農用作業車
【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、ティーチング経路を折れ線状や曲線状に生成することを可能とする技術を提供する。
【解決手段】ＧＰＳユニット１０２と、処理部１１０を備え、目標経路上を自律的に走行する田植機１であって、ＧＰＳユニット１０２により計測される位置情報に基づいて、ティーチング開始時から終了時まで、田植機１の車体位置を所定の間隔ごとに測定して、複数の車体位置（測定点Ａから点Ｇ）を記録し、該記録に基づいて、走行した前後二つの測定点を直線で結ぶ線分の集合として、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対して平行な目標経路を生成し、該平行な目標経路の線間距離は作業幅（即ち、植付幅ａに植付条数ｂを乗じた距離（６ａ））とする。
【解決手段】ＧＰＳユニット１０２と、処理部１１０を備え、目標経路上を自律的に走行する田植機１であって、ＧＰＳユニット１０２により計測される位置情報に基づいて、ティーチング開始時から終了時まで、田植機１の車体位置を所定の間隔ごとに測定して、複数の車体位置（測定点Ａから点Ｇ）を記録し、該記録に基づいて、走行した前後二つの測定点を直線で結ぶ線分の集合として、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対して平行な目標経路を生成し、該平行な目標経路の線間距離は作業幅（即ち、植付幅ａに植付条数ｂを乗じた距離（６ａ））とする。
【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、ティーチング経路が方位情報のみで生成されるため、直線状のティーチング経路しか生成することができなかった。そのため、圃場が長方形でなく変形している場合等には、自律走行による植付作業を行うことができない範囲が発生していた。
つまり、従来はティーチング経路を折れ線状や曲線状に生成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、ティーチング経路を折れ線状や曲線状に生成することを可能とす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、目標経路上を自律的に走行する農用作業車であって、前記ＧＰＳ装置により計測される位置情報に基づいて、ティーチング開始時から終了時まで、前記農用作業車の車体位置を所定の間隔ごとに測定して、複数の車体位置（測定点）を記録し、該記録に基づいて、走行した前後二つの測定点を直線で結ぶ線分の集合として、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対して平行な目標経路を生成し、該平行な目標経路の線間距離は、車体に装着した作業機において設定する作業幅とすること、を特徴としたものである。
【０００７】
請求項２においては、前記農用作業車の車体位置を計測する間隔は、ハンドルの切れ角度に応じて可変とすること、を特徴としたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【０００９】
請求項１においては、ティーチング経路を直線だけでなく、折れ線や曲線として設定することができ、変形圃場や曲がった畦等の一辺に合わせて平行に自律走行させて植え付けることが可能となり、無駄な植付スペースをなくしてきれいに植え付けることが可能となる。
【００１０】
請求項２においては、ステアリングハンドルの切れ角が小さいときは長く、切れ角が大きい時は短い間隔で計測するようになり、畦の形状に容易に倣わせることが可能となり、より滑らかな目標経路を生成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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は本発明の一実施例に係る目標経路生成作業の状況を示す第一の模式図、図７は本発明の一実施例に係る目標経路生成作業の状況を示す第二の模式図、図８は本発明の一実施例に係る目標経路生成作業の状況を示す第三の模式図、図９は本発明の一実施例に係る目標経路生成作業の状況を示す第四の模式図、図１０は本発明の一実施例に係る目標経路生成作業の状況を示す第五の模式図、図１１は本発明の一実施例に係る目標経路生成作業の流れを示すフロー図、図１２は本発明の一実施例に係る目標経路生成方法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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。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。
【００１６】
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。
【００１７】
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）。
【００１８】
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、ズレを補正するように自律走行手段１２４に対して信号を出力し（Ｓ０６）、そして、基準線に対するズレの方向を判断し（Ｓ０７）、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（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を点灯するようにしている（Ｓ０９）。
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）。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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り、例えば、ボタン型の押し込み式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ＳＷ４８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。
さらに詳述すると、自律運転ＳＷ４８を押下することにより、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することができる。
自律運転ＳＷ４８をボタン型の押し込みスイッチにより構成する場合には、自律的に旋回走行をするためには、自律走行開始後の最初の旋回時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自律運転ＳＷ４８を回動操作する必要がある。そして、それ以降は枕地に到達する度に左右交互に自動的に旋回走行し、次の植付開始位置まで自律的に走行するようにしている。
【００２２】
但し、図３に示す如く、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（左右）を指示することができるようにしている。
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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かわりに油圧モータ等を使用する構成としても良い。
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。
【００３６】
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乃至図１１を用いて説明をする。
図６、図７または図１１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ティーチング経路（基準線）を生成するようにしている。
尚、本実施例では、図６に示すような変形圃場を例示して説明を行っているが、圃場の形状は、これに限定するものではない。
図６に示す如く、ティーチング作業においては、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いる。
まず、ティーチング開始時にティーチングＳＷ４７を一度押下し、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に記憶するようにしている（Ｓ１１）。
【００３７】
その後、オペレータがティーチング経路への設定を所望する経路上を手動運転により圃場の形状に沿って走行し、その際所定間隔ごとに車体位置を自動的に計測し、計測した車体位置を測定点（即ち、点Ｂ〜点Ｇ）として記憶部１０５に記録するようにしている（Ｓ１２〜Ｓ１７）。
計測間隔は、例えば走行距離を基準としたり、また走行時間を基準として設定することができるが、本実施例では、この計測間隔をハンドル１４の切れ角と対応付けるようにしており（Ｓ１２）、ハンドル１４を左右いずれかの方向に回動している場合（即ち、曲線走行時）には、直進走行時に比して計測間隔を短めに設定するようにしている（Ｓ１３）。さらにこのとき、ハンドル１４の切れ角の大小に略反比例させて計測間隔を可変するようにしている。つまり、走行軌跡の曲率半径が小さくなるほど計測間隔を短くして、より短い線分の集合によりティーチング経路を生成するようにしている。
即ち、田植機１の車体位置を計測する間隔は、ハンドル１４の切れ角度に応じて可変としており、これにより、ハンドル１４の切れ角が小さいときは長く、切れ角が大きい時は短い間隔で計測するようになり、畦の形状に容易に倣わせることが可能となり、より滑らかな目標経路を生成することができるのである。
【００３８】
そして、ティーチング終了時にティーチングＳＷ４７をもう一度押下するようにし、その押下した時のＧＰＳアンテナ１０１の位置を終了点（点Ｇ）として記憶部１０５に記憶してティーチング作業を終了するようにしている（Ｓ１８）。
【００３９】
次に、図７に示す如く、記憶部１０５に記憶した前記開始点（点Ａ）、各測定点（点Ｂ〜点Ｆ）および前記終了点（点Ｇ）の情報に基づいて、ＲＴＫ演算部および処理部１１０により、隣り合う各点を結ぶ折れ線状の線分の集合（即ち、線分ＡＢ、線分ＢＣ、線分ＣＤ、線分ＤＦおよび線分ＦＧの集合）としてティーチング経路（基準線）を生成して記憶部１０５に記憶するようにしている（Ｓ１９）。このように、曲線部を折れ線状の線分の集合として取り扱うことにより、走行軌跡が曲線状になっている場合であっても容易に基準線を生成することができる。
【００４０】
次に、図８に示す如く、前記基準線を構成する複数の各線分（即ち、線分ＡＢ、線分ＢＣ、線分ＣＤ、線分ＤＦおよび線分ＦＧ）に対して平行で、かつ、一定の間隔だけ離間した複数の直線（図８中に破線で示す各直線）を生成し、該複数の直線の互いに隣り合う直線との交点（点ａ〜点ｇ）を求めて、該交点（点ａ〜点ｇ）のうち隣り合う交点を結ぶ折れ線を生成して、処理部１１０により目標経路を生成する構成としている。
尚、基準線と目標経路との間隔は、田植機１の植付部４において設定されている作業幅（即ち、植付幅ａと植付条数ｂを乗じた距離）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
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。
【００４１】
次に、図９に示す如く、前述の通り生成した一つの目標経路を基準としてさらに線間距離を６ａとして新たな目標経路を生成するようにし、これを繰り返すことでティーチング経路（基準線）を構成する各線分と平行であって、かつ、線間距離を６ａとする目標経路をＮ列生成するようにしている（Ｓ２０）。
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。
つまり、図１０に示す如く、本実施例においては、基準線に対して右方（走行軌跡の曲率半径が小さくなる方向）に目標経路を生成する場合だけでなく、基準線に対して左方（走行軌跡の曲率半径が大きくなる方向）にも目標経路を生成することができ、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。
【００４２】
即ち、ＧＰＳユニット１０２と、処理部１１０を備え、目標経路上を自律的に走行する田植機１であって、ＧＰＳユニット１０２により計測される位置情報に基づいて、ティーチング開始時から終了時まで、田植機１の車体位置を所定の間隔ごとに測定して、複数の車体位置（測定点Ａから点Ｇ）を記録し、該記録に基づいて、走行した前後二つの測定点を直線で結ぶ線分の集合として、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対して平行な目標経路を生成し、該平行な目標経路の線間距離は作業幅（即ち、植付幅ａに植付条数ｂを乗じた距離（６ａ））としている。
これにより、ティーチング経路を直線だけでなく、折れ線や曲線として設定することができ、変形圃場や曲がった畦等の一辺に合わせて平行に自律走行させて植え付けることが可能となるのである。そして、無駄な植付スペースをなくして、きれいに植え付けることが可能となるのである。
【００４３】
また、図１２に示す如く、目標経路の生成を繰り返していくうちに、交点Ｃｎと交点Ｄｎの位置関係が逆転してくる（即ち、当初交点Ｃｎが交点Ｂｎ側に生成されて、かつ、交点Ｄｎが交点Ｅｎ側に生成されていたものが、交点Ｃｎが交点Ｅｎ側に生成されて、かつ、交点Ｄｎが交点Ｂｎ側に生成されるようになる）と、同じ法則性のもとではうまく目標経路を生成することができない。そこで、交点Ｃｎと交点Ｄｎの位置関係が逆転した以後には（本実施例では、図１２に示す交点Ｃ（ｎ−３）および交点Ｄ（ｎ−３）以後）は、交点ＣｎおよびＤｎを考慮せず、線分ＢｎＣｎと線分ＤｎＥｎの交点（本実施例では、図１２中の点ｐ１乃至点ｐ４）を新たに生成し、この交点で折れ線となる目標経路を生成するようにしている。
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。
【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】本発明の一実施例に係る目標経路生成作業の状況を示す第一の模式図。
【図７】本発明の一実施例に係る目標経路生成作業の状況を示す第二の模式図。
【図８】本発明の一実施例に係る目標経路生成作業の状況を示す第三の模式図。
【図９】本発明の一実施例に係る目標経路生成作業の状況を示す第四の模式図。
【図１０】本発明の一実施例に係る目標経路生成作業の状況を示す第五の模式図。
【図１１】本発明の一実施例に係る目標経路生成作業の流れを示すフロー図。
【図１２】本発明の一実施例に係る目標経路生成方法を示す模式図。
【符号の説明】
【００４５】
１ 田植機
４ 植付部
４８ 自律運転ＳＷ
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、ティーチング経路が方位情報のみで生成されるため、直線状のティーチング経路しか生成することができなかった。そのため、圃場が長方形でなく変形している場合等には、自律走行による植付作業を行うことができない範囲が発生していた。
つまり、従来はティーチング経路を折れ線状や曲線状に生成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、ティーチング経路を折れ線状や曲線状に生成することを可能とす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、目標経路上を自律的に走行する農用作業車であって、前記ＧＰＳ装置により計測される位置情報に基づいて、ティーチング開始時から終了時まで、前記農用作業車の車体位置を所定の間隔ごとに測定して、複数の車体位置（測定点）を記録し、該記録に基づいて、走行した前後二つの測定点を直線で結ぶ線分の集合として、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対して平行な目標経路を生成し、該平行な目標経路の線間距離は、車体に装着した作業機において設定する作業幅とすること、を特徴としたものである。
【０００７】
請求項２においては、前記農用作業車の車体位置を計測する間隔は、ハンドルの切れ角度に応じて可変とすること、を特徴としたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【０００９】
請求項１においては、ティーチング経路を直線だけでなく、折れ線や曲線として設定することができ、変形圃場や曲がった畦等の一辺に合わせて平行に自律走行させて植え付けることが可能となり、無駄な植付スペースをなくしてきれいに植え付けることが可能となる。
【００１０】
請求項２においては、ステアリングハンドルの切れ角が小さいときは長く、切れ角が大きい時は短い間隔で計測するようになり、畦の形状に容易に倣わせることが可能となり、より滑らかな目標経路を生成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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は本発明の一実施例に係る目標経路生成作業の状況を示す第一の模式図、図７は本発明の一実施例に係る目標経路生成作業の状況を示す第二の模式図、図８は本発明の一実施例に係る目標経路生成作業の状況を示す第三の模式図、図９は本発明の一実施例に係る目標経路生成作業の状況を示す第四の模式図、図１０は本発明の一実施例に係る目標経路生成作業の状況を示す第五の模式図、図１１は本発明の一実施例に係る目標経路生成作業の流れを示すフロー図、図１２は本発明の一実施例に係る目標経路生成方法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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。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。
【００１６】
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。
【００１７】
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）。
【００１８】
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、ズレを補正するように自律走行手段１２４に対して信号を出力し（Ｓ０６）、そして、基準線に対するズレの方向を判断し（Ｓ０７）、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（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を点灯するようにしている（Ｓ０９）。
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）。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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り、例えば、ボタン型の押し込み式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ＳＷ４８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。
さらに詳述すると、自律運転ＳＷ４８を押下することにより、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することができる。
自律運転ＳＷ４８をボタン型の押し込みスイッチにより構成する場合には、自律的に旋回走行をするためには、自律走行開始後の最初の旋回時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自律運転ＳＷ４８を回動操作する必要がある。そして、それ以降は枕地に到達する度に左右交互に自動的に旋回走行し、次の植付開始位置まで自律的に走行するようにしている。
【００２２】
但し、図３に示す如く、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（左右）を指示することができるようにしている。
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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かわりに油圧モータ等を使用する構成としても良い。
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。
【００３６】
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乃至図１１を用いて説明をする。
図６、図７または図１１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ティーチング経路（基準線）を生成するようにしている。
尚、本実施例では、図６に示すような変形圃場を例示して説明を行っているが、圃場の形状は、これに限定するものではない。
図６に示す如く、ティーチング作業においては、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いる。
まず、ティーチング開始時にティーチングＳＷ４７を一度押下し、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に記憶するようにしている（Ｓ１１）。
【００３７】
その後、オペレータがティーチング経路への設定を所望する経路上を手動運転により圃場の形状に沿って走行し、その際所定間隔ごとに車体位置を自動的に計測し、計測した車体位置を測定点（即ち、点Ｂ〜点Ｇ）として記憶部１０５に記録するようにしている（Ｓ１２〜Ｓ１７）。
計測間隔は、例えば走行距離を基準としたり、また走行時間を基準として設定することができるが、本実施例では、この計測間隔をハンドル１４の切れ角と対応付けるようにしており（Ｓ１２）、ハンドル１４を左右いずれかの方向に回動している場合（即ち、曲線走行時）には、直進走行時に比して計測間隔を短めに設定するようにしている（Ｓ１３）。さらにこのとき、ハンドル１４の切れ角の大小に略反比例させて計測間隔を可変するようにしている。つまり、走行軌跡の曲率半径が小さくなるほど計測間隔を短くして、より短い線分の集合によりティーチング経路を生成するようにしている。
即ち、田植機１の車体位置を計測する間隔は、ハンドル１４の切れ角度に応じて可変としており、これにより、ハンドル１４の切れ角が小さいときは長く、切れ角が大きい時は短い間隔で計測するようになり、畦の形状に容易に倣わせることが可能となり、より滑らかな目標経路を生成することができるのである。
【００３８】
そして、ティーチング終了時にティーチングＳＷ４７をもう一度押下するようにし、その押下した時のＧＰＳアンテナ１０１の位置を終了点（点Ｇ）として記憶部１０５に記憶してティーチング作業を終了するようにしている（Ｓ１８）。
【００３９】
次に、図７に示す如く、記憶部１０５に記憶した前記開始点（点Ａ）、各測定点（点Ｂ〜点Ｆ）および前記終了点（点Ｇ）の情報に基づいて、ＲＴＫ演算部および処理部１１０により、隣り合う各点を結ぶ折れ線状の線分の集合（即ち、線分ＡＢ、線分ＢＣ、線分ＣＤ、線分ＤＦおよび線分ＦＧの集合）としてティーチング経路（基準線）を生成して記憶部１０５に記憶するようにしている（Ｓ１９）。このように、曲線部を折れ線状の線分の集合として取り扱うことにより、走行軌跡が曲線状になっている場合であっても容易に基準線を生成することができる。
【００４０】
次に、図８に示す如く、前記基準線を構成する複数の各線分（即ち、線分ＡＢ、線分ＢＣ、線分ＣＤ、線分ＤＦおよび線分ＦＧ）に対して平行で、かつ、一定の間隔だけ離間した複数の直線（図８中に破線で示す各直線）を生成し、該複数の直線の互いに隣り合う直線との交点（点ａ〜点ｇ）を求めて、該交点（点ａ〜点ｇ）のうち隣り合う交点を結ぶ折れ線を生成して、処理部１１０により目標経路を生成する構成としている。
尚、基準線と目標経路との間隔は、田植機１の植付部４において設定されている作業幅（即ち、植付幅ａと植付条数ｂを乗じた距離）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
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。
【００４１】
次に、図９に示す如く、前述の通り生成した一つの目標経路を基準としてさらに線間距離を６ａとして新たな目標経路を生成するようにし、これを繰り返すことでティーチング経路（基準線）を構成する各線分と平行であって、かつ、線間距離を６ａとする目標経路をＮ列生成するようにしている（Ｓ２０）。
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。
つまり、図１０に示す如く、本実施例においては、基準線に対して右方（走行軌跡の曲率半径が小さくなる方向）に目標経路を生成する場合だけでなく、基準線に対して左方（走行軌跡の曲率半径が大きくなる方向）にも目標経路を生成することができ、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。
【００４２】
即ち、ＧＰＳユニット１０２と、処理部１１０を備え、目標経路上を自律的に走行する田植機１であって、ＧＰＳユニット１０２により計測される位置情報に基づいて、ティーチング開始時から終了時まで、田植機１の車体位置を所定の間隔ごとに測定して、複数の車体位置（測定点Ａから点Ｇ）を記録し、該記録に基づいて、走行した前後二つの測定点を直線で結ぶ線分の集合として、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対して平行な目標経路を生成し、該平行な目標経路の線間距離は作業幅（即ち、植付幅ａに植付条数ｂを乗じた距離（６ａ））としている。
これにより、ティーチング経路を直線だけでなく、折れ線や曲線として設定することができ、変形圃場や曲がった畦等の一辺に合わせて平行に自律走行させて植え付けることが可能となるのである。そして、無駄な植付スペースをなくして、きれいに植え付けることが可能となるのである。
【００４３】
また、図１２に示す如く、目標経路の生成を繰り返していくうちに、交点Ｃｎと交点Ｄｎの位置関係が逆転してくる（即ち、当初交点Ｃｎが交点Ｂｎ側に生成されて、かつ、交点Ｄｎが交点Ｅｎ側に生成されていたものが、交点Ｃｎが交点Ｅｎ側に生成されて、かつ、交点Ｄｎが交点Ｂｎ側に生成されるようになる）と、同じ法則性のもとではうまく目標経路を生成することができない。そこで、交点Ｃｎと交点Ｄｎの位置関係が逆転した以後には（本実施例では、図１２に示す交点Ｃ（ｎ−３）および交点Ｄ（ｎ−３）以後）は、交点ＣｎおよびＤｎを考慮せず、線分ＢｎＣｎと線分ＤｎＥｎの交点（本実施例では、図１２中の点ｐ１乃至点ｐ４）を新たに生成し、この交点で折れ線となる目標経路を生成するようにしている。
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。
【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】本発明の一実施例に係る目標経路生成作業の状況を示す第一の模式図。
【図７】本発明の一実施例に係る目標経路生成作業の状況を示す第二の模式図。
【図８】本発明の一実施例に係る目標経路生成作業の状況を示す第三の模式図。
【図９】本発明の一実施例に係る目標経路生成作業の状況を示す第四の模式図。
【図１０】本発明の一実施例に係る目標経路生成作業の状況を示す第五の模式図。
【図１１】本発明の一実施例に係る目標経路生成作業の流れを示すフロー図。
【図１２】本発明の一実施例に係る目標経路生成方法を示す模式図。
【符号の説明】
【００４５】
１ 田植機
４ 植付部
４８ 自律運転ＳＷ
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、
目標経路上を自律的に走行する農用作業車であって、
前記ＧＰＳ装置により計測される位置情報に基づいて、
ティーチング開始時から終了時まで、
前記農用作業車の車体位置を所定の間隔ごとに測定して、
複数の車体位置（測定点）を記録し、
該記録に基づいて、
走行した前後二つの測定点を直線で結ぶ線分の集合として、
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対して平行な目標経路を生成し、
該平行な目標経路の線間距離は、
車体に装着した作業機において設定する作業幅とすること、
を特徴とする農用作業車。
【請求項２】
前記農用作業車の車体位置を計測する間隔は、
ハンドルの切れ角度に応じて可変とすること、
を特徴とする請求項１記載の農用作業車。
【請求項１】
ＧＰＳ装置と、
ティーチング経路生成手段を備え、
目標経路上を自律的に走行する農用作業車であって、
前記ＧＰＳ装置により計測される位置情報に基づいて、
ティーチング開始時から終了時まで、
前記農用作業車の車体位置を所定の間隔ごとに測定して、
複数の車体位置（測定点）を記録し、
該記録に基づいて、
走行した前後二つの測定点を直線で結ぶ線分の集合として、
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対して平行な目標経路を生成し、
該平行な目標経路の線間距離は、
車体に装着した作業機において設定する作業幅とすること、
を特徴とする農用作業車。
【請求項２】
前記農用作業車の車体位置を計測する間隔は、
ハンドルの切れ角度に応じて可変とすること、
を特徴とする請求項１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９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００８−７２９６３（Ｐ２００８−７２９６３Ａ）
【公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２５６１１５（Ｐ２００６−２５６１１５）
【出願日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【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４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【出願人】（０００００６７８１）ヤンマー株式会社 (3,810)
【Ｆターム（参考）】
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