WO2023243514A1

WO2023243514A1 - 作業車両、および作業車両の制御方法

Info

Publication number: WO2023243514A1
Application number: PCT/JP2023/021173
Authority: WO
Inventors: 拓也玉井; 知洋木下; 晃市黒田
Original assignee: 株式会社クボタ
Priority date: 2022-06-17
Filing date: 2023-06-07
Publication date: 2023-12-21

Abstract

作業車両は、複数の作物列の間で自動走行を行う。前記作業車両は、前記作業車両の周辺の地物の分布を示すセンサデータを出力する外界センサと、前記作業車両の自動走行を制御する制御装置とを備える。前記制御装置は、前記センサデータに基づいて前記作業車両の両側に存在する２つの作物列を検出し、前記２つの作物列の間の経路に沿って前記作業車両を走行させる。前記制御装置は、走行中、前記センサデータに基づいて、前記２つの作物列のうち、少なくとも旋回方向に対応する側の作物列の端を検出した場合、旋回走行のための、地面に対して固定された座標系、および前記旋回走行の目標地点を設定する。前記制御装置は、前記座標系に基づいて、前記目標地点に向かう前記旋回走行を制御する。

Description

作業車両、および作業車両の制御方法

　本開示は、作業車両、および作業車両の制御方法に関する。

　次世代農業として、ＩＣＴ（Information and Communication Technology）およびＩｏＴ（Internet of Things）を活用したスマート農業の研究開発が進められている。圃場で使用されるトラクタなどの作業車両の自動化および無人化に向けた研究開発も進められている。例えば、精密な測位が可能なＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）などの測位システムを利用して自動操舵で走行する作業車両が実用化されてきた。

　一方、ＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging）などの距離センサを利用して自律的に移動する移動体の開発も進められている。例えば特許文献１は、ＬｉＤＡＲを利用して圃場における作物列の間を自動走行する作業車両の例を開示している。

特開２０１９－１５４３７９号公報

　ぶどう園（vineyard）などの果樹園、または森林などの、樹木または作物が高い密度で分布する環境では、樹木の上部で生い茂る葉が樹冠（canopy）を形成し、衛星からの電波にとって障害物または多重反射体として働く。このような環境では、ＧＮＳＳによる正確な測位が困難である。ＧＮＳＳを利用できない環境においては、位置推定と地図作成とを同時に実行するＳＬＡＭ（Simultaneous Localization and Mapping）を利用することが考えられる。しかし、ＳＬＡＭを利用して多数の樹木が存在する環境内を自動で走行する作業車両の実用化には様々な課題が存在する。例えば、季節の変化によって樹木の葉部の分布が大きく変化するため、過去に作成された地図を継続して使用することができないといった課題がある。

　本開示の例示的な実施形態による作業車両は、複数の作物列の間で自動走行を行う。前記作業車両は、前記作業車両の周辺の地物の分布を示すセンサデータを出力する外界センサと、前記作業車両の自動走行を制御する制御装置とを備える。前記制御装置は、前記センサデータに基づいて前記作業車両の両側に存在する２つの作物列を検出し、前記２つの作物列の間の経路に沿って前記作業車両を走行させる。前記制御装置は、走行中、前記センサデータに基づいて、前記２つの作物列のうち、少なくとも旋回方向に対応する側の作物列の端を検出した場合、旋回走行のための、地面に対して固定された座標系、および前記旋回走行の目標地点を設定する。前記制御装置は、前記座標系に基づいて、前記目標地点に向かう前記旋回走行を制御する。

　本開示の包括的または具体的な態様は、装置、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム、もしくはコンピュータが読み取り可能な非一時的記憶媒体、またはこれらの任意の組み合わせによって実現され得る。コンピュータが読み取り可能な記憶媒体は、揮発性の記憶媒体を含んでいてもよいし、不揮発性の記憶媒体を含んでいてもよい。装置は、複数の装置で構成されていてもよい。装置が２つ以上の装置で構成される場合、当該２つ以上の装置は、１つの機器内に配置されてもよいし、分離した２つ以上の機器内に分かれて配置されていてもよい。

　本開示の実施形態によれば、ＧＮＳＳによる測位が困難な果樹園または森林等の環境においても、複数の作物列（例えば樹木列）の間で円滑に自動走行を行う作業車両を実現することができる。

作業車両、および作業車両に連結されたインプルメントの例を模式的に示す側面図である。作業車両およびインプルメントの構成例を示すブロック図である。ＬｉＤＡＲセンサを作業車両の側面方向から見た場合の模式図である。ＬｉＤＡＲセンサを鉛直上方から見た場合の模式図である。ＬｉＤＡＲセンサの構成例を示すブロック図である。作業車両が走行する環境の一例を模式的に示す図である。作業車両の周囲の環境の例を模式的に示す斜視図である。作業車両の走行経路の一例を模式的に示す図である。作業車両の走行経路の他の例を模式的に示す図である。列間走行モードにおける作業車両の走行制御方法を説明するための図である。障害物マップの一例を示す図である。障害物マップの他の例を示す図である。障害物マップに基づいて２つの樹木列を検出する処理を説明するための図である。旋回座標系および目標地点の設定方法の例を説明するための図である。旋回座標系および目標地点の設定方法の例を説明するための他の図である。旋回座標系および目標地点のｙ座標値を決定する処理の一例を示すフローチャートである。目標地点のｘ座標値を決定する処理の一例を示すフローチャートである。目標地点を決定する処理において用いられるパラメータの例を示す図である。旋回走行モードにおける作業車両の動作を説明するための図である。制御装置による走行制御方法の具体例を示すフローチャートである。作業車両が樹木列を抜けた状況の例を示す図である。目標地点を修正する動作の一例を示す図である。目標地点を修正する動作の他の例を示す図である。拡大された障害物マップを用いて目標地点を修正する動作の例を説明するための図である。目標地点を修正する動作の他の例を説明するための図である。目標地点の修正処理を行う場合における制御装置の動作の例を示すフローチャートである。目標地点を維持したまま旋回経路が修正される例を示す図である。環境地図に基づいて目標地点を設定する方法の一例を示すフローチャートである。

　（用語の定義）
　本開示において「作業車両」は、作業地で作業を行うために使用される車両を意味する。「作業地」は、例えば圃場、山林、または建設現場等の、作業が行われ得る任意の場所である。「圃場」は、例えば果樹園、畑、水田、穀物農場、または牧草地等の、農作業が行われ得る任意の場所である。作業車両は、例えばトラクタ、田植機、コンバイン、乗用管理機、もしくは乗用草刈機などの農業機械、または、建設作業車もしくは除雪車などの、農業以外の用途で使用される車両であり得る。作業車両は、その前部および後部の少なくとも一方に、作業内容に応じたインプルメント（「作業機」または「作業装置」とも呼ばれる。）を装着できるように構成され得る。作業車両がインプルメントを用いて作業を行いながら走行することを「作業走行」と称することがある。

　「自動運転」は、運転者による手動操作によらず、制御装置の働きによって車両の走行を制御することを意味する。自動運転中、車両の走行だけでなく、作業の動作（例えばインプルメントの動作）も自動で制御されてもよい。自動運転によって車両が走行することを「自動走行」と称する。制御装置は、車両の走行に必要な操舵、走行速度の調整、走行の開始および停止の少なくとも一つを制御し得る。インプルメントが装着された作業車両を制御する場合、制御装置は、インプルメントの昇降、インプルメントの動作の開始および停止などの動作を制御してもよい。自動運転による走行には、車両が所定の経路に沿って目的地に向かう走行のみならず、追尾目標に追従する走行も含まれ得る。自動運転を行う車両は、部分的にユーザの指示に基づいて走行してもよい。また、自動運転を行う車両は、自動運転モードに加えて、運転者の手動操作によって走行する手動運転モードで動作してもよい。手動によらず、制御装置の働きによって車両の操舵を行うことを「自動操舵」と称する。制御装置の一部または全部が車両の外部にあってもよい。車両の外部にある制御装置と車両との間では、制御信号、コマンド、またはデータなどの通信が行われ得る。自動運転を行う車両は、人がその車両の走行の制御に関与することなく、周囲の環境をセンシングしながら自律的に走行してもよい。自律的な走行が可能な車両は、無人で走行することができる。自律走行中に、障害物の検出および障害物の回避動作が行われ得る。

　「外界センサ」は、作業車両の外部の状態をセンシングするセンサである。外界センサの例は、ＬｉＤＡＲセンサ、カメラ（またはイメージセンサ）、レーザレンジファインダ（「測域センサ」ともいう）、超音波センサ、ミリ波レーダ、および磁気センサを含む。

　「作物列」は、果樹園または畑などの圃場、または森林等において列を成して生えている農作物、樹木、その他の植物の列である。本開示における「作物列」は「樹木列」を含む概念である。

　「障害物マップ」は、作業車両の周辺に存在する物の位置または領域を所定の座標系で表現した局所的な地図のデータである。障害物マップを規定する座標系は、例えば作業車両に固定された車両座標系、または地球に対して固定されたワールド座標系（例えば地理座標系）であり得る。障害物マップは、作業車両の周辺に存在する物について、位置以外の情報（例えば属性情報）を含んでいてもよい。障害物マップは、例えば格子地図または点群地図などの様々な形式で表現され得る。

　（実施形態）
　以下、本開示の実施形態を説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略することがある。例えば、既によく知られた事項の詳細な説明および実質的に同一の構成に関する重複する説明を省略することがある。これは、以下の説明が不必要に冗長になることを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、発明者は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。以下の説明において、同一または類似の機能を有する構成要素については、同一の参照符号を付している。

　以下の実施形態は例示であり、本開示の技術は以下の実施形態に限定されない。例えば、以下の実施形態で示される数値、形状、材料、ステップ、ステップの順序などは、あくまでも一例であり、技術的に矛盾が生じない限りにおいて種々の改変が可能である。また、一の態様と他の態様とを組み合わせることが可能である。

　以下、一例として、作業車両が果樹園等の圃場における農作業に用いられるトラクタである場合の実施形態を説明する。本開示の技術は、トラクタに限らず、例えば、田植機、コンバイン、乗用管理機、乗用芝刈り機などの他の種類の農業機械にも適用することができる。本開示の技術は、さらに、建設作業車または除雪車などの、農業以外の用途で使用される作業車両にも適用することができる。

　［１．構成］
　図１は、作業車両１００、および作業車両１００に連結されたインプルメント３００の例を模式的に示す側面図である。本実施形態における作業車両１００は、手動運転モードと自動運転モードの両方で動作することができる。自動運転モードにおいて、作業車両１００は無人で走行することができる。作業車両１００は、例えばぶどう園などの果樹園、または畑のように、複数の作物列（例えば樹木列）が植えられている環境で自動走行を行う。

　図１に示すように、作業車両１００は、車体１０１と、原動機（エンジン）１０２と、変速装置（トランスミッション）１０３とを備える。車体１０１には、タイヤ付き車輪１０４を含む走行装置と、キャビン１０５とが設けられている。走行装置は、４つの車輪１０４と、４つの車輪を回転させる車軸、および各車軸の制動を行う制動装置（ブレーキ）を含む。車輪１０４は、一対の前輪１０４Ｆと一対の後輪１０４Ｒとを含む。キャビン１０５の内部に運転席１０７、操舵装置１０６、操作端末２００、および操作のためのスイッチ群が設けられている。前輪１０４Ｆおよび後輪１０４Ｒの一方または両方は、タイヤ付き車輪ではなく無限軌道（track）を装着した複数の車輪（クローラ）に置き換えられてもよい。

　作業車両１００は、作業車両１００の周囲をセンシングする複数の外界センサを備える。図１の例では、外界センサは、複数のＬｉＤＡＲセンサ１４０と、複数のカメラ１２０と、複数の障害物センサ１３０とを含む。

　カメラ１２０は、例えば作業車両１００の前後左右に設けられ得る。カメラ１２０は、作業車両１００の周囲の環境を撮影し、画像データを生成する。カメラ１２０が取得した画像は、例えば遠隔監視を行うための端末装置に送信され得る。当該画像は、無人運転時に作業車両１００を監視するために用いられ得る。カメラ１２０は必要に応じて設けられ、その個数は任意である。

　ＬｉＤＡＲセンサ１４０は、作業車両１００の周辺の地物の分布を示すセンサデータを出力する外界センサの一例である。図１の例では、２つのＬｉＤＡＲセンサ１４０が、キャビン１０５上の前部および後部に配置されている。ＬｉＤＡＲセンサ１４０は、他の位置（例えば、車体１０１の前面下部など）に設けられていてもよい。各ＬｉＤＡＲセンサ１４０は、作業車両１００が走行している間、周囲の環境に存在する物体の各計測点までの距離および方向、または各計測点の２次元もしくは３次元の座標値を示すセンサデータを繰り返し出力する。ＬｉＤＡＲセンサ１４０の個数は２個に限らず、１個または３個以上でもよい。

　ＬｉＤＡＲセンサ１４０は、２次元または３次元の点群データをセンサデータとして出力するように構成され得る。本明細書において「点群データ」は、ＬｉＤＡＲセンサ１４０によって観測される複数の反射点の分布を示すデータを広く意味する。点群データは、例えば、２次元空間または３次元空間における各反射点の座標値、または各反射点の距離および方向を示す情報を含み得る。点群データは、各反射点の輝度の情報を含んでいてもよい。ＬｉＤＡＲセンサ１４０は、例えば予め設定された周期で点群データを繰り返し出力するように構成され得る。このように、外界センサは、点群データをセンサデータとして出力する１つ以上のＬｉＤＡＲセンサ１４０を含み得る。

　ＬｉＤＡＲセンサ１４０から出力されたセンサデータは、作業車両１００の自動走行を制御する制御装置によって処理される。制御装置は、作業車両１００の走行中、ＬｉＤＡＲセンサ１４０から出力されるセンサデータに基づいて、作業車両１００の周辺に存在する物体の分布を示す障害物マップを逐次生成することができる。制御装置は、例えばＳＬＡＭなどのアルゴリズムを利用して、自動走行中に障害物マップを繋ぎ合わせて環境地図を生成することもできる。制御装置は、センサデータと環境地図とのマッチングにより、作業車両１００の位置および向きの推定（すなわち自己位置推定）を行うこともできる。

　図１に示す複数の障害物センサ１３０は、キャビン１０５の前部および後部に設けられている。障害物センサ１３０は、他の部位にも配置され得る。例えば、車体１０１の側部、前部、および後部の任意の位置に、１つまたは複数の障害物センサ１３０が設けられ得る。障害物センサ１３０は、例えばレーザスキャナまたは超音波ソナーを含み得る。障害物センサ１３０は、自動走行時に周囲の障害物を検出して作業車両１００を停止したり迂回したりするために用いられる。

　作業車両１００は、さらに、ＧＮＳＳユニット１１０を備える。ＧＮＳＳは、ＧＰＳ（Global Positioning System）、ＱＺＳＳ（Quasi-Zenith Satellite System、例えばみちびき）、ＧＬＯＮＡＳＳ、Ｇａｌｉｌｅｏ、およびＢｅｉＤｏｕなどの衛星測位システムの総称である。ＧＮＳＳユニット１１０は、複数のＧＮＳＳ衛星から送信される衛星信号（ＧＮＳＳ信号とも称する。）を受信し、衛星信号に基づいて測位を行う。本実施形態におけるＧＮＳＳユニット１１０は、キャビン１０５の上部に設けられているが、他の位置に設けられていてもよい。ＧＮＳＳユニット１１０は、ＧＮＳＳ衛星からの信号を受信するアンテナと、処理回路とを備える。本実施形態における作業車両１００は、例えばぶどう園のように、複数の樹木が生い茂り、ＧＮＳＳを利用しにくい環境で使用される。そのような環境では、主にＬｉＤＡＲセンサ１４０を利用して測位が行われる。しかし、ＧＮＳＳ信号を受信可能な環境ではＧＮＳＳユニット１１０を利用して測位を行ってもよい。ＬｉＤＡＲセンサ１４０による測位とＧＮＳＳユニット１１０による測位とを組み合わせることにより、測位の安定性または精度を向上させることができる。

　ＧＮＳＳユニット１１０は、慣性計測装置（ＩＭＵ）を含み得る。ＩＭＵからの信号を利用して位置データを補完することができる。ＩＭＵは、作業車両１００の傾きおよび微小な動きを計測することができる。ＩＭＵによって取得されたデータを用いて、衛星信号に基づく位置データを補完することにより、測位の性能を向上させることができる。

　原動機１０２は、例えばディーゼルエンジンであり得る。ディーゼルエンジンに代えて電動モータが使用されてもよい。変速装置１０３は、変速によって作業車両１００の推進力および移動速度を変化させることができる。変速装置１０３は、作業車両１００の前進と後進とを切り換えることもできる。

　操舵装置１０６は、ステアリングホイールと、ステアリングホイールに接続されたステアリングシャフトと、ステアリングホイールによる操舵を補助するパワーステアリング装置とを含む。前輪１０４Ｆは操舵輪であり、その切れ角（「操舵角」とも称する。）を変化させることにより、作業車両１００の走行方向を変化させることができる。前輪１０４Ｆの操舵角は、ステアリングホイールを操作することによって変化させることができる。パワーステアリング装置は、前輪１０４Ｆの操舵角を変化させるための補助力を供給する油圧装置または電動モータを含む。自動操舵が行われるときには、作業車両１００内に配置された制御装置からの制御により、油圧装置または電動モータの力によって操舵角が自動で調整される。

　車体１０１の後部には、連結装置１０８が設けられている。連結装置１０８は、例えば３点支持装置（「３点リンク」または「３点ヒッチ」とも呼ばれる。）、ＰＴＯ（Power Take Off）軸、ユニバーサルジョイント、および通信ケーブルを含む。連結装置１０８によってインプルメント３００を作業車両１００に着脱することができる。連結装置１０８は、例えば油圧装置によって３点リンクを昇降させ、インプルメント３００の位置または姿勢を変化させることができる。また、ユニバーサルジョイントを介して作業車両１００からインプルメント３００に動力を送ることができる。作業車両１００は、インプルメント３００を引きながら、インプルメント３００に所定の作業を実行させることができる。連結装置は、車体１０１の前方に設けられていてもよい。その場合、作業車両１００の前方にインプルメントを接続することができる。

　図１に示すインプルメント３００は、作物に薬剤を噴霧するスプレイヤであるが、インプルメント３００はスプレイヤに限定されない。例えば、モーア（草刈機）、シーダ（播種機）、スプレッダ（施肥機）、レーキ、ベーラ（集草機）、ハーベスタ（収穫機）、プラウ、ハロー、またはロータリなどの、任意の作業機を作業車両１００に接続して使用することができる。

　図１に示す作業車両１００は、有人運転が可能であるが、無人運転のみに対応していてもよい。その場合には、キャビン１０５、操舵装置１０６、および運転席１０７などの、有人運転にのみ必要な構成要素は、作業車両１００に設けられていなくてもよい。無人の作業車両１００は、自律走行、またはユーザによる遠隔操作によって走行することができる。

　図２は、作業車両１００およびインプルメント３００の構成例を示すブロック図である。作業車両１００とインプルメント３００は、連結装置１０８に含まれる通信ケーブルを介して互いに通信することができる。作業車両１００は、ネットワーク８０を介して、遠隔監視のための端末装置４００と通信することもできる。端末装置４００は、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、またはスマートフォン等の任意のコンピュータである。

　図２の例における作業車両１００は、ＧＮＳＳユニット１１０、カメラ１２０、障害物センサ１３０、ＬｉＤＡＲセンサ１４０、および操作端末２００に加え、作業車両１００の動作状態を検出するセンサ群１５０、走行制御システム１６０、通信装置１９０、操作スイッチ群２１０、および駆動装置２４０を備える。これらの構成要素は、バスを介して相互に通信可能に接続される。

　ＧＮＳＳユニット１１０は、ＧＮＳＳ受信機１１１と、ＲＴＫ受信機１１２と、慣性計測装置（ＩＭＵ）１１５と、処理回路１１６とを備える。センサ群１５０は、ステアリングホイールセンサ１５２と、切れ角センサ１５４、車軸センサ１５６とを含む。走行制御システム１６０は、記憶装置１７０と、制御装置１８０とを備える。制御装置１８０は、複数の電子制御ユニット（ＥＣＵ）１８１から１８４を備える。インプルメント３００は、駆動装置３４０と、制御装置３８０と、通信装置３９０とを備える。なお、図２には、作業車両１００による自動運転の動作との関連性が相対的に高い構成要素が示されており、それ以外の構成要素の図示は省略されている。

　ＧＮＳＳユニット１１０におけるＧＮＳＳ受信機１１１は、複数のＧＮＳＳ衛星から送信される衛星信号を受信し、衛星信号に基づいてＧＮＳＳデータを生成する。ＧＮＳＳデータは、例えばＮＭＥＡ－０１８３フォーマットなどの所定のフォーマットで生成される。ＧＮＳＳデータは、例えば、衛星信号が受信されたそれぞれの衛星の識別番号、仰角、方位角、および受信強度を示す値を含み得る。

　ＧＮＳＳユニット１１０は、ＲＴＫ（Real Time Kinematic）－ＧＮＳＳを利用して作業車両１００の測位を行ってもよい。ＲＴＫ－ＧＮＳＳによる測位では、複数のＧＮＳＳ衛星から送信される衛星信号に加えて、基準局から送信される補正信号が利用される。基準局は、作業車両１００が作業走行を行う作業地の付近（例えば、作業車両１００から１０ｋｍ以内の位置）に設置され得る。基準局は、複数のＧＮＳＳ衛星から受信した衛星信号に基づいて、例えばＲＴＣＭフォーマットの補正信号を生成し、ＧＮＳＳユニット１１０に送信する。ＲＴＫ受信機１１２は、アンテナおよびモデムを含み、基準局から送信される補正信号を受信する。ＧＮＳＳユニット１１０の処理回路１１６は、補正信号に基づき、ＧＮＳＳ受信機１１１による測位結果を補正する。ＲＴＫ－ＧＮＳＳを用いることにより、例えば誤差数ｃｍの精度で測位を行うことが可能である。緯度、経度、および高度の情報を含む位置情報が、ＲＴＫ－ＧＮＳＳによる高精度の測位によって取得される。ＧＮＳＳユニット１１０は、例えば１秒間に１回から１０回程度の頻度で、作業車両１００の位置を計算する。なお、測位方法はＲＴＫ－ＧＮＳＳに限らず、必要な精度の位置情報が得られる任意の測位方法（干渉測位法または相対測位法など）を用いることができる。例えば、ＶＲＳ（Virtual Reference Station）またはＤＧＰＳ（Differential Global Positioning System）を利用した測位が行われてもよい。

　本実施形態におけるＧＮＳＳユニット１１０は、さらにＩＭＵ１１５を備える。ＩＭＵ１１５は、３軸加速度センサおよび３軸ジャイロスコープを備え得る。ＩＭＵ１１５は、３軸地磁気センサなどの方位センサを備えていてもよい。ＩＭＵ１１５は、モーションセンサとして機能し、作業車両１００の加速度、速度、変位、および姿勢などの諸量を示す信号を出力することができる。処理回路１１６は、衛星信号および補正信号に加えて、ＩＭＵ１１５から出力された信号に基づいて、作業車両１００の位置および向きをより高い精度で推定することができる。ＩＭＵ１１５から出力された信号は、衛星信号および補正信号に基づいて計算される位置の補正または補完に用いられ得る。ＩＭＵ１１５は、ＧＮＳＳ受信機１１１よりも高い頻度で信号を出力する。例えば、ＩＭＵ１１５は、毎秒数十回から数千回程度の頻度で信号を出力する。その高頻度の信号を利用して、処理回路１１６は、作業車両１００の位置および向きをより高い頻度（例えば、１０Ｈｚ以上）で計測することができる。ＩＭＵ１１５に代えて、３軸加速度センサおよび３軸ジャイロスコープを別々に設けてもよい。ＩＭＵ１１５は、ＧＮＳＳユニット１１０とは別の装置として設けられていてもよい。

　カメラ１２０は、作業車両１００の周囲の環境を撮影する撮像装置である。カメラ１２０は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）またはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）などのイメージセンサを備える。カメラ１２０は、他にも、１つ以上のレンズを含む光学系、および信号処理回路を備え得る。カメラ１２０は、作業車両１００の走行中、作業車両１００の周囲の環境を撮影し、画像（例えば動画）のデータを生成する。カメラ１２０は、例えば、３フレーム／秒（ｆｐｓ: frames per second）以上のフレームレートで動画を撮影することができる。カメラ１２０によって生成された画像は、例えば遠隔の監視者が端末装置４００を用いて作業車両１００の周囲の環境を確認するときに利用され得る。カメラ１２０によって生成された画像は、測位または障害物の検出に利用されてもよい。図１に示すように、複数のカメラ１２０が作業車両１００の異なる位置に設けられていてもよいし、単数のカメラが設けられていてもよい。可視光画像を生成する可視カメラと、赤外線画像を生成する赤外カメラとが別々に設けられていてもよい。可視カメラと赤外カメラの両方が監視用の画像を生成するカメラとして設けられていてもよい。赤外カメラは、夜間において障害物の検出にも用いられ得る。

　障害物センサ１３０は、作業車両１００の周囲に存在する物体を検出する。障害物センサ１３０は、例えばレーザスキャナまたは超音波ソナーを含み得る。障害物センサ１３０は、障害物センサ１３０から所定の距離よりも近くに物体が存在する場合に、障害物が存在することを示す信号を出力する。複数の障害物センサ１３０が作業車両１００の異なる位置に設けられていてもよい。例えば、複数のレーザスキャナと、複数の超音波ソナーとが、作業車両１００の異なる位置に配置されていてもよい。そのような多くの障害物センサ１３０を備えることにより、作業車両１００の周囲の障害物の監視における死角を減らすことができる。

　ステアリングホイールセンサ１５２は、作業車両１００のステアリングホイールの回転角を計測する。切れ角センサ１５４は、操舵輪である前輪１０４Ｆの切れ角を計測する。ステアリングホイールセンサ１５２および切れ角センサ１５４による計測値は、制御装置１８０による操舵制御に利用され得る。

　車軸センサ１５６は、車輪１０４に接続された車軸の回転速度、すなわち単位時間あたりの回転数を計測する。車軸センサ１５６は、例えば磁気抵抗素子（ＭＲ）、ホール素子、または電磁ピックアップを利用したセンサであり得る。車軸センサ１５６は、例えば、車軸の１分あたりの回転数（単位：ｒｐｍ）を示す数値を出力する。車軸センサ１５６は、作業車両１００の速度を計測するために使用される。車軸センサ１５６による計測値は、制御装置１８０による速度制御に利用され得る。

　駆動装置２４０は、前述の原動機１０２、変速装置１０３、操舵装置１０６、および連結装置１０８などの、作業車両１００の走行およびインプルメント３００の駆動に必要な各種の装置を含む。原動機１０２は、例えばディーゼル機関などの内燃機関を備え得る。駆動装置２４０は、内燃機関に代えて、あるいは内燃機関とともに、トラクション用の電動モータを備えていてもよい。

　記憶装置１７０は、フラッシュメモリまたは磁気ディスクなどの１つ以上の記憶媒体を含む。記憶装置１７０は、ＧＮＳＳユニット１１０、カメラ１２０、障害物センサ１３０、ＬｉＤＡＲセンサ１４０、センサ群１５０、および制御装置１８０が生成する各種のデータを記憶する。記憶装置１７０が記憶するデータには、作業車両１００が走行する環境内の環境地図、走行中に逐次生成される障害物マップ、および自動運転のための経路データが含まれ得る。記憶装置１７０は、制御装置１８０における各ＥＣＵに、後述する各種の動作を実行させるコンピュータプログラムも記憶する。そのようなコンピュータプログラムは、記憶媒体（例えば半導体メモリまたは光ディスク等）または電気通信回線（例えばインターネット）を介して作業車両１００に提供され得る。そのようなコンピュータプログラムが、商用ソフトウェアとして販売されてもよい。

　制御装置１８０は、複数のＥＣＵを含む。複数のＥＣＵは、例えば、速度制御用のＥＣＵ１８１、ステアリング制御用のＥＣＵ１８２、インプルメント制御用のＥＣＵ１８３、自動運転制御用のＥＣＵ１８４を含む。

　ＥＣＵ１８１は、駆動装置２４０に含まれる原動機１０２、変速装置１０３、およびブレーキを制御することによって作業車両１００の速度を制御する。

　ＥＣＵ１８２は、ステアリングホイールセンサ１５２の計測値に基づいて、操舵装置１０６に含まれる油圧装置または電動モータを制御することによって作業車両１００のステアリングを制御する。

　ＥＣＵ１８３は、インプルメント３００に所望の動作を実行させるために、連結装置１０８に含まれる３点リンクおよびＰＴＯ軸などの動作を制御する。ＥＣＵ１８３はまた、インプルメント３００の動作を制御する信号を生成し、その信号を通信装置１９０からインプルメント３００に送信する。

　ＥＣＵ１８４は、ＧＮＳＳユニット１１０、カメラ１２０、障害物センサ１３０、ＬｉＤＡＲセンサ１４０、およびセンサ群１５０から出力されたデータに基づいて、自動運転を実現するための演算および制御を行う。例えば、ＥＣＵ１８４は、ＧＮＳＳユニット１１０、カメラ１２０、およびＬｉＤＡＲセンサ１４０の少なくとも１つから出力されたデータに基づいて、作業車両１００の位置を推定する。ＧＮＳＳ衛星からの衛星信号の受信強度が十分に高い状況では、ＥＣＵ１８４は、ＧＮＳＳユニット１１０から出力されたデータのみに基づいて作業車両１００の位置を決定してもよい。一方、果樹園のように、作業車両１００の周囲に衛星信号の受信を妨げる樹木などの遮蔽物が存在する環境では、ＥＣＵ１８４は、ＬｉＤＡＲセンサ１４０またはカメラ１２０から出力されるデータを利用して作業車両１００の位置を推定する。自動運転中、ＥＣＵ１８４は、推定された作業車両１００の位置に基づいて、目標経路に沿って作業車両１００が走行するために必要な演算を行う。ＥＣＵ１８４は、ＥＣＵ１８１に速度変更の指令を送り、ＥＣＵ１８２に操舵角変更の指令を送る。ＥＣＵ１８１は、速度変更の指令に応答して原動機１０２、変速装置１０３、またはブレーキを制御することによって作業車両１００の速度を変化させる。ＥＣＵ１８２は、操舵角変更の指令に応答して操舵装置１０６を制御することによって操舵角を変化させる。

　これらのＥＣＵの働きにより、制御装置１８０は、自動走行を実現する。自動走行時において、制御装置１８０は、計測または推定された作業車両１００の位置と、逐次生成した目標経路とに基づいて、駆動装置２４０を制御する。これにより、制御装置１８０は、作業車両１００を目標経路に沿って走行させることができる。

　制御装置１８０に含まれる複数のＥＣＵは、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）などのビークルバス規格に従って、相互に通信することができる。ＣＡＮに代えて、車載イーサネット（登録商標）などの、より高速の通信方式が用いられてもよい。図２において、ＥＣＵ１８１から１８４のそれぞれは、個別のブロックとして示されているが、これらのそれぞれの機能が、複数のＥＣＵによって実現されていてもよい。ＥＣＵ１８１から１８４の少なくとも一部の機能を統合した車載コンピュータが設けられていてもよい。制御装置１８０は、ＥＣＵ１８１から１８４以外のＥＣＵを備えていてもよく、機能に応じて任意の個数のＥＣＵが設けられ得る。各ＥＣＵは、１つ以上のプロセッサを含む処理回路を備える。

　通信装置１９０は、インプルメント３００および端末装置４００と通信を行う回路を含む装置である。通信装置１９０は、例えばＩＳＯＢＵＳ－ＴＩＭ等のＩＳＯＢＵＳ規格に準拠した信号の送受信を、インプルメント３００の通信装置３９０との間で実行する回路を含む。これにより、インプルメント３００に所望の動作を実行させたり、インプルメント３００から情報を取得したりすることができる。通信装置１９０は、さらに、ネットワーク８０を介した信号の送受信を、端末装置４００との間で実行するためのアンテナおよび通信回路を含み得る。ネットワーク８０は、例えば、３Ｇ、４Ｇもしくは５Ｇなどのセルラー移動体通信網およびインターネットを含み得る。通信装置１９０は、作業車両１００の近くにいる監視者が使用する携帯端末と通信する機能を備えていてもよい。そのような携帯端末との間では、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）、３Ｇ、４Ｇもしくは５Ｇなどのセルラー移動体通信、またはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの、任意の無線通信規格に準拠した通信が行われ得る。

　操作端末２００は、作業車両１００の走行およびインプルメント３００の動作に関する操作をユーザが実行するための端末であり、バーチャルターミナル（ＶＴ）とも称される。操作端末２００は、タッチスクリーンなどの表示装置、および／または１つ以上のボタンを備え得る。表示装置は、例えば液晶または有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）などのディスプレイであり得る。ユーザは、操作端末２００を操作することにより、例えば自動運転モードのオン／オフの切り替え、およびインプルメント３００のオン／オフの切り替えなどの種々の操作を実行することができる。これらの操作の少なくとも一部は、操作スイッチ群２１０を操作することによっても実現され得る。操作端末２００は、作業車両１００から取り外せるように構成されていてもよい。作業車両１００から離れた場所にいるユーザが、取り外された操作端末２００を操作して作業車両１００の動作を制御してもよい。

　図２に示すインプルメント３００における駆動装置３４０は、インプルメント３００が所定の作業を実行するために必要な動作を行う。駆動装置３４０は、例えば油圧装置、電動モータ、またはポンプなどの、インプルメント３００の用途に応じた装置を含む。制御装置３８０は、駆動装置３４０の動作を制御する。制御装置３８０は、通信装置３９０を介して作業車両１００から送信された信号に応答して、駆動装置３４０に各種の動作を実行させる。また、インプルメント３００の状態に応じた信号を通信装置３９０から作業車両１００に送信することもできる。

　次に、図３Ａおよび図３Ｂを参照して、ＬｉＤＡＲセンサ１４０の構成例を説明する。本実施形態におけるＬｉＤＡＲセンサ１４０は、レーザビームのスキャンによって空間中の物体の距離分布の情報を取得可能なスキャン型のセンサである。図３Ａは、ＬｉＤＡＲセンサ１４０を作業車両１００の側面方向から見た場合の模式図である。図３Ｂは、ＬｉＤＡＲセンサ１４０を鉛直上方から見た場合の模式図である。図３Ａおよび図３Ｂには、ＬｉＤＡＲセンサ１４０に固定されたセンサ座標系における互いに直交する３つの軸ｕ、ｖ、ｗが示されている。図３Ａおよび図３Ｂにおいて放射状に延びる複数の直線は、ＬｉＤＡＲセンサ１４０から出射されるレーザビームの中心軸（あるいは進行方向）を模式的に表している。各レーザビームは、平行光にコリメートされているが、数ミリラジアン（例えば０．１～０．２度）の拡がり角度を有している。このため、各レーザビームの断面サイズ（スポット径）は、ＬｉＤＡＲセンサ１４０からの距離に比例して拡大する。例えば、ＬｉＤＡＲセンサ１４０から２０メートル先で直径が数センチメートルの光スポットが形成され得る。図では、簡単のため、レーザビームの広がりは無視し、レーザビームの中心軸のみが記載されている。

　図３Ａに示す例におけるＬｉＤＡＲセンサ１４０は、縦方向に配列された複数のレーザ光源から、それぞれ、異なる仰角でレーザビームを出射することができる。仰角は、ｕｖ面に対する角度によって定義される。この例において、ｕｖ面は水平面にほぼ平行である。なお、地面（地表）が水平面に対して傾斜している場合は、ｕｖ面と水平面とが交差する。図３Ａには、Ｎ本のレーザビームＬ_１、・・・、Ｌ_Ｎが出射されている様子が示されている。ここで「Ｎ」は、１以上の整数であり、例えば１０以上、高性能な機種では６４、あるいは１００以上であり得る。複数のレーザビームのうち、下からｋ番目のレーザビームの仰角をθ_ｋとする。図３Ａには、一例として、Ｎ－１番目のレーザビームの仰角θ_Ｎ－１が示されている。ｕｖ面よりも上方に向かうレーザビームの仰角を「正の仰角」とし、ｕｖ面よりも下方に向かうレーザビームの仰角を「負の仰角」とする。

　Ｎが１であるＬｉＤＡＲセンサを「２次元ＬｉＤＡＲ」と称し、Ｎが２以上であるＬｉＤＡＲセンサを「３次元ＬｉＤＡＲ」と称する場合がある。Ｎが２以上の場合、１番目のレーザビームとＮ番目のレーザビームとのなす角度を、「垂直視野角」と称する。垂直視野角は、例えば２０°から６０°程度の範囲内に設定され得る。

　ＬｉＤＡＲセンサ１４０は、図３Ｂに示すように、レーザビームの出射方向（例えば方位角）を変化させることができる。図３Ｂには、図３Ａに示す複数のレーザビームの出射方向が、ｗ軸に平行な回転軸の周りに回転している様子が示されている。レーザビームの出射方向（方位角）の範囲は３６０°であってもよいし、３６０°よりも小さい角度の範囲（例えば２１０°または２７０°等）であってもよい。レーザビームの出射方向の方位角の範囲を「水平視野角」と称する。水平視野角は、例えば９０°から３６０°程度の範囲内に設定され得る。ＬｉＤＡＲセンサ１４０は、レーザビームの出射方向をｗ軸に平行な回転軸の周りに回転させながら、異なる方位角の方向にパルス状のレーザ光（レーザパルス）を順次出射する。こうして、異なる仰角および異なる方位角に出射されるパルス状のレーザ光により、各反射点までの距離を計測することが可能になる。各反射点は、点群データに含まれる個々の点に相当する。レーザビームの方位角が回転軸の周りに一回転する間に反射点までの距離を測定する動作を１スキャンと称する。１スキャンによって得られるセンサデータは、図３Ａに示す特定の仰角に対応付けられたレイヤごとに測定されるデータを含む。従って、レイヤの数が増加するほど、同一環境に対する１スキャンによって得られる点群中の点の個数は増加する。ＬｉＤＡＲセンサ１４０は、例えば１秒あたり１回から２０回程度の頻度でスキャン動作を繰り返す。１スキャンの動作中に例えば１０万パルス以上のレーザ光が異なる方向に出射され得る。

　図４は、ＬｉＤＡＲセンサ１４０の構成例を示すブロック図である。図４に示すＬｉＤＡＲセンサ１４０は、複数のレーザユニット１４１と、電動モータ１４４と、制御回路１４５と、信号処理回路１４６と、メモリ１４７とを備える。各レーザユニット１４１は、レーザ光源１４２と、光検出器１４３とを備える。各レーザユニット１４１は、レンズおよびミラーなどの光学系を含み得るが、それらの図示は省略されている。モータ１４４は、例えば、各レーザ光源１４２から出射されるレーザビームの光路上に配置されたミラーを回転させることにより、各レーザ光源１４２から出射されるレーザビームの方向を変化させる。

　レーザ光源１４２は、レーザダイオードを含み、制御回路１４５からの指令に応答して所定の波長のパルス状のレーザビームを出射する。レーザビームの波長は、例えば近赤外線の波長域（およそ７００ｎｍから２．５μｍ）に含まれる波長であり得る。使用される波長は、光検出器１４３に使用される光電変換素子の材料に依存する。例えばシリコン（Ｓｉ）を光電変換素子の材料として用いる場合、９００ｎｍ前後の波長が主に使用され得る。インジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）を光電変換素子の材料として用いる場合、例えば１０００ｎｍ以上１６５０ｎｍ以下の波長が使用され得る。なお、レーザビームの波長は、近赤外線の波長域に限定されない。環境光の影響が問題にならない用途（例えば夜間用等）においては、可視域（およそ４００ｎｍから７００ｎｍ）に含まれる波長を使用してもよい。用途によっては紫外線の波長域を使用することも可能である。本明細書において、紫外線、可視光、および赤外線の波長域に含まれる放射全般を「光」と称する。

　光検出器１４３は、レーザ光源１４２から出射され、物体で反射または散乱されたレーザパルスを検出する装置である。光検出器１４３は、例えばアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）などの光電変換素子を備える。光検出器１４３は、受光量に応じた電気信号を出力する。

　モータ１４４は、制御回路１４５からの指令に応答して各レーザ光源１４２から出射されるレーザビームの光路上に配置されたミラーを回転させる。これにより、レーザビームの出射方向を変化させるスキャン動作が実現される。

　制御回路１４５は、レーザ光源１４２によるレーザパルスの出射、光検出器１４３による反射パルスの検出、およびモータ１４４による回転動作を制御する。制御回路１４５は、例えばマイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）などの、プロセッサを備える回路によって実現され得る。

　信号処理回路１４６は、光検出器１４３から出力された信号に基づく演算を行う回路である。信号処理回路１４６は、例えばＴｏＦ（Time of Flight）法によって各レーザ光源１４２から出射されたレーザパルスを反射した物体までの距離を計算する。ＴｏＦ法には、直接ＴｏＦ法と間接ＴｏＦ法とがある。直接ＴｏＦ法においては、レーザ光源１４２からレーザパルスが出射されてから光検出器１４３によって反射光が受光されるまでの時間を直接計測することにより、反射点までの距離を計算する。間接ＴｏＦ法においては、光検出器１４３に複数の露光期間が設定され、各露光期間で検出された光量の比に基づいて各反射点までの距離が計算される。直接ＴｏＦ法および間接ＴｏＦ法のいずれの方法も用いられ得る。信号処理回路１４６は、例えば、各反射点までの距離と、その反射点の方向とを示すセンサデータを生成して出力する。信号処理回路１４６は、さらに、各反射点までの距離と、その反射点の方向とに基づいて、センサ座標系における座標（ｕ，ｖ）または（ｕ，ｖ，ｗ）を計算し、センサデータに含めて出力してもよい。

　制御回路１４５および信号処理回路１４６は、図４の例では２つの回路に分かれているが、１つの回路によって実現されていてもよい。

　メモリ１４７は、制御回路１４５および信号処理回路１４６によって生成されるデータを記憶する記憶媒体である。メモリ１４７は、例えば、各レーザユニット１４１から出射されるレーザパルスの出射タイミングと、出射方向と、反射光強度と、反射点までの距離と、センサ座標系における座標（ｕ，ｖ）または（ｕ，ｖ，ｗ）とを関連付けたデータを記憶する。そのようなデータが、レーザパルスが出射される度に生成され、メモリ１４７に記録される。制御回路１４５は、所定の周期（例えば、所定回数のパルス出射に要する時間、半スキャン周期、または１スキャン周期等）で当該データを出力する。出力されたデータは、作業車両１００の記憶装置１７０に記録される。

　ＬｉＤＡＲセンサ１４０は、例えば毎秒１回から２０回程度の頻度で、センサデータを出力する。このセンサデータは、センサ座標系で表現された複数の点の座標と、タイムスタンプの情報とを含み得る。なお、センサデータが各反射点までの距離および方向の情報を含み、座標情報を含まない場合もある。その場合は、制御装置１８０が距離および方向の情報から座標情報への変換を行う。

　距離計測の方法はＴｏＦ法に限らず、ＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）法などの他の方法を用いてもよい。ＦＭＣＷ法においては、周波数を線形的に変化させた光が出射され、出射光と反射光との干渉で生じるビートの周波数に基づいて距離が計算される。

　上記のように、本実施形態におけるＬｉＤＡＲセンサ１４０は、レーザビームのスキャンによって空間中の物体の距離分布の情報を取得するスキャン型のセンサである。しかし、ＬｉＤＡＲセンサ１４０は、スキャン型のセンサに限定されない。例えば、ＬｉＤＡＲセンサ１４０は、広範囲に拡散する光を利用して空間中の物体の距離分布の情報を取得するフラッシュ型のセンサであってもよい。スキャン型のＬｉＤＡＲセンサは、フラッシュ型のＬｉＤＡＲセンサよりも高い強度の光を使用するため、より遠方の距離情報を取得することができる。一方、フラッシュ型のＬｉＤＡＲセンサは、構造が簡単であり、低いコストで製造できるため、強い光を必要としない用途に適している。

　［２．動作］
　次に、作業車両１００の動作を説明する。

　図５は、作業車両１００が走行する環境の一例を模式的に示す図である。図６は、作業車両１００の周囲の環境の例を模式的に示す斜視図である。この例では、作業車両１００は、ぶどう園などの果樹園における複数の樹木列２０（すなわち作物列）の間を走行しながら、インプルメント３００を用いて所定の作業（例えば、薬剤散布、草刈り、防除、その他）を行う。果樹園では、上空が枝および葉で遮られ、ＧＮＳＳを用いた自動走行が難しい。ＧＮＳＳを利用できない環境においては、事前に作成された環境地図とセンサデータとのマッチングによって自己位置推定を行いながら走行することが考えられる。しかし、果樹園等の圃場では、樹木その他の作物の葉または垣根等の外形が季節によって大きく変化し得るため、事前に作成された環境地図を継続的に使用することが難しい。また、従来の自動運転農機においては、作物列の位置、圃場の形状、枕地エリアの位置といった情報が事前に設定され、それらの情報に基づいて自動走行のための経路が生成される。しかし、広大な圃場では、事前に作物列の位置を設定することは重労働である。

　そこで、本実施形態における制御装置１８０は、ＬｉＤＡＲセンサ１４０から出力されたセンサデータに基づいて作業車両１００の両側に存在する２つの作物列を検出し、それらの２つの作物列の間の経路に沿って作業車両１００を走行させる。制御装置１８０は、さらに、センサデータに基づいて作物列の端を検出すると、旋回走行のための座標系と旋回走行の目標地点とを設定し、当該座標系に基づいて、作業車両１００を目標地点に向かって旋回させる。このような動作により、上記の課題を解決し、複数の作物列の間の自動走行および旋回を円滑に行うことが可能になる。

　図７Ａは、作業車両１００の走行経路３０の一例を模式的に示す図である。作業車両１００は、図示されるような経路３０で、樹木列２０の間を走行する。図７Ａでは、経路３０に含まれる線分が直線状に記載されているが、作業車両１００が実際に走行する経路は、蛇行部分を含んでいてもよい。ここで、複数の樹木列２０を、端から順に第１の樹木列２０Ａ、第２の樹木列２０Ｂ、第３の樹木列２０Ｃ、第４の樹木列２０Ｄ、・・・と順序付けする。図７Ａの例では、作業車両１００は、第１の樹木列２０Ａと第２の樹木列２０Ｂとの間をまず走行し、その走行が完了すると、右に旋回して第２の樹木列２０Ｂと第３の樹木列２０Ｃとの間を逆向きに走行する。第２の樹木列２０Ｂと第３の樹木列２０Ｃとの間の走行が完了すると、さらに左に旋回して第３の樹木列２０Ｃと第４の樹木列２０Ｄとの間を走行する。以後、同様の動作を繰り返すことにより、最後の２つの樹木列の間の経路３０の終端まで走行する。なお、隣り合う２つの樹木列の間隔が短い場合は、図７Ｂに示すように、１列おきに走行してもよい。この場合、最後の２つの樹木列の間の走行が完了した後、まだ走行していない樹木列間を１列おきに走行する動作が実行され得る。このような走行は、作業車両１００がＬｉＤＡＲセンサ１４０から出力されるセンサデータに基づいて自動で行う。

　なお、ＧＮＳＳユニット１１０がＧＮＳＳ信号を受信できるタイミングにおいては、ＧＮＳＳ信号に基づいて測位を行ってもよい。例えば、図７Ａおよび図７Ｂに示す経路３０において方向転換するタイミングでは、ＧＮＳＳ信号を遮る葉が存在しないことから、ＧＮＳＳ信号に基づく測位が可能である。

　本実施形態における作業車両１００の制御装置１８０は、隣り合う２つの樹木列の間の経路に沿って作業車両１００を走行させる列間走行モードと、枕地（headland）で作業車両１００を旋回させる旋回走行モードとで動作する。枕地は、各樹木列の端と、果樹園の境界との間の領域である。列間走行モードにおいて、制御装置１８０は、ＬｉＤＡＲセンサ１４０から逐次出力されるセンサデータに基づいて、作業車両１００の両側に存在する２つの樹木列を検出し、当該２つの樹木列の間に経路を設定しながら作業車両１００を当該経路に沿って走行させる。制御装置１８０は、隣り合う２つの樹木列のうち、少なくとも旋回方向（右または左）に対応する側の樹木列の端を検出すると、旋回走行のための座標系および旋回の目標地点を設定する。以下、旋回走行のための座標系を「旋回座標系」と称することがある。旋回座標系は、地面に対して固定された座標系であり、旋回走行の制御において用いられる。目標地点は、次の列間走行の入口の地点である。旋回座標系および旋回の目標地点の設定後、作業車両１００が樹木列の端まで到達すると、旋回走行モードに移行する。旋回走行モードにおいて、制御装置１８０は、旋回座標系上に設定した旋回経路に沿って作業車両１００を走行させる。具体的には、制御装置１８０は、ＬｉＤＡＲセンサ１４０から逐次出力されるセンサデータに基づいて、旋回座標系上で作業車両１００の自己位置推定を行いながら、旋回経路に沿って作業車両１００を走行させる。旋回走行モードにおいて、制御装置１８０は、センサデータに加えて、ＧＮＳＳ受信機１１１から出力される信号、および／またはＩＭＵ１１５から出力される信号を利用して測位を行ってもよい。作業車両１００が旋回の目標地点に到達すると、再び列間走行モードに移行する。以後、同様の動作が、最後の列間走行が終了するまで繰り返される。以上の動作により、複数の樹木列２０間の自動走行が実現される。以上の制御は、制御装置１８０におけるＥＣＵ１８４によって実行される。

　図８は、列間走行モードにおける作業車両１００の走行制御方法を説明するための図である。作業車両１００は、隣り合う２つの樹木列２０Ｒ、２０Ｌの間を走行しながら、ＬｉＤＡＲセンサ１４０を用いて周囲の環境をレーザビームでスキャンする。これにより、環境内に存在する物体の距離分布を示すデータが取得される。距離分布を示すデータは、例えば２次元または３次元の点群データに変換されてセンサデータとして出力される。作業車両１００の走行中、制御装置１８０は、ＬｉＤＡＲセンサ１４０から出力されるセンサデータに基づいて障害物マップ４０を逐次生成する。障害物マップ４０は、作業車両１００に固定された車両座標系における物体の分布を示す。障害物マップ４０は、所定の長さＬｈおよび幅Ｌｗを有する。長さＬｈは、作業車両１００の進行方向に対応する縦方向のサイズである。幅Ｌｗは、作業車両１００の進行方向および鉛直方向の両方に垂直な横方向のサイズである。

　図８に示す例において、制御装置１８０は、障害物マップ４０に基づいて、作業車両１００の両側に存在する２つの樹木列２０Ｒ、２０Ｌを検出する。具体的には、制御装置１８０は、障害物マップ４０にハフ変換などの処理を行い、樹木列２０Ｒ、２０Ｌの近似直線（線分）４１Ｒ、４１Ｌを求める。制御装置１８０は、それらの近似直線４１Ｒ、４１Ｌの間（例えば中央）に目標経路４５を設定する。なお、樹木列２０Ｒ、２０Ｌにおける複数の樹木が曲線状に分布している場合、制御装置１８０は、近似直線ではなく近似曲線を求め、それらの近似曲線の間に目標経路４５を設定してもよい。目標経路４５は、作業車両１００の位置を起点とする比較的短い範囲（例えば数メートル程度の範囲）内に設定され得る。目標経路４５は、複数のウェイポイントによって規定され得る。各ウェイポイントは、作業車両１００が通過すべき地点の位置および向き（または速度）の情報を含み得る。ウェイポイントの間隔は、例えば、数十センチメートル（ｃｍ）から数メートル（ｍ）程度の値に設定され得る。制御装置１８０は、設定した目標経路４５に沿って作業車両１００を走行させる。例えば、制御装置１８０は、目標経路４５に対する作業車両１００の位置および向きのずれを最小化するように作業車両１００の操舵制御を行う。これにより、作業車両１００を目標経路４５に沿って走行させることができる。

　図８に示す障害物マップ４０は、２次元的に配列された複数のグリッドを有する占有格子地図である。図８には１６×１６＝２５６個のグリッドが例示されているが、グリッド数は任意である。障害物マップ４０は、図示される例に限らず、例えば、作業車両１００の周辺に存在する地物の３次元分布を示す地図（例えばボクセルマップ）であってもよい。あるいは、障害物マップ４０は、点群地図等の他の形式の地図データであってもよい。

　制御装置１８０は、ＬｉＤＡＲセンサ１４０から出力されたセンサデータから、地面および雑草等の不要な物体に該当すると推定される点のデータを除去することによって障害物マップ４０を生成してもよい。３次元点群データがセンサデータとして出力される場合、制御装置１８０は、当該点群データの中から、地面からの高さが所定の範囲内（例えば０．１ｍから１．５ｍの範囲内等）にある点のデータのみを抽出し、抽出した点のデータから障害物マップを生成してもよい。そのような方法により、樹木（主に幹部）の分布を示す障害物マップを生成することができる。

　図９Ａは、センサデータに基づいて生成される障害物マップ４０の一例を示す図である。図９Ａに示す障害物マップ４０では、物体が存在するグリッドが黒く、物体が存在しないグリッドが白く表現されている。黒いグリッドは、樹木の幹または葉などの物体が存在することを表している。障害物マップ４０は、例えば、物体が存在するグリッドに数値「１」が、物体が存在しないグリッドに数値「０」が付与されたデータによって表現され得る。制御装置１８０は、ＬｉＤＡＲセンサ１４０が１周期分のスキャンで取得したセンサデータに基づいて、図９Ａに示すような障害物マップ４０を逐次生成するように構成され得る。１周期のスキャンごとに、障害物マップ４０が更新され得る。障害物マップ４０は、図示されるような２次元的な位置情報だけでなく、地面または水平面からの高さの情報を含んでいてもよい。制御装置１８０は、高さが所定の範囲内にある点のみを抽出することによって樹木列の分布を示す障害物マップ４０を生成してもよい。制御装置１８０は、複数のＬｉＤＡＲセンサ１４０から出力されたセンサデータを合成して１つの障害物マップ４０を生成してもよい。例えば、作業車両１００の前後に配置された２つのＬｉＤＡＲセンサ１４０（図１参照）から出力されたセンサデータを合成して１つの障害物マップ４０を生成してもよい。あるいは、複数周期分のセンサデータを合成して１つの障害物マップを生成してもよい。図９Ａの例では、障害物マップ４０の長さＬｈと幅Ｌｗとが等しいが、長さＬｈと幅Ｌｗとが異なっていてもよい。例えば図９Ｂに示す例のように、障害物マップ４０の長さＬｈが幅Ｌｗよりも長くてもよい。

　制御装置１８０は、障害物マップ４０に基づいて、作業車両１００の両側に存在する２つの樹木列２０Ｒ、２０Ｌを検出する。例えば、図９Ｃに示すように、制御装置１８０は、作業車両１００の進行方向に沿って分布する複数の点の列から、２本の近似直線４１Ｒ、４１Ｌ（または近似曲線）を求めることによって２つの樹木列２０Ｒ、２０Ｌを検出することができる。

　再び図８を参照する。列間走行モードによる走行中、制御装置１８０は、センサデータに基づいて、２つの樹木列２０Ｒ、２０Ｌのうち、少なくとも旋回方向に対応する側の樹木列の端を検出した場合、旋回走行モードに移行するための処理を実行する。例えば旋回方向が右である場合、制御装置１８０は、右側の樹木列２０Ｒの端を検出した後、旋回走行モードに移行するための処理を実行する。具体的には、制御装置１８０は、旋回方向に対応する側の樹木列２０Ｒの端を検出した場合、旋回走行のための座標系（旋回座標系）および旋回走行の目標地点を設定する。旋回走行の目標地点は、旋回走行の終着地点であり、例えば次の列間走行の開始地点である。制御装置１８０は、樹木列２０Ｒ、２０Ｌの間隔と、旋回方向側の樹木列２０Ｒの端の位置とに基づいて、旋回座標系における目標地点の位置座標を決定する。旋回座標系および目標地点の設定後、制御装置１８０は、旋回座標系に基づいて、作業車両１００を目標地点に向かって旋回させる。

　図１０Ａおよび図１０Ｂは、旋回座標系および目標地点の設定方法の例を説明するための図である。図１０Ａに示す例において、作業車両１００は、樹木列２０Ｒ、２０Ｌの間の通路を走行すると、右に旋回し、次の樹木列間の通路に向かう。制御装置１８０は、走行中、障害物マップ４０に基づいて、２つの樹木列２０Ｒ、２０Ｌのうち、少なくとも旋回方向に対応する側の樹木列２０Ｒの障害物マップ４０内での長さＬｒを推定する。制御装置１８０は、樹木列２０Ｒ、２０Ｌの近似直線４１Ｒ、４１Ｌの長さを、樹木列２０Ｒ、２０Ｌの障害物マップ４０内での長さＬｒ、Ｌｌとして推定することができる。制御装置１８０は、障害物マップ４０の長さＬｈと、旋回方向側の樹木列２０Ｒの障害物マップ４０内での長さＬｒとの差Ｌｅに基づいて、樹木列２０Ｒの端を検出する。例えば、制御装置１８０は、障害物マップ４０の長さＬｈと、障害物マップ４０内での樹木列２０Ｒの長さＬｒとの差Ｌｅが閾値を超えたとき、樹木列２０Ｒの端が検出されたと判定することができる。言い換えれば、逐次生成される障害物マップ４０において、樹木列２０Ｒの先の物体が存在しない領域の長さＬｅが閾値を超えた時点で、樹木列２０Ｒの端が検出されたと判定することができる。閾値は、例えば各樹木列２０における隣り合う２つの樹木の間隔ΔＬよりも大きい値に設定され得る。間隔ΔＬは、予め設定されており、記憶装置１７０にその情報が記録されている。

　制御装置１８０は、旋回方向側の樹木列２０Ｒの端を検出した後、旋回座標系を設定する。制御装置１８０は、まず、旋回方向側の樹木列２０Ｒの端が検出されたときの作業車両１００の位置に基づいて旋回座標系の原点を決定する。例えば、制御装置１８０は、樹木列２０Ｒの端が検出されたときの作業車両１００の位置を旋回座標系の原点として設定してもよい。あるいは、樹木列２０Ｒの端が検出されたときの作業車両１００の位置から所定の方向に所定の距離だけシフトした位置を旋回座標系の原点として設定してもよい。

　図１０Ｂには、樹木列２０Ｒの端が検出されたときの作業車両１００の位置を原点とする旋回座標系Σｔが例示されている。この例における旋回座標系Σｔは、原点から、作業車両１００の進行方向に延びるｙ軸と、水平面に平行かつｙ軸に垂直な方向に延びるｘ軸とによって規定される。制御装置１８０は、旋回座標系Σｔを設定すると、障害物マップ４０に基づいて、２つの樹木列２０Ｒ、２０Ｌの間隔（すなわち２つの近似直線４１Ｒ、４１Ｌの間隔）Ｌｇを推定し、間隔Ｌｇの整数倍（ただし０を除く）を、目標地点Ｐのｘ座標値ｐｘとして設定する。すなわち、ｎを０以外の整数として、ｐｘ＝Ｌｇ×ｎの演算を行うことによって目標地点Ｐのｘ座標値ｐｘを決定する。なお、樹木列の間隔Ｌｇは予め設定された固定値であってもよい。図１０Ｂの例では、ｎ＝２であり、ｐｘ＝２Ｌｇである。ｎ＝１の場合、作業車両１００は、隣の樹木列間の通路に向かって旋回する。ｎ＝２の場合、作業車両１００は、２つ隣の樹木列間の通路に向かって旋回する。整数ｎは、例えば作業車両１００の最小旋回半径と、樹木列の間隔Ｌｇとに基づいて設定され得る。最小旋回半径の２倍（直径）が樹木列の間隔Ｌｇ以下である場合、ｎは１以上の整数に設定され得る。最小旋回半径の２倍がＬｇよりも大きく２Ｌｇ以下の場合、ｎは２以上の整数に設定され得る。このように、ｋを１以上の整数として、最小旋回半径の２倍が、Ｌｇ×（ｋ－１）よりも大きく、Ｌｇ×ｋ以下の場合、ｎはｋ以上の整数に設定され得る。ｎは３以上の整数に設定されてもよい。なお、作業車両１００が左に旋回する場合、ｎは負の整数に設定される。係数ｎは、例えばユーザによって予め設定され得る。

　図１０Ｂの例において、制御装置１８０は、旋回座標系Σｔにおける樹木列２０Ｒの端のｙ座標値に基づいて、目標地点Ｐのｙ座標値を設定する。例えば、制御装置１８０は、旋回座標系Σｔにおける樹木列２０Ｒの端のｙ座標値を、目標地点Ｐのｙ座標値ｐｙとして設定してもよい。あるいは、樹木列２０Ｒの端のｙ座標値に所定量を加算または減算した値を、目標地点Ｐのｙ座標値ｐｙとして設定してもよい。

　このように、制御装置１８０は、障害物マップ４０に基づいて、旋回座標系Σｔを設定し、樹木列２０Ｒ、２０Ｌの長さＬｒ、Ｌｌおよび樹木列の間隔Ｌｇを算出し、それらの値に基づいて、次に走行する樹木列間の通路の入口である目標地点を決定する。

　ここで、図１１から図１３を参照しながら、旋回座標系および目標地点Ｐの位置を決定する処理をより具体的に説明する。図１１は、旋回座標系および目標地点Ｐのｙ座標値ｐｙを決定する処理の一例を示すフローチャートである。図１２は、目標地点Ｐのｘ座標値ｐｘを決定する処理の一例を示すフローチャートである。図１３は、目標地点Ｐを決定する処理において用いられるパラメータの例を示す図である。

　図１１の例において、制御装置１８０は、まずステップＳ１０１において、センサデータに基づいて障害物マップ４０を生成する。制御装置１８０は、前述のように、センサデータから、所定の空間範囲の部分を抽出することによって障害物マップ４０を生成する。続くステップＳ１０２において、制御装置１８０は、障害物マップ４０にハフ変換等の処理を行うことにより、図１３に示すように、作業車両１００の左右の樹木列に対応する線分ｆｒ（ｕ，ｖ）およびｆｌ（ｕ，ｖ）を決定する。ここで（ｕ，ｖ）は、車両座標系における座標を表す。続くステップＳ１０３において、制御装置１８０は、旋回方向（右または左）に関する情報を取得する。旋回方向（右または左）は、予め設定されており、記憶装置１７０にその情報が格納されている。

　ステップＳ１０４において、制御装置１８０は、障害物マップ４０の長さＬｈと、旋回方向側の樹木列に対応する線分の長さＬｒまたはＬｌとの差Ｌｅを算出する（図１０Ａ参照）。続くステップＳ１０５において、制御装置１８０は、差Ｌｅが閾値よりも大きいか否かを判定する。差Ｌｅが閾値以下である場合、ステップＳ１０１に戻る。差Ｌｅが閾値よりも大きい場合、ステップＳ１０６に進む。

　ステップＳ１０６において、制御装置１８０は、そのときの作業車両１００の位置を原点とする旋回座標系Σｔを設定する。続くステップＳ１０７において、制御装置１８０は、旋回方向側の樹木列に対応する線分の長さＬｒまたはＬｌを、目標地点Ｐのｙ座標値ｐｙとして設定する。なお、障害物マップ４０において、作業車両１００の位置が障害物マップ４０の中央下端部からずれている場合は、そのずれを考慮してｐｙが設定される。いずれの場合も、旋回方向側にある樹木列の端のｙ座標値以上の値が、目標地点Ｐのｙ座標値として設定され得る。

　以上の動作により、旋回座標系および目標地点Ｐのｙ座標値ｐｙが決定される。

　次に、図１２を参照しながら、目標地点Ｐのｘ座標値ｐｘを決定する方法の具体例を説明する。図１２に示す動作は、図１１に示す動作の前後のいずれのタイミングで行われてもよい。

　図１２の例において、制御装置１８０は、まずステップＳ２０１において、旋回方向（右または左）および何列先に旋回するか（前述の係数ｎ）に関する情報を取得する。旋回方向（右または左）および何列先に旋回するかは、予め設定されており、記憶装置１７０にその情報が格納されている。

　続くステップＳ２０２において、制御装置１８０は、樹木列の間隔Ｌｇが設定済みであるか否かを判定する。樹木列の間隔Ｌｇが予め設定されている場合は、ステップＳ２０６に進む。樹木列の間隔Ｌｇが設定されていない場合は、ステップＳ２０３に進む。

　ステップＳ２０３において、制御装置１８０は、障害物マップ４０から左右の樹木列に対応する線分ｆｒ（ｕ，ｖ）およびｆｌ（ｕ，ｖ）を決定する。なお、図１１に示すステップＳ１０２において既に線分ｆｒ（ｕ，ｖ）およびｆｌ（ｕ，ｖ）が決定されている場合、ステップＳ２０３は省略され得る。

　続くステップＳ２０４において、制御装置１８０は、計算エリア長Ｌｃおよび計算の分解能を決定する。計算エリア長Ｌｃは、作業車両１００の現在の位置から、進行方向に向かってどの程度の長さの範囲を計算の対象にするかを示す数値である。分解能は、計算エリア長においてどの程度の空間分解能で計算を行うかを示す数値である。計算エリア長Ｌｃおよび分解能は、予め設定された固定値であってもよいし、ユーザによって設定されてもよい。

　ステップＳ２０５において、制御装置１８０は、線分ｆｒ（ｕ，ｖ）およびｆｌ（ｕ，ｖ）のそれぞれと、作業車両１００の基準位置との距離（「横方向距離」と称する。）を計算エリア長Ｌｃにわたって平均化して平均値Ｌｗｒ、Ｌｗｌを計算する。さらに、制御装置１８０は、ＬｗｒとＬｗｌとの和Ｌｇを計算し、それを樹木列間隔とする。

　ステップＳ２０６において、制御装置１８０は、樹木列間隔Ｌｇに係数ｎを乗じて、目標地点Ｐのｘ座標値ｐｘを計算する。すなわち、ｐｘ＝Ｌｇ×ｎの計算を行い、ｐｘを決定する。

　続くステップＳ２０７において、制御装置１８０は、旋回方向が右であるか左であるかを判定する。旋回方向が右である場合は、ステップＳ２０６で計算したｐｘを目標地点Ｐのｘ座標値とする。旋回方向が左である場合は、ステップＳ２０８に進み、ｐｘに－１を乗じた値を目標地点Ｐのｘ座標値とする。

　以上の動作により、目標地点Ｐのｘ座標値ｐｘを決定することができる。

　制御装置１８０は、列間走行モードにおいて旋回座標系Σｔおよび旋回の目標地点Ｐを設定した後、旋回走行モードに切り替える。制御装置１８０は、座標系Σｔおよび目標地点Ｐを設定した後、ＬｉＤＡＲセンサ１４０から出力されるセンサデータに基づいて、旋回が可能であるか否かを判定する。制御装置１８０は、旋回が可能であると判定した場合、旋回走行モードに切り替える。例えば、制御装置１８０は、列間走行モードにおいて座標系Σｔおよび目標地点Ｐを設定した後、センサデータに基づいて、旋回に必要なスペースがあり、かつ作業車両１００（インプルメント３００が装着されている場合、インプルメント３００も含む）が旋回方向側の樹木列２０Ｒの端を通過したと判定した場合、旋回走行モードに切り替える。

　図１４は、旋回走行モードにおける作業車両１００の動作を説明するための図である。旋回走行モードにおいて、制御装置１８０は、旋回座標系Σｔ上で旋回経路４６を設定し、ＬｉＤＡＲセンサ１４０から逐次出力されるセンサデータに基づいて座標系Σｔ上で自己位置推定を行いながら旋回経路４６に沿って作業車両１００を走行させる。制御装置１８０は、例えば、作業車両１００が旋回方向側の樹木列２０Ｒの端を抜けた地点Ｐ０と、旋回の目標地点Ｐとを結ぶ円弧状の経路を旋回経路４６として設定する。旋回経路４６は、複数のウェイポイントによって規定される。各ウェイポイントは、位置および向きの情報を含み得る。

　図１４の例では、各樹木列の端と、果樹園の境界４８との間の枕地５０のスペースが十分に広く、旋回が可能である。このような場合、制御装置１８０は、センサデータに基づいて作業車両１００の自己位置推定を行いながら、旋回経路４６に沿って作業車両１００を走行させる。自己位置推定には、例えばＳＬＡＭ等のアルゴリズムが用いられ得る。制御装置１８０は、逐次生成した障害物マップ４０を繋ぎ合わせて比較的広い範囲の環境地図を作成し、環境地図とセンサデータとのマッチングを行うことによって作業車両１００の自己位置推定（すなわち位置および向きの推定）を行ってもよい。マッチングは、例えばＮＤＴ（Normal Distribution Transform）またはＩＣＰ（Iterative Closest Point）などの任意のマッチングアルゴリズムを用いて実行され得る。制御装置１８０は、作業車両１００の位置および向きと、旋回経路４６における各ウェイポイントの位置および向きとのずれを小さくするように制御する。これにより、作業車両１００は、旋回経路４６に沿って目標地点Ｐに向かって旋回する。一方、枕地５０に旋回のための十分なスペースがない場合、制御装置１８０は、作業車両１００を停止させたり、監視用の端末装置４００に警告を送信したりしてもよい。

　次に、図１５を参照しながら、本実施形態における作業車両１００の走行制御方法をより詳細に説明する。

　図１５は、制御装置１８０による走行制御方法の具体例を示すフローチャートである。制御装置１８０は、図１５に示すステップＳ３０１からＳ３２１の動作を実行することにより、作業車両１００を複数の樹木列の間で自動走行させることができる。以下、各ステップの動作を説明する。

　初期状態において、作業車両１００は、図７Ａまたは図７Ｂに示すように、最初の樹木列間の通路の入口に位置しているものとする。制御装置１８０は、自動走行開始の指令を受けると、ステップＳ３０１の動作を開始する。

　ステップＳ３０１において、制御装置１８０は、列間走行モードで作業車両１００を走行させる。列間走行モードにおいて、制御装置１８０は、以下の動作を実行する。まず、制御装置１８０は、ＬｉＤＡＲセンサ１４０から出力されるセンサデータに基づいて、障害物マップ４０を生成する。次に、障害物マップ４０から、作業車両１００の両側に位置する隣り合う２つの樹木列の近似直線を算出する。近似直線は、例えば障害物マップ４０に対してハフ変換を行い、作業車両１００の近傍において進行方向に近い方向に延びる２本の線分を抽出することによって算出され得る。制御装置１８０は、２つの近似直線から等距離にある位置に複数のウェイポイントを設定することによって目標経路を設定する。なお、作業車両１００に装着されたインプルメント３００によって作業が行われる位置が左右の一方に偏っている場合は、２つの近似直線から等距離にある位置からシフトした位置に目標経路を設定してもよい。制御装置１８０は、作業車両１００の位置および向きが目標経路の位置および方向からずれている場合には、ずれを小さくするように操舵制御を行う。これにより、樹木列間の目標経路に沿って作業車両１００を走行させることができる。なお、走行中に障害物が目標経路上またはその周辺に検出された場合、制御装置１８０は、作業車両１００を停止させたり、障害物を回避するように目標経路を途中で変更したりしてもよい。このとき、制御装置１８０は、監視用の端末装置４００に警告を送信してもよい。

　ステップＳ３０２において、制御装置１８０は、障害物マップ４０に基づいて、樹木列端を検出する処理を実行する。制御装置１８０は、まず、障害物マップ４０に対してハフ変換を行って抽出した２つの近似直線の長さＬｒ、Ｌｌ（図１０Ａ参照）を求める。次に、制御装置１８０は、障害物マップ４０の長さＬｈと、２つの近似直線のうち、旋回方向に対応する近似直線の長さＬｒまたはＬｌとの差Ｌｅが、予め設定された閾値を超えるか否かを判定する。差Ｌｅが閾値を超える場合、樹木列の端が検出されたと判定される。樹木列の端が検出されるまで、ステップＳ３０１、Ｓ３０２の動作が繰り返される。樹木列の端が検出されると、ステップＳ３０３に進む。

　ステップＳ３０３において、制御装置１８０は、端が検出された樹木列が最後の樹木列であるか否かを判定する。樹木列が最後の樹木列であるか否かは、予め記憶装置１７０に記憶された樹木列の分布または列数に関する情報に基づいて判定され得る。端が検出された樹木列が最後の樹木列である場合、制御装置１８０は、作業車両１００による作業走行を終了する。端が検出された樹木列が最後の樹木列でない場合、ステップＳ３０４に進む。

　ステップＳ３０４において、制御装置１８０は、旋回座標系Σｔを設定する。図１０Ｂおよび図１１を参照して説明したように、旋回方向側の樹木列の端が検出された時点の作業車両１００の位置を原点として、作業車両１００の進行方向に垂直なｘ軸、および進行方向に平行なｙ軸によって規定される座標系が旋回座標系Σｔとして設定される。

　ステップＳ３０５において、制御装置１８０は、旋回座標系Σｔにおける旋回の目標地点Ｐの座標（ｐｘ，ｐｙ）を設定する。図１０Ｂに示すように、目標地点Ｐのｘ座標値ｐｘは、樹木列の間隔Ｌｇに整数ｎを乗じた値に設定され得る。目標地点Ｐのｙ座標値ｐｙは、旋回方向側の樹木列の端のｙ座標値またはそれ以上の値に設定され得る。

　ステップＳ３０６において、制御装置１８０は、作業車両１００が旋回方向側の樹木列を抜けたか否かを判定する。図１６を参照しながら、この判定処理の例を説明する。図１６は、作業車両１００が樹木列を抜けた状況の例を示している。制御装置１８０は、センサデータ（または障害物マップ）に基づいて、作業車両１００の後端部（インプルメント３００が装着されている場合、インプルメント３００の後端部）から、旋回方向側（図の例では右）の真横に存在する物体までの距離Ｌｓｒを求める。制御装置１８０は、Ｌｓｒと、旋回方向側の樹木列までの距離Ｌｗｒとの差（Ｌｓｒ－Ｌｗｒ）が閾値を超える状態が所定距離以上続いたとき、作業車両１００が旋回方向側の樹木列を抜けたと判定することができる。あるいは、制御装置１８０は、障害物マップ４０において、作業車両１００の後端部のｖ座標値（図１３参照）が旋回方向側の樹木列の先端のｖ座標値よりも大きくなったとき、作業車両１００が旋回方向側の樹木列を抜けたと判定してもよい。作業車両１００は、旋回方向側の樹木列を抜けるまで、樹木列間の走行を継続し、ステップＳ３０６の判定を繰り返す。作業車両１００が旋回方向側の樹木列を抜けたと判定すると、ステップＳ３０７に進む。

　ステップＳ３０７において、制御装置１８０は、旋回に必要な広さのスペースがあるか否かを判定する。この判定は、障害物マップ４０に基づいて行われ得る。図１４に示すように、圃場の境界４８と樹木列との間の枕地５０が、旋回が可能な程度に広く、旋回を妨げる障害物がない場合、旋回に必要な広さのスペースがあると判定される。圃場の境界４８の位置（例えば緯度および経度）は、例えば事前にユーザによって設定され、記憶装置１７０に記録され得る。制御装置１８０は、例えば、目標地点Ｐの位置と、旋回開始地点Ｐ０の位置と、作業車両１００およびインプルメント３００のサイズとに基づいて、旋回に必要な領域を決定する。制御装置１８０は、その領域が境界４８を超えず、かつ当該領域内に障害物が検出されなければ、旋回に必要な広さのスペースがあると判定することができる。旋回に必要な広さのスペースがない場合、ステップＳ３２１に進み、制御装置１８０は、作業車両１００を停止させる。このとき、監視用の端末装置４００等の外部の装置に警告信号を送信してもよい。旋回に必要な広さのスペースがある場合、ステップＳ３０８に進む。

　ステップＳ３０８において、制御装置１８０は、旋回経路４６を設定し、列間走行モードから旋回走行モードに移行する。旋回経路４６は、図１４に示すように点Ｐ０と点Ｐとを結ぶ円弧状の経路でもよいし、他の軌道を有する経路でもよい。制御装置１８０は、旋回経路４６に沿って作業車両１００が走行するように作業車両１００の操舵制御を行う。例えば、制御装置１８０は、センサデータと、既に作成された障害物マップとに基づいて、旋回座標系Σｔにおける作業車両１００の位置および向きを推定しながら旋回の制御を行ってもよい。作業車両１００の位置および向きの推定には、ＧＮＳＳ受信機１１１から出力された信号、および／またはＩＭＵ１１５から出力された信号が利用されてもよい。枕地５０では人または他の車両等が通行する可能性があるので、接触を避けるために、制御装置１８０は、旋回中の作業車両１００の走行速度を、列間走行時における走行速度よりも低く抑えてもよい。旋回中に障害物が検出された場合、制御装置１８０は、作業車両１００を停止させたり、障害物を回避するように旋回経路４６を途中で変更したりしてもよい。

　ステップＳ３０９において、制御装置１８０は、作業車両１００が目標地点Ｐに到達したか否かを判定する。作業車両１００が目標地点に到達していない場合、旋回走行を継続する。作業車両１００が目標地点に到達した場合、ステップＳ３１０に進み、制御装置１８０は、列間走行モードに移行する。以後、ステップＳ３０１に戻り、同様の動作が繰り返される。

　以上の動作により、作業車両１００は、樹木列間の走行および旋回を自動で行うことができる。本実施形態によれば、樹木列の端が検出された場合に、旋回座標系および目標地点が設定され、旋回座標系に基づいて旋回経路に沿った走行制御が行われる。これにより、走行列の変更のための旋回を円滑に行うことが可能になる。果樹園または森林のように、ＧＮＳＳによる測位が難しい環境、あるいはセンサデータと予め作成された環境地図とのマッチングによる自己位置推定が難しい環境においても、樹木列間の自動走行を円滑に行うことが可能になる。

　図１５に示す例では、ステップＳ３０５において旋回の目標地点が設定されると、旋回が終了するまで目標地点が維持される。このような動作は、図１４に示すように、どの樹木列も端のｙ方向の位置が揃っている場合に有効である。しかし、樹木列の端のｙ方向の端が揃っていない場合、設定後に目標地点の修正が必要になる場合がある。例えば、目標地点Ｐに向かう旋回経路上またはその近傍に他の樹木列が存在する場合、目標地点Ｐを変更しなければ、作業車両１００またはインプルメント３００が当該他の樹木列に接触してしまう場合がある。そのような場合を想定して、制御装置１８０は、目標地点Ｐの設定後、センサデータに基づいて目標地点Ｐを必要に応じて修正する処理を行ってもよい。

　図１７Ａは、目標地点Ｐを修正する動作の一例を示す図である。図中の扇形は、ＬｉＤＡＲセンサ１４０のセンシングの範囲の例を模式的に示している。この例では、右に位置する樹木列ほど、ｙ方向において樹木が占める領域の範囲が長い。そのため、目標地点Ｐが設定された後、作業車両１００が樹木列２０Ｒの端を抜ける前に、樹木列２０Ｒの右に位置する他の樹木列２０Ｃの端が検出される。このような場合、制御装置１８０は、目標地点Ｐのｙ座標値を、他の樹木列２０Ｃの端のｙ座標値以上の値に修正する。これに伴い、制御装置１８０は、旋回経路を、図中の黒丸で示されている経路から、白丸で示されている経路に修正する。これにより、作業車両１００またはインプルメント３００と他の樹木列２０Ｃとの接触を回避することができる。

　図１７Ｂは、目標地点Ｐを修正する動作の他の例を示す図である。この例では、目標地点Ｐが設定され、作業車両１００が樹木列２０Ｒの端を超えて旋回を開始した後、樹木列２０Ｒの右に位置する他の樹木列２０Ｃが検出される。この場合、制御装置１８０は、旋回の途中で、目標地点Ｐのｙ座標値を、他の樹木列２０Ｃの端のｙ座標値以上の値に修正する。これに伴い、制御装置１８０は、旋回経路４６を、図中の黒丸で示されている経路から、白丸で示されている経路に修正する。これにより、作業車両１００またはインプルメント３００と他の樹木列２０Ｃとの接触を回避することができる。

　図１７Ａおよび図１７Ｂに示す動作を行うにあたり、制御装置１８０は、旋回座標系Σｔを設定した後、障害物マップ４０のサイズを拡大してもよい。障害物マップ４０のサイズを拡大することにより、他の樹木列２０Ｃなどの障害物を検出し易くなる。

　図１８Ａは、拡大された障害物マップ４０を用いて目標地点Ｐを修正する動作の例を説明するための図である。この例では、障害物マップ４０の横方向のサイズが前述の例におけるサイズの１．５倍に拡大されている。横方向だけでなく縦方向のサイズも拡大されてもよい。拡大率は１．５倍に限らず、例えば２倍以上であってもよい。制御装置１８０は、障害物マップ４０の範囲内に存在する物体を障害物として検出する。障害物マップ４０のサイズを拡大することにより、障害物として検出される物体の空間的な範囲が拡大される。

　図１８Ａの例では、作業車両１００は、旋回方向側（右側）において最も近い樹木列２０Ｒの端を抜ける前に、その右に位置する他の樹木列２０Ｃを障害物マップ４０に基づいて検出する。制御装置１８０は、障害物マップ４０にハフ変換等の処理を行うことにより、樹木列２０Ｃに対応する線分を抽出する。この線分の長さをＬｃとする。制御装置１８０は、作業車両１００の位置から旋回方向側において、作業車両１００に最も近い樹木列２０Ｒまでの距離Ｌｗｒよりも離れた位置に、ｙ軸にほぼ平行で所定の長さを超える長さの線分を検出した場合、目標地点Ｐのｙ座標値ｐｙを更新する。具体的には、制御装置１８０は、旋回座標系Σｔにおける原点からの作業車両１００の移動距離Ｌｔに、検出された線分の長さＬｃを加算した値を、目標地点Ｐのｙ座標値とする。これにより、目標地点Ｐが適切に修正される。

　図１８Ｂは、目標地点を修正する動作の他の例を説明するための図である。この例では、作業車両１００は、旋回走行中に他の樹木列２０Ｃを検出した場合に、目標地点Ｐを修正する。制御装置１８０は、旋回走行中、障害物マップ４０内で、旋回座標系Σｔにおけるｘ座標値が目標地点Ｐのｘ座標値ｐｘよりも小さい位置に、所定の長さを超える長さの線分を検出した場合、目標地点Ｐのｙ座標値ｐｙを更新する。具体的には、制御装置１８０は、車両座標系で表される障害物マップ４０における当該線分の端の位置座標（ｕ１，ｖ１）を、旋回座標系Σｔにおける位置座標（ｘ１，ｙ１）に変換する。制御装置１８０は、目標地点Ｐのｙ座標値ｐｙを、樹木列２０Ｃの端のｙ座標値ｙ１以上の値に修正する。これにより、目標地点Ｐが適切に修正される。

　図１９は、上記の目標地点Ｐの修正処理を行う場合における制御装置１８０の動作の例を示すフローチャートである。図１９に示すフローチャートは、ステップＳ３３１、Ｓ３３２、Ｓ３４１、Ｓ３４２が追加されている点を除き、図１５に示すフローチャートと同じである。

　図１９の例では、ステップＳ３０６において、樹木列をまだ抜けていないと判定された場合、ステップＳ３３１に進む。ステップＳ３３１において、制御装置１８０は、障害物マップに基づいて、旋回を妨げる他の樹木列があるか否かを判定する。旋回を妨げる他の樹木列がない場合、ステップＳ３０６に戻る。旋回を妨げる他の樹木列がある場合、ステップＳ３３２に進む。ステップＳ３３２において、制御装置１８０は、目標地点を修正する。ステップＳ３３１における判定方法およびステップＳ３３２における目標地点の修正方法は、図１７Ａおよび図１８Ａを参照して説明したとおりである。ステップＳ３３１、Ｓ３３２の処理を追加することにより、旋回前に目標地点のｙ座標値を必要に応じて修正することができる。

　図１９の例では、ステップＳ３０８において旋回走行モードに移行した後、ステップＳ３４１に進む。ステップＳ３４１において、制御装置１８０は、障害物マップに基づいて、旋回を妨げる他の樹木列があるか否かを判定する。旋回を妨げる他の樹木列がない場合、ステップＳ３０９に進む。旋回を妨げる他の樹木列がある場合、ステップＳ３４２に進む。ステップＳ３４２において、制御装置１８０は、目標地点を修正する。ステップＳ３４１における判定方法およびステップＳ３４２における目標地点の修正方法は、図１７Ｂおよび図１８Ｂを参照して説明したとおりである。制御装置１８０は、目標地点の位置の修正に伴い、旋回経路も修正する。ステップＳ３４１、Ｓ３４２の処理を追加することにより、旋回中に目標地点のｙ座標値を必要に応じて修正し、作業車両１００またはインプルメント３００が他の樹木列に接触することを回避することができる。

　以上のように、制御装置１８０は、旋回前または旋回走行中にセンサデータに基づいて、作業車両１００の両側に位置する２つの樹木列以外の他の樹木列の端を検出した場合に、当該他の樹木列の端と目標地点Ｐとの位置関係に応じて、目標地点Ｐの位置を修正してもよい。例えば、制御装置１８０は、旋回走行中にセンサデータに基づいて他の樹木列の端を検出し、かつ、旋回座標系Σｔにおいて、他の樹木列の端のｘ座標値が目標地点のｘ座標値よりも小さく、他の樹木列の端のｙ座標値が目標地点のｙ座標値よりも大きい場合、目標地点のｙ座標値を、他の樹木列の端のｙ座標値以上の値で更新してもよい。

　上記の例では、目標地点Ｐが修正されるが、目標地点Ｐを修正することなく、旋回経路４６を修正することによって他の樹木列との接触を回避してもよい。例えば、制御装置１８０は、旋回経路を設定した後、センサデータに基づいて隣接する２つの樹木列以外の他の樹木列を検出した場合、他の樹木列と旋回経路との位置関係に応じて、旋回経路を修正してもよい。

　図２０は、目標地点Ｐを維持したまま旋回経路４６が修正される例を示す図である。この例では、制御装置１８０は、旋回中にセンサデータに基づいて、旋回経路４６上またはその近傍に他の樹木列２０Ｃを検出すると、目標地点Ｐを修正せずに旋回経路４６を修正する。他の樹木列２０Ｃと目標地点Ｐとの位置関係によっては、目標地点Ｐを修正することなく、旋回経路４６の修正だけで作業車両１００と他の樹木列２０Ｃとの接触を回避することができる。その場合には、図２０に示す動作を適用することが有効である。

　旋回走行の目標地点を設定する方法は、上記の方法に限定されず、他の方法を採用してもよい。例えば、作物列の高さが低く、ＬｉＤＡＲセンサ１４０を用いて旋回先の走行路の周辺環境をセンシングできる場合は、センサデータに基づいて環境地図を生成し、当該環境地図に基づいて目標地点を設定してもよい。以下、そのような動作の例を説明する。

　図２１は、環境地図に基づいて目標地点を設定する方法の一例を示すフローチャートである。図２１に示すフローチャートは、図１１に示すフローチャートにおけるステップＳ１０６、Ｓ１０７が、ステップＳ４０６、Ｓ４０７、Ｓ４０８に置換されたものである。ステップＳ１０１からＳ１０５の動作は、図１１における対応するステップの動作と同じである。

　図２１の例では、ステップＳ１０５において障害物マップの長さＬｈと、旋回方向側の樹木列に対応する線分の長さＬｒまたはＬｌとの差Ｌｅが閾値よりも大きいと判定されると、ステップＳ４０６に進む。ステップＳ４０６において、制御装置１８０は、作業車両１００の位置を原点とする旋回座標系を設定し、環境地図の生成を開始する。環境地図は、旋回座標系で表現された点群地図または占有格子地図であり得る。環境地図は、逐次生成されるセンサデータ（または障害物マップ）を座標変換した上でつなぎ合わせる処理によって生成され得る。環境地図の生成には、例えばＳＬＡＭ等のアルゴリズムが用いられ得る。

　続くステップＳ４０７において、制御装置１８０は、作業車両１００が旋回方向側の樹木列の端を抜けたか否かを判定する。この判定処理は、図１５に示すステップＳ３０６に示す処理と同じである。作業車両１００が旋回方向側の樹木列の端を抜けたと判定されるまで、作業車両１００は樹木列間を走行しながらセンサデータに基づいて環境地図の生成を継続する。作業車両１００が旋回方向側の樹木列の端を抜けたと判定されると、ステップＳ４０８に進む。

　ステップＳ４０８において、制御装置１８０は、旋回座標系で表現された環境地図に基づいて目標地点の位置（ｐｘ，ｐｙ）を設定する。制御装置１８０は、例えば、予め設定された旋回方向および何列先に旋回するか（ｎ）に関する情報と、環境地図から推定される樹木列の間隔とに基づいて、目標地点のｘ座標値ｐｘを設定することができる。制御装置１８０は、さらに、環境地図が示す樹木列の分布に基づいて、目標地点のｙ座標値ｐｙを設定することができる。例えば、次の列間走行の走行路から見て、作業車両１００の側に位置し、当該走行路に最も近い樹木列の先端のｙ座標値以上の値に目標地点のｙ座標値ｐｙが設定され得る。

　ステップＳ４０８の後、制御装置１８０は、そのときの作業車両１００の位置から目標地点の位置（ｐｘ、ｐｙ）に向かう旋回経路を設定して、作業車両１００を旋回経路に沿って走行させる。例えば、制御装置１８０は、センサデータと、環境地図とのマッチングによって自己位置推定を行いながら、作業車両１００の位置および向きと旋回経路とのずれを最小化するように操舵制御を行う。これにより、作業車両１００を目標地点に向かって旋回させることができる。

　［３．他の実施形態］
　以上の実施形態において、作業車両が備える１つ以上の外界センサは、レーザビームのスキャンによって２次元または３次元の点群データをセンサデータとして出力するＬｉＤＡＲセンサである。しかし、外界センサはそのようなＬｉＤＡＲセンサに限定されない。例えば、フラッシュ型のＬｉＤＡＲセンサ、またはイメージセンサなどの他の種類のセンサを利用してもよい。そのような他の種類のセンサを、スキャン型のＬｉＤＡＲセンサと組み合せて利用してもよい。

　以上の実施形態では、作業車両は、果樹園における複数の樹木列の間で自動走行を行うが、作業車両は、樹木列以外の作物列の間を自動走行する用途で使用されてもよい。例えば、畑における複数の作物列の間を自動走行するトラクタ等の作業車両に本開示の技術を適用してもよい。

　以上の実施形態における作業車両の自動走行に必要な処理を実行する装置を、それらの機能を有しない作業車両に後から取り付けることもできる。例えば、複数の作物列の間を走行する作業車両の動作を制御する制御ユニットを、当該作業車両に取り付けて使用することができる。

　以上のように、本開示は、以下の項目に記載の作業車両、および作業車両の制御方法を含む。

　［項目１］
　複数の作物列の間で自動走行を行う作業車両であって、
　前記作業車両の周辺の地物の分布を示すセンサデータを出力する外界センサと、
　前記作業車両の自動走行を制御する制御装置と、
を備え、
　前記制御装置は、
　前記センサデータに基づいて前記作業車両の両側に存在する２つの作物列を検出し、
　前記２つの作物列の間の経路に沿って前記作業車両を走行させ、
　走行中、前記センサデータに基づいて、前記２つの作物列のうち、少なくとも旋回方向に対応する側の作物列の端を検出した場合、旋回走行のための、地面に対して固定された座標系、および前記旋回走行の目標地点を設定し、
　前記座標系に基づいて、前記目標地点に向かう前記旋回走行を制御する、
　作業車両。

　［項目２］
　前記制御装置は、
　前記作業車両が前記２つの作物列の間を走行している間、前記センサデータに基づいて、所定の長さおよび幅を有する障害物マップを逐次生成し、
　前記障害物マップに基づいて、前記２つの作物列のうち、前記旋回方向に対応する側の作物列の前記障害物マップ内での長さを推定し、
　前記障害物マップの長さと、前記作物列の前記障害物マップ内での長さとの差に基づいて、前記作物列の端を検出する、
　項目１に記載の作業車両。

　［項目３］
　前記制御装置は、前記障害物マップの長さと、前記作物列の前記障害物マップ内での長さとの差が閾値を超えたとき、前記作物列の端が検出されたと判定する、項目２に記載の作業車両。

　［項目４］
　前記制御装置は、前記作物列の端が検出されたときの前記作業車両の位置に基づいて前記座標系の原点を決定する、項目１から３のいずれかに記載の作業車両。

　［項目５］
　前記座標系は、前記原点から、前記２つの作物列の間を走行する前記作業車両の進行方向に延びるｙ軸と、水平面に平行かつ前記ｙ軸に垂直な方向に延びるｘ軸とによって規定され、
　前記制御装置は、前記センサデータに基づいて、前記２つの作物列の間隔を推定し、
　前記間隔の整数倍を、前記目標地点のｘ座標値として設定する、
　項目４に記載の作業車両。

　［項目６］
　前記座標系は、前記原点から、前記２つの作物列の間を走行する前記作業車両の進行方向に延びるｙ軸と、水平面に平行かつ前記ｙ軸に垂直な方向に延びるｘ軸とによって規定され、
　前記制御装置は、前記座標系における前記作物列の端のｙ座標値を、前記目標地点のｙ座標値として設定する、項目４に記載の作業車両。

　［項目７］
　前記制御装置は、前記座標系における前記作物列の端のｙ座標値を、前記目標地点のｙ座標値として設定する、項目５に記載の作業車両。

　［項目８］
　前記制御装置は、前記目標地点を設定した後、前記センサデータに基づいて他の作物列の端を検出した場合、前記他の作物列の端と前記目標地点との位置関係に応じて、前記目標地点の位置を修正する、項目１から７のいずれかに記載の作業車両。

　［項目９］
　前記制御装置は、前記目標地点を設定した後、前記センサデータに基づいて他の作物列の端を検出し、かつ、前記座標系において、前記他の作物列の端のｘ座標値が前記目標地点のｘ座標値よりも小さく、前記他の作物列の端のｙ座標値が前記目標地点のｙ座標値よりも大きい場合、前記目標地点のｙ座標値を、前記他の作物列の端のｙ座標値で更新する、項目８に記載の作業車両。

　［項目１０］
　前記制御装置は、
　前記２つの作物列の間の経路に沿って前記作業車両を走行させる列間走行モードと、枕地で前記作業車両を旋回させる旋回走行モードとで動作し、
　前記列間走行モードにおいて、前記外界センサから逐次出力される前記センサデータに基づいて、前記２つの作物列を検出して前記２つの作物列の間に前記経路を設定しながら前記作業車両を前記経路に沿って走行させ、
　前記旋回走行モードにおいて、前記座標系上で旋回経路を設定し、前記外界センサから逐次出力される前記センサデータに基づいて前記座標系上での自己位置を推定しながら前記旋回経路に沿って前記作業車両を走行させる、
　項目１から９のいずれかに記載の作業車両。

　［項目１１］
　前記制御装置は、前記列間走行モードにおいて前記座標系および前記目標地点を設定した後、前記旋回走行モードに切り替える、項目１０に記載の作業車両。

　［項目１２］
　前記制御装置は、前記列間走行モードにおいて前記座標系および前記目標地点を設定した後、前記センサデータに基づいて、旋回が可能であるか否かを判定し、旋回が可能であると判定した場合、前記旋回走行モードに切り替える、項目１１に記載の作業車両。

　［項目１３］
　前記制御装置は、前記列間走行モードにおいて前記座標系および前記目標地点を設定した後、前記センサデータに基づいて、前記旋回に必要なスペースがあり、かつ前記作業車両が前記作物列の端を通過したと判定した場合、前記旋回走行モードに切り替える、項目１１に記載の作業車両。

　［項目１４］
　前記制御装置は、前記目標地点を設定した後、前記センサデータに基づいて他の作物列を検出した場合、前記他の作物列と前記旋回経路との位置関係に応じて、前記旋回経路を修正する、項目１０に記載の作業車両。

　［項目１５］
　前記外界センサは、点群データを前記センサデータとして出力する１つ以上のＬｉＤＡＲセンサを含む、項目１から１４のいずれかに記載の作業車両。

　［項目１６］
　複数の作物列の間で自動走行を行う作業車両の制御方法であって、
　前記作業車両に搭載された外界センサから出力されたセンサデータに基づいて前記作業車両の両側に存在する２つの作物列を検出すること、
　前記２つの作物列の間の経路に沿って前記作業車両を走行させること、
　走行中、前記センサデータに基づいて、前記２つの作物列のうち、少なくとも旋回方向に対応する側の作物列の端を検出した場合、旋回走行のための、地面に対して固定された座標系、および前記旋回走行の目標地点を設定すること、および
　前記座標系に基づいて、前記目標地点に向かう前記旋回走行を制御すること、
　を含む制御方法。

　本開示の技術は、例えば果樹園、畑、または山林のように、複数の作物列（例えば樹木列）が存在する環境を移動するトラクタなどの作業車両に適用することができる。

　２０・・・樹木列、３０・・・目標経路、４０・・・障害物マップ、４１Ｒ、４１Ｌ・・・樹木列、４５・・・目標経路、４６・・・旋回経路、４８・・・境界、５０・・・枕地、８０・・・ネットワーク、１００・・・作業車両、１０１・・・車両本体、１０２・・・原動機、１０３・・・変速装置、１０４・・・車輪、１０５・・・キャビン、１０６・・・操舵装置、１０７・・・運転席、１０８・・・連結装置、１１０・・・ＧＮＳＳユニット、１１５・・・慣性計測装置、１１６・・・処理回路、１２０・・・カメラ、１３０・・・障害物センサ、１４０・・・ＬｉＤＡＲセンサ、１４１・・・レーザユニット、１４２・・・レーザ光源、１４３・・・光検出器、１４４・・・モータ、１４５・・・制御回路、１４６・・・信号処理回路、１４７・・・メモリ、１５０・・・センサ群、１５２・・・ステアリングホイールセンサ、１５４・・・切れ角センサ、１５６・・・車軸センサ、１６０・・・制御システム、１７０・・・記憶装置、１８０・・・制御装置、１８１～１８４・・・ＥＣＵ、１９０・・・通信装置、２００・・・操作端末、２１０・・・操作スイッチ群、２４０・・・駆動装置、３００・・・インプルメント、３４０・・・駆動装置、３８０・・・制御装置、３９０・・・通信装置、４００・・・端末装置

Claims

　複数の作物列の間で自動走行を行う作業車両であって、
　前記作業車両の周辺の地物の分布を示すセンサデータを出力する外界センサと、
　前記作業車両の自動走行を制御する制御装置と、
を備え、
　前記制御装置は、
　前記センサデータに基づいて前記作業車両の両側に存在する２つの作物列を検出し、
　前記２つの作物列の間の経路に沿って前記作業車両を走行させ、
　走行中、前記センサデータに基づいて、前記２つの作物列のうち、少なくとも旋回方向に対応する側の作物列の端を検出した場合、旋回走行のための、地面に対して固定された座標系、および前記旋回走行の目標地点を設定し、
　前記座標系に基づいて、前記目標地点に向かう前記旋回走行を制御する、
　作業車両。
　前記制御装置は、
　前記作業車両が前記２つの作物列の間を走行している間、前記センサデータに基づいて、所定の長さおよび幅を有する障害物マップを逐次生成し、
　前記障害物マップに基づいて、前記２つの作物列のうち、前記旋回方向に対応する側の作物列の前記障害物マップ内での長さを推定し、
　前記障害物マップの長さと、前記作物列の前記障害物マップ内での長さとの差に基づいて、前記作物列の端を検出する、
　請求項１に記載の作業車両。
　前記制御装置は、前記障害物マップの長さと、前記作物列の前記障害物マップ内での長さとの差が閾値を超えたとき、前記作物列の端が検出されたと判定する、請求項２に記載の作業車両。
　前記制御装置は、前記作物列の端が検出されたときの前記作業車両の位置に基づいて前記座標系の原点を決定する、請求項１から３のいずれかに記載の作業車両。
　前記座標系は、前記原点から、前記２つの作物列の間を走行する前記作業車両の進行方向に延びるｙ軸と、水平面に平行かつ前記ｙ軸に垂直な方向に延びるｘ軸とによって規定され、
　前記制御装置は、前記センサデータに基づいて、前記２つの作物列の間隔を推定し、
　前記間隔の整数倍を、前記目標地点のｘ座標値として設定する、
　請求項４に記載の作業車両。
　前記座標系は、前記原点から、前記２つの作物列の間を走行する前記作業車両の進行方向に延びるｙ軸と、水平面に平行かつ前記ｙ軸に垂直な方向に延びるｘ軸とによって規定され、
　前記制御装置は、前記座標系における前記作物列の端のｙ座標値を、前記目標地点のｙ座標値として設定する、請求項４に記載の作業車両。
　前記制御装置は、前記座標系における前記作物列の端のｙ座標値を、前記目標地点のｙ座標値として設定する、請求項５に記載の作業車両。
　前記制御装置は、前記目標地点を設定した後、前記センサデータに基づいて他の作物列の端を検出した場合、前記他の作物列の端と前記目標地点との位置関係に応じて、前記目標地点の位置を修正する、請求項１から３のいずれかに記載の作業車両。
　前記制御装置は、前記目標地点を設定した後、前記センサデータに基づいて他の作物列の端を検出し、かつ、前記座標系において、前記他の作物列の端のｘ座標値が前記目標地点のｘ座標値よりも小さく、前記他の作物列の端のｙ座標値が前記目標地点のｙ座標値よりも大きい場合、前記目標地点のｙ座標値を、前記他の作物列の端のｙ座標値で更新する、請求項８に記載の作業車両。
　前記制御装置は、
　前記２つの作物列の間の経路に沿って前記作業車両を走行させる列間走行モードと、枕地で前記作業車両を旋回させる旋回走行モードとで動作し、
　前記列間走行モードにおいて、前記外界センサから逐次出力される前記センサデータに基づいて、前記２つの作物列を検出して前記２つの作物列の間に前記経路を設定しながら前記作業車両を前記経路に沿って走行させ、
　前記旋回走行モードにおいて、前記座標系上で旋回経路を設定し、前記外界センサから逐次出力される前記センサデータに基づいて前記座標系上での自己位置を推定しながら前記旋回経路に沿って前記作業車両を走行させる、
　請求項１から３のいずれかに記載の作業車両。
　前記制御装置は、前記列間走行モードにおいて前記座標系および前記目標地点を設定した後、前記旋回走行モードに切り替える、請求項１０に記載の作業車両。
　前記制御装置は、前記列間走行モードにおいて前記座標系および前記目標地点を設定した後、前記センサデータに基づいて、旋回が可能であるか否かを判定し、旋回が可能であると判定した場合、前記旋回走行モードに切り替える、請求項１１に記載の作業車両。
　前記制御装置は、前記列間走行モードにおいて前記座標系および前記目標地点を設定した後、前記センサデータに基づいて、前記旋回に必要なスペースがあり、かつ前記作業車両が前記作物列の端を通過したと判定した場合、前記旋回走行モードに切り替える、請求項１１に記載の作業車両。
　前記制御装置は、前記目標地点を設定した後、前記センサデータに基づいて他の作物列を検出した場合、前記他の作物列と前記旋回経路との位置関係に応じて、前記旋回経路を修正する、請求項１０に記載の作業車両。
　前記外界センサは、点群データを前記センサデータとして出力する１つ以上のＬｉＤＡＲセンサを含む、請求項１から３のいずれかに記載の作業車両。
　複数の作物列の間で自動走行を行う作業車両の制御方法であって、
　前記作業車両に搭載された外界センサから出力されたセンサデータに基づいて前記作業車両の両側に存在する２つの作物列を検出すること、
　前記２つの作物列の間の経路に沿って前記作業車両を走行させること、
　走行中、前記センサデータに基づいて、前記２つの作物列のうち、少なくとも旋回方向に対応する側の作物列の端を検出した場合、旋回走行のための、地面に対して固定された座標系、および前記旋回走行の目標地点を設定すること、および
　前記座標系に基づいて、前記目標地点に向かう前記旋回走行を制御すること、
　を含む制御方法。