(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の作業を行う作業車両を所定区画の作業現場内で無人走行させることにより、この作業現場内に上記所定の作業を施す、作業車両の無人走行による無人作業方法であって、
上記作業を、作業現場の中央部を，枕地での１８０度旋回を行って直進作業を繰り返す往復直進作業と、この往復直進作業が行われる上記中央部を除く周辺部を回行し、枕地処理を含む処理を行う回り作業とに区分し、これら往復直進作業と回り作業とをそれぞれ行うべく、それぞれの作業経路を定めた、以下の（ａ）〜（ｄ）の要件を備える制御プログラムを作成し、
（ａ）上記往復直進作業と回り作業との優先順位
（ｂ）上記作業車両の諸元を含む条件に基づく、上記往復直進作業の開始点から終了点に至る折り返し行程数
（ｃ）同じく上記作業車両の諸元を含む条件に基づく、上記回り作業の開始点から終了点に至る周回数
（ｄ）上記所定の作業の開始及び終了に際し、上記作業車両を、この作業車両が位置する地点から目的とする地点に移動させる移動経路、
且つ、上記作業車両は、この作業車両の位置を検出する位置検出手段と、この作業車両の走行方向を検出する方位検出手段とを備え、上記位置検出手段と方位検出手段とによって時々刻々得られる位置情報と方位情報とに基づいて、上記制御プログラムに定められた上記作業経路に沿って無人走行を行うことにより、所定の作業を施す場合において、
上記作業車両に付与した舵角と、この舵角を付与することに伴う作業車両の位置情報及び方位情報のそれぞれの変化量とにより、作業車両に付与される舵角と得られる作業車両の旋回半径との関係式を求め、この関係式に基づいて上記往復直進作業時又は上記回り作業時における作業車両の舵角を制御する作業車両の無人走行による無人運転方法。
【請求項２】
上記作業車両に付与される舵角と得られる作業車両の旋回半径との関係式を、作業の進行によって逐時得られる上記舵角と上記旋回半径との関係を学習することにより、修正及び更新し、適正な舵角と旋回半径の関係を得られるようにした、請求項１に記載の作業車両の無人走行による無人作業方法。
【請求項３】
上記作業車両の走行状態を、直進走行ステージと、１８０度旋回ステージと、任意角度旋回ステージと、幅寄せステージとの４つのステージに区分し、上記位置検出手段と方位検出手段とによって時々刻々得られる位置情報と方位情報とに基づき、これら各ステージを適宣選択する場合に、
上記任意角度旋回ステージにおいて、作業車両の車輪が、作業現場外或いは既作業域へ進入することを防止すべく、作業現場に関する情報及び作業車両の諸元並びに作業車両の操舵角と旋回半径との関係から、このステージの開始点から前進旋回を行った場合の前車輪の到達位置や、周囲の既作業域までの距離を演算し、それらの位置や距離に基づき、必要に応じて、作業車両の舵角を付与しない状態での後進或いは舵角を付与した状態での後進を予め行い、この後、上記方位情報に基づく旋回を行う、請求項１又は２に記載の作業車両の無人走行による無人作業方法。
【請求項４】
上記幅寄せステージにおいて、このステージの開始点より幅寄せの目標終了点が前方にある場合で、必要幅寄せ量を前方向移動量で除した前方幅寄せ比を演算し、その比がある定数以上の場合は、予め後進幅寄せにより必要な幅寄せの一部を行った後に前進幅寄せを行って必要な幅寄せを完了し、その比がある定数以下の場合は、前進幅寄せのみにより必要な幅寄せを完了する、また、このステージの開始点より幅寄せの目標終了点が後方にある場合で、必要幅寄せ量を後方向移動量で除した後方幅寄せ比を演算し、その比がある定数以上の場合は、予め前進幅寄せにより必要な幅寄せの一部を行った後に後進幅寄せを行って必要な幅寄せを完了し、その比がある定数以下の場合は、後進幅寄せのみにより必要な幅寄せを完了する、請求項３に記載の作業車両の無人走行による無人作業方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明の作業車両の無人走行による無人作業方法は、トラクタ等の作業車両を無人走行させて、圃場、建設現場、土木作業現場等の所定区画の作業現場を、所望の状態に耕作、整地等するのに利用できる。特に、上記作業車両を無人走行させるための案内（ガイドレール）がなく、作業の種類や作業経路が種々存在する作業分野において、有効に利用できるものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、トラクタにより圃場内を耕作する場合、作業者の負担を軽減すべく、このトラクタを無人運転させて当該圃場を耕作する（無人作業を行う）ことが、従来から考えられ、又、実施されている。例えば、本出願人が平成８年２月に発行した「平成７年度事業報告」には、上記トラクタ等の作業車両の圃場内における位置や走行方位を検出し、これら検出値に基づいて上記作業車両を無人走行させ、無人作業を行う方法が記載されている。
このような従来の無人作業方法においては、圃場の周辺部をマニュアル運転（作業者が運転することによる走行。以下、ティーチング走行とする。）することによって得られる学習データ、或いは、前作業（これから行おうとする作業よりも以前に行った、当該作業現場における作業）の記録データにより得られる、圃場区画や基準走行方位（本発明を表す図１に示すφi）の情報に基づいて作業経路を設定し、時々刻々得られる車両位置や走行方位情報をフィードバックする等により、上記作業車両に上記設定した作業経路上を無人走行させ、無人作業を行う。
上述したような従来方法によれば、作業車両の無人走行により無人作業を行え、作業の自動化を図れる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、作業現場である圃場区画、或いは作業車両の基準となる走行方位、若しくは圃場への出入り口は、圃場によって異なる。又、作業幅や旋回のための枕地の大きさは、使用する作業車両の全長等の諸元によって異なる。従って、無人作業を行うための作業経路を設定する際には、上述したような種々の条件を考慮することが、作業を確実に行う上で必要である。更に、上記ティーチング走行等により取得した圃場区画や基準走行方位の情報に基づいて上記作業経路を設定する場合に、作業開始位置と終了位置とを考慮するとともに、適切な作業重複幅を確保することが、作業を効率良く行う上で必要である。
【０００４】
更に、作業を確実に効率良く行うためには、上述した事項に加え、作業車両が作業現場外へはみ出したり、既に作業を終えた区域（既作業域）を踏み付け足りすることを防止する必要がある。このためには、上記作業車両の旋回や幅寄せを勘案して、この作業車両の無人走行を高精度で行わなければならない。前述した従来方法においては、上述した各種条件を勘案したものではなかった。
【０００５】
本発明の作業車両の無人走行による無人作業方法は、上述のような事情に鑑みて発明したもので、作業車両の高精度な無人走行を行えるようにすることで、この作業車両による作業を、正確で効率良く行えるようにするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の作業車両の無人走行による無人作業方法は、所定の作業を行う作業車両を所定区画の作業現場内で無人走行させることにより、この作業現場内に上記所定の作業を施す、作業車両の無人走行による無人作業方法に関する。このような本発明の作業車両の無人走行による無人作業方法においては、上記作業を、作業現場の中央部を、枕地での１８０度旋回を行って直進作業を繰り返す往復直進作業と、この往復直進作業が行われる上記中央部を除く周辺部を回行し、枕地処理を含む処理を行う回り作業とに区分し、これら往復直進作業と回り作業とをそれぞれ行うべく、それぞれの作業経路を定めた、以下の（ａ）〜（ｄ）の要件を備える制御プログラムを作成する。
（ａ）上記往復直進作業と回り作業との優先順位（ｂ）上記作業車両の諸元を含む条件に基づく、上記往復直進作業の開始点から終了点に至る折り返し行程数（ｃ）同じく上記作業車両の諸元を含む条件に基づく、上記回り作業の開始点から終了点に至る周回数（ｄ）上記所定の作業の開始及び終了に際し、上記作業車両を、この作業車両が位置する地点から目的とする地点に移動させる移動経路。一方、上記作業車両には、この作業車両の位置を検出する位置検出手段と、この作業車両の走行方向を検出する方位検出手段とを備える。そして、作業車両の上記作業現場内の走行時には、上記位置検出手段と方位検出手段とによって時々刻々得られる位置情報と方位情報とに基づいて、例えば、この作業車両が有する直進制御手段や回行制御手段が制御されつつ、上記制御プログラムに定められた上記作業経路に沿って無人走行することにより、上記所定の作業を行う。そして、上記作業車両に付与した舵角と、この舵角を付与することに伴う作業車両の位置情報及び方位情報のそれぞれの変化量とにより、作業車両に付与される舵角と得られる作業車両の旋回半径との関係式を求め、この関係式に基づいて上記往復直進作業時又は上記回り作業時における作業車両の舵角を制御するものである。
【０００７】
また、本発明は、前述の特徴に加えて、上記作業車両に付与される舵角と得られる作業車両の旋回半径との関係式を、作業の進行によって逐時得られる上記舵角と上記旋回半径との関係を学習することにより、修正及び更新し、適正な舵角と旋回半径の関係を得られるようにしたものである。
【０００８】
また、本発明は、前述の特徴に加えて、上記作業車両の走行状態を、直進走行ステージと、１８０度旋回ステージと、任意角度旋回ステージと、幅寄せステージとの４つのステージに区分し、上記位置検出手段と方位検出手段とによって時々刻々得られる位置情報と方位情報とに基づき、これら各ステージを適宣選択する場合に、上記任意角度旋回ステージにおいて、作業車両の車輪が、作業現場外或いは既作業域へ進入することを防止すべく、作業現場に関する情報及び作業車両の諸元並びに作業車両の操舵角と旋回半径との関係から、このステージの開始点から前進旋回を行った場合の前車輪の到達位置や、周囲の既作業域までの距離を演算し、それらの位置や距離に基づき、必要に応じて、作業車両の舵角を付与しない状態での後進或いは舵角を付与した状態での後進を予め行い、この後、上記方位情報に基づく旋回を行うものである。
【００１０】
また、本発明は、前述の特徴に加えて、上記幅寄せステージにおいて、このステージの開始点より幅寄せの目標終了点が前方にある場合で、必要幅寄せ量を前方向移動量で除した前方幅寄せ比を演算し、その比がある定数以上の場合は、予め後進幅寄せにより必要な幅寄せの一部を行った後に前進幅寄せを行って必要な幅寄せを完了し、その比がある定数以下の場合は、前進幅寄せのみにより必要な幅寄せを完了する、また、このステージの開始点より幅寄せの目標終了点が後方にある場合で、必要幅寄せ量を後方向移動量で除した後方幅寄せ比を演算し、その比がある定数以上の場合は、予め前進幅寄せにより必要な幅寄せの一部を行った後に後進幅寄せを行って必要な幅寄せを完了し、その比がある定数以下の場合は、後進幅寄せのみにより必要な幅寄せを完了するものである。
【００１１】
【作用】
本発明の作業車両の無人走行による無人作業方法は、上述のように構成されるため、圃場等の作業現場をトラクタ等の作業車両の無人走行によって無人作業を行う場合に、この圃場の耕作等の作業を確実に行うことができる。すなわち、本発明の方法によれば、上記作業を、作業現場の中央部を、枕地での１８０度旋回を行って直進作業を繰り返す往復直進作業と、この往復直進作業が行われる上記中央部を除く周辺部を回行し、枕地処理を含む処理を行う回り作業とに区分する。そして、これら往復直進作業と回り作業とをそれぞれ行うべく、
（ａ） 上記往復直進作業と回り作業との優先順位
（ｂ） 上記作業車両の諸元を含む条件に基づく、上記往復直進作業の開始点から終了点に至る折り返し行程数
（ｃ） 同じく上記作業車両の諸元を含む条件に基づく上記回り作業の開始点から終了点に至る周回数
（ｄ） 上記所定の作業の開始及び終了に際し、上記作業車両を、この作業車両が位置する地点から目的とする地点に移動させる移動経路
を含む制御プログラムを定める。作業車両は、この制御プログラムに沿って無人走行し、無人作業を行う。
【００１２】
このように、本発明においては、作業現場の形状や面積、作業車両の基準となる走行方位、作業現場への出入り口等の各種条件を勘案した状態で、制御プログラムを定めるため、確実な作業が可能になる。更に、往復直進作業及び回り作業におけるそれぞれの作業経路を、作業に先立って行われるティーチング走行により、作業現場の周辺部を少なくとも１周することにより得られる学習走行データと、前作業における記録により得られたデータとの少なくとも一方のデータに基づいて設定したり、往復直進作業を先順位とし、回り作業を後順位として、この回り作業の開始点を、作業現場の出入り口に最も近い角部近傍とすることにより、上述したような各種条件に加えて上記所定の作業の作業開始位置と終了位置とを考慮できて、作業の確実化、効率化を図れる。又、上記往復直進作業の折り返し行程数ｎ１或いは回り作業の周回数ｎ２を、適宜設定することにより、作業を効率良く行えるようになる。
【００１３】
更に、本発明に係る作業車両の無人走行による無人作業方法においては、作業車両の走行状態を、直進走行ステージと、１８０度旋回ステージと、任意角度旋回ステージと、幅寄せステージとの４つのステージに区分し、位置検出手段と方位検出手段とによって時々刻々得られる位置情報と方位情報とに基づいて、これら各ステージを適宜選択して走行するように構成ができる。このように構成することにより、上記作業車両の無人走行を高精度で行えるようになる。
【００１４】
又、作業車両に付与した舵角と、この舵角を付与することに伴う作業車両の位置情報及び方位情報のそれぞれの変化量とにより、作業車両に付与される舵角と得られる作業車両の旋回半径との関係式を求め、この関係式に基づいてそれぞれのステージにおける舵角を定めるように構成するので、作業車両が作業現場外へはみ出したり、既に作業を終えた区域を踏み付け足りすることを防止でき、作業を、確実且つ効率良く行える。特に、作業車両に付与される舵角と得られる作業車両の旋回半径との関係式を、作業の進行によって逐次得られる上記舵角と上記旋回半径との関係を学習することにより、適宜修正及び更新し、適正な操舵角を得られるようにすれば、より効果的である。
【００１５】
又、上述したように、走行状態を４つのステージに区分した場合に、これら４つのステージのうちの任意角度旋回ステージにおいて、作業車両の車輪が、作業現場外或いは既作業域への進入を防止すべく、作業現場に関する情報及び作業車両の諸元並びに作業車両の操舵角と旋回半径との関係から、舵角を付与しない状態での後進或いは舵角を付与した状態での後進を予め行い、この後、上記方位情報に基づく旋回を行ったり、幅寄せステージにおいて、このステージの開始点と目標とする終了点とから算出した幅寄せ量と前後方向移動量とに応じ、前進による幅寄せと後進による幅寄せとの少なくとも一方の幅寄せを行うように構成することができる。このように構成することにより、小さな旋回量及び短い幅寄せが可能になり、上述したように作業車両が作業現場外へはみ出したり、既に作業を終えた区域を踏み付け足りすることを防止できる。
【００１６】
これらの結果、本発明に係る作業車両の無人走行による無人作業方法を用いて、圃場等の作業現場で耕作等の作業を行う場合、作業車両の高精度な無人走行が可能になり、この作業車両による作業を確実に、且つ、効率良く行える。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態の１例について説明する。図１は、本発明に係る作業車両の無人走行による無人作業方法により、作業現場である圃場１を、作業車両であるトラクタ２により耕作する状態を示している。本例の場合、この耕作が、特許請求の範囲に記載した所定の作業である。又、図２は、本発明に係る作業車両による無人作業方法を実施するための構成例を示している。本例の構造の場合、トラクタ２と上記圃場１外の任意の位置（例えば、管理センター内）とには、それぞれＧＰＳ（Global Positioning System：衛星測位システム）受信機３と特定小電力通信装置４とを設置することにより、デファレンシャルＧＰＳシステムを構成し、上記トラクタ２上で、このトラクタ２の位置情報を得られるようにしている。又、このトラクタ２には、光ファィバジャィロ及び地磁気方位センサ５を搭載し、方位情報及び車両傾斜を検出自在としている。更に、このトラクタ２には、上記位置情報や方位情報等を収集、処理する処理装置６と、このトラクタ２の各操作部を自動制御するためのコントローラ７及びアクチュエータ８とを備えている。上記各操作部としては、図２に示すように、操舵、シャトル、制動（ブレーキ）、作業機の昇降等が存在する。上記ＧＰＳ受信機３及び特定小電力通信装置４が、特許請求の範囲に記載した位置検出手段をなし、上記光ファイバジャイロ及び地磁気方位センサ５が、特許請求の範囲に記載した方位検出手段をなす。尚、圃場１外の任意の位置に設置した自動追尾型測量装置により、圃場１内でのトラクタ２の位置を検出自在とする構成を採用することもできる。
【００１８】
上述したようなトラクタ２を無人走行させて、上記圃場１内を耕作するには、先ず、この耕作に先立って、トラクタ２の作業経路を定める制御プログラムを作成する。この制御プログラムは、上記トラクタ２が行う作業を、上記圃場１のうちの中央部１ｂを、枕地での１８０度旋回を行って直進作業を繰り返す往復直進作業と、圃場１の周辺部１ａを回行し、枕地処理を含む周辺部１ａの耕作整地処理を行う回り作業とに区分した上、（ａ） 上記往復直進作業と回り作業との優先順位、（ｂ）上記作業車両の諸元を含む条件である、トラクタ２の全長Ａ、作業幅Ｗ、所望の作業重複幅ｗに基づく、上記往復直進作業の開始点から終了点に至る折り返し行程数ｎ１、（ｃ）同じく上記トラクタ２の全長Ａ、作業幅Ｗ、作業重複幅ｗに基づく上記回り作業の開始点から終了点に至る周回数ｎ２、（ｄ）上記耕作を開始する際において、上記トラクタ２が存在する位置から耕作すべき圃場１の耕作を開始する位置への移動経路、及び耕作を終了した際において、トラクタ２が存在する位置から次に耕作する圃場１の耕作を開始すべき位置への移動経路等、トラクタ２を、このトラクタ２が位置する地点から目的とする地点に移動させる移動経路を定めている。
【００１９】
尚、往復直進作業及び回り作業におけるそれぞれの作業経路は、図３に示すように、作業に先立って行われるティーチング走行により、圃場１の周辺部１ａを始点Ｐ０から終点Ｐ７まで１周することにより得られる学習走行データに基づいて設定する。或いは、これから行うべき作業よりも以前に行った、この圃場１での作業における記録により得られたデータに基づいて設定する。このデータは、フレキシブルディスク（ＦＤ）等の従来知られた各種記録媒体により保存しておく。上記作業経路の設定を、上記学習データと記録により得られたデータとの両データに基づいて設定しても良い。
【００２０】
本例の場合、耕作すべき圃場として、図３に示すような、長辺Ｌ、短辺Ｍの長方形の圃場１を考える。このような圃場１を耕作すべく、本例の制御プログラムにおいては、往復直進作業を先順位とし、回り作業を後順位とするとともに、この回り作業の開始点を、圃場１の出入り口１０に最も近い角部近傍Ｑ０とする。そして、図４（Ａ）の（１）〜（ｎ１）に示す作業経路（往復直進作業）と、同図（Ｂ）の（１０）〜（１７）に示すような作業経路（回り作業）とを設定する。これら各作業経路を設定する際、上記往復直進作業の折り返し行程数ｎ１及び回り作業の周回数ｎ２は、それぞれ、以下のように定める。すなわち、上記制御プログラムの構成要件（ｂ）である、回り作業の周回数ｎ２は、トラクタ２の作業装置を含む全長Ａと作業幅Ｗと所望の作業重複幅ｗとに基づいて、
ｎ２＝ｉｎｔ（Ａ／（Ｗ−ｗ））＋１
但し、intは商の整数部分を求める関数
により決定する。図４（Ｂ）に示す例の場合、上記周回数ｎ２は２である。
【００２１】
又、上記制御プログラムの構成要件（ｃ）である、往復直進作業の折り返し行程数ｎ１は、以下のようにして求める。すなわち、圃場１全体から、後順位である回り作業によって処理される予定の周辺部１ａを除いた中央部１ｂの短辺ｍ（図４（Ａ）参照）は、
ｍ＝Ｍ−２（ｎ２・Ｗ−（ｎ２−１）ｗ）
であり、最低確保したい作業重複幅を、上記回り作業の場合と同様、ｗとした場合に、
ｎ１＝ｉｎｔ（（ｍ＋ｗ）／（Ｗ−ｗ））＋１
但し、intは商の整数部分を求める関数
ｍは中央部１ｂの幅（短辺）
により決定する。
【００２２】
尚、上記往復直進作業の折り返し行程数ｎ１を、作業重複幅ｗが均一となるように設定したり、或いは、最終折り返し行程における作業重複幅がｗlであり、残りの折り返し行程における作業重複幅がいずれもｗdであるように設定することができる。
作業重複幅ｗが、図５（Ａ）に示すように、均一なｗiとなるよう作業経路を設定すると、その作業重複幅ｗiは、
ｗi＝（ｎ１・Ｗ−ｍ）／（ｎ１＋１））
となる。
又、上記折り返し行程数ｎ１を、図５（Ｂ）に示すように、最終折り返し行程における作業重複幅ｗがｗlであり、残りの折り返し行程における作業重複幅ｗがいずれもｗdであるように設定した場合、最終の折り返し行程と、この折り返し行程の直前の折り返し行程との作業重複幅ｗlは、
ｗl＝（Ｗ−（ｍ−（ｎ１−1)(Ｗ−ｗd)))／２
となる。
【００２３】
上述のようにして、往復直進作業及び回り作業における各作業経路を設定したならば、上記ティーチング走行終了位置Ｐ７（図３）或いは圃場１の任意位置にあるトラクタ２を、上記往復直進作業の開始位置ＰS1（図４（Ａ））まで移動させる移動経路、及び上記往復直進作業の終了位置Ｐe（図４（Ａ））から上記回り作業の開始位置ＰS2（図４（Ｂ））まで移動させる移動経路を設定する。この設定が、上記制御プログラムの構成要件（ｄ）である。
【００２４】
上述のようにして各作業経路を含む制御プログラムを定めたならば、この制御プログラムに従って上記トラクタ２を無人走行させ、圃場１を無人で耕作する。上記トラクタ２には、このトラクタ２の位置を検出するＧＰＳ受信機３及び特定小電力通信装置４と、このトラクタ２の走行方向を検出する光ファイバジャイロ及び地磁気方位センサ５とを備えている。このため、上記耕作時においては、上記ＧＰＳ受信機３及び特定小電力通信装置４と、光ファイバジャイロ及び地磁気方位センサ５とによって時々刻々得られる位置情報と方位情報とに基づいて、トラクタ２が制御され、所定の作業である耕作を、上記制御プログラムに定められた上記作業経路に沿って無人運転で行う。尚、耕作を開始する際には、上記ＧＰＳ受信機３及び特定小電力通信装置４と、光ファイバジャイロ及び地磁気方位センサ５とによって、基準となる位置Ｐi及び方位φiが与えられる。
【００２５】
更に、本例の構造の場合、上記トラクタ２の無人走行を高精度に行うべく、トラクタ２の走行状態を、図６に示すように、直進走行ステージＳＴ1と、１８０度旋回ステージＳＴ2と、任意角度旋回ステージＳＴ3と、幅寄せステージＳＴ4との４つのステージに区分し、上記位置検出手段と方位検出手段とによって時々刻々得られる位置情報と方位情報とに基づいて、これら各ステージを適宜選択制御する。すなわち、トラクタ２の走行行程のうち、往復直進作業時における直進走行と、回り作業時における圃場１の周辺部１ａ及び枕地での直進走行とを、直進走行ステージＳＴ1とし、往復直進作業時におけるＵターンを、１８０度旋回ステージＳＴ2とし、回り作業時における折り返し行程での旋回を任意角度旋回ステージＳＴ3とし、回り作業時及び往復直進作業時における旋回の後、次行程開始位置までの移動を、幅寄せステージＳＴ4とする。そして、これら４つのステージを適宜選択して、上記制御プログラムに沿った走行を行う。尚、トラクタ２が直進走行ステージＳＴ1にある場合に、耕作が行われる。
【００２６】
上記直進走行ステージＳＴ1は、トラクタ２の上記作業経路に沿った走行と、目的地点に移動すべく、基準走行方位を維持する無人走行とを対象としており、時々刻々得られる位置情報と方位情報とに基づいて舵角を制御することによって行う。例えば、時刻ｔにおけるトラクタ２の位置Ｐt及び方位φｔの、予め設定した作業経路上の目標位置及び目標方位に対する偏差を算出し、この偏差をなくすように、トラクタ２を操向する操舵角を求めて時々刻々の舵角制御を行う。
【００２７】
又、１８０度旋回ステージＳＴ2は、直進往復作業を行う場合における旋回を対象としており、方位情報に基づき、トラクタ２の向きが１８０度変わるまで大舵角で、適宜片ブレーキを使用することにより、旋回することによって行う。
【００２８】
任意角度旋回ステージＳＴ3は、回り作業における旋回を対象にしており、基本的には、方位情報に基づき、トラクタ２の向きが任意角度変わるまで大舵角で、適宜片ブレーキ使用により旋回することによって行う。但し、この旋回では、トラクタ２の車輪が圃場１外へはみ出したり、既に作業を終えた区域（既作業域）に進入することがないように、位置情報と方位情報とに基づき、旋回の開始地点や目標終了地点、圃場１の区画境界や既作業域の位置関係を求め、舵角を与えない後進（以下、後進Ｍｒとする）と、舵角を与えての後進（以下、後進Ｍｒｔとする）との少なくとも一方を予め行い、その後に方位情報に基づく任意角度の旋回（以下、Ｍｔとする）を行う。
【００２９】
例えば、図７（Ａ）に示すように、旋回開始地点ＰS3において前方（図７（Ａ）の上方）及び旋回外側の側方（図７（Ａ）の右方）に圃場1の区画境界が近い場合、或いは後方に直前に行った作業域（既作業域）がある場合は、先ず、トラクタ２の現在位置（旋回開始位置）ＰS3から、前方の区画境界までの距離ｄfs3を求める。次に、図７（Ｂ）に示すように、上記現在位置から前進旋回を行った場合の旋回外側の前車輪の最大到達位置ｄfmaxを、以下の式により求める。
ｄfmax＝√（（Ｒ＋ｌf・sinα)２＋(ｌf・cosα)２）
尚、上記式中、Ｒは大舵角での旋回の旋回半径、ｌfは前車輪外側の後車軸中心の中央からの距離、αは車両中心線とのなす角である。
【００３０】
ここで、図７（Ｂ）に示す距離ｔs3が、ｔs3＝ｄfmax−ｄfs3≦０であれば、上記現在位置から前進旋回を行っても前方の区画境界から前車輪がはみ出すことはない。
一方、上記距離ｔs3が、ｔs3＞０であれば、図７（Ｂ）に示すように、この距離ｔs3が、前車輪が前方の区画境界からはみ出す、はみ出し量となる。この場合において、後車軸中心から、直前に行った作業の作業域終端までの距離をｌw、後車軸中心の中央から後車輪外側までの距離をｌr（図７（Ａ）参照）として、ｔs3≦ｌwであるならば、図７（Ｃ）に示すように、上記現在位置から真後ろに距離ｔs3だけ後進Ｍｒした後に前進旋回を行うことで、前方の区画境界から前車輪がはみ出すことを防止できる。又、ｔs3＞ｌwであれば、図７（Ｄ）に示すように、先ず、適当量の舵角βを与えて後進Ｍｒｔし、トラクタ２を旋回方向に角度δだけ回動させることを考える。トラクタ２の向きを角度δだけ回動させた場合に、側方の区画境界からの後車輪のはみ出しがないように、現在位置から側方の区画境界までの距離ｄs3と、舵角βを与えた際の旋回半径Ｒβとを基に、次式から角度δの限界値δ1を求める。
Ｒβ×(１−cosδ1)＝ｄs3−ｌr・cosδ1
上記舵角βを与えた状態での、トラクタ２を旋回方向に角度δ1だけ回動させる後進Ｍｒｔによる、区画境界からの前車輪のはみ出し量は、前後方向に、（Ｒ＋Ｒβ)・sinδ1だけ少なくなるから、ｔs3≦（Ｒ＋Ｒβ)・sinδlならば、
ｔs3＝（Ｒ＋Ｒβ)・sinδ
を満たす角度δを求め、上記現在位置から車両の向きが角度δだけ変わるまで舵角βを与えての後進Ｍｒｔを行い、その後、前進旋回を行えば、前方の区画境界から前車輪がはみ出すことはない。ｔs3＞（Ｒ＋Ｒβ)・sinδlの場合は、前方の区画境界からの前車輪のはみ出しをなくすための後進距離ｄMrを、
ｄMr＝ｔs3−（(Ｒ＋Ｒβ)・sinδ1）
により求め、現在位置から距離ｄMrだけ、真後ろに後進Ｍｒし、その後、舵角βを与えての後進Ｍｒｔを、トラクタ２の向きが旋回方向に角度δ1だけ変わるまで行い、その後前進旋回を行えば、前方の区画境界から前車輪がはみ出すことはない。
上述のような任意旋回により、前方及び側方の区画境界からの車輪のはみ出し、及び後方の直前作業の作業域の後車輪による踏みつけを、ほぼ完全に防止できる。
【００３１】
次に、例えば図８に示すように、旋回開始地点Ｐs3において前方（図８（Ａ）の上方）及び旋回外方（図８（Ａ）の右方）、或いは、旋回内側に既作業域が迫った場合、若しくは後方に、直前に行った作業域がある場合は、図８（Ｂ）に示すように、トラクタ２の現在位置（旋回開始地点)Ps3から、適当量の舵角βを与えて、後方の作業域を後車輪が踏み付けない位置まで後進Ｍｒｔし、トラクタ２を旋回方向に角度δだけ回動させ、その後に、図８（Ｃ）に示すように、前進旋回を行う。この場合、後車軸中心から直前に行った作業の作業域終端までの距離をlw、後車軸中心の中央から後車輪外側までの距離をlr、舵角βを与えたときの旋回半径をＲβとすると、舵角βを与えての後進Ｍｒｔにより、
ｌw＝Ｒβ・sinδ＋ｌr・sinδ
となる角度δ分だけトラクタ２の向きが変わり、前方の既作業域の前車輪による踏みつけが、前方距離で、（Ｒ＋Ｒβ)・sinδだけ少なくなり、旋回内側及び旋回外側の既作業域を踏みつけることなく旋回が行われる。尚、現在位置（旋回開始地点)Ｐs3において、既に前輪が既作業域を踏みつけていることから、後進Ｍｒｔは舵角零の状態から開始し、速やかに舵角βを与えるようにすれば、既作業域をできるだけ荒らさないようにすることができる。
【００３２】
上記幅寄せステージST4では、図９に示すように、幅寄せ開始地点であるトラクタ２の現在位置Ｐs4と、幅寄せの目標終了地点である次作業の開始位置Ｐes4との関係から、必要な幅寄せ量ｄと前方移動量ｅf或いは後方移動量ｅrを算出し、前進による幅寄せＭsf或いは後進による幅寄せＭsr、若しくはこれらを組み合わせた幅寄せを、適宜選択し、位置情報と方位情報とに基づく幅寄せ走行を実行する。例えば、往復直進作業における１８０度旋回後の幅寄せでは、通常、次作業の開始位置（幅寄せ終了地点)Ｐes4がトラクタ２の現在位置（幅寄せ開始地点)Ｐs4より前方にあり、その前方距離ｅfと幅寄せ量ｄとの比ｄ／ｅfが基準値より小さい場合は、図９（Ａ）に示すように、距離ｅf分の前進による幅寄せＭsfによりｄの幅寄せを行う。上記比ｄ／ｅfが基準値より大きい場合は、図９（Ｂ）に示すように、例えば、距離ｅf／２分の後進による幅寄せＭsrにより、先ずｄ／３だけ幅寄せを行い、この後、距離３ｅf／２の前進による幅寄せＭsfにより、残り２ｄ／３分の幅寄せを行う。
【００３３】
一方、回り作業における旋回後の幅寄せでは、通常、次作業の開始位置（幅寄せ終了地点）Ｐes4が、トラクタ２の現在位置（幅寄せ開始地点)Ｐs4より後方にあり、その後方距離ｅrと幅寄せ量ｄとの比ｄ／ｅrが基準値よりも小さい場合は、図９（Ｃ）に示すように、距離ｅr分の後進による幅寄せＭsrにより距離ｄの幅寄せを行う。これに対して、比ｄ／ｅrが基準値より大きい場合は、図９（Ｄ）に示すように、例えば、距離ｅr／２の前進による幅寄せＭsfにより、ｄ／３だけ幅寄せを行い、この後、距離３ｅr／２の後進による幅寄せＭsrにより、残り２ｄ／３の幅寄せを行う。
【００３４】
更に、上述した各ステージにおける舵角を定める場合、トラクタ２に付与した舵角と、この舵角を付与することに伴うトラクタ２の位置情報及び方位情報のそれぞれの変化量とにより、トラクタ２に付与される舵角と得られるトラクタ２の旋回半径との関係式を求め、この関係式に基づいて上記舵角を定める。すなわち、上記各ステージにおいて、トラクタ２を制御するためのパラメータを適正に設定するために、上記ティーチング走行時、或いは位置情報と方位情報とに基づく無人作業時に、トラクタ２に与えた舵角βと、この舵角βを与えるべ行う操作や制御の結果として得られる位置情報と方位情報との変化量から、このトラクタ２に付与すべき舵角αと得られるトラクタ２の旋回半径Ｒとの関係式を求める。そして、この関係式に基づき、トラクタ２の位置や方位の修正、幅寄せ、旋回のための操舵角βの決定を行う。この場合において、トラクタ２に付与される舵角と得られるトラクタ２の旋回半径との関係式を、作業の進行によって逐次得られる上記舵角と上記旋回半径との関係を学習することにより、適宜修正及び更新し、適正な操舵角を得られるようにする。
【００３５】
例えば、図１０（Ａ）に示すような１８０度旋回、或いは同図（Ｂ）に示すような任意角度旋回において、トラクタ２の旋回前の位置及び走行方位が、それぞれＰs（Ｘs，Ｙs）、φsであり、舵角βｉを与えて旋回した後の位置及び走行方位が、それぞれＰe（Ｘe，Ｙe）、φeであった場合、旋回半径Ｒiは、式(1)或いは式(2)により求められる。尚、この場合、圃場1に直交座標を設定し、これにより上記位置を表している。
Ｒｉ＝√（（Ｘs−Ｘe）2＋（Ｙs−Ｙe）2）
φ−φ＝１８０                                  ・・・・式（１）
Ｒｉ＝√（（Ｘs−Ｘe）2＋（Ｙs−Ｙe）2）／（２sin（γ／２））
φ−φ＝α                                      ・・・・式（２）
一方、トラクタ2の前車軸と後車軸との距離である軸距や走行速度等により理論的に求められる、任意の操舵角βと旋回半径の関係式をＲ＝Ｆ（β）とすると、マニユアル運転によるティーチング走行時、或いは位置情報Ｐiと方位情報φiとに基づく無人作業時に、実際の操舵角βiと旋回半径Ｒiとの関係から、式Ｒ＝Ｆ（β）を逐次修正、更新し、その式を用いて車両を制御するために与える舵角βを決定すれば、圃場１の状況や行程に応じて常時適正なトラクタ２の制御を行うことができる。
【００３６】
上述のように構成される作業車両の無人走行による無人作業方法の流れを、図１１のフローチャートにより示す。但し、この図１１は、往復直進作業を先順位として記載しているが、作業の種類によっては、それぞれ破線で囲った往復直進作業と回り作業との順番が逆になる場合もある。上述した本例の方法を用いることにより、圃場1の耕作を、トラクタ２の無人走行により、確実に行うことができる。すなわち、本発明の方法によれば、圃場１の形状や面積、トラクタ２の基準となる走行方位、圃場1への出入り口等の各種条件を勘案した状態で、制御プログラムを定める。このため、確実な作業が可能になる。更に、上記往復直進作業の折り返し行程数ｎ１或いは回り作業の周回数ｎ２を、上述したように設定するため、作業を効率良く行えるようになる。
【００３７】
更に、本例に係る作業車両による無人作業方法においては、トラクタ２の走行状態を、直進走行ステージと、１８０度旋回ステージと、任意角度旋回ステージと、幅寄せステージとの４つのステージに区分し、位置検出手段と方位検出手段とによって時々刻々得られる位置情報と方位情報とに基づいて、適宜各ステージを選択実行する。このため、上記トラクタ２の無人走行を高精度で行えるようになる。
【００３８】
又、トラクタ２に付与した舵角と、この舵角を付与することに伴うトラクタ２の位置情報及び方位情報のそれぞれの変化量とにより、トラクタ２に付与される舵角と得られるトラクタ２の旋回半径との関係式を求め、この関係式に基づいてそれぞれのステージにおける舵角を定めるように構成しているため、トラクタ２が圃場1外へはみ出したり、既に作業を終えた区域を踏み付け足りすることを防止でき、作業を、確実且つ効率良く行える。
【００３９】
これらの結果、本発明に係る作業車両による無人作業方法を用いて圃場等の作業現場を耕作等の作業を行う場合、トラクタ２等の作業車両の高精度な無人走行が可能になり、この作業車両による作業を確実に、且つ、効率良く行える。尚、上述の例においては、トラクタ２により圃場１を耕作する場合について説明したが、本発明はこの例に限定されるものではなく、他の作業車両により圃場以外の作業現場を作業する場合にも適用できる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明に係る作業車両による無人作業方法は、上述のように構成され作用するため、作業現場や、作業機を含む作業車両の作業幅や仕様等の条件に応じて、作業重複幅を適切に配分した効率的な作業経路を設定することができる。特に、作業開始位置と終了位置とを作業現場への出入り口に近い角部とすることにより、より効率的な作業経路を設定することができる。
又、作業車両の走行状態を４ステージに分け、各ステージを適宜組み合わせることにより、設定した作業経路上での無人走行を高精度で行うことができ、しかも、経路計画や車両制御のためのブログラムの開発、修正を容易に行うことができる。更に、作業経路上の無人走行において、旋回半径を小さく、短い距離で幅寄せを行うことが可能となり、その結果として、作業車両の車輪が区画外へはみ出したり、既作業域を踏みつけることが防止され、作業の精度、質を高めることができる。
又、直進走行、旋回、幅寄せと言った作業車両の制御を、作業現場の状況や行程に応じて適正に行うことが可能となる。この点からも、作業現場外へのはみ出しや既作業域の踏みつけをなくし、作業の精度及び質を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の１例を示す、作業状態時のトラクタを上方から見た図。
【図２】トラクタに設ける装置を示すブロック図。
【図３】ティーチング走行を説明するための図。
【図４】往復直進作業及び回り作業を説明するための図。
【図５】作業重複幅を設定する際の例を示す図。
【図６】走行状態を４ステージに分割した場合の、各ステージを説明するための図。
【図７】任意角旋回ステージにおける旋回状態の第1例を説明するための図。
【図８】同じく第２例を説明するための図。
【図９】幅寄せステージにおける幅寄せ状態を説明するための図。
【図１０】旋回時の制御を説明するための図。
【図１１】本発明を用いて作業を行う場合の流れを示すフローチャート。
【符号の説明】
１  圃場
２  トラクタ
３  ＧＰＳ受信機
４  特定小電力通信装置
５  光ファイバジャイロ及び地磁気方位センサ
６  処理装置
７  コントローラ
８  アクチュエータ
１０  出入り口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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