WO2021192624A1 - 農作業用走行車、制御装置及びプログラム - Google Patents

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agricultural work
ridge
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traveling vehicle
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卓裕 成勢
寛智 丸山
泰助 山▲崎▼
脩平 清川
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株式会社レグミン
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Definitions

  • the present invention relates to a traveling vehicle for agricultural work and a control device and a program for controlling the traveling vehicle for agricultural work.
  • the conventional agricultural work vehicle measures the distance between the ultrasonic sensor provided on the agricultural work vehicle and the ridge, and controls the position of the agricultural work vehicle in the left-right direction based on the measured distance. Therefore, the conventional traveling vehicle for agricultural work has a problem that the traveling vehicle for agricultural work frequently moves in the left-right direction when a part of the ridge is collapsed or the ridge is uneven.
  • an object of the present invention is to improve the stability when the traveling vehicle for agricultural work travels along the direction of the ridge.
  • the control device is a control device for controlling an agricultural work traveling vehicle traveling in a field in which ridges are formed, and the ridges on the front side in the traveling direction of the agricultural work traveling vehicle.
  • the direction specifying data creation unit that creates the direction specifying data composed of at least a part of the point group data of the acquired point group data indicating the position of the including area, and the direction of the ridge based on the direction specifying data. It has a direction specifying unit to be specified, and a traveling control unit that controls the agricultural work traveling vehicle so that the agricultural work traveling vehicle travels in the direction of the ridge specified by the direction specifying unit.
  • the control device further has a three-dimensional data creation unit that creates three-dimensional data indicating the three-dimensional shape of the region based on the point cloud data, and the direction identification data creation unit uses the three-dimensional data.
  • the direction identification data may be created by extracting a part of the point cloud data corresponding to a predetermined range effective for specifying the direction of the ridge from the included point cloud data.
  • the acquired point cloud data is data obtained by irradiating a pulsed laser beam with a laser beam irradiation source, and the three-dimensional data creation unit determines the position of the laser beam irradiation source and the laser beam.
  • the three-dimensional data creation unit determines the position of the laser beam irradiation source and the laser beam.
  • the direction specifying data creation unit selects a part of the point cloud data corresponding to the predetermined range within a range lower than the upper surface of the ridge among the point cloud data included in the three-dimensional data. May create the direction identification data.
  • the control device is the unevenness specifying portion for specifying the unevenness of the groove between the plurality of ridges based on the acquired point cloud data, and the unevenness specifying portion specified by the unevenness specifying portion in the agricultural work traveling vehicle. It may further have a mechanism control unit that controls the height of the actuating mechanism that operates above the ridges.
  • a mechanism control unit that controls the position of the operating mechanism that operates above the ridges in the agricultural work traveling vehicle in the left-right direction based on the direction of the ridges specified by the direction specifying unit may be further provided.
  • the direction identification data creation unit may create the direction identification data by selecting the point cloud data within the range surrounded by the upper surface and the lower surface parallel to the horizontal plane of the agricultural work traveling vehicle. ..
  • the direction specifying data creation unit is composed of the point cloud data corresponding to a plurality of predetermined ranges lower than the ridges, and creates a plurality of the direction specifying data each corresponding to the same height range.
  • the direction specifying unit may specify the direction of the ridge based on the plurality of direction specifying data.
  • the direction specifying unit may specify the direction of the ridge based on the direction of the contour line of the area composed of the point cloud data corresponding to the predetermined height included in the direction specifying data.
  • the travel control unit may control the direction and speed of the wheels of the agricultural work traveling vehicle based on the direction of the ridges.
  • the direction specifying unit further specifies the distance between the wheel and the ridge based on the direction specifying data
  • the traveling control unit further specifies the distance specified by the direction specifying unit for the agricultural work.
  • the orientation and speed of the wheels of the traveling vehicle may be controlled.
  • the traveling control unit may stop the agricultural work traveling vehicle when the direction specifying unit cannot specify the direction of the ridge.
  • the control device may further have a communication unit that transmits the acquired point cloud data to another agricultural work traveling vehicle traveling behind the agricultural work traveling vehicle.
  • the agricultural work traveling vehicle is an agricultural work traveling vehicle traveling in a field in which ridges are formed, and is a control device for controlling the agricultural work traveling vehicle and the agricultural work traveling vehicle. It has a laser light irradiation device that transmits the acquisition point group data acquired by irradiating the front side in the traveling direction with a pulsed laser light to the control device, and the control device is the agricultural work traveling vehicle.
  • a direction specifying data creation unit that creates direction specifying data composed of at least a part of the acquired point group data indicating the position of the region including the ridge on the front side in the traveling direction, and the direction specifying unit.
  • a direction specifying unit that specifies the direction of the ridge based on the data, and a traveling control unit that controls the agricultural work traveling vehicle so that the agricultural work traveling vehicle travels in the direction of the ridge specified by the direction specifying unit. And have.
  • the computer uses at least the acquisition point group data indicating the position of the region including the ridges on the front side in the traveling direction of the agricultural work traveling vehicle traveling in the field where the ridges are formed.
  • a direction specifying data creation unit that creates direction specifying data composed of a part of point group data, a direction specifying unit that specifies the direction of the ridge based on the direction specifying data, and the direction specifying unit are specified. It functions as a travel control unit that controls the agricultural work traveling vehicle so that the agricultural work traveling vehicle travels in the direction of the ridges.
  • FIG. 1 is a schematic view of the appearance of the traveling vehicle S for agricultural work.
  • the agricultural work vehicle S is a vehicle that travels in a field where ridges are formed, and is used for agricultural work (for example, sowing, pesticide spraying, irrigation, root cutting, and monitoring work) for growing and harvesting crops in the field. Will be done.
  • the agricultural work traveling vehicle S automatically travels along the ridges.
  • the agricultural work traveling vehicle S includes a main body 1, an operating mechanism 2, wheels 3 (wheels 3L, wheels 3R), a laser light irradiation device 4, and a control device 5. Although two wheels 3 are shown in FIG. 1, it is assumed that the agricultural work traveling vehicle S has four wheels 3 including the front wheels and the rear wheels. The number of wheels 3 is arbitrary.
  • the shape of the main body 1 is arbitrary, but the main body 1 shown in FIG. 1 has a symmetrical shape.
  • the main body 1 has an operating mechanism 2 having a width in the left-right direction larger than the width of the ridge and moving above the ridge.
  • the operating mechanism 2 is composed of mechanical parts such as an actuator that operates for pruning the crops planted in the ridges and harvesting the crops, for example.
  • Wheels 3 are provided on both sides of the main body 1 and move in a groove formed between the ridges.
  • the distance between the wheel 3L and the wheel 3R may be adjustable according to the width of the ridge (that is, the distance between the grooves).
  • the laser light irradiation device 4 is a device that irradiates a pulsed laser beam to the front side in the traveling direction of the agricultural work traveling vehicle S, and is, for example, a LiDAR (Light Detection and Ringing) device.
  • the laser light irradiation device 4 is fixed to the front surface of the main body 1, irradiates laser light in a plurality of directions toward the ridges and grooves in front of the agricultural work traveling vehicle S, and the laser light reflected by the ridges and grooves. Is detected.
  • the laser light irradiation device 4 switches, for example, the direction of irradiating the laser light at predetermined time intervals.
  • the laser light irradiation device 4 identifies the position where the laser light is reflected by the ridges and grooves, and generates point cloud data corresponding to the reflected position.
  • the point group data includes the relationship between the center direction of the range in which the laser light irradiation device 4 irradiates the laser light and the position where the laser light is reflected (for example, the angle with respect to the center direction), and the laser light irradiation device 4 and the laser light are reflected. Contains information that indicates the distance to the location.
  • the irradiation time of one pulse of laser light affects the required resolution of position and distance, but may be of any length, for example 1 ns.
  • the control device 5 is a device that controls the traveling direction of the agricultural work traveling vehicle S, and is, for example, a computer that operates by executing a program.
  • the control device 5 identifies the direction of the ridges by analyzing the point cloud data acquired from the laser light irradiation device 4, and controls the direction of the wheels 3 so that the agricultural work traveling vehicle S travels in the specified direction. ..
  • the configuration and operation of the control device 5 will be described in detail.
  • FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the control device 5.
  • the control device 5 has a storage unit 51 and a control unit 52.
  • the storage unit 51 has a storage medium such as a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and a hard disk.
  • the storage unit 51 stores the point cloud data generated by the laser light irradiation device 4. Further, the storage unit 51 stores a program executed by the control unit 52.
  • the control unit 52 is, for example, a CPU (Central Processing Unit). By executing the program stored in the storage unit 51, the control unit 52 serves as a data acquisition unit 521, a three-dimensional data creation unit 522, a direction identification data creation unit 523, a direction identification unit 524, and a travel control unit 525. Function.
  • a CPU Central Processing Unit
  • the data acquisition unit 521 acquires the point cloud data generated by the laser light irradiation device 4 from the laser light irradiation device 4.
  • the data acquisition unit 521 notifies the three-dimensional data creation unit 522 of the acquired point cloud data.
  • the data acquisition unit 521 acquires the point cloud data associated with the time information at predetermined time intervals, and stores the acquired point cloud data (hereinafter, may be referred to as “acquired point cloud data”) in association with the time information. It may be stored in the part 51.
  • the three-dimensional data creation unit 522 creates three-dimensional data indicating the three-dimensional shape of the region irradiated with the laser light by the laser light irradiation device 4 based on the point cloud data acquired via the data acquisition unit 521.
  • the three-dimensional data creation unit 522 creates three-dimensional data based on the point cloud data acquired by the data acquisition unit 521 over a predetermined time.
  • the predetermined time is the time required for the data acquisition unit 521 to acquire a sufficient number of point cloud data for the direction identification unit 524 to specify the direction of the ridge.
  • the three-dimensional data creation unit 522 transforms the position of the acquired point cloud data in the three-dimensional space based on the relationship between the position of the laser beam irradiation source and the laser beam irradiation position in the laser light irradiation device 4. Create 3D data corresponding to the 3D shape of the area relative to the horizontal plane. Specifically, the three-dimensional data creation unit 522 creates three-dimensional data in which the coordinates in the height direction of the irradiation position at the same height in the height direction of the agricultural work traveling vehicle S are represented by the same value.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of point cloud data.
  • the area surrounded by the dotted line in FIG. 3A indicates an area including the acquisition point cloud data acquired by the data acquisition unit 521, and the laser light is applied from the irradiation source of the laser light irradiation device 4. It is displayed in the density according to the distance to the position or the reflectance of the laser light. In FIG. 3, the larger the distance from the irradiation source of the laser light irradiation device 4 to the position where the laser light hits, the lighter the color is displayed.
  • FIG. 3B is a schematic view showing a state in which the three-dimensional data created by the three-dimensional data creation unit 522 is visually recognized from the horizontal direction (for example, the direction of the traveling surface).
  • FIG. 3 (c) is a schematic view showing a state in which the point cloud data within the height range ( ⁇ h) surrounded by two alternate long and short dash lines in the three-dimensional data shown in FIG. 3 (b) is visually recognized from above. ..
  • FIG. 4 is a schematic diagram for explaining an operation in which the three-dimensional data creation unit 522 creates three-dimensional data.
  • FIG. 4A shows a state in which a part of the point cloud data is visually recognized from above the field
  • FIG. 4B shows a state in which a part of the point cloud data is visually recognized in the horizontal direction. ..
  • the broken line in the figure indicates the laser beam
  • ⁇ indicates some point data of the point cloud data.
  • Reference numeral L0 in FIGS. 4A and 4B indicates the position of the irradiation source of the laser light
  • the alternate long and short dash line indicates the central direction C of the irradiation range of the laser light.
  • the point data a1, b1 and c1 correspond to the position farthest from the laser light irradiation device 4 in the laser light irradiation range, and the point data a2, b2 and c2 correspond to the laser light irradiation most in the laser light irradiation range. It corresponds to the position close to the device 4.
  • the point data a1, c1, a2, and c2 correspond to the positions where the ridges are irradiated with the laser beam, and the point data b1 and b2 correspond to the positions where the grooves are irradiated with the laser beam.
  • the position of each point data is represented based on, for example, the distance from the irradiation source L0 and the angle from the center irradiation direction C of the laser beam.
  • the point data a1 and a2 are actually at the same height, but the points are pointed to when the center irradiation direction C of the laser light is used as a reference.
  • the data a1 is above the center irradiation direction C, and the point data a2 is below the center irradiation direction C.
  • the point data b1 and b2 are actually at the same height, the point data b1 is above the center irradiation direction C and the point data b2 is below the center irradiation direction C. Therefore, the three-dimensional data creation unit 522 creates three-dimensional data by converting the coordinates of these point data into three-dimensional spatial coordinates in which the traveling direction of the agricultural work traveling vehicle S is the horizontal direction.
  • the three-dimensional data creation unit 522 first extracts the acquisition point cloud data within a predetermined range in the depth direction or the width direction in order to create the three-dimensional data. Subsequently, the three-dimensional data creation unit 522 determines the center position of the plurality of point data (for example, the center position M in FIG. 4) based on the positions of the plurality of point data included in the extracted acquired point cloud data. Identify. Then, the three-dimensional data creation unit 522 creates the three-dimensional data by rotating the coordinates of the acquired point cloud data with the specified center position M as the rotation center.
  • the three-dimensional data creation unit 522 calculates the coordinates of the point data in the three-dimensional space in which the traveling direction of the agricultural work vehicle S is the X direction, the left-right direction is the Y direction, and the height direction is the Z direction. Create the original data.
  • the three-dimensional data creation unit 522 may remove point data out of a predetermined range in the Z direction as noise.
  • the three-dimensional data creation unit 522 converts the coordinates of the point data a1 into A1, and the coordinates of the point data a2 are the same as those in the Z direction and the Y direction. Convert to A2 whose coordinates in the X direction are different from A1.
  • the three-dimensional data creation unit 522 converts the coordinates of the point data b1 into B1 whose coordinates in the X direction are the same as those in the A1 and whose coordinates in the Y and Z directions are different from those of A1.
  • the three-dimensional data creation unit 522 notifies the direction specifying data creation unit 523 of the three-dimensional data created in this way.
  • the direction identification data creation unit 523 generates direction identification data composed of at least a part of the acquired point cloud data indicating the position of the region including the ridge on the front side of the traveling vehicle S in the traveling direction. create.
  • the direction specifying data creation unit 523 creates, for example, direction specifying data composed of point cloud data corresponding to a predetermined range effective for specifying the direction of the ridge.
  • the direction specifying data creation unit 523 creates direction specifying data based on, for example, acquired point cloud data obtained by irradiating the laser light irradiation device 4 with a pulsed laser beam.
  • the direction specifying data creation unit 523 is, for example, a part of the point cloud data included in the three-dimensional data created based on the acquired point cloud data, corresponding to a predetermined range effective for specifying the direction of the ridge. By extracting the point cloud data of, the direction specification data used for specifying the direction of the ridge is created. The direction specifying data creation unit 523 notifies the direction specifying unit 524 of the created direction specifying data.
  • the direction identification data creation unit 523 selects a point cloud data corresponding to a predetermined range within a range lower than the upper surface of the ridge among the point cloud data included in the three-dimensional data, and thereby for direction identification. Create data.
  • the predetermined range is, for example, the range of height between the lowest position in the ridge and the lowest position in the groove.
  • the direction identification data creation unit 523 creates the direction identification data using the point cloud data within the range lower than the upper surface of the ridge in this way, so that the agricultural products planted in the ridge are irradiated and generated. Since the point cloud data is not included in the direction identification data, the accuracy of identifying the direction of the ridge is improved. Further, when a tunnel or a support is provided in the ridge, the upper part of the ridge is missing, or diffuse reflection occurs above the ridge, the accuracy of specifying the direction of the ridge is improved.
  • the direction specifying data creation unit 523 selects, for example, point group data within a range surrounded by the upper surface and the lower surface parallel to the horizontal plane (for example, the surface in contact with the uppermost ends of the four wheels 3) of the agricultural work traveling vehicle S. As a result, the direction identification data as shown in FIG. 3C is created.
  • the direction specifying data creation unit 523 may be composed of point cloud data corresponding to a plurality of predetermined ranges lower than the ridges, and may create a plurality of direction specifying data, each of which corresponds to the same height range.
  • the direction specifying data creation unit 523 corresponds to, for example, a range including a straight line connecting a plurality of wheels 3L on the left side of the agricultural work traveling vehicle S and a range including a straight line connecting a plurality of wheels 3R on the right side of the agricultural work traveling vehicle S. Create multiple direction identification data.
  • the method in which the direction specifying data creation unit 523 creates the direction specifying data is arbitrary.
  • the direction specifying data creation unit 523 may create direction specifying data by, for example, calculating the slope of an approximate curve based on some points extracted from a plurality of points included in the point cloud data.
  • the direction identification data creation unit 523 may calculate the inclinations of the polygon data of a plurality of triangles composed of three adjacent points and create the calculated statistical values of the plurality of inclinations as the direction identification data. good.
  • the direction-specification data creation unit 523 may select the direction-specification data of the template that matches the largest number of point clouds among the plurality of direction-specification data templates indicating the shape of the ridges.
  • the direction specifying unit 524 specifies the direction of the ridge based on the direction specifying data created by the direction specifying data creating unit 523.
  • the direction specifying unit 524 ridges, for example, by calculating an approximate straight line using a method such as least squares method or robust estimation based on the point group data corresponding to a predetermined height included in the direction specifying data. Identify the direction of.
  • the direction specifying unit 524 specifies the direction of a region having the same height by calculating, for example, an approximate straight line in the longitudinal direction of the region surrounded by the contour line of the region containing the point cloud data. do.
  • the direction specifying unit 524 determines that the area having a predetermined height or more is a ridge area, and the area having a height less than a predetermined height is a groove area.
  • the direction specifying unit 524 specifies the longitudinal direction of the specified ridge and groove as the direction of the ridge and the direction of the groove.
  • the direction specifying unit 524 specifies the direction of the ridge based on each of the plurality of direction specifying data.
  • the direction specifying unit 524 reduces the influence of the measurement error by specifying the statistical value (for example, the average value or the median value) of the direction of the ridge specified based on each of the plurality of direction specifying data as the direction of the ridge. be able to.
  • the direction specifying unit 524 may further specify the distance between the wheel 3 and the ridge based on the direction specifying data.
  • the direction specifying unit 524 specifies the distance between the boundary line between the specified ridge area and the groove area and the position on the right side or the left side of the wheel 3 as the distance between the wheel 3 and the ridge.
  • the direction specifying unit 524 notifies the traveling control unit 525 of the direction of the specified ridge or the direction of the groove and the distance between the wheel 3 and the ridge.
  • the travel control unit 525 controls the agricultural work traveling vehicle S so that the agricultural work traveling vehicle S travels in the direction of the ridge specified by the direction specifying unit 524.
  • the travel control unit 525 controls the direction and speed of the wheels 3 of the agricultural work traveling vehicle S based on the direction of the ridges.
  • the travel control unit 525 controls the rotation speed or direction of each of the wheels 3L and the wheels 3R so as to travel along the direction of the ridge notified from the direction specifying unit 524.
  • the traveling control unit 525 may control the rotation speed or the direction of the wheels 3 of the agricultural work traveling vehicle S based on the distance specified by the direction specifying unit 524.
  • the travel control unit 525 controls the rotation speed or direction of the wheel 3 so that the distance between the wheel 3 and the ridge is within a predetermined range, for example.
  • the traveling control unit 525 detects that the distance between the wheel 3L and the ridge becomes larger than a predetermined range, the rotation speed of the wheel 3L may be made larger than the rotation speed of the wheel 3R.
  • the direction of the wheel 3 is changed so that the distance between the wheel 3 and the ridge is reduced.
  • the traveling vehicle S for agricultural work travels along the direction of the ridges, and the direction of the ridges changes, so that the distance between the wheels 3 and the ridges exceeds a predetermined range.
  • the agricultural work traveling vehicle S can quickly change the traveling direction so as to follow the direction of the ridges.
  • the traveling control unit 525 stops the agricultural work traveling vehicle S when the direction specifying unit 524 cannot specify the direction of the ridge.
  • the traveling control unit 525 may switch to traveling based on the radio wave received from the GPS satellite.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a processing flow in the control device 5. The flowchart shown in FIG. 5 starts from the time when the control unit 52 is activated.
  • the data acquisition unit 521 acquires point cloud data at predetermined time intervals (S11).
  • the three-dimensional data creation unit 522 creates three-dimensional data based on the point cloud data acquired by the data acquisition unit 521 (S12), and the direction identification data creation unit 523 is lower than the upper surface of the ridge in the three-dimensional data.
  • Direction identification data is created by selecting the point cloud data corresponding to the position (S13).
  • the direction specifying unit 524 specifies the direction of the ridge by specifying the boundary position between the ridge and the groove based on the direction specifying data (S14).
  • the traveling control unit 525 controls the traveling direction of the agricultural work traveling vehicle S so that the agricultural work traveling vehicle S advances in the direction specified by the direction specifying unit 524 (S15).
  • the control unit 52 monitors whether or not an instruction to stop the operation has been received (S16), and repeats the processes from S11 to S16 until the instruction to stop the operation is received (NO in S16). When the control unit 52 receives an instruction to stop (YES in S16), the control unit 52 ends the operation.
  • FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a modified example of the control device 5.
  • the control device 5 shown in FIG. 6 is different from the control device 5 shown in FIG. 2 in that it further includes an unevenness specifying unit 526 and a mechanism control unit 527, and is the same in other respects.
  • the unevenness specifying unit 526 identifies the unevenness of the groove between the plurality of ridges based on the acquired point cloud data acquired by the data acquisition unit 521.
  • the unevenness specifying unit 526 is based on, for example, the position in the height direction of the point cloud data included in the three-dimensional data created by the three-dimensional data creation unit 522 based on the acquired point cloud data, with reference to the lowest position in the groove.
  • the unevenness is specified by specifying the height of each of the plurality of positions in the traveling direction in the groove.
  • the mechanism control unit 527 controls the height of the operating mechanism 2 that operates above the ridges in the agricultural work traveling vehicle S based on the unevenness specified by the unevenness specifying unit 526. If the position of the agricultural work traveling vehicle S in the height direction fluctuates due to the unevenness of the groove and the position in the height direction of the operating mechanism 2 also fluctuates, the height of the operating mechanism 2 with respect to the position of the agricultural product fluctuates. As a result, for example, when the operating mechanism 2 has a mechanism for cutting the root of the crop, the protrusion in the groove causes the crop to be cut at a position higher than the root of the crop.
  • the mechanism control unit 527 controls the operation mechanism 2 so that the position of the operation mechanism 2 in the height direction is within a certain range according to the unevenness of the groove, so that the operation mechanism 2 is the position of the crop.
  • the height of the operating mechanism 2 does not fluctuate. As a result, when the operating mechanism 2 has a mechanism for cutting the root of the crop, the operating mechanism 2 can cut the crop at substantially the same position.
  • the control device 5 shown in FIG. 6 does not have the unevenness specifying unit 526, and the mechanism control unit 527 controls the position of the operating mechanism 2 in the left-right direction based on the direction of the ridge specified by the direction specifying unit 524. You may. For example, when the direction of the ridge changes by the threshold value or more, the mechanism control unit 527 changes the position of the operating mechanism 2 used for spraying the pesticide in the left-right direction, or the left-right direction of the mechanism for cutting the root of the crop. Change the position of. The mechanism control unit 527 may change the position of the operating mechanism 2 in the left-right direction on condition that the traveling direction of the agricultural work traveling vehicle S and the direction of the ridges deviate from each other by a threshold value or more.
  • control device 5 is mounted on the farm work traveling vehicle S
  • the control device 5 may not be mounted on the farm work traveling vehicle S.
  • the control device 5 has a communication function for transmitting and receiving data to and from the electronic device driving the wheel 3, and the travel control unit 525 transmits data indicating the travel direction to the electronic device for agricultural work.
  • the traveling direction of the traveling vehicle S may be controlled.
  • the control device 5 is, for example, a smartphone, a tablet, or a personal computer.
  • the traveling control unit 525 controls the position of the agricultural work traveling vehicle S in the left-right direction based on the direction of the ridge specified by the direction specifying unit 524 has been illustrated, but the traveling control unit 525 has a direction. Other control may be performed based on the direction of the ridge specified by the specific unit 524.
  • the travel control unit 525 controls the travel torque of the agricultural work traveling vehicle S based on, for example, the direction of the ridges. Specifically, the traveling control unit 525 applies the traveling torque when the direction of the ridge or groove specified by the direction specifying unit 524 is tilted upward (that is, when it is tilted upward) in the direction of the ridge or groove. Is greater than if is tilted downwards (ie, tilted downwards). By operating the traveling control unit 525 in this way, the traveling speed of the agricultural work traveling vehicle S is stabilized regardless of the inclination of the field.
  • the direction identification data creation unit 523 creates the direction identification data composed of a part of the point group data included in the three-dimensional data created by the three-dimensional data creation unit 522.
  • the direction specifying data creation unit 523 may use the acquired point group data itself acquired by the data acquisition unit 521 as the direction specifying data.
  • the laser light irradiating device 4 irradiates the laser light only in a preset height range (for example, a range lower than the crops planted in the ridges).
  • the process of converting the three-dimensional data to the direction specifying data becomes unnecessary, so that the direction specifying unit 524 specifies the direction of the ridge.
  • the time required to do this can be shortened.
  • FIG. 7 is a diagram showing another example of the control device 5.
  • the control device 5 shown in FIG. 7 is different from the control device 5 shown in FIG. 2 in that it further includes a communication unit 53, and is the same in other respects.
  • the communication unit 53 is, for example, a wireless communication unit for transmitting and receiving data to and from another agricultural work traveling vehicle Sb traveling behind the agricultural work traveling vehicle S.
  • the communication unit 53 transmits the acquired point cloud data acquired from the laser light irradiation device 4 to another agricultural work traveling vehicle Sb traveling behind the agricultural work traveling vehicle S.
  • the agricultural work traveling vehicle Sb has a control unit that functions as a three-dimensional data creating unit 522, a direction specifying data creating unit 523, a direction specifying unit 524, and a traveling control unit 525.
  • the agricultural work traveling vehicle Sb specifies a traveling direction based on the acquired point cloud data received from the agricultural work traveling vehicle S, and travels in the specified direction.
  • the agricultural work traveling vehicle S transmits three-dimensional data or direction specifying data to the agricultural work traveling vehicle Sb via the communication unit 53, and the agricultural work traveling vehicle Sb is based on the received three-dimensional data or direction specifying data. You may drive.
  • the direction specifying unit 524 of the agricultural work traveling vehicle Sb sets the agricultural work traveling vehicle S and the agricultural work traveling vehicle Sb from the timing of receiving the acquired point group data, the three-dimensional data, or the direction specifying data from the agricultural work traveling vehicle S.
  • the traveling direction may be specified by using the acquired point group data, the three-dimensional data, or the direction specifying data at a timing delayed by a time determined based on the distance and the speed of the agricultural work traveling vehicle Sb.
  • the laser light irradiation device 4 is mounted on the agricultural work traveling vehicle Sb by transmitting the acquired point cloud data, the three-dimensional data, or the direction identification data to the agricultural work traveling vehicle Sb. Even without it, the agricultural work traveling vehicle Sb can travel along the direction of the ridge.
  • the direction specifying unit 524 may specify the direction of the tunnel as the direction of the ridge.
  • the direction specifying unit 524 cannot specify the direction of the ridge. Therefore, when the direction specifying unit 524 cannot specify the direction of the ridge, the direction specifying data creating unit 523 may expand the range of the point cloud data used as the direction specifying data.
  • the laser light irradiation device 4 changes the irradiation direction of the laser light has been illustrated, but the laser light irradiation device 4 is arranged in the height direction of the agricultural work traveling vehicle S in the horizontal direction.
  • a large number of light sources that irradiate the laser beam are provided, and the point group may be acquired by irradiating the laser beam in the horizontal direction with the large number of these light sources.
  • the agricultural work vehicle S has the laser light irradiation device 4, and the direction of the ridges is specified based on the point group data generated based on the laser light irradiated by the laser light irradiation device 4. The case of doing so was illustrated.
  • the means for the agricultural work traveling vehicle S to acquire the point cloud data is not limited to the laser light irradiation device 4, and may be a means capable of acquiring the shape of the ridge as the point cloud data.
  • the agricultural work traveling vehicle S may acquire point cloud data with a stereo camera (compound eye camera) capable of creating distance data indicating a distance to a subject.
  • the stereo camera When the farming vehicle S has a stereo camera, the stereo camera has, for example, two pixels corresponding to the same subject position in two captured images obtained by photographing the front of the farming vehicle S with two cameras. The distance from the camera to the subject is specified based on the distance between them (parallax).
  • the stereo camera inputs data indicating the distance from the camera corresponding to each pixel to the subject as point cloud data to the control device 5.
  • the three-dimensional data creation unit 522 creates three-dimensional data indicating the three-dimensional shape of the region corresponding to the imageable range of the stereo camera. As described above, even when the agricultural work traveling vehicle S has a stereo camera, the direction of the ridges can be specified by the same processing as when the agricultural work traveling vehicle S has the laser light irradiation device 4.
  • the traveling vehicle S for agricultural work is equipped with a laser light irradiating device 4 that irradiates a pulsed laser light on the front side in the traveling direction. Then, the control device 5 identifies the direction of the ridges in the field in which the agricultural work vehicle S travels based on the point cloud data acquired by the laser light irradiation device 4 irradiating the laser light, and the specified direction.
  • the farm work traveling vehicle S is controlled so that the farm work traveling vehicle S travels. Since the agricultural work traveling vehicle S has such a configuration, the agricultural work traveling vehicle S can travel based on the direction of the specified ridge, so that a part of the ridge is collapsed or the ridge is uneven. In such a case, the traveling vehicle for agricultural work can travel along the direction of the ridge without frequently moving in the left-right direction.
  • the traveling vehicle S for agricultural work can improve the traveling performance because the traveling torque can be changed according to the inclination by detecting the change in the height direction of the ridges and the grooves. Further, the agricultural work traveling vehicle S can be stopped when there is a steep downhill slope by detecting changes in the height direction of the ridges and grooves, so that the safety can be improved.

Abstract

制御装置５は、農作業用走行車Ｓの走行方向の前方側における畝を含む領域の位置を示す取得点群データの少なくとも一部の点群データにより構成される方向特定用データを作成する方向特定用データ作成部５２３と、方向特定用データに基づいて畝の方向を特定する方向特定部５２４と、方向特定部５２４が特定した畝の方向に農作業用走行車Ｓが走行するように農作業用走行車Ｓを制御する走行制御部５２５と、を有する。

Description

農作業用走行車、制御装置及びプログラム
　本発明は、農作業用走行車、農作業用走行車を制御するための制御装置及びプログラムに関する。
　従来、畑の畝の幅方向における位置を検出し、検出した位置に基づいて幅方向の位置を制御しながら走行する農作業用走行車が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
特開２０１９－０６２８１６号公報
　従来の農作業用走行車は、農作業用走行車に設けられた超音波センサと畝との距離を測定し、測定した距離に基づいて農作業用走行車の左右方向の位置を制御する。したがって、従来の農作業用走行車には、畝の一部が崩れていたり畝に凹凸があったりする場合に、農作業用走行車が頻繁に左右方向に移動してしまうという問題があった。
　そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、農作業用走行車が畝の方向に沿って走行する際の安定性を向上させることを目的とする。
　本発明の第１の態様に係る制御装置は、畝が形成された畑を走行する農作業用走行車を制御する制御装置であって、前記農作業用走行車の走行方向の前方側における前記畝を含む領域の位置を示す取得点群データの少なくとも一部の点群データにより構成される方向特定用データを作成する方向特定用データ作成部と、前記方向特定用データに基づいて前記畝の方向を特定する方向特定部と、前記方向特定部が特定した前記畝の方向に前記農作業用走行車が走行するように前記農作業用走行車を制御する走行制御部と、を有する。
　前記制御装置は、前記点群データに基づいて前記領域の三次元形状を示す三次元データを作成する三次元データ作成部をさらに有し、前記方向特定用データ作成部は、前記三次元データに含まれる点群データのうち、前記畝の方向を特定するために有効な所定の範囲に対応する一部の点群データを抽出することにより前記方向特定用データを作成してもよい。
　前記取得点群データは、レーザー光の照射源がパルス状のレーザー光を照射することにより得られたデータであり、前記三次元データ作成部は、前記レーザー光の照射源の位置と前記レーザー光の照射位置との関係に基づいて、三次元空間における前記取得点群データの位置を変換することにより、水平面を基準とする前記領域の三次元形状に対応する前記三次元データを作成してもよい。
　前記方向特定用データ作成部は、前記三次元データに含まれる前記点群データのうち前記畝の上面よりも低い範囲内の前記所定の範囲に対応する前記一部の点群データを選択することにより、前記方向特定用データを作成してもよい。
　前記制御装置は、前記取得点群データに基づいて複数の前記畝の間の溝の凹凸を特定する凹凸特定部と、前記凹凸特定部が特定した前記凹凸に基づいて前記農作業用走行車における前記畝の上方で作動する作動機構の高さを制御する機構制御部をさらに有してもよい。
　前記方向特定部が特定した前記畝の方向に基づいて前記農作業用走行車における前記畝の上方で作動する作動機構の左右方向の位置を制御する機構制御部をさらに有してもよい。
　前記方向特定用データ作成部は、前記農作業用走行車の水平面と平行な上面及び下面に囲まれた範囲内の前記点群データを選択することにより、前記方向特定用データを作成してもよい。
　前記方向特定用データ作成部は、前記畝よりも低い複数の所定の範囲に対応する前記点群データにより構成され、それぞれが同じ高さ範囲に対応する複数の前記方向特定用データを作成し、前記方向特定部は、前記複数の方向特定用データに基づいて前記畝の方向を特定してもよい。
　前記方向特定部は、前記方向特定用データに含まれる所定の高さに対応する前記点群データにより構成される領域の輪郭線の方向に基づいて前記畝の方向を特定してもよい。
　前記走行制御部は、前記畝の方向に基づいて、前記農作業用走行車の車輪の向き及び速度を制御してもよい。
　前記方向特定部は、前記方向特定用データに基づいて、前記車輪と前記畝との距離をさらに特定し、前記走行制御部は、前記方向特定部が特定した前記距離にさらに基づいて前記農作業用走行車の車輪の向き及び速度を制御してもよい。
　前記走行制御部は、前記方向特定部が前記畝の方向を特定できなくなった場合に前記農作業用走行車を停止させてもよい。
　前記制御装置は、前記取得点群データを前記農作業用走行車の後方を走行する他の農作業用走行車に送信する通信部をさらに有してもよい。
　本発明の第２の態様に係る農作業用走行車は、畝が形成された畑を走行する農作業用走行車であって、前記農作業用走行車を制御する制御装置と、前記農作業用走行車の走行方向の前方側にパルス状のレーザー光を照射することにより取得した取得点群データを前記制御装置に送信するレーザー光照射装置と、を有し、前記制御装置は、前記農作業用走行車の走行方向の前方側における前記畝を含む領域の位置を示す前記取得点群データの少なくとも一部の点群データにより構成される方向特定用データを作成する方向特定用データ作成部と、前記方向特定用データに基づいて前記畝の方向を特定する方向特定部と、前記方向特定部が特定した前記畝の方向に前記農作業用走行車が走行するように前記農作業用走行車を制御する走行制御部と、を有する。
　本発明の第３の態様に係るプログラムは、コンピュータを、畝が形成された畑を走行する農作業用走行車の走行方向の前方側における前記畝を含む領域の位置を示す取得点群データの少なくとも一部の点群データにより構成される方向特定用データを作成する方向特定用データ作成部、前記方向特定用データに基づいて前記畝の方向を特定する方向特定部、及び前記方向特定部が特定した前記畝の方向に前記農作業用走行車が走行するように前記農作業用走行車を制御する走行制御部、として機能させる。
　本発明によれば、農作業用走行車が畝の方向に沿って走行する際の安定性が向上するという効果を奏する。
農作業用走行車の外観の模式図である。 制御装置の構成を示す図である。 点群データの模式図である。 三次元データ作成部が三次元データを作成する動作について説明するための模式図である。 制御装置における処理の流れを示すフローチャートである。 制御装置の変形例の構成を示す図である。 制御装置の他の例を示す図である。
［農作業用走行車Ｓの概要］
　図１は、農作業用走行車Ｓの外観の模式図である。農作業用走行車Ｓは、畝が形成された畑を走行する車両であり、畑で農作物を生育・収穫するための農作業（例えば、播種、農薬散布、潅水、根切り及び監視の作業）に使用される。農作業用走行車Ｓは、畝に沿って自動走行する。農作業用走行車Ｓは、本体１と、作動機構２と、車輪３（車輪３Ｌ、車輪３Ｒ）と、レーザー光照射装置４、制御装置５と、を有する。なお、図１には２個の車輪３を示しているが、農作業用走行車Ｓは前輪及び後輪を合わせて４つの車輪３を有することが想定されている。車輪３の数は任意である。
　本体１の形状は任意であるが、図１に示す本体１は、左右対称の形状を有している。本体１は、左右方向の幅が畝の幅よりも大きく、畝の上方において移動する作動機構２を有する。作動機構２は、例えば畝に植えられた農作物を剪定したり、農作物を収穫したりするために動作するアクチュエータ等の機構部品により構成されている。
　車輪３は、本体１の両側に設けられており、畝と畝との間に形成された溝の中を移動する。車輪３Ｌと車輪３Ｒとの間隔は、畝の幅（すなわち溝と溝との間隔）に応じて調整可能に構成されていてもよい。
　レーザー光照射装置４は、農作業用走行車Ｓの走行方向の前方側にパルス状のレーザー光を照射する装置であり、例えばＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging）装置である。レーザー光照射装置４は、本体１の前面に固定されており、農作業用走行車Ｓの前方の畝及び溝に向けて、複数の方向にレーザー光を照射し、畝及び溝で反射したレーザー光を検出する。レーザー光照射装置４は、例えば、レーザー光を照射する方向を所定の時間ごとに切り替える。
　レーザー光照射装置４は、レーザー光が畝及び溝で反射した位置を特定し、反射した位置に対応する点群データを生成する。点群データは、レーザー光照射装置４がレーザー光を照射する範囲の中心方向とレーザー光が反射した位置との関係（例えば中心方向に対する角度）、及びレーザー光照射装置４とレーザー光が反射した位置との距離を示す情報を含む。レーザー光の１つのパルスの照射時間は、位置及び距離の所要分解能に影響するが任意の長さであってよく、例えば１ｎｓである。
　制御装置５は、農作業用走行車Ｓの走行方向を制御する装置であり、例えば、プログラムを実行することにより動作するコンピュータである。制御装置５は、レーザー光照射装置４から取得した点群データを解析することにより、畝の方向を特定し、特定した方向に農作業用走行車Ｓが走行するように車輪３の向きを制御する。
　以下、制御装置５の構成及び動作を詳細に説明する。
［制御装置５の構成］
　図２は、制御装置５の構成を示す図である。制御装置５は、記憶部５１及び制御部５２を有する。
　記憶部５１は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びハードディスク等の記憶媒体を有する。記憶部５１は、レーザー光照射装置４が生成した点群データを記憶する。また、記憶部５１は、制御部５２が実行するプログラムを記憶している。
　制御部５２は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）である。制御部５２は、記憶部５１に記憶されているプログラムを実行することにより、データ取得部５２１、三次元データ作成部５２２、方向特定用データ作成部５２３、方向特定部５２４及び走行制御部５２５として機能する。
　データ取得部５２１は、レーザー光照射装置４が生成した点群データをレーザー光照射装置４から取得する。データ取得部５２１は、取得した点群データを三次元データ作成部５２２に通知する。データ取得部５２１は、時刻情報に関連付けられた点群データを所定の時間間隔で取得し、取得した点群データ（以下、「取得点群データ」という場合がある）を時刻情報に関連付けて記憶部５１に記憶させてもよい。
　三次元データ作成部５２２は、データ取得部５２１を介して取得した点群データに基づいて、レーザー光照射装置４によってレーザー光が照射された領域の三次元形状を示す三次元データを作成する。三次元データ作成部５２２は、所定の時間にわたってデータ取得部５２１が取得した点群データに基づいて三次元データを作成する。所定の時間は、方向特定部５２４が畝の方向を特定するために十分な数の点群データをデータ取得部５２１が取得するために必要な時間である。
　三次元データ作成部５２２は、レーザー光照射装置４におけるレーザー光の照射源の位置とレーザー光の照射位置との関係に基づいて、三次元空間における取得点群データの位置を変換することにより、水平面を基準とする領域の三次元形状に対応する三次元データを作成する。具体的には、三次元データ作成部５２２は、農作業用走行車Ｓの高さ方向において同じ高さの照射位置の高さ方向の座標が同じ値で表された三次元データを作成する。
　図３は、点群データの模式図である。図３（ａ）における点線で囲まれた領域は、データ取得部５２１が取得した取得点群データが含まれている領域を示しており、レーザー光照射装置４の照射源からレーザー光が当たった位置までの距離又はレーザー光の反射率に応じた濃度で表示されている。図３においては、レーザー光照射装置４の照射源からレーザー光が当たった位置までの距離が大きいほど薄い色で表示されている。
　図３（ｂ）は、三次元データ作成部５２２が作成した三次元データを水平方向（例えば走行面の方向）から視認した状態を示す模式図である。図３（ｃ）は、図３（ｂ）に示す三次元データにおいて２本の一点鎖線で囲まれた高さ範囲（Δｈ）内の点群データを上方から視認した状態を示す模式図である。
　図４は、三次元データ作成部５２２が三次元データを作成する動作について説明するための模式図である。図４（ａ）は、点群データの一部を畑の上方から視認した状態を示しており、図４（ｂ）は、点群データの一部を水平方向に視認した状態を示している。図中の破線はレーザー光を示しており、〇は点群データの一部の点データを示している。図４（ａ）及び図４（ｂ）における符号Ｌ０は、レーザー光の照射源の位置を示しており、一点鎖線は、レーザー光の照射範囲の中心方向Ｃを示している。
　点データａ１、ｂ１、ｃ１は、レーザー光の照射範囲において最もレーザー光照射装置４から離れた位置に対応しており、点データａ２、ｂ２、ｃ２は、レーザー光の照射範囲において最もレーザー光照射装置４に近い位置に対応している。点データａ１、ｃ１、ａ２、ｃ２は、畝にレーザー光が照射された位置に対応しており、点データｂ１、ｂ２は溝にレーザー光が照射された位置に対応している。取得点群データにおいて、各点データの位置は、例えば、照射源Ｌ０からの距離とレーザー光の中心照射方向Ｃからの角度とに基づいて表される。
　レーザー光照射装置４がレーザー光を斜め方向に照射しているため、点データａ１とａ２は実際には同じ高さであるにもかかわらず、レーザー光の中心照射方向Ｃを基準とすると、点データａ１は中心照射方向Ｃの上方にあり、点データａ２は中心照射方向Ｃの下方にある。同様に、点データｂ１とｂ２は実際には同じ高さであるにもかかわらず、点データｂ１は中心照射方向Ｃの上方にあり、点データｂ２は中心照射方向Ｃの下方にある。そこで、三次元データ作成部５２２は、農作業用走行車Ｓの走行方向を水平方向とする三次元空間座標にこれらの点データの座標を変換することにより三次元データを作成する。
　三次元データ作成部５２２は、三次元データを作成するために、まず、奥行方向又は幅方向の所定の範囲内の取得点群データを抽出する。続いて、三次元データ作成部５２２は、抽出した取得点群データに含まれる複数の点データそれぞれの位置に基づいて、複数の点データの中心となる位置（例えば図４における中心位置Ｍ）を特定する。そして、三次元データ作成部５２２は、特定した中心位置Ｍを回転中心として取得点群データの座標を回転させることにより三次元データを作成する。すなわち、三次元データ作成部５２２は、農作業用走行車Ｓの進行方向をＸ方向、左右方向をＹ方向、高さ方向をＺ方向とする三次元空間における点データの座標を算出することにより三次元データを作成する。なお、三次元データ作成部５２２は、Ｚ方向において所定の範囲をはずれた点データをノイズとして除去してもよい。
　図４（ｃ）に示す例において、三次元データ作成部５２２は、点データａ１の座標をＡ１に変換し、点データａ２の座標を、Ｚ方向及びＹ方向の座標がＡ１と同じであり、Ｘ方向の座標がＡ１と異なるＡ２に変換する。三次元データ作成部５２２は、点データｂ１の座標を、Ｘ方向の座標がＡ１と同じであり、Ｙ方向及びＺ方向の座標がＡ１と異なるＢ１に変換する。三次元データ作成部５２２は、このようにして作成した三次元データを方向特定用データ作成部５２３に通知する。
　方向特定用データ作成部５２３は、農作業用走行車Ｓの走行方向の前方側における畝を含む領域の位置を示す取得点群データの少なくとも一部の点群データにより構成される方向特定用データを作成する。方向特定用データ作成部５２３は、例えば、畝の方向を特定するために有効な所定の範囲に対応する点群データにより構成される方向特定用データを作成する。方向特定用データ作成部５２３は、例えば、レーザー光照射装置４がパルス状のレーザー光を照射することにより得られた取得点群データに基づいて方向特定用データを作成する。方向特定用データ作成部５２３は、例えば取得点群データに基づいて作成された三次元データに含まれる点群データのうち、畝の方向を特定するために有効な所定の範囲に対応する一部の点群データを抽出することにより、畝の方向を特定するために用いられる方向特定用データを作成する。方向特定用データ作成部５２３は、作成した方向特定用データを方向特定部５２４に通知する。
　一例として、方向特定用データ作成部５２３は、三次元データに含まれる点群データのうち畝の上面よりも低い範囲内の所定の範囲に対応する点群データを選択することにより、方向特定用データを作成する。所定の範囲は、例えば、畝における最も低い位置と、溝における最も低い位置との間の高さの範囲である。方向特定用データ作成部５２３が、このように畝の上面よりも低い範囲内の点群データを使用して方向特定用データを作成することにより、畝に植えられた農作物に照射されて生成された点群データが方向特定用データに含まれないため、畝の方向の特定精度が向上する。また、畝にトンネルや支柱が設けられている場合、畝の上部が欠損している場合、畝の上方で乱反射が生じる場合にも畝の方向の特定精度が向上する。
　方向特定用データ作成部５２３は、例えば、農作業用走行車Ｓの水平面（例えば４つの車輪３の最上端に接する面）と平行な上面及び下面に囲まれた範囲内の点群データを選択することにより、図３（ｃ）に示したような方向特定用データを作成する。方向特定用データ作成部５２３は、畝よりも低い複数の所定の範囲に対応する点群データにより構成され、それぞれが同じ高さ範囲に対応する複数の方向特定用データを作成してもよい。方向特定用データ作成部５２３は、例えば農作業用走行車Ｓの左側の複数の車輪３Ｌを結ぶ直線を含む範囲、及び農作業用走行車Ｓの右側の複数の車輪３Ｒを結ぶ直線を含む範囲に対応する複数の方向特定用データを作成する。
　なお、方向特定用データ作成部５２３が方向特定用データを作成する方法は任意である。方向特定用データ作成部５２３は、例えば、点群データに含まれる複数の点から抽出した一部の点に基づく近似曲線の傾きを算出することにより方向特定用データを作成してもよい。この際、方向特定用データ作成部５２３は、近接する３点により構成される複数の三角形のポリゴンデータの傾きを算出し、算出した複数の傾きの統計値を方向特定用データとして作成してもよい。また、方向特定用データ作成部５２３は、畝の形状を示す複数の方向特定用データのテンプレートのうち、最も多くの点群と一致するテンプレートの方向特定用データを選択してもよい。
　方向特定部５２４は、方向特定用データ作成部５２３が作成した方向特定用データに基づいて畝の方向を特定する。方向特定部５２４は、例えば、方向特定用データに含まれる所定の高さに対応する点群データに基づいて、最小二乗法又はロバスト推定等の手法を用いて近似直線を計算することにより、畝の方向を特定する。方向特定部５２４は、例えば、点群データが含まれている領域の輪郭線で囲まれた領域の長手方向の近似直線を計算して計算することにより、同一の高さの領域の方向を特定する。
　方向特定部５２４は、方向を特定した領域のうち、所定の高さ以上の領域を畝の領域であると判定し、所定の高さ未満の領域を溝の領域であると特定する。方向特定部５２４は、特定した畝及び溝の長手方向を畝の方向及び溝の方向として特定する。
　方向特定部５２４は、方向特定用データ作成部５２３が複数の方向特定用データを作成した場合、複数の方向特定用データのそれぞれに基づいて畝の方向を特定する。方向特定部５２４は、複数の方向特定用データのそれぞれに基づいて特定した畝の方向の統計値（例えば平均値又は中央値）を畝の方向として特定することで、測定誤差の影響を軽減することができる。
　また、方向特定部５２４は、方向特定用データに基づいて、車輪３と畝との距離をさらに特定してもよい。方向特定部５２４は、特定した畝の領域と溝の領域との境界線と、車輪３の右側の位置又は左側の位置との距離を車輪３と畝との距離として特定する。方向特定部５２４は、特定した畝の方向又は溝の方向、及び車輪３と畝との距離を走行制御部５２５に通知する。
　走行制御部５２５は、方向特定部５２４が特定した畝の方向に農作業用走行車Ｓが走行するように農作業用走行車Ｓを制御する。走行制御部５２５は、畝の方向に基づいて、農作業用走行車Ｓの車輪３の向き及び速度を制御する。走行制御部５２５は、方向特定部５２４から通知された畝の方向に沿って走行するように、車輪３Ｌ及び車輪３Ｒそれぞれの回転速度又は向きを制御する。
　また、走行制御部５２５は、方向特定部５２４が特定した距離にさらに基づいて農作業用走行車Ｓの車輪３の回転速度又は向きを制御してもよい。走行制御部５２５は、例えば車輪３と畝との距離が所定の範囲内になるように車輪３の回転速度又は向きを制御する。
　具体的には、走行制御部５２５は、車輪３Ｌと畝との距離が所定の範囲よりも大きくなったことを検出した場合、車輪３Ｌの回転速度を車輪３Ｒの回転速度よりも大きくしたり、車輪３と畝との距離が小さくなるように車輪３の向きを変化させたりする。このように走行制御部５２５が動作することで、農作業用走行車Ｓが畝の方向に沿って走行するとともに、畝の方向が変化して車輪３と畝との距離が所定の範囲を超えた場合に、農作業用走行車Ｓは速やかに畝の方向に沿うように走行方向を変えることができる。
　なお、走行制御部５２５は、方向特定部５２４が畝の方向を特定できなくなった場合に農作業用走行車Ｓを停止させる。走行制御部５２５は、方向特定部５２４が畝の方向を特定できなくなった場合に、ＧＰＳ衛星から受信した電波に基づく走行に切り替えてもよい。走行制御部５２５がこのように動作することで、例えば畝が崩れており、方向特定部５２４が畝の方向を特定できない状態において農作業用走行車Ｓが走行することにより、畝をさらに崩してしまうことを未然に防止できる。
［制御装置５における処理の流れ］
　図５は、制御装置５における処理の流れを示すフローチャートである。図５に示すフローチャートは、制御部５２が起動した時点から開始している。
　データ取得部５２１は、所定の時間間隔で点群データを取得する（Ｓ１１）。三次元データ作成部５２２は、データ取得部５２１が取得した点群データに基づいて三次元データを作成し（Ｓ１２）、方向特定用データ作成部５２３は、三次元データにおける畝の上面よりも低い位置に対応する点群データを選択することにより方向特定用データを作成する（Ｓ１３）。
　方向特定部５２４は、方向特定用データに基づいて畝と溝との境界位置を特定することにより、畝の方向を特定する（Ｓ１４）。走行制御部５２５は、方向特定部５２４が特定した方向に農作業用走行車Ｓが進むように農作業用走行車Ｓの走行方向を制御する（Ｓ１５）。
　制御部５２は、動作を停止する指示を受けたか否かを監視し（Ｓ１６）、停止する指示を受けるまでの間（Ｓ１６においてＮＯ）、Ｓ１１からＳ１６までの処理を繰り返す。制御部５２は、停止する指示を受けた場合（Ｓ１６においてＹＥＳ）、動作を終了する。
［第１変形例］
　図６は、制御装置５の変形例の構成を示す図である。図６に示す制御装置５は、凹凸特定部５２６及び機構制御部５２７をさらに有するという点で、図２に示した制御装置５と異なり、他の点で同じである。
　凹凸特定部５２６は、データ取得部５２１が取得した取得点群データに基づいて複数の畝の間の溝の凹凸を特定する。凹凸特定部５２６は、例えば取得点群データに基づいて三次元データ作成部５２２が作成した三次元データに含まれる点群データの高さ方向の位置に基づいて、溝における最も低い位置を基準とする溝内の走行方向における複数の位置それぞれの高さを特定することにより、凹凸を特定する。
　機構制御部５２７は、凹凸特定部５２６が特定した凹凸に基づいて農作業用走行車Ｓにおいて畝の上方で作動する作動機構２の高さを制御する。農作業用走行車Ｓが溝の凹凸によって高さ方向の位置が変動することにより作動機構２の高さ方向の位置も変動すると、農作物の位置に対する作動機構２の高さが変動してしまう。その結果、例えば作動機構２が農作物の根元を切断するための機構を有する場合に、溝に凸部があることによって、農作物の根元よりも高い位置で農作物が切断されてしまう。
　これに対して、機構制御部５２７が溝の凹凸に応じて、作動機構２の高さ方向の位置が一定の範囲になるように作動機構２を制御することで、作動機構２が農作物の位置に対する作動機構２の高さが変動しない。その結果、作動機構２が農作物の根元を切断するための機構を有する場合に、作動機構２は、ほぼ同じ位置で農作物を切断することが可能になる。
　なお、図６に示す制御装置５が凹凸特定部５２６を有しておらず、機構制御部５２７は、方向特定部５２４が特定した畝の方向に基づいて作動機構２の左右方向の位置を制御してもよい。機構制御部５２７は、例えば畝の方向が閾値以上変化した場合、農薬を噴霧するために用いられる作動機構２の左右方向の位置を変化させたり、農作物の根元を切断するための機構の左右方向の位置を変化させたりする。機構制御部５２７は、農作業用走行車Ｓの進行方向と畝の方向とが閾値以上ずれたことを条件として作動機構２の左右方向の位置を変化させてもよい。
［第２変形例］
　以上の説明においては、制御装置５が農作業用走行車Ｓに搭載されている場合を例示したが、制御装置５は農作業用走行車Ｓに搭載されていなくてもよい。制御装置５が、車輪３を駆動する電子機器との間でデータを送受信する通信機能を有しており、走行制御部５２５は、走行方向を示すデータを当該電子機器に送信することによって農作業用走行車Ｓの走行方向を制御してもよい。この場合、制御装置５は、例えばスマートフォン、タブレット又はパーソナルコンピュータである。
［第３変形例］
　以上の説明においては、方向特定部５２４が特定した畝の方向に基づいて走行制御部５２５が農作業用走行車Ｓの左右方向の位置を制御する場合を例示したが、走行制御部５２５は、方向特定部５２４が特定した畝の方向に基づいて他の制御を行ってもよい。走行制御部５２５は、例えば畝の方向に基づいて農作業用走行車Ｓの走行トルクを制御する。具体的には、走行制御部５２５は、方向特定部５２４が特定した畝又は溝の方向が上方に傾いている場合（すなわち上り傾斜になっている場合）の走行トルクを、畝又は溝の方向が下方に傾いている場合（すなわち下り傾斜になっている場合）よりも大きくする。走行制御部５２５がこのように動作することで、畑の傾斜によらず農作業用走行車Ｓの走行速度が安定する。
［第４変形例］
　以上の説明においては、方向特定用データ作成部５２３が、三次元データ作成部５２２が作成した三次元データに含まれる点群データの一部の点群データにより構成される方向特定用データを作成したが、方向特定用データ作成部５２３は、データ取得部５２１が取得した取得点群データ自体を方向特定用データとしてもよい。この場合、レーザー光照射装置４は、予め設定された高さの範囲（例えば、畝に植えられた農作物よりも低い範囲）のみにレーザー光を照射する。レーザー光照射装置４及び方向特定用データ作成部５２３がこのように動作することで、三次元データから方向特定用データに変換する処理が不要になるので、方向特定部５２４が畝の方向を特定するために要する時間を短縮することができる。
［第５変形例］
　図７は、制御装置５の他の例を示す図である。図７に示す制御装置５は、通信部５３をさらに有する点で、図２に示した制御装置５と異なり、他の点で同じである。
　通信部５３は、例えば、農作業用走行車Ｓの後方を走行する他の農作業用走行車Ｓｂとの間でデータを送受信するための無線通信ユニットをする。通信部５３は、レーザー光照射装置４から取得された取得点群データを農作業用走行車Ｓの後方を走行する他の農作業用走行車Ｓｂに送信する。
　農作業用走行車Ｓｂは、三次元データ作成部５２２、方向特定用データ作成部５２３、方向特定部５２４及び走行制御部５２５として機能する制御部を有している。農作業用走行車Ｓｂは、農作業用走行車Ｓから受信した取得点群データに基づいて走行方向を特定し、特定した方向に走行する。農作業用走行車Ｓが、通信部５３を介して三次元データ又は方向特定用データを農作業用走行車Ｓｂに送信し、農作業用走行車Ｓｂは、受信した三次元データ又は方向特定用データに基づいて走行してもよい。
　農作業用走行車Ｓｂの方向特定部５２４は、農作業用走行車Ｓから取得点群データ、三次元データ又は方向特定用データを受信したタイミングから、農作業用走行車Ｓと農作業用走行車Ｓｂとの距離、及び農作業用走行車Ｓｂの速度に基づいて定まる時間だけ遅延させたタイミングで取得点群データ、三次元データ又は方向特定用データを使用して、走行方向を特定してもよい。このように、農作業用走行車Ｓが農作業用走行車Ｓｂに取得点群データ、三次元データ又は方向特定用データを送信することにより、農作業用走行車Ｓｂにレーザー光照射装置４が搭載されていなくても、農作業用走行車Ｓｂが畝の方向に沿って走行することができる。
［第６変形例］
　以上の説明においては、畝に農作物だけが植えられている場合が想定されていたが、畝に農作物以外の物体が設置されていてもよい。例えば、農作物を覆うトンネルが形成されている場合に、方向特定部５２４は、トンネルの方向を畝の方向として特定してもよい。
　また、このような場合、方向特定部５２４が畝の方向を特定できないことも想定される。そこで、方向特定部５２４が畝の方向を特定できない場合、方向特定用データ作成部５２３は、方向特定用データとして使用する点群データの範囲を広げてもよい。
［第７変形例］
　以上の説明においては、レーザー光照射装置４がレーザー光の照射方向を変化させる場合を例示したが、レーザー光照射装置４が、農作業用走行車Ｓの高さ方向に配置された、水平方向にレーザー光を照射する多数の光源を備えており、これらの多数の光源が水平方向にレーザー光を照射することにより点群を取得してもよい。
［第８変形例］
　以上の説明においては、農作業用走行車Ｓがレーザー光照射装置４を有しており、レーザー光照射装置４が照射したレーザー光に基づいて生成される点群データに基づいて畝の方向を特定する場合を例示した。レーザー光を用いることにより、雨の日や、視界が悪い場合などであっても、天候等に左右されずに農作業用走行車Ｓを自律走行させて農作業が可能となる。しかしながら、農作業用走行車Ｓが点群データを取得する手段はレーザー光照射装置４に限らず、畝の形状を点群データとして取得可能な手段であってもよい。例えば、農作業用走行車Ｓは、被写体までの距離を示す距離データを作成可能なステレオカメラ（複眼カメラ）により点群データを取得してもよい。
　農作業用走行車Ｓがステレオカメラを有する場合、ステレオカメラは、例えば２つのカメラで農作業用走行車Ｓの前方を撮影して得られる２つの撮像画像において同一の被写体の位置に対応する２つの画素間の距離（視差）に基づいて、カメラから被写体までの距離を特定する。ステレオカメラは、各画素に対応するカメラから被写体までの距離を示すデータを点群データとして制御装置５に入力する。三次元データ作成部５２２は、ステレオカメラの撮像可能範囲に対応する領域の三次元形状を示す三次元データを作成する。このように、農作業用走行車Ｓがステレオカメラを有する場合であっても、農作業用走行車Ｓがレーザー光照射装置４を有する場合と同様の処理により畝の方向を特定することができる。
［農作業用走行車Ｓによる効果］
　以上説明したように、農作業用走行車Ｓは、走行方向の前方側にパルス状のレーザー光を照射するレーザー光照射装置４を搭載している。そして、制御装置５は、レーザー光照射装置４がレーザー光を照射することによって取得された点群データに基づいて、農作業用走行車Ｓが走行する畑における畝の方向を特定し、特定した方向に農作業用走行車Ｓが走行するように農作業用走行車Ｓを制御する。農作業用走行車Ｓがこのような構成を有することで、農作業用走行車Ｓが、特定した畝の方向に基づいて走行することができるので、畝の一部が崩れていたり畝に凹凸があったりする場合に、農作業用走行車が頻繁に左右方向に移動することなく、畝の方向に沿って走行することができる。
　また、農作業用走行車Ｓは、畝及び溝の高さ方向の変化も検出することにより、傾斜に応じて走行トルクを変化させることができるので、走行性能を向上させることができる。また、農作業用走行車Ｓは、畝及び溝の高さ方向の変化も検出することにより、急な下り傾斜がある場合に停止させたりすることができるので、安全性を向上させることもできる。
　以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。
１　本体
２　作動機構
３　車輪
４　レーザー光照射装置
５　制御装置
５１　記憶部
５２　制御部
５２１　データ取得部
５２２　三次元データ作成部
５２３　方向特定用データ作成部
５２４　方向特定部
５２５　走行制御部
５２６　凹凸特定部
５２７　機構制御部

 

Claims (15)

  1. 　畝が形成された畑を走行する農作業用走行車を制御する制御装置であって、
    　前記農作業用走行車の走行方向の前方側における前記畝を含む領域の位置を示す取得点群データの少なくとも一部の点群データにより構成される方向特定用データを作成する方向特定用データ作成部と、
    　前記方向特定用データに基づいて前記畝の方向を特定する方向特定部と、
    　前記方向特定部が特定した前記畝の方向に前記農作業用走行車が走行するように前記農作業用走行車を制御する走行制御部と、
    　を有する制御装置。
  2. 　前記点群データに基づいて前記領域の三次元形状を示す三次元データを作成する三次元データ作成部をさらに有し、
    　前記方向特定用データ作成部は、前記三次元データに含まれる点群データのうち、前記畝の方向を特定するために有効な所定の範囲に対応する一部の点群データを抽出することにより前記方向特定用データを作成する、
    　請求項１に記載の制御装置。
  3. 　前記取得点群データは、レーザー光の照射源がパルス状のレーザー光を照射することにより得られたデータであり、
    　前記三次元データ作成部は、前記レーザー光の照射源の位置と前記レーザー光の照射位置との関係に基づいて、三次元空間における前記取得点群データの位置を変換することにより、水平面を基準とする前記領域の三次元形状に対応する前記三次元データを作成する、
    　請求項２に記載の制御装置。
  4. 　前記方向特定用データ作成部は、前記三次元データに含まれる前記点群データのうち前記畝の上面よりも低い範囲内の前記所定の範囲に対応する前記一部の点群データを選択することにより、前記方向特定用データを作成する、
    　請求項２又は３に記載の制御装置。
  5. 　前記取得点群データに基づいて複数の前記畝の間の溝の凹凸を特定する凹凸特定部と、
    　前記凹凸特定部が特定した前記凹凸に基づいて前記農作業用走行車における前記畝の上方で作動する作動機構の高さを制御する機構制御部をさらに有する、
    　請求項１から４のいずれか一項に記載の制御装置。
  6. 　前記方向特定部が特定した前記畝の方向に基づいて前記農作業用走行車における前記畝の上方で作動する作動機構の左右方向の位置を制御する機構制御部をさらに有する、
    　請求項１から４のいずれか一項に記載の制御装置。
  7. 　前記方向特定用データ作成部は、前記農作業用走行車の水平面と平行な上面及び下面に囲まれた範囲内の前記点群データを選択することにより、前記方向特定用データを作成する、
    　請求項１から６のいずれか一項に記載の制御装置。
  8. 　前記方向特定用データ作成部は、前記畝よりも低い複数の所定の範囲に対応する前記点群データにより構成され、それぞれが同じ高さ範囲に対応する複数の前記方向特定用データを作成し、
    　前記方向特定部は、前記複数の方向特定用データに基づいて前記畝の方向を特定する、
    　請求項１から７のいずれか一項に記載の制御装置。
  9. 　前記方向特定部は、前記方向特定用データに含まれる所定の高さに対応する前記点群データにより構成される領域の輪郭線の方向に基づいて前記畝の方向を特定する、
    　請求項１から８のいずれか一項に記載の制御装置。
  10. 　前記走行制御部は、前記畝の方向に基づいて、前記農作業用走行車の車輪の向き及び速度を制御する、
    　請求項１から９のいずれか一項に記載の制御装置。
  11. 　前記方向特定部は、前記方向特定用データに基づいて、前記車輪と前記畝との距離をさらに特定し、
    　前記走行制御部は、前記方向特定部が特定した前記距離にさらに基づいて前記農作業用走行車の車輪の向き及び速度を制御する、
    　請求項１０に記載の制御装置。
  12. 　前記走行制御部は、前記方向特定部が前記畝の方向を特定できなくなった場合に前記農作業用走行車を停止させる、
    　請求項１から１１のいずれか一項に記載の制御装置。
  13. 　前記取得点群データを前記農作業用走行車の後方を走行する他の農作業用走行車に送信する通信部をさらに有する、
    　請求項１から１２のいずれか一項に記載の制御装置。
  14. 　畝が形成された畑を走行する農作業用走行車であって、
    　前記農作業用走行車を制御する制御装置と、
    　前記農作業用走行車の走行方向の前方側にパルス状のレーザー光を照射することにより取得した取得点群データを前記制御装置に送信するレーザー光照射装置と、
    　を有し、
    　前記制御装置は、
    　前記農作業用走行車の走行方向の前方側における前記畝を含む領域の位置を示す前記取得点群データの少なくとも一部の点群データにより構成される方向特定用データを作成する方向特定用データ作成部と、
    　前記方向特定用データに基づいて前記畝の方向を特定する方向特定部と、
    　前記方向特定部が特定した前記畝の方向に前記農作業用走行車が走行するように前記農作業用走行車を制御する走行制御部と、
    　を有する農作業用走行車。
  15. 　コンピュータを、
    　畝が形成された畑を走行する農作業用走行車の走行方向の前方側における前記畝を含む領域の位置を示す取得点群データの少なくとも一部の点群データにより構成される方向特定用データを作成する方向特定用データ作成部、
    　前記方向特定用データに基づいて前記畝の方向を特定する方向特定部、及び
    　前記方向特定部が特定した前記畝の方向に前記農作業用走行車が走行するように前記農作業用走行車を制御する走行制御部、
    　として機能させるためのプログラム。
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