測位検出装置及び測位検出装置を備えた作業機

本発明は、測位検出装置及び測位検出装置を備えた作業機に関する。

従来より、トラクタ、コンバイン、田植機等の作業機の位置等に関する測位を、衛星航法及び慣性航法を用いて行う技術として特許文献1に開示されているものが知られている。 また、GPS衛星から送信される電波及びジャイロ装置を用いて作業機の測位を行う技術として特許文献2に開示されているものが知られている。 特許文献1の作業機は、衛星航法用モジュールを用いた測位データと目標走行経路とを用いて走行機体が目標走行経路に沿って走行するための第1の自動操舵データを出力する衛星航法モードと、慣性航法用モジュールを用いた測位データと目標走行経路とを用いて走行機体が目標走行経路に沿って走行するための第2の自動操舵データを出力する慣性航法モードとを備えている。

また、特許文献2の作業機は、GPS衛星から送信される電波を受信して設定時間間隔で車体の位置情報を求めるGPS位置情報算出手段と、車体の方位変位情報を検出するジャイロ装置とを備えている。

特開2016−049872号公報

特開2009−245001号公報

特許文献1の作業機では、作業機が通常の走行から低速状態に移行する場合には、衛星航法による自動操舵の走行の精度が低下することから、低速状態である場合には慣性航法を用いて測位を行っている。また、特許文献2では、GPS衛星による位置の検出、或いは、ジャイロ装置による方位の検出が適正に行われていない場合には、適正に行われていないことを表示装置に表示している。特許文献1及び2に示すように、作業機が低速状態である場合には慣性航法を適用したり、測位自体が適正に行われない場合には適正に行われていないことを表示することが行われている。しかしながら、これらの技術を用いても、作業機において、直進時及び旋回時など、走行状態に応じて適正に作業機の測位を行ったり、測位の結果を適正に出力することができないのが実情である。特に、衛星航法、慣性航法及びカルマンフィルタを用いた場合において、適正に作業機の測位を行うことが困難であった。

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、衛星航法、慣性航法及びカルマンフィルタを用いた場合において、車体の走行に応じて、適正に作業機の測位を行うことができ、また、測位の出力を行うことができる測位検出装置及び測位検出装置を備えた作業機を提供することを目的とする。

この技術的課題を解決するための本発明の技術的手段は、以下に示す点を特徴とする。 測位検出装置は、作業装置を備えた車体又は前記作業装置に設けられ、且つ測位衛星からの衛星信号を取得する第1取得部と、慣性装置の検出信号を取得する第2取得部と、前記車体の直進及び前記車体の旋回を取得する第3取得部と、前記第1取得部が取得した衛星信号を衛星航法に適用して測位の情報である第1測位情報を演算する第1演算部と、前記第2取得部が取得した検出信号を慣性航法に適用して測位の情報である第2測位情報を演算する第2演算部と、前記第1測位情報及び第2測位情報をカルマンフィルタに適用して測位の情報である第3測位情報を演算する第3演算部と、前記第3取得部が車体の直進を取得した場合は、前記第3演算部で演算した第3測位情報を出力し且つ前記第3取得部が車体の旋回を取得した場合は、前記第1演算部で演算した前記第1測位情報及び/又は第2演算部で演算した第2測位情報を出力する出力部と、を備えている。

前記出力部は、前記第3取得部が車体の直進を取得した場合は、前記第3演算部が前記第3測位情報として演算した位置及び方位を出力し且つ前記第3取得部が車体の旋回を取得した場合は、第2演算部が前記第2測位情報として演算した方位を出力する。 前記出力部は、前記第3取得部が車体の旋回を取得した場合は、前記第1演算部が前記第1測位情報として演算した位置を出力する。

前記第3取得部は、前記車体の停止を取得可能であり、前記出力部は、前記第3取得部が車体の旋回以外の状態から停止を取得した場合は、前記第3演算部が前記第3測位情報として演算した方位のうち、前記停止直前の方位を出力する。 前記第3取得部は、前記車体の停止を取得可能であり、前記出力部は、前記第3取得部が車体の旋回状態から停止を取得した場合は、前記第2演算部が前記第2測位情報として演算した方位のうち、前記停止直前の方位を出力する。

前記第3取得部は、前記車体の停止を取得可能であり、前記出力部は、前記第3取得部が車体の停止を取得した場合は、前記第1演算部が前記第1測位情報として演算した位置を出力する。 測位検出装置は、作業装置を備えた車体又は前記作業装置に設けられ、且つ測位衛星からの衛星信号を取得する第1取得部と、慣性装置の検出信号を取得する第2取得部と、前記車体の直進及び前記車体の旋回を取得する第3取得部と、前記第1取得部が取得した前記衛星信号を衛星航法に適用して測位の情報である第1測位情報を演算する第1演算部と、前記第2取得部が取得した前記検出信号を慣性航法に適用して測位の情報である第2測位情報を演算する第2演算部と、前記第1測位情報及び第2測位情報をカルマンフィルタに適用して測位の情報である第3測位情報を演算する第3演算部と、前記第1演算部、第2演算部、第3演算部による演算処理に関する設定を行う演算設定部と、を備え、前記演算設定部は、前記第3取得部が車体の直進を取得した場合は、前記第3演算部による演算処理を行うことを設定し且つ前記第3取得部が車体の旋回を取得した場合は、前記第3演算部による演算処理を停止して前記第1演算部による演算処理及び/又は第2演算部による演算処理を行うことを設定する。

前記演算設定部は、前記第3取得部が車体の旋回を取得した場合は、前記第2演算部に対して前記第2測位情報として方位を演算する演算処理を行うことを設定し、且つ、前記第3取得部が車体の直進を取得した場合は、前記第3演算部に対して前記第3測位情報として位置、速度、方位を演算する演算処理を行うことを設定する。 前記演算設定部は、前記第3取得部が車体の旋回を取得した場合は、前記第1演算部に対して前記第1測位情報として位置を演算する演算処理を行うことを設定する。

前記第3取得部は、前記車体の直進として前進又は後進を取得可能であり、前記第3取得部が車体の後進を取得した場合に、前記第3演算部が前記後進の方位を演算する場合は、前記前進の方位を180度反転することで後進の方位を求める。 作業機は、車体と、前記車体に設けられた作業装置と、前記車体又は作業装置に設けられた測位検出装置と、を備え、前記測位検出装置は、測位衛星からの衛星信号を取得する第1取得部と、慣性装置の検出信号を取得する第2取得部と、前記車体の直進及び前記車体の旋回を取得する第3取得部と、前記第1取得部が取得した前記衛星信号を衛星航法に適用して測位の情報である第1測位情報を演算する第1演算部と、前記第2取得部が取得した前記検出信号を慣性航法に適用して測位の情報である第2測位情報を演算する第2演算部と、前記第1測位情報及び第2測位情報をカルマンフィルタに適用して測位の情報である第3測位情報を演算する第3演算部と、前記第3取得部が車体の直進を取得した場合は、前記第3演算部で演算した第3測位情報を出力し且つ前記第3取得部が車体の旋回を取得した場合は、前記第1演算部で演算した前記第1測位情報及び/又は第2演算部で演算した第2測位情報を出力する出力部と、を有している。

作業機は、車体と、前記車体に設けられた作業装置と、前記車体又は作業装置に設けられた測位検出装置と、を備え、測位衛星からの衛星信号を取得する第1取得部と、慣性装置の検出信号を取得する第2取得部と、前記車体の直進及び前記車体の旋回を取得する第3取得部と、前記第1取得部が取得した前記衛星信号を衛星航法に適用して測位の情報である第1測位情報を演算する第1演算部と、前記第2取得部が取得した前記検出信号を慣性航法に適用して測位の情報である第2測位情報を演算する第2演算部と、前記第1測位情報及び第2測位情報をカルマンフィルタに適用して測位の情報である第3測位情報を演算する第3演算部と、前記第1演算部、第2演算部、第3演算部による演算処理に関する設定を行う演算設定部と、を備え、前記演算設定部は、前記第3取得部が車体の直進を取得した場合は、前記第3演算部による演算処理を行うことを設定し且つ前記第3取得部が車体の旋回を取得した場合は、前記第3演算部による演算処理を停止して前記第1演算部による演算処理及び/又は第2演算部による演算処理を行うことを設定する。

本発明によれば、衛星航法、慣性航法及びカルマンフィルタを用いた場合において、車体の走行に応じて、適正に作業機の測位を行うことができ、また、測位の出力を行うことができる。

第1実施形態におけるトラクタ及び測位検出装置のブロック図を示す図である。

トラクタの自動走行のルートの一例を示す図である。

演算部による処理を示す図である

トラクタの走行状態の一例を示す図である。

第2実施形態におけるトラクタ及び測位検出装置のブロック図を示す図である。

第3実施形態におけるトラクタ及び測位検出装置のブロック図を示す図である。

トラクタに作業装置を連結した全体図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。 本発明の測位検出装置は、衛星航法(GNSS:Global Navigation Satellite System)、慣性航法(INS:Inertial Navigation System)によって、作業機の位置、方位等を検出する装置である。作業機は、トラクタ、コンバイン、田植機等の農業機械、バックホー、ローダ等の建設機械である。 [第1実施形態] <トラクタの全体構成(概略)> 以下、トラクタを例にとり、測位検出装置等について説明する。

図1は、トラクタ及び測位検出装置のブロック図を示している。また、図7は、トラクタの全体側面図であって、作業装置を連結した図を示す図である。説明の便宜上、運転席8に着座した運転者の前側(図7の左側)を前方、運転者の後側(図7の右側)を後方、運転者の左側(図7の手前側)を左方、運転者の右側(図7の奥側)を右方として説明する。

図7に示すように、トラクタ1は、車輪を有する走行可能な車両(車体)2と、ディーゼルエンジン(エンジン)等の原動機3と、変速を行う変速装置4とを備えている。原動機3は、モータであっても、モータ及びエンジンの両方であってもよい。車体2の後部には、3点リンク機構5が昇降可能に設けられている。3点リンク機構5には、作業装置6が着脱自在である。作業装置6には、PTO軸を介して原動機3からの動力が伝達される。作業装置6は、耕耘する耕耘装置、肥料を散布する肥料散布装置、農薬を散布する農薬散布装置、収穫を行う収穫装置等である。なお、図7では、肥料散布装置を取り付けた例を示している。作業装置6は、上述したものに限定されず、どのようなものであってもよい。

原動機3の後方には、キャビン7が設けられている。キャビン7内には、運転席8が設けられている。キャビン7の天板には、測位検出装置20が設けられている。即ち、測位検出装置20は、キャビン7を介して作業装置6を備えた車体2に取り付けられている。なお、測位検出装置20は、作業装置6に取り付けられていてもよい。 図1に示すように、トラクタ1は、複数の機器10が搭載されている。この機器10は、トラクタ1を構成する機器であって、例えば、検出装置10a、スイッチ装置10b、表示装置10c、制御装置10d、入出力装置10eである。検出装置10aは、トラクタ1の作動状態を検出する装置であって、アクセルペダルセンサ、シフトレバー検出センサ、クランク位置センサ、燃料センサ、水温センサ、エンジン回転センサ、操舵角センサ、油温センサ、車軸回転センサ等である。スイッチ装置10bは、切換を行う装置であって、イグニッションスイッチ、駐車ブレーキスイッチ、PTOスイッチ等である。表示装置10cは、トラクタ1に関する様々な事項を表示する装置であって、液晶等で構成された液晶型表示装置である。 制御装置10dは、トラクタを制御する装置であって、CPU等である。入出力装置10eは、トラクタ1の内部のデータを当該トラクタ1の外部に出力したり、トラクタ1の外部のデータをトラクタ1の内部に入力する装置であって、例えば、無線又は有線によってデータを送受信する通信装置である。

複数の機器10は、CAN、LIN、FlexRayなどの車載ネットワークN1で接続されている。車両用通信ネットワークN1には、検出装置10aで検出された検出信号、スイッチ装置の切換を示すスイッチ信号、制御装置の制御によってトラクタ2の稼働する稼働部(例えば、エンジン、電磁弁、ポンプ等)を動作させるための指令信号(制御信号)等が出力される。

制御装置10dは、第1制御装置10d1と、第2制御装置10d2と、第3制御装置10d3とを含んでいる。第1制御装置10d1は、トラクタ2の全体を制御する装置である。第1制御装置10d1には、検出装置10aが検出した検出値[例えば、アクセルペダルの操作量、シフトレバーの操作時のシフトレバー位置(変速段)、エンジン回転数、変速段、油温、クランク位置、カム位置等]が入力される。第1制御装置10d1は、アクセルペダルの操作量に基づいてエンジンが所定の回転数になるように、第2制御装置10d2に制御指令を出力すると共に、シフトレバー位置に基づいて変速装置4を制御(変速制御)する。また、第1制御装置10d1は、操作部材からの入力に基づいて3点リンク機構5の昇降を制御する(昇降制御)。

第2制御装置10d2は、主にエンジン3を制御する装置である。第2制御装置10d2は、アクセルペダルの操作量、クランク位置、カム位置等の入力に基づいて、インジェクタ、コモンレール、サプライポンプ等を制御する。なお、第2制御装置10d2におけるエンジン制御では、例えば、インジェクタの制御では燃料噴射量、噴射時期、燃料噴射率が設定され、サプライポンプやコモンレールの制御では燃料噴射圧が設定される。

第3制御装置10d3は、トラクタ1の自動走行を制御する装置である。第3制御装置10d3は、測位検出装置20で検出された様々な情報に基づいて、車体2の向きを変更可能な操舵装置(ステアリング)15等を制御し、自動走行を行う。 <トラクタの自動走行> トラクタ1の自動走行について説明する。トラクタ1の自動走行を行うにあたって、パーソナルコンピュータ(PC)、スマートフォン(多機能携帯電話)、タブレット等のコンピュータを用いて、トラクタ1の自動走行のルートの設定を行う。 図2は、トラクタの自動走行のルートの一例を示している。自動走行のルートの設定、即ち、走行計画の設定にあたっては、図2に示すように、コンピュータの表示部に、トラクタ1で作業を行う作業場(圃場等)Fを表示する。コンピュータの表示部に表示された作業場Fにトラクタ1の自動走行のルートRを設定する。例えば、作業場Fにおいて、トラクタ1の走行開始位置P1、走行終了位置P2、走行開始位置P1から走行終了位置P2に至るまでのルートRをコンピュータのインターフェース等を用いて設定する。図2に示したルートRでは、トラクタ1を直進させる直進部R1と、トラクタ1を旋回させる旋回部R2とを含んでいる。ルートの設定において、表示部状の作業場Fは、走行開始位置P1、走行終了位置P2、直進部R1及び旋回部R2は、位置(緯度、経度)と関連付けられており、少なくとも、走行開始位置P1、走行終了位置P2、直進部R1及び旋回部R2に対応する位置を、コンピュータの表示部で決定することで、自動走行のルートを設定することができる。なお、自動走行のルートの設定において、ルートを所定の区間に区切り、各区間において、前進であるか後進であるかを割り当ててもよい。なお、図2に示した自動走行のルートの設定は一例であり、当然の如く限定されない。また、自動走行のルートの設定は、トラクタ1に搭載した機器で行ってもよく、上述したコンピュータに限定されない。

第3制御装置10d3には、トラクタの自動走行に関する情報(自動走行情報という)が記憶されている。例えば、コンピュータで設定時の自動走行情報を無線又は有線によって、トラクタ1の入出力装置10eに送信する。そして、入出力装置10eが受信した自動走行情報を第3制御装置10d3に書き込むことによって、当該第3制御装置10d3は自動走行情報を記憶することができる。第3制御装置10d3には、自動走行情報として、例えば、走行開始位置P1、走行終了位置P2、直進部R1及び旋回部R2等の位置が記憶されている。なお、上述したように、ルートの設定において、トラクタ1の進行方向(前進、後進)の区間が割り当てられている場合には、位置に合わせて、前進、後進を、自動走行情報として第3制御装置10d3に記憶させてもよい。

第3制御装置10d3は、トラクタ1の自動走行を行う際、第3制御装置10d3は自動走行情報で示された位置(目標位置)を参照し、測位検出装置20で検出された位置(検出位置)と、自動走行情報で示された位置(目標位置)とが一致するように、操舵装置15を制御する。例えば、目標位置と検出位置とが一致している場合で、トラクタ1がルートRで示された直進部R1を走行している場合は、第3制御装置10d3は、操舵装置15による操舵角を零に維持する。また、目標位置と検出位置とが一致している場合で、トラクタ1がルートRで示された旋回部R2を走行している場合は、第3制御装置10d3は、操舵装置15による操舵角を旋回部R2で示された角度に一致させる。また、第3制御装置10d3は、検出位置と、目標位置とに所定以上のズレがある場合には、両者を一致するように、第3制御装置10d3は、操舵装置15をズレが無くなる方に制御して、トラクタ1の走行位置を補正する。なお、第3制御装置10d3は、自動走行のルート上において、前進、後進を行うことが示されている場合、第3制御装置10d3は、変速装置4を制御して、トラクタ1の前進、又は、後進を切り換える。

第3制御装置10d3は、走行情報を測位検出装置20に出力する。例えば、第3制御装置10d3は、走行情報として、現在のトラクタ1の走行状態であって、直進(前進、後進)、旋回、停止等を測位検出装置20に出力する。第3制御装置10d3は、ルートR通りの走行を行っている場合は、自動走行情報に基づいて当該ルートRで示された情報を出力する。例えば、第3制御装置10d3は、直進部R1に沿ってトラクタ1が前進又は後進している場合は、前進又は後進しているという走行情報を測位検出装置20に出力する。第3制御装置10d3は、前進、後進の代わりに、直進という走行情報を測位検出装置20に出力してもよい。また、第3制御装置10d3は、旋回部R2に沿ってトラクタ1が旋回している場合は、旋回しているという走行情報を測位検出装置20に出力する。また、第3制御装置10d3は、トラクタ1が自動走行で停止している場合は、停止しているという走行情報を測位検出装置20に出力する。

なお、トラクタ1が予め設定されたルートRから大幅に外れて走行している場合は、第3制御装置10d3は、変速装置4の作動情報(前進、後進)又は操舵装置15の作動情報(操舵角)等に基づいて、現在のトラクタ1の走行状態を測位検出装置20に出力してもよい。また、第3制御装置10d3は、走行情報として、自動走行情報等を測位検出装置20に出力する。第3制御装置10d3は、走行情報を第1制御装置10d1、第2制御装置10d2に出力してもよい。また、作業場(圃場)Fで自動走行時にトラクタ1の測位情報を求めるにあたって、圃場Fの周辺に基地局を設置して、基地局から得られた観測補正情報を測位検出装置20に適用するキネマティック法(RTK法)によって、トラクタの測位情報を求めても良いし、RTK法を用いずに、測位情報を求めても良い。

以上のように、第1制御装置10d1、第2制御装置10d2及び第3制御装置10d3によって、トラクタ1の走行系の制御、作業系の制御を行うことができる。なお、トラクタ1の走行系及び作業系の制御は、上述したものに限定されない。 <測位検出装置の構成> 次に、測位検出装置20について説明する。

測位検出装置20は、少なくともトラクタ1の位置(緯度、経度等)、方位(方位角)を検出可能な装置である。図1に示すように、測位検出装置20は、慣性装置20aと、第1取得部21と、第2取得部22と、第3取得部23とを有している。 慣性装置20aは、加速度、角速度を検出することが可能なセンサであって、加速度センサ、ジャイロセンサ等である。また、第1取得部21、第2取得部22及び第3取得部23は、測位検出装置20に設けられた電子・電気部品、プログラム等から構成されている。第1取得部21は、測位検出装置20が受信したGPS等の測位衛星24からの衛星信号を取得可能である。第2取得部22は、慣性装置20aが検出した検出信号を取得可能であって、例えば、加速度センサが検出した加速度、ジャイロセンサが検出した角速度を検出信号として取得する。第3取得部23は走行情報を取得可能であって、例えば、トラクタ1が自動走行を行う場合等に、走行情報として、車体2の直進(前進、後進)、車体2の旋回、車体2の停止を取得する。

したがって、測位検出装置20は、トラクタ1の走行時において、GPS衛星等からの衛星信号、車体2が走行時に姿勢等が変化した場合の加速度、角速度、車体の走行情報[直進(前進、後進)、旋回、停止]を取得することが可能である。 測位検出装置20は、第1取得部21及び第2取得部22で得られた情報を用いて、車体2の位置等を検出する。測位検出装置20は、第1演算部31と、第2演算部32と、第3演算部33とを有している。第1演算部31、第2演算部32及び第3演算部33は、測位検出装置20に設けられた電子・電気部品、プログラム等から構成されている。

図3に示すように、第1演算部31は、第1取得部21が取得した衛星信号を衛星航法(GNSS)に適用して測位の情報である第1測位情報を演算する。第1演算部31は、例えば、GPS衛星等から送信された衛星信号(GNSSデータ)に基づいて、第1測位情報として、位置、速度、方位を演算する。なお、測位衛星は、GPS衛星に限定されず、GLONASS衛星であっても、その他の衛星であってもよい。

図3に示すように、第2演算部32は、第2取得部22が取得した検出信号を慣性航法(INS)に適用して測位の情報である第2測位情報を演算する。第2演算部32は、例えば、加速度センサが検出した加速度、ジャイロセンサが検出した角速度に基づいて、位置、速度、方位を演算する。 図3に示すように、第3演算部33は、衛星航法(GNSS)で求めた第1測位情報(位置、速度、方位)、及び、慣性航法(INS)で求めた第2測位情報(位置、速度、方位)をカルマンフィルタに適用して測位の情報である第3測位情報を演算する。即ち、第3演算部33は、ハイブリッド航法(複合航法)によって、第3測位情報である位置、速度、方位を演算する。第3演算部33におけるハイブリッド航法(複合航法)のパラメータ設定は、直進における精度を重視した設定である。なお、カルマンフィルタは、多くの文献で示されており、例えば、特開2004−239643号公報等で開示されている。また、第3演算部33が後進の方位を演算する場合は、前進の方位を180度反転することで後進の方位を求める。

したがって、測位検出装置20は、トラクタ1の走行有無に関わらず(走行状態に関係なく)、GNSSによる第1測位情報(位置、速度、方位)、INSによる第2測位情報(位置、速度、方位)、ハイブリッド航法による第3測位情報(位置、速度、方位)を演算する。 さて、図1に示すように、測位検出装置20は、トラクタ1の走行状態によって外部に出力する測位情報(第1測位情報、第2測位情報、第3測位情報)を変更可能な出力部34を有している。トラクタ1の走行状態とは、直進(前進、後進)、旋回、停止等の車体2の状態であって、自動走行を行うことができるトラクタ1においては、第3取得部23が第3制御装置10d3から得る走行情報である。出力部34は、トラクタ1の車載ネットワークN1に接続されていて、第3取得部23が取得した走行情報によって、第3制御装置10d3に出力する測位情報を変更する。

図4は、トラクタ1の走行状態の一例を示した図である。図4の直進状態A1に示すように、トラクタ1が直進している場合、即ち、第3取得部23が直進(前進、後進)のいずれかを取得した場合は、出力部34は、第3演算部33が演算した第3測位情報を第3制御装置10d3(車載ネットワークN1)に出力する。詳しくは、自動走行のトラクタ1が直進(前進、後進)のいずれかの場合は、出力部34は、ハイブリッド航法によって得られた位置、速度、方位のうち、位置及び方位を第3制御装置10d3に出力する。

図4の旋回状態A2に示すように、トラクタ1が旋回している場合、即ち、第3取得部23が旋回を取得した場合は、出力部34は、第1演算部31で演算した第1測位情報及び/又は第2演算部32で演算した第2測位情報を第3制御装置10d3に出力する。 詳しくは、自動走行のトラクタ1が旋回している場合は、出力部34は、慣性航法(INS)によって得られた位置、速度、方位のうち、方位(INS方位)を第3制御装置10d3に出力する。また、トラクタ1が旋回している場合において、位置に関する情報は、出力部34は、慣性航法によって得られた位置ではなく、第1演算部31によって得られた位置(GNSS位置)を第3制御装置10d3に出力する。

また、図4の停止状態A3に示すように、トラクタ1が旋回以外の状態から停止した場合(第3取得部23が旋回以外の状態から停止を取得した場合)、即ち、直進の状態から停止した場合、出力部34は、第3演算部33で演算した方位のうち、停止直前で求めた方位を出力し、方位を固定する(固定方位)。また、図4の停止状態A4に示すように、トラクタ1が旋回している状態から途中で停止した場合(第3取得部23が旋回状態から停止を取得した場合)、出力部34は、停止直前の第2演算部32で演算した方位を出力し、方位を固定する(固定方位)。

なお、トラクタ1が停止している場合、出力部34は、第1演算部31によって得られた位置(GNSS位置)を出力する。出力部34は、第3制御装置10d3(車載ネットワーク)に向けて測位情報を出力しているが、これに加え、トラクタ1の外部に測位情報を取得してもよい。即ち、測位検出装置20に外部出力端子を設けて、外部出力端子に測位情報を出力してもよい。

以上、測位検出装置20は、第1演算部31と、第2演算部32と、第3演算部33とを備えている。そのため、作業機の測位を、衛星航法、慣性航法、カルマンフィルタ(ハイブリッド航法)によって行うことができる。また、測位検出装置20は、出力部34を備えている。そのため、作業機の走行状態に応じて、適正な作業機の測位情報を出力することができる。

具体的には、作業機が直進の走行をした場合は、出力部34は、ハイブリッド航法で演算した精度が良い測位情報(位置、方位等)を出力することができる。例えば、圃場等の農作業においては、直進時に農業機械における耕耘、施肥、その他の作業を行うため、直進時の測位には、精度が良い(分解能が良い)ことが求められる。場合によっては、数センチ(1センチ〜5センチ)程度の測位が望ましく、ハイブリッド航法によって求めた測位情報を出力することで、農作業時の直進走行における精度の良い位置及び方位を作業機等が得ることができる。

また、作業機が旋回をした場合は、出力部34は、慣性航法で演算した精度が良い測位情報(方位等)を出力することができる。例えば、農業機械は、圃場でターン(旋回)を行うことが多く、旋回時にも精度が良いことが求められる。慣性航法によって求めた測位情報として方位を出力することで、農作業の旋回時における精度の良い方位を作業機等が得ることができる。また、作業機が旋回をした場合において、位置に関しては、衛星航法で求めた位置を出力する。そのため、農作業の旋回時における精度の良い位置を作業機等が得ることができる。

また、作業機が停止した場合には、出力部34は、ハイブリッド航法による演算を停止して、停止直前に求めた方位を出力する。そのため、作業機が停止した場合において、正確な方位を作業機等が得ることができる。 また、作業機が後進である場合には、カルマンフィルタ(ハイブリッド航法)において前進の方位を180度反転することで後進の方位を算出している。これにより、作業機が後進時における方位を簡単に求めることができる。この実施形態においては、作業機が自動走行する場合に走行状態に応じて、精度良い測位情報を作業機等が得ることができ、作業機の自動走行を精度よく行うことができる。

[第2実施形態] 図5は、第2実施形態のトラクタ及び測位検出装置のブロック図を示している。第2実施形態で示す測位検出装置及び作業機は、上述した第1実施形態の測位検出装置及び作業機に適用可能である。なお、第1実施形態と同様の構成の説明は省略する。 図5に示すように、測位検出装置20は、慣性装置20aと、第1取得部21と、第2取得部22と、第3取得部23と、第1演算部31と、第2演算部32と、第3演算部33とを有している。また、測位検出装置20は、演算設定部35と、出力部36とを有している。演算設定部35は、測位検出装置20に設けられた電子・電気部品、プログラム等から構成されている。演算設定部35は、第1演算部31、第2演算部32、第3演算部33による演算処理に関する設定を行う。具体的には、演算設定部35は、トラクタ1の走行状態によって、第1演算部31の演算処理の実行の有無、第2演算部32の演算処理の実行の有無、第3演算部33の演算処理の実行の有無を設定する。なお、トラクタ1の走行状態とは、第1実施形態と同様に、直進(前進、後進)、旋回、停止等の車体2の状態であって、自動走行を行うことができるトラクタ1においては、第3取得部23が第3制御装置10d3から得る走行情報である。

以下、トラクタ1の走行状態を参照しながら、演算設定部35による演算処理の設定について説明する。 図4の直進状態A1に示すように、第3取得部23が直進(前進、後進)のいずれかを取得した場合は、演算設定部35は、第3演算部33による演算処理を行うことを設定する。詳しくは、トラクタ1の自動走行において、当該トラクタ1が直進(前進、後進)のいずれかである場合は、演算設定部35は、ハイブリッド航法によって車体2の位置、速度、方位を演算することを指定する。即ち、第3演算部33は、演算設定部35の指定を受けて、トラクタ1が少なくとも直進している場合は、第3測位情報として位置、速度、方位の演算を実行する。

図4の旋回状態A2に示すように、第3取得部23が旋回を取得した場合は、演算設定部35は、第3演算部33による演算処理を行わず、第1演算部31による演算処理及び/又は第2演算部32による演算処理を行うことを設定する。 詳しくは、トラクタ1の自動走行において、当該トラクタ1が直進している状態から旋回した場合は、演算設定部35は、第3演算部33に対して演算処理の停止を設定した後、第2演算部32の慣性航法(INS)によって方位を演算することを設定する。また、トラクタ1の自動走行において、当該トラクタ1が直進している状態から旋回した場合は、演算設定部35は、第1演算部31の衛星航法(GNSS)によって位置を演算することを設定する。つまり、トラクタ1が旋回の状態になった場合は、演算設定部35の指定を受けて、第1演算部31は位置の演算を実行すると共に、第2演算部32は方位の演算を実行する。

なお、図4の停止状態A3である場合は、第1演算部31によって位置、速度を求める。また、図4の停止状態A3であってトラクタ1が旋回以外の状態から停止した場合は、第3演算部33において停止直前で求めた方位(方位固定)を固定する。図4の停止状態A4であって、トラクタ1が旋回している状態から途中で停止した場合は、第2演算部32で求めた方位を方位(方位固定)を固定する。

出力部36は、上述したように、走行状態に応じて演算された測位情報を、外部に出力する。例えば、トラクタ1が直進状態A1である場合は、出力部36は、ハイブリッド航法によって求めた第3測位情報(位置、速度、方位)を車載ネットワークに出力する。また、トラクタ1が旋回状態A2である場合は、出力部36は、衛星航法(GNSS)によって求めた第1測位情報(位置)及び慣性航法(INS)によって求めた第2測位情報(方位)を出力する。また、トラクタ1が停止状態である場合は、出力部36は、トラクタ1の停止直前の方位を、トラクタ1の方位として出力する。また、トラクタ1が停止状態である場合は、出力部36は、位置及び速度については、第1演算部31によって求めた位置及び速度を出力する。なお、出力部36は、第3制御装置10d3(車載ネットワーク)に向けて測位情報を出力しているが、これに加え、トラクタ1の外部に測位情報を取得してもよい。即ち、測位検出装置20に外部出力端子を設けて、外部出力端子に測位情報を出力してもよい。

以上、測位検出装置20は、第1演算部31と、第2演算部32と、第3演算部33と、演算設定部35を備えている。そのため、衛星航法、慣性航法、カルマンフィルタ(ハイブリッド航法)によって、作業機の測位情報を得られることができると共に、作業機の走行状態に適した測位を行うことができる。例えば、作業機が直進している場合は、ハイブリッド航法により位置及び方位を求めることで、直進時の精度の良い位置及び方位を作業機等が得ることができる。また、作業機が旋回している場合は、慣性航法により方位を求め、衛星航法により位置を求めることで、旋回時の精度のよい位置及び方位を得ることができる。

[第3実施形態] 図6は、第3実施形態のトラクタ及び測位検出装置のブロック図を示している。第3実施形態で示す測位検出装置及び作業機は、上述した第1実施形態又は第2実施形態の測位検出装置及び作業機に適用可能である。なお、第1実施形態又は第2実施形態と同様の構成の説明は省略する。第3実施形態の測位検出装置は、第3制御装置10d3が備えられていないトラクタに適用した場合の実施形態である。

図6に示すように、制御装置10dは、第1制御装置10d1と、第2制御装置10d2とを含んでいる。測位検出装置20は、慣性装置20aと、第1取得部21と、第2取得部22と、第3取得部23と、第1演算部31と、第2演算部32と、第3演算部33、出力部34とを有している。慣性装置20a、第1演算部31、第2演算部32、第3演算部33、第1取得部21及び第2取得部22は、第1実施形態又は第2実施形態と同様である。

第3取得部23は、トラクタ1の走行情報を、検出装置10a又は第1制御装置10d1から取得可能である。第3取得部23は、走行情報であるシフトレバー検出センサの検出値、操舵角センサの検出値、車軸回転センサの検出値を、車載ネットワーク等を介して取得する。これにより、第3取得部23は、トラクタ1が停止、直進(前進、後進)、旋回していることを取得可能である。

或いは、第1制御装置10d1が検出装置10a等で得られた様々な検出値からトラクタ1が停止、直進(前進、後進)、旋回していることを判定する。第1制御装置10d1は、判定した結果である走行情報を車載ネットワークに出力する。第3取得部23は、第1制御装置10d1が車載ネットワークに出力した走行情報を取得する。なお、第3取得部23の走行情報の取得は、上述したものに限定されず、例えば、第3取得部23は、操舵装置15から直接、旋回であるか否かを取得したり、変速装置6から前進、後進を取得したり、その他の機器から走行状態を示す走行情報を取得してもよい。

以上、測位検出装置20によれば、作業機が自動走行でない場合であっても、走行状態に応じて、精度良い測位情報を提供することができる。 今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

1 トラクタ 2 車両(車体) 3 原動機 6 作業装置 20 測位検出装置 20a 慣性装置 21 第1取得部 22 第2取得部 23 第3取得部 31 第1演算部 32 第2演算部 33 第3演算部 34 出力部 35 演算設定部 36 出力部