JP7544778B2 - Autonomous driving system for work vehicles - Google Patents
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Description
本発明は、衛星測位システムを利用して取得した測位情報に基づいて作業車両を走行領域内で自動走行させる自動走行制御部を備えた作業車両用の自動走行システムに関する。 The present invention relates to an automatic driving system for a work vehicle equipped with an automatic driving control unit that automatically drives the work vehicle within a driving area based on positioning information acquired using a satellite positioning system.
自動走行が可能な作業車両としては、作業車両の周囲における障害物の存否を検知する障害物センサと、障害物センサの検知距離を調節する感度調節手段と、障害物センサが障害物の存在を検知したときに作業車両の走行停止などを行う制御装置とを備えることで、作業車両が障害物に接触することを防止するのに加えて、制御装置が、作業開始前に設定された設定走行経路と、衛星測位システムを利用して取得した作業車両の現在位置とに基づいて、作業車両の現在位置から進行方向の圃場端までの離隔距離を演算し、作業車両が圃場端に近づくに従って障害物センサの検知距離を短くすることで、作業車両が圃場端に近づいたときに、障害物センサが圃場外に存在する他物を障害物として誤検知することを防止し、これにより、その誤検知に基づいて制御装置が作業車両を不必要に走行停止させることなどに起因した作業効率の低下を回避するように構成されたものがある(例えば特許文献1参照)。 Some work vehicles capable of autonomous driving are equipped with an obstacle sensor that detects the presence or absence of obstacles around the work vehicle, a sensitivity adjustment means that adjusts the detection distance of the obstacle sensor, and a control device that stops the work vehicle when the obstacle sensor detects the presence of an obstacle, thereby preventing the work vehicle from coming into contact with the obstacle. In addition, the control device calculates the distance from the current position of the work vehicle to the edge of the field in the direction of travel based on the set travel route set before work begins and the current position of the work vehicle obtained using a satellite positioning system, and shortens the detection distance of the obstacle sensor as the work vehicle approaches the edge of the field, thereby preventing the obstacle sensor from erroneously detecting objects outside the field as obstacles when the work vehicle approaches the edge of the field, thereby avoiding a decrease in work efficiency caused by the control device unnecessarily stopping the work vehicle based on the erroneous detection (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1に記載の作業車両においては、障害物センサが圃場外に存在する他物を障害物として誤検知することを防止するためには、作業車両が圃場端に向けて自動走行している間、制御装置が、作業車両の現在位置から進行方向の圃場端までの離隔距離を演算する演算処理と、作業車両が圃場端に近づくに従って障害物センサの検知距離を短くする検知制限処理とを行い続ける必要があることから、制御装置にかかる負荷が重くなる。 In the work vehicle described in Patent Document 1, in order to prevent the obstacle sensor from erroneously detecting an object outside the field as an obstacle, while the work vehicle is automatically traveling toward the field edge, the control device must continue to perform a calculation process to calculate the distance from the current position of the work vehicle to the field edge in the direction of travel, and a detection limiting process to shorten the detection distance of the obstacle sensor as the work vehicle approaches the field edge, which places a heavy load on the control device.
又、作業車両による作業効率の向上を図るために、走行領域内における作業車両の車速が比較的高速に設定されていると、制御装置が、衛星測位システムを利用して作業車両の現在位置を取得してから、この現在位置と設定走行経路とに基づいて作業車両の現在位置から進行方向の圃場端までの離隔距離を演算し、この離隔距離に応じて障害物センサの検知距離を短い距離に変更した時点においては、作業車両が進行方向の圃場端に更に接近していることになる。そのため、前述した離隔距離に応じて障害物センサの検知範囲を短くしても、その検知範囲の一部が圃場外になって圃場外に存在する他物を障害物として誤検知する虞がある。 In addition, if the speed of the work vehicle within the travel area is set to a relatively high speed in order to improve the work efficiency of the work vehicle, the control device will obtain the current position of the work vehicle using a satellite positioning system, and then calculate the distance from the current position of the work vehicle to the edge of the field in the direction of travel based on this current position and the set travel route. At the point when the detection range of the obstacle sensor is changed to a shorter distance in accordance with this distance, the work vehicle will be approaching the edge of the field in the direction of travel. Therefore, even if the detection range of the obstacle sensor is shortened in accordance with the aforementioned distance, there is a risk that part of the detection range will be outside the field and other objects outside the field will be erroneously detected as obstacles.
そして、このような誤検出が生じると、作業車両が接触する虞のない圃場外の障害物に対して、制御装置が、作業車両を走行停止させるなどの不必要な接触回避処理を行うようになり、その結果、作業車両の自動走行による作業において作業効率の低下などを招くことになる。 When such a false detection occurs, the control device will perform unnecessary contact avoidance processing, such as stopping the work vehicle, for obstacles outside the field that the work vehicle is unlikely to come into contact with, resulting in reduced work efficiency when the work vehicle is operating autonomously.
又、上記のような誤検出を防止するために、離隔距離に応じて短くされた障害物センサの検知範囲に、作業車両の車速に応じた補正を加えることで、障害物センサの検知範囲を、離隔距離と車速とに応じた適正な短い範囲に変更することが考えられるが、この場合には、制御装置が前述した補正を行うことで制御装置にかかる負荷が更に重くなる。 In addition, to prevent erroneous detections such as those described above, it is possible to change the detection range of the obstacle sensor, which has been shortened according to the separation distance, to an appropriate short range according to the separation distance and vehicle speed by making a correction according to the work vehicle's speed. However, in this case, the load on the control device will become even heavier as the control device makes the above-mentioned correction.
この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、制御装置にかかる負荷の軽減を図りながら、圃場外に存在する他物を障害物として誤検知する虞を回避して、誤検知に起因した作業効率の低下などを阻止する点にある。 In view of this situation, the main objective of the present invention is to reduce the load on the control device while avoiding the risk of falsely detecting objects outside the field as obstacles, thereby preventing a decrease in work efficiency due to false detection.
本発明の一態様に係る作業車両用の自動走行システムは、自動走行制御部と、検知ユニットとを備える。前記自動走行制御部は、作業車両を特定された走行領域内で自動走行させる。前記検知ユニットは、前記作業車両の周囲における物体の存否を検知する。さらに、前記検知ユニットは、検知した物体の位置が前記走行領域内か否かを判定する。 An automatic driving system for a work vehicle according to one aspect of the present invention includes an automatic driving control unit and a detection unit. The automatic driving control unit causes the work vehicle to automatically drive within a specified driving area. The detection unit detects the presence or absence of an object around the work vehicle. Furthermore, the detection unit determines whether the position of the detected object is within the driving area.
以下、本発明を実施するための形態の一例として、本発明に係る作業車両用の自動走行システムを、作業車両の一例であるトラクタに適用した実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、本発明に係る作業車両用の自動走行システムは、トラクタ以外の、例えば乗用草刈機、乗用田植機、コンバイン、ホイールローダ、除雪車、などの乗用作業車両、及び、無人草刈機などの無人作業車両に適用することができる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, as one example of a form for carrying out the present invention, an embodiment in which an automatic driving system for a work vehicle according to the present invention is applied to a tractor, which is one example of a work vehicle, will be described with reference to the drawings.
In addition, the automatic driving system for work vehicles according to the present invention can be applied to ride-on work vehicles other than tractors, such as riding lawn mowers, riding rice transplanters, combines, wheel loaders, snowplows, and unmanned work vehicles, such as unmanned lawn mowers.
図3に示すように、この実施形態で例示するトラクタ1は、作業車両用の自動走行システムによって作業地の一例である圃場Aなどにおいて自動走行することが可能に構成されている。図1~2に示すように、自動走行システムは、トラクタ1に搭載された自動走行ユニット2、及び、自動走行ユニット2と無線通信可能に通信設定された無線通信機器の一例である携帯通信端末3、などを備えている。携帯通信端末3には、自動走行に関する各種の情報表示や入力操作などを可能にするマルチタッチ式の表示部(例えば液晶パネル)4などを有するタブレット型のパーソナルコンピュータやスマートフォンなどを採用することができる。 As shown in FIG. 3, the tractor 1 illustrated in this embodiment is configured to be capable of automatic driving in a field A, which is an example of a work site, by an automatic driving system for work vehicles. As shown in FIGS. 1 and 2, the automatic driving system includes an automatic driving unit 2 mounted on the tractor 1, and a mobile communication terminal 3, which is an example of a wireless communication device set to be able to wirelessly communicate with the automatic driving unit 2. The mobile communication terminal 3 can be a tablet-type personal computer or a smartphone having a multi-touch display unit (e.g., a liquid crystal panel) 4 that allows various information display and input operations related to automatic driving.
図1に示すように、トラクタ1は、その後部に3点リンク機構5を介して、作業装置の一例であるロータリ耕耘装置6が昇降可能かつローリング可能に連結されている。これにより、このトラクタ1はロータリ耕耘仕様に構成されている。
なお、トラクタ1の後部には、ロータリ耕耘装置6に代えて、プラウ、ディスクハロー、カルチベータ、サブソイラ、播種装置、散布装置、草刈装置、などの各種の作業装置を連結することができる。
As shown in Fig. 1, a rotary tilling device 6, which is an example of a working device, is connected to the rear of the tractor 1 so as to be capable of lifting, lowering and rolling via a three-point linkage mechanism 5. As a result, the tractor 1 is configured for rotary tilling.
In addition, instead of the rotary tilling device 6, various types of work implements such as a plow, a disc harrow, a cultivator, a subsoiler, a seed sowing device, a spreading device, and a grass cutting device can be connected to the rear of the tractor 1.
図1~2に示すように、トラクタ1には、駆動可能で操舵可能な左右の前輪10、駆動可能な左右の後輪11、搭乗式の運転部12を形成するキャビン13、コモンレールシステムを有する電子制御式のディーゼルエンジン(以下、エンジンと称する)14、エンジン14からの動力を変速する変速ユニット15、左右の前輪10を操舵する全油圧式のパワーステアリングユニット16、左右の後輪11を制動するブレーキユニット17、ロータリ耕耘装置6への伝動を断続する電子油圧制御式の作業クラッチユニット19、ロータリ耕耘装置6を昇降駆動する電子油圧制御式の昇降駆動ユニット20、ロータリ耕耘装置6をロール方向に駆動する電子油圧制御式のローリング駆動ユニット21、トラクタ1における各種の設定状態や各部の動作状態などを検出する各種のセンサやスイッチなどを含む車両状態検出機器23、トラクタ1の現在位置や現在方位などを測定する測位ユニット24、及び、各種の制御部を有する車載制御ユニット40、などが備えられている。
なお、エンジン14には、電子ガバナを有する電子制御式のガソリンエンジンなどを採用してもよい。パワーステアリングユニット16は電動モータを備えた電動式であってもよい。
As shown in Figures 1 and 2, the tractor 1 is equipped with left and right front wheels 10 that can be driven and steered, left and right rear wheels 11 that can be driven, a cabin 13 that forms a riding driver's section 12, an electronically controlled diesel engine (hereinafter referred to as the engine) 14 having a common rail system, a transmission unit 15 that changes the speed of power from the engine 14, a fully hydraulic power steering unit 16 that steers the left and right front wheels 10, a brake unit 17 that brakes the left and right rear wheels 11, an electronically controlled work clutch unit 19 that interrupts the transmission to the rotary tilling device 6, an electronically controlled lifting drive unit 20 that drives the rotary tilling device 6 to lift and lower, an electronically controlled rolling drive unit 21 that drives the rotary tilling device 6 in the roll direction, a vehicle state detection device 23 including various sensors and switches that detect various setting states and operating states of each part in the tractor 1, a positioning unit 24 that measures the current position and current direction of the tractor 1, and an on-board control unit 40 having various control units.
An electronically controlled gasoline engine having an electronic governor may be used as the engine 14. The power steering unit 16 may be an electric type having an electric motor.
運転部12には、アクセルレバーや変速レバーなどの操作レバー類、及び、アクセルペダルやクラッチペダルなどの操作ペダル類、などとともに、図1に示す手動操舵用のステアリングホイール30と、搭乗者用の座席31と、各種の情報表示や入力操作などを可能にするマルチタッチ式の液晶モニタ32とが備えられている。 The driver's section 12 is equipped with a steering wheel 30 for manual steering (see FIG. 1), a seat 31 for the passenger, and a multi-touch LCD monitor 32 that allows various information displays and input operations, as well as control levers such as an accelerator lever and a gear lever, and control pedals such as an accelerator pedal and a clutch pedal.
図示は省略するが、変速ユニット15には、エンジン14からの動力を変速する電子制御式の無段変速装置、及び、無段変速装置による変速後の動力を前進用と後進用とに切り換える電子油圧制御式の前後進切換装置、などが含まれている。無段変速装置には、静油圧式無段変速装置(HST:Hydro Static Transmission)よりも伝動効率が高い油圧機械式無段変速装置の一例であるI-HMT(Integrated Hydro-static Mechanical Transmission)が採用されている。前後進切換装置には、前進動力断続用の油圧クラッチと、後進動力断続用の油圧クラッチと、それらに対するオイルの流れを制御する電磁バルブとが含まれている。
なお、無段変速装置には、I-HMTの代わりに、油圧機械式無段変速装置の一例であるHMT(Hydraulic Mechanical Transmission)、静油圧式無段変速装置、又は、ベルト式無段変速装置、などを採用してもよい。又、変速ユニット15には、無段変速装置の代わりに、複数の変速用の油圧クラッチとそれらに対するオイルの流れを制御する複数の電磁バルブとを有する電子油圧制御式の有段変速装置が含まれていてもよい。
Although not shown, the transmission unit 15 includes an electronically controlled continuously variable transmission that changes the speed of the power from the engine 14, and an electronically controlled forward/reverse switching device that switches the power after the speed change by the continuously variable transmission between forward and reverse. The continuously variable transmission employs an I-HMT (Integrated Hydro-static Mechanical Transmission), which is an example of a hydromechanical continuously variable transmission with higher transmission efficiency than a hydrostatic continuously variable transmission (HST: Hydro Static Transmission). The forward/reverse switching device includes a hydraulic clutch for interrupting forward power, a hydraulic clutch for interrupting reverse power, and an electromagnetic valve for controlling the flow of oil to them.
Note that, instead of the I-HMT, the continuously variable transmission may be an HMT (Hydraulic Mechanical Transmission), which is an example of a hydromechanical continuously variable transmission, a hydrostatic continuously variable transmission, or a belt type continuously variable transmission. Also, instead of the continuously variable transmission, the transmission unit 15 may include an electronically controlled stepped transmission having a plurality of hydraulic clutches for shifting and a plurality of electromagnetic valves for controlling the flow of oil to the clutches.
図示は省略するが、ブレーキユニット17には、左右の後輪11を個別に制動する左右のブレーキ、運転部12に備えられた左右のブレーキペダルの踏み込み操作に連動して左右のブレーキを作動させるフットブレーキ系、運転部12に備えられたパーキングレバーの操作に連動して左右のブレーキを作動させるパーキングブレーキ系、及び、左右の前輪10の設定角度以上の操舵に連動して旋回内側のブレーキを作動させる旋回ブレーキ系、などが含まれている。 Although not shown in the figure, the brake unit 17 includes left and right brakes that brake the left and right rear wheels 11 separately, a foot brake system that activates the left and right brakes in conjunction with the depression of the left and right brake pedals provided on the driver's unit 12, a parking brake system that activates the left and right brakes in conjunction with the operation of a parking lever provided on the driver's unit 12, and a turning brake system that activates the brakes on the inside of a turn in conjunction with steering the left and right front wheels 10 beyond a set angle.
図2に示すように、車載制御ユニット40には、エンジン14に関する制御を行うエンジン制御部41、トラクタ1の車速や前後進の切り換えに関する制御を行う車速制御部42、ステアリングに関する制御を行うステアリング制御部43、ロータリ耕耘装置6などの作業装置に関する制御を行う作業装置制御部44、液晶モニタ32などによる表示や報知に関する制御を行う表示制御部45、自動走行に関する制御を行う自動走行制御部46、及び、作業地内に区分けされた走行領域に応じて生成された自動走行用の目標経路などを記憶する不揮発性の車載記憶部47、などが含まれている。各制御部41~46は、マイクロコントローラなどが集積された電子制御ユニットや各種の制御プログラムなどによって構築されている。各制御部41~46は、CAN(Controller Area Network)を介して相互通信可能に接続されている。 As shown in FIG. 2, the vehicle control unit 40 includes an engine control unit 41 that controls the engine 14, a vehicle speed control unit 42 that controls the tractor 1's speed and forward/reverse switching, a steering control unit 43 that controls steering, a work device control unit 44 that controls work devices such as the rotary tiller 6, a display control unit 45 that controls displays and notifications using the LCD monitor 32, an automatic driving control unit 46 that controls automatic driving, and a non-volatile vehicle memory unit 47 that stores target routes for automatic driving generated according to driving areas divided within the work site. Each of the control units 41 to 46 is constructed using an electronic control unit that integrates a microcontroller and various control programs. Each of the control units 41 to 46 is connected to each other so that they can communicate with each other via a CAN (Controller Area Network).
車両状態検出機器23は、トラクタ1の各部に備えられた各種のセンサやスイッチなどの総称である。車両状態検出機器23には、アクセルレバーの操作位置を検出するアクセルセンサ、変速レバーの操作位置を検出する変速用の第1位置センサ、前後進切り換え用のリバーサレバーの操作位置を検出する前後進切り換え用の第2位置センサ、エンジン14の出力回転数を検出する回転センサ、トラクタ1の車速を検出する車速センサ、及び、前輪10の操舵角を検出する舵角センサ、などが含まれている。 The vehicle state detection device 23 is a collective term for various sensors, switches, etc. provided in various parts of the tractor 1. The vehicle state detection device 23 includes an accelerator sensor that detects the operating position of the accelerator lever, a first position sensor for shifting that detects the operating position of the gear lever, a second position sensor for switching between forward and reverse that detects the operating position of the reverse lever for switching between forward and reverse, a rotation sensor that detects the output speed of the engine 14, a vehicle speed sensor that detects the vehicle speed of the tractor 1, and a steering angle sensor that detects the steering angle of the front wheels 10.
エンジン制御部41は、アクセルセンサからの検出情報と回転センサからの検出情報とに基づいて、エンジン回転数をアクセルレバーの操作位置に応じた回転数に維持するエンジン回転数維持制御、などを実行する。 The engine control unit 41 performs engine speed maintenance control, which maintains the engine speed at a speed that corresponds to the operating position of the accelerator lever, based on detection information from the accelerator sensor and detection information from the rotation sensor.
車速制御部42は、第1位置センサからの検出情報と車速センサからの検出情報などに基づいて、トラクタ1の車速が変速レバーの操作位置に応じた速度に変更されるように無段変速装置の作動を制御する車速制御、及び、第2位置センサからの検出情報に基づいて前後進切換装置の伝動状態を切り換える前後進切り換え制御、などを実行する。車速制御には、変速レバーが零速位置に操作された場合に、無段変速装置を零速状態まで減速制御してトラクタ1の走行を停止させる減速停止処理が含まれている。 The vehicle speed control unit 42 executes vehicle speed control that controls the operation of the continuously variable transmission so that the vehicle speed of the tractor 1 is changed to a speed corresponding to the operating position of the shift lever based on detection information from the first position sensor and detection information from the vehicle speed sensor, and forward/reverse switching control that switches the transmission state of the forward/reverse switching device based on detection information from the second position sensor. The vehicle speed control includes a deceleration/stop process that, when the shift lever is operated to the zero speed position, controls the continuously variable transmission to decelerate to the zero speed state to stop the tractor 1 from traveling.
測位ユニット24は、衛星測位システム(NSS:Navigation Satellite System)の一例であるGPS(Global Positioning System)を利用してトラクタ1の現在位置と現在方位とを測定する衛星航法装置25、及び、3軸のジャイロスコープ及び3方向の加速度センサなどを有してトラクタ1の姿勢や方位などを測定する慣性計測装置(IMU:Inertial Measurement Unit)26、などを有している。GPSを利用した測位方法には、DGPS(Differential GPS:相対測位方式)やRTK-GPS(Real Time Kinematic GPS:干渉測位方式)などがある。本実施形態においては、移動体の測位に適したRTK-GPSが採用されている。そのため、図1に示すように、圃場周辺の既知位置には、RTK-GPSによる測位を可能にする基準局73が設置されている。 The positioning unit 24 includes a satellite navigation device 25 that uses a GPS (Global Positioning System), which is an example of a navigation satellite system (NSS), to measure the current position and current direction of the tractor 1, and an inertial measurement unit (IMU) 26 that has a three-axis gyroscope and a three-directional acceleration sensor to measure the attitude and direction of the tractor 1. Positioning methods using GPS include DGPS (Differential GPS: relative positioning method) and RTK-GPS (Real Time Kinematic GPS: interferometric positioning method). In this embodiment, RTK-GPS, which is suitable for positioning a moving object, is used. For this reason, as shown in Figure 1, reference stations 73 that enable positioning using RTK-GPS are installed at known positions around the field.
図1~2に示すように、トラクタ1と基準局73とのそれぞれには、GPS衛星74(図1参照)から送信された電波を受信するGPSアンテナ75,76、及び、トラクタ1と基準局73との間における測位情報を含む各情報の無線通信を可能にする通信モジュール77,78、などが備えられている。これにより、測位ユニット24の衛星航法装置25は、トラクタ側のGPSアンテナ75がGPS衛星74からの電波を受信して得た測位情報と、基地局側のGPSアンテナ76がGPS衛星74からの電波を受信して得た測位情報とに基づいて、トラクタ1の現在位置及び現在方位を高い精度で測定することができる。又、測位ユニット24は、衛星航法装置25と慣性計測装置26とを有することにより、トラクタ1の現在位置、現在方位、姿勢角(ヨー角、ロール角、ピッチ角)を高精度に測定することができる。 As shown in Figures 1 and 2, the tractor 1 and the reference station 73 are each equipped with a GPS antenna 75, 76 for receiving radio waves transmitted from a GPS satellite 74 (see Figure 1), and communication modules 77, 78 for enabling wireless communication of information, including positioning information, between the tractor 1 and the reference station 73. This allows the satellite navigation device 25 of the positioning unit 24 to measure the current position and current orientation of the tractor 1 with high accuracy based on the positioning information obtained by the tractor's GPS antenna 75 receiving radio waves from the GPS satellite 74 and the positioning information obtained by the base station's GPS antenna 76 receiving radio waves from the GPS satellite 74. In addition, the positioning unit 24 has the satellite navigation device 25 and the inertial measurement unit 26, and can therefore measure the current position, current orientation, and attitude angles (yaw angle, roll angle, and pitch angle) of the tractor 1 with high accuracy.
このトラクタ1において、測位ユニット24の慣性計測装置26、GPSアンテナ75、及び、通信モジュール77は、図1に示すアンテナユニット79に含まれている。アンテナユニット79は、キャビン13の前面側における上部の左右中央箇所に配置されている。そして、トラクタ1におけるGPSアンテナ75の取り付け位置が、GPSを利用してトラクタ1の現在位置などを測定するときの測位対象位置p0となっている(図3参照)。 In this tractor 1, the inertial measurement device 26, GPS antenna 75, and communication module 77 of the positioning unit 24 are included in an antenna unit 79 shown in FIG. 1. The antenna unit 79 is located in the center of the upper left and right part of the front side of the cabin 13. The mounting position of the GPS antenna 75 on the tractor 1 is the positioning target position p0 when measuring the current position of the tractor 1 using GPS (see FIG. 3).
図2に示すように、携帯通信端末3には、マイクロコントローラなどが集積された電子制御ユニットや各種の制御プログラムなどを有する端末制御ユニット80、及び、トラクタ側の通信モジュール77との間における測位情報を含む各情報の無線通信を可能にする通信モジュール90、などが備えられている。端末制御ユニット80には、表示部4の作動を制御する表示制御部81、自動走行用の目標経路Pを生成する目標経路生成部82、及び、目標経路生成部82が生成した目標経路Pなどを記憶する不揮発性の端末記憶部83、などが含まれている。端末記憶部83には、目標経路Pの生成に使用する各種の情報として、トラクタ1の旋回半径や作業幅などの車体情報、及び、前述した測位情報から得られる圃場情報、などが記憶されている。図3に示すように、圃場情報には、圃場Aの形状や大きさなどを特定するために、トラクタ1を圃場Aの外周縁に沿って走行させたときにGPSを利用して取得した圃場Aにおける複数の形状特定地点(形状特定座標)となる4つの角部地点Ap1~Ap4、及び、それらの角部地点Ap1~Ap4を繋いで圃場Aの形状や大きさなどを特定する矩形状の形状特定線AL、などが含まれている。 2, the mobile communication terminal 3 includes a terminal control unit 80 having an electronic control unit with an integrated microcontroller and various control programs, and a communication module 90 that enables wireless communication of information including positioning information with the communication module 77 on the tractor side. The terminal control unit 80 includes a display control unit 81 that controls the operation of the display unit 4, a target route generation unit 82 that generates a target route P for automatic driving, and a non-volatile terminal storage unit 83 that stores the target route P generated by the target route generation unit 82. The terminal storage unit 83 stores various information used to generate the target route P, such as vehicle information such as the turning radius and working width of the tractor 1, and field information obtained from the above-mentioned positioning information. As shown in FIG. 3, the field information includes four corner points Ap1 to Ap4, which are multiple shape-specific points (shape-specific coordinates) in field A acquired using GPS when tractor 1 is driven along the outer edge of field A to identify the shape, size, etc. of field A, and a rectangular shape-specific line AL that connects these corner points Ap1 to Ap4 to identify the shape, size, etc. of field A.
図3に示すように、目標経路生成部82は、車体情報に含まれたトラクタ1の旋回半径や作業幅、及び、圃場情報に含まれた圃場Aの形状や大きさ、などに基づいて、目標経路Pを生成する。
具体的には、図3に示すように、例えば矩形状の圃場Aにおいて、自動走行の開始地点p1と終了地点p2とが設定され、トラクタ1の作業走行方向が圃場Aの短辺に沿う方向に設定されている場合は、目標経路生成部82は、先ず、圃場Aを、前述した4つの角部地点Ap1~Ap4と矩形状の形状特定線ALとに基づいて、圃場Aの外周縁に隣接するマージン領域A1と、マージン領域A1の内側に位置する走行領域A2とに区分けする。
つまり、図3に示す矩形状の圃場Aにおいて、4つの角部地点Ap1~Ap4は走行領域A2の特定に使用する領域特定地点を兼ねており、又、矩形状の形状特定線ALは走行領域A2を特定する領域特定線を兼ねている。
次に、目標経路生成部82は、トラクタ1の旋回半径や作業幅などに基づいて、走行領域A2に、圃場Aの長辺に沿う方向に作業幅に応じた一定間隔をあけて並列に配置される複数の並列経路P1を生成するとともに、走行領域A2における各長辺側の外縁部に配置されて複数の並列経路P1を走行順に接続する複数の旋回経路P2を生成する。
そして、走行領域A2を、走行領域A2における各長辺側の外縁部に設定される一対の非作業領域A2aと、一対の非作業領域A2aの間に設定される作業領域A2bとに区分けするとともに、各並列経路P1を、一対の非作業領域A2aに含まれる非作業経路P1aと、作業領域A2bに含まれる作業経路P1bとに区分けする。
これにより、目標経路生成部82は、図3に示す圃場Aにおいてトラクタ1を自動走行させるのに適した目標経路Pを生成することができる。
As shown in FIG. 3, the target route generating unit 82 generates a target route P based on the turning radius and working width of the tractor 1 contained in the vehicle information, and the shape and size of the field A contained in the field information.
Specifically, as shown in Figure 3, for example, in a rectangular field A, when a start point p1 and an end point p2 of automatic driving are set and the work driving direction of the tractor 1 is set to be along the short side of the field A, the target route generating unit 82 first divides the field A into a margin area A1 adjacent to the outer periphery of the field A and a driving area A2 located inside the margin area A1 based on the four corner points Ap1 to Ap4 and the rectangular shape specific line AL described above.
In other words, in the rectangular field A shown in Figure 3, the four corner points Ap1 to Ap4 also serve as area identification points used to identify the driving area A2, and the rectangular shape identification line AL also serves as an area identification line that identifies the driving area A2.
Next, based on the turning radius and working width of the tractor 1, the target path generation unit 82 generates a plurality of parallel paths P1 in the traveling area A2 that are arranged in parallel at regular intervals according to the working width in a direction along the long side of the field A, and also generates a plurality of turning paths P2 that are arranged on the outer edges of each long side of the traveling area A2 and connect the multiple parallel paths P1 in traveling order.
The traveling area A2 is then divided into a pair of non-working areas A2a set on the outer edges of each long side of the traveling area A2, and a working area A2b set between the pair of non-working areas A2a, and each parallel path P1 is divided into a non-working path P1a included in the pair of non-working areas A2a, and a working path P1b included in the working area A2b.
This enables the target route generating unit 82 to generate a target route P suitable for automatically traveling the tractor 1 in the field A shown in Figure 3.
図3に示す圃場Aにおいて、マージン領域A1は、トラクタ1が走行領域A2の外周部を自動走行するときに、ロータリ耕耘装置6などが圃場Aに隣接する畦などの他物に接触することを防止するために、圃場Aの外周縁と走行領域A2との間に確保された領域である。各非作業領域A2aは、トラクタ1が圃場Aの畦際において現在の作業経路P1bから次の作業経路P1bに旋回移動するための畦際旋回領域である。 In the field A shown in FIG. 3, the margin area A1 is an area secured between the outer edge of the field A and the travel area A2 to prevent the rotary tillage device 6 and other devices from contacting other objects such as ridges adjacent to the field A when the tractor 1 automatically travels on the outer periphery of the travel area A2. Each non-working area A2a is a ridge-edge turning area for the tractor 1 to turn from the current working path P1b to the next working path P1b at the ridge edge of the field A.
図3に示す目標経路Pにおいて、各非作業経路P1aと各旋回経路P2は、トラクタ1が耕耘作業を行わずに自動走行する経路であり、前述した各作業経路P1bは、トラクタ1が耕耘作業を行いながら自動走行する経路である。各作業経路P1bの始端地点p3は、トラクタ1が耕耘作業を開始する作業開始地点であり、各作業経路P1bの終端地点p4は、トラクタ1が耕耘作業を停止する作業停止地点である。各非作業経路P1aは、トラクタ1が旋回経路P2にて旋回走行する前の作業停止地点p4と、トラクタ1が旋回経路P2にて旋回走行した後の作業開始地点p3とを、トラクタ1の作業走行方向で揃えるための位置合せ経路である。各並列経路P1と各旋回経路P2との各接続地点p5,p6のうち、各並列経路P1における終端側の接続地点p5はトラクタ1の旋回開始地点であり、各並列経路P1における始端側の接続地点p6はトラクタ1の旋回終了地点である。 In the target path P shown in FIG. 3, each non-work path P1a and each turning path P2 is a path along which the tractor 1 automatically travels without performing tilling work, and each of the above-mentioned working paths P1b is a path along which the tractor 1 automatically travels while performing tilling work. The starting point p3 of each working path P1b is the work start point where the tractor 1 starts tilling work, and the ending point p4 of each working path P1b is the work stop point where the tractor 1 stops tilling work. Each non-work path P1a is an alignment path for aligning the work stop point p4 before the tractor 1 turns on the turning path P2 and the work start point p3 after the tractor 1 turns on the turning path P2 in the work travel direction of the tractor 1. Of the connection points p5 and p6 between each parallel path P1 and each turning path P2, the connection point p5 at the end of each parallel path P1 is the turning start point of the tractor 1, and the connection point p6 at the beginning of each parallel path P1 is the turning end point of the tractor 1.
なお、図3に示す目標経路Pはあくまでも一例であり、目標経路生成部82は、トラクタ1の機種や作業の種類などに応じて異なる車体情報、及び、圃場Aに応じて異なる圃場Aの形状や大きさなどの圃場情報、などに基づいて、それらに適した種々の目標経路Pを生成することができる。 The target route P shown in FIG. 3 is merely an example, and the target route generating unit 82 can generate various target routes P suitable for the various conditions based on vehicle body information that differs depending on the model of tractor 1 and the type of work, and field information such as the shape and size of field A that differs depending on field A.
目標経路Pは、車体情報や圃場情報などに関連付けされた状態で端末記憶部83に記憶されており、携帯通信端末3の表示部4にて表示することができる。目標経路Pには、各並列経路P3におけるトラクタ1の目標車速、各旋回経路P2bにおけるトラクタ1の目標車速、各並列経路P1における前輪操舵角、及び、各旋回経路P2bにおける前輪操舵角、などが含まれている。 The target route P is stored in the terminal storage unit 83 in association with vehicle information, field information, etc., and can be displayed on the display unit 4 of the mobile communication terminal 3. The target route P includes the target vehicle speed of the tractor 1 on each parallel route P3, the target vehicle speed of the tractor 1 on each turning route P2b, the front wheel steering angle on each parallel route P1, and the front wheel steering angle on each turning route P2b.
端末制御ユニット80は、車載制御ユニット40からの送信要求指令に応じて、端末記憶部83に記憶されている車体情報と圃場情報と目標経路Pなどを車載制御ユニット40に送信する。車載制御ユニット40は、受信した車体情報と圃場情報と目標経路Pなどを車載記憶部47に記憶する。目標経路Pの送信に関しては、例えば、端末制御ユニット80が、トラクタ1が自動走行を開始する前の段階において、目標経路Pの全てを端末記憶部83から車載制御ユニット40に一挙に送信するようにしてもよい。又、例えば、端末制御ユニット80が、目標経路Pを所定距離ごとの複数の分割経路情報に分割して、トラクタ1が自動走行を開始する前の段階からトラクタ1の走行距離が所定距離に達するごとに、トラクタ1の走行順位に応じた所定数の分割経路情報を端末記憶部83から車載制御ユニット40に逐次送信するようにしてもよい。 In response to a transmission request command from the vehicle control unit 40, the terminal control unit 80 transmits the vehicle body information, field information, target route P, and the like stored in the terminal storage unit 83 to the vehicle control unit 40. The vehicle control unit 40 stores the received vehicle body information, field information, target route P, and the like in the vehicle storage unit 47. Regarding the transmission of the target route P, for example, the terminal control unit 80 may transmit all of the target route P from the terminal storage unit 83 to the vehicle control unit 40 at once before the tractor 1 starts automatic traveling. Also, for example, the terminal control unit 80 may divide the target route P into a plurality of divided route information for each predetermined distance, and sequentially transmit a predetermined number of divided route information according to the traveling order of the tractor 1 from the terminal storage unit 83 to the vehicle control unit 40 each time the traveling distance of the tractor 1 reaches a predetermined distance from the stage before the tractor 1 starts automatic traveling.
車載制御ユニット40において、自動走行制御部46には、車両状態検出機器23に含まれた各種のセンサやスイッチなどからの検出情報が、車速制御部42やステアリング制御部43などを介して入力されている。これにより、自動走行制御部46は、トラクタ1における各種の設定状態や各部の動作状態などを監視することができる。 In the on-board control unit 40, detection information from various sensors and switches included in the vehicle state detection device 23 is input to the automatic driving control unit 46 via the vehicle speed control unit 42, steering control unit 43, etc. This allows the automatic driving control unit 46 to monitor various settings and the operating state of each unit in the tractor 1.
自動走行制御部46は、トラクタ1の走行モードが自動走行モードに切り換えられた状態において、搭乗者や車外の管理者などのユーザによって携帯通信端末3の表示部4が操作されて自動走行の開始が指令された場合に、測位ユニット24にてトラクタ1の現在位置や現在方位などを取得しながら目標経路Pに従ってトラクタ1を自動走行させる自動走行制御を開始する。 When the driving mode of the tractor 1 is switched to the automatic driving mode and a user such as a passenger or an administrator outside the vehicle operates the display unit 4 of the mobile communication terminal 3 to command the start of automatic driving, the automatic driving control unit 46 starts automatic driving control to automatically drive the tractor 1 according to the target route P while acquiring the current position and current direction of the tractor 1 using the positioning unit 24.
自動走行制御部46による自動走行制御には、エンジン14に関する自動走行用の制御指令をエンジン制御部41に送信するエンジン用自動制御処理、トラクタ1の車速や前後進の切り換えに関する自動走行用の制御指令を車速制御部42に送信する車速用自動制御処理、ステアリングに関する自動走行用の制御指令をステアリング制御部43に送信するステアリング用自動制御処理、及び、ロータリ耕耘装置6などの作業装置に関する自動走行用の制御指令を作業装置制御部44に送信する作業用自動制御処理、などが含まれている。 The automatic driving control by the automatic driving control unit 46 includes an automatic engine control process that transmits automatic driving control commands related to the engine 14 to the engine control unit 41, an automatic vehicle speed control process that transmits automatic driving control commands related to the vehicle speed of the tractor 1 and switching between forward and reverse travel to the vehicle speed control unit 42, an automatic steering control process that transmits automatic driving control commands related to the steering to the steering control unit 43, and an automatic work control process that transmits automatic driving control commands related to work implements such as the rotary tilling implement 6 to the work implement control unit 44.
自動走行制御部46は、エンジン用自動制御処理においては、目標経路Pに含まれた設定回転数などに基づいてエンジン回転数の変更を指示するエンジン回転数変更指令、などをエンジン制御部41に送信する。エンジン制御部41は、自動走行制御部46から送信されたエンジン14に関する各種の制御指令に応じてエンジン回転数を自動で変更するエンジン回転数変更制御、などを実行する。 In the automatic engine control process, the automatic driving control unit 46 transmits to the engine control unit 41 an engine speed change command that instructs a change in engine speed based on the set speed included in the target route P. The engine control unit 41 executes engine speed change control that automatically changes the engine speed in response to various control commands related to the engine 14 transmitted from the automatic driving control unit 46.
自動走行制御部46は、車速用自動制御処理においては、目標経路Pに含まれた目標車速に基づいて無段変速装置の変速操作を指示する変速操作指令、及び、目標経路Pに含まれたトラクタ1の進行方向などに基づいて前後進切換装置の前後進切り換え操作を指示する前後進切り換え指令、などを車速制御部42に送信する。車速制御部42は、自動走行制御部46から送信された無段変速装置や前後進切換装置などに関する各種の制御指令に応じて、無段変速装置の作動を自動で制御する自動車速制御、及び、前後進切換装置の作動を自動で制御する自動前後進切り換え制御、などを実行する。自動車速制御には、例えば、目標経路Pに含まれた目標車速が零速である場合に、無段変速装置を零速状態まで減速制御してトラクタ1の走行を停止させる自動減速停止処理などが含まれている。 In the automatic vehicle speed control process, the automatic travel control unit 46 transmits to the vehicle speed control unit 42 a speed change operation command that instructs the speed change operation of the continuously variable transmission based on the target vehicle speed included in the target route P, and a forward/reverse switch command that instructs the forward/reverse switch operation of the forward/reverse switch based on the traveling direction of the tractor 1 included in the target route P. The vehicle speed control unit 42 executes an automobile speed control that automatically controls the operation of the continuously variable transmission, and an automatic forward/reverse switch control that automatically controls the operation of the forward/reverse switch in response to various control commands related to the continuously variable transmission and the forward/reverse switch transmitted from the automatic travel control unit 46. The automobile speed control includes, for example, an automatic deceleration/stop process that decelerates the continuously variable transmission to a zero-speed state to stop the travel of the tractor 1 when the target vehicle speed included in the target route P is zero.
自動走行制御部46は、ステアリング用自動制御処理においては、目標経路Pに含まれた前輪操舵角などに基づいて左右の前輪10の操舵を指示する操舵指令、などをステアリング制御部43に送信する。ステアリング制御部43は、自動走行制御部46から送信された操舵指令に応じて、パワーステアリングユニット16の作動を制御して左右の前輪10を操舵する自動操舵制御、及び、左右の前輪10が設定角度以上に操舵された場合に、ブレーキユニット17を作動させて旋回内側のブレーキを作動させる自動ブレーキ旋回制御、などを実行する。 In the automatic control process for steering, the automatic driving control unit 46 transmits to the steering control unit 43 steering commands instructing the steering of the left and right front wheels 10 based on the front wheel steering angle included in the target route P. In response to the steering commands transmitted from the automatic driving control unit 46, the steering control unit 43 executes automatic steering control for controlling the operation of the power steering unit 16 to steer the left and right front wheels 10, and automatic brake turning control for operating the brake unit 17 to apply the brakes on the inside of the turn when the left and right front wheels 10 are steered beyond a set angle.
自動走行制御部46は、作業用自動制御処理においては、目標経路Pに含まれた作業開始地点p3に基づいてロータリ耕耘装置6の作業状態への切り換えを指示する作業開始指令、及び、目標経路Pに含まれた作業停止地点p4に基づいてロータリ耕耘装置6の非作業状態への切り換えを指示する作業停止指令、などを作業装置制御部44に送信する。作業装置制御部44は、自動走行制御部46から送信されたロータリ耕耘装置6に関する各種の制御指令に応じて、昇降駆動ユニット20と作業クラッチユニット19の作動を制御して、ロータリ耕耘装置6を作業高さまで下降させて作動させる自動作業開始制御、及び、ロータリ耕耘装置6を停止させて非作業高さまで上昇させる自動作業停止制御、などを実行する。又、作業装置制御部44は、ロータリ耕耘装置6を作業高さまで下降させて作動させた作業状態においては、ロータリ耕耘装置6による耕耘深さを検出する耕深センサの検出に基づいて、昇降駆動ユニット20の作動を制御してロータリ耕耘装置6による耕耘深さを設定深さに維持する自動耕深維持制御、及び、トラクタ1のロール角を検出する傾斜センサと慣性計測装置26の加速度センサの検出とに基づいて、ローリング駆動ユニット21の作動を制御してロータリ耕耘装置6のロール方向での傾斜姿勢を設定姿勢(例えば水平姿勢)に維持する自動ロール角維持制御を実行する。 In the automatic control process for work, the automatic travel control unit 46 transmits to the work device control unit 44 a work start command that instructs the rotary tilling device 6 to switch to a working state based on a work start point p3 included in the target route P, and a work stop command that instructs the rotary tilling device 6 to switch to a non-working state based on a work stop point p4 included in the target route P. In response to various control commands related to the rotary tilling device 6 transmitted from the automatic travel control unit 46, the work device control unit 44 controls the operation of the lifting drive unit 20 and the work clutch unit 19 to execute automatic work start control that lowers the rotary tilling device 6 to the working height and operates it, and automatic work stop control that stops the rotary tilling device 6 and raises it to the non-working height. In addition, when the rotary tilling device 6 is lowered to the working height and is in operation, the working device control unit 44 performs automatic tilling depth maintenance control, which controls the operation of the lifting drive unit 20 to maintain the tilling depth of the rotary tilling device 6 at a set depth based on the detection of the tilling depth sensor that detects the tilling depth of the rotary tilling device 6, and automatic roll angle maintenance control, which controls the operation of the rolling drive unit 21 to maintain the tilt position of the rotary tilling device 6 in the roll direction at a set position (e.g., horizontal position) based on the detection of the tilt sensor that detects the roll angle of the tractor 1 and the acceleration sensor of the inertial measurement device 26.
つまり、前述した自動走行ユニット2には、パワーステアリングユニット16、ブレーキユニット17、作業クラッチユニット19、昇降駆動ユニット20、ローリング駆動ユニット21、車両状態検出機器23、測位ユニット24、車載制御ユニット40、及び、通信モジュール77、などが含まれている。そして、これらが適正に作動することにより、トラクタ1を目標経路Pに従って精度よく自動走行させることができるとともに、ロータリ耕耘装置6による耕耘を適正に行うことができる。 In other words, the aforementioned automatic driving unit 2 includes a power steering unit 16, a brake unit 17, a working clutch unit 19, a lifting drive unit 20, a rolling drive unit 21, a vehicle condition detection device 23, a positioning unit 24, an on-board control unit 40, and a communication module 77. By properly operating these, the tractor 1 can be automatically driven with high precision along the target route P, and the rotary tilling device 6 can be used to properly till the ground.
図2に示すように、トラクタ1には、その周囲における障害物200(図8~9参照)の存否を検知する障害物検知ユニット50が備えられている。障害物検知ユニット50が検知する障害物200には、圃場Aの走行領域A2内で作業する作業者などの人物や他の作業車両、及び、圃場Aの走行領域A2内に既存の電柱や樹木などの物体が含まれている。 As shown in FIG. 2, the tractor 1 is equipped with an obstacle detection unit 50 that detects the presence or absence of obstacles 200 (see FIGS. 8-9) in its surroundings. The obstacles 200 detected by the obstacle detection unit 50 include people such as workers working within the travel area A2 of the field A, other work vehicles, and objects such as utility poles and trees that exist within the travel area A2 of the field A.
自動走行制御部46は、障害物検知ユニット50が障害物200の存在を検知したときに、障害物200に対するトラクタ1の接触を回避する接触回避処理を行う。接触回避処理には、トラクタ1及び携帯通信端末3に備えられた報知装置を作動させる報知処理、トラクタ1の車速を自動で低下させる自動減速処理、トラクタ1の車速を零速まで低下させてトラクタ1を停止させる自動減速停止処理、及び、左右の前輪10を自動で操舵して障害物200を避けるようにトラクタ1を迂回させる自動操舵処理、などが含まれている。そして、これらの各処理は、トラクタ1の車速、トラクタ1から障害物200までの距離、及び、トラクタ1と障害物200との位置関係、などに応じて、自動走行制御部46が適宜行うように構成されている。 When the obstacle detection unit 50 detects the presence of the obstacle 200, the automatic driving control unit 46 performs a contact avoidance process to avoid the tractor 1 coming into contact with the obstacle 200. The contact avoidance process includes a notification process to activate a notification device provided on the tractor 1 and the mobile communication terminal 3, an automatic deceleration process to automatically reduce the vehicle speed of the tractor 1, an automatic deceleration stop process to reduce the vehicle speed of the tractor 1 to zero speed and stop the tractor 1, and an automatic steering process to automatically steer the left and right front wheels 10 to make the tractor 1 detour so as to avoid the obstacle 200. Each of these processes is configured to be appropriately performed by the automatic driving control unit 46 depending on the vehicle speed of the tractor 1, the distance from the tractor 1 to the obstacle 200, and the positional relationship between the tractor 1 and the obstacle 200.
図1~2、図4~5に示すように、障害物検知ユニット50は、トラクタ1の前後に位置する測定対象物201(図6~9参照)の相対位置を測定する相対位置測定部の一例である前後2台のライダーセンサ(LiDAR Sensor:Light Detection and Ranging Sensor)101,102と、トラクタ1からその左右に位置する測定対象物201までの距離を測定する左右2組のソナーユニット103,104とを有している。 As shown in Figures 1-2 and 4-5, the obstacle detection unit 50 has two front and rear LiDAR sensors (Light Detection and Ranging Sensors) 101, 102, which are an example of a relative position measurement unit that measures the relative position of a measurement object 201 (see Figures 6-9) located in front of and behind the tractor 1, and two sets of sonar units 103, 104 on the left and right that measure the distance from the tractor 1 to the measurement object 201 located on the left and right of the tractor 1.
図4~5に示すように、各ライダーセンサ101,102は、レーザを用いて測定対象物201までの距離などを3次元で測定して3次元画像を生成する。各ライダーセンサ101,102は、レーザ光(例えば、パルス状の近赤外レーザ光)が測定対象物201に当たって跳ね返ってくるまでの往復時間から測定対象物201までの距離を測定するTOF(Time Of Flight)方式によって測定対象物201までの距離を測定する。各ライダーセンサ101,102は、レーザ光を上下方向及び左右方向に高速で走査し、各走査角における測定対象物201までの距離を順次測定することで、測定対象物201までの距離を3次元で測定する。各ライダーセンサ101,102は、それらの測定範囲C,D内における測定対象物201までの距離をリアルタイムで繰り返し測定する。各ライダーセンサ101,102は、それぞれの測定結果に含まれている測定対象物201までの直線距離や測定対象物201に対する照射角度などから、測定対象物201の相対位置を取得するとともに3次元画像を生成して車載制御ユニット40に出力する。各ライダーセンサ101,102からの3次元画像は、トラクタ1の液晶モニタ32や携帯通信端末3の表示部4などにおいて表示させることができ、これにより、ユーザなどにトラクタ1の前方側の状況と後方側の状況とを視認させることができる。ちなみに、3次元画像では、例えば、色などを用いて遠近方向での距離を示すことができる。 As shown in Figures 4 and 5, each of the lidar sensors 101 and 102 uses a laser to measure the distance to the measurement object 201 in three dimensions and generate a three-dimensional image. Each of the lidar sensors 101 and 102 measures the distance to the measurement object 201 by a TOF (Time Of Flight) method that measures the distance to the measurement object 201 from the round-trip time it takes for a laser beam (e.g., a pulsed near-infrared laser beam) to hit the measurement object 201 and bounce back. Each of the lidar sensors 101 and 102 scans the laser beam in the vertical and horizontal directions at high speed and measures the distance to the measurement object 201 at each scanning angle in sequence, thereby measuring the distance to the measurement object 201 in three dimensions. Each of the lidar sensors 101 and 102 repeatedly measures the distance to the measurement object 201 within their measurement ranges C and D in real time. Each LIDAR sensor 101, 102 obtains the relative position of the measurement object 201 from the linear distance to the measurement object 201 and the irradiation angle relative to the measurement object 201 contained in each measurement result, and generates a three-dimensional image and outputs it to the on-board control unit 40. The three-dimensional images from each LIDAR sensor 101, 102 can be displayed on the liquid crystal monitor 32 of the tractor 1 or the display unit 4 of the mobile communication terminal 3, allowing the user to visually recognize the situation in front of and behind the tractor 1. Incidentally, in the three-dimensional image, the distance in the near and far directions can be indicated using, for example, color.
図1、図4~5に示すように、前後のライダーセンサ101,102のうち、前ライダーセンサ101は、前述したアンテナユニット79が配置されているキャビン13の前面側における上部の左右中央箇所に、トラクタ1の前方側を斜め上方側から見下ろす前下がり姿勢で配置されている。これにより、前ライダーセンサ101は、トラクタ1の前方側が測定範囲Cとなるように設定されている。後ライダーセンサ102は、キャビン13の後端側における上部の左右中央箇所に、トラクタ1の後方側を斜め上方側から見下ろす後下がり姿勢で配置されている。これにより、後ライダーセンサ102は、トラクタ1の後方側が測定範囲Dとなるように設定されている。 As shown in Figures 1, 4 and 5, of the front and rear lidar sensors 101, 102, the front lidar sensor 101 is disposed in a front-down position looking diagonally down at the front side of the tractor 1 from above, at the center of the left and right upper part of the front side of the cabin 13 where the antenna unit 79 is disposed. As a result, the front lidar sensor 101 is set so that the front side of the tractor 1 is the measurement range C. The rear lidar sensor 102 is disposed in a rear-down position looking diagonally down at the rear side of the tractor 1 from above, at the center of the left and right upper part of the rear end side of the cabin 13. As a result, the rear lidar sensor 102 is set so that the measurement range D is the rear side of the tractor 1.
各ライダーセンサ101,102の測定範囲C,Dにおいて、トラクタ1の一部やロータリ耕耘装置6の一部が入り込む領域には、それらの領域に入り込んだトラクタ1の一部やロータリ耕耘装置6の一部を各ライダーセンサ101,102が測定対象物201としないように、それらの領域を覆い隠すマスキング処理が施されている。 In the measurement ranges C and D of each LIDAR sensor 101, 102, areas where a part of the tractor 1 or a part of the rotary tillage device 6 enters are masked to cover those areas so that each LIDAR sensor 101, 102 does not treat the part of the tractor 1 or the part of the rotary tillage device 6 that has entered those areas as the measurement target 201.
なお、各ライダーセンサ101,102の測定範囲C,Dに関しては、それらの左右方向の範囲をロータリ耕耘装置6の作業幅に応じた設定範囲に制限するカット処理を施すようにしてもよい。 In addition, a cut process may be applied to the measurement ranges C and D of the lidar sensors 101 and 102 to limit their left-right range to a set range according to the working width of the rotary tilling device 6.
前後のライダーセンサ101,102は、変速ユニット15の前後進切換装置が前進伝動状態に切り換えられたトラクタ1の前進走行時には、前ライダーセンサ101が測定状態になり、後ライダーセンサ102が測定停止状態になる。又、変速ユニット15の前後進切換装置が後進伝動状態に切り換えられたトラクタ1の後進走行時には、前ライダーセンサ101が測定停止状態になり、後ライダーセンサ102が測定状態になる。前後のライダーセンサ101,102は、それらの測定範囲C,D内に複数の測定対象物201が存在する場合は、各測定対象物201までの距離などを個別に測定する。 When the tractor 1 is traveling forward with the forward/reverse switching device of the transmission unit 15 switched to the forward transmission state, the front lidar sensor 101 is in a measurement state and the rear lidar sensor 102 is in a measurement stop state. When the tractor 1 is traveling backward with the forward/reverse switching device of the transmission unit 15 switched to the reverse transmission state, the front lidar sensor 101 is in a measurement stop state and the rear lidar sensor 102 is in a measurement state. When there are multiple measurement objects 201 within their measurement ranges C, D, the front and rear lidar sensors 101, 102 individually measure the distance to each measurement object 201, etc.
図1、図4~5に示すように、各ソナーユニット103,104は超音波を用いて測定対象物201までの距離を測定する。各ソナーユニット103,104は、発信した超音波が測定対象物201に当たって跳ね返ってくるまでの往復時間から測定対象物201までの距離を測定するTOF(Time Of Flight)方式によって測定対象物201までの距離を測定する。左右のソナーユニット103,104のうち、右ソナーユニット103は、キャビン13の右側下方に配置された右乗降ステップ13Aに、小さい俯角を有する右下向き姿勢で取り付けられている。これにより、右ソナーユニット103は、トラクタ1の右外方側が測定範囲Nとなるように設定された状態で右側の前輪10と右側の後輪11との間の比較的高い位置に配置されている。左ソナーユニット104は、キャビン13の左側下方に配置された左乗降ステップ13Aに、小さい俯角を有する左下向き姿勢で取り付けられている。これにより、左ソナーユニット104は、トラクタ1の左外方側が測定範囲Nとなるように設定された状態で左側の前輪10と左側の後輪11との間の比較的高い位置に配置されている。 As shown in Figures 1, 4 and 5, each sonar unit 103, 104 uses ultrasonic waves to measure the distance to the measurement object 201. Each sonar unit 103, 104 measures the distance to the measurement object 201 by the TOF (Time Of Flight) method, which measures the distance to the measurement object 201 from the round trip time it takes for the emitted ultrasonic waves to hit the measurement object 201 and bounce back. Of the left and right sonar units 103, 104, the right sonar unit 103 is attached to the right boarding and disembarking step 13A located on the lower right side of the cabin 13 in a right downward orientation with a small depression angle. As a result, the right sonar unit 103 is located at a relatively high position between the right front wheel 10 and the right rear wheel 11 with the right outer side of the tractor 1 set to be the measurement range N. The left sonar unit 104 is attached to the left boarding/alighting step 13A located on the lower left side of the cabin 13 in a left-downward position with a small depression angle. As a result, the left sonar unit 104 is positioned at a relatively high position between the left front wheel 10 and the left rear wheel 11 with the left outer side of the tractor 1 set to be the measurement range N.
図2に示すように、障害物検知ユニット50は、前後のライダーセンサ101,102が測定した測定対象物201が障害物200か否かを判定する障害物判定部48を有している。障害物判定部48は、車載制御ユニット40に含まれており、マイクロコントローラなどが集積された電子制御ユニットや各種の制御プログラムなどによって構築されている。車載制御ユニット40は、各ライダーセンサ101,102と各ソナーユニット103,104とにCANを介して相互通信可能に接続されている。 As shown in FIG. 2, the obstacle detection unit 50 has an obstacle determination section 48 that determines whether the measurement object 201 measured by the front and rear lidar sensors 101, 102 is an obstacle 200 or not. The obstacle determination section 48 is included in the vehicle control unit 40, and is constructed by an electronic control unit that integrates a microcontroller and various control programs. The vehicle control unit 40 is connected to each of the lidar sensors 101, 102 and each of the sonar units 103, 104 via CAN so that they can communicate with each other.
障害物判定部48は、前後のライダーセンサ101,102からの位置情報などに基づいて、前後のライダーセンサ101,102によって測定された測定対象物201が障害物200か否かを判定する障害物判定制御を実行する。障害物判定部48には、障害物判定制御を実行するにあたって、トラクタ1におけるGPSの測位対象位置p0であるGPSアンテナ75の取り付け位置が測定対象物201の位置判定に使用する基準位置として登録されている。 The obstacle determination unit 48 executes obstacle determination control to determine whether the measurement object 201 measured by the front and rear LIDAR sensors 101, 102 is an obstacle 200 or not, based on position information from the front and rear LIDAR sensors 101, 102. When executing the obstacle determination control, the obstacle determination unit 48 registers the mounting position of the GPS antenna 75, which is the GPS positioning target position p0 on the tractor 1, as the reference position used to determine the position of the measurement object 201.
以下、図10に示すフローチャートなどに基づいて、障害物判定制御における障害物判定部48の処理手順について説明する。
なお、トラクタ1の前進走行時と後進走行時とでは、測定状態になるライダーセンサ101,102が異なるだけで、障害物判定制御における障害物判定部48の処理手順は同じであることから、ここでは、図6~8に示すように、前ライダーセンサ101が測定状態になり、後ライダーセンサ102が測定停止状態になるトラクタ1の前進走行時を例示して説明する。
Hereinafter, a processing procedure of the obstacle determining unit 48 in the obstacle determination control will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
Note that only the LIDAR sensors 101, 102 that are in the measurement state are different when the tractor 1 is traveling forward and when it is traveling backward, and the processing procedure of the obstacle determination unit 48 in the obstacle determination control is the same. Therefore, here, as shown in Figures 6 to 8, an example will be described of the tractor 1 traveling forward, in which the front LIDAR sensor 101 is in the measurement state and the rear LIDAR sensor 102 is in the measurement stopped state.
障害物判定制御において、障害物判定部48は、先ず、前ライダーセンサ101からの位置情報などに基づいて走行領域A2に対する測定対象物201の位置を特定する物体位置特定処理を行う(ステップ#1)。物体位置特定処理においては、前ライダーセンサ101により測定された測定対象物201の相対位置と、車体情報に含まれたトラクタ1におけるGPSアンテナ75の取り付け位置などから、トラクタ1におけるGPSの測位対象位置p0を原点(0,0)とする車体座標系での測定対象物201の座標(x,y)を求める(図6参照)。そして、測定対象物201の車体座標系での座標(x,y)を、各領域特定地点Ap1~Ap4の座標などを特定する圃場座標系(NED座標系)に座標変換して、圃場座標系での測定対象物201の座標(X,Y)を特定する(図7参照)。
次に、図8に示すように、障害物判定部48に登録された基準位置(トラクタ1におけるGPSの測位対象位置p0)と、特定した測定対象物201の位置とにわたる判定基準線Lを生成する判定基準線生成処理を行う(ステップ#2)。
そして、各領域特定地点Ap1~Ap4を繋ぐ矩形状の領域特定線ALと前述した判定基準線Lとの交点の有無を判定する交点判定処理を行い(ステップ#3)、その後、この交点判定処理にて交点があると判定された測定対象物201を障害物200から除外する障害物判定処理を行う(ステップ#4)。
In the obstacle determination control, the obstacle determination unit 48 first performs an object position determination process to determine the position of the measurement object 201 relative to the travel area A2 based on the position information from the front LIDAR sensor 101 and the like (step #1). In the object position determination process, the coordinates (x, y) of the measurement object 201 in the vehicle body coordinate system with the GPS positioning target position p0 of the tractor 1 as the origin (0, 0) are obtained from the relative position of the measurement object 201 measured by the front LIDAR sensor 101 and the mounting position of the GPS antenna 75 on the tractor 1 included in the vehicle body information (see FIG. 6). Then, the coordinates (x, y) of the measurement object 201 in the vehicle body coordinate system are converted into the field coordinate system (NED coordinate system) that determines the coordinates of each area determination point Ap1 to Ap4 and the like, and the coordinates (X, Y) of the measurement object 201 in the field coordinate system are determined (see FIG. 7).
Next, as shown in Figure 8, a judgment reference line generation process is performed to generate a judgment reference line L that spans the reference position (GPS positioning target position p0 in the tractor 1) registered in the obstacle determination unit 48 and the position of the identified measurement object 201 (step #2).
Then, an intersection determination process is performed to determine whether or not there is an intersection between the rectangular area identification line AL connecting each area identification point Ap1 to Ap4 and the aforementioned judgment reference line L (step #3), and then an obstacle determination process is performed to exclude from the obstacle 200 the measurement object 201 that is determined to have an intersection in this intersection determination process (step #4).
これにより、障害物判定部48は、例えば、図8に示すように、物体位置特定処理による測定対象物201の特定位置が、領域特定線ALに対する第1特定位置sp1であれば、領域特定線ALと判定基準線Lとの交点がないことから、この測定対象物201を走行領域A2内に位置する障害物200として判定する。又、物体位置特定処理による測定対象物201の特定位置が、領域特定線ALに対する第2特定位置sp2であれば、領域特定線ALと判定基準線Lとの交点があることから、この測定対象物201が走行領域A2外に位置していると判定して、この測定対象物201を障害物200から除外する。 As a result, for example, as shown in FIG. 8, if the position of the measurement object 201 identified by the object position identification process is a first specific position sp1 relative to the area identification line AL, the obstacle determination unit 48 determines that the measurement object 201 is an obstacle 200 located within the travel area A2 since there is no intersection between the area identification line AL and the judgment reference line L. Also, if the position of the measurement object 201 identified by the object position identification process is a second specific position sp2 relative to the area identification line AL, there is an intersection between the area identification line AL and the judgment reference line L, so the obstacle determination unit 48 determines that the measurement object 201 is located outside the travel area A2 and excludes the measurement object 201 from the obstacle 200.
これに加えて、障害物判定部48は、例えば、図9に示すように、走行領域A2の形状が、走行領域A2外の一部(以下、非走行部と称する)が走行領域A2の中央側に向けて入り込むU字状などである場合において、物体位置特定処理による測定対象物201の特定位置が、領域特定線ALに対する第1特定位置sp1であれば、領域特定線ALと判定基準線Lとの交点がないことから、この測定対象物201を、トラクタ1が自動走行している部分領域A2cと同じ部分領域A2c内に位置する障害物200として判定する。又、物体位置特定処理による測定対象物201の特定位置が、領域特定線ALに対する第2特定位置sp2又は第3特定位置sp3であれば、領域特定線ALと判定基準線Lとの交点があることから、この測定対象物201が走行領域A2外、又は、トラクタ1が自動走行している部分領域A2cとは異なる部分領域A2dに位置していると判定して、この測定対象物201を障害物200から除外する。
ちなみに、図9に示すU字状の走行領域A2は、その形状や大きさなどが8つの領域特定地点Ap1~Ap8を繋ぐ領域特定線ALによって特定されている。
In addition, for example, as shown in Figure 9, when the shape of the driving area A2 is U-shaped in which a part outside the driving area A2 (hereinafter referred to as the non-driving part) extends toward the center of the driving area A2, if the identified position of the measured object 201 by the object position identification process is the first identified position sp1 relative to the area identification line AL, the obstacle determination unit 48 determines that the measured object 201 is an obstacle 200 located within the same partial area A2c as the partial area A2c in which the tractor 1 is automatically traveling, since there is no intersection between the area identification line AL and the judgment reference line L. Furthermore, if the identified position of the measured object 201 by the object position identification process is the second identified position sp2 or the third identified position sp3 relative to the area identification line AL, since there is an intersection between the area identification line AL and the judgment reference line L, it is determined that the measured object 201 is located outside the driving area A2, or in a partial area A2d different from the partial area A2c in which the tractor 1 is automatically traveling, and the measured object 201 is excluded from the obstacle 200.
Incidentally, the shape, size, etc. of the U-shaped travel area A2 shown in FIG. 9 are specified by an area specification line AL connecting eight area specification points Ap1 to Ap8.
つまり、障害物判定部48は、前述した物体位置特定処理と判定基準線生成処理と交点判定処理と障害物判定処理とを行うことにより、走行領域A2外に位置する測定対象物201を障害物200から除外することができるだけでなく、例えば、走行領域A2の形状が前述したU字状などの複雑な形状である場合は、トラクタ1が自動走行している部分領域A2cと異なる部分領域A2dに位置する測定対象物201をも障害物200から除外することができる。 In other words, by performing the object position identification process, the judgment reference line generation process, the intersection judgment process, and the obstacle judgment process described above, the obstacle judgment unit 48 can not only exclude the measurement object 201 located outside the traveling area A2 from the obstacle 200, but also, for example, when the shape of the traveling area A2 is a complex shape such as the U-shape described above, can exclude the measurement object 201 located in the partial area A2d different from the partial area A2c in which the tractor 1 is automatically traveling from the obstacle 200.
これにより、走行領域A2の形状にかかわらず、トラクタ1が走行領域A2において自動走行しているときには、障害物検知ユニット50が、走行領域A2外に位置する測定対象物201やトラクタ1が自動走行している部分領域A2cと異なる部分領域A2dに位置する測定対象物201を障害物200として誤検知する虞を回避することができ、この誤検知に起因して自動走行制御部46が不必要な接触回避処理を行うことによる作業効率の低下などを阻止することができる。 As a result, regardless of the shape of the travel area A2, when the tractor 1 is traveling automatically in the travel area A2, the obstacle detection unit 50 can be prevented from erroneously detecting, as an obstacle 200, a measurement object 201 located outside the travel area A2 or a measurement object 201 located in a partial area A2d different from the partial area A2c in which the tractor 1 is traveling automatically. This can prevent a decrease in work efficiency caused by the automatic traveling control unit 46 performing unnecessary contact avoidance processing due to such erroneous detection.
自動走行制御部46は、前後いずれかのライダーセンサ101,102が複数の測定対象物201を測定し、障害物判定部48が複数の測定対象物201を障害物200として判定した場合は、トラクタ1から最も近い障害物200に基づいて接触回避処理を行う。これにより、トラクタ1が障害物200に接触する虞をより好適に回避することができる。 When the front or rear lidar sensor 101, 102 measures multiple measurement objects 201 and the obstacle determination unit 48 determines that the multiple measurement objects 201 are obstacles 200, the automatic driving control unit 46 performs contact avoidance processing based on the obstacle 200 that is closest to the tractor 1. This makes it possible to more effectively avoid the risk of the tractor 1 coming into contact with the obstacle 200.
図1~2、図4に示すように、トラクタ1には、その前方側と後方側とを撮像範囲とする前後2台のカメラ108,109が備えられている。前カメラ108は、前ライダーセンサ101と同様に、キャビン13の前面側における上部の左右中央箇所に、トラクタ1の前方側を斜め上方側から見下ろす前下がり姿勢で配置されている。後カメラ109は、後ライダーセンサ102と同様に、キャビン13の後端側における上部の左右中央箇所に、トラクタ1の後方側を斜め上方側から見下ろす後下がり姿勢で配置されている。各カメラ108,109の撮像画像は、トラクタ1の液晶モニタ32や携帯通信端末3の表示部4などにおいて表示させることができ、これにより、ユーザなどにトラクタ1の周囲の状況を視認させることができる。 As shown in Figures 1-2 and 4, the tractor 1 is equipped with two front and rear cameras 108, 109 whose imaging ranges cover the front and rear sides of the tractor 1. The front camera 108, like the front lidar sensor 101, is located in the center of the left and right upper part of the front side of the cabin 13, with a forward-downward posture overlooking the front side of the tractor 1 from diagonally above. The rear camera 109, like the rear lidar sensor 102, is located in the center of the left and right upper part of the rear end side of the cabin 13, with a rear-downward posture overlooking the rear side of the tractor 1 from diagonally above. Images captured by the cameras 108, 109 can be displayed on the liquid crystal monitor 32 of the tractor 1 or the display unit 4 of the mobile communication terminal 3, allowing the user to visually confirm the situation around the tractor 1.
〔別実施形態〕
本発明の別実施形態について説明する。
なお、以下に説明する各別実施形態の構成は、それぞれ単独で適用することに限らず、他の別実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
[Another embodiment]
Another embodiment of the present invention will now be described.
The configurations of the respective alternative embodiments described below are not limited to being applied alone, but may also be applied in combination with the configurations of other alternative embodiments.
(1)作業車両1の構成に関する代表的な別実施形態は以下の通りである。
例えば、作業車両1は、左右の後輪11に代えて左右のクローラを備えるセミクローラ仕様に構成されていてもよい。
例えば、作業車両1は、左右の前輪10及び左右の後輪11に代えて左右のクローラを備えるフルクローラ仕様に構成されていてもよい。
例えば、作業車両1は、エンジン14の代わりに電動モータを備える電動仕様に構成されていてもよい。
例えば、作業車両1は、エンジン14と電動モータとを備えるハイブリッド仕様に構成されていてもよい。
(1) Representative alternative embodiments relating to the configuration of the work vehicle 1 are as follows.
For example, the work vehicle 1 may be configured as a semi-crawler type having left and right crawlers instead of the left and right rear wheels 11 .
For example, the work vehicle 1 may be configured as a full crawler vehicle having left and right crawlers instead of the left and right front wheels 10 and the left and right rear wheels 11 .
For example, the work vehicle 1 may be configured to be electrically powered and equipped with an electric motor instead of the engine 14 .
For example, the work vehicle 1 may be configured as a hybrid vehicle equipped with an engine 14 and an electric motor.
(2)例えば、作業車両1からその左右に位置する測定対象物201までの距離を測定する左右2組のソナーユニット103,104を相対位置測定部とし、障害物判定部48が、左右2組のソナーユニット103,104からの測距情報と、衛星測位システムを利用して取得した測位情報とに基づいて、測定対象物201の位置が走行領域A2内か否かを判定して走行領域A2外に位置する測定対象物201を障害物200から除外するように構成されていてもよい。 (2) For example, the relative position measuring unit may be configured to use two pairs of sonar units 103, 104 on the left and right that measure the distance from the work vehicle 1 to the measurement object 201 located on the left and right, and the obstacle determining unit 48 may be configured to determine whether the position of the measurement object 201 is within the traveling area A2 or not based on the distance measurement information from the two pairs of sonar units 103, 104 on the left and right and the positioning information obtained using a satellite positioning system, and to exclude the measurement object 201 located outside the traveling area A2 from the obstacles 200.
(3)例えば、相対位置測定部101~104としてステレオカメラなどを採用してもよい。 (3) For example, a stereo camera may be used as the relative position measurement units 101 to 104.
(4)図11に示すように、障害物判定部48には、測定対象物201の位置判定に使用するために走行領域A2内に設定された基準位置p0iが登録され、障害物判定部48が、障害物判定制御においては、図12のフローチャートに示すように、相対位置測定部(前後のライダーセンサ)101,102からの位置情報と衛星測位システムを利用して取得した測位情報とに基づいて測定対象物201の位置を特定する物体位置特定処理(ステップ#1)と、その特定した測定対象物201の位置と基準位置p0iとにわたる判定基準線Lを生成する判定基準線生成処理(ステップ#2)と、領域特定線ALと判定基準線Lとの交点の数量を算出する交点数算出処理(ステップ#3)と、この交点数算出処理で得られた交点の数量に基づいて測定対象物201の位置が走行領域A2内か否かを判定する内外判定処理(ステップ#4)と、内外判定処理で走行領域A2外と判定された測定対象物201を障害物200から除外する障害物判定処理(ステップ#5)とを行うように構成されていてもよい。
この構成において、例えば、図11に示すように、物体位置特定処理による測定対象物201の特定位置が、領域特定線ALに対する第1特定位置sp1であれば、領域特定線ALと判定基準線Lとの交点の数量が零になることから、障害物判定部48は、この測定対象物201を走行領域A2内に位置する障害物200として判定する。又、物体位置特定処理による測定対象物201の特定位置が、領域特定線ALに対する第2特定位置sp2であれば、領域特定線ALと判定基準線Lとの交点の数量が奇数になることから、障害物判定部48は、この測定対象物201が走行領域A2外に位置していると判定して、この測定対象物201を障害物200から除外する。
例えば、走行領域A2の形状が図9に示すU字状などである場合は、障害物判定部48は、領域特定線ALと判定基準線Lとの交点の数量が零又は偶数になる測定対象物201に対しては、走行領域A2内に位置する障害物200として判定する。又、障害物判定部48は、領域特定線ALと判定基準線Lとの交点の数量が奇数になる測定対象物201に対しては、走行領域A2外に位置していると判定して、この測定対象物201を障害物200から除外する。
(4) As shown in FIG. 11, a reference position p0i set within the travel area A2 for use in determining the position of the measurement object 201 is registered in the obstacle determination unit 48. In the obstacle determination control, as shown in the flowchart of FIG. 12, the obstacle determination unit 48 performs an object position identification process (step #1) for identifying the position of the measurement object 201 based on position information from the relative position measurement units (front and rear LIDAR sensors) 101, 102 and positioning information acquired using a satellite positioning system, and The system may be configured to perform a judgment reference line generation process (step #2) that generates a judgment reference line L extending to the reference position p0i, a number of intersections calculation process (step #3) that calculates the number of intersections between the area specification line AL and the judgment reference line L, an inside/outside determination process (step #4) that determines whether the position of the measured object 201 is within the driving area A2 based on the number of intersections obtained in the number of intersections calculation process, and an obstacle determination process (step #5) that excludes the measured object 201 that is determined to be outside the driving area A2 in the inside/outside determination process from the obstacle 200.
11, for example, if the position of the measurement object 201 identified by the object position identification process is a first specific position sp1 relative to the area identification line AL, the number of intersections between the area identification line AL and the judgment reference line L will be zero, and the obstacle determination unit 48 will determine that the measurement object 201 is an obstacle 200 located within the travel area A2. If the position of the measurement object 201 identified by the object position identification process is a second specific position sp2 relative to the area identification line AL, the number of intersections between the area identification line AL and the judgment reference line L will be an odd number, and the obstacle determination unit 48 will determine that the measurement object 201 is located outside the travel area A2, and will exclude the measurement object 201 from the obstacles 200.
9, the obstacle determination unit 48 determines that the measurement object 201 having the number of intersections between the area identification line AL and the judgment reference line L which is zero or an even number is an obstacle 200 located within the travel area A2. Also, the obstacle determination unit 48 determines that the measurement object 201 having the number of intersections between the area identification line AL and the judgment reference line L which is an odd number is located outside the travel area A2, and excludes the measurement object 201 from the obstacle 200.
(5)図13に示すように、障害物判定部48には、測定対象物201の位置判定に使用するために走行領域A2外に設定された基準位置p0oが登録され、障害物判定部48が、障害物判定制御においては、相対位置測定部(前後のライダーセンサ)101,102からの位置情報と衛星測位システムを利用して取得した測位情報とに基づいて測定対象物201の位置を特定する物体位置特定処理と、その特定した測定対象物201の位置と基準位置p0oとにわたる判定基準線Lを生成する判定基準線生成処理と、領域特定線ALと判定基準線Lとの交点の数量を算出する交点数算出処理と、この交点数算出処理で得られた交点の数量に基づいて測定対象物201の位置が走行領域A2内か否かを判定する内外判定処理と、内外判定処理で走行領域A2外と判定された測定対象物201を障害物200から除外する障害物判定処理とを行うように構成されていてもよい。
この構成において、例えば、図13に示すように、物体位置特定処理による測定対象物201の特定位置が、領域特定線ALに対する第1特定位置sp1であれば、領域特定線ALと判定基準線Lとの交点の数量が零になることから、障害物判定部48は、この測定対象物201が走行領域A2外に位置していると判定して、この測定対象物201を障害物200から除外する。又、物体位置特定処理による測定対象物201の特定位置が、領域特定線ALに対する第2特定位置sp2であれば、領域特定線ALと判定基準線Lとの交点の数量が奇数になることから、障害物判定部48は、この測定対象物201を走行領域A2内に位置する障害物200として判定する。
例えば、走行領域A2の形状が図9に示すU字状などである場合は、障害物判定部48は、領域特定線ALと判定基準線Lとの交点の数量が零又は偶数になる測定対象物201に対しては、走行領域A2外に位置していると判定して、この測定対象物201を障害物200から除外する。又、障害物判定部48は、領域特定線ALと判定基準線Lとの交点の数量が奇数になる測定対象物201に対しては、走行領域A2内に位置する障害物200として判定する。
(5) As shown in FIG. 13 , the obstacle determination unit 48 may be configured to register a reference position p0o set outside the traveling area A2 for use in determining the position of the object to be measured 201, and in the obstacle determination control, the obstacle determination unit 48 may be configured to perform an object position identification process for identifying the position of the object to be measured 201 based on position information from the relative position measurement units (front and rear LIDAR sensors) 101, 102 and positioning information acquired using a satellite positioning system, a determination reference line generation process for generating a determination reference line L extending between the identified position of the object to be measured 201 and the reference position p0o, an intersection number calculation process for calculating the number of intersections between the area identification line AL and the determination reference line L, an inside/outside determination process for determining whether the position of the object to be measured 201 is within the traveling area A2 based on the number of intersections obtained in the intersection number calculation process, and an obstacle determination process for excluding the object to be measured 201 determined to be outside the traveling area A2 in the inside/outside determination process from the obstacle 200.
13, for example, if the position of the measurement object 201 identified by the object position identification process is a first identified position sp1 with respect to the area identification line AL, the number of intersections between the area identification line AL and the judgment reference line L will be zero, so the obstacle determination unit 48 determines that the measurement object 201 is located outside the traveling area A2 and excludes the measurement object 201 from the obstacle 200. If the position of the measurement object 201 identified by the object position identification process is a second identified position sp2 with respect to the area identification line AL, the number of intersections between the area identification line AL and the judgment reference line L will be an odd number, so the obstacle determination unit 48 determines that the measurement object 201 is an obstacle 200 located within the traveling area A2.
9, the obstacle determination unit 48 determines that the measurement object 201 having the number of intersections between the area identification line AL and the judgment reference line L that is zero or an even number is located outside the travel area A2, and excludes the measurement object 201 from the obstacle 200. Moreover, the obstacle determination unit 48 determines that the measurement object 201 having the number of intersections between the area identification line AL and the judgment reference line L that is an odd number is located as the obstacle 200 located inside the travel area A2.
<発明の付記>
本発明の第1特徴構成は、作業車両用の自動走行システムにおいて、
走行領域の特定に使用する領域特定情報を記憶する記憶部と、
衛星測位システムを利用して取得した測位情報に基づいて作業車両を特定された走行領域内で自動走行させる自動走行制御部と、
前記作業車両の周囲における障害物の存否を検知する障害物検知ユニットとを備え、
前記自動走行制御部は、前記障害物検知ユニットが前記障害物の存在を検知したときに、前記障害物に対する前記作業車両の接触を回避する接触回避処理を行い、
前記障害物検知ユニットは、前記作業車両に備えられて測定対象物の相対位置を測定する相対位置測定部と、前記相対位置測定部からの位置情報と前記測位情報と前記領域特定情報とに基づいて前記測定対象物の位置が前記走行領域内か否かを判定して走行領域外に位置する前記測定対象物を前記障害物から除外する障害物判定部とを有している点にある。
<Notes on the invention>
A first characteristic configuration of the present invention is an automatic driving system for a work vehicle,
A storage unit that stores area identification information used to identify a traveling area;
an automatic driving control unit that automatically drives a work vehicle within a specified driving area based on positioning information acquired using a satellite positioning system;
an obstacle detection unit that detects the presence or absence of an obstacle around the work vehicle;
the automatic travel control unit performs a contact avoidance process to avoid contact of the work vehicle with the obstacle when the obstacle detection unit detects the presence of the obstacle,
The obstacle detection unit has a relative position measuring unit provided on the work vehicle that measures the relative position of a measurement object, and an obstacle determination unit that determines whether the position of the measurement object is within the traveling area based on the position information from the relative position measuring unit, the positioning information, and the area identification information, and excludes the measurement object located outside the traveling area from the obstacles.
本構成によれば、障害物判定部が、衛星測位システムを利用して取得した測位情報に含まれる作業車両の現在位置や、相対位置測定部により測定される測定対象物の相対位置、などに基づいて、相対位置測定部により測定された測定対象物の位置が走行領域内か否かを判定し、走行領域外に位置する測定対象物を障害物から除外することから、障害物検知ユニットが走行領域外に位置する測定対象物を障害物として誤検知する虞を回避することができる。 According to this configuration, the obstacle determination unit determines whether the position of the measurement object measured by the relative position measurement unit is within the travel area based on the current position of the work vehicle contained in the positioning information acquired using the satellite positioning system, the relative position of the measurement object measured by the relative position measurement unit, etc., and excludes measurement objects located outside the travel area from obstacles, thereby avoiding the risk of the obstacle detection unit erroneously detecting measurement objects located outside the travel area as obstacles.
これにより、作業車両が走行領域内において自動走行しているときに、自動走行制御部が、障害物として誤検知された走行領域外の測定対象物に基づいて接触回避処理を行うことに起因した作業効率の低下などを阻止することができる。 This makes it possible to prevent a decrease in work efficiency caused by the automatic driving control unit performing contact avoidance processing based on a measured object outside the driving area that is erroneously detected as an obstacle when the work vehicle is driving automatically within the driving area.
そして、障害物検知ユニットは、前述した誤検知を回避する上において、作業車両が圃場端に向けて自動走行している間、作業車両の現在位置から進行方向の圃場端までの離隔距離を演算する演算処理や、作業車両が圃場端に近づくに従って相対位置測定部の測定距離を制限する測距制限処理などを行い続ける必要がないことから、障害物検知ユニットにかかる負荷の軽減を図ることができる。 In addition, while the work vehicle is automatically traveling toward the edge of the field, the obstacle detection unit does not need to continue to perform calculations to calculate the distance from the current position of the work vehicle to the edge of the field in the direction of travel, or distance measurement limiting processes to limit the measurement distance of the relative position measurement unit as the work vehicle approaches the edge of the field, thereby reducing the load on the obstacle detection unit.
その結果、障害物検知ユニットにかかる負荷の軽減を図りながら、障害物検知ユニットが走行領域外に存在する他物を障害物として誤検知する虞を回避することができ、この誤検知に起因した作業効率の低下などを阻止することができる。 As a result, it is possible to reduce the load on the obstacle detection unit while avoiding the risk of the obstacle detection unit mistakenly detecting an object outside the driving area as an obstacle, thereby preventing a decrease in work efficiency that would result from such a mistaken detection.
本発明の第2特徴構成は、
前記領域特定情報には、前記走行領域が特定される作業地の角部地点や変曲点を含む複数の領域特定地点と、前記複数の領域特定地点を繋いで前記走行領域を特定する領域特定線とが含まれており、
前記障害物判定部には、前記作業車両における前記衛星測位システムの測位対象位置が前記測定対象物の位置判定に使用する基準位置として登録され、
前記障害物判定部は、前記相対位置測定部からの位置情報と前記測位情報とに基づいて前記測定対象物の位置を特定する物体位置特定処理と、その特定した前記測定対象物の位置と前記基準位置とにわたる判定基準線を生成する判定基準線生成処理と、前記領域特定線と前記判定基準線との交点の有無を判定する交点判定処理と、この交点判定処理にて交点があると判定された前記測定対象物を前記障害物から除外する障害物判定処理とを行う点にある。
The second characteristic configuration of the present invention is as follows:
The area identification information includes a plurality of area identification points including corner points and inflection points of the work area where the travel area is identified, and an area identification line that connects the plurality of area identification points to identify the travel area,
a position to be measured by the satellite positioning system in the work vehicle is registered in the obstacle determination unit as a reference position to be used in determining the position of the object to be measured,
The obstacle determination unit performs an object position identification process to identify the position of the object to be measured based on the position information from the relative position measurement unit and the positioning information, a judgment reference line generation process to generate a judgment reference line extending between the identified position of the object to be measured and the reference position, an intersection determination process to determine whether or not there is an intersection between the area identification line and the judgment reference line, and an obstacle determination process to exclude the object to be measured that is determined to have an intersection in the intersection determination process from the obstacles.
本構成によれば、障害物判定部は、前述した物体位置特定処理と判定基準線生成処理と交点判定処理と障害物判定処理とを行うことにより、走行領域外に位置する測定対象物を障害物から除外することができるだけでなく、例えば、走行領域の形状が、走行領域外の一部(以下、非走行部と称する)が走行領域の中央側に向けて入り込むU字状などである場合において、作業車両が非走行部を挟んで隣接する一方の部分領域において非走行部に向けて自動走行しているときに、相対位置測定部が非走行部を挟んだ反対側の部分領域に位置する測定対象物を測定したとしても、この測定対象物、つまり、作業車両が自動走行している部分領域と異なる部分領域に位置する測定対象物を障害物から除外することができる。 According to this configuration, the obstacle determination unit can not only exclude measurement objects located outside the travel area from obstacles by performing the object position identification process, determination reference line generation process, intersection determination process, and obstacle determination process described above, but also, for example, when the shape of the travel area is U-shaped with a part outside the travel area (hereinafter referred to as the non-travel area) extending toward the center of the travel area, even if the relative position measurement unit measures a measurement object located in the partial area on the opposite side of the non-travel area when the work vehicle is automatically traveling toward the non-travel area in one of the adjacent partial areas across the non-travel area, this measurement object, i.e., the measurement object located in the partial area different from the partial area in which the work vehicle is automatically traveling, can be excluded from obstacles.
これにより、前述したU字状などの走行領域内において作業車両が自動走行しているときに、障害物検知ユニットが、走行領域外に位置する測定対象物や作業車両が自動走行している部分領域と異なる部分領域に位置する測定対象物を障害物として誤検知する虞を回避することができ、この誤検知に起因した作業効率の低下などを阻止することができる。 This makes it possible to avoid the risk of the obstacle detection unit erroneously detecting, as an obstacle, a measurement object located outside the driving area or a measurement object located in a partial area different from the partial area in which the work vehicle is driving automatically when the work vehicle is driving automatically within the driving area such as the U-shape described above, and to prevent a decrease in work efficiency due to such erroneous detection.
本発明の第3特徴構成は、
前記領域特定情報には、前記走行領域が特定される作業地の角部地点や変曲点を含む複数の領域特定地点と、前記複数の領域特定地点を繋いで前記走行領域を特定する領域特定線とが含まれており、
前記障害物判定部には、前記測定対象物の位置判定に使用するために前記走行領域内又は前記走行領域外に設定された基準位置が登録され、
前記障害物判定部は、前記相対位置測定部からの位置情報と前記測位情報とに基づいて前記測定対象物の位置を特定する物体位置特定処理と、その特定した前記測定対象物の位置と前記基準位置とにわたる判定基準線を生成する判定基準線生成処理と、前記領域特定線と前記判定基準線との交点の数量を算出する交点数算出処理と、この交点数算出処理で得られた交点の数量に基づいて前記測定対象物の位置が前記走行領域内か否かを判定する内外判定処理と、前記内外判定処理で前記走行領域外と判定された前記測定対象物を前記障害物から除外する障害物判定処理とを行う点にある。
The third characteristic configuration of the present invention is as follows:
The area identification information includes a plurality of area identification points including corner points and inflection points of the work area where the travel area is identified, and an area identification line that connects the plurality of area identification points to identify the travel area,
The obstacle determination unit is configured to register a reference position set within or outside the traveling area for use in determining the position of the measurement object,
The obstacle determination unit performs an object position identification process that identifies the position of the object to be measured based on position information from the relative position measurement unit and the positioning information, a determination reference line generation process that generates a determination reference line that spans the identified position of the object to be measured and the reference position, an intersection number calculation process that calculates the number of intersections between the area identification line and the determination reference line, an inside/outside determination process that determines whether the position of the object to be measured is within the traveling area based on the number of intersections obtained in the intersection number calculation process, and an obstacle determination process that excludes the object to be measured that is determined to be outside the traveling area in the inside/outside determination process from the obstacles.
本構成によれば、障害物判定部は、前述した物体位置特定処理と判定基準線生成処理と交点数算出処理と内外判定処理と障害物判定処理とを行うことにより、走行領域の形状が単純な矩形状の場合だけでなく、例えば前述したU字状などの複雑な形状である場合においても、相対位置測定部により測定された測定対象物の位置が走行領域外か否かを容易に判定することができ、走行領域外に位置する測定対象物を障害物から除外することができる。 According to this configuration, the obstacle determination unit performs the object position identification process, determination reference line generation process, intersection number calculation process, inside/outside determination process, and obstacle determination process described above, and can easily determine whether the position of the measurement object measured by the relative position measurement unit is outside the driving area, not only when the shape of the driving area is a simple rectangle, but also when the shape is a complex shape such as the U-shape described above, and can exclude measurement objects located outside the driving area from obstacles.
具体的には、障害物判定部に登録された基準位置が走行領域内に設定されている場合は、交点の数量が零又は偶数になる測定対象物が走行領域内に位置すると判定されて障害物として判定され、かつ、交点の数量が奇数になる測定対象物が走行領域外に位置すると判定されて障害物から除外される。
又、障害物判定部に登録された基準位置が走行領域外に設定されている場合は、交点の数量が零又は偶数になる測定対象物が走行領域外に位置すると判定されて障害物から除外され、かつ、交点の数量が奇数になる測定対象物が走行領域内に位置すると判定されて障害物として判定される。
Specifically, when the reference position registered in the obstacle determination unit is set within the driving area, a measurement object whose number of intersections is zero or an even number is determined to be located within the driving area and is determined to be an obstacle, and a measurement object whose number of intersections is an odd number is determined to be located outside the driving area and is excluded from the obstacles.
In addition, if the reference position registered in the obstacle determination unit is set outside the traveling area, a measurement object whose number of intersections is zero or an even number is determined to be located outside the traveling area and is excluded from the obstacles, and a measurement object whose number of intersections is an odd number is determined to be located within the traveling area and is determined to be an obstacle.
つまり、走行領域の形状が矩形状などの単純な形状である場合と前述したU字状などの複雑な形状である場合とにかかわらず、障害物判定部により、走行領域外に位置する測定対象物を障害物から簡単かつ確実に除外することができる。 In other words, regardless of whether the shape of the travel area is a simple shape such as a rectangle or a complex shape such as the U-shape mentioned above, the obstacle determination unit can easily and reliably exclude measurement objects located outside the travel area from obstacles.
その結果、走行領域の形状にかかわらず、作業車両が走行領域内において自動走行しているときに、障害物検知ユニットが、走行領域外に位置する測定対象物を障害物として誤検知する虞を回避することができ、この誤検知に起因した作業効率の低下などを阻止することができる。 As a result, regardless of the shape of the driving area, when the work vehicle is traveling automatically within the driving area, the obstacle detection unit can be prevented from erroneously detecting a measurement object located outside the driving area as an obstacle, preventing a decrease in work efficiency due to such erroneous detection.
1 作業車両
46 自動走行制御部
47 記憶部(車載記憶部)
48 障害物判定部
50 障害物検知ユニット
101 相対位置測定部(前ライダーセンサ)
102 相対位置測定部(後ライダーセンサ)
103 相対位置測定部(右ソナーユニット)
104 相対位置測定部(左ソナーユニット)
200 障害物
201 測定対象物
Ap1 領域特定地点
Ap2 領域特定地点
Ap3 領域特定地点
Ap4 領域特定地点
A2 走行領域
AL 領域特定線
L 判定基準線
p0 測位対象位置
1 Work vehicle 46 Automatic driving control unit 47 Memory unit (on-vehicle memory unit)
48 Obstacle determination unit 50 Obstacle detection unit 101 Relative position measurement unit (front lidar sensor)
102 Relative position measurement unit (rear lidar sensor)
103 Relative position measurement unit (right sonar unit)
104 Relative position measurement unit (left sonar unit)
200 Obstacle 201 Measurement object Ap1 Area specific point Ap2 Area specific point Ap3 Area specific point Ap4 Area specific point A2 Travel area AL Area specific line L Judgment reference line p0 Positioning target position
Claims (4)
前記作業車両の周囲における物体の存否を検知する検知ユニットとを備え、
前記検知ユニットは、検知した物体の位置が前記走行領域内か否かを判定する、
作業車両用の自動走行システム。 an automatic driving control unit that automatically drives a work vehicle within a driving area in which a plurality of driving routes are arranged in parallel ;
a detection unit that detects the presence or absence of an object around the work vehicle,
The detection unit determines whether the position of the detected object is within the travel area.
An automated driving system for work vehicles.
請求項1に記載の作業車両用の自動走行システム。 When the detection unit determines that the detected object is located within the travel area, the detection unit determines that the detected object is an obstacle.
The automatic driving system for a work vehicle according to claim 1 .
請求項1又は2に記載の作業車両用の自動走行システム。 When the detection unit determines that the detected object is located outside the traveling area, the detection unit excludes the detected object from an obstacle.
3. The automatic driving system for a work vehicle according to claim 1 or 2.
請求項1~3のいずれか1項に記載の作業車両用の自動走行システム。 When the detection unit determines that the detected object is located within the travel area, and determines that there is a part outside the travel area between the detected object and the work vehicle, the detection unit excludes the detected object from an obstacle.
The automatic driving system for a work vehicle according to any one of claims 1 to 3.
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