WO2017047181A1 - 作業車支援システム - Google Patents

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WO2017047181A1
WO2017047181A1 PCT/JP2016/067922 JP2016067922W WO2017047181A1 WO 2017047181 A1 WO2017047181 A1 WO 2017047181A1 JP 2016067922 W JP2016067922 W JP 2016067922W WO 2017047181 A1 WO2017047181 A1 WO 2017047181A1
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work
travel
route
traveling
vehicle
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PCT/JP2016/067922
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冨田さくら
久保田祐樹
小丸千明
阪口和央
林繁樹
仲島鉄弥
佐野友彦
Original Assignee
株式会社クボタ
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to a work vehicle support system for a work vehicle that automatically runs on a work site.
  • Patent Document 2 discloses a method for calculating a target travel route of an automatic traveling rice transplanter.
  • This rice transplanter performs seedling planting work by repeating linear work traveling.
  • this rice transplanter is equipped with GPS which measures a vehicle body position.
  • the position of the GPS antenna when the teaching SW is pressed at the start of teaching is set as the starting point, and the position of the GPS antenna when the teaching SW is pressed at the end of teaching is set as the ending point.
  • a reference line connecting the start point and the end point is calculated based on the obtained start point and end point information. Then, a straight line that is parallel to the reference line (line segment) and based on the planting width is generated as a target route for planting operation traveling.
  • Patent Literature 1 the outer periphery teaching traveling of the work vehicle for calculating the route of the automatic operation traveling is performed in order to obtain the position information of the field section. During this outer periphery teaching running, no substantial field work is performed. After the outer periphery teaching traveling, the traveling work route for the entire field section obtained by the outer periphery teaching traveling is calculated. Then, actual automatic work traveling is performed. For this reason, the larger the field to be worked, the more wasteful time and fuel required for the outer periphery teaching travel cannot be ignored from the viewpoint of field work.
  • the work vehicle support system includes a vehicle position detection module for detecting the vehicle position of the work vehicle, and a vehicle position acquired by the vehicle position detection module when traveling around the outer periphery of the planned work area.
  • a non-work area outline map calculation unit that calculates an outline map of an unwork area in the planned work area from the data.
  • the work on the planned work area is simultaneously performed.
  • initial work travel also teaching travel
  • the work in the outermost peripheral area of the planned work area is performed and acquired by the vehicle position detection module during the initial work travel.
  • the coordinate position of the boundary line of the planned work area can be obtained from the own vehicle position data.
  • an outline map of the unworked area is calculated by excluding the area where the work has been completed by the initial work travel from the planned work area.
  • a combine harvester generally harvests crops along the outer circumference of the field first, and then harvests the inner area using the outer cut area created thereby as a turning area.
  • this cutting is used as the above-described initial work travel (also teaching travel), good work efficiency can be obtained.
  • the work vehicle is a combine
  • the outer periphery traveling operation is a cutting operation for harvesting cereals.
  • the circular work travel is performed a plurality of times. From the own vehicle position data acquired in a plurality of round work runs, the inner boundary line of the existing work area by the round work run can be calculated from the own vehicle position group close to the center of gravity position of the round locus and the work width. Based on the coordinate position of the inner boundary line, the outline map (outline coordinate data) of the unworked area can be calculated.
  • the work vehicle travels substantially in a straight line except for turning in the corner area.
  • the outer circumferential work travel is performed a plurality of times, and the unworked area outer shape map calculation unit calculates the gravity center position of the trajectory point group corresponding to the vehicle position data. Is used as a reference center, a plurality of side elements close to the reference center are calculated from a locus point group, and an outline map of the unworked area having a substantially polygonal shape is calculated from the side elements.
  • a route calculation unit that calculates a target travel route for working on the unworked area based on the outline map calculated by the unworked area outline map calculation unit is provided. ing.
  • the route calculation unit is configured to generate a plurality of the target travel routes and to output an optimal target travel route based on a predetermined travel condition. ing.
  • a target travel route that optimally matches the set travel conditions travel speed, work time, presence / absence of inclination, etc.
  • a configuration in which the required travel time is predicted and calculated for each of the plurality of target travel routes and the required travel time is used as the travel condition is preferable.
  • the route calculation unit generates a plurality of target travel routes, and the plurality of target travel routes are notified for selection by an operator.
  • the required travel time is important as a judgment material for the operator. From this, there is an advantage in a configuration in which the required travel time is predicted for each of the plurality of target travel routes, and the required travel time is notified in association with the plurality of target travel routes.
  • the target travel route When the automatic work travel along the target travel route is being executed, there arises a situation where the target travel route must be left for some reason. For example, if you run out of fuel, or if your work vehicle is a combine, if that grain tank is full, you will have to approach roads such as tunnels to refuel and unload the grain. After that, return to the departure position of the target travel route and perform automatic work travel again, but if the separation position is far away, it is more efficient to start the automatic work travel from the target travel route that can be reached in the shortest distance from the current position Is good.
  • a new outline map of the unworked area is calculated, and based on the newly calculated outline map and the current position of the detached work vehicle, The target travel route for traveling the remaining unworked area is recalculated.
  • Agricultural work vehicles such as combine harvesters perform operations such as harvesting in a work target area (such as a farm field) while repeating reciprocating linear travel and a direction change travel (generally a U-turn) between them. At that time, the work is performed in a straight traveling, and the work is not performed in a direction change traveling. If the work target area is a rectangle such as a rectangle, in the direction change travel locus, the travel locus from the straight travel to the direction change travel and the travel locus from the direction change travel to the straight travel are symmetrical. Therefore, steering control is easy.
  • a work target area such as a farm field
  • a direction change travel generally a U-turn
  • the traveling locus from the straight traveling to the traveling direction and the traveling locus from the traveling direction to the straight traveling are asymmetrical in the turning course. For this reason, steering control is complicated, and positional deviation after the direction change is likely to occur.
  • the target travel route is calculated as a unit travel unit that combines a straight work travel and a direction non-work travel
  • the direction non-work travel is , Divided into a simple U-turn travel in which the U-turn approach steering angle and the U-turn departure steering angle coincide with each other, and an auxiliary straight non-work travel connecting the end point of the simple U-turn travel and the end point of the straight work travel Has been.
  • the direction change non-working travel is composed of a simple U-turn traveling whose traveling locus is symmetric and a straight traveling for adjustment, so that the steering control is simplified and the position shift after the direction switching is less likely to occur.
  • the actual driving route may deviate from the target driving route due to some disturbance factor or internal disturbance factor. In such a case, it may be possible to obtain a better work result by newly calculating the target travel route rather than automatically controlling to return to the target travel route being used. For this reason, in a preferred embodiment of the present invention, when the deviation of the actual travel route with respect to the target travel route exceeds a predetermined value, the own vehicle position acquired by the own vehicle position detection module in the previous work travel A new outline map of the unworked area is calculated from the data, and a function for recalculating the target travel route for working on the remaining unworked area based on the newly calculated outline map is also given. Yes.
  • the work vehicle includes a manual travel control unit that performs manual travel using a manual travel operation unit including a control lever, an automatic travel control unit that performs automatic travel based on automatic travel information, and an automatic vehicle that detects the position of the work vehicle. And a vehicle position detection module.
  • the manual travel operation unit is manually operated by an operator on the work vehicle.
  • the automatic travel information includes travel device information and work device information.
  • the travel device information includes steering control data and vehicle speed control data for automatically traveling control of the work vehicle so that the vehicle position detected by the vehicle position detection module matches the target travel route.
  • the work equipment information includes work control data for the work equipment for executing work to be performed while traveling on the target travel route.
  • a farm field is assumed as the planned work area, and the outer periphery is bounded by a fence or a fence.
  • the work traveling on the field for example, harvesting work such as rice and wheat, is divided into an annular revolving work travel along the outer periphery that is performed first and a central work travel on the unworked area left by the revolving work travel. It is done.
  • the turning work travel is a work travel along one side of the outer periphery of the polygon (rectangle in FIG. 1) and a reverse travel performed in the corner area of the polygon (the direction is changed by incorporating reverse travel: also called ⁇ turn) And divided. Turning work travel is performed under manual travel control, and central work travel is performed under automatic travel control.
  • a vehicle position data group (for example, a round running log made up of latitude and longitude data) indicating the vehicle position continuously detected by the vehicle position detection module is recorded as a turning work running locus. Is done.
  • the recorded data group of the vehicle position is virtually indicated by a black dot in FIG.
  • the map data of the work completed area in the planned work area created through the turning work travel can be calculated.
  • an area located inside the work-completed area is an unworked area to be worked on by the subsequent automatic work travel.
  • the outline map of the unworked area can be calculated from the map data of the worked area.
  • the data group of the vehicle position of the innermost turning work travel is an outline map of the unworked area. It is used for calculation.
  • the data group of the vehicle position of the circumference other than the innermost circumference work travel is also used to supplement the loss of the data group of the own vehicle position in the innermost circumference work travel.
  • An example of an algorithm for calculating the outline map of the unworked area from the data group of the own vehicle position, which is a round traveling log, is shown below.
  • the noisy vehicle position data is filtered out from the rounding travel log that is the travel locus point group, and only the data group that is considered to belong to the travel locus is extracted.
  • the barycentric position of the extracted data group is calculated.
  • the orientation with respect to the center of gravity of each point of the extracted data group is calculated using the reference point (generally the work end point around the work vehicle) as a base point.
  • From the calculated azimuth of each point data for 360 degrees (for one non-working area) around the center of gravity is extracted as processing target data.
  • the extracted processing target data is classified as side elements belonging to each side of a polygon (rectangle in FIG. 1). (6) A linear approximation is performed on the side elements of each divided side, an approximate linear expression indicating each side is calculated, and the intersection coordinates of each side are calculated. (7) The outline map of the unworked area is calculated based on the reference position of the vehicle position in the vehicle body and the work width.
  • a target travel route for automatic work travel (central work travel) of the unworked area is calculated.
  • the target travel route includes a reciprocating linear work travel in the unworked area and a direction turning travel in the worked area for connecting the forward path and the return path of the straight work travel.
  • the target travel route can be calculated according to the start point of the target travel route (the central work travel start point), the direction of the straight work travel, the interval between the adjacent straight work travel forward and return paths, and the like. At that time, the movement between the paths connecting the forward path and the return path is performed by combining the straight travel and the turn, and can be switched back by reverse travel.
  • the time taken from the start to the end of the movement between routes varies depending on the moving distance and the presence / absence of forward / reverse switching.
  • the movement time is short, but the area required for turning becomes large.
  • the area required for the movement is small, but the movement time becomes long.
  • movement between routes is adopted as short as possible.
  • various target routes can be calculated based on the flexibility of combinations of movements between various routes and the size of the outer peripheral region that is the completed region. For this reason, the following modes are prepared as methods for selecting a target travel route that is actually used from a plurality of calculated target travel routes.
  • Mode 1 A plurality of target travel routes are generated, a plurality of target travel routes are displayed on a monitor screen or the like, and a target travel route to be executed is determined by selection by an operator.
  • Mode 2 The required travel time when the generated target travel route is executed is predicted as one of the travel conditions, and the shortest target travel route is automatically selected.
  • Mode 3 A plurality of target travel routes are displayed together with the required travel time, and a target travel route to be executed is determined by selection by the operator.
  • the target travel route calculation algorithm differs depending on the type of transition from the straight travel to the direction change travel.
  • the direction change travel turn-around travel is adopted in the rotating work travel in the manual travel
  • U-turn travel is adopted in the central work travel.
  • Which direction change travel is adopted is preferably selected according to the position and direction of the linear travel to be connected, but as a calculation condition, it may be limited to any direction change travel, and one work You may mix in an area
  • the work target area is indicated by a rectangle, but actually, there are many cases where the sides are slightly inclined like a trapezoid as shown in the partial enlarged view of FIG. 1.
  • a turn-changing travel path is used in which the end of the forward path of the straight work travel and the start of the return path are directly connected by an arc path, the curvature of the U-shaped turn-changing travel path changes continuously. Therefore, automatic traveling control becomes difficult.
  • the direction change traveling is a simple U-turn traveling in which the U-turn approach steering angle and the U-turn departure steering angle coincide, that is, substantially Specifically, an algorithm is used that divides a semicircular arc into an auxiliary straight non-working travel that connects the end point of the simple U-turn travel and the end point of the straight work travel.
  • FIG. 2 is a side view of the combine
  • FIG. 3 is a plan view.
  • This combine is a self-removable combine and includes a crawler type traveling device 1 and a body frame 2 supported by the traveling device 1.
  • the front part of the machine body frame 2 is provided with a mowing part 3 that can lift and lower the planted cereal.
  • a threshing device 11 for threshing the harvested cereal meal and a grain tank 12 for storing the grain are arranged side by side in the left-right direction.
  • a cabin 13 is provided at the front of the machine body frame 2 and in front of the grain tank 12.
  • the cabin 13 includes a ceiling panel 14.
  • the engine 10 is disposed below the cabin 13.
  • the grain tank 12 is provided with an unloader 15 that discharges the grains in the grain tank 12.
  • the cutting part 3 is configured to be swingable up and down around a horizontal swing axis that is directed to the left and right.
  • the reaping unit 3 includes a pulling device 31 that causes a planted cereal culm, a reaping device 32 that reaws the pulverized culm, and a transport device 33 that transports the chopped cereal to the threshing device 11.
  • the cabin 13 is provided with a driver seat 130.
  • a front panel 131 is provided on the front side of the driver seat 130.
  • a side panel 132 is provided on the left side of the driver seat 130.
  • an operation tool such as a control lever (steering lever) 91 and a meter panel 133 for displaying various information are arranged on the front panel 131.
  • the meter panel 133 displays a work screen, an engine speed, a meter screen indicating the remaining fuel amount, and the like.
  • a monitor 134 such as a liquid crystal panel for graphically displaying specific information is disposed, for example, on the upper left side in the cabin 13.
  • the monitor 134 displays a screen for selecting a target travel route used for automatic work travel.
  • the main transmission lever 92 and other operating tools are disposed on the side panel 132.
  • an unloader remote control 135 is placed on the side panel 132.
  • operation tools related to automatic travel for example, an autopilot ON / OFF switch 90 and a teaching travel ON / OFF switch 96 for instructing execution or cancellation of automatic travel are arranged on the side panel 132. These switches may be replaced by software switches displayed on the monitor 134, or may be provided in both forms.
  • an own vehicle position detection box 620 attached to a bracket extending upward from the side end of the ceiling panel 14 is disposed above the cabin 13. As shown in FIG.
  • This own vehicle position detection box 620 incorporates an antenna and a computing device used for detecting the own vehicle position. In this embodiment, satellite navigation and inertial navigation are adopted for the detection of the vehicle position.
  • FIG. 5 shows a control system constructed in this combine.
  • This control system includes a first in-vehicle network 5A and a second in-vehicle network 5B.
  • the first in-vehicle network 5A and the second in-vehicle network 5B are bridged by a relay unit 5C.
  • a relay unit 5C In the first in-vehicle network 5A, functional elements that perform basic operation control of the combine, for example, an input signal processing unit 50, a manual travel control unit 52, a device control unit 53, an engine control unit 54, and a notification unit 55 are constructed. ing.
  • the second in-vehicle network 5B includes functional elements related to automatic traveling that function as a work vehicle support system according to the present invention, such as an automatic traveling control unit 61, a vehicle position detection module 62, an outline map calculating unit 63, and a route calculating unit 64. Has been built.
  • This work vehicle support system employs the basic principle described with reference to FIG.
  • the device control unit 53 provides a driving device control unit 531 for driving the various operating devices (traveling devices) for driving by supplying a control signal, and an operation for driving the various operating devices (working devices) for driving by operating the control signals.
  • a device control unit 532 As shown in FIG. 5, the traveling device and the working device are collectively referred to as the operating device 20.
  • the engine control unit 54 gives a control signal to the engine 10 for starting, stopping, adjusting the rotational speed of the engine 10 and the like.
  • the manual travel operation unit 9 shown in FIG. 5 is a general term for operation tools that are operated by a person in the work traveling of the combine, and includes a control lever 91, a main transmission lever 92, and the like. This combine basically adopts a by-wire system.
  • the work state detection device 8 detects state information of the operation device 20, that is, work device information, and includes various sensors and switches (for example, a switch that detects whether the clutch of each work mechanism is on or off). And vehicle speed sensor). A detection signal from the work state detection device 8 is also basically input to the input signal processing unit 50.
  • the notification unit 55 transmits a notification signal to the notification device 73 to notify various information to be given to the operator and the surroundings.
  • the notification device 73 includes not only the monitor 134 but also various lamps (for example, the notification lamp 731 shown in FIGS. 2 and 3) and a buzzer 732 inside and outside the aircraft.
  • the manual travel control unit 52 performs arithmetic processing and determination processing using the signal input through the input signal processing unit 50 and the work device information from the work state detection device 8, and performs the operation of the operation device 20 based on manual operation. Generate data to control. The generated data is sent to the device control unit 53, and converted and output as a control signal from the device control unit 53 to the operating device 20. Thereby, operation
  • the own vehicle position detection module 62 includes a satellite navigation module 621 that detects a direction such as latitude and longitude using GNSS (or GPS), and the configuration thereof is a positioning used in a car navigation system or the like. Similar to unit.
  • the vehicle position detection module 62 in this embodiment includes a gyro acceleration sensor and a magnetic sensor to detect instantaneous work vehicle movement (direction vector and the like) and direction, and to complement the satellite navigation module 621.
  • An inertial navigation module 622 incorporating an orientation sensor is provided.
  • the outline map calculation unit 63 calculates the outline map of the field that is the target of automatic work travel.
  • the teaching travel ON / OFF switch 96 is turned ON, the circular operation traveling is performed by manual traveling on the outer periphery of the field where rice and wheat are grown in the state where the teaching mode for calculating the outer shape map is activated.
  • the outer shape map calculation unit 63 calculates an outer shape map of an unworked area to be automatically operated.
  • the route calculation unit 64 calculates a target travel route for working traveling in the unworked area based on the contour map.
  • a plurality of target travel routes are calculated, an illustration schematically showing each target travel route is displayed on the screen of the monitor 134 together with the predicted travel time, and the operator is prompted to select it.
  • the automatic traveling control unit 61 executes automatic traveling based on automatic traveling information necessary for automatic traveling.
  • the automatic travel information includes a deviation (deviation) between the own vehicle position and the target travel route based on the own vehicle position data, a deviation between the traveling direction of the own vehicle and the extension direction of the target travel route, a preset vehicle speed, a target
  • the operation of the working device to be performed while traveling on the travel route, the machine state information from the work state detection device 8, and the like are included.
  • the automatic travel control unit 61 gives necessary control data to the equipment control unit 53 based on such automatic travel information, and controls the travel equipment and work equipment mounted on the combine.
  • the relay unit 5C not only exchanges data between the first in-vehicle network 5A and the second in-vehicle network 5B, but also includes an input / output interface and a data processing unit for external devices. Yes. Therefore, the relay unit 5C is connected with a notification lamp 731 as a notification device 73, a buzzer 732, an autopilot ON / OFF switch 90, a teaching travel ON / OFF switch 96, and a remote control 95 for automatic travel in a wireless manner. It is connected.
  • the notification lamp 731 is a columnar lamp erected on the ceiling of the grain tank 12, and is turned on during automatic running, and indicates that the combine is running automatically. Can let you know.
  • the buzzer 732 can inform the surroundings that the combine is traveling in teaching work or is in automatic travel.
  • a remote controller 95 for automatic traveling is prepared.
  • the automatic traveling remote controller 95 is provided with, for example, an emergency stop button, an engine start button, and an automatic operation button. The emergency stop of the combine, the start of the engine, and the automatic operation are given to the combine control system from the outside. be able to.
  • the operator manually moves the combine to the start position at which the circuit work starts (# 10).
  • the teaching travel ON / OFF switch 96 is turned on (# 12), and the rounding work traveling as the headland work and the outer periphery teaching traveling are simultaneously performed (# 14).
  • the circuit work is ended and the teaching travel ON / OFF switch 96 is turned off to stop the outer periphery teaching.
  • one or more target travel routes in the unworked area are calculated (# 22).
  • a travel speed is set for the calculated target travel route, and a required travel time is predicted (# 24). If there are a plurality of calculated target travel routes, the operator selects the target travel route. If there is one calculated target travel route, an illustration of the target travel route and an estimated travel time are displayed on the monitor 134 for confirmation by the operator. Displayed (# 26).
  • the target travel route for automatic work travel is determined (# 28)
  • the combine is moved to the start position of the automatic work travel (# 30).
  • the automatic pilot ON / OFF switch 90 is turned on (# 32), and the automatic work travel is started (# 34).
  • the automatic work travel can be stopped by using the operation of the control lever 91 as a trigger as described above, but is normally terminated by the OFF operation of the autopilot ON / OFF switch 90. .
  • the transition control from the emergency evacuation automatic traveling to the manual traveling is omitted.
  • the automatic work traveling it is checked whether or not the automatic traveling stop is instructed by the OFF operation of the autopilot ON / OFF switch 90 (# 36).
  • the autopilot ON / OFF switch 90 is turned off, it is further checked whether or not the work travel on all target travel routes assigned to the unworked area has been completed (# 38).
  • this separation traveling is a separation traveling in which the vehicle body is moved to a transport vehicle waiting in a basket for unloading the full grain tank 12 in a combine. Yes (# 40). Completion of the leaving travel is confirmed again by the ON operation of the autopilot ON / OFF switch 90 (# 42).
  • the vehicle position detection module 62 performs the work travel up to that point.
  • the outline map calculation unit 63 calculates an outline map of a new unworked area. Then, based on the newly calculated outline map, the route calculation unit 64 recalculates the target travel route for working traveling in the remaining unworked area. For example, if the autopilot ON / OFF switch 90 is turned on after the combine leaves the target travel route, that is, if the disengagement travel is completed (# 42 YES branch), the vehicle position detection module in the previous work travel Based on the own vehicle position data acquired by 62, the outline map calculation unit 63 calculates the outline map of the unworked area remaining at the time of departure.
  • the target travel route including the resume position of the automatic work travel is recalculated from the own vehicle position of the combine at that time and the outline map of the unworked area remaining at the time of leaving (# 44).
  • the automatic work travel can be moved to the restart position by automatic travel control, but can also be performed by manual travel control (# 46). In any case, when the automatic work travel resume position on the new target travel route is reached, the automatic work travel along the target travel route as before is resumed (# 48).
  • the target travel route is newly calculated by the route calculation unit 64 when the overlap amount generated in actual traveling deviates by a predetermined amount or more from the overlap amount set in advance.
  • the combine control system includes the first in-vehicle network 5A and the second in-vehicle network 5B that are bridged by the relay unit 5C, but may include three or more in-vehicle networks. Alternatively, a single in-vehicle network may be used.
  • the first in-vehicle network 5A is an in-vehicle network of a conventional manually driven vehicle
  • the second in-vehicle network 5B is provided with a functional block related to automatic driving when bridged by the relay unit 5C.
  • a conventional in-vehicle network of a manually driven vehicle can be used as it is.
  • the signal from the automatic traveling remote controller 95 is configured to be input to the input signal processing unit 50, and the automatic traveling remote controller 95 is operated by an operator outside the vehicle to perform manual traveling. May be.
  • a smartphone or a tablet terminal is used instead of the monitor 134 and the monitor 134 is operated by an operator outside the vehicle.
  • a target travel route for automatic work travel central work travel
  • a reciprocating linear work travel is performed 180 degrees U-turn. Things that are connected by driving were taken up.
  • examples of other target travel routes will be described.
  • the target travel route shown in FIG. 7 travels in a quadrangular spiral from the outside to the center, and the 90-degree corner connecting the straight route is a reverse travel route combining reverse travel. It has become. This return travel route will be described.
  • This reverse travel route is the first route r1 that travels forward from the entry-side straight route L1 before entering the reverse travel route, substantially in a straight line or in a spiral direction (indicated by a straight line in the drawing).
  • the second route r2 travels backward at the steering angle of the direction, and the third route r3 travels forward from the reverse travel route toward the next outgoing straight route L2. It is convenient that the second route r2 extends to a position where the third route r3 is substantially a straight line. In FIG. 7, only the four turns on the outer periphery are shown, but can be taken in all 90-degree corners.
  • B The target travel route shown in FIG.
  • the straight route L1 is connected to the straight route L4 by a 180-degree U-turn route S1 that sandwiches the two straight routes L2 and L3.
  • the straight path L4 is connected to the straight path L2 by a 180-degree U-turn path S2 with the straight path L3 interposed therebetween.
  • the straight path L2 is connected to the straight path L5 by a 180-degree U-turn path S3 that sandwiches the two straight paths L3 and L4.
  • the 180-degree U-turn route is connected to the next straight route across one or more straight routes, so that the radius of curvature becomes large and the vehicle can easily turn, resulting in an advantage that high-speed traveling is possible.
  • the target travel route shown in FIG. 9 is a combination of the target travel route of FIG. 7 and the target travel route of FIG. That is, the reverse traveling route shown in FIG. 7 is used for the outer traveling route.
  • the travel route shown in FIG. 8 is used, which is a travel route using a 180-degree U-turn route with one or more straight routes interposed therebetween.
  • the present invention can be applied to work vehicles such as self-removing combine harvesters, ordinary combine harvesters, or rice transplanters and tractors.

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Abstract

作業車支援システムは、作業車の自車位置を検出する自車位置検出モジュールと、作業予定領域の外周を周回作業走行する際に自車位置検出モジュールによって取得された自車位置データから、作業予定領域内の未作業領域の外形マップを算定する未作業領域外形マップ算定部とを備えている。

Description

作業車支援システム
　本発明は、自動で作業地を作業走行する作業車のための作業車支援システムに関する。
　走行しながら作業を行う作業車を自動走行させる試みが、従来から行われている。作業車の自動走行を実現させるためには、作業対象となる作業領域がマップデータなどを通じて認識されなければならない。例えば、特許文献１に開示された圃場作業車両の無人作業方法では、まず、作業領域である圃場の外周を手動運転により一周走行する外周ティーチングを行う。これにより、当該圃場の地図座標及び基準走行方位が算定される。次いで、圃場内の全領域を作業走行するための走行作業経路を設定する。そして、圃場作業車両が、この走行作業経路上を、時々刻々得られる車両の圃場内位置情報と走行方位情報とに基づき、自動的に作業走行する。これにより、圃場内の全領域に対する作業走行が自動操縦で行われる。この特許文献１で取り扱われている圃場作業車両は耕耘作業、整地作業、代掻き作業などを行うトラクタである。このトラクタは、圃場内の全領域を作業走行する。
　特許文献２には、自動走行田植機の目標走行経路を算定する方法が開示されている。この田植機は、直線作業走行の繰り返しで苗植付け作業を行う。また、この田植機は、車体位置を計測するＧＰＳを備えている。そして、ティーチング開始時にティーチングＳＷを押下した時のＧＰＳアンテナの位置が開始点とされ、ティーチング終了時にティーチングＳＷを押下した時のＧＰＳアンテナの位置が終了点とされる。得られた開始点と終了点の情報に基づいて、開始点と終了点とを結ぶ基準線が算定される。そして、この基準線（線分）に平行であり、植付け幅に基づいた直線が、植付け作業走行のための目標経路として生成される。
特開平１０－０６６４０６号公報 特開２００８－６７６１７号公報
　特許文献１では、自動作業走行の経路を算定するための作業車の外周ティーチング走行は、圃場区画の位置情報を得るために行われるものである。この外周ティーチング走行時には、実質的な圃場作業は行われない。外周ティーチング走行の後、外周ティーチング走行で得られた圃場区画全体に対する走行作業経路が算定される。そして、実際の自動作業走行が実施される。このため、作業対象となる圃場が広大であればあるほど、外周ティーチング走行に必要とされる時間や燃料が圃場作業の観点からは無視できない無駄な経費となる。
　特許文献２では、直線状のティーチング走行時に作業（苗植付作業）が行われるかどうかは明示されていない。また、作業走行経路の算定の際、直線状のティーチング走行によって得られる直線状の基準線に平行な作業走行経路しか算定できない。さらには、ティーチング走行において圃場全体のマップ情報を得ることができないので、作業走行経路の往復経路数や経路長さを予め算定できない。
　このような従来技術の実情から、外形マップが準備されていない作業地での自動作業走行経路を算定するためのさらに効果的な技術が所望されている。
　本発明による作業車支援システムは、作業車の自車位置を検出する自車位置検出モジュールと、作業予定領域の外周を周回作業走行する際に前記自車位置検出モジュールによって取得された自車位置データから、前記作業予定領域内の未作業領域の外形マップを算定する未作業領域外形マップ算定部とを備えている。
　この構成では、作業予定領域の外形マップ（座標位置）を算定するために作業予定領域の外周を周回する際、作業予定領域に対する作業も同時に行う。つまり、作業予定領域の境界線に沿って初期作業走行（兼ティーチング走行）することで、作業予定領域の最外周領域の作業を実施するとともに、初期作業走行中に自車位置検出モジュールによって取得される自車位置データから作業予定領域の境界線の座標位置を得ることができる。この作業予定領域の境界線の座標位置に基づいて、作業予定領域から初期作業走行によって作業完了した領域を除いた未作業領域の外形マップが算定される。作業予定領域の最外周領域の座標位置を取得するためのティーチング走行においても、作業予定領域に対する作業が行われるので、作業効率がよい。
　穀物収穫を行うコンバインは、一般的には、最初に圃場外周に沿った回り刈りを行い、それによって作り出された外周の既刈領域を方向転換領域として内領域の収穫作業を行う。この回り刈りを、上述した初期作業走行（兼ティーチング走行）として用いると、良好な作業効率が得られる。このことから、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記作業車はコンバインであり、前記外周の周回作業走行は穀稈収穫のための回り刈り走行である。
　初期作業走行で方向転換領域を作り出す際、1回の周回作業走行では十分な大きさの方向転換領域が得られないことがある。そのような場合、周回作業走行が複数回行われる。複数回の周回作業走行で取得された自車位置データから、周回軌跡の重心位置に近い自車位置群と作業幅とから周回作業走行による既作業領域の内側境界線を算定することができる。この内側境界線の座標位置に基づいて、未作業領域の外形マップ（外形座標データ）を算定することができる。作業車は、コーナ領域での旋回以外では、実質的には直線走行する。これを利用して、周回作業走行の軌跡はコーナ領域を除いて直線（辺）とみなすと、算定処理の負担が軽減する。このことから、本発明の実施形態の１つでは、前記外周の周回作業走行は複数周回行われ、前記未作業領域外形マップ算定部は、前記自車位置データに対応する軌跡点群の重心位置を基準中心とし、軌跡点群から前記基準中心に近い複数の辺要素を算定し、前記辺要素から実質的に多角形状の前記未作業領域の外形マップを算定する。
　未作業領域を自動作業走行するためには、当該未作業領域に適した目標走行経路が必要である。このため、本発明の実施形態では、前記未作業領域外形マップ算定部によって算定された外形マップに基づいて、前記未作業領域を作業走行するための目標走行経路を算定する経路算定部が備えられている。
　未作業領域の自動作業走行の適切な経路は、領域形状が類似していても作業対象の状態、例えば麦や米の収穫作業での穀稈の生育状態などによっても異なる。このため、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記経路算定部は、前記目標走行経路を複数通り生成し、所定の走行条件に基づいて最適な目標走行経路を出力するように構成されている。これにより、設定された走行条件（走行速度、作業時間、傾斜の有無など）に最適に適合する目標走行経路が出力されるので、自動作業走行がより理に適ったものとなる。特に、作業の経済性に重きを置く場合には、複数通りの前記目標走行経路毎に所要走行時間が予測演算され、前記所要走行時間が前記走行条件として利用される構成が好ましい。
　未作業領域の自動作業走行の経路の決定には、オペレータの経験に基づく判断も重要である。このため、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記経路算定部は、前記目標走行経路を複数通り生成し、複数通りの前記目標走行経路がオペレータによる選択のために報知される。なお、オペレータの判断材料として所要走行時間が重要である。このことから、複数通りの前記目標走行経路毎に所要走行時間が予測され、前記所要走行時間が複数通りの前記目標走行経路に対応付けて報知される構成も利点がある。
　目標走行経路に沿った自動作業走行を実行している際に、何らかの理由で、当該目標走行経路を離脱しなければならない事態が生じる。例えば、燃料切れ、あるいは作業車がコンバインとすれば、その穀粒タンクが満杯となった場合、燃料補給や穀粒アンロードのために、畦道などの道路に接近しなければならない。その後、再び、目標走行経路の離脱位置に戻って自動作業走行を行うが、離脱位置が遠く離れている場合、現在位置から最短で到達可能な目標走行経路から自動作業走行を開始した方が効率がよい。このため、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記目標走行経路を用いた前記未作業領域に対する作業走行中に、当該作業車が前記目標走行経路を離脱した場合、それまでの作業走行において前記自車位置検出モジュールによって取得された自車位置データから、新たな未作業領域の外形マップが算定され、この新たに算定された外形マップと離脱した作業車の現在位置とに基づいて、残りの未作業領域を作業走行するための目標走行経路が再算定される。
　コンバインなどの農作業車は、往復の直線走行とその間の方向転換走行（一般にはＵターン）を繰り返しながら、作業対象領域（圃場など）における収穫などの作業を行う。その際、作業は直線走行において行われ、方向転換走行では作業は行われない。作業対象領域が長方形のような矩形であれば、方向転換走行軌跡において、直線走行から方向転換走行への走行軌跡と方向転換走行から直線走行への走行軌跡が対称形状となる。そのため、操向制御が容易である。しかしながら、作業対象領域が台形のような非矩形であれば、方向転換走行軌跡において、直線走行から方向転換走行への走行軌跡と方向転換走行から直線走行への走行軌跡が非対称形状となる。そのため、操向制御が複雑となって、方向転換後の位置ずれが生じやすい。この問題を避けるため、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記目標走行経路が直線作業走行と方向転換非作業走行とを組み合わせた単位走行ユニットとして算定され、前記方向転換非作業走行は、Ｕターン進入操向角とＵターン離脱操向角とが一致する単純Ｕターン走行と、前記単純Ｕターン走行の端点と前記直線作業走行の端点とを接続する補助直線非作業走行とに分割されている。この構成では、方向転換非作業走行が、走行軌跡が対称である単純Ｕターン走行と調整用の直線走行とから成り立つので、操向制御が簡単となり、方向転換後の位置ずれが生じにくい。
　自動走行においては、何らかの外乱要因や内乱要因から実際の走行経路が目標走行経路から外れてしまうことがある。このような場合では、使用している目標走行経路に復帰するように自動制御するよりは、新たに目標走行経路を算定した方が、良好な作業結果を得る場合がある。このため、本発明の好適な実施形態では、実際の走行経路の前記目標走行経路に対する偏差が所定値を超えた場合、それまでの作業走行において前記自車位置検出モジュールによって取得された自車位置データから、新たな未作業領域の外形マップが算定され、新たに算定された外形マップに基づいて、残りの未作業領域を作業走行するための目標走行経路が再算定される機能も与えられている。
　往復直線作業走行で作業を行っている場合、作業残しを避けるためには、往復の直線作業走行において作業軌跡のオーバーラップが必要となる。このオーバーラップが大きく変化した場合、使用している目標走行経路で修復することは困難となる。このため、実際の走行で生じたオーバ―ラップ量が、前もって設定されているオーバーラップ量を所定量以上ずれた場合、前記目標走行経路が新たに算定される機能を備えることが好ましい。
本発明による作業車支援システムの基本原理を説明するための説明図である。 本発明による作業車支援システムが搭載された作業車の一例であるコンバインの側面図である。 コンバインの平面図である。 コンバインのキャビンの内部を示す平面断面図である。 作業車支援システムが組み込まれたコンバインの制御系を説明するための機能ブロック図である。 作業車支援システムによる作業走行制御の一例を示すフローチャート図である。 中央作業走行のための目標走行経路の一例を示す走行経路図である。 中央作業走行のための目標走行経路の一例を示す走行経路図である。 中央作業走行のための目標走行経路の一例を示す走行経路図である。
　本発明による作業車支援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、作業車支援システムの基本原理、特にティーチング走行を通じて作業予定領域の外形マップを算定する基本原理を説明する。図１では、この作業車支援システムを装備した作業車によって作業される作業予定領域は、単純な長方形で示されている。作業車は、操縦レバーなどを含む手動走行操作ユニットによって手動走行を行う手動走行制御ユニットと、自動走行情報に基づいて自動走行を行う自動走行制御ユニットと、作業車の自車位置を検出する自車位置検出モジュールとを備えている。手動走行操作ユニットは、作業車に搭乗している操作員によって手動操作される。自動走行情報には、走行機器情報と作業機器情報とが含まれている。走行機器情報には、自車位置検出モジュールによって検出される自車位置が目標走行経路に一致するように作業車を自動走行制御するための操向制御データや車速制御データが含まれる。作業機器情報には、目標走行経路における走行中に行うべき作業を実行するための作業機器に対する作業制御データが含まれる。
　作業予定領域として、ここでは圃場が想定されており、外周囲は柵や畦などによって境界づけられている。この圃場に対する作業走行、例えば稲や麦などの収穫作業走行は、最初に行われる外周囲に沿った環状の回り作業走行と、当該回り作業走行によって残された未作業領域に対する中央作業走行に分けられる。回り作業走行は、多角形（図１では四角形）の外周の一辺に沿った作業走行と、多角形のコーナ領域で行われる切り返し走行（後進を組み込むことで方向転換を行う：αターンとも呼ばれる）とに分けられる。回り作業走行は手動走行制御のもとに行われ、中央作業走行は自動走行制御のもとで行われる。
　手動走行による回り作業走行時に、自車位置検出モジュールによって継時的に検出された自車位置を示す自車位置データ群（例えば緯度経度データ群からなる周回走行ログ）が回り作業走行軌跡として記録される。記録された自車位置のデータ群は、図１において、黒点で仮想的に示されている。この回り作業走行軌跡に作業幅を加味することで、回り作業走行を通じて作り出された、作業予定領域における作業済領域のマップデータが算定できる。さらに、この作業済領域の内側に位置する領域（図１では薄く塗られている）が、続いて行われる自動作業走行によって作業されるべき未作業領域となる。この未作業領域の外形マップは、作業済領域のマップデータからが算定できる。なお、図１の回り作業走行軌跡の部分拡大図に示すように、回り作業走行が複数周回された場合は、最内周の回り作業走行の自車位置のデータ群が未作業領域の外形マップの算定に用いられる。もちろん、その際、最内周の回り作業走行以外の周回の自車位置のデータ群も、最内周の回り作業走行での自車位置のデータ群の欠損を補完するためなどに用いられる。
　周回走行ログである自車位置のデータ群から未作業領域の外形マップを算定するアルゴリズムの一例を以下に示す。
　（１）走行軌跡点群である周回走行ログから、ノイズ的な自車位置データをフィルタリングで取り除き、走行軌跡に属すると見なされるデータ群だけを抽出する。
　（２）抽出されたデータ群の重心位置を算定する。
　（３）基準点（一般には作業車の回り作業終点）を基点として、抽出データ群の各点の重心に対する方位を算定する。
　（４）算定された各点の方位から重心位置を基準中心とする３６０度分（非作業領域１周分）のデータを処理対象データとして抽出する。
　（５）抽出された処理対象データを多角形（図１では四角形）の各辺に属する辺要素として区分けする。
　（６）区分けされた各辺の辺要素を線形近似し、各辺を示す近似直線式を算定し、各辺の交点座標を算定する。
　（７）車体における自車位置の基準箇所と作業幅とに基づいて未作業領域の外形マップを算定する。
　未作業領域の外形マップが算定されると、当該未作業領域の自動作業走行（中央作業走行）のための目標走行経路が算定される。図１の例では、目標走行経路は、未作業領域での往復直線作業走行と、直線作業走行の往路と復路との間をつなぐための作業済領域での方向転回走行とを含む。目標走行経路の始点（中央作業走行開始点）、直線作業走行の方向、隣接する直線作業走行の往路と復路との間隔などに応じて、目標走行経路が算定可能である。その際、往路と復路とを接続する経路間移動は、直進と旋回とを組み合わせることで行われ、さらには後進による切り返しも可能である。経路間移動の開始から終了までにかかる時間は移動距離や前後進切替の有無によって異なる。Ｕターンのような単純な経路間移動では、移動時間は短いが、旋回に必要な面積が大きくなる。また、切り返し経路間移動では、移動に必要となる面積は小さいが、移動時間が長くなる。基本的には、できるだけ移動時間が短い経路間移動が採用される。しかしながら、各種経路間移動の組み合わせの自在性や作業済領域である外周領域の大きさなどから、種々の目標経路が算定可能である。このため、算定された複数の目標走行経路から実際に用いられる目標走行経路を選択するための手法として、以下のモードが用意されている。
　モード１：目標走行経路が複数通り生成され、複数通りの目標走行経路がモニタ画面等に表示され、オペレータによる選択により、実行するべき目標走行経路が決定される。
　モード２：生成された目標走行経路を実行した際の所要走行時間が走行条件の１つとして予測され、最も短時間の目標走行経路が自動的に選択される。
　モード３：複数通りの目標走行経路がその所要走行時間とともに表示され、オペレータによる選択により、実行するべき目標走行経路が決定される。
　目標走行経路の直線走行と方向転換走行とからなる目標走行経路の算定に関して、直線走行から方向転換走行への移行の種類によって目標走行経路算定アルゴリズムが異なる。図１では、方向転換走行として、手動走行における回り作業走行では切り返し走行が採用されており、中央作業走行ではＵターン走行が採用されている。どちらの方向転換走行を採用するかは、接続される直線走行の位置と方向に応じて選択すること好ましいが、算定条件として、いずれかの方向転換走行に限定してもよいし、１つの作業領域において混在させてもよい。
　図１では、作業対象領域が長方形で示されているが、実際には、図１の部分拡大図に示されているように、台形のように辺がやや傾斜しているケースが少なくない。このようなケースでは、直線作業走行の往路の終端と復路の始端を直接円弧経路で接続するような方向転換走行経路を採用すると、Ｕ字状の方向転換走行経路の曲率が連続的に変化するため、自動走行制御が難しくなる。このような実情に対処するためには、図１の部分拡大図に示すように方向転換走行は、Ｕターン進入操向角とＵターン離脱操向角とが一致する単純Ｕターン走行、つまり実質的には半円弧と、前記単純Ｕターン走行の端点と前記直線作業走行の端点とを接続する補助直線非作業走行とに分割するアルゴリズムが採用される。
　次に、本発明による作業車支援システムの具体的な実施形態の１つを、作業車の一例であるコンバインに搭載された例を用いて説明する。図２は、コンバインの側面図であり、図３は平面図である。このコンバインは自脱型コンバインであり、クローラ式の走行装置１と、走行装置１によって支持される機体フレーム２とを備えている。機体フレーム２の前部には、植立穀稈を刈り取る昇降可能な刈取部３が備えられている。機体フレーム２の後部には、刈取穀稈を脱穀する脱穀装置１１と穀粒を貯留する穀粒タンク１２とが、左右方向に並べて配置されている。機体フレーム２の前部であって穀粒タンク１２の前方には、キャビン１３が備えられている。キャビン１３は天井パネル１４を備えている。キャビン１３の下方には、エンジン１０が配置されている。穀粒タンク１２には、穀粒タンク１２内の穀粒を排出するアンローダ１５が備えられている。
　刈取部３は、左右向きの水平な揺動軸心周りで上下揺動可能に構成されている。刈取部３は、植立穀稈を引き起こす引起装置３１と、引起穀稈を刈り取る刈取装置３２と、刈取穀稈を脱穀装置１１に搬送する搬送装置３３とを有している。
　図３と図４とに示すように、キャビン１３には、運転座席１３０が設けられている。運転座席１３０の前方側にはフロントパネル１３１が設けられている。また、運転座席１３０の左方にはサイドパネル１３２が設けられている。フロントパネル１３１には、例えば、操縦レバー（ステアリングレバー）９１などの操作具や、各種情報を表示するメータパネル１３３が配置されている。メータパネル１３３には、作業速度やエンジン回転、燃料残量を示すメータ画面などが表示される。さらに、特定の情報をグラフィカルに表示するための液晶パネル等のモニタ１３４が、例えば、キャビン１３内における左側上部に配置されている。モニタ１３４には、自動作業走行に用いられる目標走行経路の選択画面などが表示される。サイドパネル１３２には、例えば、主変速レバー９２やその他の操作具が配置されている。サイドパネル１３２には、アンローダ用のリモコン１３５が載置されている。
　このコンバインは、操縦レバー９１や主変速レバー９２の操作に基づく手動走行だけでなく、設定された目標経路に沿った自動走行も可能である。自動走行に関する操作具として、例えば、サイドパネル１３２に、自動走行の実行または中止を指令するオートパイロットＯＮ・ＯＦＦスイッチ９０及びティーチング走行ＯＮ・ＯＦＦスイッチ９６が配置されている。なお、これらのスイッチは、モニタ１３４に表示されるソフトウエアスイッチで代用してもよいし、両方の形態で備えられてもよい。
　キャビン１３の上方には、図２と図３に示すように、天井パネル１４の側端から上方に延びたブラケットに取り付けられた自車位置検出ボックス６２０が配置されている。この自車位置検出ボックス６２０には自車位置検出のために用いられるアンテナ及び演算機器等が内蔵されている。この実施形態では、自車位置検出には、衛星航法と慣性航法とが採用されている。
　図５には、このコンバインに構築されている制御系が示されている。この制御系は、第１車載ネットワーク５Ａと第２車載ネットワーク５Ｂとを備えている。第１車載ネットワーク５Ａと第２車載ネットワーク５Ｂとは、中継ユニット５Ｃによってブリッジされている。第１車載ネットワーク５Ａには、コンバインの基本的な動作制御を行う機能要素、例えば、入力信号処理ユニット５０、手動走行制御ユニット５２、機器制御ユニット５３、エンジン制御ユニット５４、報知ユニット５５が構築されている。第２車載ネットワーク５Ｂには、本発明における作業車支援システムとして機能する自動走行に関する機能要素、例えば、自動走行制御ユニット６１、自車位置検出モジュール６２、外形マップ算定部６３、経路算定部６４が構築されている。この作業車支援システムは、図１を用いて説明された基本原理を採用している。
　機器制御ユニット５３は、走行用の各種動作機器（走行機器）に制御信号を与えて駆動させる走行機器制御部５３１と、作業用の各種動作機器（作業機器）に制御信号を与えて駆動させる作業機器制御部５３２とを含む。図５で示すように、走行機器と作業機器とは、動作機器２０と総称されている。エンジン制御ユニット５４は、エンジン１０の始動、停止、回転数調整などのためにエンジン１０に制御信号を与える。図５に示されている手動走行操作ユニット９は、コンバインの作業走行において人によって操作される操作具の総称であり、操縦レバー９１や主変速レバー９２などが含まれる。このコンバインでは、基本的にはバイワイヤ方式が採用されている。手動走行操作ユニット９に対する操作は、操作信号として入力信号処理ユニット５０に入力される。作業状態検出機器８は、動作機器２０の状態情報、すなわち作業機器情報を検出するものであって、コンバインに装備されている各種センサやスイッチ（例えば、各種作業機構のクラッチの入り切りを検出するスイッチや車速センサ）などが含まれる。作業状態検出機器８からの検出信号も基本的には入力信号処理ユニット５０に入力される。
　報知ユニット５５は、報知信号を報知デバイス７３に送信し、オペレータや周囲に与えるべき種々の情報を報知する。報知デバイス７３には、モニタ１３４だけでなく、機体内外の種々のランプ（例えば図２や図３に示される報知灯７３１）やブザー７３２が含まれる。
　手動走行制御ユニット５２は、入力信号処理ユニット５０を通じて入力された信号や作業状態検出機器８からの作業機器情報を利用して演算処理や判定処理を施し、手動操作に基づく動作機器２０の動作を制御するためのデータを生成する。生成されたデータは機器制御ユニット５３に送られ、機器制御ユニット５３から動作機器２０に制御信号として変換出力される。これにより、手動操作に対応する動作機器２０の動作が実現する。例えば、方向転換出力信号に基づいて走行装置１の方向転換駆動が行われ、機体進行方向が変更される。
　自車位置検出モジュール６２は、ＧＮＳＳ（ＧＰＳでもよい）を用いて緯度や経度などの方位を検出する衛星航法用モジュール６２１を備えており、その構成は、カーナビゲーションシステムなどで用いられている測位ユニットに類似している。この実施形態における自車位置検出モジュール６２には、瞬間的な作業車両の動き（方向ベクトルなど）や向きを検出するために、及び衛星航法用モジュール６２１を補完するために、ジャイロ加速度センサや磁気方位センサを組み込んだ慣性航法用モジュール６２２が備えられている。
　外形マップ算定部６３は、自動作業走行の対象となる圃場の外形マップを算定する。ティーチング走行ＯＮ・ＯＦＦスイッチ９６をＯＮ操作することで、外形マップを算定するティーチングモードを起動させた状態で、稲や麦が実っている圃場の外周において手動走行で周回作業走行が行われると、その際に自車位置検出モジュール６２によって取得された自車位置データから、外形マップ算定部６３は、自動作業走行すべき未作業領域の外形マップを算定する。外形マップが算定されると、経路算定部６４が外形マップに基づいて、未作業領域を作業走行するための目標走行経路を算定する。目標走行経路が複数通り算定される場合には、各目標走行経路を模式的に示すイラストを予測走行時間とともにモニタ１３４の画面に表示し、その選択を操作員に促す。
　自動走行制御ユニット６１は、自動走行に必要な自動走行情報に基づいて自動走行を実行する。自動走行情報には、自車位置データに基づく自車位置と目標走行経路とのずれ（偏差）、自車の進行方向と目標走行経路の延び方向とのずれ、予め設定されている車速、目標走行経路を走行中に行うべき作業装置の動作、作業状態検出機器８からの機体状態情報などが含まれている。自動走行制御ユニット６１は、このような自動走行情報に基づいて必要な制御データを機器制御ユニット５３に与え、コンバインに搭載されている走行機器や作業機器を制御する。
　この実施形態では、中継ユニット５Ｃは、第１車載ネットワーク５Ａと第２車載ネットワーク５Ｂとの間のデータ交換を行うだけでなく、それ自体にも外部機器に対する入出力インターフェースやデータ処理部を備えている。従って、中継ユニット５Ｃには、報知デバイス７３としての報知灯７３１やブザー７３２、オートパイロットＯＮ・ＯＦＦスイッチ９０、ティーチング走行ＯＮ・ＯＦＦスイッチ９６が接続され、さらには無線方式で自動走行用リモコン９５が接続されている。
　報知灯７３１は、図２と図３とに示すように、穀粒タンク１２の天井に立設された円柱状のランプであり、自動走行時に点灯し、コンバインが自動走行中であることを周囲に知らせることができる。同様にブザー７３２を通じて、コンバインがティーチング作業走行中であることや自動走行中であることを周囲に知らせることもできる。コンバインの自動走行時は、コンバインの外から必要最低限の指令をコンバインに与える必要があるので、自動走行用リモコン９５が用意されている。自動走行用リモコン９５には、例えば、緊急停止ボタン、エンジン始動ボタン、自動運転ボタンが設けられており、外部から、コンバインの緊急停止、エンジンの始動、自動運転の指令をコンバインの制御系に与えることができる。
　次に、コンバインが圃場で自動走行しながら刈取り収穫作業を行う際の一例を、図６のフローチャートを用いて説明する。まず、オペレータは手動運転で、周回作業走行を開始する開始位置へコンバインを移動させる（＃１０）。ティーチング走行ＯＮ・ＯＦＦスイッチ９６をＯＮ操作し（＃１２）、枕地作業としての周回作業走行と外周ティーチング走行を同時に行う（＃１４）。十分な枕地を確保できると、周回作業走行を終了するとともに、外周ティーチングを停止させるためにティーチング走行ＯＮ・ＯＦＦスイッチ９６をＯＦＦ操作する。ティーチング走行ＯＮ・ＯＦＦスイッチ９６がＯＦＦ操作されると（＃１６ＹＥＳ分岐）、それまでの外周ティーチング走行で取得された自車位置データ群を用いて、枕地以外である圃場の未作業領域の外形マップが算定される（＃２０）。
　未作業領域の刈取り収穫作業は、自動作業走行で行われるので、未作業領域における1つ以上の目標走行経路が算定される（＃２２）。算定された目標走行経路に対して走行速度を設定し、必要走行時間を予測する（＃２４）。算定された目標走行経路が複数あれば、操作員による選択のため、算定された目標走行経路が１つであれば、オペレータによる確認のため、目標走行経路のイラストと予測走行時間をモニタ１３４に表示する（＃２６）。自動作業走行のための目標走行経路が決定すると（＃２８）、当該自動作業走行の開始位置までコンバインを移動させる（＃３０）。コンバインが自動作業走行の開始位置に達すると、オートパイロットＯＮ・ＯＦＦスイッチ９０をＯＮ操作して（＃３２）、自動作業走行を開始する（＃３４）。
　自動作業走行は、緊急避難的には、上述したように操縦レバー９１の操作などをトリガーとして停止することが可能であるが、正常には、オートパイロットＯＮ・ＯＦＦスイッチ９０のＯＦＦ操作によって終了する。このフローチャートでは、緊急避難的な自動走行から手動走行への移行制御は割愛されている。自動作業走行中において、オートパイロットＯＮ・ＯＦＦスイッチ９０のＯＦＦ操作による自動走行の中止が指令されたかどうかチェックされる（＃３６）。オートパイロットＯＮ・ＯＦＦスイッチ９０のＯＦＦ操作が確認されると、さらに未作業領域に割り当てられたすべての目標走行経路での作業走行が完了しているかどうかチェックされる（＃３８）。作業走行が完了していなければ（＃３８ＮＯ分岐）、作業途中での経路離脱と見なされ、手動走行制御に移行する。この離脱走行の一例は、コンバインでは、満杯になった穀粒タンク１２のアンローディングのために畦に待機している搬送車まで車体を移動させる離脱走行であり、通常行われる走行の１つである（＃４０）。離脱走行の完了は、再度、オートパイロットＯＮ・ＯＦＦスイッチ９０のＯＮ操作によって確認される（＃４２）。
　ここで、コンバインが目標走行経路を離脱した場合や、実際の走行経路の目標走行経路に対するずれ（偏差）が所定値を超えた場合には、それまでの作業走行において自車位置検出モジュール６２によって取得された自車位置データに基づいて、外形マップ算定部６３により、新たな未作業領域の外形マップが算定される。そして、新たに算定された外形マップに基づいて、経路算定部６４により、残りの未作業領域を作業走行するための目標走行経路が再算定される。
　例えば、コンバインが目標走行経路を離脱した後、オートパイロットＯＮ・ＯＦＦスイッチ９０がＯＮ操作されると、つまり離脱走行が完了すれば（＃４２ＹＥＳ分岐）、それまでの作業走行において自車位置検出モジュール６２によって取得された自車位置データに基づいて、外形マップ算定部６３により、離脱時に残されている未作業領域の外形マップが算定される。そして、その時点でのコンバインの自車位置と、離脱時に残されている未作業領域の外形マップとから、自動作業走行の再開位置を含む目標走行経路が再算定される（＃４４）。自動作業走行の再開位置への移動は、自動走行制御で可能であるが、手動走行制御で行うことも可能である（＃４６）。いずれにせよ、新たな目標走行経路における自動作業走行の再開位置に達すると、これまで通りの、目標走行経路に沿った自動作業走行が再開される（＃４８）。
　ステップ＃３８のチェックで、すべての目標走行経路での作業走行が完了しているならば、作業予定領域の作業が完了であるので、この刈取り収穫作業は終結する。
　尚、往復直線作業走行で作業を行う場合、作業残しを避けるためには、往復の直線作業走行において作業軌跡のオーバーラップが必要となる。この実施形態においては、実際の走行で生じたオーバーラップ量が、前もって設定されているオーバーラップ量を所定量以上ずれた場合、経路算定部６４により、目標走行経路が新たに算定される。
〔別実施の形態〕
（１）上述した実施形態では、作業車の実際の走行軌跡の目標走行経路からの偏差が所定値を超えた場合や、オーバ―ラップ量が前もって設定されているオーバーラップ量を所定量以上ずれた場合、目標走行経路が新たに算定されたが、操作員の判断に基づいて任意のタイミングで目標走行経路を再算定することも可能である。
（２）上述した実施形態では、コンバインの制御系は、中継ユニット５Ｃでブリッジされた第１車載ネットワーク５Ａと第２車載ネットワーク５Ｂとを備えていたが、３つ以上の車載ネットワークを備えてもよいし、単一の車載ネットワークで構成してもよい。第１車載ネットワーク５Ａを従来の手動走行車両の車載ネットワークとすれば、従来の手動走行車両に自動走行機能を付加する場合、中継ユニット５Ｃでブリッジされ第２車載ネットワーク５Ｂに自動走行に関する機能ブロックを構築することで、従来の手動走行車両の車載ネットワークを実質的にそのまま流用することができるという利点が得られる。
（３）上述した実施形態では、コンバインに搭乗している操作員によって手動走行操作ユニット９が操作されることで手動走行する構成とした。しかしながら、自動走行用リモコン９５からの信号が入力信号処理ユニット５０に入力されるように構成され、車外にいる操作員によって自動走行用リモコン９５が操作されることで手動走行するように構成されていてもよい。この場合、モニタ１３４の代わりとして、スマートフォンやタブレット端末が採用され、車外にいる操作員によってモニタ１３４の操作等が行われるように構成すると好適である。
（４）上述した実施形態では、外形マップが算定された後の自動作業走行（中央作業走行）のための目標走行経路として、図１に示すように、往復の直線作業走行を１８０度Ｕターン走行でつないでいくものが取り上げられた。以下に、それ以外の目標走行経路の例を説明する。
（ａ）図７で示された目標走行経路は、外側から中心に向けて四角形の渦巻き状に走行するものであり、その直線経路を接続する９０度角部は、後進を組み合わせた切り返し走行経路となっている。この切り返し走行経路を説明する。この切り返し走行経路は、切り返し走行経路に入る前の入側直線経路Ｌ１から、ほぼ直線状に、あるいは渦巻方向に曲がりながら（図面では直線で示されている）前進走行する第１経路ｒ１、逆方向の操舵角で後進走行する第２経路ｒ２、切り返し走行経路から次の出側直線経路Ｌ２に向かって前進走行する第３経路ｒ３からなる。なお、第２経路ｒ２は、第３経路ｒ３がほぼ直線となるような位置まで延びると好都合である。図７では、切り返し走行は外周の４つだけしか示されていないが、全ての９０度角部で取り入れることができる。
（ｂ）図８で示された目標走行経路は、平行に並んだ直線経路Ｌ１～Ｌ６を２つ経路毎に１８０度Ｕターン経路でつなぐものである。その際、１８０度Ｕターン経路は１つ以上の直線経路を跨ぐ。つまり、Ｕターン経路でつながれる２つの直線経路の間に１つ以上の直線経路が挟まれるのである。この目標走行経路では、直線経路Ｌ１は、２つの直線経路Ｌ２，Ｌ３を間に挟む１８０度Ｕターン経路Ｓ１によって直線経路Ｌ４につながれる。次に、直線経路Ｌ４は、直線経路Ｌ３を間に挟む１８０度Ｕターン経路Ｓ２によって直線経路Ｌ２につながれる。さらに、直線経路Ｌ２は、２つの直線経路Ｌ３，Ｌ４を間に挟む１８０度Ｕターン経路Ｓ３によって直線経路Ｌ５につながれる。このように、１８０度Ｕターン経路は、１つ以上の直線経路を挟んで次の直線経路につながるため、曲率半径が大きくなって旋回しやすくなり、結果的に高速走行が可能となる利点をもつ。
（ｃ）図９で示された目標走行経路は、図７の目標走行経路と図８の目標走行経路との組み合わせである。つまり、その外側の走行経路には、図７に示された、切り返し走行経路が用いられている。その内側の走行経路には、図８に示された走行経路が用いられており、これは、１つ以上の直線経路を間に挟む１８０度Ｕターン経路を用いた走行経路である。
　本発明は、自脱型コンバイン、普通型コンバイン、あるいは田植機やトラクタなどの作業車に適用することが可能である。
２０　　：動作機器
３１　　：引起装置
３２　　：刈取装置
３３　　：搬送装置
５Ａ　　：第１車載ネットワーク
５Ｂ　　：第２車載ネットワーク
５Ｃ　　：中継ユニット
５０　　：入力信号処理ユニット
５２　　：手動走行制御ユニット
５３　　：機器制御ユニット
５３１　：走行機器制御部
５３２　：作業機器制御部
５４　　：エンジン制御ユニット
５５　　：報知ユニット
６１　　：自動走行制御ユニット
６２　　：自車位置検出モジュール
６２０　：自車位置検出ボックス
６２１　：衛星航法用モジュール
６２２　：慣性航法用モジュール
６３　　：外形マップ算定部
６４　　：経路算定部
７３　　：報知デバイス
７３１　：報知灯
８　　　：作業状態検出機器
９　　　：手動走行操作ユニット
９０　　：オートパイロットＯＮ・ＯＦＦスイッチ
９１　　：操縦レバー
９２　　：主変速レバー
９５　　：自動走行用リモコン
９６　　：ティーチング走行ＯＮ・ＯＦＦスイッチ

Claims (12)

  1. 　作業車の自車位置を検出する自車位置検出モジュールと、
    　作業予定領域の外周を周回作業走行する際に前記自車位置検出モジュールによって取得された自車位置データから、前記作業予定領域内の未作業領域の外形マップを算定する未作業領域外形マップ算定部と、を備えた作業車支援システム。
  2. 　前記作業車はコンバインであり、前記外周の周回作業走行は穀稈収穫のための回り刈走行である請求項１に記載の作業車支援システム。
  3. 　前記外周の周回作業走行は複数周回行われ、
    　前記未作業領域外形マップ算定部は、前記自車位置データに対応する軌跡点群の重心位置を基準中心とし、軌跡点群から前記基準中心に近い複数の辺要素を算定し、前記辺要素から多角形状の前記未作業領域の外形マップを算定する請求項１または２に記載の作業車支援システム。
  4. 　前記未作業領域外形マップ算定部によって算定された外形マップに基づいて、前記未作業領域を作業走行するための目標走行経路を算定する経路算定部が備えられている請求項１から３のいずれか一項に記載の作業車支援システム。
  5. 　前記経路算定部は、前記目標走行経路を複数通り生成し、所定の走行条件に基づいて最適な目標走行経路を出力する請求項４に記載の作業車支援システム。
  6. 　前記経路算定部は、前記目標走行経路を複数通り生成し、複数通りの前記目標走行経路がオペレータによる選択のために報知される請求項４に記載の作業車支援システム。
  7. 　複数通りの前記目標走行経路毎に所要走行時間が予測され、前記所要走行時間が前記走行条件として利用される請求項５に記載の作業車支援システム。
  8. 　複数通りの前記目標走行経路毎に所要走行時間が予測され、前記所要走行時間が複数通りの前記目標走行経路に対応付けて報知される請求項４から６のいずれか一項に記載の作業車支援システム。
  9. 　前記目標走行経路を用いた前記未作業領域に対する作業走行中に、当該作業車が前記目標走行経路を離脱した場合、それまでの作業走行において前記自車位置検出モジュールによって取得された自車位置データから、新たな未作業領域の外形マップが算定され、新たに算定された外形マップと離脱した作業車の現在位置とに基づいて、残りの未作業領域を作業走行するための目標走行経路が再算定される請求項４から８のいずれか一項に記載の作業車支援システム。
  10. 　前記目標走行経路が直線作業走行と方向転換非作業走行とを組み合わせた単位走行ユニットとして算定され、
    　前記方向転換非作業走行は、Ｕターン進入操向角とＵターン離脱操向角とが一致する単純Ｕターン走行と、前記単純Ｕターン走行の端点と前記直線作業走行の端点とを接続する補助直線非作業走行とに分割されて、算定される請求項４から９のいずれか一項に記載の作業車支援システム。
  11. 　実際の走行経路の前記目標走行経路に対する偏差が所定値を超えた場合、それまでの作業走行において前記自車位置検出モジュールによって取得された自車位置データから、新たな未作業領域の外形マップが算定され、新たに算定された外形マップに基づいて、残りの未作業領域を作業走行するための目標走行経路が再算定される請求項４から１０のいずれか一項に記載の作業車支援システム。
  12. 　実際の走行で生じたオーバ―ラップ量が、前もって設定されているオーバーラップ量を所定量以上ずれた場合、前記目標走行経路が新たに算定される請求項４から１１のいずれか一項に記載の作業車支援システム。
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