JP2021026348A - 作業車両 - Google Patents
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Abstract
【課題】障害物検知精度の低下を抑える作業車両を提供する。【解決手段】作業車両は、走行車体と、走行車体の後部に設けられ、走行車体の後方の障害物を検知するとともに走行車体の後方へ延びる検知領域の傾斜角度が変更可能な後方センサ22と、走行車体の後部に昇降可能に装着される作業機Wの種類に応じて検知領域の傾斜角度を変更する制御装置40とを備える。【選択図】図2
Description
本発明は、作業車両に関する。
従来、作業車両には、走行車体に測位装置を搭載し、走行車体の位置を測定しつつ自律走行するものがある。このような作業車両には、機体周辺の障害物を検知するセンサを備え、所定の作業エリア内は感度を高く、作業エリア外は感度を低くすることで、作業に関与しない物体を障害物として検知(すなわち、誤検知)するのを防ぐものがある(たとえば、特許文献1参照)。
ところで、農用トラクタなどの作業車両においては、走行車体の後部に昇降自在な作業機が装着されることがある。作業機は、複数種類あり、作業内容ごとに付け替えるものである。上記したような従来の作業車両では、機体後方の障害物を検知するセンサの検知領域に作業機が入り込み、作業機を障害物として誤検知するなど、障害物検知精度が低下することがあった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、障害物検知精度の低下を抑えることができる作業車両を提供することを目的とする。
上記した課題を解決し、目的を達成するために、実施形態の一態様に係る作業車両(1)は、走行車体(2)と、前記走行車体(2)の後部に設けられ、前記走行車体(2)の後方の障害物を検知するとともに該走行車体(2)の後方へ延びる検知領域の傾斜角度が変更可能な後方センサ(22)と、前記走行車体(2)の後部に昇降可能に装着される作業機(W)の種類に応じて前記検知領域の傾斜角度を変更する制御装置(40)とを備えることを特徴とする。
実施形態の一態様によれば、障害物検知精度の低下を抑えることができる。
以下、添付図面を参照して本願の開示する作業車両の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
まず、図1を参照して実施形態に係る作業車両1の全体構成について説明する。図1は、実施形態に係る作業車両1の説明図であり、作業車両1の概略左側面図である。なお、以下では、作業車両1としてトラクタを例に説明する。
作業車両であるトラクタ1は、自走しながら圃場などで作業を行う農業用トラクタである。また、トラクタ1は、操縦者(作業者ともいう。)が搭乗して圃場内を走行しながら所定の作業を実行する他、後述する制御装置40(図2参照)を中心とする制御系による各部の制御により、圃場内を自動走行しながら所定の作業を実行する。
また、以下において、前後方向とは、トラクタ1の直進時における進行方向であり、進行方向の前方側を「前」、後方側を「後」と規定する。トラクタ1の進行方向とは、直進時において、後述する操縦席8からステアリングホイール9に向かう方向である。
左右方向とは、前後方向に対して水平に直交する方向である。以下では、「前」側へ向けて左右を規定する。すなわち、トラクタ1の操縦者が操縦席8に着席して前方を向いた状態で、左手側が「左」、右手側が「右」である。
上下方向とは、鉛直方向に平行する方向である。前後方向、左右方向および上下方向は互いに直交する。なお、各方向は説明の便宜上定義したものであり、これらの方向によって本発明が限定されるものではない。また、以下では、トラクタ1を指して「機体」という場合がある。
図1に示すように、トラクタ1は、走行車体2と、作業機Wとを備える。走行車体2は、車体フレーム3と、前輪4と、後輪5と、ボンネット6と、エンジンEと、操縦部7と、ミッションケース10とを備える。車体フレーム3は、走行車体2のメインフレームである。
前輪4は、左右一対であり、主に操舵用の車輪(操舵輪)となる。後輪5は、左右一対であり、主に駆動用の車輪(駆動輪)となる。トラクタ1は、後輪5が駆動する二輪駆動(2WD)と、前輪4および後輪5が共に駆動する四輪駆動(4WD)とを切り替え可能に構成されてもよい。この場合、駆動輪は、前輪4および後輪5の両方である。なお、走行車体2は、車輪(前輪4および後輪5)に代えてクローラ装置を備えてもよい。この場合、走行クローラが駆動輪である。
ボンネット6は、走行車体2の前部において開閉自在に設けられる。ボンネット6は、後部を回動中心として上下方向に回動(開閉)可能である。ボンネット6は、閉じた状態で、車体フレーム3上に搭載されたエンジンEを覆う。エンジンEは、トラクタ1の駆動源であり、ディーゼル機関やガソリン機関などの熱機関である。
操縦部7は、走行車体2の上部に設けられ、操縦席8やステアリングホイール9などを備える。操縦部7は、走行車体2の上部に設けられたキャビン7aに覆われることで形成されてもよい。操縦席8は、操縦者の座席である。ステアリングホイール9は、操舵輪である前輪4を操舵する場合に操縦者により操作される。なお、操縦部7は、ステアリングホイール9の前方に、各種情報を表示する表示部(メータパネル)を備える。
また、操縦部7は、前後進レバー、アクセルレバー、主変速レバー、副変速レバーなどの各種操作レバーや、アクセルペダル、ブレーキペダル、クラッチペダルなどの各種操作ペダルを備える。
ミッションケース10は、トランスミッション(変速機構)を収容している。トランスミッションは、エンジンEから伝達される動力(回転動力)を適宜減速して駆動輪である後輪5や、PTO(Power Take-off)軸へ伝達する。
走行車体2の後部には、圃場内で作業を行う作業機Wが連結され、作業機Wを駆動する動力を伝達するPTO軸がミッションケース10から後方へ突出している。PTO軸は、トランスミッションによって適宜減速された回転動力を、走行車体2の少なくとも後部に装着された作業機Wへ伝達する。
また、走行車体2の後部には、作業機Wを昇降させる昇降装置12が設けられる。昇降装置12は、作業機Wを上昇させることで、作業機Wを非作業位置に移動させる。非作業位置は、例えば、走行車体2が後退する場合や、走行車体2が旋回する場合に、作業機Wを上昇させる位置である。また、昇降装置12は、作業機Wを下降させることで、作業機Wを対地作業位置に移動させる。昇降装置12は、油圧式の昇降シリンダ121と、リフトアーム122と、リフトロッド123と、ロアリンク124と、トップリンク125とを備える。
リフトアーム122は、昇降シリンダ121に作動油が供給されると、回動支点となる軸AXまわりに作業機Wを上昇させるように回動し、昇降シリンダ121から作動油が排出されると、軸AXまわりに作業機Wを下降させるように回動する。なお、リフトアーム122の基部(軸AX付近)には、リフトアーム122の回動角度を検知するリフトアームセンサ26が設けられる。作業機Wの高さは、リフトアームセンサ26の検知結果や、作業機Wに基づいて算出される。
また、リフトアーム122は、リフトロッド123を介してロアリンク124に連結される。このように、昇降装置12は、ロアリンク124とトップリンク125とで、走行車体2に対して作業機Wを昇降可能に連結する。
作業機Wは、圃場内で作業を行う機械である。図1に示す例では、作業機Wは、圃場において耕耘作業を行うロータリ耕耘機である。ロータリ耕耘機は、PTO軸から伝達された動力によって耕耘爪61が回転することで、圃場面(土壌)を耕耘する。
また、トラクタ1は、制御装置40(図2参照)を備える。制御装置40は、エンジンEを制御するとともに、走行車体2の走行速度を制御する。また、制御装置40は、作業機Wを制御する。
また、トラクタ1は、測位装置30を備える。測位装置30は、走行車体2の上部に設けられ、走行車体2の位置を測定する。測位装置30は、たとえば、GNSS(Global Navigation Satellite System)であり、上空を周回している航法衛星Sからの電波を受信して測位および計時を行うことができる。
また、トラクタ1は、作業者による情報処理端末(タブレット端末などの携帯端末)100の操作によって、特定の圃場における各種作業の設定などを行うことができる。情報処理端末100は、たとえば、ハードディスク、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)などで構成される記憶部と、タッチパネルにより構成される表示部および操作部とを備える。なお、操作部として、各種キーやボタンなどが別に設けられてもよい。
また、トラクタ1は、障害物センサ20を備える。障害物センサ20は、前方センサ21と、後方センサ22とを備える。前方センサ21は、たとえば、ボンネット6の前方に設けられたセンサ取付ステー13に取り付けられるなど、走行車体2の前部に配置され、走行車体2の前方に存在する障害物(人や、物体)を検知する。
後方センサ22は、たとえば、キャビン7aの上部に取り付けられるなど、走行車体2の後部上側に配置され、走行車体2の後方に存在する障害物を検知する。なお、後方センサ22は、モータ70(図2参照)によってキャビン7a、すなわち走行車体2に対する角度を変更することができる。
また、前方センサ21および後方センサ22は共に、中距離センサであり、好ましくは赤外線センサである。前方センサ21および後方センサ22は、赤外線ビームを放射し、障害物からの反射光を検知する。前方センサ21は、前方に延びる検知領域を有する。また、後方センサ22は、後方へ延びる検知領域を有する。
前方センサ21および後方センサ22は、たとえば、赤外線ビームを放射した後、障害物からの反射光を検知するまでの時間を測定することで、障害物までの距離を検知することができる。赤外線センサである前方センサ21および後方センサ22は、障害物を2次元的に検知し、たとえば、数メートルから数10メートル程度の検知領域である。なお、障害物センサ20として、赤外線センサ以外の他の中距離センサを用いることも可能である。
次に、図2を参照して制御装置40を中心とする作業車両(トラクタ)1の制御系について説明する。図2は、障害物検知を含む制御系の一例を示すブロック図である。図2に示すように、制御装置40は、エンジンECU(Electronic Control Unit)41と、走行系ECU42と、作業機昇降系ECU43とを備える。エンジンECU41は、エンジンEの回転数を制御する。走行系ECU42は、駆動輪の回転を制御することで、走行車体2(図1参照)の走行速度を制御する。作業機昇降系ECU43は、昇降装置12を制御して作業機Wを昇降制御する。
制御装置40は、電子制御によって各部を制御することが可能であり、CPU(Central Processing Unit)などを有する処理部をはじめ、各種プログラムや圃場ごとに予め設定された走行車体2の予定走行経路などの必要なデータ類が記憶される記憶部などを備える。
図2に示すように、制御装置40には、測位装置(GNSS)30、エンジン回転センサ23、車速センサ24、切れ角センサ25、障害物センサ20(前方センサ21および後方センサ22)、リフトアームセンサ26などの各種センサ類が接続される。なお、エンジン回転センサ23は、エンジンEの回転数を検知する。車速センサ24は、走行車体2(図1参照)の走行速度(車速)を検知する。切れ角センサ25は、操舵輪である前輪4(図1参照)の切れ角を検知する。切れ角センサ25は、機体の旋回を検知する。
制御装置40には、測位装置30から圃場などにおける走行車体2の位置情報、エンジン回転センサ23からエンジンEの回転数、車速センサ24から走行車体2の走行速度、切れ角センサ25から前輪4の切れ角がそれぞれ入力される。制御装置40は、トラクタ1を自律走行させる場合、切れ角センサ25の検知結果を用いて、前輪4の切れ角をフィードバックしながらステアリングホイール9に連結されたステアリングシリンダを制御することで、ステアリングホイール9を自動操舵する。
また、制御装置40には、エンジンECU41がエンジンEに接続され、走行系ECU42が、操舵装置51、変速装置52および制動装置53などに接続され、作業機昇降系ECU43が昇降装置12、モータ70に接続される。
このうち、作業機昇降系ECU43は、昇降装置12に向けて作業機昇降信号を出力する。昇降装置12は、作業機昇降系ECU43から出力された作業機昇降信号に基づいて作業機Wを昇降駆動する。
また、作業機昇降系ECU43は、作業機Wの種類に応じて後方センサ22の検知領域の傾斜角度を変更するセンサ角度変更信号を出力する。具体的には、作業機昇降系ECU43は、後方センサ22の検知領域の上下方向の傾斜角度(以下、「後方センサ22の傾斜角度」と称する。)を変更するセンサ角度変更信号を出力する。
モータ70は、後方センサ22の傾斜角度を変更するように後方センサ22を駆動する。具体的には、モータ70は、作業機昇降系ECU43から出力されたセンサ角度変更信号に基づいて駆動し、走行車体2に対する後方センサ22の取り付け角度を変更し、後方センサ22の傾斜角度を変更する。なお、傾斜角度は、側方から見た場合、後方センサ22と、後方センサ22の取り付け位置を通る上下方向の仮想線とによって挟まれた領域のうち、後方センサ22よりも下方側に形成される角度である。また、後方センサ22の傾斜角度は、後方センサ22の検知領域の下方側の下限範囲が、作業機Wと重ならないように設定される。
なお、モータ70の駆動は、作業機昇降系ECU43に限られず、他のECUによって行われてもよい。また、モータ70は、後方センサ22に内蔵され、例えば、赤外線ビームの放射方向を変更してもよい。
また、制御装置40は、トラクタ1が自律走行しつつ作業を行うモードである「自動運転モード」を有する。制御装置40は、自動運転モードにおいては、作業機Wによる作業内容に応じた予定走行経路が予め圃場ごとに定められ、データ化されて記憶部に記憶され、測位装置30の測定結果に基づいて、記憶された予定走行経路に沿って走行するように、エンジンE、操舵装置51、変速装置52、制動装置53および昇降装置12などの各部を制御する。なお、予定走行経路は、圃場の形状、大きさ、圃場内に形成された畝の幅、長さおよび本数、さらには作物の種類などに応じて設定される。
また、制御装置40は、たとえば、作業者が携行可能な情報処理端末100と無線接続される。制御装置40は、作業者の操作による情報処理端末100からの指示信号に基づいてトラクタ1の各部を制御する。また、制御装置40は、トラクタ1の機体情報データベースを保持し、型式などの情報の受け渡しを情報処理端末100などからも行うことができるように構成してもよい。
また、制御装置40は、前方センサ21、または後方センサ22によって障害物が検知された場合には、走行車体2を停止させる。また、制御装置40は、前方センサ21、または後方センサ22によって障害物が検知された場合には、エンジンEを停止させたり、PTO軸への回転動力の伝達を中止させたりする。また、制御装置40は、制御装置40は、前方センサ21、または後方センサ22によって障害物が検知された場合には、警報器(不図示)を作動させて、障害物が検知されたことを報知してもよい。
次に、後方センサ22の傾斜角度について説明する。
作業機Wは、種類ごとに前後方向の長さが異なっている。そのため、制御装置40は、作業機Wの種類に応じて後方センサ22の傾斜角度を変更する。後方センサ22の傾斜角度が変更されることで、後方センサ22によって障害物を検知可能な範囲が変更される。
作業機Wの前後方向の長さが所定の標準長さである場合には、後方センサ22の傾斜角度は、所定の標準角度に設定される。具体的には、制御装置40は、後方センサ22の傾斜角度が、所定の標準角度となるように、モータ70を駆動させる。
また、制御装置40は、作業機Wの前後方向の長さが所定の標準長さよりも長い場合には、後方センサ22の傾斜角度が、所定の標準角度よりも大きくなるように、センサ角度変更信号を出力する。すなわち、制御装置40は、後方センサ22の検知範囲が、所定の標準角度における検知範囲よりも上方となるように、モータ70を駆動させる。制御装置40は、後方センサ22の検知範囲の一部が、所定の標準角度における検知範囲よりも上方となるように、モータ70を駆動させてもよい。
また、制御装置40は、作業機Wの前後方向の長さが所定の標準長さよりも短い場合には、後方センサ22の傾斜角度が、所定の標準角度よりも小さくなるように、センサ角度変更信号を出力する。すなわち、制御装置40は、後方センサ22の検知範囲が、所定の標準角度における検知範囲よりも下方となるように、モータ70を駆動させる。制御装置40は、後方センサ22の検知範囲の一部が、所定の標準角度における検知範囲よりも下方となるように、モータ70を駆動させてもよい。
後方センサ22の傾斜角度は、例えば、作業機Wの種類に紐付けられたテーブルとして記憶部に記憶される。
そのため、制御装置40は、記憶部に記憶されたテーブルなどに基づいて、作業機Wの種類が識別された場合に、作業機Wの種類に応じて後方センサ22の傾斜角度を設定するセンサ角度変更信号を出力し、後方センサ22の傾斜角度を設定する。なお、作業機Wの種類の識別は、制御装置40によって自動的に行われてもよく、作業者によって入力された情報に基づいて行われてもよい。
次に、実施形態に係る傾斜角度変更処理について図3を参照し説明する。図3は、実施形態に係る傾斜角度変更処理を説明するフローチャートである。
制御装置40は、走行車体2に装着された作業機Wの種類を識別する(S100)。制御装置40は、識別した作業機Wの種類に応じて、センサ角度変更信号を出力し(S102)、センサ角度変更信号に基づいてモータ70を駆動させて、後方センサ22の傾斜角度を変更する(S103)。
次に、実施形態に係るトラクタ1の効果について説明する。
トラクタ1は、走行車体2の後部に設けられ、走行車体2の後方の障害物を検知する後方センサ22と、走行車体2の後部に装着される作業機Wの種類に応じて後方センサ22の検知領域の傾斜角度を変更する制御装置40とを備える。
これにより、トラクタ1は、機体後方の障害物を検知する場合に作業機Wを障害物として誤検知するのを防止することができる。そのため、トラクタ1は、作業機Wの形状や大きさに起因する障害物検知精度の低下を抑えることができる。
また、トラクタ1は、作業機Wの種類に応じて後方センサ22の上下方向の傾斜角度を変更する。
これにより、トラクタ1は、作業機Wの前後方向の長さに起因するような障害物検知精度の低下を抑えることができる。
また、トラクタ1は、走行車体2に装着する作業機Wの前後方向の長さが標準長さよりも長い場合には、後方センサ22の傾斜角度を上方に向けて変更し、走行車体2に装着する作業機Wの前後方向の長さが標準長さよりも短い場合には、後方センサ22の傾斜角度を下方に向けて変更する。
これにより、トラクタ1は、作業機Wが前後方向に長い場合には後方センサ22の検知領域の傾斜角度を上げることで、後方センサ22の検知領域に作業機Wが入り込まないよう検知領域を設定して、作業機Wを障害物として誤検知するのを防止することができる。また、トラクタ1は、作業機Wが前後方向に短い場合には後方センサ22の検知領域の傾斜角度を下げることで、後方センサ22の検知領域と作業機Wとの間に障害物が検知されない非検知領域が生じるのを防止することができる。
次に、変形例に係るトラクタ1について説明する。
変形例に係るトラクタ1は、作業機Wが走行車体2に装着された後に、作業機Wを昇降させて後方センサ22の傾斜角度を設定してもよい。
具体的には、作業機Wが走行車体2に装着された後に、制御装置40は、作業機Wを少なくとも非作業位置まで上昇させる。そして、制御装置40は、モータ70を駆動して後方センサ22の傾斜角度を変更しつつ、後方センサ22によって作業機Wの検知を行う。
例えば、制御装置40は、作業機Wを非作業位置に上昇させた状態で、後方センサ22の傾斜角度を下方から上方に向けて変更する。そして、制御装置40は、後方センサ22によって作業機Wを検知しなくなると、後方センサ22の傾斜角度の変更を終了し、作業機Wを検知しなくなった角度を、作業機Wに対する傾斜角度に設定する。
なお、制御装置40は、作業機Wを非作業位置に上昇させた状態で、後方センサ22の傾斜角度を上方から下方に向けて変更し、後方センサ22によって作業機Wを検知すると、後方センサ22の傾斜角度の変更を終了し、角度を作業機Wに対する傾斜角度に設定してもよい。
これにより、変形例に係るトラクタ1は、後方センサ22の検知機能を利用して検知領域を設定することができる。また、変形例に係るトラクタ1は、例えば、作業機Wの種類と、後方センサ22の傾斜角度とを紐付けて記憶部に記憶させずに、後方センサ22の検知領域を自動で設定することができる。そのため、変形例に係るトラクタ1は、記憶部に記憶されていない作業機Wを使用する場合であっても、後方センサ22の検知領域を自動で設定することができる。
また、変形例に係るトラクタ1は、作業機Wに対する後方センサ22の傾斜角度を、作業機Wを非作業位置に上昇させた状態で、作業機Wを検知するか否かの境目となる角度から上方に所定角度ずらした角度を、作業機Wに対する後方センサ22の傾斜角度としてもよい。
これにより、トラクタ1は、後方センサ22における検知領域を上方へ向けて余裕を持たせることで、たとえば、作業中に作業機Wがバウンドしても、バウンドした作業機Wを障害物として誤検知しなくなる。
また、変形例に係るトラクタ1は、圃場に肥料を散布する肥料散布装置の肥料タンクにおける肥料の残量を後方センサ22によって検出してもよい。肥料散布装置は、作業機Wと同様に、走行車体2の後部に装着される。すなわち、肥料散布装置は、作業機Wに含まれる。
なお、変形例に係るトラクタ1は、肥料散布装置が検知される距離においては、障害物を検知しないように設定される。
例えば、変形例に係るトラクタ1は、障害物が検知されない距離における反射光の変化に基づいて、肥料タンク内の肥料の残量、すなわち、肥料が減ったことを検知する。なお、後方センサ22に色識別機能を設け、肥料タンク内の肥料の残量の変化に基づく色の変化から肥料が減ったことを検知してもよい。
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
1 トラクタ(作業車両)
2 走行車体
12 昇降装置
22 後方センサ
26 リフトアームセンサ
40 制御装置
70 モータ
W 作業機
2 走行車体
12 昇降装置
22 後方センサ
26 リフトアームセンサ
40 制御装置
70 モータ
W 作業機
Claims (6)
- 走行車体と、
前記走行車体の後部に設けられ、前記走行車体の後方の障害物を検知するとともに該走行車体の後方へ延びる検知領域の傾斜角度が変更可能な後方センサと、
前記走行車体の後部に昇降可能に装着される作業機の種類に応じて前記検知領域の傾斜角度を変更する制御装置と
を備えることを特徴とする作業車両。 - 前記作業機は、
種類ごとに前後方向の長さが異なり、
前記制御装置は、
前記作業機の種類に応じて前記検知領域の上下方向の傾斜角度を変更すること
を特徴とする請求項1に記載の作業車両。 - 前記制御装置は、
前記作業機の前後方向の長さが標準長さよりも長い場合には前記後方センサの前記検知領域の傾斜角度を上方へ向けて変更し、
前記作業機の前後方向の長さが前記標準長さよりも短い場合には前記後方センサの前記検知領域の傾斜角度を下方へ向けて変更すること
を特徴とする請求項2に記載の作業車両。 - 前記検知領域の傾斜角度を変更するよう前記後方センサを駆動するモータ
を備え、
前記制御装置は、
前記走行車体に前記作業機が装着された後に前記検知領域を設定する場合には、前記作業機を少なくとも非作業位置まで上昇させ、前記モータにより、前記検知領域の傾斜角度を上方から下方へ向けて変更するよう前記後方センサを駆動させ、前記後方センサが前記作業機を検知すると該後方センサの駆動を停止させること
を特徴とする請求項3に記載の作業車両。 - 前記検知領域の傾斜角度を変更するよう前記後方センサを駆動するモータ
を備え、
前記制御装置は、
前記走行車体に前記作業機が装着された後に前記検知領域を設定する場合には、前記作業機を少なくとも非作業位置まで上昇させ、前記モータにより、前記検知領域の傾斜角度を下方から上方へ向けて変更するよう前記後方センサを駆動させ、前記後方センサが前記作業機を検知しなくなると該後方センサの駆動を停止させること
を特徴とする請求項3に記載の作業車両。 - 前記制御装置は、
前記検知領域を設定する場合、前記検知領域の傾斜角度を、前記作業機を検知するか否かの境目となる角度から上方へ向けて所定角度ずらすこと
を特徴とする請求項4または5に記載の作業車両。
Priority Applications (1)
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