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【発明の名称】 農用作業車
【発明者】 【氏名】山口 雄司

【要約】 【課題】GPSにより車体位置を計測しつつ、自律的に直進走行する農用作業車において、次工程への遷移時に植付け開始位置の位置決めが容易にできる技術を提供する。

【解決手段】GPSユニット102と、処理部110を備え、GPSユニット102により計測される位置情報に基づいて、処理部110によりティーチング経路を生成し、さらに、処理部110により前記ティーチング経路に対して平行な目標経路を生成し、該目標経路上を自律的に走行する田植機1において、オペレータにより、自律運転SW48が操作されることにより、次の目標経路へ向けて自動的に旋回し、かつ、旋回動作の終了後に引き続き、前記次の目標経路上を自律的に走行するように構成する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
GPS装置と、
ティーチング経路生成手段を備え、
前記GPS装置により計測される位置情報に基づいて、
前記ティーチング経路生成手段によりティーチング経路を生成し、さらに、
前記ティーチング経路生成手段により前記ティーチング経路に対して平行な目標経路を生成し、
該目標経路上を自律的に走行する農用作業車において、
オペレータにより、
自動旋回操作具が操作されることにより、
次の目標経路へ向けて自動的に旋回し、かつ、
旋回動作の終了後に引き続き、
前記次の目標経路上を自律的に走行すること、
を特徴とする農用作業車。
【請求項2】
前記自動旋回操作具が、
操作方向に方向性を有し、
該自動旋回操作具を、
オペレータが所望する方向に対応する方向に操作することにより、
オペレータが所望する方向に自動的に旋回すること、
を特徴とする請求項1記載の農用作業車。
【請求項3】
前記農用作業車が、
農用処理物を圃場に対して処理していくものであって、
前記処理により減少する前記農用処理物の残量を検知し、
前記農用処理物の残量が、
予め設定した閾値よりも少ないことを検知した場合には、
前記自動旋回操作具の操作を無効とすること、
を特徴とする請求項1または請求項2記載の農用作業車。
【請求項4】
前記自動旋回操作具の操作が無効である状態において、
障害物検出手段により圃場端を検知し、
前記圃場端まで自動的に直進走行し、かつ、
前記圃場端で自動的に停止すること、
を特徴とする請求項3記載の農用作業車。
【請求項5】
前記次の目標経路上の作業開始位置または作業終了位置で、
自動的に停止すること、
を特徴とする請求項1記載の農用作業車。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、自律直進走行が可能である農用作業車の技術に関し、より詳しくは、GPS装置を用いた自律走行の制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、農用作業車において、地磁気方位センサを用いて、スタート時に車体の向きを所定の方位にセットした上でティーチング処理を行い、車体の向き(方位)を記憶することにより、以後は地磁気方位センサで検出した車体の向きをフィードバックしながら操舵機構を制御し、ティーチング時に記憶した所定の方位に直進走行することを可能とした技術が公知となっており、例えば、特許文献1にその技術が開示されている。
この技術を用いれば、例えば、作物を略直線状に揃えて植え付けることが容易に可能となり、オペレータの負担を軽減しつつ、作業性を向上させることができる。
しかしながら、従来技術においては、例えば、農用作業車を圃場端で折り返しさせた後に、折り返し前の走行経路と平行に自律直進走行することは容易となったが、折り返し時の旋回作業は、オペレータが手動操作で行うため、目視により次工程の植付け開始位置まで運転操作する必要があった。さらに、深水田植等の作業時には、植付けが終わった作物を目視により確認することが難しく、オペレータが次工程の植付け開始位置を目視により把握して、車体位置を調整することが困難であった。
つまり、従来技術においては、農用作業車を次工程の植付け開始位置に精度良く位置合わせをすることが困難な状況であった。
【0003】
さらに従来より、GPSやセンサ類を備え、GPSにより車体位置を計測しつつ、障害物センサや倣いセンサ等の各種センサからの情報に基づいて自律的に走行・作業を行う農用作業車も知られている。例えば、特許文献2にその技術が開示されている。
【特許文献1】特開平2−287708号公報
【特許文献2】特開2004−16160号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
そこで本発明では、このような現状を鑑み、GPSにより車体位置を計測しつつ、自律的に直進走行する農用作業車において、次工程への遷移時に植付け開始位置の位置決めが容易にできる技術を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【0006】
即ち、請求項1においては、GPS装置と、ティーチング経路生成手段を備え、前記GPS装置により計測される位置情報に基づいて、前記ティーチング経路生成手段によりティーチング経路を生成し、さらに、前記ティーチング経路生成手段により前記ティーチング経路に対して平行な目標経路を生成し、該目標経路上を自律的に走行する農用作業車において、オペレータにより、自動旋回操作具が操作されることにより、次の目標経路へ向けて自動的に旋回し、かつ、旋回動作の終了後に引き続き、前記次の目標経路上を自律的に走行すること、を特徴としたものである。
【0007】
請求項2においては、前記自動旋回操作具が、操作方向に方向性を有し、該自動旋回操作具を、オペレータが所望する方向に対応する方向に操作することにより、オペレータが所望する方向に自動的に旋回すること、を特徴としたものである。
【0008】
請求項3においては、前記農用作業車が、農用処理物を圃場に対して処理していくものであって、前記処理により減少する前記農用処理物の残量を検知し、前記農用処理物の残量が、予め設定した閾値よりも少ないことを検知した場合には、前記自動旋回操作具の操作を無効とすること、を特徴としたものである。
【0009】
請求項4においては、前記自動旋回操作具の操作が無効である状態において、障害物検出手段により圃場端を検知し、前記圃場端まで自動的に直進走行し、かつ、前記圃場端で自動的に停止すること、を特徴としたものである。
【0010】
請求項5においては、前記次の目標経路上の作業開始位置または作業終了位置で、自動的に停止すること、を特徴としたものである。
【発明の効果】
【0011】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【0012】
請求項1においては、オペレータの手動操作による位置合わせが不要となり、作業性を向上させることができる。
【0013】
請求項2においては、農用作業車を容易にオペレータが所望する方向に自動的に旋回させることができる。
【0014】
請求項3においては、農用作業車を自動的に旋回させないことにより、オペレータに苗や肥料や薬剤等の処理物の補充が必要であることを容易に知らせることができる。またこれにより、自動旋回後に圃場の中央付近で苗や肥料や薬剤等の処理物が無くなってしまい、補充のために後戻りする必要がなくなるため、作業性を向上させることができる。
【0015】
請求項4においては、苗や肥料の補充作業を、的確なタイミングで、かつ、容易に行うことができる。
【0016】
請求項5においては、作物の植付位置を精度良く揃えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0017】
次に、発明の実施の形態を説明する。
図1は本発明の一実施例に係る田植機の全体的な構成を示した側面図、図2は同じく田植機の全体的な構成を示した平面図、図3は同じく田植機のメーターパネル部の第一実施例の構成を示した斜視図、図4は同じく田植機のメーターパネル部の第二実施例の構成を示した斜視図、図5は同じく自律走行表示ランプ点灯時の流れを示すフロー図、図6は本発明の一実施例に係るGPS装置の全体的な構成を示した模式図、図7は本発明により生成する目標経路を示す模式図、図8は本発明の一実施例に係るティーチング作業の流れを示すフロー図、図9は本発明の一実施例に係る自律走行時における田植機の挙動を示す模式図、図10は同じく自動旋回時における田植機の挙動を示す模式図、図11は同じく自動旋回禁止時における田植機の挙動を示す模式図、図12は本発明の第一実施例に係る自動旋回走行時の流れを示すフロー図、図13は本発明の第二実施例に係る自動旋回走行時の流れを示すフロー図である。
尚、以下に示す本発明の実施例の説明においては、農用作業車の一例として、田植機を例にとって説明を行うが、本発明を適用する農用作業車を田植機に限定するものではなく、例えば、トラクタや散布作業機等であってもよく、圃場表面を走査しつつ、肥料・農薬・種・苗等の農用処理物を農作業において消費していく農用作業車に広く適用することが可能である。
【0018】
まず始めに、本発明を実施するための最良の形態に係る田植機の全体構成について、図1及び図2を用いて説明する。
ここで説明する田植機1は、例えば6条植えの乗用田植機とし、機体の後部に昇降リンク機構27を介して植付部4を装着している。
また、車体フレーム3の前部上方にエンジン2を搭載し、前下部にフロントアクスルケース6aを介して前輪6を支持するとともに、後部にリアアクスルケース8aを介して後輪8を支持している。
上記エンジン2はボンネット9に覆われ、該ボンネット9の上方には門型状の取付フレーム24を配設している。そして、前記取付フレーム24の左右両側に予備苗載台10・10を配設し、また上部中央に後述するGPSアンテナ101および操作筐体128を固設している。
また、ボンネット9後部のダッシュボード5上にメーターパネル7やハンドル14を配置しており、該ボンネット9の両側とその後部の車体フレーム3上は車体カバー12で覆われている。
ハンドル14の後方位置には座席13を配置し、ボンネット9の両側と座席13の前部、座席13の左右両側、及び座席13の後方をステップとしている。
【0019】
田植機1の後部に設けられる植付部4には、ここでは6条分の苗載台16が設けられ、植付爪支持部となる植付伝動ケースの後部に設けるロータリーケース22・22・・・や該ロータリーケース22に取り付けられる植付爪や、センターフロート34や、サイドフロート35等が設けられている。
前記苗載台16は前高後低に配設して、苗載台16の下部は下ガイドレール18、前面の上部は上ガイドレール19によって左右往復摺動自在に支持されている。
この下ガイドレール18及び上ガイドレール19は、植付センターケース20や植付フレーム23等を介して支持されている。
また、植付センターケース20より左右両側方へ連結パイプ(図示せず)を突設して、伝動ケース(図示せず)を固設し、該伝動ケースを平行に後方へ突出させて、該伝動ケースの後部両側に一方向に回転させるロータリーケース22・22・・・を配置し、該ロータリーケース22・22・・・に植付爪を設けている。
尚、ロータリーケース22・22・・・は、1条分の苗載台16に対して1組配設されるので、上記6条用の田植機の場合には6つ設けられている。
更に、前記植付センターケース20の前部にはローリング支点軸を介して前記昇降リンク機構27と連結され、該昇降リンク機構27はトップリンク25やロワーリンク26等より構成され、座席13下方に配置したアクチュエータと油圧シリンダとからなる昇降シリンダ(不図示)によって植付部4を昇降できるようにしている。
センターフロート34及びサイドフロート35は、上述した昇降リンク機構27の後部に連結される植付センターケース20や植付伝動ケースの下方にリンク機構を介して支持されている。
このセンターフロート34又はサイドフロート35には、角度センサが設けられ、後述する昇降用等のコントロールユニットに接続されている。
これにより、該コントロールユニットは、該角度センサより得られるフロートの角度に応じて、昇降シリンダを作動させて昇降リンク機構27を上下動させることによって、植付部4の昇降制御を行って適切に植付作業を行えるようにしている。
左右両側方の苗載台16の下方に設けられるパイプにはマーカ36・36設けられており、該パイプを回動させることでマーカ36・36を左右両側へ突出させることが可能となり圃場にマーキングが可能となる。
以上が、本発明を実施するための最良の形態に係る田植機の全体構成についての説明である。
【0020】
次に、本発明の一実施例に係る農用作業車のメーターパネルについて、図1乃至図4を用いて説明をする。
図1または図2に示す如く、田植機1のメーターパネル7は、座席13に着座したオペレータ前方のダッシュボード5上に、オペレータから容易に視認できる車体中央付近の位置に配設されている。
【0021】
図3または図4に示す如く、メーターパネル7上には、自動運転表示ランプ41、ティーチング表示ランプ42、GPS通信表示ランプ43、異常表示ランプ44、自律走行位置表示ランプ45、自動運転切替SW46、ティーチングSW47および自律運転SW48等を設けている。また、植付作業で消費される苗や肥料の残量が少なくなったことをオペレータに知らせるために、苗つぎ警告ランプ49、肥料補給警告ランプ50等が設けられている。但し、これらのスイッチやランプ等の配置位置は、図3に示す配置位置に限定されるものではなく、オペレータの操作性を考慮した位置に適宜配置することができる。
【0022】
自動運転表示ランプ41は、自動運転中に点灯するように構成しており、オペレータが自動運転表示ランプ41の点灯状態を確認することにより、現在自動運転中であるか否かを一目見て把握できる構成としている。
ティーチング表示ランプ42は、ティーチングが実行されていない時には消灯しており、また、ティーチングSW47を一度押下してティーチング中である時には、ランプを点滅するようにし、さらに、ティーチングSW47をもう一度押下してティーチングが完了した時には、ランプが点灯するように構成している。このように、オペレータがティーチング表示ランプ42の点灯状態を確認することにより、ティーチング状態を一目見て把握できる構成としている。
GPS表示ランプ43は、GPSユニット102がGPS衛星と通信可能な状態であるときには点灯するように構成しており、オペレータがGPS表示ランプ43の点灯状態を確認することにより、GPSユニット102による測位が使用可能か否かが一目見て把握できる構成としている。
異常表示ランプ44は、田植機1の本体各部やシステムに異常が発生した場合に点灯するようにしており、オペレータが異常表示ランプ44の点灯状態を確認することにより、田植機1各部が正常に作動しているか否かについて、田植機1の運転状態を一目見て把握できる構成としている。
【0023】
自律走行位置表示ランプ45は、左方ズレ表示ランプ45aと、正常走行表示ランプ45bと、右方ズレ表示ランプ45cにより構成している。
図5に示す如く、本発明において、自律運転SW48が「入」の状態であり、田植機1が自律走行する時(S01)には、田植機1は処理部110により生成した目標経路に沿って自律的に走行するようにしている。このとき、自律走行中の実際の走行経路をGPSユニット102により測定し(S02)、目標経路と実際の走行経路の差異(ズレ量)を処理部110で演算し(S03)、予め設定した閾値と比較して判定をするようにしている(S04)。
【0024】
前記ズレ量が閾値を越えない範囲である場合には、前記正常走行表示ランプ45bを点灯するようにしており(S04)、オペレータは田植機1が目標経路に沿って正常に自律走行していることを一目見て確認することができるように構成している。
また、前記ズレ量が閾値を越えている場合には、基準線に対するズレの方向を検知して判定を行い(S06)、左方にズレが生じている場合には前記左方ズレ表示ランプ45aを点灯し(S07)、そのズレ量に応じてステアリング装置を右方向に補正する(S08)。または、右方にズレが生じている場合には前記右方ズレ表示ランプ45cを点灯し(S09)、そのズレ量に応じてステアリング装置を左方向に補正するようにしている(S10)。
このように、オペレータは田植機1が目標経路から外れて自律走行していることを一目見て確認することができるように構成しており、自律運転SW48の「入」状態が継続している(S01)間は、前記のステップを繰り返し、現在位置と目標経路との差異を確認する手順を繰り返しながら目標経路に沿って自律走行するようにしている(S05)。
【0025】
自動運転切替SW46は、自律運転を行うか否かを切替えるためのスイッチであり、スイッチの回動位置によって、自動走行モードか手動走行モードを選択できるようにしている。そして、自動運転モードに切替えている状態であれば、後述する自律運転SW48を「入」とすることにより自律運転をすることができ、手動運転モードに切替えている状態においては、自律運転SW48を「切」とするようにしている。
尚、本実施例においては、図3または図4に示す如く、自動運転切替SW46として回転式のスイッチを採用した例を示しているが、自動運転切替SW46のスイッチの種類を限定するものではない。
【0026】
ティーチングSW47は、ティーチング作業を行うためのスイッチであり、本実施例においては、図3に示す如く、押し込み式のボタン型スイッチにより構成している。
そして、オペレータがティーチングを開始したいときにティーチングSW47を一度押下することによりティーチングが開始され、ティーチングを終了したいときにティーチングSW47をもう一度押下することによりティーチング作業が終了するように構成している。
尚、本実施例ではティーチングSW47をボタン型の押し込み式スイッチで構成した例を示しているが、本発明に適用するスイッチの種類をこれに限定するものではない。
【0027】
自律運転SW48は、自律走行の入切を切替えるためのスイッチである。
図3に示す如く、本発明の第一実施例では、自律運転SW48を、自律運転(直進)SW48a(押し込み式スイッチ)と旋回SW48b(回動可能なダイヤル部を有する押しボタンスイッチ)という二つのスイッチにより構成している。
そして、自律運転(直進)SW48aを押下して「入」とするときに自律走行を開始し、また、自律運転(直進)SW48aをもう一度押下して「切」とするときに自律走行を終了するように構成している。
また、自律的に旋回走行するためには、自律走行開始後の最初の旋回には旋回方向を指示するために、オペレータが所望する旋回方向に旋回SW48bを回動操作する必要がある。回動操作を行うと、メーターパネル7上の左右ズレ表示ランプ45a・45cの左右いずれか一方が点滅し、設定された旋回方向をオペレータに示す。オペレータが所望する方向であることを確認した後に旋回SW48bを押下すると、所望する方向に自動的に旋回走行し、その後、次の目標経路を自律的に走行する。尚、次経路走行中には、左右ズレ表示ランプ45a・45cが前述したルールに則って点灯する。それ以降は枕地に到達する度に、左右交互に左右ズレ表示ランプ45a・45cが点滅し、オペレータが旋回SW48bを押下することで、該当方向に自動的に旋回走行し、旋回終了後、引き続き次経路を自律走行するようにしている。また、次経路走行開始後、植付開始位置で自動的に停止する機能も有している。
このように自律運転SW48を操作することにより、田植機1は直線植付部を自律的に走行したり、また、枕地においては、次の植付開始位置に向かって自動的に旋回走行したり、引き続き次の経路を自律的に走行することができる。
【0028】
つまり、GPSユニット102と、処理部110を備え、GPSユニット102により計測される位置情報に基づいて、処理部110によりティーチング経路を生成し、さらに、処理部110により前記ティーチング経路に対して平行な目標経路を生成し、該目標経路上を自律的に走行する田植機1において、オペレータにより、自律運転SW48が操作されることにより、次の目標経路へ向けて自動的に旋回し、かつ、前記次の目標経路上を自律的に走行するようにしている。また、作業開始および終了位置で、機体を自動停止することも可能である。
これにより、オペレータの手動操作による位置合わせが不要となり、作業性を向上させることができるのである。
【0029】
また、図4に示す如く、本発明の第二実施例では、自律運転SW48を自動車の方向指示器の如くレバー式のスイッチで構成するようにしている。そして、自律運転SW48を下側の「入」状態と、上側の「切」状態を取り得るように構成して、また、左右に対応する略前後の回動操作で旋回方向(左右)を指示することができるようにしている。尚、この場合には、旋回方向指示と同時に旋回走行を開始するようにしている。
【0030】
つまり、自律運転SW48が、操作方向に方向性を有し、自律運転SW48を、オペレータが所望する方向に対応する方向に操作することにより、オペレータが所望する方向に自動的に旋回するようにしている。
これにより、自律運転SW48を前後に操作するだけで、オペレータが旋回方向を指示することができるため、農用作業車を容易にオペレータが所望する方向に自動的に旋回させることができるのである。
尚、本実施例では自律運転SW48をボタン型の押し込み式スイッチやダイヤル型の回転式スイッチおよびレバー型スイッチ等で構成した例を示しているが、本発明に適用する自律運転SW48のスイッチの種類をこれらに限定するものではない。
【0031】
苗つぎ警告ランプ49は、植付部4の各条に配設された苗つぎ警告SW(図示せず)の入切に応じて点灯および消灯するように構成されている。苗つぎ警告SWは、例えば、機械式のリミットスイッチ等により構成し、苗つぎ警告SWが苗または苗マットにより押圧されている場合にはスイッチが「切」となり、この場合には苗つぎ警告ランプ49を消灯するようにし、また、苗が植え付けられて苗または苗マットが苗つぎ警告SWを押圧しなくなった場合にはスイッチが「入」となり、この場合には苗つぎ警告ランプ49を点灯するように構成している。
尚、苗つぎ警告SWは、例えば光学式等の非接触型センサを採用して、苗または苗マットの有無を検知する構成としてもよく、本発明に適用する苗つぎ警告SWの種類を限定するものではない。
【0032】
そして、この苗つぎ警告SWは、前記自律運転SW48をインターロックするように構成しており、つまり、苗つぎ警告SWが「切」の場合のみ、自律運転SW48が有効となるようにしている。
【0033】
肥料補給警告ランプ50は、植付部4の各条に配設された施肥機(図示せず)に設けられた肥料補給警告SW(図示せず)の入切に応じて点灯および消灯するように構成されている。肥料補給警告SWは、例えば、機械式のリミットスイッチ等により構成し、肥料補給警告SWが肥料により押圧されている場合にはスイッチが「切」となり、この場合には肥料補給警告ランプ50を消灯するようにし、また、肥料が消費されて肥料が肥料補給警告SWを押圧しなくなった場合にはスイッチが「入」となり、この場合には肥料補給警告ランプ50を点灯するように構成している。
尚、肥料補給警告SWは、例えば光学式の非接触型センサを採用して、肥料の有無を検知する構成としてもよく、本発明に適用する肥料補給警告SWの種類を限定するものではない。
【0034】
そして、この肥料補給警告SWは、前記自律運転SW48をインターロックするように構成しており、つまり、肥料補給警告SWが「切」の場合のみ、自律運転SW48が有効となるようにしている。
【0035】
つまり、農用作業車が、田植機1であって、植付け作業により植え付けられる苗と施肥される肥料の残量を検知し、前記苗の残量か、または、前記肥料の残量が、予め設定した閾値よりも少ないことを検知した場合には、自律運転SW48の操作を無効とするようにしている。
このように、苗つぎや肥料の補給が必要な状況においては、田植機1を自動的に旋回させないことにより、オペレータに苗や肥料の補充が必要であることを容易に知らせることができるとともに、植付け作業の最中に苗つぎや肥料の補給が必要となり、苗や肥料の補給のために圃場端まで走行することがなくなり、作業性を向上することができるのである。
以上が、本発明の一実施例に係る農用作業車のメーターパネルについての説明である。
【0036】
次に、本発明に適用する一実施例に係るGPSについて、図6を用いて説明をする。
GPS(グローバル・ポジショニング・システム)とは、元来航空機・船舶等の航法支援用として開発されたシステムであって、上空約二万キロメートルを周回する二十四個のGPS衛星(六軌道面に四個ずつ配置)、GPS衛星の追跡と管制を行う管制局、測位を行うための利用者の受信機で構成される。
GPSを用いた測量方法としては、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るが、本実施例では測定精度の高いRTK−GPS測位方式を採用している。
【0037】
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(基準局ユニット104)と、位置を求めようとする観測点(移動局ユニット103)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観測点にリアルタイムで送信し、基準局の位置成果に基づいて観測点の位置をリアルタイムに求める方法である。
詳しくは、基準局と観測点の両点で位相の測定(相対測位)を行い、基準局で観測した位相データを観測点に送信する。観測点のGPS受信機では、受信データと基準局から送信されたデータとをリアルタイムで解析することにより、観測点の位置を決定する。
なお、本発明に適用するGPSを用いた測量方法は前記の他の方法であってもよく、限定されるものではない。
【0038】
図6に示す如く、本発明のGPSの実施の一形態であるGPSユニット102は、主に、田植機1本体に搭載される移動局ユニット103と、圃場(本実施例では水田等)の近くに設置される基準局ユニット104からなる。該基準局ユニット104は地面に固定された基準局の役割を果たし、移動局ユニット103は位置を求めようとする移動局(観測点)として機能する。
【0039】
移動局ユニット103は、アンテナ108を具備したGPSアンテナ101の他、信号処理部109や、信号記憶部106や、該信号処理部109及び該信号記憶部106を収納する操作筐体128等から構成される。
本実施例では、操作筐体128上の図示しないボタン等を操作することより、GPSアンテナ101のアンテナ108で受信されたGPS衛星125・125・・・からの電波信号が、有線若しくは無線によって信号処理部109(本実施例では操作筐体128に収納されている。)を経て、信号記憶部106(本実施例では操作筐体128に収納されている。)に記憶される。
また、本実施例においては、GPSアンテナ101は、棒状の取り付けポール120の上端部に取り付けられ、該GPSアンテナ101の下方に操作筐体128を配設するようにしている。これにより、オペレータが操作筐体128を操作する際に、オペレータにより電波信号が遮られて通信が途絶えることがないような構成としている。
また、圃場計測時など、GPSアンテナ101を持って移動しながら計測を行う場合に、取り付けポール120を持つことにより、GPSアンテナ101が常に頭上に位置するような構成としている。
そして、GPSアンテナ101と取り付けポール120を田植機1に取り付けた状態で、該信号記憶部106に記憶された情報をRTK演算部に送信する。RTK演算部では、後述する基準局ユニット104から送信されてくる情報を記憶している記憶部105の情報と、信号記憶部106から送信されてくる情報とを演算し、車体位置を認識する。
【0040】
一方、図6に示す如く、基準局ユニット104は、GPSアンテナ114、信号処理部115、処理部116、操作部117、表示部118、無線部119などで構成されている。
そして、GPSアンテナ114で受信されたGPS衛星125・125・・・からの電波信号を、信号処理部115にて解析し、処理部116を介して無線データに変換する等して、無線部119から田植機1側の無線部113に該無線データを送信する。
このようにして、田植機1側の無線部113に送られてきた情報は、前述のように記憶部105に記憶され、RTK演算部が、前記信号記憶部106から送信されてくる情報と、記憶部105に記憶されている情報とをもとに車体位置を演算する。
【0041】
そして、田植機1が移動を始めたときは、田植機1側部に配設されたアンテナ108で受信されたGPS衛星125・125・・・からの電波信号が、有線若しくは無線によって信号処理部109等を経て、RTK演算部に送信され、RTK演算部では、基準局ユニット104から送信されてくる情報を記憶している記憶部105の情報と、該信号処理部109から随時送信されてくる情報とを演算し、田植機1および植付部4の現在位置を認識するのである。
【0042】
操作部111は後述する自律走行の設定などを行うためのインターフェースであり、処理部110にケーブル接続されている。表示部112は処理部110にケーブル接続されており、処理部110におけるデータ処理の状況や、操作部111により入力された各種設定を表示する。
【0043】
処理部110はCPUやRAMやROM等を備える制御手段であり、その内部に自律走行プログラム121を格納し、GPSユニット102により得られた位置情報や、処理部110に接続される内界センサ122や傾斜センサ123等の各種センサからの信号に基づいて、当該圃場における自律走行経路を生成するとともに自律走行手段124に指令を出して田植機1に自律走行をさせたり、自律走行の目標経路を生成するものである。
自律走行プログラム121は、田植機1に自律走行による田植作業を行わせるためのプログラムである。自律走行プログラム121に基づく自律走行の詳細については後述する。
【0044】
また、自律走行手段124としては、例えば油圧アクチュエータを用いることができ、該油圧アクチュエータと前記ハンドル14をリンク機構等により連結する構成とし、処理部110からの信号に応じて油圧アクチュエータを伸縮させるようにして、油圧アクチュエータの伸縮に応じてハンドル14を左右に回動させて自動的に操舵するように構成することができる。これにより、目標経路と実際の走行経路の差異を処理部110にフィードバックすることにより、目標経路と実際の走行経路にズレが生じている場合であっても、ハンドル14を自動的に回動させて走行経路を補正して、田植機1を正確に目標経路に沿って自律走行させることができる。また、自律走行中に機体を停止および発進させる構成については、処理部110からの信号に応じてクラッチ部およびブレーキ部を、例えば油圧アクチュエータ等で作動制御する構成とすることができる。
以上が、本発明に適用する一実施例に係るGPSについての説明である。
【0045】
次に、本発明の一実施例に係る目標経路の生成方法について、図7または図8を用いて説明をする。
図7または図8に示す如く、目標経路を生成するためには、まずティーチング作業を実行して基準線を設定するようにしている。
田植機1に設けられたGPSアンテナ101の位置を基準として田植機1の車体位置を計測するようにしており、ティーチング開始時にティーチングSW47を押下するようにし、その押下した時のGPSアンテナ101の位置を開始点(点A)として記憶部105に記憶し(S11)、またティーチング終了時にティーチングSW47を押下するようにし、その押下した時のGPSアンテナ101の位置を終了点(点B)として記憶部105に記憶するようにしている(S12)。このとき、前記開始点(点A)および終了点(点B)と機体寸法(即ち、植付部4の取付位置)の情報に基づき、実際の植付開始位置となる植付開始点(点C)と実際の植付終了位置となる植付終了点(点D)を算出し、そして、記憶部105に記憶した前記植付開始点(点C)と前記植付終了点(点D)の情報に基づいて、RTK演算部および処理部110により点Cと点Dを結ぶ基準線(線分CD)を生成して記憶部105に記憶し、その後該基準線(線分CD)に基づいて処理部110により目標経路を生成する構成としている。
また、開始点および終了点を植付開始位置(または植付終了位置)として対応付けるようにしており、線分CDに直交し、かつ、点Cまたは点Dを通過する植付基準線を生成し、さらに該植付基準線と目標経路との交点を生成し、該交点を植付開始位置(または植付終了位置)として記憶部105に記憶するようにしている。
そして、前記植付基準線よりも圃場の外側においては、田植機1を自律的に旋回走行するようにし、圃場の内側においては、田植機1を自律的に直進走行するようにして植付作業を行うようにしている。
【0046】
目標経路の生成は、基準線(線分CD)の情報と、田植機1の植付部4において設定されている植付幅aと植付条数bの情報に基づいて、処理部110にて生成するようにしている(S13)。
つまり、目標経路の間隔Wを、次式により求めるようにしている。
W=a*b
【0047】
尚、本実施例では、6条植えの乗用田植機を例にとって説明をしているため、6条分全ての植付爪を使用する場合には、植付条数b=6であるため、目標経路の間隔W=6aとなる。
そして、基準線(線分CD)に平行で、かつ、線間距離(線の間隔)を6aとした直線状の目標経路をN列生成するようにしている。
尚、本実施例においては、図6に示す如く、圃場の左手前から植付作業を開始して、線分CDを決定し、図上右側にN列の目標経路を生成した例を示しているが、線分CDの左側にN列の目標経路を生成することもでき、基準線から左右いずれの方向に対しても目標経路を生成することができるようにしている。また、作業開始位置は4隅のいずれからでも開始することは可能である。
【0048】
また、直線状の目標経路は、各々の直線が端部を有しない無限直線として生成されるため、線分CDを包含する圃場よりも外側(すなわち、図6中の範囲Xおよび範囲Y、枕地)においても目標経路が存在しており、圃場端部で田植機1を旋回させる時等に目標経路を見失うことがないようにしている。
以上が、本発明の一実施例に係る目標経路の生成方法についての説明である。
【0049】
次に、本発明の一実施例に係る障害物検出手段について、図1、図2または図11を用いて説明をする。
図1または図2に示す如く、障害物検出手段60を田植機1の機体前部に設けることにより、障害物または田植機1自身の破損を防止するとともに、畦等から圃場端を検知して、圃場端で田植機1を自動的に停止可能な構成としている。
障害物検出手段60は、距離センサ61で構成され、単独あるいは幾つかの距離センサ61を組み合わせて配置して制御するようにしている。
距離センサ61は、距離センサ61と障害物との距離を検出するものであり、具体例としては、赤外光または可視光を用いた光式の距離センサ、超音波式の距離センサ、等が挙げられる。
【0050】
距離センサ61は田植機1の機体前方における障害物の有無、および障害物がある場合にはその距離に関する情報(信号)を検出し、処理部110に送信する。
処理部110は、距離センサ61から取得した情報(信号)に基づき、障害物と田植機1の機体との距離が所定の設定距離よりも小さくなると自律走行手段124に指令信号を送信して田植機1の自律走行を停止し、田植機1をその場所で停車させる。
【0051】
このように構成することにより、田植機1と当該障害物との干渉(接触)を防止し、障害物または田植機1自身の破損を防止するとともに、圃場端まで田植機1を自律走行したあとで自動的に停止するようにすることが可能である。
【0052】
また、図11に示す如く、本実施例においては、田植機1が自律的に直線植付走行をし、植付終了位置に到達した時点で、前記苗つぎ警告SWおよび肥料補給警告SWが「入」である場合には、自動的に旋回走行しないようにしており、その代わりに圃場端に向かって自律的に直進走行するようにしている。
このとき、障害物検出手段60により圃場端を検出して、田植機1を圃場端から予め設定した距離xだけ離れた位置まで自律走行させて自動的に停止するようにしている。
【0053】
つまり、自律運転SW48の操作が無効である状態において、障害物検出手段60により圃場端を検知し、前記圃場端まで自動的に直進走行し、かつ、前記圃場端で自動的に停止するようにしている。
これにより、苗や肥料の補充作業を、的確なタイミングで、かつ、容易に行うことができるのである。
【0054】
また、本実施例においては、距離センサ61は、例えば圃場の状態(深さ)によって障害物の検出高さが異なるので、高さ調節可能、または角度調節可能に取り付けられるように構成している。
【0055】
尚、障害物検出手段60として、距離センサ61のほかに、サーモセンサ、音声センサ、荷重センサ等を組み合わせて構成することもできる。
サーモセンサは、非接触で物体の表面温度を測定可能なセンサを指し、具体例としては放射温度計等が挙げられる。
そして、サーモセンサを採用した場合には、特に、人と田植機1との接触事故を未然に防止できる。
音声センサは、障害物が発する音声を検出するものであり、具体例としては、動電型マイクロホン、コンデンサ型マイクロホン、圧電型マイクロホン等の音響センサや、超音波センサ等が挙げられる。
音声センサを採用することにより、他の作業者が発する声や作業音を検知することができるため、特に、人との接触事故を未然に防止できる。また、障害物との当接音や衝撃音や振動を検知し、破損が増大すること防止することもできる。
【0056】
荷重センサは、障害物との接触を検出するものであり、具体例としては、リミットスイッチやストレインゲージ、圧電素子等が挙げられる。
荷重センサを採用することにより、田植機1は当該障害物と接触すると直ちに停車するので、接触後も走行し続けて、障害物または田植機1自身の破損が拡大することが防止できる。
以上が、本発明の一実施例に係る障害物検出手段についての説明である。
【0057】
次に、本発明の一実施例に係る自律走行プログラムによる自律走行時の動作について、図9乃至図13を用いて説明をする。
以下の説明では、田植機1が、ティーチング後にある一つの目標経路(縦方向の植付作業基準線)上を自律走行しながら植付作業を完了し植付終了位置まで到達した後に、自動的に旋回走行し、旋回後次の目標経路上を自律的に走行する場合の動作について説明をする。
【0058】
図9または図12に示す如く、本発明の第一実施例では、田植機1が枕地に到達すると、機体の走行が自動的にあるいはオペレータの操作により停止される。そして、オペレータが植付部4を上昇させて、自律走行SW48を操作するとき、自律運転SW48が「入」であって(S21)、かつ、苗つぎ警告SWおよび肥料補給警告SWが「切」であれば(S22)、田植機1を所望する方向に自動的に旋回し(S23)、かつ、自動旋回を完了した後(S24)には、次の目標経路上を自律的に走行するようにしている。そして、植付開始位置に到達すると、機体の走行が自動的にあるいはオペレータ操作により停止される。その後、オペレータ操作により、植付部4を下降させることにより、引き続き目標経路上を自律的に走行するようにしている。
【0059】
具体的に言えば、図10に示す如く、田植機1の植付部4が枕地(点Cまたは点Dを通る横方向の植付始端または植付終端の基準線)に到達したときに、自律運転SW48を例えば右方と対応する方向に操作すると、田植機1は右方に機体を約180度回転するように自動的に旋回走行して、進行方向を反転するようにしている。このとき、機体の旋回直径が、前記数式により求められる目標経路の間隔Wと一致するように自動操舵するようにしており、旋回走行が完了したときには、田植機1がおおよそ目標経路上に位置するようにしている。
【0060】
そして、旋回走行が完了した後に、引き続き、次の目標経路上を自律的に走行する。植付開始位置に到達すると、機体の走行が自動的にあるいはオペレータ操作により停止される。その後、オペレータ操作により植付部4を下降させ植付クラッチを「入」として、引き続き目標経路上を自律的に走行する。
また、図13に示す如く、第二実施例としては、旋回方向の指示は、最初の折り返し時に一度実施すれば、その後は旋回方向を左右交互に変更しながら、旋回SW48bを押下することにより自動的に旋回走行することができる。また、植付部4が上昇する信号と旋回SW48bを連動させることにより、旋回SW48bのSW操作無しで自動旋回する構成とすることも可能である。
【0061】
但し、図12または図13に示す如く、苗つぎ警告SWまたは肥料補給警告SWのどちらか一方が「入」である場合には(S22)旋回走行は行わず、圃場端に向かって自律的に直進走行をし(S25)、圃場端を検知した時点で(S26)、自律走行を止めて停止するようにしている(S27)。
具体的に言えば、図11に示す如く、田植機1の植付部4が枕地に位置しているときに、植付部4を上昇操作すると、苗つぎ警告SWまたは肥料補給警告SWのどちらか一方が「入」である場合には、田植機1は旋回走行せずに、圃場端に向かって自律的に直進走行するようにしている。そして、障害物検出手段60(すなわち、距離センサ61)により圃場端(本実施例では畦)との距離を検知し、該距離が予め設定した距離xとなった時点で自律走行を止めて停止するようにしている。
以上が、本発明の一実施例に係る自律走行プログラムによる自律走行時の動作についての説明である。
【図面の簡単な説明】
【0062】
【図1】本発明の一実施例に係る田植機の全体的な構成を示した側面図。
【図2】同じく田植機の全体的な構成を示した平面図。
【図3】同じく田植機のメーターパネル部の第一実施例の構成を示した斜視図。
【図4】同じく田植機のメーターパネル部の第二実施例の構成を示した斜視図。
【図5】同じく自律走行表示ランプ点灯時の流れを示すフロー図。
【図6】本発明の一実施例に係るGPS装置の全体的な構成を示した模式図。
【図7】本発明により生成する目標経路を示す模式図。
【図8】本発明の一実施例に係るティーチング作業の流れを示すフロー図。
【図9】本発明の一実施例に係る自律走行時における田植機の挙動を示す模式図。
【図10】同じく自動旋回時における田植機の挙動を示す模式図。
【図11】同じく自動旋回禁止時における田植機の挙動を示す模式図。
【図12】本発明の第一実施例に係る自動旋回走行時の流れを示すフロー図。
【図13】本発明の第二実施例に係る自動旋回走行時の流れを示すフロー図。
【符号の説明】
【0063】
1 田植機
4 植付部
48 自律運転SW
102 GPSユニット
110 処理部
【出願人】 【識別番号】000006781
【氏名又は名称】ヤンマー株式会社
【出願日】 平成18年10月6日(2006.10.6)
【代理人】 【識別番号】100080621
【弁理士】
【氏名又は名称】矢野 寿一郎


【公開番号】 特開2008−92818(P2008−92818A)
【公開日】 平成20年4月24日(2008.4.24)
【出願番号】 特願2006−275706(P2006−275706)