JP7649477B2

JP7649477B2 - 作業車両

Info

Publication number: JP7649477B2
Application number: JP2021162145A
Authority: JP
Inventors: 愛菜宮内
Original assignee: Iseki and Co Ltd
Current assignee: Iseki and Co Ltd
Priority date: 2021-09-30
Filing date: 2021-09-30
Publication date: 2025-03-21
Anticipated expiration: 2041-09-30
Also published as: EP4159020A1; EP4159020B1; JP2023051461A

Description

本発明は、圃場を自律走行する作業車両に関するものである。

従来、例えば、衛星測位システムから得られる位置情報を利用し、圃場を自律走行しながら農作業（以下、単に作業という。）を行う作業車両が知られており、例えば、下記特許文献１には、収穫物を収容するタンクが満杯となると、予め定められた排出ポイントに自律走行し、収穫物を排出する作業車両が知られている。

特開２０２１－６９３４１号公報

しかしながら、特許文献１に記載された作業車両のように、収穫物を収容するタンクが満杯となったタイミングで、排出地点への自律走行を開始する方法によれば、タンクが満杯となった場所によっては、排出ポイントまでの移動距離が長くなり、非効率となるおそれがあった。

そこで、本発明は、このような問題を解消し、排出地点への移動を効率的に実行できる作業車両を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、第１の発明は、
目標走行経路に沿って圃場を自律走行する作業車両であって、
モア装置によって刈取られた芝草を収容する収容容器と、
作業領域面積に対応する刈取草量を算出する刈取草量算出手段を備え、
前記刈取草量と前記収容容器の収容量の情報から収容された芝草の排出回数を算出し、
前記算出された排出回数で圃場の作業領域を複数に分割し、分割された作業領域における作業が終わるごとに、排出地点に自律走行するよう構成されたことを特徴とする作業車両を提供する。

上記第１の発明によれば、圃場の作業領域を複数に分割し、分割された作業領域における作業が終わるごとに、排出地点に自律走行するよう構成されたことにより、排出地点への移動を効率的に実行できる。

第２の発明は、第１の発明において、
前記分割された作業領域各の排出工程の終端が、排出地点に近づくように、前記分割された作業領域の範囲を増減することを特徴とする。

上記第２の発明によれば、上記第１の発明の効果に加え、分割された作業領域の範囲を増減することで、排出地点への移動を円滑にできる。

第３の発明は、第２の発明において、
前記分割された作業領域に属する直線走行経路が奇数である場合であって、かつ、作業開始点が作業領域に対して同じ側にある場合に、直線走行経路の数を増減して偶数にすることを特徴とする。

上記第３の発明によれば、上記第２の発明の効果に加え、
作業開始点が作業領域に対して同じ側にある場合に、直線走行経路の数を増減して偶数にすることで、排出経路を短縮して効率化できる。

第４の発明は、第２または第３の発明において、
前記分割された作業領域に属する直線走行経路が偶数である場合であって、かつ、作業開始点が作業領域に対して同じ側にある場合に、直線走行経路の数を増減して奇数にすることを特徴とする。

上記第４の発明によれば、上記第２または第３の発明の効果に加え、
作業開始点が作業領域に対して同じ側にある場合に、直線走行経路の数を増減して奇数にすることで、排出経路を短縮して効率化できる。

第５の発明は、第２または第４の発明において、
前記分割された作業領域の範囲を増加させた場合であって、かつ、増加した作業領域の刈取草量が、収容容器の容量を超える場合に、分割された作業領域の直線走行経路の数を減少することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の作業車両。

上記第５の発明によれば、上記第３または第４の発明の効果に加え、排出地点への移動を円滑にできる。

第６発明は、第５の発明において、
前記分割された作業領域の範囲を増加させた場合であって、かつ、増加した作業領域の刈取草量が、収容容器の容量を超える場合に、分割された作業領域の数を増加させることを特徴とする。

上記第６の発明によれば、上記第５の発明の効果に加え、排出地点への移動をさらに円滑にできる。

本発明によれば、排出地点への移動を効率的に実行可能な作業車両を提供できる。

図１は、本発明の実施形態に係る作業車両の左側面図である。図２は、図１の作業車両の制御装置の構成を示すブロック図である。図３は、排出経路計画部ｃ１０５の排出経路決定に係る処理を示すフローチャートである。図４は、作業車両の目標走行経路を説明するための説明図である。図５は、刈取量の算出を説明するための説明図である。図６は、作業領域の分割を説明するための説明図である。図７は、分割作業領域の修正を説明する説明図である。図８は、分割作業領域の数の増加を説明する説明図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、特に断りのない限り、作業車両の前進方向を前とし、その逆方向を後とし、前方を向いて右方を右、左方を左とする。

＜１．作業車両の構成＞
図１は、本発明の実施形態に係る作業車両の左側面図である。
作業車両Ａは、自律走行手段を備えた走行車体ａ１の前部に、作業手段である作業機Ｗが装着され、作業機Ｗがモア装置である乗用芝刈機の構成を有する。しかしながら、走行車体ａ１及び作業機Ｗは、必ずしも乗用芝刈機の構成に限定されない。

図１に示されるように、本発明の実施の形態に係る作業車両Ａは、左右一対の走行輪として、走行車体ａ１の前部に左右一対の前輪ａ２を備えるとともに、走行車体ａ１の後部に左右一対の後輪ａ３を備えている。

また、走行車体ａ１上における運転席ａ４の後方には、エンジンルームを覆うボンネットａ８の上方に、モア装置Ｗで刈り取った芝草など（以下、芝草という）を収容する収容容器であるコレクタＷＭが、昇降アームａ９を介して上下昇降可能に搭載されている。

＜２．作業車両の制御装置＞
図２は、図１の作業車両Ａの制御装置Ｃの構成を示すブロック図である。作業車両Ａは、制御装置Ｃによって作業に係る動作が制御されるよう構成されている。

作業車両Ａの制御装置Ｃは、図２に示されるように、複数のＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）を備えて構成されており、通信バスＢＡを介して相互に情報を送受可能となっており、収穫車両Ａの走行等を制御する自律走行ＥＣＵ（Ｃ１）、位置情報等を処理する位置情報処理ＥＣＵ（Ｃ２）、エンジンＥＮを制御するエンジンＥＣＵ（Ｃ３）、変速装置ＴＲを制御するトランスミッションＥＣＵ（Ｃ４）、ブレーキＢＲを制御するブレーキＥＣＵ（Ｃ５）、作業機ＷＭの駆動や停止等の動作を制御する作業機ＥＣＵ（Ｃ６）、ネットワークＮＷに接続して外部機器と情報を送受可能な通信部ＣＤを備えている。

それぞれのＥＣＵは、演算処理を行うＣＰＵと、演算処理に必要な情報を読み書き可能なメモリとを備えて構成されており、メモリに記憶された各種制御プログラムに従ってＣＰＵが動作することにより、それぞれのＥＣＵのブロック中に示す各種の機能が実現される。

ネットワークＮＷは、例えば、インターネットなどのＷＡＮ（ＷｉｄｅＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）、専用通信網、ＶＰＮ（ＶｉｒｔｕａｌＰｒｉｖａｔｅＮｅｔｗｏｒｋ）等によって構築されたものである。

位置情報処理ＥＣＵ（Ｃ２）は、現在位置処理部ｃ２０１、位置情報記憶部ｃ２０２を備え、測位アンテナＡＮが接続されている。

現在位置処理部ｃ２０１は、測位アンテナＡＮの受信情報を所定の時間間隔（例えば、１秒毎）で取得して、収穫車両Ａの現在位置を算出し、収穫車両Ａの現在位置を示す現在位置情報を作成する。現在位置情報には、緯度・経度等の位置情報及び測位アンテナＡＮが測定した時刻情報が含まれる。そして、作成された現在位置情報は、位置情報記憶部ｃ２０２に経時的なデータとして記憶される。

位置情報記憶部ｃ２０２は、各種情報を記憶可能とするため、例えば、ＨＤＤ（ＨａｒｄＤｉｓｋＤｒｉｖｅ）やフラッシュメモリ等の記憶装置を含んで構成される。

通信部ＣＤは、作業車両Ａの外部機器と無線通信により各種情報の送受が可能な通信ユニットであり、例えば、無線ＬＡＮを用いた通信機能を備えてネットワークＮＷに接続可能に構成されている。

自律走行ＥＣＵ（Ｃ１）は、コレクタＷＭの収容量を検知する収容量検知センサＹＳ、ジャイロセンサＪＩ、方位センサＨＩと各種情報を取得可能に接続されており、また、エンジンＥＣＵ（Ｃ３）、トランスミッションＥＣＵ（Ｃ４）、ブレーキＥＣＵ（Ｃ５）、作業機ＥＣＵ（Ｃ６）を含んで構成された制御対象Ｓに対し、制御命令を送信可能に構成されている。

さらに、自律走行ＥＣＵは、圃場データを生成する圃場データ作成部ｃ１０１、圃場データを記憶する圃場データ記憶部ｃ１０２、予定走行経路データを作成する予定走行経路作成部ｃ１０３、予定走行経路データを記憶する予定走行経路データ記憶部ｃ１０４、コレクタ内の芝草を、予め定められた排出地点へと排出するための経路（以下、排出経路という。）を計画して決定する排出経路計画部ｃ１０５を備え、さらに、自律走行及び農作業に係る各機構を制御する自律走行制御部ｃ１１０を備えている。

収容量検知センサＹＳは、モア装置ＷＭ内の適宜の箇所に設けられ、モア装置ＷＭの収容量に対する、現在の収容量の割合（％）を検知可能となっている。

ジャイロセンサＪＩは、作業車両Ａの機体前後方向の傾斜（ピッチ）、機体左右方向の傾斜（ロール）及び旋回（ヨー）の角速度を検出し、方位センサＨＩは、収穫車両Ａの進行方向を検出する。これらは、収穫車両Ａの適宜の箇所に設けられている。

圃場データ作成部ｃ１０１は、圃場の形状を示す圃場データを作成する機能を有し、圃場データを作成する所定のプログラム等を含んで構成される。圃場データ作成部ｃ１０１は、作業者の操作により、収穫車両Ａが圃場の内周を一周することによって、現在位置情報から、圃場の内周の位置情報を把握し、圃場の形状を示す圃場データを作成可能となっている。圃場データには、圃場の形状情報と緯度・経度等の位置情報が含まれる。作成された圃場データは、圃場データ記憶部ｃ１０２に記憶される。

予定走行経路作成部ｃ１０３は、圃場データ記憶部ｃ１０２に記憶された圃場データＤＨから収穫車両の予定走行経路Ｌを算出し、この予定走行経路Ｌを示す予定走行経路データを作成する。作成された予定走行経路データは、予定走行経路データ記憶部ｃ１０４に記憶される。作業車両Ａの自律走行ＥＣＵ（Ｃ１）は、作業時、予定走行経路データ記憶部ｃ１０４に記憶された予定走行経路データを参照し、排出経路の走行を例外として、作業時は、予定走行経路Ｌに沿って作業車両Ａを自律走行するよう構成されている。

＜３．排出経路計画部の構成＞
排出経路計画部ｃ１０５は、作業領域の面積に応じて刈り取られる芝草の予想量である刈取草量を算出する刈取草量算出部ｃ１０６と、作業領域を分割する作業エリア分割部ｃ１０７と、工程終端から排出地点に向かう排出工程を決定する排出工程決定部ｃ１０８と、排出経路を算出する排出経路算出部ｃ１０９とを備えている。

ここで、図４を用いて、目標走行経路Ｌについて説明する。図４は、作業車両Ａの目標走行経路Ｌを説明するための説明図である。予定走行経路作成部ｃ１０３は、作業領域Ｒに関する情報及び圃場情報、作業幅Ｗに関する情報を取得し、画定された作業領域Ｒ内の目標走行経路Ｌを算出する。ここで、目標走行経路Ｌの算出は、圃場内を周回状に走行する旋回走行領域Ｒ１と、直線状に走行して作業を行う直線走行領域Ｒ２とに区画分けされ、直線走行領域Ｒ２内を直線状に走行する複数の直線走行経路ｌ１が予め設定された作業幅に基づいて設計され、作業開始点Ｐｓから作業終了点Ｐｅまでの目標走行経路Ｌが作成される。なお、圃場データには排出地点Ｐｋの位置情報が含まれる。なお、排出地点Ｐｋは、作業領域Ｒ内において、数やその位置が予め設定される。

図３は、排出経路計画部ｃ１０５の排出経路決定に係る処理を示すフローチャートである。図３に示されるように、排出経路計画部ｃ１０５は、作業開始前において、刈取草量算出部ｃ１０６により、圃場データから、圃場の作業領域Ｒ全体の刈取草量を算出する（♯１）。

図５は、刈取草量の算出を説明するための説明図である。
刈取草量は、以下の式１で求められる。
刈取草量＝作業領域面積Ｄ×（草丈ｈ１―刈高さｈ２）・・・（式１）
ここで、草丈ｈ１は、刈り取る前の概算の草の丈を示す数値であり、刈高さｈ２は、刈り取った後の概算の草の高さを示す数値であり、これらは、事前に入力等により設定される。

図３に戻り、刈取草量が算出されると、算出された刈取草量を、コレクタ容量で除算することにより、排出回数が算出される。これにより、排出回数（作業中に予定走行経路Ｌを外れて、排出地点Ｐｋに向かう回数）が算出される。

次に、作業エリア分割部ｃ１０７により、作業領域Ｒが分割される。図６の例においては、排出回数２が算出され、作業領域Ｒ２が３等分され、第１分割作業領域Ｄ１、第２分割作業領域、第３分割作業領域に分けられている（♯２）。

次に、排出工程決定部ｃ１０８により、図６に示されるように、各作業領域Ｄ１～Ｄ３の最終工程（排出工程Ｌｅ）の終端から排出地点Ｐｋまで向かい、さらに、次の作業領域の始点に向かうように、排出経路Ｌｋが算出されるが、排出工程Ｌｅの終端側に排出地点があるかチェックする（♯４）。ある場合は、特に問題ないため、排出経路算出部ｃ１０９により、排出経路が算出されて決定される（♯８）。

排出地点Ｐｋが排出工程Ｌｅの終端側にない場合は、走行距離が大きくなることから、作業エリア分割部ｃ１０７により、分割作業領域Ｄ１～Ｄ３が修正される。

具体的には、図７に示されるように、図６の状態から、第２分割作業領域Ｄ２の直線走行経路ｌ１の数が１つ増加され、これにより、各作業領域Ｄ２の最終工程（排出工程Ｌｅ）の終端が、排出地点Ｐｋの近傍となり、排出ポイントＰｋへの移動を効率的に実行することで効率を改善できる。

このとき、排出工程算出部ｃ１０９は、直線走行経路ｌ１の数が１つ増加された第２分割作業領域Ｄ２の刈取草量を算出し、これが、コレクタ容量を越えないか判定する（♯６）。

超える場合、第２分割作業領域Ｄ２の作業中に、刈取草量がコレクタ容量をオーバーしてしまうことが予想されるため、図８に示されるように、分割作業領域の数を１つ追加し、第４分割作業領域Ｄ４を作成した上で、排出経路算出部ｃ１０９により、排出経路が算出する（♯７、♯８）。これにより、刈取草量がコレクタ容量をオーバーしてしまう事態を防止しながら、最終工程（排出工程Ｌｅ）の終端を、排出地点Ｐｋの近傍として、排出ポイントＰｋへの移動を効率的に実行できる。

分割された作業領域Ｄに属する直線走行経路ｌ１が奇数である場合であって、かつ、作業開始点が作業領域に対して同じ側にある場合に、直線走行経路ｌ１を増減して偶数にすることにより、排出工程を単純化できる。

同様に、分割された作業領域Ｄに属する直線走行経路ｌ１が偶数である場合であって、かつ、作業開始点が作業領域に対して反対側にある場合に、直線走行経路ｌ１を増減して奇数にすることにより、排出工程を単純化できる。

Ａ作業車両
ａ１走行車体
ａ２前輪
ａ３後輪
ａ４運転席
ａ８ボンネット
Ｗモア装置
ＷＭコレクタ

ＢＡ通信バス
Ｃ制御装置
Ｌ目標走行経路
Ｒ作業領域

Claims

目標走行経路に沿って圃場を自律走行する作業車両であって、
モア装置によって刈取られた芝草を収容する収容容器と、
作業領域面積に対応する刈取草量を算出する刈取草量算出手段を備え、
前記刈取草量と前記収容容器の収容量の情報から収容された芝草の排出回数を算出し、
前記算出された排出回数で、予め設計された複数の直線走行経路を含む圃場の作業領域を複数に分割し、分割された作業領域における作業が終わるごとに、前記作業領域内の最終工程の直線走行経路を走行する排出工程の終端から、予め設定された排出地点に自律走行するよう構成され、さらに、
対象となる前記分割された作業領域の前記排出工程が、対象となる前記排出工程の終端から最も近い排出地点に対して、前記作業車両を離間させる方向に走行させる場合、
対象となる前記分割された作業領域の範囲を増加させ、対象となる前記分割された作業領域に属する直線走行経路の数を増加することで、前記排出工程における前記作業車両の走行方向を、反対方向に変更するよう構成され、さらに、
対象となる前記分割された作業領域の範囲を増加させた場合に、対象となる前記分割された作業領域において刈り取られる予想の刈取草量を算出し、算出された前記予想の刈取草量が、予め設定された収容容器の容量を超えるか判定し、超えると判定した場合に、前記分割された作業領域の数を増加させ、対象となる前記分割された作業領域に属する直線走行経路の数を減少させることを特徴とする作業車両。