JP7042732B2 - Automatic steering system and automatic steering method - Google Patents
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Description
本発明は、設定された旋回円に沿って作業車を自動走行させる自動操舵システムおよび自動操舵方法に関する。 The present invention relates to an automatic steering system and an automatic steering method for automatically traveling a work vehicle along a set turning circle.
特許文献1による農業用作業車は、GPS衛星からの電波を受信するGPS受信装置を備え、算出された自車位置に基づいて、目標経路に追従するように自動走行する。直進走行では、直線状の目標経路から車体がずれた場合には、つまり、車体中心線上に設置されている制御基準点が目標経路からずれた場合には、位置偏差(位置ずれ)及び方位偏差(方位ずれ)に基づいて、操舵制御が行われる。旋回走行では、車体前側の前輪中心部が制御基準位置に設定され、旋回経路の中心と制御基準位置とを結ぶ直線と、旋回経路と、の交点を通る車体の接線ベクトルに対する、制御基準位置の位置偏差と方位偏差が算出される。算出した位置偏差と方位偏差に基づいて操舵制御が行われる。
The agricultural work vehicle according to
特許文献1による操舵制御では、位置偏差(位置ずれ量)と方位偏差(方位ずれ量)とを求めるために、旋回経路の旋回中心と制御基準位置とを結ぶ直線と、旋回経路と、の交点を通る車体の接線ベクトルを算出する必要があるが、接線ベクトルの算出は演算負荷が高いので、演算時間がかかる。また、作業車では、乗用車などに比べて小さい旋回半径が用いられるので、旋回走行において接線ベクトルは急速に変化していくことになり、演算負荷の高い接線ベクトルの算出を短時間で行う必要がある。これを行うためには、高いコストの演算機能が要求される。
In the steering control according to
また、車体が旋回経路の内側にある場合と外側にある場合とで、操舵制御に伴って車体や圃場が受ける影響が異なる。例えば、車体が旋回経路の外側にある場合は、操舵方向は同一で操舵量を増大させるだけである。これに対して、車体が旋回経路の内側にある場合は、操舵量が増大するだけでなく、制御前後で操舵方向が逆向きに操舵される。そのため、位置ずれ量と方位ずれ量との両方を用いて操舵制御を行うと、車体が旋回経路の内側にある場合、操舵方向が逆転して操舵角の変更量が大きくなりすぎ、車体の走行が不安定になったり、圃場を荒らしたりする場合があった。 Further, the influence of the steering control on the vehicle body and the field differs depending on whether the vehicle body is inside or outside the turning path. For example, when the vehicle body is outside the turning path, the steering direction is the same and the steering amount is only increased. On the other hand, when the vehicle body is inside the turning path, not only the steering amount increases, but also the steering direction is steered in the opposite direction before and after the control. Therefore, if steering control is performed using both the displacement amount and the azimuth deviation amount, when the vehicle body is inside the turning path, the steering direction is reversed and the steering angle change amount becomes too large, and the vehicle body travels. In some cases, it became unstable and the field was damaged.
このような実情に鑑み、旋回走行において、簡単な算法で高速に位置ずれ量及び方位ずれ量を算出することができ、正確で適切な操舵制御が可能な自動操舵システムが要望されている。 In view of such circumstances, there is a demand for an automatic steering system capable of calculating the amount of positional deviation and the amount of directional deviation at high speed by a simple calculation method in turning traveling, and capable of accurate and appropriate steering control.
本発明の一実施形態に係る自動操舵システムは、設定された旋回円に沿って作業車を自動走行させる自動操舵システムであって、前記作業車における基準点の位置を算出する基準点算出部と、前記旋回円の中心と前記基準点とを通る直線を基準直線として算出する基準直線算出部と、前記作業車の車体の向きを示す車体方位を算出する車体方位算出部と、前記基準点を通り前記基準直線に垂直な線と前記車体方位との交差角を方位ずれ量として算出する方位ずれ量算出部と、前記基準点と前記旋回円の外周との位置関係を判定するずれ方向判定部と、前記基準点が前記旋回円の外周より内側に位置する場合、前記方位ずれ量が小さくなる操舵量を出力する操舵制御部とを備える。 The automatic steering system according to an embodiment of the present invention is an automatic steering system that automatically travels a work vehicle along a set turning circle, and has a reference point calculation unit for calculating the position of a reference point in the work vehicle. A reference straight line calculation unit that calculates a straight line passing through the center of the turning circle and the reference point as a reference straight line, a vehicle body orientation calculation unit that calculates a vehicle body orientation indicating the direction of the vehicle body of the work vehicle, and the reference point. As shown, the directional deviation amount calculation unit that calculates the intersection angle between the line perpendicular to the reference straight line and the vehicle body azimuth as the directional deviation amount, and the deviation direction determination unit that determines the positional relationship between the reference point and the outer circumference of the turning circle. And, when the reference point is located inside the outer circumference of the turning circle, a steering control unit that outputs a steering amount that reduces the directional deviation amount is provided.
作業車が旋回円の外側にずれている場合には、作業車を旋回経路である旋回円上に戻すために、操舵方向が現状の操舵方向と同じで操舵量が多くなるように操舵制御が行われる。これに対して、作業車が旋回円の内側にずれている場合には、作業車を旋回経路である旋回円上に戻すために、操舵方向が現状の操舵方向と逆向きになるように操舵制御が行われる。そのため、作業車が旋回円の内側にずれている場合には、作業車が急激に旋回し、作業車の走行安定性が悪化したり、作業車の旋回により圃場が荒らされる場合があった。このような問題を解決するために、作業車が旋回円の内側にずれている場合には、作業車が旋回円の外側にずれている場合と異なり、操舵制御が方位ずれ量のみに基づいて行われる。これにより、作業車が急激に旋回することが抑制され、作業車の走行安定性が悪化したり、作業車の旋回により圃場が荒らされることが抑制されて、正確で適切な操舵制御が可能となる。 When the work vehicle is displaced to the outside of the turning circle, steering control is performed so that the steering direction is the same as the current steering direction and the steering amount is large in order to return the work vehicle to the turning circle which is the turning path. Will be done. On the other hand, when the work vehicle is displaced inside the turning circle, the steering direction is steered so as to be opposite to the current steering direction in order to return the work vehicle to the turning circle which is the turning path. Control is done. Therefore, when the work vehicle is displaced inward of the turning circle, the work vehicle may turn sharply, the running stability of the work vehicle may deteriorate, or the field may be damaged by the turn of the work vehicle. In order to solve such a problem, when the work vehicle is displaced inside the turning circle, the steering control is based only on the amount of directional deviation, unlike the case where the work vehicle is displaced outside the turning circle. Will be done. As a result, it is possible to suppress the sudden turning of the work vehicle, deteriorate the running stability of the work vehicle, and prevent the field from being damaged by the turning of the work vehicle, enabling accurate and appropriate steering control. Become.
また、前記操舵制御部は、現在の操舵量と前記方位ずれ量とを入力パラメータとして、PID制御方式またはPI制御方式で前記操舵量を演算して出力することが好ましい。 Further, it is preferable that the steering control unit calculates and outputs the steering amount by the PID control method or the PI control method using the current steering amount and the directional deviation amount as input parameters.
このような構成により、経時的に方位ずれ量がフィードバックされ、より迅速かつ正確に、適切な操舵制御が行われる。 With such a configuration, the amount of directional deviation is fed back over time, and appropriate steering control is performed more quickly and accurately.
また、前記基準直線と前記旋回円との交点から前記基準点までの距離を位置ずれ量として算出する位置ずれ量算出部を備え、前記基準点が前記旋回円の外周より外側に位置する場合、前記操舵制御部は、前記位置ずれ量と前記方位ずれ量とが小さくなる操舵量を出力することが好ましい。 Further, when the position deviation amount calculation unit for calculating the distance from the intersection of the reference straight line and the turning circle to the reference point as the positioning deviation amount is provided and the reference point is located outside the outer periphery of the turning circle. It is preferable that the steering control unit outputs a steering amount in which the displacement amount and the orientation deviation amount are small.
このような構成により、作業車が旋回円の外側にずれている場合には、位置ずれ量と方位ずれ量とに基づいて迅速かつ細かな操舵制御を行うことができると共に、作業車が旋回円の内側にずれている場合には、作業車が急激に旋回することが抑制され、正確で適切な操舵制御が可能となる。 With such a configuration, when the work vehicle is displaced to the outside of the turning circle, quick and fine steering control can be performed based on the displacement amount and the azimuth deviation amount, and the work vehicle is displaced to the turning circle. If it is displaced inward, the work vehicle is prevented from turning suddenly, and accurate and appropriate steering control is possible.
また、前記操舵制御部は、現在の操舵量と前記位置ずれ量と前記方位ずれ量とを入力パラメータとして、PID制御方式またはPI制御方式で前記操舵量を演算して出力することが好ましい。 Further, it is preferable that the steering control unit calculates and outputs the steering amount by the PID control method or the PI control method using the current steering amount, the position deviation amount, and the azimuth deviation amount as input parameters.
このような構成により、経時的に方位ずれ量と共に位置ずれ量がフィードバックされ、より迅速かつ正確に、適切な操舵制御が行われる。 With such a configuration, the amount of misalignment and the amount of misalignment are fed back over time, and appropriate steering control is performed more quickly and accurately.
本発明の一実施形態に係る自動操舵方法は、設定された旋回円に沿って作業車を自動走行させる自動操舵方法であって、前記作業車における基準点の位置を算出する工程と、前記旋回円の中心と前記基準点とを通る直線を基準直線として算出する工程と、前記作業車の車体の向きを示す車体方位を算出する工程と、前記基準点を通り前記基準直線に垂直な線と前記車体方位との交差角を方位ずれ量として算出する工程と、前記基準点と前記旋回円の外周との位置関係を判定する工程と、前記基準点が前記旋回円の外周より内側に位置する場合、前記方位ずれ量が小さくなる操舵量を出力する工程とを備える。 The automatic steering method according to an embodiment of the present invention is an automatic steering method for automatically traveling a work vehicle along a set turning circle, and includes a step of calculating the position of a reference point on the work vehicle and the turning. A process of calculating a straight line passing through the center of a circle and the reference point as a reference straight line, a process of calculating a vehicle body orientation indicating the direction of the vehicle body of the work vehicle, and a line passing through the reference point and perpendicular to the reference straight line. A step of calculating the intersection angle with the vehicle body orientation as an orientation deviation amount, a step of determining the positional relationship between the reference point and the outer periphery of the turning circle, and the reference point being located inside the outer periphery of the turning circle. In this case, a step of outputting a steering amount that reduces the amount of misalignment is provided.
このように、作業車が旋回円の内側にずれている場合には、作業車が旋回円の外側にずれている場合と異ならせることが可能となり、操舵制御が方位ずれ量のみに基づいて行われる。その結果、作業車が急激に旋回することが抑制され、作業車の走行安定性が悪化したり、作業車の旋回により圃場が荒らされることが抑制されて、正確で適切な操舵制御が可能となる。 In this way, when the work vehicle is displaced inside the turning circle, it is possible to make it different from the case where the working vehicle is displaced outside the turning circle, and steering control is performed based only on the amount of directional deviation. Will be. As a result, it is possible to suppress the sudden turning of the work vehicle, deteriorate the running stability of the work vehicle, and prevent the field from being damaged by the turning of the work vehicle, enabling accurate and appropriate steering control. Become.
また、出力される前記操舵量は、現在の操舵量と前記方位ずれ量とを入力パラメータとして、PID制御方式またはPI制御方式で演算されることが好ましい。 Further, it is preferable that the output steering amount is calculated by a PID control method or a PI control method with the current steering amount and the directional deviation amount as input parameters.
このような構成により、経時的に方位ずれ量がフィードバックされ、より迅速かつ正確に、適切な操舵制御が行われる。 With such a configuration, the amount of directional deviation is fed back over time, and appropriate steering control is performed more quickly and accurately.
また、前記基準直線と前記旋回円との交点から前記基準点までの距離を位置ずれ量として算出する工程を備え、前記基準点が前記旋回円の外周より外側に位置する場合、出力される前記操舵量は、前記位置ずれ量と前記方位ずれ量とが小さくなる操舵量であることが好ましい。 Further, the step of calculating the distance from the intersection of the reference straight line and the turning circle to the reference point as the amount of misalignment is provided, and when the reference point is located outside the outer circumference of the turning circle, the output is performed. The steering amount is preferably a steering amount in which the misalignment amount and the misorientation amount are small.
このような構成により、作業車が旋回円の外側にずれている場合には、位置ずれ量と方位ずれ量とに基づいて迅速かつ細かな操舵制御を行うことができると共に、作業車が旋回円の内側にずれている場合には、作業車が急激に旋回することが抑制され、正確で適切な操舵制御が可能となる。 With such a configuration, when the work vehicle is displaced to the outside of the turning circle, quick and fine steering control can be performed based on the displacement amount and the azimuth deviation amount, and the work vehicle is displaced to the turning circle. If it is displaced inward, the work vehicle is prevented from turning suddenly, and accurate and appropriate steering control is possible.
また、出力される前記操舵量は、現在の操舵量と前記位置ずれ量と前記方位ずれ量とを入力パラメータとして、PID制御方式またはPI制御方式で演算されることが好ましい。 Further, it is preferable that the output steering amount is calculated by a PID control method or a PI control method with the current steering amount, the position deviation amount, and the azimuth deviation amount as input parameters.
このような構成により、経時的に方位ずれ量と共に位置ずれ量がフィードバックされ、より迅速かつ正確に、適切な操舵制御が行われる。 With such a configuration, the amount of misalignment and the amount of misalignment are fed back over time, and appropriate steering control is performed more quickly and accurately.
上記自動操舵システムおよび自動操舵方法において、前記PID制御方式および前記PI制御方式における制御ゲインは、前記基準点が前記旋回円の外周より外側に位置する場合の方が、前記基準点が前記旋回円の外周より内側に位置する場合より大きくしても良い。 In the automatic steering system and the automatic steering method, the control gain in the PID control method and the PI control method is such that the reference point is located outside the outer circumference of the turning circle when the reference point is located outside the outer circumference of the turning circle. It may be larger than the case where it is located inside the outer circumference of.
このように、作業車が旋回円の内側にずれている場合には、外側にずれている場合より制御ゲインを小さくし、ずれ量に対する操舵制御量を小さくすることができる。その結果、作業車が急激に旋回することが確実に抑制され、正確でより適切な操舵制御が可能となる。 As described above, when the work vehicle is deviated to the inside of the turning circle, the control gain can be made smaller than when the work vehicle is deviated to the outside, and the steering control amount with respect to the deviating amount can be made smaller. As a result, the work vehicle is surely suppressed from turning suddenly, and accurate and more appropriate steering control becomes possible.
また、前記位置ずれ量が所定の値より大きい場合、前記方位ずれ量を入力パラメータから除外しても良い。 Further, when the misalignment amount is larger than a predetermined value, the misalignment amount may be excluded from the input parameter.
このような構成により、ずれ量が大きな場合でも、過大な操舵制御が抑制され、急激な旋回が抑制される。 With such a configuration, even when the amount of deviation is large, excessive steering control is suppressed and sudden turning is suppressed.
また、前記方位ずれ量が所定の角度より小さい場合、前記方位ずれ量を入力パラメータから除外しても良い。 Further, when the azimuth deviation amount is smaller than a predetermined angle, the azimuth deviation amount may be excluded from the input parameter.
このような構成により、過敏な旋回が抑制され、走行安定性が確保される。 With such a configuration, sensitive turning is suppressed and running stability is ensured.
また、前記旋回円として、急旋回用旋回円と、前記急旋回用旋回円より半径が大きい緩旋回用旋回円とが選択可能に用意されても良い。 Further, as the turning circle, a sharp turning turning circle and a slow turning turning circle having a radius larger than that of the sharp turning turning circle may be selectively prepared.
このような構成により、作業状況に応じた適切な旋回を行うことができる。 With such a configuration, it is possible to make an appropriate turn according to the work situation.
次に、本発明の自動操舵システムを採用し、自動走行可能である作業機の一例として、普通型のコンバインを取り上げて説明する。なお、本明細書では、特に断りがない限り、「前」(図1に示す矢印Fの方向)は車体前後方向(走行方向)における前方を意味し、「後」(図1に示す矢印Bの方向)は車体前後方向(走行方向)における後方を意味する。また、左右方向または横方向は、車体前後方向に直交する車体横断方向(車体幅方向)を意味する。「上」(図1に示す矢印Uの方向)及び「下」(図1に示す矢印Dの方向)は、車体の鉛直方向(垂直方向)での位置関係であり、地上高さにおける関係を示す。 Next, an ordinary combine harvester will be described as an example of a working machine capable of automatically traveling by adopting the automatic steering system of the present invention. In the present specification, unless otherwise specified, "front" (direction of arrow F shown in FIG. 1) means front in the vehicle body front-rear direction (traveling direction), and "rear" (arrow B shown in FIG. 1). Direction) means the rear in the vehicle body front-rear direction (traveling direction). Further, the left-right direction or the lateral direction means a vehicle body crossing direction (vehicle body width direction) orthogonal to the vehicle body front-rear direction. "Up" (direction of arrow U shown in FIG. 1) and "down" (direction of arrow D shown in FIG. 1) are positional relationships in the vertical direction (vertical direction) of the vehicle body, and are relationships in height above the ground. show.
図1に示すように、このコンバインは、走行車体(作業車に相当)10、クローラ式の走行装置11、運転部12、脱穀装置13、穀粒タンク14、収穫部H、搬送装置16、穀粒排出装置18、自車位置検出モジュール80を備えている。
As shown in FIG. 1, this combine includes a traveling vehicle body (corresponding to a work vehicle) 10, a crawler
走行装置11は、走行車体10(以下単に車体10と称する)の下部に備えられている。コンバインは、走行装置11によって自走可能に構成されている。この走行装置11は、左右一対のクローラ機構(走行ユニット)から構成された操舵走行装置である。左のクローラ機構(左走行ユニット)のクローラ速度と右のクローラ機構(右走行ユニット)のクローラ速度とは独立して調整可能であり、この速度差の調整により車体10の走行方向での向きが変更される。運転部12、脱穀装置13、穀粒タンク14は、走行装置11の上側に備えられ、車体10の上部を構成している。運転部12は、コンバインを運転する運転者やコンバインの作業を監視する監視者が搭乗可能である。通常、運転者と監視者とは兼務される。なお、運転者と監視者とが別人の場合、監視者は、コンバインの機外からコンバインの作業を監視していても良い。
The traveling
穀粒排出装置18は、穀粒タンク14の後下部に連結されている。また、自車位置検出モジュール80は、運転部12の前上部に取り付けられている。
The
収穫部Hは、コンバインにおける前部に備えられている。そして、搬送装置16は、収穫部Hの後側に接続されている。また、収穫部Hは、切断機構15及びリール17を有している。切断機構15は、圃場の植立穀稈を刈り取る。また、リール17は、回転駆動しながら収穫対象の植立穀稈を掻き込む。この構成により、収穫部Hは、圃場の穀物(農作物の一種)を収穫する。そして、コンバインは、収穫部Hによって圃場の穀物を収穫しながら走行装置11によって走行する作業走行が可能である。
The harvesting section H is provided at the front portion of the combine. The
切断機構15により刈り取られた刈取穀稈は、搬送装置16によって脱穀装置13へ搬送される。脱穀装置13において、刈取穀稈は脱穀処理される。脱穀処理により得られた穀粒は、穀粒タンク14に貯留される。穀粒タンク14に貯留された穀粒は、穀粒排出装置18によって機外に排出される。
The cut grain culm cut by the
運転部12には、通信端末2が配置されている。本実施形態において、通信端末2は、運転部12に固定されている。しかしながら、本発明はこれに限定されず、通信端末2は、運転部12に対して着脱可能に構成されていても良い。また、通信端末2はコンバインの機外に持ち出されても良い。
A
図2に示すように、このコンバインは、圃場において設定された走行経路に沿って自動走行する。このためには、自車位置が必要である。自車位置検出モジュール80には、衛星航法モジュール81と慣性航法モジュール82とが含まれている。衛星航法モジュール81は、人工衛星GSからのGNSS(global navigation satellite system)信号(GPS信号を含む)を受信して、自車位置を算出するための測位データを出力する。慣性航法モジュール82は、ジャイロ加速度センサ及び磁気方位センサを組み込んでおり、瞬時の走行方向を示す位置ベクトルを出力する。慣性航法モジュール82は、衛星航法モジュール81による自車位置算出を補完するために用いられる。慣性航法モジュール82は、衛星航法モジュール81とは別の場所に配置してもよい。
As shown in FIG. 2, this combine automatically travels along a travel route set in the field. For this purpose, the position of the own vehicle is required. The own vehicle
このコンバインによって圃場での収穫作業を行う場合の手順は、以下に説明する通りである。 The procedure for harvesting in the field with this combine is as described below.
まず、運転者兼監視者は、コンバインを手動で操作し、図2に示すように、圃場内の外周部分において、圃場の境界線に沿って周回するように収穫走行を行う。これにより既刈地(既作業地)となった領域は、外周領域SAとして設定される。そして、外周領域SAの内側に未刈地(未作業地)のまま残された領域は、作業対象領域CAとして設定される。図2は、外周領域SAと作業対象領域CAの一例を示している。 First, the driver / observer manually operates the combine harvester and, as shown in FIG. 2, performs a harvesting run so as to orbit along the boundary line of the field in the outer peripheral portion of the field. As a result, the area that has become the already cut land (already worked area) is set as the outer peripheral area SA. Then, the area left as uncut land (unworked land) inside the outer peripheral area SA is set as the work target area CA. FIG. 2 shows an example of the outer peripheral region SA and the work target region CA.
また、このとき、外周領域SAの幅をある程度広く確保するために、運転者は、コンバインを2~3周走行させる。この走行においては、コンバインが1周する毎に、コンバインの作業幅分だけ外周領域SAの幅が拡大する。最初の、2~3周の走行が終わると、外周領域SAの幅は、コンバインの作業幅の2~3倍程度の幅となる。この周回走行は、予め与えられた圃場外形状データに基づいて自動走行によって行われても良い。 Further, at this time, in order to secure a certain width of the outer peripheral region SA, the driver causes the combine to travel two or three laps. In this traveling, the width of the outer peripheral region SA is expanded by the working width of the combine every time the combine makes one round. After the first two to three laps, the width of the outer peripheral region SA becomes about two to three times the working width of the combine. This orbital running may be performed by automatic running based on the out-of-field shape data given in advance.
外周領域SAは、作業対象領域CAにおいて収穫走行を行うときに、コンバインが方向転換するためのスペースとして利用される。また、外周領域SAは、収穫走行を一旦終えて、穀粒の排出場所へ移動する際や、燃料の補給場所へ移動する際等の移動用のスペースとしても利用される。 The outer peripheral region SA is used as a space for the combine to change direction when performing a harvesting run in the work target region CA. Further, the outer peripheral region SA is also used as a space for movement such as when moving to a grain discharge place or when moving to a refueling place after the harvesting run is finished.
なお、図2に示す運搬車CVは、コンバインから排出された穀粒を収集し、運搬することができる。穀粒排出の際、コンバインは運搬車CVの近傍へ移動した後、穀粒排出装置18によって穀粒を運搬車CVへ排出する。
The carrier CV shown in FIG. 2 can collect and transport the grains discharged from the combine. At the time of grain discharge, the combine moves to the vicinity of the carrier CV and then discharges the grains to the carrier CV by the
外周領域SA及び作業対象領域CAが設定されると、図3に示すように、作業対象領域CAにおける走行経路が算定される。算定された走行経路は、作業走行のパターンに基づいて順次設定され、設定された走行経路に沿って、コンバインが自動走行する。なお、このコンバインは、旋回走行のための旋回パターンとして、図3に示すようなU字状の旋回走行経路に沿って方向転換するU旋回パターンと、図4に示すような前後進を繰り返しながら方向転換するα旋回パターンと、図5に示すような後進走行をともなってU旋回パターンよりも狭い領域でU旋回パターンと同様の方向転換をするスイッチバック旋回パターンとを有する。図4のα旋回パターンでは、90°の切り返し旋回走行経路が示されている。この切り返し旋回走行では、その経路は、移行元走行経路L1から、前進走行経路ML1、後進走行経路ML2、前進走行経路ML3を経て、移行先走行経路L2に至る。図5のスイッチバック旋回パターンでは直線往復走行での経路移行で用いられる180°の切り返し旋回走行が示されている。この切り返し旋回走行でも同様に、その経路は、移行元走行経路L1から、前進走行経路ML4、後進走行経路ML5、前進走行経路ML6を経て、移行先走行経路L2に至る。このような後進を含む旋回走行は、穀粒タンク14が満杯になって、作業対象領域CAの走行経路から離脱したコンバインが、運搬車CVに対して位置合わせする時などにも行われる。
When the outer peripheral area SA and the work target area CA are set, the traveling route in the work target area CA is calculated as shown in FIG. The calculated travel route is sequentially set based on the work travel pattern, and the combine automatically travels along the set travel route. As a turning pattern for turning, this combine repeats a U-turn pattern that changes direction along a U-shaped turning path as shown in FIG. 3 and forward / backward movement as shown in FIG. It has an α-turning pattern that changes direction and a switchback turning pattern that changes direction in a region narrower than the U-turning pattern with reverse travel as shown in FIG. In the α turning pattern of FIG. 4, a 90 ° turning turning path is shown. In this turning turn, the route reaches the transition destination travel route L2 from the transition source travel route L1 via the forward travel route ML1, the reverse travel route ML2, and the forward travel route ML3. The switchback turning pattern of FIG. 5 shows a 180 ° turn-back turning running used in a route transition in a straight reciprocating running. Similarly, in this turning turn travel, the route reaches the transition destination travel route L2 from the transition source travel route L1 via the forward travel route ML4, the reverse travel route ML5, and the forward travel route ML6. Such turning traveling including reverse movement is also performed when the
図6に、本発明による自動操舵システムを利用するコンバインの制御系が示されている。コンバインの制御系は、多数のECUと呼ばれる電子制御ユニットからなる制御ユニット5、及び、この制御ユニット5との間で車載LANなどの配線網を通じて信号通信(データ通信)を行う各種入出力機器から構成されている。
FIG. 6 shows a combine control system using the automatic steering system according to the present invention. The control system of the combine is from a
報知デバイス62は、運転者等に作業走行状態や種々の警告を報知するためのデバイスであり、ブザー、ランプ、スピーカ、ディスプレイなどである。通信部66は、このコンバインの制御系が、通信端末2との間で、あるいは、遠隔地に設置されている管理コンピュータとの間でデータ交換するために用いられる。通信端末2には、圃場に立っている監視者、またはコンバイン乗り込んでいる運転者兼監視者が操作するタブレットコンピュータ、自宅や管理事務所に設置されているコンピュータなども含まれる。制御ユニット5は、この制御系の中核要素であり、複数のECUの集合体として示されている。自車位置検出モジュール80からの信号は、車載LANを通じて制御ユニット5に入力される。
The
制御ユニット5は、入出力インタフェースとして、出力処理部503と入力処理部502とを備えている。出力処理部503は、機器ドライバ65を介して種々の動作機器70と接続している。動作機器70として、走行関係の機器である走行機器群71と作業関係の機器である作業機器群72とがある。走行機器群71には、例えば、操舵機器710、エンジン機器、変速機器、制動機器などが含まれている。作業機器群72には、収穫部H(図1参照)、脱穀装置13(図1参照)、搬送装置16(図1参照)、穀粒排出装置18(図1参照)における動力制御機器などが含まれている。
The
入力処理部502には、走行状態センサ群63、作業状態センサ群64、走行操作ユニット90、などが接続されている。走行状態センサ群63には、エンジン回転数センサ、オーバーヒート検出センサ、ブレーキペダル位置検出センサ、変速位置検出センサ、操舵位置検出センサなどが含まれている。作業状態センサ群64には、収穫作業装置(収穫部H、脱穀装置13、搬送装置16、穀粒排出装置18)の駆動状態を検出するセンサ、穀稈や穀粒の状態を検出するセンサなどが含まれている。
A traveling
走行操作ユニット90は、運転者によって手動操作され、その操作信号が制御ユニット5に入力される操作具の総称である。走行操作ユニット90には、主変速操作具91、操舵操作具92、モード操作具93、自動開始操作具94、などが含まれている。手動走行モードでは、操舵操作具92を中立位置から左右に揺動操作することにより、左のクローラ機構のクローラ速度と右のクローラ機構のクローラ速度とが調整され、車体10(以下、いずれも図1参照)の向きが変更される。本発明では、車体10が進行する向きを変更する操作を操舵と総称し、車輪等の向きを変えることだけでなく、左右のクローラの速度を調整することも操舵すると称す。モード操作具93は、自動運転が行われる自動走行モードと手動運転が行われる手動走行モードとを切り替えるための指令を制御ユニット5に与える機能を有する。自動開始操作具94は、自動走行を開始するための最終的な自動開始指令を制御ユニット5に与える機能を有する。なお、モード操作具93による操作とは無関係に、自動走行モードから手動走行モードへの移行が、ソフトウエアによって自動的に行われる場合もある。例えば、自動運転が不可能な状況が発生すると、制御ユニット5は、強制的に自動走行モードから手動走行モードへの移行を実行する。
The traveling
制御ユニット5には、報知部501、走行制御部51、作業制御部52、走行モード管理部53、走行経路設定部54、自車位置算出部55、車体方位算出部56、位置ずれ量算出部57、方位ずれ量算出部58、基準直線算出部59が備えられている。報知部501は、制御ユニット5の各機能部からの指令等に基づいて報知データを生成し、報知デバイス62に与える。自車位置算出部55は自車位置検出モジュール80から逐次送られてくる測位データに基づいて、予め設定されている車体10の基準点の地図座標(または圃場座標)である自車位置を算出する。つまり、自車位置算出部55は、車体10の基準点の位置を算出する基準点算出部として機能する。この基準点には、後で説明される車体基準点や旋回基準点などが含まれる。車体方位算出部56は、自車位置算出部55で逐次算出される自車位置から、微小時間での走行軌跡を求めて車体10の走行方向での向きを示す車体方位を決定する。また、車体方位算出部56は、慣性航法モジュール82からの出力データに含まれている方位データに基づいて車体方位を決定することも可能である。
The
走行制御部51は、エンジン制御機能、操舵制御機能、車速制御機能などを有し、走行機器群71に制御信号を与える。作業制御部52は、収穫作業装置(収穫部H(図1参照)、脱穀装置13(図1参照)、搬送装置16(図1参照)、穀粒排出装置18(図1参照)など)の動きを制御するために、作業機器群72に制御信号を与える。
The travel control unit 51 has an engine control function, a steering control function, a vehicle speed control function, and the like, and gives a control signal to the
走行制御部51に含まれているずれ方向判定部509は、後述の位置ずれ量算出部57によって算出される位置ずれ量に基づいて、車体10が旋回経路の内側にずれているか、外側にずれているかを判定する。走行制御部51に含まれている操舵制御部510は、位置ずれ量算出部57によって算出される位置ずれ量と、方位ずれ量算出部58によって算出される方位ずれ量との少なくとも一方に基づいて操舵量を算出して、操舵機器710に出力する。つまり、操舵制御部510は、走行経路設定部54によって設定された目標となる走行経路と、自車位置算出部55によって算出された自車位置との間の位置ずれ量と方位ずれ量との少なくとも一方が小さくなるように操舵制御(旋回制御)を行う。この実施形態では、操舵制御部510には、PID制御方式またはPI制御方式が採用される。もちろん、他の制御方式が採用されてもよい。このコンバインは自動走行で収穫作業を行う自動運転と手動走行で収穫作業を行う手動運転との両方で走行可能である。このため、走行制御部51には、さらに、手動走行制御部511と自動走行制御部512とが含まれている。なお、自動運転を行う際には、自動走行モードが設定され、手動運転を行うためには手動走行モードが設定される。上述したように、走行モードの切り替えは、走行モード管理部53によって管理される。
The misalignment
なお、走行制御部51の操舵制御部510は、車体10が旋回経路の内側にずれているか、外側にずれているかに応じて、操舵制御の構成を異ならせても良い。例えば、車体10が旋回経路の外側にずれている場合は、位置ずれ量と、方位ずれ量とに基づいて操舵量を算出して、操舵機器710に出力する。また、車体10が旋回経路の内側にずれている場合は、位置ずれ量を考慮せず、方位ずれ量のみに基づいて操舵量を算出して、操舵機器710に出力する。このように制御することにより、操舵方向が逆転して操舵角の変更量が大きくなりすぎ、車体の10走行が不安定になったり、圃場を荒らしたりすることが抑制される。その結果、旋回走行において、簡単な算法で高速に位置ずれ量及び方位ずれ量を算出して、正確で適切な操舵制御が可能となる。
The
自動走行モードが設定されている場合、自動走行制御部512は、操舵制御部510と協働しながら、自動操舵及び停止を含む車速変更の制御信号を生成して、走行機器群71を制御する。その際、車速変更に関する制御信号は、前もって設定された車速値に基づいて生成される。
When the automatic driving mode is set, the automatic
走行経路設定部54は、管理している旋回経路を含む走行経路を順次選択して、走行目標経路として設定する。旋回経路は、実質的には旋回円の円弧である。この旋回円の中心と旋回円の半径とによって、円弧状の旋回経路が規定される。車体10が正確に旋回経路を走行すると仮定した場合、この旋回円の中心が車体10の旋回中心となる。走行経路設定部54で管理される走行経路は、走行経路設定部54が経路算出アルゴリズムによって自ら生成することもできるが、通信端末2や遠隔地の管理コンピュータ等で生成されたものをダウンロードしたものを用いることも可能である。
The travel
手動走行モードが選択されている場合、運転者による操作に基づいて、手動走行制御部511が制御信号を生成し、走行機器群71を制御することで、手動運転が実現する。なお、走行経路設定部54によって算出された走行経路は、手動運転であっても、コンバインが当該走行経路に沿って走行するためのガイダンス目的で利用することができる。
When the manual driving mode is selected, the manual
位置ずれ量算出部57は、走行経路設定部54によって設定された走行経路と、自車位置算出部55によって算出された自車位置との間の距離である位置ずれを算出する。方位ずれ量算出部58は、走行経路設定部54によって設定された走行経路の延び方向と、車体方位算出部56によって算出された車体方位と、の間の角度差を方位ずれとして算出する。この実施形態では、自車位置算出部55によって算出された自車位置は、ずれのない理想的な旋回走行において、旋回円によって規定される旋回経路の上に乗る点である旋回基準点としている。もちろん、直線走行経路におけるずれのない理想的な走行においても、この旋回基準点は直線走行経路に乗ることになるので、旋回基準点は直線走行経路における車体基準点として用いることができる。その場合、旋回基準点と車体基準点は同一となる。
The misalignment
基準直線算出部59は、基準直線を算出する。基準直線は、旋回走行における、位置ずれ量算出部57による位置ずれ量の算出、及び、方位ずれ量算出部58による方位ずれ算出の算出に用いられる。次に、図7を用いて、基準直線と位置ずれ量と方位ずれ量との関係を説明する。
The reference straight
図7,図12は、旋回前の走行経路である旋回前走行経路から旋回先の走行経路である旋回後走行経路へ旋回走行する際に設定された、旋回円Cと車体10との関係を示している。図7に示す例では、旋回前走行経路と旋回後走行経路とは直交関係であり、旋回経路は、旋回円Cの90°円弧である。また、車体10は旋回円Cの外側にずれている。図12に示す例では、旋回前走行経路と旋回後走行経路とは平行関係であり、旋回経路は、旋回円Cの180°円弧である。また、車体10は旋回円Cの内側にずれている。なお、旋回前走行経路と旋回後走行経路との関係は例示であり、いずれの場合も車体10が旋回円Cの内側または外側にずれることが想定される。図7,図12の説明で用いられる符号は、以下のように定義される。Cは旋回円を示す。Pは旋回円Cの中心である。旋回円の中心Pの座標値は(X,Y)であり、走行経路設定部54によって管理されている。Rは旋回円Cの半径である。VPは、車体10の旋回基準点(車体基準点)であり、座標値(x、y)で表される。旋回基準点VPの座標値(x、y)は、自車位置算出部55によって算出される。CLは、車体10の前後方向に延びた中心線である車体中心線である。dは、旋回円の中心Pと旋回基準点VPとの2点間距離である。BLは、旋回円の中心Pと旋回基準点VPとの2点を結ぶ直線であり、この直線が、「基準直線」である。PLは、旋回基準点VPを通って基準直線BLに垂直な直線であり、以下、「方位基準線」と称する。
7 and 12 show the relationship between the turning circle C and the
図7は、旋回走行途中の状態を示しており、車体10は、旋回円Cの外側に位置ずれしているとともに、方位基準線PLに対して右側に車体方位(車体中心線CL)がずれている。また、図12は、旋回走行途中の状態を示しており、車体10は、旋回円Cの内側に位置ずれしているとともに、方位基準線PLに対して左側に車体方位(車体中心線CL)がずれている。基準直線算出部59は、旋回円の中心Pと旋回基準点VPとの2点を結ぶ直線式を求め、基準直線BLを算出する。位置ずれ量算出部57は、旋回円の中心Pと旋回基準点VPとの2点間距離dを算出し、この2点間距離dからRを減算することで位置ずれ量δを算出する。この減算では、正負符号が考慮され、減算値が負であれば、車体10は旋回円Cの内側に位置ずれしていることになり、減算値が正であれば、車体10は旋回円Cの外側に位置ずれしていることになる。ずれ方向判定部509は、位置ずれ量δの正負符号を判定し、車体10が旋回円Cの内側にずれているか外側にずれているかを判定する。方位ずれ量算出部58は、車体中心線CLと方位基準線PLとがなす角度(交差角)を方位ずれ量θとして算出する。方位ずれ量θが正の値であれば、車体10は走行方向で右方向にずれていることになり、方位ずれ量θが負の値であれば、車体10は走行方向で左方向にずれていることになる。このようにして、微小走行単位で、位置ずれ量δと方位ずれ量θを算出して、操舵制御部510に与えることで、PIDまたはPI制御に基づいた操舵量が出力される。
FIG. 7 shows a state in which the
図6,図7,図12を参照しながら、図13を用いて、旋回走行における操舵量の算出手順の一例を以下に示す。 An example of a procedure for calculating the steering amount in a turning run is shown below with reference to FIGS. 6, 7, and 12.
(1)自車位置算出部55から車体10の自車位置である旋回基準点VPの座標値(x、y)が取得される(図13のステップ#1)。
(1) The coordinate values (x, y) of the turning reference point VP, which is the position of the
(2)基準直線BLの直線式が求められる(図13のステップ#2)。
(2) A linear equation of the reference straight line BL is obtained (
(3)旋回円Cの中心Pと旋回基準点VPとの間の長さである2点間距離dが求められる(図13のステップ#3)。
(3) The distance d between two points, which is the length between the center P of the turning circle C and the turning reference point VP, is obtained (
(4)2点間距離dから旋回円Cの半径Rが減算されて、その値が位置ずれ量δとされる(図13のステップ#4)。
(4) The radius R of the turning circle C is subtracted from the distance d between the two points, and the value is taken as the misalignment amount δ (
(5)車体方位算出部56からの車体方位に基づいて車体中心線CLの直線式が求められる(図13のステップ#5)。
(5) A linear equation of the vehicle body center line CL is obtained based on the vehicle body orientation from the vehicle body orientation calculation unit 56 (
(6)基準直線BLの直線式に基づいて、基準直線BLに垂直な方位基準線PLが算出され、車体中心線CLと方位基準線PLとがなす角度(交差角)が方位ずれ量θとして算出される(図13のステップ#6)。
(6) The directional reference line PL perpendicular to the reference straight line BL is calculated based on the linear equation of the reference straight line BL, and the angle (intersection angle) formed by the vehicle body center line CL and the directional reference line PL is used as the directional deviation amount θ. It is calculated (
(7)位置ずれ量δの正負符号から車体10が旋回円Cの内側にずれているか外側にずれているかが判定される(図13のステップ#7)。
(7) From the positive and negative signs of the misalignment amount δ, it is determined whether the
(8)外側にずれている場合、位置ずれ量δと方位ずれ量θとから操舵量が算出される(図13のステップ#8)。
(8) When the vehicle is displaced outward, the steering amount is calculated from the positional deviation amount δ and the directional deviation amount θ (
(9)外側にずれている場合、位置ずれ量δと方位ずれ量θとから操舵量を算出する(図13のステップ#9)。
(9) When the vehicle is displaced to the outside, the steering amount is calculated from the positional deviation amount δ and the directional deviation amount θ (
このように、旋回円Cに対して車体10が内側にずれているか外側にずれているかに応じて、操舵制御を異ならせることにより、状況に適した操舵制御が可能となる。旋回円Cに対して車体10が内側にずれている場合、内向きに旋回している車体10を外向きに旋回させる傾向となり、旋回方向の変位量が多くなり、急激な旋回が行われることになる。このような旋回が行われると、車体10の走行安定性が低下したり、圃場を荒らしたりすることになる。そのため、旋回円Cに対する車体10の位置関係に応じて操舵制御を異ならせることにより、旋回方向の変位量を抑制し、急激な旋回を回避することが可能となる。例えば、旋回円Cに対して車体10が外側にずれている場合には、位置ずれ量δと方位ずれ量θとを用いて操舵制御を行い、旋回円Cに対して車体10が内側にずれている場合には、位置ずれ量δを考慮せず、方位ずれ量θのみを用いて操舵制御を行う。これにより、旋回方向の変位量等を決定するパラメータが削減され、急激な旋回が抑制される。その結果、車体10の走行安定性が低下したり、圃場を荒らしたりすることを抑制できる、適切な操舵制御を行うことが可能となる。
In this way, by making the steering control different depending on whether the
なお、(3)、(4)に代えて、基準直線BLと旋回円Cとの交点が簡単に求められる場合には、求められた交点と旋回基準点VPとの2点間距離を演算することで位置ずれ量δが得られる。また、基準点を通り基準直線に垂直な直線の直線式が簡単に求められる場合には、(6)に変えて、直接、車体中心線CLと基準直線BLとのなす角度(交差角)を求めて、当該角度から90°減算した値を方位ずれ量θとしてもよい。 If, instead of (3) and (4), the intersection of the reference straight line BL and the turning circle C can be easily obtained, the distance between the obtained intersection and the turning reference point VP is calculated. As a result, the amount of misalignment δ can be obtained. If a straight line that passes through the reference point and is perpendicular to the reference straight line can be easily obtained, change to (6) and directly set the angle (intersection angle) between the vehicle body center line CL and the reference straight line BL. The value obtained by subtracting 90 ° from the angle may be used as the orientation deviation amount θ.
次に、旋回円を用いた自動操舵で旋回走行誤差が生じた場合の対処策を列挙する。
(A)図8は、設定された旋回円C(旋回円Cの半径がRとする)での旋回走行において、旋回終了時に位置ずれ量δが生じている状況を示している。このような旋回ずれが生じた原因として、「旋回開始時において車体10の方位がずれていた」、あるいは、「圃場の滑りなどにより実際の旋回半径が大きくなった」といった複数の原因が考えられるので、決定的な対策を講じることが困難である。この問題を解決するために、旋回開始時及び旋回終了時の実際の車体10の位置と方位とから、適正に旋回走行できる適正化旋回円Coが算出される。図8に示すように、旋回開始時の車体10の旋回基準点VPを通って車体中心線CLに垂直な直線K1と、旋回終了時の車体10の旋回基準点VPを通って車体中心線CLに垂直な直線K2との交点を求め、その交点を中心として、旋回開始時の車体10の旋回基準点VPと旋回終了時の車体10の旋回基準点VPとを通る円が適正化旋回円であり、半径Rcを有する。以降の旋回走行では、この適正化旋回円Coを設定することにより、旋回ずれの少ない旋回走行が期待できる。
Next, the measures to be taken when a turning running error occurs due to automatic steering using a turning circle are listed.
(A) FIG. 8 shows a situation in which a misalignment amount δ occurs at the end of turning in a turning running on a set turning circle C (the radius of the turning circle C is R). As the cause of such a turning deviation, there are considered to be a plurality of causes such as "the orientation of the
(B)図9は、設定された旋回円Cでの旋回走行で旋回走行誤差が生じた際に、この旋回走行誤差を次の旋回走行で考慮して、より旋回ずれの少ない旋回走行を実現しょうとする方策を示している。ここでは、最初の旋回走行で生じた位置ずれ量δを入力パラメータとして、その位置ずれ量δを解消するために必要な旋回開始点のずらし量ΔLを導出する関数:F(δ)が用いられる。このような関数F(δ)はシミュレーションや実験を通じて作成することができる。関数F(δ)によって導出されたずらし量ΔLで、次の旋回経路の旋回開始予定点Psを修正旋回開始点Pcにずらすことで、次の旋回走行における旋回ずれを少なくすることが期待される。 (B) FIG. 9 shows that when a turning running error occurs in the turning running in the set turning circle C, the turning running error is taken into consideration in the next turning running to realize a turning running with less turning deviation. It shows the measures to try. Here, a function: F (δ) for deriving the shift amount ΔL of the turning start point required to eliminate the misalignment amount δ is used with the misalignment amount δ generated in the first turning run as an input parameter. .. Such a function F (δ) can be created through simulations and experiments. It is expected that the shift amount ΔL derived by the function F (δ) will shift the planned turn start point Ps of the next turn path to the modified turn start point Pc to reduce the turn shift in the next turn run. ..
(C)図10では、図9で示された旋回ずれ改善策に類似する旋回ずれ改善策が示されている。ここでは、最初の旋回走行で生じた位置ずれ量δを入力パラメータとして、その位置ずれ量δを解消するために必要な旋回円の半径の調整量ΔRを導出する関数:G(δ)が用いられる。このような関数G(δ)もシミュレーションや実験を通じて作成することができる。次の旋回走行では、関数G(δ)によって導出された調整量ΔRで調整された半径Rcを有する適正化旋回円Coが旋回円Cに代えて用いられる。その際、旋回円の中心Pも新たな中心P‘に移動する。この適正化旋回円Coを用いることで、旋回ずれを少なくすることが期待される。 (C) FIG. 10 shows a turning deviation improving measure similar to the turning deviation improving measure shown in FIG. Here, a function: G (δ) for deriving the adjustment amount ΔR of the radius of the turning circle required to eliminate the misalignment amount δ is used with the misalignment amount δ generated in the first turning run as an input parameter. Be done. Such a function G (δ) can also be created through simulations and experiments. In the next turning run, the optimized turning circle Co having the radius Rc adjusted by the adjustment amount ΔR derived by the function G (δ) is used in place of the turning circle C. At that time, the center P of the turning circle also moves to the new center P'. By using this optimized turning circle Co, it is expected that the turning deviation will be reduced.
(D)図11は、設定された旋回円Cでの旋回走行で旋回走行誤差が生じた際に、旋回開始時の車体10の方位ずれ量θsと、旋回終了時の車体10の方位ずれ量θeと、を用いて、次の旋回走行で設定される旋回円を調整して、より旋回ずれの少ない旋回走行を実現しょうとする方策を説明するものである。このため、ここでは、旋回開始時の方位ずれ量θs及び旋回開始時の方位ずれ量θeを入力パラメータとして、その旋回ずれを解消するために必要な旋回円Cの半径の調整量ΔRを導出する関数:J(θs,θe)が用いられる。このような関数J(θs,θe)もシミュレーションや実験を通じて作成することができる。次の旋回走行では、関数J(θs,θe)によって導出された調整量ΔRで調整された半径Rcを有する適正化旋回円Coを旋回円Cに代えて用いることで、旋回ずれを少なくすることが期待される。
(D) FIG. 11 shows the directional deviation amount θs of the
(E)実際のコンバインの旋回軌跡に基づく旋回半径は、穀粒タンク14に貯留されている穀粒の量で変動することが経験的に知られている。このように、貯留穀粒量Vによって生じる旋回走行誤差は、貯留穀粒量Vによって半径を調整される旋回円を設定することで、改善することができる。このためには、貯留穀粒量Vを入力パラメータとして、旋回円の半径の調整量ΔRを導出する関数:H(V)が用いられる。その際、V=0の時の調整量ΔRが0とされ、満量までの調整量が段階的に増加されると好適である。
(E) It is empirically known that the turning radius based on the turning trajectory of the actual combine varies depending on the amount of grains stored in the
なお、上述した(A)から(E)の対処策において、旋回ずれが生じた旋回円と次に旋回走行する旋回円が同じ半径を有すると仮定していたが、もし半径が異なる旋回円に対して上述した方策を適用する場合には、予め作成しておいた半径の差を補正する補正係数テーブルを用いることで、そのような旋回円の半径の差による問題を解消することができる。 In the countermeasures (A) to (E) described above, it was assumed that the turning circle in which the turning deviation occurred and the turning circle to be turned next have the same radius, but if the turning circles have different radii. On the other hand, when the above-mentioned measures are applied, the problem due to the difference in radius of the swirling circle can be solved by using the correction coefficient table for correcting the difference in radius prepared in advance.
〔別実施の形態〕(1)操舵量を制御する際に、位置ずれ量δがあらかじめ定められた所定の値(しきい値)δT1より小さい場合、操舵制御部510は、位置ずれ量δを用いずに方位ずれ量θにのみ基づいて操舵量を算出しても良い。これにより、過敏な旋回が抑制され、走行安定性が確保される。
[Another Embodiment] (1) When the misalignment amount δ is smaller than a predetermined predetermined value (threshold value) δT 1 when controlling the steering amount, the
(2)位置ずれ量δがあらかじめ定められた所定の値(しきい値)δT2より大きい場合、操舵制御部510は、方位ずれ量θを用いずに位置ずれ量δにのみ基づいて操舵量を算出しても良い。これにより、位置ずれ量が大きな場合でも、過大な操舵制御が抑制され、急激な旋回が抑制される。
(2) When the misalignment amount δ is larger than a predetermined value (threshold value) δT 2 , the
(3)方位ずれ量θがあらかじめ定められた所定の角度(しきい値)θT3より小さい場合、操舵制御部510は、方位ずれ量θを用いずに位置ずれ量δにのみ基づいて操舵量を算出しても良い。これにより、過敏な旋回が抑制され、走行安定性が確保される。
(3) When the directional deviation amount θ is smaller than a predetermined angle (threshold value) θT 3 , the
(4)ずれ方向判定部509にて車体10が旋回円Cの内側にずれていると判定された場合、操舵制御部510は、操舵制御に用いられる制御ゲインを、車体10が旋回円Cの外側にずれている場合より小さくし、車体10が旋回円Cの内側にずれていると判定された場合には操舵制御を緩やかに行うようにしても良い。例えば、車体10が旋回円Cの外側にずれている場合の制御ゲインは0.8とされ、車体10が旋回円Cの内側にずれている場合の制御ゲインは0.6とされる。これによって、車体10が旋回円Cの内側にずれている際の、過大な操舵制御が抑制され、急激な旋回が抑制される。
(4) When the
(5)実際のコンバインの旋回は、穀粒タンク7に貯留されている穀粒の量に影響されるため、操舵制御部510は、操舵量を算出する際に、穀粒タンク7に貯留されている穀粒の量(モミ重量)を考慮しても良い。
(5) Since the actual turning of the combine is affected by the amount of grains stored in the
(6)上述した実施形態では、旋回経路に用いられる旋回円は、圃場に対して走行経路作成アルゴリズムによって生成されるか、あるいは人為的に生成された走行経路に含まれており、走行時において、走行経路設定部54により、順次、目標走行経路として設定される。その際、旋回ずれの発生等に基づいて、旋回円の半径が自動的に変更される例も説明した。これに加えて、人為的に旋回円の半径を変更する構成が採用されてもよい。例えば、半径の大きな旋回円(緩旋回用旋回円)が設定される「緩やかモード」と、半径が小さな旋回円(急旋回用旋回円)が選択される「高速モード」といった複数の旋回モードを選択できる人為操作具、を設けてもよい。「穏やかモード」が選択されると、極力圃場を荒らさない旋回が実現し、「高速モード」が選択されると、旋回走行の時間が短くなり、作業時間が短縮される。なお、実際の車体10の旋回半径は、左右のクローラ機構のクローラ速度の差、あるいは左右の駆動車輪の速度差によって決まってくるが、走行動力をクローラ機構や駆動車輪に伝達する油圧伝動機構における油圧を調整して、旋回半径を調整することも可能である。
(6) In the above-described embodiment, the turning circle used for the turning path is included in the traveling path generated by the traveling route creation algorithm for the field or artificially generated, and is included in the traveling path during traveling. , The travel
(7)上述した実施形態では、自車位置検出モジュール80として、衛星航法モジュール81と慣性航法モジュール82との組み合わせたものが用いられていたが、衛星航法モジュール81だけもよい。また、自車位置や車体方位を、カメラによる撮影画像に基づいて算出する方法が採用されてもよい。
(7) In the above-described embodiment, the own vehicle
(8)図6で示された各機能部は、主に説明目的で区分けされている。実際には、各機能部は他の機能部と統合してもよいし、または複数の機能部に分けてもよい。さらに、制御ユニット5に構築されている機能部のうち、走行モード管理部53、走行経路設定部54、位置ずれ量算出部57、方位ずれ量算出部58、基準直線算出部59のうちの全て、または一部が、制御ユニット5に接続可能な携帯型の通信端末2(タブレットコンピュータなど)に構築され、無線や車載LANを経由して制御ユニット5とデータ交換するような構成を採用してもよい。
(8) Each functional unit shown in FIG. 6 is divided mainly for the purpose of explanation. In practice, each functional unit may be integrated with other functional units or may be divided into a plurality of functional units. Further, among the functional units built in the
なお、上述の実施形態(別実施形態を含む、以下同じ)で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。 It should be noted that the configuration disclosed in the above embodiment (including another embodiment, the same shall apply hereinafter) can be applied in combination with the configuration disclosed in other embodiments as long as there is no contradiction. , The embodiments disclosed in the present specification are examples, and the embodiments of the present invention are not limited thereto, and can be appropriately modified without departing from the object of the present invention.
本発明は、普通型のコンバインだけでなく、自脱型のコンバインにも適用可能である。
また、トウモロコシ収穫機、ジャガイモ収穫機、ニンジン収穫機、サトウキビ収穫機等の種々の収穫機、田植機、トラクタなどの圃場作業車にも適用できる。さらには、芝刈機や建機などにも適用可能である。
The present invention is applicable not only to a normal type combine but also to a self-removing type combine.
It can also be applied to various harvesters such as corn harvesters, potato harvesters, carrot harvesters and sugar cane harvesters, and field work vehicles such as rice transplanters and tractors. Furthermore, it can be applied to lawn mowers and construction machines.
10 走行車体(作業車)
55 自車位置算出部(基準点算出部)
56 車体方位算出部
57 位置ずれ量算出部
58 方位ずれ量算出部
59 基準直線算出部
509 ずれ判定部
510 操舵制御部
BL 基準直線
C 旋回円
CL 車体中心線(車体方位)
P 中心
PL 方位基準線
VP 旋回基準点(基準点)
δ 位置ずれ量
θ 方位ずれ量
10 Traveling vehicle (working vehicle)
55 Own vehicle position calculation unit (reference point calculation unit)
56 Body
P center PL directional reference line VP turning reference point (reference point)
δ Positional deviation θ Directional deviation
Claims (16)
前記作業車における基準点の位置を算出する基準点算出部と、
前記旋回円の中心と前記基準点とを通る直線を基準直線として算出する基準直線算出部と、
前記作業車の車体の向きを示す車体方位を算出する車体方位算出部と、
前記基準点を通り前記基準直線に垂直な線と前記車体方位との交差角を方位ずれ量として算出する方位ずれ量算出部と、
前記基準点と前記旋回円の外周との位置関係を判定するずれ方向判定部と、
前記基準点が前記旋回円の外周より内側に位置する場合、前記方位ずれ量が小さくなる操舵量を出力する操舵制御部とを備える自動操舵システム。 It is an automatic steering system that automatically drives the work vehicle along the set turning circle.
A reference point calculation unit that calculates the position of the reference point in the work vehicle,
A reference straight line calculation unit that calculates a straight line passing through the center of the turning circle and the reference point as a reference straight line.
A vehicle body orientation calculation unit that calculates a vehicle body orientation indicating the orientation of the vehicle body of the work vehicle, and a vehicle body orientation calculation unit.
An orientation deviation amount calculation unit that calculates the intersection angle between the line passing through the reference point and perpendicular to the reference straight line and the vehicle body orientation as the orientation deviation amount.
A deviation direction determination unit that determines the positional relationship between the reference point and the outer circumference of the turning circle, and
An automatic steering system including a steering control unit that outputs a steering amount that reduces the directional deviation amount when the reference point is located inside the outer circumference of the turning circle.
前記基準点が前記旋回円の外周より外側に位置する場合、前記操舵制御部は、前記位置ずれ量と前記方位ずれ量とが小さくなる操舵量を出力する請求項1または2に記載の自動操舵システム。 It is provided with a misalignment amount calculation unit that calculates the distance from the intersection of the reference straight line and the swivel circle to the reference point as the misalignment amount.
The automatic steering according to claim 1 or 2, wherein when the reference point is located outside the outer circumference of the turning circle, the steering control unit outputs a steering amount in which the misalignment amount and the azimuth deviation amount are small. system.
前記作業車における基準点の位置を算出する工程と、
前記旋回円の中心と前記基準点とを通る直線を基準直線として算出する工程と、
前記作業車の車体の向きを示す車体方位を算出する工程と、
前記基準点を通り前記基準直線に垂直な線と前記車体方位との交差角を方位ずれ量として算出する工程と、
前記基準点と前記旋回円の外周との位置関係を判定する工程と、
前記基準点が前記旋回円の外周より内側に位置する場合、前記方位ずれ量が小さくなる操舵量を出力する工程とを備える自動操舵方法。 It is an automatic steering method that automatically drives the work vehicle along the set turning circle.
The process of calculating the position of the reference point in the work vehicle and
A process of calculating a straight line passing through the center of the turning circle and the reference point as a reference straight line, and
The process of calculating the vehicle body orientation indicating the orientation of the vehicle body of the work vehicle, and
The process of calculating the intersection angle between the line passing through the reference point and perpendicular to the reference straight line and the vehicle body azimuth as the directional deviation amount, and
The step of determining the positional relationship between the reference point and the outer circumference of the turning circle, and
An automatic steering method including a step of outputting a steering amount in which the directional deviation amount becomes smaller when the reference point is located inside the outer circumference of the turning circle.
前記基準点が前記旋回円の外周より外側に位置する場合、出力される前記操舵量は、前記位置ずれ量と前記方位ずれ量とが小さくなる操舵量である請求項9または10に記載の自動操舵方法。 A step of calculating the distance from the intersection of the reference straight line and the turning circle to the reference point as the amount of misalignment is provided.
The automatic according to claim 9 or 10, wherein when the reference point is located outside the outer circumference of the turning circle, the output steering amount is a steering amount in which the misalignment amount and the azimuth deviation amount are small. Steering method.
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