JP7069256B2 - Self-driving work vehicle - Google Patents
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Description
本発明は、作業装置を装備した車体を備え、走行経路に沿って作業走行する自動走行作業車に関する。 The present invention relates to an automatic traveling work vehicle provided with a vehicle body equipped with a working device and traveling along a traveling path.
自動走行作業車は、走行時に衝突可能性のある障害物を非接触で検出する障害物センサを備えている。この障害物センサが障害物を検出すると、障害物との衝突を回避するために回避操舵や緊急停車が行われる。 The autonomous driving vehicle is equipped with an obstacle sensor that non-contactly detects obstacles that may collide during driving. When the obstacle sensor detects an obstacle, avoidance steering or emergency stop is performed to avoid a collision with the obstacle.
特許文献1には、走行区間に応じて、障害物センサのための適切な検出エリアを設定し、障害物センサによって検出された障害物がこの検出エリア内であれば、障害物検出とみなす無人搬送車が開示されている。この検出エリアは、工場等に予め決められている走行経路の周辺に位置する壁や固定構造物を障害物として検出することを回避するために、壁や固定構造物の境界線がこの検出エリアから外れるように、走行区間単位で設定される。
In
特許文献2には、障害物センサと、障害物センサの感度を調整する感度調整手段とを設け、障害物センサの感度を、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調整する自律走行作業車両が開示されている。具体的には、畦によって周囲と境界付けられた圃場のような作業エリアを走行する場合、障害物センサの感度を、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調整し、圃場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。これにより、圃場端に向かって走行しているときに、作業エリア外の畦に立っている補助者等を障害物として検出し、自動走行が停止されてしまうという不都合を回避している。 Patent Document 2 provides an obstacle sensor and a sensitivity adjusting means for adjusting the sensitivity of the obstacle sensor, and adjusts the sensitivity of the obstacle sensor so as to be high in the setting work area and low outside the setting work area. An autonomous traveling work vehicle is disclosed. Specifically, when traveling in a work area such as a field bordered by ridges, the sensitivity of the obstacle sensor is adjusted so that it is high inside the work area and low outside the set work area. When traveling inside, even a small obstacle reacts sensitively to alert the operator, and when detecting outside the field, even if there is an obstacle, it is not detected. As a result, when traveling toward the edge of the field, an assistant standing on a ridge outside the work area is detected as an obstacle, and the inconvenience that automatic driving is stopped is avoided.
車体に作業装置を装備した自動走行作業車には、大きさの異なる作業装置を装備するものや、車体の走行速度が作業走行中に変動するものがある。このため、障害物センサによって障害物が検出されるべき適切な領域が、作業装置の状態や車体の状態に依存して、変更されることが好ましい。しかしながら、特許文献1や特許文献2に基づく自動走行作業車では、作業対象となる作業地に対する作業走行の前に、障害物センサの障害物検出領域が、作業地に対する作業車の位置関係だけで予め決定されている。このため、作業装置の状態や車体の状態に応じて、臨機応変に障害物検出領域を変更させることは考慮されていない。
Some automatic traveling work vehicles equipped with a work device on the vehicle body are equipped with work devices of different sizes, and some are equipped with a work device of different sizes, and the traveling speed of the vehicle body fluctuates during work travel. Therefore, it is preferable that the appropriate area where the obstacle should be detected by the obstacle sensor is changed depending on the state of the working device and the state of the vehicle body. However, in the automatic traveling work vehicle based on
このような実情に鑑みて、作業装置の状態や車体の状態に応じて、臨機応変に障害物センサのための障害物検出領域を変更させる自動走行作業車が要望されている。 In view of such circumstances, there is a demand for an automatic traveling work vehicle that flexibly changes the obstacle detection area for the obstacle sensor according to the state of the work device and the state of the vehicle body.
本発明による、走行経路に沿って作業走行する自動走行作業車は、作業装置を装備した車体と、作業走行を制御する作業走行制御部と、走行の障害となる障害物を検出する1つ以上の障害物センサと、前記障害物センサからのセンサ信号に基づいて障害物検出領域内に存在する障害物を検出する障害物検出部と、前記作業装置の外形情報横幅を含む作業走行状態情報に基づいて前記障害物検出領域を決定する障害物検出領域決定部と、を備える。また、作業走行状態を検出する作業走行状態検出センサ群を備え、前記作業走行状態情報は、前記作業走行状態検出センサ群の検出結果に基づいて算定される。
なお、この出願で用いられている「作業走行」という語句には、走行しながら作業を行うこと、走行のみを行うこと、作業のみを行うこと、これらのうち少なくとも1つが行われている状態、さらにはそのような作業走行の一時的な停止状態が含まれている。
According to the present invention, an automatic traveling work vehicle that travels along a traveling route includes a vehicle body equipped with a working device, a working traveling control unit that controls the working traveling, and one or more that detect obstacles that hinder the traveling. Obstacle sensor, obstacle detection unit that detects obstacles existing in the obstacle detection area based on the sensor signal from the obstacle sensor, and work running state information including the outer shape information width of the work device. An obstacle detection area determination unit for determining the obstacle detection area based on the above is provided. Further, the work running state detection sensor group for detecting the working running state is provided, and the working running state information is calculated based on the detection result of the working running state detection sensor group .
In addition, the phrase "working run" used in this application includes working while running, only running, and only work, in which at least one of these is performed. Further, such a temporary stop state of work running is included.
この構成によれば、作業装置や車体の状態を検出している作業走行状態検出センサ群によって検出された作業走行状態に基づいて、障害物センサが障害物を検出する障害物検出領域が決定される。したがって、障害物検出領域は、作業装置の状態や車体の状態に応じて、臨機応変に変更することができる。作業走行の前でも、作業走行中でも、その時の作業装置や車体の状態に適した障害物検出領域で障害物を検出することができる。 According to this configuration, an obstacle detection area in which the obstacle sensor detects an obstacle is determined based on the working running state detected by the working running state detection sensor group that detects the state of the working device or the vehicle body. To. Therefore, the obstacle detection area can be flexibly changed according to the state of the working device and the state of the vehicle body. Obstacles can be detected in the obstacle detection area suitable for the state of the work device and the vehicle body at that time, both before the work run and during the work run.
作業車の走行障害となる障害物を検出する際、作業車の進行方向に直交する車体横断方向の幅(横幅)が重要となるが、車体に装備される作業装置の横幅は、作業効率を高めるため、車体の横幅より大きいことが多い。作業装置の横幅が、作業地の特徴によって変更されるものや、さらには、作業走行中に変更されるものもある。したがって、本発明の好適な実施形態の1つでは、前記作業走行状態は、前記車体の進行方向に直交する車体横断方向での前記作業装置の横幅であり、作業走行状態検出センサ群によって検出される作業装置の横幅に応じて障害物検出領域が変更される。これにより、車体に横幅の異なる種々の作業装置を選択的に装備しても、適切な障害物検出領域を設定して、障害物検出を行うことができる。もちろん、作業装置の横幅が、車体幅より狭い場合、作業装置の横幅は車体幅とみなされる。 When detecting obstacles that hinder the running of the work vehicle, the width (width) in the vehicle body crossing direction orthogonal to the traveling direction of the work vehicle is important, but the width of the work device installed in the vehicle body improves work efficiency. In order to increase it, it is often larger than the width of the car body. In some cases, the width of the work equipment is changed depending on the characteristics of the work place, and in some cases, the width is changed during the work run. Therefore, in one of the preferred embodiments of the present invention, the working running state is the lateral width of the working device in the vehicle body transverse direction orthogonal to the traveling direction of the vehicle body, and is detected by the working running state detection sensor group. The obstacle detection area is changed according to the width of the work equipment. As a result, even if the vehicle body is selectively equipped with various work devices having different widths, it is possible to set an appropriate obstacle detection area and perform obstacle detection. Of course, when the width of the working device is narrower than the width of the vehicle body, the width of the working device is regarded as the width of the vehicle body.
選択的に使用する作業装置が決まっている場合、その作業装置の横幅を予め登録しておき、装着された作業装置の種別から当該作業装置の横幅を導出することができる構成が好都合である。装着された作業装置の種別は、IDコードなどを用いた認識方法で、簡単に得ることができる。このことから、本発明の好適な実施形態の1つでは、前記作業装置の種別を認識する認識部が備えられ、前記認識部は、認識された種別から当該作業装置の横幅を前記作業走行状態として障害物検出領域決定部に与えるように構成されている。 When the work device to be selectively used is determined, it is convenient to register the width of the work device in advance and derive the width of the work device from the type of the mounted work device. The type of the mounted work device can be easily obtained by a recognition method using an ID code or the like. For this reason, in one of the preferred embodiments of the present invention, a recognition unit that recognizes the type of the work device is provided, and the recognition unit sets the width of the work device from the recognized type to the work running state. It is configured to be given to the obstacle detection area determination unit.
作業装置の横幅が不明な場合は、ユーザが作業装置の横幅、特に車体の右端及び左端から突き出す長さを仕様書等から見つけるか、あるいは直接測定し、その長さを人為的に入力する必要がある。このようなケースに備えて、本発明の好適な実施形態の1つでは、前記作業装置の横幅がユーザによって人為的に入力され、入力された前記作業装置の横幅が前記作業走行状態として前記障害物検出領域決定部に与えられるように構成されている。
なお、この出願では、車体の右端及び左端から突き出す長さが異なっている場合には、そのような車体の右端及び左端から突き出す長さを考慮して、車体中心から変位した横幅が求められ、当該横幅もこの出願での横幅に含まれる。
If the width of the work equipment is unknown, the user needs to find the width of the work equipment, especially the length protruding from the right and left ends of the vehicle body, from the specifications, etc., or measure it directly and enter the length artificially. There is. In preparation for such a case, in one of the preferred embodiments of the present invention, the width of the work device is artificially input by the user, and the input width of the work device is the obstacle as the work running state. It is configured to be given to the object detection area determination unit.
In this application, when the lengths protruding from the right end and the left end of the vehicle body are different, the lateral width displaced from the center of the vehicle body is obtained in consideration of the lengths protruding from the right end and the left end of the vehicle body. The width is also included in the width in this application.
作業走行中に車体に対する姿勢を変更する作業装置の場合、例えば、昇降機構や旋回機構による姿勢変更によって障害物との干渉位置が変化する。このため、本発明の好適な実施形態の1つでは、前記作業走行状態検出センサ群に前記車体に対する前記作業装置の姿勢を検出する姿勢検出センサが含まれており、前記姿勢が前記作業走行状態として前記障害物検出領域決定部に与えられるように構成されている。これにより、作業装置の姿勢変更に伴って、作業走行時に障害物の干渉する部分の位置が変化しても、それに追従して適切な障害物検出領域が変更設定されるので、走行の障害となる障害物だけが的確に検出される。 In the case of a work device that changes the posture with respect to the vehicle body during work running, for example, the position of interference with an obstacle changes due to the posture change by the elevating mechanism or the turning mechanism. Therefore, in one of the preferred embodiments of the present invention, the work running state detection sensor group includes a posture detection sensor that detects the posture of the work device with respect to the vehicle body, and the posture is the work running state. It is configured to be given to the obstacle detection area determination unit. As a result, even if the position of the part that interferes with the obstacle changes during work running due to the change in the posture of the work device, the appropriate obstacle detection area is changed and set accordingly. Only obstacles are detected accurately.
車体の走行速度(車速)が速いと、障害物までの到達時間が短くなり、障害物回避のための時間的余裕が少なくなる。このことから、車速が速いと障害物検出領域を進行方向で長くし、車速が遅いと障害物検出領域を進行方向で短くすることが好ましい。また、車速が遅い場合には、車速が速い場合に比べて、左右に旋回する可能性が高いので、言い換えると旋回前に車体が減速される場合が多いので、障害物検出領域を車体横断方向で長くすることが好ましい。このことから、本発明の好適な実施形態の1つでは、前記作業走行状態検出センサ群に前記車体の走行速度を検出する車速センサが含まれており、前記走行速度が前記作業走行状態として前記障害物検出領域決定部に与えられるように構成されている。 When the traveling speed (vehicle speed) of the vehicle body is high, the time to reach an obstacle is shortened, and the time allowance for avoiding the obstacle is reduced. For this reason, it is preferable that the obstacle detection region is lengthened in the traveling direction when the vehicle speed is high, and the obstacle detection region is shortened in the traveling direction when the vehicle speed is slow. In addition, when the vehicle speed is slow, there is a higher possibility of turning left and right than when the vehicle speed is high. In other words, the vehicle body is often decelerated before turning. It is preferable to lengthen it with. For this reason, in one of the preferred embodiments of the present invention, the working running state detection sensor group includes a vehicle speed sensor that detects the running speed of the vehicle body, and the running speed is the working running state. It is configured to be given to the obstacle detection area determination unit.
また、自動走行作業車の走行経路が作業地内に限定されている場合、作業地の外側に位置する障害物を検出する必要はなくなる。このため、本発明の好適な実施形態の1つでは、前記車体の進行方向における前記車体と作業地の境界線までの距離が限界距離として算出され、前記障害物検出領域決定部は、前記限界距離に基づいて前記障害物検出領域を変更するように構成されている。この構成により、不要な障害物の検出による不都合を回避することができる。 Further, when the traveling route of the automatic traveling work vehicle is limited to the inside of the work area, it is not necessary to detect an obstacle located outside the work area. Therefore, in one of the preferred embodiments of the present invention, the distance to the boundary line between the vehicle body and the work site in the traveling direction of the vehicle body is calculated as the limit distance, and the obstacle detection area determination unit is the limit. It is configured to change the obstacle detection area based on the distance. With this configuration, it is possible to avoid the inconvenience caused by detecting unnecessary obstacles.
予め設定された走行すべき走行経路とリアルタイムに算出される自車位置とに基づいて走行する場合、これから走行しようとする予想軌跡を算出することができる。つまり、作業車が姿勢変更(旋回など)する位置までの距離または当該位置までの走行時間を算出することができるので、旋回時に、旋回方向から現れる障害物を考慮して障害物検出領域を求めることができる。このため、本発明の好適な実施形態の1つでは、衛星測位データに基づいて自車位置を算出する自車位置算出部が備えられ、前記障害物検出領域決定部は、前記走行経路と前記自車位置とに基づいて算出される前記車体の旋回開始位置の手前で、前記障害物検出領域を旋回方向に拡大するように構成されている。この構成の利点は、従来のように、操向輪が操舵されたことをトリガーとして旋回方向の障害物検出領域を拡大するのではなく、車体が旋回する前に、旋回方向の障害物検出領域を拡大できることである。これにより、旋回方向から近づく障害物を迅速に検出することができる。 When traveling based on a preset travel route to be traveled and the own vehicle position calculated in real time, it is possible to calculate the expected locus to be traveled from now on. That is, since the distance to the position where the work vehicle changes its posture (turning, etc.) or the traveling time to that position can be calculated, the obstacle detection area is obtained in consideration of the obstacles appearing from the turning direction when turning. be able to. Therefore, in one of the preferred embodiments of the present invention, the vehicle position calculation unit that calculates the vehicle position based on the satellite positioning data is provided, and the obstacle detection area determination unit is the traveling route and the vehicle. It is configured to expand the obstacle detection area in the turning direction in front of the turning start position of the vehicle body calculated based on the position of the own vehicle. The advantage of this configuration is that the obstacle detection area in the turning direction is not expanded by the steering of the steering wheel as a trigger as in the conventional case, but the obstacle detection area in the turning direction is before the vehicle body turns. Is to be able to expand. As a result, obstacles approaching from the turning direction can be quickly detected.
作業車にごく近い領域で障害物を検出したい場合、作業車の車体や作業車に装備した作業装置が障害物検出領域に重なってしまう。このため、本発明の好適な実施形態の1つでは、前記障害物検出領域決定部は、前記車体及び作業装置の前記障害物検出領域内に位置する部分をマスクするマスキング機能を有する。これにより、演算処理の軽減や走査機構の動作制限から、障害物検出領域を簡単な幾何学的形状であるため、障害物検出領域内に車体や作業装置の一部が入ることになっても、その部分をマスキングすることで障害物として検出されることが回避される。位置変更する作業装置が装備されている場合は、マスキング範囲が作業装置の姿勢変更に対応して変更されるように構成すると、好都合である。 When it is desired to detect an obstacle in an area very close to the work vehicle, the vehicle body of the work vehicle or the work device installed in the work vehicle overlaps the obstacle detection area. Therefore, in one of the preferred embodiments of the present invention, the obstacle detection area determining unit has a masking function of masking a portion of the vehicle body and the working device located in the obstacle detection area. As a result, the obstacle detection area has a simple geometric shape due to the reduction of arithmetic processing and the operation limitation of the scanning mechanism, so even if a part of the vehicle body or work equipment enters the obstacle detection area. By masking that part, it is possible to avoid being detected as an obstacle. When the work device for changing the position is equipped, it is convenient to configure the masking range so as to be changed in response to the posture change of the work device.
次に、図面を用いて、本発明による自動走行作業車の実施形態の1つを説明する。この実施形態では、作業車は、畦によって境界づけられた圃場(作業地)に対して作業走行を行うトラクタである。 Next, one of the embodiments of the automatic traveling work vehicle according to the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, the work vehicle is a tractor that performs work travel on a field (work area) bounded by ridges.
図1に示されているように、このトラクタは、前輪11と後輪12とによって支持された車体1の中央部に操縦部20が設けられている。車体1の後部には油圧式の昇降機構31を介してロータリ耕耘装置である作業装置30が装備されている。前輪11は操向輪として機能し、その操舵角を変更することでトラクタの走行方向が変更される。前輪11の操舵角は操舵機構13の動作によって変更される。操舵機構13には自動操舵のための操舵モータ14が含まれている。手動走行の際には、前輪11の操舵は操縦部20に配置されているステアリングホイール22の操作によって可能である。トラクタのキャビン21には、GNSS(global navigation satellite system)モジュールとして構成されている衛星測位モジュール8が設けられている。衛星測位モジュール8の構成要素として、GNSS信号(GPS信号を含む)を受信するための衛星用アンテナがキャビン21の天井領域に取り付けられている。なお、衛星測位モジュール8は、衛星航法を補完するために、ジャイロ加速度センサや磁気方位センサを組み込んだ慣性航法モジュールと組み合わせて使うことも可能である。もちろん、慣性航法モジュールは、衛星測位モジュール8とは別の場所に設けてもよい。操縦部20には、車載LANに接続されているユーザ操作端末4が備えられている。このユーザ操作端末4をタブレットコンピュータなどで構成すると、運転者や管理者が機外に持ち出して操作することも可能となる。
As shown in FIG. 1, this tractor is provided with a
図2に概略的に示すように、トラクタの車体1には、走行の障害となる障害物を検出する障害物センサ群7が配備されている。障害物センサ群7には、障害物センサとして、超音波ソナー71やレーザスキャナ(ライダー)72が含まれている。さらに、障害物の検出にも利用可能なカメラ73も配備されている。超音波ソナー71は、車体1の前後左右に2つずつ、合計8つ設けられており、車体1の付近のほぼ全周領域に存在する障害物を検出する。レーザスキャナ72は、車体1の前後に1つずつ、合計2つ設けられており、車体1の前進方向及び後進方向に存在する障害物を検出する。カメラ73は、車体1の前後左右に1つずつ、合計4つ設けられており、車体1の全周囲領域を撮影することができる。この実施形態では、4つのカメラ73からの出力される撮影画像は、そのまま監視画像として用いられるとともに、視点変換処理を行うことにより俯瞰画像としても用いられる。なお、この実施形態では、障害物センサ群7として、超音波ソナー71及びレーザスキャナ72が装備されているが、特に区別する必要がない場合には、共通的に表す名称として「障害物センサ」が用いられる。
As schematically shown in FIG. 2, an
図3には、このトラクタに構築されている制御系が示されている。この実施形態の制御系は、ユーザ操作端末4である第1制御ユニット4と、第2制御ユニット5と、入出力信号処理ユニット6を備えている。第1制御ユニット4と、第2制御ユニット5と、入出力信号処理ユニット6とは、互いに車載LANによって接続されている。さらに、衛星測位モジュール8も同じ車載LANに接続されている。基本的には、第1制御ユニット4は、障害物の検出制御を行い、第2制御ユニット5は、トラクタの基本的な走行制御及び作業制御を行う。入出力信号処理ユニット6は、トラクタの作業走行で取り扱われる入出力信号を処理する。このトラクタの制御系には、図3では図示されていない種々の制御ユニット(例えば、エンジン制御ユニットなど)が備えられており、各制御ユニットは車載LANを介して接続されている。
FIG. 3 shows a control system built on this tractor. The control system of this embodiment includes a
入出力信号処理ユニット6には、上述した障害物センサ群7が接続している。図3では、カメラ73は、カメラ73によって取得された撮影画像から監視画像や俯瞰画像を生成する処理など行う画像処理部70を介して入出力信号処理ユニット6と接続している。この画像処理部70は入出力信号処理ユニット6内に構築してもよいし、あるいはカメラ73内に構築してもよい。画像処理部70に障害物検出機能が備えられている場合には、このカメラ73と画像処理部70とが一体となって、障害物センサ群7の構成要素の1つ(障害物センサ)となる。
The above-mentioned
入出力信号処理ユニット6には、そのほかに、車両走行機器群91、作業装置機器群92、報知デバイス93、自動/手動切替操作具94、走行状態検出センサ群81、作業状態検出センサ群82が接続されている。車両走行機器群91には、操舵モータ14をはじめ、車両走行のために制御される変速機構やエンジンユニットなどに付属する制御機器が含まれている。作業装置機器群92には、作業装置30や昇降機構31駆動するための制御機器が含まれている。報知デバイス93には、運転者や監視者に作業走行上の注意を促すための報知を行うディスプレイやランプやスピーカなどが含まれている。自動/手動切替操作具94は、自動操舵で走行する自動走行モードと手動操舵で走行する手動操舵モードとのいずれかを選択するスイッチである。例えば、自動操舵モードで走行中に自動/手動切替操作具94を操作することで、手動操舵での走行に切り替えられ、手動操舵での走行中に自動/手動切替操作具94を操作することで、自動操舵での走行に切り替えられる。走行状態検出センサ群81には、車体1の走行速度(車速)を検出する車速センサ、前輪11の操舵角を検出する操舵角センサ、エンジン回転数を検出する回転数センサ、変速状態を検出する変速センサなどが含まれている。作業状態検出センサ群82には、作業装置30の姿勢(地上高さや傾き)を検出する姿勢検出センサや作業装置30の駆動/被駆動を検出する駆動状態検出センサなどが含まれている。なお、この出願では、走行状態検出センサ群81と作業状態検出センサ群82とを作業走行状態検出センサ群80と総称している。
The input / output
さらに、このトラクタには、車体1に装備された作業装置30の型式を認識する認識部83が取り付けられている。認識部83は、作業装置30の識別コードを機械的または電子的に読み取り、読み取った識別コードから、作業装置30の種別やサイズなどの作業装置属性値を認識結果として導出する機能を有する。
Further, a
図示されていないが、入出力信号処理ユニット6には、通信ユニットも含まれている。
通信ユニットは、無線通信規格や有線通信規格を通じて外部のコンピュータとデータのやり取りを行う。外部のコンピュータとして、遠隔地の管理センタ等に構築された管理コンピュータ及び運転者や監視者が携帯するタブレットコンピュータやスマートフォン(モバイルフォン)などが含まれる。
Although not shown, the input / output
The communication unit exchanges data with an external computer through wireless communication standards and wired communication standards. External computers include management computers built in remote management centers and the like, tablet computers and smartphones (mobile phones) carried by drivers and observers.
第1制御ユニット4は、グラフィックユーザインタフェースとして機能するタッチパネル40を備えている。さらに、第1制御ユニット4には、障害物検出部43、障害物検出領域決定部41、障害物検出処理部44が、主にソフトウエアで構築されている。第1制御ユニット4は、障害物センサ群7からのセンサ信号に基づいてトラクタ周辺の障害物を検出し、検出された障害物の位置やサイズを考慮して、必要となるトラクタの動作を導く指令を出力する。この第1制御ユニット4における制御の流れは、後で詳しく説明する。
The
第2制御ユニット5は、作業走行制御部50、走行経路設定部53、自車位置算出部54、作業走行指令生成部55、作業走行状態算定部56を備えている。走行経路設定部53は、自動走行の走行目標経路となる走行経路を読み出し可能にメモリに展開する。走行経路は、トラクタ側で生成されてもよいし、別なコンピュータ上で生成されてからこの第2制御ユニット5に、ダウンロードされてもよい。自車位置算出部54は、GPS等を採用した衛星測位モジュール8からの衛星測位データに基づいて、車体1の地図上の座標位置である自車位置を算出する。作業走行指令生成部55は、自動走行時において、自車位置算出部54からの自車位置と、走行経路設定部53で設定された走行経路とのずれ量を求め、このずれ量を小さくするための走行指令(操舵指令や車速指令を含む)を生成する。
The
作業走行制御部50には、走行制御部51と作業制御部52とが含まれている。走行制御部51は、自動走行制御機能(自動走行モード)と手動走行制御機能(手動走行モード)を有する。自動走行モードが選択されると、走行制御部51は、作業走行指令生成部55からの走行指令に基づいて、車両走行機器群91に制御信号を与える。作業制御部52は、作業走行指令生成部55からの作業指令に基づいて、作業装置機器群92に制御信号を与える。手動走行モードが選択されると、運転者によるステアリングホイール22の操作に基づく手動走行が行われる。同様に、作業制御部52も、作業装置機器群92を自動的に動作させる自動作業制御機能と、各種操作具を用いて手動で作業装置機器群92を制御する手動作業制御機能とを有する。
The work
図4に示すように、作業走行状態算定部56は、作業走行状態検出センサ群80からのセンサ信号に基づいて、車体1の車速、前輪11の操舵角、作業装置30の横幅、作業装置30の姿勢、などを算定し、その算定結果は、作業走行状態情報として第1制御ユニット4の障害物検出領域決定部41に送る。また、作業走行状態算定部56は、自車位置算出部54からからの自車位置と走行経路設定部53の走行経路とを照合し、直進時には次の旋回開始位置までの走行距離または走行時間、旋回時には次の直進開始点までの走行距離または走行時間も算定し、作業走行状態情報に含める。さらに、作業走行状態算定部56は、車体1の進行方向における車体1と作業地の境界線までの距離を限界距離として算出する限界距離算出機能を備えることができる。この場合、障害物検出領域決定部41が限界距離に基づいて障害物検出領域を変更できるように、限界距離が作業走行状態情報に付加される。
As shown in FIG. 4, the working running
次に、図3及び図4を用いて、第1制御ユニット4による障害物検出処理を詳しく説明する。この障害物検出処理の中核となる機能部である障害物検出部43は、障害物検出領域決定部41によって決定された障害物検出領域内に存在する障害物だけを、処理対象となる障害物として検出する。障害物検出領域決定部41には、障害物検出領域に対するマスキング機能を有するマスキング設定部42が備えられている。マスキング設定部42は、障害物検出領域に入り込む車体1や作業装置30の特定部分をマスキングすることで、その特定部分が、障害物として検出されることが回避される。
Next, the obstacle detection process by the
障害物検出領域決定部41は、認識部83から、車体1に装備されている作業装置30の種別やサイズなどを記述した作業装置属性値を受け取り、基本的な障害物検出領域を算定するために利用する。なお、認識部83が備えられていない場合には、作業装置属性値は、入力デバイスを用いて人為的に入力される。
The obstacle detection
さらに、障害物検出領域決定部41は、障害物検出領域を決定するために、作業走行状態検出センサ群80から送られてくる作業走行状態情報を利用する。つまり、障害物検出領域は、作業走行状態情報に基づいて、臨機応変に変更される。この障害物検出領域を変更する障害物検出領域変更ルールの例を以下に列挙する。なお、図5、図6、図7には、変更ルールを図解したものが示されている。また、ここで取り扱っている障害物センサは、レーザスキャナ72であり、水平方向で回転走査するため、その走査範囲は扇形走査範囲であり、この扇形走査範囲の中心角である走査角(図においてθで示されている)は変更可能である。さらに、この扇形走査範囲を有効ビーム距離(図においてLで示されている)で限定した範囲が、有効走査範囲であり、この有効ビーム距離も変更可能である。図5、図6、図7、図8では、この有効走査範囲は斜線で示されている。
Further, the obstacle detection
(1)図5に示すように、トラクタの車体1の横幅(トラクタの進行方向に直交する車体横断方向での車体1長さ)と、作業装置30の横幅を比較すると、ほとんどの場合、作業装置30の横幅(トラクタの進行方向に直交する横断方向での作業装置30の長さ)の方が大きい。直進しているトラクタの走行の障害となる障害物は、作業装置30の横幅内に位置する物体である。障害物検出領域決定部41は、有効走査範囲内に作業装置30の横幅が収まるように、障害物検出領域を決定する。図5の右側に示された作業装置30の横幅は、左側に示された作業装置30の横幅に比べて大きい。したがって、図5の右側に示された障害物検出領域は、図5の左側に示された障害物検出領域よりも大きい。言い換えると、図5の右側に示された障害物検出領域の走査角:θは、図5の左側に示された障害物検出領域の走査角:θよりも大きくなっている。なお、障害物検出領域のうち、作業装置30の側端の走行軌跡から外側に外れた部分は、マスキング設定部42によってマスクキングしてもよい。
(1) As shown in FIG. 5, when the width of the
(2)図6には、直進走行から旋回走行に移行する際の障害物検出領域の変更が示されている。ここでは、作業装置30は省略されている。このトラクタは、予め設定された走行経路に沿って走行するので、直進走行から旋回走行に移行するタイミングを算出することができる。図6の右側には、直進走行が続くトラクタが示されており、図6の左側には、旋回開始位置(図においてPsで示されている)から所定距離だけ手前に位置する直進走行中のトラクタが示されている。図6の左側に示された、通常直進走行では、走査角:θが約45°の標準の障害物検出領域が設定されている。これに対して、図6の右側に示された、旋回開始位置直前領域(旋回開始位置から所定距離だけ手前の領域)の直進走行では、障害物検出領域が、曲線状の走行経路に沿うように旋回方向に拡大されている。より、詳しくは、走査角:θの中心線が曲線状の走行経路の接線に沿うようにトラクタの長手方向中心線から旋回方向に傾斜しており、走査角:θも約90°に拡大されている。
(2) FIG. 6 shows a change in the obstacle detection area when shifting from straight running to turning running. Here, the working
(3)図7には、高速直進走行時と低速直進走行時とにおける障害物検出領域の違いが示されている。ここでも、作業装置30は省略されている。この障害物検出領域変更ルールでは、高速直進走行時には(図7の左側)、障害物検出領域の走査角:θは30°程度の比較的狭い角度であるのに対し、扇形走査範囲の有効ビーム距離:Lは長く設定されており、障害物検出領域は、進行方向に沿って細長い形状となっている。これに対して、低速直進走行時には(図7の右側)、障害物検出領域の走査角:θは90°程度の広い角度であるのに対し、扇形走査範囲の有効ビーム距離:Lは短く設定されており、障害物検出領域は短い形状であるが、走査角が広いので、進行方向の近接領域に存在する障害物を確実に検出することができる領域となっている。
(3) FIG. 7 shows the difference in the obstacle detection region between the time of high-speed straight running and the time of low-speed straight running. Again, the working
(4)図8には、直進走行時と旋回走行時とにおける障害物検出領域の違いが示されている。ここでも、作業装置30は省略されている。この障害物検出領域変更ルールでは、直進走行時には(図8の左側)、上記(3)で説明したように、障害物検出領域は、進行方向に沿って細長い形状に設定される。これに対して、旋回走行時には(図8の右側)、障害物検出領域の走査角:θは90°程度の広い角度であるのに対し、扇形走査範囲の有効ビーム距離:Lは短く設定されている。しかしながら、上記(1)で説明したような、走査角:θの中心線のトラクタの長手方向中心線から旋回方向への障害物検出領域の傾斜はされていない。つまり、旋回走行時は、直進走行時に比べて、進行方向の近接領域に存在する障害物を確実に検出することができる領域となっている。
(4) FIG. 8 shows the difference in the obstacle detection region between the straight running and the turning running. Again, the working
(5)図には示されていないが、限界距離が作業走行状態情報に付加されている場合、この限界距離が短くなると、障害物検出領域の走査角:θを広げるとともに、扇形走査範囲の有効ビーム距離:Lは短くする。 (5) Although not shown in the figure, when the limit distance is added to the work running state information, when this limit distance becomes short, the scanning angle of the obstacle detection area: θ is widened, and the fan-shaped scanning range is expanded. Effective beam distance: L is shortened.
上述した障害物検出領域変更ルールは、任意の組み合わせで使用することができる。また作業に応じて、自動的または人為的に障害物検出領域変更ルールの選択や、修正を行うことも可能である。 The obstacle detection area change rule described above can be used in any combination. It is also possible to automatically or artificially select or modify the obstacle detection area change rule according to the work.
上述した障害物検出領域変更ルールにおいて、図を用いて説明された障害物センサは、レーザスキャナ72であったが、他の障害物センサも、上述したルールと同様な趣旨でその障害物検出領域を変更することができる。例えば、走行障害物が生じる可能性の高い領域を拡大し、可能性の少ない領域を縮小するべく、検出された作業走行状態に基づいて、その障害物検出領域が変更される。
In the above-mentioned obstacle detection area change rule, the obstacle sensor described with reference to the figure is the
障害物検出領域決定部41によって決定された障害物検出領域は、障害物検出部43に与えられる。障害物検出部43は、障害物センサ群7からのセンサ信号によって算定される障害物の位置が障害物検出領域に入っておれば、障害物が検出されたとして、検出した障害物センサのID、検出された障害物の位置、検出された障害物の幅などを含む障害物検出情報を生成し、障害物検出処理部44に与える。障害物検出処理部44は、障害物検出情報に基づき、検出した障害物に対する処理内容を決定する。この処理内容には、車体1の徐行、車体1の停止、障害物の迂回走行、手動走行への切替、などが含まれる。処理内容が決定されると、その処理内容を実行するための、障害物処理指令が作成され、作業走行制御部50に送られる。また、障害物検出処理部44は、障害物検出情報に基づく障害物検出を報知するため、障害物検出報知データを生成し、報知デバイス93に送る。障害物検出情報や障害物検出報知データは入出力信号処理ユニット6を介して、トラクタの外部に送信可能である。
The obstacle detection area determined by the obstacle detection
作業走行制御部50は、障害物検出処理部44か受け取った障害物処理指令に基づいて、車両走行機器群91や作業装置機器群92に、制御信号を与える。これにより、障害物処理指令に基づく、トラクタの制御が実行される。
The work
〔別実施の形態〕(1)上述した実施形態では、耕耘装置を装備したトラクタが作業車として取り上げられたが、耕耘装置以外の作業装置30を装備したトラクタ、さらには、コンバインや田植機などの農作業機や建機などにも本発明は適用可能である。
(2)上述した実施形態では、障害物検出領域決定部41は、作業走行状態検出センサ群80の検出結果に基づく作業走行状態に基づいて障害物検出領域を決定していたが、ユーザがタッチパネル40等の入力デバイスを通じて、障害物検出領域を強制的に変更する機能を設けてもよい。
(3)上述した実施形態では、第1制御ユニット4、第2制御ユニット5、入出力信号処理ユニット6は、車載LANで接続されており、トラクタに備えられていたが、第1制御ユニット4は、管理者によって携帯され、トラクタの制御系と無線でデータ交換される、タブレットコンピュータやノート型コンピュータやスマートフォンなどのような構成を採用することも可能である。さらに、第1制御ユニット4は、遠隔地の管理センタやユーザの自宅などに設置され、トラクタの制御系とインタネット回線などで接続されるようなコンピュータとして構成されることも可能である。
(4)図3で示された機能ブロック図における各機能部の区分けは、説明を分かりやすくするための一例であり、種々の機能部を統合したり、単一の機能部を複数に分割したりすることは自由である。
[Another Embodiment] (1) In the above-described embodiment, the tractor equipped with the tilling device is taken up as a work vehicle, but the tractor equipped with the working
(2) In the above-described embodiment, the obstacle detection
(3) In the above-described embodiment, the
(4) The division of each functional part in the functional block diagram shown in FIG. 3 is an example for making the explanation easy to understand, and various functional parts may be integrated or a single functional part may be divided into a plurality of parts. You are free to do it.
本発明は、走行経路に沿って作業走行する自動走行作業車に適用可能である。 The present invention is applicable to an automatic traveling work vehicle that travels along a traveling route.
1 :車体
30 :作業装置
31 :昇降機構
4 :第1制御ユニット(ユーザ操作端末)
40 :タッチパネル
41 :障害物検出領域決定部
42 :マスキング設定部
43 :障害物検出部
44 :障害物検出処理部
5 :第2制御ユニット
50 :作業走行制御部
51 :走行制御部
52 :作業制御部
53 :走行経路設定部
54 :自車位置算出部
55 :作業走行指令生成部
56 :作業走行状態算定部
6 :入出力信号処理ユニット
7 :障害物センサ群
70 :画像処理部
71 :超音波ソナー
72 :レーザスキャナ
73 :カメラ
8 :衛星測位モジュール
80 :作業走行状態検出センサ群
81 :走行状態検出センサ群
82 :作業状態検出センサ群
83 :認識部
91 :車両走行機器群
92 :作業装置機器群
93 :報知デバイス
1: Body 30: Working device 31: Elevating mechanism 4: First control unit (user operation terminal)
40: Touch panel 41: Obstacle detection area determination unit 42: Masking setting unit 43: Obstacle detection unit 44: Obstacle detection processing unit 5: Second control unit 50: Working travel control unit 51: Travel control unit 52: Work control Unit 53: Travel route setting unit 54: Own vehicle position calculation unit 55: Work travel command generation unit 56: Work travel state calculation unit 6: Input / output signal processing unit 7: Obstacle sensor group 70: Image processing unit 71: Ultrasonic wave Sonar 72: Laser scanner 73: Camera 8: Satellite positioning module 80: Working state detection sensor group 81: Driving state detection sensor group 82: Working state detection sensor group 83: Recognition unit 91: Vehicle running equipment group 92: Working equipment Group 93: Notification device
Claims (9)
作業装置を装備した車体と、
作業走行を制御する作業走行制御部と、
走行の障害となる障害物を検出する1つ以上の障害物センサと、
前記障害物センサからのセンサ信号に基づいて障害物検出領域内に存在する障害物を検出する障害物検出部と、
前記作業装置の横幅を含む作業走行状態情報に基づいて前記障害物検出領域を決定する障害物検出領域決定部と、を備える自動走行作業車。 It is an automatic traveling work vehicle that works along the traveling route.
A car body equipped with work equipment and
A work run control unit that controls work run and
One or more obstacle sensors that detect obstacles that hinder driving, and
An obstacle detection unit that detects an obstacle existing in the obstacle detection area based on the sensor signal from the obstacle sensor, and an obstacle detection unit.
An automatic traveling work vehicle including an obstacle detection area determination unit that determines an obstacle detection area based on work travel state information including the width of the work device.
前記認識部は、認識された種別から当該作業装置の横幅を前記作業走行状態情報として障害物検出領域決定部に与える請求項1に記載の自動走行作業車。 A recognition unit that recognizes the type of the work device is provided.
The automatic traveling work vehicle according to claim 1 , wherein the recognition unit gives the width of the work device from the recognized type to the obstacle detection area determination unit as the work travel state information.
前記作業走行状態情報は、前記作業走行状態検出センサ群の検出結果に基づいて算定される請求項1または2に記載の自動走行作業車。 Equipped with a work running state detection sensor group that detects the working running state,
The automatic traveling work vehicle according to claim 1 or 2, wherein the working traveling state information is calculated based on the detection result of the working traveling state detection sensor group.
前記障害物検出領域決定部は、前記限界距離に基づいて前記障害物検出領域を変更する請求項1から5のいずれか一項に記載の自動走行作業車。 The distance to the boundary line between the vehicle body and the work site in the traveling direction of the vehicle body is calculated as the limit distance.
The automatic traveling work vehicle according to any one of claims 1 to 5 , wherein the obstacle detection area determination unit changes the obstacle detection area based on the limit distance.
前記障害物検出領域決定部は、前記走行経路と前記自車位置とに基づいて算出される前記車体の旋回開始位置の手前で、前記障害物検出領域を旋回方向に拡大する請求項1から6のいずれか一項に記載の自動走行作業車。 It is equipped with a vehicle position calculation unit that calculates the vehicle position based on satellite positioning data.
The obstacle detection area determination unit expands the obstacle detection area in the turning direction in front of the turning start position of the vehicle body calculated based on the traveling path and the own vehicle position, claims 1 to 6 . The self-driving work vehicle described in any one of the above.
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