(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】P2024083721
(43)【公開日】2024-06-24
(54)【発明の名称】圃場内作業車の自動制御装置
(51)【国際特許分類】
A01B 69/00 20060101AFI20240617BHJP
G05D 1/43 20240101ALI20240617BHJP
【ＦＩ】
A01B69/00 303M
G05D1/02 N
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022197696
(22)【出願日】2022-12-12
(71)【出願人】
【識別番号】000000125
【氏名又は名称】井関農機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100092794
【弁理士】
【氏名又は名称】松田 正道
(72)【発明者】
【氏名】織田 湧平
(72)【発明者】
【氏名】今井 征典
(72)【発明者】
【氏名】小山 浩二
(72)【発明者】
【氏名】池内 伸明
【テーマコード（参考）】
2B043
5H301
【Ｆターム（参考）】
2B043AA04
2B043AB20
2B043BA02
2B043BA09
2B043BB01
2B043BB03
2B043DA04
2B043DA17
2B043DC03
2B043EA01
2B043EA13
2B043EA32
2B043EA35
2B043EA37
2B043EA40
2B043EB05
2B043EB12
2B043EB16
2B043EB17
2B043EB18
2B043EC14
2B043EC15
2B043EC16
2B043ED03
2B043EE01
2B043EE05
2B043EE06
5H301AA03
5H301BB01
5H301CC03
5H301CC06
5H301CC10
5H301GG08
5H301GG09
5H301LL01
5H301LL11
(57)【要約】
【課題】本発明は、機体管理者が圃場内に停止する作業車を安全に呼び寄せることが出来るようにすることを課題とする。
【解決手段】測位装置１７４を搭載し自動操縦可能な作業車１において、作業車１に周囲を監視する監視装置１０２を設け、該監視装置１０２で機体の周囲に居る機体管理者ＯＰを識別し、この機体管理者ＯＰの呼び寄せ合図を認識すると機体管理者ＯＰに向う直線的な予定走行経路Ｒ１を辿って走行させることを特徴とする圃場内作業車の自動制御装置とする。
【選択図】図３
【解決手段】測位装置１７４を搭載し自動操縦可能な作業車１において、作業車１に周囲を監視する監視装置１０２を設け、該監視装置１０２で機体の周囲に居る機体管理者ＯＰを識別し、この機体管理者ＯＰの呼び寄せ合図を認識すると機体管理者ＯＰに向う直線的な予定走行経路Ｒ１を辿って走行させることを特徴とする圃場内作業車の自動制御装置とする。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
測位装置（１７４）を搭載し自動操縦可能な作業車（１）において、作業車（１）に周囲を監視する監視装置（１０２）を設け、該監視装置（１０２）で機体の周囲に居る機体管理者（ＯＰ）を識別し、この機体管理者（ＯＰ）の呼び寄せ合図を認識すると機体管理者（ＯＰ）に向う直線的な予定走行経路（Ｒ１）を辿って走行させることを特徴とする圃場内作業車の自動制御装置。
【請求項2】
監視装置（１０２）が機体の前方に畦（ＡＺ）を認識すると予定走行経路（Ｒ１）で畦（ＡＺ）までの距離が所定の畦接近距離（Ｈ）に到達すると走行方向を畦（ＡＺ）に向って直交方向として畦越えして再度機体管理者（ＯＰ）に向かう修正予定走行経路（Ｒ２）を走行することを特徴とする請求項１に記載の圃場内作業車の自動制御装置。
【請求項3】
監視装置（１０２）で畦（ＡＺ）の高さを計測し、その畦高さで直進畦越えか後進畦越えで走行するか或いは畦越え不可を判断することを特徴とする請求項１に記載の圃場内作業車の自動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、圃場内を自動で走行する圃場内作業車に関する。
【背景技術】
【0002】
測位装置を備えて圃場内の自車位置を認識して自動操縦で走行しながら作業を行う圃場内作業車が開発され、この作業車は管理者が搭乗して操縦することも可能にしている。
【0003】
例えば、特開２０２０―１７９号公報の公報に記載された圃場内作業車は、トラクタがＧＰＳ衛星からの測位信号を受けて圃場地図における自車位置を認識して車両ＥＣＵで走行装置を制御しながら予定走行経路を自動操縦で走行して作業を行うようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０２０―１７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
前記自動操縦の圃場内作業車で作業者が搭乗して作業を行う場合は、作業者が圃場内に停止している作業車に近づいて搭乗することが必要であるが、圃場が湿田であると近づくのが困難な場合がある。
【0006】
本発明は、機体管理者が圃場内に停止する作業車を安全に呼び寄せることが出来るようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記本発明の課題は、次の技術手段により解決される。
【0008】
請求項１の発明は、測位装置１７４を搭載し自動操縦可能な作業車１において、作業車１に周囲を監視する監視装置１０２を設け、該監視装置１０２で機体の周囲に居る機体管理者ＯＰを識別し、この機体管理者ＯＰの呼び寄せ合図を認識すると機体管理者ＯＰに向う直線的な予定走行経路Ｒ１を辿って走行させることを特徴とする圃場内作業車の自動制御装置とする。
【0009】
請求項２の発明は、監視装置１０２が機体の前方に畦ＡＺを認識すると予定走行経路Ｒ１で畦ＡＺまでの距離が所定の畦接近距離Ｈに到達すると走行方向を畦ＡＺに向って直交方向として畦越えして再度機体管理者ＯＰに向かう修正予定走行経路Ｒ２を走行することを特徴とする請求項１に記載の圃場内作業車の自動制御装置とする。
【0010】
請求項３の発明は、監視装置１０２で畦ＡＺの高さを計測し、その畦高さで直進畦越えか後進畦越えで走行するか或いは畦越え不可を判断することを特徴とする請求項１に記載の圃場内作業車の自動制御装置とする。
【発明の効果】
【0011】
請求項１の発明で、作業車１は、測位装置１７４で自車の地図上位置を認識しながら圃場内を走行しながら作業を行うが、監視装置１０２が機体の周囲に居る機体管理者ＯＰを識別し、この機体管理者ＯＰの呼び寄せ合図を認識すると機体管理者ＯＰに向う直線的な予定走行経路Ｒ１を辿って走行するので、機体管理者ＯＰは移動する必要が無く、最短距離を走行して近づいた作業車１に搭乗して作業を行える。
【0012】
請求項２の発明で、監視装置１０２が進行方向に畦ＡＺを発見すると畦ＡＺまでの距離が畦接近距離Ｈに達すると走行方向を畦ＡＺに向う直交方向として畦越えして再度機体管理者ＯＰに向う修正予定走行経路Ｒ２を走行することで、畦ＡＺを斜めに走行して転倒する危険性を排除して安全に機体管理者ＯＰに近づくことが出来る。
【0013】
請求項３の発明で、監視装置１０２が確認する畦ＡＺの高さを制御装置で分析し、その畦高さが作業車１が持っている畦越え可能高さと比較して前進或いは後進で走破可能かそれとも畦越えが不可能かを判断して安全に呼び寄せることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の実施形態にかかる圃場内作業車の自動制御装置を備えた圃場内作業車として示すトラクタの右側面図である。
【図2】同上自動制御装置の自動制御のブロック図である。
【図3】同上作業車の畦越え走行ルートを示す地形平面図である。
【図4】同上作業車が畦の近くに居た場合の走行ルートを示す地形平面図である。
【図5】同上作業車が後進で畦越えをする別実施例の走行ルートを示す地形平面図である。
【図6】同上作業車が前進で畦近くまで移動し、その後に後進で畦越えして機体管理者に近づく走行ルートを示す地形平面図である。
【図7】同上作業車のいる圃場が既に耕されていた場合に走行する走行ルートを示す地形平面図である。
【図8】同上作業者が畦越えして走行することが不可能な場合の走行ルートを示す地形平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
本発明の作業車について、実施例を図面に基づき説明する。
【0016】
図１は、本発明でいう作業車の一例として示す走行車体１００に作業機２００を装着したトラクタ１の全体側面図で、トラクタ１の前部のボンネット１３内に搭載したエンジン２の動力をミッションケース３で適宜に変速して前輪軸４と後輪軸５に伝動して前輪６と後輪７の両方或は後輪７のみを駆動し、機体上のキャビン２６内に設ける運転席１０に座った機体管理者ＯＰつまり作業者が中央に立設するステアリングホイール８を操作して前輪６を操向しながら走行する。機体の後方へ突出するロワリンク９Ｌ、９Ｒには、ロータリ耕運機などの作業機２００を装着し、ミッションケース３から後方へ向かって突出するＰＴＯ軸１１で装着する作業機２００を駆動する。
【0017】
作業機２００の後部はリアカバー２０１で覆われており、このリアカバー２０１は車両左右方向のリアカバー回動軸２０１ａ回りに回動する。リアカバー２０１の下端部２０１ｂは耕耘中地面に接地して耕耘後の土を均すように構成されている。
【0018】
作業機２００は左右のロワリンク９Ｌ、９Ｒとトップリンク２１３の３点で支持されており左のロワリンク９Ｌは左のリフトアーム２１０Ｌと傾斜シリンダ２１４で連結している。リフトアーム２１０はメインシリンダ２１２によって上下に回動するように構成されており、このリフトアーム２１０の上下回動によって作業機２００が昇降される。リフトアーム２１０の回動角はリフトアームセンサ２１１により検出される。
【0019】
キャビン２６の下方でミッションケース３の側方にはエンジンに燃料を供給する燃料タンク６０が設けられている。燃料タンク６０はミッションケース３の左右両側方に設けられており、左側に給油口、右側にエンジン供給口、燃料残量センサを備え、中央で連通されている。
【0020】
キャビンルーフ２７の上面には測位装置１７４の一例としてのＧＰＳアンテナ１７４が設けられており、このＧＰＳアンテナ１７４が複数のＧＰＳ衛星３０から送信される測位信号３１を受信することにより自己位置を測定することができる。ＧＰＳアンテナ１７４は、主に丸棒の曲げ部材から成りキャビンルーフ２７の左右にわたって設けられた桁部１７３ａと主に鉄板の曲げ部材から成るアンテナ固定部１７３ｂとで構成されるＧＰＳアンテナステー１７３によりキャビンルーフ２７に取り付けられる。
【0021】
監視装置１０２の一部である前方カメラ１０２はキャビンルーフ２７の前方中央部で上下を挟むように構成されたＧＰＳアンテナステー１７３のアンテナ固定部１７３ｂの下面に取り付けられた前方カメラステー１０２ａに上下回動自在に取り付けられてトラクタ１の前方を撮影する。後方カメラ１０３はキャビンルーフ２７の後方中央部でキャビンルーフ２７の下面に取り付けられた板状の後方カメラステー１０３ａに上下回動自在に取り付けられてトラクタ１の後方を撮影する。なお、図１には図示を省略するがキャビン２６の側部には側方を写す側方カメラ１０３’（図２）も備えている。
【0022】
前方カメラ１０２と後方カメラ１０３及び側方カメラ１０３’の映像を処理する映像処理部１０４はキャビン２６内の運転席１０の後方に取り付けられる。障害物センサ１０５はボンネット１３の前部に設けられた穴部１３ａの中に設けられトラクタ１の前方の障害物の有無と、障害物までの距離を検出するため、前方に向けて電磁波または超音波などが照射されている。
【0023】
ステアリングホイール８の近傍には作業管理や車両の設定を行うタブレット端末などの情報端末１０６が設けられている。この情報端末１０６は自動運転の予定走行経路Ｐの設定時に各種パラメータや作業内容を入力する入力手段としても使用され、取り外して遠隔管理や遠隔操作を行うアプリを内蔵する。
【0024】
ステアリングホイール８の下方にはステアリングシャフト（図示せず）が通っており、その近傍にステアリングを電子的に制御するステアリングモータ１０１が設けられている。
【0025】
ボンネット５内部には制御部の一例としての自動運転ＥＣＵ１５０が搭載されており、これが予定走行経路ＰとＧＰＳアンテナ１７４で受信した測位信号３１に基づき算出した自己位置とを比較しながら予定走行経路Ｐ上を走行するようにエンジン２やステアリングホイール８を制御する。
【0026】
図２はトラクタ１の制御ブロック図である。トラクタ１には車両の走行を制御する制御部としての車両ＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）５０とＧＰＳアンテナ１７４で得た信号を基に位置情報を処理し、予定走行経路Ｐと自己位置を比較して車両ＥＣＵ５０に対する制御信号を送信する自動運転ＥＣＵ１５０が搭載されている。
【0027】
車両ＥＣＵには走行車速を検出する車速センサ５１からの信号と、前輪６の操向角度を検出するステリングセンサ５２からの信号と、変速位置を検出する変速センサ５３からの信号と、燃料タンク６０内の燃料残量を検出する燃料残量センサ５４からの信号が入力される。車両ＥＣＵからはエンジン２の出力を制御する信号と、ステアリングホイール８の操向角度を制御するステアリングモータ１０１の操作信号と、変速装置５６の変速操作信号と、車両の走行を停止するブレーキを操作するブレーキシリンダ５７へのブレーキ操作信号と、作業機２００を昇降するメインシリンダ２１２への昇降操作信号とが出力される。
【0028】
自動運転ＥＣＵ１５０と車両ＥＣＵ５０とは有線通信により情報を互いに送受信することができ、車両の位置に応じて各種制御を実行することも可能である。また、自動運転ＥＣＵ１５０は作業機通信コネクタ２４９を介して作業機ＥＣＵ２５０と接続しており、情報を相互に送受信する。作業機ＥＣＵ２５０の記憶領域には作業機識別情報が記憶されており、作業機識別情報を得ることで自動運転ＥＣＵ１５０は装着された作業機を認識する。車両ＥＣＵ５０は情報端末１０６とは無線通信により情報の送受信を行い、車両の状態や作業状況を情報端末１０６の画像表示部に表示することもできる。また、所有する複数の圃場の情報や車両の情報を一元的に管理する管理サーバ１１０ともインターネットを介して情報を送受信する。
【0029】
前方カメラ１０２と後方カメラ１０３と側方カメラ１０３’にて撮影された映像は映像処理部１０４に入力されて画像処理され、障害物を検知すると検知された障害物の情報が自動運転ＥＣＵ１５０に入力される。障害物センサ１０５はレーザーを周囲に照射して反射した信号を受信して障害物を検出するユニットであり、障害物検出信号を自動運転ＥＣＵ１５０に入力する。
【0030】
さらに、映像処理部１０４では、圃場の周囲を囲う畦ＡＺまでの距離と高さを分析して、蓄えた畦データ１０８を参照して前進走行或いは後進走行で畦越えが可能かどうかを判定する。
【0031】
自動運転ＥＣＵ１５０は情報端末１０６などから入力された作業情報Ｄ１、作業情報Ｄ１と予定走行経路Ｒ１から算出した燃料消費量情報Ｄ２を有している。さらに自動運転ＥＣＵ１５０は圃場形状や圃場位置等の圃場情報Ｄ３とともに圃場内にある障害物の位置をあらかじめ記憶した障害物位置情報Ｄ４を有する。
【0032】
図３は、圃場Ｈ１に停止しているトラクタ１を圃場Ｈ２に居る機体管理者ＯＰが呼び寄せる場合のトラクタ１の移動軌跡を示している。
【0033】
機体管理者ＯＰがトラクタ１に向かって右手を上げると、トラクタ１の監視装置１０２が写す映像を映像処理部１０４で処理して機体管理者ＯＰを識別し、呼び寄せる合図である右手上げを認識すると、地図上に直線の予定走行経路Ｒ１を描き、前進で走行を開始するが、予定走行経路Ｒ１上に畦ＡＺがあるので、畦ＡＺから所定の畦接近距離Ｈまでくると、畦ＡＺに対して直角に向かう方向へ機体を方向変更して、直進或いは後進によって畦ＡＺを乗り越え、少し圃場Ｈ２に入った位置で再び機体管理者ＯＰに向かう修正予定走行経路Ｒ２を作成して前進する。なお、トラクタ１は、運転席１０に作業者が居なく、停止中である条件で自動走行を開始する。
【0034】
なお、トラクタ１が前進か後進のどちらで畦ＡＺを乗り越えるかは、畦ＡＺの映像で高さを分析して畦データ１０８に記録する前進安全乗り越え可能高さ以下かそれ以上で後進安全乗り越え高さ以下かを判断して決定する。後進でも乗り越えられない場合は、一旦停止する。
【0035】
図４は、圃場Ｈ１の畦ＡＺから所定の畦接近距離Ｈ内に停止しているトラクタ１を圃場Ｈ２に居る機体管理者ＯＰが呼び寄せる場合のトラクタ１の移動軌跡を示している。
【0036】
機体管理者ＯＰがトラクタ１を呼ぶ動作をすると、畦ＡＺが乗り越え可能な高さであれば、予定走行経路Ｒ１を描くが一旦畦接近距離Ｈまで圃場Ｈ１内を遠ざかり移動して予定走行経路Ｒ１と畦ＡＺの交差地点に向かって走行して畦ＡＺを乗り越え、少し越えた位置で機体管理者ＯＰに向かう修正予定走行経路Ｒ２を描いて走行する。
【0037】
図５は、圃場Ｈ１に居るトラクタ１が高い畦ＡＺを乗り越えて機体管理者ＯＰに向かう別の走行ルートで、まず畦ＡＺに向かって前進して畦接近距離Ｈ内で前後反転して後進で畦越えを行い、畦ＡＺの近くで修正予定走行経路Ｒ２を描き、機体管理者ＯＰに向かって前進で走行する。
【0038】
図６は、圃場Ｈ１から機体管理者ＯＰと畦接近距離Ｈの交点まで前進し、畦接近距離Ｈ内で前後反転して後進で畦越えを行い、そのままで機体管理者ＯＰに向かって後進する。
【0039】
図７は、監視装置１０２で圃場Ｈ１を写し、耕耘済みを認識した場合の走行軌跡で、まず畦ＡＺと並行に機体管理者ＯＰ側の畦際まで走行し、その畦際を圃場Ｈ１に向かって走行して畦ＡＺを越えて機体管理者ＯＰに向かう修正予定走行経路Ｒ２を描いて走行する。
【0040】
図８は、機体管理者ＯＰとトラクタ１の間に在る畦ＡＺが高く乗り越えられない場合やコンクリート畦或いは水路の場合で、圃場Ｈ１の出入り口Ｈ１Ｅから畦道ＳＲを通って圃場Ｈ２の出入り口Ｈ２Ｅに向かう最短の予定走行経路Ｒ１を描き、さらに、圃場Ｈ２で出入り口Ｈ２Ｅから機体管理者ＯＰに向かう直線的な修正予定走行経路Ｒ２を描いて走行する。
【0041】
なお、予定走行経路Ｒ１や修正予定走行経路Ｒ２に障害物を発見すると、周囲の畦までの距離により右迂回或いは左迂回で走行して機体管理者ＯＰに向かうように走行すれば良い。
【符号の説明】
【0042】
ＡＺ 畦
Ｈ 畦接近距離
ＯＰ 機体管理者
Ｒ１ 予定走行経路
Ｒ２ 修正予定走行経路
１ 作業車
１０２ 監視装置
１７４ 測位装置
Ｈ 畦接近距離
ＯＰ 機体管理者
Ｒ１ 予定走行経路
Ｒ２ 修正予定走行経路
１ 作業車
１０２ 監視装置
１７４ 測位装置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】