JP7271416B2 - 作業車両及び作業車両の走行管理システム - Google Patents
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Description
本発明の作業車両は、作業装置を連結する連結部を有する走行車体と、前記作業装置に設けられ且つ、互いに異なるマーカとして識別可能な第1マーカ部材及び第2マーカ部材と、前記走行車体に設けられ且つ、前記第1マーカ部材及び前記第2マーカ部材をそれぞれ検出するマーカ検出装置と、前記マーカ検出装置が検出した検出データに基づいて、前記走行車体の前後方向と左右方向と高さ方向のそれぞれに対して平行な3軸方向における前記第1マーカ部材及び前記第2マーカ部材の位置をそれぞれ求め、当該第1マーカ及び第2マーカの位置から前記3軸方向における前記作業装置の姿勢及び位置を演算する状態演算装置と、を備えている。
また、本発明の一態様では、前記作業装置は、前記連結部により前記走行車体の後方に連結され、前記第1マーカ部材は、前記作業装置の前面のフレームの左上部に取り付けられ、前記第2マーカ部材は、前記フレームの右上部に取り付けられている。
また、本発明の一態様では、前記作業車両は、前記走行車体に設けられ且つ、前記走行
車体の位置である車体位置を測位する測位装置を備え、前記状態演算装置は、前記測位装置により測位された前記車体位置と、前記走行車体における前記マーカ検出装置の位置とに基づいて、前記作業装置の位置を緯度と経度に換算した装置位置を演算し、且つ前記走行車体に対する前記作業装置の相対位置を演算する。
また、本発明の一態様では、前記状態演算装置は、前記第1マーカ部材の予め設定された枠内の複数部分を前記撮像画像から認識して、当該複数部分の面積を求め、前記第1マーカ部材の前記複数部分の面積から前記3軸方向における前記第1マーカ部材の姿勢を求め、前記第1マーカ部材の姿勢と、前記マーカ検出装置から前記第1マーカ部材までの焦点距離とにより、前記3軸方向における前記第1マーカ部材の位置を求め、前記第2マーカ部材の予め設定された枠内の複数部分を前記撮像画像から認識して、当該複数部分の面積を求め、前記第2マーカ部材の前記複数部分の面積から前記3軸方向における前記第2マーカ部材の姿勢を求め、前記第2マーカ部材の姿勢と、前記マーカ検出装置から前記第2マーカ部材までの焦点距離とにより、前記3軸方向における前記第2マーカ部材の位置を求める。
図1は、作業車両1に作業装置2を連結した状態を示している。
まず、作業車両の1つであるトラクタをについて説明する。
トラクタ1は、走行装置7を有する走行車体3と、原動機4と、変速装置5とを備えている。走行装置7は、前輪7F及び後輪7Rを有する装置である。前輪7Fは、タイヤ型であってもクローラ型であってもよい。また、後輪7Rも、タイヤ型であってもクローラ型であってもよい。原動機4は、ディーゼルエンジン、電動モータ等である。変速装置5は、変速によって走行装置7の推進力を切換可能であると共に、走行装置7の前進、後進の切換が可能である。走行車体3にはキャビン9が設けられ、当該キャビン9内には運転席10が設けられている。
図2に示すように、連結部8は、例えば、牽引ヒッチであって、走行車体3から後方に延設された延設体8aと、延設体8aの後端に設けられた枢支ピン8bとを含んでいる。延設体8aの前部は、変速装置5のミッションケール、デフケース等にボルト等の締結具より固定されていて、幅方向に揺動不能となっている。延設体8aの後部は、上壁8a1と、上壁8a1から離間した下壁8a2とが形成されていて、上壁8a1と下壁8a2とに枢支ピン8bが貫通している。作業装置2の連結バー2aを上壁8a1と下壁8a2との間に位置させ、枢支ピン8bを連結バー2aの挿入孔に挿入することによって、作業装置2を連結部8に連結することができる。
図4Cに示した第1マーカ部材110L及び第2マーカ部材110Rは、上辺113と下辺114とを含み、枠内にライン117、118が形成され、色111a、色111bが着色されている。
トラクタ1は、測位装置40を備えている。測位装置40は、D-GPS、GPS、GLONASS、北斗、ガリレオ、みちびき等の衛星測位システム(測位衛星)により、自己の位置(緯度、経度を含む測位情報)を検出可能である。即ち、測位装置40は、測位衛星から送信された衛星信号(測位衛星の位置、送信時刻、補正情報等)を受信し、衛星信号に基づいて、トラクタ1の位置(例えば、緯度、経度)、即ち、車体位置を検出する。測位装置40は、受信装置41と、慣性計測装置(IMU:Inertial Measurement Unit)42とを有している。受信装置41は、アンテナ等を有していて測位衛星から送信された衛星信号を受信する装置であり、慣性計測装置42とは別に走行車体3に取付けられている。この実施形態では、受信装置41は、走行車体3、即ち、キャビン9に取付けられている。なお、受信装置41の取付箇所は、実施形態に限定されない。
なお、上述した実施形態では、連結部8は、スイングドローバであったが、図8に示すように、昇降装置であってもよい。連結部8が昇降装置である場合について説明する。連結部8は、リフトアーム25a、ロアリンク25b、トップリンク25c、リフトロッド25d、リフトシリンダ25eを有している。リフトアーム25aの前端部は、変速装置5を収容するケース(ミッションケース)の後上部に上方又は下方に揺動可能に支持されている。リフトアーム25aは、リフトシリンダ25eの駆動によって揺動(昇降)する。リフトシリンダ25eは、油圧シリンダから構成されている。リフトシリンダ25eは、制御弁37を介して油圧ポンプと接続されている。制御弁37は、電磁弁等であって、リフトシリンダ25eを伸縮させる。
図6に示すように、状態演算装置150は、マーカ検出装置120がカメラ(CCD、CMOS等の可視光カメラ)である場合、カメラが撮像した撮像画像に基づいて、第1マーカ部材110Lの位置ML(X1、Y1、Z1)を求める。また、状態演算装置150は、カメラが撮像した撮像画像に基づいて、第2マーカ部材110Rの位置MR(X2、Y2、Z2)を求める。
また、状態演算装置150は、第2マーカ部材110Rを認識すると、予め設定された第2マーカ部材110Rの枠内(撮像画像内の枠内)において、第2マーカ部材110Rの面積S41、S42、S43、S51、S52、S53、S61、S62、S63を求め、互いの面積S41、S42、S43、S51、S52、S53、S61、S62、S63から第2マーカ部材110Rの姿勢RR(r41r42、r43、r51、r52、r53、r61、r62、r63)RL、即ち、3軸方向(X軸、Y軸、Z軸)の姿勢を求める。例えば、第2マーカ部材110Rの面積S41、S42、S43、S51、S52、S53、S61、S62、S63が同じである場合、状態演算装置150は、基準の3軸(X軸、Y軸、Z軸)と同じであり、傾いていないことになる。
図9A~図9Cに示す作業装置2は昇降装置に連結可能な作業装置であって、例えば、散布装置の一例である。作業装置2は、昇降装置のトップリンク25cに連結される第1連結部31と、ロアリンク25bに連結される連結部32、33とを備えている。また、作業装置2の左部及び右部には、散布を行う散布ノズル34が設けられていて、肥料、薬剤等の散布を行うことができる。なお、散布ノズル34は、図示省略の配管に接続されていて、ポンプ等によって配管内に贈られた散布物(肥料、薬剤)を散布することができる。
図9Bに示すように、状態演算装置150が、作業装置2の左上部の位置ML(X1、Y1、Z1)と、右上部の位置MR(X2、Y2、Z2)とを求めた場合において、垂直方向のZ2がZ1よりも高い場合、作業装置2は角度θ2だけ傾いていて、右上がりになっている。
以上のように、状態演算装置150によって、位置、姿勢を求めることができ、作業装置2のロール角、ピッチ角、ヨー角と、走行車体3に対する作業装置2の位置を求めることができる。状態演算装置150の状態(位置、姿勢)は、表示装置45等に表示してもよい。また、状態演算装置150の状態(位置、姿勢)に応じて、制御装置60によってトラクタ1を制御してもよい。
状態演算装置150は、作業装置2の状態として走行車体3と作業装置2との相対位置を演算する。これによれば、作業中などに、作業装置2がどれだけ走行車体3から離れているかを把握することができる。言い換えれば、作業装置2が走行車体3に近接している状態であるか離間しているかの度合いを把握することができる。
マーカ検出装置120は、マーカ部材110を撮像する撮像装置である。これによれば、簡単に作業装置2の状態を求めることができる。
2 :作業装置
3 :走行車体
8 :連結部
110 :マーカ部材
120 :マーカ検出装置
150 :状態演算装置
ML :姿勢
RR :姿勢
Claims (12)
- 作業装置を連結する連結部を有する走行車体と、
前記作業装置に設けられ且つ、互いに異なるマーカとして識別可能な第1マーカ部材及び第2マーカ部材と、
前記走行車体に設けられ且つ、前記第1マーカ部材及び前記第2マーカ部材をそれぞれ検出するマーカ検出装置と、
前記マーカ検出装置が検出した検出データに基づいて、前記走行車体の前後方向と左右方向と高さ方向のそれぞれに対して平行な3軸方向における前記第1マーカ部材及び前記第2マーカ部材の位置をそれぞれ求め、当該第1マーカ及び第2マーカの位置から前記3軸方向における前記作業装置の姿勢及び位置を演算する状態演算装置と、
を備えている作業車両。 - 前記第1マーカ部材と前記第2マーカ部材とは、枠と当該枠内に形成されたラインとをそれぞれ有し、
前記第1マーカ部材の前記枠内には第1色が着色され、当該第1色とは異なる第2色が前記第2マーカ部材の前記枠内に着色されている請求項1に記載の作業車両。 - 前記作業装置は、前記連結部により前記走行車体の後方に連結され、
前記第1マーカ部材は、前記作業装置の前面のフレームの左上部に取り付けられ、
前記第2マーカ部材は、前記フレームの右上部に取り付けられている請求項1又は2に記載の作業車両。 - 前記走行車体に設けられ且つ、前記走行車体の位置である車体位置を測位する測位装置を備え、
前記状態演算装置は、前記測位装置により測位された前記車体位置と、前記走行車体における前記マーカ検出装置の位置とに基づいて、前記作業装置の位置を緯度と経度に換算した装置位置を演算し、且つ前記走行車体に対する前記作業装置の相対位置を演算する請求項1~3のいずれかに記載の作業車両。 - 前記第1マーカ部材及び前記第2マーカ部材は、視覚的に異なるマーカとして識別可能
であり、
前記マーカ検出装置は、前記第1マーカ部材及び前記第2マーカ部材を撮像する撮像装置であり、
前記状態演算装置は、前記撮像装置により撮像された撮像画像に基づいて、前記3軸方向における前記第1マーカ及び前記第2マーカの姿勢及び位置をそれぞれ求める請求項1~4のいずれかに記載の作業車両。 - 前記状態演算装置は、
前記第1マーカ部材の予め設定された枠内の複数部分を前記撮像画像から認識して、当該複数部分の面積を求め、
前記第1マーカ部材の前記複数部分の面積から前記3軸方向における前記第1マーカ部材の姿勢を求め、
前記第1マーカ部材の姿勢と、前記マーカ検出装置から前記第1マーカ部材までの焦点距離とにより、前記3軸方向における前記第1マーカ部材の位置を求め、
前記第2マーカ部材の予め設定された枠内の複数部分を前記撮像画像から認識して、当該複数部分の面積を求め、
前記第2マーカ部材の前記複数部分の面積から前記3軸方向における前記第2マーカ部材の姿勢を求め、
前記第2マーカ部材の姿勢と、前記マーカ検出装置から前記第2マーカ部材までの焦点距離とにより、前記3軸方向における前記第2マーカ部材の位置を求める請求項5に記載の作業車両。 - 作業車両の走行車体に連結された作業装置に設けられ且つ、互いに異なるマーカとして識別可能な第1マーカ部材及び第2マーカ部材と、
前記走行車体に設けられ且つ、前記第1マーカ部材及び前記第2マーカ部材をそれぞれ検出するマーカ検出装置と、
前記マーカ検出装置が検出した検出データに基づいて、前記走行車体の前後方向と左右方向と高さ方向のそれぞれに対して平行な3軸方向における前記第1マーカ部材及び前記第2マーカ部材の位置をそれぞれ求め、当該第1マーカ及び第2マーカの位置から前記3軸方向における前記作業装置の姿勢及び位置を演算する状態演算装置と、
を備えている作業車両の走行管理システム。 - 前記第1マーカ部材と前記第2マーカ部材とは、枠と当該枠内に形成されたラインとをそれぞれ有し、
前記第1マーカ部材の前記枠内には第1色が着色され、当該第1色とは異なる第2色が前記第2マーカ部材の前記枠内に着色されている請求項7に記載の作業車両の位置管理システム。 - 前記作業装置は、前記走行車体の後方に連結され、
前記第1マーカ部材は、前記作業装置の前面のフレームの左上部に取り付けられ、
前記第2マーカ部材は、前記フレームの右上部に取り付けられている請求項7又は8に記載の作業車両の走行管理システム。 - 前記走行車体に設けられ且つ、前記走行車体の位置である車体位置を測位する測位装置を備え、
前記状態演算装置は、前記測位装置により測位された前記車体位置と、前記走行車体における前記マーカ検出装置の位置とに基づいて、前記作業装置の位置を緯度と経度に換算した装置位置を演算し、且つ前記走行車体に対する前記作業装置の相対位置を演算する請求項7~9のいずれかに記載の作業車両の走行管理システム。 - 前記第1マーカ部材及び前記第2マーカ部材は、視覚的に異なるマーカとして識別可能であり、
前記マーカ検出装置は、前記第1マーカ部材及び前記第2マーカ部材を撮像する撮像装置であり、
前記状態演算装置は、前記撮像装置により撮像された撮像画像に基づいて、前記3軸方向における前記第1マーカ及び前記第2マーカの姿勢及び位置をそれぞれ求める請求項7~10のいずれかに記載の作業車両の走行管理システム。 - 前記状態演算装置は、
前記第1マーカ部材の予め設定された枠内の複数部分を前記撮像画像から認識して、当該複数部分の面積を求め、
前記第1マーカ部材の前記複数部分の面積から前記3軸方向における前記第1マーカ部材の姿勢を求め、
前記第1マーカ部材の姿勢と、前記マーカ検出装置から前記第1マーカ部材までの焦点距離とにより、前記3軸方向における前記第1マーカ部材の位置を求め、
前記第2マーカ部材の予め設定された枠内の複数部分を前記撮像画像から認識して、当該複数部分の面積を求め、
前記第2マーカ部材の前記複数部分の面積から前記3軸方向における前記第2マーカ部材の姿勢を求め、
前記第2マーカ部材の姿勢と、前記マーカ検出装置から前記第2マーカ部材までの焦点距離とにより、前記3軸方向における前記第2マーカ部材の位置を求める請求項11に記載の作業車両の走行管理システム。
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