JP6794801B2 - 農用作業機 - Google Patents

Description

この発明は、例えば、トラクタ、田植機、防除作業機等圃場において走行しながら作業する農用作業機に関し、該農用作業機を安全に斜面走行させる場合の走行制御システムに関する。

例えば、一段低い圃場から傾斜面を上がって農道に乗り上げ、この農道において機体を自動的に旋回させる際等に、農道への乗り上げ時点を確実に検出する技術が公知である（特許文献１）。

特開平９−１３号公報

ところで上記特許文献１においては、農道への乗り上げ時点を検出するもので、傾斜面を上がる途中の走行性や安全性については配慮がない。特に、自動走行する農用作業機では操縦者の意図が伝わらず、転倒等の恐れがある。

本発明は、傾斜面を登坂する場合の安全走行を行うことができる農用作業機を提供することを目的とする。

本発明は上記に鑑み次の解決手段を講じるものである。

請求項１の本発明は、
圃場側登り口位置Ｓ１から傾斜面を経て農道への出口位置Ｐｅへ向かう登坂経路Ｌｔに沿って機体を自律走行する制御装置Ｃを備えた農用作業機において、登坂途中における機体の左右傾斜角γ１を検出する左右傾斜角度検出手段８９を設け、前記制御装置Ｃは前記機体の左右傾斜角γ１が予め設定した安全限界左右傾斜角γ０を越えると、前記機体を停止制御し、
停止制御後、ステアリング操作して低速後退走行制御し、前記圃場へ復帰すると前記圃場に復帰する点を登り口復帰点Ｓｐとし、前記登り口復帰点Ｓｐから前記農道への出口位置Ｐｅへ向かう登坂経路Ｌｔを新たに設定し、前記新たな登坂経路Ｌｔに沿う前進走行及び傾斜面途中からの後退走行を繰り返す構成とした農用作業機である。
請求項２の本発明は、
前記機体の前後傾斜角δを検出する前後傾斜角度検出手段８９を設け、前記制御装置Ｃは、前記前後傾斜角δが予め設定した安全前後傾斜角δ０未満で前進走行制御を許容し、前記前後傾斜角δがほぼ水平状態を検知すると前記機体の登坂終了を判定した後、現在位置と前記農道出口位置Ｐｅとが比較され一致すると前記機体を停止し、相違するときは現在位置から前記農道出口位置Ｐｅまでの距離η分走行して農道出口位置Ｐｅに到達させる構成とした、請求項１に記載の本発明の農用作業機である。
請求項３の本発明は、
前記圃場は、前記出口位置Ｐｅと最短距離で結ぶ線分の圃場側交点を理想登り口位置Ｓｎとした場合、その理想登り口位置Ｓｎと前記出口位置Ｐｅを結ぶ線分である理想登坂経路Ｌｓに沿って登坂走行したとき、前記機体が左右傾斜なく安全に登坂走行できるような、畔の傾斜面を有し、
前記傾斜面で停止し、後退するときのステアリング操作は、登り口に復帰した位置が、予め演算設定した前記理想登り口位置Ｓｎに近づくよう操作される構成とした請求項１または２に記載の本発明の農用作業機である。
請求項４の本発明は、
前記制御装置Ｃは、前記機体の前後傾斜角δが前記安全前後傾斜角δ０を越えると前記機体の前進走行又は後退走行制御を中断し、機体停止するよう構成した請求項２記載の本発明の農用作業機である。
本発明に関連する第１の発明は、圃場側登り口位置Ｓ１から傾斜面を経て農道への出口位置Ｐｅへ向かう登坂経路Ｌｔに沿って機体を自律走行する制御装置Ｃを備えた農用作業機において、登坂途中における機体の左右傾斜角γ１を検出する左右傾斜角度検出手段８９を設け、前記制御装置Ｃは前記機体の左右傾斜角γ１が予め設定した安全限界左右傾斜角γ０を越えると、前記機体を停止制御する構成とした農用作業機とする。

本発明に関連する第２の発明は、本発明に関連する第１の発明において、前記農道への出口位置Ｐｅに対する理想登り口位置Ｓｎを演算設定し、前記制御装置Ｃは、前記機体停止制御の後、前記理想登り口位置Ｓｎ方向に後退走行制御し、圃場へ復帰する構成とした。

本発明に関連する第３の発明は、本発明に関連する第２の発明において、前記圃場に復帰する点を登り口復帰点Ｓｐとし、前記登り口復帰点Ｓｐと前記理想登り口位置Ｓｎとのずれ量εを演算し、前記制御装置Ｃは、このずれ量εが予め設定した基準ずれ量ε０以下であると、前記農道への出口位置Ｐｅに向かう理想登坂経路Ｌｓを設定し、前記理想登坂経路Ｌｓに沿って機体を前進走行制御する構成とした。

本発明に関連する第４の発明は、本発明に関連する第３の発明において、前記ずれ量εが基準ずれ量ε０以上であるときは、前記制御装置Ｃは、前記登り口復帰点Ｓｐから前記農道への出口位置Ｐｅへ向かう登坂経路Ｌｔを新たに設定し、前記新たな登坂経路Ｌｔに沿う前進走行及び傾斜面途中からの後退走行を繰り返して前記機体が前記理想登り口位置Ｓｎに近づくよう自律走行制御するよう構成した。

本発明に関連する第５の発明は、本発明に関連する第１〜４の発明のいずれか一の発明において、前記機体の前後傾斜角δを検出する前後傾斜角度検出手段８９を設け、前記制御装置Ｃは、前記前後傾斜角δが予め設定した安全前後傾斜角δ０未満で前進走行制御を許容し、前記前後傾斜角δがほぼ水平状態を検知すると前記機体の登坂終了を判定する構成とした。

本発明に関連する第６の発明は、本発明に関連する第５の発明において、前記制御装置Ｃは、前記機体の前後傾斜角δが前記安全前後傾斜角δ０を越えると前記機体の前進走行又は後退走行制御を中断し、機体停止するよう構成した。

請求項１の本発明によると、農道への走行が容易に行え、また登坂途中における機体の左右傾斜角γ１を監視して、予め設定した安全限界左右傾斜角γ０を越えると、機体を停止制御するので、安全に機体を登坂させることができる。
また、停止後でも新たな登坂経路によって登坂可能となる。
請求項２の本発明によると、登坂完了を確実に行え、登坂終了時に農道出口位置Ｐｅから離れていても目標の農道出口位置Ｐｅに到達できる。
請求項３の本発明によると、除々に登り口復帰点位置Ｓｐを理想登り口位置Ｓｎに近づけることができ、安全な登坂走行を実施できる。
請求項４の本発明によると、前後傾斜の危険性も防止できる。
本発明に関連する第１の発明によると、圃場側登り口位置Ｓ１から傾斜面を経て農道への出口位置Ｐｅへ向かう登坂経路Ｌｔに沿って機体を自律走行することができ、農道への走行が容易に行え、また登坂途中における機体の左右傾斜角γ１を監視して、予め設定した安全限界左右傾斜角γ０を越えると、機体を停止制御するので、安全に機体を登坂させることができる。

本発明に関連する第２〜４の発明は、本発明に関連する第１の発明の効果に加えて、
登坂途中で安全停止した機体は、予め設定した理想登り口位置Ｓｎに向けて後退走行でき、登り口に復帰すると、登り口復帰点Ｓｐと理想登り口位置Ｓｎとのずれ量εを演算し、このずれ量εが予め設定した基準ずれ量ε０以下であると、前記農道への出口位置Ｐｅに向かう理想登坂経路Ｌｓを設定し、該理想登坂経路Ｌｓに沿って機体を前進走行制御するので、機体を安全確実に走行できる。なお、前記ずれ量εが基準ずれ量ε０以上であるときは、登り口復帰点Ｓｐから農道への出口位置Ｐｅへの登坂経路Ｌｔに沿っての機体自律走行を繰り返し行えて徐々に登り口復帰点Ｓｐを理想登り口位置Ｓｎに近づけることができる。

本発明に関連する第５，６の発明は、本発明に関連する第１〜４の発明の効果に加え、機体の前後傾斜角δが予め設定した安全前後傾斜角δ０未満で前進走行制御を許容し、この傾斜角δが安全前後傾斜角δ０を越えると走行停止して安全を確保する。また、この前後傾斜角δがほぼ水平状態を検知すると機体の登坂終了を判定するから確実な登坂終了を確認できる。

本発明の実施例のトラクタの側面図である。 同上実施例のトラクタの動力伝動機構図である。 同上実施例のトラクタの制御ブロック図である。 （Ａ）（Ｂ）同上実施例における情報通信制御概要図である。 （Ａ）〜（Ｃ）同上実施例のトラクタ登坂状況を示す概要図である。 同上実施例におけるフローチャートである。 同上実施例におけるフローチャートである。 （Ａ）〜（Ｄ）同上実施例における自律走行トラクタ及び手動走行トラクタの作業中の位置関係を示す概要図である。 同上実施例におけるフローチャートである。 同上実施例におけるフローチャートである。 （Ａ）（Ｂ）同上実施例におけるトラクタ設置カメラによる撮影エリアを示す概要図である。 同上実施例におけるフローチャートである。 同上実施例におけるフローチャートである。 同上実施例におけるフローチャートである。 （Ａ）（Ｂ）同上実施例におけるトラクタ設置カメラと距離センサによる障害物確認状況を示す概要図である。 （Ａ）（Ｂ）同上実施例におけるトラクタ設置カメラと距離センサによる障害物確認状況を示す他の概要図である。

本発明の実施例を図面と共に説明する。本実施例の農作業管理システムは、農業機械の一例としてのトラクタ１に採用される。トラクタ１は、主変速８段、副変速３段、併せて２４段の変速が可能なトラクタであり、図１にトラクタ１の側面図、図２に動力伝動機構図を示す。

このトラクタ１は操舵用の前輪２，２と推進車輪としての後輪３，３を有し、ボンネット４内に搭載したエンジン５の回転動力をミッションケース６内の変速装置によって適宜減速し、その回転動力を後輪３，３に伝達するように構成している。エンジン５の回転動力を後輪３，３のみならず、前輪２，２にも伝えて四輪全部を駆動する構成としても良い。

また、ミッションケース６内には機体の進行方向を切り換える前後進切換装置９と８段の変速が可能な主変速装置１０，１１と３段の変速が可能な副変速装置１２が設けられる。

図１において、ミッションケース６の上部には油圧シリンダケース１４が設けられ、この油圧シリンダケース１４の左右両側にはリフトアーム１５，１５が回動自在に枢着されている。リフトアーム１５，１５と作業機連結用３点リンクのロワーリンク１６，１６との間にはリフトロッド１７，１７が介装連結され、３点リンクを構成するトップリンク１８と、該ロワーリンク１６，１６の後部には作業機であるロータリ耕耘装置１９が連結されている。

油圧操作レバー２０を操作して図外コントロールバルブを作動し前記油圧シリンダケース１４内に収容されている油圧シリンダ１４ａに作動油を供給するとリフトアーム１５，１５が上昇側に回動され、リフトロッド１７、ロワーリンク１６等を介して前記ロータリ耕耘装置１９が上昇する。反対にこの油圧操作レバー２０を下降側に操作すると油圧シリンダ１４ａ内の作動油は油圧タンクを兼ねるミッションケース６内に排出され、リフトアーム１５，１５を下降させる。

なお、前記ロータリ耕耘装置１９は耕耘部２１と耕耘部２１上方を覆う主カバー２２と主カバー２２の後部に枢着されたリヤカバー２３等を有する。

また、ステアリングハンドル２４を支えるハンドルポスト２５の左側上部には前記前後進切換装置９を操作する前後進切換レバー２７が設けられ、この前後進切換レバー２７を中立位置から前側に倒すと機体は前進し、反対に後側に引くと機体は後進する。

次に図２に示す動力線図に基づいて動力伝達系について説明する。

エンジン５の後部には主クラッチ３０が設けられ、この主クラッチ３０の伝動後位に前後進切換装置９が設けられている。前後進切換装置９は多板摩擦式の油圧クラッチ９ａ，９ｂからなり、常態では中立位置に保たれ、前後進切換レバー２７を前後方向に操作することにより、前進側油圧クラッチ９ａが接続され、あるいは後進側油圧クラッチ９ｂが接続される。

前進側油圧クラッチ９ａが接続されるときには入力ギヤ３１からカウンタ軸３２のギヤ３３とリバーサ軸３４のギヤ３５を経由して、前進側油圧クラッチ９ａに動力が伝達され、リバーサ軸３４が正回転する。

また後進側油圧クラッチ９ｂが接続されるときには、入力ギヤ３１からカウンタ軸３２のギヤ３３とカウンタ軸３２のギヤ３６とカウンタ軸３７のギヤ３８を経由して、リバーサ軸３４の後進用ギヤ３９を経由して、後進側油圧クラッチ９ｂに動力が伝達され、リバーサ軸３４が逆回転する。

この前後進切換装置９の後位には４段変速可能なシンクロメッシュ式の第１主変速装置１０が設けられ、後述車両制御装置８１からの指令を受けてアクチュエータ４０，４０が伸縮するとシフター４１，４１が前後に移動させられて変速を行う。図２において前側のシフター４１が前後に移動すると４速と３速が得られ、後側のシフター４１が前後に動くと２速と１速が得られる。なお、この場合において、主変速が切り換えられるときには、最初に油圧式の前後進切換装置９の油圧クラッチが中立に戻され、変速後に再びこの前後進切換装置９の油圧クラッチが接続されるように構成している。

そして、この第１主変速装置１０の後部には高低２段に切換可能な油圧式の第２主変速装置１１が設けられている。前側の油圧クラッチ１１ａが高速用のクラッチであり、後側の油圧クラッチ１１ｂが低速用の油圧クラッチである。従って、この実施例における主変速装置１０，１１では４×２の８段の変速が可能である。

更に、この第２主変速装置１１の後部には３段の変速が可能で減速比が主変速装置１０，１１よりも比較的大きな副変速装置１２が設けられている。図２に示すように、副変速レバー４２を操作して前側のシフター４３を前後に移動させると高速（Ｈ）と中速（Ｍ）が得られ、後側のシフター４３を後側に移動させると低速（Ｌ）が得られる。

副変速装置１２を操作するときには主クラッチ３０の入切操作を要す。即ち、図１の主クラッチペダル４４を踏み込んで、副変速レバー４２を前後方向あるいは左右方向に操作し、変速操作後には主クラッチペダル４４を離してエンジン回転動力を変速装置側に伝える。

なお、主変速装置１０，１１については副変速レバー４２のノブに設けた増速スイッチ４５と減速スイッチ４６を押し込んで変速を行う（図２参照）。増速スイッチ４５または減速スイッチ４６を押すと１段ずつ変速が行われ、速度が遅い１速から速度が速い８速までの範囲で主変速装置１０，１１の変速がなされる。そして、この副変速装置１２によって減速された動力をドライブピニオン軸４７に伝え、後輪デフ装置４８、最終減速装置４９を順次介して後輪３，３を駆動する。

後輪デフ装置４８の手前で後輪駆動系より分岐した動力は前輪駆動系として利用され、前輪駆動系の中には前輪２，２を後輪３，３と等速で駆動させたり、前輪２，２を後輪３，３よりも増速させて回転させたりする前輪増速装置５０が設けられている。この前輪増速装置５０の前側の油圧クラッチ５０ａが接続されると前輪増速状態となり、後側の油圧クラッチ５０ｂが接続されると等速四輪駆動状態になり、両方の油圧クラッチ５０ａ，５０ｂがＯＦＦになると後輪３，３のみ駆動される二輪駆動の状態になる。前輪駆動軸には前輪デフ装置５１と前輪最終減速装置５２が設けられている。

なお、図２の動力伝達線図において、副変速装置１２が高速（Ｈ）速になっているときに限り、副変速レバー４２をそのまま横方向に移動操作すると、路上走行速に適した路上速位置（ＨＨ）に切り換わる。この場合、主変速は１速から８速までのうち、高速側の５速、６速、７速、８速が選択できる。道路を走行する場合は高速走行を前提としているので高速側のみを優先し、低速側を自動的にカットさせ変速操作が行われても１〜４速には入らないようにして操作性を向上させている。

また、この実施例では選択可能な高速側の変速パターンを５速、６速、７速、８速の４段としたが、６速、７速、８速の３段としたり、あるいは７速、８速の２段だけとしたりして変速段数を減らしても良い。

ＰＴＯ出力軸５３の駆動は次のようにして行われる。

前記入力ギヤ３１からカウンタ軸３２のギヤ３３を介してＰＴＯクラッチ５４の駆動用ギヤ５５に動力が伝達され、ＰＴＯクラッチ５４に動力伝達される。ＰＴＯクラッチ５４が入り状態になると、２つの油圧シリンダ５６と５７によりスライド制御される４段変速ギヤ機構で選択されている変速段でＰＴＯ駆動軸５８が駆動される。なお、４段変速ギヤ機構は、３段目のギヤ５９ａと１段目のギヤ５９ｂと４段目のギヤ５９ｃと２段目のギヤ５９ｄからなる。

例えば、油圧シリンダ６０によりスライドされる従動軸６１上のギヤ６２ａがＰＴＯ変速軸６３のギヤ５９ａと噛合すると、ＰＴＯ変速軸６３から従動軸６４の出力ギヤ６５を経由してＰＴＯ出力軸６６の出力ギヤ６７に動力伝達されてＰＴＯ駆動軸５８が駆動する（ＰＴＯ２速）。同様に油圧シリンダ６０によりギヤ６２ｂがギヤ５９ｂに噛合するとＰＴＯ４速になる。油圧シリンダ５７によりギヤ６２ｃがギヤ５９ｃに噛合するとＰＴＯ１速になる。油圧シリンダ５７によりギヤ６２ｄがギヤ５９ｄに噛合するとＰＴＯ３速になる。

また、前記ギヤ６２ａがギヤ５９ａに噛んでいない状態であって、逆転軸６８上の逆転ギヤ６９をスライドさせて前記ギヤ５９ａに噛み合わせるとともにギヤ６２ａにも噛んでいる状態になると、ＰＴＯ駆動軸５８は逆転駆動する。逆転の場合はこの１速のみである。

トラクタ１は、自律走行トラクタに構成される。すなわち、各種作業機を装着したトラクタ１は、圃場において、その位置をＧＰＳ測位情報によって確認しながら、予め設定された自律走行経路に沿って走行制御されるものである。

前記の自律走行トラクタ１で使用する情報通信制御他各種制御の使用態様を図３、図４に示す。

トラクタ１の制御装置Ｃは、ＧＰＳアンテナを内蔵した情報通信制御装置８０、操舵アクチュエータや走行駆動装置へ制御出力する車両制御装置８１、連結する作業機（図例では耕耘作業機）の作業機制御装置８２及びエンジン制御装置８３を備え、互いにＣＡＮ通信（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）で接続している。８４は外部メモリである。

前記車両制御装置８１について、主にトラクタ１の操舵制御系、変速制御等を備え、入力情報としてはハンドル切れ角センサ８５、走行変速センサ８６入力があり、出力情報としては、操舵アクチュエータとしてのステアリングモータ８７出力、前記変速アクチュエータ４１，４１作動出力する。

そして、情報通信制御装置８０には、遠隔操作装置としての携帯端末９７を備えて、トラクタ１の外部からも各種設定や走行制御可能に構成している。

前記情報通信制御装置８０は、トラクタ１の左右傾斜や前後傾斜を検出するジャイロセンサ８９、方位センサ９０及びトラクタ１の機体前方に照射して障害物Ｇなどを検知する距離センサとしての超音波センサ９１等の検出信号、キャビンフレームを利用して配置される前後左右４箇所の撮像カメラ９２ｆ，９２ｒ，９２Ｌ及び９２Ｒからの撮像信号等を入力しうる。また、短距離無線通信手段によって通信可能な携帯端末９３を備え、ＧＰＳ９４から測位情報を入力できる構成としている。なお、超音波センサ等からなる距離センサ９１は機体前方の圃場端や障害物Ｇの存否と距離を検出でき、前後左右の撮像カメラ９２ｆ，９２ｒ，９２Ｌ，９２Ｒは障害物Ｇの存否を確認することができる。また、情報通信制御装置８０は、自律走行の開始を司る稼動スイッチ９５、自律走行を停止させる非常停止スイッチ９６の各操作信号を入力する構成とし、さらに、ブザーや警告灯等の警報機９７作動や各種効果音等の報知機９８作動の各出力を行う構成としている。

なお、前記携帯端末９３は、基地局９９と無線通信可能に構成され、該基地局９９はサーバ管理者のサーバ１００と通信可能とされ、さらに該サーバ１００はトラクタのユーザ、トラクタの製造メーカや販売店等に配置の端末１０１、１０１…と通信可能に構成されている。

携帯端末９３は、基地局９９のデータを通信可能に設けられ、例えば、圃場の地図情報、圃場情報、作業計画等の圃場毎データが表示される構成である。

また、図４に示すように、トラクタのユーザ、トラクタの製造メーカや販売店等に配置の端末１０１、１０１…から基地局９９には、圃場Ｆ毎に各種情報が出力される。例えば、圃場Ｆ，Ｆ…における圃場外側情報として指定された四隅の経度・緯度情報、自律走行経路…等である。

なお、以下に携帯端末９３の機能について説明するが、情報通信制御装置８０からの情報であるか、前記基地局９９からの通信情報であるかは問わず、適宜に入力できる構成である。

前記自律走行トラクタ１の情報通信制御装置８０は、ＧＰＳ受信機からの測位信号によって経度・緯度を演算し、現在位置を取得する。この現在位置情報とあらかじめ設定した所定の圃場経路情報との比較に基づき両者の位置ずれ量を演算し、かつ作業進行方向を方位センサ９０からの検出入力によって確認し、ずれ量を解消すべく進行方向を修正しながら作業（例えば耕耘作業）を行う。なお、方向修正に当たっては、操舵アクチュエータとしてのステアリングモータ８７の駆動を介してステアリングハンドル軸を回転させることによって行う。また、畦際近くに接近すると、超音波センサ９１によってこれを検知し、トラクタ１を旋回動作に移行させる。旋回後は、平行状に設定された走行経路に沿い作業を継続する（図６、ステップ１０１〜ステップ１０７参照）。

図５に示すように、所定圃場Ｆの作業が終了すると、農道Ｒへ出る必要がある。この際、圃場Ｆと農道Ｒとの間は低い畦越えで足りる場合や、農道Ｒが高く比較的長い傾斜面を登坂するなど種々がある。後者の場合について、図６のフローチャートに基づいて、トラクタ１の登坂制御について説明する。圃場Ｆ内における自律走行トラクタ１による作業が終了すると（ステップ１０１〜ステップ１０７）、トラクタ１を一時停止し、傾斜面を登り切った地点であって農道Ｒへの出口位置Ｐｅを呼び出す（ステップ１０８）。そして、トラクタ１の現在位置である圃場における現在登り口Ｓ１から上記農道出口位置Ｐｅに向かう登坂経路Ｌｔに沿って前進できるよう、ステアリングモータ８７を制御し（ステップ１１０）、トラクタ１を登坂前進させる（ステップ１１１）。

なお、ステップ１１０の前に、前記農道出口位置Ｐｅに対する理想登り口位置Ｓｎを演算しておく（ステップ１０９）。ここで、理想登り口位置Ｓｎは、農道出口位置Ｐｅまでトラクタ１の機体が左右傾斜なく安全に登坂走行できる始端点である。演算方法は種々であるが、単純には農道出口位置Ｐｅと最短距離で結ぶ線分の圃場側交点とする方法がある。なお、この最短距離による経路を理想登坂経路Ｌｓとする。

登坂するトラクタ１の前後傾斜角と左右傾斜角とは、ジャイロセンサ８９で検出されている。このうち、トラクタ機体の前後傾斜角δ１が予め設定した安全限界前後傾斜角δ０を越えるか（ステップ１１２）、トラクタ機体の左右傾斜角γ１が予め設定した安全限界左右傾斜角γ０を越えると（ステップ１１３）、警報出力し警報機９７を作動する（ステップ１１４）。警報機９７がブザーの場合は吹鳴し、警告灯の場合は点灯する。そしてトラクタ１機体は直ちに停止制御される（ステップ１１５）。

次に、ステアリングモータ８７により所定にステアリング操作し、変速位置を低速に切替え（ステップ１１６）、トラクタ機体を後退させる（ステップ１１７）。このときのステアリングモータ８７によるステアリング操作は、後退によって登り口に戻るが、登り口に復帰した位置が前記理想登り口位置Ｓｎに近づくよう操作するものである。また、変速位置を低速側に切替えることによって、後退時のトラクタ１機体の挙動を防止しようとするものである。ステップ１１７による後退でトラクタ１機体は、圃場側の登り口に復帰する。そして、この登り口復帰点Ｓｐと理想登り口位置Ｓｎとのずれ量εを演算する（ステップ１２０）。

前記ずれ量εが予め設定した基準ずれ量ε０以下であるとき、すなわち前記理想登り口位置Ｓｎまたはその近傍に至ると（ステップ１２１）、前記農道出口位置Ｐｅに向かう前記理想登坂経路Ｌｓを設定し、該理想登坂経路Ｌｓに沿って、即ち前記農道出口位置Ｐｅに向けてステアリング操作し、前進走行させる（ステップ１２２，１２３）。その登坂途中では機体前後傾斜δを監視し、前記安全限界前後傾斜角δ０を越えなければ（ステップ１２４）、そのまま登坂を続け、機体前後傾斜角δが略０°の水平状態を検知すると、即ち、トラクタ１は登坂終了し農道高さまで至ったものと判定される（ステップ１２５）。なお、ステップ１２４で安全限界前後傾斜角δ０を越えると、直ちに警報出力の後、トラクタ機体停止し、自律走行中断となる。

ステップ１２５で農道高さまで至った場合、現在位置と前記農道出口位置Ｐｅとが比較され一致すると（ステップ１２６）、目的地到達にてトラクタ機体は停止される（ステップ１２７）。なお、ステップ１２６で相違するときは、即ち登坂終了したにも関わらず、距離ηを残し目標とする農道出口位置Ｐｅに到達していないときは、ステップ１２２に戻り、農道出口位置Ｐｅにステアリング操作されその後の走行によって距離ηを走行することで目標の農道出口位置Ｐｅに到達できる（ステップ１２６，１２７）（図５（Ｂ））。この場合は、傾斜面を形成する畦畔の上面に図５に示すような、トラクタ１が走行できる第２の農道Ｒａを有する必要がある。

前記ステップ１２１で、ずれ量εが基準ずれ量ε０以上である場合は、ステップ１１０に戻って、このステップ１１０からステップ１２０を繰り返すことにより、除々に登り口復帰点位置Ｓｐを理想登り口位置Ｓｎに近づけることができ、安全な登坂走行を実施できる（図５（Ａ））。

なお、ステップ１２１で、ずれ量εが基準ずれ量ε０以上であって、圃場内畦畔際をトラクタ走行できる場合は、このずれ量εを一挙に解消すべくトラクタ１の畦畔際走行によって前記理想登り口位置Ｓｎに接近させる方法もある（図５（Ｃ））。

次に、前記登坂走行制御のうち、トラクタ停止後の再稼動等における制御について、図７のフローチャートに基づき説明する。前記車両制御装置８１には、携帯端末８８に設ける非常停止スイッチ９５のＯＮ・ＯＦＦ信号、再稼動スイッチ９６のＯＮ信号を入力でき、走行制御を行う。

自律走行モードで走行しながら圃場退去時登坂走行制御を行うが（ステップ２０１〜２０３）、ジャイロセンサ８９によって機体前後傾斜や左右傾斜が安全域を逸脱すると、警報出力し、トラクタ１を停止させる（ステップ２０４〜２０６）。

作業員の点検や対策の実行を経て、トラクタ１は前記再稼動スイッチ９６操作によって再稼動されるが、前記非常停止スイッチ９５がＯＦＦで非常停止を解除する条件下で、トラクタは再稼動して走行可能である（ステップ２０７，２０８）。なお、実施例では、ステップ２０８の再稼動スイッチ９６がＯＮ操作であると、ステアリング操作及び変速操作を行い、音声による報知機９８出力がなされ、かつ現地点登録が実行される（ステップ２０９〜２１１）。これらの実行処理の後、トラクタ１は再稼動する（ステップ２１２）。以下、現在位置が目標の農道出口位置Ｐｅに達するか否か判断され、達しておればトラクタは停止する。

このように、構成すると、再稼動する際には、報知するので、近傍にいる作業員へ事前報知でき、安全である。

前記の実施例においては、圃場から農道へ退出する際の登坂走行を例に説明したが、トラック荷台への農機積み降ろし等、傾斜面の走行において応用できる。

また、自律走行するトラクタを例に説明したが、他の移動農機でもよく、また、自律走行以外にオペレータによる走行においても応用できる。

次いで、自律走行する第１トラクタ１Ａとオペレータ操縦による第２トラクタ１Ｂを同時に圃場作業する場合の安全運転制御について説明する。

第１、第２トラクタ１Ａ、１Ｂの構成は、図３に示す構成の制御部を備えると共に、第第２トラクタ１Ｂの運転作業者は、第１トラクタ１Ａの走行停止等の遠隔制御装置として、及び第１・第２トラクタ１Ａ,１Ｂそれぞれの位置情報及びそれらの関係を演算及び表示する携帯端末８８Ａを具備している。

第１トラクタ１Ａは、第２トラクタ１Ｂとの並行作業を予定し予め設定した走行経路に基づいて走行しながら作業を行い、第２トラクタ１Ｂは、図８，図９，図１０に基づき、安全運転制御される。圃場内において、第１トラクタ１Ａが位置情報を取得しながら前記走行経路に基づき走行する。一方第２トラクタ１Ｂの運転作業者は、第１トラクタ１Ａと並走し、あるいは、第１トラクタ１Ａの走行経路と重複しない走行運転を維持しながら圃場作業を行う（ステップ３０１,３０２）。第１トラクタ１Ａと第２トラクタ１Ｂの位置情報よりそれぞれの位置及び走行方位が演算され、この演算結果により両トラクタの距離算出し、トラクタ機体の前後方向距離αが予め設定した第１の前後規定距離Ｄ１（例えば５ｍ）と比較し、α＜Ｄ１の状況であると第１トラクタ１Ａの走行変速段を最低速に切替える（ステップ３０５，３０６）。ステップ３０５でα≧Ｄ１の場合、更に機体左右方向の距離βが予め設定した第１の左右規定距離Ｘ１（例えば０．５ｍ）と比較し、β＜Ｘ１の状況であるときも（ステップ３０７）、ステップ３０６に移行する。

さらに、作業を継続し、前後方向距離αが第１の前後規定距離Ｄ１より小さい第２の前後規定距離Ｄ０（例えば２ｍ）未満になると（ステップ３０８）、安全確保のため第１トラクタ１Ａの走行を停止制御する（ステップ３０９）。ステップ３０８でα≧Ｄ０の場合、前記距離βが第１の左右規定距離Ｘ１よりも小さい第２の左右規定距離Ｘ０（例えば０．２ｍ）未満になると（ステップ３１０）、ステップ３０９に至り第１トラクタ１Ａは停止される。なお、ステップ３０６で第１トラクタ１Ａが最低速に切替られたり、ステップ３０９で第１トラクタ１Ａが停止制御されると、この状況は携帯端末８８Ａにアラームとして各種警報表示され、第２トラクタ１Ｂの運転作業者はこれを確認でき、適宜に第２トラクタ１Ｂを操向操作しながら衝突回避の行動をとることができる（ステップ３１１）。そして、前後方向距離αが前記第１の前後規定距離Ｄ１を越え、かつ左右方向距離βが第１の左右規定距離Ｘ１を越えると（ステップ３１２，３１３）、第１トラクタ１Ａは元の作業速に復帰操作され、通常作業に復帰する（ステップ３１４）。

次いで、図１０に示すように、圃場に作業者が居て補助作業したり、自律走行のトラクタ１を監視する場合の安全制御について、走行経路を演算しトラクタ１を自律走行させる（ステップ４０１，４０１）。前記補助作業者Ｍの携帯端末８８Ｂにて位置情報を取得し、発信する（ステップ４０３）。当該位置情報とトラクタ１の位置から距離Ｌを演算する（ステップ４０４）。この演算距離Ｌが予め設定した安全距離ＤＭ未満となると、トラクタ1側制御部では、危険範囲内として機体作業を減速側に出力し又は機体停止出力される（ステップ４０５,４０６）。同時に補助作業者Ｍ側携帯端末８８Ｂには警報出力される（ステップ４０７)。この警報によって補助作業者は安全圏に移動できる。この警報出力は所定時間経過すると停止し（ステップ４１０）、トラクタ作業継続の場合はトラクタ自律運転に戻り、作業終了の場合は制御終了する（ステップ４１１）。

次いで、トラクタ１に搭載した左右カメラ９２L，９２Ｒ及び前後方カメラ９２ｆ，９２ｒの監視カメラ群の撮像によって障害物Ｇを検出し（図１１（Ａ）（Ｂ））、自律走行のトラクタ１の安全走行制御について、図１２〜図１４に基づき説明する。走行経路を演算し、トラクタ１は自律運転を行う（ステップ５０１,５０２）。運転中、上記の監視カメラ群からそれぞれに撮像データを入力し（ステップ５０３）、併せて機体前方に向けてレーザ光や電磁波を照射することによって障害物Ｇの距離を検出できる距離センサ９１からの距離データを入力する（ステップ５０４）。障害物Ｇデータありと判定すると（ステップ５０５）、機体走行速度と障害物Ｇ接近速度を対比し（ステップ５０６）、衝突の可能性がある場合は、障害物Ｇの進行方向を判定し（ステップ５０７,５０８）、機体前方又は後方における場合は、進行方向危険回避判断とこれに基づく回避出力を行う（ステップ５０９）。また、ステップ５０８で機体左又は右方における場合は、左右方向危険回避判断とこれに基づく回避出力を行う（ステップ５１０）。

前記のステップ５０９における機体の進行方向危険回避判断および回避出力について、その一例を図１３に示す。トラクタ１進行方向、即ち前方又は後方に障害物Ｇを確認すると（ステップ６０１）、障害物Ｇがトラクタ１に接近するか否かを判断し（ステップ６０２）、接近する場合は、障害物Ｇがトラクタ１機体進行方向に移動しているかあるいは逆方向に移動するかが判定される（ステップ６０３）。ここで、ステップ６０３でＹＥＳと判断される場合、つまり障害物Ｇがトラクタ１と同方向に移動するが遅いためトラクタに接近すると判定される場合には、トラクタ１移動速度を減速し、作業を継続する（ステップ６０４，６０５）。また、ステップ６０３でＮＯと判断される場合、つまり障害物Ｇがトラクタ１に向かって移動してくる場合には、トラクタ１を緊急停止すべく出力し（ステップ６０６）、直ちに迂回運転出力して（ステップ６０７）、衝突を避ける。迂回運転はステップ５０１の走行経路から外れた迂回経路を予め設定しておくものである。この迂回経路移動中に作業種類等に応じて作業継続の可否を判定するが（ステップ６０８）、不可の場合には作業中断する（ステップ６０９）。作業中断しても、障害物Ｇを回避し元の走行経路に復帰し（ステップ６１０）、進行方向に障害物Ｇが無いことを条件に、作業再開する（ステップ６１１,６１２）。

このように、トラクタ１機体の進行方向に障害物Ｇを確認した場合には、その接近状況を確認しつつ適正に障害物Ｇとの衝突を防止できる。

一方、前記ステップ５１０における機体の左右方向危険回避判断および回避出力について、その一例を図１４に示している。トラクタ１機体の左右方向に障害物Ｇを確認すると（ステップ７０１）、障害物Ｇがトラクタの走行経路に接近するか否か判断し、さらに障害物Ｇがトラクタに接近するか否かを判断する（ステップ７０２，７０３）。ついで障害物Ｇの移動速度に基づいて衝突回避速度を演算する（ステップ７０４）。その演算された速度と作業種類等に従って作業継続の可否を判断する（ステップ７０５）。ここで作業継続可と判断される場合には、増速、減速又は速度維持の判断に基づいてトラクタ速度変更指令出力され（ステップ７０６）、増速側制御、減速側制御又は速度維持に変更する（ステップ７０７，７０８）。そして、障害物Ｇが走行経路を通過し、新たな障害物Ｇも含めて進行方向に障害物Ｇ無しを確認すると（ステップ７０９，７１０）、変速段を元に戻して作業を継続する（ステップ７１１）。」前記ステップ７０５で作業継続不可の判断の場合は、作業を中断し（ステップ７１２）、トラクタを停止または迂回走行出力する（ステップ７１３）。

このように、障害物Ｇが左右方向に存在して接近する場合においても、衝突を回避しながら作業を継続することができる。

なお、図１５（Ａ）、（Ｂ）に示す前方カメラ９２ｆと距離センサ９１との複合によって障害物Ｇ候補の検出と接近状況を検出できる。すなわち、先ず前方カメラ９２ｆの遠方撮像によって障害物Ｇ候補を検出し、障害物Ｇ候補の所定距離以内検出結果（例えば１０ｍ）に基づき、距離センサ９１の検出を開始し、距離センサ９１の検出によって障害物Ｇの接近等移動の状況を精度良く検出するものである。

また、距離センサ９１の検出距離データをカメラ９２側で受信することにより、障害物Ｇの撮像検出精度を向上できる（図１６（Ａ）、（Ｂ））。要するに、対象物に限らず広範に画像を認識するカメラと反射によって対象物との距離を検出する距離センサ９１との組合せによって、撮像精度を向上することができるものである。なお、ここで距離センサ９１としては、ミリ波センサ、超音波センサ等種々の構成を採用し得る。

撮像手段として、前方カメラ９２ｆを例に挙げたが、無人飛行機に撮像カメラを吊下げて圃場全体を撮像できる構成としてもよい。トラクタ１の前後左右いずれの方向にあっても障害物Ｇを撮像でき障害物Ｇの発見が効率的である。なお、障害物Ｇとして、作業者Ｍや動物Ａ等移動する障害物のほか、立木、電柱、畦畔等のように固定の障害物Ｇもある。

これらのうち、畦畔を検出する場合は、旋回動作に自動的に移るが、旋回前進して隣接の作業走行経路の始端に到達できるものであるが、畦畔との距離が狭く一回の旋回前進では隣接の作業走行経路始端に達し得ない場合には、前進と後退とを繰り返しながら当該経路始端に達することができる（図８（Ｄ））。

８９左右傾斜角度検出手段（ジャイロセンサ）
８９前後傾斜角度検出手段（ジャイロセンサ）
Ｃ 制御装置
Ｌｔ登坂経路
Ｌｓ理想登坂経路
Ｐｅ農道出口位置
Ｓ１圃場側登り口位置
Ｓｐ登り口復帰点
Ｓｎ理想登り口位置
γ１左右傾斜角
γ０安全限界左右傾斜角
δ 前後傾斜角
δ０安全前後傾斜角
ε ずれ量
ε０基準ずれ量

Claims (4)

1. 圃場側登り口位置Ｓ１から傾斜面を経て農道への出口位置Ｐｅへ向かう登坂経路Ｌｔに沿って機体を自律走行する制御装置Ｃを備えた農用作業機において、登坂途中における機体の左右傾斜角γ１を検出する左右傾斜角度検出手段８９を設け、前記制御装置Ｃは前記機体の左右傾斜角γ１が予め設定した安全限界左右傾斜角γ０を越えると、前記機体を停止制御し、
   停止制御後、ステアリング操作して低速後退走行制御し、前記圃場へ復帰すると前記圃場に復帰する点を登り口復帰点Ｓｐとし、前記登り口復帰点Ｓｐから前記農道への出口位置Ｐｅへ向かう登坂経路Ｌｔを新たに設定し、前記新たな登坂経路Ｌｔに沿う前進走行及び傾斜面途中からの後退走行を繰り返す構成とした農用作業機。
2. 前記機体の前後傾斜角δを検出する前後傾斜角度検出手段８９を設け、前記制御装置Ｃは、前記前後傾斜角δが予め設定した安全前後傾斜角δ０未満で前進走行制御を許容し、前記前後傾斜角δがほぼ水平状態を検知すると前記機体の登坂終了を判定した後、現在位置と前記農道出口位置Ｐｅとが比較され一致すると前記機体を停止し、相違するときは現在位置から前記農道出口位置Ｐｅまでの距離η分走行して農道出口位置Ｐｅに到達させる構成とした請求項１に記載の農用作業機。
3. 前記圃場は、前記出口位置Ｐｅと最短距離で結ぶ線分の圃場側交点を理想登り口位置Ｓｎとした場合、その理想登り口位置Ｓｎと前記出口位置Ｐｅを結ぶ線分である理想登坂経路Ｌｓに沿って登坂走行したとき、前記機体が左右傾斜なく安全に登坂走行できるような、畔の傾斜面を有し、
   前記傾斜面で停止し、後退するときのステアリング操作は、登り口に復帰した位置が、予め演算設定した前記理想登り口位置Ｓｎに近づくよう操作される構成とした請求項１または２に記載の農用作業機。
4. 前記制御装置Ｃは、前記機体の前後傾斜角δが前記安全前後傾斜角δ０を越えると前記機体の前進走行又は後退走行制御を中断し、機体停止するよう構成した請求項２に記載の農用作業機。

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