JP2023043362A - 自動走行方法、作業車両及び自動走行システム - Google Patents

自動走行方法、作業車両及び自動走行システム Download PDF

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武利 中平
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康永 大森
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Abstract

【課題】操作を簡素化し作業性を向上させることができる自動走行方法、作業車両及び自動走行システムを提供する。【解決手段】コンバイン1は、制御装置50を備え、制御装置50は、自動走行部55及び切替部57として機能する。自動走行部55は、自動直進作業でコンバイン1の自動走行を実行する。切替部57は、自動走行の実行中に、未刈領域から既刈領域への移行を検出した場合に、コンバイン1の自動走行を手動走行に切り替える。【選択図】図5

Description

本発明は、手動走行と自動走行とを切替可能な自動走行方法、作業車両及び自動走行システムに関する。
従来、コンバイン等の作業車両は、ハンドル等の操作に応じた手動走行を可能とする一方、予め設定された走行経路等に基づいて自動走行を可能とするように構成されたものがある。
例えば、特許文献1に開示される農作業機は、手動操舵による手動走行と基準走行ラインに平行に設定される設定走行ラインに沿って自動操舵により走行する自動走行とを切替自在な走行機体と、手動走行と自動走行とを切替自在な切替スイッチとを備えている。
特開2017-123803号公報
ところで、上記したような従来の作業車両では、自動走行から手動走行に切り替えるとき、自動走行時の走行状態や作業状態を他の状態へ変更する動作を伴うことがあり、この場合、上記のような切替スイッチを用いた手動走行への切替操作に加えて、走行状態や作業状態の変更操作を行う必要があり、操作が複雑になってしまう。例えば、作業車両が自動走行で未刈領域の一の行程を終端まで作業した後、他の行程へと移動するとき、作業機を作業位置から待機位置へと上昇制御する必要があるので、自動走行から手動走行への切替操作に加えて、作業機の上昇操作を行う必要があり、更に、旋回操作や変速操作を行うこともある。このような場合、行程の作業終了時に、作業者が複雑な操作を行うことになり、作業者に負担が掛かり、作業性が低下してしまう。
本発明は、操作を簡素化し作業性を向上させることができる自動走行方法、作業車両及び自動走行システムを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の自動走行方法は、作業機を備える作業車両の自動走行方法であって、自動直進作業で前記作業車両の自動走行を実行する自動走行工程と、前記自動走行の実行中に、未作業領域から既作業領域への移行を検出した場合に、前記作業車両の前記自動走行を手動走行に切り替える切替工程と、を有することを特徴とする。
また、上記課題を解決するために、本発明の作業車両は、作業機を備える作業車両であって、所定の設定走行ラインに沿った自動直進作業で前記作業車両の自動走行を実行する自動走行部と、前記自動走行の実行中に、未作業領域から既作業領域への移行を検出した場合に、前記作業車両の前記自動走行を手動走行に切り替える切替部と、を備えることを特徴とする。
また、上記課題を解決するために、本発明の自動走行システムは、作業機を備える作業車両の自動走行システムであって、所定の設定走行ラインに沿った自動直進作業で前記作業車両の自動走行を実行する自動走行部と、前記自動走行の実行中に、未作業領域から既作業領域への移行を検出した場合に、前記作業車両の前記自動走行を手動走行に切り替える切替部と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、操作を簡素化し作業性を向上させることができる自動走行方法、作業車両及び自動走行システムを提供する。
本発明の作業車両の一実施形態に係るコンバインの刈取部を作業位置に配置した例の側面図である。 本発明の作業車両の一実施形態に係るコンバインの刈取部を待機位置に配置した例の側面図である。 本発明の作業車両の一実施形態に係るコンバインの操縦部の平面図である。 本発明の作業車両の一実施形態に係るコンバインの主変速レバーの一部の正面図である。 本発明の作業車両の一実施形態に係るコンバインのブロック図である。 本発明の作業車両の一実施形態に係るコンバインの走動作例を示すフローチャートである。
本発明の実施形態に係る作業車両として、コンバイン1について図1や図2等を参照して説明する。コンバイン1は、自動運転又は手動操作によって、作業対象の圃場を走行すると共に、圃場に植えられた穀稈から作物の収穫作業を行うために刈取等の作業を行うものである。コンバイン1は、例えば、自動運転によって操向を制御する一方、手動操作に応じて走行速度を制御するオート作業(自動直進作業)や、自動運転によって操向及び走行速度を制御する無人作業を行うように構成され、圃場内で自律して走行、旋回及び作業することができる。
コンバイン1は、手動走行モード及び自動走行モードの何れかの走行モードが設定される。コンバイン1は、手動走行モードが設定されている場合、作業者による操縦部9の操縦に応じて手動走行を行うように構成される。
一方、コンバイン1は、自動走行モードが設定されている場合、所定の基準走行ラインに平行な設定走行ラインに沿って自動走行しながら自動刈取する自動直進作業や、予め設定された走行経路に従って自動走行しながら自動刈取する自動刈取走行を行うように構成される。なお、設定走行ラインや走行経路は、コンバイン1と通信可能な携帯端末60(図5参照)によって作成され、コンバイン1は、携帯端末60から設定走行ラインや走行経路を受信する。
図1や図2に示すように、コンバイン1は、走行部2と、刈取部3と、脱穀部4と、選別部5と、貯留部6と、排藁処理部7と、動力部8と、操縦部9とを備え、いわゆる普通型コンバインで構成される。コンバイン1は、走行部2によって走行しつつ、刈取部3によって刈り取った穀稈を脱穀部4で脱穀し、選別部5で穀粒を選別して貯留部6に貯える。コンバイン1は、脱穀後の排藁を排藁処理部7によって処理する。コンバイン1は、動力部8が供給する動力によって、走行部2、刈取部3、脱穀部4、選別部5、貯留部6及び排藁処理部7を駆動する。
走行部2は、機体フレーム10の下方に設けられていて、左右一対のクローラ式走行装置11と、トランスミッション(図示せず)とを備える。走行部2は、動力部8のエンジン30から伝達される動力(例えば、回転動力)によって、クローラ式走行装置11のクローラを回転することで、コンバイン1を前後方向に走行させたり、左右方向に旋回させたりする。トランスミッションは、動力部8の動力(回転動力)をクローラ式走行装置11へ伝達するものであり、回転動力を変速することもできる。
刈取部3は、作業対象の圃場に対して作業を行う作業機であり、走行部2の前方に設けられ、圃場の未作業領域である未刈穀稈を有する領域(以下、未刈領域と称する)における所定の刈取幅の穀稈の刈取を行う。刈取部3は、デバイダ13と、掻込リール14と、刈刃15と、掻込オーガ16と、フィーダハウス17と、搬送コンベヤ18とを備える。また、刈取部3は、刈取作業を行うための回転作業の回転速度(作業速度)を検出する回転検出部3aを備える(図5参照)。回転検出部3aは、例えば、掻込リール14の回転速度や、掻込オーガ16の回転速度や、搬送コンベヤ18の回転速度を検出する回転センサで構成される。
デバイダ13は、刈取部3の左前端及び右前端から前方に突出して設けられ、未刈領域の穀稈を刈取幅内に案内する。掻込リール14は、デバイダ13の後方に配置され、左右方向に延びた回転軸周りに回転可能に設けられる。掻込リール14は、デバイダ13によって案内された穀稈の刈取を補助するために、回転駆動することで、穀稈を引き起こしながら穀稈の穂先側を掻き込む。刈刃15は、掻込リール14の下方に配置され、掻込リール14によって掻き込まれた穀稈の稈元側を切断して穀稈の刈取を行う。
掻込オーガ16は、掻込リール14及び刈刃15の後方に配置され、左右方向に延びた回転軸周りに回転可能に設けられる。掻込オーガ16は、回転駆動することで、刈刃15によって刈り取った穀稈を掻き込んで後方へ搬送する。
フィーダハウス17は、機体フレーム10から前方に延びていて掻込オーガ16の後方に配置され、機体フレーム10に昇降可能に支持される。また、フィーダハウス17が昇降することでデバイダ13、掻込リール14、刈刃15及び掻込オーガ16が昇降し、すなわち刈取部3が昇降する。
なお、コンバイン1は、フィーダハウス17を昇降させて刈取部3を昇降させる昇降装置19を機体フレーム10に備えていて、刈取部3を下側の作業位置(図1参照)と上側の待機位置(図2参照)との間で昇降させる。昇降装置19は、例えば、エンジン30から動力を受けて稼動する油圧シリンダ等で構成される。
搬送コンベヤ18は、フィーダハウス17内に回転可能に設けられ、フィーダハウス17の昇降に伴って移動する。搬送コンベヤ18は、回転駆動することで、掻込オーガ16によってフィーダハウス17内に搬送された穀稈を更に後方に向かって脱穀部4へと搬送する。
脱穀部4は、刈取部3のフィーダハウス17の後方に設けられ、フィーダハウス17から搬送された穀稈を脱穀する。脱穀部4は、扱胴21と、受網22とを備える。扱胴21は、フィーダハウス17から搬送された穀稈から穀粒を脱穀すると共に、脱穀後の穀稈、すなわち排藁を排藁処理部7へと搬送する。受網22は、扱胴21によって搬送される穀稈を支持すると共に、穀粒をふるいにかけて落下させる。
選別部5は、脱穀部4の下方に設けられる。選別部5は、揺動選別装置24と、送風選別装置25と、穀粒搬送装置(図示せず)と、藁屑排出装置(図示せず)とを備える。揺動選別装置24は、脱穀部4から落下した脱穀物をふるいにかけて穀粒と藁屑等に選別する。送風選別装置25は、脱穀部4から落下した脱穀物や揺動選別装置24によって選別された脱穀物を送風によって更に穀粒と藁屑等に選別する。穀粒搬送装置は、揺動選別装置24及び送風選別装置25によって選別された穀粒を貯留部6へ搬送する。藁屑排出装置は、揺動選別装置24及び送風選別装置25によって選別された穀粒以外の藁屑等を機外へ排出する。
貯留部6は、脱穀部4の右側方に設けられる。貯留部6は、グレンタンク27と、穀粒排出装置28とを備える。グレンタンク27は、選別部5から搬送されてきた穀粒を貯留する。穀粒排出装置28は、排出オーガ等を有して構成され、穀粒の排出作業を行い、グレンタンク27に貯留されている穀粒を任意の場所に排出する。
排藁処理部7は、脱穀部4の後方に設けられる。排藁処理部7は、例えば、排藁搬送装置(図示せず)と、排藁切断装置(図示せず)とを備える。排藁処理部7は、脱穀部4から搬送された排藁を排藁搬送装置によって排藁切断装置へ搬送して、排藁切断装置によって切断した後でコンバイン1の後方に排出する。
動力部8は、走行部2の上方、且つ、貯留部6の下方に設けられる。動力部8は、回転動力を発生させるエンジン30を備える。動力部8は、エンジン30が発生させた回転動力を、走行部2、刈取部3、脱穀部4、選別部5、貯留部6及び排藁処理部7に伝達する。また、コンバイン1は、動力部8のエンジン30へ供給する燃料を収容する燃料タンクを備える。
操縦部9は、動力部8の上方に設けられる。操縦部9は、図3に示すように、作業者が座る座席である運転席32の周囲に、コンバイン1の走行を操縦するための操作具を備える。操縦部9は、操作具として、コンバイン1の機体の旋回を指示するための旋回操作具であるハンドル33や、コンバイン1の前後進の速度変更を指示する変速操作具である主変速レバー34及び副変速レバー35、コンバイン1の自動走行を手動走行へ切り替えるためのオーバーライドボタン36等を備える。コンバイン1の手動走行は、操縦部9のハンドル33や主変速レバー34及び副変速レバー35の操作を受け付けた走行部2によって実行される。また、操縦部9は、刈取部3による刈取作業、脱穀部4による脱穀作業、貯留部6の穀粒排出装置28による排出作業等を操作するための機構を備える。また、操縦部9は、様々な情報を表示して作業者に出力するためのモニタ等の表示部(図示せず)を備える。
ハンドル33は、作業者による旋回操作を走行部2に伝達して、コンバイン1の進行方向を変更し、すなわちコンバイン1を旋回操作するものである。例えば、コンバイン1の手動走行の実行中において、走行部2は、作業者によるハンドル33の旋回操作を常時受け付ける。一方、コンバイン1の自動走行の実行中において、走行部2は、通常、作業者によるハンドル33の旋回操作を受け付けないが、所定のオーバーライド操作が行われることでハンドル33の旋回操作を受け付ける。ハンドル33は、回転方向に±5度程度のマージンを有し、このマージン内の操作を走行部2に伝達しないように構成される。なお、ハンドル33のマージンは、±5度に限定されず、人為的に調整可能である。
主変速レバー34及び副変速レバー35は、作業者による変速操作を走行部2に伝達して、コンバイン1の走行の設定速度を切り替えるものである。例えば、手動走行モードが設定されている場合、主変速レバー34は、中央のニュートラル位置37にあると、トランスミッションがニュートラルに切り替えられてコンバイン1を停車させる。
また、主変速レバー34は、ニュートラル位置37よりも前側の前進速度変更領域38に倒されると、コンバイン1の前進走行操作を走行部2に伝達し、前進速度変更領域38における主変速レバー34の前後方向の位置に応じた前進操作量と携帯端末60によって設定された設定車速とに基づく前進設定速度を走行部2に設定する。主変速レバー34は、前進速度変更領域38の範囲内で前方へ倒されると、前進設定速度を増速し、一方、前進速度変更領域38の範囲内で後方へ倒されると、前進設定速度を減速する。前進の設定車速は、0~100%の範囲内で設定され、手動走行と自動走行とで異なる車速を設定可能である。例えば、設定車速が50%で、前進操作量が2m/sである場合、前進設定速度は1m/sに設定される。なお、コンバイン1は、主変速レバー34が前進速度変更領域38に位置することを自動走行の開始条件の一つとしてよい。
一方、主変速レバー34は、ニュートラル位置37よりも後側の後進速度変更領域39に倒されると、コンバイン1の後進走行操作を走行部2に伝達し、後進速度変更領域39における主変速レバー34の前後方向の位置に応じた後進操作量と携帯端末60によって設定された設定車速とに基づく後進設定速度を走行部2に設定する。主変速レバー34は、後進速度変更領域39の範囲内で後方へ倒されると、後進設定速度を増速し、一方、後進速度変更領域39の範囲内で前方へ倒されると、後進設定速度を減速する。後進の設定車速は、0~100%の範囲内で設定され、手動走行と自動走行とで異なる車速を設定可能である。
また、主変速レバー34は、様々な操作ボタンを有し、例えば、図4に示すように、オートリフトボタン40、オートセットボタン41、刈取昇降ボタン42及び刈取クラッチボタン43を有して構成される。
オートリフトボタン40が操作されると、オートリフト操作を刈取部3へ伝達し、刈取部3は、オートリフト操作に応じて待機位置まで上昇制御される。オートセットボタン41が操作されると、オートセット操作を刈取部3へ伝達し、刈取部3は、オートセット操作に応じて作業位置まで上昇制御又は下降制御される。なお、待機位置は、上側の所定位置に初期設定されていて、作業位置は、下側の所定位置に初期設定されているところ、作業者による刈取昇降ボタン42等の操作に応じて、作業位置は、初期設定位置よりも上側又は下側に変更可能である。
刈取昇降ボタン42が操作されると、上昇操作又は下降操作を刈取部3へ伝達し、刈取部3は、刈取昇降ボタン42が上昇操作されている間、上昇制御され、一方、刈取昇降ボタン42が下降操作されている間、下降制御される。刈取クラッチボタン43が操作されると、刈取部3へ動力の伝達操作又は遮断操作を刈取部3へ伝達し、刈取部3は、刈取クラッチボタン43の伝達操作に応じて動力が伝達され、一方、刈取クラッチボタン43の遮断操作に応じて動力が遮断される。
コンバイン1は、図5に示すように、GPS等の衛星測位システムを利用してコンバイン1の位置情報(自車位置)を取得する測位ユニット45を備えている。測位ユニット45は、測位アンテナを介して測位衛星から測位信号を受信し、測位信号に基づいて測位ユニット45の位置情報、すなわちコンバイン1の位置情報を取得する。
次に、コンバイン1の制御装置50について図5を参照して説明する。制御装置50は、CPU等のコンピュータで構成され、ROM、RAM、ハードディスクドライブ、フラッシュメモリ等の記憶部51や、外部機器と通信を行う通信部52に接続されている。
記憶部51は、コンバイン1の各種構成要素及び各種機能を制御するためのプログラムやデータを記憶し、制御装置50が、記憶部51に記憶されたプログラムやデータに基づいて演算処理を実行することにより、各種構成要素及び各種機能を制御する。制御装置50は、例えば、測位ユニット45を制御してコンバイン1の位置情報を取得する。
通信部52は、無線通信アンテナを介して、作業者の保有する携帯端末60等の外部機器と無線通信可能となる。制御装置50は、通信部52を制御して携帯端末60と無線通信を行い、携帯端末60との間で各種情報を送受信する。
また、制御装置50は、記憶部51に記憶されたプログラムを実行することにより、自動走行部55、作業機昇降部56、切替部57として動作する。なお、自動走行部55、作業機昇降部56、切替部57は、本発明に係る自動走行方法の自動走行工程、作業機昇降工程、切替工程を実現するものである。制御装置50は、測位ユニット45によってコンバイン1の位置情報を測位することで、コンバイン1の自車位置を検出する自車位置検出工程を実現する。
自動走行部55は、圃場に対して設定された所定の基準走行ラインに平行な設定走行ラインに沿って自動走行しながら自動刈取する自動直進作業や、予め設定された走行経路に従って自動走行しながら自動刈取する自動刈取走行を行うように走行部2や刈取部3を制御する。本実施形態では、自動直進作業を行う例を説明する。例えば、自動走行部55は、携帯端末60から設定走行ラインを取得し、また、測位ユニット45で測位したコンバイン1の位置情報に基づいて、コンバイン1が設定走行ラインを通る自動直進作業を行うように、動力部8並びに走行部2及び刈取部3を制御して、自動直進作業を実行する。
作業機昇降部56は、操縦部9の操作具による昇降操作に応じて、作業機である刈取部3を昇降制御するものである。作業機昇降部56は、例えば、刈取部3が待機位置より下方に位置している場合、オートリフトボタン40の操作に応じて、オートリフト操作を刈取部3へ伝達し、刈取部3を待機位置まで上昇制御する。作業機昇降部56は、刈取部3が作業位置より上方又は下方に位置している場合、オートセットボタン41の操作に応じて、オートセット操作を刈取部3へ伝達し、刈取部3を作業位置まで下降制御又は上昇制御する。作業機昇降部56は、刈取昇降ボタン42の操作に応じて、上昇操作又は下降操作を刈取部3へ伝達し、刈取部3を作業位置まで上昇制御又は下降制御する。
切替部57は、コンバイン1を手動走行又は自動走行に切り替えるオーバーライド機能を実現するものであり、コンバイン1が未刈領域(未作業領域)を刈り抜けて未刈領域から既刈領域(既作業領域)に移行したことを検出した場合に、コンバイン1の自動走行を手動走行へ切り替える。切替部57は、オーバーライドボタン36の操作や、刈取部3の昇降操作や昇降制御に基づいて、コンバイン1を手動走行又は自動走行に切り替え、コンバイン1が自動走行している場合、オーバーライドボタン36の操作に応じて、未刈領域から既刈領域への移行を検出して、コンバイン1の自動走行を手動走行へ切り替える。以下では、切替部57が自動走行中の刈取部3の昇降操作や昇降制御に応じて未刈領域から既刈領域への移行を検出してコンバイン1の自動走行を手動走行に切り替えるオーバーライド機能を説明する。例えば、切替部57は、コンバイン1が自動走行の実行中に、作業機昇降部56が刈取部3の上昇操作又は上昇操作に基づく上昇制御が行われた場合に、未刈領域から既刈領域への移行を検出して、コンバイン1の自動走行を手動走行に切り替える。
ここで、上昇操作は、オートリフトボタン40による上昇操作でよく、切替部57は、オートリフトボタン40のオートリフト操作に応じて、若しくはオートリフト操作に基づく刈取部3の待機位置への上昇制御に応じて、コンバイン1の自動走行を手動走行に切り替えてよい。また、上昇操作は、刈取昇降ボタン42による上昇操作でもよく、切替部57は、刈取昇降ボタン42の上昇操作によって刈取部3が所定高さ以上、上昇制御された場合に、コンバイン1の自動走行を手動走行に切り替えてよい。このように、切替部57は、刈取部3の昇降操作や昇降制御に基づいて、コンバイン1が自動走行で未刈領域の一の行程を終端まで作業したと判定できる場合、あるいは、その他の手段によって行程作業終了を検出した場合に、コンバイン1の自動走行を手動走行に切り替える。
また、オーバーライド機能の第1動作例として、切替部57がコンバイン1の自動走行を手動走行に切り替えた後、所定時間又は所定距離の間、操縦部9の操作具を用いた所定の操作、例えば、旋回操作又は変速操作が行われない場合には、制御装置50は、コンバイン1の手動走行を減速又は停止させるように走行部2を制御するとよい。一方、所定時間又は所定距離の間に所定の操作が行われた場合には、制御装置50は、コンバイン1の手動走行を維持する。
ここで、所定時間又は所定距離は、予め初期設定された値でもよく、作業者による携帯端末60の操作に応じて任意に設定された値でもよい。旋回操作は、例えば、ハンドル33を所定の角度閾値以上回転させた場合や、旋回半径が所定の半径閾値以下となる場合を検知したときの旋回操作に設定されてよく、変速操作は、主変速レバー34の前進速度変更領域38での傾倒又は後進速度変更領域39への傾倒を検知したときの変速操作に設定されてよい。手動走行の減速は、主変速レバー34の位置に拘わらず、徐々に若しくは段階的に走行速度を下げてよい。手動走行の停止は、主変速レバー34の位置に拘わらず、徐々に若しくは段階的に走行速度を下げて、走行速度がゼロに収束するようにしてよく、トランスミッションをニュートラルに切り替えてもよく、エンジン30を停止してもよい。
なお、所定時間又は所定距離の間、旋回操作又は変速操作が行われたか否かの判定は、制御装置50が行ってもよく、あるいは、携帯端末60が行って、その判定結果を制御装置50へ送信してもよい。また、旋回操作又は変速操作がないためにコンバイン1の手動走行を減速又は停止させる場合には、操縦部9の表示部や携帯端末60にその旨を表示して通知してもよい。
また、オーバーライド機能の第2動作例として、自動走行の実行中に刈取部3の上昇操作や上昇制御が行われたとき、制御装置50は、コンバイン1の進行方向が未刈領域か既刈領域かに応じて、走行を制御してもよい。例えば、自動走行の実行中に刈取部3の上昇操作が行われたとき、コンバイン1の自車位置の前方が既刈領域の場合には、作業機昇降部56が上昇操作に基づいて刈取部3を上昇制御すると共に、切替部57が自動走行を手動走行に切り替える。一方、コンバイン1の自車位置の前方が未刈領域の場合には、制御装置50は、コンバイン1の走行を停止させ、この場合、上昇操作に基づいて刈取部3を上昇制御してもよく、あるいは、上昇操作に拘わらず刈取部3の上昇制御をしなくてもよい。
ここで、制御装置50は、測位ユニット45によって測位したコンバイン1の位置情報に基づいて圃場におけるコンバイン1の自車位置を把握すると共に、コンバイン1の進行方向を把握する。また、制御装置50は、携帯端末60が保有する圃場情報の未刈領域データや既刈領域データに基づいて、コンバイン1の自車位置の前方が未刈領域か既刈領域かを判定する。あるいは、制御装置50は、コンバイン1や携帯端末60に備わるカメラで撮影した圃場の画像データを解析することにより、コンバイン1の自車位置の前方が未刈領域か既刈領域かを判定してもよい。走行の停止は、主変速レバー34の位置に拘わらず、トランスミッションをニュートラルに切り替えてよく、若しくは、エンジン30を停止してもよい。
なお、コンバイン1の自車位置の前方が未刈領域か既刈領域かの判定は、制御装置50が行ってもよく、あるいは、携帯端末60が行って、その判定結果を制御装置50へ送信してもよい。また、コンバイン1の前方が未刈領域であるためにコンバイン1の走行を停止させる場合には、操縦部9の表示部や携帯端末60にその旨を表示して通知してもよい。
次に、本実施形態では、上記したオーバーライド機能とは逆に、刈取部3の昇降操作や昇降制御に基づいて、コンバイン1の手動走行を自動走行に切り替える復帰機能を説明する。例えば、コンバイン1が圃場に対して基準走行ラインを設定すると共に、基準走行ラインに平行な設定走行ラインに沿った自動直進作業を行うとき、コンバイン1は、刈取部3を待機位置に上昇させた状態で、未刈領域の端部に向かって手動走行で移動することになる。
このとき、復帰機能の第1動作例として、コンバイン1の進行方向が基準走行ラインの走行方向に対して所定角度内にある状態で、刈取部3を作業位置に配置するための下降操作又は下降操作に基づく下降制御が行われた場合には、切替部57が手動走行を自動走行に切り替える。一方、コンバイン1の進行方向が基準走行ラインの走行方向に対して所定角度内にない状態では、刈取部3の下降操作や下降制御に拘わらず、コンバイン1の手動走行を維持する。
ここで、所定角度は、予め初期設定された値でもよく、作業者による携帯端末60の操作に応じて任意に設定された値でもよい。下降操作は、オートセットボタン41による下降操作でよく、切替部57は、オートセット操作に応じて、若しくはオートセット操作に基づく刈取部3の作業位置への下降制御に応じて、コンバイン1の手動走行を自動走行に切り替えてよい。また、下降操作は、刈取昇降ボタン42による下降操作でもよく、切替部57は、刈取昇降ボタン42の下降操作によって刈取部3が作業位置まで下降制御された場合に、コンバイン1の手動走行を自動走行に切り替えてよい。切り替えられた自動走行では、自動走行部55によって基準走行ラインに平行な設定走行ラインに沿った自動直進作業を行うところ、例えば、携帯端末60は、測位ユニット45によって測位したコンバイン1の位置情報をコンバイン1から取得し、コンバイン1の位置情報と基準走行ラインとに基づいて設定走行ラインを設定するとよい。
なお、コンバイン1の進行方向が基準走行ラインの走行方向に対して所定角度内にあるか否かの判定は、制御装置50が行ってもよく、あるいは、携帯端末60が行って、その判定結果を制御装置50へ送信してもよい。
また、復帰機能の第2動作例として、コンバイン1は、未刈領域に対して基準走行ラインに平行な推奨走行ラインを設定する。そして、刈取部3を作業位置に配置するための下降操作又は下降操作に基づく下降制御が行われて、切替部57によってコンバイン1の手動走行を自動走行に切り替えるとき、コンバイン1は、基準走行ラインの走行方向との直交方向においてコンバイン1が推奨走行ラインから所定範囲内にある場合には、推奨走行ラインを設定走行ラインに設定する。自動走行部55は、推奨走行ラインである設定走行ラインに沿って自動走行(自動直進作業)を実行する。一方、コンバイン1が推奨走行ラインから所定範囲内にない場合には、例えば、自動走行部55は、コンバイン1の自車位置に基づく設定走行ラインに沿って自動走行(自動直進作業)を実行する。
ここで、推奨走行ラインは、例えば、基準走行ラインの走行方向を基準にして未刈領域の左後端を始点とする行程に設定されてよい。所定範囲は、予め初期設定された値でもよく、作業者による携帯端末60の操作に応じて任意に設定された値でもよい。所定範囲は、コンバイン1の刈取部3の幅に応じて数十cmに設定されてよく、例えば、コンバイン1の刈取部3の幅が3mである場合、50cm程度に設定されてよい。
なお、コンバイン1が推奨走行ラインから所定範囲内にあるか否かの判定は、制御装置50が行ってもよく、あるいは、携帯端末60が行って、その判定結果を制御装置50へ送信してもよい。また、未刈領域に基づく推奨走行ラインが設定されたとき、操縦部9の表示部や携帯端末60に表示される圃場マップに重ねて、コンバイン1の自車位置や推奨走行ラインを表示するとよい。更に、自動直進作業において、未刈領域に基づく推奨走行ラインを用いるか、コンバイン1の自車位置に基づく設定走行ラインを用いるかを作業者に選択可能にしてもよく、この選択は、自動直進作業を開始する前に予め行われてよく、若しくは、推奨走行ラインの設定時に可能にしてもよい。
携帯端末60は、コンバイン1の構成要素の一つであって、コンバイン1を遠隔操作可能な端末であり、例えば、タッチパネルを備えるタブレット端末やノート型のパーソナルコンピュータ等で構成される。なお、携帯端末60と同様の操作装置が操縦部9に備えられてもよい。本発明では、コンバイン1や携帯端末60によって自動走行システムが構成される。
携帯端末60は、図5に示すように、CPU等のコンピュータで構成される制御装置61を備えていて、制御装置61は、ROM、RAM、ハードディスクドライブ、フラッシュメモリ等の記憶部62や、外部機器と通信を行う通信部63に接続されている。また、携帯端末60は、様々な情報を表示して作業者に出力するためのタッチパネルやモニタ等の表示部を備え、また、作業者からの様々な情報の入力操作を受け付けるためのタッチパネルや操作キー等の入力部を備える。例えば、携帯端末60は、コンバイン1の手動走行モード及び自動走行モードの何れかの走行モードを設定可能な画面(例えば、ホーム画面やモード設定画面)を表示部に表示し、作業者の操作に応じて設定された走行モードをコンバイン1へ送信する。
記憶部62は、携帯端末60の各種構成要素及び各種機能を制御するためのプログラムやデータを記憶し、制御装置61が、記憶部62に記憶されたプログラムやデータに基づいて演算処理を実行することにより、携帯端末60の各種構成要素及び各種機能を制御する。記憶部62は、例えば、コンバイン1の作業対象である圃場の圃場情報を記憶する。圃場情報は、圃場外周を構成する圃場端の形状、大きさ及び位置情報(座標等)等や、圃場の作業領域の形状、大きさ及び位置情報(座標等)等を含む。また、圃場情報は、圃場における未刈領域データ及び既刈領域データを含む。未刈領域データは、初期状態では圃場全体に設定されていて、コンバイン1の手動走行又は自動走行による刈取走行を行った領域が、未刈領域データから既刈領域データに変更される。
通信部63は、無線通信アンテナを介して、コンバイン1の通信部52と通信可能に接続される。制御装置61は、通信部63を制御してコンバイン1と無線通信を行い、コンバイン1との間で各種情報を送受信する。
携帯端末60の制御装置61は、記憶部62に記憶されたプログラムを実行することにより、基準走行ライン設定部65、設定走行ライン設定部66、推奨走行ライン設定部67及び作業表示部68として動作する。なお、基準走行ライン設定部65、設定走行ライン設定部66、推奨走行ライン設定部67及び作業表示部68は、本発明に係る自動走行方法の基準走行ライン設定工程、設定走行ライン設定工程、推奨走行ライン設定工程及び作業表示工程を実現するものである。
基準走行ライン設定部65は、コンバイン1の自動直進作業の走行方向を示す基準走行ラインを設定する。基準走行ライン設定部65は、圃場に対して始点及び終点からなる基準走行ラインを設定するために、圃場における始点及び終点の設定を受け付け可能にし、例えば、圃場での手動走行時に、始点及び終点を設定可能な基準走行ライン設定画面(図示せず)を表示部に表示する。
基準走行ライン設定部65は、始点の設定を受け付けると、その時点でコンバイン1の測位ユニット45が測位したコンバイン1の位置情報をコンバイン1から受信して、当該位置情報に基づいて始点を設定する。また、基準走行ライン設定部65は、終点の設定を受け付けると、その時点でコンバイン1の測位ユニット45が測位したコンバイン1の位置情報をコンバイン1から受信して、当該位置情報に基づいて終点を設定する。
設定走行ライン設定部66は、基準走行ラインに基づいて基準走行ラインに平行な設定走行ラインを設定する。設定走行ライン設定部66は、設定走行ラインの設定を受け付け可能にし、例えば、設定走行ラインを設定指示可能な設定走行ライン設定画面(図示せず)を表示部に表示する。
例えば、設定走行ライン設定部66は、設定走行ラインの設定を受け付けると、その時点でコンバイン1の測位ユニット45が測位したコンバイン1の位置情報をコンバイン1から受信して、基準走行ラインに平行であってコンバイン1の自車位置を通る直線を設定走行ラインとして設定し、記憶部62に記憶し、また、コンバイン1の制御装置50へ送信する。
推奨走行ライン設定部67は、圃場の未刈領域に対して基準走行ラインに平行な推奨走行ラインを設定する。推奨走行ライン設定部67は、圃場情報の未刈領域データに基づいて未刈領域の端部から順に自動直進作業を行うように推奨走行ラインを設定するとよく、例えば、基準走行ラインの走行方向を基準にして未刈領域の左後端を始点とする行程に推奨走行ラインを設定し、記憶部62に記憶し、また、コンバイン1の制御装置50へ送信する。
作業表示部68は、コンバイン1が行う自動直進作業に関する作業画面を表示部に表示する。例えば、作業表示部68は、作業画面において、圃場情報に基づいて圃場マップを表示しつつ、圃場情報に基づいて未刈領域や既刈領域を圃場マップに重ねて表示する。作業表示部68は、基準走行ライン設定部65で設定された基準走行ラインを圃場マップに重ねて表示し、設定走行ライン設定部66で設定走行ラインが設定された場合には、設定走行ラインを圃場マップに重ねて表示する。また、作業表示部68は、コンバイン1の測位ユニット45が測位したコンバイン1の位置情報をコンバイン1から受信して、コンバイン1の位置情報に基づいて圃場マップ上にコンバイン1の模擬図を表示する。更に、作業表示部68は、推奨走行ライン設定部67で推奨走行ラインが設定された場合には、設定走行ラインと共に推奨走行ラインを圃場マップに重ねて表示する。
次に、コンバイン1によるオーバーライド機能の動作例を図6のフローチャートを参照して説明する。
作業者は、先ず、コンバイン1の携帯端末60を操作して、基準走行ライン設定部65によって、コンバイン1の自動直進作業の走行方向を示す基準走行ラインを設定する(ステップS1)。
作業者は、コンバイン1を手動走行させて圃場の未刈領域の端部に移動させると、オートセットボタン41又は刈取昇降ボタン42の下降操作をし、作業機昇降部56によって刈取部3を作業位置まで下降制御し、また、携帯端末60を操作して、設定走行ラインの設定を指示する。すると、携帯端末60では、設定走行ライン設定部66によって、基準走行ラインに平行な設定走行ラインが設定される(ステップS2)。
作業者は、携帯端末60を操作して、自動直進作業を指示すると、自動直進作業の開始指示及び設定走行ラインが携帯端末60からコンバイン1へ送信される。コンバイン1の制御装置50では、自動直進作業の開始指示及び設定走行ラインを携帯端末60から受信すると、自動走行部55によって、設定走行ラインに沿った自動直進作業を行うようにコンバイン1を制御する(ステップS3)。
設定走行ラインの一行程の自動直進作業を終了すると、作業者は、オートリフトボタン40又は刈取昇降ボタン42の上昇操作をし、作業機昇降部56によって刈取部3を待機位置まで上昇制御する(ステップS4:Yes)。すると、制御装置50の切替部57は、未刈領域から既刈領域への移行を検出して、刈取部3の上昇操作又は上昇操作に基づく上昇制御に応じて、コンバイン1の自動走行を手動走行に切り替える(ステップS7)。
なお、オートリフトボタン40又は刈取昇降ボタン42の上昇操作がされない場合でも(ステップS4:No)、作業者がオーバーライドボタン36を操作した場合には(ステップS5:Yes)、切替部57は、未刈領域から既刈領域への移行を検出して、コンバイン1の自動走行を手動走行に切り替える(ステップS7)。また、コンバイン1において上記した以外の他のオーバーライド操作がされた場合には、(ステップS6:Yes)、切替部57は、コンバイン1の自動走行を手動走行に切り替える(ステップS7)
作業者は、このように手動走行に切り替えられたコンバイン1を操作して、コンバイン1を次の行程まで移動させることになる。なお、コンバイン1において何れのオーバーライド操作もされない場合には(ステップS4:No、ステップS5:No、ステップS6:No)、コンバイン1は自動走行を継続することとなる。
上記のように、本実施形態によれば、作業車両の例であるコンバイン1は、制御装置50を備え、制御装置50は、自動走行部55及び切替部57として機能する。自動走行部55は、自動直進作業でコンバイン1の自動走行を実行する。切替部57は、自動走行の実行中に、未刈領域(未作業領域)から既刈領域(既作業領域)への移行を検出した場合に、コンバイン1の自動走行を手動走行に切り替える。具体的には、コンバイン1では、制御装置50が作業機昇降部56として機能し、作業機昇降部56が作業機である刈取部3の昇降操作に応じて刈取部3を昇降制御し、切替部57は、刈取部3の上昇操作に基づいて刈取部3が上昇制御された場合に、未刈領域から既刈領域への移行を検出する。
これにより、コンバイン1は、自動走行で未刈領域の一の行程を終端まで作業して既刈領域への移行を検出すると、作業者が複雑な操作を行うことなく、手動走行に移行してコンバイン1を次の行程へ移動させることができる。このとき、刈取部3の上昇操作をするだけで、刈取部3を上昇制御すると共に、自動走行を手動走行へと自動的に切り替えることができる。そのため、作業者の操作負担を軽減し、作業性を向上することができる。
本実施形態のコンバイン1において、制御装置50は、未刈領域から既刈領域への移行を検出して自動走行から手動走行へ切り替えた後、所定時間又は所定距離の間、コンバイン1の旋回操作又は変速操作が行われない場合には、コンバイン1の手動走行を減速又は停止させるとよい。
これにより、コンバイン1は、切り替えられた手動走行において、旋回操作や変速操作がなければ、自動的に減速又は停止するので、安全性を向上することができる。
また、本実施形態のコンバイン1において、制御装置50は、測位ユニット45によってコンバイン1の位置情報を測位することで、コンバイン1の自車位置を検出する。本実施形態の作業車両は、作業機として刈取部3を備えるコンバイン1で構成されている。制御装置50は、自動走行の実行中に、刈取部3の上昇操作が行われたとき、自車位置の前方が既刈領域の場合には、作業機昇降部56によって上昇操作に基づいて刈取部3を上昇制御すると共に、切替部57によって自動走行を手動走行に切り替えるとよい。
これにより、コンバイン1は、自車位置の前方が既刈領域の場合は、刈取作業を行わなくても走行することができるので、刈取部3を上昇制御して自動走行から手動走行へと自動的に切り替えることができ、そのため、コンバイン1の前方の状況に起因する誤操作を防ぐことができ、作業性を向上することができる。
また、本実施形態のコンバイン1において、制御装置50は、自動走行の実行中に、刈取部3の上昇操作が行われたとき、自車位置の前方が未刈領域の場合には、コンバイン1を停止させるとよい。
これにより、コンバイン1は、自車位置の前方が未刈領域の場合は、刈取作業を行わなければ走行することができないので、刈取部3を上昇操作した場合には、コンバイン1を停止させることで、刈取部3が上方に位置したまま未刈領域に進入することを回避することができ、そのため、コンバイン1の前方の状況に起因する誤操作を防ぐことができ、作業性を向上することができる。
また、本実施形態のコンバイン1において、制御装置50は、携帯端末60を備え、携帯端末60は、基準走行ライン設定部65及び設定走行ライン設定部66として機能する。基準走行ライン設定部65は、自動直進作業の走行方向を示す基準走行ラインを設定する設定走行ライン設定部66は、基準走行ラインに基づいて基準走行ラインに平行な設定走行ラインを設定する。制御装置50は、手動走行の実行中に、コンバイン1の進行方向が基準走行ラインの走行方向に対して所定角度内にある状態で、刈取部3の下降操作に基づいて刈取部3を下降制御した場合には、切替部57によって手動走行を自動走行に切り替える。
これにより、コンバイン1は、進行方向を基準走行ラインの走行方向に合わせて、刈取部3の下降操作をするだけで、刈取部3を下降制御すると共に、手動走行を自動走行へと自動的に切り替えることができるので、作業性を向上することができる。
また、本実施形態のコンバイン1において、携帯端末60は、推奨走行ライン設定部67として機能する。推奨走行ライン設定部67は、未刈領域に対して基準走行ラインに平行な推奨走行ラインを設定する。制御装置50は、刈取部3を下降制御して手動走行を自動走行に切り替えるとき、基準走行ラインの走行方向との直交方向においてコンバイン1が推奨走行ラインから所定範囲内にある場合には、推奨走行ラインを設定走行ラインに設定して自動走行を実行する。
これにより、コンバイン1は、未刈領域からずれて位置していても、未刈領域に設定された推奨走行ラインから所定範囲内にある場合には、推奨走行ラインを設定走行ラインに設定して自動走行を実行するので、未刈領域からずれた自動走行を行うことがなく、未刈領域に対して順次自動走行を行うため、作業性を向上することができる。
なお、上記した実施形態では、コンバイン1において、オートリフトボタン40、オートセットボタン41及び刈取昇降ボタン42が操縦部9の主変速レバー34に設けられる例を説明したが、本発明はこの例に限定されない。例えば、他の例では、オートリフトボタン40、オートセットボタン41及び刈取昇降ボタン42は、操縦部9で主変速レバー34以外に設けられていてもよく、携帯端末60の表示部に操作可能に表示されてもよい。
また、上記した実施形態では、コンバイン1において、オートリフトボタン40、オートセットボタン41及び刈取昇降ボタン42の上昇操作や、オーバーライドボタン36の操作を、オーバーライド操作とする例を説明したが、本発明はこの例に限定されない。例えば、他の例では、オートリフトボタン40、オートセットボタン41及び刈取昇降ボタン42の上昇操作や、オーバーライドボタン36の操作の他に、ハンドル33の旋回操作や、主変速レバー34又は副変速レバー35の傾倒操作をオーバーライド操作としてもよい。
上記した実施形態では、切替部57が、刈取部3の上昇操作に基づいて刈取部3が上昇制御された場合に、未刈領域から既刈領域への移行を検出する例を説明したが、本発明はこの例に限定されない。他の例では、切替部57は、刈取部3が刈取作業を行うための回転作業の回転速度(作業速度)に基づいて、未刈領域から既刈領域への移行を検出して、コンバイン1の自動走行を手動走行に切り替えてもよい。
具体的には、切替部57は、刈取部3が刈取作業を行うための回転作業の回転速度を、刈取部3の回転検出部3aによって検出して入力する。例えば、回転検出部3aは、刈取部3の掻込リール14、掻込オーガ16又は搬送コンベヤ18の回転速度を、刈取部3の回転作業の回転速度として検出する。
切替部57は、回転検出部3aによって検出された掻込リール14、掻込オーガ16又は搬送コンベヤ18の回転速度(作業速度)が、所定の回転速度閾値(作業速度閾値)以下である場合には、掻込リール14、掻込オーガ16又は搬送コンベヤ18に作業負荷が掛かっていて、コンバイン1が未刈領域で刈取作業中であると判定する。一方、切替部57は、回転検出部3aによって検出された掻込リール14、掻込オーガ16又は搬送コンベヤ18の回転速度が、所定の回転速度閾値を超える場合には、掻込リール14、掻込オーガ16又は搬送コンベヤ18に作業負荷が掛かっておらず、コンバイン1が既刈領域で刈取作業を行っていないと判定する。
そして、切替部57は、コンバイン1の自動走行中に、掻込リール14、掻込オーガ16又は搬送コンベヤ18の回転速度が、回転速度閾値以下の状態から回転速度閾値を超える状態に変化した場合に、コンバイン1が未刈領域を刈り抜けて未刈領域から既刈領域に移行したことを検出して、コンバイン1の自動走行を手動走行に切り替える。
なお、切替部57は、刈取部3に作業負荷が掛かっている状態から、刈取部3に作業負荷が掛かっていない状態を判定した場合に、未刈領域から既刈領域への移行を検出すればよく、この判定は、回転検出部3aによる刈取部3の回転作業の回転速度の検出結果に限らず、他の手段によって行ってもよい。
上記した実施形態では、本発明の作業車両が、普通型のコンバイン1で構成される例を説明したが、本発明はこの例に限定されず、本発明の作業車両は、作業を行う場合に作業機を下降させて自動走行を行うものであればよく、例えば、自脱型のコンバイン、トラクタ、田植機、草刈機等の他の作業車両で構成されてもよい。
なお、本発明は、請求の範囲及び明細書全体から読み取ることのできる発明の要旨又は思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う自動走行方法、作業車両及び自動走行システムもまた本発明の技術思想に含まれる。
1 コンバイン(作業車両)
2 走行部
3 刈取部
3a 回転検出部
9 操縦部
19 昇降装置
34 主変速レバー
36 オーバーライドボタン
40 オートリフトボタン
41 オートセットボタン
42 刈取昇降ボタン
45 測位ユニット
50 制御装置
55 自動走行部
56 作業機昇降部
57 切替部
60 携帯端末
61 制御装置
65 基準走行ライン設定部
66 設定走行ライン設定部
67 推奨走行ライン設定部
68 作業表示部

Claims (10)

  1. 作業機を備える作業車両の自動走行方法であって、
    自動直進作業で前記作業車両の自動走行を実行する自動走行工程と、
    前記自動走行の実行中に、未作業領域から既作業領域への移行を検出した場合に、前記作業車両の前記自動走行を手動走行に切り替える切替工程と、を有することを特徴とする自動走行方法。
  2. 前記作業機の昇降操作に応じて前記作業機を昇降制御する作業機昇降工程を更に備え、
    前記切替工程は、前記作業機の上昇操作に基づいて前記作業機が上昇制御された場合に、前記未作業領域から前記既作業領域への移行を検出することを特徴とする請求項1に記載の自動走行方法。
  3. 前記切替工程は、前記作業機の作業速度が所定の作業速度閾値以下の状態から前記作業速度閾値を超える状態に変化した場合に、前記未作業領域から前記既作業領域への移行を検出することを特徴とする請求項1に記載の自動走行方法。
  4. 前記未作業領域から前記既作業領域への移行を検出して前記自動走行から前記手動走行へ切り替えた後、所定時間又は所定距離の間、前記作業車両の旋回操作又は変速操作が行われない場合には、前記作業車両の前記手動走行を減速又は停止させることを特徴とする請求項1~3の何れか1項に記載の自動走行方法。
  5. 前記作業車両の自車位置を検出する自車位置検出工程を有し、
    前記作業車両は、前記作業機として刈取部を備えるコンバインであり、
    前記自動走行の実行中に、前記刈取部の前記上昇操作が行われたとき、前記自車位置の前方が既刈領域の場合には、前記作業機昇降工程によって前記上昇操作に基づいて前記刈取部を上昇制御すると共に、前記切替工程によって前記自動走行を前記手動走行に切り替えることを特徴とする請求項2に記載の自動走行方法。
  6. 前記自動走行の実行中に、前記刈取部の前記上昇操作が行われたとき、前記自車位置の前方が未刈領域の場合には、前記作業車両を停止させることを特徴とする請求項5に記載の自動走行方法。
  7. 前記自動直進作業の走行方向を示す基準走行ラインを設定する基準走行ライン設定工程と、
    前記基準走行ラインに基づいて前記基準走行ラインに平行な設定走行ラインを設定する設定走行ライン設定工程と、を有し、
    前記手動走行の実行中に、前記作業車両の進行方向が前記基準走行ラインの前記走行方向に対して所定角度内にある状態で、前記作業機の下降操作に基づいて前記作業機を下降制御した場合には、前記切替工程によって前記手動走行を前記自動走行に切り替えることを特徴とする請求項2に記載の自動走行方法。
  8. 未刈領域に対して前記基準走行ラインに平行な推奨走行ラインを設定する推奨走行ライン設定工程を有し、
    前記作業機を下降制御して前記手動走行を前記自動走行に切り替えるとき、
    前記基準走行ラインの前記走行方向との直交方向において前記作業車両が前記推奨走行ラインから所定範囲内にある場合には、前記推奨走行ラインを前記設定走行ラインに設定して前記自動走行を実行することを特徴とする請求項7に記載の自動走行方法。
  9. 作業機を備える作業車両であって、
    所定の設定走行ラインに沿った自動直進作業で前記作業車両の自動走行を実行する自動走行部と、
    前記自動走行の実行中に、未作業領域から既作業領域への移行を検出した場合に、前記作業車両の前記自動走行を手動走行に切り替える切替部と、
    を備えることを特徴とする作業車両。
  10. 作業機を備える作業車両の自動走行システムであって、
    所定の設定走行ラインに沿った自動直進作業で前記作業車両の自動走行を実行する自動走行部と、
    前記自動走行の実行中に、未作業領域から既作業領域への移行を検出した場合に、前記作業車両の前記自動走行を手動走行に切り替える切替部と、
    を備えることを特徴とする自動走行システム。
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