JP2019170312A - 作業車両用の自動走行システム - Google Patents

Abstract

【課題】障害物に対する作業装置の接触回避を余裕をもって適切に行えるようにする。【解決手段】作業車両用の自動走行システムは、作業車両１の横外方を検知範囲に含む障害物検知用の第１超音波センサ１０３Ａ，１０３Ｂ，１０４Ａ，１０４Ｂと、作業地を含む地図データが記憶された記憶部５４，１８５と、測位ユニット２１からの測位情報と第１超音波センサ１０３Ａ，１０３Ｂ，１０４Ａ，１０４Ｂからの検知情報とに基づいて、第１超音波センサ１０３Ａ，１０３Ｂ，１０４Ａ，１０４Ｂが検知した障害物を地図データに登録して地図データを更新する地図データ処理部１０６と、更新後の地図データと測位ユニット２１からの測位情報とに基づいて、作業車両１に装備された作業装置と障害物との接触を回避する接触回避制御を行う接触回避制御部１０７とを有する。【選択図】図２

Description

本発明は、作業車両を作業地において自動走行させる作業車両用の自動走行システムに関する。

作業車両としては、作業車両の下方において地表に浸透する電磁放射を送受する地面浸透装置と、地面浸透装置からの信号により、機体下方における作業装置（作業具）の切削深さの範囲内における障害物（望ましくない物体）の存否を検出する物体検出装置と、物体検出装置からの信号に基づいて作業装置の昇降を制御する作業具制御装置とを有する自動物体応答制御装置を備えて、作業装置が作業地の障害物に接触するのを防止するように構成されたものがある（例えば特許文献１参照）。

特表平１０−５０４０７９号公報

上記のような自動物体応答制御装置を備えると、作業装置が作業車両の下方に存在する障害物に接触するのを防止することができる。しかしながら、上記のような自動物体応答制御装置では、作業車両が接触回避対象となる障害物の上方に達するまでは、その障害物の存在を検知することができないことから、その障害物に対する作業装置の接触回避を余裕をもって適切に行うことができないようになっている。

この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、自動走行する作業車両が障害物に対する作業装置の接触回避を余裕をもって適切に行えるようにする点にある。

本発明の第１特徴構成は、
衛星測位システムを利用して作業車両の現在位置を測定する測位ユニットと、
前記作業車両を自動走行させる自動走行ユニットと、
前記作業車両の横外方を検知範囲に含む障害物検知用の第１超音波センサと、
作業地を含む地図データが記憶された記憶部と、
前記測位ユニットからの測位情報と前記第１超音波センサからの検知情報とに基づいて、前記第１超音波センサが検知した障害物を前記地図データに登録して前記地図データを更新する地図データ処理部と、
更新後の前記地図データと前記測位ユニットからの測位情報とに基づいて、前記作業車両に装備された作業装置と前記障害物との接触を回避する接触回避制御を行う接触回避制御部と、
を有する点にある。

本構成によれば、自動走行中の作業車両が障害物の横側方を通過するときには、その障害物を第１超音波センサが検知することから、地図データ処理部は、そのときの検知情報と測位ユニットからの測位情報とに基づいて障害物の位置情報を取得することができ、障害物を地図データに登録して地図データを更新することができる。そして、接触回避制御部は、更新後の地図データと測位ユニットからの測位情報とに基づいて、作業車両が障害物の上方に達するよりもかなり前の、例えば作業車両が障害物の横側方を通過した時点において、その障害物が作業地のどの位置に存在するかを認知することができる。
これにより、接触回避制御部は、接触回避制御において、例えば、作業車両が障害物の上方を通らないように作業車両の走行経路を変更する等の時間を要する適切な接触回避処理を余裕をもって行うことができる。そして、このように作業車両の走行経路を変更する場合には、例えば、接触回避制御部が更新後の地図データや変更後の作業車両の走行経路等の接触回避に関する各情報を、作業地やその近くに居る作業者や作業管理者等に通知するようにすれば、通知された作業者や作業管理者等は、その走行経路の変更に伴って生じる作業車両による作業の仕残し領域を容易に把握することができ、仕残し領域に対する手作業等の適切な対処を迅速に行うことができる。
その結果、自動走行中の作業車両は障害物に対する作業装置の接触回避を余裕をもって適切に行えるようになり、これにより、作業車両の作業装置が障害物に接触する虞をより確実に回避することができる。又、これに加えて、その接触回避によって生じる作業の仕残し領域に対する適切な処置を迅速に行うことが可能になる。

本発明の第２特徴構成は、
前記作業装置を昇降駆動する昇降駆動機構と、
検知範囲が前記作業車両における前記作業装置よりも前方側の底部から下向きに設定された障害物検知用の第２超音波センサとを備え、
前記接触回避制御部は、前記接触回避制御において、更新後の前記地図データと前記測位ユニットからの測位情報とに基づいて、前記作業車両の走行部が前記地図データに登録された障害物に乗り上げるか否かを判定する乗り上げ判定処理と、前記乗り上げ判定処理にて乗り上げないと判定した場合に、前記第２超音波センサからの検知情報に基づいて前記障害物の高さを検知して前記昇降駆動機構の作動を制御する第１接触回避処理を行う点にある。

本構成によれば、接触回避制御部は、乗り上げ判定処理において走行部が障害物に乗り上げないと判定した場合は、第２超音波センサからの検知情報によって障害物の高さを検知することが可能であることを考慮して、第２超音波センサからの検知情報に基づく第１接触回避処理を行う。そして、この第１接触回避処理においては、第２超音波センサが障害物の上方に達して障害物の高さを検知したときに、接触回避制御部は、その検知した障害物の高さに基づいて、昇降駆動機構の作動を制御して作業装置を昇降させることで、作業装置が障害物に接触する虞を回避する。
つまり、作業車両の走行経路を変更することなく、作業車両の作業装置が障害物に接触する虞を回避することができる。これにより、走行経路を変更する場合よりも作業車両による作業の仕残し領域を少なくすることができ、その仕残し領域に対する作業に要する労力を軽減することができる。

本発明の第３特徴構成は、
前記作業車両の前後一方側が測定範囲に設定されたライダーセンサを備え、
前記接触回避制御部は、前記乗り上げ判定処理にて乗り上げると判定した場合に、前記ライダーセンサからの測定情報に基づいて前記障害物の高さを検知して前記昇降駆動機構の作動を制御する第２接触回避処理を行う点にある。

本構成によれば、接触回避制御部は、乗り上げ判定処理において走行部が障害物に乗り上げると判定した場合は、第２超音波センサからの検知情報によって障害物の高さを検知することが不可能になることを考慮して、ライダーセンサからの測定情報に基づく第２接触回避処理を行う。そして、この第２接触回避処理においては、走行部が障害物に乗り上げることでライダーセンサからの測定情報が変化したときに、接触回避制御部は、そのときのライダーセンサからの測定情報の変化に基づいて障害物の高さを検知し、その検知した障害物の高さに基づいて、昇降駆動機構の作動を制御して作業装置を昇降させることで、作業装置が障害物に接触する虞を回避する。
つまり、走行部が障害物に乗り上げる場合においても、作業車両の走行経路を変更することなく、作業車両の作業装置が障害物に接触する虞を回避することができる。これにより、走行経路を変更する場合よりも作業車両による作業の仕残し領域を少なくすることができ、その仕残し領域に対する作業に要する労力を軽減することができる。

本発明の第４特徴構成は、
前記接触回避制御部は、前記第１接触回避処理又は前記第２接触回避処理において、前記作業車両が前記障害物の存在位置から設定距離だけ手前の減速位置に達したか否かを判定する減速位置到達判定処理と、前記作業車両が前記減速位置に達したときに車速を低下させる減速処理とを行う点にある。

本構成によれば、作業車両が障害物に近づいて減速位置に達するまでの車速を速くすることが可能になる。
その結果、作業効率の向上を図りながら作業車両の作業装置が障害物に接触する虞を回避することができる。

本発明の第５特徴構成は、
前記地図データ処理部と通信可能な携帯通信端末を備え、
前記地図データ処理部は、前記携帯通信端末との通信により、更新後の地図データを前記携帯通信端末の表示部に表示させて前記障害物の存在位置を知らせる障害物用報知処理を行う点にある。

本構成によれば、作業装置と障害物との接触回避のために、障害物の周辺での作業装置による作業精度の低下（例えば、作業の仕残し等）が生じる場合には、前述した障害物用報知処理により、携帯通信端末を所持する作業管理者や作業者等は、その作業精度の低下を容易に予測することができ、作業精度の低下に対する適切な補助作業を迅速に行える。

自動走行システムの概略構成を示す図 自動走行システムの概略構成を示すブロック図 目標走行経路の一例を示す図 側面視における各ライダーセンサの測定範囲及び各超音波センサの検知範囲を示す図 平面視における各ライダーセンサの測定範囲及び各超音波センサの検知範囲を示す図 第１超音波センサの取り付け箇所を示す斜視図 地図データ更新処理での地図データ処理部の制御作動を示すフローチャート 接触回避制御での接触回避制御部の制御作動を示すフローチャート 第１接触回避処理での接触回避制御部の制御作動を示すフローチャート 第２接触回避処理での接触回避制御部の制御作動を示すフローチャート 別実施形態での第２超音波センサの取り付け箇所を示す図

以下、本発明を実施するための形態の一例として、本発明に係る作業車両用の自動走行システムを、作業車両の一例であるトラクタに適用した実施形態を図面に基づいて説明する。
尚、本発明に係る作業車両用の自動走行システムは、トラクタ以外の、例えば乗用草刈機、乗用田植機、コンバイン、除雪車等の乗用作業車両、及び、無人草刈機等の無人作業車両に適用することができる。

図１及び図２に示すように、本実施形態で例示するトラクタ１は、作業車両用の自動走行システムによって作業地Ｓ（図３参照）等において自動走行するように構成されている。この自動走行システムは、トラクタ１に搭載された自動走行ユニット２、及び、自動走行ユニット２と通信可能に通信設定された携帯通信端末３を備えている。携帯通信端末３には、タッチ操作可能な表示部５１（例えば、液晶パネル）等を有するタブレット型のパーソナルコンピュータやスマートフォン等を採用することができる。

トラクタ１は、駆動可能な操舵輪として機能する左右の前輪（走行部の一例）５、及び、駆動可能な左右の後輪（走行部の一例）６を有する走行機体７が備えられている。走行機体７の前部側には、前部フレーム２７とボンネット８とが配置され、ボンネット８の内部には、コモンレールシステムを備えた電子制御式のディーゼルエンジン（以下、エンジンと称する）９が備えられている。走行機体７のボンネット８よりも後方側には、搭乗式の運転部を形成するキャビン１０が備えられている。

走行機体７の後部には、３点リンク機構１１を介して、作業装置１２の一例である草刈装置が昇降可能に連結されている。これにより、トラクタ１は草刈仕様に構成されている。トラクタ１の後部には、草刈装置に代えて、ロータリ耕耘装置、プラウ、除雪装置等の作業装置１２を連結することができる。

トラクタ１には、図２に示すように、エンジン９からの動力を変速する電子制御式の変速装置１３、左右の前輪５を操舵する全油圧式のパワーステアリング機構１４、左右の後輪６を制動する左右のサイドブレーキ（図示せず）、左右のサイドブレーキの油圧操作を可能にする電子制御式のブレーキ操作機構１５、草刈装置等の作業装置１２への伝動を断続する作業クラッチ（図示せず）、作業クラッチの油圧操作を可能にする電子制御式のクラッチ操作機構１６、草刈装置等の作業装置１２を昇降駆動する電子油圧制御式の昇降駆動機構１７、トラクタ１の自動走行等に関する各種の制御プログラム等を有する車載電子制御ユニット１８、トラクタ１の車速を検出する車速センサ１９、前輪５の操舵角を検出する舵角センサ２０、及び、トラクタ１の現在位置及び現在方位を測定する測位ユニット２１等が備えられている。

尚、エンジン９には、電子ガバナを備えた電子制御式のガソリンエンジンを採用してもよい。変速装置１３には、油圧機械式無段変速装置（ＨＭＴ）、静油圧式無段変速装置（ＨＳＴ）、又は、ベルト式無段変速装置等を採用することができる。パワーステアリング機構１４には、電動モータを備えた電動式のパワーステアリング機構１４等を採用してもよい。

キャビン１０の内部には、図１に示すように、パワーステアリング機構１４（図２参照）を介した左右の前輪５の手動操舵を可能にするステアリングホイール３８、搭乗者用の運転席３９、タッチパネル式の表示部、及び、各種の操作具等が備えられている。キャビン１０の前方側部位の両横側部には、キャビン１０（運転席３９）に対する乗降部となる乗降ステップ４１が備えられている。

図２に示すように、車載電子制御ユニット１８は、変速装置１３の作動を制御する変速制御部１８１、左右のサイドブレーキの作動を制御する制動制御部１８２、草刈装置等の作業装置１２の作動を制御する作業装置制御部１８３、自動走行時に左右の前輪５の目標操舵角を設定してパワーステアリング機構１４に出力する操舵角設定部１８４、及び、予め設定された自動走行用の目標走行経路Ｐ（例えば、図３参照）等を記憶する不揮発性の車載記憶部１８５等を有している。

図２に示すように、測位ユニット２１には、衛星測位システム（ＮＳＳ：Navigation Satellite System）の一例であるＧＰＳ（Global Positioning System）を利用してトラクタ１の現在位置と現在方位とを測定する衛星航法装置２２、及び、３軸のジャイロスコープ及び３方向の加速度センサ等を有してトラクタ１の姿勢や方位等を測定する慣性計測装置（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）２３等が備えられている。ＧＰＳを利用した測位方法には、ＤＧＰＳ（Differential GPS：相対測位方式）やＲＴＫ−ＧＰＳ（Real Time Kinematic GPS：干渉測位方式）等がある。本実施形態においては、移動体の測位に適したＲＴＫ−ＧＰＳが採用されている。そのため、作業地周辺の既知位置には、図１及び図２に示すように、ＲＴＫ−ＧＰＳによる測位を可能にする基準局４が設置されている。

トラクタ１と基準局４との夫々には、図２に示すように、ＧＰＳ衛星７１（図１参照）から送信された電波を受信するＧＰＳアンテナ２４，６１、及び、トラクタ１と基準局４との間における測位データを含む各種データの無線通信を可能にする通信モジュール２５，６２等が備えられている。これにより、衛星航法装置２２は、トラクタ側のＧＰＳアンテナ２４がＧＰＳ衛星７１からの電波を受信して得た測位データと、基地局側のＧＰＳアンテナ６１がＧＰＳ衛星７１からの電波を受信して得た測位データとに基づいて、トラクタ１の現在位置及び現在方位を高い精度で測定することができる。又、測位ユニット２１は、衛星航法装置２２と慣性計測装置２３とを備えることにより、トラクタ１の現在位置、現在方位、姿勢角（ヨー角、ロール角、ピッチ角）を高精度に測定することができる。

トラクタ１に備えられるＧＰＳアンテナ２４、通信モジュール２５、及び、慣性計測装置２３は、図１に示すように、アンテナユニット８０に収納されている。アンテナユニット８０は、キャビン１０の前面側の上部位置に配置されている。

図２に示すように、携帯通信端末３には、表示部５１等の作動を制御する各種の制御プログラム等を有する端末電子制御ユニット５２、及び、トラクタ側の通信モジュール２５との間における測位データを含む各種データの無線通信を可能にする通信モジュール５５等が備えられている。端末電子制御ユニット５２は、トラクタ１を自動走行させるための走行案内用の目標走行経路Ｐ（例えば、図３参照）を生成する走行経路生成部５３、及び、ユーザが入力した各種の入力データや走行経路生成部５３が生成した目標走行経路Ｐ等を記憶する不揮発性の端末記憶部５４等を有している。

走行経路生成部５３が目標走行経路Ｐを生成するに当たり、携帯通信端末３の表示部５１に表示された目標走行経路設定用の入力案内に従って、運転者や管理者を含むユーザ等が、作業車両や作業装置１２の種類及び機種等の車体データを入力しており、入力された車体データが端末記憶部５４に記憶されている。目標走行経路Ｐの生成対象となる走行領域Ｒ（図３参照）を作業地Ｓでの作業領域としており、携帯通信端末３の端末電子制御ユニット５２は、作業地Ｓを含む地図データを取得し、この地図データから作業地Ｓの形状や位置を特定し、その特定した作業地Ｓの形状や位置から特定した走行領域Ｒを含む作業地データを取得する。図３では、矩形状の走行領域Ｒが特定された例を示している。

特定された作業地Ｓの形状や位置等を含む作業地データが端末記憶部５４に記憶されると、走行経路生成部５３は、端末記憶部５４に記憶されている作業地データや車体データを用いて目標走行経路Ｐを生成する。

図３に示すように、走行経路生成部５３は、走行領域Ｒを中央領域Ｒ１と外周領域Ｒ２とに区分け設定している。中央領域Ｒ１は、走行領域Ｒの中央部に設定されており、先行してトラクタ１を往復方向に自動走行させて所定の作業（例えば、草刈り等の作業）を行う往復作業領域となっている。外周領域Ｒ２は、中央領域Ｒ１の周囲に設定されており、中央領域Ｒ１に後続してトラクタ１を周回方向に自動走行させて所定の作業を行う周回作業領域となっている。走行経路生成部５３は、例えば、車体データに含まれる旋回半径やトラクタ１の前後長さ及び作業幅等から、トラクタ１を作業地Ｓの際で旋回走行させるために必要となる旋回走行用のスペース等を求めている。走行経路生成部５３は、中央領域Ｒ１の外周に求めたスペース等を確保するように、走行領域Ｒを中央領域Ｒ１と外周領域Ｒ２とに区分けしている。

走行経路生成部５３は、図３に示すように、車体データや作業地データ等を用いて目標走行経路Ｐを生成している。例えば、目標走行経路Ｐは、中央領域Ｒ１において同じ直進距離を有して作業幅に対応する一定間隔で平行に配置設定された複数の作業経路Ｐ１と、隣接する作業経路Ｐ１の終端と始端とを走行順に接続する非作業用の複数の旋回経路Ｐ２と、外周領域Ｒ２に形成される周回経路Ｐ３（図中点線にて示している）とを有している。複数の作業経路Ｐ１は、トラクタ１が直進走行しながら所定の作業を行うための経路である。旋回経路Ｐ２は、トラクタ１が所定の作業を行わずに、トラクタ１の走行方向を１８０度転換するためのＵターン経路であり、作業経路Ｐ１の終端と隣接する次の作業経路Ｐ１の始端とを接続している。周回経路Ｐ３は、外周領域Ｒ２にてトラクタ１が周回走行しながら所定の作業を行うための経路である。周回経路Ｐ３において、走行領域Ｒの四隅に位置する経路部は、トラクタ１が前進走行と後進走行とを適宜行いながら、トラクタ１の走行方向を９０度転換するための経路部である。ちなみに、図３に示す目標走行経路Ｐは、あくまで一例であり、どのような目標走行経路を生成するかは、車体データや作業地データ等に応じて種々の変更が可能である。

走行経路生成部５３にて生成された目標走行経路Ｐは、表示部５１に表示可能であり、車体データ及び作業地データ等と関連付けた経路データとして端末記憶部５４に記憶されている。経路データには、目標走行経路Ｐの方位角、及び、目標走行経路Ｐでのトラクタ１の走行形態等に応じて設定された設定エンジン回転速度や目標走行速度等が含まれている。

このようにして、走行経路生成部５３が目標走行経路Ｐを生成すると、端末電子制御ユニット５２が、携帯通信端末３からトラクタ１に地図データとともに経路データを転送することで、トラクタ１の車載電子制御ユニット１８が、地図データとともに経路データを取得することができる。車載電子制御ユニット１８は、取得した経路データに基づいて、測位ユニット２１にて自己の現在位置（トラクタ１の現在位置）を取得しながら、目標走行経路Ｐに沿ってトラクタ１を自動走行させることができる。測位ユニット２１が取得するトラクタ１の現在位置については、リアルタイム（例えば、数秒周期）でトラクタ１から携帯通信端末３に送信されており、携帯通信端末３にてトラクタ１の現在位置が把握されている。

経路データの転送に関しては、トラクタ１が自動走行を開始する前の段階において、経路データの全体を端末電子制御ユニット５２から車載電子制御ユニット１８に一挙に転送することができる。又、例えば、目標走行経路Ｐを含む経路データを、データ量の少ない所定距離ごとの複数の経路部分に分割することもできる。この場合には、トラクタ１が自動走行を開始する前の段階においては、経路データの初期経路部分のみが端末電子制御ユニット５２から車載電子制御ユニット１８に転送される。自動走行の開始後は、トラクタ１がデータ量等に応じて設定された経路取得地点に達するごとに、その地点に対応する以後の経路部分のみの経路データが端末電子制御ユニット５２から車載電子制御ユニット１８に転送されるようにしてもよい。

トラクタ１の自動走行を開始する場合には、例えば、ユーザ等がスタート地点にトラクタ１を移動させた後に、各種の自動走行開始条件が満たされると、携帯通信端末３にて、ユーザが表示部５１を操作して自動走行の開始を指示することで、携帯通信端末３は、自動走行の開始指示をトラクタ１に送信する。これにより、トラクタ１では、車載電子制御ユニット１８が、自動走行の開始指示を受けることで、測位ユニット２１にて自己の現在位置（トラクタ１の現在位置）を取得しながら、目標走行経路Ｐに沿ってトラクタ１を自動走行させる自動走行制御を開始する。

自動走行制御には、変速装置１３の作動を自動制御する自動変速制御、ブレーキ操作機構１５の作動を自動制御する自動制動制御、左右の前輪５を自動操舵する自動操舵制御、及び、草刈装置等の作業装置１２の作動を自動制御する作業用自動制御等が含まれている。

自動変速制御においては、変速制御部１８１が、目標走行速度を含む目標走行経路Ｐの経路データと測位ユニット２１の出力と車速センサ１９の出力とに基づいて、目標走行経路Ｐでのトラクタ１の走行形態等に応じて設定された目標走行速度がトラクタ１の車速として得られるように変速装置１３の作動を自動制御する。

自動制動制御においては、制動制御部１８２が、目標走行経路Ｐと測位ユニット２１の出力とに基づいて、目標走行経路Ｐの経路データに含まれている制動領域において左右のサイドブレーキが左右の後輪６を適正に制動するようにブレーキ操作機構１５の作動を自動制御する。

自動操舵制御においては、トラクタ１が目標走行経路Ｐを自動走行するように、操舵角設定部１８４が、目標走行経路Ｐの経路データと測位ユニット２１の出力とに基づいて左右の前輪５の目標操舵角を求めて設定し、設定した目標操舵角をパワーステアリング機構１４に出力する。パワーステアリング機構１４が、目標操舵角と舵角センサ２０の出力とに基づいて、目標操舵角が左右の前輪５の操舵角として得られるように左右の前輪５を自動操舵する。

作業用自動制御においては、作業装置制御部１８３が、目標走行経路Ｐの経路データと測位ユニット２１の出力とに基づいて、トラクタ１が作業経路Ｐ１（例えば、図３参照）の始端等の作業開始位置に達するのに伴って作業装置１２による所定の作業（例えば草刈り作業）が開始され、かつ、トラクタ１が作業経路Ｐ１（例えば、図３参照）の終端等の作業終了位置に達するのに伴って作業装置１２による所定の作業が停止されるように、クラッチ操作機構１６及び昇降駆動機構１７の作動を自動制御する。

このようにして、このトラクタ１においては、変速装置１３、パワーステアリング機構１４、ブレーキ操作機構１５、クラッチ操作機構１６、昇降駆動機構１７、車載電子制御ユニット１８、車速センサ１９、舵角センサ２０、及び、通信モジュール２５等により、測位ユニット２１からの測定情報と目標走行経路Ｐとに基づいて、トラクタ１を目標走行経路Ｐに沿って自動走行させる自動走行ユニット２が構成されている。

この実施形態では、キャビン１０にユーザ等が搭乗せずにトラクタ１を自動走行させるだけでなく、キャビン１０にユーザ等が搭乗した状態でトラクタ１を自動走行させることも可能となっている。よって、キャビン１０にユーザ等が搭乗せずに、車載電子制御ユニット１８による自動走行制御により、トラクタ１を目標走行経路Ｐに沿って自動走行させることができるだけでなく、キャビン１０にユーザ等が搭乗している場合でも、車載電子制御ユニット１８による自動走行制御により、トラクタ１を目標走行経路Ｐに沿って自動走行させることができる。

キャビン１０にユーザ等が搭乗している場合には、トラクタの走行状態を、車載電子制御ユニット１８にてトラクタ１を自動走行させる自動走行状態と、ユーザ等の運転に基づいてトラクタ１を走行させる手動走行状態とに切り替えることができる。よって、トラクタが自動走行状態にて目標走行経路Ｐを自動走行している途中において、トラクタの走行状態を自動走行状態から手動走行状態に切り替えることができる。逆に、トラクタが手動走行状態にて走行している途中において、トラクタの走行状態を手動走行状態から自動走行状態に切り替えることができる。手動走行状態と自動走行状態との切り替えについては、例えば、運転席３９の近傍に、自動走行状態と手動走行状態との切り替えを可能にするための切替操作部を備えることができるとともに、その切替操作部を携帯通信端末３の表示部５１に表示させることもできる。又、車載電子制御ユニット１８による自動走行制御中に、ユーザがステアリングホイール３８を操作すると、トラクタの走行状態が自動走行状態から手動走行状態に切り替わるようにすることもできる。

図１、図２及び図４〜６に示すように、トラクタ１は、トラクタ１（走行機体７）の周囲における障害物Ｚの存否を検知し、障害物Ｚを検知した場合に、作業装置１２が障害物Ｚに接触するのを回避する接触回避システム１００を備えている。接触回避システム１００は、トラクタ１の右横外方を検知範囲Ｎａ，Ｎｂに含む前後２つの第１超音波センサ１０３Ａ，１０３Ｂを有する障害物検知用の右センサユニット１０３と、トラクタ１の左横外方を検知範囲Ｎａ，Ｎｂに含む前後２つの第１超音波センサ１０４Ａ，１０４Ｂを有する障害物検知用の左センサユニット１０４と、検知範囲Ｍがトラクタ１における作業装置１２よりも前方側の底部１Ａから下向きに設定された障害物検知用の第２超音波センサ１０５と、トラクタ１の前方側が測定範囲Ｃに設定された前ライダーセンサ１０１と、トラクタ１の後方側が測定範囲Ｄに設定された後ライダーセンサ１０２と、地図データを更新する地図データ処理部１０６と、作業装置１２と障害物Ｚとの接触を回避する接触回避処理を行う接触回避制御部１０７とを有している。

各超音波センサ１０３Ａ，１０３Ｂ，１０４Ａ，１０４Ｂ，１０５は、発信した超音波が物体に当たって跳ね返ってくるまでの往復時間から物体までの距離を測定するＴＯＦ（Time Of Flight）方式により、物体までの距離を測定する。各超音波センサ１０３Ａ，１０３Ｂ，１０４Ａ，１０４Ｂ，１０５は、反射波の強度から、検知範囲内の物体が、作業装置１２による所定の作業（例えば草刈り作業）に支障のない地面の凹凸や草等の作業対象物か、支障をきたすマンホールや側溝ブロック等の障害物Ｚかを判定する。

図１及び図４〜６に示すように、左センサユニット１０４は、キャビン１０の左側下方に配置された左乗降ステップ４１の底面に、小さい俯角を有する左下向き姿勢で取り付けられている。これにより、左センサユニット１０４は、トラクタ１の左外方側が検知範囲Ｎとなるように設定されている。左センサユニット１０４の検知範囲Ｎは、前後に並ぶ２つの第１超音波センサ１０４Ａ，１０４Ｂの検知範囲Ｎａ，Ｎｂを含む前後方向に広い範囲に設定されている。
図５に示すように、右センサユニット１０３は、キャビン１０の右側下方に配置された右乗降ステップ４１の底面に、小さい俯角を有する右下向き姿勢で取り付けられている。これにより、右センサユニット１０３は、トラクタ１の右外方側が検知範囲Ｎとなるように設定されている。右センサユニット１０３の検知範囲Ｎは、前後に並ぶ２つの第１超音波センサ１０３Ａ，１０３Ｂの検知範囲Ｎａ，Ｎｂを含む前後方向に広い範囲に設定されている。
図１及び図４に示すように、第２超音波センサ１０５は、トラクタ１における作業装置１２よりも前方側に位置する前部フレーム２７の底部２７Ａに、ボンネット８の前端よりも後方側で左右の前輪５の間に位置するように取り付けられている。これにより、第２超音波センサ１０５の検知範囲Ｍは、左右の前輪５の間において前部フレーム２７の底部２７Ａから下向きに設定されている。

各ライダーセンサ（LiDAR Sensor：Light Detection and Ranging Sensor）１０１，１０２は、レーザ光（例えば、パルス状の近赤外レーザ光）が測定対象物に当たって跳ね返ってくるまでの往復時間から測定対象物までの距離を測定するＴＯＦ（Time Of Flight）方式により、測定対象物までの距離を測定する。各ライダーセンサ１０１，１０２は、レーザ光を上下方向及び左右方向に高速で走査し、各走査角における測定対象物までの距離を順次測定することで、測定対象物までの距離を３次元で測定する。各ライダーセンサ１０１，１０２は、測定範囲内における測定対象物までの距離をリアルタイムで繰り返し測定する。各ライダーセンサ１０１，１０２は、測定結果から３次元画像を生成して車載電子制御ユニット１８に出力する。各ライダーセンサ１０１，１０２からの３次元画像は、トラクタ１の表示部や携帯通信端末３の表示部５１等の表示装置に表示させることができ、これにより、ユーザ等にトラクタ１の前方側の状況と後方側の状況とを視認させることができる。ちなみに、３次元画像では、例えば、色等を用いて遠近方向での距離を示すことができる。

図１、図４及び図５に示すように、前ライダーセンサ１０１は、キャビン１０のルーフ３５における前端部の左右中央部位に、トラクタ１の前方側を斜め上方側から見下ろす前下がり姿勢で配置されている。これにより、前ライダーセンサ１０１は、トラクタ１の前方側が測定範囲Ｃとなるように設定されている。後ライダーセンサ１０２は、キャビン１０のルーフ３５における後端部の左右中央部位に、トラクタ１の後方側を斜め上方側から見下ろす後下がり姿勢で配置されている。これにより、後ライダーセンサ１０２は、トラクタ１の後方側が測定範囲Ｄとなるように設定されている。
ちなみに、各ライダーセンサ１０１，１０２の測定範囲Ｃ，Ｄに関しては、それらの左右方向の範囲を作業装置１２の作業幅に応じた設定範囲に制限するカット処理を施すようにしてもよい。

図２に示すように、地図データ処理部１０６及び接触回避制御部１０７は、車載電子制御ユニット１８に備えられている。車載電子制御ユニット１８は、コモンレールシステムに含まれたエンジン用の電子制御ユニット、各ライダーセンサ１０１，１０２、及び、各センサユニット１０３，１０４等にＣＡＮ（Controller Area Network）を介して通信可能に接続されている。

トラクタ１には、図１、図２及び図４に示すように、走行機体７の前方側を撮像範囲とする前カメラ１０８と、走行機体７の後方側を撮像範囲とする後カメラ１０９とが備えられている。前カメラ１０８は、前ライダーセンサ１０１と同様に、キャビン１０のルーフ３５における前端部の左右中央部位に、トラクタ１の前方側を斜め上方側から見下ろす前下がり姿勢で配置されている。後カメラ１０９は、後ライダーセンサ１０２と同様に、キャビン１０のルーフ３５における後端部の左右中央部位に、トラクタ１の後方側を斜め上方側から見下ろす後下がり姿勢で配置されている。前カメラ１０８及び後カメラ１０９の撮像画像は、トラクタ１の表示部や携帯通信端末３の表示部５１等の表示装置に表示させることができ、これにより、ユーザ等にトラクタ１の周囲の状況を視認させることができる。

図２〜５に示すように、地図データ処理部１０６は、測位ユニット２１からの測位情報と左右のセンサユニット１０３，１０４からの検知情報とに基づいて、左右のセンサユニット１０３，１０４が障害物Ｚを検知するごとに、検知した障害物Ｚをリアルタイムで地図データに登録して地図データを更新する地図データ更新処理を行う。接触回避制御部１０７は、更新後の地図データや測位ユニット２１からの測位情報等に基づいて前述した接触回避制御をリアルタイムで行う。

図７に示すフローチャートに基づいて、地図データ更新処理での地図データ処理部１０６の制御作動について説明する。
地図データ処理部１０６は、左右のセンサユニット１０３，１０４からの検知情報を監視して、左右いずれかのセンサユニット１０３，１０４がマンホール等の障害物Ｚを検知したか否かを判定する障害物存否判定処理を行う（ステップ＃１）。
地図データ処理部１０６は、障害物存否判定処理において障害物Ｚを検知したと判定した場合に、車体データに含まれている障害物Ｚを検知したセンサユニット１０３，１０４の位置情報（トラクタ１に対するセンサユニット１０３，１０４の取り付け位置）と、そのセンサユニット１０３，１０４からの検知情報に含まれているセンサユニット１０３，１０４から障害物Ｚまでの距離情報と、測位ユニット２１からの測位情報に含まれているトラクタ１の位置情報とに基づいて、作業地Ｓにおける障害物Ｚの位置情報を取得する障害物位置情報取得処理を行う（ステップ＃２）。
次に、地図データ処理部１０６は、取得した障害物Ｚの位置情報から障害物Ｚを地図データに登録して地図データを更新する地図データ更新処理を行う（ステップ＃３）。
又、地図データ処理部１０６は、取得した障害物Ｚの位置情報を端末電子制御ユニット５２に送信し、端末記憶部５４に記憶された地図データの更新を端末電子制御ユニット５２に指令する地図データ更新指令処理と、更新後の地図データを携帯通信端末３の表示部５１に表示させて、携帯通信端末３を所持する管理者等にマンホール等の障害物Ｚの存在位置を知らせる障害物用報知処理とを行い（ステップ＃４，＃５）、その後ステップ＃１に戻る。

つまり、例えば、図３〜５に示すようなマンホール等の障害物Ｚが存在する作業地Ｓにおいて、自動走行中のトラクタ１が、その左側方に存在する障害物Ｚの横側方を通過するときには、その障害物Ｚを左側のセンサユニット１０４が検知し、この検知に基づいて、地図データ処理部１０６が前述した障害物位置情報取得処理と地図データ更新処理とを行うことにより、接触回避制御部１０７は、更新後の地図データと測位ユニット２１からの測位情報とに基づいて、トラクタ１が障害物Ｚの横側方を通過した時点において、その障害物Ｚが作業地Ｓのどの位置に存在するかを認知することができる。これにより、接触回避制御部１０７は、接触回避制御に基づく適切な接触回避用の各処理を余裕をもって行うことができる。

図８〜１０に示すフローチャートに基づいて、接触回避制御での接触回避制御部１０７の制御作動について説明する。
図８に示すように、接触回避制御部１０７は、先ず、更新後の地図データと測位ユニット２１からの測位情報とに基づいて、トラクタ１が障害物Ｚの存在位置から設定距離だけ手前の減速位置Ｐａ（図３参照）に達したか否かを判定する減速位置到達判定処理を行う（ステップ＃１０）。
接触回避制御部１０７は、減速位置到達判定処理においてトラクタ１が減速位置Ｐａに達していない間は、車速を接触回避用の設定速度まで低下させる減速処理を保留し、トラクタ１が減速位置Ｐａに達するのに伴って減速処理を行う（ステップ＃１１）。
又、接触回避制御部１０７は、トレッド（輪距）等を含む車体データと更新後の地図データと測位ユニット２１からの測位情報とに基づいて、トラクタ１の左右の前輪５及び左右の後輪６が地図データに登録された障害物Ｚに乗り上げるか否かを判定する乗り上げ判定処理を行う（ステップ＃１２）。
接触回避制御部１０７は、乗り上げ判定処理において乗り上げないと判定した場合は、第２超音波センサ１０５からの検知情報に基づいて障害物Ｚの高さを検知して昇降駆動機構１７の作動を制御する第１接触回避処理を行い（ステップ＃１３）、乗り上げると判定した場合は、前ライダーセンサ１０１からの測定情報に基づいて障害物Ｚの高さを検知して昇降駆動機構１７の作動を制御する第２接触回避処理を行う（ステップ＃１４）。
そして、接触回避制御部１０７は、第１接触回避処理又は第２接触回避処理が終了すると、車速を減速処理が行われる前の元の車速まで上昇させる車速復帰処理を行い（ステップ＃１５）、その後ステップ＃１０に戻る。

図９に示すように、第１接触回避処理において、接触回避制御部１０７は、先ず、第２超音波センサ１０５が障害物Ｚの上方に達したときに得られる第２超音波センサ１０５からの検知情報に基づいて障害物Ｚの高さを検知する第１高さ検知処理を行う（ステップ＃２０）。
そして、接触回避制御部１０７は、検知した障害物Ｚの高さに適した作業装置１２の最小限の接触回避高さを設定する第１回避高さ設定処理と、昇降駆動機構１７の作動を制御して作業装置１２を接触回避高さまで上昇させる第１回避上昇処理とを行う（ステップ＃２１，＃２２）。
その後、接触回避制御部１０７は、車体データと更新後の地図データと測位ユニット２１からの測位情報とに基づいて、作業装置１２が障害物Ｚの上方を通過したか否かを判定する第１通過判定処理を行う（ステップ＃２３）。
そして、接触回避制御部１０７は、第１通過判定処理において作業装置１２が障害物Ｚの上方を通過していない間は、作業装置１２を接触回避高さに維持する第１回避高さ維持処理を行い（ステップ＃２４）、作業装置１２が障害物Ｚの上方を通過するのに伴って、作業装置１２を第１回避上昇処理が行われる前の元の作業高さ位置まで下降させる作業高さ復帰処理を行う（ステップ＃２５）。
その後、第１接触回避処理を終了してステップ＃１５に移る。

図１０に示すように、第２接触回避処理において、接触回避制御部１０７は、先ず、左右の前輪５が障害物Ｚに乗り上げることで前ライダーセンサ１０１からの測定情報が変化したときに、そのときの前ライダーセンサ１０１からの測定情報の変化に基づいて障害物Ｚの高さを検知する第２高さ検知処理を行う（ステップ＃３０）。ちなみに、接触回避制御部１０７は、左右両方の前輪５が障害物Ｚに乗り上げた場合は、そのときの前ライダーセンサ１０１からの測定情報の高低差に基づいて障害物Ｚの高さを検知する。又、接触回避制御部１０７は、左右いずれか一方の前輪５が障害物Ｚに乗り上げた場合は、そのときの前ライダーセンサ１０１からの測定情報の傾き具合に基づいて障害物Ｚの高さを検知する。
そして、接触回避制御部１０７は、検知した障害物Ｚの高さに適した作業装置１２の最小限の接触回避高さを設定する第２回避高さ設定処理と、昇降駆動機構１７の作動を制御して作業装置１２を接触回避高さまで上昇させる第２回避上昇処理とを行う（ステップ＃３１，＃３２）。
その後、接触回避制御部１０７は、車体データと更新後の地図データと測位ユニット２１からの測位情報とに基づいて、作業装置１２が障害物Ｚの上方を通過したか否かを判定する第２通過判定処理を行う（ステップ＃３３）。
そして、接触回避制御部１０７は、第２通過判定処理において作業装置１２が障害物Ｚの上方を通過していない間は、作業装置１２を接触回避高さに維持する第２回避高さ維持処理を行い（ステップ＃３４）、作業装置１２が障害物Ｚの上方を通過するのに伴って、作業装置１２を第２回避上昇処理が行われる前の元の作業高さ位置まで下降させる作業高さ復帰処理を行う（ステップ＃３５）。
その後、第２接触回避処理を終了してステップ＃１５に移る。

上記の制御作動により、接触回避制御部１０７は、左右の前輪５が障害物Ｚに乗り上げないことで第２超音波センサ１０５による障害物Ｚの高さ検知が可能になる場合と、左右の前輪５が障害物Ｚに乗り上げることで第２超音波センサ１０５による障害物Ｚの高さ検知が不可能になる場合とにかかわらず、作業装置１２による作業（例えば草刈り作業）を継続しながら、作業装置１２が障害物Ｚに接触する虞を回避することができる。
又、作業装置１２と障害物Ｚとの接触回避のために、障害物Ｚの周辺での作業装置１２による作業精度の低下が生じる（例えば、草刈装置であれば刈り高さが高くなる）場合には、前述した障害物用報知処理により、携帯通信端末３を所持する管理者等は、その作業精度の低下を容易に予測することができ、作業精度の低下に対する適切な補助作業（例えば手刈り作業）を迅速に行える。
その上、前述した減速処理により、トラクタ１が減速位置Ｐａに達するまでの車速を速くすることができる。その結果、作業効率の向上を図りながら作業装置１２が障害物Ｚに接触する虞を回避することができる。

〔別実施形態〕
本発明の他の実施形態について説明する。
尚、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用することに限らず、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。

（１）作業車両１の構成に関する代表的な別実施形態は以下の通りである。
例えば、作業車両１は、後側の走行部として、左右の後輪６に代えて左右のクローラを備えるセミクローラ仕様に構成されていてもよい。
例えば、作業車両１は、走行部として、左右の前輪５及び左右の後輪６に代えて左右のクローラを備えるフルクローラ仕様に構成されていてもよい。
例えば、作業車両１は、エンジン９の代わりに電動モータを備える電動仕様に構成されていてもよい。
例えば、作業車両１は、エンジン９と電動モータとを備えるハイブリッド仕様に構成されていてもよい。
例えば、作業車両１は、左右の後輪６が操舵輪として機能する後輪ステアリング仕様に構成されていてもよい。
例えば、作業車両１は、自動走行システムを利用して複数の作業車両１を併走させて作業を行うように構成されていてもよい。
例えば、作業車両１は、キャビン１０に代えて、走行機体７から搭乗空間の上方に延びる保護フレームを備えるように構成されていてもよい。
例えば、作業車両１は、左右の前輪５と左右の後輪６との間に作業装置１２が昇降可能に備えられたミッドマウント仕様に構成されていてもよい。

（２）接触回避制御部１０７に関する代表的な別実施形態は以下の通りである。
例えば、接触回避制御部１０７は、接触回避制御において、例えば、作業車両１が障害物Ｚの上方を通らないように目標走行経路Ｐの一部を補正する経路補正処理を行う構成であってもよい。そして、この構成においては、接触回避制御部１０７が、補正した目標走行経路Ｐの一部を端末電子制御ユニット５２に送信し、端末記憶部５４に記憶された目標走行経路Ｐの補正を端末電子制御ユニット５２に指令する経路補正指令処理と、補正後の目標走行経路Ｐを携帯通信端末３の表示部５１に表示させて、携帯通信端末３を所持する管理者等に補正後の目標走行経路Ｐを知らせる補正経路報知処理とを行うようにしてもよい。
例えば、接触回避制御部１０７は、作業車両１が左右の前輪５と左右の後輪６との間に作業装置１２が昇降可能に備えられたミッドマウント仕様である場合は、第２超音波センサ１０５又はライダーセンサ１０１からの検知情報に基づいて、障害物Ｚの高さが作業装置１２の上昇限界高さを超えることを検知したときに、作業車両１の走行を停止させる強制停止処理を行う構成であってもよい。
例えば、接触回避制御部１０７は、作業装置１２がロータリ耕耘装置等の接地式である場合は、前述した第１回避高さ設定処理及び第２回避高さ設定処理を行わずに、第１回避上昇処理及び第２回避上昇処理において、予め設定された作業待機用の上昇位置まで作業装置１２を上昇させる構成であってもよい。
例えば、接触回避制御部１０７は、乗り上げ判定処理にて走行部５，６が障害物Ｚに乗り上げると判定した場合に、後ライダーセンサ１０２からの測定情報に基づいて障害物Ｚの高さを検知して昇降駆動機構１７の作動を制御する第２接触回避処理を行う構成であってもよい。

（３）第１超音波センサ１０３Ａ，１０３Ｂ，１０４Ａ，１０４Ｂに関する代表的な別実施形態は以下の通りである。
例えば、第１超音波センサ１０３Ａ，１０３Ｂ，１０４Ａ，１０４Ｂは、作業車両１の左右両側部に１つずつ配置されていてもよく、又、作業車両１の左右両側部に３つ以上ずつ配置されていてもよい。
例えば、第１超音波センサ１０３Ａ，１０３Ｂ，１０４Ａ，１０４Ｂは、作業車両１の左右両側部において、前後方向に一定間隔をあけて配置されていてもよい。

（４）第２超音波センサ１０５は、例えば、図１１に示すように、走行部５，６が障害物Ｚに乗り上げる前の段階において障害物Ｚの高さを検知することができるように、走行部５，６よりも前方側の位置に配置されていてもよい。

１ 作業車両
１Ａ 底部
３ 携帯通信端末
２ 自動走行ユニット
５ 走行部（前輪）
６ 走行部（後輪）
１２ 作業装置
１７ 昇降駆動機構
２１ 測位ユニット
５４ 記憶部（端末記憶部）
１０１ ライダーセンサ
１０２ ライダーセンサ
１０３Ａ 第１超音波センサ
１０３Ｂ 第１超音波センサ
１０４Ａ 第１超音波センサ
１０４Ｂ 第１超音波センサ
１０５ 第２超音波センサ
１０６ 地図データ処理部
１０７ 接触回避制御部
１８５ 記憶部（車載記憶部）
Ｃ 測定範囲（ライダーセンサ）
Ｄ 測定範囲（ライダーセンサ）
Ｍ 検知範囲（第２超音波センサ）
Ｎａ 検知範囲（第１超音波センサ）
Ｎｂ 検知範囲（第１超音波センサ）
Ｐａ 減速位置
Ｓ 作業地
Ｚ 障害物

Claims (5)

1. 衛星測位システムを利用して作業車両の現在位置を測定する測位ユニットと、
   前記作業車両を自動走行させる自動走行ユニットと、
   前記作業車両の横外方を検知範囲に含む障害物検知用の第１超音波センサと、
   作業地を含む地図データが記憶された記憶部と、
   前記測位ユニットからの測位情報と前記第１超音波センサからの検知情報とに基づいて、前記第１超音波センサが検知した障害物を前記地図データに登録して前記地図データを更新する地図データ処理部と、
   更新後の前記地図データと前記測位ユニットからの測位情報とに基づいて、前記作業車両に装備された作業装置と前記障害物との接触を回避する接触回避制御を行う接触回避制御部と、
   を有する作業車両用の自動走行システム。
2. 前記作業装置を昇降駆動する昇降駆動機構と、
   検知範囲が前記作業車両における前記作業装置よりも前方側の底部から下向きに設定された障害物検知用の第２超音波センサとを備え、
   前記接触回避制御部は、前記接触回避制御において、更新後の前記地図データと前記測位ユニットからの測位情報とに基づいて、前記作業車両の走行部が前記地図データに登録された障害物に乗り上げるか否かを判定する乗り上げ判定処理と、前記乗り上げ判定処理にて乗り上げないと判定した場合に、前記第２超音波センサからの検知情報に基づいて前記障害物の高さを検知して前記昇降駆動機構の作動を制御する第１接触回避処理を行う請求項１に記載の作業車両用の自動走行システム。
3. 前記作業車両の前後一方側が測定範囲に設定されたライダーセンサを備え、
   前記接触回避制御部は、前記乗り上げ判定処理にて乗り上げると判定した場合に、前記ライダーセンサからの測定情報に基づいて前記障害物の高さを検知して前記昇降駆動機構の作動を制御する第２接触回避処理を行う請求項２に記載の作業車両用の自動走行システム。
4. 前記接触回避制御部は、前記第１接触回避処理又は前記第２接触回避処理において、前記作業車両が前記障害物の存在位置から設定距離だけ手前の減速位置に達したか否かを判定する減速位置到達判定処理と、前記作業車両が前記減速位置に達したときに車速を低下させる減速処理とを行う請求項２又は３に記載の作業車両用の自動走行システム。
5. 前記地図データ処理部と通信可能な携帯通信端末を備え、
   前記地図データ処理部は、前記携帯通信端末との通信により、更新後の地図データを前記携帯通信端末の表示部に表示させて前記障害物の存在位置を知らせる障害物用報知処理を行う請求項１〜４のいずれか一項に記載の作業車両用の自動走行システム。

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