技術 作業車両の作業経路設定方法

0001

本発明は、コンバインやトラクター等の作業車両の作業経路設定方法に関する。

0002

近年、農業機械を無人作業させる技術の開発が進み、一部商品化されている。

0003

このような農業機械の無人作業に関する技術として、特許文献１に示すように、衛星測位モジュールを備えたコンバインを圃場の外周領域で人為操作により周回走行させてこの周回走行経路の位置座標点から、この外周領域の内側を作業対象領域として設定し、この作業対象領域をメッシュ状に分割する多数の走行経路要素群を生成し、この走行経路要素群から次の走行経路要素を順次選択して走行経路を設定する技術が知られている。

0004

走行経路が設定された後、人為操作を要することなく、走行、旋回しながら作業対象領域に植立する穀稈を刈り取ることができるとされている。

0005

特開２０１８−０３８２９１号公報

0006

しかしながら、上述の特許文献１に記載された技術では、人為操作によって圃場の外周領域を周回走行させなければメッシュ状の走行経路要素群を生成することができない。

0007

このため、矩形の圃場では、人為操作によってコンバインを四辺に沿って周回走行させなければならず、走行経路が設定されるまでに時間を要し、作業能率が低下する可能性がある。

0008

また、走行経路は設定できても、刈取装置の昇降経路は設定できず、圃場面の凹凸によって刈取装置が突っ込みを起こす可能性がある。

0009

本発明は、無人作業における走行経路と作業装置の昇降経路を効率的に生成し、作業能率を高めることのできる作業車両の作業経路設定方法を具現することを目的とする。

0010

上述した課題を解決するために、本発明は以下の技術的手段を講じる。

0011

すなわち、請求項１記載の発明は、作業車両側に取得される地図データに作業対象となる圃場の輪郭に対応する水平方向の位置座標点とこの圃場面の高低に対応する垂直方向の位置座標点を含み、作業車両がこの圃場の輪郭のうちの一辺に沿って走行した場合に、この一辺の位置座標点から走行経路の基準線と作業装置の昇降経路を生成する作業車両の作業経路設定方法とする。

0012

請求項２記載の発明は、前記基準線に対する複数の平行線を、作業装置の作業幅に基づく間隔で自動的に設定する請求項１に記載の作業車両の作業経路設定方法とする。

0013

請求項１記載の発明によれば、作業車両側に取得される地図データに作業対象となる圃場の輪郭に対応する水平方向の位置座標点とこの圃場面の高低に対応する垂直方向の位置座標点を含み、作業車両がこの圃場の輪郭のうちの一辺に沿って走行した場合に、この一辺の位置座標点から走行経路の基準線と作業装置の昇降経路を生成するので、作業車両を圃場の輪郭のうちの一辺に沿って走行させることで走行経路を設定でき、比較的短時間で走行経路を設定して以後の自律走行へ速やかに移行できる。また、作業装置の昇降経路も同時に設定でき、作業装置が圃場面に突っ込みにくくなる。

0014

請求項２記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加えて、基準線に対する複数の平行線を、作業装置の作業幅に基づく間隔で自動的に設定するので、作業車両の作業幅を有効に利用した作業が行える。

0015

コンバインの側面図である。
コンバインの平面図である。
コンバインに搭載された制御装置のブロック図である。
走行経路設定状態を示す説明図である。

0016

本発明の実施の形態について、作業車両としての自脱型コンバインを例示して説明する。

0017

図１、図２に示すように、自脱型コンバインの機体１は、機体フレーム２の下側にクローラ式の走行装置３を備え、機体フレーム２の前側上部に操縦部４を搭載し、この操縦部４の後側にグレンタンク５を搭載し、このグレンタンク５の横側に脱穀装置６を搭載し、この脱穀装置６の前方に刈取装置７を装備して構成する。

0018

（走行装置）
走行装置３は、油圧無段変速装置の出力によって駆動される走行ミッション（図示省略）の車軸に備えた左右の駆動輪３Ａと、左右の転輪フレーム３Ｂに軸支される多数の転輪３Ｃに無限軌道帯であるゴム製のクローラ３Ｄを巻き掛けて構成する。左右の駆動輪３Ａは、走行ミッション内の左右のサイドクラッチの接続によって駆動され、左右一側のサイドクラッチをこの側のプッシュシリンダによって遮断操作することにより、この側の駆動輪３Ａの駆動を停止する構成である。これによって機体１が旋回する。

0019

（操縦部）
操縦部４は、エンジン４Ａを内蔵したエンジンルームの上部に操縦席（図示省略）を備え、この操縦席の前方に操向レバー４Ｂを有したフロント操作パネル（図示省略）を備え、操縦席の横側に変速レバー４Ｃと刈取脱穀クラッチレバー４Ｄを有したサイド操作パネル（図示省略）を備え、これらを覆うキャビン４Ｅを設けて構成する。変速レバー４Ｃは、上述の油圧無段変速装置を変速操作する操作具である。

0020

（グレンタンク）
グレンタンク５は、箱型に形成され、底部に機体前後方向に沿う移送螺旋（図示省略）を備え、後側に、この移送螺旋の後端から穀粒を引継いで揚穀する揚穀部と昇降および旋回操作自在に構成された排出筒からなる穀粒排出装置５Ａを備えて構成する。

0021

（脱穀装置）
脱穀装置６は、扱胴を内蔵し、側部の扱口に沿ってフィードチェン（図示省略）を備えた上部の扱室と、揺動選別棚の下方前側から、唐箕、一番移送螺旋、二番移送螺旋をこの順に備えた選別室から構成する。

0022

（刈取装置）
刈取装置７は、最前部に備えた７つの分草体７Ａの後側に６基のラグ式の引起装置７Ｂを斜設し、この引起装置７Ｂの下部後方にバリカン形態の刈刃７Ｃを備え、この刈刃７Ｃの上側から後方へ向けて延在する掻込ラグベルト、株元搬送チェン、穂先搬送チェン（いずれも図示省略）を備え、これらの搬送装置の終端部からフィードチェンへ刈取穀稈を引継ぐ構成としている。

0023

（センサ類の配置）
キャビン４Ｅの上部には、ＧＰＳ測位アンテナ８を装着し、操向レバー４Ｂには旋回操作角度を検出する操向ポテンショメータ９Ａと刈取装置昇降操作角度を検出する昇降ポテンショメータ９Ｂを装着し、変速レバー４Ｃには変速操作位置を検出する変速ポテンショメータ１０を装着し、走行ミッションには左右の駆動輪３Ａの回転速度をそれぞれ検出する車軸回転速度センサ１１，１１を装着し、刈取脱穀クラッチレバー４Ｄには刈取クラッチおよび脱穀クラッチの接続／遮断状態を検出するクラッチポテンショメータ１２を装着し、引起装置７Ｂの上部における刈幅方向中央部に前方を撮像するカメラ１３を装着し、刈取装置７における分草体７Ａの後側に刈取対象の穀稈を検出する穀稈センサ１４を装備する。また、分草体７Ａの背面側に、超音波センサ１５Ｅまたはミリ波レーダ１５Ｆを装着し、この分草体７Ａに形成した孔を介して前方へ超音波またはミリ波レーダを照射する構成としている。

0024

（制御装置の構成）
図３に示すように、コンバインに搭載される制御装置１５は、コントローラ１５Ａに対して、その入力インターフェイス側に、自律走行を有効状態と無効状態に切り換える自律走行入り切りスイッチ１５Ｂ、ＧＰＳ測位アンテナ８、操向ポテンショメータ９Ａ、昇降ポテンショメータ９Ｂ、変速ポテンショメータ１０、車軸回転速度センサ１１，１１、クラッチポテンショメータ１２、カメラ１３、穀稈センサ１４、インターネットに接続するための通信装置１５Ｃ、記憶媒体から地図データを読み取る記憶媒体読取装置１５Ｄと、分草体７Ａの後側に設けられた条間隔測定用の超音波センサ１５Ｅおよびミリ波レーダ１５Ｆを接続する。なお、コントローラ１５Ａには、基準線生成部１５ＡＡが備えられている。

0025

また、コントローラ１５Ａの出力インターフェイス側には、左右のサイドクラッチを遮断操作するプッシュシリンダ作動用の左右の旋回用ソレノイド１６Ａ，１６Ａと、変速レバー４Ｃを前進側および後進側に傾動させる変速用電動モータ１６Ｂと、刈取装置７を昇降させる油圧シリンダを伸縮作動させるための刈取昇降ソレノイド１６Ｃを接続する。

0026

（走行経路の設定）
作業目的の圃場を含む地図データは、制御装置１５のコントローラ１５Ａに予め記憶させておく。または、地図データを格納したカードやＵＳＢメモリ等の記憶媒体を記憶媒体読取装置１５Ｄに装着して地図データを読み出す構成としてもよい。また、通信装置１５Ｃにより、基地局や管理センターからインターネットを介して地図データを取得してコントローラ１５Ａに記憶する構成としてもよい。

0027

走行経路を設定するにあたり、まず、コンバインに操縦者が搭乗し、変速レバー４Ｃおよび操向レバー４Ｂを操作して、圃場の輪郭のうちの一辺に侵入可能な位置まで移動させた後、自律走行入り切りスイッチ１５Ｂを入り側に操作して降車する。または、遠隔操作によってこの自律走行入り切りスイッチ１５Ｂを入り切り操作できる構成としてもよい。

0028

地図データには作業対象となる圃場の輪郭に対応する位置座標点が含まれているため、コンバインは、ＧＰＳ測位アンテナ８による自車位置の検出結果をフィードバックしながら、左右の旋回用ソレノイド１６Ａ，１６Ａへの出力によって走行方向を調整しながら、この圃場の輪郭のうちの一辺に沿って自律走行する。

0029

図４に示すように、コントローラ１５Ａに備えた基準線生成部１５ＡＡによって、この一辺の自律走行中に得られる位置座標点から走行経路の基準線Ｓが生成され、この基準線Ｓに対する複数の平行線Ｈが、刈取装置７の刈幅（請求項の「作業幅に」）に相当する間隔で自動的に設定され、コントローラ１５Ａに記憶される。

0030

これら圃場の輪郭内に設定される平行線Ｈのうち、基準線Ｓから最も離れた位置に設定される平行線Ｈが、圃場の輪郭の内側に刈幅よりも狭い間隔を残して設定される場合、圃場の輪郭内に設定される全ての平行線Ｈの間隔が自動的に縮小される。なお、圃場の輪郭内に設定される全ての平行線Ｈの間隔を自動的に等間隔に縮小するようにしてもよい。

0031

コンバインは、各平行線Ｈに沿って自律走行し、この平行線Ｈの端部に至ると、この平行線Ｈの端部と、次の平行線の端部を繋ぐ直線に沿うように旋回する。この際、左右の車軸回転速度センサ１１，１１の検出値から機体１の旋回角度を検出してフィードバック制御がなされる。

0032

（条間隔に応じた操向経路の設定）
上述の平行線Ｈの間隔は、刈幅に応じて設定されるものとしたが、次のように設定してもよい。

0033

すなわち、圃場へのコンバインの進入時に、条間隔、すなわち圃場に植立する穀稈列の間隔を、カメラ１３による穀稈列の撮像結果から算出するか、または、超音波センサ１５Ｅまたはミリ波レーダ１５Ｆによる条間隔の測定結果から算出し、この算出された条間隔に応じて上述の平行線Ｈの間隔を設定してもよい。

0034

（田植機による植付位置に応じた走行経路の設定）
なお、上述の基準線Ｓの生成および平行線Ｈの設定に替えて、次のように構成してもよい。

0035

すなわち、ＧＰＳ測位に基づいた田植機による苗の植付位置座標情報を管理センターＫＡに記憶させておき、この植付位置情報をコンバイン側へインターネットを介して取り込み、この植付位置を同一圃場でのコンバインの走行経路として設定する構成としてもよい。

0036

この場合、田植機は圃場端においてＵターンし、往復走行しながら植付作業を行なうが、直線的に走行する経路のみを抽出して、この経路での位置座標を上述の平行線Ｈとして生成する。

0037

（三次元走行経路による刈高制御）
上述の走行経路は二次元データによるものであったが、この走行経路を三次元で設定してもよい。

0038

すなわち、基準線Ｓおよび平行線ＨのＸ，Ｙ座標成分に、垂直方向のＺ座標成分を加えて作業経路を設定するものである。

0039

この場合、ＧＰＳ測位によって得られる圃場面の高低情報からＺ座標成分を生成し、Ｘ，Ｙ座標成分に基づいて走行経路を設定し、Ｚ座標成分に基づいて刈取装置７の昇降経路を設定して昇降制御を行なう構成とする。

0040

これによって、圃場面の凹凸に沿って刈取装置７を昇降制御し、この刈取装置７が圃場面に突っ込むことを防止でき、また、適切な刈高さを維持しながら刈取走行させることができる。

0041

また、地図データに作業対象となる圃場の輪郭に対応する水平方向の位置座標点とこの圃場面の高低に対応する垂直方向の位置座標点を含み、作業車両がこの圃場の輪郭のうちの一辺に沿って走行した場合に、この一辺の位置座標点から走行経路の基準線と作業装置の昇降経路を生成し、この基準線に対する複数の平行線を、作業車両の作業幅に基づく間隔で自動的に設定するようにしてもよい。

0042

（三次元走行経路による沈下防止）
上述の三次元で設定された走行経路において、Ｚ座標成分の小さい領域は、低い圃場面であり軟弱地である傾向が強いため、この領域を回避する走行経路を自動的に設定する構成としてもよい。

0043

また、コンバインに車高調節機構を備え、この領域を通過する際に自動的に車高を上昇させ、走行不能の状態に陥ることを避けるように構成してもよい。

0044

なお、上述の地図データおよび植付位置座標情報を、クラウドＫＵ上に記憶させておくとよい。

0045

８ＧＰＳ測位アンテナ
１５制御装置
１５Ａコントローラ
１５ＡＡ基準線生成部
１５Ｃ通信装置
１５Ｄ記憶媒体読取装置
Ｓ 基準線
Ｈ平行線
ＫＡ管理センター
ＫＵ クラウド