JP7215992B2 - 農業機械 - Google Patents

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本発明は、ベーラとトラクタとを含む農業機械に関する。
ベーラ作業は、ベーラをトラクタに接続し、トラクタにベーラをけん引させて行われる。ベールは、均一性が求められるが、刈り取った牧草や干し草などが収集されたものであるスワスの形状は、ベーラのサイズに対応しているわけではない。よって、ベーラで単にスワス上を走行しても、均一性のとれたベールを生成できるわけではない。
そこで、特許文献1には、センサを備え、スワスの位置およびベールサイズを取得して自動操舵することにより、円筒形のベールを生成するトラクタおよびベールが記載されている。
米国特許第7404355号
前記従来技術のように自動操舵によりベールを生成しても、必ずしも均一なベールを生成できるとは限らない。この場合、均一なベールを生成するためには、ベールサイズをモニタリングしつつ、作業者が走行経路を微調整する必要がある。
しかし、自動操舵において、作業者が走行経路を調整するためにマニュアル操作を行うと、自動操舵機能は解除されてしまう。
本発明の一態様は、前記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、自動操舵機能を継続しつつ、ベールの均一性を高めることができる農業機械を実現することにある。
前記課題を解決するために、本発明の一態様に係る農業機械は、予め設定された経路を自動的に走行する自動操舵機能を有する農業機械であって、スワスの位置を取得するスワス情報取得部と、前記スワスの位置を用いて、前記自動操舵機能による自動運転の走行経路を決定する決定部と、前記走行経路に基づいて作業継続幅を設定する設定部と、前記自動運転中に作業者によるマニュアル操作があった場合、当該マニュアル操作中の自機の位置が前記作業継続幅内にあるか否かを判定する判定部と、前記自動操舵機能による自動運転を実行する実行部と、を備え、前記実行部は、前記判定部が、自機が前記作業継続幅内にあると判定した場合、前記マニュアル操作終了後に自機を前記走行経路に復帰させて、前記自動操舵機能による自動運転を継続し、前記判定部が、自機が前記作業継続幅内にないと判定した場合、当該時点で前記自動操舵機能を解除する、ことを特徴としている。
前記の構成によれば、自動操舵機能による自動運転中にマニュアル操作が行われたとしても、農業機械が作業継続幅内にあれば、自動操舵機能を解除しない。これにより、ベールを均一にするために走行経路を微調整する必要がある場合等に、作業者がマニュアル操作により農業機械の走行経路を微調整したとしても、自動操舵機能は解除されない。
よって、自動操舵機能を継続しつつ、ベールの均一性を高めることができる。
本発明の一態様に係る農業機械では、前記実行部は、自機の現在位置、自機の進行方向、自機と前記走行経路との距離、予め設定された復帰距離、および前記マニュアル操作におけるハンドルの角速度、の少なくとも何れかを用いて決定した経路で自機を前記走行経路へ復帰させるものであってもよい。
前記の構成よれば、走行経路へ復帰する経路を自機の現在位置、自機の進行方向、自機と前記走行経路との距離、予め設定された復帰距離、および前記マニュアル操作におけるハンドルの角速度、の少なくとも何れかを用いて決定するので、最適な経路で走行経路に復帰することができる。
本発明の一態様に係る農業機械では、前記実行部は、前記マニュアル操作におけるハンドルの角速度が所定値以上の場合、前記自動操舵機能を解除するものであってもよい。
前記の構成によれば、自動操舵機能による自動運転中に、角速度が所定値以上のハンドル操作があった場合、自動操舵機能を解除する。これにより、いわゆる「急ハンドル」が行われた場合に、自動操舵機能を解除することができる。
本発明の一態様に係る農業機械では、各種センサ等で検出した情報を外部装置で一元管理するシステムであるFMIS(FarmManagement Information System)と通信可能であり、前記スワス情報取得部は、対象となるスワスの形成工程の情報から当該スワスの位置を前記FMISから取得するものであってもよい。
前記の構成によれば、FMISからスワス情報を取得することできるので、スワスの正確な位置に基づいて、走行経路を決定することができる。また、スワス位置を検出するセンサ等を有していない場合であっても、スワス位置を認識することができる。
本発明の一態様に係る農業機械では、前記決定部は、自機がマニュアル操作により前記スワス上を一定区間走行した走行軌跡に基づいて、以降の走行経路を決定するものであってもよい。
前記の構成によれば、マニュアル操作によりスワス上の実際に走行した走行軌跡を用いて走行経路を決定するので、よりマニュアル操作に近い走行経路に決定することができる。
本発明の各態様に係るベーラ制御部は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを上記ベーラ制御部(ソフトウェア要素)として動作させることにより上記ベーラ制御部をコンピュータにて実現させる制御プログラム、およびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。
本発明の一態様によれば、自動操舵機能による自動運転中にマニュアル操作が行われたとしても、農業機械が作業継続幅内にあれば、自動操舵機能を解除しないので、ベールを均一にするために走行経路を微調整する必要がある場合等に、作業者がマニュアル操作により農業機械の走行経路を微調整したとしても、自動操舵機能は解除されない。よって、自動操舵機能を継続しつつ、ベールの均一性を高めることができるという効果を奏する。
本発明の実施形態に係るトラクタおよびベーラの要部構成を示す機能ブロック図である。 トラクタおよびベーラの概要を示す図である。 トラクタにおける処理の流れを示すフローチャートである。 自動操舵運転の継続について説明するための図である。 自動操舵運転の継続について説明するための図である。
〔実施形態1〕
〔概要〕
以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。本実施形態では、トラクタ10がベーラ20をけん引可能に、トラクタ10とベーラ20とが接続されている。また、トラクタ10とベーラ20とは相互に通信可能である。そして、トラクタ10がベーラ20をけん引しながら走行することにより、ベーラ作業が実行される。トラクタ10とベーラ20とを含めて農業機械30とも呼ぶ。
本実施形態では、トラクタ10は、自動操舵機能を有する。そして、トラクタ10は、測定センサ16を備え、スワスの位置、形状を測定してトラクタ10の自動操舵機能により自動運転を行う走行経路を決定し、走行する。さらに、決定した走行経路に対し作業幅を設定し、トラクタ10が作業幅内に存在していれば、自動操舵中にマニュアル操作があってもトラクタ10の自動操舵を解除せず、マニュアル操作後に自動操舵を継続する。
これにより、自動操舵によりトラクタ10を走行させることができるとともに、トラクタ10の走行経路を微調整するためにマニュアル操作がなされた場合であっても、マニュアル操作後に、自動操舵を継続することができる。よって、自動操舵が解除されることによる手間、処理等を減らすことができる。
〔農業機械の概要〕
図2を参照して、走行車両であるトラクタ10について説明する。図2は、トラクタ10およびベーラ20の側面図である。トラクタ10は、車体11と、車体11で囲まれたキャビン12、図示しないエンジンやモータからの動力により走行に用いられる前車輪13及び後車輪14を備える。また、トラクタ10は、図示しないブレーキにより減速及び停止をすることができる。
トラクタ10はGPS部15を備え、衛星から位置情報を得ることができる。トラクタ10は、位置情報を用いることにより自動操舵を行うことができ、スワス40上を自動で走行することも可能である。GPS部15は慣性計測装置(IMU:Inertial Measurement Unit)を備えてもよい。慣性計測装置により、GPSの位置精度を補完することができる。また、慣性計測装置により3軸の角度を計測することができるため、圃場の凹凸や傾斜地などによるトラクタの車両姿勢を測定することができる。また、トラクタ10はライダ(Lidar)、カメラなどの測定センサ16を備えることもできる。トラクタ10は、測定センサ16によりスワスを検知し、スワス40上を自動で走行することも可能である。
また、ベーラ20は、フレーム21と、リアゲート22と、走行車輪23とを備える。ベーラ20は、トラクタ10と接続部31により物理的、電気的に接続されている。ベーラ20は、トラクタ10により牽引され、ベール41を形成する。
ベーラ20は、吸込口24からスワス40の牧草や麦などを刈り取った干し草や藁などをフレーム21とリアゲート22に囲まれた内部に送り込み、ベール41を形成する。ベーラセンサ25は、フレーム21とリアゲート22に囲まれた内部にあり、ベール41のサイズを検知する。ベール41が所定のサイズになるとトラクタ10が停止し、ベール41を包装し、ベーラ20から排出する。
〔農業機械の機能〕
次に、図1を参照して、トラクタ10およびベーラ20の機能について説明する。図1は、トラクタ10およびベーラ20の機能ブロック図である。
図1に示すように、トラクタ10は、トラクタ制御部100、トラクタ通信部110、センサ部120、操作部130、駆動部140、およびターミナル150を有する。これらは、ISOBUSと呼ばれるCAN(Control Area Network)ベースの国際標準規格ISO11783により接続されている。
トラクタ制御部100は、ECU(Electronic Control Unit)からなり、典型的にはCPU(Control Processing Unit)、メモリや制御ソフトなどからなる。トラクタ制御部100は、トラクタ10の走行・停止といった走行に関する制御、エンジンからの動力をベーラ20等の作業機へ伝えるPTO(Power Take-Off)、作業機を取り付けるヒッチの制御を行う。
トラクタ制御部100は、スワス情報取得部101、走行制御部(決定部、設定部、判定部、実行部)102、および作業幅設定部103を含む。スワス情報取得部101は、測定センサ16によって測定したスワス情報(位置、形状等)を取得し、走行制御部102に通知する。
走行制御部102は、自動操舵機能を実行するものであり、スワス情報取得部101から通知されたスワス情報、およびベーラ20から通知されたベール41の形状を用いて、適切な走行経路を決定し、決定した走行経路をトラクタ10が走行するように駆動部140を制御する。
作業幅設定部103は、自動操舵機能実行中の作業幅を設定する。作業幅とは、自動操舵機能を実行するために設定された走行経路の中央線から所定の距離分の幅である。所定の距離は、スワス40の幅、ベーラ20により生成されるベールの大きさ、トラクタ10の幅等を用いて決定され、トラクタ10が当該作業幅内に存在していれば、自動操舵機能は解除されない。
センサ部120は、車速、変速機、エンジン回転数、PTO回転数、作業機取付、油圧といったトラクタの基本的な動作に関するセンサに加え、GPS15、測定センサ16、走行距離計122を含む。これらのセンサ部120で得た情報は、トラクタ制御部100に送られ、トラクタ10の制御に利用される。
操作部130は、ハンドル、アクセル及びブレーキ等のペダルであり、トラクタ10の走行に関する操作を行うものである。
駆動部140は、エンジンおよびモータなどの動力、トランスミッション、クラッチ車軸、ブレーキ、前車輪13、後車輪14、作業機を駆動するPTOやヒッチからなる。なお、ブレーキは電子ブレーキであってもよい。これら駆動部140は、トラクタ制御部100により制御される。
ターミナル150は、表示部151および操作受付部152を含む。ターミナル150は例えばタッチパネルにより構成されており、トラクタ10やベーラ20の各センサから得た情報などを表示するとともに、ベーラ20の作業に関する操作の受付、トラクタ10のPTOやヒッチの設定の受付に用いることができる。
トラクタ通信部110は、ベーラ20と双方向通信(相互通信)を行う。ここでは、国際標準規格ISO11783に準拠した通信を用いた。さらに、TIM(Tractor Implement Management)システムも実装し、ベーラ20からの制御信号をトラクタ通信部110で受信し、トラクタ制御部100によりトラクタ10の速度制御、PTOの回転数の制御、ヒッチの高さ制御、油圧の制御などを行うことができる。なお、ターミナル150はトラクタ通信部110を介さずにベーラ20と接続されていてもよい。また、ターミナル150はトラクタ制御部100とも接続されている。
また、図1に示すように、ベーラ20は、ベーラ制御部200、ベーラ通信部210、ベーラセンサ25、作業部220を含む。これらは、ISOBUSにより接続されている。
ベーラ制御部200は、ECU(Electronic Control Unit)からなり、典型的にはCPU(Control Processing Unit)、メモリや制御ソフトなどからなる。ベーラ制御部200は、干し草や藁を圧縮し所定の大きさ、形状のベールを形成するために必要な制御を行う。
ベーラ20は主にラウンドベーラと呼ばれる円柱状のベール41を形成するものと、スクエアベーラと呼ばれる角型のベール41を形成するものがある。ベール41の形状はベーラ20の進行方向を縦方向、ベーラ20の進行方向と直行する方向を横方向(幅方向)、ベーラ20の高さ方向を高さ方向とすると、縦×横(幅)×高さで表すことができる。一例として、角型のベール41は縦200cm×横80cm×高さ90cm、ラウンドベール41は横(幅)120cm×縦と高さ(直径)は150cmとなる。例えば、ラウンドベーラであれば幅方向に均等に干し草や藁を分配し、幅方向に偏りがないようにベール41を大きくしていき、目標サイズ(直径)になれば作業を停止する。
また、ベーラ制御部200は、ベール41の現在のサイズ、形状など必要な情報、あるいは必要に応じて減速などの速度制御要求を、ベーラ通信部210を介してトラクタ10へ送信する。それらの情報は、トラクタ10のターミナル150に表示される。ここで、スワス40の幅はベール41の幅と一致していないことが普通であり、仮に一致していてもスワス40が幅方向で同じ密度ということは少なく山型形状になっている。そのため、ベーラ制御部200はベールの横方向(幅)が不均一になっている場合、その情報をトラクタ10へ送信し、ターミナル150に表示される。
自動操舵運転中であっても、作業者は、その情報を基にトラクタ10の走行経路を微調整し、例えば、スワス40の中央ではなく偏って走りベール41が均一になるように運転する。また、スワス40に対し蛇行するように走り、ベール41が均一になるように運転することもできる。
ベーラセンサ25は、ベール41のサイズ、形状、重さ、表面の均一性などを測定する。ベーラセンサ25で得た情報は、ベーラ制御部200に送られ、制御に利用される。本実施形態では、例えば、ベーラセンサ25として複数のベールサイズセンサを横方向に並べて用い、ベール41のサイズと幅方向の均一性を測定している。
作業部220は、ベール41の作成を行う。前述したように吸込口24から干し草や藁などを圧縮し、形を整えベール41を形成する。また、作業部220はベールを作成した後、ベール41を包装し、ベール排出部221から排出する。なお、ベール41の排出はリアゲート22を開くことにより行う。
ベーラ通信部210は、トラクタ10とISO11783に準拠した通信により双方向通信を行い必要な情報をトラクタ10に送る。また、速度制御などの要求を必要に応じて送る。
〔処理の流れ〕
次に、図3を参照して、トラクタ10における処理の流れについて説明する。図3は、トラクタ10における処理の流れを示すフローチャートである。
図3に示すように、トラクタ10の運転を開始し(S101)、自動操舵運転の開始設定が行われると、測定センサ16によりスワス40の検出が行われ(S102)、作業幅設定部103により作業継続幅の設定が行われる(S103)。そして、自動操舵運転が開始される(S104)。
自動操舵運転中に、マニュアル操作(ハンドル操作)があると(S105でYES)、走行制御部102は、トラクタ10の位置が作業継続幅にあるか否かを判定する(S106)。作業継続幅にあるかどうかは、前述したGPS15によるトラクタ10の位置により判定することができる。そして、作業継続幅にあると判定した場合(S106でYES)、自動操舵を中断し、作業者のマニュアル操作に基づきトラクタ10を走行させる。そして、作業者のマニュアル操作が終了すると(S107でYES)、走行制御部102はトラクタ10を設定した走行経路に復帰するように走行させ、自動操舵運転を継続する(S108)。
マニュアル操作が終了したとの判定は、例えば、作業者がハンドルから手を離したとき、ハンドル操作が所定時間、無かったとき、スイッチ等にマニュアル操作が終了した旨の入力があったときに行うことができる。なお、作業車がハンドルから手を離したかどうかはハンドルにセンサを付けることにより判別させることができる。
また、走行経路へ復帰する経路は、トラクタ10の進行方向と走行経路との関係、マニュアル操作が終了した時点のトラクタ10と位置と走行経路との距離、走行経路へ復帰するまでの経路長の設定、マニュアル操作におけるハンドル操作(ステアリング)の角速度(角度および時間)等を用いて決定することができる。
例えば、障害物があるためにマニュアル操作を行った場合を考える。その際に、作業車がハンドルを大きく切ることなく避けられた場合は、最短ルートでトラクタ10及びベーラ20を予定の経路に戻すことが考えられる。しかし、ハンドルを大きく切った場合に最短経路でトラクタ10及びベーラを戻すと横転する可能性がある。特にベーラ20はベール41のサイズが大きくなると重くなるため操舵は慎重に行う必要がある。その場合は、横転しない程度の角度で元のオートステアで走行する予定だった経路に戻る。このような復帰の収束感度についてはターミナル150により設定を行うことができ、ベール41の大きさ毎に設定を変えられるようにしてもよい。
一方、ステップS105でマニュアル操作が無かった場合(S105でNO)、そのまま自動操舵運転を継続する。また、ステップS106でトラクタ10が作業継続幅を出た場合(S106でNO)、走行制御部102は、自動操舵運転を解除する(S109)。
〔自動操舵運転の継続〕
次に、図4および図5を参照して、自動操舵運転の継続について説明する。図4および図5は、自動操舵運転の継続について説明するための図である。前述したように、本実施形態では、トラクタ10が作業継続幅内に存在する場合、マニュアル操作があっても自動操舵運転を解除しない。
例えば、図4に示すように、スワス40に対し、自動操舵運転の走行経路402が設定され、幅Thで作業継続幅403(403L、403R)が設定された場合を考える。この場合、作業者が何も操作しなければ、トラクタ10は走行経路402に沿って進む。ここで、図5に示すように、作業者がトラクタ10を走行経路402から右にずれるようにハンドルを操作し、走行経路405を進んでいたとする。そして、A地点において、作業者がハンドル操作(マニュアル操作)を終了したとする。この場合、マニュアル操作が始まってから終了するA地点までトラクタ10は作業継続幅403内に存在しているので、自動操舵運転は解除されていない。そして、A地点においてマニュアル操作が解除されたので、走行制御部102は、トラクタ10がA地点から最適な経路で走行経路402に復帰するようにトラクタ10を走行させる。そして、トラクタ10が走行経路402に復帰すると自動操舵運転を継続する。
〔変形例1〕
前述した実施形態では、トラクタ10が作業継続幅403内に存在していれば、自動操舵運転は解除しない構成とした。本実施形態は、これに限られず、例えば、トラクタ10が作業継続幅403内に存在していたとしても、いわゆる「急ハンドル」があった場合、自動操舵運転を解除するものであってもよい。
すなわち、ハンドル操作の操作量が所定時間内で閾値以上の場合、「急ハンドル」があったとして、自動操舵運転を解除する。「急ハンドル」があった場合、障害物や人が現れるなど想定外の状況が発生している可能性が高い。本変形例では、このような場合に、自動操舵運転を解除することができるので、より安全に配慮したものとすることができる。
〔変形例2〕
また、スワス情報取得部101は、FMIS(FarmManagement Information System)からスワス位置を取得してもよい。FMISとは、各種センサが検出した情報を一元管理するシステムである。ベール作業の前工程で、刈り取られた干し草、牧草等が収集され形成されたスワスに関する情報がFMISで管理されていれば、トラクタ10がFMISと通信することにより当該情報を取得して、スワス位置を認識することができる。
〔変形例3〕
走行制御部102は、マニュアル操作により、スワス上を一定区間走行した時の走行軌跡を取得し、当該走行軌跡を用いて、その後の走行経路を設定してもよい。スワス上を実際に走ったときの走行軌跡を用いることにより、マニュアル操作に近い走行経路を設定することができる。
なお、このようなマニュアル操作によりベール41の形状を整える運転を行った場合、ベーラセンサ25でベール41の形状を測定し、ベーラ制御部200やトラクタ制御部100により機械学習を行い今後の自動操舵に活用できるようにしてもよい。
〔ソフトウェアによる実現例〕
トラクタ10およびベーラ20の制御ブロック(特にトラクタ制御部100、ベーラ制御部200)は、集積回路(ICチップ)等に形成された論理回路(ハードウェア)によって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。
後者の場合、トラクタ10およびベーラ20は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するコンピュータを備えている。このコンピュータは、例えば少なくとも1つのプロセッサ(制御装置)を備えていると共に、上記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な少なくとも1つの記録媒体を備えている。そして、上記コンピュータにおいて、上記プロセッサが上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記プロセッサとしては、例えばCPU(Central Processing Unit)を用いることができる。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、ROM(Read Only Memory)等の他、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムを展開するRAM(Random Access Memory)などをさらに備えていてもよい。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体(通信ネットワークや放送波等)を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
10 トラクタ
11 車体
12 キャビン
13 前車輪
14 後車輪
15 GPS部
16 測定センサ
20 ベーラ
21 フレーム
22 リアゲート
23 走行車輪
24 吸込口
25 ベーラセンサ
30 農業機械
31 接続部
100 トラクタ制御部
101 スワス情報取得部
102 走行制御部(決定部、設定部、判定部、実行部)
103 作業幅設定部
110 トラクタ通信部
120 センサ
130 操作部
140 駆動部
150 ターミナル
200 ベーラ制御部
210 ベーラ通信部
220 作業部
221 ベール排出部

Claims (5)

  1. 予め設定された経路を自動的に走行する自動操舵機能を有する農業機械であって、
    スワスの位置を取得するスワス情報取得部と、
    前記スワスの位置を用いて、前記自動操舵機能による自動運転の走行経路を決定する決定部と、
    前記走行経路に基づいて作業継続幅を設定する設定部と、
    前記自動操舵機能による自動運転を実行する実行部であって、前記自動運転中に作業者によるマニュアル操作があった場合、前記自動操舵機能を中断する実行部と、
    前記自動運転中に前記マニュアル操作があった場合、当該マニュアル操作に基づく自機の位置が前記作業継続幅内にあるか否かを判定する判定部と、を備え、
    前記実行部は、
    前記判定部が、自機が前記作業継続幅内にあると判定した場合、前記マニュアル操作終了後に自機を前記走行経路に復帰させて、前記自動操舵機能による自動運転を継続し、
    前記判定部が、自機が前記作業継続幅内にないと判定した場合、当該時点で前記自動操舵機能を解除する、
    ことを特徴とする農業機械。
  2. 前記実行部は、自機の現在位置、自機の進行方向、自機と前記走行経路との距離、予め設定された復帰距離、および前記マニュアル操作におけるハンドルの角速度、の少なくとも何れかを用いて決定した経路で自機を前記走行経路へ復帰させることを特徴とする請求項1に記載の農業機械。
  3. 前記実行部は、前記マニュアル操作におけるハンドルの角速度が所定値以上の場合、前記自動操舵機能を解除することを特徴とする請求項1または2に記載の農業機械。
  4. 各種センサ等で検出した情報を外部装置で一元管理するシステムであるFMIS(FarmManagement Information System)と通信可能であり、
    前記スワス情報取得部は、対象となるスワスの形成工程の情報から当該スワスの位置を前記FMISから取得することを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の農業機械。
  5. 前記決定部は、自機がマニュアル操作により前記スワス上を一定区間走行した走行軌跡に基づいて、以降の走行経路を決定することを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載の農業機械。
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