JP2020099268A - 圃場作業車及び走行経路生成システム - Google Patents

Abstract

【課題】作業効率を低下させることなく、自律走行が可能な圃場作業車を提供する。【解決手段】圃場作業車は、圃場における走行経路の設定条件を受け付ける設定条件受付部３０と、圃場の形状情報を取得する形状情報取得部３１と、圃場の出入口情報を取得する出入口情報取得部３２と、設定条件と形状情報と出入口情報とに基づいて、圃場の外周領域を周回走行するための周回走行経路を算定する周回走行経路算定部３３と、設定条件と周回走行経路とに基づいて、外周領域の内側の中央領域を直線経路で網羅する中央領域経路を算定する中央領域経路算定部３４と、周回走行経路と中央領域経路と開始位置案内経路とに基づく推奨経路を提示する推奨経路提示部３７と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、圃場を自動走行する圃場作業車及びこのような圃場作業車の走行経路を自動で生成する走行経路生成システムに関する。

従来、田植機やトラクタやコンバイン等の圃場作業車に、全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ：Global Navigation Satellite System）の一例である周知のＧＰＳ（Global Positioning System）を備えた車体の位置及び方位を測定する衛星航法装置を搭載して、圃場作業車を予め設定した走行経路に沿って圃場内を自律走行させる技術が利用されてきた。このような走行経路を生成する技術の一つとして、自律走行前に圃場作業車を手動で圃場内を走行させ、ティーチングするものがある（例えば特許文献１）。

特許文献１には、ＧＰＳ装置とティーチング経路生成手段とを備えた自律走行を行う農用作業車が記載されている。この農用作業車では、ＧＰＳ装置により計測される位置情報に基づいて、ティーチング経路生成手段がティーチング経路を生成する。また、ティーチング経路生成手段はティーチング経路に対して平行な目標経路を設定し、農用作業車はこの目標経路上を自律的に走行するように構成されている。

特開２００８−９２８１８号公報

特許文献１に記載の技術では、ティーチングを行うために、圃場で作業を行う前に手動で作業車を走行させる必要がある。作業車は、複数の圃場での利用も想定されることから、圃場毎にティーチングが必要となり、作業効率の低下を招くことになる。また、特許文献１に記載の技術は、平行な目標経路を設定し、この目標経路に沿って走行するだけである。更に、圃場にあっては、圃場の外周領域において作業車を圃場の外周形状に沿って周回させる周回走行経路もあるが、特許文献１に記載の技術はこのような周回走行経路を想定されておらず、改善の余地がある。

そこで、作業効率を低下させることなく圃場内を自律走行が可能な圃場作業車、及びこのような圃場作業車の走行経路を生成する走行経路生成システムが求められる。

本発明に係る圃場作業車の特徴構成は、圃場において予め設定された作業を行いながら走行する走行経路の設定条件を受け付ける設定条件受付部と、前記圃場の形状を示す形状情報を取得する形状情報取得部と、前記圃場の出入口領域を示す出入口情報を取得する出入口情報取得部と、前記設定条件と前記形状情報と前記出入口情報とに基づいて、前記圃場の外周領域を１周以上周回走行するための周回走行経路を算定する周回走行経路算定部と、前記設定条件と前記周回走行経路とに基づいて、前記外周領域の内側に位置する中央領域を直線経路で網羅する中央領域経路を算定する中央領域経路算定部と、前記周回走行経路と前記中央領域経路とに基づいて算定した前記走行経路を推奨経路として提示する推奨経路提示部と、を備えている点にある。

このような特徴構成とすれば、作業ルート（作業を行いながら走行する走行経路）を作成するための設定条件から全ての作業工程に対して最適な推奨ルートを自動で算定することができる。したがって、作業効率を低下させることなく圃場内を自律走行が可能な圃場作業車を実現できる。

また、前記設定条件と前記出入口情報と前記周回走行経路と前記中央領域経路とに基づいて、前記作業を行うことなく前記出入口領域から前記中央領域経路の走行開始位置まで案内する開始位置案内経路を算定する開始位置案内経路算定部を更に備え、前記推奨経路提示部は、前記開始位置案内経路も含んで算定した前記走行経路を前記推奨経路として提示すると好適である。

このような構成とすれば、例えば走行経路を二度走りしないような開始位置走行経路を含む推奨経路を提示できる。また、作業を行うまでの走行距離が伸びるが、作業を行う前の圃場が走行によって荒れるのを抑制できるような開始位置走行経路を含む推奨経路も提示できる。したがって、圃場を荒らさずに、圃場作業車を走行開始位置まで誘導することが可能な推奨経路を提示できる。

また、前記設定条件は、前記圃場に対する前記直線経路の延出方向、前記圃場の走行中に前記作業を中断して当該作業とは異なる他の作業を行う回数、前記中央領域の走行中に前記外周領域において旋回可能な旋回可能領域の有無、及び前記圃場内において前記作業を行わない非作業領域の有無のうちの少なくともいずれか一つであると好適である。

このような構成とすれば、設定条件に基づき、容易に作業に適した作業ルートを算定することが可能となる。

また、前記周回走行経路及び前記中央領域経路は、夫々、後退して走行する後退走行経路も含むと好適である。

このような構成とすれば、作業中における後退走行も作業ルートに含まれるので、より設定条件に適した作業ルートを算定することが可能となる。

また、前記作業中に前記作業を中断して前記作業に必要な資材を補給する補給地点まで案内すると共に、当該補給地点から前記作業を中断した中断地点まで案内する中断案内経路を算定する中断案内経路算定部を更に備え、前記推奨経路提示部は、前記中断案内経路を含んで前記推奨経路を提示すると好適である。

このような構成とすれば、作業を中断して資材を補給する際に走行する中断案内経路も作業ルートに含まれるので、より設定条件に適した作業ルートを算定することが可能となる。

また、前記推奨経路は、前記走行経路が最短距離となる最短距離経路、前記走行経路を走行する走行時間が最短となる最短時間経路、前記圃場内における同じ場所を走行する２度走りを行う領域が最も少ない２度走り最少経路、及び過去に前記圃場を走行した際の走行経路との一致度が予め設定された値以上である一致経路のうちの少なくともいずれか１つであると好適である。

このような構成とすれば、ユーザが推奨経路の中から状況に応じて走行ルートを選択し易くなる。また、例えば複数の推奨経路を提示することで、走行距離や、時間や、作業後の圃場を荒らさない等の条件の中から、ユーザが優先する条件に基づき走行ルートを選択し易くすることが可能となる。

また、前記出入口領域は、前記圃場の出入口を基準とした前記作業を行う予め設定された作業幅に基づき設定されると好適である。

このような構成とすれば、例えば出入口領域は圃場作業車が作業しないようにしたり、出入口領域における作業幅を最低作業幅にしたりすることにより、圃場作業車が圃場から出る際に、作業した領域を踏まないようにできる。したがって、圃場作業車の出入口への移動を円滑に行うことが可能となる。また、出入口付近の形状が、圃場作業車が作業を行い難いような場合であっても、例えば手作業で作業を行うことで作業の仕上げを容易に行うことが可能となる。

また、前記周回走行経路算定部は、前記圃場の外形を基準とし、前記作業を行う予め設定された作業幅に応じて前記周回走行経路を設定し、前記中央領域経路算定部は、前記作業幅で前記直線経路に沿って前記作業を行う作業領域と当該作業領域に隣接する隣接作業領域との間隔を、前記設定条件に基づいて予め設定された間隔から変更して前記中央領域経路を算定すると好適である。

このような構成とすれば、互いに隣接する作業領域同士の間隔を、予め設定された間隔に対して低減して、或いは増大して中央領域経路を設定することが可能となる。したがって、中央領域の全体の作業幅をほぼ均等にすることが可能となる。

また、前記作業を行う予め設定された作業幅が変更可能であって、前記中央領域経路算定部は、前記中央領域における前記直線経路のうちの少なくとも一部の前記作業幅を低減させた低減済み直線経路を含んで前記中央領域経路を算定すると好適である。

このような構成とすれば、例えば複数の直線経路のうち、最後に走行する直線経路を設定する際に、当該直線経路に係る作業幅を広げたり、狭めたりして推奨走行経路を算定できる。したがって、全体の作業幅を一定にすることが可能となる。

また、本発明に係る圃場作業車の走行経路を生成する走行経路生成システムの特徴構成は、圃場において予め設定された作業を行いながら走行する走行経路の設定条件を受け付ける設定条件受付部と、前記圃場の形状を示す形状情報を取得する形状情報取得部と、前記圃場の出入口領域を示す出入口情報を取得する出入口情報取得部と、前記設定条件と前記形状情報と前記出入口情報とに基づいて、前記圃場の外周領域を１周以上周回走行するための周回走行経路を算定する周回走行経路算定部と、前記設定条件と前記周回走行経路とに基づいて、前記外周領域の内側に位置する中央領域を直線経路で網羅する中央領域経路を算定する中央領域経路算定部と、前記周回走行経路と前記中央領域経路とに基づいて算定した前記走行経路を推奨経路として提示する推奨経路提示部と、を備える点にある。

このような特徴構成であっても、上述した圃場作業車と実質的に差異はなく、圃場作業車と同様の効果を奏することが可能である。

また、前記設定条件と前記出入口情報と前記周回走行経路と前記中央領域経路とに基づいて、前記作業を行うことなく前記出入口領域から前記中央領域経路の走行開始位置まで案内する開始位置案内経路を算定する開始位置案内経路算定部を更に備え、前記推奨経路提示部は、前記開始位置案内経路も含んで算定した前記走行経路を前記推奨経路として提示すると好適である。

このような構成であっても、例えば走行経路を二度走りしないような開始位置走行経路を含む推奨経路を提示できる。また、作業を行うまでの走行距離が伸びるが、作業を行う前の圃場が走行によって荒れるのを抑制できるような開始位置走行経路を含む推奨経路も提示できる。したがって、圃場を荒らさずに、圃場作業車を走行開始位置まで誘導することが可能な推奨経路を提示できる。

乗用田植機の側面図である。 推奨経路の提示に係る処理を行う機能部のブロック図である。 外周領域と中央領域とを示す図である。 出入口領域と周回走行経路とを示す図である。 中央領域経路と開始位置案内経路とを示す図である。 低減済み直線経路を含む中央領域経路を示す図である。 互いに隣接する直線経路の間隔を調整する場合の例を示す図である。 互いに隣接する直線経路の間隔を調整する場合の例を示す図である。

本発明に係る圃場作業車は、圃場を自律走行する際の走行経路を予め設定された設定条件に基づき算定し、推奨経路として提示する機能を備えている。以下、本実施形態の圃場作業車について説明する。

図１には、圃場作業車の一例である乗用田植機１が示される。乗用田植機１は、乗用型で四輪駆動形式の走行機体２、走行機体２の後部にリンク機構３を介して昇降可能に連結された苗植付装置４、及び走行機体２の後部に配置された施肥装置５等を備えている。

また、図１に示されるように、走行機体２は、当該走行機体２の前部に防振搭載されたエンジン６、静油圧式の無段変速装置等を有してエンジン６からの動力を変速する変速ユニット７、変速ユニット７による変速後の動力で駆動される操舵可能な左右の前輪８、変速ユニット７による変速後の動力で駆動される左右の後輪９が備えられる。更に、変速ユニット７から苗植付装置４及び施肥装置５への伝動を断続するクラッチユニット（図示せず）、油圧シリンダ１０等を有して苗植付装置４を昇降駆動する昇降駆動ユニット（図示せず）、油圧式昇降駆動ユニット等の作動を制御する電子制御ユニット（図示せず）、走行機体２の自動運転を可能にする自動運転システム（図示せず）、及び走行経路を生成する走行経路生成システム１００等も備えられる。

自動運転システムは、乗用田植機１が自律走行できるように構成される。このような自律走行は、走行機体２の位置及び方位を測定する測位ユニット（図示せず）の検出結果に基づき行われる。測位ユニットは、全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ：Global Navigation Satellite System）の一例である周知のＧＰＳ（Global Positioning System）を利用して走行機体２の位置及び方位を測定する衛星航法装置と、各種センサ（ジャイロスコープや加速度センサ等）の検出結果に基づき、走行機体２のヨー角、ピッチ角、ロール角等を計測する慣性計測装置（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）等を備えて構成される。ＧＰＳを利用した測位方法には、ＤＧＰＳ（Differential GPS）やＲＴＫ−ＧＰＳ（Real Time Kinematic GPS）等があるが、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。

衛星航法装置は、ＧＰＳ衛星（図示せず）から送信された電波と、既知位置に設置された基準局（図示せず）から送信された測位データとを受信する衛星航法用のアンテナユニット１１を備えている。基準局は、ＧＰＳ衛星からの電波を受信して得た測位データを衛星航法装置に送信する。衛星航法装置は、ＧＰＳ衛星からの電波を受信して得た測位データと、基準局からの測位データとに基づいて、走行機体２の位置及び方位を求める。このようにして求めた走行機体２の位置及び方位が自律走行に利用される。

次に、乗用田植機１による推奨経路の提示について説明する。図２は、推奨経路の提示に係る機能部の構成を示すブロック図である。図２に示されるように、乗用田植機１は、設定条件受付部３０、形状情報取得部３１、出入口情報取得部３２、周回走行経路算定部３３、中央領域経路算定部３４、開始位置案内経路算定部３５、中断案内経路算定部３６、推奨経路提示部３７を備えて構成され、各機能部は推奨経路の提示に係る処理を行うために、ＣＰＵを中核部材としてハードウェア又はソフトウェア或いはその両方で構築されている。ここで、以下では、上述した各機能部を、走行経路生成システム１００として説明する。本実施形態では、走行経路生成システム１００は乗用田植機１に搭載される。

設定条件受付部３０は、圃場において予め設定された作業を行いながら走行する走行経路の設定条件を受け付ける。圃場とは、圃場作業車が作業を行う場所である。本実施形態では、圃場作業車として、乗用田植機１を例に挙げて説明しているので、圃場とは田植を行う田が相当し、予め設定された作業とは、田植作業が相当する。設定条件は、ユーザにより設定可能であって、例えば乗用田植機１の制御装置と通信可能に設けられる操作端末を介して入力するように構成することが可能である。

例えば設定条件としては、圃場に対する直線経路Ｒ３（図５参照）の延出方向、圃場の走行中に作業を中断して当該作業とは異なる他の作業を行う回数、中央領域の走行中に外周領域において旋回可能な旋回可能領域の有無、及び圃場内において作業を行わない非作業領域の有無等とすると好適である。

ここで、走行経路生成システム１００は、推奨経路を提示するにあたり、後述する各種の走行経路を算定する。この走行経路の算定にあっては、図３に示されるように圃場を外周部分である外周領域と、外周領域の内側に位置する中央領域とに区分する。外周領域は、乗用田植機１が少なくとも１周以上周回走行ができるように範囲が設定され、この外周領域の内側に中央領域が設定される。中央領域内は所定の一方向に沿う複数の直線経路Ｒ３が設定される。

圃場に対する直線経路Ｒ３の延出方向とは、中央領域内に設定される直線経路Ｒ３に対して平行な仮想線の方向である。圃場の走行中に作業を中断して当該作業とは異なる他の作業を行う回数とは、圃場作業車が本来行う作業を中断し、別の作業が行われる回数である。具体的には、乗用田植機１が、田植作業を行っている際に、この田植作業を中断して他の作業（例えば、苗マットの補給等）を行う回数にあたる。

また、「中央領域の走行中に外周領域において旋回」するとは、中央領域を構成する直線経路Ｒ３を走行して乗用田植機１が中央領域の端部に達した場合において、これまで走行してきた直線経路Ｒ３に隣接する直線経路Ｒ３に移動する際に中央領域の外側（外周領域）において旋回することをいう。したがって、「中央領域の走行中に外周領域において旋回可能な旋回可能領域の有無」とは、このような旋回することが可能な領域（旋回可能領域）の有無を意味する。圃場内において作業を行わない非作業領域の有無とは、圃場内において乗用田植機１が田植作業を行わない領域があるか否かに相当する。このような領域としては、例えば圃場に設けられる取水口や、お墓や、鉄塔等が相当する。

設定条件は、このような条件のうちの少なくともいずれか一つが設定され、設定条件受付部３０により受け付けられる。設定条件受付部３０により受け付けられた設定条件は、後述する周回走行経路算定部３３、中央領域経路算定部３４、開始位置案内経路算定部３５により利用される。

形状情報取得部３１は、圃場の形状を示す形状情報を取得する。圃場の形状を示す形状情報とは、乗用田植機１が田植作業を行う圃場のマップである。このようなマップは、例えば乗用田植機１が実際に圃場を走行しながら衛星航法装置及び慣性計測装置により取得した位置情報から生成して取得するように構成しても良いし、予め記憶されているマップを取得するよう構成しても良い。形状情報取得部３１は、このような圃場の形状情報を取得する。形状情報取得部３１により取得された形状情報は、後述する周回走行経路算定部３３により利用される。

出入口情報取得部３２は、圃場の出入口領域９１を示す出入口情報を取得する。圃場の出入口領域９１とは、乗用田植機１が圃場から出たり、圃場に入ったりする際に利用される領域である。出入口情報は、圃場におけるこのような領域の位置を示す情報にあたる。ここで、圃場によっては出口と入口とが共通である場合もあるが、分けて設けられている場合もある。係る場合には、双方の出入口情報が取得される。

図４には、圃場における出入口領域９１が示される。図４の例では、圃場の角部（図４における左上角部）に出入口９０が設けられ、出入口領域９１にはハッチングが付されている。この出入口９０は、少なくとも乗用田植機１が通過できるように乗用田植機１の幅よりも大きい幅で構成される（図４の例では太線で示している）。出入口領域９１は、圃場の出入口９０を基準とした作業を行う予め設定された作業幅Ｗに基づき設定される。作業を行う予め設定された作業幅Ｗとは、乗用田植機１が田植作業を行う作業範囲における幅である。このような出入口領域９１は、出入口９０が延出する方向に沿って出入口９０の一方の端部から幅Ｗで設定されると共に、出入口９０が延出する方向に直交する方向に沿って出入口９０の他方の端部から幅Ｗで設定される。したがって、本実施形態では、出入口９０の長さをＡとすると、出入口領域９１は長さ「Ａ＋Ｗ」からなる辺と、長さ「Ｗ」からなる辺とで区画される領域（四角形の領域）が相当する。出入口情報取得部３２により取得された出入口情報は、後述する周回走行経路算定部３３、開始位置案内経路算定部３５により利用される。

このような出入口領域９１は、乗用田植機１が圃場における作業終了時まで走行することが多いため、田植作業を行わないように構成し、圃場における自律走行による田植作業の終了後、ユーザが手植えで田植作業を行うと良い。ここで、図４では、乗用田植機１が田植作業を行いながら自律走行する走行経路は実線で示し、乗用田植機１が田植作業を行わずに自律走行する走行経路は破線で示している。このため、出入口領域９１内は走行経路が破線で示される。

図２に戻り、周回走行経路算定部３３は、設定条件と形状情報と出入口情報とに基づいて、圃場の外周領域を１周以上周回走行するための周回走行経路Ｒ１を算定する。設定条件は設定条件受付部３０により受け付けられ、設定条件受付部３０から伝達される。形状情報は形状情報取得部３１により取得され、形状情報取得部３１から伝達される。出入口情報は出入口情報取得部３２により取得され、出入口情報取得部３２から伝達される。圃場の外周領域とは、圃場の外周部分である。周回走行経路算定部３３は、このような外周領域において、乗用田植機１が１周以上周回可能である周回走行経路Ｒ１を算定する。

図４には、周回走行経路算定部３３により算定された周回走行経路Ｒ１の一例が示される。周回走行経路Ｒ１は、乗用田植機１が行う作業の作業幅Ｗに応じて設定すると良い。図４の例では、圃場の外周領域を２周周回する周回走行経路Ｒ１が算定される。

ここで、乗用田植機１が進行方向に対して直交する方向に旋回する際、乗用田植機１と圃場の端部との間隔によっては、乗用田植機１が切り返しを行わないといけない場合がある。この場合、乗用田植機１は後退走行を行うことになる。そこで、周回走行経路Ｒ１に、後退走行を行う後退走行経路Ｒ２を含むように算定することも可能である。図４には、このような後退走行経路Ｒ２も示される。後退走行経路Ｒ２の算定は、周回走行経路Ｒ１の算定と同時に周回走行経路算定部３３が行うと良い。周回走行経路算定部３３により算定された周回走行経路Ｒ１及び後退走行経路Ｒ２は、後述する中央領域経路算定部３４、開始位置案内経路算定部３５、推奨経路提示部３７により利用される。

図２に戻り、中央領域経路算定部３４は、設定条件と周回走行経路Ｒ１とに基づいて、外周領域の内側に位置する中央領域を直線経路Ｒ３で網羅する中央領域経路Ｒ４を算定する。設定条件は設定条件受付部３０により受け付けられ、設定条件受付部３０から伝達される。周回走行経路Ｒ１は周回走行経路算定部３３により算定され、周回走行経路算定部３３から伝達される。中央領域は、圃場の中央部に設定される。この中央領域では、圃場における所定の端面と当該端面に対向する端面とに亘って乗用田植機１が直線経路Ｒ３に沿って走行する。したがって、中央領域内にあっては、基本的には乗用田植機１は旋回することなく、前記所定の端面から前記対向する端面に向かう直線走行と、前記対向する端面から前記所定の端面に向かう直線走行とを繰り返すように、直線上に走行する。このように中央領域を走行する走行経路が直線経路Ｒ３に相当する。

また、所定の直線経路Ｒ３を走行した場合、乗用田植機１は当該所定の直線経路Ｒ３に隣接する直線経路Ｒ３を走行できるように旋回する。この旋回は外周領域で行われる。中央領域経路算定部３４は、直線経路Ｒ３と共に、このような旋回を行う旋回経路Ｒ５も算定する。係る場合、中央領域経路Ｒ４に直線経路Ｒ３及び旋回経路Ｒ５を含むと良い。

図５には、中央領域経路算定部３４により算定された中央領域経路Ｒ４の一例が示される。図５でも、乗用田植機１が田植作業を行いながら走行する直線経路Ｒ３は実線で示し、田植作業を行わずに走行する旋回経路Ｒ５は破線で示している。中央領域経路Ｒ４も、周回走行経路Ｒ１と同様に、乗用田植機１が行う作業の作業幅Ｗに応じて設定すると良い。中央領域経路算定部３４により算定された中央領域経路Ｒ４は、後述する開始位置案内経路算定部３５、推奨経路提示部３７により利用される。

ここで、中央領域経路Ｒ４を走行中に、乗用田植機１と圃場の端部との間隔によっては、乗用田植機１は後退走行を行わないといけない場合がある。そこで、中央領域経路Ｒ４は、後退して走行する後退走行経路も含むように構成することも可能である。

乗用田植機１には、作業を行う予め設定された作業幅Ｗが変更可能に構成されているものがある。作業を行う予め設定された作業幅Ｗとは、上述したように、乗用田植機１が田植作業を行う作業幅である。一般的に、田植作業の幅は条の数で規定される。したがって、作業幅Ｗが変更可能であるとは、乗用田植機１が例えば８条植である場合には、６条植や４条植に変更可能に構成されていることをいう。このような条の数の変更は、乗用田植機１に田植作業を行う条の数を変更可能な各条クラッチを備えておくと良い。

このような各条クラッチを備えた乗用田植機１を利用する場合には、中央領域経路算定部３４は、中央領域における直線経路Ｒ３のうちの少なくとも一部の作業幅Ｗを低減させた低減済み直線経路Ｒ７を含んで中央領域経路Ｒ４を算定すると良い。すなわち、図６に示されるように、中央領域の直線経路Ｒ３は基本的に８条植の作業幅Ｗで算定して設定され、中央領域における直線経路Ｒ３が８条植の作業幅Ｗで作業が行えない場合には、例えば６条植や４条植の作業幅Ｗ１で作業を行うような直線経路（低減済み直線経路Ｒ７）を設定すると良い。これにより、効率良く田植作業を行うことが可能となる。このような低減済み直線経路Ｒ７は、中央領域における複数の直線経路Ｒ３のうち、最後に（最終的に）走行する直線経路Ｒ３とすると良い。

あるいは、上述した周回走行経路算定部３３は、圃場の外形を基準とし、作業を行う予め設定された作業幅Ｗに応じて周回走行経路Ｒ１を設定し、中央領域経路算定部３４は、予め設定された作業幅Ｗで直線経路Ｒ３に沿って作業を行う作業領域と当該作業領域に隣接する隣接作業領域との間隔を、設定条件に基づいて予め設定された間隔から変更して中央領域経路Ｒ４を算定するように構成することも可能である。すなわち、中央領域経路算定部３４は、周回走行経路Ｒ１と同じ作業幅Ｗで作業を行う作業領域を繰り返し設定する際に、互いに隣接する作業領域同士の間隔を、予め設定された間隔に対して低減して、或いは増大して中央領域経路Ｒ４を設定することも可能である。

このような具体例が図７に示される。例えば図７の（Ａ）に示されるように、互いに隣接する作業幅Ｗを重複しないように設定すると、所定の範囲Ｄ内におさまらない場合がある。係る場合、図７の（Ｂ）に示されるように、互いに隣接する作業幅Ｗを重複して直線経路Ｒ３を設定する（後から設定する直線経路Ｒ３を、先に田植作業を行った直線経路Ｒ３側にシフトさせる）と好適である。これにより、先に田植作業を行った直線経路Ｒ３における直線経路Ｒ３に沿う一方の端部の条と、後から田植作業を行う直線経路Ｒ３に沿う直線経路Ｒ３に沿う一方の端部の条との間隔が、他の条の間隔よりも短くなるが、夫々の作業幅Ｗを範囲Ｄ内におさめることが可能となる。このような直線経路Ｒ３を設定することで、全体の条間がほぼ均等になり、稲株間の風通しを確保し、生育不良や病害虫への耐性を確保することができる。また、収穫機による収穫作業を効率良く行うことが可能となる。また、作物の収量の増加も見込める。上述した直線経路Ｒ３のシフト量は、作業幅Ｗの±１０％以下とすると良い。

一方、圃場によっては、図８に示されるように、作業幅Ｗで作業を行うと、所定の範囲Ｄ内において作業を行わない領域が生じることがある。係る場合、図８の（Ｂ）に示されるように、互いに隣接する作業幅Ｗ同士の間隔を広げて直線経路Ｒ３を設定する（後から設定する直線経路Ｒ３を、先に田植作業を行った直線経路Ｒ３側とは反対側にシフトさせる）と好適である。これにより、先に田植作業を行った直線経路Ｒ３における直線経路Ｒ３に沿う一方の端部の条と、後から田植作業を行う直線経路Ｒ３に沿う直線経路Ｒ３に沿う一方の端部の条との間隔が、他の条の間隔よりも広くなるが、田植作業を行わない領域をなくすことができ、圃場内の全体の条間がほぼ均等にすることが可能となる。したがって、条間の詰め過ぎによる収量の低下を抑制できる。

図８の例でも、直線経路Ｒ３のシフト量は作業幅Ｗの±１０％以下とすると良い。また、このような中央領域の最終列の直線経路Ｒ３の調整は、自動で間隔を狭めるようにしたり、広げるようにしたりしても良いが、ユーザにより狭めるか広げるかを選択させるようにしても良い。更には、このような調整機能を使用しないようにユーザが選択するように構成することも可能である。このように構成することで各条クラッチを使用しないようにできるので、各条クラッチ機構や、制御が不要となる。また、各条クラッチの操作をユーザが行うような構成である場合には、ユーザの各条クラッチの操作を不要にできる。

図２に戻り、開始位置案内経路算定部３５は、設定条件と出入口情報と周回走行経路Ｒ１と中央領域経路Ｒ４とに基づいて、作業を行うことなく出入口領域９１から中央領域経路Ｒ４の走行開始位置Ｓまで案内する開始位置案内経路Ｒ６を算定する。設定条件は設定条件受付部３０により受け付けられ、設定条件受付部３０から伝達される。出入口情報は出入口情報取得部３２により取得され、出入口情報取得部３２から伝達される。周回走行経路Ｒ１は周回走行経路算定部３３により算定され、周回走行経路算定部３３から伝達される。中央領域経路Ｒ４は中央領域経路算定部３４により算定され、中央領域経路算定部３４から伝達される。作業を行うことなく出入口領域９１から中央領域経路Ｒ４の走行開始位置Ｓまで案内するとは、乗用田植機１が出入口領域９１から圃場に進入し、圃場において田植作業を開始する位置である走行開始位置Ｓまで、田植作業を行うことなく自律走行させることを言う。このような自律走行を行う走行経路が、開始位置案内経路Ｒ６に相当する。図５には、開始位置案内経路Ｒ６が示されるが、開始位置案内経路Ｒ６を走行中、乗用田植機１は田植作業を行わないことから破線で示される。開始位置案内経路算定部３５により算定された開始位置案内経路Ｒ６は、後述する推奨経路提示部３７に伝達される。

なお、開始位置案内経路算定部３５は、周回走行経路Ｒ１及び中央領域経路Ｒ４における乗用田植機１の轍を避けて開始位置案内経路Ｒ６を算定すると好適である。乗用田植機１の轍とは、乗用田植機１の前輪８や後輪９が圃場における接地部位である。このような轍は、既に乗用田植機１が走行して形成された轍だけでなく、将来、乗用田植機１が走行することにより轍となり得る部位も含まれる。更には、圃場を他の圃場作業車が走行する場合には、当該圃場作業車に係る轍も含まれる。

開始位置案内経路算定部３５がこのように開始位置案内経路Ｒ６を算定することにより、乗用田植機１が走行開始位置Ｓまで走行する際に、周回走行経路Ｒ１や中央領域経路Ｒ４を可能な限り避けることができ、乗用田植機１が将来的に走行する走行経路の轍や田植作業を行う条をなぞらないようにできる。したがって、乗用田植機１が田植作業を行う圃場を荒らさないようにできるので、乗用田植機１が圃場における作業を適切に行うことが可能となる。具体的には、当該轍や条をなぞらないように、設定する走行経路を平行移動したり、作業幅Ｗを少なくとも一部の幅だけ平行移動したりすると好適である。更には、周回走行経路Ｒ１も極力なぞらないように設定すると好適である。なお、開始位置案内経路Ｒ６は中央領域を反時計周りで迂回するように、複数の直線状のルートを繋げたような多頂点のルートで設定することも可能である。

図２に戻り、中断案内経路算定部３６は、作業中に作業を中断して作業に必要な資材を補給する補給地点まで案内すると共に、当該補給地点から作業を中断した中断地点まで案内する中断案内経路を算定する。「作業中に作業を中断して」とは、乗用田植機１が田植作業を中断することを意味する。作業に必要な資材とは、田植作業に必要な資材であって、具体的には苗マットや施肥が相当する。このような資材の補給は、当該資材を積載した運搬車が圃場の畔に停車し、この運搬車から乗用田植機１に補給される。したがって、補給地点とは、圃場における、運搬車が停車する畔に隣接する位置が相当する。中断案内経路は、乗用田植機１が田植作業を中断した中断地点から運搬車が停車する畔に隣接する位置まで案内する経路であって、更に、運搬車が停車する畔に隣接する位置から田植作業を中断した中断地点まで案内する経路である。このような中断案内経路にあっても、乗用田植機１は自律走行する。

推奨経路提示部３７は、周回走行経路Ｒ１と中央領域経路Ｒ４と開始位置案内経路Ｒ６とに基づいて算定した走行経路を推奨経路として提示する。周回走行経路Ｒ１は周回走行経路算定部３３により算定され、周回走行経路算定部３３から伝達される。中央領域経路Ｒ４は中央領域経路算定部３４により算定され、中央領域経路算定部３４から伝達される。開始位置案内経路Ｒ６は開始位置案内経路算定部３５により算定され、開始位置案内経路算定部３５から伝達される。

推奨経路提示部３７は、走行経路が最短距離となる最短距離経路、走行経路を走行する走行時間が最短となる最短時間経路、圃場内における同じ場所を走行する２度走りを行う領域が最も少ない２度走り最少経路、及び過去に圃場を走行した際の走行経路との一致度が予め設定された値以上である一致経路のうちの少なくともいずれか１つを推奨経路として提示する。

走行経路が最短距離となる最短距離経路とは、乗用田植機１が出入口領域９１から圃場に入場してから田植作業を行い、出入口領域９１から退場するまでに走行する全走行経路の距離が最短となる経路である。走行経路を走行する走行時間が最短となる最短時間経路とは、乗用田植機１が出入口領域９１から圃場に入場してから田植作業を行い、出入口領域９１から退場するまでの時間が最短となる経路である。

圃場内における同じ場所を走行する２度走りを行う領域が最も少ない２度走り最少経路とは、乗用田植機１が出入口領域９１から圃場に入場してから田植作業を行い、出入口領域９１から退場するまでに走行する全走行経路と、再度、走行することになる領域との重複度が最も小さくなる経路である。過去に圃場を走行した際の走行経路との一致度が予め設定された値以上である一致経路とは、過去に乗用田植機１や当該乗用田植機１とは異なる圃場作業車が手動あるいは自動で当該圃場を走行した際の走行経路に対して一致度が所定の割合以上である経路である。

推奨経路提示部３７は、このような経路を提示する。この提示は、例えば設定条件を入力した操作端末の表示画面に表示してユーザに提示すると良い。ここで、本実施形態では中断案内経路算定部３６が中断案内経路を算定しているので、推奨経路提示部３７は、中断案内経路を含んで上述した推奨走行経路を提示すると好適である。

以上のように走行経路生成システム１００を構成することで、ユーザにより入力された設定条件に基づき、乗用田植機１が田植作業を行いながら自律走行する走行経路を自動で算定し、推奨経路として提示することが可能となる。したがって、ユーザは提示された推奨経路から適切な走行経路を選択することで、田植作業を円滑に行わせることが可能となる。なお、推奨走行経路からユーザにより選択された走行経路は例えばサーバに記憶したり、学習させたりして、次に同じ圃場で作業を行う際に有効活用できる。

〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、圃場作業車として乗用田植機１を例に挙げて説明したが、圃場作業車は、例えば圃場において耕耘作業を行うトラクタであっても良いし、乗用田植機１とは異なる田植機であっても良い。また、圃場において穀稈の刈り取り作業を行うコンバインであっても良いし、播種を行う直播機であっても良いし、薬剤散布等を行う乗用管理機であっても良い。すなわち、圃場作業車には、トラクタ、田植機、コンバイン、直播機、乗用管理機が含まれる。もちろん、圃場においてこれらとは異なる作業を行う圃場作業車に本発明を適用することも可能である。

上記実施形態では、走行経路生成システム１００が、圃場作業車に搭載される場合の例を挙げて説明したが、走行経路生成システム１００は圃場作業車に搭載されず、例えば圃場作業車を管理する外部の（圃場作業車とは異なる）管理端末（例えばサーバ）に設け、管理端末において算定した各種の走行経路を圃場作業車に対して伝達することで圃場作業車が自律走行することも可能である。具体的には、出入口情報取得部３２、周回走行経路算定部３３、中央領域経路算定部３４、開始位置案内経路算定部３５、推奨経路提示部３７等において行われる各種情報や経路の取得、算定、設定等は外部のサーバ等で行い、圃場作業車は単に各種情報や経路を送受信するだけでも良い。また、圃場作業車と外部のサーバ等が共働するように構成することも可能である。

上記実施形態では、設定条件と出入口情報と周回走行経路Ｒ１と中央領域経路Ｒ４とに基づいて、作業を行うことなく出入口領域９１から中央領域経路Ｒ４の走行開始位置Ｓまで案内する開始位置案内経路Ｒ６を算定する開始位置案内経路算定部３５を備えるとして説明したが、開始位置案内経路算定部３５を備えずに構成することも可能である。係る場合、推奨経路提示部３７は、開始位置案内経路Ｒ６を含まずに算定した走行経路を推奨経路として提示すると良い。

上記実施形態では、設定条件は、圃場に対する直線経路Ｒ３の延出方向、圃場の走行中に作業を中断して当該作業とは異なる他の作業を行う回数、中央領域の走行中に外周領域において旋回可能な旋回可能領域の有無、及び圃場内において作業を行わない非作業領域の有無のうちの少なくともいずれか一つであるとして説明したが、設定条件はこれら以外に設けることも可能である。

上記実施形態では、周回走行経路Ｒ１及び中央領域経路Ｒ４は、夫々、後退して走行する後退走行経路も含むとして説明したが、周回走行経路Ｒ１及び中央領域経路Ｒ４は、夫々、後退して走行する後退走行経路を含まないように構成することも可能である。

上記実施形態では、作業中に作業を中断して作業に必要な資材を補給する補給地点まで案内すると共に、当該補給地点から作業を中断した中断地点まで案内する中断案内経路を算定する中断案内経路算定部３６を備えるとして説明したが、中断案内経路算定部３６を備えずに構成することも可能である。

上記実施形態では、推奨経路は、走行経路が最短距離となる最短距離経路、走行経路を走行する走行時間が最短となる最短時間経路、圃場内における同じ場所を走行する２度走りを行う領域が最も少ない２度走り最少経路、及び過去に圃場を走行した際の走行経路との一致度が予め設定された値以上である一致経路のうちの少なくともいずれか１つであるとして説明したが、推奨経路はこれら以外の経路であっても良い。

上記実施形態では、出入口領域９１は、圃場の出入口９０を基準とした作業幅Ｗに基づき設定されるとして説明したが、出入口領域９１は作業幅Ｗとは無関係に設定することも可能である。

上記実施形態では、中央領域経路算定部３４は、予め設定された作業幅Ｗで直線経路Ｒ３に沿って作業を行う作業領域と当該作業領域に隣接する隣接作業領域との間隔を、設定条件に基づいて予め設定された間隔から変更して中央領域経路Ｒ４を算定するとして説明したが、中央領域経路算定部３４は、所定の作業領域と当該作業領域に隣接する隣接作業領域との間隔を予め設定された間隔から変更せずに中央領域を算定することも可能である。

上記実施形態では、圃場作業車は作業を行う予め設定された作業幅Ｗが変更可能であるとして説明したが、圃場作業車は作業を行う作業幅Ｗが変更できなくても良い。

上記実施形態では、設定条件に基づき推奨走行経路が算定されるように説明したが、全ての設定条件を考慮して推奨走行経路を算定すると、設定条件によっては算定時間が増大することも想定される。そこで、設定条件毎、或いはいくつかの設定条件毎に推奨走行経路を算定するように構成することも可能である。具体的には、推奨走行経路を最短時間にすると、後退しながら旋回しないように旋回マージンを有りとしたり、外周領域における作業回数を２回に設定（制限）する等しても良い。

上記実施形態では、開始位置案内経路算定部３５は、周回走行経路Ｒ１及び中央領域経路Ｒ４における乗用田植機１の轍を避けて開始位置案内経路Ｒ６を算定すると好適であるとして説明したが、開始位置案内経路算定部３５は、周回走行経路Ｒ１及び中央領域経路Ｒ４における乗用田植機１の轍を避けずに開始位置案内経路Ｒ６を算定するように構成することも可能である。

本発明は、圃場を自動走行する圃場作業車及びこのような圃場作業車の走行経路を自動で生成する走行経路生成システムに用いることが可能である。

１：乗用田植機（圃場作業車）
３０：設定条件受付部
３１：形状情報取得部
３２；出入口情報取得部
３３：周回走行経路算定部
３４：中央領域経路算定部
３５：開始位置案内経路算定部
３６：中断案内経路算定部
３７：推奨経路提示部
９０：出入口
９１：出入口領域
１００：走行経路生成システム
Ｒ１：周回走行経路
Ｒ２：後退走行経路
Ｒ３：直線経路
Ｒ４：中央領域経路
Ｒ６：開始位置案内経路
Ｒ７：低減済み直線経路
Ｓ：走行開始位置
Ｗ：作業幅

Claims (11)

1. 圃場において予め設定された作業を行いながら走行する走行経路の設定条件を受け付ける設定条件受付部と、
   前記圃場の形状を示す形状情報を取得する形状情報取得部と、
   前記圃場の出入口領域を示す出入口情報を取得する出入口情報取得部と、
   前記設定条件と前記形状情報と前記出入口情報とに基づいて、前記圃場の外周領域を１周以上周回走行するための周回走行経路を算定する周回走行経路算定部と、
   前記設定条件と前記周回走行経路とに基づいて、前記外周領域の内側に位置する中央領域を直線経路で網羅する中央領域経路を算定する中央領域経路算定部と、
   前記周回走行経路と前記中央領域経路とに基づいて算定した前記走行経路を推奨経路として提示する推奨経路提示部と、
   を備える圃場作業車。
2. 前記設定条件と前記出入口情報と前記周回走行経路と前記中央領域経路とに基づいて、前記作業を行うことなく前記出入口領域から前記中央領域経路の走行開始位置まで案内する開始位置案内経路を算定する開始位置案内経路算定部を更に備え、
   前記推奨経路提示部は、前記開始位置案内経路も含んで算定した前記走行経路を前記推奨経路として提示する請求項１に記載の圃場作業車。
3. 前記設定条件は、前記圃場に対する前記直線経路の延出方向、前記圃場の走行中に前記作業を中断して当該作業とは異なる他の作業を行う回数、前記中央領域の走行中に前記外周領域において旋回可能な旋回可能領域の有無、及び前記圃場内において前記作業を行わない非作業領域の有無のうちの少なくともいずれか一つである請求項１又は２に記載の圃場作業車。
4. 前記周回走行経路及び前記中央領域経路は、夫々、後退して走行する後退走行経路も含む請求項１から３のいずれか一項に記載の圃場作業車。
5. 前記作業中に前記作業を中断して前記作業に必要な資材を補給する補給地点まで案内すると共に、当該補給地点から前記作業を中断した中断地点まで案内する中断案内経路を算定する中断案内経路算定部を更に備え、
   前記推奨経路提示部は、前記中断案内経路を含んで前記推奨経路を提示する請求項１から４のいずれか一項に記載の圃場作業車。
6. 前記推奨経路は、前記走行経路が最短距離となる最短距離経路、前記走行経路を走行する走行時間が最短となる最短時間経路、前記圃場内における同じ場所を走行する２度走りを行う領域が最も少ない２度走り最少経路、及び過去に前記圃場を走行した際の走行経路との一致度が予め設定された値以上である一致経路のうちの少なくともいずれか１つである請求項１から５のいずれか一項に記載の圃場作業車。
7. 前記出入口領域は、前記圃場の出入口を基準とした前記作業を行う予め設定された作業幅に基づき設定される請求項１から６のいずれか一項に記載の圃場作業車。
8. 前記周回走行経路算定部は、前記圃場の外形を基準とし、前記作業を行う予め設定された作業幅に応じて前記周回走行経路を設定し、
   前記中央領域経路算定部は、前記作業幅で前記直線経路に沿って前記作業を行う作業領域と当該作業領域に隣接する隣接作業領域との間隔を、前記設定条件に基づいて予め設定された間隔から変更して前記中央領域経路を算定する請求項１から７のいずれか一項に記載の圃場作業車。
9. 前記作業を行う予め設定された作業幅が変更可能であって、
   前記中央領域経路算定部は、前記中央領域における前記直線経路のうちの少なくとも一部の前記作業幅を低減させた低減済み直線経路を含んで前記中央領域経路を算定する請求項１から８のいずれか一項に記載の圃場作業車。
10. 圃場において予め設定された作業を行いながら走行する走行経路の設定条件を受け付ける設定条件受付部と、
    前記圃場の形状を示す形状情報を取得する形状情報取得部と、
    前記圃場の出入口領域を示す出入口情報を取得する出入口情報取得部と、
    前記設定条件と前記形状情報と前記出入口情報とに基づいて、前記圃場の外周領域を１周以上周回走行するための周回走行経路を算定する周回走行経路算定部と、
    前記設定条件と前記周回走行経路とに基づいて、前記外周領域の内側に位置する中央領域を直線経路で網羅する中央領域経路を算定する中央領域経路算定部と、
    前記周回走行経路と前記中央領域経路とに基づいて算定した前記走行経路を推奨経路として提示する推奨経路提示部と、
    を備える圃場作業車の走行経路を生成する走行経路生成システム。
11. 前記設定条件と前記出入口情報と前記周回走行経路と前記中央領域経路とに基づいて、前記作業を行うことなく前記出入口領域から前記中央領域経路の走行開始位置まで案内する開始位置案内経路を算定する開始位置案内経路算定部を更に備え、
    前記推奨経路提示部は、前記開始位置案内経路も含んで算定した前記走行経路を前記推奨経路として提示する請求項１０に記載の走行経路生成システム。

Images