JP7034589B2

JP7034589B2 - 作業車両の経路生成システム

Info

Publication number: JP7034589B2
Application number: JP2016256348A
Authority: JP
Inventors: 仁佐村木; 敏史平松
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2016-12-28
Filing date: 2016-12-28
Publication date: 2022-03-14
Anticipated expiration: 2036-12-28
Also published as: JP2018108034A

Description

本発明は、圃場内で予め生成された経路に沿って作業車両が作業している途中に、当該圃場内に作業車両を追加する際に、それぞれの作業車両に対して経路を再生成するシステムに関する。

従来、無人作業車と有人作業車とで一つの圃場内で協調して作業を行う技術が公知である。例えば、特許文献１に記載の技術では、単純な作業経路となる中央作業地では無人作業車を先行させ、複雑な走行経路となる枕地では有人作業車によって無人作業車を先導している。これにより、有人作業車と無人作業車とを効果的に連係させる協調制御システムを実現している。

特開２０１６－３１６４９号公報

作業効率化の観点から、一台の作業車両が圃場内で作業をしている途中に、他の圃場での作業を終えた別の作業車両が当該圃場での作業を手伝う場合がある。従来は、圃場内での作業中に作業車両が増えるような状況を考慮したものはなかったため、柔軟に対応することは難しかった。

本発明は、作業車両が圃場内で所定の経路に沿って作業を行っている途中に、他の圃場から作業車両が応援に来ることで、圃場内に作業車両が追加される場合に、複数の作業車両で未作業領域を分配し、それぞれの経路を再生成することで、車両資源を有効活用して作業効率を向上することができる技術を提供することを課題とする。

自律走行可能な作業車両が自律走行するための経路を生成する経路生成部を備える経路生成システムであって、前記経路生成部は、圃場内で前記経路生成部によって予め生成された前記圃場の中心側に向かって一方向に旋回しながら走行する経路に沿って一の作業車両が作業している途中に、当該圃場内に他の作業車両を追加する際に、前記一の作業車両による作業が行われていない未作業領域を決定し、決定された未作業領域を前記一の作業車両と前記他の作業車両に分配して、それぞれの前記作業車両に対して自律走行するための前記圃場の中心側に向かって一方向に旋回しながら走行する経路を再生成し、それぞれの前記作業車両が再生成した経路を自律走行している際に、前記一の作業車両と前記他の作業車両のうち一方の作業車両が経路から離脱した場合は、他方の作業車両に対して新たな経路を再生成する。

前記一の作業車両と他の作業車両は、近距離通信によって互いに通信可能に構成され、前記近距離通信を用いて、再生成された経路を両作業車両の夫々が走行する際に、両作業車両の異常接近を回避するように、各作業車両の走行を制御する。

本発明によれば、圃場内で所定の経路に沿って作業を行っている作業車両、及び、他の圃場から応援に来る作業車両の複数の作業車両で残りの未作業領域を分配し、経路を再生成して分散作業を行わせることで、自律走行可能な作業車両の利用率を高め、作業効率を向上できる。

圃場内で先行して作業を行うコンバインの側面図。コンバインの制御ブロック図。圃場内に追加されるコンバインの側面図。コンバインの制御ブロック図。経路生成システムのブロック図。圃場内で先行して作業を行うコンバインの経路を示す図。圃場にコンバインを追加した際、各コンバインに対して再生成された経路を示す図。圃場から何れかのコンバインが離脱した際、残りのコンバインに対して再生成された経路を示す図。

図１から図４を参照して、作業車両としてコンバインを例にした場合の実施形態について説明する。図１は、圃場内で先行して作業を行う作業車両としてのコンバイン１の全体構成を示す側面図である。図２は、コンバイン１の制御構成を示すブロック図である。図３は、圃場内に追加される作業車両としてのコンバイン１００の全体構成を示す側面図である。図４は、コンバイン１００の制御構成を示すブロック図である。なお、以下の説明では、コンバイン１・１００は、自律して走行及び作業が可能なコンバイン（自律型コンバイン）として取り扱う。

コンバイン１は、自脱形コンバインである。コンバイン１は、走行部２、刈取部３、脱穀部４、選別部５、貯留部６、排藁処理部７、動力部８、及び、操縦部９を備える。

コンバイン１は、走行部２によって走行しつつ、刈取部３によって刈り取った穀稈を脱穀部４で脱穀し、選別部５で穀粒を選別して貯留部６のグレンタンク１１に貯える。グレンタンク１１に貯えられる穀粒は、排出オーガ１２によって排出される。また、脱穀後の排藁は排藁処理部７によって処理される。動力部８のエンジン１３から、これら走行部２、刈取部３、脱穀部４、選別部５、貯留部６、排藁処理部７に動力が供給される。操縦部９は、運転席１４やステアリングハンドル１５等の運転操作具を内装するキャビン１６を備える。

コンバイン１は、測位衛星からの信号を受信して測位する測位ユニット２０を備える。測位ユニット２０は、移動局となる移動通信機２１、移動ＧＰＳアンテナ２２、データ受信アンテナ２３と、を備える。移動ＧＰＳアンテナ２２及びデータ受信アンテナ２３は、キャビン１６に配置されている。一方、基準局となる固定通信機３１、固定ＧＰＳアンテナ３２、データ送信アンテナ３３と、が所定位置に配置されている。つまり、コンバイン１は、ＲＴＫ－ＧＰＳ測位方式を用いて位置情報を取得している。

コンバイン１の制御装置４０は、ＣＰＵ等のマイクロコンピュータからなる処理部４１と、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクドライブ、フラッシュメモリ等の記憶部４２とを有している。処理部４１は、ＲＯＭに格納されているプログラム等をＲＡＭ上に読み出したうえで、これを実行することができる。記憶部４２には、グレンタンク１１の容量、刈取部３の幅等のコンバイン１の各諸元情報が記憶されている。

制御装置４０は、制御プログラムを処理部４１が実行することにより、各種構成要素の作動制御を行う。具体的には、通信時における情報の送受信、各種の入出力制御及び演算処理の制御等を行う。また、制御装置４０は、外部とのデータ通信用の通信部４３を備える。制御装置４０は、通信部４３を通じて、他の作業車両（コンバイン１００、収穫物を搬送するトラック等）、携帯端末等の外部構成と通信可能である。

コンバイン１は、制御装置４０の入力側の構成として、測位ユニット２０、エンジン１３の回転数を検出するエンジン回転数センサ５１、コンバイン１の走行速度を検出する走行速度センサ５２、コンバイン１の機体の変位情報として３方向の加速度を検出するジャイロセンサ５３、コンバイン１の進行方向を検出する方位センサ５４、ステアリングハンドル１５の回動角を検出するステアリングセンサ５５、グレンタンク１１に貯留される穀粒の量を検出する穀粒センサ５６を備える。

制御装置４０の出力側の構成は、走行部２、刈取部３、脱穀部４、選別部５、貯留部６、排藁処理部７、動力部８、操縦部９であり、入力される測位ユニット２０からの位置情報及び各種センサによって検出される運転状況（例えばエンジン１３の運転状態、機体の姿勢方位、グレンタンク１１の容量残量等）に基づいて、適宜これらを制御する。このようにして、コンバイン１は、所定の経路に沿って自律的に走行及び作業を実行するように制御されている。

コンバイン１００は、普通形コンバインである。コンバイン１００は、走行部１０２、刈取部１０３、脱穀部１０４、選別部１０５、貯留部１０６、排藁処理部１０７、動力部１０８、及び、操縦部１０９を備える。

コンバイン１００は、走行部１０２によって走行しつつ、刈取部１０３によって刈り取った穀稈を脱穀部１０４で脱穀し、選別部１０５で穀粒を選別して貯留部１０６のグレンタンク１１１に貯える。グレンタンク１１１に貯えられる穀粒は、排出オーガ１１２によって排出される。また、脱穀後の排藁は排藁処理部１０７によって処理される。動力部１０８のエンジン１１３から、これら走行部１０２、刈取部１０３、脱穀部１０４、選別部１０５、貯留部１０６、排藁処理部１０７に動力が供給される。操縦部１０９は、運転席１１４やステアリングハンドル１１５等の運転操作具を内装するキャビン１１６を備える。

コンバイン１００は、測位衛星からの信号を受信して測位する測位ユニット１２０を備える。測位ユニット１２０は、移動局となる移動通信機１２１、移動ＧＰＳアンテナ１２２、データ受信アンテナ１２３と、を備える。移動ＧＰＳアンテナ１２２及びデータ受信アンテナ１２３は、キャビン１１６に配置されている。測位ユニット１２０は、基準局として配置されている固定通信機３１、固定ＧＰＳアンテナ３２、データ送信アンテナ３３と、の間で相対測位を行う。つまり、コンバイン１００も同様に、ＲＴＫ－ＧＰＳ測位方式を用いて位置情報を取得している。

コンバイン１００の制御装置１４０は、ＣＰＵ等のマイクロコンピュータからなる処理部１４１と、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクドライブ、フラッシュメモリ等の記憶部１４２とを有している。処理部１４１は、ＲＯＭに格納されているプログラム等をＲＡＭ上に読み出したうえで、これを実行することができる。記憶部１４２には、グレンタンク１１１の容量、刈取部１０３の幅等のコンバイン１００の各諸元情報が記憶されている。

制御装置１４０は、制御プログラムを処理部１４１が実行することにより、各種構成要素の作動制御を行う。具体的には、通信時における情報の送受信、各種の入出力制御及び演算処理の制御等を行う。また、制御装置１４０は、外部とのデータ通信用の通信部１４３を備える。制御装置１４０は、通信部１４３を通じて、他の作業車両（コンバイン１、収穫物を搬送するトラック等）、携帯端末等の外部構成と通信可能である。

コンバイン１００は、制御装置１４０の入力側の構成として、測位ユニット１２０、エンジン１１３の回転数を検出するエンジン回転数センサ１５１、コンバイン１００の走行速度を検出する走行速度センサ１５２、コンバイン１００の機体の変位情報として３方向の加速度を検出するジャイロセンサ１５３、コンバイン１００の進行方向を検出する方位センサ１５４、ステアリングハンドル１１５の回動角を検出するステアリングセンサ１５５、グレンタンク１１１に貯留される穀粒の量を検出する穀粒センサ１５６を備える。

制御装置１４０の出力側の構成は、走行部１０２、刈取部１０３、脱穀部１０４、選別部１０５、貯留部１０６、排藁処理部１０７、動力部１０８であり、入力される測位ユニット１２０からの位置情報及び各種センサによって検出される運転状況（例えばエンジン１１３の運転状態、機体の姿勢方位、グレンタンク１１１の容量残量等）に基づいて、適宜これらを制御する。このようにして、コンバイン１００は、所定の経路に沿って自律的に走行及び作業を実行するように制御されている。

以下、図５から図７を参照して、作業車両の経路を生成する経路生成システム、及び、圃場内で先行して作業を行うコンバイン１に対して生成された初期経路Ｐ１、圃場内にコンバイン１００が追加される際に、コンバイン１・１００に対して再生成される経路Ｐ２・Ｐ３を例にとって、経路の再生成について説明する。

図５に示すように、経路生成システム２００は、経路生成部２０１と、通信部２０２と、を備える。本実施形態では、経路生成システム２００は、タブレット２０５に含まれている。つまり、タブレット２０５は、圃場を走行して作業する際の経路を生成する経路生成部２０１の機能を有するアプリケーションソフトと、圃場内で作業を行う作業車両と通信する通信部２０２の機能を有する通信手段（無線ＬＡＮ）と、を備えることで経路生成システム２００として機能する。

タブレット２０５は、無人作業を実行するコンバイン１及びコンバイン１００の外部に設けられる携帯端末であり、コンバイン１・１００を制御するアプリケーションソフトがインストールされている。タブレット２０５は、コンバイン１の通信部４３及びコンバイン１００の通信部１４３と通信することで、コンバイン１・１００の位置情報及び運転状況を取得し、表示することができる。また、タブレット２０５は、制御装置４０・１４０に制御信号を送信してコンバイン１・１００を操作することができる。つまり、圃場外のオペレータによりタブレット２０５を操作することで、コンバイン１及びコンバイン１００に対して、走行速度の変更や緊急停止、穀粒排出等の各種操作を実行可能に構成されている。

経路生成部２０１は、作業領域となる圃場に関する情報（圃場情報Ｆ）を記憶している。通信部２０２は、作業車両（本実施形態ではコンバイン１・１００）に搭載される通信部（通信部４３・１４３）と通信可能に構成されている。通信部２０２は、通信部を通じて各作業車両の諸元に関する車両情報及び運転状況に関する情報を取得する。経路生成部２０１は、圃場情報Ｆ、各作業車両の諸元に関する車両情報及び運転状況に関する情報に基づいて経路Ｐを生成する。

圃場情報Ｆは、マップ状に構成されている。圃場情報Ｆとして、作業範囲となる圃場の外周の位置情報（地図情報）が予め設定されている。例えば、オペレータが事前に目視によって圃場を確認すること、又は、衛星写真やドローン等による航空写真を活用することによってデータ化された地図上に圃場端を登録することで圃場の外周が設定される。また、圃場情報Ｆは、圃場への出入り口となる傾斜路ＳＬａ・ＳＬｂ・ＳＬｃの位置情報及び傾斜角の情報、並びに、圃場内の傾斜に関する情報を含んでいる。つまり、圃場情報Ｆは、三次元の地図情報によって構成されている。

経路生成部２０１は、まず、図６に示すように、コンバイン１に対して圃場全体の作業を行うための経路Ｐ１を生成する。経路Ｐ１は、圃場情報Ｆとしての地図情報に対応している。経路Ｐ１は、始点Ｓ１から傾斜路ＳＬａを通って圃場に進入し、直進状に走行しつつ、圃場の中心に向かって左に旋回しながら圃場全体を終点Ｅ１まで走行して、傾斜路ＳＬｃに退出する経路である。

このように、経路生成部２０１によって生成された経路Ｐ１は、通信部２０２からコンバイン１の通信部４３に送信される。そして、コンバイン１は、制御装置４０によって、経路Ｐ１に沿って自律的に走行及び作業を実行するように制御される。

次に、コンバイン１が経路Ｐ１に沿って走行及び作業を行い、地点Ｒ１に到達したタイミングで、圃場にコンバイン１００を追加する場合、経路生成部２０１は、図７に示すように、経路Ｐ１の残りから圃場内の未作業領域を決定し、未作業領域に対してコンバイン１の新たな経路Ｐ２とコンバイン１００の経路Ｐ３を生成する。つまり、未作業領域についてコンバイン１とコンバイン１００で分配して、経路を再生成することで分散作業を行わせる。

この際、経路生成部２０１は、通信部２０２を通じてコンバイン１・１００の車両情報及び運転状況に関する情報、並びに、コンバイン１・１００の位置情報を取得し、これらの情報に基づいて、未作業領域に対して二台のコンバインで作業を行う際に最適となるように経路Ｐ２・Ｐ３を生成する。

例えば、経路Ｐ２は、経路Ｐ１上の地点Ｒ１を始点Ｓ２とし、経路Ｐ１における地点Ｒ１の中心側のラインを一つ飛ばしで圃場の中心に向かって左に旋回しながら終点Ｅ２に向かう経路である。また、経路Ｐ３は、経路Ｐ１の始点Ｓ１に最も近い未作業領域の角部を始点Ｓ３とし、経路Ｐ２の進行方向に対して左側を圃場の中心に向かって左に旋回しながら終点Ｅ３に向かう経路である。

このように生成された経路Ｐ２をコンバイン１に、経路Ｐ３をコンバイン１００にそれぞれ送信する。これにより、コンバイン１は、制御装置４０により、経路Ｐ２に沿って走行及び作業を行うよう制御され、コンバイン１００は、制御装置１４０により、経路Ｐ３に沿って走行及び作業を行うよう制御される。

コンバイン１が経路Ｐ２を進み、コンバイン１００が経路Ｐ３を進む際に、走行速度の違い、旋回に掛かる時間等に起因して、両者が近い距離で作業を行う状況が生じ得る。本実施形態では、コンバイン１とコンバイン１００が通信部４３・１４３を通じて近距離（ＰｔｏＰ）通信を行い、互いの位置情報及び走行速度に応じた近接想定地点までに要する時間情報を共有する。近距離通信を用いた具体的な例としては、設定された経路上での機体の一時停止や加減速といった操向制御を行うことが挙げられる。例えば、到達時間の長い方の走行速度を落として他方を先に進めることでニアミスを回避することができる。

また、近距離通信によって、互いの諸元情報や運転状況を共有し、その情報に基づいた操向制御を行うこともできる。例えば、一方の機体のグレンタンク容量残量が少なくなり、穀粒を排出する際に、他方の機体を一時停止させて通過させたり、他方の機体を加速させて先に通過させたりすることができる。つまり、近距離通信を用いることで、予め設定された経路上で互いの機体同士でその都度最適となる走行形態を実現することが可能である。

以下、図８を参照して、コンバイン１・１００の何れかが圃場から離脱する場合の経路の再生成について説明する。例えば、コンバイン１００のグレンタンク１１１が満杯になったことで、作業を中断して穀粒を排出する必要が出た場合が考えられる。なお、このような場合は、コンバイン１００が自身で作業を中断して穀粒を排出することを決定しても良いし、その旨をタブレット２０５に表示させてオペレータに通知し、オペレータによってコンバイン１００に指示を出しても良い。

コンバイン１００の離脱を受けて、経路生成部２０１は、コンバイン１に対して新たな経路Ｐ４を再生成する。経路Ｐ４は、経路Ｐ１・Ｐ２・Ｐ３の残りの未作業領域に対して設定される。例えば、経路Ｐ４は、コンバイン１００が離脱した時のコンバイン１の位置を始点Ｓ４とし、一旦、経路Ｐ２の終点Ｅ２まで行き、コンバイン１００が離脱した地点から経路Ｐ３の残りを引き継ぎ、終点Ｅ３を終点Ｅ４とする経路である。また、経路Ｐ４の終点Ｅ４に到達する前に穀粒を排出したコンバイン１００が作業に戻る場合は、同様に未作業領域に対してコンバイン１・１００の二台分の経路を再生成して、分散作業を実行させても良い。

なお、コンバイン１のグレンタンク１１又はコンバイン１００のグレンタンク１１１に貯留される穀粒の容量が満杯に近づいたことを穀粒センサ５６・１５６で検出することで、穀粒を運搬するトラックの近くで停止させることも可能である。この際、グレンタンク１１（１１１）の残り容量と次の周回によって収穫する穀粒の量（例えば、収穫した穀粒の量を走行距離で割ることで単位距離当たりの収穫量を算出し、周回にかかる距離を地図情報等から決定し、次の周回で収穫する穀粒の予想量を求めることができる）を比較することで、効率良く穀粒を排出し、作業性を向上することができる。

以上のように、本実施形態の経路生成システム２００は、圃場内で作業する作業車両として、経路Ｐ１に沿って先行して自律作業を行っているコンバイン１に、圃場外からのコンバイン１００を途中で加えて複数台とし、未作業領域を複数のコンバイン１・１００に分配して経路Ｐ２・Ｐ３を生成するものである。これにより、車両資源を最大限に活用して作業車両の利用率を高め、作業効率を向上することができる。

以上の実施形態では、タブレット２０５に経路生成システム２００の機能を持たせたが、コンバイン１の制御装置４０に経路生成システム２００の機能を持たせても良い。

以上の実施形態では、コンバイン１及びコンバイン１００を無人の自律型コンバインとしているが、特定の圃場内で作業を行う作業車両の台数の増減を受けて、その都度それぞれに最適な経路を再生成するという技術思想に基づいていれば、何れか一方又は両方を有人のコンバインとしても良い。特に、マニュアル運転の作業車両を導入する場合は、緊急の操作能力を期待できるとともに、再生成される経路を利用することで運転者の負荷を減らすこともできる。

以上の実施形態では、コンバイン１を自脱形コンバインとし、コンバイン１００を普通形コンバインとしているが、これらに限定されることはない。また、実施形態では、コンバイン１００を一台追加して、コンバイン１と合わせて二台としているが、圃場内に追加される作業車両の数はこれに限定されることはない。

以上の実施形態では、一つの圃場に対して作業を行う場合について例示しているが、圃場の数や規模、形状等、作業対象となる圃場の条件は、これに限定されるものではない。例えば、畦等で分離された小規模の複数圃場について適用する場合、圃場間の走行経路を含めた経路の再生成を行うことも可能である。

以上の実施形態では、作業車両（コンバイン１・１００）の測位システムとしてＲＴＫ－ＧＰＳ測位方式を採用したが、これに限らず、ＧＰＳ測位、ＧＮＳＳ測位等他の測位方式を採用しても良い。

以上の実施形態では、作業車両として刈取作業を行うコンバインを例にとって説明したが、作業車両としてはこれに限らず、耕耘作業を行うトラクタや田植えを行う田植機等、圃場内で所定の経路に沿って作業を行う他の作業車両についても同様の思想を適用することができる。

１：コンバイン（一の作業車両）、４０：制御装置、４３：通信部、１００：コンバイン（他の作業車両）、１４０：制御装置、１４３：通信部、２００：経路生成システム、２０１：経路生成部、２０２：通信部、２０５：タブレット、Ｐ１・Ｐ２・Ｐ３・Ｐ４：経路

Claims

自律走行可能な作業車両が自律走行するための経路を生成する経路生成部を備える経路生成システムであって、
前記経路生成部は、
圃場内で前記経路生成部によって予め生成された前記圃場の中心側に向かって一方向に旋回しながら走行する経路に沿って一の作業車両が作業している途中に、当該圃場内に他の作業車両を追加する際に、前記一の作業車両による作業が行われていない未作業領域を決定し、
決定された未作業領域を前記一の作業車両と前記他の作業車両に分配して、それぞれの前記作業車両に対して自律走行するための前記圃場の中心側に向かって一方向に旋回しながら走行する経路を再生成し、
それぞれの前記作業車両が再生成した経路を自律走行している際に、前記一の作業車両と前記他の作業車両のうち一方の作業車両が経路から離脱した場合は、他方の作業車両に対して新たな経路を再生成する
ことを特徴とする作業車両の経路生成システム。
前記一の作業車両と他の作業車両は、近距離通信によって互いに通信可能に構成され、
前記近距離通信を用いて、再生成された経路を両作業車両の夫々が走行する際に、両作業車両の異常接近を回避するように、各作業車両の走行を制御する
請求項１に記載の経路生成システム。