| 【発明の名称】 |
農業用作業車 |
| 【発明者】 |
【氏名】石橋 文雄
【氏名】山口 雄司
【氏名】白水 崇之
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| 【要約】 |
【課題】ロータリ作業機による残耕などの発生のない良好な耕耘作業を容易に可能とさせる。
【解決手段】車体の方位を検出する方位センサ２９と、車体の走行位置を認識するＧＰＳ受信装置２０とを備え、これら方位センサ２９とＧＰＳ受信装置２０とに基づいて車体を自律走行させるようにした農業用作業車において、車体に装備させるロータリ作業機１２の下げ動作を記憶する作業機昇降位置センサ２８ａを設け、作業機１２の目標耕耘開始位置と下げ動作の終了位置を一致させる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 車体の方位を検出する方位センサと、車体の走行位置を認識するＧＰＳ受信装置とを備え、これら方位センサとＧＰＳ受信装置とに基づいて車体を自律走行させるようにした農業用作業車において、車体に装備させるロータリ作業機の下げ動作を記憶する作業機昇降位置センサを設け、作業機の目標耕耘開始位置と下げ動作の終了位置を一致させるように設けたことを特徴とする農業用作業車。
【請求項２】 隣接耕耘作業の１工程終了後に車体を一定距離空走行させる空走手段を自律制御機構に設けたことを特徴とする請求項１記載の農業用作業車。
【請求項３】 耕耘開始時の残耕発生時に車体を後進させて耕耘開始位置より再耕耘する残耕防止手段を自律制御機構に設けたことを特徴とする請求項１記載の農業用作業車。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はＧＰＳ（全地域測位システム）衛星からの電波を受信するＧＰＳ受信装置を備え、例えば圃場内における作業車の走行位置を認識して自律走行させる農業用作業車に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】従来、車体旋回後に直進経路で自律耕耘作業を行う場合、直進経路入口の耕耘開始位置より一定時間（距離）手前でロータリ作業機の下降を開始させ、耕耘開始位置とロータリ作業機の下降終了位置とを一致させるとき、残耕のない適正な耕耘作業を可能とさせている。しかし乍ら農業用作業車の走行速度やロータリ作業機の下げ速度や耕耘深さなどが変化したときには、耕耘開始位置にロータリ作業機が一致しなくなり残耕が発生するなどの不都合があった。
【０００３】また、隣接耕耘作業で圃場が硬い場合の車体旋回時には、車輪のスリップにより旋回半径が大きくなり隣接する次工程の開始位置では車体が斜め状態に入るなどして、車体と経路の方向が一致するまでの走行距離間に残耕が発生するどの不都合があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】したがって本発明は、車体の方位を検出する方位センサと、車体の走行位置を認識するＧＰＳ受信装置とを備え、これら方位センサとＧＰＳ受信装置とに基づいて車体を自律走行させるようにした農業用作業車において、車体に装備させるロータリ作業機の下げ動作を記憶する作業機昇降位置センサを設け、作業機の目標耕耘開始位置と下げ動作の終了位置を一致させるように設けて、ロータリ作業機の下げ時間と作業中の現在車速とで算出されるロータリ下げ動作距離だけ耕耘開始位置より手前でロータリ作業機の下降を開始させて、残耕のない良好な耕耘作業を開始させて、耕耘作業能率を向上させるものである。
【０００５】また、隣接耕耘作業の１工程終了後に車体を一定距離空走行させる空走手段を自律制御機構に設けて、例えば硬い圃場で車輪のスリップにより車体の旋回半径が大きくなる場合でも、１工程終了後に空走距離を導入させることによって車体の旋回終了位置と耕耘開始位置とを一致させ、残耕のない適正な耕耘作業を可能とさせるものである。
【０００６】さらに、耕耘開始時の残耕発生時に車体を後進させて耕耘開始位置より再耕耘する残耕防止手段を自律制御機構に設けて、自律耕耘作業中の車体旋回時に例え残耕が発生する場合でも確実に再度耕耘を行って、この耕耘作業の能率向上化を図るものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳述する。図１は全体の側面図、図２は同平面図を示し、図中１は農業用作業車であるトラクタであり、エンジン２を内設させるボンネット３両側に左右の前輪４・４を装設させ、前記ボンネット３後部に丸形操向ハンドル５を設け、該ハンドル５後方に運転席６を設置させ、運転席６両側外方に左右の後輪７・７を装設させ、運転席６前側のステップ８に左右ブレーキペダル９・９及びクラッチペダル１０を配設させ、作業者が運転席６に座乗して走行移動させると共に、トラクタ機体後方に３点リンク機構１１を介し耕耘ロータリ作業機１２を昇降自在に装設させて耕耘作業を行うように構成している。
【０００８】また、走行主変速レバー１３と、作業機１２を昇降させる昇降レバー１４とを運転席６の右側に配設すると共に、走行副変速レバー１５と、作業機１２の出力を変速するＰＴＯ変速レバー１６を運転席６の左側に配設させている。
【０００９】さらに、四角箱形の運転キャビン１７内の正面右側上部にタッチパネル式液晶ディスプレイであるモニタ１８を配設させ、マイクロコンピュータで形成する管理コントローラ１９を運転キャビン１７に内設させ、ＧＰＳ（全地球測位システム）衛星からの電波を受信するカーナビ用ＧＰＳ受信機２０と、前記モニタ１８とを管理コントローラ１９に接続させると共に、自律走行用（ＲＴＫ）ＧＰＳ受信機２０Ａと、無線操縦用の自律走行開始及び停止スイッチなど有する無線発信機からの信号を受信する無線受信機２１と管理コントローラ１９に接続させ、トラクタ１を自律走行させる自律制御機構である自律コントローラ２２に着脱自在な配線コネクタ２３を介して管理コントローラ１９に接続させている。なおモニタ１８の取付位置は各種レバー位置、道路の走行状況などに応じ自在とさせるものであり、モニタ１８・管理及び自律コントローラ１９・２２は別体或いは一体の何れでも良い。
【００１０】また、前記トラクタ１のエンジン２回転数をアクセルの設定回転数に自動的に調節する電子ガバナなどのエンジン制御機構２４と、前記トラクタ１の走行速度を自動制御する油圧無段変速装置などの変速機構２５と、前記トラクタ１の走行進路を自動的に変更する油圧操向装置などの操向機構２６と、トラクタ１を片ブレーキ状態として左右旋回させる左右ブレーキ機構２７と、前記トラクタ１が方向転換するときロータリ作業機１２を自動的に上昇及び下降させる油圧昇降シリンダなどの昇降機構２８とを自律走行コントローラ１２に接続させると共に、トラクタ１の方位を検出する地磁気方位センサ２９と、トラクタ１の前後傾斜を検出するピッチングセンサ３０と、トラクタ１の左右傾斜を検出するローリングセンサ３１と、操向ハンドル５のハンドル軸の回転などより操舵角（ハンドル切れ角）を検出する操舵角センサ３２と、ミッションケース副変速出力軸の回転より前輪の回転を検出する車輪回転センサ３３と、前記作業機１２の上下高さ位置を検出する作業機昇降位置センサ２８ａとを自律走行コントローラ２２に接続させている。
【００１１】そして、前記ＧＰＳ受信機２０のアンテナ２０ａを前後方向の車体中心ライン上で左右後輪７・７間の鉛直線上に固定させるもので、車体の振動も比較的少なく車体各部位置の算出が容易な左右後輪７・７間で、エンジン２及びミッションケースなどの電波を乱す外乱の影響の最も少なく防振性も良好な運転キャビン１７の後部上面にアンテナ２０ａを受信精度良好に配置させるている。また、方位センサ２９やピッチングセンサ３０などをキャビン１７上部のキャビンルーフ３４内に配置させるもので、前輪中央位置をＧＰＳ受信機２０と方位センサ２９の出力を用いて内部演算するように構成している。なお自律走行用受信機２０ＡのアンテナもＧＰＳ受信機２０のアンテナ２０ａと略同一位置に設けるものである。
【００１２】図４に示す如く、前記モニタ１８にナビゲーションシステムの情報など画面表示させるもので、メインスイッチの操作でメニュー画面３５を表示させて、メニュー画面３５上の営農情報ボタン３６を操作するとき、図５（１）２の如く、表示圃場の所有者及び面積及び作物及び前年実績（収穫量及び農薬及び肥料）などを記録している圃場経営情報３７や特定の圃場内部の土壌分析データを記録した土壌地図３８などを、またインターネットボタン３９を操作するとき、図６（１）の如くホームページ及び天気情報及びＪＡ情報などインターネット情報４０を、またカーナビボタン４１を操作するとき、図６（２）の如く目的とする圃場の場所などを表示する地図情報４２を、また自律走行ボタン４３を操作するとき、図６（３）に示す如く自律走行を行う圃場の領域や経路など表示する自律走行情報４４を、またサービスコールボタン４５を操作するときトラクタ１及び作業機１２の取扱説明などサービス情報を画面表示するように構成している。
【００１３】そして図７に示す如く、このトラクタによる耕耘作業時にあっては、作業を行う圃場までカーナビ使用時にはカーナビによるモニタ１８画面の道路案内によって車体を走行させ、圃場到達時には前回の作業内容や走行軌跡など圃場情報をモニタ１８に画面表示させ、作業開始時には今回の作業内容や走行軌跡など作業情報をコントローラ２２に入力させ、自動或いは手動での耕耘作業を行うと共に、作業後は作業情報や耕耘経路を記録する。
【００１４】また、図８に示す如く、自動耕耘作業にあって初回時ＧＰＳ信号に基づいた圃場の領域や方位の設定を行う一方、２回以降のときには初回時に設定された圃場の領域や方位を呼び出し、目的とする圃場領域を決定し、この領域内を新たな耕耘経路で走行させるときには経路を自動計算し、過去の経路で走行するときには過去の経路を選択して認識し、耕耘条件の手動設定後に耕耘作業を開始するもので、作業開始後は計算された或いは過去の経路に沿って車体を自律走行させながら耕耘作業が行われるものである。
【００１５】図９に示す如く、自律走行制御にあってはＧＰＳ受信機２０のＧＰＳ信号及び無線受信機２１の操作スイッチ信号、モニタ１８のコマンド信号、各センサ２９〜３３の出力信号が一定時間ｓ毎にコントローラ２２に入力されることによって、一定時間ｓ毎のトラクタ１の現在位置が正確に認識され、経路に正確に沿わせたトラクタ１の自律走行処理や、トラクタ１を走行移動させての圃場領域設定及び経路生成処理などが行われるもので、この作業中作業状態に応じ作業機１２の昇降装置に昇降指令や、モニタ１８にトラクタ１の位置情報などの信号を出力させて各種の出力処理を行うものである。
【００１６】図１０、図１１に示す如く、前記トラクタ１を目的とする圃場まで移動させてモニタ１８をＸ−Ｙ座標で表示する圃場設定画面に切換え、オペレータ操作で車体が圃場端に到達する毎に圃場端に作業機１２を合わせて画面内のセットボタン４６を押すことによって、実際の圃場領域が認識領域Ａとして座標上に設定記憶されるもので、本実施例の場合例えば長方形の圃場領域にあって４つの角部に到達する毎に１〜４のセットボタン４６を押すことによって、４つの圃場端を４つの認識領域地点Ａ１・Ａ２・Ａ３・Ａ４として認識する圃場情報が記憶され、画面座標にはこれら各地点Ａ１・Ａ２・Ａ３・Ａ４を直線で結んだ長方形が近似の認識領域Ａとして自動計算されて表示されると共に、座標に表示される車体方位αの自動設定が行われる。（Ｘ軸方向の方位センサ２９の出力をαａ、方位αのときの出力αｂとするとα＝αｂ−αａ）
【００１７】そしてこの圃場領域Ａ設定後にあっては、図１２に示す如く耕耘経路を計算して、モニタ１８に生成経路Ｂとして画面表示させ、オペレータが適正と判断したときには、設定された圃場領域Ａ・方位α及び経路Ｂを記録（記憶）し、不適正と判断したときには修正を加える。
【００１８】また、経路Ｂに沿った自律走行を行うもので、自律走行時における直進制御は図１３、図１４に示す如く、直線目標経路Ｂ１に沿って車体の走行中、車体前側の前輪４・４中央位置である中心部４７及び車体後側のＧＰＳ受信機２０のアンテナ２０ａ設置位置であるＧＰＳ位置計測点４８と目標経路Ｂ１とが距離（位置偏差）Ｌ１・Ｌ２離れて、前輪４・４の任意操舵角θ１状態にあるときには、車体前側の中心部４７より一定距離Ｄ前方の目標経路Ｂ１上に目標点４９を設定して、中心部４７と目標点４９を結ぶ直線Ｃ１と前記中心部４７を通る経路Ｂ１と平行な直線Ｆ１との間の前目標方位α２（α２＝Ａｒｃｔａｎ（Ｌ１／Ｄ））を算出させ、経路Ｂ１に対する車体の方位α１と操舵角θ１と目標方位θ２とで目標操舵角θ（θ＝α１＋θ１＋α２）を算出させ、またＧＰＳ位置計測点４８より一定距離ＤＧ前方の目標経路Ｂ１上に後目標点５０を設定し、計測点４８と後目標点５０を結ぶ直線Ｃ２と前記計測点４８を通る経路Ｂ１と平行な直線Ｆ２との間の目標方位β（β＝Ａｒｃｔａｎ（Ｌ２／ＤＧ））を算出させ、前輪４の目標操舵角θに基づく操舵制御値と、計測点４８の目標方位βに基づくＰＩ制御の比例及び積分値でもって操向機構２６の油圧操向バルブ２６ａの指令値Ｔ（Ｔ＝Ｋｐ１θ＋Ｋｐ２β＋Ｋｉ∫β）（Ｋｐ１，Ｋｐ２，Ｋｉは比例定数）を算出させ、指令値Ｔに基づくバルブ２６ａの駆動制御によって経路Ｂ１に機体をスムーズに沿わせた直進の自律走行を行うように構成している。
【００１９】このように、図１４のブロック線図に示す如く、前記ＧＰＳ位置計測点４８と目標経路Ｂ１との間の誤差のＰＩ制御を行うことによって、計測点（ＧＰＳ出力位置）４８を方位センサの誤差なく直接的に計測して、経路追従性能を向上させると共に、積分Ｉ動作の効果で車輪スリップなどによる定常偏差も低減させて、経路Ｂ１に正確に追従させることができる。
【００２０】上記からも明らかなように、前輪中央位置を車体の目標経路Ｂ１に追従させる目標操舵角θに基づく自律走行手段５１と、ＧＰＳ受信装置２０の設置位置を目標経路Ｂ１に追従させるＰＩ制御に基づく自律走行補正手段５２とを設けることによって、方位センサ２９の出力に基づく直進制御にオフセット誤差が生じても、ＧＰＳ受信装置２０の出力に基づくＰＩ（比例・積分）制御でもって経路追従性能を向上させると共に、従来の方位センサ２９に基づく経路追従性能を確保して、ステアリング操作の安定性や操作性を向上させることができる。
【００２１】また図１５にも示す如く、前記目標点４９を車体前側の左右離間距離Ｌ１の大小変化によって切換えるもので、距離Ｌ１が一定値より大となる距離Ｌ３のとき、車体前側の中心部４７と目標点４９ａ間の直進距離Ｄ１を小、距離Ｌ１が一定値より小となる距離Ｌ４のとき、車体前側の中心部４７と目標点４９ｂ間の直進距離Ｄ２を大に切換えて、車体前側の距離Ｌ３・Ｌ４の大小変化に応じ目標操舵角θも大小に変更して速やかに収束させて直進制御の精度を向上させるように構成している。
【００２２】また図１６、図１７に示す如く、車体旋回時には円旋回目標経路Ｂ２に沿う自律旋回制御を行うもので、車体前側の前輪４・４中心部４７を制御基準位置に設け、目標経路Ｂ２の旋回中心５０と中心部４７とを結ぶ直線Ｅと、経路Ｂ２との交点ａを通る車体の接線ベクトルｂに対し、中心部４７の位置偏差ｄと方位偏差α３を算出して、これら偏差ｄ・α３に基づいて油圧操向バルブ２６ａの指令値ｔ（ｔ＝Ｋ３ｄ＋Ｋ４α３）（Ｋ３，Ｋ４は定数）を算出させ、指令値ｔに基づくバルブ２６ａの駆動制御によって、円旋回経路Ｂ２に機体をスムーズに沿わせた旋回制御を行うように構成している。
【００２３】また、図１２に示す如く耕耘作業にあっては、初回に走行する経路Ｂの１工程のエンジン回転数や走行速度を走行条件として記憶し、以後の作業はこの走行条件を自動的に保って耕耘作業を行うもので、前輪４・４の操舵角や農作業機１２の上昇するときには同期してエンジン回転数Ｎ１を作業時の回転数Ｎより低下（Ｎ１＜Ｎ）させ、作業途中の中断時或いは作業前にはアイドリング状態とさせるなどして回転数Ｎ２をさらに低下させて動力ロスのない効果的なエンジン２の駆動を可能とさせるように構成している。さらに耕耘作業中にあっては、前輪回転センサ３３の検出でもって前輪４の移動距離を算出させ、ＧＰＳデータに基づく実際の移動距離と回転センサ３３に基づく移動距離とでスリップ率を算出させるもので、スリップ率が一定以上に大のときには警報装置など作動させてオペレータに報知させるように構成している。
【００２４】なお前記方位センサ２９は前輪４・４中心部４７位置やキャビンルーフ３４内或いはキャビンルーフ３４上面の何れに設置しても良く、キャビンルーフ３４内に設けた場合車体駆動部などより遠隔させて、振動や塵埃より保護させることができると共に磁場（金属）より遠隔させることができる。
【００２５】図１９、図２０に示す如く、前記経路Ｂに追従させて行う自律耕耘作業にあっては、耕耘作業前にロータリ作業機１２の昇降動作を行って、作業機昇降センサ２８ａで作業機１２の上げ位置、下げ位置（耕深）、下げ時間を予めコントローラ２２に記憶して作業を開始し、作業中は回転センサ３３で前輪４の回転を検出して現在の車速を順次算出させ、下げ時間と車速とから現在作業の作業機１２の下げ動作距離Ｈ（Ｈ＝下げ時間×現在の車速）を算出させ、図２０（１）に示す如く隣接耕耘で旋回後の耕耘開始時には、耕耘開始位置Ｈ０より距離Ｈ手前で作業機１２の下げ動作を開始して、作業機１２の下げ動作の終了と耕耘開始位置を一致させる。
【００２６】また図２０（２）に示す如く、自動耕耘作業中も作業機１２の下げ動作距離Ｈを常に計測し、車輪のスリップなどの影響による誤差Ｈ１などで距離Ｈが変化するとき、変化後の下げ動作距離Ｈ２（Ｈ２＝Ｈ＋Ｈ１）に更新して、作業内容やオペレータ設定による諸条件が変化した場合でも作業機１２の下降終了と耕耘開始位置とを一致させて、残耕などの発生のない適正な耕耘作業を可能とさせている。
【００２７】また図２１、図２２に示す如く、前記耕耘開始位置Ｈ０において、作業機１２の下げ動作距離Ｈでは直進経路Ｂ上に一定距離Ｈ３分の残耕が発生する場合、図２３に示す如き作業機１２の下げ動作と時間の関係線図より下げ動作時間ｈ１の増加値ｈ２を推論し、下げ動作時間ｈ１＋ｈ２に基づく下げ動作距離Ｈ４を次回からの下げ動作距離として記憶更新し、作業機１２の下げ動作を中止させ車体の走行を停止させて、下げ動作距離Ｈ４だけ車体を後進させ、再び車体を前進させ耕耘開始位置Ｈ０まで走行させるときロータリ作業機１２も下げ終了位置とさせて、再耕耘を開始させ残耕の発生を解消させるものである。
【００２８】図２４乃至図２７に示すものは、隣接耕耘時の１工程終了後に空走を導入させる構成を示すもので、図２５に示す如く隣接耕耘の旋回作業にあって圃場が硬い場合で車輪のスリップにより車体の旋回半径が大きくなるような場合には、隣接の耕耘開始位置で車体が斜めに入り残耕Ｚが発生する。このため１工程終了の旋回開始位置Ｚ１のライン上に旋回後の次工程の耕耘開始位置Ｈ０を設け、該開始位置Ｈ０を残耕確認位置として用い、直進経路Ｂ１の耕耘巾Ｚ３より残耕確認位置Ｈ０で車体中央位置が耕耘ラップ巾以上離れた状態となるとき残耕Ｚ発生と判断し、作業機１２の下げ動作を中止し、隣接耕耘の耕耘巾Ｚ３内に車体が入るまで走行を継続して停止させ、残耕確認位置Ｈ０から走行が停止するまでの走行直進距離Ｚ４を次工程の空走距離Ｚ４としてコントローラ２２に記憶し、記憶後は図２７に示す如く車体を残耕確認位置Ｈ０まで後進させて作業機１２による再耕耘を開始させて残耕の発生を解消させるもので、空走距離Ｚ４は旋回時毎に更新させて圃場の変化状態に良好に対応させるものである。
【００２９】そして初回以降の旋回時にあっては、図２６（１）に示す如く初回に学習した空走距離Ｚ４を図２６（２）に示す如く１工程の直進経路Ｂ１の終了位置にこの空走距離Ｚ４導入させ、直進経路Ｂ１の終了位置より距離Ｚ４だけ延長した地点を旋回開始位置Ｚ１とさせて、車体旋回後の残耕確認位置Ｈ０では耕耘巾Ｚ３内に車体を入る状態とさせて残耕のない適正な耕耘を旋回終了と同時に行うものである。
【００３０】
【発明の効果】以上実施例から明らかなように本発明は、車体の方位を検出する方位センサ２９と、車体の走行位置を認識するＧＰＳ受信装置２０とを備え、これら方位センサ２９とＧＰＳ受信装置２０とに基づいて車体を自律走行させるようにした農業用作業車において、車体に装備させるロータリ作業機１２の下げ動作を記憶する作業機昇降位置センサ２８ａを設け、作業機１２の目標耕耘開始位置と下げ動作の終了位置を一致させるものであるから、ロータリ作業機１２の下げ時間と作業中の現在車速とで算出される作業機下げ動作距離Ｈだけ耕耘開始位置Ｈ０より手前でロータリ作業機１２の下降を開始させて、残耕のない良好な耕耘作業を開始させて、耕耘作業能率を向上させることができるものである。
【００３１】また、隣接耕耘作業の１工程終了後に車体を一定距離Ｚ４空走行させる空走手段を自律制御機構２２に設けたものであるから、例えば硬い圃場で車輪のスリップにより車体の旋回半径が大きくなる場合でも、１工程終了後に空走距離Ｚ４を導入させるだけの簡単な手段で車体の旋回終了位置Ｚ１と耕耘開始位置Ｈ０とを一致させ、残耕Ｚのない適正な耕耘作業を可能とさせることができるものである。
【００３２】さらに、耕耘開始時の残耕発生時に車体を後進させて耕耘開始位置Ｈ０より再耕耘する残耕防止手段を自律制御機構２２に設けたものであるから、自律耕耘作業中の車体旋回時に例え残耕が発生する場合でも確実に再度耕耘を行って、この耕耘作業の能率向上化を図ることができるものである。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６８５１
【氏名又は名称】ヤンマー農機株式会社
【識別番号】０００００６７８１
【氏名又は名称】ヤンマ−株式会社
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| 【出願日】 |
平成１３年５月３１日（２００１．５．３１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６２２７０
【弁理士】
【氏名又は名称】藤原 忠治
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| 【公開番号】 |
特開２００２−３５４９０５（Ｐ２００２−３５４９０５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年１２月１０日（２００２．１２．１０） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−１６３８８９（Ｐ２００１−１６３８８９） |
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