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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-03-04
(45)【発行日】2022-03-14
(54)【発明の名称】作業車両の経路生成システム
(51)【国際特許分類】
   A01B 69/00 20060101AFI20220307BHJP
   A01D 41/12 20060101ALI20220307BHJP
【FI】
A01B69/00 303Z
A01B69/00 303F
A01B69/00 303Q
A01D41/12 C
【請求項の数】 2
(21)【出願番号】P 2016256348
(22)【出願日】2016-12-28
(65)【公開番号】P2018108034
(43)【公開日】2018-07-12
【審査請求日】2018-12-21
【審判番号】
【審判請求日】2020-07-22
(73)【特許権者】
【識別番号】000006781
【氏名又は名称】ヤンマーパワーテクノロジー株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002217
【氏名又は名称】特許業務法人矢野内外国特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】佐村木 仁
(72)【発明者】
【氏名】平松 敏史
【合議体】
【審判長】住田 秀弘
【審判官】土屋 真理子
【審判官】有家 秀郎
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第2015/006600(WO,A1)
【文献】国際公開第2016/129671(WO,A1)
【文献】国際公開第2016/087535(WO,A1)
【文献】米国特許出願公開第2002/0165649(US,A1)
【文献】米国特許出願公開第2005/0273253(US,A1)
【文献】特開昭52-6615(JP,A)
【文献】特開2016-093125(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
A01B69/00,G05D1/00-1/02,G08G1/00-1/16
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
自律走行可能な作業車両が自律走行するための経路を生成する経路生成部を備える経路生成システムであって、
前記経路生成部は、
圃場内で前記経路生成部によって予め生成された前記圃場の中心側に向かって一方向に旋回しながら走行する経路に沿って一の作業車両が作業している途中に、当該圃場内に他の作業車両を追加する際に、前記一の作業車両による作業が行われていない未作業領域を決定し、
決定された未作業領域を前記一の作業車両と前記他の作業車両に分配して、それぞれの前記作業車両に対して自律走行するための前記圃場の中心側に向かって一方向に旋回しながら走行する経路を再生成し、
それぞれの前記作業車両が再生成した経路を自律走行している際に、前記一の作業車両と前記他の作業車両のうち一方の作業車両が経路から離脱した場合は、他方の作業車両に対して新たな経路を再生成する
ことを特徴とする作業車両の経路生成システム。
【請求項2】
前記一の作業車両と他の作業車両は、近距離通信によって互いに通信可能に構成され、
前記近距離通信を用いて、再生成された経路を両作業車両の夫々が走行する際に、両作業車両の異常接近を回避するように、各作業車両の走行を制御する
請求項1に記載の経路生成システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、圃場内で予め生成された経路に沿って作業車両が作業している途中に、当該圃場内に作業車両を追加する際に、それぞれの作業車両に対して経路を再生成するシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、無人作業車と有人作業車とで一つの圃場内で協調して作業を行う技術が公知である。例えば、特許文献1に記載の技術では、単純な作業経路となる中央作業地では無人作業車を先行させ、複雑な走行経路となる枕地では有人作業車によって無人作業車を先導している。これにより、有人作業車と無人作業車とを効果的に連係させる協調制御システムを実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開2016-31649号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
作業効率化の観点から、一台の作業車両が圃場内で作業をしている途中に、他の圃場での作業を終えた別の作業車両が当該圃場での作業を手伝う場合がある。従来は、圃場内での作業中に作業車両が増えるような状況を考慮したものはなかったため、柔軟に対応することは難しかった。
【0005】
本発明は、作業車両が圃場内で所定の経路に沿って作業を行っている途中に、他の圃場から作業車両が応援に来ることで、圃場内に作業車両が追加される場合に、複数の作業車両で未作業領域を分配し、それぞれの経路を再生成することで、車両資源を有効活用して作業効率を向上することができる技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
自律走行可能な作業車両が自律走行するための経路を生成する経路生成部を備える経路生成システムであって、前記経路生成部は、圃場内で前記経路生成部によって予め生成された前記圃場の中心側に向かって一方向に旋回しながら走行する経路に沿って一の作業車両が作業している途中に、当該圃場内に他の作業車両を追加する際に、前記一の作業車両による作業が行われていない未作業領域を決定し、決定された未作業領域を前記一の作業車両と前記他の作業車両に分配して、それぞれの前記作業車両に対して自律走行するための前記圃場の中心側に向かって一方向に旋回しながら走行する経路を再生成し、それぞれの前記作業車両が再生成した経路を自律走行している際に、前記一の作業車両と前記他の作業車両のうち一方の作業車両が経路から離脱した場合は、他方の作業車両に対して新たな経路を再生成する。
【0007】
前記一の作業車両と他の作業車両は、近距離通信によって互いに通信可能に構成され、前記近距離通信を用いて、再生成された経路を両作業車両の夫々が走行する際に、両作業車両の異常接近を回避するように、各作業車両の走行を制御する。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、圃場内で所定の経路に沿って作業を行っている作業車両、及び、他の圃場から応援に来る作業車両の複数の作業車両で残りの未作業領域を分配し、経路を再生成して分散作業を行わせることで、自律走行可能な作業車両の利用率を高め、作業効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1】圃場内で先行して作業を行うコンバインの側面図。
図2】コンバインの制御ブロック図。
図3】圃場内に追加されるコンバインの側面図。
図4】コンバインの制御ブロック図。
図5】経路生成システムのブロック図。
図6】圃場内で先行して作業を行うコンバインの経路を示す図。
図7】圃場にコンバインを追加した際、各コンバインに対して再生成された経路を示す図。
図8】圃場から何れかのコンバインが離脱した際、残りのコンバインに対して再生成された経路を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0010】
図1から図4を参照して、作業車両としてコンバインを例にした場合の実施形態について説明する。図1は、圃場内で先行して作業を行う作業車両としてのコンバイン1の全体構成を示す側面図である。図2は、コンバイン1の制御構成を示すブロック図である。図3は、圃場内に追加される作業車両としてのコンバイン100の全体構成を示す側面図である。図4は、コンバイン100の制御構成を示すブロック図である。なお、以下の説明では、コンバイン1・100は、自律して走行及び作業が可能なコンバイン(自律型コンバイン)として取り扱う。
【0011】
コンバイン1は、自脱形コンバインである。コンバイン1は、走行部2、刈取部3、脱穀部4、選別部5、貯留部6、排藁処理部7、動力部8、及び、操縦部9を備える。
【0012】
コンバイン1は、走行部2によって走行しつつ、刈取部3によって刈り取った穀稈を脱穀部4で脱穀し、選別部5で穀粒を選別して貯留部6のグレンタンク11に貯える。グレンタンク11に貯えられる穀粒は、排出オーガ12によって排出される。また、脱穀後の排藁は排藁処理部7によって処理される。動力部8のエンジン13から、これら走行部2、刈取部3、脱穀部4、選別部5、貯留部6、排藁処理部7に動力が供給される。操縦部9は、運転席14やステアリングハンドル15等の運転操作具を内装するキャビン16を備える。
【0013】
コンバイン1は、測位衛星からの信号を受信して測位する測位ユニット20を備える。測位ユニット20は、移動局となる移動通信機21、移動GPSアンテナ22、データ受信アンテナ23と、を備える。移動GPSアンテナ22及びデータ受信アンテナ23は、キャビン16に配置されている。一方、基準局となる固定通信機31、固定GPSアンテナ32、データ送信アンテナ33と、が所定位置に配置されている。つまり、コンバイン1は、RTK-GPS測位方式を用いて位置情報を取得している。
【0014】
コンバイン1の制御装置40は、CPU等のマイクロコンピュータからなる処理部41と、ROM、RAM、ハードディスクドライブ、フラッシュメモリ等の記憶部42とを有している。処理部41は、ROMに格納されているプログラム等をRAM上に読み出したうえで、これを実行することができる。記憶部42には、グレンタンク11の容量、刈取部3の幅等のコンバイン1の各諸元情報が記憶されている。
【0015】
制御装置40は、制御プログラムを処理部41が実行することにより、各種構成要素の作動制御を行う。具体的には、通信時における情報の送受信、各種の入出力制御及び演算処理の制御等を行う。また、制御装置40は、外部とのデータ通信用の通信部43を備える。制御装置40は、通信部43を通じて、他の作業車両(コンバイン100、収穫物を搬送するトラック等)、携帯端末等の外部構成と通信可能である。
【0016】
コンバイン1は、制御装置40の入力側の構成として、測位ユニット20、エンジン13の回転数を検出するエンジン回転数センサ51、コンバイン1の走行速度を検出する走行速度センサ52、コンバイン1の機体の変位情報として3方向の加速度を検出するジャイロセンサ53、コンバイン1の進行方向を検出する方位センサ54、ステアリングハンドル15の回動角を検出するステアリングセンサ55、グレンタンク11に貯留される穀粒の量を検出する穀粒センサ56を備える。
【0017】
制御装置40の出力側の構成は、走行部2、刈取部3、脱穀部4、選別部5、貯留部6、排藁処理部7、動力部8、操縦部9であり、入力される測位ユニット20からの位置情報及び各種センサによって検出される運転状況(例えばエンジン13の運転状態、機体の姿勢方位、グレンタンク11の容量残量等)に基づいて、適宜これらを制御する。このようにして、コンバイン1は、所定の経路に沿って自律的に走行及び作業を実行するように制御されている。
【0018】
コンバイン100は、普通形コンバインである。コンバイン100は、走行部102、刈取部103、脱穀部104、選別部105、貯留部106、排藁処理部107、動力部108、及び、操縦部109を備える。
【0019】
コンバイン100は、走行部102によって走行しつつ、刈取部103によって刈り取った穀稈を脱穀部104で脱穀し、選別部105で穀粒を選別して貯留部106のグレンタンク111に貯える。グレンタンク111に貯えられる穀粒は、排出オーガ112によって排出される。また、脱穀後の排藁は排藁処理部107によって処理される。動力部108のエンジン113から、これら走行部102、刈取部103、脱穀部104、選別部105、貯留部106、排藁処理部107に動力が供給される。操縦部109は、運転席114やステアリングハンドル115等の運転操作具を内装するキャビン116を備える。
【0020】
コンバイン100は、測位衛星からの信号を受信して測位する測位ユニット120を備える。測位ユニット120は、移動局となる移動通信機121、移動GPSアンテナ122、データ受信アンテナ123と、を備える。移動GPSアンテナ122及びデータ受信アンテナ123は、キャビン116に配置されている。測位ユニット120は、基準局として配置されている固定通信機31、固定GPSアンテナ32、データ送信アンテナ33と、の間で相対測位を行う。つまり、コンバイン100も同様に、RTK-GPS測位方式を用いて位置情報を取得している。
【0021】
コンバイン100の制御装置140は、CPU等のマイクロコンピュータからなる処理部141と、ROM、RAM、ハードディスクドライブ、フラッシュメモリ等の記憶部142とを有している。処理部141は、ROMに格納されているプログラム等をRAM上に読み出したうえで、これを実行することができる。記憶部142には、グレンタンク111の容量、刈取部103の幅等のコンバイン100の各諸元情報が記憶されている。
【0022】
制御装置140は、制御プログラムを処理部141が実行することにより、各種構成要素の作動制御を行う。具体的には、通信時における情報の送受信、各種の入出力制御及び演算処理の制御等を行う。また、制御装置140は、外部とのデータ通信用の通信部143を備える。制御装置140は、通信部143を通じて、他の作業車両(コンバイン1、収穫物を搬送するトラック等)、携帯端末等の外部構成と通信可能である。
【0023】
コンバイン100は、制御装置140の入力側の構成として、測位ユニット120、エンジン113の回転数を検出するエンジン回転数センサ151、コンバイン100の走行速度を検出する走行速度センサ152、コンバイン100の機体の変位情報として3方向の加速度を検出するジャイロセンサ153、コンバイン100の進行方向を検出する方位センサ154、ステアリングハンドル115の回動角を検出するステアリングセンサ155、グレンタンク111に貯留される穀粒の量を検出する穀粒センサ156を備える。
【0024】
制御装置140の出力側の構成は、走行部102、刈取部103、脱穀部104、選別部105、貯留部106、排藁処理部107、動力部108であり、入力される測位ユニット120からの位置情報及び各種センサによって検出される運転状況(例えばエンジン113の運転状態、機体の姿勢方位、グレンタンク111の容量残量等)に基づいて、適宜これらを制御する。このようにして、コンバイン100は、所定の経路に沿って自律的に走行及び作業を実行するように制御されている。
【0025】
以下、図5から図7を参照して、作業車両の経路を生成する経路生成システム、及び、圃場内で先行して作業を行うコンバイン1に対して生成された初期経路P1、圃場内にコンバイン100が追加される際に、コンバイン1・100に対して再生成される経路P2・P3を例にとって、経路の再生成について説明する。
【0026】
図5に示すように、経路生成システム200は、経路生成部201と、通信部202と、を備える。本実施形態では、経路生成システム200は、タブレット205に含まれている。つまり、タブレット205は、圃場を走行して作業する際の経路を生成する経路生成部201の機能を有するアプリケーションソフトと、圃場内で作業を行う作業車両と通信する通信部202の機能を有する通信手段(無線LAN)と、を備えることで経路生成システム200として機能する。
【0027】
タブレット205は、無人作業を実行するコンバイン1及びコンバイン100の外部に設けられる携帯端末であり、コンバイン1・100を制御するアプリケーションソフトがインストールされている。タブレット205は、コンバイン1の通信部43及びコンバイン100の通信部143と通信することで、コンバイン1・100の位置情報及び運転状況を取得し、表示することができる。また、タブレット205は、制御装置40・140に制御信号を送信してコンバイン1・100を操作することができる。つまり、圃場外のオペレータによりタブレット205を操作することで、コンバイン1及びコンバイン100に対して、走行速度の変更や緊急停止、穀粒排出等の各種操作を実行可能に構成されている。
【0028】
経路生成部201は、作業領域となる圃場に関する情報(圃場情報F)を記憶している。通信部202は、作業車両(本実施形態ではコンバイン1・100)に搭載される通信部(通信部43・143)と通信可能に構成されている。通信部202は、通信部を通じて各作業車両の諸元に関する車両情報及び運転状況に関する情報を取得する。経路生成部201は、圃場情報F、各作業車両の諸元に関する車両情報及び運転状況に関する情報に基づいて経路Pを生成する。
【0029】
圃場情報Fは、マップ状に構成されている。圃場情報Fとして、作業範囲となる圃場の外周の位置情報(地図情報)が予め設定されている。例えば、オペレータが事前に目視によって圃場を確認すること、又は、衛星写真やドローン等による航空写真を活用することによってデータ化された地図上に圃場端を登録することで圃場の外周が設定される。また、圃場情報Fは、圃場への出入り口となる傾斜路SLa・SLb・SLcの位置情報及び傾斜角の情報、並びに、圃場内の傾斜に関する情報を含んでいる。つまり、圃場情報Fは、三次元の地図情報によって構成されている。
【0030】
経路生成部201は、まず、図6に示すように、コンバイン1に対して圃場全体の作業を行うための経路P1を生成する。経路P1は、圃場情報Fとしての地図情報に対応している。経路P1は、始点S1から傾斜路SLaを通って圃場に進入し、直進状に走行しつつ、圃場の中心に向かって左に旋回しながら圃場全体を終点E1まで走行して、傾斜路SLcに退出する経路である。
【0031】
このように、経路生成部201によって生成された経路P1は、通信部202からコンバイン1の通信部43に送信される。そして、コンバイン1は、制御装置40によって、経路P1に沿って自律的に走行及び作業を実行するように制御される。
【0032】
次に、コンバイン1が経路P1に沿って走行及び作業を行い、地点R1に到達したタイミングで、圃場にコンバイン100を追加する場合、経路生成部201は、図7に示すように、経路P1の残りから圃場内の未作業領域を決定し、未作業領域に対してコンバイン1の新たな経路P2とコンバイン100の経路P3を生成する。つまり、未作業領域についてコンバイン1とコンバイン100で分配して、経路を再生成することで分散作業を行わせる。
【0033】
この際、経路生成部201は、通信部202を通じてコンバイン1・100の車両情報及び運転状況に関する情報、並びに、コンバイン1・100の位置情報を取得し、これらの情報に基づいて、未作業領域に対して二台のコンバインで作業を行う際に最適となるように経路P2・P3を生成する。
【0034】
例えば、経路P2は、経路P1上の地点R1を始点S2とし、経路P1における地点R1の中心側のラインを一つ飛ばしで圃場の中心に向かって左に旋回しながら終点E2に向かう経路である。また、経路P3は、経路P1の始点S1に最も近い未作業領域の角部を始点S3とし、経路P2の進行方向に対して左側を圃場の中心に向かって左に旋回しながら終点E3に向かう経路である。
【0035】
このように生成された経路P2をコンバイン1に、経路P3をコンバイン100にそれぞれ送信する。これにより、コンバイン1は、制御装置40により、経路P2に沿って走行及び作業を行うよう制御され、コンバイン100は、制御装置140により、経路P3に沿って走行及び作業を行うよう制御される。
【0036】
コンバイン1が経路P2を進み、コンバイン100が経路P3を進む際に、走行速度の違い、旋回に掛かる時間等に起因して、両者が近い距離で作業を行う状況が生じ得る。本実施形態では、コンバイン1とコンバイン100が通信部43・143を通じて近距離(PtoP)通信を行い、互いの位置情報及び走行速度に応じた近接想定地点までに要する時間情報を共有する。近距離通信を用いた具体的な例としては、設定された経路上での機体の一時停止や加減速といった操向制御を行うことが挙げられる。例えば、到達時間の長い方の走行速度を落として他方を先に進めることでニアミスを回避することができる。
【0037】
また、近距離通信によって、互いの諸元情報や運転状況を共有し、その情報に基づいた操向制御を行うこともできる。例えば、一方の機体のグレンタンク容量残量が少なくなり、穀粒を排出する際に、他方の機体を一時停止させて通過させたり、他方の機体を加速させて先に通過させたりすることができる。つまり、近距離通信を用いることで、予め設定された経路上で互いの機体同士でその都度最適となる走行形態を実現することが可能である。
【0038】
以下、図8を参照して、コンバイン1・100の何れかが圃場から離脱する場合の経路の再生成について説明する。例えば、コンバイン100のグレンタンク111が満杯になったことで、作業を中断して穀粒を排出する必要が出た場合が考えられる。なお、このような場合は、コンバイン100が自身で作業を中断して穀粒を排出することを決定しても良いし、その旨をタブレット205に表示させてオペレータに通知し、オペレータによってコンバイン100に指示を出しても良い。
【0039】
コンバイン100の離脱を受けて、経路生成部201は、コンバイン1に対して新たな経路P4を再生成する。経路P4は、経路P1・P2・P3の残りの未作業領域に対して設定される。例えば、経路P4は、コンバイン100が離脱した時のコンバイン1の位置を始点S4とし、一旦、経路P2の終点E2まで行き、コンバイン100が離脱した地点から経路P3の残りを引き継ぎ、終点E3を終点E4とする経路である。また、経路P4の終点E4に到達する前に穀粒を排出したコンバイン100が作業に戻る場合は、同様に未作業領域に対してコンバイン1・100の二台分の経路を再生成して、分散作業を実行させても良い。
【0040】
なお、コンバイン1のグレンタンク11又はコンバイン100のグレンタンク111に貯留される穀粒の容量が満杯に近づいたことを穀粒センサ56・156で検出することで、穀粒を運搬するトラックの近くで停止させることも可能である。この際、グレンタンク11(111)の残り容量と次の周回によって収穫する穀粒の量(例えば、収穫した穀粒の量を走行距離で割ることで単位距離当たりの収穫量を算出し、周回にかかる距離を地図情報等から決定し、次の周回で収穫する穀粒の予想量を求めることができる)を比較することで、効率良く穀粒を排出し、作業性を向上することができる。
【0041】
以上のように、本実施形態の経路生成システム200は、圃場内で作業する作業車両として、経路P1に沿って先行して自律作業を行っているコンバイン1に、圃場外からのコンバイン100を途中で加えて複数台とし、未作業領域を複数のコンバイン1・100に分配して経路P2・P3を生成するものである。これにより、車両資源を最大限に活用して作業車両の利用率を高め、作業効率を向上することができる。
【0042】
以上の実施形態では、タブレット205に経路生成システム200の機能を持たせたが、コンバイン1の制御装置40に経路生成システム200の機能を持たせても良い。
【0043】
以上の実施形態では、コンバイン1及びコンバイン100を無人の自律型コンバインとしているが、特定の圃場内で作業を行う作業車両の台数の増減を受けて、その都度それぞれに最適な経路を再生成するという技術思想に基づいていれば、何れか一方又は両方を有人のコンバインとしても良い。特に、マニュアル運転の作業車両を導入する場合は、緊急の操作能力を期待できるとともに、再生成される経路を利用することで運転者の負荷を減らすこともできる。
【0044】
以上の実施形態では、コンバイン1を自脱形コンバインとし、コンバイン100を普通形コンバインとしているが、これらに限定されることはない。また、実施形態では、コンバイン100を一台追加して、コンバイン1と合わせて二台としているが、圃場内に追加される作業車両の数はこれに限定されることはない。
【0045】
以上の実施形態では、一つの圃場に対して作業を行う場合について例示しているが、圃場の数や規模、形状等、作業対象となる圃場の条件は、これに限定されるものではない。例えば、畦等で分離された小規模の複数圃場について適用する場合、圃場間の走行経路を含めた経路の再生成を行うことも可能である。
【0046】
以上の実施形態では、作業車両(コンバイン1・100)の測位システムとしてRTK-GPS測位方式を採用したが、これに限らず、GPS測位、GNSS測位等他の測位方式を採用しても良い。
【0047】
以上の実施形態では、作業車両として刈取作業を行うコンバインを例にとって説明したが、作業車両としてはこれに限らず、耕耘作業を行うトラクタや田植えを行う田植機等、圃場内で所定の経路に沿って作業を行う他の作業車両についても同様の思想を適用することができる。
【符号の説明】
【0048】
1:コンバイン(一の作業車両)、40:制御装置、43:通信部、100:コンバイン(他の作業車両)、140:制御装置、143:通信部、200:経路生成システム、201:経路生成部、202:通信部、205:タブレット、P1・P2・P3・P4:経路
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8