JP7443209B2 - 自動運転支援装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、トラクタ等の作業車両の自動運転支援装置に関する。

従来、トラクタ等の作業車両を自動運転させるための走行経路（作業走行ライン）を作成する技術として特許文献１に示す技術が知られている。特許文献１の作業車は、圃場の外周部の位置データを取得する取得部と、位置データに基づいて走行機体が走行する作業走行ラインを圃場に設定する作業設定部とを備えている。

特開２０１８－３９号公報

特許文献１では、作業走行ラインを作成することができ、作業車両は、作業走行ラインに沿って自動運転をしながら作業を行うことができる。作業走行ラインの設定は、作業の内容を中心として設定されることから、圃場の状態を加味されておらず、状況によっては、自動運転をしながら適正に作業を行うことができない場合があった。
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、自動運転後の圃場の状態を意図した状態に保つような自動運転を行うことができる自動運転支援装置を提供することを目的とする。

この技術的課題を解決するための本発明の技術的手段は、以下に示す点を特徴とする。
自動運転支援装置は、圃場内において、作業車両の自動運転の制御を行う自動運転制御部と、前記自動運転を行ったときの前記作業車両の位置である実績位置を測位する測位装置と、を備え、前記自動運転制御部は、前記自動運転で既に走行した前記実績位置と、前記圃場の土壌の状態としての前記土壌の硬さ及び前記土壌の凸凹のいずれかとに基づいて、前記圃場内において、前記土壌の硬さ及び前記土壌の凹凸のいずれかが所定範囲内となるように、前記自動運転を継続する際の前記作業車両の進行方向を設定する。

前記自動運転制御部は、前記実績位置における前記土壌の硬さ又は土壌の凹凸のいずれかを推定し、前記推定した前記土壌の硬さ又は土壌の凹凸が、前記所定範囲外である場合、前記作業車両の進行方向を前記既に走行したエリアに向ける設定を行う。

自動運転支援装置は、前記実績位置に対応する土壌の前記土壌の硬さ又は土壌の凹凸を計測する計測装置を備え、前記自動運転制御部は、前記計測装置が計測した前記土壌の硬さ又は土壌の凹凸が、前記所定範囲外である場合、前記作業車両の進行方向を前記既に走行したエリアに向ける設定を行う。
前記自動運転制御部は、前記所定範囲外である場合には、前記エリアにおいて、前記作業車両が通過する回数を設定する。

前記自動運転制御部は、前記圃場内において、複数の前記作業車両を前記自動運転させる場合、前記土壌の硬さ又は土壌の凹凸が、前記所定範囲内となり且つ前記自動運転させる前記作業車両の衝突を回避するように、前記複数の前記作業車両の進行方向を設定する
前記自動運転制御部は、最短距離又は燃費を向上させる走行を支援する運転優先モードと、前記実績位置と前記圃場の前記土壌の状態により走行を支援する圃場優先モードとを有し、前記運転優先モードと前記圃場優先モードとを切り換え可能である。

本発明によれば、自動運転後の圃場の状態を意図した状態に保つような自動運転を行うことができる。

作業車両のブロック図を示す図である。 昇降装置を示す図である。 マップ作成画面Ｍ１の一例を示す図である。 圃場内における土壌の硬さの一例を示す図である。 圃場内における土壌の凹凸の一例を示す図である。 土壌の硬さを考慮しながら自動運転の一例を示す図である。 土壌の凹凸を考慮しながら自動運転の一例を示す図である。 通過前（鎮圧前）の土壌硬さのレベルと、通過後（鎮圧後）の土壌硬さとの関係を示した図である。 通過前（鎮圧前）の土壌の凹凸のレベルと、通過後（鎮圧後）の土壌の凹凸との関係を示した図である。 自動運転を優先にした場合の走行ルートの一例を示す図である。 トラクタの側面全体図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図８は、作業車両の一例であるトラクタ１を示している。作業車両について、トラクタ１を例にあげ説明するが、作業車両は、トラクタに限定されず、田植機、コンバインであってもよい。
図８に示すように、トラクタ１は、走行装置７を有する走行車体３と、原動機４と、変速装置５とを備えている。走行装置７は、前輪７Ｆ及び後輪７Ｒを有する装置である。前輪７Ｆは、タイヤ型であってもクローラ型であってもよい。また、後輪７Ｒも、タイヤ型であってもクローラ型であってもよい。原動機４は、ディーゼルエンジン、電動モータ等である。変速装置５は、変速によって走行装置７の推進力を切換可能であると共に、走行装置７の前進、後進の切換が可能である。走行車体３にはキャビン９が設けられ、当該キャビン９内には運転席１０が設けられている。

また、走行車体３の後部には、連結装置が設けられている。連結装置は、作業装置２と走行車体３とを連結し且つ昇降を行わないスイングドローバ、３点リンク機構等で構成されて昇降を行う昇降装置８等である。連結装置には、作業装置２が着脱可能である。作業装置２を連結装置に連結することによって、走行車体３によって作業装置２を牽引することができる。作業装置２は、耕耘する耕耘装置、肥料を散布する肥料散布装置、苗を植え付ける移植装置、灌水を行う灌水装置、農薬を散布する農薬散布装置、種を散布する播種散布装置、牧草等の刈取を行う刈取装置、牧草等の拡散を行う拡散装置、牧草等の集草を行う集草装置、牧草等の成形を行う成形装置等である。

図２に示すように、昇降装置８は、リフトアーム８ａ、ロアリンク８ｂ、トップリンク８ｃ、リフトロッド８ｄ、リフトシリンダ８ｅを有している。リフトアーム８ａの前端部は、変速装置５を収容するケース（ミッションケース）の後上部に上方又は下方に揺動可能に支持されている。リフトアーム８ａは、リフトシリンダ８ｅの駆動によって揺動（昇降）する。リフトシリンダ８ｅは、油圧シリンダから構成されている。リフトシリンダ８ｅは、制御弁３６を介して油圧ポンプと接続されている。制御弁３６は、電磁弁等であって、リフトシリンダ８ｅを伸縮させる。

ロアリンク８ｂの前端部は、変速装置５の後下部に上方又は下方に揺動可能に支持されている。トップリンク８ｃの前端部は、ロアリンク８ｂよりも上方において、変速装置５の後部に上方又は下方に揺動可能に支持されている。リフトロッド８ｄは、リフトアーム８ａとロアリンク８ｂとを連結している。ロアリンク８ｂの後部及びトップリンク８ｃの後部には、作業装置２が連結される。リフトシリンダ８ｅが駆動（伸縮）すると、リフトアーム８ａが昇降するとともに、リフトロッド８ｄを介してリフトアーム８ａと連結されたロアリンク８ｂが昇降する。これにより、作業装置２がロアリンク８ｂの前部を支点として、上方又は下方に揺動（昇降）する。

図１に示すように、トラクタ１は、トラクタ１は、操舵装置２９を備えている。操舵装置２９は、ハンドル（ステアリングホイール）３０と、ハンドル３０の回転に伴って回転する回転軸（操舵軸）３１と、ハンドル３０の操舵を補助する補助機構（パワーステアリング機構）３２と、を有している。補助機構３２は、油圧ポンプ３３と、油圧ポンプ３３から吐出した作動油が供給される制御弁３４と、制御弁３４により作動するステアリングシリンダ３５とを含んでいる。制御弁３４は、制御信号に基づいて作動する電磁弁である。制御弁３４は、例えば、スプール等の移動によって切り換え可能な３位置切換弁である。また、制御弁３４は、操舵軸３１の操舵によっても切換可能である。ステアリングシリンダ３５は、前輪７Ｆの向きを変えるアーム（ナックルアーム）に接続されている。

したがって、ハンドル３０を操作すれば、当該ハンドル３０に応じて制御弁３４の切換位置及び開度が切り換わり、当該制御弁３４の切換位置及び開度に応じてステアリングシリンダ３５が左又は右に伸縮することによって、前輪７Ｆの操舵方向を変更することができる。なお、上述した操舵装置２９は一例であり、上述した構成に限定されない。
トラクタ１は、測位装置４０を備えている。測位装置４０は、Ｄ－ＧＰＳ、ＧＰＳ、ＧＬＯＮＡＳＳ、北斗、ガリレオ、みちびき等の衛星測位システム（測位衛星）により、自己の位置（緯度、経度を含む測位情報）を検出可能である。即ち、測位装置４０は、測位衛星から送信された衛星信号（測位衛星の位置、送信時刻、補正情報等）を受信し、衛星信号に基づいて、トラクタ１の位置（例えば、緯度、経度）、即ち、車体位置を検出する。測位装置４０は、受信装置４１と、慣性計測装置（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）４２とを有している。受信装置４１は、アンテナ等を有していて測位衛星から送信された衛星信号を受信する装置であり、慣性計測装置４２とは別に走行車体３に取付けられている。この実施形態では、受信装置４１は、走行車体３、即ち、キャビン９に取付けられている。なお、受信装置４１の取付箇所は、実施形態に限定されない。

慣性計測装置４２は、加速度を検出する加速度センサ、角速度を検出するジャイロセンサ等を有している。走行車体３、例えば、運転席１０の下方に設けられ、慣性計測装置４２によって、走行車体３のロール角、ピッチ角、ヨー角等を検出することができる。
図１に示すように、トラクタ１は、表示装置５０を備えている。表示装置５０は、トラクタ１に関する様々な情報を表示したり、図３に示すように、トラクタ１が自動運転を行う作業エリアＡ１を含む作業マップＭＰ１の作成を行う。

以下、表示装置５０について詳しく説明する。
図１に示すように、表示装置５０は、表示部５１と、エリア作成部５２と、記憶部５３とを備えている。表示部５１は、液晶パネル、タッチパネル、その他のパネル等で構成されていて、様々な情報を表示する。エリア作成部５２は、ＣＰＵ、電気電子回路、表示装置５０に格納されたプログラム等から構成されている。図３に示すように、エリア作成部５２は、トラクタ１で作業を行う作業エリアＡ１を含む作業マップＭＰ１の作成を行う。記憶部５３は、不揮発性のメモリ等から構成されている。記憶部５３は、作業マップＭＰ１等を記憶する。

図３に示すように、表示装置５０に対して所定の操作を行うと、エリア作成部５２は、表示部５１にマップ作成画面Ｍ１を表示させる。マップ作成画面Ｍ１は、フィールド部６５と、操作部（ソフトウェアスイッチ）６６とを含んでいる。フィールド部６５には、位置情報（緯度、経度）が割り当てられている。フィールド部６５に設けられた操作部６６を操作することによって、フィールド部６５に、圃場の輪郭を示す圃場エリアＨ１と、圃場エリアＨ１内に作業エリアＡ１を設定することが可能である。操作部６６は、マップ作成画面Ｍ１に表示されるポインタ６７を、当該フィールド部６５に対して、上、下、左、右に移動させる矢印６６ａと、決定ボタン６６ｂ、キャンセルボタン６６ｃを有している。

マップ作成画面Ｍ１において、矢印６６ａによって、ポインタ６７を動かし、フィールド部６５内において、圃場エリアＨ１の境界点を示す複数の点Ｐ１０、Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３を選択すると、エリア作成部５２は、点Ｐ１０、Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３を結ぶ複数の線を圃場エリアＨ１の境界線として設定し、当該複数の線で囲まれた部分を圃場エリアＨ１として作成する。また、エリア作成部５２は、圃場エリアＨ１の任意の位置に、フィールド部６５に割り当てられた位置情報（緯度、経度）を対応付ける。

また、圃場エリアＨ１の作成と同様に、矢印６６ａによって、ポインタ６７を動かし、フィールド部６５内において、作業エリアＡ１の境界を示す複数の点Ｐ２０、Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ２３を選択すると、エリア作成部５２は、点Ｐ２０、Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ２３を結ぶ複数の線を作業エリアＡ１の境界線として設定し、当該複数の線で囲まれた部分を作業エリアＡ１として作成する。また、エリア作成部５２は、作業エリアＡ１の任意の位置に、フィールド部６５に割り当てられた位置情報（緯度、経度）を対応付ける。

圃場エリアＨ１と作業エリアＡ１とが設定されると、圃場エリアＨ１及び作業エリアＡ１を含む作業マップＭＰ１は、記憶部５３に記憶される。
なお、上述した作業マップＭＰ１の作成方法は、一例であり、限定されない。また、上述した実施形態では、圃場エリアＨ１と作業エリアＡ１との両方を設定していたが、作業エリアＡ１のみを設定して、当該作業エリアＡ１を作業マップＭＰ１として記憶部５３に記憶してもよい。

図１は、自動運転支援装置を含むトラクタ１のブロック図を示している。トラクタ１は、制御装置６０と、光学式センサ６１とを備えている。制御装置６０は、ＣＰＵ、電子・電気回路等から構成されていて、トラクタ１における走行系の制御、作業系の制御等を行う装置である。
光学式センサ６１は、トラクタ１の周囲の状況を検出するセンサであって、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices：電荷結合素子）イメージセンサを搭載したＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor：相補性金属酸化膜半導体）イメージセンサを搭載したＣＭＯＳカメラ、赤外線カメラ、レーザセンサ（ライダー（LiDAR: Light Detection And Ranging））等である。レーザセンサ（ライダー）は、１秒間に何百万回ものパルス状の赤外線等を照射し、跳ね返って戻ってくるまでの時間を測定することで、走行体３周辺の３Ｄマップを構築することができるセンサである。

制御装置６０には、運転切換スイッチ７１が接続されている。運転切換スイッチ７１は、ＯＮ／ＯＦＦに切り換え可能なスイッチであって、ＯＮである場合に制御装置６０を自動運転モードに設定することができ、ＯＦＦである場合に制御装置６０を手動運転モードに設定することができる。
制御装置６０は、自動運転制御部６３を有している。自動運転制御部６３は、制御装置６０に設けられた電気・電子回路、ＣＰＵ等に格納されたプログラム等から構成されている。

自動運転制御部６３は、トラクタ１（走行車体３）の自動運転を制御する。自動運転を行うには、まず、トラクタ１を、自動運転を行う圃場に移動させ、表示装置５０で作成した作業マップＭＰ１を呼び出す。自動運転制御部６３は、作業マップＭＰ１を読み込んだ後、自動運転モードになっている場合に、自動運転を開始する。自動運転制御部６３は、自動運転の開始後、トラクタ１の周囲をセンシングし、センシングしたときのセンシングデータを参照しながら、トラクタ１の操舵、車速等を調整することで、自立して圃場内などを自動的に走行する。

さて、自動運転制御部６３は、自動運転を行うに際して、圃場の状態を参照しながら、トラクタ１の進行方向を設定する。圃場の状態とは、圃場の土壌状態、圃場に作付けした作物の生育状態等である。この実施形態では、圃場の状態として、圃場の土壌状態を例にあげ説明する。ここで、圃場の土壌状態とは、圃場における土壌の硬さ、又は、土壌の凹凸である。

土壌の硬さは、例えば、土壌の硬さを測定する硬度測定装置を用いて圃場内の複数の箇所の硬度を予め測定していてもよいし、トラクタ１に耕耘装置を連結して当該耕耘装置で耕耘を行ったときの負荷から土壌の硬さを推定してもよい。例えば、耕耘装置において耕耘したときに、トラクタ１にかかる負荷と車体位置との関係を作業情報として収集しておき、当該土壌の反発力によって負荷が大きい場合は、土壌の硬度は高く、負荷が軽い場合は、土壌の硬度は低いとして、負荷から土壌の硬さを推定してもよい。なお、土壌の硬さの測定方法及び推定方法は、一例であり、限定されない。

図４Ａは、圃場内における土壌の硬さを示した一例である。図４Ａでは、圃場を複数の区画Ｑｎ（ｎ＝１，２，３・・・・）に区切った場合の土壌の硬さＤｎ（ｎ＝１，２，３・・・・）を示している。図４Ａの土壌の硬さＤｎは、例えば、土壌の硬さを５つのレベルに分け（レベル分け）た値であり、最も数値が大きい場合（レベル５）では、土壌の硬度は高いことを示しており、最も数値が小さい場合（レベル１）では、土壌の硬度は低いことを示している。

図１、図４Ａに示した区画Ｑｎと土壌の硬さＤｎとの関係を示す土壌硬さデータは、制御装置６０の記憶部４３又は表示装置５０に記憶されている。図１に示すように、土壌硬さデータは、例えば、トラクタ１に通信装置６９を設けておき、パーソナルコンピュータ、携帯端末、サーバ等の外部機器７０から通信装置６９へ送信することによりトラクタ１が取得してもよいし、土壌硬さデータを記憶した電子記憶媒体をトラクタ１に接続することでトラクタ１が取得してもよい。

土壌の凹凸は、例えば、トラクタ１で作業を行ったときに、光学式センサ６１でトラクタ１の前方を撮像装置（ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳカメラ）等で撮像したり、レーザセンサ（ライダー）等でスキャンしておき、センシングデータ（撮像画像、スキャンデータ）を解析することにより、土壌の凹凸を求めることができる。また、トラクタ１を圃場内で走行させたときに、所定位置における測位装置４０で検出された高さの変化から土壌の凹凸を推定してもよい。土壌の凹凸の測定方法及び推定方法は、一例であり、限定されない。

図４Ｂは、圃場内における土壌の凹凸を示した一例である。図４Ｂでは、図４Ａと同様に、圃場を複数の区画Ｑｎに区切った場合の土壌の凹凸Ｋｎを示している。
図４Ｂの土壌の凹凸Ｋｎは、例えば、土壌の凹凸を５つのレベルに分け（レベル分け）た値であり、最も数値が大きい場合（レベル５）では、土壌が下方へ最も凹んでいること（最も凹状になっていること）を示しており、最も数値が小さい場合（レベル１）では、土壌が上方へ最も突出していること（最も凸状になっていること）を示している。

図４Ｂの区画Ｑｎと土壌の凹凸Ｋｎとの関係は、上述したように、センシングデータ（撮像画像、スキャンデータ）から求めたものであっても、測位装置４０の高さの変化から求めたものであっても、その他の方法により求めたものであってもよい。図４Ｂの区画Ｑｎと土壌の凹凸Ｋｎとの関係を示す土壌凹凸データは、制御装置６０の記憶部４３又は表示装置５０に記憶されている。また、土壌凹凸データは、例えば、トラクタ１に通信装置６９を設けておき、パーソナルコンピュータ、携帯端末、サーバ等の外部機器７０から通信装置６９へ送信することによりを取得してもよいし、土壌凹凸データを記憶した電子記憶媒体をトラクタ１に接続することで取得してもよい。

図５Ａは、土壌の硬さＤｎを考慮しながら自動運転を行う一例を示している。図５Ａに示した土壌の硬さは、自動走行を開始する前の状態を示している。また、図５Ａの走行ルートＬ１は、トラクタ１が走行したルート（実績ルート）を示している。図５Ａでは、作業装置２は、トラクタ１に牽引された作業を行うことになるが、当該作業装置２は、土壌（対地）に対して、土を掘り起こすなどの土壌の硬さを変えない作業装置（肥料散布装置、灌水装置、農薬散布装置、播種散布装置、刈取装置、拡散装置、集草装置、成形装置）である。

図５Ａに示すように、自動運転制御部６３は、圃場における土壌の硬さＤｎに基づいて、自動運転におけるトラクタ１の進行方向を設定する。具体的には、自動運転の開始位置Ｊ１において、トラクタ１の前方（前部）が図５Ａの下向きになっている場合、まずは、自動運転制御部６３は、開始位置Ｊ１から所定距離、トラクタ１を直進させる。自動運転制御部６３は、自動運転中、作業マップＭＰ１及び当該作業マップＭＰ１に対応する土壌硬さデータ（区画Ｑｎに対応する土壌の硬さＤｎ）を参照する。

車体位置（実績位置）Ｊ２において、土壌の硬さＤ４は「レベル４」であるのに対し、当該実績位置Ｊ２に隣接する土壌の硬さＤ５が「レベル４」の区画Ｑ５と、土壌の硬さＤ１６が「レベル１」の区画Ｑ１６が存在する。ここで、自動運転制御部６３は、区画Ｑ５ではなく区画Ｑ１６の方向に、トラクタ１の進行方向を設定し右側へ操舵する。つまり、自動運転制御部６３は、現在の実績位置Ｊ２を起点として、当該起点となった実績位置Ｊ２の周囲の土壌の硬さＤｎを参照し、土壌の硬さＤｎが所定範囲外である「レベル１」に対応する区画Ｑ１６にトラクタ１の進行方向を向ける。

また、トラクタ１が車体位置（実績位置）Ｊ３に達すると、自動運転制御部６３は、車体位置（実績位置）Ｊ２と同様に、車体位置（実績位置）Ｊ３の周囲の土壌の硬さＤｎを参照し、土壌の硬さＤｎが所定範囲外である「レベル１」に対応する区画Ｑ１７に進むようにトラクタ１を制御し、車体位置（実績位置）Ｊ３から、「レベル１」に対応する区画Ｑ１７～Ｑ１９までトラクタ１を直進させる。

さらに、トラクタ１が車体位置（実績位置）Ｊ４に達すると、自動運転制御部６３は、車体位置（実績位置）Ｊ４の周囲の土壌の硬さＤｎを参照し、土壌の硬さの「レベル」が小さい区画Ｑ７にトラクタ１の進行方向に向け、トラクタ１を走行させる。トラクタ１が車体位置（実績位置）Ｊ５に達した以降も、自動運転制御部６３は、土壌の硬さを参照し、土壌の硬さの「レベル」が小さい区画Ｑｎに進行方向を向けながら、自動走行を継続する。

上述したように、自動運転制御部６３は、自動運転で既に走行した実績位置Ｊ２、Ｊ３、Ｊ４、Ｊ５と、土壌の硬さＤｎに基づいて、自動運転を継続する際のトラクタ１の進行方向を設定しながら、自動走行を行う。
さて、上述したように、区画Ｑ１６～区画Ｑ１９は、実績位置Ｊ３～Ｊ４に示すように、トラクタ１を走行させているため、当該トラクタ１の走行によって鎮圧されて、土壌の硬さＤ１６～土壌の硬さＤ１９は、トラクタ１が走行する前よりも硬くなっていると考えられる。自動運転制御部６３は、トラクタ１を既に走行させたときの実績位置、即ち、区画Ｑ１６～区画Ｑ１９の土壌の硬さＤ１６～土壌の硬さＤ１９を推定する。

図６Ａは、通過前（鎮圧前）の土壌硬さＤｎのレベルと、通過後（鎮圧後）の土壌硬さＤｎとの関係を示した図である。自動運転制御部６３は、図６Ａに示すような通過後（鎮圧後）の土壌硬さＤｎを推定する推定データを有している。
図６Ａに示すように、通過前（鎮圧前）の土壌の硬さＤｎがレベル１である場合、１回トラクタで鎮圧すると、土壌の硬さＤｎはレベル２に相当する硬さになるものの、予め定められた所定範囲Ｇ１～Ｇ２外である。通過前（鎮圧前）の土壌の硬さＤｎがレベル２である場合、１回トラクタで鎮圧すると、土壌の硬さＤｎはレベル３に相当する硬さになり、土壌の硬さＤｎは、所定範囲Ｇ１～Ｇ２内になる。通過前（鎮圧前）の土壌の硬さＤｎがレベル３～レベル５である場合、１回トラクタが走行すると、土壌の硬さＤｎは増加するものの、所定範囲Ｇ１～Ｇ２内である。

つまり、区画Ｑ１６～区画Ｑ１９において、トラクタ１を走行させて鎮圧させた場合であっても、自動運転制御部６３は、区画Ｑ１６～区画Ｑ１９の土壌の硬さＤｎが所定範囲外であると、図６Ａの推定データから判断する。即ち、自動運転制御部６３は、実績位置Ｊ３～Ｊ４における土壌の硬さＤ１６～Ｄ１９を推定し、推定した土壌の硬さＤ１６～Ｄ１９が所定範囲Ｇ１～Ｇ２外である場合、トラクタ１の進行方向を既に走行したエリア（区画Ｑ１６～区画Ｑ１９）に向ける設定を行う。

詳しくは、図５Ａに示すように、自動運転制御部６３は、車体位置（実績位置）Ｊ５～Ｊ６に向けてトラクタ１を走行させる。このとき、トラクタ１が区画Ｑ１９に近づいた時点で、区画Ｑ１９にトラクタ１を再度進入させ、車体位置（実績位置）Ｊ６～Ｊ１０に示すように、区画Ｑ１６～区画Ｑ１９を少なくとも合計で２回通過するようにトラクタ１の進行方向を切り換えながら、自動運転を継続する。なお、自動運転制御部６３は、圃場内において、作業エリアＡ１の全ての区画Ｑｎで作業が行えるように、自動運転を行う。自動運転制御部６３は、実績位置Ｊ１０以降、作業エリアＡ１の残りの区画Ｑｎの全てを走行させながら、実績位置Ｊ１１、Ｊ１２、Ｊ１３を経て、作業終了位置Ｊ１４にて自動走行を終了（停止）する。

以上によれば、自動運転制御部６３は、自動走行中の実績位置の周囲の区画Ｑｎにおける土壌の硬さＤｎを参照し、実績位置から、土壌の硬さＤｎが小さい方にトラクタ１の進行方向を向ける操舵を行う。なお、自動運転制御部６３は、自動走行中に、実績位置の周囲の区画Ｑｎを参照したとき、実績位置に隣接する土壌の硬さＤｎが同じである場合は、トラクタ１を直進させることを優先する。

図５Ｂは、土壌の凹凸Ｋｎを考慮しながら自動運転を行う一例を示している。図５Ｂに示した土壌の凹凸は、自動走行を開始する前の状態を示している。図５Ｂでも、作業装置２は、トラクタ１に牽引された作業を行うことになるが、当該作業装置２は、土壌（対地）に対して、土を掘り起こすなどの土壌の凹凸を変えない作業装置（肥料散布装置、灌水装置、農薬散布装置、播種散布装置、刈取装置、拡散装置、集草装置、成形装置）である。

図５Ｂに示すように、自動運転制御部６３は、圃場における土壌の凹凸Ｋｎに基づいて、自動運転におけるトラクタ１の進行方向を設定する。具体的には、自動運転の開始位置Ｊ２０において、トラクタ１の前方（前部）が図５Ｂの下向きになっている場合、まずは、自動運転制御部６３は、開始位置Ｊ２０から所定距離、トラクタ１を直進させる。自動運転制御部６３は、自動運転中、作業マップＭＰ１及び当該作業マップＭＰ１に対応する土壌凹凸データ（区画Ｑｎに対応する土壌の凹凸Ｋｎ）を参照する。

車体位置（実績位置）Ｊ２１において、土壌の凹凸Ｋ４は「レベル１」であるのに対し、当該実績位置Ｊ８に隣接する土壌の凹凸Ｋ９が「レベル４」の区画Ｑ９と、土壌の凹凸Ｋ２０が「レベル１」の区画Ｑ２０が存在する。ここで、自動運転制御部６３は、区画Ｑ９ではなく区画Ｑ２０の方向に、トラクタ１の進行方向を設定し右側へ操舵する。つまり、自動運転制御部６３は、現在の実績位置Ｊ２１を起点として、当該起点となった実績位置Ｊ２１の周囲の土壌の凹凸Ｋｎを参照し、土壌の凹凸Ｋｎが所定範囲外である「レベル１」に対応する区画Ｑ２０にトラクタ１の進行方向を向ける。

また、トラクタ１が車体位置（実績位置）Ｊ２２に達すると、自動運転制御部６３は、車体位置（実績位置）Ｊ２１と同様に、車体位置（実績位置）Ｊ２２の周囲の土壌の凹凸Ｋｎを参照し、土壌の凹凸Ｋｎが所定範囲外である「レベル１」に対応する区画Ｑ１９に進むようにトラクタ１を制御し、「レベル１」に対応する区画Ｑ１９～Ｑ１６までトラクタ１を直進させる。

上述したように、自動運転制御部６３は、自動運転で既に走行した実績位置Ｊ２１～Ｊ２３と、土壌の凹凸Ｋｎに基づいて、自動運転を継続する際のトラクタ１の進行方向を設定しながら、自動走行を行う。
さて、上述したように、区画Ｑ４～区画Ｑ８、区画Ｑ１６～区画Ｑ２０は、開始位置（実績位置）Ｊ２０～Ｊ２３に示すように、トラクタ１をさせているため、トラクタ１の走行によって鎮圧されて、土壌の凹凸Ｋ４～Ｋ８、土壌の凹凸Ｋ１６～凹凸Ｋ２０は、トラクタ１によって鎮圧されて高さが低くなっていると考えられる。自動運転制御部６３は、トラクタ１を既に走行させたときの実績位置、即ち、区画Ｑ４～区画Ｑ８の土壌の凹凸Ｋ４～Ｋ８と、区画Ｑ１６～区画Ｑ２０の土壌の凹凸Ｋ１６～凹凸Ｋ２０とを推定する。

図６Ｂは、通過前（鎮圧前）の土壌の凹凸Ｋｎのレベルと、通過後（鎮圧後）の土壌の凹凸Ｋｎとの関係を示した図である。自動運転制御部６３は、図６Ｂに示すような通過後（鎮圧後）の土壌の凹凸Ｋｎを推定する推定データを有している。
図６Ｂに示すように、通過前（鎮圧前）の土壌の凹凸Ｋｎがレベル１である場合、１回トラクタで鎮圧すると、土壌の凹凸Ｋｎはレベル２に相当する高さになるものの、予め定められた所定範囲Ｇ３～Ｇ４外である。通過前（鎮圧前）の土壌の凹凸Ｋｎがレベル２である場合、１回トラクタで鎮圧すると、土壌の凹凸Ｋｎはレベル３に相当する高さになり、土壌の凹凸Ｋｎは、所定範囲Ｇ３～Ｇ４内になる。通過前（鎮圧前）の土壌の凹凸Ｋｎがレベル３～レベル５である場合、１回トラクタが走行すると、土壌の凹凸Ｋｎは増加するものの、所定範囲Ｇ３～Ｇ４内である。

つまり、区画Ｑ４～区画Ｑ８、区画Ｑ１６～区画Ｑ２０において、トラクタ１を走行させて鎮圧させた場合であっても、自動運転制御部６３は、区画Ｑ４～区画Ｑ８の土壌の凹凸Ｋ４～Ｋ８と、区画Ｑ１６～区画Ｑ２０の土壌の凹凸Ｋ１６～Ｋ２０が所定範囲外であると、図６Ｂの推定データから判断する。即ち、自動運転制御部６３は、実績位置Ｊ４～Ｊ８における土壌の凹凸Ｋ４～Ｋ８を推定し、且つ、実績位置Ｊ２２～Ｊ２３における土壌の凹凸Ｋ１６～Ｋ２０を推定する。自動運転制御部６３は、推定した土壌の凹凸Ｋ４～Ｋ８及び土壌の凹凸Ｋ１６～Ｋ２０が所定範囲Ｇ３～Ｇ４外である場合、トラクタ１の進行方向を既に走行したエリア（区画Ｑ４～区画Ｑ８、区画Ｑ１６～区画Ｑ２０））に向ける設定を行う。

詳しくは、図５Ｂに示すように、自動運転制御部６３は、実績位置Ｊ２３から実績位置Ｊ２４に向けて走行させた際、トラクタ１が区画Ｑ１６に近づいた時点で、区画Ｑ１６にトラクタ１を再度進入させる。自動運転制御部６３は、トラクタ１が車体位置（実績位置）Ｊ２４に達すると、隣接する区画Ｑ４にトラクタ１を再進入させ、区画Ｑ４、Ｑ５でターンＵ１の制御を行う。また、自動運転制御部６３は、ターンＵ１後に実績位置Ｊ２５へ向けて走行させた際、トラクタ１が区画Ｑ１８に近づいた時点で、区画Ｑ１８にトラクタ１を再度進入させ、車体位置（実績位置）Ｊ２５に達すると、隣接する区画Ｑ６にトラクタ１を再進入させ、区画Ｑ６、Ｑ７でターンＵ２の制御を行う。

さらに、自動運転制御部６３は、ターンＵ２後に実績位置Ｊ２６へ向けて走行させた際、トラクタ１が区画Ｑ２０に近づいた時点で、区画Ｑ２０にトラクタ１を再度進入させ、車体位置（実績位置）Ｊ２６に達すると、隣接する区画Ｑ８にトラクタ１を再進入させ、区画Ｑ８、Ｑ９でターンＵ３の制御を行う。自動運転制御部６３は、トラクタ１をターンＵ３させた後、作業エリアＡ１の残りの区画Ｑｎの全てを走行させながら、作業終了位置Ｊ２７にて自動走行を終了（停止）する。

以上によれば、自動運転制御部６３は、自動走行中の実績位置の周囲の区画Ｑｎにおける土壌の凹凸Ｋｎを参照し、実績位置から、土壌の凹凸Ｋｎが小さい方にトラクタ１の進行方向を向ける操舵を行う。なお、自動運転制御部６３は、自動走行中に、実績位置の周囲の区画Ｑｎを参照したとき、実績位置に隣接する土壌の凹凸Ｋｎが同じである場合は、トラクタ１を直進させることを優先する。

上述した実施形態では、土壌の硬さＤｎが所定範囲Ｇ１～Ｇ２内、土壌の凹凸Ｋｎが所定範囲Ｇ３～Ｇ４内になるように、自動運転制御部６３は、走行ルートＬ１を設定していたが、自動運転制御部６３は、土壌の硬さＤｎが所定範囲Ｇ１～Ｇ２外、又は、土壌の凹凸Ｋｎが所定範囲Ｇ３～Ｇ４外である場合は、エリア（区画Ｑｎ）において、トラクタ１が通過する回数を設定してもよい。例えば、土壌の硬さＤｎが「レベル１」、土壌の凹凸Ｋｎが「レベル１」である場合、いずれも少なくとも２回以上で所定範囲内になるため、エリア（区画Ｑｎ）において、トラクタ１が通過する回数（通過回数）を２回に設定する。トラクタ１の通過回数が２回に設定された場合は、自動運転制御部６３は、区画Ｑｎにおいて、通過回数になるように自動運転を行う。

上述した実施形態では、トラクタ１を自動運転させた場合において、当該トラクタ１が既に通過したエリア（区画Ｑｎ）については、図６Ａ、図６Ｂに示すような推定データを用いて、通過後（鎮圧後）の土壌の硬さＤｎ、土壌の凹凸Ｋｎを推定していたが、図１に示すように、計測装置６８を用いて、トラクタ１の通過後（鎮圧後）の計測装置６８が計測した土壌の硬さＤｎ又は土壌の凹凸Ｋｎが、所定範囲内であるか否かを判断してもよい。

計測装置６８が土壌の硬さＤｎを計測する装置である場合、トラクタ１の後部であって車輪の後方に取り付けられている。計測装置６８は、先端を圃場上の土に押し当てることで、土壌の硬さＤｎを計測する。自動運転制御部６３は、例えば、トラクタ１が所定の区画Ｑｎを通過後、当該トラクタ１を一旦停止させる。計測装置６８は、トラクタ１が停止した時点で、所定の区画Ｑｎの土壌の硬さＤｎを計測し、計測した結果（計測した土壌の硬さＤｎ）は、自動運転制御部６３に出力する。自動運転制御部６３は、計測した土壌の硬さＤｎが所定範囲Ｇ１～Ｇ２である場合は、所定の区画Ｑｎへの進入は行わず、計測した土壌の硬さＤｎが所定範囲Ｇ１～Ｇ２外である場合は、作業エリアＡ１において、少なくとも全ての区画Ｑｎの走行（通過）が完了する前に、所定範囲Ｇ１～Ｇ２外となった区画Ｑｎへトラクタ１を向けて、所定の区画Ｑｎへの自動走行を行う。

計測装置６８が土壌の凹凸Ｋｎを計測する装置である場合は、光学式センサ６１又は測位装置４０である。計測装置６８が光学式センサ６１である場合、センシングデータに基づいて圃場の凹凸を演算する。また、計測装置６８が測位装置４０である場合、測位装置４０における高さの変動を凹凸の値として演算する。この場合、自動運転制御部６３は、例えば、トラクタ１が所定の区画Ｑｎを通過後、光学式センサ６１又は測位装置４０で、所定の区画Ｑｎの土壌の凹凸Ｋｎを演算し、演算した結果（演算した土壌の凹凸Ｋｎ）は、自動運転制御部６３に出力する。自動運転制御部６３は、演算した土壌の凹凸Ｋｎが所定範囲Ｇ３～Ｇ４である場合は、所定の区画Ｑｎへの進入は行わず、演算した土壌の凹凸Ｋｎが所定範囲Ｇ３～Ｇ４外である場合は、作業エリアＡ１において、少なくとも全ての区画Ｑｎの走行（通過）が完了する前に、所定範囲Ｇ３～Ｇ４外となった区画Ｑｎへトラクタ１を向けて、所定の区画Ｑｎへの自動走行を行う。

自動運転制御部６３は、現在の実績位置を起点として、起点とした実績位置の周囲の土壌の硬さＤｎ、土壌の凹凸Ｋｎに基づいてトラクタ１の進行方向を設定している。ここで、トラクタ１の進行方向の設定を行うにあたって、人工知能の深層学習によって構築された学習済みモデル（進行設定モデル）を用いて、トラクタ１の進行方向を設定してもよい。進行設定モデルは、過去の実績データ、例えば、圃場における土壌の硬さＤｎ、土壌の凹凸Ｋｎの分布と、実際の走行実績との実績データを、人工知能による学習を実行するコンピュータに格納して、当該コンピュータによって、進行設定モデルを構築する。

進行設定モデルは、現在の実績位置から次の進行方向を求めるにあたって、最適な進行方向を求めるモデルであり、自動運転を行うにあたって、自動運転の開始から終了までの自動運転において、自動走行後の複数の区画Ｑｎのそれぞれにおける土壌の硬さＤｎ、土壌の凹凸Ｋｎのバラツキを最小化する進行方向を推定するモデルである。
なお、進行設定モデルは、自動運転を行うにあたって、自動運転の開始から終了までの自動運転において、自動運転の総距離又は燃費が少なく且つ土壌の硬さＤｎ、土壌の凹凸Ｋｎのバラツキを最小化するモデルであってもよい。

自動運転制御部６３は、自動走行の開始後において、現在の実績位置と、圃場Ｑｎの土壌の硬さＤｎ、又は、土壌の凹凸Ｋｎを入力値として、進行設定モデルに適用し、進行設定モデルが出力した結果、即ち、進行設定モデルによって示された進行方向にトラクタ１を向けて、自動走行を継続する。
自動運転制御部６３は、運転優先モードと、圃場優先モードとを有していてもよい。運転優先モードは、最短距離又は燃費を向上させる走行を支援するモードである。圃場優先モードは、実績位置と圃場の状態により走行を支援するモードである。運転優先モードと、圃場優先モードとは、運転席１０の周囲に配置されたスイッチ、又は、表示装置５０に表示されたスイッチ等により切り換えることが可能である。

図７の走行ルートＬ１に示すように、運転優先モードに切り換えられた場合、自動運転制御部６３は、作業エリアＡ１において、最短距離又は燃費が向上するように、トラクタ１の自動運転を行う。一方で、図５Ａ、図５Ｂの走行ルートＬ１に示すように、圃場優先モードに切り換えられた場合、自動運転制御部６３は、作業エリアＡ１において、圃場の土壌の硬さＤｎが所定範囲Ｇ１～Ｇ２内になるように、或いは、圃場の凹凸Ｋｎが所定範囲Ｇ３～Ｇ４内になるように、自動走行を行う。

上述した実施形態の走行ルートＬ１は、一例であり限定されない。
さて、作業エリアＡ１において、複数のトラクタ１で自動走行を行う場合がある。このような場合、自動運転制御部６３は、土壌の硬さＤｎ又は土壌の凹凸Ｋｎが、所定範囲内となり且つ自動運転のトラクタ１の衝突を回避するように、複数のトラクタ１の進行方向を設定する。例えば、自動運転制御部６３は、複数台のトラクタ１で自動運転する場合、自己のトラクタ１とは異なる他のトラクタから実績位置（車体位置）を、通信等を用いて取得する一方、他のトラクタに自己のトラクタの実績位置（車体位置）を送信することで互いのトラクタ１が協調しながら自動運転を行う。即ち、自己のトラクタ１の自動運転制御部６３及び、他のトラクタ１の自動運転制御部６３は互いに実績位置を共有することで、互いが近づいたときは、衝突を回避する方向に移動することで、協調しながら自動運転を行うことができる。

なお、作業エリアＡ１を自己のトラクタ１と他のトラクタ１とで分けてもよい。この場合、自動運転制御部６３は、分けられた作業エリアＡ１のうち、自己のトラクタ１に対応する作業エリアＡ１において自動運転を行う。また、自動運転制御部６３は、自立的に自動運転を行いながら、光学式センサ６１で、自己のトラクタ１と異なる他のトラクタ１の自動運転の状況（走行ルート）をセンシングして、互いに干渉しないように、自動運転を実行してもよい。

自動運転支援装置は、圃場内において、トラクタ（作業車両）１の自動運転の制御を行う自動運転制御部６３と、自動運転を行ったときのトラクタ（作業車両）１の位置である実績位置を測位する測位装置４０と、を備え、自動運転制御部６３は、自動運転で既に走行した実績位置と、圃場の状態とに基づいて、自動運転を継続する際のトラクタ（作業車両）１の進行方向を設定する。これによれば、圃場の状態に基づいて、自動運転におけるトラクタ（作業車両）１の進行方向を設定しているため、圃場の状態に応じて、自動運転を行うことができる。即ち、自動運転支援装置は、例えば、自動運転の完了（終了）後の圃場の状態を良好な状態に保つことができる自動走行を実現することができる。

自動運転制御部６３は、圃場の状態として土壌状態と、実績位置とに基づいて、トラクタ（作業車両）１の進行方向を設定し、設定した方向にトラクタ（作業車両）１を向けて自動運転を継続する。これによれば、圃場の土壌状態を考慮した自動運転を行うことができ、自動運転の終了後に圃場の土壌状態をある程度、農作業者が意図した状態に保つことができる。

自動運転制御部６３は、土壌状態として、土壌の硬さ及び土壌の凹凸のいずれかと、実績位置とに基づいて、トラクタ（作業車両）１の進行方向を設定する。これによれば、土壌の硬さ又は土壌の凹凸を考慮した自動運転を行うことができ、自動運転の終了後に土壌の硬さ又は土壌の凹凸が、農作業者が意図した状態に保つことができる。
自動運転制御部６３は、圃場内において、土壌の硬さ及び土壌の凹凸のいずれかが所定範囲内となるように、トラクタ（作業車両）１の進行方向を設定する。これによれば、自動運転の終了後に土壌の硬さ又は土壌の凹凸を所定範囲内に収めることができ、自動運転終了後の圃場において、作付けする作物の成長を促進することができる。

自動運転制御部６３は、実績位置における土壌の硬さ又は土壌の凹凸のいずれかを推定し、推定した土壌の硬さ又は土壌の凹凸が、所定範囲外である場合、トラクタ（作業車両）１の進行方向を既に走行したエリアに向ける設定を行う。これによれば、土壌の硬さ又は土壌の凹凸を所定範囲外であるときは、トラクタ（作業車両）１を自動運転によって簡単に所定範囲外のエリアを再度、走行させることができ、自動走行後の土壌の硬さ又は土壌の凹凸を所定範囲内にすることができる。

自動運転支援装置は、実績位置に対応する土壌の土壌の硬さ又は土壌の凹凸を計測する計測装置６８を備え、自動運転制御部６３は、計測装置６８が計測した土壌の硬さ又は土壌の凹凸が、所定範囲外である場合、トラクタ（作業車両）１の進行方向を既に走行したエリアに向ける設定を行う。これによれば、計測装置６８によって自動運転後の土壌の硬さ又は土壌の凹凸を測定することができ、測定したときの土壌の硬さ又は土壌の凹凸が所定範囲外であるときは、自動走行によって、簡単に所定範囲外のエリアを再度、走行させることができ、自動走行後の土壌の硬さ又は土壌の凹凸を所定範囲内にすることができる。

自動運転制御部６３は、所定範囲外である場合には、エリアにおいて、トラクタ（作業車両）１が通過する回数を設定する。これによれば、トラクタ（作業車両）１が通過する回数によって、土壌の硬さ又は土壌の凹凸の度合いを調整することができる。
自動運転制御部６３は、圃場内において、複数のトラクタ（作業車両）１を自動運転させる場合、土壌の硬さ又は土壌の凹凸が、所定範囲内となり且つ自動運転のトラクタ（作業車両）１の衝突を回避するように、複数のトラクタ（作業車両）１の進行方向を設定する。これによれば、同一の圃場に対して、複数のトラクタ（作業車両）１で作業を簡単に行うことができる。

自動運転制御部６３は、最短距離又は燃費を向上させる走行を支援する運転優先モードと、実績位置と圃場の状態により走行を支援する圃場優先モードとを有し、運転優先モードと圃場優先モードとを切り換え可能である。これによれば、最短距離又は燃費を向上させる自動走行と、自動走行後の圃場の状態を考慮した自動走行とを、運転者（農作業者）によって簡単に切り換えることができ、農作業者が意図した自動運転を実現することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ ：作業車両（トラクタ）
４０ ：測位装置
６３ ：自動運転制御部
６８ ：計測装置
Ｇ１～Ｇ４：所定範囲
Ｊ３～Ｊ８、Ｊ１０～Ｊ１３、Ｊ２１～Ｊ２６：実績位置
Ｑｎ ：圃場

Claims (6)

1. 圃場内において、作業車両の自動運転の制御を行う自動運転制御部と、
   前記自動運転を行ったときの前記作業車両の位置である実績位置を測位する測位装置と、
   を備え、
   前記自動運転制御部は、前記自動運転で既に走行した前記実績位置と、前記圃場の土壌の状態としての前記土壌の硬さ及び前記土壌の凸凹のいずれかとに基づいて、前記圃場内において、前記土壌の硬さ及び前記土壌の凹凸のいずれかが所定範囲内となるように、前記自動運転を継続する際の前記作業車両の進行方向を設定する自動運転支援装置。
2. 前記自動運転制御部は、前記実績位置における前記土壌の硬さ又は土壌の凹凸のいずれかを推定し、前記推定した前記土壌の硬さ又は土壌の凹凸が、前記所定範囲外である場合、前記作業車両の進行方向を前記既に走行したエリアに向ける設定を行う請求項１に記載の自動運転支援装置。
3. 前記実績位置に対応する土壌の前記土壌の硬さ又は土壌の凹凸を計測する計測装置を備え、
   前記自動運転制御部は、前記計測装置が計測した前記土壌の硬さ又は土壌の凹凸が、前記所定範囲外である場合、前記作業車両の進行方向を前記既に走行したエリアに向ける設定を行う請求項１に記載の自動運転支援装置。
4. 前記自動運転制御部は、前記所定範囲外である場合には、前記エリアにおいて、前記作業車両が通過する回数を設定する請求項２又は３に記載の自動運転支援装置。
5. 前記自動運転制御部は、前記圃場内において、複数の前記作業車両を前記自動運転させる場合、前記土壌の硬さ又は土壌の凹凸が、前記所定範囲内となり且つ前記自動運転させる前記作業車両の衝突を回避するように、前記複数の前記作業車両の進行方向を設定する請求項１～４のいずれかに記載の自動運転支援装置。
6. 前記自動運転制御部は、最短距離又は燃費を向上させる走行を支援する運転優先モードと、前記実績位置と前記圃場の前記土壌の状態により走行を支援する圃場優先モードとを有し、
   前記運転優先モードと前記圃場優先モードとを切り換え可能である請求項１～５のいずれかに記載の自動運転支援装置。

Images