JP6945689B2

JP6945689B2 - 作業車

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Publication number: JP6945689B2
Application number: JP2020106139A
Authority: JP
Inventors: 藤本　義知; 義知藤本; 荒木　浩之; 浩之荒木; 安久魚谷
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2018-02-28
Filing date: 2020-06-19
Publication date: 2021-10-06
Anticipated expiration: 2034-03-27
Also published as: JP2020162617A

Description

本発明は、本発明は、親作業車と、この親作業車による対地作業を倣いながら対地作業走行する無人操縦式の子作業車とを連係させる作業車協調システムにおける親作業車に関する。

親作業車の実際の走行位置に基づいて順次目標走行位置を決定し、その目標走行位置を目指して子作業車を操縦する車両制御システムが、特許文献１から知られている。この車両制御システムでは、親作業車に対して設定されたＸ（経度）方向とＹ（緯度）方向のオフセット量を維持するように子作業車を親作業車に追従させる制御モードや親作業車の走行軌跡を作業幅分だけ平行移動させることによって得られる走行経路を目標走行経路として子作業車を親作業車に追従させる制御モードなどが開示されている。ここでは、作業車の走行位置はＧＰＳ（全地球測位衛星システム）を用いて取得しているが、ＧＰＳによる走行位置情報に基づくトラクタの無人操縦制御技術は特許文献２に詳しく説明されている。

特許文献１による追従制御では、広大な作業地における作業を意図しており、畦等によって境界づけられた比較的狭い面積の田畑などの作業地を複雑な経路で走行することは意図されていない。そのような田畑などで行われる作業走行では、１８０°や９０°の方向転換だけでなく、減速、加速、停止、発進などの走行系操作を繰り返す必要がある。さらに作業走行の種類によっては、作業装置の駆動や駆動中断、作業装置の上昇や下降などの作業系操作の繰り返しも要求される。例えば、狭い圃場などにおける稲や麦の刈取り作業では、圃場の中央領域に対して直進作業走行とＵターンとを繰り返して走行する往復走行と、Ｕターン作業領域の周囲に規定される回り作業領域を回りながら作業する回り走行とに分けて行われる。このため、圃場は、予めＵターン作業領域と、回り作業領域とに区分けされ、それぞれにおいて、走行系操作や作業系操作が頻繁に行われる。しかしながら、このような単純でない作業走行の実現は、広大な作業地を一定の走行系操作と作業系操作で作業走行することを目的としている従来のシステムでは、困難である。

米国特許公報６,７３２,０２４号米国特許公報６,０５２,６４７号

本発明による、走行系操作や作業系操作が頻繁に行われる作業走行を、親作業車に倣って子作業車が行うことができる作業車協調システムが要望されている。

本発明の一実施形態に係る作業車は、無人操縦式の子作業車と協調して、作業機を用いた対地作業を行う親作業車であって、前記親作業車の位置である親位置を検出する親位置検出モジュールと前記子作業車の位置である子位置を検出する子位置検出モジュールと、前記親位置から前記親作業車の走行軌跡を算定する親走行軌跡算定部と、前記親作業車の走行軌跡から前記子作業車の目標走行位置を算定する子走行目標算定部と、前記親作業車によって実行された作業運転に関する親作業運転パラメータを前記作業運転が実行された時点での前記親位置にリンクさせて生成する親パラメータ生成部と、前記親作業運転パラメータに基づいて、前記子作業車において前記作業運転が実行されるように、前記作業運転が実行された前記親作業車の位置に対応する前記目標走行位置にリンクさせて、前記親作業運転パラメータに対応する子作業運転パラメータを生成する子パラメータ生成部と、前記目標走行位置及び前記子作業運転パラメータを前記子作業車に送信する通信モジュールと、を備え、前記子作業車は、前記子作業車の位置である子位置と前記目標走行位置と前記子作業運転パラメータに基づいて無人操縦され、前記子走行目標算定部は、切り返し走行の際の後進走行の際に、前記子作業車の轍が前記親作業車の作業幅に入り込まないという条件で、前記目標走行位置を算定する。

この構成によれば、親作業車で実行された作業運転に関する親作業運転パラメータが親作業車の位置とリンクさせて生成されるので、この親作業運転パラメータから、作業走行において、作業走行時に特定の操作が行われた親作業車の位置がわかる。言い換えると、特定の走行位置でどのような操作がおこなわれるのかを把握することができる。この親作業運転パラメータに基づいて、子作業車の対応する目標走行位置にリンクさせた子作業車のための子作業運転パラメータが生成される。その際、この子作業運転パラメータは、子作業車の目標走行位置において実行されるべき操作内容を示すデータとして生成される。したがって、作業運転パラメータと子位置と前記目標走行位置と子作業車とに基づいて子作業車が操縦されることで、子作業車が親作業車の作業運転に忠実に倣った作業運転が実現する。

走行しながら作業を行う作業車においては、作業の種類によっては、減速、加速、停止、発進などの走行に関する操作が重要となる場合、作業装置の駆動や駆動中断、作業装置の上昇や下降などの作業装置に関する操作が重要となる場合、その両方の場合が重要となる。このことから、本発明の好適な実施形態では、前記親作業運転パラメータ及び前記子作業運転パラメータには、変速装置と制動装置とを含む走行系に対する操作に関する走行制御パラメータ、または前記作業機に対する作業操作と非作業操作に関する作業制御パラメータ、あるいはその両方が含まれる。これによって、作業に適した作業車協調システムを提供することができる。

協調システムで利用される親作業車と子作業車が同じ仕様であれば、親作業車と子作業車とは、同じ操作をすれば同じ作業運転となる。しかしながら、異なった仕様の親作業車と子作業車とが利用される場合には、親作業車に対する操作と同じ操作を子作業車に与えて同じ結果がえられるとは限らない。このことから本発明の好適な実施形態の１つでは、前記子パラメータ生成部は、前記親作業車の仕様と前記子作業車の仕様とを記録した仕様記録部が備えられるとともに、前記親作業車の仕様と前記子作業車の仕様との違いに基づいて前記親作業運転パラメータを補正して前記子作業運転パラメータを生成するように構成される。

特に、親作業車と子作業車とで、同じ作業地を区分けして作業走行する場合では、作業地に対する作業残しをなくするためには、親作業車の対地作業幅と子作業車の対地作業幅を正確に考慮する必要がある。このため、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記子走行目標算定部は、前記親作業車の対地作業幅及び前記子作業車の対地作業幅と、前記親作業車の走行軌跡とから前記目標走行位置を算定し、前記子作業車は、前記目標走行位置を用いて前記親作業車の対地作業跡を追従するように無人操縦される。

また、さらに別の好適な実施形態では、前記親走行軌跡算定部と、前記子走行目標算定部と、前記子パラメータ生成部とが、別個のコントロールユニットに構築され、前記コントロールユニットと前記子作業車と前記親作業車とが相互にデータ伝送可能に接続されている。この構成では、作業車と別個に構成されるコントロールユニットに本発明を実現する主要な機能が構築されているので、親作業車及び子作業車の改造は少なくて済む。親作業車及び子作業車とコントロールユニットとをＷｉＦｉや電話回線などを利用してデータ伝送可能に接続すれば、作業車協調システムをクラウドシステムとして利用することが可能となる。
また、前記親作業車は有人操縦式であっても良い。

本発明の作業車協調システムにおける、親作業車と子作業車との間のデータの流れを説明する模式図である。作業車協調システムの実施形態において、作業車として適用された耕耘装置付きトラクタの側面図である。Ｕターン作業領域における作業走行とＵターン走行での親作業車及び子作業車の走行軌跡を示す模式図である。回り作業領域における作業走行とＵターン走行での親作業車及び子作業車の走行軌跡を示す模式図である。Ｕターン作業領域から回り作業走行領域に至る子作業車の親作業車に対する追従の基本原理を説明する模式図であり、（ａ）は、作業地全体での親作業者と子作業車の走行軌跡を示し、（ｂ）親作業車の切り返し走行と回り作業走行の走行軌跡を示し、（ｃ）は子作業車の切り返し走行と回り作業走行の走行軌跡を示す。作業車協調システムを構築する機能部を示す機能ブロック図である。直線状の作業走行における基本的な制御データの流れを示す模式図である。Ｕターン走行における基本的な制御データの流れを示す模式図である。切り返し走行における基本的な制御データの流れを示す模式図である。

本発明による作業車協調システムの具体的な実施形態を説明する前に、図１を用いて、親作業車を倣う子作業車の作業走行における基本的なデータの流れを説明する。この作業車協調システムでは、有人操縦式の親作業車１Ｐとこの親作業車１Ｐに倣って同じような対地作業を子作業車１Ｃが無人操縦で行う。

親作業車１Ｐが先行して、作業走行を開始すると、随時、ＧＰＳなどの測位機能を用いて親作業車１Ｐの現在位置である親位置が検出され、データ伝送可能にデータ化される（＃００１）。さらに、親作業車１Ｐの運転者が、ブレーキ操作やアクセル操作や変速操作などの走行系操作を行うと、その操作内容が運転パラメータとしてデータ伝送可能にデータ化される（＃００２）。また、親作業車１Ｐの運転者が、作業装置の動力伝達クラッチに対する入り切り操作や、作業装置の昇降による作業装置の作業状態と非作業状態への切り替え操作などの作業系操作を行うと、その操作内容が作業パラメータとしてデータ伝送可能にデータ化される（＃００３）。運転パラメータと作業パラメータとは、その操作時点での親位置とリンクされ、作業運転パラメータとして取り扱われる（＃００４）。

親作業車１Ｐに遅れて子作業車１Ｃが発車するが、子作業車１Ｃにおいても、随時、ＧＰＳなどの測位機能を用いて子作業車１Ｃの現在位置である子位置が検出され、データ伝送可能にデータ化される（＃００５）。

協調制御を管理しているコントロールユニットは、随時生成されて伝送されてくる親位置データに基づいて親作業車１Ｐの走行軌跡（親走行軌跡）を算定する。この親走行軌跡に倣うように子作業車１Ｃを走行させるために、子作業車１Ｃから伝送されてきた子位置データと親走行軌跡とから子作業車１Ｃを無人追従走行させるための目標走行位置が算定される。算定された目標走行位置は子作業車１Ｃに送られる。

コントロールユニットに送られてきた作業運転パラメータに運転パラメータが含まれていると、この運転パラメータに規定されている、親作業車１Ｐで実行された走行系操作と同等な子作業車１Ｃにおける操作内容が、予め登録されている親作業車仕様と子作業車仕様とに基づいて作成された変換テーブルを用いて、導出される。導出された走行系操作内容は、その操作が行われるべき子作業車１Ｃの位置である目標走行位置とリンクされる（＃００８）。同様に、コントロールユニットに送られてきた作業運転パラメータに作業パラメータが含まれていると、この作業パラメータに規定されている、親作業車１Ｐで実行された作業系操作と同等な子作業車１Ｃにおける操作内容が、上記の変換テーブルを用いて、導出される。導出された作業系操作内容は、その操作が行われるべき子作業車１Ｃの位置である目標走行位置とリンクされる（＃００９）。目標走行位置とリンクされた走行系操作内容及び作業系操作内容は、子作業車１Ｃのための作業運転パラメータとして子作業車１Ｃで利用可能なようにデータ化され、子作業車１Ｃに伝送される（＃０１０）。

子作業車１Ｃでは、コントロールユニットから受け取った目標走行位置に基づいて、この目標走行位置に、検出された子位置が一致するように操向制御される（＃０１１）。また、コントロールユニットから受け取った作業運転パラメータに、検出された現状の子作業車１Ｃの走行位置（子位置）で操作すべき作業パラメータが含まれておれば、その運転パラメータに基づいて走行系の操作が実行され、作業パラメータが含まれておれば、その作業パラメータに基づいて、作業系の操作が実行される（＃０１２）。

次に、本発明の作業車協調システムの具体的な実施形態の１つを説明する。この実施形態では、作業車は、図２で示されているように、畦によって境界づけられた田畑を耕耘する耕耘装置５を対地作業装置として装備したトラクタである。耕耘装置５は車体３の後部に油圧式の昇降機構４を介して装備されている。耕耘装置５を下降させることで耕耘作業が行われ、耕耘装置５を上昇させることで耕耘作業が中断する。前輪２ａと後輪２ｂとによって支持された車体３の前部にエンジン２１が、車体３の中央部に変速装置２２が搭載されている。変速装置２２の上方には、操向操作、エンジン操作、変速操作などの走行系操作を行う操作具、昇降機構４の昇降操作などの作業系操作を行う操作具が配置された操縦部３０が形成されている。この実施形態では、親作業車１Ｐとしての親トラクタ１Ｐと、子作業車１Ｃとしての子トラクタ１Ｃとは、実質的に同形であり、親トラクタ１Ｐは運転者によって操縦され、子トラクタ１Ｃは無人操縦される。

図３及び図４で示された対地作業地は、外周囲を畦によって境界づけられ圃場である。簡略化して示されているが、この圃場は、直進作業走行とＵターンとを繰り返して作業が実施される長方形状のＵターン作業領域Ａと、このＵターン作業領域Ａの周囲に規定される四角形環状の回り作業領域Ｂとに区分けされている。この作業地区分けは、圃場作業において一般的に行われているもので、回り作業領域Ｂは枕地作業とも呼ばれる。この例では、対地作業としてトラクタによる耕耘作業を例としており、Ｕターン作業領域Ａに対する作業を最初に行い、その後に回り作業領域Ｂに対する作業を行う。なお、回り作業領域Ｂは、Ｕターン作業領域Ａに対する耕耘作業時の非作業Ｕターン走行のための領域としても利用される。Ｕターン作業領域Ａの作業から回り作業領域Ｂの作業に移行する際には、回り作業領域Ｂにおける効率的な回り作業を行うために、Ｕターン作業領域Ａの作業終了点から、回り作業領域Ｂにおける作業出発点への切り返し走行が行われる。

まずは、図３を用いて、Ｕターン作業領域Ａでの親トラクタ１Ｐと子トラクタ１Ｃとの協調走行を説明する。Ｕターン作業領域Ａでは、直進作業走行とＵターンとを繰り返しながら耕耘作業が実施される。なお、通常、Ｕターン作業領域Ａは圃場の中央に位置するので、Ｕターン作業領域Ａを簡単に中央領域Ａとも呼び、回り作業領域Ｂは圃場の周辺近くに位置するので、回り作業領域Ｂを簡単に周辺領域Ｂとも呼ぶ。

耕耘装置５を下降させた作業状態で親トラクタ１Ｐによる中央領域Ａの作業走行（実質的には直線走行）が開始される。所定時間遅れて、耕耘装置５を下降させた作業状態で子トラクタ１Ｃによる追従作業走行が開始される。これにより、親トラクタ１Ｐの作業幅と子トラクタ１Ｃの作業幅とによる協調的な耕耘作業が行われていく。その際、親トラクタ１Ｐと子トラクタ１Ｃとの走行横断方向の位置ずれ量は、理想的には（親作業幅＋子作業幅）／２であるが、追従誤差による作業残しを避けるために、例えば数十ｃｍ程度のオーバーラップが設定されている。図３に示されているように、親トラクタ１Ｐが中央領域Ａから周辺領域Ｂに到達すると、耕耘装置５が上昇させられ、親トラクタ１ＰのＵターン走行が開始される。その時点の親トラクタ１Ｐの位置が、親Ｕターン開始点Ｐ１として記録される。親トラクタ１ＰがＵターン走行し、中央領域Ａに再び進入すると、耕耘装置５が下降させられ、親トラクタ１Ｐの作業走行が再開される。その時点の親トラクタ１Ｐの位置が、親Ｕターン終了点Ｐ２として記録される。親Ｕターン開始点Ｐ１及び親Ｕターン終了点Ｐ２が記録されると、子トラクタ１Ｃの子Ｕターン開始点Ｑ１及び子Ｕターン終了点Ｑ２が算定される。対応する図示された周辺領域Ｂでは、子Ｕターン開始点Ｑ１は、親トラクタ１Ｐと子トラクタ１Ｃの横方向の間隔及びオーバーラップ量を考慮して、親Ｕターン開始点Ｐ１からずらせた位置となる。子Ｕターン終了点Ｑ２は、親Ｕターン終了点Ｐ２と子Ｕターン開始点Ｑ１との間の位置となり、例えば図３の例では中間位置としている。なお、図示されていないが、反対側でＵターンを行うときには、親Ｕターン開始点Ｐ１及び親Ｕターン終了点Ｐ２と子Ｕターン開始点Ｑ１及び子Ｕターン終了点Ｑ２との位置関係はちょうど逆となり、子Ｕターン終了点Ｑ２は親Ｕターン終了点Ｐ２よりさらに外側の位置で、親トラクタ１Ｐと子トラクタ１Ｃの耕耘幅及びそのオーバーラップ量から求められる。

子Ｕターン開始点Ｑ１及び子Ｕターン終了点Ｑ２が算定されると子Ｕターン開始点Ｑ１から子Ｕターン終了点Ｑ２に至る子Ｕターン走行経路が算定される。さらに、子Ｕターン終了点Ｑ２の手前で、子トラクタ１Ｃがほぼ作業走行の方向姿勢に達する位置を追従開始点Ｑｓとして算定する。つまり、この追従開始点Ｑｓは、ここから親トラクタ１Ｐへの追従を開始することにより、子Ｕターン終了点Ｑ２から始まる子トラクタ１Ｃの作業走行軌跡が親トラクタ１Ｐの作業走行軌跡に正確に対応することができる位置である。

子トラクタ１Ｃが子Ｕターン開始点Ｑ１に達すると、耕耘装置５が上昇させられ、非作業状態での子トラクタ１ＣのＵターン走行が開始される。子トラクタ１ＣのＵターン走行においては、子トラクタ１Ｃが追従開始点Ｑｓに到達するかどうかがチェックされる。子トラクタ１Ｃが追従開始点Ｑｓに到達すると、子トラクタ１ＣのＵターン走行が終了し、耕耘装置５が上昇させられ、作業状態での子トラクタ１Ｃの追従走行、つまり作業走行が再開される。このような中央領域Ａでの作業走行（実質的には直線走行）と、周辺領域Ｂでの非作業走行（Ｕターン走行）との繰り返しで、中央領域Ａに対する耕耘作業を完了する。

次に、図４を用いて、回り作業領域Ｂでの親トラクタ１Ｐと子トラクタ１Ｃとの協調走行を説明する。なお、図４では、親トラクタ１Ｐの走行軌跡は黒太線で示され、子トラクタ１Ｃの走行軌跡は白太線で示されて、さらに、切り返し走行軌跡は点線描画で区別されている。また、図４では、親トラクタ１Ｐ及び子トラクタ１Ｃの対地作業幅はそれぞれＷＰとＷｃで示されている。
まず、親トラクタ１Ｐは、非作業状態（耕耘装置５を上昇）で、中央領域（Ｕターン作業領域Ａ）の作業終了点である切り返し走行開始点Ｐｐ１から出発して、圃場の１つのコーナ領域に設定された回り作業開始点（切り返し走行完了点Ｐｐ３）にトラクタ後端を向き合わせるように前進旋回走行する。トラクタ後端が回り作業開始点（切り返し走行完了点Ｐｐ３）に向き合った切り返し点Ｐｐ２で停止し、次に回り作業開始点（切り返し走行完了点Ｐｐ３）に達するまで後進走行し、切り返し走行を完了する。切り返し走行を完了すると、親トラクタ１Ｐは、作業状態（耕耘装置５を下降）で、周辺領域（回り作業領域Ｂ）を前進走行する。この回り作業走行は実質的には直線状の走行軌跡となるように行われる。

上述した親トラクタ１Ｐの走行軌跡から親トラクタ１Ｐが切り返し走行を実施したことが検知されると、当該走行軌跡と、親トラクタ１Ｐ及び子トラクタ１Ｃの対地作業幅（以下単に作業幅と略称する）とから子トラクタ１Ｃの切り返し走行開始点Ｐｃ１と切り返し走行完了点Ｐｃ３とが算定される。切り返し走行開始点Ｐｃ１と切り返し走行完了点Ｐｃ３とが算定されると、親トラクタ１Ｐの切り返し走行と同じ方向での旋回前進走行の停止点Ｐｃ２（切り返し点）も算定され、この停止点Ｐｃ２まで子トラクタ１Ｃを、非作業状態で旋回前進走行させる。その際、子トラクタ１Ｃの旋回前進走行は、回り作業走行を行っている親トラクタ１Ｐとの干渉が避けられるまで、禁止される。子トラクタ１Ｃの旋回前進走行の停止点Ｐｃ２から切り返し走行完了点Ｐｃ３までの後進走行における目標走行位置は、子トラクタ１Ｃの轍が親トラクタ１Ｐの回り作業幅に入り込まないという条件下で、親トラクタ１Ｐの切り返し後進走行の走行軌跡とは無関係に算定される。切り返し走行完了点Ｐｃ３である回り作業走行開始点からの回り作業走行における走行目標位置は、親トラクタ１Ｐの作業幅及び子トラクタ１Ｃの作業幅と、親トラクタ１Ｐの回り作業走行軌跡とから、互いの作業幅の所定のオーバーラップを維持する条件下で算定される。切り返し走行完了点Ｐｃ３である回り作業走行開始点から出発する回り作業走行に先立って耕耘装置５が下降される。回り作業走行における走行目標位置が算定されていくので、この走行目標位置に基づいて、子トラクタ１Ｃの回り作業走行が、耕耘装置５を下降させた作業状態で実行される。以上のような、前進と後進とによる切り返し走行と、直線状の前進による回り作業走行との繰り返しで、回り作業領域Ｂの耕耘作業が完了する。

図５で示すように、この実施形態では、作業車協調システムを構築するための電子コントロールユニットが、親トラクタ１Ｐに装備される親機コントロールユニット６と子トラクタ１Ｃに装備される子機コントロールユニット７とに分割されている。親機コントロールユニット６と子機コントロールユニット７とは、互いに無線方式でデータ伝送できるように、それぞれ通信モジュール６０と７０を備えている。

親機コントロールユニット６は、さらに、親位置検出モジュール６１、親走行軌跡算定部６２、Ｕターン作業領域走行制御モジュール６３、回り作業領域走行制御モジュール６４、子走行目標算定部６５、作業運転パラメータ管理モジュール８などの機能部を備えている。これらの機能部は、ハードウエアとの連携動作を行うこともあるが、実質的にはコンピュータプログラムの起動によって実現する。

親位置検出モジュール６１は、ＧＰＳを利用して、自身の位置つまり親トラクタ１Ｐの位置を検出する。親走行軌跡算定部６２は、親位置検出モジュール６１で検出された位置から親トラクタ１Ｐの走行軌跡を算定して記録する。

Ｕターン作業領域走行制御モジュール６３は、Ｕターン作業領域Ａにおける走行を制御する制御モジュールである。Ｕターン作業領域走行制御モジュール６３は、次の機能を有する：
（１）圃場における回り作業領域Ｂの割り当てを示すために、Ｕターン作業領域Ａの外形を特定する位置座標を記録するが、この記録は必須ではなく、省略してもよい。
（２）Ｕターン作業領域Ａにおける親トラクタ１Ｐ及び子トラクタ１Ｃの作業状態での実質的に直線状の往路走行と復路走行との間で必要となる、非作業状態でのＵターンを行う領域でもある回り作業領域ＢでのＵターンを検知する。
（３）親トラクタ１Ｐの耕耘幅及び子トラクタ１Ｃの耕耘幅と、親トラクタ１Ｐの作業走行軌跡と、子トラクタ１Ｃの位置とに基づいて、互いの耕耘幅のオーバーラップも考慮して、Ｕターン作業領域Ａにおける子トラクタ１Ｃの目標走行経路を算定する。Ｕターン作業領域Ａにおける子トラクタ１Ｃの目標走行経路には、子トラクタ１ＣのＵターン作業領域Ａにおける直線状往復走行経路と、子トラクタ１Ｃの回り作業領域ＢにおけるＵターン走行経路を所定のＵターン走行経路演算アルゴリズムに基づいて算定するＵターン走行経路が含まれている。

回り作業領域走行制御モジュール６４は、回り作業領域Ｂにおける走行を制御する制御モジュールである。回り作業領域走行制御モジュール６４は次の機能を有する：
（１）親トラクタ１Ｐ及び子トラクタ１Ｃの回り作業領域Ｂにおける、前進と後進とからなる切り返し走行と回り作業走行とを含む回り走行を検知する。当該検知のために、Ｕターン作業領域Ａの外形を特定する位置座標及び作業対象となっている圃場の外形を特定する位置座標が利用される。
（２）親トラクタ１Ｐの作業幅及び子トラクタ１Ｃの作業幅と、親トラクタ１Ｐの切り返し走行における切り返し走行開始点Ｐｐ１と切り返し走行完了点Ｐｐ３とを含む切り返し走行軌跡とから、子トラクタ１Ｃの切り返し走行開始点Ｐｃ１と切り返し走行完了点Ｐｃ３とを含む切り返し走行における目標走行軌跡を算定する。
（３）親トラクタ１Ｐの作業幅及び子トラクタ１Ｃの作業幅と、親トラクタ１Ｐの回り作業走行軌跡とから、切り返し走行完了点Ｐｃ３から次の切り返し走行開始点Ｐｃ１までの子トラクタ１Ｃの回り作業走行における目標走行経路を算定する。

子走行目標算定部６５は、Ｕターン作業領域走行制御モジュール６３及び回り作業領域走行制御モジュール６４と協働して、親トラクタ１Ｐの走行軌跡から子トラクタ１Ｃの目標走行位置を算定する。子走行目標算定部６５は、算定した子トラクタ１Ｃの目標走行位置を、通信モジュール６０を介して子機コントロールユニット７に送信する。

作業運転パラメータ管理モジュール８は、図１を用いて説明した、親トラクタ１Ｐと子トラクタ１Ｃとの間の走行系操作及び作業系操作に関するパラメータの転送を実現する。このため、作業運転パラメータ管理モジュール８は、親パラメータ生成部８１と、子パラメータ生成部８２と、パラメータ変換部８３とを備えている。親パラメータ生成部８１は、親トラクタ１Ｐによって実行された作業運転に関する親作業運転パラメータを、親位置検出モジュール６１によって検出された親位置にリンクさせて生成する。子パラメータ生成部８２は、親作業運転パラメータに基づいて、子トラクタ１Ｃの対応する目標走行位置にリンクさせた子作業運転パラメータを生成する。なお、親トラクタ１Ｐと子トラクタ１Ｃとの仕様が全く同じであれば、親作業運転パラメータをそのまま子作業運転パラメータとして適用することができる。しかし、互いの仕様が異なる場合には、親トラクタ１Ｐと子トラクタ１Ｃとの仕様が登録され、親トラクタ１Ｐの操作内容に適応する他方の子トラクタ１Ｃの操作内容が関係付けられているパラメータ変換部８３によって、パラメータ変換が行われる。

生成された作業運転パラメータは、子走行目標算定部６５で算定された目標位置にリンクされた形態ないしはリンク可能な形態で、通信モジュール６０を介して子機コントロールユニット７に送信される。

子機コントロールユニット７は、通信ジュール７０と、子位置検出モジュール７１と、操縦制御部７２とを備えている。子位置検出モジュール７１は、親位置検出モジュール６１と同様に、ＧＰＳを利用して自身の位置つまり子トラクタ１Ｃの位置を検出する。得られた子トラクタ１Ｃの位置データは、親機コントロールユニット６側での子トラクタ１Ｃの位置確認のために、通信ジュール７０を介して親機コントロールユニット６に送信される。操縦制御部７２は、親機コントロールユニット６から無線送信されてきた走行目標位置に基づいて、子トラクタ１Ｃの前輪２ａの操向や後輪２ｂの駆動を制御して、子トラクタ１Ｃを順次設定される目標走行位置に無人操縦する。さらに、操縦制御部７２は、作業運転パラメータがリンクしている走行目標位置に子トラクタ１Ｃが到達した時点で、当該作業運転パラメータに含まれている、走行系操作や作業系操作を実行して、子トラクタ１Ｃの走行速度の変更や、昇降機構４による耕耘装置５の昇降制御を行う。

次に、図６、図７、図８を用いて、有人操縦の親トラクタ１Ｐと無人操縦の子トラクタ１Ｃとの間の協調制御における基本的な制御データの流れを説明する。図６は、実質的に直線状の走行軌跡を残す作業走行のための協調制御における制御データの流れを模式的に示している。図７は、Ｕターン走行のための協調制御における制御データの流れを模式的に示している。図８は、切り返し走行のための協調制御におけるデータの流れを模式的に示している。

図６に示すように、直線状の走行軌跡を残す作業走行における協調制御では、所定のサンプリング周期で生成された親トラクタ１Ｐの実際の走行位置を示す親トラクタ位置（親位置）から親トラクタ走行軌跡（親走行軌跡）が算定される（＃ａ）。算定された親トラクタ走行軌跡と各時点での、子トラクタ１Ｃの実際の走行位置を示す子トラクタ位置（子位置）とを用い、さらに親作業車作業幅と子作業車作業幅と双方の作業幅のオーバーラップ量とを考慮して、子トラクタ１Ｃのための作業走行目標位置が算定される（＃ｂ）。この算定された作業走行目標位置データが操縦制御目標値となって、子トラクタ１Ｃは親トラクタ１Ｐと共同して幅広の対地作業を行うべく無人操縦される（＃ｃ）。

親トラクタ１Ｐの作業走行中に運転者によって走行系操作や作業系操作が行われた際には、その親トラクタ１Ｐにおける操作内容を示す作業運転パラメータ（親パラメータ）が生成され、その操作時の親位置とリンクされる（＃ｄ）。親位置とリンクされた作業運転パラメータは、パラメータ変換部８３のパラメータ変換テーブルを用いて、子トラクタ１Ｃに適した作業運転パラメータ（子パラメータ）に変換される（＃ｅ）。変換された子パラメータは、対応する作業目標走行位置とリンクされる（＃ｆ）。この子パラメータに基づく操作を行うべき走行位置に子トラクタ１Ｃが達すると、操作のための制御命令に変換され（＃ｇ）、この制御命令によって走行系操作機器や作業系操作機器が制御される。これにより親トラクタ１Ｐに倣った子トラクタ１Ｃの実質的に直線状の作業走行が実現する。

図７に示すように、往復作業走行時の方向転換であるＵターン走行における協調制御では、親位置に関連付けられた、親トラクタ１ＰにおけるＵターン開始操作及びＵターン終了操作とから、親トラクタ１Ｐの親Ｕターン開始点Ｐ１と親Ｕターン終了点Ｐ２が算定される（＃ａ１）。さらに、親Ｕターン開始点Ｐ１と親Ｕターン終了点Ｐ２とその間の走行における親位置とからこの親トラクタ１ＰのＵターン走行軌跡（親Ｕターン走行軌跡）が算定される（＃ａ２）。さらに、親Ｕターン相応軌跡に親作業幅と子作業幅と双方のオーバーラップ量とを考慮して、子トラクタ１ＣのためのＵターン走行目標位置が算定される（＃ｂ）。この算定された子Ｕターン走行目標位置が操縦制御目標値となって、子トラクタ１ＣはＵターン走行を行うべく無人操縦される（＃ｃ）。

なお、このＵターン走行においても、親トラクタ１ＰのＵターン走行中に、運転者によって走行系操作や作業系操作が行われた際には、その操作内容を示す作業運転パラメータ（親パラメータ）が生成され、当該操作時の親位置とリンクされる（＃ｄ）。親位置とリンクされた作業運転パラメータは、子トラクタ１Ｃに適した作業運転パラメータ（子パラメータ）に変換される（＃ｅ）。変換された子パラメータは、対応するＵターン目標走行位置とリンクされる（＃ｆ）。この子パラメータに基づく操作を行うべき走行位置に子トラクタ１Ｃが達すると、操作のための制御命令に変換され（＃ｇ）、この制御命令によって走行系操作機器や作業系操作機器が制御される。これにより親トラクタ１Ｐに倣った子トラクタ１ＣのＵターン走行が実現する。

図８に示すように、回り作業領域Ｂにおける切り返し走行における協調制御では、親位置に関連付けられた、親トラクタ１Ｐにおける切り返し開始操作及び切り返しのための停止操作及び切り返し完了操作とから、親トラクタ１Ｐの切り返し走行開始点Ｐｐ１、切り返し点Ｐｐ２（前後進切替り点）、切り返し走行完了点Ｐｐ３が算定される（＃ａ１）。さらに、切り返し走行開始点Ｐｐ１、切り返し点Ｐｐ２、切り返し走行完了点Ｐｐ３及びその間の走行における親位置とからこの親トラクタ１Ｐの切り返し走行軌跡（親切り返し走行軌跡）が算定される（＃ａ２）。さらに、親切り返し走行軌跡に親作業車作業幅と子作業車作業幅と双方のオーバーラップ量とを考慮して、子トラクタ１Ｃのための切り返し走行目標位置が算定される（＃ｂ）。この算定された子切り返し走行目標位置が操縦制御目標値となって、子トラクタ１Ｃは切り返し走行を行うべく無人操縦される（＃ｃ）。なお、図８では、切り返し走行開始点は単に切り返し開始点と、切り返し走行完了点は単に切り返し完了点と記されている。

この切り返し走行においても、先のＵターン走行と同様に、親トラクタ１Ｐの切り返し走行中に運転者によって走行系操作や作業系操作が行われた際には、その操作内容を示す作業運転パラメータ（親パラメータ）が生成され、当該操作時の親位置とリンクされる（＃ｄ）。親位置とリンクされた作業運転パラメータは、子トラクタ１Ｃに適した作業運転パラメータ（子パラメータ）に変換され（＃ｅ）、変換された子パラメータは、対応する作業目標走行位置とリンクされる（＃ｆ）。この子パラメータに基づく操作を行うべき走行位置に子トラクタ１Ｃが達すると、操作のための制御命令に変換され（＃ｇ）、この制御命令によって走行系操作機器や作業系操作機器が制御される。これにより親トラクタ１Ｐに倣った子トラクタ１Ｃの切り返し走行が実現する。

〔別実施の形態〕
（１）上述した実施形態では、子トラクタ１Ｃは一台であったが、類似する制御方法で複数台の子トラクタ１Ｃにも本発明を適用することは可能である。その際、子トラクタ１Ｃが２台とすれば、２つの追従制御方法が可能である。その１つでは、第１の子トラクタ１Ｃは、親トラクタ１Ｐの軌跡に基づいて親トラクタ１Ｐの作業幅を考慮して追従制御され、第２の子トラクタ１Ｃは、親トラクタ１Ｐの軌跡に基づいて、第１の子トラクタ１Ｃの作業幅も考慮して追従制御される。他の１つでは、第１の子トラクタ１Ｃは、親トラクタ１Ｐの軌跡に基づいて追従制御され、第２の子トラクタ１Ｃは、第１の子トラクタ１Ｃを親トラクタ１Ｐとして追従制御される。つまり、子トラクタ１Ｃが複数台ある場合には、先行する子トラクタ１Ｃを、親トラクタ１Ｐとする追従制御も可能である。
（２）上述した実施の形態では、親トラクタ１Ｐは有人操縦式であったが、この親トラクタ１Ｐも、プログラム制御方式やリモコン制御方式を採用して、無人運転することも可能である。本発明は、親トラクタ１Ｐ、つまり親作業車も無人運転される形態も対象としている。さらには、本発明は、親トラクタ１Ｐと子トラクタ１Ｃの両者が有人であってもよい。例えば、親トラクタ１Ｐの運転は熟練者が行い、子トラクタ１Ｃの運転は非熟練者が行い、子トラクタ１Ｃの走行系操作及び作業系操作の一部分が親トラクタ１Ｐで生成された作業運転パラメータ基づいて実行されるようにすれば、非熟練者の負担が軽減される。
（３）上述した実施形態では、作業車として耕耘装置５を搭載したトラクタを取り上げたが、耕耘装置５に代えて散布装置や施肥装置など他の作業装置を搭載しても、本発明の特徴を有効に利用することができる。さらにはその他の作業車、例えばコンバイン、田植機、芝刈機、除草機、ブルドーザなどの土木建設機械などにも本発明は適用可能である。また、親作業車と子作業車は同機種でなくてもよい、例えばコンバインと搬送トラックなどの組み合わせでもよい。

本発明は、複数の作業車が協調して作業走行する制御システムに適用可能である。

１Ｐ：親作業車（親トラクタ）
１Ｃ：子作業車（子トラクタ）
６１：親位置検出モジュール
６２：親走行軌跡算定部
６３：Ｕターン制御モジュール
６４：回り走行制御モジュール
６５：走行目標算定部
７：子機コントロールユニット
７０：通信ジュール
７１：子位置検出モジュール
７２：操縦制御部
８：作業運転パラメータ管理モジュール
８１：親パラメータ生成部
８２：子パラメータ生成部
８３：パラメータ変換部

Claims

無人操縦式の子作業車と協調して、作業機を用いた対地作業を行う親作業車であって、
前記親作業車の位置である親位置を検出する親位置検出モジュールと、
前記親位置から前記親作業車の走行軌跡を算定する親走行軌跡算定部と、
前記親作業車の走行軌跡から前記子作業車の目標走行位置を算定する子走行目標算定部と、
前記親作業車によって実行された作業運転に関する親作業運転パラメータを前記作業運転が実行された時点での前記親位置にリンクさせて生成する親パラメータ生成部と、
前記親作業運転パラメータに基づいて、前記子作業車において前記作業運転が実行されるように、前記作業運転が実行された前記親作業車の位置に対応する前記目標走行位置にリンクさせて、前記親作業運転パラメータに対応する子作業運転パラメータを生成する子パラメータ生成部と、
前記目標走行位置及び前記子作業運転パラメータを前記子作業車に送信する通信モジュールと、を備え、
前記子作業車は、前記子作業車の位置である子位置と前記目標走行位置と前記子作業運転パラメータに基づいて無人操縦され、
前記子走行目標算定部は、切り返し走行の際の後進走行の際に、前記子作業車の轍が前記親作業車の作業幅に入り込まないという条件で、前記目標走行位置を算定する作業車。
前記親作業運転パラメータ及び前記子作業運転パラメータには、変速装置と制動装置とを含む走行系に対する操作に関する走行制御パラメータ、または前記作業機に対する作業操作と非作業操作に関する作業制御パラメータ、あるいはその両方が含まれている請求項１に記載の作業車。
前記子パラメータ生成部は、前記親作業車の仕様と前記子作業車の仕様とを記録した仕様記録部を備えるとともに、前記親作業車の仕様と前記子作業車の仕様との違いに基づいて前記親作業運転パラメータを補正して前記子作業運転パラメータを生成する請求項１または２に記載の作業車。
前記子走行目標算定部は、前記親作業車の対地作業幅及び前記子作業車の対地作業幅と、前記親作業車の走行軌跡とから前記目標走行位置を算定し、前記子作業車は、前記目標走行位置を用いて前記親作業車の対地作業跡を追従するように無人操縦される請求項１から３のいずれか一項に記載の作業車。
前記親走行軌跡算定部と、前記子走行目標算定部と、前記子パラメータ生成部とが、別個のコントロールユニットに構築され、
前記コントロールユニットと前記子作業車と前記親作業車とが相互にデータ伝送可能に接続されている請求項１から４のいずれか一項に記載の作業車。
前記親作業車は有人操縦式である請求項１から５のいずれか一項に記載の作業車。