JP2022029733A - 農作業車両の自律走行システム - Google Patents

Abstract

【課題】農作業車両の自律走行システムにおいて、畝の形状変化に左右されることなく、農作業車両を畝に沿って高い精度で自律走行させる技術を提供する。【解決手段】圃場内で畝５を跨ぎながら農作業を行う農作業車両１０を、畝５に沿って自律走行させる農作業車両の自律走行システムである。１条の畝５の両隣の走行面７I，７IIを走行するように離間して設けられた一対の走行部２０を有する農作業車両１０と、農作業車両１０によって跨がれている畝５の両隣の走行面７I，７IIを検出領域に含むように農作業車両１０に設置された畝倣い用ＬｉＤＡＲ５０と、２条の走行面７I，７IIに関する情報に基づいて、農作業車両１０によって跨がれている畝５の中心線ＲＣＬを推定するとともに、推定された畝５の中心線ＲＣＬと農作業車両１０の中心線との誤差に基づいて、農作業車両１０を畝５に沿うように走行させる制御装置と、を備えている。【選択図】図１３

Description

本発明は、農作業車両の自律走行システムに関し、特に、農作業車両を畝に沿って自律走行させる農作業車両の自律走行システムに関するものである。

従来から、農作業の省力化や効率化を図るべく、圃場内で畝を跨ぎながら農作業を行う農作業車両を、畝に自動追従させる自律走行システムが種々提案されている。このような自律走行システムには、例えば、畝と接触する感圧式畝検出板の位置変化に基づいて、畝と植付ユニットの位置関係を制御するものもあるが、かかる自律走行システムでは、畝検出板によって畝を崩したり、削ったりするおそれや、畝検出板と畝との接触による振動を受けるため、検出精度が低いという問題がある。

そこで、例えば特許文献１には、走行車に植付ユニットを左右移動調節自在に装備し、苗を移植する移植畝までの距離を検出する超音波式畝センサを植付ユニットに設け、畝センサの出力信号に基づいて植付ユニットを左右移動制御して、移植畝に沿った植付ユニットの自動追従を行わせるようにした移植機が提案されている。

特開平８－２８０２１３号公報

上記特許文献１のものでは、畝と非接触の超音波式畝センサを用いることから、畝を崩したり、削ったりするのを抑えることは可能となる。

もっとも、特許文献１のものでは、畝の法面との間の距離を畝センサで検出するところ、畝の形状が崩れているような場合には、畝との距離を検出することが困難となるため、畝の形状変化に対するロバスト性（外乱の影響を受け難い性質）が低いという問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、農作業車両の自律走行システムにおいて、畝の形状変化に左右されることなく、農作業車両を畝に沿って高い精度で自律走行させる技術を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明に係る農作業車両の自律走行システムでは、農作業車両によって跨がれている畝の両隣の走行面に関する情報に基づいて、農作業車両を制御するようにしている。

具体的には、本発明は、複数条の畝と、相隣り合う畝の間に形成された走行面と、を有する圃場内で畝を跨ぎながら農作業を行う農作業車両を、当該畝に沿って自律走行させる農作業車両の自律走行システムを対象としている。

そして、この自律走行システムは、１条の畝の両隣の走行面を走行するように離間して設けられた一対の走行部を有する上記農作業車両と、上記農作業車両によって跨がれている畝の両隣の走行面を検出領域に含むように、当該農作業車両に設置された距離センサと、上記距離センサによって検出された、上記畝の両隣の２条の走行面に関する情報に基づいて、上記農作業車両によって跨がれている畝の中心線を推定する推定手段と、上記推定手段によって推定された畝の中心線と上記農作業車両の中心線との誤差に基づいて、当該農作業車両を当該畝に沿うように走行させる制御手段と、を備えていることを特徴とするものである。

この構成によれば、植えられた作物の育成等によって環境や形状等が大きく変化し易い畝それ自体ではなく、環境や形状等の変化が畝よりも小さい走行面に関する情報に基づいて、推定手段が畝の中心線を推定することから、仮に畝の裾等が局所的に崩れていても、畝の中心線を精度良く推定することができる。

しかも、畝の両隣の走行面に関する情報に基づいて、畝の中心線を推定することから、どちらか一方の走行面に関する情報に基づいて畝の中心線を推定する場合に比して、誤差が半減されるので、畝の中心線の推定精度をより一層高めることができる。

以上のように、本発明によれば、環境や形状等の変化が相対的に小さい２条の走行面に関する情報に基づいて畝の中心線を推定することから、畝の形状変化に左右されることなく、農作業車両を畝に沿って高い精度で自律走行させることができる。

また、上記農作業車両の自律走行システムでは、上記推定手段は、一方の上記走行面上の複数の点から成る、所定の条件を満たす点群の中で最も上記畝に近い点と、他方の走行面上の複数の点から成る、上記所定の条件と同じ条件を満たす点群の中で最も上記畝に近い点と、の中点を当該畝の中心線上の点と推定するように構成されていてもよい。

この構成によれば、畝の両隣の走行面において、同じ条件を満たし且つ最も畝に近い点同士の中点を、畝の中心線上の点と推定することから、畝の形状を反映しつつ、検出誤差を半減することができるので、畝の中心線をより一層精度良く推定することができる。

さらに、上記農作業車両の自律走行システムでは、上記所定の条件は、所定の高さ範囲に含まれていることであってもよい。

この構成によれば、走行面に多少の凹凸があっても、所定の高さ範囲に含まれていることを条件として、走行面上の点をクラスタリングすることで、畝の左右において同じ条件で走行面を確定することができ、これにより、畝の中心線をより一層精度良く推定することができる。

ところで、畝を跨いでいる農作業車両の中心線が、畝の中心線に対して傾いている場合には、両中心線の離れは、農作業車両の真下では小さく、農作業車両から離れる程大きくなる。それ故、農作業車両の真下の走行面が検出領域に含まれるように距離センサを設置した場合には、畝の中心線と農作業車両の中心線との誤差に、農作業車両の姿勢（方向）が反映され難いため、誤差を０とするように農作業車両を走行させた際に、農作業車両が畝と接触してしまうケースも想定される。

そこで、上記農作業車両の自律走行システムでは、上記距離センサは、上記農作業車両の前方の走行面が検出領域に含まれるように、前方斜め下向きに上記農作業車両に設置されていてもよい。

この構成によれば、推定される畝の中心線と農作業車両の中心線との誤差に、農作業車両の姿勢をも反映することが可能となることから、農作業車両を畝に沿って確実に自律走行させることができる。

ところで、農作業車両における距離センサの設置高さが低く過ぎたり、農作業車両の機体幅方向における距離センサの設置位置が左右いずれかに偏り過ぎたりしている場合には、畝の頂面や法肩が距離センサの視界を遮ることで、一方の走行面が距離センサの死角に入るケースも生じ得る。このようなケースでは、畝の中心線が精度良く推定されないため、農作業車両を畝に沿って高精度で自律走行させることが困難となり、最悪の場合には、農作業車両が畝と接触してしまうことも想定される。

そこで、上記農作業車両の自律走行システムでは、上記距離センサは、上記農作業車両によって跨がれている畝の両側の法面を上方に延長した２つの仮想延長面が交差する高さ以上の高さで、且つ、当該２つの仮想延長面で挟まれる領域内に収まるような機体幅方向位置で、上記農作業車両に設置されていてもよい。

この構成によれば、２つの仮想延長面が交差する高さ以上の高さで、且つ、２つの仮想延長面で挟まれる領域内に収まるような機体幅方向位置に距離センサを配置することから、畝の両隣の走行面を距離センサで常に検出することが可能となるので、農作業車両を畝に沿って高精度で自律走行させることができる。

また、上記農作業車両の自律走行システムでは、上記距離センサは、上記農作業車両の機体幅方向中央部に設置されているとともに、設置高さが可変であってもよい。

この構成によれば、２つの仮想延長面が交差する高さ以上の高さで、且つ、２つの仮想延長面で挟まれる領域内に距離センサを容易に収めることができ、これにより、一方の走行面が距離センサの死角に入るのを確実に抑えることができる。

さらに、本発明は、複数条の畝と、相隣り合う畝の間に形成された走行面と、を有する圃場内で畝を跨ぎながら農作業を行う農作業車両を、当該畝に沿って自律走行させる農作業車両の自律走行システムであって、複数条の畝群の配列方向両外側の走行面を走行するように離間して設けられた一対の走行部を有する上記農作業車両と、上記農作業車両の前方の複数の走行面を検出領域に含むように、当該農作業車両に設置された距離センサと、上記距離センサによって検出された、上記複数の走行面に関する情報に基づいて、上記農作業車両によって跨がれている畝群の中心線を推定する推定手段と、上記推定手段によって推定された畝群の中心線と上記農作業車両の中心線との誤差に基づいて、当該農作業車両を当該畝群に沿うように走行させる制御手段と、を備えていることを特徴とするものである。

この構成によれば、農作業車両が畝群（複数の畝）を跨ぎながら農作業を行う場合にも、農作業車両を畝群に沿って高い精度で自律走行させることができる。

以上説明したように、本発明に係る農作業車両の自律走行システムによれば、畝の形状変化に左右されることなく、農作業車両を畝に沿って高い精度で自律走行させることができる。

本発明の実施形態に係る農作業車両の自律走行システムを模式的に示す図である。 農作業車両を模式的に示す側面図である。 クローラピッチを広げた状態の農作業車両を模式的に示す平面図である。 クローラピッチを狭めた状態の農作業車両を模式的に示す平面図である。 クローラピッチ可変構造を模式的に説明する図である。 農作業車両におけるＬｉＤＡＲの設置位置を模式的に示す斜視図である。 畝倣い用ＬｉＤＡＲの検出方向を模式的に説明する図である。 マーカー検出用ＬｉＤＡＲの検出領域を模式的に説明する図である。 畝倣い用ＬｉＤＡＲの検出領域を模式的に説明する図であり、同図（ａ）は側面図であり、同図（ｂ）は平面図である。 自律走行システムにおける、畝の中心線の推定手法を模式的に説明する図である。 自律走行システムにおける、畝の中心線の推定手法を模式的に説明する図である。 自律走行システムにおける、畝の中心線の推定手法を模式的に説明する図である。 自律走行システムにおける、畝の中心線の推定手法を模式的に説明する図である。 自律走行システムにおける、畝の中心線の推定手法を模式的に説明する図である。 畝倣い用ＬｉＤＡＲの配置位置と、検出可能な点群との関係を模式的に説明する図である。 畝倣い用ＬｉＤＡＲの検出方向を、真下に向けた場合と、前方斜め下方に向けた場合との関係を模式的に説明する図である。 その他の実施形態に係る、フラットな点群の取り出し手法を模式的に説明する図である。 従来の畝の中心線の推定手法を模式的に説明する図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。

－自律走行システム－
図１は、本実施形態に係る農作業車両１０の自律走行システム１を模式的に示す図である。この自律走行システム１は、複数条の畝５と、相隣り合う畝５，５の間に形成された走行面７と、を有する圃場３内、および、畝５の長手方向の両外側にて畝５の配列方向に延びる枕地９において、農作業車両１０を、オペレータ等の操作を要することなく、自律的に走行させるものである。

より詳しくは、この自律走行システム１は、圃場３内で畝５を跨ぎながら農作業を行う農作業車両１０を、畝５の長手方向に沿って自律的に走行させるとともに、当該農作業車両１０に、畝５から枕地９への退出、枕地９での走行および枕地９から畝５への進入を自律的に行わせるものである。このような自律走行を可能とするために、本実施形態の自律走行システム１は、図１に示すように、畝５の長手方向の両端部５ｆに立てられたマーカー８０と、農作業車両１０と、畝倣い用ＬｉＤＡＲ５０と、マーカー検出用ＬｉＤＡＲ６０（図３等参照）と、制御装置７０（図２参照）と、を備えている。

＜マーカー＞
マーカー８０は、例えば白木杭であり、図１に示すように、１条置きの畝５の長手方向の両端部５ｆに打ち込まれている。なお、マーカー８０の材質や形状には特に限定はない。また、本実施形態では、１条置きの畝５にマーカー８０を立てているが、後述するように、農作業車両１０がマーカー８０を跨ぐ場合には、すべての畝５の長手方向の両端部５ｆにマーカー８０を立ててもよい。

＜農作業車両＞
図２は、農作業車両１０を模式的に示す側面図であり、図３は、クローラピッチを広げた状態の農作業車両１０を模式的に示す平面図であり、図４は、クローラピッチを狭めた状態の農作業車両１０を模式的に示す平面図である。農作業車両１０は、圃場３内で畝５を跨ぎながら除草作業を行うものであり、図２～図４に示すように、左右一対の走行部２０と、架台部３０と、架台昇降機構３６と、除草用アタッチメント４０と、アタッチメント昇降機構４５と、畝倣い用ＬｉＤＡＲ５０と、マーカー検出用ＬｉＤＡＲ６０と、制御装置７０と、を備えている。

左右一対の走行部２０は、１条の畝５の両隣の走行面７，７をそれぞれ走行するように機体幅方向に互いに離間して設けられている。各走行部２０は、図２に示すように、駆動輪２１と、従動輪２２と、２つの転輪２３，２４と、フレーム２５と、クローラベルト２６と、走行モータユニット２７と、走行用バッテリ２９と、を有している。駆動輪２１、従動輪２２および２つの転輪２３，２４は、フレーム２５に回転自在に支持されている。クローラベルト２６は、駆動輪２１、従動輪２２および２つの転輪２３，２４に外接するように掛け回されている。走行モータユニット２７は、モータと減速機とが一体ユニット化されたものであり、駆動輪２１にインホイール状に配設されている。走行用バッテリ２９は、走行モータユニット２７の上方でフレーム２５上に配置されている。

各走行部２０は、走行用バッテリ２９から供給される電力によって駆動する駆動輪２１（走行モータユニット２７）の駆動力により、従動輪２２および２つの転輪２３，２４で案内されながらクローラベルト２６が回ることで、走行面７を走行するように構成されている。なお、各走行部２０の前進（正転）、後進（逆転）および停止は、制御装置７０によって制御されるようになっている。

架台部３０は、図３および図４に示すように、平面視で略矩形状に形成されていて、一対の走行部２０に架け渡されるように、走行部２０の上側に設けられている。架台部３０は、機体前後方向に延びる左右一対の縦フレーム部材３１と、左右一対の縦フレーム部材３１を機体幅方向に繋ぐ第１～第４横フレーム部材３２，３３，３４，３５と、を有している。左右一対の縦フレーム部材３１は、図２に示すように、架台昇降機構３６を介して、左右一対の走行部２０のフレーム２５とそれぞれ接続されている。これにより、架台部３０の幅を変えることで、クローラピッチが変化するようになっている。

図５は、クローラピッチ可変構造を模式的に説明する図である。第１～第４横フレーム部材３２，３３，３４，３５は、図５に示すように、左右一対の外側パイプ部３２ａ，３３ａ，３４ａ，３５ａと、左右一対の外側パイプ部３２ａ，３３ａ，３４ａ，３５ａの内側に嵌っている内側パイプ部３２ｂ，３３ｂ，３４ｂ，３５ｂと、を有している。第１～第４横フレーム部材３２，３３，３４，３５のうち、第２横フレーム部材３３には、幅可変用ネジ部３３ｃが設けられている。

この架台部３０では、幅可変用ネジ部３３ｃを手動で一方向に回転させると、図５の黒塗り矢印で示すように、第２横フレーム部材３３において、左右の外側パイプ部３３ａが接近し、内側パイプ部３３ｂが左右の外側パイプ部３３ａ内に収まるようになっている。これに伴って、第１、第３および第４横フレーム部材３２，３４，３５においても、内側パイプ部３２ｂ，３４ｂ，３５ｂが左右の外側パイプ部３２ａ，３４ａ，３５ａ内に収まり、図４に示すように、左右一対の縦フレーム部材３１の機体幅方向の間隔が相対的に狭まるようになっている。そうして、左右一対の縦フレーム部材３１は、左右一対の走行部２０のフレーム２５とそれぞれ接続されていることから、幅可変用ネジ部３３ｃを一方向に回転させると、クローラピッチが相対的に狭まるようになっている。

一方、幅可変用ネジ部３３ｃを手動で他方向に回転させると、図５の白抜き矢印で示すように、第２横フレーム部材３３において、左右の外側パイプ部３３ａが離間し、内側パイプ部３３ｂが左右の外側パイプ部３３ａから露出するようになっている。これに伴って、第１、第３および第４横フレーム部材３２，３４，３５においても、内側パイプ部３２ｂ，３４ｂ，３５ｂが左右の外側パイプ部３２ａ，３４ａ，３５ａから露出し、図３に示すように、左右一対の縦フレーム部材３１の機体幅方向の間隔が相対的に広がり、これにより、クローラピッチが相対的に広がるようになっている。

架台昇降機構３６は、図２に示すように、第１リンクアーム３７と、第２リンクアーム３８と、電動油圧シリンダ３９と、を有している。第１および第２リンクアーム３７，３８は、第１リンクアーム３７の中間部と、第２リンクアーム３８の中間部と、が互いに揺動自在に接続されることで、図２に示すように、略Ｘ字状をなしている。第１リンクアーム３７は、その上端部が縦フレーム部材３１に対して、回動可能かつ摺動可能に接続されているとともに、その下端部が走行部２０のフレーム２５に対して、回動可能かつ摺動不能に接続されている。一方、第２リンクアーム３８は、その上端部が縦フレーム部材３１に対して、回動可能かつ摺動不能に接続されているとともに、その下端部が走行部２０のフレーム２５に対して、回動可能かつ摺動可能に接続されている。電動油圧シリンダ３９は、縦フレーム部材３１に固定されていて、ロッド３９ａの先端が、第１リンクアーム３７の上端部と接続されている。

このように構成された架台昇降機構３６では、電動油圧シリンダ３９のロッド３９ａが進出すると、第１リンクアーム３７の上端部と第２リンクアーム３８の上端部とが前後方向に離れて、第１リンクアーム３７の上端部と第２リンクアーム３８の下端部と、および、第１リンクアーム３７の下端部と第２リンクアーム３８の上端部と、がそれぞれ上下方向に近付くことで、架台部３０が下降するようになっている。一方、電動油圧シリンダ３９のロッド３９ａが退行すると、第１リンクアーム３７の上端部と第２リンクアーム３８の上端部とが前後方向に近付いて、第１リンクアーム３７の上端部と第２リンクアーム３８の下端部と、および、第１リンクアーム３７の下端部と第２リンクアーム３８の上端部と、がそれぞれ上下方向に離れることで、架台部３０が上昇するようになっている。

除草用アタッチメント４０は、アタッチメント昇降機構４５を介して、農作業車両１０に対し昇降可能に取り付けられていて、農作業車両１０によって牽引されることで、畝５と畝５との間に生えた雑草等を除草するように構成されている。具体的には、除草用アタッチメント４０は、除草を行うカルチ４１や、カルチ４１から出た土塊を均すレーキ４３（熊手）等を有している。

＜畝倣い用ＬｉＤＡＲ＞
図６は、農作業車両１０におけるＬｉＤＡＲ５０，６０の設置位置を模式的に示す斜視図である。畝倣い用ＬｉＤＡＲ（距離センサ）５０は、平面での測定・検出に適した、開口角が２７０°の２Ｄ－ＬｉＤＡＲであり、レーザ光が対象物に当たって跳ね返る時間を測定することで対象物までの距離を測定するものである。この畝倣い用ＬｉＤＡＲ５０は、図６に示すように、第１～第３ブラケット５１，５５，６５を介して、架台部３０（第１横フレーム部材３２）の前端部における機体幅方向中央部に取り付けられている。

より詳しくは、第１ブラケット５１は、架台部３０の第１横フレーム部材３２にボルト締結されて下方に延びる矩形状の後側壁部５２と、後側壁部５２の下端部から前方に延びる矩形状の水平壁部５３と、水平壁部５３の前端部から下方に延びる矩形状の前側壁部５４と、を有している。また、第２ブラケット５５は、前側壁部５４と平行な矩形状の支持壁部５６と、支持壁部５６の左端部から前方に延びる取付け壁部５７と、を有している。さらに、第３ブラケット６５は、取付け壁部５７と平行な矩形状の支持壁部６６と、支持壁部６６の上端部から機体幅方向右側に延びる矩形状の取付け壁部６７と、を有している。支持壁部５６には、機体幅方向に延びて下方に湾曲する円弧状の長穴５６ａが貫通形成されている一方、取付け壁部５７には、前後に延びて斜め下方に湾曲する円弧状の長穴５７ａが貫通形成されている。

第２ブラケット５５は、長穴５６ａに摺動可能に挿入されたボルト５８によって、支持壁部５６が前側壁部５４に締結されることで、第１ブラケット５１に対して左右角度可変に取り付けられている。また、第３ブラケット６５は、長穴５７ａに摺動可能に挿入されたボルト５９によって、支持壁部６６が取付け壁部５７に締結されることで、第２ブラケット５５に対して前後角度可変に取り付けられている。そうして、畝倣い用ＬｉＤＡＲ５０は、第３ブラケット６５の取付け壁部６７の上面に取り付けられている。それ故、畝倣い用ＬｉＤＡＲ５０は、第１～第３ブラケット５１，５５，６５を介して、架台部３０に対し、左右角度可変かつ前後角度可変に取り付けられている。

図７は、畝倣い用ＬｉＤＡＲ５０の検出方向を模式的に説明する図である。畝倣い用ＬｉＤＡＲ５０は、図７に示すように、検出平面ＤＰと地面Ｇとが３０°をなすように、前後角度が設定された状態で、架台部３０の前端部における機体幅方向中央部に取り付けられている。それ故、畝倣い用ＬｉＤＡＲ５０は、農作業車両１０の前方の畝５や走行面７までの距離を検出可能になっている。畝倣い用ＬｉＤＡＲ５０によって検出された、畝５や走行面７に関する情報は、制御装置７０に入力されるようになっている。

＜マーカー検出用ＬｉＤＡＲ＞
マーカー検出用ＬｉＤＡＲ６０も、畝倣い用ＬｉＤＡＲ５０と同様に、開口角が２７０°の２Ｄ－ＬｉＤＡＲである。このマーカー検出用ＬｉＤＡＲ６０は、図６に示すように、昇降ブラケット６１を介して、架台部３０の機体幅方向右側の端部における前端部に取り付けられている。

より詳しくは、昇降ブラケット６１は、架台部３０における右側の縦フレーム部材３１の前端に溶接等で取り付けられた矩形筒状の支持部６２と、支持部６２の内方に嵌合挿入される、上下に延びる矩形筒状の支持パイプ６３と、支持パイプ６３の下端部に設けられた取付け板６４と、を有している。マーカー検出用ＬｉＤＡＲ６０は、取付け板６４の上面に取り付けられている。

支持パイプ６３の機体幅方向左側の側面には、上下方向に等間隔で並ぶ凹部６３ａが複数形成されている。また、支持部６２の機体幅方向左側の側面にも、凹部６３ａと同じ間隔で上下方向に並ぶ凹部６２ａが２つ形成されている。それ故、支持部６２の内方に支持パイプ６３を嵌合挿入すると、支持パイプ６３の上下方向に並ぶ凹部６３ａに対して、支持部６２の２つの凹部６２ａが嵌るようになっている。

支持部６２の凹部６２ａは、支持パイプ６３の凹部６３ａに嵌れば、支持パイプ６３、取付け板６４およびマーカー検出用ＬｉＤＡＲ６０の重量を支持することが可能である一方、作業者が支持パイプ６３を上下に動かせば、支持パイプ６３の凹部６３ａから抜けるような深さに形成されている。つまり、マーカー検出用ＬｉＤＡＲ６０は、支持パイプ６３を支持部６２に対して上下に動かすことで、架台部３０に対して高さ可変になっている。これにより、例えば、架台昇降機構３６によって架台部３０を上昇させた場合でも、支持パイプ６３を引き下げることで、マーカー検出用ＬｉＤＡＲ６０の高さを一定に維持することが可能となっている。

図８は、マーカー検出用ＬｉＤＡＲ６０の検出領域ＤＡを模式的に説明する図である。本実施形態では、マーカー検出用ＬｉＤＡＲ６０が、農作業車両１０の前端部における機体幅方向の右側の端部に配置されているとともに、開口角が２７０°であることから、図８で示すように、マーカー検出用ＬｉＤＡＲ６０よりも後方且つ機体幅方向左側の範囲が死角となる一方、それ以外の範囲が検出領域ＤＡとなっている。なお、図８の検出領域ＤＡは、飽くまで模式的に説明したものであり、実際には、マーカー検出用ＬｉＤＡＲ６０はより遠い範囲の対象物を検出可能に構成されている。マーカー検出用ＬｉＤＡＲ６０によって検出された、対象物に関する情報は、制御装置７０に入力されるようになっている。

＜制御装置＞
制御装置７０は、図２に示すように、例えば架台部３０上に設置されている。制御装置７０は、架台昇降機構３６の電動油圧シリンダ３９や、アタッチメント昇降機構４５等を制御する他、畝倣い用ＬｉＤＡＲ５０やマーカー検出用ＬｉＤＡＲ６０の検出結果に基づき、走行部２０の走行モータユニット２７を制御して、農作業車両１０を、圃場３内で走行させたり、枕地９で走行・旋回させたりするように構成されている。

例えば、制御装置７０が、左右の走行部２０の走行モータユニット２７を共に正転させれば、農作業車両１０が前進する一方、左右の走行部２０の走行モータユニット２７を共に逆転させれば、農作業車両１０が後退する。また、制御装置７０が、左右の走行部２０の走行モータユニット２７に回転速度差をつければ、回転が遅い走行モータユニット２７が設けられた方向に農作業車両１０が旋回する。さらに、制御装置７０が、一方の走行部２０の走行モータユニット２７を正転させるとともに、他方の走行部２０の走行モータユニット２７を逆転させれば、農作業車両１０が超信地旋回するようになっている。

－自律走行－
次に、本実施形態における農作業車両１０の自律走行について説明する。

上述の如く、本実施形態の自律走行システム１は、（１）農作業車両１０に、畝５から枕地９への退出、枕地９での走行および枕地９から畝５への進入を自律的に行わせるとともに、（２）農作業車両１０を畝５の長手方向に沿って自律走行させるものである。

＜（１）枕地での自律走行・自律旋回について＞
本実施形態では、農作業車両１０が、畝５から枕地９へ退出し、枕地９で走行し、枕地９から畝５へ進入する場合には、マーカー検出用ＬｉＤＡＲ６０によって同時に複数のマーカー８０を検出しながら、農作業車両１０を走行・旋回させるようにしている。

具体的には、畝５を跨ぎながら走行している農作業車両１０が、枕地９に近付くと、マーカー検出用ＬｉＤＡＲ６０が、１条置きの畝５の長手方向の端部５ｆに立てられた複数のマーカー８０を検出し、この検出結果に基づき、制御装置７０が作業中の畝５の端（終点位置）を取得して、農作業車両１０を畝５から枕地９へ退出させる。

ここで、農作業車両１０の旋回中心が左右にずれていると、右旋回をした場合と左旋回をした場合とで、枕地９に対する、旋回後の農作業車両１０の中心線ＶＣＬの位置が異なることになる。このため、本実施形態では、農作業車両１０を枕地９で旋回させる場合には、農作業車両１０をマーカー検出用ＬｉＤＡＲ６０が配置された方向、すなわち、右側にのみ旋回させるように、制御装置７０を構成している。

それ故、枕地９への退出が完了すると、マーカー検出用ＬｉＤＡＲ６０が複数のマーカー８０を検出しながら、制御装置７０が農作業車両１０を右側に（時計回りに）旋回させるが、旋回方向をマーカー検出用ＬｉＤＡＲ６０が配置された方向に限定することから、複数のマーカー８０がマーカー検出用ＬｉＤＡＲ６０の死角に入らないので、旋回中も複数のマーカー８０を検出し続けることができる。このように、枕地９への退出から旋回完了まで、マーカー検出用ＬｉＤＡＲ６０が複数のマーカー８０を検出し続けることから、畝５に対する農作業車両１０の姿勢を算出し続けることができ、これにより、旋回角度精度を高めることが可能となる。

そうして、旋回完了後に枕地９を前進走行または後進走行している農作業車両１０が、次の畝５に近付くと、マーカー検出用ＬｉＤＡＲ６０が、次の畝５の近傍に立てられた複数のマーカー８０を検出し、制御装置７０が農作業車両１０を再び右旋回させる。この場合にも、マーカー検出用ＬｉＤＡＲ６０が複数のマーカー８０を検出し続けており、旋回完了後、この検出結果に基づき、制御装置７０が次の畝５の端（始点位置）を取得して、農作業車両１０を枕地９から畝５へ進入させる。

以上のように、本実施形態の自律走行システム１では、方向センサ等を用いることなく、単一のマーカー検出用ＬｉＤＡＲ６０にて旋回角度精度を高めることが可能となるので、コストの上昇を抑えつつ、畝５からの退出や畝５への進入を農作業車両１０に高い精度で自律的に行わせることができる。

＜（２）畝に沿った自律走行について＞
農作業車両１０を畝５に沿って自律走行させるためには、基準となる畝５の中心線ＲＣＬを取得する必要がある。以下では、本実施形態の自律走行システム１における畝５の中心線ＲＣＬの推定手法について説明するが、本発明を理解し易くするために、これに先立ち、従来の畝５の中心線ＲＣＬの推定手法について説明する。

図１８は、従来の畝５の中心線ＲＣＬの推定手法を模式的に説明する図である。従来の推定手法では、図１８に示すように、左右一対の走行部１２０が走行している走行面７の間の畝５、すなわち、農作業車両によって跨がれている畝５における、左右の法面５ｂ，５ｃのうち一方の法面５ｂを、農作業車両に設けられた距離センサ１５０で検出し、その検出結果に基づいて、畝５の中心線ＲＣＬを推定するのが一般的である。

しかしながら、かかる従来の推定手法では、畝５の形状が崩れているような場合（例えば図１８で示すように、畝５の法面５ｂの裾５ｄが崩れている場合）には、法面５ｂとの距離を検出することが困難となるため、畝５の形状変化に対するロバスト性が低いという問題がある。

しかも、従来の推定手法では、片側の法面５ｂの情報に基づいて、畝５の中心線ＲＣＬを推定することから、検出誤差の影響を諸に受けてしまうおそれがある。そこで、畝５の両側の法面５ｂ，５ｃの情報を取得するべく、距離センサ１５０を増やすことも考えられるが、これでは、コストが上昇してしまうという問題がある。

そこで、本実施形態に係る自律走行システム１では、農作業車両１０によって跨がれている畝５の両隣の走行面７に関する情報に基づいて、農作業車両１０を制御するようにしている。具体的には、畝倣い用ＬｉＤＡＲ５０によって検出された、２条の走行面７に関する情報に基づいて、農作業車両１０によって跨がれている畝５の中心線ＲＣＬを推定するとともに、推定された畝５の中心線ＲＣＬと農作業車両１０の中心線ＶＣＬとの誤差に基づいて、農作業車両１０を畝５に沿って走行させるように、制御装置７０を構成している。

それ故、請求項との関係では、本実施形態の制御装置７０が、本発明で言うところの「距離センサによって検出された、２条の走行面に関する情報に基づいて、農作業車両によって跨がれている畝の中心線を推定する推定手段」と、「推定手段によって推定された畝の中心線と農作業車両の中心線との誤差に基づいて、農作業車両を畝に沿うように走行させる制御手段」と、に相当する。

図９は、畝倣い用ＬｉＤＡＲ５０の検出領域ＤＡを模式的に説明する図であり、同図（ａ）は側面図であり、同図（ｂ）は平面図である。なお、図９において、矢印Ｘは機体前後方向前側を、矢印Ｙは機体幅方向左側を、矢印Ｚは上下方向上側をそれぞれ示している。上述の如く、畝倣い用ＬｉＤＡＲ５０は、検出平面ＤＰと地面Ｇとが３０°をなすように、架台部３０の前端部における機体幅方向中央部に取り付けられているので、図９（ａ）に示すように、農作業車両１０の前方の畝５や走行面７までの距離を検出するようになっている。それ故、畝倣い用ＬｉＤＡＲ５０は、図９（ｂ）に示すように、農作業車両１０の前方の畝５I，５II，５III、および、畝５I，５II，５IIIよりも更に前方の走行面７I，７IIを、検出領域ＤＡに含んでいる。

図１０～図１４は、自律走行システム１における、畝５の中心線ＲＣＬの推定手法を模式的に説明する図である。畝５の中心線ＲＣＬを推定する際には、畝倣い用ＬｉＤＡＲ５０が、図１０に示すように、農作業車両１０によって跨がれている畝５と、畝５の両隣の走行面７I，７IIと、を検出する。より詳しくは、畝倣い用ＬｉＤＡＲ５０によって検出された複数の点Ｐのうち、図１０の破線枠で示すように、左側の走行面７I上の複数の点から成る点群と、畝５の左側の法面５ｂ上の複数の点から成る点群と、畝５の頂面５ａ上の複数の点から成る点群と、畝５の右側の法面５ｃ上の複数の点から成る点群と、右側の走行面７II上の複数の点から成る点群と、を制御装置７０が取り出す。

次いで、制御装置７０は、これらの点群から、フラットな点群を取出す。より詳しくは、制御装置７０は、各点Ｐの周りの情報から当該各点Ｐが存在する面の法線を求め、法線が略垂直なフラットな面上の点群だけを取り出す。このような処理により、図１１に示すように、法線が傾いている、畝５の左側の法面５ｂ上の点群や、畝５の右側の法面５ｃ上の点群が排除されることになる。これにより、図１１の破線枠で示すように、左側の走行面７I上の点群と、畝５の頂面５ａ上の点群と、右側の走行面７II上の点群と、が制御装置７０によって取り出される。

次いで、制御装置７０は、左側の走行面７I上の点群、畝５の頂面５ａ上の点群、および、右側の走行面７II上の点群から、所定の高さ範囲に含まれている点群を取出す。ここで、「所定の高さ範囲」とは、例えば、畝５の下端近辺の高さを挙げることができる。このような処理により、畝５の頂面５ａ上の点群が排除され、図１２の破線枠で示すように、左側の走行面７I上の点群、および、右側の走行面７II上の点群のみが制御装置７０によってクラスタリングされる。

それ故、本実施形態において、請求項との関係では、「法線が略垂直なフラットな面上にあること」および「畝５の下端近辺の高さと同等の高さであること」が、本発明で言うところの「所定の条件」に相当する。

次いで、制御装置７０は、図１３の破線枠で示すように、左側の走行面７I上の点群の中で最も畝５に近い点ＰIと、右側の走行面７II上の点群の中で最も畝５に近い点ＰIIと、の中点を畝５の中心線ＲＣＬ（より正確には、中心線ＲＣＬ上の点）と推定する。そうして、制御装置７０は、推定された畝５の中心線ＲＣＬと農作業車両１０の中心線ＶＣＬとの誤差に基づいて、農作業車両１０を畝５に沿って走行させる。

例えば、農作業車両１０の中心線ＶＣＬが、推定された畝５の中心線ＲＣＬよりも左側にあれば、制御装置７０は、農作業車両１０を右側に操舵すべく、左側の走行部２０の走行モータユニット２７を、右側の走行部２０の走行モータユニット２７よりも速い回転速度で駆動させる。また、制御装置７０は、農作業車両１０の中心線ＶＣＬと推定された畝５の中心線ＲＣＬとのずれが、第１所定量よりも大きい場合には、農作業車両１０の速度を落としながら、農作業車両１０の進行方向の修正を行う。さらに、制御装置７０は、農作業車両１０の中心線ＶＣＬと推定された畝５の中心線ＲＣＬとのずれが、第２所定量（＞第１所定量）よりも大きい場合には、超信地旋回によって農作業車両１０の進行方向を修正する。

以上のように、本実施形態によれば、植えられた作物の育成等によって環境や形状等が大きく変化し易い畝５それ自体ではなく、環境や形状等の変化が畝５よりも小さい、畝５の両隣の走行面７I，７IIに関する情報に基づいて、制御装置７０が畝５の中心線ＲＣＬを推定することから、上記図１８に示したように、仮に畝５の裾５ｄ等が局所的に崩れていても、畝５の中心線ＲＣＬを精度良く推定することができる。

しかも、畝５の両隣の走行面７I，７IIにおいて、フラットな所定の高さ範囲に含まれているという条件を満たした点群から、畝５の中心線ＲＣＬを推定することから、走行面７I，７IIに多少の凹凸があっても、畝５の左右において同じ条件で走行面７I，７IIを確定することができるので、畝５の形状を反映しつつ、畝５の中心線ＲＣＬをより一層精度良く推定することができる。

ここで、畝５の裾が局所的に崩れている場合について説明する。図１４に示す例では、本来の畝５における左側の裾は点５ｄ１であるから、この点５ｄ１と、畝５における右側の裾（点５ｄ２）と、の中点が畝５の中心線ＲＣＬとなる。仮に、左側の走行面７I上の点群の中で最も畝５に近い点５ｄ１’に基づいて、畝５の中心線ＲＣＬを推定すると、点５ｄ１と点５ｄ１’との距離ΔＥがそのまま誤差となり、相対的に大きな誤差ΔＥを生じてしまうことになる。

この点、本実施形態では、制御装置７０が、左側の走行面７I上の点群の中で最も畝５に近い点５ｄ１’と、右側の走行面７II上の点群の中で最も畝５に近い点５ｄ２と、の中点を畝５の中心線ＲＣＬ’上の点と推定することから、畝５の裾が局所的に崩れている場合でも、誤差（ΔＥ／２）が半減されるので、畝５の中心線ＲＣＬ’の推定精度をより一層高めることができる。

図１５は、畝倣い用ＬｉＤＡＲ５０の配置位置と、検出可能な点群との関係を模式的に説明する図である。なお、図１５では、畝５の両側の法面５ｂ，５ｃを上方に延長した２つの仮想延長面ＶＰ１，ＶＰ２が交差する高さＶＨ以上で、且つ、２つの仮想延長面ＶＰ１，ＶＰ２で挟まれる領域を領域ＲIとし、仮想延長面ＶＰ１，ＶＰ２が交差する高さＶＨ未満で、且つ、仮想延長面ＶＰ１，ＶＰ２で挟まれる領域を領域ＲIIIとし、領域ＲIおよび領域ＲIIIよりも左側の領域を領域ＲIIとし、領域ＲIおよび領域ＲIIIよりも右側の領域を領域ＲIVとしている。

図１５の領域ＲIIIに示すように、農作業車両１０における畝倣い用ＬｉＤＡＲ５０Ｃの設置高さが低く過ぎると、畝倣い用ＬｉＤＡＲ５０Ｃによって、畝５の頂面５ａしか検出することができず、畝５の両隣の走行面７I，７IIを検出することが困難となる。また、図１５の領域ＲIIに示すように、農作業車両１０の機体幅方向における畝倣い用ＬｉＤＡＲ５０Ｂの設置位置が左側に偏り過ぎていると、畝５の法肩５ｅが畝倣い用ＬｉＤＡＲ５０Ｂの視界を遮ることになり、右側の走行面７IIにおける点５ｄ２’を内側の端点５ｄ２として検出してしまい、本来の畝５の中心線ＲＣＬとの間に、図１５に示すような誤差ΔＥが生じることになる。図１５の領域ＲIVについても同様である。これらの場合には、畝５の中心線ＲＣＬを精度良く推定することが困難となるため、農作業車両１０を畝５に沿って高精度で自律走行させることが困難となり、最悪の場合には、農作業車両１０が畝５と接触してしまうことも想定される。

それ故、畝倣い用ＬｉＤＡＲ５０は、図１２に示すように、農作業車両１０によって跨がれている畝５の両側の法面５ｂ，５ｃを上方に延長した２つの仮想延長面ＶＰ１，ＶＰ２が交差する高さＶＨ以上の高さで、且つ、２つの仮想延長面ＶＰ１，ＶＰ２で挟まれる領域内に収まるような機体幅方向位置で、すなわち、領域ＲI内に収まるように農作業車両１０に設置するのが好ましい。このように、領域ＲI内に収まるように畝倣い用ＬｉＤＡＲ５０を配置すれば、畝５の両隣の走行面７I，７IIを畝倣い用ＬｉＤＡＲ５０によって常に検出することが可能となる。つまり、領域ＲIに収まっているのであれば、農作業車両１０の傾き等により、畝倣い用ＬｉＤＡＲ５０の位置が畝倣い用ＬｉＤＡＲ５０Ａのように多少左右にずれても、畝５の両隣の走行面７I，７IIを常に検出することが可能となる。

この点、本実施形態では、上述の如く、畝倣い用ＬｉＤＡＲ５０は、架台部３０の前端部における機体幅方向中央部に取り付けられていて、架台昇降機構３６によって架台部３０の高さを変化させることで、設置高さが可変であることから、畝倣い用ＬｉＤＡＲ５０を常に領域ＲIに収めることができ、これにより、畝５の両隣の走行面７I，７IIを常に検出することが可能となっている。

図１６は、畝倣い用ＬｉＤＡＲ５０の検出方向を、真下に向けた場合と、前方斜め下方に向けた場合との関係を模式的に説明する図である。なお、図１６中の誤差ΔＥ０は、畝倣い用ＬｉＤＡＲ５０の検出方向を真下に向けた場合における、畝５の中心線ＲＣＬに対する農作業車両１０の中心線ＶＣＬのずれであり、図１６中の誤差ΔＥ１は、畝倣い用ＬｉＤＡＲ５０の検出方向を前方斜め下方に向けた場合における、畝５の中心線ＲＣＬに対する農作業車両１０の中心線ＶＣＬのずれである。

一般的に、畝５IIを跨いでいる農作業車両１０の中心線ＶＣＬが、畝５IIの中心線ＲＣＬに対して傾いている場合には、両中心線の離れは、農作業車両１０の真下では小さく、農作業車両１０から離れる程大きくなる。それ故、農作業車両１０の真下の走行面７I，７IIが検出領域に含まれるように畝倣い用ＬｉＤＡＲ５０を設置した場合には、畝５の中心線ＲＣＬと農作業車両１０の中心との誤差ΔＥ０に、農作業車両１０の姿勢（方向）が反映され難い。

しかも、図１６に示すように、農作業車両１０の姿勢を加味すれば、畝５の中心線ＲＣＬに対して農作業車両１０の中心線ＶＣＬが左側に誤差ΔＥ１だけずれているにも拘わらず、農作業車両１０の真下では、畝５の中心線ＲＣＬに対して農作業車両１０の中心線ＶＣＬが右側に誤差ΔＥ０だけずれていると検出される場合も生じ得る。このような場合に、誤差ΔＥ０を０とするように農作業車両を左側に操舵させると、農作業車両１０の右側の後端が右側の畝IIIの法面と接触してしまうケースも想定される。

この点、本実施形態では、上述の如く、畝倣い用ＬｉＤＡＲ５０は、農作業車両１０の前方の走行面７が検出領域となるように、前方斜め下向きに農作業車両１０に設置されているので、推定される畝５の中心線ＲＣＬと農作業車両１０の中心線ＶＣＬとの誤差ΔＥ１に、農作業車両１０の姿勢をも反映することが可能となることから、農作業車両１０を畝５に沿って確実に自律走行させることができる。

（その他の実施形態）
本発明は、実施形態に限定されず、その精神又は主要な特徴から逸脱することなく他の色々な形で実施することができる。

上記実施形態では、１条の畝５を跨ぎながら除草作業を行うように農作業車両１０のクローラピッチを設定したが、これに限らず、２条以上の畝５を跨ぎながら除草作業を行うように農作業車両１０のクローラピッチを設定してもよい。

また、上記実施形態では、各点の周りの情報から法線を求めてフラットな面上の点群を取り出したが、これに限らず、例えば図１７に示すように、所定の高さ範囲（図１７の例では、Ｈ１，Ｈ２）を設定し、この所定の高さ範囲に含まれる点群を、フラットな面上の点群と推定してもよい。なお、図１７において、ＰIは、高さＨ１の範囲に含まれる左側の走行面７I上で最も畝５に近い点であり、ＰIIは、高さＨ１の範囲に含まれる右側の走行面７II上で最も畝５に近い点ＰIIであり、ＰI’は、高さＨ２（＜Ｈ１）の範囲に含まれる左側の走行面７I上で最も畝５に近い点であり、ＰII’は、高さＨ２の範囲に含まれる右側の走行面７II上で最も畝５に近い点ＰIIであり、Ｂ１は、ＰIとＰIIとの距離であり、Ｂ２は、ＰI’とＰII’との距離であり、Ａ１は、畝５の中心線ＲＣＬとＰIとの距離であり、Ａ２は、畝５の中心線ＲＣＬとＰI’との距離である。

この場合も、高さ範囲の設定の仕方により、Ａ１とＡ２との間に誤差ΔＥは生じ得るが、２条の走行面７I，７IIに関する情報に基づいて畝５の中心線ＲＣＬを推定することで誤差が半減されるので、畝５の中心線ＲＣＬの推定精度を高めることができる。

このように、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

本発明によると、畝の形状変化に左右されることなく、農作業車両を畝に沿って高い精度で自律走行させることができるので、農作業車両の自律走行システムに適用して極めて有益である。

１ 自律走行システム
３ 圃場
５ 畝
５ｂ 法面
５ｃ 法面
７ 走行面
１０ 農作業車両
２０ 走行部
５０ 畝倣い用ＬｉＤＡＲ（距離センサ）
７０ 制御装置（推定手段）（制御手段）
Ｅ 誤差
ＲＣＬ 中心線
ＲI 領域
ＶＣＬ 中心
ＶＰ１ 仮想延長面
ＶＰ２ 仮想延長面
Ｐ 点

Claims (7)

1. 複数条の畝と、相隣り合う畝の間に形成された走行面と、を有する圃場内で畝を跨ぎながら農作業を行う農作業車両を、当該畝に沿って自律走行させる農作業車両の自律走行システムであって、
   １条の畝の両隣の走行面を走行するように離間して設けられた一対の走行部を有する上記農作業車両と、
   上記農作業車両によって跨がれている畝の両隣の走行面を検出領域に含むように、当該農作業車両に設置された距離センサと、
   上記距離センサによって検出された、上記畝の両隣の２条の走行面に関する情報に基づいて、上記農作業車両によって跨がれている畝の中心線を推定する推定手段と、
   上記推定手段によって推定された畝の中心線と上記農作業車両の中心線との誤差に基づいて、当該農作業車両を当該畝に沿うように走行させる制御手段と、を備えていることを特徴とする農作業車両の自律走行システム。
2. 上記請求項１に記載の農作業車両の自律走行システムにおいて、
   上記推定手段は、一方の上記走行面上の複数の点から成る、所定の条件を満たす点群の中で最も上記畝に近い点と、他方の走行面上の複数の点から成る、上記所定の条件と同じ条件を満たす点群の中で最も上記畝に近い点と、の中点を当該畝の中心線上の点と推定するように構成されていることを特徴とする農作業車両の自律走行システム。
3. 上記請求項２に記載の農作業車両の自律走行システムにおいて、
   上記所定の条件は、所定の高さ範囲に含まれていることであることを特徴とする農作業車両の自律走行システム。
4. 上記請求項１～３のいずれか１つに記載の農作業車両の自律走行システムにおいて、
   上記距離センサは、上記農作業車両の前方の走行面が検出領域に含まれるように、前方斜め下向きに上記農作業車両に設置されていることを特徴とする農作業車両の自律走行システム。
5. 上記請求項１～４のいずれか１つに記載の農作業車両の自律走行システムにおいて、
   上記距離センサは、上記農作業車両によって跨がれている畝の両側の法面を上方に延長した２つの仮想延長面が交差する高さ以上の高さで、且つ、当該２つの仮想延長面で挟まれる領域内に収まるような機体幅方向位置で、上記農作業車両に設置されていることを特徴とする農作業車両の自律走行システム。
6. 上記請求項５に記載の農作業車両の自律走行システムにおいて、
   上記距離センサは、上記農作業車両の機体幅方向中央部に設置されているとともに、設置高さが可変であることを特徴とする農作業車両の自律走行システム。
7. 複数条の畝と、相隣り合う畝の間に形成された走行面と、を有する圃場内で畝を跨ぎながら農作業を行う農作業車両を、当該畝に沿って自律走行させる農作業車両の自律走行システムであって、
   複数条の畝群の配列方向両外側の走行面を走行するように離間して設けられた一対の走行部を有する上記農作業車両と、
   上記農作業車両の前方の複数の走行面を検出領域に含むように、当該農作業車両に設置された距離センサと、
   上記距離センサによって検出された、上記複数の走行面に関する情報に基づいて、上記農作業車両によって跨がれている畝群の中心線を推定する推定手段と、
   上記推定手段によって推定された畝群の中心線と上記農作業車両の中心線との誤差に基づいて、当該農作業車両を当該畝群に沿うように走行させる制御手段と、を備えていることを特徴とする農作業車両の自律走行システム。

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