JP6557622B2

JP6557622B2 - 経路生成装置

Info

Publication number: JP6557622B2
Application number: JP2016048462A
Authority: JP
Inventors: 敏史平松
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2016-03-11
Filing date: 2016-03-11
Publication date: 2019-08-07
Anticipated expiration: 2036-03-11
Also published as: JP2017158520A

Description

本発明は、作業車両により作業を行う作業領域内に障害物が存在する場合の走行・作業経路の生成装置に関する。

従来、トラクタに位置検出手段と方位検出手段を備えて、圃場内を走行させて、隅の位置を検出する、所謂、ティーチング走行を行い、圃場の作業経路を設定する技術が公知となっている。（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−６６４０５号公報

前記技術において、圃場内に存在する電柱や岩や樹木等の障害物は考慮されていなかった。従って、障害物を避けるように作業経路を設定すると、障害物周囲に大きな未作業地部分が発生したり、障害物周囲で無人作業車両と有人作業車両が無駄に長い経路を走行したりするおそれがあった。

本発明は、以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、障害物が位置する周囲に障害物領域を設定して経路が生成されないようにするとともに、作業領域に設定される経路が障害物領域を避けて効率よく作業ができるように設定される経路生成装置を提供しようとする。

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を説明する。
即ち、請求項１においては、圃場内を自律走行及び作業可能な経路を生成可能な制御部を備える経路生成装置であって、前記制御部は、前記圃場で作業を行う作業経路が生成される第１領域と、作業経路は生成されないが走行するための走行経路は生成可能とする前記第１領域の周囲に設定される第２領域と、前記圃場内であって走行が禁止される第３領域と、作業経路は生成されないが走行するための走行経路は生成可能とする前記第３領域の周囲に設定される第４領域と、を設定可能とし、前記制御部は、前記第１領域において、前記第４領域と第２領域とを接続する作業経路が生成されない第５領域を設定可能とするものである。

請求項２においては、前記制御部は、前記第１領域において、前記第３領域、第４領域、第５領域、を除いた残りの領域で作業経路を生成可能とするものである。

請求項３においては、前記制御部は、前記第５領域を第１領域で生成される作業経路と平行に設けるものである。
請求項４においては、前記制御部は、前記第１領域内に第３領域を設定する場合、第３領域を構成する少なくとも一つの辺は、第１領域を構成する特定の辺と略平行に設定されるものである。

以上のような手段を用いることにより、走行が禁止されるような障害物が圃場内に存在する場合であっても、経路設定が行われて効率よく作業ができるようになる。

自律走行作業車両と走行作業車両の概略側面図。制御ブロック図。初期画面を示す図。圃場設定を示す図。圃場の領域を示す図。圃場内に障害物が存在する場合の領域を示す図。障害物周囲の位置設定を示す図。障害物が存在する圃場を二台で順に作業する場合の経路を示す図。障害物が存在する圃場を二台で別々に作業する場合の経路を示す図。障害物領域が枕地と重複する圃場を示す図。障害物領域が枕地と所定距離離れた圃場を示す図。障害物領域が複数存在し所定距離離れた圃場を示す図。枕地の幅の設定を示す図。枕地が長手方向に対して傾斜した場合の枕地の幅の設定を示す図。２回切り返しでターンする場合の側部余裕地の幅の設定を示す図。

無人で自律走行可能な自律走行作業車両（以下、無人車両と称することがある）１、及び、この自律走行作業車両１に協調して作業者（ユーザ）が操向操作する有人の走行作業車両（以下、有人車両と称することがある）１００をトラクタとし、自律走行作業車両１及び走行作業車両１００には作業機としてロータリ耕耘装置がそれぞれ装着されている実施例について説明する。但し、作業車両はトラクタに限定するものではなく、コンバイン等でもよく、また、作業機はロータリ耕耘装置に限定するものではなく、畝立て機や草刈機やレーキや播種機や施肥機等であってもよい。

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する。単一の圃場における農作業を、無人車両及び有人車両で実行することを、農作業の協調作業、追従作業、随伴作業などと称することがある。なお、農作業の協調作業としては、「単一圃場における農作業を、無人車両及び有人車両で実行すること」に加え、「隣接する圃場等の異なる圃場における農作業を同時期に無人車両及び有人車両で実行すること」が含まれてもよい。

図１は、自律走行作業車両及び走行作業車両の概略構成を示す側面図であり、図２は、それらの制御構成を示す制御ブロック図である。図１、図２において、自律走行作業車両１となるトラクタの全体構成について説明する。トラクタの車体部は、ボンネット２内にエンジン３が内設され、該ボンネット２の後部のキャビン１１内にダッシュボード１４が設けられ、ダッシュボード１４上に操向操作手段となるステアリングハンドル４が設けられている。該ステアリングハンドル４の回動により操舵装置を介して前輪９・９の向きが回動される。操舵装置を作動させる操舵アクチュエータ４０は制御部３０を構成するステアリングコントローラ３０１と接続される。自律走行作業車両１の操舵方向は操向センサ２０により検知される。操向センサ２０はロータリエンコーダ等の角度センサからなり、前輪９の回動基部に配置される。但し、操向センサ２０の検知構成は限定するものではなく操舵方向が認識されるものであればよく、ステアリングハンドル４の回動を検知したり、パワーステアリングの作動量を検知してもよい。操向センサ２０により得られた検出値は制御部３０のステアリングコントローラ３０１に入力される。

制御部３０は、ステアリングコントローラ３０１、エンジンコントローラ３０２、変速制御コントローラ３０３、水平制御コントローラ３０４、作業制御コントローラ３０５、測位制御ユニット３０６、自律走行制御コントローラ３０７等を備え、それぞれＣＰＵ（中央演算処理装置）やＲＡＭやＲＯＭ等の記憶装置やインターフェース等を備え、記憶装置には動作させるためのプログラムやデータ等が記憶され、ＣＡＮ通信によりそれぞれ情報やデータ等を送受信できるように通信可能としている。

前記ステアリングハンドル４の後方に運転席５が配設され、運転席５下方にミッションケース６が配置される。ミッションケース６の左右両側にリアアクスルケース８・８が連設され、該リアアクスルケース８・８には車軸を介して後輪１０・１０が支承される。エンジン３からの動力はミッションケース６内の変速装置（主変速装置や副変速装置）により変速されて、後輪１０・１０を駆動可能としている。変速装置は例えば油圧式無段変速装置で構成して、可変容量型の油圧ポンプの可動斜板をモータ等の変速手段４４により作動させて変速可能としている。変速手段４４は制御部３０の変速制御コントローラ３０３と接続されている。後輪１０の回転数は車速センサ２７により検知され、走行速度として変速制御コントローラ３０３に入力される。但し、車速の検知方法や車速センサ２７の配置位置は限定するものではない。

ミッションケース６内にはＰＴＯクラッチやＰＴＯ変速装置が収納され、ＰＴＯクラッチはＰＴＯ入切手段４５により入り切りされ、ＰＴＯ入切手段４５は表示手段４９を介して制御部３０の自律走行制御コントローラ３０７と接続され、ＰＴＯ軸への動力の断接を制御可能としている。また、作業機として播種機や畦塗機等を装着した場合、作業機独自の制御ができるように作業機コントローラ３０８が備えられ、該作業機コントローラ３０８は情報通信配線（所謂、ＩＳＯＢＵＳ）を介して作業制御コントローラ３０５と接続される。

前記エンジン３を支持するフロントフレーム１３にはフロントアクスルケース７が支持され、該フロントアクスルケース７の両側に前輪９・９が支承され、前記ミッションケース６からの動力が前輪９・９に伝達可能に構成している。前記前輪９・９は操舵輪となっており、ステアリングハンドル４の回動操作により回動可能とするとともに、操舵装置の駆動手段となるパワステシリンダからなる操舵アクチュエータ４０により前輪９・９が左右操舵回動可能となっている。操舵アクチュエータ４０は制御部３０のステアリングコントローラ３０１と接続されて制御される。

エンジン回転制御手段となるエンジンコントローラ３０２にはエンジン回転数センサ６１や水温センサや油圧センサ等が接続され、エンジンの状態を検知できるようにしている。エンジンコントローラ３０２では設定回転数と実回転数から負荷を検出し、過負荷とならないように制御するとともに、後述する遠隔操作装置１１２にエンジン３の状態を送信して表示装置１１３で表示できるようにしている。

また、ステップ下方に配置した燃料タンク１５には燃料の液面を検知するレベルセンサ２９が配置されて表示手段４９と接続され、表示手段４９は自律走行作業車両１のダッシュボードに設けられ、燃料の残量を表示する。そして、燃料の残量は自律走行コントローラ３０７で作業可能時間が演算され、通信装置１１０を介して遠隔操作装置１１２に情報が送信されて、遠隔操作装置１１２の表示装置１１３に燃料残量と作業可能時間が表示可能とされる。なお、回転計、燃料計、油圧、異常を表示する表示手段と、現在位置等を表示可能な表示手段とは別構成でもよい。

前記ダッシュボード１４上にはエンジンの回転計や燃料計や油圧等や異常を示すモニタや設定値等を表示する表示手段４９が配置されている。表示手段４９は遠隔操作装置１１２と同様にタッチパネル式として、データの入力や選択やスイッチ操作やボタン操作等も可能としている。

また、トラクタの車体部の後部に作業機装着装置２３を介して作業機としてロータリ耕耘装置２４が昇降可能に装設させている。前記ミッションケース６上に昇降シリンダ２６が設けられ、該昇降シリンダ２６を伸縮させることにより、作業機装着装置２３を構成する昇降アームを回動させてロータリ耕耘装置２４を昇降できるようにしている。昇降シリンダ２６は昇降アクチュエータ２５の作動により伸縮され、昇降アクチュエータ２５は制御部３０の水平制御コントローラ３０４と接続されている。また、前記作業機装着装置２３の左右一側のリフトリンクには傾斜シリンダが設けられ、該傾斜シリンダを作動させる傾斜アクチュエータ４７は水平制御コントローラ３０４と接続されている。

位置検出部となる測位制御ユニット３０６には位置情報を検出可能とするための移動ＧＰＳアンテナ（測位アンテナ）３４とデータ受信アンテナ３８が接続され、移動ＧＰＳアンテナ３４とデータ受信アンテナ３８は前記キャビン１１上に設けられる。測位制御ユニット３０６には、位置算出手段を備えて緯度と経度を算出し、現在位置を表示手段４９や遠隔操作装置１１２の表示装置１１３で表示できるようにしている。なお、ＧＰＳ（米国）に加えて準天頂衛星（日本) やグロナス衛星（ロシア）等の衛星測位システム（ＧＮＳＳ）を利用することで精度の高い測位ができるが、本実施形態ではＧＰＳを用いて説明する。

自律走行作業車両１は、車体部の姿勢変化情報を得るためにジャイロセンサ３１、および進行方向を検知するために方位角検出部３２を具備し制御部３０と接続されている。但し、ＧＰＳの位置計測から進行方向を算出できるので、方位角検出部３２を省くことができる。ジャイロセンサ３１は自律走行作業車両１の車体部前後方向の傾斜（ピッチ）の角速度、車体部左右方向の傾斜（ロール）の角速度、および旋回（ヨー）の角速度、を検出するものである。該三つの角速度を積分計算することにより、自律走行作業車両１の車体部の前後方向および左右方向への傾斜角度、および旋回角度を求めることが可能である。ジャイロセンサ３１の具体例としては、機械式ジャイロセンサ、光学式ジャイロセンサ、流体式ジャイロセンサ、振動式ジャイロセンサ等が挙げられる。ジャイロセンサ３１は制御部３０に接続され、当該三つの角速度に係る情報を制御部３０に入力する。

方位角検出部３２は自律走行作業車両１の向き（進行方向）を検出するものである。方位角検出部３２の具体例としては磁気方位センサ等が挙げられる。方位角検出部３２はＣＡＮ通信手段を介して自律走行制御コントローラ３０７に情報が入力される。

こうして自律走行制御コントローラ３０７は、上記ジャイロセンサ３１、方位角検出部３２から取得した信号を姿勢・方位演算手段により演算し、自律走行作業車両１の姿勢（向き、車体部前後方向及び車体部左右方向の傾斜、旋回方向）を求める。

次に、自律走行作業車両１の位置情報を衛星測位システムの一つであるＧＰＳ（グローバル・ポジショニング・システム）を用いて取得する。ＧＰＳを用いた測位方法としては、単独測位、相対測位、ＤＧＰＳ（ディファレンシャルＧＰＳ）測位、ＲＴＫ−ＧＰＳ（リアルタイムキネマティック−ＧＰＳ）測位など種々の方法が挙げられ、これらいずれの方法を用いることも可能であるが、本実施形態では測定精度の高いＲＴＫ−ＧＰＳ測位方式を採用する。

ＲＴＫ−ＧＰＳ測位は、位置が判っている基準局と、位置を求めようとする移動局とで同時にＧＰＳ観測を行い、基準局で観測したデータを無線等の方法で移動局にリアルタイムで送信し、基準局の位置成果に基づいて移動局の位置をリアルタイムに求める方法である。

本実施形態においては、自律走行作業車両１に移動局となる測位制御ユニット３０６と移動ＧＰＳアンテナ３４とデータ受信アンテナ３８が配置され、基準局となる固定通信機３５と固定ＧＰＳアンテナ３６とデータ送信アンテナ３９が所定位置に配設される。本実施形態のＲＴＫ−ＧＰＳ測位は、基準局および移動局の両方で位相の測定（相対測位）を行い、基準局の固定通信機３５で測位したデータをデータ送信アンテナ３９からデータ受信アンテナ３８に送信する。

自律走行作業車両１に配置された移動ＧＰＳアンテナ３４はＧＰＳ衛星３７・３７・・・からの信号を受信する。この信号は測位制御ユニット３０６に送信され測位される。そして、同時に基準局となる固定ＧＰＳアンテナ３６でＧＰＳ衛星３７・３７・・・からの信号を受信し、固定通信機３５で測位し測位制御ユニット３０６に送信し、観測されたデータを解析して移動局の位置を決定する。

こうして、自律走行コントローラ３０７は自律走行作業車両１を自律走行させる自律走行手段として備えられる。つまり、自律走行コントローラ３０７と接続された各種情報取得ユニットによって、自律走行作業車両１の走行状態を各種情報として取得し、自律走行コントローラ３０７と接続された各種制御ユニットによって、自律走行作業車両１の自律走行を制御する。具体的には、ＧＰＳ衛星３７・３７・・・から送信される電波を受信して測位制御ユニット３０６において設定時間間隔で車体部の位置情報を求め、ジャイロセンサ３１及び方位角検出部３２から車体部の変位情報および方位情報を求め、これら位置情報と変位情報と方位情報に基づいて車体部が予め設定した経路（走行経路と作業経路）Ｒに沿って走行するように、操舵アクチュエータ４０、変速手段４４、昇降アクチュエータ２５、ＰＴＯ入切手段４５、エンジンコントローラ３０２等を制御して自律走行し自動で作業できるようにしている。

また、自律走行作業車両１には障害物センサ４１が配置されて制御部３０と接続され、障害物に衝突しないようにしている。例えば、障害物センサ４１はレーザセンサや超音波センサやカメラで構成して車体部の前部や側部や後部に配置して制御部３０と接続し、制御部３０によって車体部の前方や側方や後方に障害物があるかどうかを検出し、障害物が設定距離以内に近づくと走行を停止させるように制御する。

また、自律走行作業車両１には前方を撮影するカメラ４２Ｆや後方の作業機や作業後の圃場状態を撮影するカメラ４２Ｒが搭載され制御部３０と接続されている。カメラ４２Ｆ・４２Ｒは本実施形態ではキャビン１１のルーフの前部上と後部上に配置しているが、配置位置は限定するものではなく、キャビン１１内の前部上と後部上や一つのカメラ４２を車体部中心に配置して鉛直軸を中心に回転させて周囲を撮影しても、複数のカメラ４２を車体部の四隅に配置して車体部周囲を撮影する構成であってもよい。また、キャビン１１やボンネット２等に自律走行作業車両１の製造社のエンブレムが取り付けられている場合、当該エンブレムの背面側にカメラ４２Ｆ・４２Ｒを配することとしてもよい。その場合、エンブレム内には貫通穴或いは所定の隙間が設定され、カメラ４２Ｆ・４２Ｒのレンズが当該貫通穴或いは隙間の位置に相当することで撮影が妨げられない。カメラ４２Ｆ・４２Ｒで撮影された映像は走行作業車両１００に備えられた遠隔操作装置１１２の表示装置１１３に表示される。

遠隔操作装置１１２は前記自律走行作業車両１の後述する経路Ｒを設定したり、自律走行作業車両１を遠隔操作したり、自律走行作業車両１の走行状態や作業機の作動状態を監視したり、作業データを記憶したりするものであり、制御部（ＣＰＵやメモリ）１３０や通信装置１１１や表示装置１１３や記憶装置１１４等を備える。

有人走行車両となる走行作業車両１００は作業者が乗車して運転操作するとともに、走行作業車両１００に遠隔操作装置１１２を搭載して自律走行作業車両１を操作可能としている。走行作業車両１００の基本構成は自律走行作業車両１と略同じ構成であるので詳細な説明は省略する。なお、走行作業車両１００（または遠隔操作装置１１２）にＧＰＳ用の制御ユニットを備える構成とすることも可能である。

遠隔操作装置１１２は、走行作業車両１００及び自律走行作業車両１のダッシュボードやキャビン１１のピラー等に設けられる取付部（不図示の例えば遠隔操作装置１１２を取り付け固定可能なアーム部材）に着脱可能としている。遠隔操作装置１１２は走行作業車両１００の取付部に取り付けたまま操作することも、走行作業車両１００の外に持ち出して携帯して操作することも、自律走行作業車両１の取付部に取り付けたまま操作することも可能である。遠隔操作装置１１２は例えばノート型やタブレット型のパーソナルコンピュータ等の無線通信端末で構成することができる。本実施形態ではタブレット型のコンピュータで構成している。

さらに、遠隔操作装置１１２と自律走行作業車両１は無線で相互に通信可能に構成しており、自律走行作業車両１と遠隔操作装置１１２には通信するための通信装置１１０・１１１がそれぞれ設けられている。通信装置１１１は遠隔操作装置１１２に一体的に構成されている。通信手段は例えばＷｉＦｉ等の無線ＬＡＮで相互に通信可能に構成されている。遠隔操作装置１１２は画面に触れることで操作可能なタッチパネル式の操作画面とした表示装置１１３を筐体表面に設け、筐体内に通信装置１１１や制御部（ＣＰＵ）１３０や記憶装置１１４やバッテリ等を収納している。

次に、経路生成装置となる遠隔操作装置１１２により経路Ｒを設定する手順について説明する。図３は、遠隔操作装置１１２の表示装置１１３に表示される初期画面を示す。但し、自律走行作業車両１が備える制御部３０によって経路Ｒを設定できるようにすることも可能である。遠隔操作装置１１２の表示装置１１３はタッチパネル式としており、電源をオンして遠隔操作装置１１２を起動させると初期画面が現れるようにしている。初期画面では、図３に示すように、トラクタ設定ボタン２０１、圃場設定ボタン２０２、経路生成設定ボタン２０３、データ転送ボタン２０４、作業開始ボタン２０５、終了ボタン２０６が表示される。

まず、トラクタ設定について説明する。トラクタ設定ボタン２０１をタッチすると、過去にこの遠隔操作装置１１２によりトラクタを用いて作業を行った場合、つまり、過去に設定したトラクタが存在する場合、そのトラクタ名（機種）が表示される。表示された複数のトラクタ名から今回使用するトラクタ名をタッチして選択すると、その後、後述する圃場設定に進み、或いは、初期画面に戻ることが可能である。新規にトラクタ設定を行う場合には、トラクタの機種を特定する。この場合、機種名を直接入力する。或いは、複数のトラクタの機種を表示装置１１３に一覧表示させて所望の機種を選択できるようにしている。

トラクタの機種が設定されると、トラクタに装着される作業機のサイズ、形状、作業機の位置の設定画面が現れる。作業機の位置は例えば前部か、前輪と後輪の間か、後部か、オフセットか、を選択する。作業機の設定が終了すると、作業中の車速、作業中のエンジン回転数、旋回時の車速、旋回時のエンジン回転数の設定画面が現れる。作業中の車速は往路と復路で異なる車速とすることも可能である。車速、及び、エンジン回転数の設定が終了すると、後述する圃場設定に進み、或いは、初期画面に戻ることが可能である。

次に、圃場設定について、説明する。図４は、圃場設定時において自律走行作業車両にユーザが搭乗して行う外周走行の様子を示す。図５は、作業領域、枕地領域等、圃場内の設定される領域を示す。圃場設定ボタン２０２をタッチすると、過去にこの遠隔操作装置１１２によりトラクタを用いて作業を行った場合、つまり、過去に設定した圃場が存在する場合、設定されている圃場の名前が表示される。表示された複数の圃場名から今回作業を行う圃場名をタッチして選択すると、その後、後述する経路生成設定に進み、或いは、初期画面に戻ることが可能である。なお、設定された圃場を編集又は新規に設定することも可能である。

登録された圃場がない場合には、新規の圃場設定となる。新規の圃場設定を選択すると、図４に示すように、トラクタ（自律走行作業車両１）を圃場Ｈ内の四隅のうちの一つの隅Ａに位置させ、「測定開始」のボタンをタッチする。その後、トラクタを圃場Ｈの外周に沿って走行させて圃場形状を登録する。次に、作業者は、登録された圃場形状から、角位置Ａ・Ｂ・Ｃ・Ｄや変曲点を登録して圃場形状を特定する。

圃場Ｈが特定されると、図５に示すように、作業開始位置Ｓと、作業開始方向Ｆと、作業終了位置Ｇを設定する。この圃場Ｈ内に障害物が存在する場合には、障害物の位置までトラクタを移動させ、「障害物設定」ボタンをタッチして、その周囲を走行して、障害物設定を行う。なお、表示装置１１３には圃場の地図画像を表示することが可能であり、当該地図画像に、上記特定された圃場形状が重畳表示される場合、表示装置１１３上で障害物の周囲を指定することで、障害物設定を行うことができてもよい。上記作業が終了すると、または、過去に登録した圃場を選択すると、確認画面となり、ＯＫ（確認）ボタンと「編集／追加」ボタンが表示される。過去に登録した圃場に変更がある場合には、「編集／追加」ボタンをタッチする。

前記圃場設定においてＯＫボタンをタッチすると、経路生成設定となる。経路生成設定は初期画面で経路生成設定ボタン２０３をタッチすることによっても経路生成設定が可能となる。経路生成設定では、自律走行作業車両１に対して走行作業車両１００がどの位置で走行するかの選択画面が表示される。つまり、自律走行作業車両１と走行作業車両１００の位置関係を設定する。具体的には、（１）走行作業車両１００が自律走行作業車両１の左後方に位置する。（２）走行作業車両１００が自律走行作業車両１の右後方に位置する。（３）走行作業車両１００が自律走行作業車両１の真後ろに位置する。（４）走行作業車両１００は随伴しない（自律走行作業車両１のみで作業を行う）。の４種類が表示され、タッチすることにより選択できる。

次に、走行作業車両１００の作業機の幅を設定する。つまり、作業機の幅を数字で入力する。次に、スキップ数を設定する。つまり、自律走行作業車両１が圃場外周端部（枕地）に至り第一の経路から第二の経路に移動する時に、経路を何本飛ばすかを設定する。具体的には、（１）スキップしない。（２）１列スキップ。（３）２列スキップ。のいずれかを選択する。次に、オーバーラップの設定を行う。つまり、作業経路と隣接する作業経路における作業幅の重複量の設定を行う。具体的には、（１）オーバーラップしない。（２）オーバーラップする。を選択する。なお、「オーバーラップする」を選択すると、数値入力画面が表示され、数値を入力しないと次に進むことができない。

次に、外周設定が行われる。つまり、図５に示すような、自律走行作業車両１と走行作業車両１００とにより、または、自律走行作業車両１により作業を行う作業領域ＨＡの外側の領域が設定される。言い換えれば、圃場端で非作業状態として旋回走行する枕地ＨＢと、枕地ＨＢと枕地ＨＢとの間の左右両側の圃場外周に接する非作業領域とする側部余裕地ＨＣが設定される。よって、圃場Ｈ＝作業領域ＨＡ＋枕地ＨＢ＋枕地ＨＢ＋側部余裕地ＨＣ＋側部余裕地ＨＣとなる。通常、枕地ＨＢの幅Ｗｂと側部余裕地ＨＣの幅Ｗｃは、走行作業車両１００が装着した作業機の幅の二倍以下の長さとして、自律走行作業車両１と走行作業車両１００とによる随伴作業が終了した後に、作業者が走行作業車両１００に乗り込み、手動操作で外周を二周することで、仕上げることができるようにしている。但し、圃場外周の形状が複雑でない場合には、自律走行作業車両１で外周を作業することも可能である。なお、外周設定において、枕地ＨＢの幅Ｗｂ及び側部余裕地ＨＣの幅Ｗｃは、作業機の幅に応じて自動的に所定の幅に算出されるが、算出された枕地ＨＢの幅Ｗｂ及び側部余裕地ＨＣの幅Ｗｃは、任意の幅に変更可能であり、ユーザは所望の幅に変更した上で、変更後の幅Ｗｂ、幅Ｗｃを夫々、枕地ＨＢの幅、側部余裕地ＨＣの幅として設定可能である。但し、任意の幅に変更可能である場合、圃場内における走行、作業並びに安全性を考慮して算出される最小設定幅以下に設定することはできない。例えば、枕地ＨＢや側部余裕地ＨＣにおいて自律走行作業車両１が走行や旋回した場合に、作業機が圃場外に飛び出ないことを保証する幅が最小設定幅として算出される。

上記の各種設定の入力が終了すると、確認画面が現れ、確認をタッチすると、自動で経路Ｒが生成される。経路Ｒは作業経路Ｒａと走行経路Ｒｂからなり、作業経路Ｒａは作業領域ＨＡ内で生成される経路で、作業を行いながら走行する経路であり、直線の経路となる。但し、作業領域ＨＡが矩形でない場合には作業領域ＨＡ外の領域（枕地ＨＢと側部余裕地（サイドマージン）ＨＣ）にはみ出すこともある。走行経路Ｒｂは作業領域ＨＡ外の領域で生成される経路で、作業を行わずに走行する経路であり、直線と曲線を組み合わせた経路となる。主に、枕地ＨＢでの旋回走行となる。

前記経路Ｒは自律走行作業車両１と走行作業車両１００の経路Ｒが生成される。前記作業経路生成後にその作業経路を見たい場合は、経路生成設定ボタン２０３をタッチすることでシミユレーション画像が表示され、確認することができる。なお、経路生成設定ボタン２０３をタッチしなくても経路Ｒは生成されている。経路生成設定の各項目を設定すると、経路生成設定が表示され、その下部に、「経路設定ボタン」「データ転送する」「ホームへ戻る」が選択可能に表示される。

経路生成設定で生成された経路（経路Ｒ）に関する情報を転送するときは、初期画面において設けられたデータ転送ボタン２０４をタッチすることで転送できる。この転送は遠隔操作装置１１２で行われるため、これら設定した情報を自律走行作業車両１の制御装置に転送する必要がある。この転送は、（１）端子を用いて転送する方法と、（２）無線で転送する方法があり、本実施形態では、端子を用いる場合には、ＵＳＢケーブルを用いて遠隔操作装置１１２と自律走行作業車両１の制御装置を直接つなぐ、あるいは、ＵＳＢメモリに一旦記憶させてから、自律走行作業車両１のＵＳＢ端子に接続して転送する。また、無線で転送する場合は、ＷｉＦｉ（無線ＬＡＮ）を用いて転送する。

前記圃場設定において、圃場Ｈ内に車体部の走行が禁止される軟弱地や岩等の障害物４００が存在する場合について、詳述する。図６に示すように、圃場Ｈ内に障害物４００が存在する場合、圃場設定時に、作業者は自律走行作業車両１に乗って障害物４００の近傍位置まで移動し、障害物設定を選択して、障害物４００の外周を走行する。このとき、四角形の頂点となる４点（ポイント）４０１・４０２・４０３・４０４を指定して第３領域（以下、進入禁止領域Ｋ）を登録する。この進入禁止領域Ｋの外周を形成する四角形の辺は圃場Ｈの外周の辺と略平行とされる。但し、遠隔操作装置１１２に表示される地図のみを用いて登録することも可能である。例えば、外観上は確認できないが進入を禁止したいような場合であり、軟弱地等で実際に周囲を走行すると深みにはまり脱出できないような事態が発生する場所や、大きな石が埋まっているような場所であり、このような障害は、走行せずに簡単に進入禁止領域Ｋとして登録できるようにする。

前記障害物４００の形状が円形や尖った形状を有する場合、四角形で登録すると、余白部分（作業は可能であるが、進入が禁止される部分）が大きくなることがある。このような場合には、図７に示すように、進入禁止領域Ｋは指定する点を増加して（４０１〜４０５）多角形とすることも可能である。但し、点の数は限定しない。また、指定する点の位置は、表示装置１１３上で移動や変更を可能としている。つまり、通常自動で頂点が設定されるため、実際はもう少し広くしたい場合や狭くしたい場合や傾斜させたい場合や位置をズラしたい場合や多角形に設定したい場合等があるため、マニュアルで点の移動や変更を可能としている。なお、多角形の場合、少なくとも一つの特定の辺は圃場Ｈ内の第１領域（作業領域ＨＡ）の辺と略平行となるように設定し、経路生成したときの未作業地ができるだけ小さくなるようにしている。

そして、障害物４００が収まる四角形（または多角形）の進入禁止領域Ｋが設定されると、次に、進入禁止領域Ｋの所定長さ（幅）外側に第４領域となる障害物枕地ＪＢと障害物側部余裕地ＪＣを設定して、作業領域ＨＡの中に障害物領域Ｊが設定される。つまり、障害物領域Ｊは、走行が禁止される進入禁止領域Ｋと、作業経路Ｒａは生成されないが走行経路Ｒｂは生成可能とされる第４領域となる障害物枕地ＪＢと障害物側部余裕地ＪＣとを加えた領域である。障害物枕地ＪＢと障害物側部余裕地ＪＣの第４領域の幅は作業機の幅の２倍以下の長さとすることで２周回ることで作業を終了できる。

また、第２領域（枕地ＨＢと側部余裕地ＨＣ）と第４領域（障害物枕地ＪＢと障害物側部余裕地ＪＣ）の間には経路が設定されない第５領域（進入領域ＨＤ）が設定される。つまり、自律走行作業車両１と走行作業車両１００とによる協調作業で作業領域ＨＡの作業を行った後に、障害物枕地ＪＢと障害物側部余裕地ＪＣを作業者が手動で作業を行う必要があるため、枕地ＨＢあるいは側部余裕地ＨＣから障害物枕地ＪＢ或いは障害物側部余裕地ＪＣに入る必要がある。このため第２領域と第４領域の間を繋ぐように進入路となる第５領域を設定して、協調作業終了後に、既作業地を荒らすことなく障害物枕地ＪＢと障害物側部余裕地ＪＣに入り作業ができるようにしている。従って、第５領域の幅は作業機（または車体部）の幅以上、作業機の幅の２倍以下の長さとする。第５領域の幅が作業機の幅に等しい場合、第４領域へ進入するときには第５領域で作業を行う必要がないが、第４領域から出るときに第５領域で作業を行うことで、未耕地をなくすことができる。一方、第５領域の幅が作業機の幅より大きい場合、第４領域へ進入するとき及び第４領域から出るときに作業を行うことで、未耕地をなくすことができる。第５領域の幅を作業機の幅の２倍に等しい大きさとすることで、第４領域へ進入するとき及び第４領域から出るときに第５領域で作業を行っても作業の重複を防ぐことができる。

前記進入領域ＨＤ（第５領域）は、第２領域と第４領域の間の距離が最も短い位置に設けて、第４領域に入るとき及び出るときの作業面積ができるだけ小さくなるようにする。しかし、側部余裕地ＨＣと障害物側部余裕地ＪＣの間の距離が最も短い場合、その間を繋ぐように進入領域ＨＤを設けると、この進入領域ＨＤは作業領域ＨＡにおける長手方向の経路を分断することになり、作業効率を低下させる場合がある。そこで、枕地ＨＢと障害物枕地ＪＢとの間の距離が短い領域で経路Ｒと平行となる進入領域ＨＤを設定することとすれば、作業効率を低下させることなく、仕上がりもきれいにすることができる。また、第１領域（作業領域ＨＡ）の作業終了後に第４領域の作業を行うので、進入領域ＨＤは作業終了位置Ｇに近い側に設定することで走行移動距離を短くでき、作業効率を向上できる。

以上のように、制御部１３０において予め設定した経路Ｒに沿って、衛星測位システムを利用して自律走行及び作業を可能とする自律走行作業車両１と、該自律走行作業車両１に協調して作業者が操作して作業を行う走行作業車両１００により作業を行う作業システムにおいて、経路生成装置となる自律走行作業車両１の制御部３０、または、該制御部３０と通信可能な遠隔操作装置１１２の制御部１３０は、圃場Ｈ内を自律走行及び作業可能な経路Ｒを生成可能とし、圃場設定時に、圃場Ｈ内に障害物４００が存在する場合、前記圃場Ｈ（作業領域ＨＡ）で作業を行う作業経路Ｒａが生成される第１領域と、作業経路Ｒａは生成されないが走行するための走行経路Ｒｂは生成可能とする前記第１領域の周囲に設定される第２領域と、前記圃場Ｈ内であって走行が禁止される第３領域と、作業経路Ｒａは生成されないが走行するための走行経路Ｒｂは生成可能とする前記第３領域の周囲に設定される第４領域とを設定可能とするので、走行が禁止されるような障害物４００が圃場Ｈ内に存在する場合であっても、自動的に経路設定が行われて効率よく作業ができるようになる。

また、前記制御部１３０は、前記第１領域（作業領域ＨＡ）において、前記第４領域（障害物枕地ＪＢと障害物側部余裕地ＪＣ）と第２領域（枕地ＨＢと側部余裕地ＨＣ）とを接続し、作業経路Ｒａが生成されない第５領域（進入領域ＨＤ）を設定可能とするので、作業領域ＨＡを自律走行作業車両１と走行作業車両１００とによる協調作業で作業を行った後に、既作業地を荒らすことなく第４領域に進入して作業を行い、その作業終了後に第５領域を作業しながら退出でき、第４領域を効率良くきれいに仕上げることができる。

また、前記制御部１３０は、前記第５領域を第１領域（作業領域ＨＡ）で生成される作業経路Ｒａと平行に設けるので、第４領域を作業した後に第５領域を作業して退出した後の仕上がりは、他の作業経路Ｒａを作業した仕上がりとほぼ同じとなり、全体の仕上がりをきれいにできる。

このように、障害物領域Ｊが設定され、経路Ｒに沿って作業を行うと、障害物領域Ｊが存在する長手方向の作業経路Ｒａは圃場Ｈ全体から見ると分断されることになる。この長手方向で分断された作業領域ＨＡは、自律走行作業車両１と走行作業車両１００とによる協調作業で一方の領域の作業終了後に他方の領域を行う方法と、自律走行作業車両１と走行作業車両１００が別々の領域を作業する方法がある。どちらを選択するかは、地形や障害物領域Ｊの位置によって異なり、効率が良いほうを自動で選択するようにしている。ただし、手動で（作業者が）任意に選択することも可能である。

具体的に説明すると、図６において、作業領域ＨＡ内に障害物領域Ｊが存在する場合、作業領域ＨＡ内の障害物領域Ｊの側方に位置し側部余裕地ＨＣに隣接する領域を左側部作業領域ＨＡＬと右側部作業領域ＨＡＲとし、残りの障害物領域Ｊ以外の枕地ＨＢに隣接する領域を前分断作業領域ＨＡＦと後分断作業領域ＨＡＢとし、左側部作業領域ＨＡＬ側から自律走行作業車両１と走行作業車両１００とにより協調作業を行うものとする。

図８に示すように、左側部作業領域ＨＡＬが偶数条の経路Ｒを備える場合、経路Ｒの長手方向を分断された作業領域ＨＡは、自律走行作業車両１と走行作業車両１００の２台で片方の領域ずつ作業を行う。つまり、左側部作業領域ＨＡＬの作業が終了すると、一方の前分断領域ＨＡＦ（左側部作業領域ＨＡＬが例えば４条の場合後分断作業領域ＨＡＢ）の作業を行い、次に、右側部作業領域ＨＡＲの作業を行い、次に、他方の後分断作業領域ＨＡＢの作業を行って終了する。

また、図９に示すように、左側部作業領域ＨＡＬが奇数条の経路Ｒを備える場合、経路の長手方向を分断された作業領域ＨＡは、自律走行作業車両１と走行作業車両１００の２台がそれぞれ別々の領域の作業を行う。つまり、左側部作業領域ＨＡＬの作業が終了すると、一方の前分断領域ＨＡＬ（左側部作業領域ＨＡＬが例えば３条の場合後分断作業領域ＨＡＢ）の作業を走行作業車両１００が行い、後分断作業領域ＨＡＢは自律走行作業車両１が行う。次に、右側部作業領域ＨＡＲを自律走行作業車両１と走行作業車両１００とにより作業を行う。なお、進入領域ＨＤを設ける場合は、条数に応じてその条を空けたり、作業せずに空走させたりする。

上記のように、前記制御部１３０は、前記第１領域において、前記第３領域、第４領域、第５領域、を除いた残りの領域で作業経路Ｒａを生成可能とするので、全ての作業領域ＨＡを順に作業して、作業効率を向上できる。

また、第４領域（障害物枕地ＪＢまたは障害物側部余裕地ＪＣ）と第２領域（枕地ＨＢまたは側部余裕地ＨＣ）が重複している場合には、両領域を統合するように設定される。例えば、図１０に示すように、枕地ＨＢと障害物枕地ＪＢが重複している場合には、枕地ＨＢと障害物枕地ＪＢを統合する。この状態で、制御部１３０は、障害物枕地ＪＢと障害物側部余裕地ＪＣは枕地ＨＢとみなして経路Ｒを設定することができ、障害物枕地ＪＢと障害物側部余裕地ＪＣを区別する必要がないため、プログラムの作成上簡略化ができる。

このように、衛星測位システムを利用して自律走行及び作業を可能とする自律走行作業車両１と、該自律走行作業車両１に協調して作業者が操作して作業を行う作業車両１００により作業を行う作業システムにおいて、圃場Ｈ内を自律走行及び作業可能な経路を生成可能な経路生成装置となる自律走行作業車両１の制御部３０、または、該制御部３０と通信可能な遠隔操作装置１１２の制御部１３０は、前記圃場Ｈで作業を行う作業経路Ｒａが生成される第１領域と、作業経路Ｒａは生成されないが走行するための走行経路Ｒｂは生成可能とする前記第１領域の周囲に設定される第２領域と、前記圃場Ｈ内であって走行が禁止される第３領域と、作業経路Ｒａは生成されないが走行するための走行経路Ｒｂは生成可能とする第３領域の周囲に設定される第４領域とを設定可能とするとともに、第２領域（枕地ＨＢまたは側部余裕地ＨＣ）と第４領域（障害物枕地ＪＢまたは障害物側部余裕地ＪＣ）とが重複する場合、第４領域を第２領域に含めて（統合して）設定可能とするので、障害物枕地ＪＢと障害物側部余裕地ＪＣの作業処理を考慮する必要がなくなり、経路生成が簡単になり、枕地ＨＢと側部余裕地ＨＣと障害物領域Ｊの後処理も簡単に行えるようになる。

また、第２領域（枕地ＨＢと側部余裕地ＨＣ）と第４領域（障害物枕地ＪＢまたは障害物側部余裕地ＪＣ）とが所定幅未満の第６領域ＨＥを隔てて対向している場合に、第４領域および第６領域ＨＥを第２領域に含めて設定可能としている。例えば、図１１に示すように、枕地ＨＢに対向して障害物枕地ＪＢが幅Ｗｊ離れており、その幅Ｗｊが所定幅Ｔ１未満の場合には、障害物枕地ＪＢと枕地ＨＢの間の作業領域ＨＡに生じる第６領域ＨＥを枕地ＨＢに含めて統合し、作業経路Ｒａは設定されず自律走行作業車両１または走行作業車両１００とにより作業は行わないように設定される。この第４領域と第２領域の間の第６領域ＨＥの幅は、例えば、作業機による作業長さがトラクタの全長程度であり、頻繁に旋回を繰り返すと却って作業効率を低下させるような距離である。

このように、第２領域と第４領域とが所定幅未満の第６領域ＨＥを隔てて対向している場合に、第４領域および第６領域ＨＥを第２領域に含めて設定可能とするので、第２領域と第４領域の間の狭い第６領域ＨＥを自律走行作業車両１または走行作業車両１００とにより旋回を繰り返して作業する必要がなくなり、作業効率を向上できる。また、第４領域が第２領域に統合される領域は、障害物枕地ＪＢと障害物側部余裕地ＪＣとして別の作業として考慮する必要がなくなり、枕地ＨＢと側部余裕地ＨＣと障害物領域Ｊが一度に処理ができるようになる。

また、圃場Ｈ内に障害物４００を含む第３領域及び第４領域が複数存在する場合において、第４領域同士が所定幅未満の第７領域ＨＦを隔てて対向している場合に、第７領域ＨＦは何れか一方の第４領域に含めて設定可能される。例えば、図１２に示すように、圃場Ｈ内に障害物４００と障害物４０１が離れて存在し、第４領域（障害物枕地ＪＢまたは障害物側部余裕地ＪＣ）と第４領域（障害物枕地ＪＢまたは障害物側部余裕地ＪＣ）との間の幅Ｗｋが所定距離Ｔ２未満の場合、第７領域ＨＦは何れか一方の第４領域に含めて統合されるように設定される。なお、幅Ｗｋが所定幅Ｔ２未満の場合、第４領域と第４領域が離れている場合も、その一部が重複する場合も含む。このように、第４領域同士が統合されることによって、障害物枕地ＪＢと障害物側部余裕地ＪＣが一体的となり、経路生成及び作業領域ＨＡの作業後の処理が簡単となる。また、圃場Ｈ内に障害物４００が複数存在し、その一つまたは複数の第４領域が第２領域に対して所定幅Ｔ１よりも短い場合には前記同様に統合される。図１２に示すように、障害物４０１の第４領域と第２領域との間に凹部領域が形成される場合には、所定の条件を満たす場合に凹部をなくすように統合することもできる。所定の条件として、例えば、凹部の面積が閾値未満、凹部の横幅が閾値（例えばトラクタの幅）未満、凹部の縦方向の長さが閾値（例えばトラクタの全長×２）未満等である。この場合、経路生成及び作業領域ＨＡの作業後の処理が簡単となる。

このように、前記制御部１３０は、前記圃場Ｈ内に第３領域及び第４領域が複数存在する場合において、第４領域同士が所定幅未満の第７領域ＨＦを隔てて対向している場合に、第７領域ＨＦを何れか一方の第４領域に含めて設定可能とされるので、経路生成を簡単にすることができる。

次に、自律走行作業車両１または走行作業車両１００が枕地で旋回するときの長さについて説明する。枕地ＨＢは、トラクタが圃場外周端において作業を行わずに次の作業経路Ｒａ（条）へ移るための旋回領域であり、所定の枕地幅Ｗｂを有する。枕地幅Ｗｂは、圃場Ｈが矩形の場合、図１３に示すように、機体の旋回中心Ｏから作業機後端までの距離Ｌ１と、機体中心Ｏにおける最小旋回半径（トラクタに対して設定された設定旋回半径）Ｌ２と、作業機幅若しくは機体幅の内大きい方の半分の長さＬ３と、安全余裕幅Ｌｓｍとを加えた長さとなる。つまり、枕地幅Ｗｂ＝Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌｓｍとなる。

また、図１４に示すように、圃場Ｈの形状が変形した四角形で、枕地ＨＢが進行方向に対して角度θ傾斜している場合には、機体の旋回中心Ｏから作業機後端までの距離Ｌ１と、機体中心Ｏにおける最小旋回半径Ｌ２は傾斜方向となるので、傾斜した枕地ＨＢにおける機体の旋回中心Ｏから作業機後端までの距離Ｌ１’は、Ｌ１ｃｏｓ（θ−９０）＝Ｌ１ｓｉｎθとなり、傾斜した枕地ＨＢにおける機体中心Ｏにおける最小旋回半径Ｌ２’は、Ｌ２−Ｌ２ｃｏｓθとなる。Ｌ３とＬ４は前記と同じ長さとなる。つまり、枕地幅Ｗｂ’＝Ｌ１’＋Ｌ２’＋Ｌ３＋Ｌｓｍ＝Ｌ１ｓｉｎθ＋（Ｌ２−Ｌ２ｃｏｓθ）＋Ｌ３＋Ｌ
ｓｍとなる。

また、側部余裕地ＨＣの幅Ｗｃをできるだけ狭くして作業領域ＨＡを大きくしたい場合には、図１５に示す二回切り返しターンが採用される。この二回切り返しターンにおける側部余裕地幅Ｗｃは、スタート側で、機体の旋回中心Ｏから作業機後端までの距離Ｌ１と、機体中心Ｏにおける最小旋回半径Ｌ２から３／２作業幅Ｗ２を減じた長さと、安全余裕幅Ｌｓｍとを加えた長さとなる。つまり、Ｗｃ＝Ｌ１＋Ｌ２−３／２Ｗ２＋Ｌｓｍとなる。終了側では、機体の旋回中心Ｏから作業機後端までの距離Ｌ１と機体中心Ｏにおける最小旋回半径Ｌ２とを加えた長さから３／２作業幅Ｗ２を減じた長さと、機体中心Ｏから機体先端までの長さＬ５と、安全余裕幅Ｌｓｍとを加えた長さとなる。つまり、側部余裕地幅Ｗｃ＝Ｌ１＋Ｌ２−３／２Ｗ２＋Ｌ５＋Ｌｓｍとなる。

前記Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ５の長さはトラクタ設定において、予め、取得されているため、経路生成における外周設定において、安全余裕幅Ｌｓｍを入力することで、自動で計算される。枕地幅Ｗｂおよび側部余裕地幅Ｗｃを作業者が手動で設定した場合、その入力値は自動で計算された値と比較され、安全に旋回できるように、長い方が採用される。

１自律走行作業車両
３０制御部
１１０・１１１通信装置
１１２遠隔操作装置
１３０制御部
Ｈ圃場
Ｒ経路
Ｒａ作業経路
Ｒｂ走行経路
ＨＡ作業領域

Claims

圃場内を自律走行及び作業可能な経路を生成可能な制御部を備える経路生成装置であって、
前記制御部は、前記圃場で作業を行う作業経路が生成される第１領域と、作業経路は生成されないが走行するための走行経路は生成可能とする前記第１領域の周囲に設定される第２領域と、前記圃場内であって走行が禁止される第３領域と、作業経路は生成されないが走行するための走行経路は生成可能とする前記第３領域の周囲に設定される第４領域と、を設定可能とし、
前記制御部は、前記第１領域において、前記第４領域と第２領域とを接続する作業経路が生成されない第５領域を設定可能とする
ことを特徴とする経路生成装置。
前記制御部は、前記第１領域において、前記第３領域、第４領域、第５領域、を除いた残りの領域で作業経路を生成可能とする
ことを特徴とする請求項１に記載の経路生成装置。
前記制御部は、前記第５領域を第１領域で生成される作業経路と平行に設ける
ことを特徴とする請求項２に記載の経路生成装置。
前記制御部は、前記第１領域内に第３領域を設定する場合、第３領域を構成する少なくとも一つの辺は、第１領域を構成する特定の辺と略平行に設定される
ことを特徴とする請求項１に記載の経路生成装置。