JP7357444B2 - 収穫機 - Google Patents

Description

本発明は、自動運転と手動運転とが可能な収穫機に関する。

特許文献１には、設定経路に沿って自動走行する自動走行モードと、人為的操作に応じて走行する手動走行モードと、自動走行モードから手動走行モードへの遷移モードである手動走行準備モードと、手動走行モードから自動走行モードへの遷移モードである自動走行準備モードとを備えるトラクタが開示されている。自動走行での圃場作業を行うためには、手動操作でトラクタは圃場内の作業開始位置に移動される。そこで自動走行開始条件が満たされていると自動走行準備モードに移行し、自動走行に必要なデータがすべて揃っていると、自動走行モードに移行し、自動走行が開始される。自動走行開始条件は、設定速度以下の車速、中立状態の前後進切換レバー、非操作状態のクラッチペダル、非操作状態のブレーキペダル、非操作状態のパーキングレバー、低速位置の副変速レバー、設定回転数以上のエンジン回転数、直進位置のステアリングハンドル、正常なバッテリ電圧、正常な油圧、正常な冷却水温度である。自動走行に必要なデータには、走行経路データや作業データやＧＰＳからの位置データやジャイロセンサと方位センサからのデータが含まれている。

特許文献２には、自車位置と目標走行経路とに基づいて自動走行を実行する自動走行制御部と、手動操作される走行操作ユニットからの操作信号に基づいて手動走行を実行する手動走行制御部とを備えたトラクタが開示されている。このトラクタでは、手動走行においてトラクタが停車した場合、前後進操作具の中立状態の検出、ＰＴＯ駆動操作具のＯＦＦ状態の検出、自動走行可能状態の確認、自動走行用信号のＯＮ状態の検出、及び自動走行を要求する自動走行要求信号の存在、などを条件として手動走行から自動走行への移行が推定される。さらに、自車位置検出モジュールからの自車位置に関する信号（ＧＰＳ信号など）も入力されている状態で、トラクタに備えられたスイッチやボタンなどの走行操作ユニットに対する操作によって生成される自動走行要求信号が入力されると、車両の自動走行が開始される。

特開２０１４－１８０８９４号公報 特開２０１６－１６８８８３号公報

特許文献１及び特許文献２に開示されている自動走行可能なトラクタでは、自動走行を開始しようとする位置で停車し、車両機器の状態が手動走行から自動走行に移行するために条件が整っていること、及びＧＰＳ等からの位置データが取得されていることを条件として、自動走行が開始される。自動走行では、取得された位置データに基づいて算出されるトラクタの中心（制御基準点）が、予め算出された走行経路上にくるように、自動操舵される。その際、自動走行を開始しようとする停車位置において、メモリ上に展開されている走行経路を、停車状態の自車位置に基づいて、捕捉する必要がある。道路を走行する自動車では、一本線の走行経路という目標走行経路ではなく、道路幅を有する経路が目標走行経路となるので、自動走行の目標となる走行経路が捕捉できないという問題は実質的に生じない。しかしながら、収穫機などの農作業車では、圃場に形成された特定の条に沿って自動走行する必要があるので、走行経路の捕捉は重要となる。停車位置が不適切な場合、これから自動走行を行うための目標となる走行経路を捕捉できないか、あるいは捕捉するまでの演算時間が長くなり、自動走行が開始できないという問題が生じる。自動走行のために算定される走行経路が一筆書きのように１本でない場合には、複数の走行経路を捕捉するという問題や間違った走行経路を捕捉する問題が生じる。このような走行経路の捕捉エラーが発生すると、自動走行に移行する条件が満たされることで自動走行が開始されようとしても、自動走行のための目標が見つからず、自動操舵ができず、停車したままとなる。このことは、運転者や監視者を不安にさせる。
このような実情から、上述した問題を解消して、手動走行から自動走行への移行が、スムーズに行われる収穫機が要望されている。

本発明による、自動運転と手動運転とが可能な収穫機は、手動操作信号に基づいて前記手動走行を行う手動走行制御部と、前記手動走行での周囲刈り走行によって圃場の内周側に形成された圃場の既作業領域である外周領域の内側の領域である未作業領域に対して自動走行用の走行経路を算出する経路算出部と、自車位置と前記走行経路との間の方位ずれ及び位置ずれを解消するように、前記自動走行を行う自動走行制御部と、自動走行許可条件に基づいて前記自動走行の許否を判定し、この判定結果が許可である場合、自動走行開始指令を前記自動走行制御部に与える自動走行管理部とを備えている。さらに、前記自動走行許可条件には、自動走行開始点に自車が位置していることが含まれ、前記自動走行開始点は、前記走行経路から選択される自動走行開始走行経路を捕捉でき、前記自動走行開始走行経路と前記自車位置との間の方位ずれ及び位置ずれを算出可能であるように、算出されたものである。

前もって算出された走行経路に自車位置を合わせるように自動操舵する自動走行では、自動走行プログラムが、自車位置の近くに設定されている走行経路を捕捉し、自動走行の目標となる走行経路を確定する必要がある。この構成では、自動走行を開始する際に用いられる走行経路（自動走行開始走行経路）が捕捉されていることが、自動走行許可条件の１つとなっている。このため、自動走行が許可された場合+には、プログラム的に自動操舵の目標となるべき走行経路が捕捉されており、自動操舵に必要な走行経路と自車位置との間のずれ（位置ずれや方位ずれ）が算出可能となっている。これにより、従来のように、収穫機に搭載されている種々の機器が自動走行のために適した状態であり、自車位置も算出され、自動走行への移行が許可されているにもかかわらず、プログラム的に自動操舵の目標となるべき走行経路を見つけられないために、自動走行が開始されず、運転者や監視者が不安となるという問題は回避される。

衛星測位ユニットからの位置情報に基づいて算出された自車位置において走行経路が捕捉されたとしても、当該自車位置の精度が悪い場合、誤った走行経路、つまり自動走行開始するために不適当な走行経路を捕捉している可能性が高くなる。衛星測位ユニットからの位置情報に基づいて算出される自車位置は、自車位置の算出に用いている衛星の数などにより、精度レベルが変動する。このため、衛星測位ユニットの精度が、誤った走行経路の捕捉ミスが生じない程度の自車位置を算出できるレベルにあることが要求される。このことから、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記自車位置を算出するために用いられる位置情報を出力する衛星測位ユニットが備えられている場合、前記自動走行許可条件に、前記衛星測位ユニットの精度が所定レベルを超えていることが含まれている。

自動走行中において、自車位置の精度が悪くなると、つまり衛星測位ユニットの精度低下が生じると、走行経路と機体とのずれが大きくなる。収穫機の場合、収穫物の植付ラインである条に合わせた収穫が、良好な収穫効率のためにも重要であり、条から大きくずれるような走行は回避しなければならない。このことから、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記自車位置を算出するために用いられる位置情報を出力する衛星測位ユニットの精度が所定レベルに低下すると、前記自動走行が解除される。衛星測位ユニットの精度低下のために自動走行が解除されても、手動走行によって収穫作業を続行することができる。

収穫機が、走行に伴って収穫される収穫物をタンクに一時的に蓄積するコンバインなどの場合、タンクが満杯になれば、圃場周辺に待機している運搬車に排出する必要がある。このため、自動走行中にタンクが満杯になれば、収穫物を排出するための排出停車位置に向かうことになる。このような排出停車位置への走行も自動走行に含まれる場合、排出停車位置を自動走行の制御系に設定してなければ、タンクが満杯になった際の排出停車位置への自動走行が不可能となり、収穫機は立ち往生する。これを回避するために、本発明の好適な実施形態の１つでは、収穫された収穫物を排出するための排出停車位置を設定する排出位置設定部が備えられ、前記自動走行許可条件に、前記排出停車位置が設定されていることが含まれている。好適な排出停車位置は、畔などの圃場境界に近くで、周囲刈り走行により既刈領域となり、収穫機が作業途中において、自由に向かうことができる場所である。ただし、排出停車位置において、正確な位置決め走行を行うために必要なスペースが確保できることが望ましいので、圃場のコーナ部は適切ではない。このことから、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記排出停車位置は、前記周囲刈り走行によって前記圃場の外周側に形成される外周領域で、かつ前記外周領域のコーナ部以外の場所に設定される。

自動走行の開始時の走行経路となる自動走行開始走行経路を捕捉できる位置である自動走行開始点まで、収穫機は手動走行する必要がる。この自動走行開始点は、自動走行開始走行経路に近いことが好ましい。自動走行開始走行経路は、自動走行の開始前に未作業領域に対して算出された走行経路の１つであり、走行経路を順次走破していくための最適となる最初に選択される走行経路である。収穫機の場合、未作業領域を走行経路に沿って走破する好都合な走行パターンとして、従来から複数の平行な走行経路をＵターンによってつないで走行する往復走行パターンと未作業領域の外縁に沿って渦巻き状に走行する渦巻き走行パターンとが知られている。この２つの走行パターンにおいて、自動走行を開始する位置は共通していても、走行開始する機体方位は異なることは少なくない。このことから、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記自動走行における走行パターンには、複数の平行な前記走行経路をＵターンによってつないで走行する往復走行パターンと、前記未作業領域の外縁に沿って渦巻き状に走行する渦巻き走行パターンとが含まれており、前記自動走行開始点は、前記走行パターンに応じて異なるアルゴリズムで算出される。

自動走行許可条件が満たされると、自動走行の制御系は自動走行許可状態となり、自動走行開始指令が入力されるのを待つ。自動走行開始指令は、運転者または監視者の操作に基づいて生成される。手動走行では、運転者が変速レバーを中立位置から前進変速位置に操作することにより機体が動き出す。したがって、自動走行において機体を動き出させるための自動走行開始指令も、同様な操作で生成されると、手動操作と自動操作との間での違いがなくなり好都合である。このことから、本発明の好適な実施形態の１つでは、自動走行開始指令は、変速レバーの中立位置から前進変速位置への変位をトリガーとして前記自動走行制御部に与えられる。

また、コンバインのような収穫機の運転操作では、変速レバーが機体の前進速度と後進速度を決定するだけでなく、変速レバーはブレーキレバーの役割も果たす。これは、圃場の走行抵抗が大きいことから、変速レバーを中立位置に戻すと、機体が停止するからである。このことから、自動走行においても、変速レバーに同様な機能を与えると好都合である。特に自動走行においては、走行方向への見通しが悪くなる後進走行では緊急停止が必要である。このことから、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記自動走行での後進時に変速レバーが変位されると、停車し、かつ前記自動走行が解除され、前記自動走行での前記前進時に前記変速レバーが停車位置に変位されると、停車するが、必ずしも自動走行は解除させずに、その状態で、自動走行での発信を待つ。収穫機の圃場走行では、必ずしも中立位置で機体が停止するわけではなく、中立位置付近での変速位置においても機体が停止することも少なくない。このことを考慮して、ここでは、そのような機体が停止する変速位置を停車位置と定義しており、停車位置は中立位置を含む変速レバーの操作範囲を意味している。前進時には、自動運転中においても、圃場のチェックや収穫物のチェックのために一時的に停車することが少なくないからである。このため、前進時に変速レバーを用いて停車させても、自動走行状態は維持されていたほうが、自動走行への復帰が迅速となるので、好ましいのである。

運転者や監視者による不測の操作により手動走行から自動走行に移行すると、運転者や監視者は不意をつかれて驚くことになる。この問題を避けるためには、運転者や管理者が明確な意図をもって、自動走行を要求する信号を出力する操作が手動で行われるとよい。このため、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記自動走行許可条件に、自動走行許可操作具の操作が含まれており、前記自動走行許可操作具は複数の操作部を有し、前記手動走行において、複数の前記操作部に対する操作によって前記自動走行を要求する信号が出力され、前記自動走行において、少なくとも１つの前記操作部に対する操作によって前記自動走行が解除される。この構成では、自動走行を開始するには、自動走行を要求する信号が出力されるように複数の操作部に対して操作しなければならないので、不測に自動走行開始されることが回避される。

収穫機には、作業走行、特に自動での作業走行に不適切な機体状態、例えば、機体の傾斜、エンジンの不調、制御系の不調など、が突発的に生じることがある。そのような機体状態での自動走行は避けなければならない。このため、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記自動走行許可条件に、特定の機体状態が含まれており、前記自動走行において、前記機体状態の少なくとも１つに異常が発生した場合には前記自動走行が解除される。

収穫機の一例としての普通型のコンバインの側面図である。 コンバインの周囲刈り走行を示す説明図である。 Ｕターンでつながれた往復走行を繰り返す走行パターンを示す説明図である。 渦巻き状に中心に向かって走行する走行パターンを示す説明図である。 コンバインの制御系の構成を示す機能ブロック図である。 汎用端末の平面図である。 走行経路の捕捉を説明する説明図である。 往復走行パターンにおける走行経路と自動走行開始点との関係を示す説明図である。 渦巻き走行パターンにおける走行経路と自動走行開始点との関係を示す説明図である。 渦巻き走行パターンにおける２７０°旋回を示す説明図である。

次に、本発明による、自動運転と手動運転とが可能な収穫機の一例として、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)は機体前後方向（走行方向）に関して前方を意味し、「後」(図１に示す矢印Ｂの方向)は機体前後方向（走行方向）に関して後方を意味する。また、左右方向または横方向は、機体前後方向に直交する機体横断方向（機体幅方向）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、機体１０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。

図１に示すように、このコンバインは、機体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１５、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。

走行装置１１は、機体１０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。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、機体１０の上部を構成している。運転部１２には、コンバインを運転する運転者及びコンバインの作業を監視する監視者が搭乗可能である。なお、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。

穀粒排出装置１８は、穀粒タンク１４の上側に設けられている。また、自車位置検出モジュール８０は、運転部１２の上面に取り付けられている。

収穫部１５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１５の後側に設けられている。また、収穫部１５は、切断機構１５ａ及びリール１５ｂを有している。切断機構１５ａは、圃場の植立穀稈を刈り取る。また、リール１５ｂ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１５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１５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。

切断機構１５ａによって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、必要に応じて、穀粒排出装置１８によって機外に排出される。

また、運転部１２には、汎用端末４が配置されている。本実施形態において、汎用端末４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、汎用端末４は、運転部１２に対して着脱可能に構成されていても良いし、汎用端末４は、コンバインの機外に配置させても良い。

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、衛星測位ユニット８１と慣性航法ユニット８２とが含まれている。衛星測位ユニット８１は、人工衛星ＧＳから送信される位置情報である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。慣性航法ユニット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。慣性航法ユニット８２は、衛星測位ユニット８１による自車位置算出を補完するために用いられる。慣性航法ユニット８２は、衛星測位ユニット８１とは別の場所に配置してもよい。

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。

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走行しながら収穫を行う。この周回走行は、周囲刈り走行と呼ばれる。周囲刈り走行により既刈領域（既作業領域）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の内周側に未刈地（未作業地）のまま残された未作業領域は、作業対象領域ＣＡとして設定される。この実施形態では、作業対象領域ＣＡが四角形となるように、周囲刈り走行が行われる。もちろん、三角形や五角形の作業対象領域ＣＡが採用されてもよい。

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３～４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。

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、穀粒の排出停車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。

なお、図２に示す運搬車ＣＶは、コンバインが穀粒排出装置１８から排出した穀粒を収集し、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。

作業対象領域ＣＡの形状を示す内側マップデータが作成されると、四角形である作業対象領域ＣＡの各辺に平行で、作業幅とオーバーラップとを考慮した間隔で、経路要素が算出される。この経路要素に基づいて自動走行用の走行経路が算出される。作業対象領域ＣＡを網羅するようにコンバインを自動走行させる走行経路は、走行パターンによって異なる。コンバインで主に用いられる走行パターンは、複数の平行な走行経路をＵターンによってつないで走行する往復走行パターン（図３に示されている）と、作業対象領域ＣＡの外縁に沿って渦巻き状に走行する渦巻き走行パターン（図４に示されている）である。

図３に示されている往復走行パターンでは、コンバインは、作業対象領域ＣＡの一辺に平行な走行経路をＵターン旋回走行によってつなぎながら、走行する。Ｕターン旋回走行には、１つ以上の走行経路をまたぐノーマルＵターンと、隣接する走行経路をつなぐスイッチバックターンがある。ノーマルＵターンは、２つの前進９０度旋回と直進とを含む１８０度旋回であり、直進が省略される場合もある。スイッチバックターンは、前進９０度旋回と後進と前進９０度旋回を用いた１８０度方向転換である。

図４に示されている渦巻き走行パターンでは、コンバインは、作業対象領域ＣＡの外形に類似する走行経路での周回走行を中心に向けて渦巻きのように行う。各周回走行におけるコーナでの旋回には、直進と後進旋回と前進旋回とを用いた、アルファターンと呼ばれる旋回が用いられる。なお、作業途中において、渦巻き走行から直線往復走行、または直線往復走行から渦巻き走行に変更することも可能である。

図５に、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、車載ＬＡＮを介して接続された多数のＥＣＵと呼ばれる電子制御ユニットから構成される制御装置５、及び制御装置５と信号通信やデータ通信を行う各種入出力機器から構成されている。

制御装置５は、入出力インタフェースとして、出力処理部５８と入力処理部５７とを備えている。出力処理部５８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、エンジン機器、変速機器、制動機器、操舵機器などが含まれている。作業機器群７２には、収穫部１５、脱穀装置１３、搬送装置１６、穀粒排出装置１８における制御機器が含まれている。

入力処理部５７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、車速センサ、エンジン回転数センサ、駐車ブレーキ検出センサ、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（図１に示す、収穫部１５、脱穀装置１３、搬送装置１６、穀粒排出装置１８など）の駆動状態や姿勢を検出するセンサ、及び穀稈や穀粒の状態を検出するセンサが含まれている。

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装置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、走行操作ユニット９０には、変速レバーとしての主変速レバー９１、操舵レバー９２、モード切替スイッチ９３として構成されたモード操作具、自動走行許可操作具９４、などが含まれている。モード切替スイッチ９３は、自動運転と手動運転とを切り替えるための指令を制御装置５に送り出す機能を有する。自動走行許可操作具９４は、運転者による操作（自動走行許可条件の１つ）を通じて、自動走行許可信号を出力する。この実施形態では、自動走行許可操作具９４は２つの操作部として２つのボタンスイッチから構成されており、第１ボタン(第１の操作器)と第２ボタン（第２の操作器）とを同時に操作しないと自動走行許可信号が出力されず、自動走行許可条件が満たされない。

報知デバイス６２は、運転者等に作業状態や走行状態に関する警告を報知するためのデバイスであり、ブザーやランプなどである。なお、汎用端末４もタッチパネル４０での表示を通じて運転者等に作業状態や走行状態や種々の情報を報知するデバイスとして機能する。

この制御装置５は、さらに車載ＬＡＮを通じて汎用端末４とも接続している。汎用端末４はタッチパネル４０を備えたタブレットコンピュータである。汎用端末４は、経路算出部４１、作業走行管理部４２、入出力制御部４３を有する。入出力制御部４３には、タッチパネル４０を用いてグラフィックインターフェースを構築する機能、及び、遠隔地の管理コンピュータ１００とも、無線回線やインターネットを通じて、データ交換する機能も備えている。この実施形態では、図６に示すように、汎用端末４の右側に、モード切替スイッチ９３及び自動走行許可操作具９４が取り付けられている。

図５に示すように、作業走行管理部４２は、走行軌跡算出部４２１と作業領域決定部４２２と排出位置設定部４２３を備えている。走行軌跡算出部４２１は、制御装置５から与えられた自車位置に基づいて走行軌跡を算出する。作業領域決定部４２２は、図２に示すように、コンバインが圃場の外周領域ＳＡを何周か手動走行することで得られた走行軌跡に基づいて、圃場を外周領域ＳＡと作業対象領域ＣＡとに区分けする。外周領域ＳＡの最外線によって圃場の畔との境界線が算出され、外周領域ＳＡの最内線によって、自動走行が行われる未作業領域（作業対象領域ＣＡの形状）が算出される。排出位置設定部４２３は、穀粒タンク１４が満杯になった場合、穀粒タンク１４の穀粒を穀粒排出装置１８によって運搬車ＣＶに排出する際のコンバインの排出停車位置を設定する。排出停車位置は、周囲刈り走行によって圃場の外周側に形成される外周領域ＳＡで、かつ多角形状の外周領域ＳＡのコーナ部以外の場所に設定されるように制限されている。

経路算出部４１は、作業領域決定部４２２によって決定された未作業領域に対して自動走行用の走行経路を算出する。なお、未作業領域を自動走行するための走行パターン（往復走行パターンまたは渦巻き走行パターン）は、タッチパネル４０を通じて入力しておく。外周領域ＳＡの手動走行が終了したことを、運転者が入力することで、選択された経路パターンでの経路算出が自動的に行われる。

制御装置５には、自車位置算出部５０、走行制御部５１、作業制御部５２が備えられている。自車位置算出部５０は、衛星測位ユニット８１から逐次送られてくる測位データに基づいて、自車位置を地図座標（または圃場座標）の形式で算出する。自車位置算出部５０は、慣性航法ユニット８２からの位置ベクトルと走行距離とを用いて自車位置を算出することもできる。自車位置算出部５０は、衛星測位ユニット８１及び慣性航法ユニット８２からの信号を組み合わせて自車位置を算出することも可能である。さらに、自車位置算出部５０は、衛星測位ユニット８１からの測位データから衛星測位ユニット８１の精度レベルを取得することができる。この精度レベルは、測位データの生成のために用いている衛星の個数や衛星電波の強度等から決定される。精度レベルが所定レベル以下になれば、信頼できる自車位置の算出が不可能となるので、自動走行が不可能となる。

報知部５６は、制御装置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。

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に走行制御信号を与える。作業制御部５２は、収穫作業装置の動きを制御するために、作業機器群７２に作業制御信号を与える。

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、手動走行制御部５１１、自動走行制御部５１２、走行経路設定部５１３、自動走行管理部５１４が含まれている。

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、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。自動操舵に関する制御信号は、走行経路設定部５１３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５０によって算出された自車位置との間の方位ずれ及び位置ずれを解消するように生成される。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。

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操作信号が手動走行制御部５１１に送られると、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、経路算出部４１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のために利用することができる。

自動走行管理部５１４は、モード切替スイッチ９３により走行モードが自動走行モードに切り替えられている場合、予め設定されている自動走行許可条件に基づいて自動走行の許否を判定し、この判定結果が許可である場合、自動走行開始指令を自動走行制御部５１２に与える。

この実施形態で設定されている機体状態に関する自動走行許可条件を以下に列挙する。
（１）測位データ関係（１－１）衛星測位ユニット８１からの位置情報に含まれている測位データの精度が所定レベルを超えている。
（１－２）衛星測位ユニット８１がＲＴＫ（リアルタイムキネマティック）ＧＰＳを用いているので基地局が所定位置の１０ｍ以内に位置している。

（２）車両状態関係（２－１）運転部１２を覆っているキャビンの出入りドアが閉鎖している。
（２－２）シートベルトが装着されている。
（２－３）穀粒排出装置１８が収納位置で保持されている。
（２－４）給油中でない。
（２－５）動作機器７０の微調節データが設定されている。
（２－６）主変速レバー９１及び操舵レバー９２が中立位置である。
（２－７）刈取り脱穀レバーが停止位置である。
（２－８）駐車ブレーキが解除されている。
（２－９）機体１０の傾斜が所定範囲内である。
（２－１０）収穫物の搬送系で詰まりが発生していない。
（２－１１）穀粒タンク１４が満杯になっていない。

（３）制御関係（３－１）ＥＣＵ異常が発生していない。
（３－２）車載ＬＡＮに通信異常が発生していない。
（３－３）排出位置設定部４２３に排出停車位置が設定されている。

（４）走行経路関係（４－１）未作業領域である作業対象領域ＣＡの地図情報が作成され、作業対象領域ＣＡを自動走行するための走行経路が算出されている。
（４－２）走行経路設定部５１３によって選択された自動走行を開始する際に用いられる走行経路（自動走行開始走行経路）が、現時点の自車位置において捕捉されていること、言い換えると、コンバインが自動走行開始走行経路を捕捉できる自動走行開始点に位置している。

図７を用いて、走行経路を捕捉するということを模式的に説明する。図７には、コンバインと走行経路と経路探索ゾーンが模式的に示されている。図中、ＣＰはコンバインの基準点であり、自車位置算出部５０で算出される自車位置は、この基準点の座標位置である。自動走行開始走行経路はＬｓで示されており、他の走行経路はＬで示されている。図中で薄く塗りつぶされている経路探索ゾーンは、この例では、自車位置を中心として進行方向に広がる中心角が約４５°の扇形である。このことから、自動走行を開始する際に用いられる走行経路が自車位置において捕捉されているという自動走行許可条件は、経路探索ゾーン内に自動走行開始走行経路が見つけ出していれば、成立する。走行経路が算出され、走行パターンが選択されると、自動走行開始点が算出される。その際、自動走行開始点は、自動走行開始点付近にコンバインが位置すると、経路探索ゾーン内で当該自動走行開始走行経路が捕捉されるように、算出される。

自動走行開始点は、選択されている走行パターンによって異なるアルゴリズムで算出される。往復走行パターンでは、図８で示すように、作業対象領域ＣＡを網羅する複数の走行経路（図８では符号Ｌ１・・・Ｌ１３が付与されている）のうちのいずれかの走行経路の端部に近い外周領域ＳＡに設定可能である（図８では矢印で示されている）。しかしながら、基本的には、作業効率を考慮して、現在のコンバインの自車位置に近い、一番外側の走行経路Ｌ１が、自動走行開始走行経路Ｌｓとして設定される。ただし、作業対象領域ＣＡが広大な場合、中割り走行と称する作業対象領域ＣＡを２つに分割する走行経路が自動走行開始走行経路Ｌｓとして設定される。自動走行開始走行経路Ｌｓ以降の目標となる走行経路は、コンバインの１８０度Ｕターンに必要な距離を考慮して設定される。

渦巻き走行パターンでは、図９に示すように、一番外側の渦巻き走行経路（図９ではＬ１・・・Ｌ４が付与されている）のいずれかのコーナに近い外周領域ＳＡに自動走行開始点を設定可能である。図９の例においても、作業効率を考慮して、現在のコンバインの自車位置に一番近いコーナにおける反時計回りとなる走行経路Ｌ１が自動走行開始走行経路Ｌｓとして設定される。

すべての自動運転許可条件が成立すると、自動運転許可状態であることが報知される。自動運転許可状態では、コンバインは停車しているが、自動運転状態となっている。自動走行許可操作具９４を構成する第１ボタン及び第２ボタンはランプ機能を有しており、自動運転許可状態において、点灯する。なお、この第１ボタン及び第２ボタンは、コンバインが自動走行開始走行経路を捕捉できる自動走行開始点に達した状態で、速い点滅を繰り返している。第１ボタン及び第２ボタンが押され、すべての自動運転許可条件が成立すれば、点滅が点灯に変化する。この自動運転許可状態（コンバインは停止しているが、自動走行状態は維持されている）において、運転者が主変速レバー９１を中立位置から前進変速位置へ変位させると、この変位がトリガーとなって、走行開始指令が自動走行制御部５１２に与えられ、コンバインは自動走行開始走行経路に沿った自動走行を開始する。

自動走行中に上述した自動走行許可条件が成立しなくなれば、自動走行が中止される。
以下に、自動運転が中止される自動運転中止条件を以下に列挙する。
（１）測位データ関係（１－１）測位データの精度が所定レベル以下に低下。

（２）車両状態関係（２－１）キャビンの出入りドアが開放される。
（２－２）所定時間を超えて、シートベルトの装着が外れる。
（２－３）穀粒排出装置１８が作動する。
（２－４）許容範囲を超えるスリップが発生する。
（２－５）操舵レバー９２が操作される。
（２－６）前進走行中に主変速レバー９１が停車位置へ操作されるか、または、後進走行中に主変速レバー９１が操作される。
（２－７）刈取り脱穀レバーが操作される。
（２－８）駐車ブレーキが作動される。
（２－９）機体傾斜が所定範囲を超える。
（２－１０）収穫物の搬送系で詰まりが発生する。

（３）制御関係（３－１）ＥＣＵに異常が発生する。
（３－２）車載ＬＡＮに通信異常が発生する。
（３－３）モード切替スイッチ９３が手動走行モードに切り替えられる。
（３－４）自動走行許可操作具９４の第１ボタンと第２ボタンの少なくともどちらか１つが操作される。

（４）走行経路関係（４－１）走行経路の捕捉不能が所定時間以上続く。

汎用端末４のタッチパネル４０は、入出力可能なグラフィックインターフェースとしての機能を有するので、種々の入力操作が可能である。しかしながら、走行中の操作は安全上の問題がある。ただし、タッチパネル４０には、圃場におけるコンバインの位置、走行目標となっている走行経路と自車位置との関係、など、走行中においても確認したい情報が表示されている。このため、走行中においても、タッチパネル４０の画面拡大、画面縮小、現在地表示だけは操作可能となっている。

渦巻き走行パターンでは、図４に示すように、迅速でかつスペースを取らない方向転換として、直進と後進旋回と前進旋回とを用いた、アルファターンが用いられる。そのようなコーナでの方向転換のためのスペースとして既刈領域である外周領域ＳＡが用いられるが、渦巻き走行パターンでの作業走行が進行するにつれて外周領域ＳＡが大きくなり、方向転換に用いることができるスペースも大きくなる。このように外周領域ＳＡが大きくなった場合、左回り渦巻き走行において、図１０で示すような、右回り２７０°旋回を行うことで次の走行経路に移行することも可能である。この２７０°旋回は、アルファターンに比べ、後進が不要となり、前進のみの旋回となるので、自動操舵制御が簡単となる利点がある。

汎用端末４とデータ交換可能な管理コンピュータ１００には、データベース機能を有する農作業管理部１０１が構築されている。農作業管理部１０１は、圃場毎の毎年の農作業情報を格納管理している。農作業情報には、圃場の地図情報や圃場周辺の農道の地図情報、圃場に対して実施された農作業の種類及び方法、などが含まれている。例えば、コンバインによる収穫作業に関する農作業情報として、周囲刈りの周回数、採用された走行パターン、穀粒タンク１４に蓄積された穀粒を運搬車ＣＶに排出する際の圃場内停車位置である排出停車位置、走行経路、走行軌跡、収量マップなどが格納管理される。収穫作業毎に格納されるこれらの農作業情報は、次に収穫作業やその他の農作業に利用される。例えば、収穫作業を行う際に、前回の収穫作業における走行パターンや、排出停車位置などを初期値として利用すれば、初期設定の手間が削減される。

〔別実施の形態〕
（１）上述した実施形態で示された、自動走行許可条件及び自動運転中止条件は、一例であり、本発明を特徴づけている、自動走行開始走行経路を捕捉できる自動走行開始点に自車が位置しているという条件以外の各条件の取捨選択は自由である。

（２）図５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。例えば、汎用端末４に構築された機能部を、制御装置５に組み込んでもよい。

（３）上述の実施形態においては、運転者は、コンバインを手動運転し、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い、その後、走行経路を算出して、自動運転に切り替える。しかしながら、本発明はこれに限定されず、最初に周回走行のための走行経路も算出され、コンバインが自動運転され、特別な事態が発生した際に、手動運転に切り替えられる運転方法でもよい。また、直線状またはほぼ直線状の走行経路は自動運転され、方向転換など急旋回を伴うような走行経路は、手動運転される運転方法でもよい。その際の、手動運転から自動運転への移行においても、上述した自動走行許可条件が適用される。

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利用可能である。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にも利用できる。

４ ：汎用端末
４０ ：タッチパネル
４１ ：経路算出部
４２ ：作業走行管理部
４２１ ：走行軌跡算出部
４２２ ：作業領域決定部
４２３ ：排出位置設定部
４３ ：入出力制御部
５ ：制御装置
５０ ：自車位置算出部
５１ ：走行制御部
５１１ ：手動走行制御部
５１２ ：自動走行制御部
５１３ ：走行経路設定部
５１４ ：自動走行管理部
５２ ：作業制御部
５６ ：報知部
８０ ：自車位置検出モジュール
８１ ：衛星測位ユニット
８２ ：慣性航法ユニット
９０ ：走行操作ユニット
９１ ：主変速レバー
９３ ：モード切替スイッチ
９４ ：自動走行許可操作具
１００ ：管理コンピュータ
１０１ ：農作業管理部
ＣＡ ：作業対象領域
ＳＡ ：外周領域

Claims (10)

1. 自動走行と手動走行とが可能な収穫機であって、
   手動操作信号に基づいて前記手動走行を行う手動走行制御部と、
   前記手動走行での周囲刈り走行によって圃場の内周側に形成された未作業領域に対して自動走行用の走行経路を算出する経路算出部と、
   自車位置と前記走行経路との間の方位ずれ及び位置ずれを解消するように、前記自動走行を行う自動走行制御部と、
   自動走行許可条件に基づいて前記自動走行の許否を判定し、この判定結果が許可である場合、自動走行開始指令を前記自動走行制御部に与える自動走行管理部と、を備え、
   前記自動走行許可条件に、自動走行開始点に自車が位置していることが含まれ、
   前記自動走行開始点は、前記走行経路から選択される自動走行開始走行経路を捕捉でき、前記自動走行開始走行経路と前記自車位置との間の方位ずれ及び位置ずれを算出可能であるように、算出されたものである収穫機。
2. 前記自車位置を算出するために用いられる位置情報を出力する衛星測位ユニットが備えられ、
   前記自動走行許可条件に、前記衛星測位ユニットの精度が所定レベルを超えていることが含まれている請求項１に記載の収穫機。
3. 前記衛星測位ユニットの精度が所定レベルに低下すると、前記自動走行が解除される請求項２に記載の収穫機。
4. 収穫された収穫物を排出するための排出停車位置を設定する排出位置設定部が備えられ、
   前記自動走行許可条件に、前記排出停車位置が設定されていることが含まれている請求項１から３のいずれか一項に記載の収穫機。
5. 前記排出停車位置は、前記周囲刈り走行によって前記圃場の外周側に形成される外周領域で、かつ前記外周領域のコーナ部以外の場所に設定される請求項４に記載の収穫機。
6. 前記自動走行における走行パターンには、複数の平行な前記走行経路をＵターンによってつないで走行する往復走行パターンと、前記未作業領域の外縁に沿って渦巻き状に走行する渦巻き走行パターンとが含まれており、
   前記自動走行開始点は、前記走行パターンに応じて異なるアルゴリズムで算出される請求項１から５のいずれか一項に記載の収穫機。
7. 前記自動走行開始指令は、変速レバーの中立位置から前進変速位置への変位をトリガーとして前記自動走行制御部に与えられる請求項１から６のいずれか一項に記載の収穫機。
8. 前記自動走行での後進時に変速レバーが変位されると、停車し、かつ前記自動走行が解除され、
   前記自動走行での前進時に前記変速レバーが停車位置に変位されると、停車する請求項１から７のいずれか一項に記載の収穫機。
9. 前記自動走行許可条件に、自動走行許可操作具の操作が含まれており、
   前記自動走行許可操作具は複数の操作部を有し、前記手動走行において、複数の前記操作部に対する操作によって前記自動走行を要求する信号が出力され、前記自動走行において、少なくとも１つの前記操作部に対する操作によって前記自動走行が解除される請求項１から８のいずれか一項に記載の収穫機。
10. 前記自動走行許可条件に、特定の機体状態が含まれており、
    前記自動走行において、前記機体状態の少なくとも１つに異常が発生した場合には前記自動走行が解除される請求項１から９のいずれか一項に記載の収穫機。

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