JP7465942B2 - 自動走行システム - Google Patents

Description

本開示は、コンバインなどの作業車両の自動走行を実現する自動走行システムに関する。

コンバインなどの収穫機は、収穫した穀粒を貯留するグレンタンクを有し、グレンタンクが満タンになれば、グレンタンクからトラックなどの搬送車へ穀粒を排出する作業が必要となる。排出作業に関して特許文献１には、コンバインの自動走行時にグレンタンクが所定量以上になると、圃場における所定停止位置（搬送車近傍）まで自動的に移動する技術が開示されている。

特開２０１５－１７０２２３号公報

上記文献によれば、コンバインは自動的に所定停止位置まで移動して停止するが、圃場環境によっては所定停止位置で排出オーガを昇降及び旋回させても搬送車のコンテナに排出オーガが届かず、コンテナに穀粒を排出できない場合がある。この場合、ユーザはコンバインを手動運転してコンバインの位置を変更しなければならず、手間が生じる。

本開示は、このような課題に着目してなされたものであって、その目的は、作物の排出に適した位置で作業車両を停止させることが可能な自動走行システムを提供することである。

本開示に係る自動走行システムは、
作物を収穫して貯留する貯留部を有する作業車両の自動走行システムにおいて、
自動走行中の前記作業車両が前記貯留部の作物を排出する際に停止する所定停止位置を設定する制御部を備え、
前記制御部は、前記貯留部の作物が排出される所定排出位置に基づいて前記所定停止位置を設定する。
本開示に係る自動走行方法は、
作物を収穫して貯留する貯留部を有する作業車両の自動走行方法において、
自動走行中の前記作業車両が前記貯留部の作物を排出する際に停止する所定停止位置を、前記貯留部の作物が排出される所定排出位置に基づいて設定する。

この構成によれば、所定排出位置に基づいて作物の排出に適した位置で作業車両を停止させることが可能となる。

コンバインの全体構成を示す側面図 コンバインの制御構成を示すブロック図 収穫作業をするコンバインの経路、所定停止位置及び所定排出位置を示す平面図 システムが実行する圃場登録処理を示すフローチャート システムが実行する圃場登録処理を示すフローチャート 所定停止位置におけるコンバイン１の向き及び排出オーガの位置の一例を示す図 所定停止位置におけるコンバイン１の向き及び排出オーガの位置の一例を示す図 所定停止位置におけるコンバイン１の向き及び排出オーガの位置の一例を示す図 所定停止位置への移動を開始する条件が成立したときの未収穫領域と、走行済みの経路を示す図 所定停止位置への移動経路の例を示す図

図１及び図２を参照して、作業車両としてコンバインを例とした場合の実施形態について説明する。図１は、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。コンバイン１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）である。

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に貯えられた穀粒は、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、移動測位アンテナ２２と、データ受信アンテナ２３と、を有する。移動測位アンテナ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、固定測位アンテナ３２と、データ通信アンテナ３３とが所定位置に配置されている。コンバイン１は、ＲＴＫ－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の制御部４０は、ＣＰＵ等のコンピュータからなる処理部４１と、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク、フラッシュメモリ等の記憶部４２とを有する。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。

制御部４０は、制御プログラムを処理部４１が実行することにより、各種構成要件の作動制御を行う。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、制御部４０は、外部とのデータ通信用の通信部４３を有する。制御部４０は、通信部４３を通じて、他の作業車両（コンバインや、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、制御部４０の入力側の構成として、測位ユニット２０と、エンジン１３の回転数を検出するエンジン回転センサ５１と、コンバイン１の走行速度を検出する走行速度センサ５２と、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と、コンバイン１の進行方向を検出する方位センサ５４と、ステアリングハンドル１５の回転角を検出するステアリングセンサ５５と、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と、を有する。

制御部４０の出力側の構成は、走行部２と、刈取部３と、脱穀部４と、選別部５と、貯留部６と、排藁処理部７と、動力部８と、操縦部９とである。制御部４０は、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内の穀粒量等）に基づいて、適宜、走行部２と、刈取部３と、脱穀部４と、選別部５と、貯留部６と、排藁処理部７と、動力部８と、操縦部９とを制御する。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。

自動走行の前提として、図３に示すように、自動走行作業車両１が走行する所定の経路Ｐ１が予め設定されている。所定の経路Ｐ１は、同図に示すように、複数の動線（作業経路）（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、…）で構成されており、一つの動線が始点及び終点を有する。各々の動線は順序関係を有する。同図に示すように、作業領域となる圃場情報Ｆが記憶されている。圃場情報Ｆは、地図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）及び所定停止位置Ｆ０が予め設定されている。所定停止位置Ｆ０の近傍には、トラックなどの搬送車ＴＲが配置され、各コンバインからの作物の排出を受ける。搬送車ＴＲのコンテナが存在する位置には、作物が排出される所定排出位置Ｆ１が設定される場合がある。圃場の外周の位置情報は、コンバイン１を経路Ｐ０に沿って実際に走行させることで記憶可能である。所定停止位置Ｆ０及び所定停止位置Ｆ０におけるコンバイン１の方位（向き）は、コンバイン１を実際に走行させて停止した状態で所定操作をすることで記憶可能である。また、所定停止位置Ｆ０及び所定停止位置Ｆ０におけるコンバイン１の向きは、タブレット等の操作部を介して指定可能である。また、指定された所定停止位置Ｆ０及び所定排出位置Ｆ１に基づきコンバイン１の好ましい向きを算出することも可能である。なお、図中にて東西南北を示しているが、これは例示である。

＜事前設定＞
圃場情報Ｆ及び所定停止位置Ｆ０等の設定方法を、図４Ａ及び図４Ｂを用いて説明する。
図４のＳ１００に示すように、制御部４０は、図３に示す矢印Ｐ０に沿って回り刈りしながら圃場の外周の位置情報を測位しつつ登録する。次のステップＳ１０１において、制御部４０は、実機の停止位置及び向きを記憶する操作がなされたかどうかを判定する。実機の停止位置及び向きを記憶する操作としては、例えば、貯留部６からの作物を排出する排出オーガ１２を駆動するための排出クラッチをＯＮにすること、所定のボタンへの操作、タブレット等の操作部への操作などが挙げられる。ステップＳ１０１において操作がなされていないと判定した場合には（Ｓ１０１：ＮＯ）、後述するステップＳ１０５の処理へ移行する。ステップＳ１０１において操作がなされたと判定した場合には（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、制御部４０は、現在の車両（コンバイン１）の位置及び向きを所定停止位置Ｆ０及び方位（向き）として記憶する。例えば図５Ａに示す例であれば、コンバイン１の現在位置が所定停止位置Ｆ０として記憶され、コンバイン１の向き（西を向く矢印で示す）が所定向きとして記憶される。例えば図５Ｂに示す例であれば、コンバイン１の現在位置が所定停止位置Ｆ０として記憶され、コンバイン１の向き（東を向く矢印で示す）が所定向きとして記憶される。例えば図５Ｃに示す例であれば、コンバイン１の現在位置が所定停止位置Ｆ０として記憶され、コンバイン１の向き（南を向く矢印で示す）が所定向きとして記憶される。

次に制御部４０は、ステップＳ１０３において、実機のオーガ位置を記憶する操作がなされたか否かを判定する。実機のオーガ位置を記憶する操作としては、例えば、貯留部６からの作物を排出する排出オーガ１２を駆動するための排出クラッチをＯＮにすること、所定のボタンへの操作又はタブレット等の操作部への操作などが挙げられる。ステップＳ１０３において操作がなされたと判定した場合には（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、制御部４０は、次のステップＳ１０４において現在のオーガ位置を、排出時オーガ位置として記憶する。図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃに示す例では、排出時オーガ位置は、排出オーガ１２の長さ、排出オーガ１２の上昇角度及び旋回角度で表される。排出オーガ１２が伸縮しない場合には排出オーガ１２の長さは省略可能である。上昇角度は、側面視において水平方向に対する排出オーガ１２の角度であり、旋回角度は、平面視においてコンバイン１の正面に対する排出オーガ１２の角度である。ステップＳ１０３において操作がなされていないと判定された場合には（Ｓ１０３：ＮＯ）、ステップＳ１０５の処理へ移行する。

ステップＳ１０５において位置情報Ｐ０で表現される圃場範囲を含む圃場情報Ｆが登録されているかを判定し、圃場範囲が登録されていると判定されるまでステップＳ１００から処理を繰り返す。圃場範囲が登録されている場合（Ｓ１０５：ＹＥＳ）には、次のステップＳ１０６の処理へ移行する。

ステップＳ１０６において、制御部４０は、タブレット等の操作部を介して所定停止位置Ｆ０及びコンバイン１の向きを指定する操作がなされか否かを判定し、操作がなされたと判定した場合（Ｓ１０６：ＹＥＳ）には、次のステップＳ１０７にて制御部４０は、指定された停止位置及び向きを所定停止位置Ｆ０及び所定向きとして記憶し、次のステップＳ１０８へ移行する。ステップＳ１０６にて指定する操作がなされていないと判定した場合には（Ｓ１０６：ＮＯ）、次のステップＳ１０８へ移行する。

ステップＳ１０８において、制御部４０は、タブレット等の操作部を介して排出時オーガ位置を指定する操作がなされたか否かを判定し、操作がなされたと判定した場合には（Ｓ１０８：ＹＥＳ）、ステップＳ１０９において、制御部４０は、指定された位置を排出時オーガ位置として記憶し、次のステップＳ１１０へ移行する。ステップＳ１０８にて操作がなされていないと判定した場合（Ｓ１０８：ＮＯ）には、ステップＳ１１０へ移行する。

ステップＳ１１０において、制御部４０は、所定停止位置Ｆ０におけるコンバイン１（車両）の向きが未設定であるか否かを判定する。向きが未設定でない場合には（Ｓ１１０：ＮＯ）、ステップＳ１１２の処理へ移行する。向きが未設定である場合（Ｓ１１０：ＹＥＳ）には、次のステップＳ１１１において、制御部４０は、所定停止位置Ｆ０におけるコンバイン１の向きを算出し、次にステップＳ１１２の処理へ移行する。コンバイン１の向きの算出方法は、所定停止位置Ｆ０において車両（コンバイン１）の右後隅（排出オーガ１２の基端部）と、所定排出位置Ｆ１とが最も近くなる車両の向きを算出する。条件を満たす向きが複数存在する場合には、移動距離、旋回回数、所要時間及び旋回時間の少なくとも１つが少ない向きを選択する。なお、向きが未設定となる前提として、所定排出位置Ｆ１と所定停止位置Ｆ０とがユーザにより指定されるが向きが未設定となる場合、所定排出位置Ｆ１のみがユーザ又は搬送車ＴＲの測位により指定され、所定排出位置Ｆ１及び向きが未設定となる場合が挙げられる。

ステップＳ１１２において、制御部４０は、排出時オーガ位置が未設定であるか否かを判定する。排出時オーガ位置が未設定でない場合には（Ｓ１１２：ＮＯ）、処理を終了する。一方、排出時オーガ位置が未設定である場合には（Ｓ１１２：ＹＥＳ）、次のステップＳ１１３において、制御部４０は、排出時オーガ位置を算出する。排出時オーガ位置の算出方法は、所定停止位置Ｆ０（又は車両の測位情報）と、搬送車ＴＲの測位情報（又は所定排出位置Ｆ１）に基づき、排出時オーガ位置（排出オーガ１２の長さ、排出オーガ１２の上昇角度及び旋回角度）を算出する。

＜自動走行＞
自動走行について、制御部４０は、図３に示す所定の経路Ｐ１に沿ってコンバイン１（自動走行車両）を走行させ収穫作業させる。また、制御部４０は、移動条件成立に応じてコンバイン１を所定停止位置Ｆ０まで自動走行させる。自動走行作業車両１を所定停止位置Ｆ０へ向けて移動開始させるための移動条件として、例えば、貯留部６（グレンタンク１１）の容量が第１所定量以上になったこと、貯留部６の容量が第１所定量未満であり且つ次の経路で収穫が見込まれる量を加算すれば第１所定量以上となること、貯留部６の貯留量によらずユーザが指定した任意のタイミング、又は、ユーザによる移動指示操作がなされたこと等が挙げられる。次の経路で収穫が見込まれる量は、現時点の経路における単位距離あたりの収穫量で算出可能である。単位距離あたりの収穫量は、走行速度センサ５２で検出される車速及び穀粒センサ５６で検出される穀粒の量で算出可能である。また、上記移動開始の条件として、貯留部６の容量が第１所定量未満であり且つ次の経路での収穫予定量を加算すれば第１所定量以上となるが、現経路の終点から所定停止位置Ｆ０までの距離と、次の経路の終点から所定停止位置Ｆ０までの距離との比較結果によって現経路の終点から所定停止位置Ｆ０への移動を開始すると判定してもよい。比較は、単純な大小関係、距離の差と閾値との大小関係などが採用可能である。例えば、現経路の終点から所定停止位置Ｆ０までの距離が、次の経路の終点から所定停止位置Ｆ０までの距離よりも短い場合に、現経路の終点から所定停止位置Ｆ０へ移動を開始するとしてもよい。図６は、上記移動開始の条件が成立したのが経路Ｌ５の終点ＰＥであるとして説明する。

図７に示すように、制御部４０は、自動走行作業車両１を移動開始位置ＰＥから所定停止位置Ｆ０まで自動走行させ、所定停止位置Ｆ０における自動走行作業車両１の向きを所定向きに制御するための経路（Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４）を生成する。経路（Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４）は、圃場Ｆの外周Ｐ０内であって、未収穫領域Ａｒ１を除く領域に自動で生成される。未収穫領域Ａｒ１は、実際にコンバイン１が走行した経路と圃場情報Ｆとにより算出可能である。図７では、３つの経路Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４を例示している。経路Ｐ２は、所定停止位置Ｆ０での自動走行作業車両１の向きが左向きである場合（図５Ａ参照）の経路である。経路Ｐ３は、所定停止位置Ｆ０での自動走行作業車両１の向きが右向きである場合（図５Ｂ参照）の経路である。経路Ｐ４は、所定停止位置Ｆ０での自動走行作業車両１の向きが下向きである場合（図５Ｃ参照）の経路である。経路（Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４）の生成は、制御部４０が行ってもよいし、外部（サーバ、別の作業車両１）に設けられた経路生成部が生成してもよい。なお、経路Ｐ４は、刈取部３を未収穫領域Ａｒ１に向け、その後後退する動作を含む経路であるが、場合によって未収穫領域Ａｒ１を踏んでしまうおそれがある。その場合には、経路Ｐ４を選択できない旨を報知するか、他の経路を提示するか、経路Ｐ４に必要な領域を確保するあめの刈り取りを行うようにすることが挙げられる。

制御部４０は、所定停止位置Ｆ０にて所定向きに自動走行作業車両１を停止させた後、所定排出位置Ｆ１に向けて排出オーガ１２の昇降及び旋回を実行するように構成されている。具体的には、制御部４０は、予め設定された排出時オーガ位置（排出オーガ１２の長さ、排出オーガ１２の上昇角度及び旋回角度）になるように、排出オーガ１２を昇降及び旋回、伸縮させる。排出オーガ１２の好ましい動作順序は、まず、自動走行作業車両１のキャビン１６に接触しない高さ（機体情報により予め設定される）まで排出オーガ１２を上昇させ、その後、排出オーガ１２を予め設定された旋回角度まで旋回させて所定排出位置Ｆ１の上方に排出オーガ１２の排出口を位置させて、排出オーガ１２を予め設定された上昇角度まで下降させることが好ましい。搬送車ＴＲにコンテナが積載されていることが判明している場合には、搬送車ＴＲの高さデータに対してコンテナデータに相当する補正値で補正することが好ましい。また、自動走行作業車両１のキャビン１６の高さ位置と排出オーガ１２の基端部の位置との差値が予め設定されている場合には、当該差値とコンバイン１の姿勢とに基づきコンバイン１の高さ位置を補正し、補正した高さ位置に基づき排出オーガ１２の昇降及び旋回を制御するようにしてもよい。

なお、設定された所定停止位置Ｆ０と、圃場の外周と、搬送車ＴＲの位置（所定排出位置Ｆ１）とに基づき、排出オーガ１２の基端と所定排出位置Ｆ１との距離が、排出オーガ１２の長さよりも短い場合には、所定停止位置Ｆ０が所定排出位置Ｆ１に対して近すぎることになる。制御部４０は、搬送車ＴＲの測位位置を通信により取得できる場合には、搬送車ＴＲの測位位置と圃場の外周との距離、排出オーガ１２の長さに基づき、所定停止位置Ｆ０を自動的に修正するように構成されていることが好ましい。

以上のように本実施形態の自動走行システムは、
作物を収穫して貯留する貯留部６を有する自動走行作業車両１と、
自動走行作業車両１を圃場内で自動走行させる制御部４０と、を備え、
制御部４０は、自動走行作業車両１を所定の経路Ｐ１に沿って収穫作業させると共に、移動条件成立に応じて自動走行作業車両１を所定停止位置Ｆ０まで自動走行させ、所定停止位置Ｆ０における自動走行作業車両１の向きを所定向きに制御して自動走行作業車両１を停止させるように構成されている。

この構成によれば、自動走行作業車両１を所定停止位置Ｆ０で停止させる際に、向きを制御して自動走行作業車両１を停止させるので、所定停止位置Ｆ０にてユーザが手動走行で自動走行作業車両１の向きを変える必要がなく、利便性を向上させることが可能となる。よって、所定停止位置Ｆ０において作物の排出に適した向きで作業車両１を停止させることが可能となる。

本実施形態において、所定停止位置Ｆ０における自動走行作業車両１の向きは、指定可能に構成されている。

この構成によれば、ユーザが所定停止位置Ｆ０における自動走行作業車両１の向きを指定でき、ユーザの好みに応じた向きに制御することが可能となる。

本実施形態において、制御部４０は、圃場に対する所定排出位置Ｆ１に基づいて所定停止位置Ｆ０における自動走行作業車両１の向きを算出するように構成されている。

この構成によれば、所定排出位置Ｆ１に最適となる自動走行作業車両１の向きが自動的に算出されるため、ユーザの利便性とを向上させつつ自動走行作業車両１の向きの適切な制御を実現可能となる。

本実施形態において、自動走行作業車両１は、貯留部６から作物を排出するための排出オーガ１２を有し、制御部４０は、自動走行作業車両１を所定停止位置Ｆ０に停止させた後、所定排出位置Ｆ１に向けて排出オーガ１２の昇降及び旋回を実行するように構成されている。

この構成によれば、自動走行作業車両１の所定停止位置Ｆ０への停止後、排出オーガ１２の昇降、旋回動作も自動で実行されるので、ユーザの利便性を向上させることが可能となる。

本開示は、上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変更が可能である。

例えば、制御部４０により、移動開始位置ＰＥから所定停止位置Ｆ０まで自動走行させているが、有人の場合には、経路Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４に沿った走行をガイダンスするように構成してもよい。

複数の作業車両が存在する場合には、有人の作業車両１にて所定停止位置Ｆ０、所定停止位置Ｆ０での作業車両１の向き及び排出時オーガ位置を記憶し、その後、無人の作業車両１に所定停止位置Ｆ０、所定停止位置Ｆ０での作業車両１の向き及び排出時オーガ位置を送信して、無人の作業車両１では受信したデータに基づき自動走行するように構成することが挙げられる。

上記では、所定停止位置Ｆ０及び所定排出位置Ｆ１が事前に設定されるが、搬送車ＴＲが移動することがあるので、所定停止位置Ｆ０及び所定排出位置Ｆ１が一旦設定されたとしても、更に所定停止位置Ｆ０及び所定排出位置Ｆ１を変更可能にすることが好ましい。例えば、実機が排出クラッチをオンにして排出オーガ１２を駆動し排出作業を行うので、そのときの実機の位置と向きを記録することが挙げられる。排出作業を検出して所定停止位置Ｆ０及び所定排出位置Ｆ１を自動的に更新することも挙げられる。

１ コンバイン（自動走行作業車両）
６ 貯留部
１２ 排出オーガ
４０ 制御部
Ｆ０ 所定停止位置
Ｆ１ 所定排出位置

Claims (7)

1. 作物を収穫して貯留する貯留部を有する作業車両の自動走行システムにおいて、
   自動走行中の前記作業車両が前記貯留部の作物を排出する際に停止する所定停止位置を設定する制御部を備え、
   前記制御部は、前記貯留部の作物が排出される所定排出位置に基づいて前記所定停止位置を設定する、自動走行システム。
2. 前記制御部は、事前に設定された前記所定停止位置を前記所定排出位置に基づいて修正する、請求項１に記載の自動走行システム。
3. 前記制御部は、前記所定排出位置と前記作業車両との距離が所定距離となるように前記所定停止位置を設定する、請求項１または２に記載の自動走行システム。
4. 前記制御部は、前記所定排出位置と前記作業車両との距離が前記所定距離となるように前記所定停止位置での前記作業車両の向きを設定する、請求項３に記載の自動走行システム。
5. 前記所定距離は、前記作業車両に備えられた前記作物を排出する排出オーガの長さに基づいて設定される、請求項３または４に記載の自動走行システム。
6. 前記所定排出位置は、測位位置情報に基づいて設定される、請求項１～５のいずれかに記載の自動走行システム。
7. 作物を収穫して貯留する貯留部を有する作業車両の自動走行方法において、
   自動走行中の前記作業車両が前記貯留部の作物を排出する際に停止する所定停止位置を、前記貯留部の作物が排出される所定排出位置に基づいて設定する、自動走行方法。