JP2021040654A - 農作業車両の自律走行システム - Google Patents

Abstract

【課題】自律走行中の農作業車両を安全に操作できる農作業車両の自律走行システムを提供する。【解決手段】本発明の農作業車両の自律走行システムは、農作業車両と通信可能な遠隔操作装置により、前記農作業車両の自律走行が制御される。遠隔操作装置が、農作業車両が作業する作業領域と、農作業車両による作業内容と、作業時間若しくは作業終了時間のいずれかの入力と、により、作業領域内での作業経路を設定する。【選択図】図１２

Description

本発明は、操作装置と農作業車両との通信により農作業車両の自律走行を実行させる農
作業車両の自律走行システムに関する。

近年、圃場での農作業を効率よく簡便に行うため、オペレータが搭乗していない無人の作業車両を自律的に走行させる自律走行システムが開発されている（特許文献１及び２参照）。特許文献１及び２の自律走行システムでは、圃場等の作業場で作業車両の自律走行を監視するべく、タブレット型のパーソナルコンピュータなどの操作装置により、オペレータが遠隔操作可能としている。

国際公開第２０１５／１１９２６３号 特開２０１６−０９３１２５号公報

ところで、自律走行システムにより作業車両を自動走行させるべく、作業領域における走行経路（作業経路）を生成させた場合、予想以上に作業時間がかかる場合がある。また、遠隔操作するオペレータが作業場で作業車両を監視する場合、作業時間の長い作業経路が生成されると、日没により作業車両の監視が困難になることもある。

本発明は、上記の現状に鑑みてなされたものであり、自律走行中の農作業車両を安全に操作できる農作業車両の自律走行システムを提供することを技術的課題としている。

本発明は、農作業車両と通信可能な遠隔操作装置により、前記農作業車両の自律走行が制御される農作業車両の自律走行システムであって、前記遠隔操作装置が、前記農作業車両が作業する作業領域と、前記農作業車両による作業内容と、作業時間若しくは作業終了時間のいずれかの入力と、により、作業領域内での作業経路を設定する。

本発明によれば、作業ルートの設定が作業時間等に基づいて設定されるため、オペレータは、農作業車両の自律走行によりかかる作業時間を認識して、農作業車両による作業が実行される時間帯を把握でき、農作業車両の自律走行を安全に実行できる。

実施形態における自律走行システムの構成を示す全体図である。 図１の自律走行システムにおける農作業車両であるトラクタの側面図である。 同トラクタの平面図である。 同トラクタの機能ブロック図である。 自律走行の開始のための認証動作を示すタイミングチャートである。 自律走行中の通信動作を示すタイミングチャートである。 自律走行中に異常発生した場合の通信動作を示すタイミングチャートである。 トラクタの自律走行時における通信状態を示す説明図である。 遠隔操作装置における作業ルート設定動作を示すフローチャートである。 遠隔操作装置における作業領域の選択画面を示す図である。 遠隔操作装置における作業機の選択画面を示す図である。 遠隔操作装置における作業ルートの表示画面を示す図である。 サーバにおける作業履歴の照合動作を示すタイミングチャートである。 無人トラクタと有人トラクタとの全体側面図である。 １台の遠隔操作装置で監視される複数の無人トラクタの全体側面図である。

＜自律走行システム＞
以下に、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。まず始めに、本発明に係る農作業車両の一例であるトラクタを自律走行させる自律走行システムについて、図１〜図４を参照して以下に説明する。以下の説明では、自律走行及び自律作業を行うトラクタを「無人トラクタ」又は「ロボットトラクタ」と称し、オペレータが直接操作することにより走行して作業を行うトラクタを「有人トラクタ」と称することがある。

なお、本実施形態において、無人トラクタと有人トラクタの違いは、オペレータの直接操作の有無であり、トラクタとしての構成は無人と有人とで共通である。即ち、無人トラクタであっても、オペレータが搭乗（乗車）して直接操作することができる（言い換えれば、有人トラクタとして使用することができる）。また、有人トラクタであっても、オペレータが降車して自律走行及び自律作業を行わせることができる（言い換えれば、無人トラクタとして使用することができる）。

更に、自律走行とは、図４に示すトラクタ１が備える自律走行制御装置５１等によって、当該トラクタ１が走行のために備える構成が制御され、予め定められた経路に沿ってトラクタ１が走行することを意味する。また、本明細書において自律作業とは、トラクタ１が作業のために備える構成が自律走行制御装置５１等によって制御され、予め定められた経路に沿ってトラクタ１が作業を行うことを意味する。

図１に示す如く、本実施形態の自律走行システムでは、オペレータにより操作される遠隔操作装置７０が、圃場（作業領域）Ｈ１内のトラクタ１と無線通信を実行することで、測位衛星６３との通信により位置情報（測位情報）を獲得するトラクタ１の自律走行が制御される。無人トラクタ１は、電話回線網などによる通信ネットワーク網Ｎ１を通じて、管理センターＣ１に据え付けられているサーバ１００と通信し、トラクタ１の駆動情報を、位置情報（測位情報）や時刻情報と共に、サーバ１００に送信される。サーバ１００は、無人トラクタ１の駆動情報を位置情報及び時刻情報と共に蓄積し、作業履歴情報として記憶する。

圃場Ｈ１近傍には、基準局（可搬型基準局）６０が設置されており、基準局６０は、設置位置である基準点となる位置情報を備えており、測位衛星６３からの信号（以下、「衛星信号」と呼ぶ）を測位アンテナ６１で直接的に受信するとともに、無線通信アンテナ６４で無人トラクタ１で受信した測位衛星６３からの信号（以下、「車両信号」と呼ぶ）を間接的に受信する。

基準局６０は、基準局通信装置６２で、衛星信号及び車両信号から位置補正情報をＲＴＫ測位法などにより算出し、無線通信アンテナ６４を通じてトラクタ１に送信する。トラクタ１は、測位アンテナ６（図２参照）にて測定した衛星測位情報を、基準局６０から送信される補正情報を用いて補正して、トラクタ１の現在位置情報（例えば、緯度情報・経度情報）を求めている。

圃場Ｈ１内において、遠隔操作装置７０は、通信ネットワーク網Ｎ１に通信接続することなく、トラクタ１と無線通信を行い、トラクタ１の駆動情報を、位置情報及び時刻情報と共に受信し、作業履歴情報として記憶する。オペレータは、圃場Ｈ１内の状況とトラクタ１の状態を目視で確認しながら、遠隔操作装置７０を操作することにより、遠隔操作装置７０と通信接続されたトラクタ１に対して、自律走行の開始及び停止を指示できる。

オペレータの事務所Ｏ１内において、遠隔操作装置７０は、ＯＮＵ（Optical Network Unit）又はモデムなどを介して通信ネットワーク網Ｎ１と通信接続されたルータなどのアクセスポイント９０と通信接続する。遠隔操作装置７０は、事務所Ｏ１内のアクセスポイント９０と通信接続することで、通信ネットワーク網Ｎ１を介してサーバ１００と通信可能となる。そして、遠隔操作装置７０は、サーバ１００と通信可能な状態となる。既に記憶しているトラクタ１の作業履歴情報をサーバ１００に送信する。

サーバ１００は、遠隔操作装置７０からの作業履歴情報（以下、「追加作業履歴情報」と呼ぶ）を受信すると、既にトラクタ１から受信して記憶している作業履歴情報（以下、「基本作業履歴情報」と呼ぶ）を読み出す。そして、サーバ１００は、基本作業履歴情報と追加作業履歴情報とを照合することで、基本作業履歴情報に追加作業履歴情報を追加した更新作業履歴情報を生成し、操作したオペレータの名前やトラクタ１の機種などと共に記憶する。

外部端末装置（サービスツール）８０は、トラクタ１の販売会社や製造会社のサービスマンによって所持される端末装置であって、トラクタ１と有線接続することで、トラクタ１と通信可能となる。外部端末装置８０と接続したトラクタ１が、通信ネットワーク網Ｎ１を介してサーバ１００と通信することで、例えば、トラクタ１内の制御装置などにおけるソフトウェア（ファームウェア）の更新やトラクタ１の故障診断などが実行される。

＜トラクタ＞
次いで、トラクタ１について、図２〜図４を参照して以下に説明する。図２及び図３に示すように、トラクタ１は、圃場Ｈ１を自律走行する機体２を備える。機体２には、作業機３が着脱可能に備えられる。当該作業機３は農作業に用いられる。この作業機３としては、例えば、耕耘機、プラウ、施肥機、草刈機、播種機等の種々の作業機があり、これらの中から必要に応じて所望の作業機３を選択して機体２に装着することができる。機体２は、装着された作業機３の高さ及び姿勢を変更可能に構成されている。トラクタ１の機体である機体２は、その前部が左右一対の前輪７，７で支持され、その後部が左右一対の後輪８，８で支持されている。前輪７，７及び後輪８，８が走行部を構成している。

機体２の前部にはボンネット９が配置されている。このボンネット９内にはトラクタ１の駆動源であるエンジン１０等が収容されている。このエンジン１０は、例えばディーゼルエンジンにより構成することができるが、これに限るものではなく、例えばガソリンエンジンにより構成しても良い。また、駆動源としては、エンジンに加えて、又はこれに代えて、電気モータを使用しても良い。

ボンネット９の後方には、オペレータが搭乗するキャビン１１が配置されている。このキャビン１１の内部には、オペレータが操向操作するためのステアリングハンドル１２と、オペレータが座ることが可能な座席１３と、各種の操作を行うための様々な操作装置と、が主として設けられている。ただし、農業用作業車両は、キャビン１１付きのものに限るものではなく、キャビン１１を備えないものであってもよい。

図示は省略するが、上記の操作装置としては、例えばモニタ装置、スロットルレバー、主変速レバー、昇降レバー、ＰＴＯスイッチ、ＰＴＯ変速レバー及び複数の油圧変速レバー等が挙げられる。これら操作装置は、座席１３の近傍又はステアリングハンドル１２の近傍に配置されている。

モニタ装置は、トラクタ１の様々な情報を表示可能に構成されている。スロットルレバーは、エンジン１０の回転速度を設定するものである。主変速レバーは、ミッションケース２２の変速比を変更操作するものである。昇降レバーは、機体２に装着された作業機３の高さを所定範囲内で昇降操作するものである。ＰＴＯスイッチは、ミッションケース２２の後端側から外向きに突出したＰＴＯ軸（動力取出軸）への動力伝達を継断操作するものである。すなわち、ＰＴＯスイッチがＯＮ状態であるときＰＴＯ軸に動力が伝達されてＰＴＯ軸が回転し、作業機３が駆動される一方、ＰＴＯスイッチがＯＦＦ状態であるときＰＴＯ軸への動力が遮断されてＰＴＯ軸が回転せず、作業機３が停止する。ＰＴＯ変速レバーは、作業機３に入力される動力の変更操作を行うものであり、具体的にはＰＴＯ軸の回転速度の変速操作を行うものである。油圧変速レバーは、油圧外部取出バルブを切換操作するものである。

図１に示すように、機体２の下部には、その骨組を構成するシャーシ２０が設けられている。当該シャーシ２０は、機体フレーム２１、ミッションケース２２、フロントアクスル２３、及びリアアクスル２４等から構成されている。

機体フレーム２１は、トラクタ１の前部における支持部材であって、直接、又は防振部材等を介してエンジン１０を支持している。ミッションケース２２は、エンジン１０からの動力を変化させてフロントアクスル２３及びリアアクスル２４に伝達する。フロントアクスル２３は、ミッションケース２２から入力された動力を前輪７に伝達するように構成されている。リアアクスル２４は、ミッションケース２２から入力された動力を後輪８伝達するように構成されている。

図４に示すように、トラクタ１は、機体２の動作（前進、後進、停止及び旋回等）を制御するための制御部として、車両バス回線１８を介して相互に通信可能としたエンジン制御装置１５、本機制御装置１６、及び作業機制御装置１７を備える。エンジン制御装置１５の出力側が、エンジン５に設けられる燃料噴射装置としてのコモンレール装置４１と電気的に接続されている。一方、エンジン制御装置１５の入力側が、エンジン５の回転速度
を検出する回転速度センサ３１などと電気的に接続している。

本機制御装置１６の出力側が、エンジン５からの動力を変速させる油圧式変速装置などを含む変速装置４２や、リアアクスル２４における左右の後輪８への動力伝達に制動をかける左右のブレーキ装置２６などと電気的に接続されている。一方、本機制御装置１６の入力側が、後輪８の回転速度を検出する車速センサ３２、機体２の傾斜角及び傾斜角速度を検出する傾斜角センサ３３などと電気的に接続されている。また、作業機制御装置１７の出力側が、作業機昇降アクチュエータ４４と電気的に接続されるとともに、作業機制御装置１７の入力側が、作業機３の姿勢や動作状態などを検出する作業機センサ３４と電気的に接続される。

また、トラクタ１は、車両バス回線１８と接続した車両搭載端末装置１９を備えており、車両搭載端末装置１９は、無線電話回線などを介して通信ネットワーク網Ｎ１に接続できる。すなわち、トラクタ１は車両搭載端末装置１９で通信ネットワーク網Ｎ１と通信接続することにより、管理センターＣ１のサーバ１００と通信可能となる。更に、トラクタ１は、車両バス回線１８と可能な外部端子（図示省略）を備えており、サービスマンにより操作されるコンピュータなどの外部端末装置（サービスツール）８０を車両バス回線１８に対して電気的に接続可能に構成されている。

コモンレール装置４１は、エンジン１０の各気筒に燃料を噴射するものである。この場合、エンジン１０の各気筒に対するインジェクタの燃料噴射バルブがエンジン制御装置１５で開閉制御されることによって、燃料供給ポンプによって燃料タンクからコモンレール装置４１に圧送された高圧の燃料が各インジェクタからエンジン１０の各気筒に噴射され、各インジェクタから供給される燃料の噴射圧力、噴射時期、噴射期間（噴射量）が高精度にコントロールされる。

変速装置４２は、具体的には例えば可動斜板式の油圧式無段変速装置であり、ミッションケース２２に備えられている。変速装置４２を本機制御装置１６により制御して斜板の角度を適宜に調整することにより、ミッションケース２２の変速比を所望の変速比にする
ことができる。

昇降アクチュエータ４４は、例えば作業機３を機体２に連結している三点リンク機構を動作させることにより、作業機３を退避位置（農作業を行わない位置）又は作業位置（農作業を行う位置）の何れかに上げ下げするものである。昇降アクチュエータ４４を作業機制御装置１７により制御して作業機３を適宜に昇降動作させることにより、例えば圃場領域の所望の高さで作業機３により農作業を行うことができる。

上述のような制御装置１５〜１７を備えるトラクタ１は、キャビン１１内に搭乗したオペレータの各種操作に基づき、制御装置１５〜１７が車両バス回線１８を介して相互に通信して、トラクタ１の各部（機体２、作業機３等）を制御することで、圃場内を走行しながら農作業を実行可能に構成されている。加えて、実施形態のトラクタ１は、例えばオペレータが搭乗しなくても、遠隔操作装置７０により出力される所定の制御信号に基づいて自律走行させることが可能となっている。

具体的には、図４に示すように、このトラクタ１は自律走行を可能とするための自律走行制御装置５１等の各種の構成が追加されている。更に、トラクタ１は、測位システムに基づいて自ら（の機体）の位置情報を取得するために必要な測位アンテナ６等の各種の構成を備えている。このような構成により、トラクタ１は、測位システムに基づいて自らの位置情報を取得して、圃場上を自律走行することが可能となっている。

次に、自律走行のためにトラクタ１が備える構成について詳細に説明する。具体的には、トラクタ１は、図２〜図４に示すように、自律走行制御装置５１、操舵制御装置５２、測位測量装置５３、無線通信ルータ（小電力データ通信装置）５４、操舵アクチュエータ４３、測位アンテナ６、及び無線通信アンテナユニット４８等を備える。

自律走行制御装置５１及び操舵制御装置５２は、車両バス回線１８を介して、エンジン制御装置１５、本機制御装置１６、及び作業機制御装置１７それぞれと相互に通信可能に構成されている。また、自律走行制御装置５１は、車両バス回線１８による操縦用通信系統とは別系統となる自律走行用通信系統における自律走行バス回線５６を介して、測位測量装置５３及び無線通信ルータ５４それぞれと相互通信可能となっている。

操舵アクチュエータ４３は、例えば、ステアリングハンドル１２の回転軸（ステアリング軸）の中途部に設けられ、ステアリングハンドル１２の回動角度（操舵角）を調整するものである。予め定められた経路をトラクタ１が（無人トラクタとして）走行する場合、操舵制御装置５２は、当該経路に沿ってトラクタ１が走行するようにステアリングハンドル１２の適切な回動角度を算出し、算出した回動角度でステアリングハンドル１２が回動するように操舵アクチュエータ４３を制御する。

また、操舵制御装置５２は操舵角センサ３５からステアリングハンドル１２の回転角度の検出信号を受けるとともに、車両バス回線１８を介して、エンジン制御装置１５、本機制御装置１６、及び作業機制御装置１７それぞれと通信することで、トラクタ１の車速に応じた操舵を実行できる。なお、操舵アクチュエータ４３はステアリングハンドル１２の回動角度を調整するものではなくトラクタ１の前輪７の操舵角を調整するものであってもよく、その場合、旋回走行を行ったとしてもステアリングハンドル１２は回転しない。

測位アンテナ６は、例えば衛星測位システム（ＧＮＳＳ）等の測位システムを構成する測位衛星からの信号を受信するものである。測位アンテナ６は、キャビン１１における屋根１４の上面に配置されている。測位アンテナ６で受信された信号は、測位測量装置５３に入力されて、測位測量装置５３でトラクタ１（厳密には、測位アンテナ６）の位置情報が、例えば緯度・経度情報として算出される。当該測位測量装置５３で算出された位置情報は、自律走行制御装置５１により取得されて、トラクタ１の制御に利用される。

測位測量装置５３は、無線通信アンテナユニット４８における第１無線通信アンテナ４８ａと電気的に接続しており、特定小電力無線による第１無線通信ネットワーク（例えば、９２０ＭＨｚ帯の無線通信ネットワーク）を通じて、後述する基準局（可搬型基準局）６０と通信を行う。無線通信アンテナユニット４８は、キャビン１１における屋根１４の上面に配置されている。測位測量装置５３は、第１無線通信アンテナ４８ａを介して、圃場近接位置に設置された基準局６０から補正情報（測位補正情報）を受信することによりトラクタ１（移動局）の衛星測位情報を補正して、トラクタ１の現在位置を求める。例えば、ＤＧＰＳ（ディファレンシャルＧＰＳ測位）、ＲＴＫ測位（リアルタイムキネマティック測位）等の各種の測位方法を適用することができる。

本実施形態では、例えば、ＲＴＫ測位を適用しており、移動局側となるトラクタ１に測位アンテナ６を備えるのに加えて、基準局測位アンテナ６１を備えた基準局６０が備えられている。基準局６０は、例えば、圃場の周囲等、トラクタ１の走行の邪魔にならない位置（基準点）に配置されている。基準局６０の設置位置となる基準点の位置情報は予め設定されている。基準局６０には、トラクタ１の測位測量装置５３及び第１無線通信アンテナ４８ａによる通信装置との間で構築される第１無線通信ネットワークを介して通信可能な基準局通信装置６２が備えられている。

ＲＴＫ測位では、基準点に設置された基準局６０と、位置情報を求める対象の移動局側となるトラクタ１の測位アンテナ６との両方で測位衛星６３からの搬送波位相（衛星測位情報）を測定している。基準局６０では、測位衛星６３から衛星測位情報を測定する毎に又は設定周期が経過する毎に、測定した衛星測位情報と基準点の位置情報等を含む補正情報を生成して、基準局通信装置６２からトラクタ１の第１無線通信アンテナ４８ａに補正情報を送信している。トラクタ１（移動局に相当する）の測位測量装置５３は、測位アンテナ６にて測定した衛星測位情報を、基準局６０から送信される補正情報を用いて補正して、トラクタ１の現在位置情報（例えば、緯度情報・経度情報）を求めている。

なお、本実施形態ではＧＮＳＳ−ＲＴＫ法を利用した高精度の衛星測位システムを利用しているが、これに限られるものではなく、高精度の位置座標が得られる限りにおいて他の測位システムを用いてもよい。ＧＮＳＳ−ＲＴＫは、位置のわかっている基準局の情報に基づいて、補正して精度を高めた測位方式で、基準局からの情報の配信方法の違いで複数の方式が存在する。本発明はＧＮＳＳ−ＲＴＫ方式には依存しないので、本実施例では詳細は割愛する。

また、測位測量装置５３は、衛星測位によるトラクタ１（機体２）の位置情報だけでなく、慣性測量による前後左右の傾斜角情報を計測可能になっている。測位測量装置５３で計測された傾斜角情報は、自律走行制御装置５１により位置情報（緯度・経度情報）と対応付けた状態で取得されて、トラクタ１の制御に利用される。なお、測位測量装置５３は、圃場面に対する測位アンテナ６の高さ位置、ひいてはトラクタ１（機体２）の車高を計測することも可能である。

無線通信アンテナユニット４８は、トラクタ１のキャビン１１の屋根１４の上面に配置されており、周波数帯域の異なる第１及び第２無線通信ネットワークと通信接続する第１及び第２無線通信アンテナ４８ａ，４８ｂを備えている。第１無線通信ネットワークは、基準局６０による測位補正情報を通信させるべく、例えば、データ伝送速度の速い９２０ＭＨｚ帯の特定小電力無線などで構築される。第２無線通信ネットワークは、画像データなどのデータ容量の多いデータを高速で通信でさせるべく、例えば、２．４ＧＨｚ帯の小電力データ通信システムなどで構築される。なお、アンテナ４８ａ，４８ｂの一部はキャビン１１内に配置してもよい。

第１無線通信アンテナ４８ａは、測位測量装置５３と電気的に接続しており、第２無線通信アンテナ４８ｂは、無線通信ルータ５４と電気的に接続している。第２無線通信アンテナ４８ｂと接続された無線通信ルータ５４は、第２無線通信ネットワークを通じて、トラクタ１外部のオペレータにより操作される画像表示可能な遠隔操作装置７０と通信を行う。無線通信ルータ５４は、遠隔操作装置７０からの制御信号を受信し、自律走行バス回線５６を介して自律走行制御装置５１に送信する。

また、無線通信ルータ５４は、トラクタ１の前方を撮影するカメラ３６と第２無線通信ネットワークを介した無線通信を行うことで、カメラ３６の撮影画像を受信する。カメラ３６は、キャビン１１の上側位置に取り付けられ、キャビン１１前方のボンネット６周辺などの圃場の状態を撮影する。本実施形態では、カメラ３６は、無線通信アンテナユニット４８に一体に取り付けられるものとしているが、キャビン１１の屋根１４の側方位置や後方位置などの複数箇所に取り付けられるものとしても構わない。

遠隔操作装置７０は、具体的には、タッチパネルを備えるタブレット型のパーソナルコンピュータとして構成される。オペレータは、遠隔操作装置７０のタッチパネルに表示された情報（例えば、自律走行を行うときに必要な圃場の情報等）を参照して確認することができる。また、オペレータは、遠隔操作装置７０を操作して、トラクタ１の自律走行制御装置５１に、トラクタ１を制御するための制御信号を送信する。なお、実施形態の遠隔操作装置７０はタブレット型のパーソナルコンピュータに限るものではなく、これに代えて、例えばノート型のパーソナルコンピュータで構成することも可能である。あるいは、トラクタ１とは異なる他のトラクタに搭載されるモニタ装置を遠隔操作装置とすることもできる。

自律走行制御装置５１は、遠隔操作装置７０により生成された作業経路とトラクタ１の位置情報とを比較し、トラクタ１を作業経路に沿って所定の作業を行わせながら所定の走行速度にて自律走行させるために、トラクタ１の操舵角、目標のエンジン回転数や変速比等を算出して、車両バス回線１８を通じて、各制御装置１５〜１７，５２と通信する。これにより、トラクタ１は、当該作業経路に沿って自律走行しつつ、作業機３による農作業を行うことができる。このように、トラクタ１が自律走行する圃場領域（走行領域）内の経路を、以下の説明において「作業ルート」と称する場合がある。また、圃場領域（走行領域）においてトラクタ１の作業機３による農作業の対象となる領域（作業領域）は、圃場領域の全体から枕地及び余裕代を除いた領域として定められ、オペレータ等が後述の登録点の登録作業を実行したときにこれら登録点とトラクタ１の作業幅とに基づいて設定される。

自律走行制御装置５１は、遠隔操作装置７０に対してオペレータが停止操作を実行したとき、エンジン制御装置１５との通信により、コモンレール装置４１における燃料噴射を停止させるとともに、本機制御装置１６との通信により、変速装置４２を中立状態とした上で、後述のブレーキ装置２６による制動動作を作用させる。このとき、自律走行制御装置５２は、操舵制御装置５１との通信により、ハンドル１２を中立位置とするように操舵アクチュエータ４３を制御して、左右の前輪７，７の方向を直進方向に向けるのとしてもよい。

自律走行制御装置５１は、測位測量装置５３における基準局６０との通信状態（第１通信ネットワークにおける通信状態）、及び無線通信ルータ５４における遠隔操作装置７０との通信状態（第２通信ネットワークにおける通信状態）それぞれを、自律走行バス回線５６を介して確認する。自律走行制御装置５１は、第１及び第２通信ネットワークのいずれかでの通信状態が遮断されたことを確認すると、エンジン制御装置１５及び変速制御装置１６などと通信することで、トラクタ１の自律走行を停止させる。なお、自律走行制御装置５１は、測位測量装置５３、及び無線通信ルータ５４がそれぞれ、通信相手からの信号を所定期間以上受信しない場合に、当該通信相手との通信が遮断されたものと判定する。

更に、トラクタ１には、ブレーキペダルや駐車ブレーキレバーの操作と自動制御という２つの系統によって、左右の後輪８，８にブレーキを掛ける左右一対のブレーキ装置２６，２６を設けている。すなわち、左右両方のブレーキ装置２６，２６は、ブレーキペダル（又は駐車ブレーキレバー）の制動方向への操作によって、左右両方の後輪８，８にブレーキを掛けるように構成されている。また、ハンドル１２の回動角度が所定角度以上になれば、本機制御装置１６の指令によって、旋回内側の後輪８に対するブレーキ装置２６が自動的に制動動作をするように構成されている（いわゆるオートブレーキ）。

基準局６０は、補正情報を配信する基準局無線通信アンテナ６４と、測位衛星６３からの信号を受信する基準局測位アンテナ６１と、無線通信アンテナ６４及び測位アンテナ６１それぞれと電気的に接続された基準局通信装置６２とを備える。基準局６０は、移動局となるトラクタ（作業車両）１の位置特定における基準点に設置される。基準点に設置された可搬型基準局６０は、基準局測位アンテナ６１で受信した測位衛星６３からの信号を基準局通信装置６２に送り、基準局通信装置６２において、測定した衛星測位情報と基準点の位置情報等を含む補正情報を生成する。そして、基準局６０は、基準局通信装置６２で生成した補正情報を、第１無線通信ネットワークを介して配信する。なお、基準局６０は、複数部材に分解可能に構成されており、分解した各部材は、所定のケースに収容して運搬可能な大きさに構成されるものとしてもよい。

＜自律走行システムにおける基本処理動作＞
次に、図５〜図８を参照しながら、圃場Ｈ１における無人トラクタ１の自律走行における基本処理動作について、以下に説明する。図５〜図８に示すように、圃場Ｈ１内の無人トラクタ１に対してキースイッチがＯＮとなると、各制御装置１５〜１７，５１，５２、測位測量装置５３、及び無線通信ルータ５４が電源投入されるとともに、エンジン１０が駆動してアイドリング状態となる。このとき、無人トラクタ１は、左右ブレーキ装置２６の制動作用により停止状態となっている。一方、遠隔操作装置７０の電源が投入されると、タッチパネルで構成されるディスプレイ１４６が表示されるとともに、装置側ソフトウェアを起動する。

無人トラクタ１は、自律走行制御装置５１により無線通信ルータ５４の通信動作を制御することで、無線通信ルータ５４は、第２無線通信ネットワークを通じて通信可能な遠隔操作装置７０の検索を開始する。すなわち、無線通信ルータ５４は、無人トラクタ１固有のトラクタＩＤ（識別子）を含んだ通信確認信号を生成して、第２無線通信アンテナ４８ｂより送信する。遠隔操作装置７０は、自律走行システムで通信可能な無人トラクタ１のトラクタＩＤを予め記憶している。そして、遠隔操作装置７０は、トラクタＩＤを含む通信確認信号を受信したとき、受信したトラクタＩＤが予め記憶したトラクタＩＤと一致する場合に、無人トラクタ１の無線通信ルータ５４との通信を認証する。

遠隔操作装置７０は、無人トラクタ１との通信を認証した後、通信確認信号に対する応答信号を生成して、無人トラクタ１の無線通信ルータ５４に送信する。なお、遠隔操作装置７０は、自機器固有の装置ＩＤ（識別子）を含んだ応答信号を生成し、第２無線通信ネットワークを通じて無線通信ルータ５４に送信する。無人トラクタ１は、自律走行システムで通信可能な遠隔操作装置７０の装置ＩＤを、自律走行制御装置５１又は無線通信ルータ５４で予め記憶している。従って、無人トラクタ１は、第２無線通信アンテナ４８ｂを介して無線通信ルータ５４で応答信号を受信すると、受信した応答信号における装置ＩＤと、予め記憶した装置ＩＤとが一致する場合に、遠隔操作装置７０との通信を認証する。

上述のようにして、無人トラクタ１（無線通信ルータ５４）と遠隔操作装置７０との間で通信が確立すると、無人トラクタ１は、通信が確立したことをサーバ１００に通知する。このとき、無人トラクタ１は、無人トラクタ１のトラクタＩＤ及び遠隔操作装置７０の装置ＩＤを、車両搭載用端末装置１９より通信ネットワーク網Ｎ１を介してサーバ１００に送信する。

また、無人トラクタ１のキースイッチがＯＮとされて、測位測量装置５３が電源投入されると、アンテナ６，４８ａを通じて測位衛星６３及び基準局６０それぞれと通信することで、無人トラクタ１の位置情報（緯度・経度情報）を算出している。そして、上述の無人トラクタ１（無線通信ルータ５４）及び遠隔操作装置７０間の認証処理後に、サーバ１００に対して、トラクタＩＤ及び装置ＩＤと共に、無人トラクタ１の位置情報を送信する
。

サーバ１００は、トラクタＩＤ及び装置ＩＤより自律走行システム使用可能なトラクタ１及び遠隔操作装置であることを確認すると、無人トラクタ１とサーバ１００との通信を可能とすべく、無人トラクタ１を認証する。サーバ１００は、無人トラクタ１を認証すると、無人トラクタ１から受信した位置情報を中心とする地図情報を読み出して、読み出した地図情報を無人トラクタ１に送信する。このとき、サーバ１００は、トラクタＩＤ及び装置ＩＤより、無人トラクタ１を操作するオペレータに対して割り当てられた圃場（作業領域）を確認し、作業対象となる圃場（作業領域）の情報を地図情報に付加して、無人トラクタ１に送信する。

無人トラクタ１は、車両搭載端末装置１９でサーバ１００から地図情報を受信すると、受信した地図情報を自律走行制御装置５１を介して無線通信ルータ５４に与えて、当該地図情報を無線通信ルータ５４より遠隔操作装置７０に送信する。地図情報を受信した遠隔操作装置７０は、受信した地図情報に基づいて、オペレータに割り当てられた圃場（作業領域）を含む地図をディスプレイ１４６（図１０参照）に表示する。

オペレータは、遠隔操作装置７０のディスプレイ１４６を構成するタッチパネルを操作するなどして、ディスプレイ１４６上に表示された地図上から、無人トラクタ１による作業対象となる圃場（作業領域）を指定する。また、オペレータは、遠隔操作装置７０に対して無人トラクタ１による作業（耕運作業、播種作業、施肥作業、代掻き作業、畝立て作業など）を行うための作業機及び作業機の大きさなどを指定する。

遠隔操作装置７０は、指定された圃場及び作業機による作業に基づいて、演算により無人トラクタ１が移動する作業ルート（作業経路）を生成し、作業ルートをディスプレイ１４６上に表示する。その後、遠隔操作装置７０は、オペレータの操作により、生成された作業ルートが選択された後、自律走行の開始の操作を受け付けると、自律走行を許可する応答信号を生成し、無人トラクタ１（無線通信ルータ５４）に送信する。この自律走行許可信号となる応答信号には、、オペレータにより指定された圃場（作業領域）、作業機及び作業ルートが含まれる。

無人トラクタ１は、自律走行許可信号となる応答信号を無線通信ルータ５４で受信すると、エンジン制御装置１５、本機制御装置１６、作業機制御装置１７、及び操舵制御装置５２を通じて自律走行制御装置５１による各部の制御動作が実行され、無人トラクタ１の自律走行が開始される。このとき、無人トラクタ１は、自律走行制御装置５１で、受信した応答信号より、オペレータに指定された圃場（作業領域）、作業機及び作業ルートを確認する。そして、自律走行制御装置５１が、エンジン制御装置１５、本機制御装置１６、作業機制御装置１７、及び操舵制御装置５２と通信することで、圃場内において設定された作業ルートに沿って機体２を設定車速で移動させながら、作業機３を設定値で駆動させ
る。

無人トラクタ１は、自律走行を開始すると、機体２及び作業機３の駆動状態（エンジン回転数、機体２の車速、エンジン負荷、機体２の傾き姿勢、作業機３の傾き姿勢、作業機３の昇降位置、左右のブレーキ装置２６の制動操作、ハンドル１０の操舵角、ＰＴＯスイッチの切換など）を、位置情報と共に、サーバ１００に送信する。また、無人トラクタ１は、遠隔操作装置７０に対しても、機体２及び作業機３の駆動状態を示す駆動状態情報を、位置情報及び時刻情報と共に送信する。なお、位置情報は、測位衛星６３及び基準局６０それぞれから受信した情報に基づき、測位測量装置５３で算出した緯度・経度情報であり、時刻情報は、無人トラクタ１の制御装置１５〜１７，５２，５３のいずれかで計時された時刻を示す情報である。

自律走行中の無人トラクタ１は、時間Ｔ１毎に、車両搭載端末装置１９をサーバ１００に通信接続して、機体２及び作業機３の駆動状態を示す駆動状態情報及び位置情報、を、通信ネットワーク網Ｎ１を介してサーバ１００に送信する。サーバ１００は、時間Ｔ１毎に受信した駆動状態情報及び位置情報を、標準時による受信時刻（又は送信時刻）と共に、指定された圃場（作業領域）を示す圃場ＩＤ（識別子）及びトラクタＩＤと関連づけて記憶する。なお、標準時による受信時刻（送信時刻）は、サーバ１００が無人トラクタ１より駆動状態情報及び位置情報を受信（送信）した際の時刻であり、圃場（作業領域）が日本国内にある場合は日本標準時による時刻としてもよいし、世界標準時による時刻とし
てもよい。

また、無人トラクタ１は、時間Ｔ１をｎ等分した時間Ｔ２毎に、無線通信ルータ５４より通信確認信号とともに、機体２及び作業機３の駆動状態を示す駆動状態情報、位置情報、及び時刻情報を、第２無線通信ネットワークを介して、遠隔操作装置７０に送信する。遠隔操作装置７０は、無人トラクタ１（無線通信ルータ５４）からの通信確認信号を受信すると、自律走行許可信号となる応答信号を無人トラクタ１（無線通信ルータ５４）に対して返信する。また、遠隔操作装置７０は、時間Ｔ２毎に受信した駆動状態情報、位置情報、及び時刻情報を、指定された圃場（作業領域）を示す圃場ＩＤ及びトラクタＩＤと関連づけて記憶する。このとき、遠隔操作装置７０に記憶される駆動状態情報の項目数が、サーバ１００に記憶される駆動状態情報の項目数よりも多いものとしても構わない。

無人トラクタ１は、無線通信ルータ５４において、時間Ｔ２毎に送信した通信確認信号に対して、遠隔操作装置７０からの応答信号の返信の有無を確認し、遠隔操作装置７０からの応答信号の返信が所定時間以上又は所定回数以上なかったとき、自律走行を停止させる。すなわち、オペレータが無人トラクタ１から離れた位置に移動したことにより、遠隔操作装置７０が無線通信ルータ５４との通信可能範囲外に位置した場合、遠隔操作装置７０と無線通信ルータ５４との間の通信が遮断される。このとき、自律走行制御装置５１は、オペレータによる無人トラクタ１の監視が困難な距離であるものと判定し、無人トラクタ１の自律走行を停止する。また、無人トラクタ１は、作業中に自律走行を停止すると、サーバ１００に対して、作業中に自律走行が停止されることを通知する。

また、遠隔操作装置７０が、自律走行停止の操作を受け付けると、遠隔操作装置７０は、無人トラクタ１（無線通信ルータ５４）との通信を遮断し、応答信号の返信を停止する。これにより、無人トラクタ１は、無線通信ルータ５４において、通信確認信号に対する応答信号の返信がないことを確認するため、自律走行制御装置５１により自律走行を停止させる。従って、人や動物などが圃場（作業領域）Ｈ１内へ侵入した場合や、無人トラクタ１が作業ルートから外れた場合に、無人トラクタ１を監視するオペレータが、遠隔操作置７０のディスプレイ１４６上に表示される停止ボタン（図示省略）をタッチ操作することで、無人トラクタ１を停止することができ、自律走行システムを安全に稼働できる。

＜作業ルート設定処理＞
以下において、遠隔操作装置７０における作業ルート設定処理について、図９〜図１２を参照して説明する。図９に示すように、無人トラクタ１と通信が確立された遠隔操作装置７０が、無人トラクタ１を通じてサーバ１００より地図情報を受信して、トラクタ１の現在位置周辺の地図をディスプレイ１４６に表示する（ＳＴＥＰ５０１）。このとき、サーバ１００は、トラクタＩＤ及び装置ＩＤより、トラクタ１を操作するオペレータに対して割り当てられた圃場（作業領域）を確認し、作業対象となる圃場（作業領域）の情報を地図情報に付加して、遠隔操作装置７０に送信する。

すなわち、サーバ１００は、トラクタ１より受信した位置情報により、トラクタ１の現在位置周辺の圃場ＨＡ〜ＨＨを含む地図情報を読み出す。そして、サーバ１００は、装置ＩＤにより確認されるオペレータの作業対象となる圃場が、圃場ＨＣ，ＨＤ，ＨＧ，ＨＨであることを確認して、地図情報と共に遠隔操作装置７０に通知する。そして、図１０に示すように、地図情報を受信した遠隔操作装置７０は、受信した地図情報に基づいて、作業対象となる圃場（作業領域）ＨＣ，ＨＤ，ＨＧ，ＨＨ及び対象外となる圃場ＨＡ，ＨＢ，ＨＦを含む地図をディスプレイ１４６に表示する。

オペレータは、遠隔操作装置７０のディスプレイ１４６を構成するタッチパネルを操作するなどして、ディスプレイ上に表示された地図上から、トラクタ１による作業対象となる圃場（作業領域）ＨＤを指定する。遠隔操作装置７０は、オペレータにより圃場（作業領域）が選択されると（ＳＴＥＰ５０２で「決定」）、図１１に示すように、トラクタ１による作業（耕運作業、播種作業、施肥作業、代掻き作業、畝立て作業など）の指定をオペレータに要求するための画面を、ディスプレイ４６に表示する（ＳＴＥＰ５０３）。そして、オペレータは、図１１のように画面表示された遠隔操作装置７０のタッチパネルを操作することで、トラクタ１による作業（耕運作業、播種作業、施肥作業、代掻き作業、
畝立て作業など）を行うための作業機３（作業内容）を指定する。

遠隔操作装置７０は、オペレータにより作業機３（作業内容）が選択されると（ＳＴＥＰ５０４で「決定」）、選択された圃場Ｈ１と作業機３から作業ルートを設定した後、標準で設定された車速に基づく作業時間を算出し、図１２に示すように、設定した作業ルートと共に作業時間をディスプレイ１４６上に画面表示する（ＳＴＥＰ５０５〜ＳＴＥＰ５
０７）。このとき、遠隔操作装置７０は、作業ルート上の直線経路を標準直線車速ＶＡで走行するものとし、作業ルート上の旋回経路を標準旋回時間ＴＡで旋回するものとする。そして、設定された作業ルーにおいて、直線経路の長さがＬとなり、旋回回数がＲＮとなる場合、作業時間（Ｌ／ＶＡ＋ＴＡ×ＲＮ）かかるものと算出する。なお、本実施形態では、説明を簡単にするため、旋回経路は１８０°旋回とするが、９０°旋回の場合については、９０°旋回用に標準旋回時間が設定されている。

遠隔操作装置７０は、標準設定による直線車速ＶＡ及び旋回時間ＴＡによる作業時間及び作業ルートに対して、オペレータによる時間短縮の要求を受け付けたとき（ＳＴＥＰ５０８で「時間短縮」）、作業内容が、施肥作業や播種作業といった直線車速を標準直線車速ＶＡで一定とする作業であるか否かを確認する（ＳＴＥＰ５０９）。直線車速の変更を可能とする作業である場合（ＳＴＥＰ５０９でＹｅｓ）、直線車速を上限車速Ｖｍａｘとして、作業時間（Ｌ／Ｖｍａｘ＋ＴＡ×ＲＮ）を算出し、ディスプレイ１４６に算出した作業時間（Ｌ／Ｖｍａｘ＋ＴＡ×ＲＮ）を表示する（ＳＴＥＰ５１０〜ＳＴＥＰ５１１）。

直線車速を標準直線車速ＶＡで一定とする作業である場合（ＳＴＥＰ５０９でＹｅｓ）、又は、直線車速の変更後の作業時間に対して更なる短縮が求められた場合（ＳＴＥＰ５１２で「時間短縮」）、無人トラクタ１の旋回時の横転を防止できる上限となる旋回車速による最小旋回時間Ｔｍｉｎとする（ＳＴＥＰ５１３）。なお、ＳＴＥＰ５０９からＳＴＥＰ５１３に移行した場合は、遠隔操作装置７０は、作業時間（Ｌ／ＶＡ＋Ｔｍｉｎ×ＲＮ）を算出して、ディスプレイ１４６に算出した作業時間（Ｌ／ＶＡ＋Ｔｍｉｎ×ＲＮ）を表示する（ＳＴＥＰ５１ＳＴＥＰ５０６において、標準直線車速ＶＡ及び標準旋回時間ＴＡによる作業時間を算出する。一方、ＳＴＥＰ５１５からＳＴＥＰ５０５に移行した場合は、遠隔操作装置７０は、ＳＴＥＰ５０６において、変更された直線車速及び旋回時間により作業時間を算出し、作業時間が短縮されなかった場合は、ＳＴＥＰ５０７において、ＳＴＥＰ５１４で表示した元の作業ルートと作業時間をディスプレイ１４６上に表示する。

遠隔操作装置７０は、旋回時間の変更後の作業時間に対して更なる短縮が求められた場合（ＳＴＥＰ５１５で「時間短縮」）、又は、設定された作業ルートの変更が求められた場合（ＳＴＥＰ５０８で「ルート変更」）、ＳＴＥＰ５０５に移行して、作業ルートを設定し直す。なお、ＳＴＥＰ５０８からＳＴＥＰ５０５に移行した場合は、遠隔操作装置７０は、ＳＴＥＰ５０６において、標準直線車速ＶＡ及び標準旋回時間ＴＡによる作業時間を算出する。一方、ＳＴＥＰ５１５からＳＴＥＰ５０５に移行した場合は、遠隔操作装置７０は、ＳＴＥＰ５０６において、変更された直線車速及び旋回時間により作業時間を算出し、作業時間が短縮されなかった場合は、ＳＴＥＰ５０７において、ＳＴＥＰ５１４で表示した元の作業ルートと作業時間をディスプレイ１４６上に表示する。 オペレータ、ディスプレイ１４６に表示された作業ルート及び作業時間での作業を承諾し、ディスプレイ１４６に表示される決定ボタンを操作したとき（ＳＴＥＰ５０８、ＳＴＥＰ５１２、ＳＴＥＰ５１５それぞれで「決定」）、遠隔操作装置７０は、設定した作業ルートを無人トラクタ１に送信する。なお、図１２に示すように、作業ルート設定後の画面表示において、作業時間が表示されるものとしたが、現在時刻と作業時間から予測される作業終了時刻を表示されるものとしても構わない。

オペレータが、ディスプレイ１４６に表示された作業ルート及び作業時間での作業を承諾し、ディスプレイ１４６に表示される決定ボタンを操作したとき（ＳＴＥＰ５０８、ＳＴＥＰ５１２、ＳＴＥＰ５１５それぞれで「決定」）、遠隔操作装置７０は、設定した作業ルートを無人トラクタ１に送信する。なお、図１２に示すように、作業ルート設定後の画面表示において、作業時間が表示されるものとしたが、現在時刻と作業時間から予測される作業終了時刻を表示されるものとしても構わない。

また、本実施形態では、作業ルートを設定した後に算出された作業時間に対して、オペレータが作業時間の短縮を要求するものとしたが、図１３のフローチャートに示すように、予め、オペレータが希望する作業時間を入力するものとしても構わない。この場合、オペレータが希望する作業時間が入力されると（ＳＴＥＰ５５１で「決定」）、遠隔操作装置７０は、オペレータの希望する時間に近い作業時間で作業を完了できる作業ルートを設定し、その作業時間と共に作業ルートをディスプレイ１４６に表示する（ＳＴＥＰ５０５〜ＳＴＥＰ５０７）。その後、時間短縮の要求を受け付けた場合、図９のフローチャートによる動作と同様、直線車速又は旋回時間を変更して、作業時間を変更させる。なお、作業時間の代わりに作業終了時刻が入力され、現在時刻と作業終了時刻より、オペレータが希望する作業時間を算出し、作業ルートが設定されるものとしても構わない。

本発明は、前述の実施形態に限らず、様々な態様に具体化できる。各部の構成は図示の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。すなわち、上述の実施形態では、圃場内において単一のトラクタ１で作業されるものとしたが、複数のトラクタ１で作業されるものとしてもよい。このとき、例えば、図１４に示すように、圃場内において農作業の一部が無人トラクタ１により行われるとともに、残りの農作業は有人トラクタ１Ａにより行う。無人トラクタ１及び有人トラクタ１Ａにより農作業の協調作業、追従作業、随伴作業等を実行することで、単一の圃場において農作業を分担して行える。また、上記の協調作業では、ある圃場において農作業を無人トラクタ１が行い、それと同時に別の圃場において農作業を有人トラクタ１Ａが行うものとしてもよい。更に、図１５に示すように、複数の無人トラクタ１，１Ａ，１Ｂにより、上記協調作業、追従作業、随伴作業のいずれかを実行させるものとしても構わない。

１ トラクタ（作業車両）
１５ エンジン制御装置
１６ 本機制御装置
１７ 作業機制御装置
１８ 車両バス回線
１９ 車両搭載端末装置
４８ 無線通信アンテナユニット
４８ａ 第１無線通信アンテナ
４８ｂ 第２無線通信アンテナ
５１ 自律走行制御装置
５２ 操舵制御装置
５３ 測位側量装置
５４ 無線通信ルータ
５６ 自律走行バス回線
６０ 基準局
６３ 測位衛星
７０ 遠隔操作装置
８０ 外部端末装置
９０ アクセスポイント
１００ サーバ
Ｃ１ 管理センター
Ｈ１ 圃場（作業領域）
Ｎ１ 通信ネットワーク網
Ｏ１ 事務所

Claims (5)

1. 農作業車両と通信可能な遠隔操作装置により、前記農作業車両の自律走行が制御される農作業車両の自律走行システムであって、
   前記遠隔操作装置が、前記農作業車両が作業する作業領域と、前記農作業車両による作業内容と、作業時間若しくは作業終了時間のいずれかの入力と、により、前記作業領域内での作業経路を設定可能とすることを特徴とする農作業車両の自律走行システム。
2. 前記遠隔操作装置は、前記作業時間の入力によって前記作業経路が設定された場合、現在時刻と入力された前記作業時間から作業終了時間を表示することを特徴とする請求項１に記載の農作業車両の自律走行システム。
3. 前記遠隔操作装置は、前記入力された作業時間の短縮を受け付けると、前記作業経路における直線経路の車速を変更して前記作業時間を表示することを特徴とする請求項２に記載の農作業車両の自律走行システム。
4. 前記遠隔操作装置は、前記入力された作業時間の短縮を受け付けると、前記作業経路における旋回経路にかかる旋回時間を変更して前記作業時間を表示することを特徴とする請求項２に記載の農作業車両の自律走行システム。
5. 前記遠隔操作装置は、前記入力された作業時間の短縮を受け付けると、作業時間が短くなる前記作業経路を再設定することを特徴とする請求項２に記載の農作業車両の自律走行システム。

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