JP2021112203A - 作業車両 - Google Patents

Abstract

【課題】予め定められた経路に沿って自律走行する作業車両において、前後進をスムーズに切り換えることが可能な構成を提供する。【解決手段】作業車両は、予め定められた複数の作業経路と、当該作業経路の端同士を接続し、直進路を含む旋回路と、を有する走行経路に沿って自律走行する。作業車両は、車輪と、制御部と、を備える。制御部は、走行経路に沿って、車輪の回転方向、及び、車輪の切れ角である舵角を制御する。制御部は、舵角が直進路に対して所定角度以下である場合に、車輪の回転の停止中に舵角を変更することなく、車輪の回転方向を前進方向から後進方向、又は、後進方向から前進方向へ変更させることが可能である。【選択図】図９

Description

本発明は、主として、本発明は、主として、予め定められた経路に沿って自律走行する作業車両に関する。

従来から、衛星測位システムを利用して自律走行可能な作業車両が知られている。特許文献１は、この種の作業車両を開示する。特許文献１の作業車両は、衛星測位システムを利用して機体の位置を測位する位置算出手段と、設定した走行経路に沿って自動的に走行及び作業をさせる制御装置と、を備えており、遠隔操作装置は、この作業車両と無線で相互に通信可能に構成されている。この構成により、特許文献１では、作業車両に作業者が乗ることなく作業車両を遠隔で操作することができる。

また、特許文献２では、作業者が乗っている状態において、作業車両を手動で走行させるモードと、作業車両を自律的に走行させるモードと、を実行可能な作業車両が開示されている。

特開２０１５−１８８４２３号公報 特開２０１４−１８２４５３号公報

ここで、特許文献１及び２では、前進から後進（又はその反対）を切り換える際において、舵角をどのように制御するかについて記載されていない。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その主要な目的は、予め定められた経路に沿って自律走行する作業車両において、前後進をスムーズに切り換えることが可能な構成を提供することにある。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

本発明の観点によれば、以下の構成の作業車両が提供される。即ち、作業車両は、予め定められた複数の作業経路と、当該作業経路の端同士を接続し、直進路を含む旋回路と、を有する走行経路に沿って自律走行する。作業車両は、車輪と、制御部と、を備える。前記制御部は、前記走行経路に沿って、前記車輪の回転方向、及び、前記車輪の切れ角である舵角を制御する。前記制御部は、前記舵角が前記直進路に対して所定角度以下である場合に、前記車輪の回転の停止中に前記舵角を変更することなく、前記車輪の回転方向を前進方向から後進方向、又は、後進方向から前進方向へ変更させることが可能である。

前記の作業車両においては、前記所定角度以下とは、前記車輪の中立角度に対する舵角である判定角度が第１角度以下である場合であることが好ましい。

前記の作業車両においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記旋回路は、前進しながら旋回する経路である前進旋回路を含む。前記制御部は、前記前進旋回路から前記直進路へ切り替える場合に前記車輪の回転方向を前進方向から後進方向へ変更させることが可能であり、前記直進路から前記前進旋回路へ切り替える場合に前記車輪の回転方向を後進方向から前進方向へ変更させることが可能である。

本発明の一実施形態に係るロボットトラクタの全体的な構成を示す側面図。 ロボットトラクタの平面図。 自律走行システムに備えられる無線通信端末を示す図。 ロボットトラクタ及び無線通信端末の制御系の主要な構成を示すブロック図。 無線通信端末のディスプレイにおける監視画面の表示例を示す図。 無線通信端末が生成する自律走行経路の例を示す模式図。 前後進を切り換えて旋回するときの流れを説明する模式図。 中立角度を基準角度とした場合の判定角度θを示す模式図。 前後進の切換時における舵角変更に関する処理を示すフローチャート。 前進時と後進時とで現在位置を異ならせることを示す模式図。 前後進を切り換えて旋回する別の方法を説明する模式図。 目標角度を基準角度とした場合の判定角度θを示す模式図。 前後進の開始時における舵角変更に関する処理を示すフローチャート。

次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下では、図面の各図において同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明を省略することがある。また、同一の符号に対応する部材等の名称が、簡略的に言い換えられたり、上位概念又は下位概念の名称で言い換えられたりすることがある。

自律走行システムは、作業領域及び非作業領域内で１台又は複数台の作業車両を自律的に走行させて、作業の全部又は一部を実行させるものである。本実施形態では、作業車両としてトラクタを例に説明するが、作業車両としては、トラクタの他、田植機、コンバイン、土木・建設作業装置、除雪車等、乗用型作業機に加え、歩行型作業機も含まれる。本明細書において自律走行とは、トラクタが備える制御部（ＥＣＵ）によりトラクタが備える走行に関する構成が制御されて予め定められた経路に沿ってトラクタが走行することを意味し、自律作業とは、トラクタが備える制御部によりトラクタが備える作業に関する構成が制御されて、予め定められた経路に沿ってトラクタが作業を行うことを意味する。なお、自律走行、自律作業時には、トラクタに人が乗っていてる場合と、トラクタに人が乗っていない場合が含まれる。これに対して、手動走行・手動作業とは、トラクタが備える各構成がユーザにより操作され、走行・作業が行われることを意味する。

次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る自律走行システム９９に備えられるロボットトラクタ１の全体的な構成を示す側面図である。図２は、ロボットトラクタ１の平面図である。図３は、本発明の一実施形態に係る自律走行システム９９に備えられる無線通信端末４６を示す図である。図４は、ロボットトラクタ１及び無線通信端末４６の制御系の主要な構成を示すブロック図である。

図１に示すように、本発明の実施の一形態に係る自律走行システム９９に備えられるロボットトラクタ（作業車両）１は、無線通信端末４６との間で無線通信を行うことにより操作される作業車両である。ユーザが無線通信端末４６を操作して、当該トラクタ１の制御部４との間で信号のやり取りを適宜行うことにより、トラクタ１を自律走行・自律作業させることができる。

初めに、本発明の実施の一形態に係る自律走行システム９９に備えられるロボットトラクタ（以下、単に「トラクタ」と称する場合がある。）１について、主として図１及び図２を参照して説明する。

トラクタ１は、圃場（走行領域）内を自律走行することが可能な走行機体（車体部）２を備える。走行機体２には、図１及び図２に示す作業機３が着脱可能に取り付けられている。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を選択して走行機体２に装着することができる。走行機体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の構成について、図１及び図２を参照してより詳細に説明する。トラクタ１の走行機体２は、図１に示すように、その前部が左右１対の前輪（車輪）７，７で支持され、その後部が左右１対の後輪８，８で支持されている。

走行機体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及び燃料タンク（図略）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よい。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よい。

ボンネット９の後方には、ユーザが搭乗するためのキャビン１１が配置されている。このキャビン１１の内部には、ユーザが操向操作するためのステアリングハンドル１２と、ユーザが着座可能な座席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、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。

上記の操作装置としては、図２に示すモニタ装置１４、スロットルレバー１５、主変速レバー２７、複数の油圧操作レバー１６、ＰＴＯスイッチ１７、ＰＴＯ変速レバー１８、副変速レバー１９、及び作業機昇降スイッチ２８等を例として挙げることができる。これらの操作装置は、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１４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１５は、エンジン１０の出力回転数を設定するための操作具である。主変速レバー２７は、トラクタ１の走行速度を無段階で変更するための操作具である。油圧操作レバー１６は、図略の油圧外部取出バルブを切換操作するための操作具である。ＰＴＯスイッチ１７は、トランスミッション２２の後端から突出した図略のＰＴＯ軸（動力取出軸）への動力の伝達／遮断を切換操作するための操作具である。即ち、ＰＴＯスイッチ１７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１７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が停止される。ＰＴＯ変速レバー１８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ための操作具である。副変速レバー１９は、トランスミッション２２内の走行副変速ギア機構の変速比を切り換えるための操作具である。作業機昇降スイッチ２８は、走行機体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ための操作具である。

図１に示すように、走行機体２の下部には、トラクタ１のシャーシ２０が設けられている。当該シャーシ２０は、機体フレーム２１、トランスミッション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。トランスミッション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、トランスミッション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、トランスミッション２２から入力された動力を後輪８に伝達するように構成されている。前輪７及び後輪８が前進方向に回転することで、トラクタ１が前進する。前輪７及び後輪８が後進方向に回転することで、トラクタ１が後進する。

図４に示すように、トラクタ１は、走行機体２の動作（前進、後進、停止及び旋回等）並びに作業機３の動作（昇降、駆動及び停止等）を制御するための制御部４を備える。制御部４は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ等を備えて構成されており、ＣＰＵは、各種プログラム等をＲＯＭから読み出して実行することができる。制御部４には、トラクタ１が備える各構成（例えば、エンジン１０等）を制御するためのコントローラ、及び、他の無線通信機器と無線通信可能な無線通信部４０等がそれぞれ電気的に接続されている。

上記のコントローラとして、トラクタ１は少なくとも、図略のエンジンコントローラ、車速コントローラ、操向コントローラ及び昇降コントローラを備える。それぞれのコントローラは、制御部４からの電気信号に応じて、トラクタ１の各構成を制御することができる。

エンジンコントローラは、エンジン１０の回転数等を制御するものである。具体的には、エンジン１０には、当該エンジン１０の回転数を変更させる図略のアクチュエータを備えたガバナ装置４１が設けられている。エンジンコントローラは、ガバナ装置４１を制御することで、エンジン１０の回転数を制御することができる。また、エンジン１０には、エンジン１０の燃焼室内に噴射（供給）するための燃料の噴射時期・噴射量を調整する燃料噴射装置４５が付設されている。エンジンコントローラは、燃料噴射装置４５を制御することで、例えばエンジン１０への燃料の供給を停止させ、エンジン１０の駆動を停止させることができる。

車速コントローラは、トラクタ１の車速を制御するものである。具体的には、トランスミッション２２には、例えば可動斜板式の油圧式無段変速装置である変速装置４２が設けられている。車速コントローラは、変速装置４２の斜板の角度を図略のアクチュエータによって変更することで、トランスミッション２２の変速比を変更し、所望の車速を実現することができる。

操向コントローラは、ステアリングハンドル１２の回動角度を制御するものである。具体的には、ステアリングハンドル１２の回転軸（ステアリングシャフト）の中途部には、操向アクチュエータ４３が設けられている。この構成で、予め定められた経路をトラクタ１が走行する場合、制御部４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計算し、得られた回動角度となるように操向コントローラに制御信号を出力する。操向コントローラは、制御部４から入力された制御信号に基づいて操向アクチュエータ４３を駆動し、ステアリングハンドル１２の回動角度を制御する。

昇降コントローラは、作業機３の昇降を制御するものである。具体的には、トラクタ１は、作業機３を走行機体２に連結している３点リンク機構の近傍に、油圧シリンダ等からなる昇降アクチュエータ４４を備えている。この構成で、昇降コントローラは、制御部４から入力された制御信号に基づいて昇降アクチュエータ４４を駆動して作業機３を適宜に昇降動作させることにより、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。この制御により、作業機３を、退避高さ（農作業を行わない高さ）及び作業高さ（農作業を行う高さ）等の所望の高さで支持することができる。

なお、上述した図略の複数のコントローラは、制御部４から入力される信号に基づいてエンジン１０等の各部を制御していることから、制御部４が実質的に各部を制御していると把握することができる。

上述のような制御部４を備えるトラクタ１は、ユーザがキャビン１１内に搭乗して各種操作をすることにより、当該制御部４によりトラクタ１の各部（走行機体２、作業機３等）を制御して、圃場内を走行しながら農作業を行うことができるように構成されている。また、トラクタ１は、ユーザがトラクタ１に搭乗している状態又は搭乗していない状態において、無線通信端末４６により出力される所定の制御信号に基づいて自律走行及び自律作業をさせることが可能となっている。

具体的には、図４等に示すように、トラクタ１は、自律走行・自律作業を可能とするための各種の構成を備えている。例えば、トラクタ１は、測位システムに基づいて自ら（走行機体２）の位置情報を取得するために必要な測位用アンテナ６等を備える。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、自律走行を可能とするためにトラクタ１が備える構成について、より詳細に説明する。具体的には、本実施形態のトラクタ１は、図４等に示すように、測位用アンテナ６、無線通信用アンテナ４８、前方カメラ５６、後方カメラ５７、記憶部５５、車速センサ５３、及び舵角センサ５２等を備える。また、これらに加えて、トラクタ１には、走行機体２の姿勢（ロール角、ピッチ角、ヨー角）を特定することが可能な慣性計測ユニット（ＩＭＵ）が備えられている。

測位用アンテナ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。図１に示すように、測位用アンテナ６は、トラクタ１のキャビン１１のルーフ９２の上面に取り付けられている。測位用アンテナ６で受信された測位信号は、図４に示す位置検出部としての位置情報取得部４９に入力される。位置情報取得部４９は、トラクタ１の走行機体２（厳密には、測位用アンテナ６）の位置情報を、例えば緯度・経度情報として算出し、取得する。当該位置情報取得部４９で取得された位置情報は、制御部４に入力されて、自律走行に利用される。

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が用いられているが、これに限るものではなく、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。例えば、相対測位方式（ＤＧＰＳ）、又は静止衛星型衛星航法補強システム（ＳＢＡＳ）を使用することが考えられる。

無線通信用アンテナ４８は、ユーザが操作する無線通信端末４６からの信号を受信したり、無線通信端末４６への信号を送信したりするものである。図１に示すように、無線通信用アンテナ４８は、トラクタ１のキャビン１１が備えるルーフ９２の上面に取り付けられている。無線通信用アンテナ４８で受信した無線通信端末４６からの信号は、図４に示す無線通信部４０で信号処理された後、制御部４に入力される。また、制御部４等から無線通信端末４６に送信する信号は、無線通信部４０で信号処理された後、無線通信用アンテナ４８から送信されて無線通信端末４６で受信される。

前方カメラ５６はトラクタ１の前方を撮影するものである。後方カメラ５７はトラクタ１の後方を撮影するものである。前方カメラ５６及び後方カメラ５７はトラクタ１のルーフ９２に取り付けられている。前方カメラ５６及び後方カメラ５７で撮影された動画データは、無線通信部４０により、無線通信用アンテナ４８から無線通信端末４６に送信される。動画データを受信した無線通信端末４６は、その内容をディスプレイ３７に表示する。

車速センサ５３は、トラクタ１の車速を検出するものであり、例えば前輪７，７の間の車軸に設けられる。車速センサ５３で得られた検出結果のデータは、無線通信部４０で信号処理された後、無線通信用アンテナ４８から送信されて無線通信端末４６で受信されて、その内容がディスプレイ３７に表示される。舵角センサ５２は、前輪７，７の舵角を検出するセンサである。本実施形態において、舵角センサ５２は前輪７，７に設けられた図示しないキングピンに備えられている。舵角センサ５２で得られた検出結果のデータは、制御部４へ出力される。なお、舵角センサ５２をステアリングハンドル１２に備える構成としてもよい。

記憶部５５は、トラクタ１を自律走行させる走行経路や自律作業させる作業経路を記憶したり、自律走行中のトラクタ１（厳密には、測位用アンテナ６）の位置の推移（走行軌跡）を記憶したりするメモリである。その他にも、記憶部５５は、トラクタ１を自律走行・自律作業させるために必要な様々な情報を記憶している。

無線通信端末４６は、図３に示すように、タッチパネル３９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。ユーザは、無線通信端末４６のディスプレイ３７に表示された情報（例えば、前方カメラ５６や、後方カメラ５７や、車速センサ等からの情報）を参照して確認することができる。また、ユーザは、上記のタッチパネル３９、又はディスプレイ３７の近傍に配置されたハードウェアキー３８等を操作して、トラクタ１の制御部４に、トラクタ１を制御するための制御信号（例えば、一時停止信号等）を送信することができる。なお、無線通信端末４６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、こえに代えて、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。

このように構成されたトラクタ１は、無線通信端末４６を用いるユーザの指示に基づいて、圃場上の走行経路Ｐに沿って走行しつつ、作業経路Ｐ１に沿って作業機３による農作業を行うことができる。

具体的には、ユーザは、無線通信端末４６を用いて各種設定を行うことにより、農作業を行う直線状又は折れ線状の作業経路Ｐ１と、当該作業経路Ｐ１の端同士を繋ぐ円弧状の旋回路（トラクタ１が旋回を行う非作業経路）Ｐ２と、を交互に繋いだ一連の経路としての走行経路（パス）Ｐを生成することができる（図６を参照）。そして、このようにして生成した走行経路（作業経路Ｐ１及び非作業経路Ｐ２）Ｐの情報を、トラクタ１の制御部４に電気的に接続された記憶部５５に入力（転送）して所定の操作をすることにより、当該制御部４によりトラクタ１を制御して、当該トラクタ１を走行経路Ｐに沿って自律走行させながら、作業経路Ｐ１に沿って作業機３により自律作業させることができる。

以下では、図３から図６までを参照して、無線通信端末４６の構成についてより詳細に説明する。図５は、無線通信端末４６のディスプレイ３７における監視画面１００の表示例を示す図である。図６は、無線通信端末が生成する自律走行経路の例を示す模式図である。

図３及び図４に示すように、本実施形態の無線通信端末４６は、ディスプレイ３７、ハードウェアキー３８、及びタッチパネル３９の他、制御系の主要な構成として、表示制御部３１、記憶部３２、圃場取得部３３、作業領域取得部３４、及び走行経路取得部３５等を備える。

具体的には、無線通信端末４６は上述のとおりコンピュータとして構成されており、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備える。また、前記ＲＯＭには、トラクタ１に自律走行・自律作業を行わせるための適宜のプログラムが記憶されている。このソフトウェアとハードウェアの協働により、無線通信端末４６を、表示制御部３１、記憶部３２、圃場取得部３３、作業領域取得部３４、走行経路取得部３５等として動作させることができる。

表示制御部３１は、ディスプレイ３７に表示する表示用データを作成し、表示内容を適宜に制御する。例えば、表示制御部３１は、トラクタ１を走行経路Ｐに沿って自律走行させながら作業経路Ｐ１に沿って自律作業させている間は、図５に示す監視画面１００をディスプレイ３７に表示させる。

記憶部３２は、ユーザが無線通信端末４６のタッチパネル３９を操作することにより入力したトラクタ１に関する情報や圃場に関する情報等を記憶するとともに、作成された走行経路Ｐ（作業経路Ｐ１及び非作業経路Ｐ２）の情報等を記憶するメモリである。

圃場取得部３３は、トラクタ１が自律走行・自律作業を行う対象となる圃場（走行領域）の位置及び形状を記憶する。圃場の位置及び形状は、例えばユーザがトラクタ１に搭乗して圃場の外周に沿って１回り周回するように運転し、そのときの測位用アンテナ６の位置情報の推移を記録することで、取得することができる。圃場取得部３３が取得した圃場の位置及び形状は、圃場情報として記憶部３２に記憶される。

作業領域取得部３４は、トラクタ１が自律走行を行う対象の圃場内に配置される、農作業を行う作業領域の位置を設定するものである。具体的に説明すると、本実施形態の無線通信端末４６においては、所定の操作をすることにより、枕地の幅と、非耕作地の幅と、を設定可能に構成されている。そして、枕地及び非耕作地からなる非作業領域が、上記の設定内容と、圃場取得部３３で取得された圃場の位置及び形状と、に基づいて定められるとともに、圃場の領域から非作業領域を除いた領域が作業領域として定められる。

走行経路取得部３５は、圃場内においてトラクタ１が自律的に農作業を行う作業経路Ｐ１と、この作業経路Ｐ１の端同士を結ぶ非作業経路（旋回路）Ｐ２と、を交互に繋いだ走行経路Ｐを生成し、取得する。走行経路Ｐの生成に必要な情報をユーザがタッチパネル３９等により入力すると、走行経路取得部３５は、その情報に基づいて自動的に走行経路Ｐ（作業経路Ｐ１及び非作業経路Ｐ２）を作成する。この走行経路Ｐは、直線状又は折れ線状の作業経路Ｐ１が作業領域に含まれ、非作業経路（旋回路）Ｐ２が枕地等の非作業領域に含まれるように生成される。走行経路取得部３５が生成した走行経路Ｐは、記憶部３２に記憶される。

ユーザは、無線通信端末４６を適宜操作して、走行経路取得部３５で生成された走行経路Ｐの情報をトラクタ１の記憶部５５に入力（転送）する。その後、ユーザはトラクタ１に搭乗して運転することで、トラクタ１を走行経路Ｐの開始位置に配置する。続いて、ユーザがトラクタ１から降車して無線通信端末４６を操作し、自律走行・自律作業の開始を指示する。これにより、トラクタ１が当該走行経路Ｐに沿って走行しながら作業経路Ｐ１に沿って農作業を行うように、制御部４がトラクタ１の走行及び農作業を制御する。

自律走行・自律作業の開始に伴って、ディスプレイ３７の表示画面は、図５に示す監視画面１００に切り換わる。

監視画面１００の左部には、前方カメラ５６及び後方カメラ５７から送信されてきたデータをそれぞれ動画データとして表示する前方カメラ表示部１０１及び後方カメラ表示部１０２が上下に配置される。監視画面１００の右部には、トラクタ１の走行経路Ｐ及び現在位置等を図面等でグラフィカルに示す作業状態表示部１０３が配置される。前方カメラ表示部１０１の上方には、トラクタ１の現在の車速を表示する車速表示部１０６が設けられる。車速表示部１０６には、上述の車速センサから送信されてきたデータに基づいて取得された、トラクタ１の現在の車速が表示される。

次に、自律走行時において前後進の切換時における舵角変更に関する制御について、図７から図９を参照して説明する。図７は、前後進を切り換えて旋回するときの流れを説明する模式図である。図８は、中立角度を基準角度とした場合の判定角度θを示す模式図である。図９は、前後進の切換時における舵角変更に関する処理を示すフローチャートである。

初めに、自律走行時において前後進を切り換える状況について説明する。例えば、作業経路Ｐ１同士の間隔が狭く、トラクタ１の前進のみによる旋回では、次の作業経路Ｐ１に到達できない場合、前後進を切り換えて旋回することが行われる。具体的に説明すると、初めに図７の左端の図に示すように前進で次の作業経路Ｐ１側に略９０°旋回させ（第１工程）、その後図７の中央の図に示すように後進させ（第２工程）、その後図７の右端の図に示すように目的の作業経路Ｐ１まで前進で旋回させる（第３工程）。なお、第１工程における旋回角度は略９０°に限られない。

ここで、旋回に掛かる時間を短縮するために、第１工程から第２工程に切り替える際の切換時間や、第２工程から第３工程に切り換える際の切換時間を短時間とすることが好ましい。しかしながら、第１工程が完了した段階では、図８に示すように舵角が中立角度でない場合がある。また、第２工程では、舵角を中立角度にして後進することが想定されている。ここで、第１工程から第２工程への切換時（即ち前後進の切換時）において、トラクタ１を停止させて舵角を中立角度に戻す場合、第１工程から第２工程への切替時間（即ちトラクタ１の停止時間）が長くなってしまい、前後進の切換えがスムーズに行われない。

この点、本実施形態では、図９に示す制御を行うことにより、前後進の切換えをスムーズに行うことができる。以下、具体的に説明する。制御部４は、前後進の切換タイミングか否かを判定し（Ｓ１０１）、前後進の切換タイミングと判定した場合（例えば、第１工程と第２工程の間、第２工程と第３工程の間）、舵角（判定角度）が第１角度以下か否かを判定する（Ｓ１０２）。なお、本実施形態では、中立角度を基準角度として、中立角度に対する舵角を判定角度（図９の判定処理等で用いる角度）としているため、舵角と判定角度は等しいが、後述の第１変形例に示すように、中立角度以外を基準角度としてもよい。また、第１角度は、例えば１０°（左方向に１０°、右方向に１０°）である。

制御部４は、舵角（判定角度）が第１角度以下であると判定した場合、トラクタ１を停止させると同時に前後進を切り換える（Ｓ１０３）。つまり、制御部４は、舵角（判定角度）が第１角度以下である場合は、トラクタ１の停止中に舵角を変更しない。その後、制御部４は、舵角と目標角度に差異がある場合は目標角度まで舵角を変更する（Ｓ１０４）。

一方、制御部４は、舵角（判定角度）が第１角度より大きいと判定した場合、トラクタ１を停止させる（Ｓ１０５）。そして、制御部４は、トラクタ１の停止中において、舵角を第２角度に変更する（Ｓ１０６）。つまり、制御部４は、舵角（判定角度）が第１角度より大きい場合は、トラクタ１の停止中に舵角を変更する。ただし、トラクタ１の停止時間を短くするために、制御部４は、舵角を中立角度ではなく、判定角度が第２角度になるように舵角を変更する。第２角度は、第１角度より小さい値であり、例えば２°である。

制御部４は、舵角を第２角度に変更した後に、前後進を切り換える（Ｓ１０６）。その後、制御部４は、目標角度まで舵角を変更する（Ｓ１０４）。

このように、トラクタ１の停止中ではなく、前後進の切換後に舵角を変更することで、トラクタ１の停止時間を短くすることができるので、前後進の切換えをスムーズに行うことができる。つまり、本実施形態では、舵角が非中立角度以外であっても、前後進を切り換えることができる。更に、停止時の舵角が大きい場合は、トラクタ１の停止中にある程度（第２角度まで）舵角を変更することで、トラクタ１の停止時間を抑えつつ、前後進の切換後に大幅に舵角が変更されることを防止できる。前後進の切換後に大幅に舵角が変更されることを防止できることで、前後進の切換前後の揺れを小さくしたり、経路の逸脱量を低減できる。

また、ステップＳ１０６において、舵角を中立角度に変更してもよいし、舵角を第１角度に変更してもよい。また、本実施形態では、ステップＳ１０２の処理は、トラクタ１の停止前に実行するが、トラクタ１の停止中に実行してもよい。この場合、ステップＳ１０３の１行目及びステップＳ１０５が不要となる。

また、本実施形態のトラクタ１は、図１０に示すように、トラクタ１の前後方向の中央から外れた位置（前側の位置）に測位用アンテナ６が配置されている。従って、前進時はトラクタの前後方向の中央よりも進行方向側の位置を現在位置として利用するのに対し、後進時はトラクタの前後方向の中央よりも進行方向反対側の位置を現在位置として利用することとなる。従って、前進時と後進時とで自律走行の制御方法を異ならせなければならない可能性がある。

これを考慮し、本実施形態では、後進時においてトラクタ１の現在位置の算出方法を異ならせる。つまり、図１０に示すように、後進時においてトラクタ１の中央を通る線を対称線として対称となる位置に測位用アンテナ６があるように、測位用アンテナ６の位置を仮想的に補正する。実際に行う処理としては、トラクタ１の前後方向の中央から測位用アンテナ６までの前後方向の距離Ｌを予め記憶しておき、後進時は、検出された現在位置から、トラクタ１の後方向に距離Ｌの２倍の長さオフセットさせた値を、現在位置として取り扱う。これにより、前進時と後進時とで自律走行の制御方法を同じにすることができる。

図７で示した旋回方法では、第１工程の完了時においては舵角が中立角度でない可能性があるが、第２工程の完了時においては基本的には舵角は中立角度であると考えられる。つまり、第２工程と第３工程の間では、前後進の切換は行われるため図９の処理は実行されるが、前後進の切換時の舵角変更は不要であるため行われない。従って、この旋回方向では、前進から後進に切り換える際に、中立角度でない状態で前後進が切り換えられる。これに対し、本実施形態の制御を用いることで、例えば図１１に示す旋回方法では、後進から前進に切り換える際に、中立角度でない状態で前後進を切り換えることができる。

図１１の旋回方法は、例えば障害物Ａがあることにより、通常の旋回方法又は図７の旋回方法を用いることができない場合に用いられる。具体的には、初めに図１１の左端の図に示すようにトラクタ１を前進させながら一方向（左方向）に旋回させる（第１工程）。その後図１１の左から２番目の図に示すように、トラクタ１を前進させながら他方向（右方向）に旋回させる（第２工程）。その後図１１の右から２番目の図に示すように後進させながら略９０°旋回させ（第３工程）、その後図１１の右端の図に示すように次の作業経路Ｐ１まで前進で旋回させる（第４工程）。なお、第３工程における旋回角度は９０°に限られない。第１工程と第２工程とではともにトラクタ１を前進させるが、第１工程と第２工程とでトラクタ１を旋回させる方向が異なるため、制御部４は、第１工程と第２工程の間においても、図９と同様の処理を行う。即ち、制御部４は、舵角（判定角度）と第１角度との比較結果に基づいて、停止中に舵角を変更することなくトラクタ１を前進させるか、トラクタ１を停止させて舵角を変更するかを決定する。また、第３工程では旋回後にすぐに停止することが好ましいため、第３工程が完了した段階では、舵角が中立角度でない場合がある。従って、図１１の旋回方法を用いる場合、舵角が中立角度でない状態で、後進から前進に切り換えられることとなる。従って、制御部４は、第２工程と第３工程の間においても、図９と同様の処理を行う。即ち、制御部４は、舵角（判定角度）と第１角度との比較結果に基づいて、トラクタ１を停止させると同時に（舵角を変更することなく）前進に切り換えるか、トラクタ１の停止中に舵角を変更するかを決定する。

次に、上記実施形態の第１変形例を説明する。図１２は、目標角度を基準角度とした場合の判定角度θを示す模式図である。なお、第１変形例及び後述の第２変形例の説明においては、前述の実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。

上記実施形態では、基準角度が中立角度であるため、舵角と判定角度が同じであったが、第１変形例では、基準角度が中立角度以外の角度である。第１変形例の基準角度としては、例えば、前後進の切換後の舵角の目標角度を用いることができる。第１変形例で行われる、前後進の切換時における舵角変更に関する処理は、本実施形態と同じであるため説明を省略する。

次に、上記実施形態の第２変形例を説明する。図１３は、前後進の開始時における舵角変更に関する処理を示すフローチャートである。

上記実施形態では、前後進の切換時の舵角変更に関する処理を説明したが、第２変形例の制御部４は、更に、前後進の開始時の舵角変更に関しても同様の処理を行う。

以下、具体的に説明する。制御部４は、前後進の開始タイミングか否かを判定し（Ｓ２０１）、前後進の開始タイミングと判定した場合、舵角（判定角度）が第３角度以下か否かを判定する（Ｓ２０２）。第３角度は、自律走行による前後進の開始条件となっている舵角であり、第３角度より大きい舵角では前後進を開始することができない。第３角度は、第１角度よりも大きい値であるが、小さい値であってもよい。また、第３角度は例えば１５°であるが、１０°〜２０°の間の別の値であってもよい。

制御部４は、舵角が第３角度以下であると判定した場合、舵角を変更することなく前後進を開始する（Ｓ２０３）。その後、制御部４は、舵角と目標角度に差異がある場合は目標角度まで舵角を変更する（Ｓ２０４）。

一方、制御部４は、舵角が第３角度より大きいと判定した場合、前後進を開始せずに舵角を第２角度に変更する（Ｓ２０５）。制御部４は、舵角を第２角度に変更した後に、前後進を開始する（Ｓ２０６）。その後、制御部４は、目標角度まで舵角を変更する（Ｓ２０４）。

上記実施形態と同様に、ステップＳ２０５において、舵角を中立角度に変更してもよいし、舵角を目標角度に変更してもよいし、舵角を第１角度に変更してもよい。また、第１変形例と同様に、第２変形例においても基準角度は中立角度以外であってもよい。

以上に説明したように、本実施形態のトラクタ１は、車輪（前輪７及び後輪８）と、制御部４と、を備える。制御部４は、走行経路に沿って、後輪８の回転方向、及び、前輪７の切れ角である舵角を制御する。制御部４は、舵角が非中立角度である場合に、後輪８の回転方向を前進方向から後進方向、又は、後進方向から前進方向へ変更させることが可能である。

これにより、舵角が非中立角度である場合においても前進から後進、又は、後進から前進に移行できるため、前後進をスムーズに切り換えることができる。

また、本実施形態のトラクタ１では、制御部４は、基準角度に対する舵角である判定角度が第１角度以下である場合、後輪８の回転の停止中に舵角を変更することなく、後輪８の回転方向を前進方向から後進方向、又は、後進方向から前進方向へ変更させることが可能である。

これにより、判定角度が所定の第１角度以下であれば前後進をスムーズに切り換えることができる。また、第１角度を閾値として設定することで、前後進の切換後に舵角が大幅に変更されることを防止できる。

また、本実施形態のトラクタ１では、制御部４は、判定角度が第１角度を超える場合に、後輪８の回転を停止し、判定角度が第１角度又は第１角度よりも小さい第２角度になるように舵角を変更した後に、後輪８が前進方向に回転していた場合は後進方向へ変更し、後輪８が後進方向に回転していた場合は前進方向に変更させる。

これにより、判定角度が大きい場合は、いったん停止した上で、舵角を変更し、前後進を切り換えるため、前後進の切換時の衝撃を小さくすることができる。

また、本実施形態のトラクタ１では、第２角度は非中立角度である。

これにより、中立角度に至らせることなく、前後進切換を行うので、迅速に前後進を切り換えることができる。

また、本実施形態のトラクタ１では、制御部４は、後輪８の回転方向を前進方向から後進方向、又は、後進方向から前進方向へ変更させた後に、舵角と目標角度に差異がある場合は舵角を目標角度まで変更する。

これにより、舵角と目標角度に差異がある場合においても、トラクタ１の前後進を切り換えた後に舵角を変更するため、前後進をスムーズに切り換えることができる。

以上に本発明の好適な実施の形態及び変形例を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

上記実施形態及び変形例では、停止中又は前後進の切換後の何れか一方で舵角を変更する処理を説明したが、前後進の切換直前と停止中にわたって舵角が変更される構成であってもよいし、停止中と前後進の切換直後にわたって舵角が変更される構成であってもよいし、前後進の切換直前から直後にわたって舵角が変更される構成であってもよい。

上記実施形態及び変形例では、舵角変更の制御対象の車輪が前輪７であり、回転方向の制御対象の車輪が後輪８であるため、２つの制御で制御対象の車輪が異なるが、同じであってもよい。例えば、前輪駆動又は四輪駆動の場合、２つの制御で制御対象の車輪が同じとなる。また、舵角変更の制御対象の車輪が前輪７及び後輪８の両方であってもよい。

１ トラクタ（作業車両）
４ 制御部
７ 前輪（車輪）

Claims (3)

1. 予め定められた複数の作業経路と、当該作業経路の端同士を接続し、直進路を含む旋回路と、を有する走行経路に沿って自律走行する作業車両において、
   車輪と、
   前記走行経路に沿って、前記車輪の回転方向、及び、前記車輪の切れ角である舵角を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記舵角が前記直進路に対して所定角度以下である場合に、前記車輪の回転の停止中に前記舵角を変更することなく、前記車輪の回転方向を前進方向から後進方向、又は、後進方向から前進方向へ変更させることが可能であることを特徴とする作業車両。
2. 請求項１に記載の作業車両であって、
   前記所定角度以下とは、前記車輪の中立角度に対する舵角である判定角度が第１角度以下である場合であることを特徴とする作業車両。
3. 請求項１又は２に記載の作業車両であって、
   前記旋回路は、前進しながら旋回する経路である前進旋回路を含み、
   前記制御部は、前記前進旋回路から前記直進路へ切り替える場合に前記車輪の回転方向を前進方向から後進方向へ変更させることが可能であり、前記直進路から前記前進旋回路へ切り替える場合に前記車輪の回転方向を後進方向から前進方向へ変更させることが可能であることを特徴とする作業車両。

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