JP6294839B2 - 圃場管理システム - Google Patents

Description

本発明は、自律走行可能な管理車両と、管理車両と通信可能な管理装置とを備え、圃場を管理する圃場管理システムに関し、より詳細には、管理車両が自律走行する経路を生成可能な圃場管理システムに関する。

圃場の管理、例えば、圃場への除草剤や肥料の散布、雑草の除去や防除などを、作業効率の向上や労働負担の軽減のために、運転者が乗車せずに無人で走行する、いわゆる自律走行が可能な管理車両を用いて行う場合がある。このような自律走行可能な管理車両は、予め設定される経路に沿って自律走行するものであり、管理車両による作業は設定される経路の影響を大きく受ける。

特許文献１には、所定の作業幅オフセットさせながら作業エリア内を往復走行しつつ作業を行う自律走行作業車の経路生成装置において、作業エリアにおける自律走行作業車の往復方向を示す作業角度が入力される入力部と、作業エリアを含む二次元座標系において、入力された作業角度方向に延在する作業ラインが作業幅毎に設定された作業ライン群と、作業エリアの外周との交点を検出し、自律走行作業車が作業ライン群を構成する各作業ラインに沿って順次走行するように、検出された交点に順位付けを行うとともに、交点に付された順位に従って交点の座標を連結することにより、経路を生成する処理部とを有することを特徴とする経路生成装置が開示されている。

特開２００５−７８４１５号公報

特許文献１の構成によれば、作業角度に拘わらず、作業エリア内を作業角度で往復走行する経路を自動的に生成することができ、作業方向を任意に設定し、これにより、作業に方向の自由度を持たせることができるとともに、オペレータの負担を軽減することができるとされている。

ここで、圃場としての田畑や水田は、畦畔によって区画される。圃場の管理の一例として、この畦畔の雑草の除去や病害虫の防除があるが、畦畔は圃場に向かう傾斜を有するので、管理車両が安定して畦畔を走行することは難しく、特に畦畔に沿って旋回走行する際には不安定な走行になりやすい。しかしながら、特許文献１は、作業エリア内を往復走行しつつ作業を行う自律走行作業車の経路を生成するものであるとともに、自律走行作業車が傾斜地を走行することについては考慮がなされていない。

そこで、本発明の目的は、管理車両による圃場の境界に沿った周路の安定した自律走行を可能とする圃場管理システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の圃場管理システムは、
自律走行可能な管理車両と、
前記管理車両と通信可能な管理装置とを備え、
圃場を管理する圃場管理システムであり、
前記管理装置は、
前記圃場の圃場情報を予め格納する記憶部と、
前記圃場情報に基づいて、前記管理車両が自律走行する経路を生成する制御部と、を有し、
前記圃場情報は、少なくとも前記圃場の境界を含み、
前記経路は、直線からなる複数の直線経路と、前記複数の直線経路間を連結する複数の旋回経路とから構成され、前記圃場の境界に沿った周路であり、
前記旋回経路は、
連結する２つの前記直線経路のそれぞれに接する円弧からなる第１旋回経路、または、連結する２つの前記直線経路のそれぞれの延長線と、前記延長線のそれぞれに接する円弧からなる第２旋回経路であり、
前記圃場情報は、前記圃場の境界における傾斜を含み、
前記制御部は、
前記旋回経路における境界の傾斜角度が所定の傾斜角度より小であり、かつ、前記連結する２つの直線経路のなす角が所定のなす角度より大である場合に、前記旋回経路を前記第１旋回経路とし、
それ以外の場合に、前記旋回経路を前記第２旋回経路として前記経路を生成することを特徴とする。

更に、前記所定の傾斜角度は５度であり、前記所定のなす角度は１００度であることを特徴とする。

更に、前記管理車両は、前記経路上の作業地点で作業を行うための作業装置を備え、
前記制御部は、前記作業地点を含む前記経路を生成することを特徴とする。

更に、複数の前記圃場を管理対象とし、
前記経路は、複数の前記圃場のそれぞれの前記周路と、前記周路間を連結する移動経路とから構成されることを特徴とする。

更に、前記管理車両を複数有し、
前記制御部は、複数の前記管理車両のそれぞれの前記経路を生成することを特徴とする。

本発明の圃場管理システムによれば、自律走行可能な管理車両と、前記管理車両と通信可能な管理装置とを備え、圃場を管理する圃場管理システムであり、前記管理装置は、前記圃場の圃場情報を予め格納する記憶部と、前記圃場情報に基づいて、前記管理車両が自律走行する経路を生成する制御部と、を有し、前記圃場情報は、少なくとも前記圃場の境界を含み、前記経路は、直線からなる複数の直線経路と、前記複数の直線経路間を連結する複数の旋回経路とから構成され、前記圃場の境界に沿った周路であり、前記旋回経路は、連結する２つの前記直線経路のそれぞれに接する円弧からなる第１旋回経路、または、連結する２つの前記直線経路のそれぞれの延長線と、前記延長線のそれぞれに接する円弧からなる第２旋回経路であり、前記圃場情報は、前記圃場の境界における傾斜を含み、前記制御部は、前記旋回経路における境界の傾斜角度が所定の傾斜角度より小であり、かつ、前記連結する２つの直線経路のなす角が所定のなす角度より大である場合に、前記旋回経路を前記第１旋回経路とし、それ以外の場合に、前記旋回経路を前記第２旋回経路として前記経路を生成するので、管理車両による圃場の境界に沿った周路の安定した自律走行を可能とする圃場管理システムを提供できるとともに、必要以上に経路が長くなることを防止できる。

更に、本発明の圃場管理システムによれば、前記所定の傾斜角度は５度であり、前記所定のなす角度は１００度であるので、管理車両がより安定して自律走行することが可能な経路を生成することができるとともに、必要以上に経路が長くなることを防止できる。

更に、本発明の圃場管理システムによれば、前記管理車両は、前記経路上の作業地点で作業を行うための作業装置を備え、前記制御部は、前記作業地点を含む前記経路を生成するので、管理車両に定点作業を自立走行によってさせることができ、管理車両による圃場の様々な管理が可能となり、使い勝手が良い。

更に、本発明の圃場管理システムによれば、複数の前記圃場を管理対象とし、前記経路は、複数の前記圃場のそれぞれの前記周路と、前記周路間を連結する移動経路とから構成されるので、１つの管理車両によって複数の圃場の管理をすることができ、作業効率が向上する。

更に、本発明の圃場管理システムによれば、前記管理車両を複数有し、前記制御部は、複数の前記管理車両のそれぞれの前記経路を生成するので、複数の管理車両によって複数の圃場の管理をすることができ、作業効率が向上する。

本発明の実施形態に係る圃場管理システムの一例を説明するためのブロック図である。 圃場管理システムの構成要素である管理車両の一例が示された側面図である。 薬液散布装置の概略構成図である。 走行機体と経路との偏差の一例を説明するため概略平面図である。 畦畔の一例を説明するため概略断面図である。 経路の生成処理の一例を説明するためのフローチャートである。 圃場の規定の一例を説明するための概略図である。 算出された境界線と、各境界点を通る２つの境界線のなす角の一例の概略図である。 第１旋回経路の一例を説明するための概略図である。 第２旋回経路の一例を説明するための概略図である。 算出された経路の一例の概略図である。 別の経路の一例の概略図である。 別の経路の一例の概略図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明を実施するための形態について詳述する。図１は本実施形態に係る圃場管理システム１の一例を説明するためのブロック図であり、図２は圃場管理システムの構成要素である管理車両１０の一例が示された側面図であり、図３は薬液散布装置２０の概略構成図である。なお、以下では、説明の便宜上、管理車両１０の進行方向である図２における左側を前方向とし、進行方向に対して直交して、かつ水平方向である図２における手前側を左方向とし、奥側を右方向とする。

図１に例示された圃場管理システム１は、自律走行可能な管理車両１０と、管理車両１０と通信可能な管理装置４０とを備え、圃場を管理するシステムである。

図２に示すように、管理車両１０は、走行機体１１と作業装置としての薬液散布装置２０とからなる。走行機体１１は、機体１２の進行方向にあたる前部の左右のそれぞれに前輪１３、１３を備え、後部の左右のそれぞれには後輪１４、１４を備える。前輪１３は従動輪であり、後輪１４は駆動輪である。機体１２は、主に樹脂から構成され、前後方向に長尺な略直方体である。走行機体１１は、機体１２の内部に制御部Ｃ、図示せぬ左右の走行モータやバッテリーなども備える。走行モータの動作は、制御部Ｃによって制御される。

左右の後輪１４、１４と左右の走行モータとは、それぞれ図示せぬギヤを介して連動連結されている。左右の走行モータは、左右の後輪１４、１４をそれぞれ独立して回転させることができる。なお、走行モータの電力は、バッテリーから供給される。

そして、左右の走行モータによって、左右の後輪１４、１４をそれぞれ独立して回転させることで、管理車両１０の前進、後進、旋回等を行うことができる。前進時と後進時には、左右の後輪１４、１４を同一方向かつ同一速度で回転させる。旋回時には、右の後輪１４と、左の後輪１４とを異なる速度で回転させる。また、右の後輪１４と、左の後輪１４とを逆方向に回転させることで、超信地旋回することができる。

なお、走行機体１１は上述の構成に限定されるものではない。例えば、走行機体１１は、原動機としてのエンジンを備え、このエンジンによって駆動輪である後輪１４を回転させて走行する構成であっても良い。また、走行機体１１は、左右の後輪１４、１４の回転速度に差を生じさせることによって操舵を行う構成であるが、前輪１３の機体１２に対する向きを変更可能とする操舵装置によって操舵する構成であっても良い。また、走行機体１１は、走行装置にクローラが用いられる構成であっても良い。

薬液散布装置２０は、機体１２の上部に配設される。そして、図３に示すように、薬液散布装置２０は、薬液を貯留する薬液タンク２１と、散布ユニット２２と、薬液を吐出するノズル２３などから構成される。散布ユニット２２は、薬液を圧送するポンプ２４と、ポンプ２４を駆動する散布モータ２５などを有し、薬液タンク２１内の薬液をノズル２３へ供給する。散布モータ２５の電力は、バッテリーから供給される。また、散布モータ２５の動作は、制御部Ｃによって制御される。

薬液タンク２１は、機体１２の前後及び左右方向の略中央に配置される（図２参照）。薬液タンク２１の上部には、蓋２６によって開閉可能な薬液の充填口が形成される。薬液タンク２１は、例えば、薬液としての液状の除草剤や害虫防除剤などを収容する。なお、薬液タンク２１は薬液を収容することでかなりの重量となる。このように重量のある薬液タンク２１を機体１２の前後及び左右方の略中央に配置することで、管理車両１０の安定性が良く、走行性が向上する。

ポンプ２４と散布モータ２５を有する散布ユニット２２は、機体１２の上部の薬液タンク２１の後方に配置される。配管２７によって薬液タンク２１の下部とポンプ２４とが接続されている。ノズル２３は、機体１２の後部の左右方向略中央に、支持部材２８を介して取り付けられる。配管２９によってポンプ２４とノズル２３とが接続されている。ノズル２３の吐出口は、薬液を霧状に吐出することが可能であるともに、機体１２の後方の土壌を向いている。

そして、散布モータ２５によってポンプ２４を駆動することで、ノズル２３から薬液を土壌へ散布することができる。また、薬液の散布量は、散布モータ２５が作動する時間や散布モータ２５の回転速度を制御部Ｃによって制御することで調節することができ、薬液の連続散布や間欠散布が可能である。

なお、薬液は特に限定されるものではなく、水や肥料などであっても良い。また、薬液の散布形態は、土壌に向けた散布に限定されるものではない。薬液の特性などに応じて、土壌に向けた散布や、作物に向けた散布、空中散布など、適宜選択することができる。また、散布される薬液の吐出状態も適宜選択することができる。例えば、ノズル２３から薬液を土壌へ滴下するよう吐出する散布であっても良い。このような薬液の吐出状態は、ノズル２３の吐出口の形状、開口面積、向き、薬液の流速などを変えることで変更することができる。そして、例えば、ノズル２３の吐出口の開口面積を調節可能な絞り機構をノズル２３に備える構成としても良い。また、薬液の流速は、散布モータ２５の回転速度を変更することで調節することができる。

また、薬液散布装置２０は、上述の構成に限定されるものではなく、薬液を散布することができれば良く、例えば、フィルタ、逆止弁、リリーフ弁、薬液を加温可能なヒータなどを適宜配置できる。また、散布ユニット２２が、ポンプ２４と、散布モータ２５に加えて、リリーフ弁、逆止弁、蓄圧器、電磁弁などを備え、蓄圧器内に高圧の薬液を貯留可能な構成とし、電磁弁を開閉させることによって蓄圧器内の高圧の薬液をノズル２３から吐出する構成であっても良い。

ここで、管理車両１０は、管理装置４０によって生成される後述する経路に沿って自律走行が可能である。管理車両１０は、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）を利用して走行機体１１の位置の検出が可能でもある。図１に示すように、管理車両１０は、走行機体１１に、記憶部Ｍ、ＧＮＳＳ受信装置３１、入力装置３２、表示装置３３、通信装置３４、本体センサ３５、散布センサ３６などを備える。記憶部Ｍ、ＧＮＳＳ受信装置３１、入力装置３２、表示装置３３、通信装置３４、本体センサ３５、散布センサ３６などは、制御部Ｃと接続している。

制御部Ｃは、種々の設定値や、各種センサによる検出値等の入力信号を読み込むとともに、制御信号を出力することで、走行機体１１、薬液散布装置２０の動作を制御するものであり、演算処理及び制御処理を行う処理装置、情報が格納される主記憶装置などから構成されている。制御部Ｃは、例えば、処理装置としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）、主記憶装置としてのＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などを備えるマイクロコンピュータである。主記憶装置には、本実施形態に係る動作を実行するための制御プログラムや、各種情報などが格納されている。なお、これらの各種プログラムや情報などは、記憶部Ｍに格納され、制御部Ｃが読み出す形態であっても良い。

記憶部Ｍは、プログラムや情報などを格納し、格納された情報などは書き換え可能な構成であり、例えば、フラッシュメモリーである。記憶部Ｍには、管理装置４０によって生成された後述する経路が予め格納されている。

ＧＮＳＳ受信装置３１は、不図示のＧＮＳＳ衛星からの電波信号を受信するとともに、受信した電波信号を変換して制御部Ｃに送信する。入力装置３２は、情報を入力するマウスやキーボード等であり、管理車両１０の自律走行に関する設定値などの情報を入力するものである。表示装置３３は、情報を表示する液晶ディスプレイ等であり、制御部Ｃにおける演算処理の状況、入力装置３２によって入力された情報、記憶部Ｍに格納された情報などを表示する。通信装置３４は、管理装置４０への情報の送信及び管理装置４０からの情報の受信をするものである。なお、通信装置３４による情報の送信先及び送信元は、管理装置４０に限定されるものではない。例えば、通信装置３４は、管理車両１０の遠隔操作を可能とする外部入力装置と情報の送信及び受信が可能な構成であっても良い。

本体センサ３５は、走行機体１１の作動の情報を検出するものである。散布センサ３６は、薬液散布装置２０の作動の情報を検出するものである。ここで、本体センサ３５は、走行機体１１の走行速度、３次元的な姿勢、走行モータの回転数など、管理車両１０が自律走行する上で必要な情報を検出するためのセンサ類の総称である。より具体的には、左右の走行モータの回転センサ、車両方位センサ、車両傾斜センサなどである。これら本体センサ３５からの検出信号は、制御部Ｃに送信される。同様に、散布センサ３６は、散布モータ２５の作動時間や回転速度などを検出するするセンサであって、散布センサ３６からの検出信号は、制御部Ｃに送信される。

制御部Ｃは、位置検出部Ｃ１を有している。位置検出部Ｃ１は、例えばプログラムによって構成される。位置検出部Ｃ１は、ＧＮＳＳ受信装置３１から入力される複数のＧＮＳＳ衛星のある時刻に発信された電波信号に基づいて走行機体１１の位置を演算するように構成されている。

制御部Ｃは、走行制御部Ｃ２を更に有している。走行制御部Ｃ２は、例えばプログラムによって構成される。走行制御部Ｃ２は、位置検出部Ｃ１によって検出された走行機体１１の位置と、記憶部Ｍに予め格納されている経路Ｒと、本体センサ３５からの検出信号とに基づいて、走行モータの動作を制御して走行機体１１の走行方向を変更し、記憶部Ｍに予め格納された経路Ｒに沿うように走行機体１１を走行させるように構成されている。

より詳細には、走行制御部Ｃ２は、位置検出部Ｃ１によって検出された走行機体１１の位置と、記憶部Ｍに予め格納された経路と、本体センサ３５からの検出信号とに基づいて、経路Ｒと走行機体１１の偏差量を算出するように構成されている。偏差量としては、例えば、図４に示すように、走行機体１１の中心の経路Ｒからの偏差距離αと、走行機体１１の向き（走行方向）と経路Ｒとのなす偏差角度βなどである。ここで、図４は、走行機体１１と経路Ｒとの偏差の一例を説明するため概略平面図であり、図４における矢印は走行機体１１の走行方向を示す。

そして、走行制御部Ｃ２は、経路Ｒと走行機体１１の算出した偏差量に基づいて、走行モータの動作を制御して走行機体１１の走行方向を変更し、経路Ｒに沿うように走行機体１１を走行させるように構成されている。なお、位置検出部Ｃ１による走行機体１１の位置の検出、及び走行制御部Ｃ２による走行機体１１の走行方向の変更は、所定のサンプリング周期で行うものであり、例えば１秒周期で行う。

なお、管理車両１０の自律走行は、上述の構成によるものに限定されるものではない。管理車両１０が記憶部Ｍに予め格納された経路に沿うように自律走行可能な構成であれば良い。例えば、自律走行を行うエリアに、ＧＮＳＳ受信装置、通信装置などを有する基準局ユニットを複数設置し、管理車両１０が基準局ユニットと通信する構成としても良い。前述の構成では、位置検出部Ｃ１は、ＧＮＳＳ衛星からの電波信号に基づいて走行機体１１の位置を演算するように構成されている。つまり、走行機体１１の位置は、ＧＮＳＳ衛星と走行機体１１との位置関係によってのみ算出される構成である。しかし、複数の基準局ユニットを利用することにより、ＧＮＳＳ衛星と走行機体１１との位置関係、ＧＮＳＳ衛星と基準局ユニットとの位置関係、基準局ユニットと走行機体１１との位置関係によって、走行機体１１の位置を算出することができる。したがって、走行機体１１の位置をより正確に算出することができ、管理車両１０を高い正確度で経路に沿った自律走行をさせることができる。

また、上述のＧＮＳＳを利用する構成において、更に、管理車両１０の自律走行する軌跡の誤差を補正する装置を備える構成としても良い。例えば、管理車両１０が周囲の障害物を検出する障害物検出センサを備え、この障害物検出センサの検出値に基づいて自律走行する軌跡の誤差を補正するように構成されても良い。障害物検出センサとしては、接触または非接触のセンサ、例えば、赤外線センサや超音波センサなどを用いることができる。そして、制御部Ｃは、障害物検出センサの検出値に基づいて走行機体１１の走行可能領域を識別し、この走行可能領域に基づいて走行機体１１の走行方向を制御し、自律走行する軌跡の誤差を補正するように構成されても良い。

次に、管理装置４０について説明する。図１に示すように、管理装置４０は、制御部４１と、入力装置４２と、表示装置４３と、通信装置４４と、記憶部４５などを備える。入力装置４２、表示装置４３、通信装置４４、記憶部４５などは、制御部４１と接続している。

制御部４１は、種々の設定値や、各種装置から入力される入力信号を読み込むとともに、制御信号を出力することで、管理装置４０の動作を制御するものであり、演算処理及び制御処理を行う処理装置、情報が格納される主記憶装置などから構成されている。制御部４１は、例えば、処理装置としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）、主記憶装置としてのＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などを備えるマイクロコンピュータである。主記憶装置には、本実施形態に係る動作を実行するための制御プログラムや、各種情報などが格納されている。なお、これらの各種プログラムや情報などは、記憶部４５に格納され、制御部４１が読み出す形態であっても良い。

制御部４１は、経路生成部４６を有している。経路生成部４６は、例えばプログラムによって構成される。経路生成部４６は、記憶部４５に格納された圃場情報、入力装置４２から入力される入力情報などに基づいて管理車両１０が自律走行する経路を生成するように構成されている。経路生成部４６が生成する経路は、圃場の境界に沿った周路である。なお、圃場としての田畑や水田などは、土を盛るなどして形成される畦畔によって区画されるが、図５に示すように、圃場５０の境界としての畦畔５１は圃場５０へ向かって傾斜する傾斜地５２（法面）と平地５３とから構成される。ここで、図５は、畦畔の一例を説明するため概略断面図である。本実施形態における経路生成部４６は、圃場５０の境界としての畦畔５１における傾斜地５２の上を通る経路を生成するものである。したがって、圃場（植栽地）に侵入することなく作業ができる経路である。

入力装置４２は、情報を入力するマウスやキーボード等であり、管理車両１０が自律走行する経路に関する設定値などの情報を入力するものである。表示装置４３は、情報を表示する液晶ディスプレイ等であり、制御部４１における演算処理の状況、入力装置４２によって入力された情報、記憶部４５に格納された情報などを表示する。通信装置４４は、管理車両１０への情報の送信及び管理車両１０からの情報の受信をするものである。

記憶部４５は、プログラムや情報などを格納し、格納された情報などは書き換え可能な構成であり、例えば、フラッシュメモリーである。記憶部４５には、圃場情報などが予め格納されている。

圃場情報は、複数の圃場に関する情報であり、それぞれの圃場の名称、境界の外形などであり、地図情報に関連付けられている。ここで、上述したように、圃場５０は畦畔５１によって区画されるものであり、畦畔５１は圃場５０へ向かって傾斜する傾斜地５２と平地５３とから構成されるが、畦畔５１の傾斜地５２の傾斜角度や幅などは圃場毎によって異なる（図５参照）。したがって、圃場情報には、圃場５０の境界としての畦畔５１の傾斜地５２の傾斜角度や幅なども含まれている。なお、圃場情報は、地図情報に関連付けられた構成に限定されるものではなく、圃場の名称に圃場の外形などの情報が関連付けられる構成であっても良い。このような構成の場合には圃場情報の情報量を少なくすることが可能である。

次に、管理車両１０が自律走行する経路の生成方法について説明する。図６は、経路の生成処理の一例を説明するためのフローチャートであり、図７は、圃場５０の規定の一例を説明するための概略図である。まず、管理車両１０を走行させる圃場５０を選択する（ステップＳ１）。圃場５０の選択は、作業者によってなされる。上述したように、圃場情報は、地図情報をベースに、圃場５０の名称や圃場５０の境界に関する情報が関連付けられている。作業者は、表示装置４３に表示される地図の中から入力装置４２によって管理対象の圃場５０を選択する。圃場５０が選択されることにより、選択された圃場５０に関連付けられた圃場情報が記憶部４５から読み出されて経路生成部４６に入力される。

ここで、圃場５０の境界は、複数の境界点によって規定される。境界点は、圃場５０の外形の各頂点に対応し、周方向に順序付けがなされている。例えば、図７に示すように、圃場５０が５角形の場合には、５つの頂点がそれぞれ境界点Ｐ（Ｐ１〜Ｐ５）とされている。この境界点Ｐには、左回りに順次１〜５の順番が付与されている。そして、記憶部４５には、圃場情報として、各境界点Ｐの位置、順番、傾斜角度、幅の情報が予め格納されている。なお、傾斜角度は、各境界点Ｐにおける畦畔５１の圃場５０へ向かう傾斜地５２の傾斜角度であり、幅は各境界点Ｐにおける畦畔５１の傾斜地５２の幅である。また、境界点Ｐは、圃場５０の境界としての畦畔５１の傾斜地５２の中央に位置している。

なお、境界点Ｐは、少なくとも圃場５０の外形の各頂点に対応し、周方向に順序付けがなされていれば良く、その数は限定されるものではない。例えば、圃場５０の外形の各頂点以外であって、圃場５０の境界に更に境界点Ｐが設定されていても良い。また、圃場情報は、地図情報に基づいて作業者によって生成または修正される構成であっても良い。例えば、記憶部４５には、圃場５０を含む地図情報が予め格納されている構成とし、作業者が、入力装置４２によって表示装置４３に表示される地図の中から圃場５０の外形の各頂点を選択し、各頂点における順番、傾斜角度、幅についても入力することによって、圃場情報が生成されるように構成されても良い。また、同様に、作業者が入力装置４２によって圃場５０の外形の頂点、頂点における順番、傾斜角度、幅について変更することによって、圃場情報が修正されるように構成されても良い。

ステップＳ１にて選択された圃場の境界線を算出する（ステップＳ２）。経路生成部４６は、入力された各境界点Ｐ（Ｐ１〜Ｐ５）の位置と順番に基づいて、順次２つの境界点Ｐを結ぶ直線である境界線Ｌを算出するように構成されている。経路生成部４６は、境界点Ｐ１と境界点Ｐ２から境界線Ｌ１を算出し、境界点Ｐ２と境界点Ｐ３から境界線Ｌ２を算出し、境界点Ｐの順番に応じて、順次境界線Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５を算出するように構成されている。

そして、経路生成部４６は、ステップＳ３として、ステップＳ２にて算出された境界線Ｌ（Ｌ１〜Ｌ５）に基づいて、各境界点Ｐ（Ｐ１〜Ｐ５）を通る２つの境界線Ｌのなす角θを算出するように構成されている。経路生成部４６は、境界点Ｐ１を通る境界線Ｌ１と境界線Ｌ５のなす角θ１を算出し、境界点Ｐ２を通る境界線Ｌ１と境界線Ｌ２のなす角θ２を算出し、境界点Ｐの順番に応じて、順次境界点Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５における２つの境界線Ｌのなす角θ３、θ４、θ５を算出する。なお、各境界点Ｐを通る２つの境界線Ｌのなす角は、圃場５０側の角である内角とする。ここで、図８には、算出された境界線Ｌ（Ｌ１〜Ｌ５）と、各境界点Ｐを通る２つの境界線Ｌのなす角θ（θ１〜θ５）の一例の概略図を示す。

次に、経路生成部４６は、ステップＳ２にて算出された境界線Ｌや、ステップＳ３にて算出された境界線Ｌのなす角θなどに基づいて経路を生成する（ステップＳ４）。経路生成部４６は、上述したように、圃場５０の境界である畦畔５１に沿った周路であり、ステップＳ２にて算出された複数の境界線Ｌを各境界点Ｐで連結することによって経路を生成するように構成されている。ここで、各境界点Ｐにおける２つの境界線Ｌのなす角θが小さい場合には、管理車両１０は急旋回をすることになり、走行が不安定になる場合がある。また、経路は、圃場５０に向かう傾斜を有する畦畔５１の傾斜地５２であり、このような傾斜地５２を旋回走行する場合には、走行が不安定になる場合がある。そこで、経路生成部４６は、各境界点Ｐにおける２つの境界線Ｌのなす角θと境界点Ｐにおける畦畔５１の傾斜地５２の傾斜角度に応じて、管理車両１０の旋回走行が不安定になりにくい経路を生成するように構成されている。

より詳細には、境界点Ｐにおいて、傾斜角度が所定の傾斜角度より小であり、かつ、なす角θが所定のなす角度より大である場合には、境界点Ｐを通る２つの境界線Ｌのそれぞれに接する所定の半径の円弧からなる第１旋回経路としての旋回経路が算出される。このような第１旋回経路は、管理車両１０の畦畔５１での旋回走行を無理なくスムースにさせるためのものである。経路生成部４６は、例えば、図９に示すように、境界点Ｐ２に関して、境界点Ｐ２を通る２つの境界線Ｌ１、Ｌ２のそれぞれに接する所定の半径の円弧ＡＲ１である第１旋回経路としての旋回経路ＲＴ２を算出するように構成されている。なお、旋回経路ＲＴ２としての円弧ＡＲ１の中心は圃場５０内に位置するものとする。ここで、図９は、第１旋回経路の一例を説明するための概略図である。

一方で、境界点Ｐにおいて、傾斜角度及びなす角θが上述以外の場合には、つまり、傾斜角度が所定の傾斜角度以上である場合、または、なす角θが所定のなす角度未満である場合には、境界点Ｐを通る２つの境界線Ｌの境界点Ｐからの延長線と、この延長線のそれぞれに接する所定の半径の円弧とからなる第２旋回経路としての旋回経路が算出される。このような第２旋回経路は、管理車両１０を、畦畔５１の傾斜地５２ではなく、圃場５０の外方側に位置する平地５３で旋回走行させるためのものであり、管理車両１０が不安定な走行となることを防止できる。経路生成部４６は、例えば、図１０に示すように、境界点Ｐ３に関して、境界点Ｐ３を通る２つの境界線Ｌ２、Ｌ３の境界点Ｐ３から所定の長さの延長線ＥＬ２３、ＥＬ３３と、この延長線ＥＬ２３、ＥＬ３３のそれぞれに端部で接する円弧ＡＲ２からなる第２旋回経路としての旋回経路ＲＴ３を算出するように構成されている。つまり、境界点Ｐ３における旋回経路ＲＴ３は、延長線ＥＬ２３、円弧ＡＲ２、延長線ＥＬ３３から構成される。ここで、図１０は、第２旋回経路の一例を説明するための概略図である。

なお、所定の傾斜角度、所定のなす角度、所定の半径、及び所定の長さは、予め設定されるものであり、記憶部４５に格納されている。また、所定の傾斜角度、所定のなす角度、所定の半径、所定の長さは特に限定されるものではないが、所定の傾斜角度は５度であることが好ましく、所定のなす角度は１００度であることが好ましい。また、所定のなす角度は、傾斜角度に応じて決められても良い。そして、所定の傾斜角度、所定のなす角をこのような設定にすることで、経路生成部４６によって管理車両１０の旋回走行がより不安定になりにくい経路を生成することができる。また、所定の半径、所定の長さは、畦畔５１の傾斜地５２の幅に応じて決められることが好ましい。例えば、傾斜地５２の幅に対して所定の半径が大きすぎる場合には、圃場５０内に第１旋回経路が位置する場合があるためである。また、傾斜地５２の幅に対して所定の長さが短すぎる場合には、傾斜地５２内に第２旋回経路の円弧ＡＲ２が位置する場合があるためである。

そして、経路生成部４６は、各境界点Ｐにおいて、２つの境界線Ｌのなす角θと境界点Ｐにおける畦畔５１の傾斜地５２の傾斜角度に応じて、順次旋回経路ＲＴ（ＲＴ１〜ＲＴ５）をそれぞれ算出する。また、各境界点Ｐ（Ｐ１〜Ｐ５）における算出された旋回経路ＲＴ（ＲＴ１〜ＲＴ５）を順次接続する直線経路ＲＳを算出することによって、管理車両１０の経路が生成される。ここで、図１１には、算出された経路Ｒの一例の概略図を示す。生成される経路Ｒは、複数の直線経路ＲＳ（ＲＳ１〜ＲＳ５）と、複数の直線経路ＲＳを連結する複数の旋回経路ＲＴ（ＲＴ１〜ＲＴ５）から構成される。また、旋回経路ＲＴ（ＲＴ１〜ＲＴ５）は、連結する２つの直線経路ＲＳのそれぞれに接する円弧ＡＲ１からなる第１旋回経路としての旋回経路ＲＴ２、ＲＴ５と、連結する２つの直線経路ＲＴのそれぞれの延長線ＥＬと、延長線ＥＬのそれぞれに接する円弧ＡＲ２からなる第２旋回経路としての旋回経路ＲＴ１、ＲＴ３、ＲＴ４である。そして、経路Ｒは、傾斜が不連続で接続する境界点Ｐで管理車両１０が旋回することを避けた経路である。

なお、経路Ｒには、更に、開始地点、終了地点、走行方向（周方向）、作業地点を設定する（ステップＳ５）。開始地点、終了地点、走行方向、作業地点の設定は、作業者によってなされる。例えば、作業者は、表示装置４３に表示される経路Ｒに対して、入力装置４２によって経路Ｒ上の点を、開始地点、終了地点、作業地点に設定するとともに、走行方向についても入力することによって、これらの地点の位置が関連付けられた経路Ｒが生成される。なお、開始地点は管理車両１０が自律走行を開始する位置であり、終了地点は管理車両１０が自律走行を終了する位置であり、走行方向とは管理車両１０が走行する方向である。また、作業地点とは作業装置としての薬液散布装置２０によって薬液を散布する位置である。

そして、上述のように経路生成部４６によって生成される経路Ｒは、圃場５０の境界としての畦畔５１における傾斜地５２を経路とする圃場５０の周路であり、傾斜地５２の傾斜角度と管理車両１０の旋回角度とが考慮された経路である。したがって、経路生成部４６は、圃場５０の境界である畦畔５１に沿った周路であって、管理車両１０が安定して自律走行することが可能な経路Ｒを生成することができる。そして、管理車両１０の横転などによる自律走行の中断を防止し、作業効率の低下を防止することができる。また、旋回経路ＲＴは、第１旋回経路と第２旋回経路から条件に応じて決定されるものであり、必要以上に経路Ｒの全長が長くなることが防止される。

なお、開始地点、終了地点、走行方向、作業地点の設定は、上述の内容に限定されるものではない。走行方向は、経路Ｒを算出する前に予め設定される構成であっても良い。また、作業地点は、隣接する作業地点間の距離を設定することにより、複数の作業地点が設定される構成であっても良い。つまり、経路生成部４６は、隣接する作業地点の距離に基づいて、経路Ｒ上の複数の作業地点を算出するように構成されていても良い。なお、このような構成の場合、経路生成部４６は、経路Ｒの内、第２旋回経路以外の経路上に、つまり、直線経路ＲＳと第１旋回経路に対して作業地点を算出するように構成されることが好ましい。第２旋回経路上に作業地点が設定される場合には、傾斜地５２の外方の平地５３に作業地点が設定される場合があり、作業効率が低下する場合がある。例えば、経路生成部４６は、経路Ｒ上に所定の間隔を有する作業地点を算出し、算出された作業地点の中で第２旋回経路上に位置する作業地点を削除し、この作業地点を削除した第２旋回経路に連結する直線経路の始点に作業地点を追加するように構成されても良い。このような構成にすることで、作業効率が低下することがなく、また、作業のばらつきが生じにくい経路Ｒが比較的容易に生成される。

また、経路生成部４６によって生成された経路Ｒは、作業者によって変更することが可能な構成であっても良い。例えば、第１旋回経路として算出された旋回経路を第２旋回経路として旋回経路に、第２旋回経路として算出された旋回経路を第１旋回経路として旋回経路に変更可能な構成であっても良い。また、同一の境界点Ｐに開始地点と終了地点が設定される場合、その設定される境界点Ｐにおける旋回経路を削除するように構成されていても良い。このような構成にすることで、管理車両１０の不必要な走行をなくし、作業効率の向上が図れる。

また、第２旋回経路は上述の構成に限定されるものではない。第２旋回経路は、不安定な旋回となりやすい傾斜地５２を避け、平地５３にて管理車両１０を旋回させる経路であれば良い。例えば、２つの延長線ＥＬに接する円弧ＡＲ２に替わって、２つの延長線ＥＬを直線や曲線の経路によって連結する構成であっても良い。なお、このような構成の場合、連結点において、管理車両１０は超信地旋回するように構成する。このような構成にすることで、平地５３が狭い場合であっても管理車両１０が安定して走行することができる経路を生成することができる。

そして、上述のように、経路生成４６によって生成された経路Ｒは、管理装置４０の記憶部４５に圃場情報に関連付けられて格納されるとともに、通信装置４４によって管理車両１０に送信される。一方、管理車両１０において、経路Ｒは、通信装置３４によって受信され、記憶部Ｍに格納される。そして、管理車両１０は、上述したように、制御部Ｃによって、この経路Ｒに沿って自律走行するとともに、経路Ｒに含まれる作業地点で作業装置としての薬液散布装置２０を作動させる。つまり、管理車両１０は、自律走行によって畦畔５１の傾斜地５２の所定の位置への薬液散布（定点散布）が可能な構成であり、薬液の使用量を低減させた畦畔５１の傾斜地５２の薬液散布ができる。したがって、圃場管理システム１は、管理車両１０の圃場５０の境界である畦畔５１の傾斜地５２に沿った周路の安定した自律走行を可能とするとともに、管理車両１０の薬液散布作業の効率を向上させることができ、例えば、傾斜地５２の薬液による除草や病害虫の防除を効率良く行うことができる。

なお、作業地点の構成は上述の構成に限定されるものではない。例えば、作業地点は、作業開始地点と作業終了地点とからなる構成であっても良い。このような構成にすることで、管理車両１０を、作業開始地点と作業終了地点の間の経路Ｒ上に薬液を散布しながら自律走行させることができる。また、作業地点のそれぞれに作業時刻が関連付けられ、管理車両１０の制御部Ｃは作業地点に作業時刻に薬液を散布するように構成されていても良い。このような構成にすることで、管理車両１０は、時刻を考慮した定点散布が可能となり、より効果的に薬液を散布することができる。

ここで、管理車両１０における作業装置は、薬液散布装置２０に限定されるものではない。本実施形態において生成される経路Ｒには作業地点が関連付けられているので、管理車両１０に定点作業を自律走行によってさせることができる。したがって、本実施形態によれば、管理車両１０の用途が広がり、圃場の様々な管理に適用することができ、使い勝手が良い。例えば、管理車両１０は、作業装置として、更に、周囲を撮像可能な撮像装置を備え、画像を管理装置４０へ送信する構成であっても良い。なお、経路Ｒには、撮像装置に対する作業地点と、作業地点における撮像方向とが関連付けられている。このような構成にすることで、管理車両１０は、所定の作業地点から圃場の所定の方向を撮像することができ、画像による圃場の定点観測が可能となる。ここで、撮像装置は、撮像の方向を変更可能な支持装置を介して管理車両１０に取り付けられており、この支持装置の動作を制御部Ｃによって制御することで、所定の方向を撮像することができる。なお、撮像装置の管理車両１０への取り付け構成は特に限定されるものではなく、特定の方向のみ撮像可能なように取り付けられる構成であっても良い。このような構成にすることで、簡単な構成で圃場の定点観測が可能となる。

ここで、圃場管理システム１は、１つの圃場を１つの管理車両によって管理するシステムに限定されるものではなく、複数の圃場を管理対象とする構成であっても良く、複数の管理車両によって管理する構成であっても良い。例えば、１つの管理車両１０によって複数の圃場を管理する場合には、管理装置４０の経路生成部４６は、それぞれの圃場の周路と、この複数の周路を連結する移動経路から構成される経路を生成するように構成される。例えば、図１２に示すように、１つの管理車両１０によって３つの圃場５０ａ、５０ｂ、５０ｃを管理する場合には、経路生成部４６は、各圃場５０ａ、５０ｂ、５０ｃの周路Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃと、この周路Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃを連結する移動経路Ｒａｂ、Ｒｂｃから構成される経路Ｒ１を生成するように構成される。

経路生成部４６は、それぞれの圃場５０ａ、５０ｂ、５０ｃの周路Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃを上述のステップＳ１〜ステップＳ４に基づいて生成するように構成される。次に、これらの周路Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃを連結する連結点が設定される。連結点の設定は、作業者によってなされる。例えば、作業者は、表示装置４３に表示される周路Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃに対して、入力装置４２によって連結点を設定する。なお、作業者は、同時に開始地点、終了地点、走行方向、作業地点などについても設定する。

経路生成部４６は、設定された連結点と、記憶部４６に予め格納された地図情報に基づいて、連結点を結ぶ最短経路である移動経路Ｒａｂ、Ｒｂｃを算出するように構成されている。そして、周路Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃと移動経路Ｒａｂ、Ｒｂｃとを連結することで、経路Ｒ１が生成される。そして、圃場管理システム１は、管理車両１０の経路Ｒ１に沿う自律走行によって、複数の圃場を管理対象とすることができ、作業効率が向上する。

なお、移動経路Ｒａｂ、Ｒｂｃは、周路を連結する経路であればよく、連結点を結ぶ最短経路に限定されるものではない。また、連結点は、周路Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ上の点であれば特に限定されるものではないが、各圃場５０ａ、５０ｂ、５０ｃの境界点に対応する旋回経路であって、第２旋回経路における円弧であることが好ましい。ここで、連結点は各圃場の畦畔の傾斜地への出入りの地点に対応するものである。したがって、畦畔の傾斜地への出入りにおいて、管理車両１０の走行は、不安定になる場合がある。しかしながら、連結点を各圃場５０ａ、５０ｂ、５０ｃの境界点に対応する旋回経路であって、第２旋回経路における円弧上に連結点を設定することで、管理車両１０の走行が安定する。より詳細には、走行車両１０は、第２旋回経路の円弧と延長線を介して傾斜地へ出入りすることになる。第２旋回経路の円弧は平地に位置しており、延長線は周回路の直線経路から繋がるものである。したがって、管理車両１０が畦畔の傾斜地に対して直線的に出入りをする構成とすることができ、連結点における管理車両１０の走行が安定しやすい。

また、開始地点と終了地点は、連結点と同一であることが好ましい。また、移動経路Ｒａｂ、Ｒｂｃは、連結点を結ぶ最短経路であることが好ましい。このような構成にすることで、経路Ｒ１が必要以上に長くなることを防止でき、作業効率が向上する。

また、連結点の設定は、作業者によってなされる構成に限定されるものではなく、経路生成部４６によってなされる構成であっても良い。例えば、経路生成部４６は、各圃場の境界点の位置などに応じて、連結する圃場と連結点なる境界点を抽出し、移動経路を算出するように構成されても良い。ここで、経路生成部４６は、例えば、全ての移動経路の全長が最短となるように、各圃場を連結する移動経路を算出するように構成される。このような構成にすることで、作業者の経路の生成における手間が省かれ、使い勝手が良くなる。また、経路Ｒの全長が長くなることが防止される。

また、複数の管理車両によって複数の圃場を管理する場合には、管理車両毎に管理する圃場を選択し、選択した複数の圃場に対して上述のように、周路と移動経路から構成されるそれぞれの経路を生成する。なお、圃場の選択は、上述のステップＳ１と同様に、作業者によってなされる。そして、複数の管理車両のそれぞれの経路に沿う自律走行よって、複数の圃場を管理対象とすることができ、作業効率が向上する。

ここで、管理車両毎の管理する圃場の選択は、作業者によってなされる構成に限定されるものではない。例えば、複数の管理車両が管理する圃場の選択は作業者によってなされ、各管理車両が管理する圃場の割り振りは経路生成部４６によってなされる構成であっても良い。例えば、経路生成部４６は、選択された複数の圃場のそれぞれの位置、大きさなどに応じて管理車両の数に対応した圃場のグループを形成し、この圃場のグループ毎に経路を生成するように構成されても良い。ここで、経路生成部４６は、例えば、圃場間の距離としての圃場の中心間の距離に応じて圃場のグループを形成するように構成される。このような構成にすることで、作業者の経路の生成における手間が省かれ、使い勝手が良くなる。

また、複数の圃場を管理対象とする場合において、経路生成部４６は、隣接する複数の圃場を１つの圃場ユニットとし、この圃場ユニットの周路を経路として生成するように構成されても良い。例えば、図１３に示すように、圃場５０ｄ、５０ｅが隣接する際に、経路生成部４６は、圃場５０ｄ、５０ｅを１つの圃場ユニット５０Ｕとし、この圃場ユニット５０Ｕの周路を経路Ｒ２として生成するように構成される。なお、隣接する複数の圃場の選択は、上述のステップＳ１と同様に、作業者によってなされる。経路生成部４６は、選択された圃場５０ｄ、５０ｅの境界点Ｐの順番を並び替えることによって、圃場ユニット５０Ｕの境界点Ｐを生成する。そして、経路生成部４６は、生成した圃場ユニット５０Ｕの境界点Ｐから、上述のステップＳ２〜ステップＳ５に基づいて経路Ｒ２を生成するように構成される。このような構成にすることで、複数の圃場を管理対象とした際に、様々な周路の生成が可能であり、使い勝手が良い。

ここで、隣接する圃場の選択は、作業者によってなされる構成に限定されるものではない。例えば、経路生成部４６によって隣接する圃場の選択がなされる構成であっても良い。経路生成部４６は、圃場５０ｄ、５０ｅの境界線Ｌを算出し、圃場５０ｄの境界線Ｌと圃場５０ｅの境界線Ｌにおいて、平行かつ隣接する境界線Ｌの有無によって、隣接する圃場の有無と、隣接している位置を抽出するように構成されても良い。このような構成にすることで、作業者の経路の生成における手間が省かれ、使い勝手が良くなる。

また、以上に説明がなされた本実施形態に係る圃場管理システム１は、矛盾の生じない範囲で自由に組み合わせることができる。例えば、複数の圃場を管理対象とする構成や、複数の管理車両によって管理する構成の場合において、経路生成部４６によって生成された経路Ｒ１、Ｒ２が作業者によって変更することが可能な構成であっても良い。

本発明の圃場管理車両は、田畑、水田などのあらゆる圃場の境界に沿った周路を生成することができる圃場管理システムに適用しうる。

１ 圃場管理システム
１０ 管理車両
２０ 薬液散布装置（作業装置）
４０ 管理装置
４１ 制御部
４５ 記憶部
４６ 経路生成部
５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、５０ｅ 圃場
５１ 畦畔（境界）
ＡＲ１、ＡＲ２ 円弧
Ｃ 制御部
ＥＬ 延長線
Ｒ、Ｒ１、Ｒ２ 経路
Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ、 周路
Ｒａｂ、Ｒｂｃ 移動経路
ＲＳ 直線経路
ＲＴ 旋回経路
θ なす角

Claims (5)

1. 自律走行可能な管理車両と、
   前記管理車両と通信可能な管理装置とを備え、
   圃場を管理する圃場管理システムであり、
   前記管理装置は、
   前記圃場の圃場情報を予め格納する記憶部と、
   前記圃場情報に基づいて、前記管理車両が自律走行する経路を生成する制御部と、を有し、
   前記圃場情報は、少なくとも前記圃場の境界を含み、
   前記経路は、直線からなる複数の直線経路と、前記複数の直線経路間を連結する複数の旋回経路とから構成され、前記圃場の境界に沿った周路であり、
   前記旋回経路は、
   連結する２つの前記直線経路のそれぞれに接する円弧からなる第１旋回経路、または、連結する２つの前記直線経路のそれぞれの延長線と、前記延長線のそれぞれに接する円弧からなる第２旋回経路であり、
   前記圃場情報は、前記圃場の境界における傾斜を含み、
   前記制御部は、
   前記旋回経路における境界の傾斜角度が所定の傾斜角度より小であり、かつ、前記連結する２つの直線経路のなす角が所定のなす角度より大である場合に、前記旋回経路を前記第１旋回経路とし、
   それ以外の場合に、前記旋回経路を前記第２旋回経路として前記経路を生成することを特徴とする、圃場管理システム。
2. 前記所定の傾斜角度は５度であり、前記所定のなす角度は１００度であることを特徴とする、
   請求項１に記載の圃場管理システム。
3. 前記管理車両は、前記経路上の作業地点で作業を行うための作業装置を備え、
   前記制御部は、前記作業地点を含む前記経路を生成することを特徴とする、
   請求項１または２に記載の圃場管理システム。
4. 複数の前記圃場を管理対象とし、
   前記経路は、複数の前記圃場のそれぞれの前記周路と、前記周路間を連結する移動経路とから構成されることを特徴とする、
   請求項１乃至３のいずれか１項に記載の圃場管理システム。
5. 前記管理車両を複数有し、
   前記制御部は、複数の前記管理車両のそれぞれの前記経路を生成することを特徴とする、
   請求項４に記載の圃場管理システム。

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