自動走行作業車

本発明は、走行経路に沿って自動走行する自動走行作業車に関する。

特許文献1には、種々の作業モードで作業可能な農作業機が開示されている。この農作業機は、目標農作業区画のための農作業情報をダウンロードするとともに、設定されている設定作業モードと、ダウンロードされた農作業情報に含まれている登録作業モードとを比較して、その比較結果をディスプレイに表示する。作業者は、ディスプレイに表示される比較結果を通じて、現状の農作業機に設定されている作業モードと予め管理センタに登録されている作業モードが一致しているかどうかを確認することができる。作業モードには、種々の作業を行うために規定されている作業用機器の設定パラメータ、例えば、作業装置の姿勢や走行速度などが含まれており、適切な作業モードを用いることで、適切な作業を実施することができる。

特許文献2には、作業走行における一度行われた一連の操作内容を記録しておき、その後は記録された操作内容を再生し、一連の操作を自動的に実行することで、作業走行における運転者の負担を軽減する運転支援システムが開示されている。この運転支援システムは、走行車体を走行させるための走行動作機器及び対地作業装置を動作させるための作業動作機器に動作制御信号を出力する機器制御ユニットと、動作制御信号に対応する制御データを実行処理順に作業走行シーケンスとして記録する記録部と、記録部に記録された制御データを読み出して機器制御ユニットに与える再生部と、実行処理単位毎の前記制御データをアイコンに変換し、アイコンを実行処理順に表示する作業走行シーケンス画面をディスプレイに表示する画面処理部と、複数の前記作業走行シーケンスを同一の作業走行シーケンス画面上で管理する複数作業走行管理部とを備えている。

特開2014−138570号公報

特開2016−034238号公報

特許文献1による農作業機では、作業走行の開始前に作業モードをチェックすることで、各作業用機器の設定パラメータを適切に設定することができる。しかしながら、作業走行が開始した後は、設定パラメータが適切であるがどうかのチェックが行われない。したがって、作業走行の途中で変更されるような設定パラメータの、作業走行途中での確認は不可能である。 特許文献2による運転支援システムでは、一度記録された、特定の作業走行のシーケンスデータを再生することで、同じ作業走行が正確に繰り返される。しかしながら、このような記録再生システムでは、記録された作業走行のシーケンスを再生しながら作業走行が行われる際に、そのシーケンスを構成する作業事象群のどの作業事象が現在行われているか、あるいは次にどの作業事象が行われるかを把握することができないので、自動作業走行において、不安が生じる。

このような実情に鑑み、本発明の目的は、走行経路に沿って順次計画された作業事象を実行しながら自動走行するにあたって、実行される作業事象を適切に把握することができる自動走行作業車を提供することである。

本発明による、走行経路に沿って自動走行する自動走行作業車は、衛星測位モジュールからの測位データに基づいて自車位置を算出する自車位置算出部と、前記走行経路を生成する走行経路生成部と、前記走行経路に沿った作業走行の際に実行される作業事象を規定する作業事象計画を生成する作業事象計画部と、前記走行経路と前記作業事象計画と前記自車位置とに基づいて作業事象指令を生成する作業事象指令生成部と、前記走行経路に沿った自動走行及び前記作業事象指令に基づく前記作業事象の実行を制御する作業走行制御部と、前記作業走行の際に実行される前記作業事象の内容を時系列的にモニタ表示するための作業事象表示画面データを生成する作業走行モニタ画面生成部とを備えている。 なお、この出願で用いられている「作業走行」という語句には、走行しながら作業を行うこと、走行のみを行うこと、作業のみを行うこと、これらのうち少なくとも1つが行われている状態、さらにはそのような走行作業の一時的な停止状態が含まれている。

この構成によれば、自車位置付近で行われる作業事象が、作業事象計画から抽出されるので、抽出された作業事象の内容が、順次、ディスプレイ(タッチパネルを含む)の画面に表示することができる。したがって、画面に表示される作業事象の内容を見ることで、順次実行される作業事象を把握することができる。作業事象の内容として、直進作業、直進非作業、右旋回、左旋回、一時停止などが挙げられる。さらに、それぞれの作業事象には、その作業事象を実現するための事象属性値として、車速、旋回角、旋回半径などのような作業車による作業走行を決定する作業走行パラメータを付与することも可能である。

本発明の好適な実施形態の1つでは、前記作業事象表示画面データには、前記走行経路における現在の自車位置で規定されている前記作業事象の内容及び当該作業事象の後で実行される前記作業事象の内容が含まれており、現在実行されている前記作業事象の内容には識別子が付与される。この構成では、現在の自車位置で実行されている作業事象の内容だけでなく、当該作業事象の後で実行される作業事象の内容、つまり、これから実行される予定の作業事象の内容がモニタ表示される。これにより、このモニタ画面から、ユーザは、作業経路に沿った作業走行における、現時点から未来にわたって実行される作業事象の内容を継時的に把握することができるので、作業走行を継時的に把握することができる。

本発明の好適な実施形態の1つでは、前記作業事象表示画面データには、前記走行経路における現在の自車位置で規定されている前記作業事象の内容及び当該作業事象の前に実行された前記作業事象の内容及び当該作業事象の後で実行される前記作業事象の内容が含まれており、現在実行されている前記作業事象の内容には識別子が付与される。この構成では、現在の自車位置で実行されている作業事象の内容だけでなく、当該作業事象の前に実行された作業事象の内容、つまり、過去の作業事象の内容と、当該作業事象の後で実行される作業事象の内容、つまり、未来の作業事象の内容が同時にモニタ表示される。これにより、このモニタ画面から、ユーザは、作業経路に沿った、一連の作業走行における作業事象の内容を継時的に把握することができる。

さらに、本発明の好適な実施形態の1つでは、前記作業事象表示画面データには、前記走行経路と、前記走行経路における現在の自車位置を示すマークとが含まれている。この構成では、自動走行する際の目標となる走行経路がモニタ表示されるとともに、この走行経路における自車の現在位置がマークで示される。これにより、モニタ画面から、作業走行において現在実行されている作業事象の内容だけでなく、その際の走行経路における自車位置も把握することができ、自動での作業走行を良好に監視することができる。

さらに、本発明の好適な実施形態の1つでは、前記作業事象表示画面データには、前記走行経路の各位置に規定されている前記作業事象を前記走行経路上で示すマークが含まれている。この構成では、走行経路に沿って作業走行する際に、当該走行経路で行われる全ての作業事象が走行経路上で特定のマークによって示されるので、各作業事象が行われる走行経路上での位置をモニタ画面で、把握することができる。

作業地が1台の自動走行作業車ではなく、複数台の自動走行作業車によって協調的に作業される場合もある。複数台の自動走行作業車による協調作業走行を行う前に、複数台の自動走行作業車による作業走行の走行経路が生成され、当該走行経路に、各自動走行作業車によって実行される作業事象が規定される作業事象計画書が生成される。さらに、協調作業走行では、監視者が、一台の自動走行作業車に乗り込んで、自車の作業走行のみならず、その他の自動走行作業車(他車)の作業走行も監視する。あるいは、全車の作業走行を監視できる場所に位置した監視者が携帯する、上述したモニタ表示機能を有する通信端末(タブレットコンピュータやスマートフォンなど)のモニタ画面を通じて、全車の作業走行を監視する。本発明を、このような協調作業走行に適用できるように、本発明の好適な実施形態の1つでは、前記作業走行モニタ画面生成部は、前記作業走行を協調的に行っている他の自動走行作業車のための作業事象表示画面データを生成する機能も有し、前記モニタ画面には、自車の作業事象表示画面データに基づく自車のモニタ画像と、他の自動走行作業車の作業事象表示画面データに基づく他車のモニタ画像とが統合された形態で表示される。これにより、監視者は、各自動走行作業車によって実行される作業事象を、モニタ画面を通じて把握することができる。

自動走行作業車の実施形態の1つであるトラクタの側面図である。

走行経路と走行経路に割り当てられた作業事象を説明する説明図である。

トラクタの制御機能を示す機能ブロック図である。

走行経路上の自車位置と、実行される作業事象とを表示するモニタ画面生成の流れを説明する説明図である。

単独走行におけるモニタ画面の一例を示す説明図である。

モニタ画面の他の例を示す説明図である。

2台の自動走行作業車による協調作業走行を説明する説明図である。

2台の自動走行作業車による協調作業走行におけるモニタ画面の他の例を示す説明図である。

本発明による自動走行作業車の実施形態として、農作業用のトラクタが取り上げられる。図1にトラクタの側面図が示されている。このトラクタは、前輪2aと後輪2bとによって支持されているトラクタの車体1の前部にエンジン20が搭載され、エンジン20の後方にトランスミッション3が搭載されている。車体1の後方には耕耘装置22が昇降機構23を介して昇降自在に装備されている。このトラクタは四輪駆動型であり、エンジン20の動力は、トランスミッション3に内装された変速機構を介して前輪2a及び後輪2bに伝達される。さらに、エンジン20の動力は、トランスミッション3から後方に突き出しているPTO軸24を介して耕耘装置22にも伝達される。エンジン20はボンネット21によって覆われている。ボンネット21の後方かつトランスミッション3の上方でキャビン10が車体1に支持されている。

キャビン10の内部は運転空間として機能し、その前部には、前輪2aの操向操作を操舵機構(不図示)を介して行うステアリングハンドル11が配置され、その後部で、左右一対の後輪フェンダ15の間には、運転座席12が配置されている。運転座席12の側方から前方にかけて、各種操作具を有するアームレスト操作装置13が設けられている。アームレスト操作装置13の前方には、第1制御ユニット4として機能する入出力機能付きデータ処理端末が配置されている。このデータ処理端末(第1制御ユニット4)は、タッチパネル43を備えており、タッチパネル43を通じて、運転者による各種操作入力の受け入れ、及び運転者への種々の情報の報知が行われる。

アームレスト操作装置13には、図示は省略されているが、耕耘装置22を昇降機構23の動作を通じて昇降させるための操作レバーやトランスミッション3における変速段の切り替える変速レバー、4WDと2WDとを切り替える駆動モード切替レバー、エンジン回転数を調整するエンジン回転数調整レバーなどが配置されている。

図2には、このトラクタで実施される作業走行の一例が模式的に示されている。この例では、トラクタが自動走行する走行経路は、複数の直線経路と、この直線経路同士を接続するUターン経路とからなる往復直線走行経路である。このような走行経路では、直線経路の走行時には、耕耘装置22を降下させることで耕耘走行(直進耕耘:作業事象の内容の一例)が行われ、耕耘装置22を上昇させることで耕耘作業が停止された非耕耘走行(直進非耕耘:作業事象の内容の一例)が行われる。さらに、車体1の方向転換時には、操舵制御を用いて、Uターン旋回走行の1つである右旋回走行(右旋回:作業事象の内容の一例)や左旋回走行(左旋回:作業事象の内容の一例)、さらには後進を用いたスイッチバック走行(α旋回:作業事象の内容の一例)が行われる。

図2の例では、計画された走行経路に沿って、作業事象計画点(図2では、S1、S2、・・・で示されている)が設定される。各作業事象計画点には、そこで実行される作業事象(図2では、E1、E2、・・・で示されている)と、地図上の位置(図2では、P1、P2、・・・で示されている)が割り当てられる。作業事象には、車体1の動作状態(車速、変速段、操舵角など)や耕耘装置22の動作状態(耕耘深さ、上昇位置など)を決定するパラメータ(図2ではe11、e12、・・・で示されている)が作業事象属性値として含まれており、このパラメータに基づいて特定の作業事象が実行される。地図上の位置は、座標位置(図2では(x1,y1)、(x2,y2)、・・・で示されている)で表されている。なお、各作業事象には、上述した、「左旋回」、「右旋回」、「直進耕耘」、などの作業事象の内容を簡単に示す用語が属性値として与えられている。

図3に、トラクタの制御機能を示す機能ブロック図が示されている。この機能ブロック図では、作業走行時における作業事象のモニタ表示に関係する制御ユニットとして、第1制御ユニット(データ処理端末)4と第2制御ユニット5とが備えられており、さらに、トラクタの作業走行を制御する基本的な制御ユニットとして第3制御ユニット6が備えられている。但し、この制御ユニットの区分けは、任意に変更可能であり、図3に示す形態に限定されるわけではない。図4には、走行経路上の自車位置と、実行される作業事象とを表示するモニタ画面の生成の流れが示されている。

図3の制御系では、第1制御ユニット4、第2制御ユニット5、第3制御ユニット6が、実線で示されたデータ・信号ライン(車載LANや制御信号線など)によってデータ交換可能に接続されている。入出力インタフェースとして機能する入出力信号処理ユニット8には、出力信号処理機能、入力信号処理機能、無線回線や有線回線を介してのデータ交換を行う通信機能などが備えられている。データ・信号ラインは、エンジン20やトランスミッション3や操舵機構などに対する動作機器を含む車両走行機器群91、耕耘装置22や昇降機構23などに対する動作機器を含む作業装置機器群92、報知デバイス93などと接続している。報知デバイス93には、ランプ94やスピーカ95、さらには計器やブザーも含まれている。また、データ・信号ラインは、自車位置算出部70、走行状態検出センサ群81、作業状態検出センサ群82などと接続している。自車位置算出部70は、GPS等を採用した衛星測位モジュール7からの測位データに基づいて、車体1の地図上の座標位置を算出する。

第1制御ユニット4は、データ処理端末として構成されている。第1制御ユニット4の作業計画作成部40は、トラクタが圃場を走行経路に沿って作業走行するための計画を、タッチパネル43を用いて作成する機能を有する。予め作業計画書が作成されている場合には、その作業計画書の全体または一部を、通信または記憶メディアを通じて、受け取ることも可能である。このため、作業計画作成部40は、走行経路生成部41と作業事象計画部42とを備えている。図4に示すように、走行経路生成部41は、作業対象となる圃場の地形などを含む圃場情報を参照し、予めインストールされている走行経路生成プログラムを用いて走行経路を生成する。作業事象計画部42は、走行経路に沿った作業走行時に実行される作業事象を規定する作業事象計画を生成する。この作業事象計画の一例が、図2に模式的に示されている。

第2制御ユニット5は、走行経路に沿って順次計画された作業事象を実行しながら自動走行する際に、自動走行作業車に監視者に、作業事象の内容を、モニタ画面を通じて報知するための制御機能を有する。このため、第2制御ユニット5は、作業事象計画管理部51と作業走行モニタ画面生成部52とを備えている。作業事象計画管理部51は、図4で示すように、走行経路生成部41で生成された走行経路と作業事象計画部42で生成された作業事象計画とを含む作業計画書を受け取って、走行経路に設定されている各作業事象計画点における、作業事象の内容と作業事象が実行される座標位置とを管理する。作業事象計画管理部51は、自車位置算出部70で算出された自車位置と各作業事象計画点の座標位置とを照合し、作業事象表示画面の作成に必要なデータ(自車位置と作業事象の内容)を作業走行モニタ画面生成部52に与える。作業走行モニタ画面生成部52は、作業事象計画管理部51から得られたデータを受け取って、当該自車位置において監視者に報知すべき作業事象の名前と作業経路上の自車位置とを含む作業事象表示画面データを生成する。作業事象表示画面データに基づくモニタ画面はタッチパネル43で表示される。

作業走行モニタ画面生成部52によって生成される作業事象表示画面データによってタッチパネル43に表示されるモニタ画面の一例が図5に示されている。このモニタ画面では、画面左側には、作業事象の内容を時系列的に表示する作業事象内容表示領域EAが配置され、画面右側には、走行経路と走行経路上での自車位置を表示する作業車位置表示領域CAが配置されている。作業事象内容表示領域EAには、巻物状に作業事象の内容を示す語句が、上から下に時系列的に表示されており、現時点で実行されている作業事象には、他の作業事象と区別する識別子として太枠MFが付与されている。つまり、この作業事象内容表示領域EAには、現時点で行われている作業事象の内容と、当該作業事象の前後の作業事象(過去の作業事象と未来の作業事象)も表示されている。作業車位置表示領域CAには、走行経路生成部41で生成された走行経路の少なくとも一部が概略的に表示されるとともに、当該走行経路上に、トラクタの現在位置を示すマーク(トラクタを示す図像)が表示されている。監視者は、このようなモニタ画像を見ることにより、現在実行されている作業事象の内容や次に行われる作業事象の内容、及びトラクタの走行経路上の現在位置を把握することができる。

図6には、別な形態のモニタ画面の一例が示されている。この画面では、作業事象の内容を示す語句にこの作業事象を特定するマーク(図6では、添え字を付けた英字Mである)。これにより、作業車位置表示領域CAから走行経路に規定されている作業事象の内容が把握できる。トラクタの現在位置より上流側に位置しているマークは、既に実行された作業走行を意味し、トラクタの現在位置より下流側に位置しているマークは、これから実行される作業走行を意味する。これにより、走行経路に沿って自動走行しながら実行される作業事象が、一目で把握することができる。

以上の実施形態の説明では、作業走行は1台のトラクタで行われていたが、もちろん、本発明は、協調的に作業走行を行っている複数台のトラクタの使用にも適用可能である。例えば、2台のトラクタによって作業走行(自動走行)する形態が図7に示されている。ここでは、2台のトラクタをそれぞれ、親トラクタ1P(自車)と子トラクタ1C(他車)として区分けする。親トラクタ1P及び子トラクタ1Cは、図3に示された制御系と実質的に同じ制御系を備えている。親トラクタ1Pには、監視者が乗り込んでおり、監視者は、親トラクタ1P及び子トラクタ1Cの作業走行を監視する。子トラクタ1Cの第2制御ユニット5は、作業走行モニタ画像データを生成するために必要なデータ、自車位置、走行経路、作業事象計画などを、親トラクタ1Pの第2制御ユニット5に、無線回線を通じて転送する。これにより、親トラクタ1Pの作業走行モニタ画面生成部52は、例えば、図8に示されたようなモニタ画面を作り出すための作業走行モニタ画像データを作成する。図8に示されたモニタ画面では、画面左上側に、親トラクタ1Pのための作業事象内容表示領域EAが配置され、画面左下側に、子トラクタ1Cのための作業事象内容表示領域EAが配置されている。画面右側には、作業車位置表示領域CAが配置されている。この作業車位置表示領域CAは、親トラクタ1Pの走行経路と子トラクタ1Cの走行経路とが統合されており、それぞれの走行経路に親トラクタ1Pの自車位置と子トラクタ1Cの自車位置とが、マーク(トラクタを示す図像)で示されている。作業事象内容表示領域EAと作業車位置表示領域CAとの両方において、親トラクタ1Pのための描画色と子トラクタ1Cのための描画色とを変えておけば、両者の識別が簡単となる。このようなモニタ画面を通じて、監視者は、親トラクタ1P及び子トラクタ1Cの作業走行中に実行される作業事象を良好に把握することができる。

第3制御ユニット6は、自動作業走行を制御するための制御機能部を有する。このため、第3制御ユニット6には、走行経路設定部63、走行指令生成部64、作業事象指令生成部65、作業走行制御部60が備えられている。走行経路設定部63は、走行経路生成部41によって生成された走行経路は、自動走行の走行目標経路となるので、この走行経路を、読み出し可能にメモリに展開する。走行指令生成部64は、自車位置算出部70からの自車位置と走行経路とのずれ量を求め、このずれ量を小さくするための走行指令(操舵指令や車速指令を含む)を生成する。作業事象指令生成部65は、走行経路と作業事象計画と自車位置とに基づいて作業事象指令を生成する。

作業走行制御部60には、走行制御部61と作業制御部62とが含まれている。走行制御部61は、自動走行制御機能と手動走行制御機能を有する。自動走行制御機能が選択されると、走行制御部61は、走行指令生成部64からの走行指令に基づいて、車両走行機器群91に制御信号を与える。作業制御部62は、作業事象指令に基づいて、作業装置機器群92に制御信号を与える。手動走行制御機能が選択されると、運転者によるステアリングハンドル11の操作に基づく手動走行が行われる。同様に、作業制御部62も、作業事象指令に基づいて耕耘装置22や昇降機構23などの作業装置機器群92を自動的に動作させる自動作業制御機能と、各種操作具を用いて手動で作業装置機器群92を制御する手動作業制御機能とを有する。

図5、図6、図8で示されたモニタ画面では、作業事象内容表示領域EAに、現時点で行われている作業事象の内容と、当該作業事象の前後の作業事象(過去の作業事象と未来の作業事象)が、上から下に流れるように、表示されている。これは、表示例の一例であり、作業事象内容表示領域EAに、現時点で行われている作業事象の内容と、当該作業事象の後で実行される、少なくとも1つの作業事象の内容(これから行われる作業事象の内容)とだけが表示されてもよい。さらには、作業事象内容表示領域EAに、現時点で行われている作業事象の内容と、当該作業事象の前に実行された少なくとも1つの作作業事象の内容(既に行われた作業事象の内容)とだけが表示されてもよいし、現時点で行われている作業事象の内容だけが表示されてもよい。このような種々の表示パターンを、任意に選択できるようにしてもよい

〔別実施の形態〕 (1)上述した実施形態では、作業事象の内容を時系列的に表示するためにタッチパネル43が用いられていたが、報知デバイス93として備えられたディスプレイ等をもちいてもよい。 (2)上述した実施形態では、耕耘装置22を装備したトラクタが作業車として取り上げられたが、耕耘装置22以外の作業装置を装備したトラクタ、さらには、コンバインや田植機などの農作業機や建機などにも本発明は適用可能である。 (3)上述した実施形態では、第1制御ユニット4、第2制御ユニット5、第3制御ユニット6は、車載LANで接続されており、トラクタに備えられていたが、データ処理端末である第1制御ユニット4は、管理者によって携帯され、トラクタの制御系と無線でデータ交換される、タブレットコンピュータやノート型コンピュータやスマートフォンなどのような構成を採用することも可能である。さらに、第1制御ユニット4は、遠隔地の管理センタやユーザの自宅などに設置され、トラクタの制御系とインタネット回線などで接続されるようなコンピュータとして構成されることも可能である。 (4)図3で示された機能ブロック図における各機能部の区分けは、説明を分かりやすくするための一例であり、種々の機能部を統合したり、単一の機能部を複数に分割したりすることは自由である。

本発明は、走行経路に沿って作業走行する自動走行作業車に適用可能である。

1 :車体 4 :第1制御ユニット 40 :作業計画作成部 41 :走行経路生成部 42 :作業事象計画部 43 :タッチパネル 5 :第2制御ユニット 51 :作業事象計画管理部 52 :作業走行モニタ画面生成部 6 :第3制御ユニット 60 :作業走行制御部 63 :走行経路設定部 64 :走行指令生成部 65 :作業事象指令生成部 7 :衛星測位モジュール 70 :自車位置算出部 81 :走行状態検出センサ群 82 :作業状態検出センサ群 CA :作業車位置表示領域 EA :作業事象内容表示領域