JP7387544B2 - 農作業車のための自動操舵管理システム - Google Patents

Description

本発明は、農作業車のための自動操舵管理システムに関する。

特許文献１には、１つの圃場に投入された複数の自動走行可能な農作業車を管理する作業車自動走行システムが開示されている。この作業車自動走行システムでは、例えば、データ通信可能な第１農作業車と第２農作業車とは作業走行状態の交換を行う。それぞれの農作業車は、予め生成された走行経路要素群から自動走行の走行目標となる走行経路要素を選択する経路要素選択部を備えている。経路要素選択部は、双方の作業走行状態と双方の機体位置とを考慮して次走行経路要素を選択する。これにより、第１農作業車と第２農作業車とは、互いの衝突を回避しながら、収穫作業を協調的に行う。さらに、この第１農作業車と第２農作業車とは、装備している車両走行機器群や作業装置機器群の設定パラメータを相互交換することができ、相手車のパラメータに基づいて自車のパラメータの調整が可能である。

特許文献２による自動走行可能な収穫機は、手動による周囲刈り走行によって形成された多角形形状の未作業領域の一辺を基準辺とし、この基準辺を内側に作業幅(オーバラップを含める)の１／２だけ平行に移動して得られる線を初期基準線として算出する。未作業領域に対する作業は、初期基準線を目標走行経路とする自動操舵での直進走行と手動操舵でのＵターン旋回走行とを繰り返す往復走行パターンで行われる。自動操舵での直進走行のための目標経路は、初期基準線を内側に作業幅だけ平行移動することで算出される。

田植機や収穫機は、圃場を外周領域とその内側に位置する中央領域とに分けて、農作業を行う。その際、特許文献３による自動走行可能な田植機では、苗植付け作業の前に、外周領域で手動による直線状のティーチング走行が行われる。ティーチング走行によって得られたティーチング経路に沿う方向が目標方位（基準方位）として設定される。自動操舵では、目標方位と目標走行経路とが用いられる。苗植付け作業は、中央領域から自動操舵で行われる。最初の目標走行経路に沿って自動操舵で直進しながら苗植付け作業が行われ、畔際付近で行われる旋回走行で機体の方向転換が行われ、再び基準方位と次の目標走行経路とを用いた自動操舵での苗植付け作業が行われる。このような直進走行と旋回走行とが繰り返されることで、中央領域に対する苗植付け作業が終了すると、外周領域に対する苗植付け作業が行われ、外周領域に対する苗植付け作業の終了後に、田植機は、圃場外に出る。

特開２０１８ー９９０４３号公報（段落番号００８０から段落番号０１０７） 特開２０２０ー０２２３９７号公報（段落番号００５３から段落番号００５６７） 特開２０１７ー１２３８０４号公報

特許文献２や特許文献３による作業車では、同じ圃場で少なくとも１台の作業車が、ほぼ同時に、または時間的（季節的）に間隔を開けて、同じ初期基準線又は基準方位を用いて自動作業走行を行うことは考慮されていない。従って、そのようなケースでは、それぞれの農作業車が、別々に初期基準線又は基準方位を算出する必要がある。別々に算出した各初期基準線又は各基準方位に相違があれば、統一された基準の基づく自動操舵ができないという問題が生じる。特許文献１による作業車自動走行システムでは、同じ圃場に投入された複数の作業車同士で、作業走行状態や機体位置などの情報を交換することで、適切な走行経路要素を選択して、協調した自動作業走行が実現する。しかしながら、この作業車自動走行システムでは、予め圃場を網羅する走行経路要素群が生成されなければならない。

本発明の目的は、農作業地を網羅する自動走行のための走行経路を予め生成することなしに、簡単に算出できる自動操舵のための基準を用いた農作業車の自動走行を可能にする自動操舵管理システムを提供することである。

本発明の農作業車のための自動操舵管理システムは、衛星測位を用いて取得された前記農作業車の機体位置である第１機体位置と前記第１機体位置から離れた場所で前記衛星測位を用いて取得された第２機体位置との組み合わせ、及び前記第１機体位置と前記第２機体位置とを結ぶ直線の方位である基準方位のうち少なくとも一方を基準情報として管理する基準情報管理部と、前記基準情報管理部から読み出された前記基準情報を送信する基準情報送信部と、前記基準情報送信部から前記基準情報を受け取り、機体基準点を通るとともに当該基準情報に基づいて決まる向きに延びる目標ラインを算出する機能を有し、運転者によって操作される自動操舵開始具の操作に応答して、前記目標ラインを自動走行のための走行経路として設定する走行経路作成部と、前記走行経路に基づいて前記農作業車の自動走行を制御する走行制御部と、を備える。

この自動操舵管理システムでは、圃場におけるティーチング走行を通じて取得される第１機体位置と第２機体位置との組み合わせ、または第１機体位置と第２機体位置とを結ぶ直線の方位である基準方位は、基準情報として基準情報管理部で管理される。第１機体位置と第２機体位置とから基準方位は算出できるので、基準情報管理部で管理されるのは、第１機体位置と第２機体位置の組み合わせだけ、又はその組み合わせから算出された基準方位だけでもよいし、その両方が管理されてもよい。そのような基準情報が基準情報管理部で管理され、農作業車の走行制御部に送られる。走行制御部は、基準情報に基づいて自動操舵制御を行う。例えば、この圃場において、複数の農作業車が、ほぼ同時に、または時間的（季節的）に間隔を開けて、自動走行を行う場合には、基準情報管理部で管理されている同じ基準情報が自動操舵のために用いられる。

基準方位を利用した自動操舵は、複数の制御モードで実現可能である。その一つは、基準方位を自動走行の目標方位として、自動走行の開始指令が発せられた時点から、目標方位を維持するように操舵が行われることである。他の１つは、自動走行の開始指令が発せられた時点の機体位置から基準方位で延びる走行経路が自動操舵のための目標経路として設定され、この目標経路に沿うように操舵が行われることである。前者の制御モードでは、途中でスリップなどによって位置ずれが生じた場合、この位置ずれの補正ができないという問題点があるが、操舵制御のアルゴリズムが簡単となる利点がある。後者の制御モードでは、衛星測位による機体位置を用いて算出される走行経路に対する機体の位置ずれ（横ずれ）を解消するように操舵される方法と、位置ずれと方位ずれとを組み合わせて操舵される方法とがある。いずれ方法であっても、前者の制御モードの問題点は解消される。このことから、本発明の好適な実施形態の１つでは、自動操舵開始時に前記基準方位に基づいて前記走行経路が設定され、前記走行制御部は前記走行経路に沿うように前記機体の自動走行を制御する。

基準情報として第１機体位置と第２機体位置との組み合わせが基準情報管理部で管理されていると、この組み合わせから、第１機体位置及び第２機体位置の地図上の位置、つまり圃場での位置が把握できるという利点が得られる。このことから、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記基準情報管理部は、前記第１機体位置と前記第２機体位置とを前記基準情報として受け取って管理する。

基準情報管理部で第１機体位置と第２機体位置との組み合わせだけが管理されている場合、自動操舵を開始するためには、第１機体位置と第２機体位置とを結ぶ線の方位（基準方位）を算出する必要がある。自動操舵を開始するごとに基準方位を算出するのは処理の無駄となるので、算出された基準方位が基準情報管理部で管理されることが好ましい。基準情報管理部での基準方位の管理の１つの形態では、基準情報管理部は、前記第１機体位置と前記第２機体位置とから前記基準方位を算出して管理する。他の１つの形態では、前記基準情報管理部は、前記第１機体位置と前記第２機体位置とから算出された前記基準方位を前記基準情報として受け取って管理する。つまり、第２機体位置を取得した段階で、基準方位が算出され、基準情報管理部に与えられる。

農繁期では、農作業車は、多くの圃場を掛け持ちで農作業を行う。また、１つの圃場に複数台の農作業車が投入される場合もある。各圃場は、異なる形状を有するので、基準情報の内容も異なったものとなる。従って、農作業車が、各圃場で自動走行を行う場合には、圃場毎に得られた基準情報を再利用することが好ましい。このことから、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記基準情報管理部は、前記基準情報を前記農作業車が作業を行う圃場毎に管理する。この構成により農作業車は、基準情報管理部に基準情報が管理されている圃場における自動走行では、ティーチング走行を行うことなしに、その基準情報を用いた自動操舵が可能となる。

地域に分布しているそれぞれの圃場において、複数の農作業車が、同時に、または時間的（季節的に）間隔を開けて、農作業が行われる。その農作業が効率的にかつ運転者の負担を軽減しながら行われるためには、自動操舵を用いた自動走行が必要となる。その際、各圃場で得られた基準情報は、多くの農作業車によって共通的に利用されることが好ましい。このことから、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記基準情報管理部及び前記基準情報送信部は、前記農作業車とデータ通信回線を介して接続可能な管理コンピュータに備えられている。これにより、多くの圃場で得られた基準情報が多くの農作業車に共有される。

もちろん、本発明の自動操舵管理システムは、管理コンピュータを用いた大規模なシステムではなく、複数の農作業車の間でのデータ交換通信を利用した小規模なシステムとして構築することも可能である。この場合には、中心となる農作業車にこの自動操舵管理システムを構築してもよいし、全ての農作業車にこのこの自動操舵管理システムを構築し、選択して特定の自動操舵管理システムを利用してもよい。このことから、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記農作業車には、少なくとも第１農作業車と第２農作業車とが含まれており、前記第１農作業車と前記第２農作業車の少なくとも一方に前記基準情報管理部及び前記基準情報送信部が備えられている。ここでの第２農作業車は、第１農作業車と協調して同一圃場に投入される複数の農作業車を総称しており、第２農作業車は少なくとも１台の農作業車を意味している。

１つの圃場に対して、複数の農作業車が協調して農作業を行う場合には、マスタとなる先行農作業車が、まずティーチング走行を行なって、基準情報を求め、自動走行を行い、その後に、残りの農作業車は、スレイブとなる後続農作業車として、先行農作業車から受け取った基準情報を用いて、自動走行を行うことができる。この場合、後続農作業車はティーチング走行を行う必要がなく、ティーチング走行によって得られた基準情報を管理する必要もないので、制御系が簡単となる。このことから、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記農作業車には、同じ圃場で先に作業を行う先行農作業車と前記先行農作業車に遅れて作業を行う後続農作業車とが含まれており、前記先行農作業車による前記基準情報が前記基準情報管理部で管理されたことが前記後続農作業車に通知される。

基準方位を算出するためには、走行中に第１機体位置を取得し、さらなる所定距離の走行後に第２機体位置を取得する必要がある。車体の直進走行の検知により自動的に第１機体位置を取得し、その後の所定距離の後に自動的に第２機体位置を取得することも可能である。しかしながら、取得した第１機体位置と第２機体位置とから基準方位が算出され、以後の自動操舵の制御目標として用いられるので、適切な基準方位を得ることが、自動走行のための重要となる。このことから、運転者が機体位置や機体の状態を確認しながら、第１機体位置と第２機体位置を手動で取得することが好ましい。このことから、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記第１機体位置は、前記農作業車の運転者による手動操作によって生成される第１信号に応答して取得され、前記第２機体位置は、前記第１機体位置から離れた場所での、前記農作業車の運転者による手動操作によって生成された第２信号に応答して取得される。

２台のコンバインによって協調的に行われる収穫作業を示す模式図である。 ２台のコンバインに周回走行と往復直線走行とを用いた収穫作業を示す模式図である。 コンバインに搭載されている、自動走行に関する制御系の機能ブロック図である。 ティーチング走行を示す模式図である。 手動操舵走行から自動操舵走行への移行を示す模式図である。 自動操作制御の基本を説明するための模式図である。 協調的収穫作業走行の一例を示すフローチャートである。 ティーチング走行によって得られた基準方位に基づいて自動操舵で苗植え付け作業を行う田植機の走行経路と、田植機が利用した基準方位に基づいて自動操舵で収穫作業を行うコンバインの走行経路を示す模式図である。 遠隔地の管理コンピュータに組み込まれた自動操舵管理システムを示す模式図である。

本発明に関わる農作業車のための自動操舵管理システムの実施形態が、図面に基づいて以下に記載されている。

図１では、１つの圃場に農作業車として２台のコンバインＣ、つまり先行コンバイン（マスタコンバイン）としての第１コンバインＣ１と、後続コンバイン（スレイブコンバイン）としての第２コンバインＣ２が投入され、互いに協調して収穫作業を行われる。もちろん、後続コンバインが複数台投入されてもよい。

図１で模式的に示されているが、このコンバインＣは、機体１と、操向可能な左右一対のクローラ式の走行装置１１と、搭乗部１２と、脱穀装置１３と、穀粒タンク１４と、収穫装置１５と、搬送装置１６と、穀粒排出装置１８とを備えている。走行装置１１は、コンバインＣの下部に備えられている。走行装置１１は左右一対のクローラ走行機構を有し、コンバインＣは、走行装置１１によって収穫作業地としての圃場を走行可能である。搭乗部１２、脱穀装置１３、穀粒タンク１４は、走行装置１１よりも上側に備えられ、これらは機体１の上部として構成されている。コンバインＣの運転者が、搭乗部１２に搭乗する。搭乗部１２の下方に駆動用のエンジン（不図示）が備えられている。穀粒排出装置１８は、穀粒タンク１４の後下部に連結されている。

コンバインＣは、収穫装置１５によって圃場の作物を収穫しながら走行装置１１によって走行する。搬送装置１６は収穫装置１５よりも後側に隣接して設けられている。収穫装置１５及び搬送装置１６は、機体１の前部に上下昇降可能に支持されている。
収穫装置１５によって収穫された作物は、搬送装置１６によって脱穀装置１３へ搬送され、脱穀装置１３によって脱穀処理される。脱穀処理によって得られた収穫物としての穀粒は、穀粒タンク１４に貯留される。穀粒タンク１４に貯留された穀粒は、必要に応じて、穀粒排出装置１８によって機外に排出される。穀粒排出装置１８は機体後部の縦軸芯回りに揺動可能に構成されている。即ち、穀粒排出装置１８の遊端部が機体１よりも機体横外側へ張り出して作物を排出可能な排出状態と、穀粒排出装置１８の遊端部が機体１の機体横幅の範囲内に位置する収納状態と、に切換可能なように穀粒排出装置１８は構成されている。

搭乗部１２の天井部には、衛星測位モジュール８０が設けられている。衛星測位モジュール８０は、人工衛星ＧＳからのＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）の信号を受信して、コンバインＣの機体位置を示す衛星測位データを出力する。ＧＮＳＳの信号として、ＧＰＳ、ＱＺＳＳ、Ｇａｌｉｌｅｏ、ＧＬＯＮＡＳＳ、ＢｅｉＤｏｕ、等の信号が含まれる。

衛星測位データに基づいて算出される２点間の機体位置から、機体１の方位（向き）の算出が可能であるが、短い距離における瞬時の機体１の方位を正確に算出することは困難である。このため、機体１の方位（向き）を検出するために、ＩＭＵ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）と呼ばれる慣性計測モジュール８１も、機体１に備えられている（図２参照）。慣性計測モジュール８１は、ジャイロセンサや加速度センサを有する。慣性計測モジュール８１は、機体１の旋回角度の角速度を検出可能であり、角速度を積分することで機体１の方位変化角を算出できる。このことから、慣性計測モジュール８１によって計測される計測データには機体１の方位（向き）を示すことができるデータが含まれている。詳述はしないが、慣性計測モジュール８１は、機体１の旋回角度の角速度の他、機体１の左右傾斜角度、機体１の前後傾斜角度の角速度等も計測可能である。

さらに、このコンバインＣには、データ通信可能なタブレットコンピュータである汎用端末ＶＴも搭載されている。第１コンバインＣ１と第２コンバインＣ２とは、汎用端末ＶＴを通じて、走行や収穫作業に関する情報を交換することができる。

図１に示された第１コンバインＣ１と第２コンバインＣ２とによる協調作業では、第１コンバインＣ１は、圃場を示している変形四角形の左上の頂点付近から収穫作業を開始し、左旋回の渦巻き走行（周回走行）を行う。コンバインＣの渦巻き走行は、圃場の各辺（畔）に沿って行われる直進走行と、圃場の各コーナで行われる方向転換走行とからなる。直進走行では、基準情報を用いた自動走行が可能である。具体的には、後述されるが、基準情報から得られる基準方位、または、基準方位に基づいて算出された走行経路に基づく自動操舵を用いて、コンバインＣの自動走行が行われる。基準方位は、第１コンバインＣ１の最初の周回走行における手動操舵での直進走行の一部区間をティーチング走行とすることにより取得される。圃場の各辺に基準方位が取得されてもよいし、１辺で取得された基準方位を回転させて得られた方位が他の３辺の基準方位として用いられてもよい。基準方位を取得した第１コンバインＣ１は、自動走行が可能となる。第２コンバインＣ２は、第１コンバインＣ１よって取得された基準方位を、データ通信を通じて受け取ることで、ティーチング走行なしでの自動操舵が可能となる。

図２には、四角形の圃場を二分割して形成された各領域に対して、第１コンバインＣ１と第２コンバインＣ２とが収穫作業を行う様子が示されている。第１コンバインＣ１は最外周の周回走行を行う際に、縦辺に沿って延びる基準方位と、横辺に沿って延びる基準方位を取得する。ここでも、縦辺で取得された基準方位を回転させて得られた方位が横辺の基準方位として用いられてもよい。基準方位を取得した第１コンバインＣ１は、基準方位または、基準方位に基づいて算出された走行経路に基づいて、２周の周回走行における直進走行を、自動操舵で行うことができる。その後は、第１コンバインＣ１は、自動操舵での直進走行と、手動操舵での方向転換走行（１８０°旋回）との繰り返し走行（直線往復走行）により収穫作業を行う。第２コンバインＣ２は、ここでも、第１コンバインＣ１によって取得された基準方位を、データ通信を通じて受け取ることで、自動操舵での直進走行と、手動操舵での方向転換走行（１８０°旋回）との繰り返し走行により収穫作業を行う。

第１コンバインＣ１と第２コンバインＣ２との間のデータ通信によって交換されるデータとして、基準方位以外に、車速などの走行データ、収穫速度などの作業データ、単位区画走行あたりの収穫量などの収穫データ、などが取り扱われてもよい。

図２は、このコンバインＣの自動走行制御に関する機能示す走行制御系の機能ブロック図である。この走行制御系は、データ通信可能なタブレットコンピュータである汎用端末ＶＴと、制御ユニット４とを備えている。制御ユニット４は、走行制御系の中核要素であり、車載ＬＡＮ等で接続される複数のＥＣＵの集合体である。制御ユニット４は、自動走行制御が実行される自動走行モードと、手動操作で走行制御が行われる手動走行モードとを有する。

汎用端末ＶＴは、表示デバイスとしてのタッチパネル３と、タッチパネル３を通じて情報の入出力を管理するグラフィックユーザインターフェースとを備えている。タッチパネル３の画面領域には、走行支援画像が表示される支援画像表示領域３ａとソフトウエアボタンやランプなどが表示される操作画像表示領域３ｂとを含む。この実施形態では、操作画像表示領域３ｂに、ソフトウエアボタンとして、あとで詳しく説明する第１ボタン３１と第２ボタン３２が配置されている。さらに、汎用端末ＶＴには、このコンバインＣによる収穫作業に関する情報を処理する各種アプリケーションがインストールされている。アプリケーションの１つは、支援画像表示領域３ａに表示される情報を生成する表示情報生成部３０である。

制御ユニット４には、機体位置算出部４０と、第１機体位置取得部４１と、第２機体位置取得部４２と、基準方位算出部４３と、走行経路作成部４４と、走行軌跡作成部４５、機体方位算出部４６と、基準情報管理部４７、走行制御部５０とが備えられている。制御ユニット４には、衛星測位モジュール８０、慣性計測モジュール８１、汎用端末ＶＴからの信号が入力される。また、図示はしないが、制御ユニット４には、車速センサ、エンジンのトルクセンサ、障害物検知センサ、などの信号も入力される。

機体位置算出部４０は、衛星測位モジュール８０から出力された衛星測位データに基づいて、機体１の地図位置座標である機体位置を、所定の繰り返し周波数で算出する。

走行軌跡作成部４５は、機体位置算出部４０から経時的に取得する機体位置に基づいて、機体１の走行軌跡を作成する。作成された走行軌跡は、表示情報生成部３０に送られ、画像処理されることで、タッチパネル３の支援画像表示領域３ａに、コンバインＣのアイコンともに、線状ラインまたは収穫幅に対応する幅を有する帯状ラインＢＬとして表示される。

機体方位算出部４６は、慣性計測モジュール８１によって出力された計測データに基づいて機体１の方位を算出する。なお、機体方位算出部４６は、慣性計測モジュール８１が搭載されていない場合、例えば電子コンパス等に基づいて機体１の方位を算出するように構成することも可能である。

このコンバインＣが第１コンバイン（マスタコンバイン）Ｃ１として圃場に投入されている場合、第１コンバインＣ１は、自動走行のために用いられる基準方位を取得するためのティーチング走行を行う。例えば、第１コンバインＣ１が圃場に進入すると、直ちに、あるいは必要な姿勢変更の後にティーチング走行が行われる。第１機体位置取得部４１は、収穫作業中において、運転者が第１ボタン３１をクリック操作（タッチ操作）することによって生成される第１信号を汎用端末ＶＴから受け取る。第１ボタン３１をクリック操作はティーチング走行の開始を意味する。第１機体位置取得部４１は、第１信号を受け取ったタイミングでの機体位置を、機体位置算出部４０から取得し、当該機体位置を第１機体位置として記憶する。

第２機体位置取得部４２は、ティーチング走行を継続し、機体１が第１機体位置から離れた場所まで作業走行を行った際に、運転者が第２ボタン３２をクリック操作(タッチ操作)することで生成される第２信号を受け取る。第２機体位置取得部４２は、汎用端末ＶＴから第２信号を受け取ったタイミングでの機体位置を、機体位置算出部４０から取得し、当該機体位置を第２機体位置として記憶する。第２ボタン３２のクリック操作はティーチング走行の終了を意味する。なお、このコンバインＣは、既に収穫作業を終えた既作業領域や既作業領域と未作業領域とを含む混在領域で、ティーチング走行を行うことも可能である。

基準方位算出部４３は、第１機体位置取得部４１から読み出された第１機体位置と、第２機体位置取得部４２から読み出された第２機体位置とを結ぶ直線の方位を基準方位として算出する。算出された基準方位は、走行経路作成部４４に、そして必要に応じて走行制御部５０に送られる。さらに、基準方位は、第１機体位置と第２機体位置との組み合わせを基準情報として、基準情報管理部４７に送られる。

走行経路作成部４４は、車体位置（収穫装置１５の刈取中心などの車体基準点の位置）を通って基準方位で延びる直線を目標ラインとして算出する機能を有する。後で詳説するように、この目標ラインは、自動操舵開始具７１の操作に基づいて自動操舵開始指令が出力された時点で、自動操舵制御における目標経路として決定され、固定される。走行経路作成部４４は、変形例として、自動操舵開始指令が出力された時点で、車体位置を通って基準方位で延びる直線を目標ラインとして算出し、この目標ラインを目標経路として決定し、固定するように構成されてもよい。

基準情報管理部４７は、第１機体位置と第２機体位置との組み合わせ、及び第１機体位置と第２機体位置とを結ぶ直線の方位である基準方位のうち少なくとも一方を基準情報として管理する。このコンバインＣが第１コンバインＣ１として用いられている場合、その基準情報管理部４７は、基準情報を、第２コンバインＣ２として用いられいるコンバインＣに、通信ユニット８３の基準情報送信部８３１を介して送信する。基準情報を通信ユニット８３の基準情報受信部８３２を介して受け取った第２コンバインＣ２の基準情報管理部４７は、当該基準情報から得られる基準方位を、走行経路作成部４４または走行制御部５０に与える。つまり、このコンバインＣは、第１コンバインＣ１としても、あるいは第２コンバインＣ２としても用いられる。

コンバインＣは、多くの圃場に投入され、それらの圃場毎に異なる基準方位を含む基準情報が作成されるので、基準情報管理部４７は、基準情報を投入された圃場毎に管理する機能を有する。

走行制御部５０は、基準情報から得られる基準方位、または、基準方位に基づいて算出された走行経路に基づいてコンバインＣの自動走行を制御する。

このため、走行制御部５０は、自動操舵モジュール５１、手動操舵モジュール５２、車速制御モジュール５３を有する。自動操舵モジュール５１は、自動走行時において、後述する方法で機体１の自動走行を制御する。手動操舵モジュール５２は、手動走行時において、運転者の操作に基づいて機体１の走行を制御する。車速制御モジュール５３は、機体１の前進時及び後進時の車速、機体１の停止を制御する。このコンバインＣの走行装置１１は、クローラ式の左走行機構１１ａと右走行機構１１bとから構成されている。このため、走行制御部５０は、左変速機構１０ａに変速制御信号を与えて、左走行機構１１ａの速度を調整するともに、右変速機構１０bに変速制御信号を与えて、右走行機構１１bの速度を調整する。左走行機構１１ａと右変速機構１０bとを異なる速度で駆動することにより、機体１が操舵される。

以下、図４と図５とを用いて、基準方位及び走行経路について説明する。図４で示されているように、圃場に進入したコンバインＣ（第１コンバインＣ１）が収穫作業走行の間に行うティーチング走行を通じて，第１機体位置（図４ではＡ点で示されている）と第２機体位置（図４ではＢ点で示されている）とが取得される。さらに、第１機体位置と第２機体位置とを結ぶ直線の方位である基準方位が算出される。本発明の自動走行は、この基準方位、又は、この基準方位に基づいて算出される目標経路としての走行経路に基づいて行われる。なお、第１機体位置及び第２機体位置は、機体１が走行しながら収穫作業を行ってるときに取得することもできるし、機体１が停止して収穫作業を行っているときに取得することもできる。機体１が静止した状態では、衛星測位データに基づく機体位置の算出精度が悪くなることを考慮すれば、第１機体位置及び第２機体位置は、機体１が走行しながら収穫作業を行ってるときに取得するのが好ましい。

自動操舵の目標経路となる走行経路の作成方法は、図５に示されている。運転者が、手動操舵を行い、機体１を次に直線状に走行させようとするための所望経路（走行経路が決定される前の仮想的な経路である）に、最終的に達する位置合わせ経路を想定しながら、走行する。機体１が自動走行を開始するために適切である位置に達すると、運転者は自動操舵開始具７１を操作する。この実施形態では、収穫装置１５の刈取中心（前もって設定されている機体１の基準点の１つ）を通る基準方位の向きの目標ラインが常時算出されており、自動操舵が開始される時に（自動操舵開始具７１が操作された時に）、その目標ラインが走行経路として決定され、固定される構成を採用している。したがって、運転者による自動操舵開始具７１の操作に応答して、走行経路が決定され、固定される。これにより、自動走行の開始が可能となる。例えば、図２で示されたような収穫走行パターンでは、周囲領域で１８０°Ｕターン旋回を通じて次の直線状の経路に向かう走行が位置合わせ走行である。１８０°Ｕターン旋回では、収穫装置１５を上昇させた非収穫作業走行が行われ、次の直線状の経路に入ると、収穫装置１５を下降させた収穫作業走行が開始され、このタイミングで自動操舵も開始されると好都合である。収穫装置１５の下降を伴う収穫作業の開始は収穫作業操作具によって行われるので、収穫作業操作具が自動操舵開始具７１として用いられると、収穫作業と自動操舵との開始が、１つの操作具の操作で可能となり、便利である。なお、目標ラインが常時算出され、自動操舵が開始される時にその目標ラインが走行経路として決定され、固定されるのではなく、自動操舵が開始される時に、その時点での基準点を通る基準方位の向きの目標ラインが作成され、走行経路として固定される構成を採用してもよい。

自動走行のための自動操舵制御は、次の３つの操舵モードで行うことが可能であり、そのうちの少なくとも１つのモードが、自動操舵モジュール５１に組み込まれる。複数のモードが組み込まれた場合、選択して用いられる。

（第１操舵モード）
このモードでは、図７に示されているように、走行経路作成部４４によって形成される走行経路と、機体方位算出部４６によって算出される機体方位、機体位置算出部４０によって算出される機体位置が用いられる。基準方位で延びている走行経路（目標経路）と機体方位線（機体１の基準点を通る機体１の向きを示す線）とがなす角度が方位ずれ：θであり、走行経路に対する機体１のずれ（機体１の基準点から走行経路までの距離）が、位置ずれ：ｄである。操舵制御では、方位ずれと位置ずれとを制御入力とし、方位ずれが方位許容範囲内に入るように操舵制御信号が出力されるとともに、位置ずれが位置許容範囲を超えた場合には、優先的に位置ずれが位置許容範囲内に入るように操舵制御信号が出力される。また、方位ずれと位置ずれとを個別に取り扱うのではなく、センサーフィージュン技術を用いることで、方位ずれと位置ずれとの両方を入力することで直接操舵制御信号が出力される制御が採用されてもよい。

（第２操舵モード）
このモードでは、方位ずれは操舵制御の入力として用いられず、位置ずれだけが操舵制御の入力として用いられる。つまり、位置ずれを解消するように操舵制御信号が出力され、機体１の基準点が走行経路上に乗るように操舵される。

（第３操舵モード）
このモードでは、位置ずれは操舵制御の入力値として用いられず、基準方位に対する機体方位のずれである方位ずれだけが操舵制御の入力として用いられる。従って、自動操舵開始時に走行経路を作成する必要がない。自動操舵開始時点から、機体方位が基準方位となるように操舵制御信号が出力される。自動操舵制御の途中でスリップや計測誤差の集積などにより位置ずれが生じた場合には、その修正は行われないので、このモードはスリップの少ない圃場や直線距離の短い走行に主に用いられる。

次に、図７のフローチャートを用いて、収穫作業走行の一例を説明する。この収穫作業走行は、図２で示めされた走行パターンで行われる。その際、第１コンバインＣ１は、最初の周回作業走行で縦辺（縦畔）に沿った走行の一部をティーチング走行として、第１機体位置（Ａ点）と第２機体位置（Ｂ点）とを取得して、基準方位を算出するが、図２で示されている横辺（横畔）に沿った走行では、基準方位は算出されず、縦辺に沿ったティーチング走行で取得された基準方位を回転させた方位が横辺に沿った自動走行のための基準方位として利用される。基準方位が取得されると、直進走行である直線状経路は、上記の第１操縦モードによる自動操舵で自動走行される。先行する第１コンバインＣ１に後続する第２コンバインＣ２は、第１コンバインＣ１から送られてきた基準方位を利用して、自動操舵での自動走行を行う。

第１コンバインＣ１は、出入口を通じて圃場に進入すると（＃０１）、手動操舵での収穫走行を開始する（＃０２）。次いで、自動操舵に必要な基準方位を得るためのティーチング走行が行われる。ティーチング走行を開始するため、運転者は、タッチパネル３の操作画像表示領域３ｂに表示されている第１ボタン３１（図２参照）をクリックする（＃１１）。このクリック操作に応答して、その時点での機体位置である第１機体位置が取得される（＃１２）。同時に、タッチパネル３の支援画像表示領域３ａには、第１機体位置を示すＡ点が表示される（＃１３）。収穫作業走行にともなって、図２に示されているように、支援画像表示領域３ａには、Ａ点からの走行軌跡を示す帯状ラインＢＬが収穫幅でコンバインＣのアイコンとともに表示される（＃１４）。さらに、支援画像表示領域３ａには、正確なティーチング走行を行うために、圃場の畔又は畦に平行な線を示す標識線ＧＬが表示されている。もし、収穫作物の植付け条の方位が分かっている場合には、植付け条に平行な線を標識線ＧＬとして表示してもよい。

ティーチング走行の終了条件は、第１機体位置からコンバインＣが所定距離（例えば５ｍ）以上走行すること、あるいは、所定距離の走行に必要な所定時間を経過したかどうかである。ここでは、所定距離以上の走行距離を条件として、十分なティーチング走行が行われたかどうかが判定される（＃１５）。

十分なティーチング走行を示す条件が満たされると（＃１５Ｙｅｓ分岐）、タッチパネル３の操作画像表示領域３ｂに第２ボタン３２が表示される（＃１６）。運転者が、第２ボタン３２をクリックすると（＃１７Ｙｅｓ分岐）、このクリック操作に応答して、その時点での機体位置である第２機体位置が取得され（＃１８）、支援画像表示領域３ａに表示されている走行軌跡上に第２機体位置を示すＢ点が表示される（＃１９）。運転者は、支援画像表示領域３ａに表示されているＡ点とＢ点とその間の走行軌跡とによってティーチング走行を確認することができる。さらに、第１機体位置と第２機体位置と結ぶ直線の方位が基準方位として算出され、記憶される（＃２０）。さらに、算出された基準方位は、第２コンバインＣ２に送信される（＃２１）。

手動操舵での収穫作業走行であるティーチング走行が終了すれば、第１コンバインＣ１は手動操舵から自動操舵への移行が可能となる。自動操舵での自動走行を開始するための操作には、自動操舵開始具７１が用いられる。この自動操舵開始具７１が操作されたかどうかチェックされる（＃３０）。機体１が自動操舵を開始すべき位置にあると運転者が判断し、自動操舵開始具７１が操作された場合（＃３０Ｙｅｓ分岐）、図５を用いて説明されたように、その時点の機体位置と基準方位とに基づいて走行経路が決定され、固定される（＃３１）。そして、この例では、第１操舵モードでの自動操舵が開始される（＃３２）。

自動操舵が開始されると、方向転換などの理由で、自動操舵が中止されるかどうかのチェックが行われる（＃３３）。自動操舵から手動操舵へ移行には、種々の条件があるが、方向転換を行うための操向レバー(非図示)の操作もその１つである。自動操舵が中止されると（＃３３Ｙｅｓ分岐）、第１コンバインＣ１は手動操舵状態となる（＃３４）。運転者は、手動操舵により、機体１の方向転換、次の条での収穫作業のための位置合わせなどを行う。次いで、再び、手動操舵から自動操舵への移行を行うべく、自動操舵開始具７１の操作による自動操舵の開始が要求されているかどうかがチェックされる（＃３５）。

自動操舵開始具７１の操作により、自動操舵の開始が要求された場合（＃３５Ｙｅｓ分岐）、ステップ＃３１にジャンプして、その時点の機体位置と基準方位とに基づいて走行経路が形成され、自動操舵が開始される。なお、基準方位として異なる方位の基準方位が記憶されている場合には、自動操舵の開始が要求された時点での、機体１の方位に近い方位を有する基準方位が走行経路の形成のために用いられる。もちろん、走行経路の形成のために用いる基準方位を運転者が選択するような構成を採用してもよい。

自動操舵の再開は、通常、収穫装置１５を上昇させた手動操舵での方向転換走行（非収穫作業走行）に続いて行われる収穫装置１５を下降させた収穫作業走行から行われる。このことから、自動操舵開始具７１に併用して、あるいは自動操舵開始具７１に代えて、収穫機器による収穫動作を開始する収穫開始操作具が用いられてもよい。

第２コンバインＣ２は、第１コンバインＣ１による周回走行の邪魔にならない位置、例えば、捕場外で待機する（＃５０）。第２コンバインＣ２は、待機しながら、第１コンバインＣ１から送られてくる基準方位が受信されたがどうかチェックする（＃５１）。基準方位が受信されると（＃５１Ｙｅｓ分岐）、第２コンバインＣ２は、待機位置から手動で収穫作業を開始するのに適した位置移動する（＃５２）。収穫作業開始位置に達すると、手動操舵での収穫走行が開始される（＃５３）。

第２コンバインＣ２は、手動操舵での収穫走行が開始されると、手動操舵から自動操舵への移行タイミングは運転者によって決定される。このため、自動操舵開始具７１が操作されたかどうかチェックされる（＃６０）。機体１が自動操舵を開始すべき位置にあると運転者が判断し、自動操舵開始具７１が操作された場合（＃６０Ｙｅｓ分岐）、図５を用いて説明されたように、その時点の機体位置と基準方位とに基づいて走行経路が決定され、固定される（＃６１）。そして、この例では、第１コンバインＣ１と同様に、第２コンバインＣ２でも第１操舵モードでの自動操舵が開始される（＃６２）。

自動操舵が開始されると、方向転換などの理由で、自動操舵が中止されるかどうかのチェックが行われる（＃６３）。自動操舵から手動操舵へ移行ために、自動操舵が中止されると（＃３３Ｙｅｓ分岐）、第２コンバインＣ２は手動操舵状態となる（＃６４）。運転者は、手動操舵により、機体１の方向転換、次の条での収穫作業のための位置合わせなどを行う。次いで、再び、手動操舵から自動操舵への移行を行うべく、自動操舵開始具７１の操作による自動操舵の開始が要求されているかどうかがチェックされる（＃６５）。

図８には、季節を超えた同一圃場での、コンバインＣによる収穫作業と田植機ＰＭによる苗植付け作業とが、示されている。ここでは、田植機ＰＭによる苗植付け作業が、直進走行と９０°旋回走行とからなる周回走行と、直進走行と１８０°旋回走行とからなる直線往復走行とによって行われる。田植機ＰＭは、最初の略半周の非作業走行時に、基準方位を取得する。基準方位の取得後の、直進走行は、基準方位または、基準方位に基づいて算出された走行経路に基づいて、自動操舵で行うことができる。田植機ＰＭによって取得された基準方位は、メモリ媒体に一時的に記録される。田植機ＰＭによって一定の条列で植え付けられた苗は、季節が変わり、植立穀桿として育つと、コンバインＣによって収穫される。コンバインＣは、苗植付け条列、つまり植立穀桿条列に沿って走行しながら、植立穀桿を収穫する。その際の直進走行では、メモリ媒体から読み出された基準方位または、基準方位に基づいて算出された走行経路に基づく自動操舵が可能となる。

図９には、基準方位を含む基準情報を受信する基準情報受信部８３２と、受信した基準情報を管理する基準情報管理部４７と、基準情報管理部４７から読み出された基準情報を送信する基準情報送信部８３１とが、サーバ機能を有する管理コンピュータ１００に備えられている自動操舵管理システムの一例が示されている。管理コンピュータ１００は、農作業車と、インターネットなどのデータ通信回線を介して接続可能である。農作業車として、コンバインＣ、田植機ＰＭ、トラクタＴＲなど、圃場作業を行う全ての農作業車が含まれている。管理コンピュータ１００は、入出力データ処理部１０１、農作業管理部１０２、データベース１０３を備えている。入出力データ処理部１０１は、農作業車から受け取ったデータを処理して、農作業管理部１０２に転送し、農作業管理部１０２からのデータを処理して農作業車に配信する機能を有する。基準情報送信部８３１及び基準情報受信部８３２は入出力データ処理部１０１に含まれている。農作業管理部１０２は、各農作業車から送られてくる圃場毎の作業走行結果情報を処理して作業走行結果を評価する機能、及び各農作業車に送るための圃場毎の圃場作業予定計画情報を作成する機能を有する。基準情報管理部４７は、農作業管理部１０２に含まれている。

データベース１０３は、農作業管理部１０２によってデータの記録、抽出が行われるデータを格納している。データベース１０３に格納されるデータには、圃場単位でかつ農作業車の機種別で、圃場情報、圃場作業情報、圃場評価情報などが含まれている。このようなデータは、レイヤ構造で格納されており、レイヤ構造には、圃場地図レイヤ、畝形成マップレイヤ、基準方位レイヤ、条列形成マップレイヤ、走行軌跡マップレイヤ、収量マップレイヤなどが含まれている。基準方位レイヤには、農作業車によって取得された基準方位、例えば第１基準方位、第２基準方位、・・・が記録されている。具体的には、田植機ＰＭで取得された基準方位が、同じ圃場で同じ農作周期において収穫作業を行うコンバインＣに、圃場内外で、与えられる。あるいは、第１コンバインＣ１で取得された基準方位が、同じ圃場で同じ協調的に収穫作業を行う第２コンバインＣ２に、圃場内外で与えられる。

〔別実施の形態〕
本発明は、上述の実施形態に例示された構成に限定されるものではなく、以下、本発明の代表的な別実施形態を例示する。

（１）上述の実施形態で用いられた、直進または直線状経路なる語句は、厳密な直線走行を意味するのではなく、この語句には、折れ線からなる直線経路、さらには大きな湾曲を描く走行も含まれている。

（２）図３の機能ブロック図で示された各機能部は、他の機能部と合体させてもよいし、１つの機能部を複数の機能部に分離させてもよい。例えば、基準方位算出部４３と基準情報管理部４７とが一体化され、基準方位算出部４３が基準情報を作成して、管理してもよいし、基準情報管理部４７が基準方位を算出して、基準情報として管理してもよい。

（３）
上述の実施形態では、第２コンバインＣ２は、第１コンバインＣ１によって得られた基準方位を、通信を介して受け取り、走行経路作成部４４または自動操舵モジュール５１に転送して、自動操舵のために利用していた。これに代えて、運転者が手動で、機銃包囲を制御ユニット４に入力してもよい。

（４）上述の実施形態では、走行装置１１は、クローラ式の左走行機構１１ａと右走行機構１１bとから構成されており、左走行機構１１ａと右走行機構１１bとの速度差により、機体１が操舵されたが、操向輪の操向角度を変えることにより機体１が操舵される走行装置１１を採用してもよい。

（５）上述の実施形態では、コンバインＣや田植機ＰＭがティーチング走行を行なって、基準方位を得ていた。これに代えて、近年種々の農作業を支援しているドローンを用いて、圃場の上空からの撮影画像を取得し、取得した撮影画像から基準方位を求めてもよい。例えば、撮影カメラの撮影軸が所定方向となるように撮影カメラをドローンに固定し、ドローンを所定方向で飛行させることで、地図座標系または圃場座標系での正確な基準方位が得られる。

なお、上述の実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能である。また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。

本発明は、農作業車の自動操舵のために必要な情報を管理する自動操舵管理システムに適用可能である。

１ ：機体
１１ ：走行装置
３０ ：表示情報生成部
３１ ：第１ボタン
３２ ：第２ボタン
４ ：制御ユニット
４０ ：機体位置算出部
４１ ：第１機体位置取得部
４２ ：第２機体位置取得部
４３ ：基準方位算出部
４４ ：走行経路作成部
４５ ：走行軌跡作成部
４６ ：機体方位算出部
４７ ：基準情報管理部
５０ ：走行制御部
５１ ：自動操舵モジュール
５２ ：手動操舵モジュール
５３ ：車速制御モジュール
７１ ：自動操舵開始具
８０ ：衛星測位モジュール
８１ ：慣性計測モジュール
８３ ：通信ユニット
１００ ：管理コンピュータ
１０１ ：入出力データ処理部
１０２ ：農作業管理部
１０３ ：データベース
８３１ ：基準情報送信部
８３２ ：基準情報受信部
ＶＴ ：汎用端末

Claims (10)

1. 農作業車のための自動操舵管理システムであって、
   衛星測位を用いて取得された前記農作業車の機体位置である第１機体位置と前記第１機体位置から離れた場所で前記衛星測位を用いて取得された第２機体位置との組み合わせ、及び前記第１機体位置と前記第２機体位置とを結ぶ直線の方位である基準方位のうち少なくとも一方を基準情報として管理する基準情報管理部と、
   前記基準情報管理部から読み出された前記基準情報を送信する基準情報送信部と、
   前記基準情報送信部から前記基準情報を受け取り、機体基準点を通るとともに当該基準情報に基づいて決まる向きに延びる目標ラインを算出する機能を有し、運転者によって操作される自動操舵開始具の操作に応答して、前記目標ラインを自動走行のための走行経路として設定する走行経路作成部と、
   前記走行経路に基づいて前記農作業車の自動走行を制御する走行制御部と、
   を備えた自動操舵管理システム。
2. 自動操舵開始時に前記基準方位に基づいて前記走行経路が設定され、前記走行制御部は前記走行経路に沿うように前記農作業車の自動走行を制御する請求項１に記載の自動操舵管理システム。
3. 前記基準情報管理部は、前記第１機体位置と前記第２機体位置とを前記基準情報として受け取って管理する請求項１又は２に記載の自動操舵管理システム。
4. 前記基準情報管理部は、前記第１機体位置と前記第２機体位置とから前記基準方位を算出して管理する請求項３に記載の自動操舵管理システム。
5. 前記基準情報管理部は、前記第１機体位置と前記第２機体位置とから算出された前記基準方位を前記基準情報として受け取って管理する請求項１又は２に記載の自動操舵管理システム。
6. 前記基準情報管理部は、前記基準情報を前記農作業車が作業を行う圃場毎に管理する請求項１から５のいずれか一項に記載の自動操舵管理システム。
7. 前記基準情報管理部及び前記基準情報送信部は、前記農作業車とデータ通信回線を介して接続可能な管理コンピュータに備えられている請求項１から６のいずれか一項に記載の自動操舵管理システム。
8. 前記農作業車には、少なくとも第１農作業車と第２農作業車とが含まれており、前記第１農作業車と前記第２農作業車の少なくとも一方に前記基準情報管理部及び前記基準情報送信部が備えられている請求項１から６のいずれか一項に記載の自動操舵管理システム。
9. 前記農作業車には、同じ圃場で先に作業を行う先行農作業車と前記先行農作業車に遅れて作業を行う後続農作業車とが含まれており、前記先行農作業車による前記基準情報が前記基準情報管理部で管理されたことが前記後続農作業車に通知される請求項１から８のいずれか一項に記載の自動操舵管理システム。
10. 前記第１機体位置は、前記農作業車の運転者による手動操作によって生成される第１信号に応答して取得され、前記第２機体位置は、前記第１機体位置から離れた場所での、前記農作業車の運転者による手動操作によって生成された第２信号に応答して取得される請求項１から９のいずれか一項に記載の自動操舵管理システム。

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