JP2023025407A - 作業車両 - Google Patents

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伸明 池内
Nobuaki Ikeuchi
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【課題】畦との接触を防止できる作業車両の走行制御システムを提供する。【解決手段】走行車体よりも広幅の作業機140を装着した作業車両において、該作業機140の側方に作業機140の側方に存在する物体との距離を測定する測距センサ312を設け、測距センサ312の検出結果を表示する端末装置201を設ける。また、自己位置を測定する測位装置203と、圃場Hの外周Pe形状情報を格納する地形情報データベース322を備え、圃場H内に予定走行経路22cを設定し、予定走行経路22cを走行中作業機140の側方に存在する物体との距離が所定の距離Li以下にならないように走行する制御を予定走行経路22cに沿うよう走行する制御に優先して実行する構成とした。【選択図】図6

Description

本発明は、農用トラクタのような作業車両に関する。
測位点である自車位置を測定する測位装置が搭載され、圃場を走行可能な作業車両と、圃場における作業車両の自動走行を制御する制御装置とを備え、作業車両が圃場の外周に沿って走行している期間において、測位装置から取得した測位点を圃場の形状情報として取得する取得部と、形状情報における複数の測位点のうち、任意に選択された測位点に基づく四角形の領域を作業車両が自動走行可能な作業エリアとして設定する設定部とを備える作業車両が公知である(特許文献1)。
特開2020-86875号公報
しかし、従来の技術では測位装置による自動運転にはわずかな誤差が生じることがあり、その誤差による走行位置のずれによって作業車両が畦と接触する可能性があることから、外周は自動運転により作業走行を行うことができなかった。
本発明では畦との接触を防止できる作業車両の走行制御システムを提供することを目的とする。
上記課題を解決し目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、後部に走行車体よりも広幅の作業機140を装着した作業車両において、該作業機140の側方に作業機140の側方に存在する物体との距離を測定する測距センサ312を設け、測距センサ312の検出結果を表示する端末装置201を設ける。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、自己位置を測定する測位装置203と、圃場Hの外周Pe形状情報を格納する地形情報データベース322を備え、圃場H内に予定走行経路22cを設定し、予定走行経路22cを走行中作業機140の側方に存在する物体との距離が所定の距離Li以下にならないように走行する制御を予定走行経路22cに沿うよう走行する制御に優先して実行する構成とした。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の発明において、前記測距センサ312で検出される距離が所定の距離となるように走行制御を実行する構成とした。
請求項1に記載の発明によれば、オペレータは、作業機140が圃場外周Peと接近する状況を視認できる。このため、畦との接触を防止できる。
請求項2に記載の発明によると、請求項1に記載の効果に加え、作業車両が自律走行中であっても、畦との接触を防止できる。
請求項3に記載の発明によると、請求項1又は請求項2に記載の効果に加え、畦に沿って走行することができる。
本発明における実施の形態の農用トラクタの側面図である。 本発明における実施の形態の管理システムのブロック図である。 本発明における実施の形態の管理端末と複数の圃場との位置関係を示す模式図である。 本発明における実施の形態の圃場の外周経路を記録する模式図である。 本発明における実施の形態の枕地走行経路及び往復走行経路の一例を示す図である。 本発明における実施の形態の枕地走行モードのフローチャートである。 本発明における実施の形態の枕地走行経路における自律走行一例の概要図である。 本発明における実施の形態の開始点自動移動モードのフローチャートである。 本発明における実施の形態の開始点自動移動モードの実行に基づく一例を示す概要図である。 本発明における実施の形態の開始点自動移動モードの実行に基づく一例を示す概要図である。
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面に基づき説明する。
図1は、本発明の実施態様に係る作業車両管理システムの作業車両(走行車両)100の構成を示す 略側面図である。作業車両100は、往復隣接作業走行範囲(往復隣接走行範囲)13を走行可能な農作業用の車両であり、車体前部には、ボンネット107に覆われたエンジン105が配設され、このエンジン105の回転動力を複数の変速装置を介して前輪103及び後輪104に伝達することで走行できるように構成されている。また、エンジン105の後方には、操縦部106が設けられており、操縦部106後方の車体後部には往復隣接作業走行範囲13を耕耘可能な作業機140が取り付けられている。
操縦部106には、作業者が操作するステアリングハンドルと操縦席とを備えているキャビンが設けられている。また、キャビンの天井であるキャビンルーフ108にはGNSS受信機(GNSS受信装置)102が設けられており、人工衛星170から所定の時間間隔で電波を受信して作業車両100の位置を測定することができるように構成されている。
作業車両100の車体後部には、上側にあるトップリンク145aと下側にある左右のロアリンク145bとからなる3点リンク機構145が設けられており、これに作業機140が連結されている。作業機140は耕耘作業機とされ、圃場の土を耕す耕耘爪146と、耕耘爪146の上方を覆うロータリカバー147と、ロータリカバー147の後部で上下動自在に支持されるリヤカバー148とが設けられる。
3点リンク機構145のロアリンク145bには、リフトアーム142を介して作業機昇降シリンダ141が接続されており、作業機昇降シリンダ141を伸縮させることによりロアリンク145bを上下させることができるように構成されている。
以下、作業車両100が作業機140を下ろした状態で、往復隣接作業走行範囲13の土を耕しながら走行することを作業走行と呼ぶ。
図2は、作業車両管理システム1の構成を示すブロッ ク図である。作業車両100は、図1のGNSS受信装置102が受信した 電波から自機の位置情報を取得する位置情報取得手段である位置情報取得部301と、車両の自律走行を制御する自動運転ECU302と、車両の走行及び作業機の操作を制御する車両ECU303とを備えており、車両ECU303は、通信網をなすクラウドCと相互に通信を行う通信部304と、位置情報や地形情報から走行経路を算定する経路算定部306とを備えている。
したがって、作業車両100は、位置情報取得部301により取得した自機の位置情報を、所定時間毎に、通信部304 を介してクラウドCに送信して格納することができ、また、クラウドCに格納された情報 を取得することができるように構成されている。
遠隔管理装置200は、携帯可能な電子演算機器であり、管理ユーザにより操作可能な端末装置(管理端末)201によって構成されている。管理端末201は、クラウドCと相互に通信可能な通信機202と、管理端末201を制御する端末制御部204とを備えている。したがって、管理ユーザは、管理端末201を所持することにより、通信機202を介してクラウドCと情報のやり取りをすることができる。
このように、作業車両100と遠隔管理装置200とがクラウドCを媒介して通信可能 に構成されているので、管理ユーザは、遠隔管理装置200により、作業車両100の状態を監視したり、指令を送ったりすることができ、遠隔的に作業車両100を管理することが可能になる。
クラウドCには管理サーバ320が設けられており、この管理サーバ320には圃場やその周辺の地形情報を格納する地形情報データベース322と、作業車両100の位置情報を格納する位置情報データベース323とが記録されている。したがって、管理ユーザは、管理サーバ320にアクセスし、地形情報データベース322および位置情報データベース323を参照することにより、作業車両100と圃場との位置関係を把握することができる。
図3は、管理区域10における、管理端末201と、複数の往復隣接作業走行範囲13との位置関係を示す模式図であり、管理区域10には複数の往復隣接作業走行範囲13(A1~An)が設けられており、それぞれの往復隣接作業走行範囲13で走行車両100(V1~Vn)が作業走行するように構成されている。各往復隣接作業走行範囲13は管理通路12に接しており、出入口11から作業車両100が出入りできるように構成されている。
管理端末201は、どの往復隣接作業走行範囲13にどの作業車両100が作業しているかを特定する圃場特定手段を備えており、図2に示したクラウドCを介して管理サーバ320にアクセス し、地形情報データベース322に格納されている各往復隣接作業走行範囲13(A1~An)の位置情報と、位置情報データベース323に格納されている作業車両100(V1~Vn)の位置情報とを比較参照することで、往復隣接作業走行範囲13が位置する範囲に存在する作業車両100を特定し、作業車両Vx(x=1,2,・・・,n)と、その作業車両Vxが作業している圃場Ax(x=1,2,・・・,n)とを対応付けることができるように構成されている。
ここで、管理端末201において、端末制御部204は、測位装置203により、クラウドCを介して図2に示した地形情報データベース322から管理区域10の管理通路12と、往復隣接作業走行範囲13(A1~An)とのそれぞれの地形情報を取得することができる。さらに、管理端末201の現在位置から管理通路12を通って往復隣接作業走行範囲13の出入り口11の位置に達する経路(L1~Ln)を算出して、これらの経路(L1 ~Ln)の距離から、所定の速度における往復隣接作業走行範囲13(A1~An)への移動時間T(T1 ~Tn)を算出可能に構成されている。
図4は、圃場Hの枕地走行を記録する作業車両100の様子を示す概要説明図であり、図5は、圃場H内を作業走行する作業車両100の様子を示す略平面図である。
図4に示されるよう、畦15に囲まれ、この畦15による外周(外形)Pe形状で区画される圃場Hは、往復隣接作業走行範囲13と、枕地走行範囲(枕地)14とからなり、管理通路12に対し、出入口11によって走行車両100が出入り可能に構成されている。枕地走行範囲14は、走行車両100が走行可能であり、往復隣接作業走行範囲13の外を周回するための枕地走行経路22に基づいて作業走行することによりこの枕地走行範囲14を耕耘処理できる。
作業車両100は、圃場の形状を示す地形情報を取得する圃場形状取得手段を備えている。その前提として、作業車両100は、あらかじめ、図2の位置情報取得部301で現在位置を測定しながら枕地走行経路22を走行し、図2の経路算定部306が走行した経路の位置情報をつなげることにより、外周の枕地走行経路22としての経路情報を作成し、かつ、枕地走行経路22の経路情報において走行した経路が囲む範囲を計算して圃場Hの地形情報(圃場の位置座標、面積および縦横の長さ)を作成し、これらの情報を、クラウドCを介して、地形情報データベース322に記録する地形情報記録モードを備えている。そして、作業車両100は、地形情報記録モードの実行で圃場形状取得手段によって、地形情報データベース322に記録された外周Pe形状情報による枕地走行経路22の経路情報及び地形情報データベース322に記録された往復隣接作業走行範囲13の地形情報を取得することができるように構成されている。
地形情報記録モードにより作業車両100が作成した枕地走行経路22の経路情報と往復隣接作業走行範囲13の地形情報とは、クラウドCを介して管理サーバ320に送信され、枕地走行経路22の経路情報と往復隣接作業走行範囲13の地形情報とを受け取った管理サーバ320は、その情報を地形情報データベース322に記録する。これにより、作業車両100は、クラウドCを介して管理サーバ320にアクセスすることで、任意のタイミングで枕地走行経路22の経路情報と往復隣接作業走行範囲13の地形情報とを取得することができる。作業車両100は、例えば、エンジン105を起動した際に、圃場形状取得手段によって、枕地走行経路22の経路情報及び往復隣接作業走行範囲13の地形情報を取得する。
このように、作業車両100が地形情報記録モードを備えていることにより、あらかじめ往復隣接作業走行範囲13を測量して地形情報を取得しておく必要がなく、任意の往復隣接作業走行範囲13での作業車両100に作業走行をさせるために必要な手間を軽減することができる。
図5に示されるように、作業車両100は、往復隣接作業走行範囲13内を作業走行するにあたり、図2に示した経路算定部306により往復隣接作業走行範囲13の地形情報と作業車両100の作業幅wとに基づいて往復隣接作業走行範囲13を作業走行するための経路である往復走行経路(往復隣接作業走行経路)20を算定する。往復隣接作業走行範囲13を万遍なく耕耘するように作業走行するには、往復隣接作業走行範囲13の幅を作業幅wで割った数の分だけ往復隣接作業走行範囲13を直進すればよいので(図5では7回)、往復走行経路20は、往復隣接作業走行範囲13上を 直進する直進経路と、往復隣接作業走行範囲13を出て枕地14で旋回し往復隣接作業走行範囲13に戻る旋回経路とにより 、往復隣接作業走行範囲13を往復するように算定される。以下、往復走行経路20が往復隣接作業走行範囲13の端と交差する点を圃場端点21a(P1~P7)、21b(Q1~Q7)と呼ぶ。
往復走行経路20が算定されると、作業車両100は、自律走行により、往復走行経路20に沿って、往復隣接作業走行範囲13の一端から他の一端まで往復しながら、圃場全体を作業走行で通過するように構成されている。
具体的には、作業車両100は、往復隣接作業走行範囲13の隅にある圃場端点21a(P1(以下、開始点P1))から往復隣接作業走行範囲13に進入すると、対向する位置にある圃場端点21b(Q1)まで直進して、一旦、往復隣接作業走行範囲13を出てから枕地14で左旋回し、隣接する圃場端点21b(Q2)から再度、往復隣接作業走行範囲13に進入する。その後、対向する位置にある圃場端点21a(P2)まで直進し、往復隣接作業走行範囲13を出てから枕地14で右旋回し、隣接する圃場端点21a(P3)から再度、往復隣接作業走行範囲13に進入する。作業車両100は、このような走行を圃場端点21a(Q7)に着くまで 繰り返すことで、圃場全体を万遍なく耕耘することができる。
次いで、図5に基づき枕地走行範囲14の枕地走行経路22について具体的に説明する。畦15と往復隣接走行範囲13との間における枕地走行範囲14は、複数回の周回作業で耕耘できる範囲に設定されている。畦15に近い枕地は作業者の手動操作による枕地走行運転で耕耘するものとし、枕地最内周は上記往復隣接作業自律走行に継続して自律走行する構成としている。したがって、作業者は作業車両100が管理通路12から出入口11に達すると、圃場Hの枕地走行範囲14を管理端末201に表示される枕地走行経路22に従って枕地耕耘を行う。往復隣接作業走行範囲13の圃場端点21aのうち往復隣接作業走行経路20の開始点P1へ向けて移動する。なお、出入口11を通過した後、以降は枕地走行範囲14を自律走行する構成でもよい。
ここで、枕地走行範囲14の自律走行について、図6に基づき具体的に説明する。管理サーバ320にアクセスして得た枕地走行経路22の経路情報に基づき、自律走行しながら枕地耕耘を行う(S201~S203)。詳細には枕地走行経路22の複数の経路情報のうち、前記往復隣接作業走行範囲13に最も隣接する枕地走行経路22aに沿う走行、次いでその外側に設定される走行経路22b、さらにその外側に設定される走行経路22cの順に走行できる。図5の例では、枕地走行経路22cが圃場外周Peに沿う走行となるが、この畦際枕地走行経路22cの設定は、圃場外周Pe情報から所定距離Lx隔てて作業機140が走行できる経路(予定走行経路)に設定している。すなわち、前記のように作業車両100はGNSS受信装置102が受信した電波から自機の位置情報を取得する位置情報取得手段を構成し、車両の自律走行を制御する前記自動運転ECU302には、圃場外周Pe際の畦際枕地走行経路22cに沿い走行できる枕地自動走行制御部311を構成している。
ところで、自位置を認識可能なGNSS受信装置による誤差があり、走行車両100又は装着される作業機140が畦15に接触する可能性がある。そこで、作業車両100の後部に装着する作業機140の左右両側に、作業機140の側方に存在する物体との距離を測定する測距センサ312を設け、作業機140と畦15との距離を測定できる構成としている。
前記測距センサ312による検出結果は管理端末201に送信される(S205)。管理端末201に送信され、適宜の手段、例えば数値やバーグラフ等で測距センサSの検出値をリアルタイムで画面表示できるよう構成する(S206)。そして測距センサ312の検出値Lsが予め設定した限界距離Li以下になると異常接近旨の表示や警報音を発するなどの警報表示をし(S208),経路是正を促す構成としている。なお管理端末201を作業車両100内に持ち込むことで、オペレータは作業車両の自律走行中でも作業機140が圃場外周Peと接近する状況を視認できる。畦際の枕地における自律走行中、前記測距センサ312による検出結果は常時作業車両100の制御部に送信されていて、この異常接近を表示するとともに自律走行から緊急時の枕地走行モードが確認される(S209)。すなわち、予め手動走行優先モードYか畦際測距走行モードKのいずれかに設定されていて、S209でこの記憶設定されたモードY又はKが確認され、モード設定されている走行制御が実行される構成である。
手動走行優先モードYに切り換えられると(S209,S210)、オペレータはステアリングハンドル操作や機体停止操作を行うと優先的にその操作に従って作業車両100の操舵是正や停止を行うことができる。
測距センサ312は、超音波センサ形態やレーザセンサ形態の非接触距離センサを利用し、作業車両100の後輪幅よりも幅広の作業機140の側部に配置するが、その超音波やレーザ光の照射方向が作業機140の側方の物体として所定高さに形成される畦を検出することができる高さに配置される。
さらに、前記S209の枕地走行モード確認の判定で、畦際測距走行モードKに切り換えられると、車両の自律走行を制御する前記自動運転ECU302に設定された畦際測距走行制御部313の実行に基づいて測距センサ312による測距枕地走行できる構成である。すなわち、測距センサ312の検出値が予め設定された適正範囲内となるように、ステアリング操舵手段と連動させて自動走行する構成である。したがって、前記枕地自動走行制御部311による予定の枕地走行経路22c(予定走行経路)に優先して作業車両100を自律走行することができる。つまり、予定走行経路としての畦際枕地走行経路22cを自律走行中(S203,S204)、畦際測距走行モードKの設定によって(S209,S209,S211の繰り返し)、作業機140の側方に存在する物体との距離が所定の距離Lx以下にならないように該畦際測距走行モードKで走行する制御を枕地走行経路22c(予定走行経路)に沿うよう走行する制御に優先して実行することができる。
なお、前記S204で、前記畦際枕地走行経路22cの走行を判定できる手段を設け、この畦際枕地走行に走行経路22cを走行する場合には、自動的に畦際測距走行モードKに移行する構成としてもよい。
前記の枕地耕耘を行った後(S212)、前記開始点自動移動モードMに移行し前記往復隣接作業走行範囲13の圃場端点21aのうち往復隣接作業走行経路20の開始点P1へ向けて移動する(S213)。図7,図8に基づいて、開始点自動移動モードMについて説明する。作業車両100が圃場H内に入り、手動操作の周回作業または外周Pe形状情報に基づき作成された枕地走行経路22による自律走行を実行した後、管理端末201の所定操作、すなわちモードスイッチ操作によって、開始点自動移動モードMに移行する。開始点自動移動モードMは、車両の自律走行を制御する前記自動運転ECU302に設定された開始点自動移動制御部308の実行に基づいて、圃場H内枕地走行経路22に移動した作業車両100を往復隣接走行範囲13の圃場端点21aのうち、往復隣接作業の開始点P1へ至る開始点自動移動経路24を演算し指定するものである。図7により説明すると、作業車両100の電源投入とともに方位検出手段310によって作業車両の方位が認識され、自律走行経路から大きく逸脱しているか否かが判定される(S101,S102)。方位が確定している時のみ自動移動を許可することで、自動移動開始時の安全性を確保できる。なお、方位判定にあたっては自律走行軌跡と枕地走行経路22との比較によって方位の異常の有無を判定できる構成としてもよい。次いで作業車両100の前端部(車両中央)Fが圃場H領域から逸脱していないか判定される(S103)。次に車両前端部Fと作業機140の後端中央部(作業機後端中央)Rが圃場H外周(畦15内周)Peに対して所定距離D1以上離れているか否か判定される(S104)。ここで所定距離D1は、例えば作業機140幅Wの1/2に安全距離α(例えば30cm)を加えた値とし、圃場外周Peから車両中央Fまでの距離Dfとし、同様に圃場外周Peから作業機後端中央Rまでの距離Drとしたとき、D1≒(W/2)+αであり、Df>D1かつDr>D1となる。次に、最内周の枕地走行経路22(22a)から圃場H内側に向けた距離が所定距離D2以内であるか否か判定される(S105)。ここで、所定距離D2は例えば1mである。したがって、車両中央F及び作業機後端中央Rが図6に示す許可範囲Dにあるときに許可される。以下、順に車両は枕地走行経路22に沿う方向であるか判定される(S105)。枕地走行経路22に向かってあまり操舵角を変更することなく移動でき安全である。なお、上記Dr、Dfについて、作業車両100の位置情報と作業機幅や車体幅等既知データに基づいて演算し得るものであるが、前記測距センサ312の検出結果でDrを補正できる。また、Dfの演算に当たっては、作業車両100の側部に測距センサ(図示せず)を設けて上記演算結果を補正できる構成とすることもできる。
S102~S106の条件が整うと、開始点自動移動モードMの実行が許可状態となり(S107)、携帯管理端末201の画面に「開始」スイッチ部が表示され(S108)、これをタッチ操作することで(S109)、自動運転ECU302は、開始点自動移動経路24が演算され(S110)、車両は開始点自動移動経路24に沿い開始点P1に向けて自律走行する。なお、開始点自動移動経路24の演算にあたっては、予め設定された枕地走行経路22に重複させるようになっており、無闇に往復隣接走行範囲13に進入しないようになっている。
前記開始点自動移動経路によって開始点近辺まで移動する際には、枕地の枕地走行経路22における最内側走行経路を移動させることにより(図9)、往復隣接走行範囲13を荒らすことなく、畦15との接触を回避できる。開始点自動移動経路の生成に際しては、枕地を時計回りにまたは反時計回りのいずれも選択可とすることにより、開始点まで最短で移動できる(図10)。
20 往復走行経路
22 枕地走行経路
22c 枕地走行経路(予定走行経路)
201 端末装置
203 測位装置
312 測距センサ
322 データベース
D1 (外周Peからの)距離
H 圃場
Li 限界距離(所定の距離)
Pe 外周
140 作業機

Claims (3)

  1. 後部に走行車体よりも広幅の作業機(140)を装着した作業車両において、該作業機(140)に作業機(140)の側方に存在する物体との距離を測定する測距センサ(312)を設け、測距センサ(312)の検出結果を表示する端末装置(201)を設けることを特徴とする作業車両。
  2. 自己位置を測定する測位装置(203)と、圃場(H)の外周(Pe)形状情報を格納する地形情報データベース(322)を備え、圃場(H)内に予定走行経路(22c)を設定し、予定走行経路(22c)を走行中作業機(140)の側方に存在する物体との距離が所定の距離(Li)以下にならないように走行する制御を予定走行経路(22c)に沿うよう走行する制御に優先して実行する構成とした請求項1に記載の作業車両。
  3. 前記測距センサ(312)で検出される距離が所定の距離となるように走行制御を実行する構成とした請求項1又は請求項2に記載の作業車両。
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