本発明の一実施形態に係る作業車両である自律走行作業車両の構成について、図1〜図5を参照しつつ説明する。図1に示すように、無人で自動走行可能な自律走行作業車両1、及び、この自律走行作業車両1に随伴して作業者が操向操作する有人の作業車両100をトラクタとし、自律走行作業車両1及び作業車両100には作業機としてロータリ耕耘装置がそれぞれ装着されている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等であってもよい。
本明細書において「自律走行」とは、トラクタが備える制御部(ECU)によりトラクタが備える走行に関する構成が制御されて予め定められた経路に沿ってトラクタが走行することを意味する。単一の圃場における農作業を、無人車両及び有人車両で実行することを、農作業の協調作業、追従作業、随伴作業などと称することがある。尚、農作業の協調作業としては、「単一圃場における農作業を、無人車両及び有人車両で実行すること」に加え、「隣接する圃場等の異なる圃場における農作業を同時期に無人車両及び有人車両で実行すること」が含まれてもよい。
図1および図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。トラクタの車体部2は、ボンネット3内にエンジン4が内設され、該ボンネット3の後部のキャビン12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5が設けられている。該ステアリングハンドル5の回動により操舵装置を介して前輪10・10の向きが回動される。操舵装置を作動させる操舵アクチュエータ40は制御部30を構成するステアリングコントローラ301と接続される。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10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5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部30のステアリングコントローラ301に入力される。
制御部30は、ステアリングコントローラ301、エンジンコントローラ302、変速制御コントローラ303、水平制御コントローラ304、作業制御コントローラ305、測位制御ユニット306、自律走行制御コントローラ307等を備え、それぞれCPU(中央演算処理装置)やRAMやROM等の記憶装置やインターフェース等を備え、記憶装置には動作させるためのプログラムやデータ等が記憶され、CAN通信によりそれぞれ情報やデータ等を送受信できるように通信可能としている。また、自律走行制御コントローラ307は、プログラムやデータ等が記憶される記憶部たるメモリ309を備えている。
前記ステアリングハンドル5の後方に運転席6が配設され、運転席6下方にミッションケース7が配置される。ミッションケース7の左右両側にリアアクスルケース9・9が連設され、該リアアクスルケース9・9には車軸を介して後輪11・11が支承される。エンジン4からの動力はミッションケース7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11・11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は制御部30の変速制御コントローラ303と接続されている。後輪11の回転数は車速センサ27により検知され、走行速度として変速制御コントローラ303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。
ミッションケース7内にはPTOクラッチやPTO変速装置が収納され、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は表示手段49を介して制御部30の自律走行制御コントローラ307と接続され、PTO軸への動力の断接を制御可能としている。また、作業機として播種機や畦塗機等を装着した場合、作業機独自の制御ができるように作業機コントローラ308が備えられ、該作業機コントローラ308は情報通信配線(所謂、ISOBUS)を介して作業制御コントローラ305と接続される。
前記エンジン4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8が支持され、該フロントアクスルケース8の両側に前輪10・10が支承され、前記ミッションケース7からの動力を前輪10・10に伝達可能に構成している。前記前輪10・10は操舵輪となっており、ステアリングハンドル5の回動操作により回動可能とするとともに、操舵装置の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10・10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は制御部30のステアリングコントローラ301と接続されて制御される。
エンジン回転制御手段となるエンジンコントローラ302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4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302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4の状態を送信して表示装置113で表示できるようにしている。
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が配置されて表示手段49と接続され、表示手段49は自律走行作業車両1のダッシュボード14に設けられ、燃料の残量を表示する。そして、燃料の残量は自律走行制御コントローラ307で作業可能時間が演算され、通信装置110を介して遠隔操作装置112に情報が送信されて、遠隔操作装置112の表示装置113に燃料残量と作業可能時間が表示可能とされる。尚、回転計、燃料計、油圧、異常を表示する表示手段と、現在位置等を表示可能な表示手段とは別構成でもよい。
前記ダッシュボード14上にはエンジン4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。表示手段49は遠隔操作装置112と同様にタッチパネル式として、データの入力や選択やスイッチ操作やボタン操作等も可能としている。
また、トラクタの車体部2の後部に作業機装着装置23を介して作業機24が昇降可能に装設させている。本実施形態では、作業機24としてロータリ耕耘装置を採用しており、前記ミッションケース7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作業機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は制御部30の水平制御コントローラ304と接続されている。また、前記作業機装着装置23の左右一側のリフトリンクには傾斜シリンダが設けられ、該傾斜シリンダを作動させる傾斜アクチュエータ47は水平制御コントローラ304と接続されている。
位置検出部となる測位制御ユニット306には位置情報を検出可能とするための移動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12上に設けられる。測位制御ユニット306には、位置算出手段を備えて緯度と経度を算出し、現在位置を表示手段49や遠隔操作装置112の表示装置113で表示できるようにしている。尚、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。
自律走行作業車両1は、車体部2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角検出部32を具備し制御部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、方位角検出部32を省くことができる。ジャイロセンサ31は、車体部2の前後方向の傾斜(ピッチ)の角速度、車体部2の左右方向の傾斜(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、車体部2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は制御部30に接続され、当該三つの角速度に係る情報を制御部30に入力する。
方位角検出部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。方位角検出部32の具体例としては磁気方位センサ等が挙げられる。方位角検出部32はCAN通信手段を介して自律走行制御コントローラ307に情報が入力される。
こうして自律走行制御コントローラ307は、上記ジャイロセンサ31、方位角検出部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、車体部2の前後方向及び左右方向の傾斜、旋回方向)を求める。
自律走行作業車両1の位置情報は、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。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測位方式を採用する。
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。
本実施形態においては、自律走行作業車両1に移動局となる測位制御ユニット306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。
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で測位し測位制御ユニット306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、自律走行制御コントローラ307は自律走行作業車両1を自律走行させる自律走行手段として備えられる。つまり、自律走行制御コントローラ307と接続された各種情報取得ユニットによって、自律走行作業車両1の走行状態を各種情報として取得し、自律走行制御コントローラ307と接続された各種制御ユニットによって、自律走行作業車両1の自律走行を制御する。具体的には、GPS衛星37・37・・・から送信される電波を受信して測位制御ユニット306において設定時間間隔で車体部2の位置情報を求め、ジャイロセンサ31及び方位角検出部32から車体部2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車体部2が予め設定した経路(作業経路Raと走行経路Rb)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302等を制御して自律走行し、自動で作業できるようにしている。
また、自律走行作業車両1には障害物センサ41が配置されて制御部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はレーザセンサや超音波センサやカメラで構成して車体部2の前部や側部や後部に配置して制御部30と接続し、制御部30によって車体部2の前方や側方や後方に障害物があるかどうかを検出し、障害物が設定距離以内に近づくと走行を停止させるように制御する。
また、自律走行作業車両1には前方を撮影するカメラ42Fや後方の作業機や作業後の圃場状態を撮影するカメラ42Rが搭載され制御部30と接続されている。カメラ42F・42Rは本実施形態ではキャビン12のルーフの前部上と後部上に配置しているが、配置位置は限定するものではなく、キャビン12内の前部上と後部上や一つのカメラ42を車体部2の中心に配置して鉛直軸を中心に回転させて周囲を撮影しても、複数のカメラ42を車体部2の四隅に配置して車体部2の周囲を撮影する構成であってもよい。カメラ42F・42Rで撮影された映像は作業車両100に備えられた遠隔操作装置112の表示装置113に表示される。
遠隔操作装置112は前記自律走行作業車両1の後述する作業経路Raおよび走行経路Rb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り、制御装置(CPUやメモリ)や通信装置111や表示装置113等を備える。
有人走行車両となる作業車両100は作業者が乗車して運転操作するとともに、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。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。尚、作業車両100(または遠隔操作装置112)にGPS用の制御ユニットを備える構成とすることも可能である。
遠隔操作装置112は、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、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14に取り付けても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パーソナルコンピュータで構成している。
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通信装置110・111がそれぞれ設けられている。通信装置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、例えば無線LAN等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表示装置113を筐体表面に設け、筐体内に通信装置111やCPUや記憶装置114やバッテリ等を収納している。
次に、遠隔操作装置112により作業経路Raおよび走行経路Rbを設定する手順について説明する。遠隔操作装置112の表示装置113はタッチパネル式としており、電源をオンして遠隔操作装置112を起動させると初期画面が現れるようにしている。初期画面では、図3に示すように、トラクタ設定ボタン201、圃場設定ボタン202、経路生成設定ボタン203、データ転送ボタン204、作業開始ボタン205、終了ボタン206が表示される。
まず、トラクタ設定について説明する。トラクタ設定ボタン201をタッチすると、過去にこの遠隔操作装置112によりトラクタを用いて作業行った場合、つまり、過去に設定したトラクタが存在する場合、そのトラクタ名(機種)が表示される。複数のトラクタ名が表示されると今回使用するトラクタ名をタッチして選択し、その後初期画面に戻る。新規にトラクタ設定を行う場合には、トラクタの機種を特定する。この場合、機種名を直接入力する。或いは、複数のトラクタの機種を表示装置113に一覧表示させて所望の機種を選択できるようにしている。
トラクタの機種が設定されると、移動GPSアンテナ34の取付位置の設定画面が現れる。移動GPSアンテナ34の取付位置は、トラクタによって異なり、取り付ける技術者によっても異なる場合もあるので、トラクタの平面図を表示させて取付位置を設定する。
移動GPSアンテナ34の取付位置が設定されると、トラクタに装着される作業機のサイズ、形状、作業機の位置の設定画面が現れる。作業機の位置は前部か、前輪と後輪の間か、後部か、オフセットか、を選択する。作業機の設定が終了すると、作業中の車速、作業中のエンジン回転数、旋回時の車速、旋回時のエンジン回転数の設定画面が現れる。作業中の車速は往路と復路で異なる車速とすることも可能である。車速、及び、エンジン回転数の設定が終了すると、初期画面に戻る。
次に、圃場設定について、説明する。圃場設定ボタン202をタッチすると、過去にこの遠隔操作装置112によりトラクタを用いて作業行った場合、つまり、過去に設定した圃場が存在する場合、設定されている圃場の名前が表示される。表示された複数の圃場名から今回作業を行う圃場名をタッチして選択すると、その後、後述する経路生成設定に進み、或いは、初期画面に戻ることが可能である。尚、設定された圃場を編集又は新規に設定することも可能である。
登録された圃場がない場合には、新規の圃場設定となる。新規の圃場設定を選択すると、図4に示すように、トラクタ(自律走行作業車両1)を圃場H内の四隅のうちの一つの隅Aに位置させ、「測定開始」のボタンをタッチする。その後、トラクタを圃場Hの外周に沿って走行させて圃場形状を登録する。次に、作業者は、登録された圃場形状から、角位置A・B・C・Dや変曲点を登録して圃場形状を特定する。
圃場Hが特定されると、図5に示すように、作業開始位置Swと、作業方向Fと、作業終了位置Gwを設定する。この圃場H内に障害物が存在する場合には、障害物の位置までトラクタを移動させ、障害物設定ボタン(図示せず)をタッチして、障害物の周囲を走行して、障害物設定を行う。尚、障害物が圃場Hの周囲近辺に存在したり、障害物が最小旋回半径よりも小さく、その外周を走行すると大きくなり過ぎる場合には、表示される圃場の地図から登録してもよい。上記作業が終了すると、または、過去に登録した圃場を選択すると、確認画面となり、OK(確認)ボタンと「編集/追加」ボタンが表示される。過去に登録した圃場に変更がある場合には、「編集/追加」ボタンをタッチする。
前記圃場設定においてOKボタンをタッチすると、経路生成設定となる。経路生成設定は初期画面で経路生成設定ボタン203をタッチすることによっても設定が可能となる。経路生成設定モードに移ると、自律走行作業車両1に対して作業車両100がどの位置で走行するかの選択画面が表示される。つまり、自律走行作業車両1と作業車両100の位置関係を設定する。具体的には、(1)作業車両100が自律走行作業車両1の左後方に位置する。(2)作業車両100が自律走行作業車両1の右後方に位置する。(3)作業車両100が自律走行作業車両1の真後ろに位置する。(4)作業車両100は併走しない(自律走行作業車両1のみで作業を行う)。の4種類が表示され、タッチすることにより選択できる。
次に、作業車両100の作業機の幅を設定する。つまり、作業機の幅を数字で入力する。次に、スキップ数を設定する。つまり、自律走行作業車両1が圃場端(枕地)に至り第1の作業路R1から第2の作業路R2に移動する時に、経路を何本飛ばすかを設定する。具体的には、(1)スキップしない。(2)1列スキップ。(3)2列スキップ。のいずれかを選択する。次に、オーバーラップの設定を行う。つまり、作業路R1と隣接する作業路R2における作業幅の重複量の設定を行う。具体的には、(1)オーバーラップしない。(2)オーバーラップする。を選択する。尚、「オーバーラップする」を選択すると、数値入力画面が表示され、数値を入力しないと次に進むことができない。
次に、外周設定が行われる。つまり、図5に示すような、自律走行作業車両1と作業車両100とにより、または、自律走行作業車両1により作業を行う作業領域HAの外側の領域が設定される。言い換えれば、圃場端で非作業状態として旋回走行する枕地HBと、枕地HBと枕地HBとの間の左右両側の圃場外周に接する非作業領域とする側部余裕地HCが設定される。よって、圃場H=作業領域HA+枕地HB+枕地HB+側部余裕地HC+側部余裕地HCとなる。通常、枕地HBの幅Wbと側部余裕地HCの幅Wcは、作業車両100が装着した作業機の幅の二倍以下の長さとして、自律走行作業車両1と作業車両100とによる併走作業が終了した後に、作業者が作業車両100に乗り込み、手動操作で外周を二周することで、仕上げることができるようにしている。但し、自律走行作業車両1で外周を作業することも可能である。
上記の各種設定の入力が終了すると、確認画面が現れ、確認をタッチすると、自動で作業経路Raと走行経路Rbからなる経路Rが生成される。作業経路Raは作業領域HA内で生成される経路で、作業を行いながら走行する経路であり、直線の経路となる。但し、作業領域HAが矩形でない場合にははみ出すこともある。走行経路Rbは作業領域HA以外の領域(枕地HBと側部余裕地HC)で生成される経路で、作業を行わずに走行する経路であり、直線と曲線を組み合わせた経路となり、主に、枕地HBにおいて旋回するための経路となる。
作業経路Raと走行経路Rbは自律走行作業車両1と作業車両100について、それぞれの作業経路Raと走行経路Rbが生成される。経路生成後に経路Rを見たい場合は、経路生成設定ボタン203をタッチすることでシミユレーション画像が表示され、確認することができる。尚、経路生成設定ボタン203をタッチしなくても作業経路Raと走行経路Rbは生成されている。自動で作業経路Raと走行経路Rbが生成される際に、作業開始位置Sw、作業終了位置Gwは、圃場設定で登録した開始位置、終了位置から最も近い対応する位置とされる。
また、作業経路Raと走行経路Rbが生成される際には、自律走行作業車両1の走行終了位置Grが設定される。走行終了位置Grは、作業終了位置Gwにおいて作業機24による作業を終了した自律走行作業車両1を、制御部30によって自律走行させて、停止させる位置である。
ここで、本発明の一実施形態に係る作業経路生成装置の構成について、説明する。図2に示すように、自律走行作業車両1は、車体部2の位置情報である現在位置Nを検出可能な位置検出部たる移動GPSアンテナ34と、車体部2を走行させる圃場Hを記憶可能な記憶部たるメモリ309と、圃場H内における車体部2の走行及び車体部2に装着される作業機24による作業を指示可能な制御部30と、圃場Hにおける車体部2の経路Rを生成する経路生成部たる遠隔操作装置112と、を備えている。
尚、自律走行作業車両1においては、遠隔操作装置112によって、車体部2の経路Rを生成する構成としているが、遠隔操作装置112の代わりに、制御部30によって、車体部2の経路Rを生成する構成としてもよい。また、自律走行作業車両1においては、制御部30によって、車体部2の走行および作業機24の動作の制御を行う構成としているが、制御部30の代わりに、遠隔操作装置112によって、車体部2の走行および作業機24の動作の制御を行う構成としてもよい。さらに、自律走行作業車両1においては、メモリ309に、車体部2を走行させる圃場Hを記憶させる構成としているが、メモリ309の代わりに、遠隔操作装置112(より詳しくは、遠隔操作装置112に備えられるメモリ(図示せず))に圃場Hを記憶させる構成としてもよい。
即ち、本発明の一実施形態に係る作業経路生成装置150は、車体部2の位置情報である現在位置Nを検出可能な位置検出部たる移動GPSアンテナ34と、車体部2を走行させる圃場Hを記憶可能な記憶部たるメモリ309と、圃場H内における車体部2の走行及び車体部2に装着される作業機24による作業を指示可能な制御部30と、圃場Hにおける車体部2の経路Rを生成する経路生成部たる遠隔操作装置112と、を備えるものである。
そして、自律走行作業車両1において、走行終了位置Grは、生成された作業車両100の作業経路Raと走行経路Rbや、作業車両100の現在位置を考慮して、作業経路生成装置150によって設定される。
走行終了位置Grの設定においては、経路生成設定の前、あるいは、後に、作業経路生成装置150によって、例えば「作業終了後に有人車と衝突する可能性があります。作業終了後安全な位置まで移動しますか」という選択肢を表示装置113に表示する。ここで、「Yes」を選択した場合には、作業経路生成装置150によって、お勧めのポイントを表示装置113に提示し、任意の位置を選ばせる構成とすることができる。あるいは、「No」を選択した場合には、作業経路生成装置150によって、衝突する可能性が有る旨の警告を表示装置113に表示する構成とすることができる。尚、走行終了位置Grは、作業車両100の現在位置を考慮して、作業経路生成装置150によって作業の途中で適宜設定を自動更新する構成とすることが可能であり、あるいは、作業の途中でオペレータが適宜修正する構成とすることが可能である。
経路生成設定の各項目を設定すると、経路生成設定が表示され、その下部に、「経路設定ボタン」「データ転送する」「ホームへ戻る」が選択可能に表示される。
前記情報を転送するときは、初期画面において設けられたデータ転送ボタン204をタッチすることで転送できる。この転送は遠隔操作装置112で行われるため、これら設定した情報を自律走行作業車両1の制御部30に転送する必要がある。この転送は、(1)端子を用いて転送する方法と、(2)無線で転送する方法があり、本実施形態では、端子を用いる場合には、USBケーブルを用いて遠隔操作装置112と自律走行作業車両1の制御部30を直接つなぐ、あるいは、USBメモリに一旦記憶させてから、自律走行作業車両1のUSB端子に接続して転送する。また、無線で転送する場合は、無線LANを用いて転送する。
次に、本発明の一実施形態に係る自律走行作業車両1における走行終了位置Grの設定について説明する。尚、以下の説明において作業経路生成装置150が登場するときには、適宜図2を参照するものとする。
本実施形態で示す自律走行作業車両1は、図6に示すような略長方形状の圃場Hを走行領域としており、圃場Hを構成する第1の領域たる作業領域HAと、第2の領域たる枕地HBおよび側部余裕地HCにおいて、自律走行可能に構成されている。尚、作業車両100は、オペレータの運転により、圃場H内を自律走行する自律走行作業車両1に随伴して走行する。
そして、本実施形態では、自律走行作業車両1を構成する作業経路生成装置150によって、図6に示すように、作業領域HAにおいて、n本の作業経路Raを形成するとともに、枕地HBおよび側部余裕地HCにおいて、自律走行作業車両1および作業車両100が走行する走行経路Rbを形成している。尚、図6では、例えばn本目の作業経路RaをRa(n)のように表示することで、当該作業経路Raが何本目のものであるかを、区別するようにしている。
そして、自律走行作業車両1では、作業経路生成装置150によって、枕地HB上に走行終了位置Grを設定することができるように構成している。自律走行作業車両1は、走行終了位置Grを枕地HBに設定することによって、該自律走行作業車両1が、圃場Hの外部で自律走行することを防止することができる。尚、本実施形態では、自律走行作業車両1の走行終了位置Grを枕地HB上に設定する場合を例示しているが、自律走行作業車両1の走行終了位置Grは、圃場H内の作業領域HA以外の領域に設定すればよく、側部余裕地HC上に設定してもよい。
従来は、自律走行作業車両1の走行終了位置Grの設定において、作業車両100の作業経路Raや走行経路Rb等を考慮していなかったため、枕地HB上の図7に示すような位置、即ち、作業車両100がこれから通過する走行経路Rbに近接した位置に走行終了位置Grが設定される場合があった。図7に示すような位置に走行終了位置Grが設定されていると、作業車両100が、走行経路Rbに沿って走行するときに、走行終了位置Grで停止している自律走行作業車両1が邪魔になってしまうという問題があった。
そこで、本発明の一実施形態に係る自律走行作業車両1では、作業経路生成装置150によって、作業車両100の作業経路Raおよび走行経路Rbを考慮して、自律走行作業車両1の走行終了位置Grを設定することができるように構成している。
図6に示す実施形態では、自律走行作業車両1は、作業経路生成装置150によって形成されたn本の作業経路Ra・Ra・・・のうち、n本目の作業経路Ra(n)に至るまで、1本飛ばしの各作業経路Raで作業を行うように構成されている。そして、自律走行作業車両1は、制御部30によって、n本目の作業経路Ra(n)の終点に設定された作業終了位置Gwに自律走行作業車両1の現在位置Nが一致したときに、作業機24による作業を終了するとともに、走行終了位置Grまで自律走行するように構成されている。
即ち、本発明の一実施形態に係る自律走行作業車両1において、制御部30は、第2の領域たる枕地HBにおいて、車体部2を作業終了位置Gwから走行終了位置Grまで走行させるものである。このような構成の自律走行作業車両1では、自律走行作業車両1に対する走行終了位置Grを作業車両100の作業を確実に妨げない位置に設定することができ、随伴する作業車両100の作業効率をより良くすることができる。
また、作業車両100は、作業経路生成装置150によって形成されたn本の作業経路Ra・Ra・・・のうち、n本目の作業経路Ra(n)の1本手前の作業経路Ra(n−1)に至るまで、1本飛ばしの各作業経路Raで作業を行うように構成されている。
自律走行作業車両1は、作業領域HAにおける作業の終盤では、図6に示すように、作業経路Ra(n−4)→走行経路Rb→作業経路Ra(n−2)→走行経路Rb→作業経路Ra(n)の順に進み、作業終了位置Gwに到達した時点で作業経路Ra(n)での作業を終えて、枕地HB上の走行終了位置Grへ向けて自律走行するように構成されている。
一方、作業車両100は、作業領域HAにおける作業の終盤では、図6に示すように、オペレータが運転操作をして、自律走行する自律走行作業車両1に随伴しながら作業経路Ra(n−5)→走行経路Rb→作業経路Ra(n−3)→走行経路Rb→作業経路Ra(n−1)の順に進み、作業経路Ra(n−1)での作業を終えた時点で、枕地HBおよび側部余裕地HCの仕上げ作業へ移行する。
即ち、本発明の一実施形態に係る自律走行作業車両1は、車体部2と、車体部2に装着される作業機24と、車体部2の位置情報を検出可能な位置検出部たる移動GPSアンテナ34と、車体部2を走行させる走行領域たる圃場Hを記憶可能な記憶部たるメモリ309と、圃場H内における車体部2の走行及び作業機24による作業を制御可能な制御部30と、圃場Hにおける車体部2の経路Rを生成する経路生成部たる遠隔操作装置112と、を備え、制御部30によって、記憶部309に記憶された圃場Hにおいて、移動GPSアンテナ35により車体部2の現在位置Nを検出しつつ、遠隔操作装置112によって生成した経路Rに沿って自律的に走行可能な作業車両であって、圃場Hは、作業機24により作業が行われる作業経路Raを含む第1の領域たる作業領域HAと、作業機24により作業が行われる作業経路Raを含まない第2の領域たる枕地HBとを含み、制御部30は、作業経路Raにおける作業機24による作業の終了後、作業経路Raの作業終了位置Gwから枕地HB内に設定される走行終了位置Grまで車体部2を走行させることが可能であるものである。
また、本発明の一実施形態に係る作業経路生成装置150は、車体部2の位置情報を検出可能な位置検出部たる移動GPSアンテナ34と、車体部2を走行させる走行領域たる圃場Hを記憶可能なメモリ309と、圃場H内における車体部2の走行及び車体部2に装着される作業機24による作業を指示可能な制御部30と、圃場Hにおける車体部2の経路Rを生成する経路生成部たる遠隔操作装置112と、を備え、圃場Hは、作業機24により作業が行われる作業経路Raを含む第1の領域たる作業領域HAと、作業経路Raを含まない第2の領域たる枕地HBとを含み、遠隔操作装置112は、作業経路Raにおいて作業機24による作業が終了する作業終了位置Gwから枕地HB内に設定される走行終了位置Grまで車体部2を走行させる走行経路Rbを生成可能であるものである。
このような構成の自律走行作業車両1および作業経路生成装置150によれば、自律走行作業車両1に対する走行終了位置Grを作業車両100の作業を妨げない位置に設定することができ、随伴する作業車両100の作業効率をより良くすることができる。
ここで、自律走行作業車両1は、作業経路Ra(n−1)での作業を終えた後の作業車両100の走行経路Rbを考慮して、走行終了位置Grを選択することができるように構成されており、例えば、作業車両100が枕地HBで左回りに旋回することが予定されているときには、第一の走行終了位置Gr1を選択することができ、あるいは、作業車両100が枕地HBで右回りに旋回することが予定されているときには、第二の走行終了位置Gr2を選択することができるように構成されている。
また、本発明の一実施形態に係る作業経路生成装置150によれば、他の作業車両100の作業経路Raが、自律走行作業車両1の右側後方に随伴する作業経路Raである場合と、自律走行作業車両1の左側後方に随伴する作業経路Raである場合とで、走行終了位置Grを枕地HB内の異なる位置に設定することも可能である。
また、本発明の一実施形態に係る作業経路生成装置150によれば、他の作業車両100の作業経路Raが、自律走行作業車両1の右側後方に随伴する作業経路Raである場合と、自律走行作業車両1の左側後方に随伴する作業経路Raである場合とで、走行終了位置Grを枕地HB内の異なる位置(走行終了位置Gr1および走行終了位置Gr2)に設定することも可能である。
即ち、本発明の一実施形態に係る作業経路生成装置150において、遠隔操作装置112は、作業終了位置Gwと、作業領域HAで作業を行う他の作業車両100の作業経路Raとに応じて、枕地HBに走行終了位置Grを設定可能であり、他の作業車両100の作業経路Raが第一の作業経路Ra(左回りに旋回予定)である場合と、第一の作業経路Raとは異なる第二の作業経路Ra(右回りに旋回予定)である場合とで、走行終了位置Grを枕地HB内の異なる位置(走行終了位置Gr1および走行終了位置Gr2)に設定可能であるものである。このような構成の自律走行作業車両1によれば、随伴する作業車両100の走行を、確実に妨げないようにすることができる。
また、自律走行作業車両1では、作業経路生成装置150によって、枕地HBにおける作業車両100の現状位置Pを考慮して、枕地HB上の既に作業車両100が通過した走行経路Rb上に、走行終了位置Grを設定することができるように構成している。
具体的には、自律走行作業車両1は、作業車両100の現在位置Pを特定し、枕地HBにおける作業車両100の走行経路Rbのうち、既に通過した部分とこれから通過する部分を特定し、作業車両100がこれから通過する走行経路Rb上には、自律走行作業車両1の走行終了位置Grを設定しないように構成することができる。
また、自律走行作業車両1は、枕地HBにおける作業車両100の走行経路Rbのうち、既に通過した部分とこれから通過する部分に係る情報をリアルタイムで更新する構成とすることができ、作業車両100の進行に合わせて、自律走行作業車両1の走行終了位置Grを随時変更することができるように構成することができる。
例えば、自律走行作業車両1は、作業経路生成装置150によって、作業車両100が作業経路Ra(n−3)に未だ進入しておらず、作業経路Ra(n−5)にいる場合には、自律走行作業車両1を一時停止位置Gtにおいて停止させておく。そして、作業車両100が作業経路Ra(n−3)に進入した後に、制御部30によって、一時停止位置Gtから走行終了位置Grまで自律走行作業車両1を自律走行させる構成とすることができる。尚、自律走行作業車両1では、一時停止位置Gtを設定せずに、自律走行作業車両1の位置と作業車両100の位置、および作業車両100の経路Rに基づいて、自律走行作業車両1の経路Rと作業車両100の経路Rが交差する位置よりも手前では、自律走行作業車両1を一時停止させるように制御部30により制御する構成としてもよい。
また、自律走行作業車両1は、作業経路生成装置150によって、作業車両100の現在位置Pを検出すれば、作業車両100の作業遅れを把握することができるため、作業車両100の作業遅れを検出した場合には、作業車両100が作業経路Ra(n−3)まで来るのを待たずに、作業経路Ra(n−5)よりもさらに先の既に走行済みの走行経路Rbが存在する位置に、走行終了位置Grを変更する構成としてもよい。
また、作業経路生成装置150は、自律走行作業車両1および作業機24の大きさや、作業車両100および作業機120の大きさ等を考慮して、作業車両100と自律走行作業車両1が接触することがないように、走行終了位置Grを設定することができるように構成している。
具体的には、以下のような数式1(図8参照)を満足するように、走行終了位置Grの配置を決定しており、自律走行作業車両1の作業終了位置Gwを通る作業経路Raの延長線fに対して、距離L以上離れた位置に配置する構成としている。ここで、Aは自律走行作業車両1の耕うん幅(作業幅)であり、Bは作業車両100の耕うん幅(作業幅)であり、Cは自律走行作業車両1と作業車両100による作業のオーバーラップ量であり、Dは作業車両100(あるいは作業車両100に装備された作業機)の最大幅であり、Eは自律走行作業車両1の移動GPSアンテナ34の位置(現在位置N)から作業機24の後端までの距離であり、αは余裕代である。尚、走行終了位置Grの配置を決定する際に、上記余裕代αを見込まない構成としてもよい。
(数式1)
L≧(A/2)+B−C+(D−B)/2+E+α
即ち、自律走行作業車両1では、該自律走行作業車両1の作業終了位置Gwから、所定範囲(延長線fに対する距離L)以上離れた位置に走行終了位置Grを配置する構成としている。尚、自律走行作業車両1の走行終了位置Grは、随伴する作業車両100の作業終了位置を基準として、作業車両100の作業終了位置から所定範囲以上離れた位置に設定する構成としてもよい。
また、自律走行作業車両1では、作業終了後に圃場Hから自律走行作業車両1を搬出するときのことを考慮して、作業経路生成装置150によって、圃場Hの出入り口の位置を考慮して、走行終了位置Grを設定することができるように構成している。つまり、作業経路生成装置150は、できる限り圃場Hの出入り口に近い位置に走行終了位置Grを設定するように構成することができる。
さらに、自律走行作業車両1は、方位角検出部32によって、車体部2の基準方位Xに対する方位角θを検出可能であり、作業経路生成装置150の制御部30によって、自律走行作業車両1を停止させるときの方位角θ(即ち、向き)を制御することができるように構成している。
そして、自律走行作業車両1は、走行終了位置Grで停止させるときの自律走行作業車両1の方位角θ(向き)を制御する構成としている。自律走行作業車両1を走行終了位置Grで停止させるときに、自律走行作業車両1の方位角θを、圃場Hの出入口の方向に向けておくことで、自律走行作業車両1を圃場Hから搬出する時に、オペレータが切り返し等を行わずに直進させるだけで、作業後の圃場Hを荒らすことなく、容易に圃場Hから自律走行作業車両1を搬出することが可能になる。
即ち、本発明の一実施形態に係る自律走行作業車両1は、車体部2の方位角θを検出可能な方位角検出部32を備え、制御部30は、走行終了位置Grにおける車体部2の方位角θを制御可能であるものである。このような構成の自律走行作業車両1では、枕地HBや側部余裕地HCを荒らすことなく、速やかに自律走行作業車両1を圃場Hから搬出することができる。
さらに、自律走行作業車両1では、作業車両100に備えられた表示装置113(図2参照)に、自律走行作業車両1の走行終了位置Grを表示させるとともに、表示装置113の画面上のタッチ操作によって、走行終了位置Grを容易に変更することが可能な構成とすることができる。このような構成の自律走行作業車両1では、ユーザーの作業計画の変更に柔軟に対応することができる。
さらに、自律走行作業車両1では、図6に示すように作業経路生成装置150によって、圃場Hの側部に枕地HBと同様の幅で側部余裕地HCを設定しているため、側部余裕地HCにおいても、枕地HBと同様に、自律走行作業車両1及び作業車両100を走行させることができる。このような構成により、圃場Hの外周部分(枕地HBと側部余裕地HC)において、容易に仕上げ作業を行えるようになり、作業効率の向上が図られる。
また、自律走行作業車両1では、図6に示すように圃場Hの側部の側部余裕地HCを枕地HBと同様の幅としているため、側部余裕地HCを通って自律走行作業車両1を移動させることができ、これにより、作業終了位置Gwと反対側の方向へ走行終了位置Grを設定することが可能になって、経路生成をより柔軟に行うことが可能になり、ひいては、ダミー走行を含まない経路を生成しやすくすることができる。