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課題

作業地F内において作業車Vを走行させるための走行用データを、GPS受信情報に基づいて人手を要することなく迅速且つ的確に作成し、その走行用データによって作業車Vを作業地F内にて適切な状態で自動走行させる。

解決手段

作業車Vが走行して作業する作業地Fの周縁部に位置されて、GPS衛星からの電波信号を受信するGPS受信局K1〜K4の受信情報に基づいて、作業地Fの周縁部の位置が検出され、その周縁部位検出情報に基づいて作業地F内での作業車Vの走行を制御するための走行用データが作成され、その走行用データの情報に基づいて作業車Vの作業地F内での走行が制御される。

概要

背景

上記作業車走行用データ作成装置では、例えば作業車としての田植え作業車を矩形状等の作業地圃場内)で走行させて植付け作業を行うために、作業者等が予め地図等にて作業地の周縁部位置つまり作業地の形状や大きさ等を確認した情報に基づいて走行経路等の走行用データを作成し、上記作業車の誘導制御装置では、その走行用データに基づいて作業車を設定経路に沿って走行させるように制御していた。

概要

作業地F内において作業車Vを走行させるための走行用データを、GPS受信情報に基づいて人手を要することなく迅速且つ的確に作成し、その走行用データによって作業車Vを作業地F内にて適切な状態で自動走行させる。

作業車Vが走行して作業する作業地Fの周縁部に位置されて、GPS衛星からの電波信号を受信するGPS受信局K1〜K4の受信情報に基づいて、作業地Fの周縁部の位置が検出され、その周縁部位置検出情報に基づいて作業地F内での作業車Vの走行を制御するための走行用データが作成され、その走行用データの情報に基づいて作業車Vの作業地F内での走行が制御される。

目的

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、上記従来技術の不具合を解消させるべく、作業地内において作業車を走行させるための走行用データを多大な手間を要することなく迅速且つ的確に作成すること、及び、その走行用データに基づいて作業車を作業地内において適切な状態で自動走行させるようにすることにある。

効果

実績

技術文献被引用数
9件
牽制数
15件

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請求項1

作業車(V)が走行して作業する作業地周縁部に位置されて、GPS衛星からの電波信号を受信するGPS受信局(K)の受信情報に基づいて、その作業地の周縁部の位置を検出する周縁部位置検出手段(104)と、前記周縁部位置検出手段(104)の情報に基づいて、前記作業地内での前記作業車(V)の走行を制御するための走行用データを作成する走行用データ作成手段(105)とが設けられている作業車の走行用データ作成装置

請求項2

前記作業地が、多角形状であり、前記周縁部位置検出手段(104)は、前記多角形状の作業地の各角部に位置される前記GPS受信局(K)の各角部での受信情報に基づいて、前記作業地の周縁部の位置を検出するように構成されている請求項1記載の作業車の走行用データ作成装置。

請求項3

前記GPS受信局(K)は前記作業地の周縁部に沿って移動するように構成され、前記周縁部位置検出手段(104)は、前記GPS受信局(K)が前記作業地の周縁部に沿って移動するに伴って順次受信される受信情報に基づいて、前記作業地の周縁部の位置を検出するように構成されている請求項1記載の作業車の走行用データ作成装置。

請求項4

前記作業地の周縁部の少なくとも一部が、曲線形状に形成され、前記周縁部位置検出手段(104)は、前記曲線形状の作業地周縁部の形状特定情報及びその作業地周縁部の複数箇所に位置される前記GPS受信局(K)の複数箇所夫々の受信情報に基づいて、前記曲線形状の作業地周縁部の位置を検出するように構成されている請求項1記載の作業車の走行用データ作成装置。

請求項5

地上側の基準位置に設置されて、GPS衛星からの搬送波信号を受信するGPS基準局(R)と、そのGPS基準局(R)での搬送波位相情報を送信する基準側通信手段(20)とが設けられ、前記GPS受信局(K)が、前記GPS衛星からの電波信号として搬送波信号を受信するように構成され、前記GPS受信局(K)に、前記基準側通信手段(20)の送信情報を受信する作業地側通信手段(31)が設けられ、前記周縁部位置検出手段(104)は、前記GPS受信局(K)での搬送波位相情報及び前記作業地側通信手段(31)が受信した前記GPS基準局(R)での搬送波位相情報から求めた二重位相差情報に基づいて、前記作業地の周縁部の位置を検出するように構成されている請求項1、2、3又は4記載の作業車の走行用データ作成装置。

請求項6

前記走行用データ作成手段(105)は、前記走行用データとして、前記作業地内を自動走行させるための予定走行経路を形成するように構成されている請求項1、2、3、4又は5記載の作業車の走行用データ作成装置。

請求項7

前記走行用データ作成手段(105)は、前記予定走行経路として、前記作業地内に平行状態で設定間隔を隔てて並ぶ複数の作業経路と、前記作業車(V)を1つの作業経路の端部から他の作業経路の端部へ旋回移動させるための旋回経路とを形成するように構成されている請求項6記載の作業車の走行用データ作成装置。

請求項8

請求項1、2、3、4、5、6又は7記載の作業車の走行用データ作成装置における前記走行用データ作成手段(105)の情報に基づいて、前記作業車(V)の前記作業地内での走行を制御する走行制御手段(100)が設けられている作業車の誘導制御装置

請求項9

前記作業車(V)に、GPS衛星からの搬送波信号を受信するGPS移動局(I)と、前記基準側通信手段(20)の送信情報を受信する作業車側通信手段(18)と、前記GPS移動局(I)での搬送波位相情報及び前記作業車側通信手段(18)が受信した前記GPS基準局(R)での搬送波位相情報から求めた二重位相差情報に基づいて、前記作業車(V)の車体位置所定時間間隔の時系列GPS位置データとして求めるGPS位置データ算出手段(102)と、前記作業車(V)の車体位置の変化量を所定時間間隔の時系列の慣性航法位置データとして求める慣性航法システム(INS)と、前記GPS位置データ算出手段(102)にて求められる現在時刻より設定時間前のGPS位置データ、及び、前記慣性航法システム(INS)にて求められる現在時刻での慣性航法位置データによって現在時刻での前記作業車(V)の車体位置を検出する車体位置検出手段(103)とが設けられ、前記走行制御手段(100)は、前記車体位置検出手段(103)の情報に基づいて、前記作業車(V)の前記作業地内での位置を特定して制御を行うように構成されている請求項8記載の作業車の誘導制御装置。

請求項10

前記作業車(V)が前記作業地内の作業対象領域に走行するに伴って前記作業車(V)に備えた作業部(6)を作動させ、且つ、前記作業車(V)が前記作業地内の非作業対象領域に走行するに伴って前記作業部(6)の作動を停止させる作業制御手段(101)が設けられている請求項8又は9記載の作業車の誘導制御装置。

請求項11

前記作業車(V)に、手動操縦のための手動式操向手段(23)と、操縦を手動操縦と自動操縦とで切り換えるための操縦切換情報を指令する手動式の指令手段(SW1)とが設けられ、前記走行制御手段(100)は、前記手動式の操向手段(23)による手動操縦がなされているときに、前記手動式の指令手段(SW1)にて手動操縦から自動操縦への操縦切換情報が指令されるに伴って、前記作業車(V)を請求項6又は7記載の作業車の走行用データ作成装置における前記走行用データ作成手段(105)にて作成される前記予定走行経路に沿って走行させる操向制御を行うように構成されている請求項8、9又は10記載の作業車の誘導制御装置。

技術分野

0001

本発明は、所定範囲作業地内において作業車走行させるための走行用データを作成する作業車の走行用データ作成装置、及び、その走行用データに基づいて作業車を作業地内に走行させるための作業車の誘導制御装置に関する。

背景技術

0002

上記作業車の走行用データ作成装置では、例えば作業車としての田植え作業車を矩形状等の作業地(圃場内)で走行させて植付け作業を行うために、作業者等が予め地図等にて作業地の周縁部位置つまり作業地の形状や大きさ等を確認した情報に基づいて走行経路等の走行用データを作成し、上記作業車の誘導制御装置では、その走行用データに基づいて作業車を設定経路に沿って走行させるように制御していた。

発明が解決しようとする課題

0003

しかし、上記従来技術では、走行用データの作成が多大な手間を要する面倒な作業であって、迅速に走行用データの作成ができないとともに、地図等の情報の入力ミスによって誤った走行用データが作成されるおそれもあった。

0004

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、上記従来技術の不具合を解消させるべく、作業地内において作業車を走行させるための走行用データを多大な手間を要することなく迅速且つ的確に作成すること、及び、その走行用データに基づいて作業車を作業地内において適切な状態で自動走行させるようにすることにある。

課題を解決するための手段

0005

本発明の請求項1の構成によれば、作業車が走行して作業する作業地の周縁部に位置させたGPS受信局にて受信されるGPS衛星からの電波信号に基づいて、作業地の周縁部の位置が検出され、その作業地の周縁部位置情報に基づいて、作業地内で作業車の走行を制御するための走行用データが作成される。

0006

従って、絶対位置の検出が可能なGPS衛星からの電波信号を受信するGPS受信局を作業地の周縁部に位置させると、そのGPS受信情報に基づいて周縁部の位置が検出されて走行用データが自動的に作成されるので、例えば、従来のように、作業者等が予め地図等にて作業地の周縁部位置を確認しながら走行用データを作成する場合には、走行用データの作成が多大な手間を要して迅速に作成できず、また、地図等の情報の入力ミスがあると誤った走行用データが作成されるおそれがあるのに比べて、そのような不具合もなく、走行用データを迅速且つ的確に作成することができる走行用データ作成装置が得られるに至った。

0007

又、請求項2の構成によれば、上記請求項1において、多角形状の作業地の各角部に位置させた各GPS受信局でのGPS衛星からの電波信号に基づいて、多角形状の作業地の周縁部の位置が、各角部の位置及びその各角部を結んだ直線の位置として検出される。

0008

従って、通常最も多い多角形状の作業地に対して、必要最小限の数のGPS受信局によって装置構成の簡素化を図りながら、作業地の周縁部位置を的確に検出して適切な走行用データを作成することができ、もって、上記請求項1の構成の走行用データ作成装置の好適な手段が得られる。

0009

又、請求項3の構成によれば、上記請求項1において、作業地の周縁部に沿って移動するGPS受信局が移動に伴って順次受信するGPS衛星からの電波信号に基づいて、作業地の周縁部の位置が、移動時に順次される周縁部上の各地点を結ぶ線分の位置として検出される。

0010

従って、GPS受信局を作業地の周縁部に複数個固定設置するものに比べて、単一のGPS受信局だけで構成して装置構成の簡素化を図りながら、作業地の周縁部位置の全部に位置させて作業地の周縁部位置を的確に検出して適切な走行用データを作成することができ、もって、上記請求項1の構成の走行用データ作成装置の好適な手段が得られる。

0011

又、請求項4の構成によれば、上記請求項1において、少なくとも一部が曲線形状に形成された作業地の周縁部の複数箇所に位置させた各GPS受信局でのGPS衛星からの電波信号と、上記作業地周縁部の曲線形状の形状特定情報とから、上記曲線形状の作業地周縁部の位置が、GPS受信局が位置する複数箇所の位置を上記形状特定情報に基づいて結んだ曲線の位置として検出される。

0012

従って、例えば全体として矩形状の作業地の一部(一辺等)が曲線形状に形成された変形タイプの作業地に対して、作業地の周縁部位置を的確に検出して適切な走行用データを作成することができ、もって、上記請求項1の構成の走行用データ作成装置の好適な手段が得られる。

0013

又、請求項5の構成によれば、上記請求項1、2、3又は4において、地上側の基準位置に設置されたGPS基準局において、GPS衛星からの搬送波信号が受信され、その基準局での搬送波位相情報が作業地周縁部に位置されるGPS受信局に向けて送信される一方、GPS受信局側では、GPS衛星からの電波信号として搬送波信号が受信され、その搬送波位相情報及びGPS基準局から送信された搬送波位相情報から求めた二重位相差情報に基づいて、作業地の周縁部の位置が検出される。

0014

従って、GPS基準局とGPS受信局間での搬送波情報の二重位相差情報によって作業地周縁部の位置を検出するので、例えばGPS受信局でのいわゆる単独測位による位置検出に比べて、より正確な作業地周縁部の位置情報を得て、より適切な走行用データを作成することができ、もって、上記請求項1、2、3又は4の構成の走行用データ作成装置の好適な手段が得られる。

0015

又、請求項6の構成によれば、上記請求項1、2、3、4又は5において、作業地内での作業車の走行を制御するための走行用データが、作業車を作業地内で自動走行させるための予定走行経路を形成するように作成される。

0016

従って、作業車を自動操縦又は作業者による手動操縦にて作業地内を走行させる場合に、上記作成された予定走行経路に沿って走行させるという比較的単純な操縦によって作業車を適切に走行させることができ、もって、上記請求項1、2、3、4又は5の構成の走行用データ作成装置の好適な手段が得られる。

0017

又、請求項7の構成によれば、上記請求項6において、作業地内に平行状態で設定間隔を隔てて並ぶ複数の作業経路と、作業車を1つの作業経路の端部から他の作業経路の端部へ旋回移動させるための旋回経路とが、予定走行経路として形成される。

0018

従って、例えば矩形や台形状の作業地の長手方向に沿って作業経路を設定し、端部側に隣接する作業経路に旋回移動させるための旋回経路を設定して、作業車を作業経路の方向に沿って往復走行させることによって、作業車を作業地の全体に亘って効率良く走行させることができ、もって、上記請求項6の構成の走行用データ作成装置の好適な手段が得られる。

0019

又、請求項8の構成によれば、上記請求項1、2、3、4、5、6又は7の走行用データ作成手段にて作成された走行用データに基づいて、作業車の作業地内での走行が制御される。

0020

従って、前記のように作成された走行用データに基づいて作業車が作業地内を自動走行するので、例えば作業者が上記走行用データを表示画面等にて参照しながら手動走行させるのに比べて作業者の負担を軽減させることができ、もって、上記請求項1、2、3、4、5、6又は7の構成の走行用データ作成装置を利用した作業車の誘導制御装置の好適な手段が得られる。

0021

又、請求項9の構成によれば、上記請求項8において、地上側の基準位置に設置されたGPS基準局において、GPS衛星からの搬送波信号が受信され、その搬送波位相情報が作業車側に送信される一方、作業車側では、GPS移動局が受信したGPS衛星からの搬送波位相情報及び上記送信されたGPS基準局での搬送波位相情報から求めた二重位相差情報に基づいて、作業車の車体位置所定時間間隔の時系列GPS位置データとして求められ、又、作業部の車体位置の変化量が慣性航法位置データとして求められる。そして、その現在時刻より設定時間前のGPS位置データ及び現在時刻での慣性航法位置データから、現在時刻での作業車の車体位置が検出され、その車体位置検出情報に基づいて作業地内での位置が特定された作業車の作業地内での走行が制御される。

0022

従って、短時間での車体位置の変化については応答性良く検出できるが長時間での検出では誤差蓄積する慣性航法による位置検出と、検出遅れはあるが正確な位置検出が可能なGPS衛星からの搬送波信号の二重位相差情報に基づく位置検出とを組み合わせて、作業車の車体位置を迅速且つ適正に検出し、その位置検出情報に基づいて作業車が作業地内を走行するように制御するので、例えば、予定走行経路に沿って誘導用ビーム光投射する誘導装置のように地上側に構成が複雑で保守管理が大変な光投射設備のような特別の設備を設けることなく、簡素な構成にて車体位置を検出することができ、もって、上記請求項8の構成の作業車の誘導制御装置の好適な手段が得られる。

0023

又、請求項10の構成によれば、上記請求項8又は9において、作業車が作業地内の作業対象領域に走行すると、作業車に備えた作業部が作動し、作業車が作業地内の非作業対象領域に走行すると、上記作業部の作動が停止するように制御される。

0024

従って、例えば、作業者が作業車の作業地内における走行位置を確認しながら、手動にて作業部の作動をオンオフさせるものに比べて、作業者の負担を軽減しながら、作業対象領域に対してのみ的確に作業を行うことができ、もって、上記請求項8又は9の構成の作業車の誘導制御装置の好適な手段が得られる。

0025

又、請求項11の構成によれば、上記請求項8、9又は10において、手動操縦が指令されて手動式操向手段によって作業車が手動操縦されているときに、手動操縦から自動操縦への操縦切換指令がなされると、作業車が、前記請求項6又は7の走行用データ作成手段にて作成される予定走行経路に沿って走行するように操向制御される。

0026

従って、例えば、作業者が予定走行経路に沿うように手動操縦しながら、他の作業を行う必要があるときに、作業者が操向用のハンドル等から一時的に手を放しても、作業車は予定走行経路に沿って適正な状態で走行して、安全な状態で他の作業を行うように作業車を一層便利に使用することができ、もって、上記請求項8、9又は10の構成の作業車の誘導制御装置の好適な手段が得られる。

発明を実施するための最良の形態

0027

以下、本発明の実施形態を、作業車としての田植え用の作業車Vが、所定範囲の作業地内に形成した予定走行経路に沿って自動走行しながら、苗の植付け作業を行う場合について説明する。

0028

例えばその地点の重力方向に対して水平方向を東西及び南北方向で表した局地水平座標系E(東方向),N(北方向),H(地球中心からの高さ方向)において高精度に位置(上記座標系E,N,Hでの座標値)が判っている地上側の基準位置に設置されて、図2に示すように、少なくとも4個のGPS衛星2からのスペクトラム拡散変調された電波(搬送波信号)を受信するGPS基準局R(以後、単に基準局Rともいう)用のアンテナ19aと、このアンテナ19aの受信信号を処理して搬送波位相情報を得るGPS受信機19と、そのGPS受信機19からの搬送波位相情報を作業車V側に向けて送信するための送信アンテナ20aを備えた基準側通信手段としての送受信機20とが設けられている。

0029

作業車Vの構成について、図1図2に基づいて説明する。左右一対前輪3及び後輪4を備えた車体5の後部に、下降位置で駆動されている作業状態とこれ以外の非作業状態とに切換自在な苗植え付け装置6(作業部に相当)が、昇降自在で且つ駆動停止自在に設けられている。前後輪3,4は、左右を一対として各別に操向操作自在に構成され、操向用の油圧シリンダ7,8と、電磁操作式制御弁9,10とが設けられている。そして、手動操作されるステアリング切換スイッチ21の切換状態又は制御装置16の制御によって、前輪3又は後輪4の一方のみを操向する2輪ステアリング形式、前後輪3,4を逆位相で且つ同角度に操向する4輪ステアリング形式、前後輪3,4を同位相で且つ同角度に操向する平行ステアリング形式の3種類のステアリング形式のうちの1つが選択される。

0030

図1中、Eはエンジン、11はエンジンEからの出力を変速して前後輪3,4の夫々を同時に駆動する油圧式無段変速装置、12及び22は夫々変速装置11に対する自動変速用電動モータ及び手動変速用アクセルペダル、23は手動操縦のための手動式の操向手段としてのハンドル、SW1は操縦を手動操縦と自動操縦とで切り換えるための操縦切換情報を指令する手動式の指令手段としての手動自動切換スイッチ、13は植え付け装置6の昇降用油圧シリンダ、14はその制御弁、15はエンジンEによる植え付け装置6の駆動を断続する電磁操作式の植え付けクラッチである。16は作業車Vの走行並びに植え付け装置6の作動等を制御するマイクロコンピュータ利用の制御装置であって、後述の各種センサによる検出情報及び予め記憶された走行用データに基づいて、変速用モータ12、各制御弁9,10,14、植え付けクラッチ15等を作動させる。

0031

作業車Vに装備されるセンサ類について説明すれば、図1に示すように、前記ハンドル23の操向角を検出するポテンショメータ利用のハンドル操作角検出センサR0と、前後輪3,4夫々の操向角を検出するポテンショメータ利用の操向角検出センサR1,R2と、変速装置11の変速状態に基づいて間接的に前後進状態及び車速を検出するポテンショメータ利用の車速センサR3と、変速装置11の出力軸回転数計数して走行距離を検出するためのエンコーダS3と、車体方位を検出する地磁気方位センサS4とが設けられている。

0032

又、車体5には、3次元(車体前後、横幅及び上下方向)の各軸周りでの角速度を検出するジャイロ装置S5と、3次元(車体前後、横幅及び上下方向)各方向での加速度を検出する加速度センサS6とが設置されている。そして、これらのジャイロ装置S5、加速度センサS6及び前記制御装置16を利用して、作業車Vの車体位置の変化量を所定時間間隔の時系列の慣性航法位置データとして求める慣性航法システムINSが構成されている。上記慣性航法位置データ(以下、INS位置データという)は、具体的には、車体5の所定の計測時間間隔(例えば0.1秒)内における位置変化量が、所定時間間隔(例えば0.1秒)の計測時刻ベル付きのデータとして求められる。

0033

車体5には、GPS衛星2からの搬送波信号を受信するためのGPS受信アンテナ17aと、そのGPS受信アンテナ17aの受信信号を処理して搬送波の位相情報を得るGPS受信機17と、前記基準局Rの送受信機20の送信情報を受信するアンテナ18aを備えた作業車側通信手段としての送受信機18とが設けられ、これらのGPS受信アンテナ17a、GPS受信機17及び送受信機18によって、GPS移動局I(以後、単に移動局Iともいう)が構成される。

0034

図5に示すように、作業車Vが走行して作業する作業地としての圃場Fの周縁部に位置されて、GPS衛星2からの電波(搬送波)信号を受信するGPS受信局としての固定局Kが、4角形(台形)状の圃場Fの各角部に設置された4つの固定局K1〜K4で構成されている。尚、各固定局K1〜K4には、図4に示すように、前記移動局Iと同様に、GPS受信アンテナ30aと、そのGPS受信アンテナ30aの受信信号を処理して搬送波の位相情報を得るGPS受信機30と、前記基準局Rの送受信機20の送信情報を受信するアンテナ31aを備えた作業車地通信手段としての送受信機31とが設けられ、さらに、後述のようにして求める各固定局K1〜K4の位置情報を、上記送受信機31を経て作業車V側の受信機32(図1参照)に送信するための送信アンテナ31bとが設けられている。

0035

前記基準局R、移動局I及び各固定局K1〜K4のGPS受信機19,17,30は、図3及び図4に示すように、ほぼ同様の構成になるものであって、夫々のGPS受信アンテナ19a,17a,30aで受信した電波信号は、先ず高周波信号処理部24A,24B,24Cに入力して低周波数に変換される。その低周波数変換された信号は、C/Aコード解析部25A,25B,25Cにて衛星番号等が解読されるとともに、搬送波位相計測部27A,27B,27Cにおいて、上記衛星番号に応じて作成されるC/Aコードと相関をとって搬送波が再生され、さらに内蔵した時計28A,28B,28Cにて設定時間間隔で搬送波の位相計測される。同時に、C/Aコード解析部25A,25B,25Cからの情報に基づいて、航路メッセージ解読部26A,26B,26Cにて衛星位置情報等が判別される。そして、上記各部からの情報は、夫々の制御用コンピュータ29A,29B,29Cに入力されて基準局R、移動局I及び各固定局K1〜K4における搬送波位相情報が求められる。

0036

さらに、基準局R側コンピュータ29Aから出力された基準局Rでの搬送波位相情報が、前記地上側の送受信機20を経て送信アンテナ20aから送信されて作業車側のアンテナ18aで受信され、送受信機18を経て移動局I側コンピュータ29Bに入力され,その移動局I側コンピュータ29Bにおいて、基準局R及び移動局Iでの両搬送波位相情報に基づいて二重位相差情報が求められる。そして、上記GPS受信機17を利用して、移動局Iでの搬送波位相情報及び前記送受信機18が受信した基準局Rでの搬送波位相情報から求めた二重位相差情報に基づいて、作業車Vの車体位置を所定時間間隔の時系列のGPS位置データとして求めるGPS位置データ算出手段102が構成されている。そして、このGPS受信機17で得られたGPS位置データが制御装置16に入力されている(図1参照)。

0037

同時に、前記地上側の送受信機20から送信された基準局Rでの搬送波位相情報が、前記各固定局K1〜K4のアンテナ31aで受信され、送受信機31を経て各固定局K1〜K4側のコンピュータ29Cに入力され,その固定局K1〜K4側コンピュータ29Cにおいて、基準局R及び各固定局K1〜K4での両搬送波位相情報に基づいて二重位相差情報が、基準局Rと各固定局K1〜K4との4つの組毎に求められる。そして、このGPS受信機30で得られた各固定局K1〜K4のGPS位置データが、各固定局K1〜K4の送受信機31及び作業車V側の受信機32を経て制御装置16に入力される(図1参照)。

0038

ここで、二重位相差情報について概略を説明すると、異なる2つの衛星2からの各搬送波信号を2つの受信局(基準局Rと移動局I、あるいは基準局Rと各固定局K1〜K4)夫々で受信して、各衛星2ごとに対応する2つの位相差を求め、さらにこれら2つの位相差の差分をとったものを二重位相差と呼ぶ。これによって各衛星2での送信信号の位相乱れの影響が除去されるとともに、各受信局位相計測用の時計の同期ずれの影響が除去され、最終的に、衛星側及び受信局側での誤差の影響を少なくした精度のよい位相差情報が得られる。実際は、異なる4つの衛星2からの各搬送波信号に基づいて、独立した3つの二重位相差が求められることになる。

0039

次に、前記GPS位置データ算出手段102による3つの二重位相差情報に基づく作業車Vの位置検出について具体的に説明する。先ず最初に、作業車Vを前記局地水平座標系E,N,Hにおいて高精度に位置座標値が判っている地点に位置させ、移動局側及び基準局側の各GPS受信機17,19の受信情報から前記3つの二重位相差を計算し、基準局R及び車体5間の相対位置が判っていることから上記二重位相差情報に含まれる搬送波波長整数倍不確定整数値バイアス)を確定させる。次に、図5に示すように、作業車Vを圃場F内の任意の地点に移動させたときの3つの二重位相差情報より、基準局RからGPS受信アンテナ17aへの位置ベクトルrが求まり、基準局Rの基準位置と上記求めた位置ベクトルrとから、作業車Vの車体位置が判別される。

0040

但し、上記GPS受信情報に基づく車体位置の検出には、各受信局での搬送波位相の計測やその位相情報の通信及び二重位相差の演算等に時間(例えば2秒程度)がかかるため、GPS受信情報だけでは現在時刻での車体位置をリアルタイムに検出することができない。そこで、前述のように、車体位置を所定時間間隔(1秒間隔)の時系列のGPS位置データとして求めるのである。従って、上記1秒間隔の時系列のGPS位置データは、2秒前における作業車Vの車体位置に対応するデータである。

0041

そして、図1に示すように、前記制御装置16を利用して、前記GPS位置データ算出手段102にて求められる現在時刻より設定時間前のGPS位置データ、及び、前記慣性航法システムINSにて求められる現在時刻での慣性航法位置データによって現在時刻での作業車Vの車体位置を検出する車体位置検出手段103が構成されている。つまり、検出遅れのあるGPS位置データに対して即時性のある慣性航法位置データを補間して、現在時刻での車体位置を求める。

0042

図1及び図4に示すように、前記各固定局K1〜K4のGPS受信機30と前記制御装置16とを利用して、圃場Fの各角部に位置される各固定局K1〜K4の圃場Fの各角部での受信情報に基づいて、その圃場Fの周縁部の位置を検出する周縁部位置検出手段104が構成されている。つまり、各固定局K1〜K4において、自己の搬送波位相情報及び各送受信機31が受信した前記基準局Rでの搬送波位相情報から求めた二重位相差情報に基づいて各固定局K1〜K4の位置を検出し、それらの位置データから圃場Fの周縁部の位置を検出するように構成されている。具体的には、各固定局K1〜K4を圃場Fの各角部に設置した後、各固定局K1〜K4及び基準局Rでの搬送波受信信号から二重位相差を計算しながら、上記二重位相差情報に含まれる搬送波波長の整数倍の不確定(整数値バイアス)を確定させ、所定時間後にその整数値バイアスが確定したときの二重位相差情報に基づいて、図5に示すように、基準局Rから各固定局K1〜K4への位置ベクトルr1,r2,r3,r4を求め、これら4つの位置ベクトルr1,r2,r3,r4から圃場Fの周縁部の位置を求める。

0043

又、前記制御装置16を利用して、前記周縁部位置検出手段104の情報に基づいて、圃場F内での作業車Vの走行を制御するための走行用データを作成する走行用データ作成手段105が構成されている。具体的には、この走行用データは、圃場F内を自動走行させるための予定走行経路として、図5に示すように、圃場F内に平行状態で設定間隔を隔てて並ぶ複数の作業経路Lと、作業車Vを1つの作業経路Lの端部から他の作業経路Lの端部へ旋回移動させるための旋回経路Lrとを形成するように作成される。つまり、図5の例では、台形状である圃場Fの4辺のうちの平行状態で対向する両対向辺F1,F2側に旋回経路Lrを形成し、両斜辺F3,F4のうちの一方の斜辺F3(このF3は上記対向辺F1,F2にほぼ直交する)の方向に沿って作業経路Lを形成している。但し、他方の斜辺F4が上記対向辺F1,F2に対して直交していないので、その斜辺F4に近い圃場部分では、作業経路Lの端部側が一方の対向辺F2に達する前に、その斜辺F4に隣接する状態で旋回経路Lrを形成している。尚、各作業経路L及び旋回経路Lrの経路情報は、地上側での前記E,N,H座標系での座標データとして設定される。

0044

又、前記制御装置16を利用して、前記走行用データ作成手段104の情報に基づいて作業車Vの圃場F内での走行を制御する走行制御手段100と、作業車Vが圃場F内の作業対象領域に走行するに伴って作業車Vに備えた植え付け装置6を作動させ、且つ、作業車Vが圃場F内の非作業対象領域に走行するに伴って植え付け装置6の作動を停止させる作業制御手段101とが構成され、そして、上記走行制御手段100は、前記車体位置検出手段103の情報に基づいて作業車Vの圃場F内での位置を特定して制御を行うように構成されている。

0045

以下、図6図8フローチャートに基づいて、上記圃場周縁部位置の検出、走行用データの作成、走行制御及び作業制御について具体的に説明する。メインフロー図6)では、先ず、各固定局K1〜K4の設置完了を確認(これは、例えば、車体に設けた設置完了スイッチ等の入力で行う)した後、各固定局K1〜K4から送信される各位置データを逐次受信する。そして、全固定局K1〜K4の位置データを受信すると、それに基づいて圃場Fの大きさや形状を判別する。具体的には、図9に示すように、固定局K1の位置を原点として、斜辺F3に沿ってX軸を、これに直交する方向(ほぼ辺F1に沿う)にY軸を設定して、作業開始前の作業車Vの位置、及び、他の固定局K2〜K4の位置を表す各座標値LX1〜LX4,LY1〜LY4が算出される。さらに、予め入力してある作業幅(植え付け幅)を考慮して、前述のような予定走行経路(作業経路L及び旋回経路Lr)のデータが作成される。

0046

次に、前記斜辺F3に隣接する作業経路Lの一端側のスタート地点Stへ移動する。スタート地点Stへの移動が完了すると圃場Fの作業対象領域に対する無人作業走行を開始し、その無人作業走行を実行した後、全処理を終える。

0047

無人作業走行処理(図7)では、作業車Vは、時系列のGPS位置データ及びINS位置データによる位置検出情報に基づいて操向制御しながら、スタート地点Stから、2輪ステアリングで各作業経路Lに沿って直進走行を開始する。そして、作業経路Lの始端側の作業対象領域Fsに達すると植え付け装置6を下降させ且つ駆動開始して植付け作業を行うとともに、作業経路Lの終端部側の非作業対象領域Fnに達すると植え付け装置6を上昇させ且つ駆動停止させる。ここで、斜辺F4側のエンド地点Seに走行している場合には、そこで走行を停止してメインフローに戻る。

0048

一方、走行終了でない場合には、その地点から所定距離直進した後、ステアリングを2輪から4輪に切り換えて、隣接する次の作業経路Lの始端部へ向けて車体の向きを180度換えながら旋経路Lrに沿って旋回動作する。旋回後は、ステアリングを2輪に戻して作業経路Lを逆方向に走行するとともに、上記と同様に、作業対象領域Fsに対する植え付け装置6の作動と、非作業対象領域Fnに対する植え付け装置6の作動停止を行いながら、各作業経路Lを往復走行して圃場Fの作業対象領域Fsの全体を、前記エンド地点Seに達するまで走行する。尚、上記旋回経路Lr等の非作業対象領域Fnに対しては、例えば、作業車Vを手動操縦して植え付け作業を行ったり、あるいは、手植え作業を行う。

0049

操向制御処理(図8)では、時系列のGPS位置データ及びINS位置データを夫々取り込み、その両データから現在時刻での車体5の圃場F内における位置を算出してから、作業経路Lの適正操向位置に対する車体横幅方向での偏位dを求め、その偏位dの情報と、地磁気方位センサS4にて検出した車体方位φの情報と、前輪3の操舵角θの情報とに基づいて下式のように目標操舵角θfを設定し、この目標操舵角θfで前輪3をステリング操作する。尚、式中、k1,k2,k3は所定のゲイン係数である。

0050

θf=k1・d+k2・φ+k3・θ

0051

〔別実施形態〕次に、GPS受信局Kの他の設置形態、及びそれに対応する周縁部位置検出手段104の構成について説明する。第1に、多角形状の作業地Fとしては、4角形(矩形や台形等)に限らず、他の多角形状でもよく、あるいは、多角形状でない任意の形状でもよい。尚、多角形状でない場合には、その形状を再現できる周縁部位置にGPS受信局Kを設置することになる。第2に、GPS受信局Kを固定設置するのではなく、作業地Fの周縁部に沿って移動する(例えば、図5において、固定局K1に対応する位置から出発して、圃場Fを上から見て左周りに順次固定局K2〜K4に対応する位置を経て固定局K1に対応する位置に戻る)ように、例えば移動用車輪を備えて構成してもよい。この場合に、周縁部位置検出手段104は、GPS受信局Kが作業地の周縁部に沿って移動するに伴って順次受信される受信情報に基づいて、作業地の周縁部の位置を検出するように構成される。第3に、作業地の周縁部の少なくとも一部が曲線形状に形成されていてもよい。図10に、前記図5の圃場Fにおいて斜辺F4が所定曲率半径Rfの円の一部(円弧)である場合を例示する。この場合には、周縁部位置検出手段104は、前記曲線形状の作業地周縁部の形状特定情報(上記曲率半径Rfの値)及びその作業地周縁部の複数箇所(図5の例では、円弧の両端の2箇所)に位置されるGPS受信局K3,K4の2箇所夫々の受信情報に基づいて、前記曲線形状の作業地周縁部F4の位置を検出するように構成される。つまり、曲線形状の作業地周縁部F4の位置は、その曲率半径Rfの値と、K3とK4の2箇所の位置情報とによって一義的に決まる。

0052

上記実施例では、作業車Vを予定走行経路に沿って自動走行させるように走行制御する場合について説明したが、作業者が作業車Vを手動操縦しながら圃場Fを走行させるようにしてもよい。この場合に、作業車Vが圃場Fの端部側でスムーズに旋回でき、また、操縦ミスによって作業車Vが圃場外に出る等の不具合を未然に防止するために、図11のフローチャートにて示す手動操縦を補助するための自動減速制御を、走行制御手段100が実行するようにしてもよい。この自動減速制御では、先ず、自動減速作動モードであることを確認すると、図12に示す矩形状の作業地(圃場F)の長手方向に沿って作業車Vを走行させるとして、その長手方向端部側に向かって手前側から順番に、予め設定されている減速開始ライン旋回開始ライン、及び圃場終端ラインの各データを取り込むとともに、現在位置を計測する。そして、圃場終端ラインや、既に旋回動作を開始しているべく旋回開始ラインに到達しているときには、安全のために走行停止させ、また、減速開始ラインに到達しているときには減速処理を行う。

0053

さらに、上記自動減速制御の他に、走行制御手段100は、前記ハンドル23による手動操縦がなされているときに、前記手動自動切換スイッチSW1にて手動操縦から自動操縦への操縦切換情報が指令されるに伴って、前記走行用データ作成手段104にて作成される前記予定走行経路つまり作業経路Lに沿って走行させる操向制御(以下、手放し走行処理という)を行うように構成される。この手放し走行処理(図13)では、先ず、手放し走行開始が指令されると、、走行用データを取り込み、次に、現在位置を計測して、作業経路Lに沿って走行させるべき走行軌道を算出するとともに、前述(数1)と同様な手順で目標操舵角を計算して前輪3を自動ステアリング制御する。一方、手放し走行開始が指令されていないときには、ハンドル23の操作角に基づく手動ステアリング制御を行う。尚、上記走行軌道に沿って自動走行して圃場端部に達すると、作業車Vは自動停止して待機する。尚、例えば矩形状にような作業地形状の場合には、上記手放し走行処理を行うための走行用データを、簡易的に作成することができる。つまり、図14及び図15に示すように、圃場長手方向に沿う辺F3の両端の辺F1との角部(圃場入口側とする)及び辺F2との角部(圃場隅とする)夫々に作業車Vを位置させ、GPS受信情報に基づいて各位置を、図のように、GPS固定局(この例では基準局Rで代用する)に対する相対位置を表す座標値(LXa,LYa),(LXb,LYb)として順次検出して設定するのである。そして、この場合の手放し走行処理では、上記圃場長手方向の端部位置のデータを参照して、その端部位置まで走行する。

0054

上記実施例では、作業車が苗植付け作業を行う田植え用の作業車Vであり、作業部が苗の植え付け装置6である場合について説明したが、作業車としては、これに限るものではなく、上記以外の農作業車及び農作業用以外の各種作業車等でもよく、その際の作業部等の各部の具体構成は、作業車の目的や作業条件等に合わせて適宜変更される。

0055

走行用データとしては、上記実施例のように、作業地内を自動走行させるための予定走行経路を形成するものに限らず、例えば、ディスプレイ装置の表示画面に、作業地の形状とその作業地内を手動運転で走行させるのに好適な走行経路を表示させるためのデータを作成するものでもよい。尚、作業地内を自動走行させるための予定走行経路を形成する場合も、上記実施例のように、平行状態の作業経路と旋回経路とからなるもに限らず、作業地の形状や大きさに応じて適宜、作業に適する予定走行経路を形成してもよい。

0056

尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にする為に符号を記すが、該記入により本発明は添付図面の構成に限定されるものではない。

図面の簡単な説明

0057

図1田植え作業車の制御構成ブロック図
図2田植え作業車及びGPS受信部を示す概略側面図
図3作業車及び基準局のGPS受信構成を示すブロック図
図4固定局及び基準局のGPS受信構成を示すブロック図
図5作業車と予定走行経路を示す概略平面
図6制御のフローチャート
図7無人作業走行制御のフローチャート
図8操向制御のフローチャート
図9作業地周縁部の位置検出を説明する平面図
図10他の作業地周縁部の位置検出を説明する平面図
図11別実施例の走行制御のフローチャート
図12別実施例の走行制御を説明する平面図
図13別実施例の走行制御のフローチャート
図14別実施例の走行用データ作成を説明する平面図
図15別実施例の走行用データ作成のフローチャート

--

0058

V作業車
KGPS受信局
104周縁部位置検出手段
105走行用データ作成手段
RGPS基準局
20基準側通信手段
31作業地側通信手段
100走行制御手段
IGPS移動局
18 作業車側通信手段
102GPS位置データ算出手段
INS慣性航法システム
103車体位置検出手段
6 作業部
23操向手段
SW1指令手段

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