JP7080042B2 - 収穫機衝突警戒システム及び収穫機 - Google Patents

Description

本発明は、同一の圃場を収穫作業を行いながら協調して自動走行する複数の収穫機のための収穫機衝突警戒システム、及びその収穫機衝突警戒システムを採用した収穫機に関する。

特許文献１による自動走行作業車は、衛星測位システムを利用して車体の位置を測位する位置算出手段と、設定した走行経路に沿った自動作業走行を制御する制御装置と、周囲に障害物が存在しないかどうかを検出する障害物検知手段が備えられている。障害物検知手段は赤外線センサや超音波センサで構成されているので、環境条件に応じて検出能力が変動する。このため、環境認識手段として光センサ、外気温度センサ、降雨検知センサが備えられ、それらのセンサからの信号に応じて障害物センサの感度が調整される。障害物検知手段によって、車体の前方や側方や後方に障害物を検出すると、警報を発し、車体の走行速度を低下させたり、車体を停止させたりする。

特開２０１５－１９１５９２号公報

複数の作業車が協調して作業を行う場合には、互いの作業車を障害物として検知することで、作業車同士の衝突を回避することができる。しかしながら、人などの障害物に比べ、作業車は大きな反射体となるので、同一の感度で両者を検出しようとすると、感度過剰や感度不足といった問題が生じる可能性がある。その結果、複数の作業車が作業走行を行う際に、誤検出が生じる恐れがある。このため、互いの作業車の存在を正確に検知して作業車同士の衝突を回避させる作業車衝突警戒システムが必要となる。

本発明による、同一の圃場を収穫作業を行いながら協調して自動走行する複数の収穫機のための収穫機衝突警戒システムは、前記収穫機の自動走行の目標となる走行経路を設定する走行経路設定部と、前記走行経路設定部が設定した前記走行経路を前記収穫機が走行するように前記収穫機の走行機器群を制御する自動走行制御部と、を備え、前記収穫機としての第１収穫機の座標位置である第１位置を衛星測位によって算出する第１位置算出部と、前記収穫機としての第２収穫機の座標位置である第２位置を前記衛星測位によって算出する第２位置算出部と、前記第１位置と前記第２位置とに基づいて前記第１収穫機と前記第２収穫機との間の離間距離を算出する離間距離算出部と、前記離間距離が衝突警戒距離範囲に入った場合に、前記第１収穫機または前記第２収穫機、あるいはその両方を停車させる緊急停車信号を出力する衝突警戒部とを備えている。なお、第１収穫機と第２収穫機とは複数の収穫機を代表しており、本発明は２台の収穫機に限定されるわけではなく、３台以上の収穫機であっても同様に本発明は適用される。

この構成では、各収穫機に備えられている衛星測位機能を利用して算出される各収穫機の自車位置に基づいて、収穫機相互の衝突を回避する制御が行われる。つまり、各収穫機の自車位置に基づいて、相互の離間距離が算出され、その離間距離が衝突警戒距離範囲に入った場合に、衝突を回避するために必要な収穫機の緊急停車が指令される。このため、互いの収穫機の存在を正確に検知して収穫機同士の衝突を回避することが可能となる。

また、農作物が植立しているような圃場が作業地である場合、赤外線センサ、超音波センサ、レーザレーダのような障害物検知デバイスであれば、農作物を障害物（衝突対象物）として検知してしまう誤検出を回避することは難しい。しかしながら、本発明では、衛星測位を用いているので、そのような問題は回避できる。このため、作業地の状態に拘らず、互いの収穫機の存在を正確に検知して収穫機同士の衝突を回避することが可能となる。

なお、収穫機がカーナビゲーションの構成機器として、あるいは自動走行を行うための自車位置を検出するための構成機器として、衛星測位機器が備えられていれば、わざわざ衛星測位のための機器を準備しなくてもよいので、本発明を実施する装備コストが安くなる。

本発明の好適な実施形態の１つでは、前記第１収穫機及び前記第２収穫機が同一方向で走行し、前記第２収穫機が前記第１収穫機を先行している場合、前記衝突警戒距離範囲は、前記第１収穫機の車速に応じて変動し、車速が高いほど前記衝突警戒距離範囲は長くなるように構成されている。後行の収穫機の車速が高ければ、後行の収穫機が短時間で先行の収穫機に追いつく可能性が高くなるだけでなく、制動性も悪くなるので、衝突警戒距離範囲を短くすることが好ましい。後行する収穫機が高速で走行している場合には、衝突警戒距離範囲を長くすることで、収穫機同士の衝突回避の信頼性が向上する。逆に、後行する収穫機が低速で走行している場合には、衝突警戒距離範囲を短くすることで、後行の収穫機の過度な緊急停止が回避され、作業走行がスムーズに行われる。

本発明の好適な実施形態の１つでは、前記第１収穫機及び前記第２収穫機が同一方向で走行し、前記第２収穫機が前記第１収穫機を先行している場合、前記衝突警戒距離範囲は、前記第１収穫機の車速が前記第２収穫機の車速に比べて高いほど前記衝突警戒距離範囲は長くなるように構成されている。先行の収穫機の車速が後行の収穫機の車速に比べて低い場合、両者車間距離は減少していくので、衝突警戒距離範囲を長くすることで、衝突の可能性が低減される。

本発明の好適な実施形態の１つでは、前記第１収穫機及び前記第２収穫機の形状を示す車形状データを管理する車形状管理部が備えられ、前記離間距離算出部は、前記第１位置と前記第２位置と前記車形状データとに基づいて前記第１収穫機と前記第２収穫機との間の離間距離を算出する。この構成では、各収穫機の自車位置と各収穫機の車形状データとに基づいて、収穫機相互の衝突を回避する制御が行われる。つまり、各収穫機の自車位置と各収穫機の車形状データとに基づいて相互の離間距離が算出されるので、どのような車体形状であっても、互いの収穫機の離間関係を正確に検知して収穫機同士の衝突を回避することが可能となる。

衛星測位に基づいて算出される自車位置は、基本的には衛星アンテナの位置となり、そのアンテナ位置から車形状データを用いて計算することにより、互いの収穫機の最短距離が得られる。しかしながら、車形状データは、常に更新されるとは限られず、また、車体に、車体から外部に突き出す状態で作業機具等が取り付けられる可能性もある。このような事態に対処するためには、車形状データによって規定される形状をやや膨らませておくことが好適である。このため、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記離間距離算出部は、前記車形状データによって規定される形状よりも、少なくとも走行方向側において大きく設定された仮想形状に基づいて、前記離間距離を算出する。

本発明の好適な実施形態の１つでは、前記離間距離算出部及び前記衝突警戒部が、前記第１収穫機及び前記第２収穫機と無線データ通信網を介してデータ交換可能な管理コンピュータに構築されており、前記衝突警戒部は、対応する前記収穫機の前記自動走行制御部に前記緊急停車信号を送信するように構成されている。このような構成は、いわゆる、同一圃場で作業走行する全ての収穫機を管理コンピュータで集中管理するシステムとなる。
これにより、各収穫機が、他の収穫機の位置を取得して、当該収穫機の車形状データと自車の車形状データとを用いて離間距離を算出する機能を備える必要はなくなる。管理コンピュータが管理対象となっている全ての収穫機の車形状データを記録していれば、各収穫機は、常時、自車の位置を管理コンピュータに送信すれば、自車以外の全ての他車と離間距離が衝突警戒距離範囲に入った段階で、管理コンピュータから緊急停車信号が与えられので、他車との衝突を未然に防ぐことができる。このような集中管理方式では、各収穫機が、他の収穫機の位置を取得して、当該収穫機の車形状データと自車の車形状データとを用いて離間距離を算出する機能を備える必要はないので、数台以上の収穫機を協調させて作業を行うようなシステムでは、コスト的に有利となる。なお、車形状データは、管理コンピュータが予め記録しておいてもよいし、各収穫機が、管理コンピュータに送信するようにしてもよい。

上述した収穫機衝突警戒システムを組み込んだ収穫機も、本発明の対象である。本発明による、他車とともに、同一の圃場を収穫作業を行いながら前記他車と協調して自動走行する収穫機は、自動走行の目標となる走行経路を設定する走行経路設定部と、前記走行経路設定部が設定した前記走行経路を走行するように走行機器群を制御する自動走行制御部と、自車の座標位置である自車位置を衛星測位によって算出する自車位置算出部と、前記衛星測位によって算出された前記他車の座標位置である他車位置を取得する他車位置取得部と、前記自車位置と前記他車位置とに基づいて前記自車と前記他車との間の離間距離を算出する離間距離算出部と、前記離間距離が衝突警戒距離範囲に入った場合に、前記自車または前記他車、あるいはその両方を停車させる緊急停車信号を出力する衝突警戒部とを備えている。このように構成された複数の収穫機が同一作業地を作業走行する際、各収穫機が他車の位置を得ることで、互いの収穫機との離間距離が算出可能となり、上述したような他車との衝突を回避する制御を行うことができる。

本発明による収穫機も、もちろん上述した収穫機衝突警戒システムにおける種々の実施形態を採用することができ、同様な作用効果が得られる。例えば、好適な実施形態の１つでは、収穫機は、前記自車及び前記他車が同一方向で走行し、前記他車が前記自車を先行している場合、前記衝突警戒距離範囲は、前記自車の車速に応じて変動し、前記車速が高いほど前記衝突警戒距離範囲は長くなるように制御される。さらに好ましい形態では、前記他車が前記自車を先行している場合、前記衝突警戒距離範囲は、前記自車の車速が前記他車の車速に比べて高いほど前記衝突警戒距離範囲は長くなるように制御される。これにより、高信頼度で収穫機同士の衝突が防止される。さらに好適な実施形態の１つでは、前記自車及び前記他車の形状を示す車形状データを管理する車形状管理部が備えられ、前記離間距離算出部は、前記自車位置と前記他車位置と前記車形状データとに基づいて前記自車と前記他車との間の離間距離を算出する。したがって、どのような車体形状であっても、自車と他車との離間距離が正確に算出され、収穫機同士の衝突を回避することが可能となる。

作業車の一例としての普通型のコンバインの側面図である。 コンバインの走行経路であるメッシュ経路を示す模式図である。 複数台のコンバインによる作業走行を示す模式図である。 複数台のコンバインにより作業走行を示す模式図である。 先行コンバインと後行コンバインとの関係を示す模式図である。 コンバインの制御系を示す機能ブロック図である。 集中管理方式での作業車衝突警戒システムを示す機能ブロック図である。

次に、本発明の作業車衝突警戒システムを採用した作業車の一例である収穫機として、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。

図１に示すように、このコンバインは、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。

走行装置１１は、車体１０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。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することができる。

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。

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。

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。

また、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し、コンバインの機外に位置していても良い。

このコンバインは、設定された走行経路に沿って自動走行する機能を有しており、地図上の自車位置を算出するために、自車位置検出モジュール８０を備えている。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（図６参照）。衛星航法モジュール８１は、人工衛星ＧＳから送信される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、省略することも可能である。即ち、自車位置検出モジュール８０は、少なくとも、衛星航法を用いて測位データを取得するものである。また、コンバインは圃場の作物を収穫する農作業車であるので、自車位置を検出するために、レーザレーダや超音波センサを用いると、作物が邪魔になって畦等の圃場境界の検出精度が落ちることがある。しかし、本発明では、作業車と境界線（畦など）との間に存在する農作物や電柱などの影響をほとんど受けないので、車位置検出モジュール８０が衛星航法を用いて測位データを取得するものであるため、確実に自車位置を検出できる。

コンバインによる収穫作業では、最初に、運転者兼監視者は、コンバインを手動で操作し、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、図２に示すように、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。

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。そのために、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。この周回走行も、自動走行によって行われても良い。

少なくとも部分的には自動走行によって収穫作業が行われる場合、作業対象領域ＣＡに走行経路が設定される。図２には、そのような走行経路の一例であるメッシュ線群が示されている。メッシュ線群は、コンバインの作業幅をメッシュ間隔として、作業対象領域ＣＡをメッシュ線（メッシュ走行経路）で埋め尽くするように生成される。

なお、図示されていないが、外周領域ＳＡにも、走行経路が設定され、コンバインが外周領域ＳＡを走行する際に用いられる。外周領域ＳＡに設定される走行経路には、離脱経路、復帰経路、方向転換経路などが含まれる。離脱経路は、コンバインが作業対象領域ＣＡを離脱して外周領域ＳＡに入るために用いられる。復帰経路は、コンバインが外周領域ＳＡから作業対象領域ＣＡでの作業走行に復帰するために用いられる。方向転換経路は、作業対象領域ＣＡにおけるメッシュ走行経路から外周領域ＳＡに出て次のメッシュ走行経路に入る際に用いられる。外周領域ＳＡと作業対象領域ＣＡとは、収穫作業の進行とともに変化するので、それに合わせて方向転換経路も移動される。なお、作業対象領域ＣＡの形状は四角形以外の多角形を採用してもよい。なお、メッシュ線は、例えば、圃場の外周ラインに平行な線として生成される。なお、メッシュ線は、直線に限られず、湾曲や屈曲していたり、蛇行していたりしても良い。

図３は、複数のコンバインが、同一の作業地としての圃場を自動作業走行している様子を示している。ここでは、理解のしやすさのために、２台のコンバインを取り上げ、それぞれ、第１作業車と第２作業車と称する。各作業車は、自車位置検出モジュール８０による衛星測位に基づいて、自車位置（地図座標における絶対座標値または圃場座標における相対座標値）を算出する機能を有する。さらに、第１作業車と第２作業車とは、それぞれ無線通信を通じて自車位置を交換する機能も有する。

なお、図３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、乾燥施設等へ運搬する。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。

図４には、図２で示されたメッシュ線群が設定された作業対象領域ＣＡを、第１作業車と第２作業車とが協調して自動走行する走行パターンの一例が示されている。複数の作業車が協調して走行する形態は、様々である。例えば、予め設定された走行経路を自由に選択しながら走行する形態、予め決められた走行経路を予め決められた順番で選択して走行する作業車と、自由に走行経路を選択して走行する作業車とが組み合わされる形態などがある。予め設定された走行経路に沿って走行するとしても、手動走行する作業車と自動走行する作業車とが組み合われる形態、あるいは、全ての作業車が手動走行する形態も可能である。予め走行経路が設定されずに、全ての作業車が手動走行する形態も可能である。
それら全ての形態において、本発明による作業車衝突警戒システムは適用可能である。全ての作業車が、予め設定された走行経路を予め決められた順番と時間で走行しない限り、作業車衝突の可能性があるので、本発明による作業車衝突警戒システムは有益である。

図４で示された例では、第１作業車は、作業対象領域ＣＡを示す変形四角形の右下の頂点付近からメッシュ経路Ｌ１１に入り、メッシュ経路Ｌ１１とメッシュ経路Ｌ２１との交点で左旋回してメッシュ経路Ｌ２１に入る。さらに、メッシュ経路Ｌ２１とメッシュ経路Ｌ３２との交点で左旋回してメッシュ経路Ｌ３２に入る。このようにして、第１作業車は、左旋回の渦巻き走行を行う。これに対して、第２作業車は、作業対象領域ＣＡの左上の頂点付近からメッシュ経路Ｌ３１に入り、メッシュ経路Ｌ３１とメッシュ経路Ｌ４１との交点で左旋回してメッシュ経路Ｌ４１に入る。さらに、メッシュ経路Ｌ４１とメッシュ経路Ｌ１２との交点で左旋回してメッシュ経路Ｌ１２に入る。このようにして、第２作業車は、左旋回の渦巻き走行を行う。図４から明らかなように、第１作業車の走行軌跡の間に第２作業車の走行軌跡が入り込むような協調制御が行われるので、第１作業車は、自己の作業幅と第２作業車の作業幅とを合わせた幅だけ間隔をあけた渦巻き走行となり、第２作業車は、自己の作業幅と第１作業車の作業幅とを合わせた幅だけ間隔をあけた渦巻き走行となる。第１作業車の走行軌跡と第２作業車の走行軌跡とは、２重渦巻きを作り出している。

図４には、第２作業車が、作業走行の途中で、作業対象領域ＣＡでのメッシュ経路から離脱して、外周領域ＳＡを周回走行し、収穫物を運搬車ＣＶに排出し、再び外周領域ＳＡを周回走行し、作業対象領域ＣＡでのメッシュ経路に復帰する様子も示されている。その際、第２作業車はメッシュ経路Ｌ４１とメッシュ経路Ｌ１２との交点で離脱して、外周領域ＳＡに進んだ第２作業車は、外周領域ＳＡの離脱経路に沿って駐車位置まで走行し、駐車位置にて運搬車ＣＶに収穫物を排出する。

第１作業車は、第２作業車が作業対象領域ＣＡでの作業走行を離脱して収穫物の排出を行っている間も、作業対象領域ＣＡでの作業走行を継続する。但し、第２作業車は、メッシュ経路Ｌ４２の走行中において、第２作業車の離脱によりメッシュ経路Ｌ１２は未刈地（未走行）となっている。このため、第１作業車は、メッシュ経路Ｌ１３の走行を取りやめ、メッシュ経路Ｌ４２とメッシュ経路Ｌ１２との交点まで走行して、そこで左折して、メッシュ経路Ｌ１２を走行する。第２作業車が収穫物排出を終えると、第２作業車は、駐車位置から、外周領域ＳＡを、復帰経路に沿って左回りに走行して、メッシュ経路Ｌ４３の左端からメッシュ経路Ｌ４３に入る。その際、第１作業車及び第２作業車が走行しているメッシュ経路Ｌ３３とメッシュ経路Ｌ４４との交点付近で第１作業車と第２作業車とが接近することになる。このような第１作業車と第２作業車との接近による作業車同士の衝突を回避するために、どちらか一方の作業車が強制停止させられる。この強制停止は、本発明による作業車衝突警戒システムによって行われる。

図５には、メッシュ経路Ｌａを走行している第１作業車と、メッシュ経路Ｌｂを走行している第２作業車が示されている。ここでは、メッシュ経路Ｌａとメッシュ経路Ｌｂとは交差角をもって延びているが、これは、第１作業車と第２作業車とが走行する走行経路の一例に過ぎない。それぞれの作業車が走行する走行経路は、同一であってもよいし、互いに交差していなくてもよい。図５では、第１作業車と第２作業車は同一方向で走行し、第２作業車は第１作業車を先行している。この場合、第２作業車が停車している場合や、第１作業車の車速が第２作業車の車速より高い場合、衝突の可能性が出てくるので、第１作業車と第２作業車との車間距離が短くなれば、第１作業車が強制停止させられる。この強制停止も、作業車衝突警戒システムによって行われる。

図６に、第１作業車の制御系が示されている。第２作業車の制御系も基本的に同一である。コンバインのような作業車の制御系は、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。

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、他の作業車（他車）との間でデータ交換するために用いられる。また、通信部６６は、遠隔地に設置されている管理コンピュータ及び外部通信端末との間でデータ交換するためにも用いられる。この外部通信端末には、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監視者（運転者も含む）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、さらには車外に持ち出された通信端末２が含まれる。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。

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、エンジン制御機器、変速制御機器、制動制御機器、操舵制御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。

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、車速センサ、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、駐車ブレーキ検出センサ、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、及び穀稈や穀粒の状態を検出するセンサが含まれている。

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、操舵操作具、モード操作具、自動開始操作具などが含まれている。モード操作具９３は、自動運転と手動運転とを切り替えるための指令を制御ユニット５に送り出す機能を有する。自動開始操作具は、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に送る機能を有する。

制御ユニット５には、自車位置算出部５０、走行制御部５１、作業制御部５２、走行モード管理部５３、走行経路生成部５４、走行軌跡算出部５５、作業領域決定部５６、衝突警戒モジュール４が備えられている。自車位置算出部５０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、自車位置を地図座標（または圃場座標）の形式で算出する。その際、自車位置として、車体１０の特定箇所（例えば車体中心などの車体基準点など）の位置を設定することができる。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。

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に走行制御信号を与える。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に作業制御信号を与える。

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、手動走行制御部５１１と自動走行制御部５１２と走行経路設定部５１３とが含まれている。なお、自動運転を行うために、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。このような走行モードは、走行モード管理部５３によって管理される。

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、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。自動操舵に関する制御信号は、走行経路設定部５１３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５０によって算出された自車位置との間の方位ずれ及び位置ずれを解消するように生成される。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。走行経路設定部５１３によって設定される走行経路は、走行経路生成部５４に格納されている走行経路群（例えばメッシュ経路群）から読み出される。走行経路生成部５４は、走行経路群を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、管理コンピュータ及び外部通信端末で生成されたものをダウンロードして、利用することも可能である。

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、走行経路生成部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のために利用することができる。

走行軌跡算出部５５は、自車位置算出部５０によって算出された自車位置を経時的にプロットすることで走行軌跡を算出する。作業領域決定部５６は、所定の作業幅で行われた収穫作業から、既刈領域（外周領域ＳＡ）、未刈領域（作業対象領域ＣＡ）などを決定する。

衝突警戒モジュール４は、本発明による作業車衝突警戒システムの中心的な役割を果たす構成要素である。衝突警戒モジュール４は、他車位置取得部４１、走行方位決定部４２、車形状管理部４３、離間距離算出部４４、衝突警戒部４５を備えている。

他車位置取得部４１は、通信部６６を介して、第２作業車（他車）から送られてくる他車の自車位置算出部５０で算出された自車位置である他車位置を取得する。走行方位決定部４２は、自車の走行方位を決定する機能と、他車の走行方位を取得する機能とを有する。自車の走行方位は、走行軌跡算出部５５で算出された微小時間での走行軌跡（瞬間走行軌跡）から車体１０の走行方位を決定する。また、走行方位決定部４２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走行方位を決定することも可能である。走行方位決定部４２は、他車の走行方位決定部４２で決定された走行方位を無線通信で受け取り、他車の走行方位として管理する。

車形状管理部４３は、自車及び他車の形状を示す車形状データを管理する。この車形状データは、自車位置算出部５０によって算出される車体１０の特定箇所との位置関係が分かるようにデータ化されている。したがって、走行方位と組み合わせることで、走行方向を基準とする自車及び他車の外形輪郭の算出が可能となる。つまり、自車と他車とが衝突する箇所が算出可能となる。さらに、車形状管理部４３は、作業車同士の衝突回避の信頼性を向上させるための付加機能として、車形状データによって規定される形状よりも、少なくとも走行方向側において膨らませた仮想形状を、修正された車形状データとして生成する機能も有する。

この実施形態では、離間距離算出部４４は、自車位置(第１作業車の座標位置である第１位置に相当する)と、他車位置(第２作業車の座標位置である第２位置に相当する)と、自車の走行方位と、他車の走行方位と、自車の車形状データと、他車の車形状データとに基づいて、離間距離を算出する。ここでは、走行方位と車形状データとを考慮しているので、走行を続けた場合に自車と他車とが最初に接触する正確な部位同士の間の離間距離が算出される。

衝突警戒部４５は、離間距離算出部４４によって算出された離間距離が衝突警戒距離範囲に入った場合に、車体１０を停車させる緊急停車信号を出力する。さらに、衝突警戒部４５は、衝突可能性のある作業車の走行状態、特に車速に応じて衝突警戒距離範囲を変動させる調整機能も有する。例えば、自車及び他車が同一方向で走行し、他車が自車を先行している場合、衝突警戒距離範囲は、自車の車速が高いほど長くなるように調整される。
また、自車及び他車が同一方向で走行し、他車が自車を先行している場合、自車の車速が他車の車速に比べて高いほど、衝突警戒距離範囲を長くなるように調整することも可能である。他車の車速は、継時的な他車位置から容易に算出することができる。

衝突警戒部４５から緊急停車信号が出力されると、走行制御部５１は、車体１０を停車させる。緊急停車信号が出力されると同時に、報知部５０１は、報知デバイス６２を通じて、緊急停車を車外及び車外に報知する。なお、衝突警戒部４５は、作業車同士の衝突まで、なお余裕がある場合には、緊急停車信号に代えて、緊急減速信号を出力して、車体１０を減速させてもよい。さらには、緊急停車信号として、第１緊急停車信号と第２緊急停車信号とを用意し、最初に出力する第１緊急停車信号で車体１０を減速させ、次いで出力する第２緊急停車信号で車体１０を停車させるような制御を採用してもよい。

上述した実施形態では、衝突警戒モジュール４が、各作業車（コンバイン）に備えられていた。これに代えて、無線データ通信網を通じて、各作業車（第１作業車、第２作業車、・・・）とデータ交換可能な管理コンピュータ１００が、衝突警戒モジュール４と同様な機能を備え、各作業車を集中管理する方式を採用してもよい。この集中管理方式では、例えば、図７に示すように、管理コンピュータ１００は、作業車位置取得部４１０、走行方位決定部４２、離間距離算出部４４、前記衝突警戒部４５を備えている。作業車位置取得部４１０は、無線データ通信網を通じて、同一作業地を作業走行する全ての作業車の自車位置算出部５０（第１位置算出部、第２位置算出部、・・・）からの自車位置を受け取る。さらに、管理コンピュータ１００には、データベースとしての作業車管理部１０１が備えられており、この作業車衝突警戒システムを採用している全ての作業車に関する作業車情報が管理されている。その作業車情報には、車形状データも含まれているので、作業車管理部１０１は車形状管理部４３としても機能する。したがって、作業車側では、図６で示された衝突警戒モジュール４が省略される。

作業が開始されると、各作業車から、作業車ＩＤを含む自車位置が管理コンピュータ１００に送られてくる。例えば、図７に示すように、第１作業車からは第１作業車の座標位置である第１位置が第１作業車の作業車ＩＤとともに送られ、第２作業車からは第２作業車の座標位置である第２位置が第２作業車の作業車ＩＤとともに送られてくる。

離間距離算出部４４、各作業車から逐次送られてくる自車位置と、この自車位置から算出される走行方位と、作業車ＩＤを用いて作業車管理部１０１から読み出される車形状データとから、全ての作業車の離間距離を算出する。衝突警戒部４５は、それぞれの離間距離と衝突警戒距離範囲とを比較し、離間距離が衝突警戒距離範囲に入る作業車の組み合わせを特定する。この特定された組み合わせにおいて、衝突方向に走行している方の作業車に対して、車体１０を停車させる緊急停車信号を送信する。管理コンピュータ１００からの緊急停車信号が受信した作業車の走行制御部５１は、直ちに車体１０を停車させる。報知部５０１は、緊急停車信号が出力されると同時に、報知デバイス６２を通じて、緊急停車を車外及び車外に報知する。なお、この作業車衝突警戒制御は、自動走行のみならず手動走行においても実行可能である。

〔別実施の形態〕
（１）上述した実施形態では、離間距離が衝突警戒距離範囲に入る作業車の組み合わせのうち、衝突方向に走行している方の作業車（後行作業車）に対して、車体１０を停車させる緊急停車信号が送信された。これに代えて、離間距離が衝突警戒距離範囲に入る作業車の組み合わせの両方に対して緊急停車信号が送信されてもよい。また、いずれか一方の作業車を停車させることで、衝突可能性が低下または消失する場合には当該作業車にのみ緊急停車信号を送信してもよい。

（２）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。

（３）図７に示した集中管理方式の実施形態においては、図６における衝突警戒モジュール４の全て機能が管理コンピュータ１００に構築されている。これに代えて、走行方位決定部４２は作業車側に残しておいて、作業車側で走行方位を決定した走行方位を自車位置とともに管理コンピュータ１００に送信してもよい。また、車形状管理部４３も作業車側に残しておいて、作業車側から、車形状データを管理コンピュータ１００に送信してもよい。この形態は、作業走行中に外形輪郭が変化するような作業車の場合に特に効果的である。

（４）集中管理方式を採用する場合においても、ＷＥＢサーバのような管理コンピュータ１００に衝突警戒モジュール４を構築するのではなく、作業地周辺で監視する監視者が持参する携帯型の通信端末２（タブレットコンピュータなど）に構築され、無線通信を用いて、各制御ユニット５とデータ交換するような構成を採用してもよい。

（５）上述の実施形態においては、衝突警戒部４５が緊急停車信号を出力すると、走行制御部５１が車体１０を自動的に停車させた。本発明の作業車衝突警戒システムは、少なくとも１台の作業車が手動走行している場合や全ての作業車が手動走行している場合でも、衝突の可能性があれば自動的に停車させることができるので、有益である。但し、手動走行において、運転者の意思を尊重する場合には、緊急停車の報知のみを行い、実際の停車は、運転者によって行われるようにしてもよい。また、自動運転の場合でも、監視者が運転席に着座して、操縦可能な状態であれば、緊急停車信号の出力により自動走行モードから手動走行モードに強制的に切り替えて、緊急停車の報知だけを行ない、実際の停車は、運転者によって行われるようにしてもよい。

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。

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。

１０ ：車体
４ ：衝突警戒モジュール
４１ ：他車位置取得部
４２ ：走行方位決定部
４３ ：車形状管理部
４４ ：離間距離算出部
４５ ：衝突警戒部
５ ：制御ユニット
５０ ：自車位置算出部（第１位置算出部、第２位置算出部）
５０１ ：報知部
５０２ ：入力処理部
５０３ ：出力処理部
５１ ：走行制御部
５１１ ：手動走行制御部
５１２ ：自動走行制御部
５１３ ：走行経路設定部
５２ ：作業制御部
５３ ：走行モード管理部
５４ ：走行経路生成部
５５ ：走行軌跡算出部
５８ ：作業領域決定部
５９ ：走行経路生成部
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
９０ ：走行操作ユニット
１００ ：管理コンピュータ
１０１ ：作業車管理部
４１０ ：作業車位置取得部

Claims (10)

1. 同一の圃場を収穫作業を行いながら協調して自動走行する複数の収穫機のための収穫機衝突警戒システムであって、
   前記収穫機の自動走行の目標となる走行経路を設定する走行経路設定部と、前記走行経路設定部が設定した前記走行経路を前記収穫機が走行するように前記収穫機の走行機器群を制御する自動走行制御部と、を備え、
   前記収穫機としての第１収穫機の座標位置である第１位置を衛星測位によって算出する第１位置算出部と、
   前記収穫機としての第２収穫機の座標位置である第２位置を前記衛星測位によって算出する第２位置算出部と、
   前記第１位置と前記第２位置とに基づいて前記第１収穫機と前記第２収穫機との間の離間距離を算出する離間距離算出部と、
   前記離間距離が衝突警戒距離範囲に入った場合に、前記第１収穫機または前記第２収穫機、あるいはその両方を停車させる緊急停車信号を出力する衝突警戒部と、を備えた収穫機衝突警戒システム。
2. 前記第１収穫機及び前記第２収穫機が同一方向で走行し、前記第２収穫機が前記第１収穫機を先行している場合、前記衝突警戒距離範囲は、前記第１収穫機の車速に応じて変動し、車速が高いほど前記衝突警戒距離範囲は長くなる請求項１に記載の収穫機衝突警戒システム。
3. 前記第１収穫機及び前記第２収穫機が同一方向で走行し、前記第２収穫機が前記第１収穫機を先行している場合、前記衝突警戒距離範囲は、前記第１収穫機の車速が前記第２収穫機の車速に比べて高いほど前記衝突警戒距離範囲は長くなる請求項１または２に記載の収穫機衝突警戒システム。
4. 前記第１収穫機及び前記第２収穫機の形状を示す車形状データを管理する車形状管理部が備えられ、
   前記離間距離算出部は、前記第１位置と前記第２位置と前記車形状データとに基づいて前記第１収穫機と前記第２収穫機との間の離間距離を算出する請求項１から３のいずれか一項に記載の収穫機衝突警戒システム。
5. 前記離間距離算出部は、前記車形状データによって規定される形状よりも、少なくとも走行方向側において大きく設定された仮想形状に基づいて、前記離間距離を算出する請求項４に記載の収穫機衝突警戒システム。
6. 前記離間距離算出部及び前記衝突警戒部が、前記第１収穫機及び前記第２収穫機と無線データ通信網を介してデータ交換可能な管理コンピュータに構築されており、
   前記衝突警戒部は、対応する前記収穫機の前記自動走行制御部に前記緊急停車信号を送信する請求項１から５のいずれか一項に記載の収穫機衝突警戒システム。
7. 他車とともに同一の圃場を収穫作業を行いながら前記他車と協調して自動走行する収穫機であって、
   自動走行の目標となる走行経路を設定する走行経路設定部と、
   前記走行経路設定部が設定した前記走行経路を走行するように走行機器群を制御する自動走行制御部と、
   自車の座標位置である自車位置を衛星測位によって算出する自車位置算出部と、
   前記衛星測位によって算出された前記他車の座標位置である他車位置を取得する他車位置取得部と、
   前記自車位置と前記他車位置とに基づいて前記自車と前記他車との間の離間距離を算出する離間距離算出部と、
   前記離間距離が衝突警戒距離範囲に入った場合に、前記自車または前記他車、あるいはその両方を停車させる緊急停車信号を出力する衝突警戒部と、を備えた収穫機。
8. 前記自車及び前記他車が同一方向で走行し、前記他車が前記自車を先行している場合、前記衝突警戒距離範囲は、前記自車の車速に応じて変動し、前記車速が高いほど前記衝突警戒距離範囲は長くなる請求項７に記載の収穫機。
9. 前記自車及び前記他車が同一方向で走行し、前記他車が前記自車を先行している場合、前記衝突警戒距離範囲は、前記自車の車速が前記他車の車速に比べて高いほど前記衝突警戒距離範囲は長くなる請求項７または８に記載の収穫機。
10. 前記自車及び前記他車の形状を示す車形状データを管理する車形状管理部が備えられ、
    前記離間距離算出部は、前記自車位置と前記他車位置と前記車形状データとに基づいて前記自車と前記他車との間の離間距離を算出する請求項７から９のいずれか一項に記載の収穫機。

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