JP6739228B2 - 自律走行経路生成システム - Google Patents

Description

本発明は、作業車両を自律走行させるための走行経路を生成する自律走行経路生成システムに関する。

従来から、作業車両を自律走行させるための走行経路を生成する自律走行経路生成システムが知られている。特許文献１は、この種のシステムを備える無人農作業装置を開示する。この特許文献１の無人農作業装置は、位置移動手段と、農作業手段と、ＧＰＳ受信手段と、自動制御手段とを備えた構成となっている。

上記特許文献１の無人農作業装置において、位置移動手段は、駆動系と操舵系から構成される。農作業手段は耕耘装置等により構成される。ＧＰＳ受信手段は、ＧＰＳ衛星の送信電波から自機の位置を算出する。自動制御手段は、予め入力された農作業エリアから自動的に割り出した走行経路とＧＰＳ受信手段から得られた自己の位置とを照合して、位置の修正を行うように位置移動手段を制御するとともに、予め入力された農作業エリアを作業するように農作業手段を制御する。

上記特許文献１の無人農作業装置は、進行方向の障害物を検出する障害物センサを更に備え、進行方向に障害物があれば、自動制御手段が障害物を回避するように又は停止するように位置移動手段及び農作業手段を制御する。即ち、自動制御手段は、障害物センサが検出した障害物の大きさ、距離から、障害物を回避する走行経路を算出し、新たな走行シナリオを作成する構成となっている。

特開平９−９４００６号公報

しかし、上記特許文献１の構成では、いったん走行経路を割り出して農作業を開始した後、障害物が障害物センサにより検知された時点でそれを回避する制御を行っている。この制御は、突発的に現れる動的な障害物を回避するためには有効であるが、農作業装置の走行経路が場当たり的となり易く、農作業の効率化を実現することが困難であった。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、走行領域内に障害物がある場合に、当該障害物を回避しつつ効率の良い走行経路を生成することができる自律走行経路生成システムを提供することにある。

課題を解決するための手段及び効果

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、以下の構成の自律走行経路生成システムが提供される。即ち、この自律走行経路生成システムは、予め定められた走行領域において作業車両を自律走行させるための走行経路を生成する。この自律走行経路生成システムは、走行方向設定部と、経路生成部と、障害物外周設定部と、を備える。前記走行方向設定部は、前記走行領域内における前記作業車両の走行方向を設定する。前記経路生成部は、前記走行領域内において前記走行方向設定部により設定された前記走行方向に沿って設けられた複数の走行路を含む前記走行経路を生成可能である。前記障害物外周設定部は、前記走行領域内の障害物に対して障害物外周領域を設定する。前記経路生成部は、暫定的に走行経路を生成し、暫定的に生成した走行経路と前記障害物が干渉する場合には、第１走行路と、迂回路と、第２走行路と、を含むように前記走行経路を生成することが可能である。前記第１走行路は、前記走行方向に沿って配置される。前記迂回路は、前記第１走行路の終点を始点とし、前記障害物外周領域を通過しつつ前記障害物の反対側に回って、前記第１走行路を延長した仮想延長線上の位置に至る。前記第２走行路は、前記迂回路の終点を始点とし、前記仮想延長線上に配置される。

これにより、第１走行路と、迂回路と、第２走行路とを含む走行経路が生成される。よって、この走行経路に沿って作業車両を自律走行させることにより、障害物を迂回するように作業車両を走行させることが可能である。しかも、迂回路は事前に設定された障害物外周領域を通過するように配置されるので、走行経路全体との関係等を考慮して迂回路を計画的に生成することで、作業車両による作業を円滑にすることができる。また、迂回路以外の部分では、走行経路を走行方向に沿った経路とすることができ、自律走行経路生成のアルゴリズムをシンプルにすることができる。

前記の自律走行経路生成システムにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記経路生成部は、前記迂回路の経路長が所定距離未満である場合に、前記第１走行路、前記迂回路及び前記第２走行路を含むように前記走行経路を生成することが可能である。一方、前記経路生成部は、前記迂回路の経路長が所定距離以上である場合に、前記第１走行路、折返し路及び第３走行路を含むように前記走行経路を生成することが可能である。前記折返し路は、前記第１走行路の終点を始点とし、前記障害物外周領域を通過しつつ前記障害物の手前で折り返す。前記第３走行路は、前記折返し路の終点を始点とし、前記第１走行路と平行に配置される。

これにより、迂回路の経路長が所定距離以上になる場合には、障害物を迂回する経路に代えて、障害物の手前で折り返す経路を走行経路として生成することができる。従って、走行経路のうち作業に寄与しない部分が過剰に長くなってしまうことを防止できる。

前記の自律走行経路生成システムにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記経路生成部は、前記作業車両が前記障害物を回避するために前記走行方向と垂直な向きに移動しなければならない距離である回避距離が所定距離未満である場合に、前記第１走行路、前記迂回路及び前記第２走行路を含むように前記走行経路を生成することが可能である。一方、前記経路生成部は、前記回避距離が所定距離以上である場合に、前記第１走行路、折返し路及び第３走行路を含むように走行経路を生成することが可能である。前記折返し路は、前記第１走行路の終点を始点とし、前記障害物外周領域を通過しつつ前記障害物の手前で折り返す。前記第３走行路は、前記折返し路の終点を始点とし、前記第１走行路と平行に配置される。

これにより、障害物を迂回するために走行方向と垂直な向きに移動しなければならない回避距離が所定距離以上になる場合には、障害物を迂回する経路に代えて、障害物の手前で折り返す経路を走行経路として生成することができる。従って、走行経路のうち作業に寄与しない部分が過剰に長くなってしまうことを防止できる。

前記の自律走行経路生成システムにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記経路生成部は、前記迂回路における旋回回数又は旋回角度が所定未満である場合に、前記第１走行路、前記迂回路及び前記第２走行路を含むように前記走行経路を生成することが可能である。一方、前記経路生成部は、前記迂回路における前記旋回回数又は前記旋回角度が所定以上である場合に、前記第１走行路、折返し路及び第３走行路を含むように前記走行経路を生成することが可能である。前記折返し路は、前記第１走行路の終点を始点とし、前記障害物外周領域を通過しつつ前記障害物の手前で折り返す。前記第３走行路は、前記折返し路の終点を始点とし、前記第１走行路と平行に配置される。

これにより、障害物を迂回するために必要となる旋回回数又は旋回角度が所定以上である場合には、障害物を迂回する経路に代えて、障害物の手前で折り返す経路を走行経路として生成することができる。従って、旋回回数又は旋回角度が多い走行経路を生成してしまうことを防止できるので、作業を円滑に行うことができる。

前記の自律走行経路生成システムにおいては、前記経路生成部は、前記走行領域において前記障害物が島状に配置されている場合、前記迂回路を、前記第１走行路に至るまでの前記走行経路から見て遠い側から前記障害物の反対側に回るように生成することが好ましい。

これにより、作業車両を走行経路に沿って走行させても、障害物を迂回するときに、第１走行路に至るまでに作業車両が走行してきた領域に再度踏み込むことがない。よって、作業車両に行わせた作業に影響が出ないように、障害物を回避して作業車両を走行させることができる。

本発明の第１実施形態に係る自律走行経路生成システムが生成した走行経路に沿って走行す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。 自律走行経路生成システムが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。 無線通信端末に表示される、ロボットトラクタが走行する圃場に関する情報を入力するための画面の一例を示す図。 走行経路を生成するときに経路生成部で行われる処理を示すフローチャート。 図６の処理の続きを示すフローチャート。 複数の暫定走行路を並べた暫定走行経路を生成した例を示す図。 １つの暫定走行路に関して第１走行路を生成している様子を示す図。 １つの暫定走行路に関して、迂回路及び第２走行路を生成している様子を示す図。 障害物を迂回することにより障害物を回避する走行経路を生成した例を示す図。 １つの第１走行路に関して、折返し路及び第３走行路を生成している様子を示す図。 障害物の手前で折り返すことにより障害物を回避する走行経路を生成した例を示す図。 第２実施形態において、走行経路を生成するときに経路生成部で行われる処理を示すフローチャート。 第３実施形態において、走行経路を生成するときに経路生成部で行われる処理を示すフローチャート。 障害物を回避することにより無人トラクタが有人トラクタに接近するおそれがある場合に、無線通信端末のディスプレイに表示される警告画面の表示例を示す図。 障害物が圃場の端部から中央に向けて突出するように配置されている例を示す図。 凹状の部分が圃場の輪郭に形成されている例を示す図。 折れ線状の１つの暫定走行路に関して、迂回路を生成している様子を示す図。 別の実施形態において、走行経路を生成するときに経路生成部で行われる処理を簡易的に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分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。

本発明は、予め定められた圃場内で１台又は複数台の作業車両を走行させて、圃場内における農作業の全部又は一部を実行させるときに、作業車両を自律走行させるための走行経路を生成する自律走行経路生成システムに関する。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・建築作業装置、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。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。

以下の説明では、自律走行・自律作業されるトラクタを「無人（の）トラクタ」又は「ロボットトラクタ」と称することがあり、手動走行・手動作業されるトラクタを「有人（の）トラクタ」と称することがある。圃場内において農作業の一部が無人トラクタにより実行される場合、残りの農作業は有人トラクタにより実行される。単一の圃場における農作業を、無人トラクタ及び有人トラクタで実行することを、農作業の協調作業、追従作業、随伴作業等と称することがある。本明細書において無人トラクタと有人トラクタの違いは、ユーザによる操作の有無であり、各構成は共通であるものとする。即ち、無人トラクタであってもユーザが搭乗（乗車）して操作することが可能であり（即ち有人トラクタとして使用することができ）、或いは有人トラクタであってもユーザが降車して自律走行・自律作業させることが可能である（即ち、無人トラクタとして使用することができる）。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。

＜第１実施形態＞
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、本発明の第１実施形態に係る自律走行経路生成システム９９が生成した走行経路に沿って走行す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、自律走行経路生成システム９９が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。

第１実施形態に係る自律走行経路生成システム９９は、図１に示す無線通信端末４６に備えられている。この無線通信端末４６は、ロボットトラクタ１の走行及び作業を制御する制御部４（図４を参照）と無線通信することにより、ロボットトラクタ１に対して自律走行・自律作業に関する所定の信号を出力することができる。無線通信端末４６が制御部４に出力する信号としては、自律走行・自律作業の経路に関する信号や自律走行・自律作業の開始信号、停止信号、終了信号等が考えられるが、これらに限定されない。

初めに、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、圃場領域内を自律走行する車体部としての走行機体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（管理機）、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や燃料タンク（不図示）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よい。また、駆動源としてエンジン１０に加えて、又は、代えて電気モータを採用してもよい。

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。

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）及び作業機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、エンジンコントローラ６１、車速コントローラ６２、操向コントローラ６３、及び昇降コントローラ６４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６１は、エンジン１０の回転数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６１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。

車速コントローラ６２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６２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６３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が無人車両として走行する場合、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６３に制御信号を出力する。操向コントローラ６３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６４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６４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、上述したエンジンコントローラ６１等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。加えて、本実施形態のトラクタ１は、ユーザがトラクタ１に搭乗しなくても、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、圃場上を自律的に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、及び記憶部５５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）が備えられていてもよい。

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の上面に配置されている。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算出部４９に入力される。位置情報算出部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する。当該位置情報算出部４９で検出された位置情報は、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。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の上面に配置されている。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。

記憶部５５は、トラクタ１を自律走行させる経路である走行経路（パス）を記憶したり、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、タブレット型のパーソナルコンピュータとして構成されている。ユーザは、無線通信端末４６のディスプレイ３７に表示された情報を参照して確認することができる。また、ユーザは、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、及びディスプレイ３７を覆うように配置された図示しないタッチパネル等を操作して、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、緊急停止信号等）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、前述の協調作業を行うために有人のトラクタを無人のトラクタ１に付随して走行させる場合、有人側のトラクタに搭載されるモニタ装置を無線通信端末４６とすることもできる。

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、圃場上の経路に沿って自律的に走行しつつ、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走行路と、当該走行路の端同士を繋ぐ円弧状の旋回路（トラクタ１が旋回を行う旋回路）と、を交互に繋いだ一連の経路としての走行経路（自律走行経路、パス）を生成することができる。そして、このようにして生成した走行経路の情報を、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を走行経路に沿って自律的に走行させながら作業機３により農作業させることができる。

以下では、主として図４を参照して、自律走行経路生成システム９９を備える無線通信端末４６の構成についてより詳細に説明する。

本実施形態の無線通信端末４６は、制御部７１と、ディスプレイ（表示部）３７と、通信部７２と、を備える。更に、無線通信端末４６は、表示制御部３１、記憶部３２、圃場外周設定部３３、障害物外周設定部３４、作業領域設定部（走行領域設定部）３５、開始終了位置設定部５１、作業方向設定部（走行方向設定部）３６、及び経路生成部４７等を備える。

具体的には、無線通信端末４６の制御部７１は、トラクタ１の制御部４と同様に、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ等を備えたコンピュータとして構成されており、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。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。そして、上記した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、圃場外周設定部３３、障害物外周設定部３４、作業領域設定部３５、開始終了位置設定部５１、作業方向設定部３６、及び経路生成部４７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、ユーザにより所定の操作が行われたとき、図５に示す圃場情報入力画面８０をディスプレイ３７に表示させる。図５は、無線通信端末４６に表示される、トラクタ１が走行する圃場に関する情報を入力するための画面の一例を示す図である。

この圃場情報入力画面８０では、トラクタ１が走行する圃場に関する情報を入力することができる。具体的には、圃場情報入力画面８０には、圃場の形状を図形で（グラフィカルに）示す平面表示部８１が配置されている。また、圃場情報入力画面８０において、「圃場外周の位置」の欄及び「障害物の外周の位置」の欄には、「記録開始」及び「やり直し」のボタンがそれぞれ配置されている。また、圃場情報入力画面８０において、「作業開始位置・作業終了位置」、「作業方向」のそれぞれの欄には、「指定」及び「やり直し」のボタンが配置されている。

なお、圃場情報入力画面８０におけるボタンは、何れもディスプレイ３７に表示される仮想的なボタンとして構成され、当該ボタンの表示領域に相当するタッチパネルの位置をユーザが指で触れることによって操作することができる。

記憶部３２は、ユーザが無線通信端末４６のタッチパネルを操作することにより入力した圃場に関する情報等を記憶するとともに、生成された走行経路の情報等を記憶することができる。

圃場外周設定部３３は、トラクタ１が自律走行を行う対象となる圃場の外周の位置を設定するものである。具体的には、ユーザが圃場情報入力画面８０において「圃場外周の位置」の「記録開始」ボタンを操作すると、無線通信端末４６が圃場外周記録モードに切り換わる。この圃場外周記録モードにおいて、トラクタ１を圃場の外周に沿って１回り周回させると、そのときの測位用アンテナ６の位置情報の推移が圃場外周設定部３３で記録されて、当該圃場外周設定部３３で圃場の形状が設定（取得）される。これにより圃場の位置及び形状を設定することができる。また、「やり直し」ボタンを操作することで、圃場外周の位置の記録（設定）を再び行うことができる。

障害物外周設定部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障害物の外周領域を設定するものである。具体的には、ユーザが圃場情報入力画面８０において「障害物の外周の位置」の「記録開始」ボタンを操作すると、無線通信端末４６が障害物外周記録モードに切り換わる。この障害物外周記録モードにおいて、トラクタ１を障害物の外周領域の角部に配置させてそのときの測位用アンテナ６の位置情報を障害物外周設定部３４で記録すると、当該障害物外周設定部３４で障害物を多角形（例えば、長方形）で囲んだ形状が設定（取得）される。この多角形は、例えば、各角部を結ぶ線分が交わらないようにいわゆる閉路グラフにより特定した多角形として算出することができる。これにより、障害物の外周領域の位置及び形状を設定することができる。なお、障害物外周設定部３４で設定される障害物の外周領域は、障害物を取り囲む中空状の多角形の領域であり、その内縁と外縁との間の距離は、トラクタ１（作業機３）の車幅と同じかそれよりも若干広くなっている。

作業領域設定部３５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、自律的に走行しながら農作業を行う作業領域（走行領域）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、圃場情報入力画面８０とは別の入力画面（図略）において、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、圃場外周設定部３３で設定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。

開始終了位置設定部５１は、トラクタ１が自律走行を開始する地点である開始地点と、自律走行を終了する地点である終了地点と、を設定するものである。具体的には、ユーザが圃場情報入力画面８０において「作業開始位置・作業終了位置」の「指定」ボタンを操作すると、平面表示部８１に、圃場外周設定部３３で設定した圃場のデータが地図データに重ね合わされて表示される。この状態で、ユーザが圃場の輪郭の近傍の任意の点を選択することで、選択した点の位置情報を開始地点及び終了地点として開始終了位置設定部５１で設定（記録）することができる。なお、「やり直し」のボタンの機能については、上記と同様である。

作業方向設定部３６は、トラクタ１が作業領域において農作業を行いながら走行する方向（走行路の方向）を設定するものである。具体的には、ユーザが圃場情報入力画面８０において「作業方向」の「指定」ボタンを操作すると、平面表示部８１に、圃場外周設定部３３で設定した圃場の形状が地図データに重ね合わされて表示される。この状態で、ユーザが、例えば圃場を指定するときに指定した複数の点の中から２点を選択することで、当該２点を結んだ直線の方向を作業方向（走行方向）として作業方向設定部３６で設定（記録）することができる。なお、作業方向を指定する際に選択する点は２点に限られず、３点以上の複数点であってもよい。これにより、圃場等の輪郭に沿った、より正確な作業方向を指定することが可能である。また、「やり直し」ボタンの機能については、上記と同様である。

経路生成部４７は、圃場内においてトラクタ１が自律的に走行する走行経路を生成する。上述したとおり、この走行経路には、直線状又は折れ線状の走行路と、円弧状の旋回路と、が交互に含まれる。経路生成部４７は、圃場外周設定部３３で設定された圃場外周の位置、作業領域設定部３５で設定された作業領域の位置、開始終了位置設定部５１で設定された開始地点及び終了地点の位置、並びに作業方向設定部３６で設定された作業方向の情報を取得して、これらの情報に基づいて自動的に走行経路を生成する。この走行経路は、基本的には、直線状又は折れ線状の走行路が作業領域に含まれ、旋回路が圃場内の作業領域以外の領域（非作業領域）に含まれるように生成される。ただし、圃場内に障害物が存在する場合には、経路生成部４７は、障害物を回避するように走行経路を生成する。これについては、後に詳述する。経路生成部４７が作成した走行経路は、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、経路生成部４７で作成された走行経路の情報をトラクタ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を走行経路の開始地点に配置する。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、自律走行及び自律作業の開始を指示する。これにより、トラクタ１が当該走行経路に沿って走行するように、制御部４がトラクタ１の走行及び農作業を制御する。

次に、経路生成部４７が走行経路を生成するときの具体的な処理について、図６及び図７を参照して説明する。図６は、走行経路を生成するときに経路生成部４７で行われる処理を示すフローチャートである。図７は、図６の処理の続きを示すフローチャートである。

初めに、経路生成部４７は、圃場外周設定部３３で設定された圃場外周の位置、作業領域設定部３５で設定された作業領域の位置、開始終了位置設定部５１で設定された開始地点及び終了地点の位置、並びに作業方向設定部３６で設定された作業方向の情報を取得して、これらの情報に基づいて暫定走行経路Ｗ０を生成する（図８を参照）。具体的には、経路生成部４７は、圃場内に障害物がないものとみなして、作業領域内に複数の暫定走行路Ｐ０を互いに間隔を空けて並べた暫定走行経路Ｗ０を生成する（ステップＳ１０１）。それぞれの暫定走行路Ｐ０は、作業方向に沿うように配置されている。

経路生成部４７により生成される暫定走行経路Ｗ０の例を図８に示している。図８は、複数の暫定走行路Ｐ０を並べた暫定走行経路Ｗ０を生成した例を示す図である。図８において、実線の矢印で示した経路は、無人のトラクタ１が走行する走行経路である。無人のトラクタ１が走行する走行路に隣接する（矢印が付された２列の走行路間に配される）、矢印が付されていない走行路は、協調作業を行うための有人のトラクタが無人のトラクタ１に付随して走行する走行路を示している。図８の例では、有人のトラクタは、往路（図８の紙面上方に向かう方向の走行路）では無人のトラクタ１の右斜め後ろを、復路（図８の紙面下方に向かう方向の走行路）では左斜め後ろを、それぞれついて行くように走行することが想定されている。

続いて、経路生成部４７は、障害物外周設定部３４から障害物外周領域を取得して、ステップＳ１０１で生成した暫定走行路Ｐ０の中に、障害物外周領域と干渉する暫定走行路があるか否かを判断する（ステップＳ１０２）。

ステップＳ１０２の判断の結果、障害物外周領域と干渉する暫定走行路がない場合（ステップＳ１０２，Ｎｏ）、圃場内に障害物がないものとみなして作成した暫定走行経路Ｗ０を走行経路Ｗとしてそのまま使うことができるため、経路生成部４７はこの暫定走行経路Ｗ０を走行経路Ｗとして（ステップＳ１０３）、経路の生成を終了する。

一方、ステップＳ１０２の判断の結果、障害物外周領域と干渉する暫定走行路がある場合（ステップＳ１０２，Ｙｅｓ）、経路生成部４７は、障害物を回避した走行経路を作成するために、ステップＳ１０４以降の処理を行う。

ステップＳ１０４の処理において、経路生成部４７は、障害物外周領域と干渉する暫定走行路Ｐ０のそれぞれについて、当該暫定走行路Ｐ０の始端である地点Ｆを始点とし、障害物外周領域に至る点である地点Ｇを終点とする第１走行路Ｐ１を取得する。図９に、１つの暫定走行路Ｐ０に関して第１走行路Ｐ１を生成している様子を示している。

続いて、ステップＳ１０５の処理において、経路生成部４７は、第１走行路Ｐ１の終点（地点Ｇ）を始点とし、障害物外周領域を通過しつつ障害物反対側に回って、当該障害物を貫くように第１走行路Ｐ１を延長した仮想延長線Ｌ上の位置であって、障害物外周領域から出る位置（地点Ｈ）に至る迂回路Ｑを生成する。図１０に、１つの暫定走行路Ｐ０に関して迂回路Ｑを生成している様子を示している。図１０に示すように、この迂回路Ｑは、当該暫定走行路Ｐ０を基準として未作業領域側（言い換えれば、第１走行路Ｐ１に至るまでの走行経路から見て遠い側）に迂回するように生成される。

続いて、ステップＳ１０６の処理において、経路生成部４７は、迂回路Ｑの終点（地点Ｈ）を始点とし、暫定走行路Ｐ０の終端（地点Ｊ）を終点とする第２走行路Ｐ２を取得する。この第２走行路Ｐ２は、暫定走行路Ｐ０上に配置される。なお、上記の図１０に、１つの暫定走行路Ｐ０に関して第２走行路Ｐ２を生成している様子を示している。

続いて、ステップＳ１０７の処理において、経路生成部４７は、障害物外周領域と干渉する個々の暫定走行路Ｐ０に対して生成した迂回路Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，・・・の中に、所定距離Ｌ１以上の経路長の迂回路が１つ以上あるか否かを判断する。

ステップＳ１０７の判断の結果、所定距離Ｌ１以上の長さの迂回路Ｑが１つもない場合（ステップＳ１０７，Ｎｏ）、トラクタ１が迂回路Ｑを通るように走行させても走行経路が極端に長くなってしまうことはないので、この迂回路Ｑを走行経路として採用する。

即ち、ステップＳ１０８において、経路生成部４７は、障害物外周領域と干渉する暫定走行路Ｐ０のそれぞれを、当該暫定走行路Ｐ０に基づいて生成した第１走行路Ｐ１、迂回路Ｑ、第２走行路Ｐ２からなる走行路に置き換える。これにより、障害物を迂回した走行経路Ｗ１が生成される。図１１に、障害物を迂回することにより障害物を回避する走行経路Ｗ１を生成した例を示している。

一方、ステップＳ１０７の判断の結果、所定距離Ｌ１以上の長さの迂回路Ｑが１つ以上あった場合（ステップＳ１０７，Ｙｅｓ）、トラクタ１を迂回路Ｑに沿って走行させると走行経路が過剰に長くなってしまい作業が非効率となるので、この迂回路Ｑは走行経路として採用されない。

即ち、長さが所定距離Ｌ１以上になってしまう迂回路Ｑがある場合は、図７に示すステップＳ１１１において、経路生成部４７は、生成した各迂回路Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，・・・及び第２走行路Ｐ２を破棄する。続いて、ステップＳ１１２において、経路生成部４７は、第１走行路Ｐ１の終点（地点Ｇ）を始点とし、障害物外周領域を通過しつつ未作業領域側に折り返す折返し路Ｒを生成する。図１２に、１つの第１走行路Ｐ１に関して折返し路Ｒを生成している様子を示している。

続いて、ステップＳ１１３において、経路生成部４７は、折返し路Ｒの終点（地点Ｋ）を始点とし、第１走行路Ｐ１を生成した暫定走行路Ｐ０の未作業側に平行に配置される次の暫定走行路Ｐ０の終端（地点Ｍ）を終点とする第３走行路Ｐ３を生成する。上記の図１２に、１つの第１走行路Ｐ１に関して復路としての第３走行路Ｐ３を生成している様子を示している。

続いて、ステップＳ１１４において、経路生成部４７は、障害物外周領域と干渉し、連続する往復の暫定走行路Ｐ０を（複数の往復路がある場合には、そのそれぞれを）、第１走行路Ｐ１、折返し路Ｒ、第３走行路Ｐ３からなる走行路に置き換える。これにより、障害物の手前で折り返した走行経路Ｗ２が生成される。図１３に、障害物の手前で折り返すことにより障害物を回避する走行経路Ｗ２を生成した例を示している。

なお、ステップＳ１１４の処理により障害物の手前で折り返す走行経路を生成した場合、障害物の反対側の領域においても、図１３において破線で示すように、障害物の手前で折り返す走行経路Ｗ３が適宜生成される。図１３では、無人トラクタ１は走行経路Ｗ２を走行しながら農作業を行って終了地点に到達した後、非作業領域を通って走行経路Ｗ３の始点に移動し、走行経路Ｗ３を走行しながら農作業を行う例が示されている。ただし、上記は一例であって、例えば、障害物で分断された一側の領域を作業した後、すぐに反対側を作業するように走行経路が生成されても良い。

以上に説明したように、本実施形態の自律走行経路生成システム９９は、予め定められた作業領域においてトラクタ１を自律走行させるための走行経路を生成する。この自律走行経路生成システム９９は、作業方向設定部３６と、経路生成部４７と、障害物外周設定部３４と、を備える。作業方向設定部３６は、作業領域内におけるトラクタ１の走行方向（作業方向）を設定する。経路生成部４７は、作業領域内において作業方向設定部３６により設定された作業方向に沿って設けられた複数の走行路を含む走行経路を生成可能である。障害物外周設定部３４は、作業領域内の障害物に対して障害物外周領域を設定する。経路生成部４７は、第１走行路Ｐ１と、迂回路Ｑと、第２走行路Ｐ２と、を含むように走行経路を生成することが可能である（図８から図１１までを参照）。第１走行路Ｐ１は、作業方向に沿って配置される。迂回路Ｑは、第１走行路Ｐ１の終点（地点Ｇ）を始点とし、障害物外周領域を通過しつつ障害物の反対側に回って、当該障害物を貫くように第１走行路Ｐ１を延長した仮想延長線Ｌ上の位置に至る。第２走行路Ｐ２は、迂回路Ｑの終点（地点Ｈ）を始点とし、仮想延長線Ｌ上に配置される。

これにより、第１走行路Ｐ１と、迂回路Ｑと、第２走行路Ｐ２とを含む走行経路が生成される。よって、この走行経路に沿ってトラクタ１を自律走行させることにより、障害物を迂回するようにトラクタ１を走行させることが可能である。しかも、迂回路Ｑは事前に設定された障害物外周領域を通過するように配置されるので、走行経路全体との関係等を考慮して迂回路を計画的に生成することで、無人トラクタ１による作業を円滑にすることができる。また、迂回路Ｑ以外の部分では、走行路を作業方向に沿った経路とすることができ、自律走行経路生成のアルゴリズムをシンプルにすることができる。このように、走行路を基本的には作業方向に沿った直線状又は折れ線状の経路とすることにより、複数の走行路を１セットとして取り扱うことが容易となり、１セットごとに農作業を行っていくようなやり方も容易に実現できる。

また、本実施形態の自律走行経路生成システム９９においては、経路生成部４７は、迂回路Ｑの経路長が所定距離Ｌ１未満である場合に、第１走行路Ｐ１、迂回路Ｑ及び第２走行路Ｐ２を含むように走行経路を生成することが可能である（図１１を参照）。一方、経路生成部４７は、前記迂回路の経路が所定距離Ｌ１以上である場合に、第１走行路Ｐ１、折返し路Ｒ及び第３走行路Ｐ３を含むように前記走行経路を生成することが可能である（図１３を参照）。折返し路Ｒは、第１走行路Ｐ１の終点（地点Ｇ）を始点とし、障害物外周領域を通過しつつ障害物の手前で折り返す（図１２を参照）。第３走行路Ｐ３は、折返し路Ｒの終点（地点Ｋ）を始点とし、第１走行路Ｐ１と平行に配置される。

これにより、迂回路Ｑの経路長が所定距離Ｌ１以上になる場合には、障害物を迂回する経路に代えて、障害物の手前で折り返す経路を走行経路として生成することができる。従って、走行経路のうち作業に寄与しない部分が過剰に長くなってしまうことを防止できる。

また、本実施形態の自律走行経路生成システム９９においては、経路生成部４７は、作業領域において障害物が島状に配置されている場合、迂回路Ｑを、第１走行路Ｐ１に至るまでの走行経路から見て遠い側（未作業領域側）から障害物の反対側に回るように生成する。

これにより、トラクタ１を経路生成部４７で生成した走行経路Ｗ１に沿って走行させても、障害物を迂回するときに、第１走行路Ｐ１に至るまでにトラクタ１が走行してきた領域（農作業を施した領域）に再度踏み込むことがない。よって、トラクタ１に行わせた作業に影響が出ないようにしつつ、障害物を回避してトラクタ１を走行させることができる。また、無人トラクタ１に付随して有人トラクタを走行させている場合、無人トラクタ１が障害物を迂回するときに有人トラクタの側に接近することを防止することができ、衝突等が発生しない。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る自律走行経路生成システム９９について、図１０及び図１４等を参照して説明する。以下では、第１実施形態と同様の構成の部材及びステップには同一の符号を付し、説明を適宜省略する場合がある。

第２実施形態に係る自律走行経路生成システム９９において、走行経路を生成するときに経路生成部４７で行われる処理は、大体においては第１実施形態と同様であるが、ステップＳ１０７に代えてステップＳ２０７の処理が行われる点で異なっている。

ステップＳ２０７の処理において、経路生成部４７は、障害物外周領域と干渉する個々の暫定走行路Ｐ０に対して生成した迂回路Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，・・・の中に、トラクタ１が障害物を回避（迂回）するために作業方向と垂直な向きに移動しなければならない距離である回避距離Ｌ１０（図１０を参照）が所定距離Ｌ２以上である迂回路が１つ以上あるか否かを判断する。

ステップＳ２０７の判断の結果、回避距離Ｌ１０が所定距離Ｌ２以上の迂回路Ｑが１つもない場合（ステップＳ２０７，Ｎｏ）、トラクタ１が迂回路Ｑを通るように走行させても、作業領域内に障害物がない場合と比べて走行経路の経路長が極端に長くなってしまうことはないので、この迂回路Ｑを用いて障害物を回避することとする。即ち、ステップＳ１０８の処理がされて迂回路Ｑを含む走行経路Ｗ１が生成される。

一方、ステップＳ２０７の判断の結果、回避距離Ｌ１０が所定距離Ｌ２以上の迂回路Ｑが１つ以上あった場合（ステップＳ２０７，Ｙｅｓ）、トラクタ１を迂回路Ｑに沿って走行させると走行経路の経路長が極端に長くなってしまい作業が非効率となるので、この迂回路Ｑは採用されない。即ち、経路生成部４７は、図７に示すステップＳ１１１からステップＳ１１４までの処理により、迂回路の代わりとなる折返し路Ｒを生成する。

本実施形態の処理によっても、迂回路が過剰に長くなってしまうことを防止できる。また、本実施形態では迂回路Ｑの経路長ではなく回避距離Ｌ１０を用いて判定するので、迂回路Ｑが長過ぎるかどうかを経路生成部４７が簡便に判断することができる。

以上に説明したように、本実施形態の経路生成部４７は、トラクタ１が障害物を回避するために作業方向と垂直な向きに移動しなければならない距離である回避距離Ｌ１０が所定距離Ｌ２未満である場合に、第１走行路Ｐ１、迂回路Ｑ及び第２走行路Ｐ２を含むように走行経路を生成することが可能である。一方、経路生成部４７は、回避距離Ｌ１０が所定距離Ｌ２以上である場合に、第１走行路Ｐ１、折返し路Ｒ及び第３走行路Ｐ３を含むように走行経路を生成することが可能である。折返し路Ｒは、第１走行路Ｐ１の終点（地点Ｇ）を始点とし、障害物外周領域を通過しつつ障害物の手前で折り返す。第３走行路Ｐ３は、折返し路の終点（地点Ｋ）を始点とし、第１走行路Ｐ１と平行に配置される（図１２を参照）。

これにより、障害物を迂回するために作業方向と垂直な向きに移動しなければならない回避距離Ｌ１０が所定距離Ｌ２以上になる場合には、障害物を迂回する経路に代えて、障害物の手前で折り返す経路Ｗ２を走行経路として生成することができる。従って、走行経路Ｗ２のうち作業に寄与しない部分が過剰に長くなってしまうことを防止できる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る自律走行経路生成システム９９について、図１５等を参照して説明する。以下では、第１実施形態と同様の構成の部材及びステップには同一の符号を付し、説明を適宜省略する場合がある。

第３実施形態に係る自律走行経路生成システム９９において、走行経路を生成するときに経路生成部４７で行われる処理は、大体においては第１実施形態と同様であるが、ステップＳ１０７に代えてステップＳ３０７の処理が行われる点で異なっている。

ステップＳ３０７の処理において、経路生成部４７は、障害物外周領域と干渉する個々の暫定走行路Ｐ０に対して生成した迂回路Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，・・・の中に、トラクタ１が障害物を回避（迂回）するために必要となる旋回回数又は旋回角度が所定以上（例えば、５回以上、又は１２０°以上）の迂回路が１つ以上あるか否かを判断する。

ステップＳ３０７の判断の結果、旋回回数又は旋回角度が所定以上の迂回路Ｑが１つもない場合（ステップＳ３０７，Ｎｏ）、トラクタ１が迂回路Ｑを通るように走行させても、それほど複雑な経路とはならないので、この迂回路Ｑを用いて障害物を回避することとする。即ち、ステップＳ１０８の処理がされて迂回路Ｑを含む走行経路が生成される。

一方、ステップＳ３０７の判断の結果、旋回回数又は旋回角度が所定以上の迂回路Ｑが１つ以上あった場合（ステップＳ３０７，Ｙｅｓ）、トラクタ１を迂回路Ｑに沿って走行させると走行経路が複雑になってしまい、作業が非効率になったりユーザが混乱したりするおそれがあるので、この迂回路Ｑは採用されない。即ち、経路生成部４７は、図７に示すステップＳ１１１からステップＳ１１４までの処理により、迂回路の代わりとなる折返し路Ｒを生成する。

以上に説明したように、本実施形態の経路生成部４７においては、迂回路Ｑにおける旋回回数又は旋回角度が所定未満である場合に、第１走行路Ｐ１、迂回路Ｑ及び第２走行路Ｐ２を含むように走行経路を生成することが可能である。一方、経路生成部４７は、迂回路Ｑにおける旋回回数又は旋回角度が所定以上である場合に、第１走行路Ｐ１、折返し路Ｒ及び第３走行路Ｐ３を含むように走行経路を生成することが可能である。折返し路Ｒは、第１走行路Ｐ１の終点（地点Ｇ）を始点とし、障害物外周領域を通過しつつ障害物の手前で折り返す。第３走行路Ｐ３は、折返し路Ｒの終点（地点Ｋ）を始点とし、第１走行路Ｐ１と平行に配置される。

これにより、障害物を迂回するために必要となる旋回回数又は旋回角度が所定以上である場合には、障害物を迂回する経路に代えて、障害物の手前で折り返す経路Ｗ２を走行経路として生成することができる。従って、旋回回数又は旋回角度が多い走行経路を生成してしまうことを防止できるので、作業を円滑に行うことができる。

このように、本実施形態の自律走行経路生成システム９９では、走行路が極力直線状となるようにしつつ、かつ障害物を回避できるようにしている。また、障害物を回避するためのパスとして、障害物を迂回するパスと、障害物の手前で折り返すパスと、を適宜使い分けることとしている。このように、走行路が極力直線状に生成されることにより、自律走行経路生成のアルゴリズムをシンプルにすることができ、また、ユーザにとっても分かり易い走行経路とすることができる。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、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。

上記の実施形態では、経路生成部４７は、作業領域内に第１走行路Ｐ１、迂回路Ｑ、及び第２走行路Ｐ２からなる走行路を生成するものとした。言い換えれば、障害物を回避するための走行路を、作業領域内に収まるように生成するものとした。しかしながら、必ずしもこれに限るものではなく、例えばこれに代えて、迂回路Ｑが非耕作地（非作業領域）にはみ出るように走行路を生成してもよい。

上記の実施形態では、経路生成部４７は、迂回路Ｑを、未作業領域側に迂回するように生成するものとした。しかしながら、必ずしもこれに限るものではなく、例えばこれに代えて、未作業領域側に迂回する迂回路ＱＡと、作業領域側（既に農作業を行った側）に迂回する迂回路ＱＢとを暫定的に生成し、これらの迂回路ＱＡ，ＱＢの経路長を比較して、長さが短くなる方の迂回路を採用することとしてもよい。

例えば、無人トラクタ１に付随して有人トラクタを当該無人トラクタ１の斜め後ろに位置するように走行させて、協調作業を行っているような場合において、無人トラクタ１を迂回路Ｑに沿って走行させると有人トラクタに接近するおそれがあるときには、その旨の警告を無線通信端末４６のディスプレイ３７に表示することとしてもよい。具体的には、警告を示す表示用データを表示制御部３１で生成し、この表示用データに基づく警告画面をディスプレイ３７に表示させることとすればよい。なお、上記のような警告画面の表示例を図１６に示している。

上記の実施形態では、障害物が作業領域内に島状にあるものとした。しかしながら、実際には、障害物が作業領域の輪郭と重なるように配置されている状況も当然に考えられる。例えば、図１７には、障害物が圃場の端部から中央に向けて突出するように配置された例が示されている。本発明の自律走行経路生成システム９９では、このような場合でも、障害物を回避しつつ効率の良い走行経路を生成することができる。なお、図１７のように、未作業領域側に迂回する迂回路を作成することが物理的に不可能な場合には、これに代えて、作業領域側（既に農作業を行った側）に迂回する迂回路を生成することとしてもよい。

本発明は、圃場の輪郭が複雑になっている場合にも適用することができる。例えば、図１８のように圃場の輪郭に凹状の部分が形成されている場合、当該圃場の外周の形状が圃場外周設定部３３で設定されることになる。このような場合でも、単純な矩形の圃場において障害物が内側に向かって突出状に配置されているとみなせば、図１７の場合と全く同様に考えることができる。即ち、本発明は、圃場の輪郭の一部が凹状となっているために実質的に「障害物」となる場合にも適用することができる。

図６のステップＳ１０７で、複数の迂回路の中に所定距離Ｌ１以上の経路長の迂回路が１つ以上あるか否かを判断することに代えて、複数の迂回路の経路長の合計が所定距離以上あるか否かを判断しても良い。同様に、図１４のステップＳ２０７で、回避距離の合計が所定距離以上あるか否かを判断しても良い。

無人トラクタ１が障害物を迂回し始めるときに、ウインカー等の方向指示器を機能させて、無線通信端末４６のユーザや有人トラクタのオペレータ等に注意を促すこととしてもよい。これにより、例えば無人トラクタ１が有人トラクタに接近するおそれがある場合に、ユーザがこれを察知することができ、衝突等を未然に防ぐことができる。

上記の実施形態では、迂回路Ｑとして、第１走行路Ｐ１の終点Ｇを始点とし、障害物外周領域を通過しつつ障害物の反対側に回って、当該障害物を貫くように第１走行路Ｐ１を延長した仮想延長線Ｌ上の位置に至る迂回路Ｑを生成することとしたがこれに限られるものではない。即ち、迂回路は、障害物を隔てて配される第１走行路の終点（障害物外周領域に至った点）と第２走行路の始点（障害物外周領域から出る点）を接続する通路であればよく、第２走行路の始点は、第１走行路を延長した仮想延長線上の点でなくてよい。第２走行路の始点が、第１走行路を延長した仮想延長線上の点でない場合とは、例えば図１９に示すように、暫定走行路Ｐ０’が折れ線状の走行路であって、第１走行路Ｐ１’と第２走行路Ｐ２’とが屈折部を介して接続されることで折れ線状の暫定走行路Ｐ０’が形成されており、且つ、屈折部が障害物外周領域又は障害物が存在する領域に位置する場合が例示される。なお、図１９においては、第１走行路Ｐ１’の始点をＦ’、終点をＧ’、第２走行路Ｐ２’の始点をＨ’、終点をＪ’、迂回路をＱ’として示している。

上記の実施形態では、作業領域において障害物が島状に存在している場合、障害物外周領域において、迂回路Ｑを第１走行路Ｐ１に至るまでの走行経路から見て遠い側から障害物の反対側に回るように生成することとしたがこれに限られるものではない。迂回路は、障害物外周領域のうち終了地点に近い側に生成することとすればよく、言い換えれば、迂回路は障害物外周領域に至った後、障害物外周領域内において終了地点に向かって旋回させる旋回路を含むように生成することとすればよい。

即ち、作業領域において走行路の本数は、作業領域の幅及びトラクタ１（作業機３）の車幅が考慮されて定まるが、各作業路における作業順はユーザの指定に応じて適宜設定することが可能である。ユーザの指定としては、現在走行中の走行路Ｐ１０と次に走行する走行路Ｐ１１との間の作業路の本数（スキップ数）を指定することが可能であり、当該本数が０である場合、走行路Ｐ１０と走行路Ｐ１１は隣接し、当該本数が２である場合、走行路Ｐ１０と走行路Ｐ１１は２本の走行路を隔てて配されていることとなる。各作業路における作業順は原則として開始地点から終了地点に向かって順次設定されるが、上記本数が０以外である場合、一部、終了地点から開始地点に向かって設定される（言い換えれば、終了地点近くの走行路を走行した後、開始地点近くの未耕の走行路を走行する）ことがある。そして、終了地点から開始地点に向かった後に走行する未耕の走行路上に障害物が存在する場合、迂回路は他の未耕の走行路側、即ち、終了地点側を通るように障害物外周領域内に生成される。

なお、終了地点から開始地点に向かった後に走行する未耕の走行路上に障害物が存在する場合において隣接する走行路が双方ともに既耕の走行路である場合、迂回路の経路長がより短い迂回路、又は、旋回回数がより少ない迂回路を生成することとすればよい。

上記の実施形態では障害物がないものとみなして複数の暫定走行路を含む暫定走行経路を生成し、各暫定走行路が障害物外周領域と干渉するか否かに応じて、適宜、修正して（置き換えて）走行経路を生成することとしたが、走行経路の生成方法はこれに限られるものではない。上記の実施形態において障害物がないものとみなして暫定走行経路を生成したのは、走行経路を生成する処理において、暫定走行路を迂回路を含む走行路に置き換えるか否かの判断処理（例えば図６のステップＳ１０７）が、暫定走行路を生成した後に行われるためであるが、事前に当該判断を行うことで暫定走行路を生成することなく走行路を生成することとしてもよい。

具体的には、障害物外周設定部３４により障害物の外周領域が設定された際に、当該障害物の外周領域において迂回路を生成するか否かが定められることにより実現可能である。例えば、上記の図６のステップＳ１０７の処理において所定距離以上の長さの迂回路が１つ以上あった場合、迂回路の経路長が過剰に長くなり、作業が非効率となることを避けるために、迂回路を走行経路として採用しないこととしているが、障害物外周設定部３４により設定された障害物の外周領域において仮に迂回路が生成された場合の迂回路の経路長は、事前に算出可能である。例えば障害物の外周領域が中空の矩形状の領域である場合、迂回路の最大経路長は、原則として、当該外周領域の外縁の横辺（作業方向に垂直な方向の辺）の長さと、縦辺（作業方向に平行な方向の辺）の長さの合計の長さ（以下、最大経路長Ａと称する）である。ここで「原則として」とは、迂回路の経路長が最も短くなるように生成するならばという意味であり、例えば他の要因（例えば、上述した既耕の走行路側を生成せず、未耕の走行路側を生成するという要因）により迂回路の経路長が最も短くなるように生成しない場合において、当該外周領域の外縁の横辺（作業方向に垂直な方向の辺）の長さの２倍の長さと、縦辺（作業方向に平行な方向の辺）の長さの合計の長さ（以下、最大経路長Ｂと称する）である。そして、経路生成部４７は、少なくとも最大経路長Ａが所定距離以上となる障害物の外周領域においては、迂回路を含まない走行路を生成するとともに、最大経路長Ａ又は最大経路長Ｂが所定距離未満となる障害物の外周領域においては、迂回路を含む走行路を生成して各走行路を含む走行経路を生成することが可能である。

図２０のステップＳ４０１〜Ｓ４０４には、上記の手法で走行経路を生成するときに経路生成部４７で行われる処理をフローチャートで簡易的に示している。この処理を説明すると、最初に、経路生成部４７は全ての障害物外周領域について予め最大経路長を計算する（ステップＳ４０１）。その後、経路生成部４７は、作業領域のうち障害物外周領域（障害物）と干渉しない部分について、折返しも迂回もない走行路を生成する（ステップＳ４０２）。次に、経路生成部４７は、作業領域のうち障害物外周領域と干渉する部分については、当該障害物外周領域の最大経路長が所定値以上である場合は折返し路を含む走行路を生成し（ステップＳ４０３）、所定値未満である場合は迂回路を含む走行路を生成する（ステップＳ４０４）。このように、迂回路を含む走行路を生成するか否かを、障害物の外周領域に対応付けておくことで、暫定走行路を生成することなく走行経路を生成することが可能である。

上記の実施形態では、図略の入力画面で枕地の幅及び非耕作地の幅を設定することで非作業領域が定められ、圃場から非作業領域を除外した残りの領域として作業領域が定められている。しかしながら、作業領域を設定する方法は上記に限らず、例えば、上述の圃場情報入力画面８０において平面表示部８１に表示された圃場の任意の点をユーザが指定することで作業領域及び非作業領域を設定できるように構成されても良い。

本発明の自律走行経路生成システムは、上述の無人トラクタ１と有人トラクタとの協調作業に限定されず、無人トラクタ１のみが単独で自律走行・自律作業を行う場合にも適用することができる。

上記の実施形態では、自律走行経路生成システム９９を構成する作業方向設定部３６と、経路生成部４７と、障害物外周設定部３４とは、無線通信端末４６側に備えられているものとしたが、これに限るものではない。即ち、作業方向設定部３６、経路生成部４７、及び障害物外周設定部３４のうちの一部又は全部がトラクタ１側に備えられているものとしてもよい。

１ トラクタ（ロボットトラクタ、無人トラクタ）
３４ 障害物外周設定部
３６ 作業方向設定部（走行方向設定部）
４７ 経路生成部
９９ 自律走行経路生成システム
Ｐ１ 第１走行路
Ｐ２ 第２走行路
Ｑ 迂回路

Claims (5)

1. 予め定められた走行領域において作業車両を自律走行させるための走行経路を生成する自律走行経路生成システムであって、
   前記走行領域内における前記作業車両の走行方向を設定する走行方向設定部と、
   前記走行領域内において前記走行方向設定部により設定された前記走行方向に沿って設けられた複数の走行路を含む前記走行経路を生成可能な経路生成部と、
   前記走行領域内の障害物に対して障害物外周領域を設定する障害物外周設定部と、
   を備え、
   前記経路生成部は、
   暫定的に走行経路を生成し、暫定的に生成した走行経路と前記障害物が干渉する場合には、
   前記走行方向に沿って配置される第１走行路と、
   前記第１走行路の終点を始点とし、前記障害物外周領域を通過しつつ前記障害物の反対側に回って、前記第１走行路を延長した仮想延長線上の位置に至る迂回路と、
   前記迂回路の終点を始点とし、前記仮想延長線上に配置される第２走行路と、
   を含むように前記走行経路を生成することが可能であることを特徴とする自律走行経路生成システム。
2. 請求項１に記載の自律走行経路生成システムであって、
   前記経路生成部は、
   前記迂回路の経路長が所定距離未満である場合に、前記第１走行路、前記迂回路及び前記第２走行路を含むように前記走行経路を生成し、
   前記迂回路の経路長が所定距離以上である場合に、
   前記第１走行路と、
   前記第１走行路の終点を始点とし、前記障害物外周領域を通過しつつ前記障害物の手前で折り返す折返し路と、
   前記折返し路の終点を始点とし、前記第１走行路と平行に配置される第３走行路と、
   を含むように前記走行経路を生成することが可能であることを特徴とする自律走行経路生成システム。
3. 請求項１に記載の自律走行経路生成システムであって、
   前記経路生成部は、
   前記作業車両が前記障害物を回避するために前記走行方向と垂直な向きに移動しなければならない距離である回避距離が所定距離未満である場合に、前記第１走行路、前記迂回路及び前記第２走行路を含むように前記走行経路を生成し、
   前記回避距離が所定距離以上である場合に、
   前記第１走行路と、
   前記第１走行路の終点を始点とし、前記障害物外周領域を通過しつつ前記障害物の手前で折り返す折返し路と、
   前記折返し路の終点を始点とし、前記第１走行路と平行に配置される第３走行路と、
   を含むように前記走行経路を生成することが可能であることを特徴とする自律走行経路生成システム。
4. 請求項１に記載の自律走行経路生成システムであって、
   前記経路生成部は、
   前記迂回路における旋回回数又は旋回角度が所定未満である場合に、前記第１走行路、前記迂回路及び前記第２走行路を含むように前記走行経路を生成し、
   前記迂回路における前記旋回回数又は前記旋回角度が所定以上である場合に、
   前記第１走行路と、
   前記第１走行路の終点を始点とし、前記障害物外周領域を通過しつつ前記障害物の手前で折り返す折返し路と、
   前記折返し路の終点を始点とし、前記第１走行路と平行に配置される第３走行路と、
   を含むように前記走行経路を生成することが可能であることを特徴とする自律走行経路生成システム。
5. 請求項１から４までの何れか一項に記載の自律走行経路生成システムであって、
   前記経路生成部は、前記走行領域において前記障害物が島状に配置されている場合、前記迂回路を、前記第１走行路に至るまでの前記走行経路から見て遠い側から前記障害物の反対側に回るように生成することを特徴とする自律走行経路生成システム。

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