JPH1066405A

JPH1066405A - 作業車両の無人走行による無人作業方法

Info

Publication number: JPH1066405A
Application number: JP8227046A
Authority: JP
Inventors: Osamu Yukimoto; 修行本; Yosuke Matsuo; 陽介松尾; Katsuya Yuda; 克也油田; Shin Noguchi; 伸野口
Original assignee: SEIBUTSUKEI TOKUTEI SANGYO; SEIBUTSUKEI TOKUTEI SANGYO GIJUTSU KENKYU SUISHIN KIKO
Current assignee: SEIBUTSUKEI TOKUTEI SANGYO; SEIBUTSUKEI TOKUTEI SANGYO GIJUTSU KENKYU SUISHIN KIKO
Priority date: 1996-08-28
Filing date: 1996-08-28
Publication date: 1998-03-10
Anticipated expiration: 2016-08-28
Also published as: JP3656332B2

Abstract

(57)【要約】【課題】トラクタ２の無人走行により、精度及び質が
高く、しかも効率の良い無人作業を可能とする。【解決手段】トラクタ２に、デファレンシャルＧＰＳ
システムを構成し、このトラクタ２の位置情報を検出自
在とする。更に、このトラクタ２に、光ファィバジャィ
ロ及び地磁気方位センサ５を搭載し、方位情報及び車両
傾斜を検出自在とする。トラクタ２による圃場１の作業
を、往復直進作業と回り作業とに区分する。そして、そ
れぞれの作業経路を、トラクタ２の諸元に基づく折り返
し行程数、周回数等の各種条件を勘案して定めた制御プ
ログラムに基づいて行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明の作業車両の無人走行
による無人作業方法は、トラクタ等の作業車両を無人走
行させて、圃場、建設現場、土木作業現場等の所定区画
の作業現場を、所望の状態に耕作、整地等するのに利用
できる。特に、上記作業車両を無人走行させるための案
内（ガイドレール）がなく、作業の種類や作業経路が種
々存在する作業分野において、有効に利用できるもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】例えば、トラクタにより圃場内を耕作す
る場合、作業者の負担を軽減すべく、このトラクタを無
人運転させて当該圃場を耕作する（無人作業を行う）こ
とが、従来から考えられ、又、実施されている。例え
ば、本出願人が平成８年２月に発行した「平成７年度事
業報告」には、上記トラクタ等の作業車両の圃場内にお
ける位置や走行方位を検出し、これら検出値に基づいて
上記作業車両を無人走行させ、無人作業を行う方法が記
載されている。このような従来の無人作業方法において
は、圃場の周辺部をマニュアル運転（作業者が運転する
ことによる走行。以下、ティーチング走行とする。）す
ることによって得られる学習データ、或いは、前作業
（これから行おうとする作業よりも以前に行った、当該
作業現場における作業）の記録データにより得られる、
圃場区画や基準走行方位（本発明を表す図１に示すφ
i）の情報に基づいて作業経路を設定し、時々刻々得ら
れる車両位置や走行方位情報をフィードバックする等に
より、上記作業車両に上記設定した作業経路上を無人走
行させ、無人作業を行う。上述したような従来方法によ
れば、作業車両の無人走行により無人作業を行え、作業
の自動化を図れる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、作業現場で
ある圃場区画、或いは作業車両の基準となる走行方位、
若しくは圃場への出入り口は、圃場によって異なる。
又、作業幅や旋回のための枕地の大きさは、使用する作
業車両の全長等の諸元によって異なる。従って、無人作
業を行うための作業経路を設定する際には、上述したよ
うな種々の条件を考慮することが、作業を確実に行う上
で必要である。更に、上記ティーチング走行等により取
得した圃場区画や基準走行方位の情報に基づいて上記作
業経路を設定する場合に、作業開始位置と終了位置とを
考慮するとともに、適切な作業重複幅を確保すること
が、作業を効率良く行う上で必要である。

【０００４】更に、作業を確実に効率良く行うために
は、上述した事項に加え、作業車両が作業現場外へはみ
出したり、既に作業を終えた区域（既作業域）を踏み付
け足りすることを防止する必要がある。このためには、
上記作業車両の旋回や幅寄せを勘案して、この作業車両
の無人走行を高精度で行わなければならない。前述した
従来方法においては、上述した各種条件を勘案したもの
ではなかった。

【０００５】本発明の作業車両の無人走行による無人作
業方法は、上述のような事情に鑑みて発明したもので、
作業車両の高精度な無人走行を行えるようにすること
で、この作業車両による作業を、正確で効率良く行える
ようにするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の作業車両の無人
走行による無人作業方法のうち、請求項１に記載した発
明は、所定の作業を行う作業車両を所定区画の作業現場
内で無人走行させることにより、この作業現場内に上記
所定の作業を施す、作業車両の無人走行による無人作業
方法に関する。このような本発明の作業車両の無人走行
による無人作業方法においては、上記作業を、作業現場
の中央部を、枕地での１８０度旋回を行って直進作業を
繰り返す往復直進作業と、この往復直進作業が行われる
上記中央部を除く周辺部を回行し、枕地処理を含む処理
を行う回り作業とに区分し、これら往復直進作業と回り
作業とをそれぞれ行うべく、それぞれの作業経路を定め
た、以下の（ａ）〜（ｄ）の要件を備える制御プログラ
ムを作成する。（ａ）上記往復直進作業と回り作業との優先順位（ｂ）上記作業車両の諸元を含む条件に基づく、上記往
復直進作業の開始点から終了点に至る折り返し行程数（ｃ）同じく上記作業車両の諸元を含む条件に基づく、
上記回り作業の開始点から終了点に至る周回数（ｄ）上記所定の作業の開始及び終了に際し、上記作業
車両を、この作業車両が位置する地点から目的とする地
点に移動させる移動経路一方、上記作業車両には、この作業車両の位置を検出す
る位置検出手段と、この作業車両の走行方向を検出する
方位検出手段とを備える。そして、作業車両の上記作業
現場内の走行時には、上記位置検出手段と方位検出手段
とによって時々刻々得られる位置情報と方位情報とに基
づいて、例えば、この作業車両が有する直進制御手段や
回行制御手段が制御されつつ、上記制御プログラムに定
められた上記作業経路に沿って無人走行することによ
り、上記所定の作業を行う。

【０００７】尚、往復直進作業及び回り作業におけるそ
れぞれの作業経路は、請求項２に記載したように、作業
に先立って行われるマニュアル運転により、作業現場の
周辺部を少なくとも１周することにより得られる学習走
行データと、前作業における記録により得られたデータ
との少なくとも一方のデータに基づいて設定することが
できる。又、請求項３に記載したように、往復直進作業
を先順位とし、回り作業を後順位として、且つ、この回
り作業の開始点を、作業現場の出入り口に最も近い角部
近傍として、上述したような無人作業を行うことができ
る。

【０００８】更に、上記往復直進作業の折り返し行程数
ｎ１及び回り作業の周回数ｎ２及びは、それぞれ、以下
のように定めることができる。すなわち、回り作業の周
回数ｎ２は、請求項４に記載したように、作業車両の諸
元を含む条件である、作業車両の作業装置を含む全長Ａ
と作業幅Ｗと任意の作業重複幅ｗとに基づいて、ｎ２＝ｉｎｔ（Ａ／（Ｗ−ｗ））＋１但し、intは商の整数部分を求める関数により決定する。又、先順位となる往復直進作業の折り
返し行程数ｎ１は、請求項５に記載したように、作業現
場全体から、後順位となる回り作業によって処理される
予定の周辺部を除いた中央部について、任意の作業重複
幅ｗに基づいて、ｎ１＝ｉｎｔ（（ｍ＋ｗ）／（Ｗ−ｗ））＋１但し、intは商の整数部分を求める関数ｍは中央部の幅により決定する。更に、この往復直進作業の折り返し行
程数ｎ１を、作業重複幅ｗが均一となるように設定（請
求項６）したり、或いは、最終の折り返し行程における
作業重複幅がｗiであり、残りの折り返し行程における
作業重複幅がいずれもｗdであるように設定（請求項7）
する。

【０００９】更に、請求項８に記載したように、作業車
両の走行状態を、直進走ステージと、１８０度旋回ステ
ージと、任意角度旋回ステージと、幅寄せステージとの
４つのステージに区分し、位置検出手段と方位検出手段
とによって時々刻々得られる位置情報と方位情報とに基
づいて、上記直進制御手段と回行制御手段とを制御する
等により、適宜所望のステージを選択して無人走行する
ようにしても良い。或いは、請求項９に記載したよう
に、作業車両に付与した舵角と、この舵角を付与するこ
とに伴う作業車両の位置情報及び方位情報のそれぞれの
変化量とにより、作業車両に付与される舵角と得られる
作業車両の旋回半径との関係式を求め、この関係式に基
づいてそれぞれのステージにおける舵角を定めるように
構成することもできる。この場合において、請求項１０
に記載したように、作業車両に付与される舵角と得られ
る作業車両の旋回半径との関係式を、作業の進行によっ
て逐次得られる上記舵角と上記旋回半径との関係を学習
することにより、適宜修正及び更新し、適正な操舵角を
得られるようにすれば効果的である。

【００１０】更に、上述したように、走行区域を4つの
ステージに区分した場合に、これら4つのステージのう
ちの任意角度旋回ステージにおいて、作業車両の車輪
が、作業現場外或いは既作業域への進入を防止すべく、
作業現場に関する情報及び作業車両の諸元並びに作業車
両の操舵角と旋回半径との関係から、作業車両の舵角を
付与しない状態での後進或いは舵角を付与した状態での
後進を予め行い、この後、上記方位情報に基づく旋回を
行ったり（請求項１１）、幅寄せステージにおいて、こ
のステージの開始点と目標とする終了点とから算出した
幅寄せ量と前後方向移動量とに応じ、前進による幅寄せ
と後進による幅寄せとの少なくとも一方の幅寄せを行う
（請求項１２）ように構成することができる。

【００１１】

【作用】本発明の作業車両の無人走行による無人作業方
法は、上述のように構成されるため、圃場等の作業現場
をトラクタ等の作業車両の無人走行によって無人作業を
行う場合に、この圃場の耕作等の作業を確実に行うこと
ができる。すなわち、本発明の方法によれば、上記作業
を、作業現場の中央部を、枕地での１８０度旋回を行っ
て直進作業を繰り返す往復直進作業と、この往復直進作
業が行われる上記中央部を除く周辺部を回行し、枕地処
理を含む処理を行う回り作業とに区分する。そして、こ
れら往復直進作業と回り作業とをそれぞれ行うべく、（ａ）上記往復直進作業と回り作業との優先順位（ｂ）上記作業車両の諸元を含む条件に基づく、上記
往復直進作業の開始点から終了点に至る折り返し行程数（ｃ）同じく上記作業車両の諸元を含む条件に基づく
上記回り作業の開始点から終了点に至る周回数（ｄ）上記所定の作業の開始及び終了に際し、上記作
業車両を、この作業車両が位置する地点から目的とする
地点に移動させる移動経路を含む制御プログラムを定める。作業車両は、この制御
プログラムに沿って無人走行し、無人作業を行う。

【００１２】このように、本発明においては、作業現場
の形状や面積、作業車両の基準となる走行方位、作業現
場への出入り口等の各種条件を勘案した状態で、制御プ
ログラムを定めるため、確実な作業が可能になる。更
に、往復直進作業及び回り作業におけるそれぞれの作業
経路を、作業に先立って行われるティーチング走行によ
り、作業現場の周辺部を少なくとも１周することにより
得られる学習走行データと、前作業における記録により
得られたデータとの少なくとも一方のデータに基づいて
設定したり、往復直進作業を先順位とし、回り作業を後
順位として、この回り作業の開始点を、作業現場の出入
り口に最も近い角部近傍とすることにより、上述したよ
うな各種条件に加えて上記所定の作業の作業開始位置と
終了位置とを考慮できて、作業の確実化、効率化を図れ
る。又、上記往復直進作業の折り返し行程数ｎ１或いは
回り作業の周回数ｎ２を、請求項４〜７に記載したよう
に設定することにより、作業を効率良く行えるようにな
る。

【００１３】更に、本発明に係る作業車両の無人走行に
よる無人作業方法においては、作業車両の走行状態を、
直進走行ステージと、１８０度旋回ステージと、任意角
度旋回ステージと、幅寄せステージとの４つのステージ
に区分し、位置検出手段と方位検出手段とによって時々
刻々得られる位置情報と方位情報とに基づいて、これら
各ステージを適宜選択して走行するように構成ができ
る。このように構成することにより、上記作業車両の無
人走行を高精度で行えるようになる。

【００１４】又、作業車両に付与した舵角と、この舵角
を付与することに伴う作業車両の位置情報及び方位情報
のそれぞれの変化量とにより、作業車両に付与される舵
角と得られる作業車両の旋回半径との関係式を求め、こ
の関係式に基づいてそれぞれのステージにおける舵角を
定めるように構成すれば（請求項９）、作業車両が作業
現場外へはみ出したり、既に作業を終えた区域を踏み付
け足りすることを防止でき、作業を、確実且つ効率良く
行える。特に、請求項１０に記載したように、作業車両
に付与される舵角と得られる作業車両の旋回半径との関
係式を、作業の進行によって逐次得られる上記舵角と上
記旋回半径との関係を学習することにより、適宜修正及
び更新し、適正な操舵角を得られるようにすれば、より
効果的である。

【００１５】又、上述したように、走行状態を４つのス
テージに区分した場合に、これら４つのステージのうち
の任意角度旋回ステージにおいて、作業車両の車輪が、
作業現場外或いは既作業域への進入を防止すべく、作業
現場に関する情報及び作業車両の諸元並びに作業車両の
操舵角と旋回半径との関係から、舵角を付与しない状態
での後進或いは舵角を付与した状態での後進を予め行
い、この後、上記方位情報に基づく旋回を行ったり（請
求項１１）、幅寄せステージにおいて、このステージの
開始点と目標とする終了点とから算出した幅寄せ量と前
後方向移動量とに応じ、前進による幅寄せと後進による
幅寄せとの少なくとも一方の幅寄せを行う（請求項１
２）ように構成することができる。このように構成する
ことにより、小さな旋回量及び短い幅寄せが可能にな
り、上述したように作業車両が作業現場外へはみ出した
り、既に作業を終えた区域を踏み付け足りすることを防
止できる。

【００１６】これらの結果、本発明に係る作業車両の無
人走行による無人作業方法を用いて、圃場等の作業現場
で耕作等の作業を行う場合、作業車両の高精度な無人走
行が可能になり、この作業車両による作業を確実に、且
つ、効率良く行える。

【００１７】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態の１例
について説明する。図１は、本発明に係る作業車両の無
人走行による無人作業方法により、作業現場である圃場
１を、作業車両であるトラクタ２により耕作する状態を
示している。本例の場合、この耕作が、特許請求の範囲
に記載した所定の作業である。又、図２は、本発明に係
る作業車両による無人作業方法を実施するための構成例
を示している。本例の構造の場合、トラクタ２と上記圃
場１外の任意の位置（例えば、管理センター内）とに
は、それぞれＧＰＳ（Global Positioning System：衛
星測位システム）受信機３と特定小電力通信装置４とを
設置することにより、デファレンシャルＧＰＳシステム
を構成し、上記トラクタ２上で、このトラクタ２の位置
情報を得られるようにしている。又、このトラクタ２に
は、光ファィバジャィロ及び地磁気方位センサ５を搭載
し、方位情報及び車両傾斜を検出自在としている。更
に、このトラクタ２には、上記位置情報や方位情報等を
収集、処理する処理装置６と、このトラクタ２の各操作
部を自動制御するためのコントローラ７及びアクチュエ
ータ８とを備えている。上記各操作部としては、図２に
示すように、操舵、シャトル、制動（ブレーキ）、作業
機の昇降等が存在する。上記ＧＰＳ受信機３及び特定小
電力通信装置４が、特許請求の範囲に記載した位置検出
手段をなし、上記光ファイバジャイロ及び地磁気方位セ
ンサ５が、特許請求の範囲に記載した方位検出手段をな
す。尚、圃場１外の任意の位置に設置した自動追尾型測
量装置により、圃場１内でのトラクタ２の位置を検出自
在とする構成を採用することもできる。

【００１８】上述したようなトラクタ２を無人走行させ
て、上記圃場１内を耕作するには、先ず、この耕作に先
立って、トラクタ２の作業経路を定める制御プログラム
を作成する。この制御プログラムは、上記トラクタ２が
行う作業を、上記圃場１のうちの中央部１ｂを、枕地で
の１８０度旋回を行って直進作業を繰り返す往復直進作
業と、圃場１の周辺部１ａを回行し、枕地処理を含む周
辺部１ａの耕作整地処理を行う回り作業とに区分した
上、（ａ）上記往復直進作業と回り作業との優先順
位、（ｂ）上記作業車両の諸元を含む条件である、トラ
クタ２の全長Ａ、作業幅Ｗ、所望の作業重複幅ｗに基づ
く、上記往復直進作業の開始点から終了点に至る折り返
し行程数ｎ１、（ｃ）同じく上記トラクタ２の全長Ａ、
作業幅Ｗ、作業重複幅ｗに基づく上記回り作業の開始点
から終了点に至る周回数ｎ２、（ｄ）上記耕作を開始す
る際において、上記トラクタ２が存在する位置から耕作
すべき圃場１の耕作を開始する位置への移動経路、及び
耕作を終了した際において、トラクタ２が存在する位置
から次に耕作する圃場１の耕作を開始すべき位置への移
動経路等、トラクタ２を、このトラクタ２が位置する地
点から目的とする地点に移動させる移動経路を定めてい
る。

【００１９】尚、往復直進作業及び回り作業におけるそ
れぞれの作業経路は、図３に示すように、作業に先立っ
て行われるティーチング走行により、圃場１の周辺部１
ａを始点Ｐ０から終点Ｐ７まで１周することにより得ら
れる学習走行データに基づいて設定する。或いは、これ
から行うべき作業よりも以前に行った、この圃場１での
作業における記録により得られたデータに基づいて設定
する。このデータは、フレキシブルディスク（ＦＤ）等
の従来知られた各種記録媒体により保存しておく。上記
作業経路の設定を、上記学習データと記録により得られ
たデータとの両データに基づいて設定しても良い。

【００２０】本例の場合、耕作すべき圃場として、図３
に示すような、長辺Ｌ、短辺Ｍの長方形の圃場１を考え
る。このような圃場１を耕作すべく、本例の制御プログ
ラムにおいては、往復直進作業を先順位とし、回り作業
を後順位とするとともに、この回り作業の開始点を、圃
場１の出入り口１０に最も近い角部近傍Ｑ０とする。そ
して、図４（Ａ）の（１）〜（ｎ１）に示す作業経路
（往復直進作業）と、同図（Ｂ）の（１０）〜（１７）
に示すような作業経路（回り作業）とを設定する。これ
ら各作業経路を設定する際、上記往復直進作業の折り返
し行程数ｎ１及び回り作業の周回数ｎ２は、それぞれ、
以下のように定める。すなわち、上記制御プログラムの
構成要件（ｂ）である、回り作業の周回数ｎ２は、トラ
クタ２の作業装置を含む全長Ａと作業幅Ｗと所望の作業
重複幅ｗとに基づいて、ｎ２＝ｉｎｔ（Ａ／（Ｗ−ｗ））＋１但し、intは商の整数部分を求める関数により決定する。図４（Ｂ）に示す例の場合、上記周回
数ｎ２は２である。

【００２１】又、上記制御プログラムの構成要件（ｃ）
である、往復直進作業の折り返し行程数ｎ１は、以下の
ようにして求める。すなわち、圃場１全体から、後順位
である回り作業によって処理される予定の周辺部１ａを
除いた中央部１ｂの短辺ｍ（図４（Ａ）参照）は、ｍ＝Ｍ−２（ｎ２・Ｗ−（ｎ２−１）ｗ）であり、最低確保したい作業重複幅を、上記回り作業の
場合と同様、ｗとした場合に、ｎ１＝ｉｎｔ（（ｍ＋ｗ）／（Ｗ−ｗ））＋１但し、intは商の整数部分を求める関数ｍは中央部１ｂの幅（短辺）により決定する。

【００２２】尚、上記往復直進作業の折り返し行程数ｎ
１を、作業重複幅ｗが均一となるように設定したり、或
いは、最終折り返し行程における作業重複幅がｗlであ
り、残りの折り返し行程における作業重複幅がいずれも
ｗdであるように設定することができる。作業重複幅ｗ
が、図５（Ａ）に示すように、均一なｗiとなるよう作
業経路を設定すると、その作業重複幅ｗiは、ｗi＝（ｎ１・Ｗ−ｍ）／（ｎ１＋１））となる。又、上記折り返し行程数ｎ１を、図５（Ｂ）に
示すように、最終折り返し行程における作業重複幅ｗが
ｗlであり、残りの折り返し行程における作業重複幅ｗ
がいずれもｗdであるように設定した場合、最終の折り
返し行程と、この折り返し行程の直前の折り返し行程と
の作業重複幅ｗlは、ｗl＝（Ｗ−（ｍ−（ｎ１−1)(Ｗ−ｗd)))／２となる。

【００２３】上述のようにして、往復直進作業及び回り
作業における各作業経路を設定したならば、上記ティー
チング走行終了位置Ｐ７（図３）或いは圃場１の任意位
置にあるトラクタ２を、上記往復直進作業の開始位置Ｐ
S1（図４（Ａ））まで移動させる移動経路、及び上記往
復直進作業の終了位置Ｐe（図４（Ａ））から上記回り
作業の開始位置ＰS2（図４（Ｂ））まで移動させる移動
経路を設定する。この設定が、上記制御プログラムの構
成要件（ｄ）である。

【００２４】上述のようにして各作業経路を含む制御プ
ログラムを定めたならば、この制御プログラムに従って
上記トラクタ２を無人走行させ、圃場１を無人で耕作す
る。上記トラクタ２には、このトラクタ２の位置を検出
するＧＰＳ受信機３及び特定小電力通信装置４と、この
トラクタ２の走行方向を検出する光ファイバジャイロ及
び地磁気方位センサ５とを備えている。このため、上記
耕作時においては、上記ＧＰＳ受信機３及び特定小電力
通信装置４と、光ファイバジャイロ及び地磁気方位セン
サ５とによって時々刻々得られる位置情報と方位情報と
に基づいて、トラクタ２が制御され、所定の作業である
耕作を、上記制御プログラムに定められた上記作業経路
に沿って無人運転で行う。尚、耕作を開始する際には、
上記ＧＰＳ受信機３及び特定小電力通信装置４と、光フ
ァイバジャイロ及び地磁気方位センサ５とによって、基
準となる位置Ｐi及び方位φiが与えられる。

【００２５】更に、本例の構造の場合、上記トラクタ２
の無人走行を高精度に行うべく、トラクタ２の走行状態
を、図６に示すように、直進走行ステージＳＴ1と、１
８０度旋回ステージＳＴ2と、任意角度旋回ステージＳ
Ｔ3と、幅寄せステージＳＴ4との４つのステージに区分
し、上記位置検出手段と方位検出手段とによって時々刻
々得られる位置情報と方位情報とに基づいて、これら各
ステージを適宜選択制御する。すなわち、トラクタ２の
走行行程のうち、往復直進作業時における直進走行と、
回り作業時における圃場１の周辺部１ａ及び枕地での直
進走行とを、直進走行ステージＳＴ1とし、往復直進作
業時におけるＵターンを、１８０度旋回ステージＳＴ2
とし、回り作業時における折り返し行程での旋回を任意
角度旋回ステージＳＴ3とし、回り作業時及び往復直進
作業時における旋回の後、次行程開始位置までの移動
を、幅寄せステージＳＴ4とする。そして、これら４つ
のステージを適宜選択して、上記制御プログラムに沿っ
た走行を行う。尚、トラクタ２が直進走行ステージＳＴ
1にある場合に、耕作が行われる。

【００２６】上記直進走行ステージＳＴ1は、トラクタ
２の上記作業経路に沿った走行と、目的地点に移動すべ
く、基準走行方位を維持する無人走行とを対象としてお
り、時々刻々得られる位置情報と方位情報とに基づいて
舵角を制御することによって行う。例えば、時刻ｔにお
けるトラクタ２の位置Ｐt及び方位φｔの、予め設定し
た作業経路上の目標位置及び目標方位に対する偏差を算
出し、この偏差をなくすように、トラクタ２を操向する
操舵角を求めて時々刻々の舵角制御を行う。

【００２７】又、１８０度旋回ステージＳＴ2は、直進
往復作業を行う場合における旋回を対象としており、方
位情報に基づき、トラクタ２の向きが１８０度変わるま
で大舵角で、適宜片ブレーキを使用することにより、旋
回することによって行う。

【００２８】任意角度旋回ステージＳＴ3は、回り作業
における旋回を対象にしており、基本的には、方位情報
に基づき、トラクタ２の向きが任意角度変わるまで大舵
角で、適宜片ブレーキ使用により旋回することによって
行う。但し、この旋回では、トラクタ２の車輪が圃場１
外へはみ出したり、既に作業を終えた区域（既作業域）
に進入することがないように、位置情報と方位情報とに
基づき、旋回の開始地点や目標終了地点、圃場１の区画
境界や既作業域の位置関係を求め、舵角を与えない後進
（以下、後進Ｍｒとする）と、舵角を与えての後進（以
下、後進Ｍｒｔとする）との少なくとも一方を予め行
い、その後に方位情報に基づく任意角度の旋回（以下、
Ｍｔとする）を行う。

【００２９】例えば、図７（Ａ）に示すように、旋回開
始地点ＰS3において前方（図７（Ａ）の上方）及び旋回
外側の側方（図７（Ａ）の右方）に圃場1の区画境界が
近い場合、或いは後方に直前に行った作業域（既作業
域）がある場合は、先ず、トラクタ２の現在位置（旋回
開始位置）ＰS3から、前方の区画境界までの距離ｄfs3
を求める。次に、図７（Ｂ）に示すように、上記現在位
置から前進旋回を行った場合の旋回外側の前車輪の最大
到達位置ｄfmaxを、以下の式により求める。ｄfmax＝√（（Ｒ＋ｌf・sinα)２＋(ｌf・cosα)２）尚、上記式中、Ｒは大舵角での旋回の旋回半径、ｌfは
前車輪外側の後車軸中心の中央からの距離、αは車両中
心線とのなす角である。

【００３０】ここで、図７（Ｂ）に示す距離ｔs3が、ｔ
s3＝ｄfmax−ｄfs3≦０であれば、上記現在位置から前
進旋回を行っても前方の区画境界から前車輪がはみ出す
ことはない。一方、上記距離ｔs3が、ｔs3＞０であれ
ば、図７（Ｂ）に示すように、この距離ｔs3が、前車輪
が前方の区画境界からはみ出す、はみ出し量となる。こ
の場合において、後車軸中心から、直前に行った作業の
作業域終端までの距離をｌw、後車軸中心の中央から後
車輪外側までの距離をｌr（図７（Ａ）参照）として、
ｔs3≦ｌwであるならば、図７（Ｃ）に示すように、上
記現在位置から真後ろに距離ｔs3だけ後進Ｍｒした後に
前進旋回を行うことで、前方の区画境界から前車輪がは
み出すことを防止できる。又、ｔs3＞ｌwであれば、図
７（Ｄ）に示すように、先ず、適当量の舵角βを与えて
後進Ｍｒｔし、トラクタ２を旋回方向に角度δだけ回動
させることを考える。トラクタ２の向きを角度δだけ回
動させた場合に、側方の区画境界からの後車輪のはみ出
しがないように、現在位置から側方の区画境界までの距
離ｄs3と、舵角βを与えた際の旋回半径Ｒβとを基に、
次式から角度δの限界値δ1を求める。Ｒβ×(１−cosδ1)＝ｄs3−ｌr・cosδ1 上記舵角βを与えた状態での、トラクタ２を旋回方向に
角度δ1だけ回動させる後進Ｍｒｔによる、区画境界か
らの前車輪のはみ出し量は、前後方向に、（Ｒ＋Ｒβ)
・sinδ1だけ少なくなるから、ｔs3≦（Ｒ＋Ｒβ)・sin
δlならば、ｔs3＝（Ｒ＋Ｒβ)・sinδ を満たす角度δを求め、上記現在位置から車両の向きが
角度δだけ変わるまで舵角βを与えての後進Ｍｒｔを行
い、その後、前進旋回を行えば、前方の区画境界から前
車輪がはみ出すことはない。ｔs3＞（Ｒ＋Ｒβ)・sinδ
lの場合は、前方の区画境界からの前車輪のはみ出しを
なくすための後進距離ｄMrを、ｄMr＝ｔs3−（(Ｒ＋Ｒβ)・sinδ1）により求め、現在位置から距離ｄMrだけ、真後ろに後進
Ｍｒし、その後、舵角βを与えての後進Ｍｒｔを、トラ
クタ２の向きが旋回方向に角度δ1だけ変わるまで行
い、その後前進旋回を行えば、前方の区画境界から前車
輪がはみ出すことはない。上述のような任意旋回によ
り、前方及び側方の区画境界からの車輪のはみ出し、及
び後方の直前作業の作業域の後車輪による踏みつけを、
ほぼ完全に防止できる。

【００３１】次に、例えば図８に示すように、旋回開始
地点Ｐs3において前方（図８（Ａ）の上方）及び旋回外
方（図８（Ａ）の右方）、或いは、旋回内側に既作業域
が迫った場合、若しくは後方に、直前に行った作業域が
ある場合は、図８（Ｂ）に示すように、トラクタ２の現
在位置（旋回開始地点)Ps3から、適当量の舵角βを与え
て、後方の作業域を後車輪が踏み付けない位置まで後進
Ｍｒｔし、トラクタ２を旋回方向に角度δだけ回動さ
せ、その後に、図８（Ｃ）に示すように、前進旋回を行
う。この場合、後車軸中心から直前に行った作業の作業
域終端までの距離をlw、後車軸中心の中央から後車輪外
側までの距離をlr、舵角βを与えたときの旋回半径をＲ
βとすると、舵角βを与えての後進Ｍｒｔにより、ｌw＝Ｒβ・sinδ＋ｌr・sinδ となる角度δ分だけトラクタ２の向きが変わり、前方の
既作業域の前車輪による踏みつけが、前方距離で、（Ｒ
＋Ｒβ)・sinδだけ少なくなり、旋回内側及び旋回外側
の既作業域を踏みつけることなく旋回が行われる。尚、
現在位置（旋回開始地点)Ｐs3において、既に前輪が既
作業域を踏みつけていることから、後進Ｍｒｔは舵角零
の状態から開始し、速やかに舵角βを与えるようにすれ
ば、既作業域をできるだけ荒らさないようにすることが
できる。

【００３２】上記幅寄せステージST4では、図９に示す
ように、幅寄せ開始地点であるトラクタ２の現在位置Ｐ
s4と、幅寄せの目標終了地点である次作業の開始位置Ｐ
es4との関係から、必要な幅寄せ量ｄと前方移動量ｅf或
いは後方移動量ｅrを算出し、前進による幅寄せＭsf或
いは後進による幅寄せＭsr、若しくはこれらを組み合わ
せた幅寄せを、適宜選択し、位置情報と方位情報とに基
づく幅寄せ走行を実行する。例えば、往復直進作業にお
ける１８０度旋回後の幅寄せでは、通常、次作業の開始
位置（幅寄せ終了地点)Ｐes4がトラクタ２の現在位置
（幅寄せ開始地点)Ｐs4より前方にあり、その前方距離
ｅfと幅寄せ量ｄとの比ｄ／ｅfが基準値より小さい場合
は、図９（Ａ）に示すように、距離ｅf分の前進による
幅寄せＭsfによりｄの幅寄せを行う。上記比ｄ／ｅfが
基準値より大きい場合は、図９（Ｂ）に示すように、例
えば、距離ｅf／２分の後進による幅寄せＭsrにより、
先ずｄ／３だけ幅寄せを行い、この後、距離３ｅf／２
の前進による幅寄せＭsfにより、残り２ｄ／３分の幅寄
せを行う。

【００３３】一方、回り作業における旋回後の幅寄せで
は、通常、次作業の開始位置（幅寄せ終了地点）Ｐes4
が、トラクタ２の現在位置（幅寄せ開始地点)Ｐs4より
後方にあり、その後方距離ｅrと幅寄せ量ｄとの比ｄ／
ｅrが基準値よりも小さい場合は、図９（Ｃ）に示すよ
うに、距離ｅr分の後進による幅寄せＭsrにより距離ｄ
の幅寄せを行う。これに対して、比ｄ／ｅrが基準値よ
り大きい場合は、図９（Ｄ）に示すように、例えば、距
離ｅr／２の前進による幅寄せＭsfにより、ｄ／３だけ
幅寄せを行い、この後、距離３ｅr／２の後進による幅
寄せＭsrにより、残り２ｄ／３の幅寄せを行う。

【００３４】更に、上述した各ステージにおける舵角を
定める場合、トラクタ２に付与した舵角と、この舵角を
付与することに伴うトラクタ２の位置情報及び方位情報
のそれぞれの変化量とにより、トラクタ２に付与される
舵角と得られるトラクタ２の旋回半径との関係式を求
め、この関係式に基づいて上記舵角を定める。すなわ
ち、上記各ステージにおいて、トラクタ２を制御するた
めのパラメータを適正に設定するために、上記ティーチ
ング走行時、或いは位置情報と方位情報とに基づく無人
作業時に、トラクタ２に与えた舵角βと、この舵角βを
与えるべ行う操作や制御の結果として得られる位置情報
と方位情報との変化量から、このトラクタ２に付与すべ
き舵角αと得られるトラクタ２の旋回半径Ｒとの関係式
を求める。そして、この関係式に基づき、トラクタ２の
位置や方位の修正、幅寄せ、旋回のための操舵角βの決
定を行う。この場合において、トラクタ２に付与される
舵角と得られるトラクタ２の旋回半径との関係式を、作
業の進行によって逐次得られる上記舵角と上記旋回半径
との関係を学習することにより、適宜修正及び更新し、
適正な操舵角を得られるようにする。

【００３５】例えば、図１０（Ａ）に示すような１８０
度旋回、或いは同図（Ｂ）に示すような任意角度旋回に
おいて、トラクタ２の旋回前の位置及び走行方位が、そ
れぞれＰs（Ｘs，Ｙs）、φsであり、舵角βｉを与えて
旋回した後の位置及び走行方位が、それぞれＰe（Ｘe，
Ｙe）、φeであった場合、旋回半径Ｒiは、式(1)或いは
式(2)により求められる。尚、この場合、圃場1に直交座
標を設定し、これにより上記位置を表している。Ｒｉ＝√（（Ｘs−Ｘe）²＋（Ｙs−Ｙe）²） φ−φ＝１８０・・・・式（１）Ｒｉ＝√（（Ｘs−Ｘe）²＋（Ｙs−Ｙe）²）／（２sin（γ／２）） φ−φ＝α ・・・・式（２）一方、トラクタ2の前車軸と後車軸との距離である軸距
や走行速度等により理論的に求められる、任意の操舵角
βと旋回半径の関係式をＲ＝Ｆ（β）とすると、マニユ
アル運転によるティーチング走行時、或いは位置情報Ｐ
iと方位情報φiとに基づく無人作業時に、実際の操舵角
βiと旋回半径Ｒiとの関係から、式Ｒ＝Ｆ（β）を逐次
修正、更新し、その式を用いて車両を制御するために与
える舵角βを決定すれば、圃場１の状況や行程に応じて
常時適正なトラクタ２の制御を行うことができる。

【００３６】上述のように構成される作業車両の無人走
行による無人作業方法の流れを、図１１のフローチャー
トにより示す。但し、この図１１は、往復直進作業を先
順位として記載しているが、作業の種類によっては、そ
れぞれ破線で囲った往復直進作業と回り作業との順番が
逆になる場合もある。上述した本例の方法を用いること
により、圃場1の耕作を、トラクタ２の無人走行によ
り、確実に行うことができる。すなわち、本発明の方法
によれば、圃場１の形状や面積、トラクタ２の基準とな
る走行方位、圃場1への出入り口等の各種条件を勘案し
た状態で、制御プログラムを定める。このため、確実な
作業が可能になる。更に、上記往復直進作業の折り返し
行程数ｎ１或いは回り作業の周回数ｎ２を、上述したよ
うに設定するため、作業を効率良く行えるようになる。

【００３７】更に、本例に係る作業車両による無人作業
方法においては、トラクタ２の走行状態を、直進走行ス
テージと、１８０度旋回ステージと、任意角度旋回ステ
ージと、幅寄せステージとの４つのステージに区分し、
位置検出手段と方位検出手段とによって時々刻々得られ
る位置情報と方位情報とに基づいて、適宜各ステージを
選択実行する。このため、上記トラクタ２の無人走行を
高精度で行えるようになる。

【００３８】又、トラクタ２に付与した舵角と、この舵
角を付与することに伴うトラクタ２の位置情報及び方位
情報のそれぞれの変化量とにより、トラクタ２に付与さ
れる舵角と得られるトラクタ２の旋回半径との関係式を
求め、この関係式に基づいてそれぞれのステージにおけ
る舵角を定めるように構成しているため、トラクタ２が
圃場1外へはみ出したり、既に作業を終えた区域を踏み
付け足りすることを防止でき、作業を、確実且つ効率良
く行える。

【００３９】これらの結果、本発明に係る作業車両によ
る無人作業方法を用いて圃場等の作業現場を耕作等の作
業を行う場合、トラクタ２等の作業車両の高精度な無人
走行が可能になり、この作業車両による作業を確実に、
且つ、効率良く行える。尚、上述の例においては、トラ
クタ２により圃場１を耕作する場合について説明した
が、本発明はこの例に限定されるものではなく、他の作
業車両により圃場以外の作業現場を作業する場合にも適
用できる。

【００４０】

【発明の効果】本発明に係る作業車両による無人作業方
法は、上述のように構成され作用するため、作業現場
や、作業機を含む作業車両の作業幅や仕様等の条件に応
じて、作業重複幅を適切に配分した効率的な作業経路を
設定することができる。特に、作業開始位置と終了位置
とを作業現場への出入り口に近い角部とすることによ
り、より効率的な作業経路を設定することができる。
又、作業車両の走行状態を４ステージに分け、各ステー
ジを適宜組み合わせることにより、設定した作業経路上
での無人走行を高精度で行うことができ、しかも、経路
計画や車両制御のためのブログラムの開発、修正を容易
に行うことができる。更に、作業経路上の無人走行にお
いて、旋回半径を小さく、短い距離で幅寄せを行うこと
が可能となり、その結果として、作業車両の車輪が区画
外へはみ出したり、既作業域を踏みつけることが防止さ
れ、作業の精度、質を高めることができる。又、直進走
行、旋回、幅寄せと言った作業車両の制御を、作業現場
の状況や行程に応じて適正に行うことが可能となる。こ
の点からも、作業現場外へのはみ出しや既作業域の踏み
つけをなくし、作業の精度及び質を高めることが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の１例を示す、作業状態時
のトラクタを上方から見た図。

【図２】トラクタに設ける装置を示すブロック図。

【図３】ティーチング走行を説明するための図。

【図４】往復直進作業及び回り作業を説明するための
図。

【図５】作業重複幅を設定する際の例を示す図。

【図６】走行状態を４ステージに分割した場合の、各ス
テージを説明するための図。

【図７】任意角旋回ステージにおける旋回状態の第1例
を説明するための図。

【図８】同じく第２例を説明するための図。

【図９】幅寄せステージにおける幅寄せ状態を説明する
ための図。

【図１０】旋回時の制御を説明するための図。

【図１１】本発明を用いて作業を行う場合の流れを示す
フローチャート。

【符号の説明】

１圃場２トラクタ３ＧＰＳ受信機４特定小電力通信装置５光ファイバジャイロ及び地磁気方位センサ６処理装置７コントローラ８アクチュエータ１０出入り口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者野口伸北海道札幌市北区北九条西九丁目北海道大学内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の作業を行う作業車両を所定区画の
作業現場内で無人走行させることにより、この作業現場
内に上記所定の作業を施す、作業車両の無人走行による
無人作業方法であって、上記作業を、作業現場の中央部を、枕地での１８０度旋
回を行って直進作業を繰り返す往復直進作業と、この往
復直進作業が行われる上記中央部を除く周辺部を回行
し、枕地処理を含む処理を行う回り作業とに区分し、こ
れら往復直進作業と回り作業とをそれぞれ行うべく、そ
れぞれの作業経路を定めた、以下の（ａ）〜（ｄ）の要
件を備える制御プログラムを作成し、（ａ）上記往復直進作業と回り作業との優先順位（ｂ）上記作業車両の諸元を含む条件に基づく、上記往
復直進作業の開始点から終了点に至る折り返し行程数（ｃ）同じく上記作業車両の諸元を含む条件に基づく、
上記回り作業の開始点から終了点に至る周回数（ｄ）上記所定の作業の開始及び終了に際し、上記作業
車両を、この作業車両が位置する地点から目的とする地
点に移動させる移動経路且つ、上記作業車両は、この作業車両の位置を検出する
位置検出手段と、この作業車両の走行方向を検出する方
位検出手段とを備え、上記位置検出手段と方位検出手段
とによって時々刻々得られる位置情報と方位情報とに基
づいて、上記制御プログラムに定められた上記作業経路
に沿って無人走行を行うことにより、所定の作業を運転
で行う、作業車両の無人走行による無人作業方法。
【請求項２】作業に先立って行われるマニュアル運転
によって、作業現場の周辺部を少なくとも１周すること
により得られる学習走行データと、前作業における記録
により得られたデータとの少なくとも一方のデータに基
づいて、往復直進作業及び回り作業におけるそれぞれの
作業経路を設定する、請求項１に記載の作業車両の無人
走行による無人作業方法。
【請求項３】往復直進作業を先順位とし、回り作業を
後順位として、この回り作業の開始点を、作業現場の出
入り口に最も近い角部近傍とした、請求項１〜２のいず
れかに記載の作業車両の無人走行による無人作業方法。
【請求項４】回り作業の周回数ｎ２を、作業車両の諸
元を含む条件の要素である、作業車両の作業装置を含む
全長Ａと作業幅Ｗと任意の作業重複幅ｗとに基づいて、ｎ２＝ｉｎｔ（Ａ／（Ｗ−ｗ））＋１但し、intは商の整数部分を求める関数により決定する、請求項１〜３のいずれかに記載の作業
車両の無人走行による無人作業方法。
【請求項５】先順位となる往復直進作業の折り返し行
程数ｎ１を、作業現場全体から、後順位である回り作業
によって処理される予定の周辺部を除いた中央部につい
て、任意の作業重複幅ｗに基づいて、ｎ１＝ｉｎｔ（（ｍ＋ｗ）／（Ｗ−ｗ））＋１但し、intは商の整数部分を求める関数ｍは中央部の幅により決定する、請求項１〜４のいずれかに記載の作業
車両の無人走行による無人作業方法。
【請求項６】往復直進作業の折り返し行程数ｎ１を、
作業重複幅ｗが均一となるように設定した、請求項１〜
５のいずれかに記載の作業車両の無人走行による無人作
業方法。
【請求項７】往復直進作業の折り返し行程数ｎ１を、
最終の折り返し行程における作業重複幅がｗiであり、
残りの折り返し行程における作業重複幅がいずれもｗd
であるように設定した、請求項１〜５に記載の作業車両
の無人走行による無人作業方法。
【請求項８】作業車両の走行状態を、直進走行ステー
ジと、１８０度旋回ステージと、任意角度旋回ステージ
と、幅寄せステージとの４つのステージに区分し、位置
検出手段と方位検出手段とによって時々刻々得られる位
置情報と方位情報とに基づいて、これら各ステージを適
宜選択する、請求項１〜７のいずれかに記載の作業車両
の無人走行による無人作業方法。
【請求項９】作業車両に付与した舵角と、この舵角を
付与することに伴う作業車両の位置情報及び方位情報の
それぞれの変化量とにより、作業車両に付与される舵角
と得られる作業車両の旋回半径との関係式を求め、この
関係式に基づいてそれぞれのステージにおける舵角を定
める、請求項８に記載の作業車両の無人走行による無人
運転方法。
【請求項１０】作業車両に付与される舵角と得られる
作業車両の旋回半径との関係式を、作業の進行によって
逐次得られる上記舵角と上記旋回半径との関係を学習す
ることにより、修正及び更新し、適正な操舵角を得られ
るようにした、請求項９に記載の作業車両の無人走行に
よる無人作業方法。
【請求項１１】任意角度旋回ステージにおいて、作業
車両の車輪が、作業現場外或いは既作業域への進入を防
止すべく、作業現場に関する情報及び作業車両の諸元並
びに作業車両の操舵角と旋回半径との関係から、作業車
両の舵角を付与しない状態での後進或いは舵角を付与し
た状態での後進を予め行い、この後、上記方位情報に基
づく旋回を行う、請求項８〜１０のいずれかに記載の作
業車両の無人走行による無人作業方法。
【請求項１２】幅寄せステージにおいて、このステー
ジの開始点と目標とする終了点とから算出した幅寄せ量
と前後方向移動量とに応じ、前進による幅寄せと後進に
よる幅寄せとの少なくとも一方の幅寄せを行う、請求項
８〜１１のいずれかに記載の作業車両の無人走行による
無人作業方法。