WO2023112610A1

WO2023112610A1 - 圃場作業車

Info

Publication number: WO2023112610A1
Application number: PCT/JP2022/042996
Authority: WO
Inventors: 大久保樹; 久保田祐樹
Original assignee: 株式会社クボタ
Priority date: 2021-12-17
Filing date: 2022-11-21
Publication date: 2023-06-22
Also published as: JP2023090399A

Abstract

自動走行可能な圃場作業車は、自動走行の目標となる目標走行経路として設定する走行経路設定部５３と、予め決められた条方向に沿って作業を行う作業装置と、作業状態で車体を走行させる作業走行制御部６３と、非作業状態で車体を走行させる非作業走行制御部６４と、作業装置による作業が実施された作業済走行経路に基づいて作業軌跡を管理する作業済走行軌跡管理部５４１と、作業軌跡の少なくとも２つの辺で境界付けられた未作業のコーナ領域における、方向転換を伴うコーナ作業走行での作業開始位置を、作業軌跡を考慮して決定するコーナ作業開始位置決定部６６と、を備える。

Description

圃場作業車

　本発明は、設定された走行経路に沿って自動走行可能な圃場作業車に関する。

　特許文献１による自動走行田植機では、苗植付装置の駆動状態を切り替える植付クラッチを制御するクラッチ制御部と苗植付装置の昇降を制御する昇降制御部とが備えられ、苗植付装置の駆動が停止される際に苗植付装置が上昇し、苗植付装置の駆動が開始される際に苗植付装置が下降する。作業走行は、苗植付装置を下降させて苗植付装置を駆動させた状態で走行することで実現する。非作業走行は、苗植付装置を下降させて苗植付装置を駆動させないで走行するか、あるいは苗植付装置を上昇させて苗植付装置を駆動させないで走行することで実現する。

特開２０２１－１０８６１５号公報

　田植機では、圃場を外周領域と外周領域の内側となる内部領域とに区分けする。内部領域に対する作業では、内部領域に作業幅を間隔として複数の直線状走行経路が作業走行経路として設定され、各直線状走行経路は外周領域での１８０°旋回で繋がれる。外周領域に対する作業では、周回走行経路が設定される。圃場の形状が、矩形ではなく、凸変形多角形や凹変形多角形などの場合、各直線状走行経路を９０°旋回によって繋ぐ必要が生じる。例えば、Ｌ字状の未作業コーナ領域を作業（苗植付や播種）走行する場合、作業漏れを避けるために、作業開始を行うべき位置の手前から作業が開始されると、既に植え付けられた苗を少し踏んでしまうといった重なり作業が生じる。逆に、既に植え付けられた苗を踏まないように、作業開始を行うべき位置を通り越して作業が開始されると、植え残しなどの作業残しが生じてしまう。

　上記実情に鑑み、重なり作業や作業残しの問題を合理的に解決する圃場作業車を提供することである。

　本発明による、自動走行可能な圃場作業車は、圃場の形状に合わせて生成された走行経路を自動走行の目標となる目標走行経路として設定する走行経路設定部と、予め決められた条方向に沿って作業を行う作業装置と、前記作業装置の作業状態で車体を走行させる作業走行制御部と、前記作業装置の非作業状態で前記車体を走行させる非作業走行制御部と、前記作業装置による前記作業が実施された作業済走行経路に基づいて作業軌跡を管理する作業済走行軌跡管理部と、前記作業軌跡の少なくとも２つの辺で境界付けられた未作業のコーナ領域における、方向転換を伴うコーナ作業走行での前記作業の作業開始位置を、前記作業軌跡を考慮して決定するコーナ作業開始位置決定部と、を備える。

　この構成によれば、作業軌跡の少なくとも２つの辺で境界付けられた未作業のコーナ領域の作業のために方向転換を伴って作業走行する場合、作業済走行経路に基づく作業軌跡を考慮して作業開始位置が決定される。つまり、重なり作業の可能性が高くなる作業開始位置の範囲と作業残し（作業漏れ）の可能性が高くなる作業開始位置の範囲とを考慮することで、重なり作業及び作業残しの発生が合理的に抑制される作業開始位置が決定される。例えば、圃場作業車が田植機であれば、作業装置によって行われる作業は苗植付作業であり、圃場作業車が播種機であれば、作業装置によって行われる作業は播種作業であり、圃場にできるだけ均等に苗や種を配置するために、重なり作業や作業残しを抑制することが要求される。

本発明の好適な実施形態の１つでは、前記コーナ領域における前記作業軌跡をオーバーラップして作業走行する重なり作業走行モードと、前記作業軌跡を回避して作業走行する非重なり作業走行モードとを選択する作業走行モード選択部が備えられ、前記コーナ作業開始位置決定部は、前記作業走行モード選択部によって選択された作業走行モードに基づいて前記作業開始位置を決定する。

　圃場作業管理者の意向や圃場作業の種類によって、作業漏れを回避したいケースもあれば、作業残しを回避したいケースもある。この問題に対処するための本構成では、重なり作業走行モードが選択されると、作業漏れのない作業走行、例えば植え残しのない作業走行が実現される。また、非重なり作業走行モードが選択されると、重なり作業のない作業走行、例えば植付苗の踏み付けが発生しない作業走行が実現される。

　本発明の好適な実施形態の１つでは、前記作業走行モード選択部は任意選択作業走行モードを有し、前記任意選択作業走行モードが選択された場合、前記作業開始位置は作業者の手動操作で決定される。

　圃場作業管理者が、圃場作業車に対する熟練した操縦技術を有する場合、自動操舵では困難である、作業残しも重なり作業も発生しない作業走行を、作業開始位置と旋回技術とを最適に組み合わせた手動操舵で実現させられる。

　本発明の好適な実施形態の１つでは、前記重なり作業走行モードにおける前記作業の重なり量を算出する重なり作業走行管理部が備えられ、前記重なり量が報知される。

　重なり作業走行モードを所望していても、重なり量が大き過ぎると、重なり作業走行モードは回避しなければならない。つまり、重なり作業走行モードの選択は、重なり量に依存することが少なくない。この構成では、報知された重なり量に基づいて、重なり作業走行モードを選択するか断念するかを判定できる。

　本発明の好適な実施形態の１つでは、前記重なり作業走行管理部は前記重なり作業走行モードでの前記コーナ領域での前記作業軌跡に進入する車体前進量及び車体後進量を算出し、前記車体前進量及び前記車体後進量が報知する機能を有する。

　重なり作業走行モードにおける重なり量は、作業軌跡に進入する車体の前進量及び車体の後進量に関係する。また、このような車体の前後進は圃場面を荒らすため、このことも作業走行モードを選択するために重要なファクタとなる。車体前進量及び車体後進量も、重なり量とともに報知されると、より好都合である。

　本発明の好適な実施形態の１つでは、前記非重なり作業走行モードにおける前記作業の作業残し量を算出する非重なり作業走行管理部が備えられ、前記作業残し量が報知される。

　作業残しを許容する非重なり作業走行モードを所望していても、作業残し量が大き過ぎると、非重なり作業走行モードは回避しなければならない。つまり、非重なり作業走行モード選択は、作業残し量に依存することが少なくない。この構成では、報知された作業残し量に基づいて、非重なり作業走行モードを選択するか断念するかを判定できる。

　本発明の好適な実施形態の１つでは、前記重なり作業走行モードにおける前記作業の重なり量を算出する重なり作業走行管理部が備えられ、前記非重なり作業走行モードにおける前記作業の作業残し量を算出する非重なり作業走行管理部が備えられ、前記車体の前進量及び後進量を調節することで、前記重なり量及び前記作業残し量を最小に調節可能な重複調節部が備えられている。

　方向転換を伴うコーナ作業走行では、機体の前進量及び後進量によって、重なり量や作業残し量が変動するので、これを利用した、重なり量や作業残し量の最適化演算が可能となる。この構成によって、人為操作で、または、シミュレーションプログラム等を用いて自動的に最適な重なり量や作業残し量を決定できる。

　本発明の好適な実施形態の１つでは、前記重なり作業走行モードにおける前記作業の重なり量を算出する重なり作業走行管理部が備えられ、前記非重なり作業走行モードにおける前記作業の作業残し量を算出する非重なり作業走行管理部が備えられ、前記重なり作業走行管理部、及び前記非重なり作業走行管理部に基づき収穫量の増減、農用資材の消費ロス、必要作業時間の増減を算出する営農算出部が備えられる。

　営農家は、作業時間、資材ロス、収穫量を考慮して、最適な営農を企画する。その際、営農家は、作業時間、資材ロス、収穫量などの営農ファクタにおける優先順位や重みを変えながら、その営農結果を判定する。このような営農を支援するための本構成では、営農家が、営農ファクタの順位付けや重みづけを設定して、営農算出部に収穫量の増減、農用資材の消費ロス、必要作業時間を算出させることが可能である。また、シミュレーションプログラム等を用いて自動的に最適な営農結果を出力させることもできる。さらには、作業経路生成機能と連係して、例えば、営農ファクタから最優先すべきファクタを、例えば収穫量を最優先とする作業経路を提案させるような構成を採用することも可能である。

自動操舵システムを搭載した田植機の側面図である。エンジンから植付機構への動力伝達を説明する模式図である。苗植付装置と整地フロートの昇降を説明する模式図である。田植機の自動走行のための走行経路を説明する模式図である。設定された苗植付開始位置と実際の苗植付開始位置との関係を説明する模式図である。重なり作業走行モードでの９０度旋回走行を説明する模式図である。非重なり作業走行モードでの９０度旋回走行を説明する模式図である。田植機の制御系を示す機能ブロック図である。

　以下、本発明の自動走行水田作業車の実施形態の１つとして、田植機を例に説明する。本実施形態では、特に断りがない限り、「前」（図１に示す矢印Ｆの方向）は機体前後方向（走行方向）における前方を意味し、「後」（図１に示す矢印Ｂの方向）は機体前後方向（走行方向）における後方を意味するものとする。また、左右方向または横方向は、機体前後方向に直交する機体左右方向（機体幅方向）を意味し、「左」は図１における紙面の手前の方向、「右」は図１における紙面の奥向きの方向を意味するものとする。

〔全体構造〕
　図１に示すように、田植機は、乗用型で四輪駆動形式の車体１を備える。車体１は、平行四連リンク形式のリンク機構１３と、油圧式の昇降シリンダ１３ａと、苗植付装置３Ａと、施肥装置３Ｂと、等を備える。リンク機構１３は、車体１の後部に昇降揺動可能に連結されている。昇降シリンダ１３ａは、リンク機構１３を揺動駆動する。苗植付装置３Ａは、リンク機構１３の後端部にローリング可能に連結されている。施肥装置３Ｂは、車体１の後端部から苗植付装置３Ａにわたって架設されている。この実施形態では、苗植付装置３Ａ及び施肥装置３Ｂが、本発明の自動走行作業車に備えられる作業装置３であって、予め決められた条方向に沿って苗植付作業を行う。

　車体１は、車輪式の走行装置１２、エンジン２Ａ、及び、油圧式の無段変速装置２Ｂを備える。無段変速装置２Ｂは主変速装置である。無段変速装置２Ｂは、例えばＨＳＴ（Ｈｙｄｒｏ－Ｓｔａｔｉｃ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ：静油圧式無段変速装置）である。無段変速装置２Ｂは、モータ斜板及びポンプ斜板の角度を調節することによって、エンジン２Ａから出力される動力（回転数）を変速する。走行装置１２は、左右の前輪１２Ａと、左右の後輪１２Ｂと、を有する。左右の前輪１２Ａは、車体方位を変更するための操舵輪として機能する。左右の後輪１２Ｂは操舵不能である。

　図１に示すように、車体１の後部に運転部１４が備えられている。運転部１４は、前輪操舵用のステアリングホイール１０と、主変速レバー７Ａと、副変速レバー７Ｂと、作業操作レバー１１と、搭乗者（運転者・作業者・管理者）用の運転座席１６と、等を備える。主変速レバー７Ａは、無段変速装置２Ｂの変速操作を行うことで車速を調節する。副変速レバー７Ｂは、副変速装置の変速操作を可能にする。作業操作レバー１１は、苗植付装置３Ａの昇降操作等を行う。さらに、運転部１４の前方において、予備苗収納装置１７Ａが予備苗支持フレーム１７に支持されている。予備苗収納装置１７Ａは予備苗を収容する。

　ステアリングホイール１０は、非図示の操舵機構を介して前輪１２Ａと連結されている。前輪１２Ａの操舵角は、ステアリングホイール１０の回転操作によって調整される。操舵機構にステアリングモータＭ１が連結されている。自動操舵時には、操舵信号に基づいてステアリングモータＭ１が動作することによって、前輪１２Ａの操舵角（操舵度）が調整される。さらに、本実施形態では、主変速レバー７Ａを自動操作するための変速操作用モータＭ２が備えられている。自動走行時には、変速信号に基づいて変速操作用モータＭ２が動作することによって、無段変速装置２Ｂの変速位置が調整される。

　図２に示すように、苗植付装置３Ａは、一例として８条植え形式で図示されている。なお、苗植付装置３Ａは、６条植え形式や１０条植え形式などの他の形式であってもよい。エンジン２Ａからの動力は、植付クラッチＣ０及び各条クラッチＥＣを介して各植付機構２２に分配される。植付クラッチＣ０は、エンジン２Ａからの動力伝達を入切することによって、苗植付装置３Ａの駆動状態を切り替える。各条クラッチＥＣは、苗植付装置３Ａにおいて各植付機構２２の駆動または非駆動を２条毎に選択可能に構成されている。各条クラッチＥＣの制御によって、苗植付装置３Ａは、２条植え、４条植え、６条植え、８条植えの形式に変更可能である。

　図１及び図２に示すように、苗植付装置３Ａは、苗載せ台２１と、植付機構２２と、等を備える。苗載せ台２１は、８条分のマット状苗を載置する台座である。苗載せ台２１は、マット状苗の左右幅に対応する一定ストローク量で左右方向に往復移動する。苗載せ台２１が左右のストローク端に達するごとに、苗載せ台２１上の各マット状苗が、苗載せ台２１の下端に向けて所定ピッチで縦送りされる。８個の植付機構２２は、ロータリ式で、植え付け条間に対応する一定間隔で左右方向に配置される。そして、各植付機構２２には、植付クラッチＣ０が伝動状態に移行されることによって、エンジン２Ａからの動力が伝達される。各植付機構２２は、エンジン２Ａからの動力によって、苗載せ台２１に載置された各マット状苗の下端から一株分の苗（植付苗）を切り取って、整地後の泥土部に植え付ける。これにより、苗植付装置３Ａは、作動状態において、苗載せ台２１に載置されたマット状苗から苗を取り出して、水田の泥土部に植え付け可能である。

　施肥装置３Ｂは、ホッパ２５と、繰出機構２６と、施肥ホース２８と、を有する。ホッパ２５は、粒状または粉状の肥料（薬剤やその他の農用資材）を貯留する。繰出機構２６は、ホッパ２５から肥料を繰り出す。施肥ホース２８は、繰出機構２６によって繰出された肥料を搬送するとともに肥料を圃場に排出する。ホッパ２５に貯留された肥料が、繰出機構２６によって所定量ずつ繰り出されて施肥ホース２８へ送られて、ブロワ２７の搬送風によって施肥ホース２８内を搬送され、作溝器２９から圃場へ排出される。このように、施肥装置３Ｂは圃場に肥料を供給する。

　作溝器２９は、整地フロート１５に配備される。そして、各作溝器２９は、各整地フロート１５とともに昇降し、各整地フロート１５が接地する作業走行時に、水田の泥土部に施肥溝を形成して肥料を施肥溝内に案内する。

　図３に示すように、リンク機構１３が昇降シリンダ１３ａの伸縮によって変位する。リンク機構１３の変位によって苗植付装置３Ａは昇降する。制御ユニット１００からの制御指令によって昇降シリンダ１３ａが制御される。昇降シリンダ１３ａは油圧弁１３ｂの制御によって伸縮する。苗植付装置３Ａの昇降位置は、例えば、昇降位置センサ３３２によって検出可能である。また、整地フロート１５は、苗植付装置３Ａのフレームに揺動リンク１５Ａによって上下揺動可能に取り付けられている。整地フロート１５の揺動角は、フロート揺動検出センサによって検出され、制御ユニット１００に送られる。フロート揺動検出センサは接地センサ３３１としても機能する。苗植付装置３Ａの圃場面（水田面の下に位置する泥土面である水田の地盤の表面である）に対する高さが変化すると、整地フロート１５に作用する接地反力によって、整地フロート１５の前端部が苗植付装置３Ａのフレームに対して上下揺動する。このことから、整地フロート１５の苗植付装置３Ａのフレームに対する揺動角から、苗植付装置３Ａの圃場面に対する高さを検知できる。つまり、整地フロート１５は、接地センサ３３１の被検出変位体としても機能する。苗植付装置３Ａは、整地フロート１５が水田面より高い位置となる上位置（上昇位置）と、整地フロート１５が圃場面に接地する下位置（下降位置）の間で昇降する。

　図１に示すように、運転部１４に取り外し可能に装着される通信端末９は、例えばタブレットコンピュータで構成されている。通信端末９は、各種の情報をオペレータに視覚情報や聴覚情報報として出力するとともに、各種の情報の入力を受け付け可能である。通信端末９は、無線または有線で、田植機の制御系とデータ交換可能に接続される。通信端末９には、自動走行のための種々の機能がインストールされている。例えば、田植機から離れた位置において、田植機の制御系（制御ユニット１００）をリモコン操縦する構成であっても良い。

　さらに、田植機は測位ユニット８を備える。測位ユニット８は、車体１の位置及び方位を算出するための測位データを出力する。測位ユニット８には、衛星測位モジュール８Ａと、慣性計測モジュール８Ｂと、が含まれている。衛星測位モジュール８Ａは、全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）の衛星からの電波を受信する。慣性計測モジュール８Ｂは、車体１の三軸の傾きや加速度を検出する。測位ユニット８は、予備苗支持フレーム１７の上部に支持される。

〔走行経路〕
　自動走行によって、田植機が圃場に苗植付作業を行う作業走行について、図４を用いて説明する。

　本実施形態における田植機は、手動走行と自動走行とを選択的に実行可能である。手動走行では、運転者が手動操作（リモコン操作を含む）で、ステアリングホイール１０、主変速レバー７Ａ、副変速レバー７Ｂ、作業操作レバー１１等を操作して作業走行を行う。自動走行では、あらかじめ設定された目標走行経路に沿って、田植機が自動制御で走行及び作業を行う。

　田植機が苗植付作業を行う際には、まず、圃場の外周（外縁）に沿って、運転者が手動操作で、作業を行わずに田植機を走行させる。図３に示すように、この周回走行によって、圃場の外周形状（圃場マップ）が生成され、圃場が外周領域ＯＡと内部領域ＩＡに区分けされる。

　圃場マップが生成されると、さらに、田植機が自動走行のために用いる走行経路が生成される。内部領域ＩＡでは、圃場の一つの辺に略平行となるように延びた複数の直線状の走行経路（以下、これを直線走行経路と称するが、必ずしも直線には限定されない）が生成される。この走行経路の延び方向は条方向とも呼ばれる。この直線走行経路は、田植機が、内部領域ＩＡの全体をくまなく作業走行するための走行経路である。自動走行における自動操舵は、この直線走行経路を目標走行経路として行われる。各直線走行経路は、Ｕ字状の旋回走行経路（実質的には１８０度旋回経路）によって繋がれる。直線走行経路に沿った走行及び旋回走行経路に沿った走行は、自動操舵と自動変速とからなる自動走行制御で行われる。

　外周領域ＯＡでは、圃場の外周（外縁）に沿って外周領域ＯＡ内を周回する１つまたは複数回の周回走行経路が生成される。例えば、図４の例では、周回走行経路は、内側と外側の２つの周回走行経路とからなる。内側及び外側の周回走行経路も自動走行が可能であるが、いずれか一方または両方が手動走行されてもよい。

　直線走行経路に沿った走行のほとんどは、作業走行である。作業走行では、苗植付装置３Ａを下位置に下降させた状態で、作業装置３である苗植付装置３Ａを動作させながら、車体１が走行する。これにより、直線状の苗植付作業が数条単位で行われる。

　一つの直線走行経路において作業走行が終了すると、車体１は、次に作業走行すべき直線走行経路へ向けて１８０度の方向転換を行う。この車体１の１８０度旋回走行は非作業走行である。非作業走行において、作業装置３である苗植付装置３Ａは上位置に上昇され、整地フロート１５は水田面の上方に位置する。この状態で、苗植付装置３Ａは停止し、車体１は走行する。

　図４で示されたような長方形の圃場に対する苗植付作業では、まず、作業走行である直線走行と非作業走行である１８０度旋回走行との組み合わせで、内部領域ＩＡでの苗植付作業が行われる。次いで、外周経路での作業走行である直線走行と非作業走行である９０度旋回走行との組み合わせで、外周領域ＯＡでの苗植付作業が行われる。内部領域ＩＡでの苗植付作業において、一つの直線走行経路において作業走行が終了して次の直線走行経路へ向けて移動するたびに、１８０度旋回走行が行われる。この１８０度旋回走行は、未作業状態（苗が植付られていない状態）の外周領域ＯＡで行われるので、十分な旋回スペースの確保が可能である。

　しかし、外周領域ＯＡにおけるＬ字状のコーナ領域で行われる９０度旋回走行では、内部領域ＩＡの苗植付作業が終了している。このため、旋回走行のために自由に利用できる領域、つまり苗植付作業が行われていない未作業領域が限定される。植付機構２２は、上下方向での楕円状の軌跡を描きながら回動移動する。植付機構２２の植付爪が、その下位置で苗を圃場面に植え付ける。このため、苗を植え付けるまでに無駄な回動移動が生じる。このことから、この９０度旋回走行の前後で行われる苗植付作業において、正確な条合わせが困難である。例えば、図５の（ａ）に示すように、設定された走行経路に割り当てられている設定植付開始位置Ｐｓで作業走行を開始しても、植付機構２２による植付ポイントが遅れる。このため、実際に苗が植え付けられる実植付開始位置Ｐｒは車体１が遅れ距離Ｌｏだけ進んだ位置となる。これにより、植え残しが発生する。

　この遅れによる植え残し問題を避けるためには、図５の（ｂ）に示すように、設定植付開始位置Ｐｓより先行距離Ｌ１だけ手前に離れた先行植付開始位置Ｐｆから、作業走行を開始するとよい。先行距離Ｌ１を、最大の遅れ距離Ｌｏまたはそれより少し短い距離とすることによって、実植付開始位置Ｐｒが設定植付開始位置Ｐｓから走行方向に離れる距離は低減され、実質的に植え残しは回避される。しかし、実植付開始位置Ｐｒが先行植付開始位置Ｐｆと設定植付開始位置Ｐｓとの間にくる可能性が高いので、ここで植え付けられた苗が、先に植え付けられた苗に接近するという重ね植えが生じる。さらには、設定植付開始位置Ｐｓが、先の苗植付作業走行での作業軌跡である作業済領域と未作業領域との境界線を越えると、先行植付開始位置Ｐｆでの車体１は、作業軌跡に進入する。つまり、先の作業軌跡と先行植付開始位置Ｐｆからの作業軌跡が部分的に重なり、先に受け付けられた苗を踏み付ける可能性がある。

　図５の（ａ）のようなタイミングで作業走行を開始する作業走行モードを非重なり作業走行モードと称し、図５の（ｂ）のようなタイミングで作業走行を開始する作業走行モードを重なり作業走行モードと称する。主に未作業のコーナ領域における作業走行の際に、非重なり作業走行モードまたは重なり作業走行モードを予め選択して行う作業走行が適用される。各作業走行モードにおける作業開始位置は、先に行われた苗植付作業走行での作業軌跡である作業済領域と苗植付作業が行われていない未作業領域との境界線を基準にして決定され、非重なり作業走行モードと重なり作業走行モードとでは、作業走行の開始位置、つまり作業開始位置が異なる。

　次に、図６と図７とを用いて未作業領域であるＬ字旋回領域での具体的な作業走行を説明する。両図において、既に苗が植え付けられた作業済領域を示す作業軌跡は、薄色で描画されている。このＬ字旋回領域に設定されている走行経路は、紙面の左右方向に延びている横走行経路Ｌｈと、この横走行経路Ｌｈと直交する縦走行経路Ｌｖである。

　図６は、非重なり作業走行モードでの作業走行を示す。横走行経路Ｌｈに沿って右から左に向かって苗植付作業を行ってきた車体１は、位置Ｐ０１で苗植付作業を停止する。この位置Ｐ０１は、縦走行経路Ｌｖに沿った作業走行での作業軌跡境界線から距離をあけている。車体１は、位置Ｐ０１から、縦走行経路Ｌｖに向かって、非作業での９０度旋回走行を行う。車体１は縦走行経路Ｌｖの位置Ｐ０２で９０度旋回走行を中止し、次に縦走行経路Ｌｖに沿って後進を行う。作業済領域への進入を避けるために、作業済領域と非作業領域との境界線と縦走行経路Ｌｖとの交点である位置Ｐ０３で後進を中止する。その後、位置Ｐ０３を設定植付開始位置ＰＳとして作業走行を開始する。このため、遅れ距離Ｌｏが生じ、第２植え残し領域Ａ２（図６で斜線で示されている）が生じる。また、この非作業走行での９０度旋回走行は、位置Ｐ０１から非作業走行が開始されている。このため、位置Ｐ０１までの横走行経路Ｌｈに沿った作業走行での作業軌跡と、今回の縦走行経路Ｌｖに沿った作業走行での作業軌跡と、の間に第１植え残し領域Ａ１（図６で斜線で示されている）が生じる。第１植え残し領域Ａ１と、第２植え残し領域Ａ２と、が植え残し量（面積または植え残し条数）を示す。非重なり作業走行モードでは、苗の踏み付けは回避されるが、植え残しが生じる。

　図７は、重なり作業走行モードでの作業走行を示す。横走行経路Ｌｈに沿って右から左に向かって苗植付作業を行ってきた車体１は、位置Ｐ２１で苗植付作業を停止する。この位置Ｐ２１は、縦走行経路Ｌｖに沿った作業走行での作業軌跡の右端である。このため、非重なり作業走行モードで生じた第１植え残し領域Ａ１（図７では仮想線で示されている）は、重なり作業走行モードでは苗植付されるので、第１植え残し領域Ａ１は生じない。車体１は、位置Ｐ２１から、縦走行経路Ｌｖに向かって非作業での９０度旋回走行を行う。非重なり作業走行モードに比べて、旋回開始点となる位置Ｐ２１は、縦走行経路Ｌｖに接近しているので、少し旋回オーバーして、縦走行経路Ｌｖに進入する。この旋回オーバーによって、車体１は作業済領域へ進入するので、第１踏み付け領域Ｂ１が生じる。車体１は、旋回オーバーして縦走行経路Ｌｖに復帰した位置Ｐ２２で９０度旋回走行を中止し、次に縦走行経路Ｌｖに沿って後進を行う。この後進では、車体１は、位置Ｐ２３で作業済領域と非作業領域との境界線を越えて、作業済領域へ進入し、位置Ｐ４で後進を中止する。その際、先の作業走行での作業軌跡と今回での作業走行での作業軌跡とが部分的にオーバーラップしているので、位置Ｐ２４と位置Ｐ２３との間の縦走行経路Ｌｖに沿った作業幅の領域である第２踏み付け領域Ｂ２（濃く描画されている）が生じる。次いで、位置Ｐ２４から縦走行経路Ｌｖに沿って、前進での作業走行を開始する。つまり、重なり作業走行モードでは、作業済領域内の位置Ｐ２４が設定植付開始位置ＰＳとなる。その結果、第２踏み付け領域Ｂ２は、苗の重なり植えが生じる可能性がある。重なり作業走行モードでは、第１踏み付け領域Ｂ１と第２踏み付け領域Ｂ２が重なり量（面積または踏み付け条数）となる。特に、第２踏み付け領域Ｂ２は、苗重ね植え量（面積または重ね植え条数）を示す。非重なり作業走行モードでは、植え残しは回避されるが、苗踏み付けや苗踏み付けが生じる。

　図８には、この田植機の制御系の制御ブロック図が示されている。田植機の制御系は、田植機の各種動作を制御する制御ユニット１００と、制御ユニット１００とのデータ交換が可能な通信端末９と、からなる。制御ユニット１００には、測位ユニット８、手動操作具センサ群３１、走行センサ群３２、作業センサ群３３からの信号が入力されている。制御ユニット１００からの制御信号が、走行機器群１Ａと作業機器群１Ｂとに出力される。

　制御ユニット１００は、測位ユニット８の衛星測位モジュール８Ａから車体１の位置及び方位（車体前後方向の方位）を算出するための測位データを取得し、慣性計測モジュール８Ｂからは、車体１の三軸の傾きや加速度に関する慣性計測データを取得する。

　走行機器群１Ａには、例えば、ステアリングモータＭ１や変速操作用モータＭ２が含まれている。制御ユニット１００からの制御信号に基づいて、ステアリングモータＭ１が制御されることによって操舵角が調節される。また、変速操作用モータＭ２が制御されることによって車速が調節される。

　作業機器群１Ｂには、例えば、昇降シリンダ１３ａ、苗取り量調節機器、繰出し量調節機器、及び、植付クラッチＣ０や各条クラッチＥＣの入り切り制御機器等が含まれている。昇降シリンダ１３ａは苗植付装置３Ａを昇降させる。苗取り量調節機器は植付機構２２による苗取り量を調節する。繰出し量調節機器は繰出機構２６による肥料の繰出し量を変更する。

　手動操作具センサ群３１には、各種手動操作具の操作状態を検出するセンサやスイッチなどが含まれている。走行センサ群３２には、操舵角、車速、エンジン回転数などの状態及びそれらに対する設定値を検出する各種センサが含まれている。作業センサ群３３には、整地フロート１５の接地を検出する接地センサ３３１、リンク機構１３による昇降位置を検出する昇降位置センサ３３２、苗植付装置３Ａや施肥装置３Ｂの駆動状態を検出する各種センサが含まれている。

　制御ユニット１００には、走行制御部６、作業制御部５１、車体位置算出部５２、走行経路設定部５３、走行軌跡管理部５４が備えられている。

　車体位置算出部５２は、測位ユニット８から逐次送られてくる衛星測位データや慣性航法データに基づいて、車体１の地図座標（車体位置）を算出する。この地図座標は、緯度経度だけでなく、圃場座標系、あるいは特定の座標系での座標であってよい。

　この実施形態では、通信端末９に、タッチパネルインターフェース９０、圃場情報格納部９１、走行経路マップ生成部９２、走行経路生成部９３、リモコン部９４、等が備えられている。タッチパネルインターフェース９０は、グラフィックインタフェースであって、通信端末９に装備されているタッチパネルを通じて、情報の表示や入力を行う機能を有する。したがって、この通信端末９は、制御ユニット１００の情報やデータの入力出力インターフェースとして機能できる。

　圃場情報格納部９１は、圃場の入口（出口）位置や苗や肥料の補給可能位置など圃場に関する情報が格納されている。走行経路マップ生成部９２は、圃場の外周領域ＯＡ（図３参照）の最外周部、つまり畔との境界線に沿って車体１を周回走行させることで得られる走行軌跡に基づいて、圃場の外形寸法を算出する。走行経路生成部９３は、圃場の外形寸法に基づいて圃場を外周領域ＯＡと内部領域ＩＡとに区分けし、自動走行するための走行経路を生成する。走行経路は、図３に示されたように、外周領域ＯＡを走行するための周回走行経路と、内部領域ＩＡを走行するための直線走行経路と、からなる。生成された走行経路は、制御ユニット１００に送られる。

　リモコン部９４は、この通信端末９を田植機の操作のためのリモコンとして機能させるプログラムを有する。リモコン部９４が動作すると、管理者は、通信端末９に付属するハードウエアスイッチや通信端末９のタッチパネルに表示されたソフトウエアスイッチを用いて、田植機の制御系（制御ユニット１００）をリモコン操作できる。

　制御ユニット１００に構築されている走行経路設定部５３は、通信端末９から走行経路生成部９３によって生成された走行経路を受け取って管理し、経路追従操舵制御のための目標となる走行経路を目標走行経路として、順次設定する。

　走行軌跡管理部５４は、車体位置算出部５２によって算出された車体位置に基づいて走行軌跡を生成して、管理する。さらに、走行軌跡管理部５４は、作業済走行軌跡管理部５４１を有する。作業済走行軌跡管理部５４１は、車体１の作業済走行経路である走行軌跡に基づいて、走行経路に沿って所定の作業幅で作業走行した際の作業済領域（苗が植え付けられた領域）を示す作業軌跡を生成して、管理する。

　作業制御部５１は、自動走行では、前もって与えられているプログラムに基づいて自動的に作業機器群１Ｂを制御し、手動走行では、運転者の操作に基づいて、作業機器群１Ｂを制御する。作業制御部５１は、走行制御部６と連係して、苗植付装置３Ａの昇降や植付機構２２の駆動を制御する。その際、作業機器群１Ｂに属する昇降シリンダ１３ａは、作業制御部５１の昇降制御部５１ａによって、伸縮制御されることで、苗植付装置３Ａは、昇降する。

　走行制御部６には、自動走行制御部６Ａと、手動走行制御部６Ｂと、制御管理部６Ｃと、が備えられている。この田植機は、自動走行を行う自動走行モードと手動走行を行う手動走行モードとに切替可能である。制御管理部６Ｃは、図示されていない走行モード切替操作具の状態を検出する手動操作具センサ（手動操作具センサ群の１つ）からの信号や制御ユニット１００が制御的に生成する切替信号に基づいて、自動走行モードと手動走行モードのいずれかを選択する。

　手動走行モードで動作する手動走行制御部６Ｂは、ステアリングホイール１０の操作量に基づいて、ステアリングモータＭ１を制御するとともに、主変速レバー７Ａや副変速レバー７Ｂなどの手動操作具の操作に基づいて、変速操作用モータＭ２を制御する。

　自動走行モードで動作する自動走行制御部６Ａは、経路追従操舵部６１、旋回自動操舵部６２、作業走行制御部６３、非作業走行制御部６４、作業走行モード選択部６５、コーナ作業開始位置決定部６６を備えている。経路追従操舵部６１は、走行経路設定部５３に設定された目標走行経路に沿って車体１が走行するように経路追従制御を行う。経路追従制御において経路追従操舵部６１は、車体位置算出部５２で算出された車体位置を用いて、目標走行経路に対する車体１の位置ずれ（目標走行経路に対する横ずれ）と車体１の方位ずれ（目標走行経路の方位に対する車体方位のずれ角）を算出する。そして経路追従制御において経路追従操舵部６１は、この位置ずれ及び方位ずれが小さくなるように操舵制御を実行する。

　旋回自動操舵部６２は、車体１の方向転換のための旋回領域が十分確保されている通常の旋回走行、例えば９０度旋回走行や１８０度旋回走行を行うための操舵制御を行う。各旋回走行制御は、予め登録されたプログラムを実行させることで、行われる。

　作業走行制御部６３は、苗植付装置３Ａを下位置に下降させた状態で車体１を作業走行させ、同時に植付機構２２を駆動し、圃場面に苗を植え付ける。

　非作業走行制御部６４は、苗植付装置３Ａの動作を停止させた状態（非作業状態）で、車体１を走行させる制御を行う。非作業走行は、９０度旋回走行時や１８０度旋回走行時などの車体１の方向転換時や、後進時に用いられる。

　上述したように、この実施形態では、Ｌ字状等のコーナ部の未作業領域に対する旋回走行を伴う苗植付作業走行のために、重なり作業走行モードと非重なり作業走行モードとが用意されている。もちろん、熟練した運転者は、コーナ部の未作業領域であっても、手動操縦によって、苗の踏み付けや圃場面の荒らしのない作業走行を行える。つまり、運転者が、その圃場の苗植付け状態から判断して、コーナ作業走行における作業開始位置などの制御ポイントを入力し、自動作業走行を行ってもよい。もちろん、運転者が、手動作業走行してもよい。このような作業走行は、管理者または運転者が任意にコーナ作業走行の開始位置を決定するので、任意選択作業走行モードとも称する。手動作業走行モードは、任意選択作業走行モードに含まれる。作業走行モード選択部６５は、管理者または運転者による指示に基づいて、重なり作業走行モードと非重なり作業走行モードと任意選択作業走行モードとから１つの作業走行モードを選択する。任意選択作業走行モードでは、作業開始位置などの制御ポイントを入力して自動作業走行させるモードと手動作業走行モードのいずれかが選択される。任意選択作業走行モードが、手動作業走行モードだけであってもよい。

　コーナ作業開始位置決定部６６は、作業軌跡の少なくとも２つの辺で境界付けられた未作業のコーナ領域における、方向転換を伴うコーナ作業走行での苗植付作業の作業開始位置を作業軌跡、特に作業済領域と未作業領域との境界を考慮して決定する。この実施形態では、コーナ作業開始位置決定部６６は、非重なり作業走行管理部６６１と重なり作業走行管理部６６２とを有する。

　非重なり作業走行管理部６６１は、図６を用いて説明した、コーナ領域における作業軌跡を回避して、つまり作業済領域への進入を回避して作業走行する非重なり作業モードでの作業走行制御を管理する。重なり作業走行管理部６６２は、図７を用いて説明した、コーナ領域における作業軌跡をオーバーラップして、つまり作業済領域への進入を許して作業走行する非重なり作業走行モードでの作業走行制御を管理する。

　非重なり作業走行管理部６６１は、非重なり作業モードにおける作業残し量を算出するシミュレーション機能も有し、作業残し量を作業走行の前に報知できる。さらに、非重なり作業走行管理部６６１は、非重なり作業モードの作業残し量を実際に得た作業軌跡に基づいて演算する機能を有し、作業残し量を事後報告的に報知することも可能である。これらの報知は、タッチパネルインターフェース９０を通じて行われる。

　重なり作業走行管理部６６２は、重なり作業走行モードにおける重なり量（上述した苗踏み付け量及び苗重ね植え量）を算出するシミュレーション機能も有し、重なり量を作業走行の前に報知できる。さらに、重なり作業走行管理部６６２は、重なり作業走行モードにおける重なり量を実際に得た作業軌跡に基づいて演算する機能を有し、重なり量を事後報告的に報知することも可能である。これらの報知は、タッチパネルインターフェース９０を通じて行われる。

　作業走行の前に、重なり作業走行モードにおける上記の重なり量、車体前進量、車体後進量、及び非重なり作業モードにおける作業残し量が把握できるで、重なり作業走行モード、非重なり作業モード任意選択作業走行モードが、適切に選択可能となる。

　この実施形態では、図８に示すように、走行制御部６に、重複調節部６Ｄと営農算出部６Ｅとが備えられている。重複調節部６Ｄは、非重なり作業走行管理部６６１及び重なり作業走行管理部６６２と連係して、重なり量及び作業残し量を最小にする演算を行える。具体的には、重複調節部６Ｄは、車体１の前進量（前進距離）及び後進量（後進距離）を調整しながら、非重なり作業走行管理部６６１によって算出される作業残し量及び重なり作業走行管理部６６２によって算出される重なり量を評価する。そして重複調節部６Ｄは、作業残し量及び重なり量を、最適化する。重複調節部６Ｄの動作は、営農者が最適化条件を入力することで、自動的に行われる。もちろん、ディフォルトで設定された条件に基づいて、完全自動で、重複調節部６Ｄを動作させることも可能である。

　営農算出部６Ｅは、非重なり作業走行管理部６６１によって算出される作業残し量及び重なり作業走行管理部６６２によって算出される重なり量に基づく、収穫量の増減、農用資材の消費ロス、必要作業時間の増減などの営農データを算出する。営農算出部６Ｅの動作は、営農者が作業時間、資材ロス、収穫量などの営農ファクタにおける優先順位や重みを変えながら、所望条件を入力することで、自動的に行われる。また、ディフォルトで設定された条件、例えば、収穫量最優先を条件として、営農算出部６Ｅが、演算を行い、収穫量を最大にする作業走行、そのための作業走行経路を、営農家に提案させるようにしてもよい。

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

（１）上述した実施形態では、本発明の圃場作業車として田植機が取り挙げられ、この田植機によって行われる圃場作業は、苗植付装置３Ａによる苗植付作業であるとした。圃場作業車が播種機であれば、圃場作業は、播種作業となる。

（２）本発明の圃場作業車として、トラクタが取り挙げられた場合、トラクタに装備される耕耘装置が作業装置３となる。そのようなトラクタによる重なり走行作業は二重耕耘領域を作り出し、トラクタによる非重なり走行作業は未耕耘領域を作り出すので、本発明は、トラクタにも有効に適用される。トラクタに装備される作業装置３が薬剤供給装置やその他の装置であっても同様である。また、本発明の圃場作業車として、コンバインが取り挙げられた場合、コンバインの刈取部が作業装置３となり、コンバインによる重なり走行作業は無駄走行を作り出し、コンバインによる非重なり走行作業は刈り残し領域を作り出す。本発明は、そのまま有効にコンバインにも適用される。

（３）上述したコーナ領域での作業走行モードは、走行経路設定部５３によって設定される走行経路に予め登録できる。

（４）上述した実施形態では、走行装置１２は、操舵輪タイプであったが、クローラタイプであってもよい。

（５）図８を用いて説明された機能ブロックは、一例であり、各機能部が他の機能部と統合されること、各機能部が複数の機能部に分割されること、制御ユニット１００が複数の制御サブユニットに分散されること、など種々の改変が可能である。

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

　本発明は、走行経路に沿って自動走行可能な圃場作業車に適用可能である。

　１　　　　：車体
　３　　　　：作業装置
　３Ａ　　　：苗植付装置
　６　　　　：走行制御部
　６Ｄ　　　：重複調整部
　６Ｅ　　　：営農算出部
　８　　　　：測位ユニット
　５１　　　：作業制御部
　５１ａ　　：昇降制御部
　５２　　　：車体位置算出部
　５３　　　：走行経路設定部
　５４　　　：走行軌跡管理部
　５４１　　：作業済走行軌跡管理部
　６１　　　：経路追従操舵部
　６２　　　：旋回自動操舵部
　６３　　　：作業走行制御部
　６４　　　：非作業走行制御部
　６５　　　：作業走行モード選択部
　６６　　　：コーナ作業開始位置決定部
　６６１　　：非重なり作業走行管理部
　６６２　　：重なり作業走行管理部
　Ａ１　　　：第１植え残し領域
　Ａ２　　　：第２植え残し領域
　Ｂ１　　　：第１踏み付け領域
　Ｂ２　　　：第２踏み付け領域
　Ｌｈ　　　：横走行経路
　Ｌｖ　　　：縦走行経路

Claims

　自動走行可能な圃場作業車であって、
　圃場の形状に合わせて生成された走行経路を自動走行の目標となる目標走行経路として設定する走行経路設定部と、
　予め決められた条方向に沿って作業を行う作業装置と、
　前記作業装置の作業状態で車体を走行させる作業走行制御部と、
　前記作業装置の非作業状態で前記車体を走行させる非作業走行制御部と、
　前記作業装置による前記作業が実施された作業済走行経路に基づいて作業軌跡を管理する作業済走行軌跡管理部と、
　前記作業軌跡の少なくとも２つの辺で境界付けられた未作業のコーナ領域における、方向転換を伴うコーナ作業走行での前記作業の作業開始位置を、前記作業軌跡を考慮して決定するコーナ作業開始位置決定部と、を備えた圃場作業車。
　前記コーナ領域における前記作業軌跡とオーバーラップして作業走行する重なり作業走行モードと、前記作業軌跡を回避して作業走行する非重なり作業走行モードとを選択する作業走行モード選択部が備えられ、
　前記コーナ作業開始位置決定部は、前記作業走行モード選択部によって選択された作業走行モードに基づいて前記作業開始位置を決定する請求項１に記載の圃場作業車。
　前記作業走行モード選択部は任意選択作業走行モードを有し、前記任意選択作業走行モードが選択された場合、前記作業開始位置は作業者の手動操作で決定される請求項２に記載の圃場作業車。
　前記重なり作業走行モードにおける前記作業の重なり量を算出する重なり作業走行管理部が備えられ、前記重なり量が報知される請求項２または３に記載の圃場作業車。
　前記重なり作業走行管理部は前記重なり作業走行モードでの前記コーナ領域での前記作業軌跡に進入する車体前進量及び車体後進量を算出し、前記車体前進量及び前記車体後進量が報知される請求項４に記載の圃場作業車。
　前記非重なり作業走行モードにおける前記作業の作業残し量を算出する非重なり作業走行管理部が備えられ、前記作業残し量が報知される請求項２から５のいずれか一項に記載の圃場作業車。
　前記重なり作業走行モードにおける前記作業の重なり量を算出する重なり作業走行管理部が備えられ、前記非重なり作業走行モードにおける前記作業の作業残し量を算出する非重なり作業走行管理部が備えられ、
　前記車体の前進量及び後進量を調節することで、前記重なり量及び前記作業残し量を最小に調節可能な重複調節部が備えられる請求項２または３に記載の圃場作業車。
　前記重なり作業走行モードにおける前記作業の重なり量を算出する重なり作業走行管理部が備えられ、前記非重なり作業走行モードにおける前記作業の作業残し量を算出する非重なり作業走行管理部が備えられ、
　前記作業の重なり量及び前記作業残し量に基づき収穫量の増減、農用資材の消費ロス、必要作業時間の増減を算出する営農算出部が備えられる請求項２または３に記載の圃場作業車。