特開 2023-56690 作業車両

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023056690

(43)【公開日】2023-04-20

(54)【発明の名称】作業車両

(51)【国際特許分類】

   A01B 69/00 20060101AFI20230413BHJP

   G05D 1/02 20200101ALI20230413BHJP

【ＦＩ】

A01B69/00 303M

G05D1/02 N

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021166052

(22)【出願日】2021-10-08

(71)【出願人】

【識別番号】000001878

【氏名又は名称】三菱マヒンドラ農機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100085394

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 哲夫

(74)【代理人】

【識別番号】100165456

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 佑子

(72)【発明者】

【氏名】足立 周一

【テーマコード（参考）】

2B043

5H301

【Ｆターム（参考）】

2B043AA04

2B043BA02

2B043BB01

2B043BB03

2B043DA17

2B043EA32

2B043EA33

2B043EA37

2B043EB05

2B043EB16

2B043EC13

2B043EC14

2B043EC16

2B043ED02

2B043ED12

5H301AA03

5H301BB01

5H301CC03

5H301CC06

5H301CC10

5H301GG07

5H301GG08

5H301GG14

(57)【要約】

【課題】機体周辺の障害物を検出する障害物センサの検出信号を利用してタイヤ沈下量を推定することで、センサの追加を不要にしてコストの削減を可能にする。
【解決手段】複数のタイヤ１０、１１で支持される走行機体１と、走行機体１に設けられ、機体周辺の障害物を検出する障害物センサ２４と、障害物センサ２４の検出信号を入力可能な制御部１８と、を備えるトラクタＴであって、障害物センサ２４は、地面に向けて配置され、地面までの距離を計測可能であり、制御部１８は、障害物センサ２４から地面までの距離Ｌに基づいてタイヤ１０、１１の沈下量Ｄを推定するタイヤ沈下量推定手段を備える。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のタイヤで支持される走行機体と、
前記走行機体に設けられ、機体周辺の障害物を検出する障害物センサと、
前記障害物センサの検出信号を入力可能な制御部と、を備える作業車両であって、
前記障害物センサは、地面に向けて配置され、地面までの距離を計測可能であり、
前記制御部は、前記障害物センサから地面までの距離に基づいて前記タイヤの沈下量を推定するタイヤ沈下量推定手段を備えることを特徴とする作業車両。

【請求項2】

前記走行機体の後部に連結され、土壌を耕耘する作業機をさらに備え、
前記障害物センサは、前記作業機後方の地面までの距離を計測可能であり、
前記タイヤ沈下量推定手段は、前記作業機による耕耘作業中に、前記障害物センサから地面までの距離に基づいて前記タイヤの沈下量を推定することを特徴とする請求項１に記載の作業車両。

【請求項3】

前記走行機体の姿勢を検出する機体姿勢検出手段をさらに備え、
前記タイヤ沈下量推定手段は、前記走行機体の姿勢に基づいて前記タイヤの沈下量を補正することを特徴とする請求項１又は２に記載の作業車両。

【請求項4】

前記走行機体の位置情報を取得する位置情報取得システムと、
アクチュエータの駆動により前記走行機体の前輪を操舵する自動操舵ユニットと、をさらに備え、
前記制御部は、
前記位置情報取得システムが取得した前記走行機体の位置情報に基づいて、前記自動操舵ユニットを制御する自動操舵制御手段と、
前記自動操舵制御手段のゲインを前記タイヤの沈下量に基づいて補正するゲイン補正手段と、をさらに備えることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の作業車両。

【請求項5】

前記制御部は、
前記障害物センサの検出信号に基づいて、所定の判定高さ以上の検出物体を障害物と判定する障害物判定手段と、
前記所定の判定高さを前記タイヤの沈下量に基づいて変更する障害物判定高さ変更手段と、をさらに備えることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の作業車両。

【請求項6】

前記走行機体の位置情報を取得する位置情報取得システムをさらに備え、
前記制御部は、前記走行機体の位置情報と前記タイヤの沈下量に基づいて圃場の耕盤位置を検出する耕盤位置検出手段をさらに備えることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の作業車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、トラクタなどの作業車両に関する。

【背景技術】

【0002】

位置情報取得システムが取得した走行機体の位置情報に基づいて、前輪を自動的に制御する自動操舵制御を実行可能な作業車両が知られている（例えば、特許文献１参照）。この種の作業車両では、通常、機体周辺の障害物を検出する障害物センサが設けられ、障害物センサの検出信号に応じて機体走行を自動停止させたり警報を出力する機能を備える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－２３６４９号公報

【特許文献2】特開２００６－３４５８０５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、この種の作業車両では、タイヤ沈下量の影響により、自動操舵制御、障害物判定制御などの制御精度が低下する虞がある。なお、特許文献２には、機体の底部に設けられる超音波センサの検出信号に基づいてタイヤ沈下量を演算する技術が開示されているが、超音波センサを追加する必要があるため、コストが上昇するという課題がある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、複数のタイヤで支持される走行機体と、前記走行機体に設けられ、機体周辺の障害物を検出する障害物センサと、前記障害物センサの検出信号を入力可能な制御部と、を備える作業車両であって、前記障害物センサは、地面に向けて配置され、地面までの距離を計測可能であり、前記制御部は、前記障害物センサから地面までの距離に基づいて前記タイヤの沈下量を推定するタイヤ沈下量推定手段を備えることを特徴とする。
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の作業車両であって、前記走行機体の後部に連結され、土壌を耕耘する作業機をさらに備え、前記障害物センサは、前記作業機後方の地面までの距離を計測可能であり、前記タイヤ沈下量推定手段は、前記作業機による耕耘作業中に、前記障害物センサから地面までの距離に基づいて前記タイヤの沈下量を推定することを特徴とする。
また、請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の作業車両であって、前記走行機体の姿勢を検出する機体姿勢検出手段をさらに備え、前記タイヤ沈下量推定手段は、前記走行機体の姿勢に基づいて前記タイヤの沈下量を補正することを特徴とする。
また、請求項４の発明は、請求項１～３のいずれかに記載の作業車両であって、前記走行機体の位置情報を取得する位置情報取得システムと、アクチュエータの駆動により前記走行機体の前輪を操舵する自動操舵ユニットと、をさらに備え、前記制御部は、前記位置情報取得システムが取得した前記走行機体の位置情報に基づいて、前記自動操舵ユニットを制御する自動操舵制御手段と、前記自動操舵制御手段のゲインを前記タイヤの沈下量に基づいて補正するゲイン補正手段と、をさらに備えることを特徴とする。
また、請求項５の発明は、請求項１～４のいずれか１項に記載の作業車両であって、前記制御部は、前記障害物センサの検出信号に基づいて、所定の判定高さ以上の検出物体を障害物と判定する障害物判定手段と、前記所定の判定高さを前記タイヤの沈下量に基づいて変更する障害物判定高さ変更手段と、をさらに備えることを特徴とする。
また、請求項６の発明は、請求項１～５のいずれか１項に記載の作業車両であって、前記走行機体の位置情報を取得する位置情報取得システムをさらに備え、前記制御部は、前記走行機体の位置情報と前記タイヤの沈下量に基づいて圃場の耕盤位置を検出する耕盤位置検出手段をさらに備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0006】

請求項１の発明によれば、機体周辺の障害物を検出する障害物センサの検出信号を利用してタイヤ沈下量を推定するので、センサの追加を不要にしてコストを削減できる。
また、請求項２の発明によれば、障害物センサは、耕耘された地面までの距離を計測するので、地面の凹凸などによる測定誤差を抑制し、タイヤ沈下量の推定精度を高めることができる。
また、請求項３の発明によれば、走行機体の姿勢に基づいてタイヤ沈下量を補正するので、タイヤ沈下量の推定精度をさらに高めることができる。
また、請求項４の発明によれば、自動操舵制御のゲインをタイヤ沈下量に基づいて補正するので、自動操舵制御のゲインを適正化し、自動操舵制御の制御精度を向上させることができる。
また、請求項５の発明によれば、障害物の判定高さをタイヤ沈下量に基づいて変更するので、障害物の判定精度を向上させることができる。
また、請求項６の発明によれば、走行機体の位置情報とタイヤ沈下量に基づいて圃場の耕盤位置を検出するので、耕盤位置に応じた作業を可能とし、作業精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本発明の一実施形態に係るトラクタの側面図である。

【図2】トラクタの平面図である。

【図3】走行機体の後部を左後上方から視た斜視図である。

【図4】トラクタの制御構成を示すブロック図である。

【図5】タイヤ沈下量の推定原理を示す説明図である。

【図6】（ａ）は機体姿勢に応じたタイヤ沈下量の補正原理を示す説明図、（ｂ）は障害物判定高さの補正原理を示す説明図である。

【図7】タイヤ沈下量推定制御の処理手順を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図１～図３において、Ｔはトラクタ（作業車両）であって、該トラクタＴは、走行機体１と、走行機体１の後部に昇降リンク機構２を介して連結される作業機３とを備える。

【0009】

昇降リンク機構２は、例えば３点リンク機構であって、トップリンク４と、左右一対のロワリンク５と、左右一対のリフトロッド６を介してロワリンク５を吊持する左右一対のリフトアーム（図示せず）と、左右一対のリフトアームを昇降動作させるリフトシリンダ（図示せず）とを備える。

【0010】

本実施形態の作業機３は、走行機体１の後部に連結され、土壌を耕耘するロータリ耕耘作業機であって、走行機体１から供給される作業動力で回転駆動される耕耘爪７と、耕耘爪７の上方を覆うロータリカバー８と、ロータリカバー８の後端部に上下揺動可能に連結され、耕耘爪７が耕耘した耕耘土を均平するリヤカバー９とを備える。

【0011】

走行機体１は、複数のタイヤ１０、１１で支持される。複数のタイヤ１０、１１には、ステアリングハンドル１２で操舵され、且つエンジン動力で回転駆動される左右一対の前輪タイヤ１０と、エンジン動力で回転駆動される左右一対の後輪タイヤ１１とが含まれる。

【0012】

本実施形態の走行機体１は、エンジン（図示せず）が搭載されるエンジン搭載部Ｅと、エンジン動力を変速して前輪タイヤ１０、後輪タイヤ１１及び作業機３に供給するトランスミッションケース１３と、作業者が乗車可能な操縦部１４と、操縦部１４を覆うキャビン１５とを備える。

【0013】

また、走行機体１は、走行機体１を自動的に走行させる自動操舵制御を実行可能であって、図１～図４に示すように、自動操舵制御を行うための構成として、走行機体１の位置情報を取得する位置情報取得システム１６と、アクチュエータの駆動により走行機体１の前輪タイヤ１０を操舵する自動操舵ユニット１７と、位置情報取得システム１６が取得した走行機体１の位置情報に基づいて、自動操舵ユニット１７を制御する制御部１８とを備える。

【0014】

位置情報取得システム１６としては、例えば、数ｃｍの誤差で高精度な測位が可能なＲＴＫ－ＧＮＳＳ測位システムが採用される。ＲＴＫ－ＧＮＳＳ測位システムは、固定設置された基地局と、移動する移動局とのそれぞれで、ＧＰＳなどのＧＮＳＳ測位を行い、基地局から移動局に送信される補正信号でリアルタイムに測位データを補正することで、誤差数ｃｍの高精度な測位を実現するものである。また、移動局に所定の間隔をあけて２つのＧＮＳＳアンテナを設置すれば、移動局の絶対位置だけでなく、２つの測位結果に基づいて、移動局の進行方向（方位）も高精度に検出することが可能になる。

【0015】

具体的に説明すると、本実施形態の位置情報取得システム１６は、キャビン１５の屋根後端部に車幅方向に沿って設けられる測位用フレーム１９と、測位用フレーム１９に車幅方向に所定の間隔をあけて取付けられる基準用ＧＮＳＳアンテナ２０及び方位用ＧＮＳＳアンテナ２１と、固定設置されるＲＴＫ基地局（図示せず）から補正信号を受信する補正信号受信装置２２と、ＲＴＫ－ＧＮＳＳ測位を実行する制御ユニットであるＧＮＳＳユニット２３とを備える。ＧＮＳＳユニット２３は、ＲＴＫ－ＧＮＳＳ測位による測位データ（絶対位置データ及び進行方向データ）を、ＣＡＮなどの有線通信手段を介して制御部１８に送信する。

【0016】

さらに、走行機体１は、機体周辺の障害物を検出する障害物センサ２４を備える。制御部１８は、障害物センサ２４の検出信号を入力し、自動操舵制御時の緊急停止処理、障害物報知処理、障害物警報処理などを行う。

【0017】

本実施形態の走行機体１には、機体前方の障害物を検出する機体前方用の障害物センサ（図示せず）と、機体側方の障害物を検出する機体側方用の障害物センサ（図示せず）と、機体後方の障害物を検出する機体後方用の障害物センサ２４とを備える。以下、機体後方用の障害物センサ２４について説明するが、本発明の障害物センサ２４は、機体後方用の障害物センサ２４に限定されず、機体前方用の障害物センサや機体側方用の障害物センサであってもよい。

【0018】

障害物センサ２４は、地面に向けて配置され、地面までの距離を計測可能に構成される。例えば、地面に向けてレーザ光を出射し、その反射光に基づいて地面又は障害物までの距離を計測可能なレーザ測距センサを用いて構成される。制御部１８は、障害物センサ２４の計測距離に基づいて、地面までの距離、又は障害物の高さを検出し、障害物の高さが予め設定された判定高さ以上の場合、障害物センサ２４の検出範囲内に障害物が存在すると判定する。

【0019】

機体後方用の障害物センサ２４は、測位用フレーム１９の車幅方向中間部に後方下方を向いて設けられており、作業機３後方の地面までの距離を計測する。つまり、作業機３による耕耘作業中においては、作業機３によって耕耘され、且つ均平された地面までの距離を計測するので、地面の凹凸による計測誤差が抑制される。

【0020】

図４に示すように、制御部１８の入力側には、前述した障害物センサ２４及びＧＮＳＳユニット２３に加え、走行機体１の車速を検出する車速センサ２５と、走行機体１の姿勢（前後傾斜、左右傾斜など）を検出するＩＭＵ２６（慣性計測ユニット、機体姿勢検出手段）と、作業機３の昇降高さを検出するリフトアームセンサ２７とが接続される一方、制御部１８の出力側には、前述した自動操舵ユニット１７に加え、リフトアームの油圧動作を切り換えるリフトアームバルブ２８と、エンジンＥＣＵ（図示せず）に対してエンジン回転数指示を出力するエンジン回転出力２９と、走行変速装置（図示せず）に対して車速変更指示を出力する車速変更出力３０とが接続されている。

【0021】

制御部１８は、ハードウェアとソフトウェアとの協働により実現される機能的な構成として、タイヤ沈下量推定手段、自動操舵制御手段、ゲイン補正手段、障害物判定手段、障害物判定高さ変更手段、及び耕盤位置検出手段を備える。

【0022】

図５に示すように、タイヤ沈下量推定手段は、障害物センサ２４が計測した障害物センサ２４から地面までの距離Ｌに基づいてタイヤ１０、１１の沈下量Ｄを推定する。例えば、障害物センサ２４の取付角度（例えば、レーザ光出射角度）が、機体高さ方向を基準とした場合にθ１、機体長さ方向を基準とした場合にθ２（θ２＝９０°－θ１）とし、タイヤ１０、１１の沈下量Ｄが０のときの障害物センサ２４の取付高さをＨとすると、タイヤ１０、１１の沈下量Ｄは、下記の式で求められる。
Ｄ＝Ｈ－（Ｌ×ｃｏｓθ１）
Ｄ＝Ｈ－（Ｌ×ｓｉｎθ２）

【0023】

また、タイヤ沈下量推定手段は、ＩＭＵ２６が検出した走行機体１の姿勢に基づいて、タイヤ１０、１１の沈下量Ｄを補正する。例えば、図６の（ａ）に示すように、走行機体１が前傾すると、後輪タイヤ１１のタイヤ沈下量Ｄが変わらなくても、障害物センサ２４の計測距離Ｌ´が機体水平時の計測距離Ｌよりも長くなるため、推定沈下量Ｄが実際の沈下量よりも小さくなる可能性がある。

【0024】

タイヤ沈下量推定手段は、例えば、後輪タイヤ１１の沈下量を基準とする場合、走行機体１の前傾角度に応じて沈下量Ｄを増加させ、走行機体１の後傾角度に応じて沈下量Ｄを減少させる補正を行う。

【0025】

自動操舵制御手段は、位置情報取得システム１６が取得した走行機体１の位置情報に基づいて自動操舵ユニット１７を制御する。また、ゲイン補正手段は、自動操舵制御手段のゲインＧをタイヤ１０、１１の沈下量Ｄに基づいて補正する。例えば、タイヤ１０、１１の沈下量Ｄが大きい場合、前輪タイヤ１０の操舵荷重が大きくなるため、下記のような式を用い、沈下量Ｄに応じて自動操舵制御手段のゲインＧを補正する。ただし、ｋは予め設定された係数である。
Ｇ＝ｋ×Ｄ

【0026】

障害物判定手段は、障害物センサ２４の検出信号に基づいて、所定の判定高さｈ以上の検出物体を障害物Ｓと判定する。また、障害物判定高さ変更手段は、所定の判定高さｈをタイヤ１０、１１の沈下量Ｄに基づいて変更する。例えば、図６の（ｂ）に示すように、タイヤ１０、１１の沈下量Ｄが小さいの場合と、沈下量Ｄが大きい場合とでは、同じ障害物Ｓであっても障害物センサ２４による障害物Ｓの検出高さが変化するため、下記のような式を用い、沈下量Ｄに応じて障害物Ｓの判定高さｈを補正する。ただし、Ｈは初期の判定高さ（沈下量Ｄ＝０で設定）である。
ｈ＝Ｈ＋Ｄ

【0027】

耕盤位置検出手段は、走行機体１の位置情報とタイヤ１０、１１の沈下量Ｄに基づいて圃場の耕盤位置を検出する。例えば、タイヤ１０、１１の沈下量Ｄが耕盤深さ（耕耘深さ）と略一致すると想定し、走行機体１の位置情報に紐付けて沈下量Ｄを記憶する。

【0028】

つぎに、上記したタイヤ沈下量推定手段（タイヤ沈下量推定制御）の具体的な処理手順について図７を参照して説明する。

【0029】

図７に示すように、制御部１８は、リフトアームセンサ２７の検出値に基づいて耕耘作業中（作業機３が下げ位置）であるか否かを判断し（Ｓ１）、この判断結果がＮＯの場合は、作業距離及び計測フラグに０をセット（Ｓ２、Ｓ３）して上位ルーチンに復帰する一方、判断結果がＹＥＳの場合は、計測フラグがセット状態（＝１）であるか否かを判断する（Ｓ４）。制御部１８は、計測フラグがセット状態ではないと判断した場合、作業距離カウントを開始した後（Ｓ５）、計測フラグに１をセットし（Ｓ６）、計測フラグがセット状態であると判断した場合は、作業距離カウントの加算を行う（Ｓ７）。つぎに、制御部１８は、カウントした作業距離が所定距離Ａ１を超えたか否かを判断し（Ｓ８）、この判断結果がＹＥＳになったら地面計測（障害物センサ値による沈下量Ｄの推定処理）を実行する（Ｓ９）。このようなタイヤ沈下量推定制御によれば、作業距離が所定距離Ａ１を超えてから、タイヤ１０、１１の沈下量Ｄを推定するので、耕耘された地面までの距離Ｌに基づいた沈下量Ｄの推定が可能になり、地面の凹凸などによる測定誤差を抑制することができる。

【0030】

叙述の如く構成された本実施形態によれば、複数のタイヤ１０、１１で支持される走行機体１と、走行機体１に設けられ、機体周辺の障害物を検出する障害物センサ２４と、障害物センサ２４の検出信号を入力可能な制御部１８と、を備えるトラクタＴであって、障害物センサ２４は、地面に向けて配置され、地面までの距離を計測可能であり、制御部１８は、障害物センサ２４から地面までの距離Ｌに基づいてタイヤ１０、１１の沈下量Ｄを推定するタイヤ沈下量推定手段を備えるので、センサの追加を不要にしてコストを削減できる。

【0031】

また、トラクタＴは、走行機体１の後部に連結され、土壌を耕耘する作業機３をさらに備え、障害物センサ２４は、作業機後方の地面までの距離Ｌを計測可能であり、タイヤ沈下量推定手段は、作業機３による耕耘作業中に、障害物センサ２４から地面までの距離Ｌに基づいてタイヤ１０、１１の沈下量Ｄを推定するので、地面の凹凸などによる測定誤差を抑制し、タイヤ沈下量の推定精度を高めることができる。

【0032】

また、トラクタＴは、走行機体１の姿勢を検出するＩＭＵ２６をさらに備え、タイヤ沈下量推定手段は、走行機体１の姿勢に基づいてタイヤ１０、１１の沈下量Ｄを補正するので、タイヤ沈下量Ｄの推定精度をさらに高めることができる。

【0033】

また、トラクタＴは、走行機体１の位置情報を取得する位置情報取得システム１６と、アクチュエータの駆動により走行機体１の前輪タイヤ１０を操舵する自動操舵ユニット１７と、をさらに備え、制御部１８は、位置情報取得システム１６が取得した走行機体１の位置情報に基づいて、自動操舵ユニット１７を制御する自動操舵制御手段と、自動操舵制御手段のゲインをタイヤ１０、１１の沈下量Ｄに基づいて補正するゲイン補正手段と、をさらに備えるので、自動操舵制御のゲインを適正化し、自動操舵制御の制御精度を向上させることができる。

【0034】

また、制御部１８は、障害物センサ２４の検出信号に基づいて、所定の判定高さｈ以上の検出物体を障害物Ｓと判定する障害物判定手段と、所定の判定高さｈをタイヤ１０、１１の沈下量Ｄに基づいて変更する障害物判定高さ変更手段と、をさらに備えるので、障害物Ｓの判定精度を向上させることができる。

【0035】

また、制御部１８は、走行機体１の位置情報とタイヤ１０、１１の沈下量Ｄに基づいて圃場の耕盤位置を検出する耕盤位置検出手段をさらに備えるので、耕盤位置のマップ情報により土の移動や耕盤破壊等を行うことで、土壌改良や収量改善が行え、作業性が向上できる。

【符号の説明】

【0036】

Ｔ トラクタ
１ 走行機体
３ 作業機
１０ 前輪タイヤ
１１ 後輪タイヤ
１６ 位置情報取得システム
１７ 自動操舵ユニット
１８ 制御部
２４ 障害物センサ
２６ ＩＭＵ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】