の状態を検出するセンサなどが含まれている。 A traveling state sensor group 63, a working state sensor group 64, a traveling operation unit 90, and the like are connected to the input processing unit 502. The traveling state sensor group 63 includes an engine rotation speed sensor, an overheat detection sensor, a brake pedal position detection sensor, a shift position detection sensor, a steering position detection sensor, and the like. The work state sensor group 64 includes a sensor for detecting the driving state of the harvesting work device (harvesting unit H, threshing device 13, transport device 16, grain discharging device 18), a sensor for detecting the state of the grain and the grain, and the like. It is included.

走行操作ユニット90は、運転者によって手動操作され、その操作信号が制御ユニット5に入力される操作具の総称である。走行操作ユニット90には、主変速操作具91、操舵操作具92、モード操作具93、自動開始操作具94、などが含まれている。手動走行モードでは、操舵操作具92を中立位置から左右に揺動操作することにより、左のクローラ機構のクローラ速度と右のクローラ機構のクローラ速度とが調整され、車体10の向きが変更される。モード操作具93は、自動運転が行われる自動走行モードと手動運転が行われる手動走行モードとを切り替えるための指令を制御ユニット5に与える機能を有する。自動開始操作具94は、自動走行を開始するための最終的な自動開始指令を制御ユニット5に与える機能を有する。なお、モード操作具93による操作とは無関係に、自動走行モードから手動走行モードへの移行が、ソフトウエアによって自動的に行われる場合もある。例えば、自動運転が不可能な状況が発生すると、制御ユニット5は、強制的に自動走行モードから手動走行モードへの移行を実行する。 The traveling operation unit 90 is a general term for operating tools that are manually operated by the driver and whose operation signals are input to the control unit 5. The traveling operation unit 90 includes a main speed change operation tool 91, a steering operation tool 92, a mode operation tool 93, an automatic start operation tool 94, and the like. In the manual driving mode, the crawler speed of the left crawler mechanism and the crawler speed of the right crawler mechanism are adjusted by swinging the steering operation tool 92 from the neutral position to the left and right, and the direction of the vehicle body 10 is changed. .. The mode operating tool 93 has a function of giving a command to the control unit 5 for switching between an automatic driving mode in which automatic driving is performed and a manual driving mode in which manual driving is performed. The automatic start operation tool 94 has a function of giving a final automatic start command to the control unit 5 for starting automatic running. The transition from the automatic driving mode to the manual driving mode may be automatically performed by software regardless of the operation by the mode operating tool 93. For example, when a situation occurs in which automatic driving is impossible, the control unit 5 forcibly executes a transition from the automatic driving mode to the manual driving mode.

制御ユニット5には、報知部501、走行制御部51、作業制御部52、走行モード管理部53、走行経路設定部54、自車位置算出部55、車体方位算出部56、位置ずれ量算出部57、方位ずれ量算出部58、基準直線算出部59が備えられている。報知部501は、制御ユニット5の各機能部からの指令等に基づいて報知データを生成し、報知デバイス62に与える。自車位置算出部55は自車位置検出モジュール80から逐次送られてくる測位データに基づいて、予め設定されている車体10の基準点の地図座標(または圃場座標)である自車位置を算出する。つまり、車体10の基準点の位置を算出する基準点算出部として機能する。この基準点には、後で説明される車体基準点や旋回基準点などが含まれる。車体方位算出部56は、自車位置算出部55で逐次算出される自車位置から、微小時間での走行軌跡を求めて車体10の走行方向での向きを示す車体方位を決定する。また、車体方位算出部56は、慣性航法モジュール82からの出力データに含まれている方位データに基づいて車体方位を決定することも可能である。 The control unit 5 includes a notification unit 501, a travel control unit 51, a work control unit 52, a travel mode management unit 53, a travel route setting unit 54, a vehicle position calculation unit 55, a vehicle body orientation calculation unit 56, and a misalignment amount calculation unit. 57, an orientation deviation amount calculation unit 58, and a reference straight line calculation unit 59 are provided. The notification unit 501 generates notification data based on a command or the like from each functional unit of the control unit 5, and supplies the notification data to the notification device 62. The own vehicle position calculation unit 55 calculates the own vehicle position, which is the map coordinates (or field coordinates) of the preset reference point of the vehicle body 10, based on the positioning data sequentially sent from the own vehicle position detection module 80. do. That is, it functions as a reference point calculation unit for calculating the position of the reference point of the vehicle body 10. This reference point includes a vehicle body reference point and a turning reference point, which will be described later. The vehicle body orientation calculation unit 56 obtains a traveling locus in a minute time from the own vehicle position sequentially calculated by the own vehicle position calculation unit 55, and determines the vehicle body orientation indicating the direction of the vehicle body 10 in the traveling direction. Further, the vehicle body direction calculation unit 56 can also determine the vehicle body direction based on the direction data included in the output data from the inertial navigation module 82.

走行制御部51は、エンジン制御機能、操舵制御機能、車速制御機能などを有し、走行機器群71に制御信号を与える。作業制御部52は、収穫作業装置(収穫部H、脱穀装置13、搬送装置16、穀粒排出装置18など)の動きを制御するために、作業機器群72に制御信号を与える。 The travel control unit 51 has an engine control function, a steering control function, a vehicle speed control function, and the like, and gives a control signal to the travel equipment group 71. The work control unit 52 gives a control signal to the work equipment group 72 in order to control the movement of the harvesting work equipment (harvesting unit H, threshing device 13, transport device 16, grain discharging device 18, etc.).

走行制御部51に含まれている操舵制御部510は、位置ずれ量算出部57によって算出される位置ずれ量と、方位ずれ量算出部58によって算出される方位ずれ量とに基づいて操舵量を算出して、操舵機器710に出力する。つまり、操舵制御部510は、走行経路設定部54によって設定された目標となる走行経路と、自車位置算出部55によって算出された自車位置との間の位置ずれ量と方位ずれ量とが小さくなるように操舵制御を行う。この実施形態では、操舵制御部510には、PID制御方式またはPI制御方式が採用される。もちろん、他の制御方式が採用されてもよい。このコンバインは自動走行で収穫作業を行う自動運転と手動走行で収穫作業を行う手動運転との両方で走行可能である。このため、走行制御部51には、さらに、手動走行制御部511と自動走行制御部512とが含まれている。なお、自動運転を行う際には、自動走行モードが設定され、手動運転を行うためには手動走行モードが設定される。上述したように、走行モードの切り替えは、走行モード管理部53によって管理される。 The steering control unit 510 included in the traveling control unit 51 determines the steering amount based on the position deviation amount calculated by the position deviation amount calculation unit 57 and the direction deviation amount calculated by the direction deviation amount calculation unit 58. It is calculated and output to the steering device 710. That is, the steering control unit 510 determines the amount of misalignment and the amount of directional deviation between the target travel path set by the travel route setting unit 54 and the vehicle position calculated by the vehicle position calculation unit 55. Steering control is performed so that it becomes smaller. In this embodiment, a PID control method or a PI control method is adopted for the steering control unit 510. Of course, other control methods may be adopted. This combine can be driven by both automatic driving in which harvesting work is performed by automatic driving and manual driving in which harvesting work is performed by manual driving. Therefore, the travel control unit 51 further includes a manual travel control unit 511 and an automatic travel control unit 512. When performing automatic driving, an automatic driving mode is set, and for manual driving, a manual driving mode is set. As described above, the switching of the traveling mode is managed by the traveling mode management unit 53.

自動走行モードが設定されている場合、自動走行制御部512は、操舵制御部510と協働しながら、自動操舵及び停止を含む車速変更の制御信号を生成して、走行機器群71を制御する。その際、車速変更に関する制御信号は、前もって設定された車速値に基づいて生成される。 When the automatic driving mode is set, the automatic driving control unit 512, in cooperation with the steering control unit 510, generates a control signal for changing the vehicle speed including automatic steering and stopping, and controls the traveling equipment group 71. .. At that time, the control signal regarding the vehicle speed change is generated based on the vehicle speed value set in advance.

走行経路設定部54は、管理している旋回経路を含む走行経路を順次選択して、走行目標経路として設定する。旋回経路は、実質的には旋回円の円弧である。この旋回円の中心と旋回円の半径とによって、円弧状の旋回経路が規定される。車体10が正確に旋回経路を走行すると仮定した場合、この旋回円の中心が車体10の旋回中心となる。走行経路設定部54で管理される走行経路は、走行経路設定部54が経路算出アルゴリズムによって自ら生成することもできるが、通信端末2や遠隔地の管理コンピュータ等で生成されたものをダウンロードしたものを用いることも可能である。 The travel route setting unit 54 sequentially selects a travel route including a managed turning route and sets it as a travel target route. The swivel path is essentially an arc of a swivel circle. The arc-shaped turning path is defined by the center of the turning circle and the radius of the turning circle. Assuming that the vehicle body 10 travels on the turning path accurately, the center of the turning circle is the turning center of the vehicle body 10. The travel route managed by the travel route setting unit 54 can be generated by the travel route setting unit 54 by the route calculation algorithm, but the one generated by the communication terminal 2 or the management computer at a remote location is downloaded. It is also possible to use.

手動走行モードが選択されている場合、運転者による操作に基づいて、手動走行制御部511が制御信号を生成し、走行機器群71を制御することで、手動運転が実現する。なお、走行経路設定部54によって算出された走行経路は、手動運転であっても、コンバインが当該走行経路に沿って走行するためのガイダンス目的で利用することができる。 When the manual driving mode is selected, the manual driving control unit 511 generates a control signal based on the operation by the driver and controls the traveling equipment group 71 to realize the manual driving. The travel route calculated by the travel route setting unit 54 can be used for the purpose of guidance for the combine to travel along the travel route even in manual operation.

位置ずれ量算出部57は、走行経路設定部54によって設定された走行経路と、自車位置算出部55によって算出された自車位置と、の間の距離である位置ずれを算出する。方位ずれ量算出部58は、走行経路設定部54によって設定された走行経路の延び方向と、車体方位算出部56によって算出された車体方位と、の間の角度差を方位ずれとして算出する。この実施形態では、自車位置算出部55によって算出された自車位置は、ずれのない理想的な旋回走行において、旋回円によって規定される旋回経路の上に乗る点である旋回基準点としている。もちろん、直線走行経路におけるずれのない理想的な走行においても、この旋回基準点は直線走行経路に乗ることになるので、旋回基準点は直線走行経路における車体基準点として用いることができる。その場合、旋回基準点と車体基準点は同一となる。 The misalignment amount calculation unit 57 calculates the misalignment, which is the distance between the travel route set by the travel route setting unit 54 and the vehicle position calculated by the vehicle position calculation unit 55. The directional deviation amount calculation unit 58 calculates the angle difference between the extension direction of the travel path set by the travel route setting unit 54 and the vehicle body orientation calculated by the vehicle body orientation calculation unit 56 as the directional deviation. In this embodiment, the own vehicle position calculated by the own vehicle position calculation unit 55 is set as a turning reference point which is a point on which the vehicle rides on the turning path defined by the turning circle in an ideal turning running without deviation. .. Of course, even in ideal driving without deviation in a straight traveling path, this turning reference point rides on the straight traveling path, so that the turning reference point can be used as a vehicle body reference point in the straight traveling path. In that case, the turning reference point and the vehicle body reference point are the same.

基準直線算出部59は、基準直線を算出する。基準直線は、旋回走行における、位置ずれ量算出部57による位置ずれ量の算出、及び、方位ずれ量算出部58による方位ずれ算出の算出に用いられる。次に、図7を用いて、基準直線と位置ずれ量と方位ずれ量との関係を説明する。 The reference straight line calculation unit 59 calculates the reference straight line. The reference straight line is used for the calculation of the misalignment amount by the misalignment amount calculation unit 57 and the calculation of the misalignment calculation by the misalignment amount calculation unit 58 in the turning run. Next, the relationship between the reference straight line, the amount of misalignment, and the amount of misorientation will be described with reference to FIG. 7.

図7は、旋回前の走行経路である旋回前走行経路から旋回先の走行経路である旋回後走行経路へ旋回走行する際に設定された、旋回円と車体10との関係を示している。この例では、旋回前走行経路と旋回後走行経路とが直交関係であるので、旋回経路は、旋回円の90°円弧である。図7の説明で用いられる符号は、以下のように定義される。Cは旋回円を示す。Pは旋回円Cの中心である。旋回円の中心Pの座標値は(X,Y)であり、走行経路設定部54によって管理されている。Rは旋回円Cの半径である。VPは、車体10の旋回基準点(車体基準点)であり、座標値(x、y)で表される。旋回基準点VPの座標値(x、y)は、自車位置算出部55によって算出される。CLは、車体10の前後方向に延びた中心線である車体中心線である。dは、旋回円の中心Pと旋回基準点VPとの2点間距離である。BLは、旋回円の中心Pと旋回基準点VPとの2点を結ぶ直線であり、この直線が、「基準直線」である。PLは、旋回基準点VPを通って基準直線BLに垂直な直線であり、以下、「方位基準線」と称する。 FIG. 7 shows the relationship between the turning circle and the vehicle body 10 set when turning from the pre-turning running path, which is the running path before turning, to the post-turning running path, which is the running path of the turning destination. In this example, since the traveling path before turning and the traveling path after turning are orthogonal to each other, the turning path is a 90 ° arc of a turning circle. The reference numerals used in the description of FIG. 7 are defined as follows. C represents a swirling circle. P is the center of the turning circle C. The coordinate value of the center P of the turning circle is (X, Y) and is managed by the traveling route setting unit 54. R is the radius of the turning circle C. The VP is a turning reference point (vehicle body reference point) of the vehicle body 10, and is represented by coordinate values (x, y). The coordinate values (x, y) of the turning reference point VP are calculated by the own vehicle position calculation unit 55. CL is a vehicle body center line which is a center line extending in the front-rear direction of the vehicle body 10. d is the distance between the center P of the turning circle and the turning reference point VP. BL is a straight line connecting two points, the center P of the turning circle and the turning reference point VP, and this straight line is the "reference straight line". PL is a straight line that passes through the turning reference point VP and is perpendicular to the reference straight line BL, and is hereinafter referred to as “direction reference line”.

図7は、旋回走行途中の状態を示しており、車体10は、旋回円Cの外側に位置ずれしているとともに、方位基準線PLに対して右側に車体方位(車体中心線CL)がずれている。基準直線算出部59は、旋回円の中心Pと旋回基準点VPとの2点を結ぶ直線式を求め、基準直線BLを算出する。位置ずれ量算出部57は、旋回円の中心Pと旋回基準点VPとの2点間距離dを算出し、この2点間距離dからRを減算することで位置ずれ量δを算出する。この減算では、正負符号が考慮され、減算値が負であれば、車体10は、旋回円Cの内側に位置ずれしていることになり、減算値が正であれば、車体10は、旋回円Cの外側に位置ずれしていることになる。方位ずれ量算出部58は、車体中心線CLと方位基準線PLとがなす角度(交差角)を方位ずれ量θとして算出する。方位ずれ量θが正の値であれば、車体10は走行方向で右方向にずれていることになり、方位ずれ量θが負の値であれば、車体10は走行方向で左方向にずれていることになる。このようにして、微小走行単位で、位置ずれ量δと方位ずれ量θを算出して、操舵制御部510に与えることで、PIDまたはPI制御に基づいた操舵量が出力される。 FIG. 7 shows a state in which the vehicle body 10 is in the middle of turning, and the vehicle body 10 is displaced to the outside of the turning circle C and the vehicle body direction (vehicle body center line CL) is displaced to the right side with respect to the directional reference line PL. ing. The reference straight line calculation unit 59 obtains a linear formula connecting two points, the center P of the turning circle and the turning reference point VP, and calculates the reference straight line BL. The misalignment amount calculation unit 57 calculates the distance between two points d between the center P of the turning circle and the turning reference point VP, and calculates the misalignment amount δ by subtracting R from the distance d between the two points. In this subtraction, the positive and negative signs are taken into consideration, and if the subtraction value is negative, the vehicle body 10 is displaced inside the turning circle C, and if the subtraction value is positive, the vehicle body 10 turns. This means that the position is shifted to the outside of the circle C. The directional deviation amount calculation unit 58 calculates the angle (intersection angle) formed by the vehicle body center line CL and the directional reference line PL as the directional deviation amount θ. If the directional deviation amount θ is a positive value, the vehicle body 10 is displaced to the right in the traveling direction, and if the directional deviation amount θ is a negative value, the vehicle body 10 is displaced to the left in the traveling direction. It will be. In this way, the displacement amount δ and the azimuth deviation amount θ are calculated and given to the steering control unit 510 in minute traveling units, so that the steering amount based on the PID or PI control is output.

旋回走行における操舵量の算出手順の一例を以下に示す。
(1)自車位置算出部55から車体10の自車位置である旋回基準点VPの座標値(x、y)を取得する。
(2)基準直線BLの直線式を求める。
(3)旋回円Cの中心Pと旋回基準点VPとの間の長さである2点間距離dを求める。
(4)2点間距離dから旋回円半径Rを減算して、その値を位置ずれ量δとする。
(5)車体方位算出部56からの車体方位に基づいて車体中心線CLの直線式を求める。
(6)基準直線BLの直線式に基づいて、基準直線BLに垂直な方位基準線PLを算出し、車体中心線CLと方位基準線PLとがなす角度(交差角)を方位ずれ量θとして算出する。
(7)角度αから90°を減算して、その値を方位ずれ量θとする。
(8)位置ずれ量δと方位ずれ量θとから操舵量を算出する。
An example of the procedure for calculating the steering amount in turning is shown below.
(1) The coordinate values (x, y) of the turning reference point VP, which is the position of the vehicle body 10 of the vehicle body 10, are acquired from the vehicle position calculation unit 55.
(2) Obtain the linear equation of the reference straight line BL.
(3) The distance d between two points, which is the length between the center P of the turning circle C and the turning reference point VP, is obtained.
(4) The turning circle radius R is subtracted from the distance d between the two points, and the value is taken as the misalignment amount δ.
(5) The linear equation of the vehicle body center line CL is obtained based on the vehicle body orientation from the vehicle body orientation calculation unit 56.
(6) The directional reference line PL perpendicular to the reference straight line BL is calculated based on the linear equation of the reference straight line BL, and the angle (intersection angle) formed by the vehicle body center line CL and the directional reference line PL is set as the directional deviation amount θ. calculate.
(7) Subtract 90 ° from the angle α, and use that value as the azimuth deviation amount θ.
(8) The steering amount is calculated from the misalignment amount δ and the azimuth deviation amount θ.

なお、(3)、(4)に代えて、基準直線BLと旋回円Cとの交点が簡単に求められる場合には、求められた交点と基準点VPとの2点間距離を演算することで位置ずれ量δが得られる。また、基準点を通り基準直線に垂直な直線の直線式が簡単に求められる場合には、(6)に変えて、直接、車体中心線CLと基準直線BLとのなす角度(交差角)を求めて、当該角度から90°減算した値を方位ずれ量θとしてもよい。 If, instead of (3) and (4), the intersection of the reference straight line BL and the turning circle C can be easily obtained, the distance between the obtained intersection and the reference point VP should be calculated. The amount of misalignment δ can be obtained. If a straight line that passes through the reference point and is perpendicular to the reference straight line can be easily obtained, change to (6) and directly set the angle (intersection angle) between the vehicle body center line CL and the reference straight line BL. The value obtained by subtracting 90 ° from the angle may be used as the orientation deviation amount θ.

次に、旋回円を用いた自動操舵で旋回走行誤差が生じた場合の対処策を列挙する。
(A)図8は、設定された旋回円C(旋回円Cの半径がRとする)での旋回走行において、旋回終了時に位置ずれ量δが生じている状況を示している。このような旋回ずれが生じた原因として、「旋回開始時において車体10の方位がずれていた」、あるいは、「圃場の滑りなどにより実際の旋回半径が大きくなった」といった複数の原因が考えられるので、決定的な対策を講じることが困難である。この問題を解決するために、旋回開始時及び旋回終了時の実際の車体10の位置と方位とから、適正に旋回走行できる適正化旋回円Coを算出する。図8に示すように、旋回開始時の車体10の旋回基準点VPを通って車体中心線CLに垂直な直線K1と、旋回終了時の車体10の旋回基準点VPを通って車体中心線CLに垂直な直線K2との交点を求め、その交点を中心として、旋回開始時の車体10の旋回基準点VPと旋回終了時の車体10の旋回基準点VPとを通る円が適正化旋回円であり、半径Rcを有する。以降の旋回走行では、この適正化旋回円Coを設定することにより、旋回ずれの少ない旋回走行が期待できる。
Next, the measures to be taken when a turning running error occurs due to automatic steering using a turning circle are listed.
(A) FIG. 8 shows a situation in which a misalignment amount δ occurs at the end of turning in a turning running on a set turning circle C (the radius of the turning circle C is R). As the cause of such a turning deviation, there are considered to be multiple causes such as "the direction of the vehicle body 10 is shifted at the start of turning" or "the actual turning radius is increased due to slipping in the field or the like". Therefore, it is difficult to take decisive measures. In order to solve this problem, an optimized turning circle Co capable of appropriately turning is calculated from the actual positions and directions of the vehicle body 10 at the start and end of turning. As shown in FIG. 8, the straight line K1 passing through the turning reference point VP of the vehicle body 10 at the start of turning and perpendicular to the vehicle body center line CL and the vehicle body center line CL passing through the turning reference point VP of the vehicle body 10 at the end of turning. Find the intersection with the straight line K2 perpendicular to, and the circle passing through the turning reference point VP of the vehicle body 10 at the start of turning and the turning reference point VP of the vehicle body 10 at the end of turning is the optimized turning circle. Yes, it has a radius Rc. In the subsequent turning running, by setting this optimized turning circle Co, turning running with less turning deviation can be expected.

(B)図9は、設定された旋回円Cでの旋回走行で旋回走行誤差が生じた際に、この旋回走行誤差を次の旋回走行で考慮して、より旋回ずれの少ない旋回走行を実現しょうとする方策を示している。ここでは、最初の旋回走行で生じた位置ずれ量δを入力パラメータとして、その位置ずれ量δを解消するために必要な旋回開始点のずらし量ΔLを導出する関数:F(δ)が用いられる。このような関数F(δ)はシミュレーションや実験を通じて作成することができる。関数F(δ)によって導出されたずらし量ΔLで、次の旋回経路の旋回開始予定点Psを修正旋回開始点Pcにずらすことで、次の旋回走行における旋回ずれを少なくすることが期待される。 (B) FIG. 9 shows that when a turning running error occurs in the turning running in the set turning circle C, the turning running error is taken into consideration in the next turning running to realize a turning running with less turning deviation. It shows the strategy to try. Here, a function: F (δ) for deriving the shift amount ΔL of the turning start point required to eliminate the misalignment amount δ is used with the misalignment amount δ generated in the first turning run as an input parameter. .. Such a function F (δ) can be created through simulations and experiments. With the shift amount ΔL derived by the function F (δ), it is expected that the turning shift in the next turning run will be reduced by shifting the turning start point Ps of the next turning path to the modified turning start point Pc. ..

(C)図10では、図9で示された旋回ずれ改善策に類似する旋回ずれ改善策が示されている。ここでは、最初の旋回走行で生じた位置ずれ量δを入力パラメータとして、その位置ずれ量δを解消するために必要な旋回円の半径の調整量ΔRを導出する関数:G(δ)が用いられる。このような関数G(δ)もシミュレーションや実験を通じて作成することができる。次の旋回走行では、関数G(δ)によって導出された調整量ΔRで調整された半径Rcを有する適正化旋回円Coを旋回円Cに代えて用いる。その際、旋回円の中心Pも新たな中心P‘に移動する。この適正化旋回円Coを用いることで、旋回ずれを少なくすることが期待される。 (C) FIG. 10 shows a turning deviation improving measure similar to the turning deviation improving measure shown in FIG. Here, a function: G (δ) for deriving the adjustment amount ΔR of the radius of the turning circle required to eliminate the misalignment amount δ is used with the misalignment amount δ generated in the first turning run as an input parameter. Be done. Such a function G (δ) can also be created through simulations and experiments. In the next turning run, the optimized turning circle Co having the radius Rc adjusted by the adjustment amount ΔR derived by the function G (δ) is used instead of the turning circle C. At that time, the center P of the turning circle also moves to the new center P'. By using this optimized turning circle Co, it is expected that the turning deviation will be reduced.

(D)図11は、設定された旋回円Cでの旋回走行で旋回走行誤差が生じた際に、旋回開始時の車体10の方位ずれ量θsと、旋回終了時の車体10の方位ずれ量θeと、を用いて、次の旋回走行で設定される旋回円を調整して、より旋回ずれの少ない旋回走行を実現しょうとする方策を説明するものである。このため、ここでは、旋回開始時の方位ずれ量θs及び旋回開始時の方位ずれ量θeを入力パラメータとして、その旋回ずれを解消するために必要な旋回円Cの半径の調整量ΔRを導出する関数:J(θs,θe)が用いられる。このような関数J(θs,θe)もシミュレーションや実験を通じて作成することができる。次の旋回走行では、関数J(θs,θe)によって導出された調整量ΔRで調整された半径Rcを有する適正化旋回円Coを旋回円Cに代えて用いることで、旋回ずれを少なくすることが期待される。 (D) FIG. 11 shows the directional deviation amount θs of the vehicle body 10 at the start of turning and the directional deviation amount of the vehicle body 10 at the end of turning when a turning running error occurs in the turning running on the set turning circle C. This describes a measure for adjusting the turning circle set in the next turning running by using θe and, to realize turning running with less turning deviation. Therefore, here, the directional deviation amount θs at the start of turning and the directional deviation amount θe at the start of turning are used as input parameters, and the adjustment amount ΔR of the radius of the turning circle C required to eliminate the turning deviation is derived. Function: J (θs, θe) is used. Such a function J (θs, θe) can also be created through simulations and experiments. In the next turning run, the turning deviation is reduced by using the optimized turning circle Co having the radius Rc adjusted by the adjustment amount ΔR derived by the function J (θs, θe) instead of the turning circle C. There is expected.

(E)実際のコンバインの旋回軌跡に基づく旋回半径は、穀粒タンク14に貯留されている穀粒の量で変動することが経験的に知られている。このように、貯留穀粒量Vによって生じる旋回走行誤差は、貯留穀粒量Vによって半径を調整される旋回円を設定することで、改善することができる。このためには、貯留穀粒量Vを入力パラメータとして、旋回円の半径の調整量ΔRを導出する関数:H(V)が用いられる。その際、V=0の時の調整量ΔRを0とし、満量までの調整量を段階的に増加させると好適である。 (E) It is empirically known that the turning radius based on the turning trajectory of the actual combine varies depending on the amount of grains stored in the grain tank 14. As described above, the turning running error caused by the stored grain amount V can be improved by setting a turning circle whose radius is adjusted by the stored grain amount V. For this purpose, a function: H (V) for deriving the adjustment amount ΔR of the radius of the swirling circle is used with the stored grain amount V as an input parameter. At that time, it is preferable to set the adjustment amount ΔR when V = 0 to 0 and gradually increase the adjustment amount up to the full amount.

なお、上述した(A)から(E)の対処策において、旋回ずれが生じた旋回円と次に旋回走行する旋回円が同じ半径を有すると仮定していたが、もし半径が異なる旋回円に対して上述した方策を適用する場合には、予め作成しておいた半径の差を補正する補正係数テーブルを用いることで、そのような旋回円の半径の差による問題を解消することができる。 In the countermeasures (A) to (E) described above, it was assumed that the turning circle in which the turning deviation occurred and the turning circle to be turned next have the same radius, but if the turning circles have different radii. On the other hand, when the above-mentioned measures are applied, the problem due to the difference in radius of the swirling circle can be solved by using the correction coefficient table for correcting the difference in radius prepared in advance.

〔別実施の形態〕
(1)上述した実施形態では、旋回経路に用いられる旋回円は、圃場に対して走行経路作成アルゴリズムによって生成されるか、あるいは人為的に生成された走行経路に含まれており、走行時において、走行経路設定部54により、順次、目標走行経路として設定される。その際、旋回ずれの発生等に基づいて、旋回円の半径が自動的に変更される例も説明した。これに加えて、人為的に旋回円の半径を変更する構成を採用してもよい。例えば、半径の大きな旋回円(緩旋回用旋回円)が設定される「緩やかモード」と、半径が小さな旋回円(急旋回用旋回円)が選択される「高速モード」といった複数の旋回モードを選択できる人為操作具、を設けてもよい。「穏やかモード」が選択されると、極力圃場を荒らさない旋回が実現し、「高速モード」が選択されると、旋回走行の時間が短くなり、作業時間が短縮される。なお、実際の車体10の旋回半径は、左右のクローラ機構のクローラ速度の差、あるいは左右の駆動車輪の速度差によって決まってくるが、走行動力をクローラ機構や駆動車輪に伝達する油圧伝動機構における油圧を調整して、旋回半径を調整することも可能である。
[Another embodiment]
(1) In the above-described embodiment, the turning circle used for the turning path is included in the traveling path generated by the traveling route creation algorithm for the field or artificially generated, and is included in the traveling path during traveling. , The travel route setting unit 54 sequentially sets the target travel route. At that time, an example in which the radius of the turning circle is automatically changed based on the occurrence of turning deviation or the like has also been described. In addition to this, a configuration may be adopted in which the radius of the turning circle is artificially changed. For example, there are multiple turning modes such as "gentle mode" in which a turning circle with a large radius (turning circle for slow turning) is set and "high speed mode" in which a turning circle with a small radius (turning circle for sharp turning) is selected. An artificial operation tool that can be selected may be provided. When the "gentle mode" is selected, turning that does not disturb the field as much as possible is realized, and when the "high speed mode" is selected, the turning running time is shortened and the working time is shortened. The actual turning radius of the vehicle body 10 is determined by the difference in crawler speed between the left and right crawler mechanisms or the speed difference between the left and right drive wheels, but in the hydraulic transmission mechanism that transmits the traveling power to the crawler mechanism and the drive wheels. It is also possible to adjust the turning radius by adjusting the hydraulic pressure.

(2)上述した実施形態では、自車位置検出モジュール80として、衛星航法モジュール81と慣性航法モジュール82との組み合わせたものが用いられていたが、衛星航法モジュール81だけもよい。また、自車位置や車体方位を、カメラによる撮影画像に基づいて算出する方法を採用してもよい。 (2) In the above-described embodiment, the own vehicle position detection module 80 is a combination of the satellite navigation module 81 and the inertial navigation module 82, but only the satellite navigation module 81 may be used. Further, a method of calculating the position of the own vehicle and the direction of the vehicle body based on the image taken by the camera may be adopted.

(3)図6で示された各機能部は、主に説明目的で区分けされている。実際には、各機能部は他の機能部と統合してもよいし、または複数の機能部に分けてもよい。さらに、制御ユニット5に構築されている機能部のうち、走行モード管理部53、走行経路設定部54、位置ずれ量算出部57、方位ずれ量算出部58、基準直線算出部59のうちの全て、または一部が、制御ユニット5に接続可能な携帯型の通信端末2(タブレットコンピュータなど)に構築され、無線や車載LANを経由して制御ユニット5とデータ交換するような構成を採用してもよい。 (3) Each functional unit shown in FIG. 6 is divided mainly for the purpose of explanation. In practice, each functional unit may be integrated with other functional units or may be divided into a plurality of functional units. Further, among the functional units built in the control unit 5, all of the travel mode management unit 53, the travel route setting unit 54, the position deviation amount calculation unit 57, the orientation deviation amount calculation unit 58, and the reference straight line calculation unit 59. , Or a part of it is built on a portable communication terminal 2 (tablet computer, etc.) that can be connected to the control unit 5, and adopts a configuration that exchanges data with the control unit 5 via wireless or in-vehicle LAN. May be good.

なお、上述の実施形態(別実施形態を含む、以下同じ)で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、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。 It should be noted that the configuration disclosed in the above embodiment (including another embodiment, the same shall apply hereinafter) can be applied in combination with the configuration disclosed in other embodiments as long as there is no contradiction. , The embodiments disclosed in the present specification are examples, and the embodiments of the present invention are not limited thereto, and can be appropriately modified without departing from the object of the present invention.

本発明は、普通型のコンバインだけでなく、自脱型のコンバインにも適用可能である。また、トウモロコシ収穫機、ジャガイモ収穫機、ニンジン収穫機、サトウキビ収穫機等の種々の収穫機、田植機、トラクタなどの圃場作業車にも適用できる。さらには、芝刈機や建機などにも適用可能である。 The present invention is applicable not only to a normal type combine but also to a self-removing type combine. It can also be applied to various harvesters such as corn harvesters, potato harvesters, carrot harvesters and sugar cane harvesters, and field work vehicles such as rice transplanters and tractors. Furthermore, it can be applied to lawn mowers and construction machines.

5 :制御ユニット
10 :車体(走行車体)
11 :走行装置
51 :走行制御部
510 :操舵制御部
511 :手動走行制御部
512 :自動走行制御部
52 :作業制御部
53 :走行モード管理部
54 :走行経路設定部
55 :自車位置算出部
56 :車体方位算出部
57 :位置ずれ量算出部
58 :方位ずれ量算出部
59 :基準直線算出部
80 :自車位置検出モジュール
81 :衛星航法モジュール
82 :慣性航法モジュール
BL :基準直線
C :旋回円
CL :車体中心線
PL :方位基準線
R :旋回円の半径
VP :旋回基準点(基準点)
δ :位置ずれ量
θ :方位ずれ量
5: Control unit 10: Vehicle body (running vehicle body)
11: Travel device 51: Travel control unit 510: Steering control unit 511: Manual travel control unit 512: Automatic travel control unit 52: Work control unit 53: Travel mode management unit 54: Travel route setting unit 55: Own vehicle position calculation unit 56: Body direction calculation unit 57: Positional deviation amount calculation unit 58: Directional deviation amount calculation unit 59: Reference straight line calculation unit 80: Own vehicle position detection module 81: Satellite navigation module 82: Inertial navigation module BL: Reference straight line C: Turning Circle CL: Body center line PL: Direction reference line R: Turning circle radius VP: Turning reference point (reference point)
δ: Amount of misalignment θ: Amount of misalignment

Claims (7)

収穫した穀粒を貯留する貯留タンクを備えた作業車を、走行目標経路として設定された旋回円に沿って自動走行させる自動操舵システムであって、
前記作業車における基準点の位置を算出する基準点算出部と、
延び方向が異なる旋回前走行経路と旋回後走行経路とを所定の半径を有する円弧でつなぐように設定された前記旋回円の中心と前記基準点とを通る直線を基準直線として算出する基準直線算出部と、
前記基準直線と前記旋回円との交点から前記基準点までの距離を位置ずれ量として算出する位置ずれ量算出部と、
前記作業車の車体の向きを示す車体方位を算出する車体方位算出部と、
前記基準点を通り前記基準直線に垂直な線と前記車体方位との交差角を方位ずれ量として算出する方位ずれ量算出部と、
前記位置ずれ量と前記方位ずれ量とが小さくなる操舵量を出力する操舵制御部と、を備え、
前記作業車が前記旋回円を走行する前に当該旋回円の半径は前記貯留タンクにおける貯留穀粒量によって調整される自動操舵システム。
It is an automatic steering system that automatically drives a work vehicle equipped with a storage tank for storing harvested grains along a turning circle set as a travel target route .
A reference point calculation unit that calculates the position of the reference point in the work vehicle,
A reference straight line calculation that calculates a straight line passing through the center of the turning circle and the reference point, which is set to connect the pre-turning path and the post-turning path having different extension directions with an arc having a predetermined radius. Department and
A misalignment amount calculation unit that calculates the distance from the intersection of the reference straight line and the swivel circle to the reference point as the misalignment amount.
A vehicle body orientation calculation unit that calculates the vehicle body orientation indicating the orientation of the vehicle body of the work platform, and
An orientation deviation amount calculation unit that calculates the intersection angle between the line passing through the reference point and perpendicular to the reference straight line and the vehicle body orientation as the orientation deviation amount.
A steering control unit that outputs a steering amount that reduces the misalignment amount and the azimuth deviation amount is provided.
An automatic steering system in which the radius of the turning circle is adjusted by the amount of grains stored in the storage tank before the working vehicle travels on the turning circle.
前記位置ずれ量算出部は、前記基準直線における前記旋回円の中心と前記基準点との間の長さから前記旋回円の半径を減算することで前記距離を算出する請求項1に記載の自動操舵システム。 The automatic method according to claim 1, wherein the misalignment amount calculation unit calculates the distance by subtracting the radius of the turning circle from the length between the center of the turning circle and the reference point in the reference straight line. Steering system. 前記操舵制御部は、現在の操舵量と前記位置ずれ量と前記方位ずれ量とを入力パラメータとして、PID制御方式またはPI制御方式で前記操舵量を演算して出力する請求項1または2に記載の自動操舵システム。 The steering control unit according to claim 1 or 2, wherein the steering control unit calculates and outputs the steering amount by a PID control method or a PI control method using the current steering amount, the position deviation amount, and the orientation deviation amount as input parameters. Automatic steering system. 記旋回円として、急旋回用旋回円と緩旋回用旋回円が選択可能に用意されている請求項1から3のいずれか一項に記載の自動操舵システム。 The automatic steering system according to any one of claims 1 to 3, wherein a sharp turning circle and a slow turning circle are selectively prepared as the turning circle. 前回の旋回走行での旋回走行誤差に基づいて、次の旋回走行で設定される旋回円の半径が調整される請求項1から4のいずれか一項に記載の自動操舵システム。 The automatic steering system according to any one of claims 1 to 4, wherein the radius of the turning circle set in the next turning run is adjusted based on the turning running error in the previous turning run. 前記旋回円の半径の調整は、前記貯留穀粒量:Vを入力変数として、前記旋回円の半径の調整量を導出するように予め設定された関数:H(V)が用いられる請求項1から5のいずれか一項に記載の自動操舵システム。 The adjustment of the radius of the swirling circle uses a function: H (V) preset so as to derive the adjustment amount of the radius of the swirling circle with the stored grain amount: V as an input variable. The automatic steering system according to any one of 5 to 5. 前記関数:H(V)は、前記貯留穀粒量:Vの増加に応じて段階的に増加する増加関数である請求項6に記載の自動操舵システム。 The automatic steering system according to claim 6, wherein the function: H (V) is an increasing function that gradually increases with an increase in the amount of stored grains: V.
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