(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記随伴走行作業車両の制御装置は、前記通信装置と接続されるとともに、前記随伴走行作業車両の変速手段と接続され、前記報知手段により警告報知されると、前記随伴走行作業車両を減速させることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の作業車両併走システム。
【発明を実施するための形態】
【0012】
衛星測位システムを利用して自律走行を可能とした自律走行作業車両1をトラクタとし、自律走行作業車両1の後部には作業機としてロータリ耕耘装置24を装着した実施例について説明する。但し、作業車両はトラクタに限定するものではなく、コンバイン等でもよく、また、作業機はロータリ耕耘装置に限定するものではなく、畝立て機や草刈機やレーキや播種機や施肥機やワゴン等であってもよい。
【0013】
図1、
図2において、自律走行作業車両1となるトラクタの全体構成について説明する。ボンネット2内にエンジン3が内設され、該ボンネット2の後部のキャビン11内にダッシュボード14が設けられ、ダッシュボード14上に操向操作手段となるステアリングハンドル4が設けられている。該ステアリングハンドル4の回動により操舵装置を介して前輪9・9の向きが回動される。自律走行作業車両1の操舵方向は操向センサ20により検知される。操向センサ20はロータリエンコーダ等の角度センサからなり、前輪9の回動基部に配置される。但し、操向センサ20の検知構成は限定するものではなく操舵方向が認識されるものであればよく、ステアリングハンドル4の回動を検知したり、パワーステアリングの作動量を検知してもよい。操向センサ20により得られた検出値は制御装置30に入力される。
【0014】
前記ステアリングハンドル4の後方に運転席5が配設され、運転席5下方にミッションケース6が配置される。ミッションケース6の左右両側にリアアクスルケース8・8が連設され、該リアアクスルケース8・8には車軸を介して後輪10・10が支承される。エンジン3からの動力はミッションケース6内の変速装置(主変速装置や副変速装置)により変速されて、後輪10・10を駆動可能としている。変速装置は例えば油圧式無段変速装置で構成して、可変容量型の油圧ポンプの可動斜板をモータ等の変速手段44により作動させて変速可能としている。変速手段44は制御装置30と接続されている。後輪10の回転数は車速センサ27により検知され、走行速度として制御装置30に入力される。但し、車速の検知方法や車速センサ27の配置位置は限定するものではない。
【0015】
ミッションケース6内にはPTOクラッチやPTO変速装置や制動装置46が収納され、PTOクラッチはPTO入切手段45により入り切りされ、PTO入切手段45は制御装置30と接続され、PTO軸への動力の断接を制御可能としている。制動装置46は制御装置30と接続され、オペレータの操作や自動走行時に制動可能としている。制御装置30はCPU(中央演算処理装置)やRAMやROM等の記憶装置30mやインターフェース等を備え、記憶装置30mには自律走行作業車両1を動作させるためのプログラムやデータが記憶される。
【0016】
前記エンジン3を支持するフロントフレーム13にはフロントアクスルケース7が支持され、該フロントアクスルケース7の両側に前輪9・9が支承され、前記ミッションケース6からの動力が前輪9・9に伝達可能に構成している。前記前輪9・9は操舵輪となっており、ステアリングハンドル4の回動操作により回動可能とするとともに、操舵駆動手段となるパワステシリンダからなる操舵アクチュエータ40により前輪9・9が左右操舵回動可能となっている。操舵アクチュエータ40は制御装置30と接続され、自動走行制御により駆動される。
【0017】
制御装置30にはエンジン回転制御手段となるエンジンコントローラ60が接続され、エンジンコントローラ60にはエンジン回転数センサ61や水温センサや油圧センサ等が接続され、エンジンの状態を検知できるようにしている。エンジンコントローラ60では設定回転数と実回転数から負荷を検出し、過負荷とならないように制御するとともに、後述する遠隔操作装置112にエンジン3の状態を送信してディスプレイ113で表示できるようにしている。
【0018】
また、ステップ下方に配置した燃料タンク15には燃料の液面を検知するレベルセンサ29が配置されて制御装置30と接続され、自律走行作業車両1のダッシュボードに設ける表示手段49には燃料の残量を表示する燃料計が設けられ制御装置30と接続されている。そして、制御装置30から遠隔操作装置112に燃料残量に関する情報が送信されて、遠隔操作装置112のディスプレイ113に燃料残量と作業可能時間が表示される。
【0019】
前記ダッシュボード14上にはエンジンの回転計や燃料計や油圧等や異常を示すモニタや設定値等を表示する表示手段49が配置されている。
【0020】
また、トラクタ機体後方に作業機装着装置23を介して作業機としてロータリ耕耘装置24が昇降自在に装設させて耕耘作業を行うように構成している。前記ミッションケース6上に昇降シリンダ26が設けられ、該昇降シリンダ26を伸縮させることにより、作業機装着装置23を構成する昇降アームを回動させてロータリ耕耘装置24を昇降できるようにしている。昇降シリンダ26は昇降アクチュエータ25の作動により伸縮され、昇降アクチュエータ25は制御装置30と接続されている。
【0021】
制御装置30には衛星測位システムを構成する移動通信機33が接続されている。移動通信機33には移動GPSアンテナ34とデータ受信アンテナ38が接続され、移動GPSアンテナ34とデータ受信アンテナ38は前記キャビン11上に設けられる。該移動通信機33には、位置算出手段を備えて緯度と経度を制御装置30に送信し、現在位置を把握できるようにしている。なお、GPS(米国)に加えて準天頂衛星(日本)やグロナス衛星(ロシア)等の衛星測位システム(GNSS)を利用することで精度の高い測位ができるが、本実施形態ではGPSを用いて説明する。
【0022】
自律走行作業車両1は、機体の姿勢変化情報を得るためにジャイロセンサ31、および進行方向を検知するために方位センサ32を具備し制御装置30と接続されている。但し、GPSの位置計測から進行方向を算出できるので、方位センサ32を省くことができる。ジャイロセンサ31は自律走行作業車両1の機体前後方向の傾斜(ピッチ)の角速度、機体左右方向の傾斜(ロール)の角速度、および旋回(ヨー)の角速度、を検出するものである。該三つの角速度を積分計算することにより、自律走行作業車両1の機体の前後方向および左右方向への傾斜角度、および旋回角度を求めることが可能である。ジャイロセンサ31の具体例としては、機械式ジャイロセンサ、光学式ジャイロセンサ、流体式ジャイロセンサ、振動式ジャイロセンサ等が挙げられる。ジャイロセンサ31は制御装置30に接続され、当該三つの角速度に係る情報を制御装置30に入力する。
【0023】
方位センサ32は自律走行作業車両1の向き(進行方向)を検出するものである。方位センサ32の具体例としては磁気方位センサ等が挙げられる。方位センサ32は制御装置30に接続され、機体の向きに係る情報を制御装置30に入力する。
【0024】
こうして制御装置30は、上記ジャイロセンサ31、方位センサ32から取得した信号を姿勢・方位演算手段により演算し、自律走行作業車両1の姿勢(向き、機体前後方向及び機体左右方向の傾斜、旋回方向)を求める。
【0025】
次に、自律走行作業車両1の位置情報をGPS(グローバル・ポジショニング・システム)を用いて取得する方法について説明する。GPSは、元来航空機・船舶等の航法支援用として開発されたシステムであって、上空約二万キロメートルを周回する二十四個のGPS衛星(六軌道面に四個ずつ配置)、GPS衛星の追跡と管制を行う管制局、測位を行うための利用者の通信機で構成される。GPSを用いた測位方法としては、単独測位、相対測位、DGPS(ディファレンシャルGPS)測位、RTK−GPS(リアルタイムキネマティック−GPS)測位など種々の方法が挙げられ、これらいずれの方法を用いることも可能であるが、本実施形態では測定精度の高いRTK−GPS測位方式を採用し、この方法について
図1、
図2より説明する。
【0026】
RTK−GPS(リアルタイムキネマティック−GPS)測位は、位置が判っている基準局と、位置を求めようとする移動局とで同時にGPS観測を行い、基準局で観測したデータを無線等の方法で移動局にリアルタイムで送信し、基準局の位置成果に基づいて移動局の位置をリアルタイムに求める方法である。
【0027】
本実施形態においては、自律走行作業車両1に移動局となる移動通信機33と移動GPSアンテナ34とデータ受信アンテナ38が配置され、基準局となる固定通信機35と固定GPSアンテナ36とデータ送信アンテナ39が圃場の作業の邪魔にならない所定位置に配設される。本実施形態のRTK−GPS(リアルタイムキネマティック−GPS)測位は、基準局および移動局の両方で位相の測定(相対測位)を行い、基準局の固定通信機35で測位したデータをデータ送信アンテナ39からデータ受信アンテナ38に送信する。
【0028】
自律走行作業車両1に配置された移動GPSアンテナ34はGPS衛星37・37・・・からの信号を受信する。この信号は移動通信機33に送信され測位される。そして、同時に基準局となる固定GPSアンテナ36でGPS衛星37・37・・・からの信号を受信し、固定通信機35で測位し移動通信機33に送信し、観測されたデータを解析して移動局の位置を決定する。こうして得られた位置情報は制御装置30に送信される。
【0029】
こうして、この自律走行作業車両1における制御装置30は自動走行させる自動走行手段を備えて、自動走行手段はGPS衛星37・37・・・から送信される電波を受信して移動通信機33において設定時間間隔で機体の位置情報を求め、ジャイロセンサ31及び方位センサ32から機体の変位情報および方位情報を求め、これら位置情報と変位情報と方位情報に基づいて機体が予め設定した設定経路Rに沿って走行するように、操舵アクチュエータ40、変速手段44、昇降アクチュエータ25、PTO入切手段45、エンジンコントローラ60等を制御して自動走行し自動で作業できるようにしている。なお、作業範囲となる圃場Hの外周の位置情報も周知の方法によって予め設定され、記憶装置30mに記憶されている。
【0030】
また、自律走行作業車両1には障害物検知手段として障害物センサ41やカメラ42が配置されて制御装置30と接続され、障害物に当接しないようにしている。例えば、障害物センサ41は赤外線センサや超音波センサで構成して機体の前部や側部や後部に配置して制御装置30と接続し、機体の前方や側方や後方に障害物があるかどうかを検出し、障害物を検出すると、警報を発し、走行速度を低下させたり停止させたりするように制御する。
【0031】
また、自律走行作業車両1には前方や作業機を撮影するカメラ42が搭載され制御装置30と接続されている。カメラ42で撮影された映像は随伴走行作業車両100に備えられた遠隔操作装置112のディスプレイ113に表示されるようにしている。
【0032】
遠隔操作装置112は前記自律走行作業車両1の設定走行経路Rを設定したり、自律走行作業車両1を遠隔操作したり、自律走行作業車両1の走行状態や作業機の作動状態を監視したり、作業データを記憶したりするものである。
【0033】
本実施形態では、オペレータが随伴走行作業車両100に乗車して運転操作するとともに、随伴走行作業車両100に遠隔操作装置112を搭載して自律走行作業車両1を操作可能としている。随伴走行作業車両100は
図3に示すように自律走行作業車両1の斜め後方を作業しながら走行し、自律走行作業車両1を監視・操作する。但し、作業形態によっては、自律走行作業車両1の後方を随伴走行作業車両100が走行して作業をする場合もあり限定するものではない。随伴走行作業車両100の基本構成は自律走行作業車両1と略同じ構成であるので詳細な説明は省略する。なお、随伴走行作業車両100にはGPS用の移動通信機33や移動GPSアンテナ34を備える構成とすることも可能である。
【0034】
遠隔操作装置112は、随伴走行作業車両100及び自律走行作業車両1のダッシュボード等の操作部に着脱可能としている。遠隔操作装置112は随伴走行作業車両100のダッシュボードに取り付けたまま操作することも、随伴走行作業車両100の外に持ち出して携帯して操作することも、自律走行作業車両1のダッシュボードに取り付けて操作可能としている。遠隔操作装置112は例えばノート型やタブレット型のパーソナルコンピュータで構成することができる。本実施形態ではタブレット型のコンピュータで構成している。
【0035】
さらに、遠隔操作装置112と自律走行作業車両1は無線で相互に通信可能に構成しており、自律走行作業車両1と遠隔操作装置112には通信するための送受信機110・111がそれぞれ設けられている。送受信機111は遠隔操作装置112に一体的に構成されている。通信手段は例えばWiFi等の無線LANで相互に通信可能に構成されている。遠隔操作装置112は画面に触れることで操作可能なタッチパネル式の操作画面としたディスプレイ113を筐体表面に設け、筐体内に送受信機111やCPUや記憶装置やバッテリ等を収納している。
【0036】
前記自律走行作業車両1は遠隔操作装置112により遠隔操作可能としている。例えば、自律走行作業車両1の緊急停止や一時停止や再発進や車速の変更やエンジン回転数の変更や作業機の昇降やPTOクラッチの入り切り等を操作できるようにしている。つまり、遠隔操作装置112から送受信機111、送受信機110、制御装置30を介してアクセルアクチュエータや変速手段44や制動装置46やPTO入切手段45等を制御し作業者が容易に自律走行作業車両1を遠隔操作できるのである。
【0037】
前記ディスプレイ113には、前記カメラ42で撮影した周囲の画像や自律走行作業車両1の状態や作業の状態やGPSに関する情報や操作画面等を表示できるようにし、オペレータが監視できるようにしている。
【0038】
前記自律走行作業車両1の状態としては、走行状態やエンジンの状態や作業機の状態等であり、走行状態としては変速位置や車速や燃料残量やバッテリの電圧等であり、エンジンの状態としてはエンジンの回転数や負荷率等であり、作業機の状態としては作業機の種類やPTO回転数や作業機高さ等であり、それぞれディスプレイ113に数字やレベルメータ等で表示される。
【0039】
前記作業の状態としては、作業経路(目標経路または設定走行経路R)、作業行程、現在位置、行程から計算される枕地までの距離、残りの経路、行程数、今までの作業時間、残りの作業時間等である。残りの経路は、全体の作業経路から既作業経路を塗りつぶすことで容易に認識できるようにしている。また、現在位置から次の行程を矢印で表示することで、現在から旋回方向等次の行程を容易に認識することができるようにしている。GPSに関する情報は、自律走行作業車両1の実位置となる経度や緯度、衛星の補足数や電波受信強度や測位システムの異常等である。
【0040】
次に、自律走行作業車両1が設定走行経路Rに沿って走行し作業する場合、圃場端に設定距離近づくと、随伴走行作業車両100に設けた報知手段により警告報知する制御について、
図1乃至
図3より説明する。随伴走行作業車両100には、報知手段として遠隔操作装置112に備えるディスプレイ113が設けられ、該ディスプレイ113に警告表示される。また、随伴走行作業車両100にはスピーカ151が設けられ、該スピーカ151は制御装置130と接続され、制御装置130は通信装置133と接続され、制御装置130と制御装置30が通信可能としている。但し、スピーカ151は遠隔操作装置112に一体的に設けてもよい。
【0041】
また、制御装置130には変速手段144が接続され、走行速度を変更制御可能としている。変速手段144はHSTの斜板の角度を変更したり、油圧クラッチを切り換えたりして変速するものであり、限定するものではない。制御装置130に走行停止手段143が接続され、走行停止制御可能としている。走行停止手段143はブレーキアクチュエータや無段変速装置をニュートラルにするものであり、限定するものではない。
【0042】
そして、自律走行作業車両1が、設定走行経路Rに沿って走行し、作業を行っているときに、圃場端からの距離Lが設定距離L1以下となると、スピーカ151から警告報知を行うと同時に、ディスプレイ113に設定距離L1手前であることを表示するようにしている。この圃場端からの距離Lは圃場Hの位置情報とGPSからの自律走行作業車両1の位置情報より容易に演算できるものである。但し、警告報知のタイミングは設定距離L1手前に限定するものではなく、圃場端に至る設定時間前に警告報知するようにしてもよい。この圃場端に至る時間は前記距離Lと自律走行作業車両1の走行速度より容易に演算できるものである。また、予告報知は1回だけでなく、設定距離を複数設けて、段階的に警告報知するようにしてもよい。前記設定距離L1前、設定時間前は設定手段により任意に変更できるものとする。また、圃場端に至る距離の代わりに自律走行作業車両1が旋回開始するまでの設定距離L1前または設定時間前に警告報知を行うように制御することも可能である。
【0043】
具体的な警告報知としては、「まもなく圃場端です」「まもなく枕地旋回します」等をディスプレイ113に表示し、スピーカ151から音声で知らせるのである。こうしてオペレータに自律走行作業車両1が圃場端に近づいていることを認識させる。
【0044】
そして、前記警告報知と同時に、随伴走行作業車両100の変速手段144を制御して所定の低速速度段に減速するように制御することもできる。この場合、随伴走行作業車両100の走行速度が設定速度に減速されていれば、この減速制御は行われない。こうして、自律走行作業車両1が圃場端に近づいて減速したときに、随伴走行作業車両100が追い付いて衝突することを回避できる。
【0045】
また、自律走行作業車両1が旋回中であるときに、随伴走行作業車両100の走行停止手段143を作動させて、停止するように制御することもできる。この場合、随伴走行作業車両100が停止していると、この停止制御は行われない。こうして、自律走行作業車両1が旋回しているときに、随伴走行作業車両100が近づきすぎることがない。
【0046】
図3、
図4より具体的な制御について説明する。自律走行作業車両1が設定走行経路Rに沿って走行しているときに、制御装置30は圃場端までの距離Lを演算し(S1)、圃場端までの距離Lが設定距離L1に至ったか判断し(S2)、圃場端までの距離Lが設定距離L1に至ると、通信装置を介して制御装置130によりスピーカ151から音声で圃場端に近づいていることを報知する(S3)。このとき、随伴走行作業車両100の制御装置130は走行速度vが低速の設定速度V以下に落とされているか判断し(S4)、減速されていないと変速手段144により減速し(S5)、減速されているとステップS6に移行する。
【0047】
さらに前進して、自律走行作業車両1が旋回動作に入ると(S6)、制御装置30は制御装置130に旋回中であることを送信し、随伴走行作業車両100の制御装置130は走行速度Vが停止状態か判断し(S7)、停止していないと走行停止手段143を作動させて停止させる(S8)。なお、圃場端に至る時間により制御する場合も同様に随伴走行作業車両100は制御される。
【0048】
こうして、衛星測位システムを利用して機体の位置を測位する位置算出手段と、設定した走行経路に沿って自動的に走行及び作業をさせる制御装置30とを備えた自律走行作業車両1と、該自律走行作業車両1に随伴走行しながら作業を行う随伴走行作業車両100に搭載する遠隔操作装置112により自律走行作業車両1を操作可能とする
作業車両併走システムにおいて、随伴走行作業車両100には報知手段としてのディスプレイ113およびスピーカ151が設けられ、報知手段は通信装置133を介して自律走行作業車両1と通信可能とし、前記自律走行作業車両1が圃場端までの距離Lが設定距離L1に近づくと、または、前記自律走行作業車両1が圃場端に至る設定時間前になると、制御装置30は通信装置を介して随伴走行作業車両100の制御装置130に送信して、報知手段により警告報知をするので、オペレータは自律走行作業車両1が圃場端に至ることを認識できて、急停止するようなことがなく、安心して作業ができる。
【0049】
また、前記報知手段は、ディスプレイ113で表示されるとともに、スピーカ151から音声で報知されるので、オペレータは目と耳で認識することができ、間違いを防止することができる。
【0050】
また、前記随伴走行作業車両100の制御装置130は前記通信装置133と接続されるとともに、変速手段144と接続され、警報が発せられると、減速するので、オペレータが圃場端を認識してから操作するのに比べて、操作遅れがなく、確実に減速されて、衝突のおそれがない。