農用作業車
【課題】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走行経路の位置決めが容易にでき、かつ、目標経路と実際の走行経路を略一致させることが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、該ティーチング経路に沿って自律走行させるようにした田植機１において、ティーチング開始点（点Ａ）とティーチング終了点（点Ｂ）をＧＰＳユニット１０２により計測し、処理部１１０により、点Ａと点Ｂを結ぶ直線状のティーチング経路（線分ＡＢ）を生成し、かつ、線分ＡＢと、車体に装着した植付部４において設定する作業幅（即ち、植付幅ａに植付条数ｂを乗じた距離）を基準として、線分ＡＢに対して平行で、作業幅だけ離間したＮ本の直線状の目標経路を生成する。
【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、該ティーチング経路に沿って自律走行させるようにした田植機１において、ティーチング開始点（点Ａ）とティーチング終了点（点Ｂ）をＧＰＳユニット１０２により計測し、処理部１１０により、点Ａと点Ｂを結ぶ直線状のティーチング経路（線分ＡＢ）を生成し、かつ、線分ＡＢと、車体に装着した植付部４において設定する作業幅（即ち、植付幅ａに植付条数ｂを乗じた距離）を基準として、線分ＡＢに対して平行で、作業幅だけ離間したＮ本の直線状の目標経路を生成する。
【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装置を用いた目標経路の生成方法および自律的な走行の制御方法の技術に関する。
【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できる。
しかしながら、従来技術においては、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、折り返し前と折り返し後の走行経路の間隔を一定に保つためには、オペレータが目視により略等間隔となるように運転操作する必要があった。また、予め移動対象エリア内を認識させるための基準マークを設置しておく必要もあった。さらに、田植機等の作業車においては、深水田植等の作業時には、植付けが終わった作物を確認することが難しく、オペレータの目視による方法では、オペレータが走行経路の間隔を把握して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、走行経路の間隔を精度良く一定に保つことは困難な状況であった。
また、前記従来技術においては、車体の向き（方位）のみを一定に保つように制御しているため、スタート時の車体の向き（方位）から生成する目標経路と、自律直進走行による実際の走行経路にズレが生じる場合があり、また、ズレが生じた場合に、該ズレを検知し走行経路を元の目標経路上に戻す手段を有していないため、走行長が長くなるにつれて、ズレ量が徐々に拡大していくという問題があった。
【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走行経路の位置決めが容易にでき、かつ、目標経路と実際の走行経路を略一致させることが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、該ティーチング経路に沿って自律的に走行する農用作業車において、ティーチング開始時の車体位置を開始点とし、かつ、ティーチング終了時の車体位置を終了点として、前記ＧＰＳ装置により、前記開始点および終了点を計測し、前記ティーチング経路生成手段により、前記開始点と終了点を結ぶ直線状のティーチング経路を生成し、かつ、該直線状のティーチング経路と、車体に装着した作業機において設定する作業幅を基準として、前記直線状のティーチング経路に対して平行で、前記作業幅だけ離間したＮ本の直線状の目標経路を生成すること、を特徴としたものである。
【０００７】
請求項２においては、前記農用作業車が、前記目標経路上を走行するときに、前記ＧＰＳ装置により車体位置を計測し、車体を目標経路に沿って自律的に走行すること、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、前記自律走行を入切するスイッチを備え、該スイッチを「入」とするときに、前記ＧＰＳ装置により車体位置を計測し、該車体位置に最も近い目標経路に沿って自律走行させること、を特徴としたものである。
【０００９】
請求項４においては、前記農用作業車が、ズレ量報知手段を備え、前記農用作業車を、前記目標経路に沿って自律走行させるときに、前記ＧＰＳ装置により車体位置を計測し、前記ティーチング経路生成手段により前記目標経路と実際の車体位置のズレ量を求めて、前記ズレ量報知手段により、前記ズレ量をオペレータに報知すること、を特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１１】
請求項１においては、等間隔の目標経路を容易に生成することができる。
【００１２】
請求項２においては、実際の走行位置を計測することにより、目標経路とのズレ量を確認することができるので、その結果、作物の植付位置を精度良く等間隔に揃えることができる。
【００１３】
請求項３においては、次工程遷移時の位置決めを容易に、かつ、精度良くすることができる。
【００１４】
請求項４においては、オペレータが、目標経路と実際の走行経路にズレが生じているか否かについて、走行状態を確認することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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構成を示した斜視図である。図４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５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６は本発明により生成する目標経路を示す模式図、図７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８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作業を行う農用作業車に広く適用することが可能である。
【００１６】
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。
【００１７】
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を設けられており、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。
【００１８】
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。
【００１９】
図３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。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。
自動運転表示ランプ４１は、自動運転切替ＳＷ４６を「自動」に切り換えて、かつ、自律運転ＳＷ４８を「入」とした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。
【００２０】
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４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）。
【００２１】
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）。
つまり、田植機１を目標経路上に走行させるときに、ＧＰＳユニット１０２により車体位置を計測し、車体を目標経路に沿って自律走行させるようにしている。
これにより、実際の走行位置を計測することにより、目標経路とのズレ量を確認することができるのである。
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）。
【００２２】
つまり、田植機１が、自律走行位置表示ランプ４５を備え、田植機１を目標経路に沿って自律走行させるときに、ＧＰＳユニット１０２により車体位置を計測し、処理部１１０により目標経路と実際の車体位置のズレ量を求めて、自律走行位置表示ランプ４５により、ズレ量をオペレータに報知するようにしている。
これにより、オペレータが、目標経路と実際の走行経路にズレが生じているか否かについて、走行状態を確認することができるのである。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
自律運転ＳＷ４８は、自律走行の開始および終了を切替えるためのスイッチであり、例えば、レバー型のスイッチ等により構成することができる。そして、自律運転ＳＷ４８を「入」とするときに自律走行を開始し、また、自律運転ＳＷ４８を「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。但し、自律運転ＳＷ４８は、ボタン型の押し込み式スイッチ等により構成することもできる。
本実施例では、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を指示することができるようにしている。
これにより、自律運転ＳＷ４８を上下または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ように構成している。
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レバー型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。
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。
【００２６】
次に、本発明に適用する一実施例に係るＧＰＳについて、図５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。
【００２７】
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。
【００２８】
図５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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
一方、図５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。
【００３３】
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の現在位置を認識するのである。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。尚、前記油圧アクチュエータの変わりに油圧モータ等を使用する構成としてもよい。
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。
【００３７】
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６または図７を用いて説明をする。
図６または図７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）。そして、記憶部１０５に記憶した前記開始点（点Ａ）と前記終了点（点Ｂ）の情報に基づいて、ＲＴＫ演算部および処理部１１０により点Ａと点Ｂを結ぶ基準線（線分ＡＢ）を生成して記憶部１０５に記憶し、その後該基準線（線分ＡＢ）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。
【００３８】
目標経路の生成は、基準線（線分ＡＢ）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
【００３９】
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ＡＢ）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、前記Ｎは整数を意味しており、Ｎが負の整数である場合には機体進行方向に対して左方にＮ列の目標経路を生成し、また、Ｎが正の整数である場合には機体進行方向に対して右方にＮ列の目標経路を生成するようにしている。さらに、Ｎ＝０の場合には、機体の進行経路上に（即ち、ティーチング経路と重なるようにして）目標経路を生成するようにしている。
そして、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ＡＢ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ＡＢ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。さらに、Ｎ＝０のときには、目標経路として基準線上の無限直線を生成することもできる。
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。
【００４０】
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、該ティーチング経路に沿って自律走行させるようにした田植機１において、ティーチング開始時の車体位置を開始点（点Ａ）とし、かつ、ティーチング終了時の車体位置を終了点（点Ｂ）として、ＧＰＳユニット１０２により、開始点（点Ａ）および終了点（点Ｂ）を計測し、処理部１１０により、開始点（点Ａ）と終了点（点Ｂ）を結ぶ直線状のティーチング経路（線分ＡＢ）を生成し、かつ、該直線状のティーチング経路（線分ＡＢ）と、車体に装着した植付部４において設定する植付幅ａと植付条数ｂを基準として、前記直線状のティーチング経路（線分ＡＢ）に対して平行で、作業幅（即ち、植付幅ａに植付条数ｂを乗じた距離）だけ離間したＮ本の直線状の目標経路を生成するようにしている。
これにより、等間隔の目標経路を容易に生成することができるのである。
【００４１】
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ＡＢ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。
さらに、Ｎ＝０のときには目標経路として基準線上の無限直線を生成することもできるため、ティーチング終了点を終了点（点Ｂ）よりも手前（例えば図６中の点Ｃ）に設定すれば、線分ＣＢと重なるように無限直線状の目標経路を生成して、田植機１を点Ｃ以降の目標経路上を自律的に直進走行させることもできる。
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。
【００４２】
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６または図８を用いて説明をする。
以下の説明では、ある一つの目標経路（あるいは基準線）上への植付作業を完了した後に、次の植付位置へ移動して自律的に走行する場合の動作について説明をする。
図８に示す如く、本実施例では、圃場端部（すなわち、図６中の範囲Ｘおよび範囲Ｙ、枕地）ではオペレータにより操向を行い、それ以外の直線植付部（開始点（点Ａ）と終了点（点Ｂ）を結ぶ直線と平行な線）では自律運転ＳＷ４８を「入」とすることにより、平行で直線状に走行して植付作業を可能とする。
具体的に言えば、図８に示す如く、ティーチングが終了した後の枕地において、自律運転ＳＷ４８を「切」としてオペレータの操作により旋回（回行）をする。
そして、自動運転切替ＳＷ４６を「自動」位置としている場合において、田植機１が直線状の目標経路（線分ＡＢと平行な線分）上に至ると、正常走行表示ランプ４５ｂが点灯する（それ以外の位置では左方ズレ表示ランプ４５ａまたは右方ズレ表示ランプ４５ｃが点灯している）。このとき、オペレータは機体が目標経路に略一致する位置にあると判断することができる。そして、この正常走行表示ランプ４５ｂが点灯した目標経路の近傍位置において（田植機１が位置Ｐにあるとき）自律運転ＳＷ４８を「入」とすると、その時のＧＰＳアンテナ１０１の位置（すなわち、車体位置）を計測し、目標経路に沿うように田植機１を自律的に走行させるようにしている。
【００４３】
つまり、田植機１が、自律走行を入切する自律運転ＳＷ４８を備え、自律運転ＳＷ４８を「入」とするときに、ＧＰＳユニット１０２により車体位置を計測し、該車体位置に最も近い目標経路に沿って自律走行させるようにしている。
これにより、オペレータは、位置決めの際に機体が目標経路上にあるか否かを確認しながら、おおまかな位置決めをするだけでよく、また、位置決め後は自律的に目標経路に沿って走行するようにしているため、次工程遷移時の位置決めを容易に、かつ、精度良くすることができ、その結果、作物の植付位置を精度良く等間隔に揃え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】
【００４４】
【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構成を示した斜視図。
【図４】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５】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６】本発明により生成する目標経路を示す模式図。
【図７】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８】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。
【符号の説明】
【００４５】
１ 田植機
４ 植付部
１０２ ＧＰＳユニット
１１０ 処理部
【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装置を用いた目標経路の生成方法および自律的な走行の制御方法の技術に関する。
【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できる。
しかしながら、従来技術においては、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、折り返し前と折り返し後の走行経路の間隔を一定に保つためには、オペレータが目視により略等間隔となるように運転操作する必要があった。また、予め移動対象エリア内を認識させるための基準マークを設置しておく必要もあった。さらに、田植機等の作業車においては、深水田植等の作業時には、植付けが終わった作物を確認することが難しく、オペレータの目視による方法では、オペレータが走行経路の間隔を把握して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、走行経路の間隔を精度良く一定に保つことは困難な状況であった。
また、前記従来技術においては、車体の向き（方位）のみを一定に保つように制御しているため、スタート時の車体の向き（方位）から生成する目標経路と、自律直進走行による実際の走行経路にズレが生じる場合があり、また、ズレが生じた場合に、該ズレを検知し走行経路を元の目標経路上に戻す手段を有していないため、走行長が長くなるにつれて、ズレ量が徐々に拡大していくという問題があった。
【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走行経路の位置決めが容易にでき、かつ、目標経路と実際の走行経路を略一致させることが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、該ティーチング経路に沿って自律的に走行する農用作業車において、ティーチング開始時の車体位置を開始点とし、かつ、ティーチング終了時の車体位置を終了点として、前記ＧＰＳ装置により、前記開始点および終了点を計測し、前記ティーチング経路生成手段により、前記開始点と終了点を結ぶ直線状のティーチング経路を生成し、かつ、該直線状のティーチング経路と、車体に装着した作業機において設定する作業幅を基準として、前記直線状のティーチング経路に対して平行で、前記作業幅だけ離間したＮ本の直線状の目標経路を生成すること、を特徴としたものである。
【０００７】
請求項２においては、前記農用作業車が、前記目標経路上を走行するときに、前記ＧＰＳ装置により車体位置を計測し、車体を目標経路に沿って自律的に走行すること、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、前記自律走行を入切するスイッチを備え、該スイッチを「入」とするときに、前記ＧＰＳ装置により車体位置を計測し、該車体位置に最も近い目標経路に沿って自律走行させること、を特徴としたものである。
【０００９】
請求項４においては、前記農用作業車が、ズレ量報知手段を備え、前記農用作業車を、前記目標経路に沿って自律走行させるときに、前記ＧＰＳ装置により車体位置を計測し、前記ティーチング経路生成手段により前記目標経路と実際の車体位置のズレ量を求めて、前記ズレ量報知手段により、前記ズレ量をオペレータに報知すること、を特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１１】
請求項１においては、等間隔の目標経路を容易に生成することができる。
【００１２】
請求項２においては、実際の走行位置を計測することにより、目標経路とのズレ量を確認することができるので、その結果、作物の植付位置を精度良く等間隔に揃えることができる。
【００１３】
請求項３においては、次工程遷移時の位置決めを容易に、かつ、精度良くすることができる。
【００１４】
請求項４においては、オペレータが、目標経路と実際の走行経路にズレが生じているか否かについて、走行状態を確認することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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構成を示した斜視図である。図４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５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６は本発明により生成する目標経路を示す模式図、図７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８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作業を行う農用作業車に広く適用することが可能である。
【００１６】
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。
【００１７】
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を設けられており、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。
【００１８】
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。
【００１９】
図３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。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。
自動運転表示ランプ４１は、自動運転切替ＳＷ４６を「自動」に切り換えて、かつ、自律運転ＳＷ４８を「入」とした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。
【００２０】
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４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）。
【００２１】
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）。
つまり、田植機１を目標経路上に走行させるときに、ＧＰＳユニット１０２により車体位置を計測し、車体を目標経路に沿って自律走行させるようにしている。
これにより、実際の走行位置を計測することにより、目標経路とのズレ量を確認することができるのである。
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）。
【００２２】
つまり、田植機１が、自律走行位置表示ランプ４５を備え、田植機１を目標経路に沿って自律走行させるときに、ＧＰＳユニット１０２により車体位置を計測し、処理部１１０により目標経路と実際の車体位置のズレ量を求めて、自律走行位置表示ランプ４５により、ズレ量をオペレータに報知するようにしている。
これにより、オペレータが、目標経路と実際の走行経路にズレが生じているか否かについて、走行状態を確認することができるのである。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
自律運転ＳＷ４８は、自律走行の開始および終了を切替えるためのスイッチであり、例えば、レバー型のスイッチ等により構成することができる。そして、自律運転ＳＷ４８を「入」とするときに自律走行を開始し、また、自律運転ＳＷ４８を「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。但し、自律運転ＳＷ４８は、ボタン型の押し込み式スイッチ等により構成することもできる。
本実施例では、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を指示することができるようにしている。
これにより、自律運転ＳＷ４８を上下または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ように構成している。
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レバー型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。
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。
【００２６】
次に、本発明に適用する一実施例に係るＧＰＳについて、図５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。
【００２７】
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。
【００２８】
図５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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
一方、図５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。
【００３３】
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の現在位置を認識するのである。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。尚、前記油圧アクチュエータの変わりに油圧モータ等を使用する構成としてもよい。
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。
【００３７】
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６または図７を用いて説明をする。
図６または図７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）。そして、記憶部１０５に記憶した前記開始点（点Ａ）と前記終了点（点Ｂ）の情報に基づいて、ＲＴＫ演算部および処理部１１０により点Ａと点Ｂを結ぶ基準線（線分ＡＢ）を生成して記憶部１０５に記憶し、その後該基準線（線分ＡＢ）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。
【００３８】
目標経路の生成は、基準線（線分ＡＢ）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
【００３９】
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ＡＢ）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、前記Ｎは整数を意味しており、Ｎが負の整数である場合には機体進行方向に対して左方にＮ列の目標経路を生成し、また、Ｎが正の整数である場合には機体進行方向に対して右方にＮ列の目標経路を生成するようにしている。さらに、Ｎ＝０の場合には、機体の進行経路上に（即ち、ティーチング経路と重なるようにして）目標経路を生成するようにしている。
そして、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ＡＢ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ＡＢ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。さらに、Ｎ＝０のときには、目標経路として基準線上の無限直線を生成することもできる。
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。
【００４０】
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、該ティーチング経路に沿って自律走行させるようにした田植機１において、ティーチング開始時の車体位置を開始点（点Ａ）とし、かつ、ティーチング終了時の車体位置を終了点（点Ｂ）として、ＧＰＳユニット１０２により、開始点（点Ａ）および終了点（点Ｂ）を計測し、処理部１１０により、開始点（点Ａ）と終了点（点Ｂ）を結ぶ直線状のティーチング経路（線分ＡＢ）を生成し、かつ、該直線状のティーチング経路（線分ＡＢ）と、車体に装着した植付部４において設定する植付幅ａと植付条数ｂを基準として、前記直線状のティーチング経路（線分ＡＢ）に対して平行で、作業幅（即ち、植付幅ａに植付条数ｂを乗じた距離）だけ離間したＮ本の直線状の目標経路を生成するようにしている。
これにより、等間隔の目標経路を容易に生成することができるのである。
【００４１】
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ＡＢ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。
さらに、Ｎ＝０のときには目標経路として基準線上の無限直線を生成することもできるため、ティーチング終了点を終了点（点Ｂ）よりも手前（例えば図６中の点Ｃ）に設定すれば、線分ＣＢと重なるように無限直線状の目標経路を生成して、田植機１を点Ｃ以降の目標経路上を自律的に直進走行させることもできる。
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。
【００４２】
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６または図８を用いて説明をする。
以下の説明では、ある一つの目標経路（あるいは基準線）上への植付作業を完了した後に、次の植付位置へ移動して自律的に走行する場合の動作について説明をする。
図８に示す如く、本実施例では、圃場端部（すなわち、図６中の範囲Ｘおよび範囲Ｙ、枕地）ではオペレータにより操向を行い、それ以外の直線植付部（開始点（点Ａ）と終了点（点Ｂ）を結ぶ直線と平行な線）では自律運転ＳＷ４８を「入」とすることにより、平行で直線状に走行して植付作業を可能とする。
具体的に言えば、図８に示す如く、ティーチングが終了した後の枕地において、自律運転ＳＷ４８を「切」としてオペレータの操作により旋回（回行）をする。
そして、自動運転切替ＳＷ４６を「自動」位置としている場合において、田植機１が直線状の目標経路（線分ＡＢと平行な線分）上に至ると、正常走行表示ランプ４５ｂが点灯する（それ以外の位置では左方ズレ表示ランプ４５ａまたは右方ズレ表示ランプ４５ｃが点灯している）。このとき、オペレータは機体が目標経路に略一致する位置にあると判断することができる。そして、この正常走行表示ランプ４５ｂが点灯した目標経路の近傍位置において（田植機１が位置Ｐにあるとき）自律運転ＳＷ４８を「入」とすると、その時のＧＰＳアンテナ１０１の位置（すなわち、車体位置）を計測し、目標経路に沿うように田植機１を自律的に走行させるようにしている。
【００４３】
つまり、田植機１が、自律走行を入切する自律運転ＳＷ４８を備え、自律運転ＳＷ４８を「入」とするときに、ＧＰＳユニット１０２により車体位置を計測し、該車体位置に最も近い目標経路に沿って自律走行させるようにしている。
これにより、オペレータは、位置決めの際に機体が目標経路上にあるか否かを確認しながら、おおまかな位置決めをするだけでよく、また、位置決め後は自律的に目標経路に沿って走行するようにしているため、次工程遷移時の位置決めを容易に、かつ、精度良くすることができ、その結果、作物の植付位置を精度良く等間隔に揃え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】
【００４４】
【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構成を示した斜視図。
【図４】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５】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６】本発明により生成する目標経路を示す模式図。
【図７】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８】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。
【符号の説明】
【００４５】
１ 田植機
４ 植付部
１０２ ＧＰＳユニット
１１０ 処理部
【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、
該ティーチング経路に沿って自律的に走行する農用作業車において、
ティーチング開始時の車体位置を開始点とし、かつ、
ティーチング終了時の車体位置を終了点として、
前記ＧＰＳ装置により、
前記開始点および終了点を計測し、
前記ティーチング経路生成手段により、
前記開始点と終了点を結ぶ直線状のティーチング経路を生成し、かつ、
該直線状のティーチング経路と、
車体に装着した作業機において設定する作業幅を基準として、
前記直線状のティーチング経路に対して平行で、
前記作業幅だけ離間したＮ本の直線状の目標経路を生成すること、
を特徴とする農用作業車。
【請求項２】
前記農用作業車が、
前記目標経路上を走行するときに、
前記ＧＰＳ装置により車体位置を計測し、
車体を目標経路に沿って自律的に走行すること、
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、
前記自律走行を入切するスイッチを備え、
該スイッチを「入」とするときに、
前記ＧＰＳ装置により車体位置を計測し、
該車体位置に最も近い目標経路に沿って自律走行させること、
を特徴とする請求項２記載の農用作業車。
【請求項４】
前記農用作業車が、
ズレ量報知手段を備え、
前記農用作業車を、
前記目標経路に沿って自律走行させるときに、
前記ＧＰＳ装置により車体位置を計測し、
前記ティーチング経路生成手段により前記目標経路と実際の車体位置のズレ量を求めて、
前記ズレ量報知手段により、
前記ズレ量をオペレータに報知すること、
を特徴とする請求項２または請求項３記載の農用作業車。
【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、
該ティーチング経路に沿って自律的に走行する農用作業車において、
ティーチング開始時の車体位置を開始点とし、かつ、
ティーチング終了時の車体位置を終了点として、
前記ＧＰＳ装置により、
前記開始点および終了点を計測し、
前記ティーチング経路生成手段により、
前記開始点と終了点を結ぶ直線状のティーチング経路を生成し、かつ、
該直線状のティーチング経路と、
車体に装着した作業機において設定する作業幅を基準として、
前記直線状のティーチング経路に対して平行で、
前記作業幅だけ離間したＮ本の直線状の目標経路を生成すること、
を特徴とする農用作業車。
【請求項２】
前記農用作業車が、
前記目標経路上を走行するときに、
前記ＧＰＳ装置により車体位置を計測し、
車体を目標経路に沿って自律的に走行すること、
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、
前記自律走行を入切するスイッチを備え、
該スイッチを「入」とするときに、
前記ＧＰＳ装置により車体位置を計測し、
該車体位置に最も近い目標経路に沿って自律走行させること、
を特徴とする請求項２記載の農用作業車。
【請求項４】
前記農用作業車が、
ズレ量報知手段を備え、
前記農用作業車を、
前記目標経路に沿って自律走行させるときに、
前記ＧＰＳ装置により車体位置を計測し、
前記ティーチング経路生成手段により前記目標経路と実際の車体位置のズレ量を求めて、
前記ズレ量報知手段により、
前記ズレ量をオペレータに報知すること、
を特徴とする請求項２または請求項３記載の農用作業車。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−６７６１７（Ｐ２００８−６７６１７Ａ）
【公開日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２４７２９７（Ｐ２００６−２４７２９７）
【出願日】平成１８年９月１２日（２００６．９．１２）
【出願人】（０００００６７８１）ヤンマー株式会社 (3,810)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月１２日（２００６．９．１２）
【出願人】（０００００６７８１）ヤンマー株式会社 (3,810)
【Ｆターム（参考）】
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