(57)【要約】【課題】自律走行する自律走行作業車両が作業開始前にシステムチェックが行われて、異常がある機器を見つけて事故等を未然に防ぐことができるようにする。【解決手段】衛星測位システムを利用して機体の位置を測位する位置算出手段と、設定した走行経路Ｒに沿って自動的に走行及び作業をさせる制御装置３０とを備えた自律走行作業車両１と、該自律走行作業車両１に随伴走行しながら作業を行う随伴走行作業車両１００に搭載する遠隔操作装置１１２により自律走行作業車両１を操作可能とする併走作業車両において、制御装置３０は自動走行開始操作が行われると、自動走行する前にセンサ及びアクチュエータのチェックが行われ、正常であるか異常があるかが表示されるとともに、異常がある場合、異常個所を表示し自動走行は許可しない。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
衛星測位システムを利用して機体の位置を測位する位置算出手段と、設定した走行経路に沿って自動的に走行及び作業をさせる制御装置とを備えた自律走行作業車両と、該自律走行作業車両に随伴走行しながら作業を行う随伴走行作業車両に搭載する遠隔操作装置により自律走行作業車両を操作可能とする併走作業車両において、制御装置は自動走行開始操作が行われると、自動走行する前にセンサ及びアクチュエータのチェックが行われ、正常であるか異常があるかが表示されるとともに、異常がある場合、異常個所を表示し自動走行は許可しないことを特徴とする自律走行作業車両。
【請求項２】
前記センサまたはアクチュエータに異常があると警報を発することを特徴とする請求項１に記載の自律走行作業車両。
【請求項３】
前記チェックが行われるとき、動作チェックも行われることを特徴とする請求項１に記載の自律走行作業車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衛星測位システムを利用して設定走行経路に沿って自律走行を可能とした自律走行作業車両におけるセンサやアクチュエータ等が正常に作動するかをチェックする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動走行機械の走行時に、コントローラが、ＧＰＳ衛星からの信号により測位し、特定エリア内における自動走行機械の位置を確認しチェックすることにより、自動走行機械が誤動作しているか否かを判定し、誤動作の場合自動走行機械を停止させる技術が公知となっている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２１２６３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記技術において、自動走行時に誤作動がないかチェックしているが、自動走行する前にセンサ類に異常がないかチェックするものではない。従って、自動走行を開始したときには使用しないが、作業途中でアクチュエータを作動すると作動が異常な場合、途中で作業を中止しなければならず、作業効率が悪化することになる。特に、停止に関するセンサやアクチュエータが異常であると、走行開始した後に停止しようとしても停止できないことが生じ、事故に至る可能性もある。
【０００５】
本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、自律走行する自律走行作業車両が作業開始前に異常があるかのチェックが行われて、異常がある機器を検出して事故等を未然に防ぐことができるようにする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【０００７】
即ち、請求項１においては、衛星測位システムを利用して機体の位置を測位する位置算出手段と、設定した走行経路に沿って自動的に走行及び作業をさせる制御装置とを備えた自律走行作業車両と、該自律走行作業車両に随伴走行しながら作業を行う随伴走行作業車両に搭載する遠隔操作装置により自律走行作業車両を操作可能とする併走作業車両において、制御装置は自動走行開始操作が行われると、自動走行する前にセンサ及びアクチュエータのチェックが行われ、正常であるか異常があるかが表示されるとともに、異常がある場合、異常個所を表示し自動走行は許可しないものである。
【０００８】
請求項２においては、前記センサまたはアクチュエータに異常があると警報を発するものである。
【０００９】
請求項３においては、前記チェックが行われるとき、動作チェックも行われるものである。
【発明の効果】
【００１０】
以上のような手段を用いることにより、作業前に自律走行作業車両に異常がないかが容易に認識できるようになり、安心して、操作や作業等ができるようになり、事故も未然に防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】自律走行作業車両とＧＰＳ衛星と基準局を示す概略側面図。
【図２】制御ブロック図。
【図３】自律走行作業車両と随伴走行作業車両とによる作業の状態を示す図。
【図４】制御フローチャートを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
衛星測位システムを利用して自律走行を可能とした自律走行作業車両１をトラクタとし、自律走行作業車両１の後部には作業機としてロータリ耕耘装置２４を装着した実施例について説明する。但し、作業車両はトラクタに限定するものではなく、コンバイン等でもよく、また、作業機はロータリ耕耘装置に限定するものではなく、畝立て機や草刈機やレーキや播種機や施肥機やワゴン等であってもよい。
【００１３】
図１、図２において、自律走行作業車両１となるトラクタの全体構成について説明する。ボンネット２内にエンジン３が内設され、該ボンネット２の後部のキャビン１１内にダッシュボード１４が設けられ、ダッシュボード１４上に操向操作手段となるステアリングハンドル４が設けられている。該ステアリングハンドル４の回動により操舵装置を介して前輪９・９の向きが回動される。自律走行作業車両１の操舵方向は操向センサ２０により検知される。操向センサ２０はロータリエンコーダ等の角度センサからなり、前輪９の回動基部に配置される。但し、操向センサ２０の検知構成は限定するものではなく操舵方向が認識されるものであればよく、ステアリングハンドル４の回動を検知したり、パワーステアリングの作動量を検知してもよい。操向センサ２０により得られた検出値は制御装置３０に入力される。
【００１４】
前記ステアリングハンドル４の後方に運転席５が配設され、運転席５下方にミッションケース６が配置される。ミッションケース６の左右両側にリアアクスルケース８・８が連設され、該リアアクスルケース８・８には車軸を介して後輪１０・１０が支承される。エンジン３からの動力はミッションケース６内の変速装置（主変速装置や副変速装置）により変速されて、後輪１０・１０を駆動可能としている。変速装置は例えば油圧式無段変速装置で構成して、可変容量型の油圧ポンプの可動斜板をモータ等の変速手段４４により作動させて変速可能としている。変速手段４４は制御装置３０と接続されている。後輪１０の回転数は車速センサ２７により検知され、走行速度として制御装置３０に入力される。但し、車速の検知方法や車速センサ２７の配置位置は限定するものではない。
【００１５】
ミッションケース６内にはＰＴＯクラッチやＰＴＯ変速装置や制動装置４６が収納され、ＰＴＯクラッチはＰＴＯ入切手段４５により入り切りされ、ＰＴＯ入切手段４５は制御装置３０と接続され、ＰＴＯ軸への動力の断接を制御可能としている。制動装置４６は制御装置３０と接続され、オペレータの操作や自動走行時に制動可能としている。制御装置３０はＣＰＵ（中央演算処理装置）やＲＡＭやＲＯＭ等の記憶装置３０ｍやインターフェース等を備え、記憶装置３０ｍには自律走行作業車両１を動作させるためのプログラムやデータが記憶される。
【００１６】
前記エンジン３を支持するフロントフレーム１３にはフロントアクスルケース７が支持され、該フロントアクスルケース７の両側に前輪９・９が支承され、前記ミッションケース６からの動力が前輪９・９に伝達可能に構成している。前記前輪９・９は操舵輪となっており、ステアリングハンドル４の回動操作により回動可能とするとともに、操舵駆動手段となるパワステシリンダからなる操舵アクチュエータ４０により前輪９・９が左右操舵回動可能となっている。操舵アクチュエータ４０は制御装置３０と接続され、自動走行制御により駆動される。
【００１７】
制御装置３０にはエンジン回転制御手段となるエンジンコントローラ６０が接続され、エンジンコントローラ６０にはエンジン回転数センサ６１や水温センサや油圧センサ等が接続され、エンジンの状態を検知できるようにしている。エンジンコントローラ６０では設定回転数と実回転数から負荷を検出し、過負荷とならないように制御するとともに、後述する遠隔操作装置１１２にエンジン３の状態を送信してディスプレイ１１３で表示できるようにしている。
【００１８】
また、ステップ下方に配置した燃料タンク１５には燃料の液面を検知するレベルセンサ２９が配置されて制御装置３０と接続され、自律走行作業車両１のダッシュボードに設ける表示手段４９には燃料の残量を表示する燃料計が設けられ制御装置３０と接続されている。そして、制御装置３０から遠隔操作装置１１２に燃料残量に関する情報が送信されて、遠隔操作装置１１２のディスプレイ１１３に燃料残量と作業可能時間が表示される。
【００１９】
前記ダッシュボード１４上にはエンジンの回転計や燃料計や油圧等や異常を示すモニタや設定値等を表示する表示手段４９が配置されている。
【００２０】
また、トラクタ機体後方に作業機装着装置２３を介して作業機としてロータリ耕耘装置２４が昇降自在に装設させて耕耘作業を行うように構成している。前記ミッションケース６上に昇降シリンダ２６が設けられ、該昇降シリンダ２６を伸縮させることにより、作業機装着装置２３を構成する昇降アームを回動させてロータリ耕耘装置２４を昇降できるようにしている。昇降シリンダ２６は昇降アクチュエータ２５の作動により伸縮され、昇降アクチュエータ２５は制御装置３０と接続されている。
【００２１】
制御装置３０には衛星測位システムを構成する移動通信機３３が接続されている。移動通信機３３には移動ＧＰＳアンテナ３４とデータ受信アンテナ３８が接続され、移動ＧＰＳアンテナ３４とデータ受信アンテナ３８は前記キャビン１１上に設けられる。該移動通信機３３には、位置算出手段を備えて緯度と経度を制御装置３０に送信し、現在位置を把握できるようにしている。なお、ＧＰＳ（米国）に加えて準天頂衛星(日本)やグロナス衛星（ロシア）等の衛星測位システム（ＧＮＳＳ）を利用することで精度の高い測位ができるが、本実施形態ではＧＰＳを用いて説明する。
【００２２】
自律走行作業車両１は、機体の姿勢変化情報を得るためにジャイロセンサ３１、および進行方向を検知するために方位センサ３２を具備し制御装置３０と接続されている。但し、ＧＰＳの位置計測から進行方向を算出できるので、方位センサ３２を省くことができる。
ジャイロセンサ３１は自律走行作業車両１の機体前後方向の傾斜（ピッチ）の角速度、機体左右方向の傾斜（ロール）の角速度、および旋回（ヨー）の角速度、を検出するものである。該三つの角速度を積分計算することにより、自律走行作業車両１の機体の前後方向および左右方向への傾斜角度、および旋回角度を求めることが可能である。ジャイロセンサ３１の具体例としては、機械式ジャイロセンサ、光学式ジャイロセンサ、流体式ジャイロセンサ、振動式ジャイロセンサ等が挙げられる。ジャイロセンサ３１は制御装置３０に接続され、当該三つの角速度に係る情報を制御装置３０に入力する。
【００２３】
方位センサ３２は自律走行作業車両１の向き（進行方向）を検出するものである。方位センサ３２の具体例としては磁気方位センサ等が挙げられる。方位センサ３２は制御装置３０に接続され、機体の向きに係る情報を制御装置３０に入力する。
【００２４】
こうして制御装置３０は、上記ジャイロセンサ３１、方位センサ３２から取得した信号を姿勢・方位演算手段により演算し、自律走行作業車両１の姿勢（向き、機体前後方向及び機体左右方向の傾斜、旋回方向）を求める。
【００２５】
次に、自律走行作業車両１の位置情報をＧＰＳ（グローバル・ポジショニング・システム）を用いて取得する方法について説明する。
ＧＰＳ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通信機で構成される。
ＧＰＳを用いた測位方法としては、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、これらいずれの方法を用いることも可能であるが、本実施形態では測定精度の高いＲＴＫ−ＧＰＳ測位方式を採用し、この方法について図１、図２より説明する。
【００２６】
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と、位置を求めようとする移動局とで同時に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移動局にリアルタイムで送信し、基準局の位置成果に基づいて移動局の位置をリアルタイムに求める方法である。
【００２７】
本実施形態においては、自律走行作業車両１に移動局となる移動通信機３３と移動ＧＰＳアンテナ３４とデータ受信アンテナ３８が配置され、基準局となる固定通信機３５と固定ＧＰＳアンテナ３６とデータ送信アンテナ３９が圃場の作業の邪魔にならない所定位置に配設される。本実施形態のＲＴＫ−ＧＰＳ（リアルタイムキネマティック−ＧＰＳ）測位は、基準局および移動局の両方で位相の測定（相対測位）を行い、基準局の固定通信機３５で測位したデータをデータ送信アンテナ３９からデータ受信アンテナ３８に送信する。
【００２８】
自律走行作業車両１に配置された移動ＧＰＳアンテナ３４はＧＰＳ衛星３７・３７・・・からの信号を受信する。この信号は移動通信機３３に送信され測位される。そして、同時に基準局となる固定ＧＰＳアンテナ３６でＧＰＳ衛星３７・３７・・・からの信号を受信し、固定通信機３５で測位し移動通信機３３に送信し、観測されたデータを解析して移動局の位置を決定する。こうして得られた位置情報は制御装置３０に送信される。
【００２９】
こうして、この自律走行作業車両１における制御装置３０は自動走行させる自動走行手段を備えて、自動走行手段はＧＰＳ衛星３７・３７・・・から送信される電波を受信して移動通信機３３において設定時間間隔で機体の位置情報を求め、ジャイロセンサ３１及び方位センサ３２から機体の変位情報および方位情報を求め、これら位置情報と変位情報と方位情報に基づいて機体が予め設定した設定経路Ｒに沿って走行するように、操舵アクチュエータ４０、変速手段４４、昇降アクチュエータ２５、ＰＴＯ入切手段４５、エンジンコントローラ６０等を制御して自動走行し自動で作業できるようにしている。なお、作業範囲となる圃場Ｈの外周の位置情報も周知の方法によって予め設定され、記憶装置３０ｍに記憶されている。
【００３０】
また、自律走行作業車両１には障害物検知手段として障害物センサ４１やカメラ４２が配置されて制御装置３０と接続され、障害物に当接しないようにしている。例えば、障害物センサ４１は赤外線センサや超音波センサで構成して機体の前部や側部や後部に配置して制御装置３０と接続し、機体の前方や側方や後方に障害物があるかどうかを検出し、障害物を検出すると、警報を発し、走行速度を低下させたり停止させたりするように制御する。
【００３１】
また、自律走行作業車両１には前方や作業機を撮影するカメラ４２が搭載され制御装置３０と接続されている。カメラ４２で撮影された映像は随伴走行作業車両１００に備えられた遠隔操作装置１１２のディスプレイ１１３に表示されるようにしている。
【００３２】
遠隔操作装置１１２は前記自律走行作業車両１の設定走行経路Ｒを設定したり、自律走行作業車両１を遠隔操作したり、自律走行作業車両１の走行状態や作業機の作動状態を監視したり、作業データを記憶したりするものである。
【００３３】
本実施形態では、オペレータが随伴走行作業車両１００に乗車して運転操作するとともに、随伴走行作業車両１００に遠隔操作装置１１２を搭載して自律走行作業車両１を操作可能としている。随伴走行作業車両１００は図３に示すように自律走行作業車両１の斜め後方を作業しながら走行し、自律走行作業車両１を監視・操作する。但し、作業形態によっては、自律走行作業車両１の後方を随伴走行作業車両１００が走行して作業をする場合もあり限定するものではない。随伴走行作業車両１００の基本構成は自律走行作業車両１と略同じ構成であるので詳細な説明は省略する。なお、随伴走行作業車両１００にはＧＰＳ用の移動通信機３３や移動ＧＰＳアンテナ３４を備える構成とすることも可能である。
【００３４】
遠隔操作装置１１２は、随伴走行作業車両１００及び自律走行作業車両１のダッシュボード等の操作部に着脱可能としている。遠隔操作装置１１２は随伴走行作業車両１００のダッシュボードに取り付けたまま操作することも、随伴走行作業車両１００の外に持ち出して携帯して操作することも、自律走行作業車両１のダッシュボードに取り付けて操作可能としている。遠隔操作装置１１２は例えばノート型やタブレット型のパーソナルコンピュータで構成することができる。本実施形態ではタブレット型のコンピュータで構成している。
【００３５】
さらに、遠隔操作装置１１２と自律走行作業車両１は無線で相互に通信可能に構成しており、自律走行作業車両１と遠隔操作装置１１２には通信するための送受信機１１０・１１１がそれぞれ設けられている。送受信機１１１は遠隔操作装置１１２に一体的に構成されている。通信手段は例えばＷｉＦｉ等の無線ＬＡＮで相互に通信可能に構成されている。遠隔操作装置１１２は画面に触れることで操作可能なタッチパネル式の操作画面としたディスプレイ１１３を筐体表面に設け、筐体内に送受信機１１１やＣＰＵや記憶装置やバッテリ等を収納している。
【００３６】
前記自律走行作業車両１は遠隔操作装置１１２により遠隔操作可能としている。例えば、自律走行作業車両１の緊急停止や一時停止や再発進や車速の変更やエンジン回転数の変更や作業機の昇降やＰＴＯクラッチの入り切り等を操作できるようにしている。つまり、遠隔操作装置１１２から送受信機１１１、送受信機１１０、制御装置３０を介してアクセルアクチュエータや変速手段４４や制動装置４６やＰＴＯ入切手段４５等を制御し作業者が容易に自律走行作業車両１を遠隔操作できるのである。
【００３７】
前記ディスプレイ１１３には、前記カメラ４２で撮影した周囲の画像や自律走行作業車両１の状態や作業の状態やＧＰＳに関する情報や操作画面等を表示できるようにし、オペレータが監視できるようにしている。
【００３８】
前記自律走行作業車両１の状態としては、走行状態やエンジンの状態や作業機の状態等であり、走行状態としては変速位置や車速や燃料残量やバッテリの電圧等であり、エンジンの状態としてはエンジンの回転数や負荷率等であり、作業機の状態としては作業機の種類やＰＴＯ回転数や作業機高さ等であり、それぞれディスプレイ１１３に数字やレベルメータ等で表示される。
【００３９】
前記作業の状態としては、作業経路（目標経路または設定走行経路Ｒ）、作業行程、現在位置、行程から計算される枕地までの距離、残りの経路、行程数、今までの作業時間、残りの作業時間等である。残りの経路は、全体の作業経路から既作業経路を塗りつぶすことで容易に認識できるようにしている。また、現在位置から次の行程を矢印で表示することで、現在から旋回方向等次の行程を容易に認識することができるようにしている。
ＧＰＳに関する情報は、自律走行作業車両１の実位置となる経度や緯度、衛星の補足数や電波受信強度や測位システムの異常等である。
【００４０】
次に、自律走行作業車両１による自動走行が可能であるかチェックする制御について、図４より説明する。
自律走行作業車両１を自動走行する前にセンサやアクチュエータ等に異常がないかチェックする。この異常チェックは遠隔操作装置１１２により行われる。但し、自律走行作業車両１のダッシュボード１４上に設けられる表示手段４９等で行う構成とすることもできる。異常チェックは遠隔操作装置１１２に備えられる自動走行開始スイッチ１１９を操作することにより行われる。但し、キースイッチ６２を操作してエンジン３を始動した時や遠隔操作装置１１２または運転席近傍に設けたチェックスイッチ１１８を操作して自動走行を開始する前に自動的に異常チェックを行うようにすることもできる。
【００４１】
まず、自動走行開始スイッチ１１９が押されると（Ｓ１）、遠隔操作装置１１２と自律走行作業車両１の制御装置３０との間で通信が可能かチェックされる（Ｓ２）。通信が異常であると、その旨をディスプレイ１１３に表示し（Ｓ３）、遠隔操作装置１１２による自律走行作業車両１の設定操作や操作等ができないので修理が必要であることを促し、ステップＳ４に移行する。通信が正常である場合ステップ４に移行する。
【００４２】
ステップＳ４においてセンサ類のチェックが行われる（Ｓ４）。センサ類は所定の出力電圧が出力されるか（異常電圧が出力されていないか）、短絡していないか断線していないか等をチェックする。異常があると、そのセンサ名と異常内容がディスプレイ１１３に表示され（Ｓ５）、ステップＳ６に移行する。センサとしては、例えば、操向センサ２０、車速センサ２７、レベルセンサ２９、ジャイロセンサ３１、方位センサ３２、障害物センサ４１、カメラ４２、主変速レバーの変速位置や副変速レバーの変速位置やＰＴＯ変速レバーの変速位置を検出する位置センサ、ロータリ耕耘装置２４の昇降高さを検知する位置センサ、バッテリの電圧検知センサ等である。なお、エンジン３に設けられる回転センサや水温センサや油圧センサ等はエンジンコントローラ６０を介してエンジンの異常として検知され、異常があれば表示される。センサ類に異常がない場合もステップＳ６に移行される。
【００４３】
ステップＳ６において、アクチュエータに異常がないかチェックされる（Ｓ６）。アクチュエータのチェックは短絡してないか、断線していないか、設定値以上の電流が流れないか等をチェックする。異常があると、そのアクチュエータ名と異常内容がディスプレイ１１３に表示され（Ｓ７）、ステップＳ８に移行する。アクチュエータとしては、昇降アクチュエータ２５、操舵アクチュエータ４０、変速手段４４、制動装置４６のアクチュエータ等である。アクチュエータに異常がない場合もステップＳ８に移行される。
【００４４】
ステップＳ８において、衛星測位システムが正常に行われるかチェックする（Ｓ８）。衛星測位ができない場合はその旨を表示し（Ｓ９）、ステップ１０に移行する。衛星測位システムが正常である場合もステップＳ１０に移行する。
ステップＳ１０において、前記いずれかの異常の表示がない場合は、異常なしであることを表示し（Ｓ１１）、前記の異常の表示があると全ての異常を表示して自動走行は許可せず停止する（Ｓ１２）。このときスピーカ１５１またはランプ等で警報を発してもよい。
【００４５】
こうして、自動走行が行われる前に、異常がないかチェックできるので、センサ不良やアクチュエータ不良による誤動作を防止することができる。特に、停止にかかわる制動装置４６や変速手段４４や障害物センサ４１や車速センサ２７やエンジンコントローラ６０等が異常な値を出力したり、アクチュエータが作動しない場合には、暴走のおそれがあり、事故の原因ともなるので、作業前の異常チェックは重要である。また、エンジン３を始動した時や自動走行開始スイッチ１１９を操作したときに、異常チェックを自動的に行うようにすることで、オペレータの操作や確認作業を省くことができ、チェック操作忘れを防止することができる。
【００４６】
そして、センサやアクチュエータの異常チェックを行った後に、更に、実際に動くかどうかの動作チェックを行うこともできる。この動作チェックは、動作させるアクチュエータをディスプレイ１１３に表示すするとともに、アクチュエータを一つずつ順番に作動させ、正常に動くかの動作確認を行うことである。この確認はセンサを用いて確認するが、オペレータが目視で確認するようにしてもよい。正常に動かない場合は、そのアクチュエータをディスプレイ１１３に表示する。このとき警報を発してもよい。こうして、実際に動かして初めてわかる異常を見つけることができる。この動作確認は、選択手段で選択できるようにすることもできる。
【符号の説明】
【００４７】
１      自律走行作業車両
３０    制御装置
１００  随伴走行作業車両
１１２  遠隔操作装置
１１３  ディスプレイ
１１８  チェックスイッチ
１３０  制御装置
１５１  スピーカ
【図１】
2015222503.tif 000003
【図２】
2015222503.tif 000004
【図３】
2015222503.tif 000005
【図４】
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