JP6884339B2

JP6884339B2 - 作業車

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Publication number: JP6884339B2
Application number: JP2016249035A
Authority: JP
Inventors: 中村　太郎; 太郎中村; 出井　義人; 義人出井; 孝徳小林; 佑輔南方; 雅寛川畑; 寛士小藤; 博紀斎藤
Original assignee: Kubota Corp; Saito Agricultural Machinery Co Ltd
Current assignee: Kubota Corp; Saito Agricultural Machinery Co Ltd
Priority date: 2016-12-22
Filing date: 2016-12-22
Publication date: 2021-06-09
Anticipated expiration: 2036-12-22
Also published as: JP2018102134A

Description

本発明は、例えば、果樹園等のように、第１方向及び前記第１方向と直交する第２方向の夫々に沿って間隔をあけて並ぶ状態で複数の位置固定の物体（果樹）が存在する作業用区画において、物体が存在する箇所以外の領域で作業を行う作業車に関する。

従来では、作業車の一例として、第１方向及び第２方向の夫々に沿って間隔をあけて並ぶ状態で果樹が植えられている果樹園にて、複数の果樹列の間に位置する複数の中間領域を走行しながら草刈作業等を行う作業車において、次のように構成したものがあった。

車体の横側外方にレーザー光等の検出信号を送信するとともに、物体からの反射信号を受信して、車体の周囲に存在する物体を検出することが可能な物体検出部を備えて、物体検出部の検出情報に基づいて物体の位置を検出して、予め設定した走行経路に沿うように車体を自動走行させる構成である。そして、複数の果樹列の間を走行するように、例えば第１方向に沿う状態で最初の直進行程を走行させ、果樹列の終端部にてスイッチバック走行にて位置を横方向にずらしながら第１方向に沿う次回の直進行程を走行させるように旋回操作するという走行形態を繰り返し実行する状態で、車体を自動走行させる構成となっていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１６−６３７６９号公報

上記従来構成は、例えば、作業車の旋回予定箇所に作業車側で検知可能な基準体を予め設置しておき、作業車がその基準体の存在を検知して旋回走行を実行する等の大掛かりな地上側の設備を必要とすることなく、車体の周囲に存在する物体を検出することが可能な物体検出部を備えて、果樹園等のように多数の固定状態の物体（果樹）が存在する作業用区画において、果樹を避けながら車体を自動走行させるようにしたものである。

しかし、従来構成では、果樹列に沿って作業行程を直進走行させて、終端部にてスイッチバック走行にて横方向に位置をずらしながら果樹列に沿う次回の作業行程に向くように走行させる構成となっているから、次のような不利な面があった。

すなわち、上記従来構成では、車体の走行方向が正逆方向で異なっても、物体検出部により検出信号が送信される方向は平面視で常に同じ側となっている。果樹列同士の横方向の間隔が車体横幅に比べてそれほど広くない状態であれば、上記構成であっても問題はないが、果樹列同士の横方向の間隔が広くなると、一つの果樹列の横方向一方側の領域から横方向他方側の領域に車体位置が変更されたとき、横方向他方側に位置する果樹列と車体との間の離間距離が大きくなり過ぎて、物体検出部による検出作動が良好に行えずに、作業車の自動走行が適正に行えないものとなるおそれがある。

そこで、地上側に大掛かりな設備を必要とせずに、車体を自動走行させることが可能でありながら、作業用区画に複数の物体が広い間隔をあけて並んで存在するような場合であっても、自動走行が適正に行えるようにすることが望まれていた。

本発明に係る作業車の特徴構成は、車体進行方向に対して横一側外方に向けて検出信号を送信し、前記検出信号に対する反射信号を取得して、前記予め設定された範囲に存在する物体を検出する物体検出部と、
前記物体検出部の検出結果に基づいて、第１方向及び前記第１方向と直交する第２方向の夫々に沿って間隔をあけて並ぶ状態で複数の位置固定の物体が存在する作業用区画内において、予め設定された目標走行経路に沿って物体列に沿う方向に車体を自動走行させる走行制御部とを備え、
前記走行制御部は、
前記車体が前記物体列における前記第２方向一方側箇所を前記第１方向に沿って物体列に最も近い目標走行経路を走行しているときに、前記物体列の車体進行方向側端部に位置する端部側物体の側方を通過すると、略Ｕ字状の経路で前進走行しながら前記車体の向きが逆向きになるように方向転換させて前記物体列における前記第２方向他方側箇所に移動して前記第１方向に沿う目標走行経路に沿って走行するように旋回走行させる第一旋回処理、及び、
前記第２方向に離間する一対の前記物体列の中間部における目標走行経路を前記第１方向に沿って走行しているときに、次回の目標走行経路が中間部の幅方向中央位置を越える場合には、前記物体列の車体進行方向側端部に位置する端部側物体の側方を通過すると、前記車体の向きが逆向きになるように方向転換させて前記次回の目標走行経路に沿って走行するように旋回走行させる第二旋回処理を実行する点にある。

本発明によれば、車体が物体列における第２方向一方側箇所を第１方向に沿って走行しているときに、物体列の車体進行方向側端部に位置する端部側物体の側方を通過すると、物体列における第２方向他方側箇所に移動して第１方向に沿って走行するように旋回走行する。物体列における第２方向一方側箇所を走行しているときは、車体は当該物体列に近い位置を走行しながら、近い位置にある当該物体列を検出対象として物体検出部が検出作動する。そして、旋回して物体列における第２方向他方側箇所に移動したのちは、車体の向きが逆向きになるので、物体検出部は、引き続いて当該物体列を検出対象として検出作動することになる。

その結果、前記物体列と第２方向他方側に隣接する物体列との間の間隔が広い場合であっても、物体検出部は近い箇所に位置する物体列を検出対象として良好に物体検出を行うことができる。

従って、物体検出部を用いることにより、地上側に大掛かりな設備を必要とせずに、車体を自動走行させることが可能でありながら、作業領域に固定の複数の物体が広い間隔で存在するような場合であっても、自動走行が適正に行えるようにすることが可能となった。

本発明に係る作業車の特徴構成は、車体進行方向に対して横一側外方に向けて検出信号を送信し、前記検出信号に対する反射信号を取得して、前記予め設定された範囲に存在する物体を検出する物体検出部と、
前記物体検出部の検出結果に基づいて、第１方向及び前記第１方向と直交する第２方向の夫々に沿って間隔をあけて並ぶ状態で複数の位置固定の物体が存在する作業用区画内において、物体列に沿う方向に車体を自動走行させる走行制御部とを備え、
前記走行制御部は、
前記車体が前記物体列における前記第２方向一方側箇所を前記第１方向に沿って走行しているときに、前記物体列の車体進行方向側端部に位置する端部側物体の側方を通過すると、前記物体列における前記第２方向他方側箇所に移動して前記第１方向に沿って走行するように旋回走行させる第一旋回処理、
前記第２方向に離間する一対の前記物体列の中間部を前記第１方向に沿って走行しているときに、前記物体列の車体進行方向側端部に位置する端部側物体の側方を通過すると、前記車体の向きが逆向きになるように方向転換させる第二旋回処理、
前記第１方向に沿う複数の走行経路のうち最後の走行経路において走行しているときに、前記物体列の車体進行方向側端部に位置する端部側物体の側方を通過するのに伴って、前記車体の向きが前記第２方向に沿う向きになるように旋回走行させる第三旋回処理、
前記車体が前記第三旋回処理によって向きを変更したのち、車体が前記物体列における前記第１方向一方側箇所を前記第２方向に沿って走行しているときに、前記物体列の車体進行方向側端部に位置する端部側物体の側方を通過するのに伴って、前記物体列における前記第１方向他方側箇所に移動して前記第２方向に沿って走行するように旋回走行させる第四旋回処理、及び、
前記第１方向に離間する一対の前記物体列の中間部を前記第２方向に沿って走行しているときに、前記物体列の車体進行方向側端部に位置する端部側物体の側方を通過するのに伴って、前記車体の向きが逆向きになるように方向転換させる第五旋回処理を実行する点にある。

本発明によれば、車体が物体列における第２方向一方側箇所を第１方向に沿って走行しているときに、物体列の車体進行方向側端部に位置する端部側物体の側方を通過すると、物体列における第２方向他方側箇所に移動して第１方向に沿って走行するように旋回走行する。物体列における第２方向一方側箇所を走行しているときは、車体は当該物体列に近い位置を走行しながら、近い位置にある当該物体列を検出対象として物体検出部が検出作動する。そして、旋回して物体列における第２方向他方側箇所に移動したのちは、車体の向きが逆向きになるので、物体検出部は、引き続いて当該物体列を検出対象として検出作動することになる。その結果、前記物体列と第２方向他方側に隣接する物体列との間の間隔が広い場合であっても、物体検出部は近い箇所に位置する物体列を検出対象として良好に物体検出を行うことができる。従って、物体検出部を用いることにより、地上側に大掛かりな設備を必要とせずに、車体を自動走行させることが可能でありながら、作業領域に固定の複数の物体が広い間隔で存在するような場合であっても、自動走行が適正に行えるようにすることが可能となった。
また、第１方向に沿う複数の走行経路を順次走行して、第１方向における最後の走行経路を終端部まで走行して端部側物体の側方を通過すると、車体の向きが第２方向に沿うように向き変更される。その後は、第１方向に沿う走行形態と同じような形態で車体が第２方向に沿って走行する。すなわち、車体が物体列の近くを走行しているとき走行経路の端部に至ると、第一旋回処理と同様な第四旋回処理が行われる。物体列の中間部においては、第二旋回処理と同様な第五旋回処理が行われる。

従って、第１方向に沿う複数の走行経路だけでなく、第２方向に沿う複数の走行経路についても、車体を適正に自動走行させることができる。

本発明に係る作業車の特徴構成は、車体進行方向に対して横一側外方に向けて検出信号を送信し、前記検出信号に対する反射信号を取得して、前記予め設定された範囲に存在する物体を検出する物体検出部と、
前記物体検出部の検出結果に基づいて、第１方向及び前記第１方向と直交する第２方向の夫々に沿って間隔をあけて並ぶ状態で複数の位置固定の物体が存在する作業用区画内において、物体列に沿う方向に車体を自動走行させる走行制御部とを備え、
前記走行制御部は、
前記車体が前記物体列における前記第２方向一方側箇所を前記第１方向に沿って走行しているときに、前記物体列の車体進行方向側端部に位置する端部側物体の側方を通過すると、前記物体列における前記第２方向他方側箇所に移動して前記第１方向に沿って走行するように旋回走行させる第一旋回処理、及び、
前記第２方向に離間する一対の前記物体列の中間部を前記第１方向に沿って走行しているときに、前記物体列の車体進行方向側端部に位置する端部側物体の側方を通過すると、前記車体の向きが逆向きになるように方向転換させる第二旋回処理を実行するように構成され、かつ、
前記車体が、前記物体列における前記第２方向一方側箇所、及び、前記第２方向に離間する一対の前記物体列の中間部以外の領域を前記第１方向に沿って走行するときは、前記物体列との間の離間距離が異なる複数の走行経路の夫々に沿って走行させ、且つ、１つの走行経路の終端位置に至ると、前記車体をスイッチバックさせて隣接する次の走行経路に進入するように走行させる点にある。

本発明によれば、車体が物体列における第２方向一方側箇所を第１方向に沿って走行しているときに、物体列の車体進行方向側端部に位置する端部側物体の側方を通過すると、物体列における第２方向他方側箇所に移動して第１方向に沿って走行するように旋回走行する。物体列における第２方向一方側箇所を走行しているときは、車体は当該物体列に近い位置を走行しながら、近い位置にある当該物体列を検出対象として物体検出部が検出作動する。そして、旋回して物体列における第２方向他方側箇所に移動したのちは、車体の向きが逆向きになるので、物体検出部は、引き続いて当該物体列を検出対象として検出作動することになる。その結果、前記物体列と第２方向他方側に隣接する物体列との間の間隔が広い場合であっても、物体検出部は近い箇所に位置する物体列を検出対象として良好に物体検出を行うことができる。従って、物体検出部を用いることにより、地上側に大掛かりな設備を必要とせずに、車体を自動走行させることが可能でありながら、作業領域に固定の複数の物体が広い間隔で存在するような場合であっても、自動走行が適正に行えるようにすることが可能となった。
また、車体と物体列との間の離間距離がそれほど大きくないときは、１つの走行経路に沿って走行するときと、次の走行経路に沿って走行するときの夫々において、常に同じ向きで物体検出部による検出作動を実行する。その結果、車体に対する物体検出部による検出の向きを変更させることなく、次回の走行経路に向けて適正に車体を移動させることができる。

本発明においては、前記走行制御部は、前記第一旋回処理を実行するときは、車体前後方向の一端側の第１車輪及び他端側の第２車輪の双方を逆方向にステアリング操作すると好適である。

本構成によれば、第１車輪及び他端側の第２車輪の双方を逆方向にステアリング操作することで車体を小さい旋回半径で旋回することが可能であり、例えば、端部に位置する物体の周囲における作業（例えば、草刈作業等）を処理残しの少ない状態で良好に行うことができる。

作業車が走行する領域を示す図である。作業車の走行経路を示す図である。側面図である。制御ブロック図である。物体検出部の検出範囲を示す図である。作業車の処理を示す模式図である。物体の外径推定に係る模式図である。障害物回避処理を示す模式図である。小回り旋回状態の平面図である。直進状態の平面図である。制御動作を示すフロートチャートである。制御動作を示すフロートチャートである。制御動作を示すフロートチャートである。制御動作を示すフロートチャートである。

以下、図面に基づいて、本発明に係る作業車の実施形態を説明する。
本発明に係る作業車は、図１に示されるような予め設定された作業用区画としての果樹園Ｐの内部において、複数の果樹（樹木の一例）Ｋの間に生えている草を刈り取る草刈作業を行う。図１に示す例では、果樹園Ｐは、矩形状に区画された領域であって、第１方向Ｄ１及び第１方向Ｄ１と直交する第２方向Ｄ２の夫々に沿って間隔Ｌ１，Ｌ２をあけて並ぶ状態で、位置固定の物体としての複数の果樹が存在する領域である。

〔全体構成〕
図３，１０に示すように、作業車１は、走行車体２における長手方向の一端側に左右一対の第１車輪３Ａを備え、長手方向の他端側に左右一対の第２車輪３Ｂを備えている。走行車体２には、動力源であるエンジン４が備えられ、走行車体２の下部における第１車輪３Ａと第２車輪３Ｂとの間に草刈装置５が備えられている。走行車体２には、図示はしないが、エンジン４の動力を、第１車輪３Ａと第２車輪３Ｂに伝達するとともに、草刈装置５に伝達する伝動機構が備えられている。伝動機構は、各車輪３Ａ，３Ｂ及び草刈装置５に対する動力伝達を断続できるように構成されている。エンジン４の動力が各車輪３Ａ，３Ｂ及び草刈装置５に伝達されることで、機体を走行させながら草刈作業を行うことができる。

伝動機構に備えられた前後進切換装置６（図４参照）により、走行車体２の進行方向を前後で切り換えることができる。第１車輪３Ａ及び第２車輪３Ｂは夫々、後述する電動モータの駆動力により縦軸芯周りで揺動することによりステアリング操作自在に設けられている。図９，１０に示すように、第１車輪３Ａ及び第２車輪３Ｂは夫々、直進用姿勢、右向き揺動姿勢、並びに、左向き揺動姿勢の夫々に向き変更操作可能である。

この作業車１は、無線操縦による遠隔操作にて操縦操作する手動操縦操作状態と、走行車体２に対する複数の果樹の位置の情報を検出しながら、果樹園Ｐ内において果樹列に沿って走行車体２を自動走行させる自動走行操作状態とに切り換え可能に構成されている。

図４に示すように、走行車体２には、エンジン４に対する燃料供給量を調整するアクセル７及び車輪３Ａ，３Ｂを制動するブレーキ８を操作するアクセルモータ９と、前後進切換装置６を切り換え操作する前後進モータ１０と、第１車輪３Ａの操向操作を行う電動モータである第１操向モータ１１と、第２車輪３Ｂの操向操作を行う電動モータである第２操向モータ１２とが備えられている。詳述はしないが、ブレーキ８は制動状態に向けてバネ付勢されており、アクセルモータ９の操作に伴って、アクセル７がアイドリング状態になるとブレーキ８は制動状態となり、アクセル開度が増大すると制動状態が解除されるように、連動操作する構成となっている。

図４に示すように、走行車体２には、アクセルモータ９、前後進モータ１０、第１操向モータ１１、第２操向モータ１２の動作を制御して、作業車１の全体の運転状態を制御する制御装置１３が備えられている。作業者が持ち運びしながら操作可能な送信機１４が備えられ、走行車体２には送信機１４にて無線送信される操作信号を受信可能な受信機１５が備えられている。受信機１５の受信情報は制御装置１３に入力される。

走行車体２には、運転停止スイッチ１６、自動入切スイッチ１７、物体検出部１８、及び、障害物センサ１９が備えられ、これらの情報が制御装置１３に入力されている。運転停止スイッチ１６は、走行車体２の走行操作及び草刈装置５の運転操作を強制的に停止させることができる。自動入切スイッチ１７は、制御装置１３の制御状態を手動操縦用制御状態と自動走行用制御状態とに切り換え可能である。物体検出部１８は、詳細な構成については後述するが、走行車体２の外部における物体を検出することが可能である。障害物センサ１９は、走行車体２のバンパー２０に取付けられ、物体検出部１８では検知できない低い位置にある樹木の切株等の障害物の存在を検知可能な接触式のセンサである。

図３に示すように、物体検出部１８は、走行車体２の上部に備えられている。物体検出部１８は、予め設定された検出用範囲に向けて検出信号を送信し、検出信号に対する反射信号を取得して、検出用範囲に存在するように構成されている。具体的には、物体検出部１８は、レーザースキャナセンサにより構成されている。予め設定された範囲とは物体検出部１８の検出可能な範囲であり、本実施形態では、図５に示されるように、走行車体２における縦向き軸芯を中心とする約２７０度の範囲Ｒである。検出信号はレーザー光であり空中伝搬する信号である。検出信号は、車体接地面から所定高さの位置で水平方向に投射される。この検出信号は物体に投射されると物体の表面で反射される。物体検出部１８は、検出信号を予め設定された範囲に送信し、反射信号を取得する。物体検出部１８は、検出信号の送信方向に基づいて物体検出部１８を基準とした物体が存在する方向を示す情報と、検出信号を送信してから反射信号を取得するまでの時間に基づいて演算した物体検出部１８から物体までの距離を示す情報とを取得する。本実施形態では、物体検出部１８は水平方向に、且つ、上述した範囲Ｒに対して微小単位角毎に検出信号を送信する。

図５に示されるように、物体検出部１８は、車体進行方向に対して横一側外方に向けて検出信号を送信して、走行車体２の片側に存在する物体を検出する。尚、この構成に代えて、走行車体２の両側に存在する物体を検出するよう構成することも可能である。また、必要に応じて物体検出部１８全体を回転し、範囲Ｒが走行車体２の予定走行経路Ｓに対して左右で反転するように構成することも可能である。

図４に示すように、制御装置１３は、自動走行に先立って行われる手動操縦に基づくティーチング走行において種々の情報を求めるティーチング処理手段としてのティーチング処理部１００と、ティーチング処理部１００にて求めた情報を保持する保持手段としての保持部１０１と、ティーチング処理部１００にて求められて保持部１０１に保持されている情報に基づいて、果樹園Ｐ内において果樹列に沿って車体を自動走行させる走行制御部１０２とを備えている。この実施形態では、制御装置１３は、マイクロコンピュータを備えて構成され、ティーチング処理部１００及び走行制御部１０２は、制御プログラム型式で構成されている。保持部１０１は、種々のデータを記憶保持可能な不揮発性メモリ等からなる。

〔ティーチング処理部〕
ティーチング処理部１００は、ティーチング走行経路ＴＬ上を車両が走行するときに、物体検出部１８の検出情報に基づいて、果樹園Ｐに格子状に並ぶ果樹（物体）の個数、果樹同士の間隔、及び、最も近い果樹列からティーチング走行経路ＴＬまでの距離を求める。ティーチング走行は、運転者が送信機１４を操作することにより手動操縦に基づいて行われる。つまり、図１に示すように、果樹園Ｐの外周部に沿って第１方向及び第２方向夫々に走行することになる。

説明を加えると、ティーチング処理部１００は、ティーチング走行経路ＴＬ上を車両が走行するときに、物体検出部１８の検出情報に基づいて物体の数を計数し、走行車体２が果樹園Ｐの端部に達したことを検知したときにまで計数した物体の数を当該果樹列における果樹の個数として設定する。

また、ティーチング走行経路ＴＬ上を走行車体２が走行するときに、物体検出部１８により検出された果樹Ｋのうち、少なくとも２つの果樹Ｋ（物体）の位置に基づいて、当該少なくとも２つの果樹Ｋを目標物Ｏとして設定する目標物設定処理を実行する。その結果、２つの目標物Ｏ（果樹Ｋ）の位置と走行車体２の位置との情報に基づいて三角測量法を用いて２つの果樹Ｋ同士の間隔を求めることができる。この２つの果樹Ｋ同士の間隔は、第１方向の間隔だけでなく第２方向の間隔も求めることができる。

ティーチング処理部１００は、目標物設定処理により設定された少なくとも２つの果樹Ｋ（物体）を通り、走行時の基準となる基準線ＳＬを設定する基準線設定処理、及び、基準線ＳＬから走行車体２までの距離を演算する距離演算処理を実行する。又、物体検出部１８の検出結果に基づき、果樹Ｋの外径を推定する外形推定処理も合わせて実行する。

基準線設定処理について説明する。
目標物設定処理により設定された少なくとも２つの目標物Ｏを通る基準線ＳＬを設定する。つまり、図５に示すように、制御装置１３内で用いる座標系において、この第１の目標物Ｏ１と第２の目標物Ｏ２とを直線で繋いで基準線ＳＬを設定する。基準線ＳＬは、物体検出部１８により一つの物体として検出された検出結果のうち、夫々の中央部分を通るように直線で繋いだものである。尚、このとき後述する果樹の外径の情報も加味される。

距離演算処理について説明する。
上記したような座標系において、基準線ＳＬから走行車体２までの距離を演算にて求める。この距離は、上記座標系において基準線ＳＬと走行車体２とを最短で繋いだ距離、言い換えると、基準線ＳＬ上に位置する最も近い果樹列から走行車体２が位置するティーチング走行経路ＴＬまでの距離に相当する。

外径推定処理について説明する。
上述したように、物体検出部１８は水平方向に所定の微小単位角（ピッチ）毎に検出信号を送信する。例えば、物体の外径の演算を１ステップ毎に行うとすると、図７に示されるように、１ステップに係る物体の幅は、「Ｌ３×ｔａｎθ」で近似的に演算することができる（Ｌ３：物体までの距離、θ：１ステップでの検出角度）。この１ステップ分の物体の幅に、物体からの反射信号を受信したステップ数を掛けると、物体の外径を推定することができる。なお、上記の演算は、複数ピッチ毎に行ってもよく１ピッチ毎に行うことも可能である。

ティーチング処理部１００は、上記したような処理を実行することにより、物体検出部１８の検出情報に基づいて、果樹園Ｐに格子状に並ぶ果樹Ｋの個数、果樹Ｋ同士の間隔（第１方向Ｄ１の間隔Ｌ１及び第２方向Ｄ２の間隔Ｌ２を含む）、及び、最も近い果樹列からティーチング走行経路ＴＬまでの距離ｍを求め、それらの情報を保持部１０１に保持する。説明を加えると、果樹園Ｐにおける果樹Ｋが存在する箇所以外の他の領域（草刈作業すべき領域）、すなわち、果樹園Ｐの外周縁部と最外側に位置する果樹列までの外側領域、果樹列同士の間での中間領域等の作業幅の情報を取得することができる。

ティーチング処理部１００は、基準線設定処理において、走行車体２が果樹列に沿って走行しているときに、基準線に相当する果樹列と隣接する果樹列における２つの物体の位置に基づいて隣接する果樹列についての位置情報を求めて保持部１０１に保持することができる。

〔走行制御部〕
走行制御部１０２は、ティーチング処理部１００にて求められて保持部１０１に保持されている情報と、物体検出部１８の検出情報とに基づいて、車体を第１方向及び第２方向の夫々に沿って自動走行させる形態で、果樹園Ｐ内において果樹列に沿って車体を自動走行させる。

説明を加えると、走行制御部１０２は、物体検出部１８の検出情報に基づいて、ティーチング処理部１００における目標物設定処理及び基準線設定処理と同様な処理を実行する。すなわち、果樹列の並び方向に沿う基準線を設定する。さらに、走行制御部１０２は、ティーチング処理部１００における距離演算処理と同様な処理を実行し、走行車体２と基準線ＳＬとの距離を求める。そして、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２の夫々について、基準線ＳＬから走行車体２までの距離ｍを目標走行経路に対応する設定距離に維持する状態で基準線ＳＬに沿って往復走行させる走行制御処理を実行する。

目標走行経路は、ティーチング処理部１００によって取得されて保持部１０１に保持されている情報に基づいて、作業車１を用いて果樹園Ｐ内での草刈作業を行うのに適した走行経路として設定される。図２に示すように、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２の夫々に沿う複数の目標走行経路が設定される。すなわち、草刈作業すべき領域の幅と作業車による草刈り作業幅とを考慮し、刈残しが生じないように作業域が少し重なる状態で目標走行経路が設定される。

走行制御部１０２は、１つの目標走行経路での走行中に、検出された果樹の個数が保持部１０１に保持されている個数に達すると、経路終端部に至ったと判断して、当該走行経路での走行を終了して次の目標走行経路に向けて移動する。１つの作業領域内で隣接する目標走行経路に移動するときは、スイッチバックにて移動する。スイッチバックとは、走行車体２が果樹園Ｐの端部に達した際に前後進を繰り返して、走行車体２の位置を当該端部の位置から側方にずらすように移動する走行形態である。スイッチバックにて移動した後は、物体検出部１８による検知方向がそのままであるから、同じ果樹列を対象にして自動走行が行われる。

走行制御部１０２は、走行制御処理において、走行車体２が果樹列における第２方向Ｄ２一方側箇所を第１方向Ｄ１に沿って走行しているときに、果樹列の車体進行方向側端部に位置する端部側果樹の側方を通過すると、果樹列における第２方向Ｄ２他方側箇所に移動して第１方向Ｄ１に沿って走行するように旋回走行させる第一旋回処理を実行する。

図２における最右側の紙面上下方向に並ぶ果樹列を対象として第一旋回処理について説明する。但し、紙面の向きとしては、第１方向を紙面上下方向として設定したものとして説明する。
果樹列における第２方向Ｄ２一方側箇所としての果樹列の右側領域において、果樹列に最も近い走行経路を紙面上向きに走行して、走行車体２が端部側果樹の側方を通過すると、第２方向Ｄ２他方側箇所としての当該果樹列の左側領域に移動するように旋回走行させる。このときは、略Ｕ字状の経路で前進走行しながら旋回する。その後は、走行車体２は当該果樹列の左側領域を紙面下向きに走行する。このとき、旋回する前に紙面上向きに走行するときは、物体検出部１８は左側（進行方向視で左側）に位置する果樹列を検出対象として検出作動し、旋回した後に紙面下向きに走行するときは、物体検出部１８は右側（進行方向視で左側）に位置する果樹列を検出対象として検出作動する。

走行制御部１０２は、第２方向Ｄ２に離間する一対の果樹列の中間部を第１方向Ｄ１に沿って走行しているときに、果樹列の車体進行方向側端部に位置する端部側果樹の側方を通過すると、車体の向きが逆向きになるように方向転換させる第二旋回処理を実行する。

図２における最右側の紙面上下方向に並ぶ果樹列とその左側の果樹列との間の中間領域を対象として第二旋回処理について説明する。
走行車体２が前記中間領域を紙面上側に向けて走行しているとき、次回の目標走行経路が中間部の幅方向中央位置を越える場合には、走行車体２が端部側果樹の側方を通過すると、左右向き姿勢になるように右方向に９０度旋回したのち、そのまま直進状態で所定距離だけ後進し、さらに、紙面上下向き姿勢になるように９０度右方向に旋回して、車体の向きが逆向きになるように方向転換させる。このように旋回することで、物体検出部１８による検出対象が左側の果樹列となり、その果樹列を検出して、次回走行用の基準線ＳＬを設定することができる。

走行制御部１０２は、第１方向Ｄ１に沿う複数の走行経路のうち最後の走行経路において走行しているときに、果樹列の車体進行方向側端部に位置する端部側果樹Ｋの側方を通過するのに伴って、走行車体２の向きが第２方向Ｄ２に沿う向きになるように旋回走行させる第三旋回処理を実行する。

図２における最左側の紙面上下方向に沿う走行経路を対象として第三旋回処理について説明する。
走行車体２が最左側の紙面上下方向に沿う走行経路（ティーチング走行経路ＴＬの一部に相当する）を紙面下側に向けて走行しているとき、端部側果樹Ｋの側方を通過すると、走行車体２の向きが紙面左右方向に沿う向きになるように略Ｌ字状に旋回走行させる。このとき、紙面左右方向すなわち、第２方向Ｄ２に沿う走行経路のうち、最外側に位置する目標走行経路（本実行ではティーチング走行経路ＴＬの一部に相当する）が設定される。

第三旋回処理が終了して、第２方向Ｄ２に沿う自動走行が開始されると、以後は、第１方向Ｄ１に沿う自動走行と同じような処理を実行する。
すなわち、走行車体２が第三旋回処理によって向きを変更したのち、走行車体２が果樹列における第１方向Ｄ１一方側箇所を第２方向Ｄ２に沿って走行しているときに、果樹列の車体進行方向側端部に位置する端部側果樹の側方を通過するのに伴って、果樹列における第１方向Ｄ１他方側箇所に移動して第２方向Ｄ２に沿って走行するように略Ｕ字状に旋回させる第四旋回処理、及び、第１方向Ｄ１に離間する一対の果樹列の中間部を第２方向Ｄ２に沿って走行しているときに、果樹列の車体進行方向側端部に位置する端部側果樹の側方を通過するのに伴って、車体の向きが逆向きになるように方向転換させる第五旋回処理を実行する。

第四旋回処理及び第五旋回処理は、車体走行方向が第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２とで異なるが、それ以外は、第一旋回処理及び第二旋回処理と同じである。

図１に示すように、果樹園Ｐの外端縁に沿って固定状態で複数の支持体２１が設置されている。支持体２１は、例えば、柵やフェンス等の支柱等を兼ねる構成としてもよい。複数の支持体２１のうち、果樹園Ｐの四隅に位置する支持体２１にレーザ光を反射する被検知体としての反射体２２が備えられている。反射体２２は、照射光が入射した場合、その照射光の入射方向と同じ方向に光を反射するように構成されている。従って、どの角度からレーザ光を受けても、物体検出部に向けてレーザ光を反射するようになっている。

物体検出部１８が四隅のいずれかの反射体２２を検出することで、走行車体２が果樹園Ｐの端部に達したことを検知するように構成されている。反射体２２は四隅に位置する支持体２１に対して所定距離だけ走行方向手前側に位置する支持体２１にも備えられている。直進走行時に反射体を２回検出することで確実に果樹園Ｐの端部に至ったことを検知できる。この構成により、物体検出部１８の検出情報を用いて果樹園Ｐの外端部に近づいたことを的確に検出することができる。反射体２２は、支持体２１だけでなく、後述する作業開始位置に対応する果樹Ｋにも設けられている。

走行制御部１０２は、走行制御処理を実行して走行車体２を自動走行させているときに、障害物センサ１９が検知作動すると、障害物Ｇを回避するように走行車体２を走行させる障害物回避処理を実行する。

図８を参照して障害物回避処理について説明する。
所定の果樹列の右横側を目標走行経路に沿って走行しているときに、障害物センサ１９が検知作動すると、その時点で、走行車体２の走行を一時停止する。そして、物体検出部１８にて検出された２つの果樹Ｋの位置の情報と、物体検出部１８の検出結果とに基づいて、三角測量法により障害物の位置を判別して、その位置を保持部１０１に記憶保持しておく。その後、走行車体２を所定距離だけ後進させたのち、果樹列とは反対側に向けて障害物を避けながら迂回するように走行して目標走行経路に復帰させる。

〔制御内容〕
以下、制御装置１３による具体的な制御内容についてフローチャートに基づいて説明する。

ティーチング走行を行うときは、走行車体２を果樹園Ｐにおいて予め設定されている作業開始位置に位置させた状態で、送信機１４の手動操縦に基づいて、走行車体２を果樹園Ｐの外周部に沿うティーチング走行経路ＴＬ上を走行させる。制御装置１３は、ティーチング走行経路ＴＬに沿う走行車体２の走行中に、図１１に示すティーチング処理を実行する。このティーチング処理は、送信機１４に備えられた指令スイッチ（図示せず）の指令操作に基づいて行われる。

ティーチング処理について説明する。
物体検出部１８は、所定の範囲について物体の検出を開始する（ステップ＃１）。以後、物体検出部１８は、ティーチング処理が終了するまで継続して物体の検出を行う。走行車体２の周囲において、少なくとも２つの物体が検出されると（ステップ♯２）、その２つの物体を、目標物Ｏとして設定する（ステップ＃３）。尚、走行車体２が作業開始位置ＳＴに位置しているとき、物体検出部１８は作業開始位置ＳＴに対応する果樹Ｋに設けられた反射体２２を検出することで、開始位置にあることを認識することができる。

ここで、制御装置１３は、物体検出部１８により取得された当該物体検出部１８を基準とした物体が存在する方向を示す情報と、物体検出部１８から物体までの距離を示す情報とに基づき、走行車体２を基準とした座標系において目標物Ｏ１及び目標物Ｏ２の座標が演算される。この場合、図６の♯１０１，♯１０２に示すように、走行車体２の座標が（０，０）として設定されると、目標物Ｏ１の座標が（Ｘ１，Ｙ１）、目標物Ｏ２の座標が（Ｘ２，Ｙ２）として演算される。しかし、以降の処理を行い易くするために、走行車体２を基準とした座標系から基準線ＳＬをｙ軸とする座標系に座標変換が行われる。これにより、図６の♯１０３に示すように、目標物Ｏ１の座標（Ｘ１，Ｙ１）、及び目標物Ｏ２の座標（Ｘ２）が座標変換され、目標物Ｏ１の座標（０，ｙ１）、及び目標物Ｏ２の座標（０，ｙ２）となる。

次に、２つの目標物Ｏ１及び目標物Ｏ２を基準に基準線ＳＬを設定する（ステップ＃４）。この基準線ＳＬは、物体検出部１８により検出された目標物Ｏ１と目標物Ｏ２の中心位置を繋いだ線で設定される。このとき、外径推定処理により推定した目標物の外径の情報も加味される。

基準線ＳＬから走行車体２までの離間距離を演算にて求める（ステップ＃５）。また、果樹列の並び方向に沿う果樹Ｋ同士の間隔Ｌ１（又はＬ２）を三角測量法に基づいて演算にて求める（ステップ＃６）。さらに、物体検出部１８にて検出される果樹Ｋの本数をカウントして演算にて求める（ステップ＃７）。

物体検出部１８が反射体２２を検出することにより走行経路の終端部に至ったことが検出されると、上記したようにして求めた、離間距離、果樹Ｋ同士の間隔Ｌ１，Ｌ２、果樹Ｋの本数についてのデータを保持部１０１に記憶させて保持する（ステップ＃８、＃９）。ステップ＃１からステップ＃９までの処理を送信機１４により終了が指令されるまで繰り返し実行する（ステップ＃１０）。

次に、果樹列に沿って走行車体２を自動走行させる自動走行制御について説明する。
自動走行を行う場合には、無線操縦によって走行車体２を作業開始位置に移動して、草刈装置５を作動させて第１方向Ｄ１に向けて走行可能な状態でセットする。そして、自動入切スイッチ１７を自動モードに切り換えると、自動走行制御を実行する。

自動走行制御について説明する。
図１２に示すように、ティーチング処理の場合と同様な、物体検出部１８による物体の検出（ステップ＃１１）、２つの物体検出の判別（ステップ＃１２）、目標物の設定（ステップ＃１３）を実行し、さらに、２つの目標物Ｏの位置に基づいて基準線ＳＬを設定（ステップ＃１４）し、設定された基準線ＳＬから走行車体２までの距離を演算にて求め（ステップ＃１５）、さらに、現在走行中の走行経路における果樹Ｋの個数を計数する（ステップ＃１６）。次に、第１方向Ｄ１に沿う走行制御処理（ステップ＃１７）、及び、第２方向に沿う走行制御処理（ステップ＃１８）を実行する。第１方向Ｄ１に沿う走行制御処理及び第２方向に沿う走行制御処理については後で説明する。

第１方向Ｄ１に沿う走行制御処理について説明する。
図１３に示すように、第１方向Ｄ１に沿って走行車体２を走行させて、ステップ＃１４（図１２参照）にて求められた基準線ＳＬから走行車体２までの距離が目標範囲に収まるように自動操向処理を実行する（ステップ＃２１、＃２２）。目標範囲は、目標走行経路に対応する状態で設定された設定距離ｍに所定の許容範囲を持たせたもの（ｍ±α）である。従って、作業車１は目標走行経路に沿って移動走行しながら草刈作業を実行する。この自動操向処理において、走行車体２の向き変更操作を行うときは、第１車輪３Ａ及び第２車輪３Ｂのうち進行方向前部側に位置する車輪だけを揺動させて向きを変更する。目標操向経路に沿って走行車体２を走行させているときに、障害物センサ１９が検知作動すると、上述したような障害物回避処理を実行する。

計数している果樹Ｋの個数がティーチング処理によって設定されている本数に達したことにより、又は、果樹園Ｐ端部に位置する反射体２２を検知することにより、走行経路の終端に至ったことが判別されると、走行が終了した走行経路の数を計数するとともに、経路走行中に計数してきた果樹本数をリセットする（ステップ＃２３、＃２４、＃２５、＃２６）。

走行が終了した走行経路が、第１方向Ｄ１の複数の走行経路のうちの最終経路でなく、次回の目標走行経路が果樹列同士の間の中間領域における中央位置を越える場合でなく、しかも、果樹列に最も近い走行経路でないときは、スイッチバックにて隣接する目標走行経路に移動する（ステップ＃２７、＃２８、＃２９、＃３０）。

果樹列に近い走行経路を走行する場合には、検出対象である果樹列だけでなく、当該果樹列に隣接する果樹列についても物体検出を行い、隣接する果樹列についての情報も合せて検出しておくとよい。その検出結果に基づいて、隣接する果樹列についての基準線ＳＬを設定することができる。

ステップ＃１１〜ステップ＃２３を実行して、目標走行経路に沿って走行して経路終端に至ったことが判別されたときに、走行が終了した走行経路が、果樹列に最も近い走行経路であるときは、上述したような第一旋回処理を実行する（ステップ＃２９、＃３１）。すなわち、該当する果樹列の反対側の領域に移動するように、略Ｕ字状の経路で走行車体２を前進走行させながら旋回する。

この第一旋回処理において、旋回走行するときは、車体前後方向の一端側の第１車輪３Ａ及び他端側の第２車輪３Ｂの双方を逆方向にステアリング操作する。すなわち、図９に示すように、第１車輪３Ａ及び第２車輪３Ｂのうち進行方向前部側に位置するものを旋回方向側に向けて揺動し、進行方向後部側に位置するものを旋回方向とは反対側に向けて揺動させる。このように操作することで、旋回半径をできるだけ小さくして、端部の果樹Ｋの周囲の刈残しを少なくすることができる。

ステップ＃１１〜ステップ＃２３を実行して、目標走行経路に沿って自動操向処理を実行しながら走行して、経路終端に至ったことが判別されたときに、走行が終了した走行経路の次回の目標走行経路が果樹列同士の間の中間領域における中央位置を越える場合であるときは、上述したような第二旋回処理を実行する（ステップ＃２８、＃３２）。すなわち、車体を右方向に９０度旋回、所定距離だけ直進後進、再度、右方向に９０度旋回を行い、車体の向きが逆向きになるように方向転換させる。このように操作することで、物体検出部１８による検出の向きが反対方向になり、隣接する果樹列を検出対象に物体検出を行う状態になる。

ステップ＃１１〜ステップ＃２３を実行して、目標走行経路に沿って自動操向処理を実行しながら走行して、経路終端に至ったことが判別されたときに、走行が終了した走行経路が第１方向Ｄ１の複数の走行経路のうちの最終経路であるときは、上述したような第三旋回処理を実行する（ステップ＃２７、＃３３）。すなわち、第１方向Ｄ１に沿う走行状態から第２方向Ｄ２に沿う走行状態に車体の向きを切り換える。

そして、第三旋回処理が終了したのちは、図１４に示すような、第２方向Ｄ２に沿う走行制御処理を実行する（ステップ＃４１〜＃５２）。この第２方向Ｄ２に沿う走行制御処理は、車体の走行方向が異なる他は、第１方向Ｄ１に沿う走行制御処理と略同じである。第四旋回処理及び第五旋回処理は、走行方向が異なるが、夫々、第一旋回処理及び第二旋回処理と同じであるから、ここでは説明は省略する。第２方向Ｄ２に沿う走行制御処理において、第２方向Ｄ２の複数の走行経路のうちの最終経路を終了すると、自動走行制御が終了する。

〔別実施形態〕
（１）上記実施形態では、第一旋回処理を実行するとき第１車輪３Ａ及び第２車輪３Ｂの双方を逆方向に操向操作（ステアリング操作）する構成としたが、この構成に代えて、第１車輪３Ａ及び第２車輪３Ｂのうち走行前部側に位置する車輪だけを操向操作するものでもよい。

（２）上記実施形態では、第２方向Ｄ２に沿って走行車体２を自動走行させる際に、第１方向Ｄ１に沿う自動走行と同じように、第四旋回処理及び第五旋回処理を実行するようにしたが、このような旋回処理に代えて、第２方向Ｄ２に沿って走行車体２を自動走行させる際には、例えば、全ての旋回をスイッチバック走行で行ってもよく、走行制御の内容は変更して実施してもよい。

（３）上記実施形態では、目標物を設定する処理において、２つの果樹Ｋから２つの目標物Ｏを設定する構成としたが、この構成に代えて、３つ以上の果樹から３つ以上の目標物Ｏを設定する構成とすることも可能である。

（４）上記実施形態では、走行車体２が果樹列に沿って走行しているときに、物体検出部１８の検出情報に基づいて隣接する果樹列についての位置情報を求めるようにしたが、このような処理を行わないようにしてもよい。

（５）上記実施形態では、走行車体２を基準とした座標系から目標物Ｏを基準とした座標系に座標変換を行って、自動走行に係る演算処理を行う構成としたが、座標変換を行わずに自動走行に係る演算処理を行うことも可能である。

（６）上記実施形態では、作業車による作業対象となる作業用区画が、矩形状に区画された領域である場合を示したが、このような構成に代えて、例えば、外形が台形状に形成された領域や外形が略Ｌ字形に形成された領域等、矩形以外の形状であってもよい。

（７）上記実施形態では、作業車１が草の刈り取りを行いながら自動走行する構成としたが、作業車を例えば運搬車両として用いることも可能であるし、他の用途に用いることも可能である。

本発明は、例えば、果樹園等において用いられる草刈用の作業車等に適用できる。

２車体
３Ａ第１車輪
３Ｂ第２車輪
１８物体検出部
１０２走行制御部
Ｄ１第１方向
Ｄ２第２方向
Ｐ作業用区画

Claims

車体進行方向に対して横一側外方に向けて検出信号を送信し、前記検出信号に対する反射信号を取得して、前記予め設定された範囲に存在する物体を検出する物体検出部と、
前記物体検出部の検出結果に基づいて、第１方向及び前記第１方向と直交する第２方向の夫々に沿って間隔をあけて並ぶ状態で複数の位置固定の物体が存在する作業用区画内において、予め設定された目標走行経路に沿って物体列に沿う方向に車体を自動走行させる走行制御部とを備え、
前記走行制御部は、
前記車体が前記物体列における前記第２方向一方側箇所を前記第１方向に沿って物体列に最も近い目標走行経路を走行しているときに、前記物体列の車体進行方向側端部に位置する端部側物体の側方を通過すると、略Ｕ字状の経路で前進走行しながら前記車体の向きが逆向きになるように方向転換させて前記物体列における前記第２方向他方側箇所に移動して前記第１方向に沿う目標走行経路に沿って走行するように旋回走行させる第一旋回処理、及び、
前記第２方向に離間する一対の前記物体列の中間部における目標走行経路を前記第１方向に沿って走行しているときに、次回の目標走行経路が中間部の幅方向中央位置を越える場合には、前記物体列の車体進行方向側端部に位置する端部側物体の側方を通過すると、前記車体の向きが逆向きになるように方向転換させて前記次回の目標走行経路に沿って走行するように旋回走行させる第二旋回処理を実行する作業車。
車体進行方向に対して横一側外方に向けて検出信号を送信し、前記検出信号に対する反射信号を取得して、前記予め設定された範囲に存在する物体を検出する物体検出部と、
前記物体検出部の検出結果に基づいて、第１方向及び前記第１方向と直交する第２方向の夫々に沿って間隔をあけて並ぶ状態で複数の位置固定の物体が存在する作業用区画内において、物体列に沿う方向に車体を自動走行させる走行制御部とを備え、
前記走行制御部は、
前記車体が前記物体列における前記第２方向一方側箇所を前記第１方向に沿って走行しているときに、前記物体列の車体進行方向側端部に位置する端部側物体の側方を通過すると、前記物体列における前記第２方向他方側箇所に移動して前記第１方向に沿って走行するように旋回走行させる第一旋回処理、
前記第２方向に離間する一対の前記物体列の中間部を前記第１方向に沿って走行しているときに、前記物体列の車体進行方向側端部に位置する端部側物体の側方を通過すると、前記車体の向きが逆向きになるように方向転換させる第二旋回処理、
前記第１方向に沿う複数の走行経路のうち最後の走行経路において走行しているときに、前記物体列の車体進行方向側端部に位置する端部側物体の側方を通過するのに伴って、前記車体の向きが前記第２方向に沿う向きになるように旋回走行させる第三旋回処理、
前記車体が前記第三旋回処理によって向きを変更したのち、車体が前記物体列における前記第１方向一方側箇所を前記第２方向に沿って走行しているときに、前記物体列の車体進行方向側端部に位置する端部側物体の側方を通過するのに伴って、前記物体列における前記第１方向他方側箇所に移動して前記第２方向に沿って走行するように旋回走行させる第四旋回処理、及び、
前記第１方向に離間する一対の前記物体列の中間部を前記第２方向に沿って走行しているときに、前記物体列の車体進行方向側端部に位置する端部側物体の側方を通過するのに伴って、前記車体の向きが逆向きになるように方向転換させる第五旋回処理を実行する作業車。
車体進行方向に対して横一側外方に向けて検出信号を送信し、前記検出信号に対する反射信号を取得して、前記予め設定された範囲に存在する物体を検出する物体検出部と、
前記物体検出部の検出結果に基づいて、第１方向及び前記第１方向と直交する第２方向の夫々に沿って間隔をあけて並ぶ状態で複数の位置固定の物体が存在する作業用区画内において、物体列に沿う方向に車体を自動走行させる走行制御部とを備え、
前記走行制御部は、
前記車体が前記物体列における前記第２方向一方側箇所を前記第１方向に沿って走行しているときに、前記物体列の車体進行方向側端部に位置する端部側物体の側方を通過すると、前記物体列における前記第２方向他方側箇所に移動して前記第１方向に沿って走行するように旋回走行させる第一旋回処理、及び、
前記第２方向に離間する一対の前記物体列の中間部を前記第１方向に沿って走行しているときに、前記物体列の車体進行方向側端部に位置する端部側物体の側方を通過すると、前記車体の向きが逆向きになるように方向転換させる第二旋回処理を実行するように構成され、かつ、
前記車体が、前記物体列における前記第２方向一方側箇所、及び、前記第２方向に離間する一対の前記物体列の中間部以外の領域を前記第１方向に沿って走行するときは、前記物体列との間の離間距離が異なる複数の走行経路の夫々に沿って走行させ、且つ、１つの走行経路の終端位置に至ると、前記車体をスイッチバックさせて隣接する次の走行経路に進入するように走行させる作業車。
前記走行制御部は、
前記第一旋回処理を実行するときは、車体前後方向の一端側の第１車輪及び他端側の第２車輪の双方を逆方向にステアリング操作する請求項１から３のいずれか１項に記載の作業車。