JP7150593B2 - 作業車両 - Google Patents
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Description
本発明の一態様に係る作業車両は、走行可能な車体と、前記車体に設けられ且つ対地作業を行う対地作業装置と、前記車体に設けられ且つ前記対地作業装置による作業後の地表状態を対地作業状態として撮像可能な撮像装置と、前記撮像装置によって前記対地作業状態を撮像した対地作業画像を記憶する記憶装置と、前記対地作業画像に基づいて前記対地
作業状態を評価する作業評価部と、を備え、前記記憶装置には、予め複数種類の前記対地作業装置により対地作業を行った場合の基準の地表状態が前記対地作業装置の種類ごとに記憶されており、前記作業評価部は、前記対地作業画像から第1地表状態を演算し、前記記憶装置に記憶された前記基準の地表状態のうち、前記対地作業装置の種類に対応する基準の地表状態を第2地表状態として参照し、前記第1地表状態と前記第2地表状態とを比較した結果に基づいて、前記対地作業状態を評価する。
また、本発明の一態様では、前記作業評価部は、前記第1地表状態の前記地表の凹凸と前記第2地表状態の前記基準の地表の凹凸との高さ方向の差及び幅方向の差のそれぞれの平均値、最大値、及び最小値に対して、当該各値が小さいほど高いレベルに振り分けて、当該振り分けたレベルが高いほど前記対地作業状態の評価を高くし、当該評価結果の良否を判定する。
また、本発明の一態様では、前記作業車両は、前記対地作業装置の稼働情報と前記対地
作業画像とを取得する第2データ取得部と、制御装置と、を備え、前記記憶装置は、前記第2データ取得部で取得した前記対地作業装置の稼働情報と前記対地作業画像とを対応付けて記憶し、前記制御装置は、前記対地作業装置の稼働情報と前記作業評価部による前記対地作業状態の評価結果とに基づいて、前記対地作業装置に対して作動を変更する制御信号を出力することにより、前記対地作業装置の作業状態を変更する。
さらに、本発明の一態様では、前記作業車両は、前記対地作業状態を含む前記対地作業画像と前記作業評価部による前記対地作業状態の評価結果とを表示する表示装置と、前記作業評価部による前記対地作業状態の評価結果のうち、前記表示装置に表示させる評価項目を選択する評価選択部と、を備え、前記表示装置は、前記車体の走行軌跡を表示すると共に、当該走行軌跡上に前記評価選択部により選択された評価項目に対応する前記対地作業状態の評価結果を表示する。
図12は、作業機の制御ブロック図を示している。作業機は、トラクタ、コンバイン、田植機等の農業機械である。トラクタを例に挙げ作業機について説明する。
図12に示すように、トラクタ1は、走行装置7を有する車両(車体)3と、原動機4と、変速装置5とを備えている。走行装置7は、前輪7F及び後輪7Rを有する装置である。前輪7Fは、タイヤ型であってもクローラ型であってもよい。また、後輪7Rも、タイヤ型であってもクローラ型であってもよい。原動機4は、ディーゼルエンジン、電動モータ等であって、この実施形態ではディーゼルエンジンで構成されている。変速装置5は、変速によって走行装置7の推進力を切換可能であると共に、走行装置7の前進、後進の切換が可能である。車体3にはキャビン9が設けられ、当該キャビン9内には運転席10が設けられている。
シャトル部5dは、シャトル軸12と、前後進切換部13とを有している。シャトル軸12には、副変速部5cから出力された動力がギア等を介して伝達される。前後進切換部13は、例えば、油圧クラッチ等で構成され、油圧クラッチの入切によってシャトル軸12の回転方向、即ち、トラクタ1の前進及び後進を切り換える。シャトル軸12は、後輪デフ装置20Rに接続されている。後輪デフ装置20Rは、後輪7Rが取り付けられた後車軸21Rを回転自在に支持している。
また、操舵装置11は、自動操舵機構37を有している。自動操舵機構37は、車体3の自動操舵を行う機構であって、測位装置40で検出された車体3の位置(車体位置)に基づいて車体3を自動操舵する。自動操舵機構37は、ステアリングモータ38とギア機構39とを備えている。ステアリングモータ38は、車体位置に基づいて、回転方向、回転速度、回転角度等が制御可能なモータである。ギア機構39は、操舵軸11bに設けられ且つ当該操舵軸11bと供回りするギアと、ステアリングモータ38の回転軸に設けられ且つ当該回転軸と供回りするギアとを含んでいる。ステアリングモータ38の回転軸が回転すると、ギア機構39を介して、操舵軸11bが自動的に回転(回動)し、車体位置が走行予定ラインR1に一致するように、前輪7Fの操舵方向を変更することができる。なお、上述した自動操舵機構37は一例であり、上述した構成に限定されない。
図3に示すように、車体位置と走行予定ラインR1との偏差が閾値未満である場合、自動運転制御部200は、ステアリングモータ38の回転軸の回転角を維持する。車体位置と走行予定ラインR1との偏差が閾値以上であって、トラクタ1が走行予定ラインR1に対して左側に位置している場合は、自動運転制御部200は、トラクタ1の操舵方向が右方向となるようにステアリングモータ38の回転軸を回転する。車体位置と走行予定ラインR1との偏差が閾値以上であって、トラクタ1が走行予定ラインR1に対して右側に位置している場合は、自動運転制御部200は、トラクタ1の操舵方向が左方向となるようにステアリングモータ38の回転軸を回転する。なお、上述した実施形態では、車体位置と走行予定ラインR1との偏差に基づいて操舵装置11の操舵角を変更していたが、走行予定ラインR1の方位とトラクタ1(車体3)の進行方向(走行方向)の方位(車体方位)F1とが異なる場合、即ち、走行予定ラインR1に対する車体方位F1の角度θgが閾値以上である場合、自動運転制御部200は、角度θgが零(車体方位F1が走行予定ラインR1の方位に一致)するように操舵角を設定してもよい。また、自動運転制御部200は、偏差(位置偏差)に基づいて求めた操舵角と、方位(方位偏差)に基づいて求めた操舵角とに基づいて、自動操舵における最終の操舵角を設定してもよい。上述した実施形態における自動操舵における操舵角の設定は一例であり、限定されない。また、自動運転制御部200は、現在のトラクタ1の車速が走行予定ラインR1に対応して設定された車速となるように、変速装置5における主変速部5bの変速段、副変速部5cの変速段を変更することによって車速を変更する。なお、自動運転において、走行予定ラインR1に対応して耕深(目標耕深)が設定されている場合には、リフトシリンダ8e等を制御することによって実際の耕深が目標耕深となるように、自動耕深が行われる。
制御装置60は、トラクタ1における走行系の制御、作業系の制御を行う装置である。制御装置60は、例えば、走行検出装置43が検出した検出値(クランク角、原動機の回転数、車速、アクセルの操作量)に基づいて、原動機4の回転数(原動機回転数)等の変更を行うエンジン制御を行う。制御装置60は、運転席10の近傍に設けられた昇降スイッチ101に基づいて昇降装置8(リフトアーム8a)の昇降をする昇降制御を行う。昇降スイッチ101を中立位置から一方に切り換えると、昇降装置8(リフトアーム8a)を上昇させる上昇信号が制御装置60に入力される。また、昇降スイッチ101を中立位置から他方に切り換えると、昇降装置8(リフトアーム8a)を下降させる下降信号が制御装置60に入力される。制御装置60は、上昇信号を取得すると制御弁29に制御信号を出力することで昇降装置8を所定の位置まで上昇させ、下降信号を取得すると制御弁29に制御信号を出力することで昇降装置8を所定の位置まで下降させる。
制御装置60は、姿勢変更装置25で設定される対地作業装置2の幅方向の角度(水平に対するロアリンク8b、8bを結ぶ直線の角度)を固定する姿勢制御を行う。例えば、制御装置60は、水平モードである場合、制御弁25bに制御信号を出力することで、変更シリンダ25aを伸縮させ、姿勢変更装置25で設定される対地作業装置2を水平に維持する。制御装置60は、傾斜モードである場合、制御装置60は、制御弁25bに制御信号を出力することで、変更シリンダ25aを伸縮させ、姿勢変更装置25で設定される対地作業装置2を圃場(地面)に平行に維持する。なお、水平モード及び傾斜モードの切換は、運転席10の近傍に設けられたスイッチ等で行うことができる。
図1に示すように、トラクタ1は、複数の撮像装置50と、記憶装置51とを備えている。撮像装置50は、対地作業装置2における作業後の対地作業状態を撮像可能な装置である。撮像装置50は、車体3に設けられていて、撮像方向は対地作業装置2に向けられている。複数の撮像装置50は、車体3の左側に設けられた左撮像装置50aと、車体3の右側に設けられた右撮像装置50bと、車体3の後部に設けられた後撮像装置50cとを含んでいる。図4に示すように、左撮像装置50aは、キャビン9の上部の左端に取付けられ、右撮像装置50bは、キャビン9の上部の右端に取付けられ、後撮像装置50cは、キャビン9の上部の後端に取付けられている。図1に示すように、左撮像装置50a、右撮像装置50b及び後撮像装置50cは、作業後の対地作業状態を示す対地作業画像を撮像するカメラ52と、カメラ52の制御を行う制御部53とを有している。カメラ52は、CCDカメラ等で構成されていて、カメラ52の光軸が対地作業装置2に向けられている。制御部53は、CPU等の演算処理装置で構成されていて、撮像に関する様々な処理を行う。
制御装置60は、第1データ取得部60aを備えている。第1データ取得部60aは、トラクタ1が複数の撮像装置50を有している場合、当該複数の撮像装置50が撮像したそれぞれの対地作業画像(単体画像という)、例えば、左撮像装置50a、右撮像装置50b及び後撮像装置50cのそれぞれが撮像した複数の対地作業画像(単体画像)を取得する。或いは、第1データ取得部60aは、記憶装置51は、左撮像装置50a、右撮像装置50b及び後撮像装置50cのそれぞれが撮像した複数の対地作業画像を1枚の画像に合成した後の対地作業画像(合成画像という)を取得する。或いは、第1データ取得部60aは、トラクタ1が1台の撮像装置50を有している場合、当該1台の撮像装置50が撮像した対地作業画像(単体画像)を取得する。なお、合成画像の合成処理は、例えば、左撮像装置50a、右撮像装置50b及び後撮像装置50cのいずれかの制御部53により行ったり、制御装置60により行う。
例えば、記憶装置51は、車体3の稼働情報と対地作業画像(単体画像、合成画像)とを対応付けて記憶する。車体3の稼働情報とは、少なくとも対地作業装置2によって対地作業を行っているときの車体3(トラクタ1)側のデータであって、例えば、原動機4の回転数、車速、アクセルの操作量、原動機4の負荷率、作業姿勢、自動走行データである。作業姿勢は、姿勢制御を行った場合の対地作業装置2の傾き(角度)であり、変更シリンダ25aの伸縮している状態によって得ることができる。自動走行データとは、測位装置40で検出した車体位置(走行軌跡)、車体3の進行方向(車体方位)、未走行部の有無、スリップ率等である。未走行部は、走行予定ラインR1と車体位置と対地作業装置2の作業幅から圃場に対して対地作業装置2が走行した走行部分を求め、走行部分以外を未走行部に設定することで得ることができる。スリップ率は、車輪の回転速度と車速との関係によって得ることができる。
さて、トラクタ1は、対地作業の評価を行う作業評価部115を備えている。作業評価部115は、制御装置60に設けられた電気・電子回路、制御装置60に格納されたプログラム等から構成されている。或いは、表示装置48に設けられた電気・電子回路、表示装置48に格納されたプログラム等から構成されている。
作業評価部115は、対地作業装置2がロータリ耕耘機の場合、記憶装置51に記憶されたロータリ耕耘機に対応する凹凸(第2地表状態)141を参照して、凹凸(第2地表状態)141と凹凸(第1地表状態)145とを比較する。作業評価部115は、例えば、凹凸(第2地表状態)141と凹凸(第1地表状態)145との高さ方向の差(高さ偏差)ΔH1に基づいて評価を行う。作業評価部115は、高さ偏差ΔH1の高さ平均値、高さ最大値、高さ最小値等を演算し、図8Aのレーダチャートに示すように、高さ平均値、高さ最大値、高さ最小値のそれぞれ値の大きさに対して、複数のレベル(段階)で評価を行う。なお。図8Aでは、レーダチャートのレベルの数値が大きいほど評価が高く、最も大きなレベルは、高さ偏差ΔH1が小さいことを示している。
図10に示すように、自動運転が開始される(S1)と、自動運転制御部200は、トラクタ1の車速が走行予定ラインR1に対応して設定された車速となるように変速装置5等を制御する(S2)。また、自動運転制御部200は、測位装置40が測位した車体位置と走行予定ラインR1とに基づいて操舵装置11を制御する(S3)。また、自動運転制御部200は、予め耕深設定が行われている場合には、自動耕深が行われる(S4)。
トラクタ1は、対地作業装置2の稼働情報と対地作業画像とを取得する第2データ取得部60bを備えている。第2データ取得部60bは、第1データ取得部60aと同様に、トラクタ1が複数の撮像装置50の単体画像、例えば、左撮像装置50a、右撮像装置50b及び後撮像装置50cのそれぞれが撮像した複数の単体画像を取得する。或いは、第2データ取得部60bは、第1データ取得部60aと同様に、左撮像装置50a、右撮像装置50b及び後撮像装置50cのそれぞれが撮像した複数の対地作業画像を1枚の画像に合成した後の合成画像を取得する。或いは、第2データ取得部60bは、1台の撮像装置50が撮像した単体画像を取得する。
作業評価部115における評価結果が良好でない場合は、制御装置60は、対地作業状態を変更する作業変更処理)。制御装置60は、作業変更処理では、記憶装置51に記憶された対地作業装置2の稼働情報(回転軸回転数、耕耘負荷、耕耘部の角度及び高さ、畝立部の荷重、角度及び高さ)と評価結果とに基づいて対地作業状態の変更を決定する。制御装置60は、例えば、高さ偏差ΔH1~ΔH3、幅偏差ΔW2、ΔW3が小さくなるような回転軸回転数、耕耘負荷、耕耘部の角度及び高さ、畝立部の荷重、角度及び高さをシミュレーションモデル、評価関数等により求める。作業変更処理において、高さ偏差ΔH1~ΔH3、幅偏差ΔW2、ΔW3が小さくなるような回転軸回転数、耕耘負荷、耕耘部の角度及び高さ、畝立部の荷重、角度及び高さを求めると、求めた結果に対応して、制御装置60は対地作業装置2に対して作動を変更する制御信号を出力する。対地作業装置2側の制御装置(機械側制御装置)61は、制御信号に基づいて当該対地作業装置2に設けられた駆動部(油圧シリンダ、油圧モータ、油圧切換弁、油圧比例弁、電動モータ、減速比等)を変更することによって、回転軸回転数、耕耘部の角度及び高さ、畝立部の荷重、角度及び高さ等を変更(補正)する。
撮像装置50は、対地作業状態として作業後の地表状態を撮像する。これによれば、例えば、耕耘後、畝立後の地表状態を簡単に確認することができる。
作業評価部115は、対地作業後の対地作業画像で得られた第1地表状態と、対地作業を行った場合の基準の第2地表状態とに基づいて評価を行う。これによれば、対地作業後の第1地表状態が、基準の第2地表状態に比べてどのようになっているかを簡単に評価することができる。
作業車両1は、対地作業画像に基づいて、車体3の走行状態又は対地作業装置2が行う対地作業を変更する制御装置60を備えている。これによれば、対地作業画像から得られた対地作業状態が不良である場合等は、制御装置60によって自動的に車体3の走行状態又は対地作業装置2が行う対地作業をすることができるため、対地作業状態を補正(修正)することができ、圃場の全体として、対地作業状態を向上させることができる。
2 :対地作業装置
3 :車体
48 :表示装置
50 :撮像装置
50a :左撮像装置
50b :右撮像装置
50c :後撮像装置
51 :記憶装置
60 :制御装置
60a :第1データ取得部
60b :第2データ取得部
61 :対地作業装置
115 :作業評価部
Claims (7)
- 走行可能な車体と、
前記車体に設けられ且つ対地作業を行う対地作業装置と、
前記車体に設けられ且つ前記対地作業装置による作業後の地表状態を対地作業状態として撮像可能な撮像装置と、
前記撮像装置によって前記対地作業状態を撮像した対地作業画像を記憶する記憶装置と、
前記対地作業画像に基づいて前記対地作業状態を評価する作業評価部と、を備え、
前記記憶装置には、予め複数種類の前記対地作業装置により対地作業を行った場合の基準の地表状態が前記対地作業装置の種類ごとに記憶されており、
前記作業評価部は、
前記対地作業画像から第1地表状態を演算し、
前記記憶装置に記憶された前記基準の地表状態のうち、前記対地作業装置の種類に対応する基準の地表状態を第2地表状態として参照し、
前記第1地表状態と前記第2地表状態とを比較した結果に基づいて、前記対地作業状態を評価する作業車両。 - 走行可能な車体と、
前記車体に設けられ且つ対地作業を行う対地作業装置と、
前記車体に設けられ且つ前記対地作業装置による作業後の地表状態を対地作業状態として撮像可能な撮像装置と、
前記撮像装置によって前記対地作業状態を撮像した対地作業画像を記憶する記憶装置と、
前記対地作業画像に基づいて前記対地作業状態を評価する作業評価部と、を備え、
前記記憶装置には、予め前記対地作業装置により対地作業を行った場合の基準の地表状態が記憶されており、
前記作業評価部は、
前記対地作業画像から第1地表状態を演算し、
前記記憶装置に記憶された前記基準の地表状態を第2地表状態として参照し、
前記第1地表状態が示す地表の凹凸と前記第2地表状態が示す基準の地表の凹凸との高
さ方向の差及び幅方向の差を演算し、当該演算した値に基づいて前記対地作業状態を評価する作業車両。 - 前記作業評価部は、前記第1地表状態が示す地表の凹凸と前記第2地表状態が示す基準の地表の凹凸との高さ方向の差及び幅方向の差のそれぞれの平均値、最大値、及び最小値を演算し、当該各値をその大きさに応じて複数のレベルに振り分けて、当該振り分けたレベルで前記対地作業状態を評価する請求項1又は2に記載の作業車両。
- 前記作業評価部は、前記第1地表状態の前記地表の凹凸と前記第2地表状態の前記基準の地表の凹凸との高さ方向の差及び幅方向の差のそれぞれの平均値、最大値、及び最小値に対して、当該各値が小さいほど高いレベルに振り分けて、当該振り分けたレベルが高いほど前記対地作業状態の評価を高くし、当該評価結果の良否を判定する請求項3に記載の作業車両。
- 前記車体の稼働情報と前記対地作業画像とを取得する第1データ取得部と、
制御装置と、
原動機と、を備え、
前記記憶装置は、前記第1データ取得部により取得した前記車体の稼働情報と前記対地作業画像とを対応付けて記憶し、
前記制御装置は、前記車体の稼働情報と前記作業評価部による前記対地作業状態の評価結果とに基づいて、前記車体の車速及び前記原動機の回転数を増減させることにより、前記車体の走行状態を変更する請求項1~4のいずれかに記載の作業車両。 - 前記対地作業装置の稼働情報と前記対地作業画像とを取得する第2データ取得部と、
制御装置と、を備え、
前記記憶装置は、前記第2データ取得部で取得した前記対地作業装置の稼働情報と前記対地作業画像とを対応付けて記憶し、
前記制御装置は、前記対地作業装置の稼働情報と前記作業評価部による前記対地作業状態の評価結果とに基づいて、前記対地作業装置に対して作動を変更する制御信号を出力することにより、前記対地作業装置の作業状態を変更する請求項1~4のいずれかに記載の作業車両。 - 前記対地作業状態を含む前記対地作業画像と前記作業評価部による前記対地作業状態の評価結果とを表示する表示装置と、
前記作業評価部による前記対地作業状態の評価結果のうち、前記表示装置に表示させる評価項目を選択する評価選択部と、を備え、
前記表示装置は、前記車体の走行軌跡を表示すると共に、当該走行軌跡上に前記評価選択部により選択された評価項目に対応する前記対地作業状態の評価結果を表示する請求項1~6のいずれかに記載の作業車両。
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