(57)【要約】【課題】出入口をスムーズに通過することができる走行経路を生成する走行経路生成装置を提供することである。【解決手段】走行経路生成装置は、作業地の外形データ及び出入口を含む作業地データを入力する作業地データ入力部６１と、作業地の外周領域を周回走行するための周回走行経路を決定する周回経路決定部６４と、作業地の基準辺に平行に延びるとともに所定間隔で外周領域の内側に位置する中央領域を埋め尽くす基準直線を決定する基準直線決定部６２と、基準直線に基づく直進経路とＵターン経路とからなる中央領域を走行するための内側走行経路を決定する内側経路決定部６６と、出入口の通過方向に基づいて周回走行経路の走行方向を決定する走行方向決定部６３と、出入口から内側走行経路への移行経路を決定する移行経路決定部６５を備えている。【選択図】図４
2018073050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業地を走行しながら作業する作業車のための走行経路を生成する走行経路生成装置であって、
前記作業地の外形データ及び出入口を含む作業地データを入力する作業地データ入力部と、
前記作業地の外周領域を周回走行するための周回走行経路を決定する周回経路決定部と、
前記作業地の基準辺に平行に延びるとともに、所定間隔で前記外周領域の内側に位置する中央領域を埋め尽くす基準直線を決定する基準直線決定部と、
前記基準直線に基づく直進経路と各直進経路同士をつなぐＵターン経路とからなる、前記中央領域を走行するための内側走行経路を決定する内側経路決定部と、
前記出入口の通過方向に基づいて前記周回走行経路の走行方向を決定する走行方向決定部と、
前記出入口から前記内側走行経路への移行経路を決定する移行経路決定部と、
前記内側走行経路と前記移行経路と前記周回走行経路とから走行方向が規定された走行経路を生成する走行経路生成部と、
を備えた走行経路生成装置。
【請求項２】
前記出入口は前記周回走行経路のコーナ領域に位置し、
前記周回走行経路は、前記作業地の外周領域を１回以上周回する経路であり、
前記移行経路決定部は、前記内側走行経路の終点が前記内側走行経路の始点よりも前記出入口に近くなるように、前記移行経路を決定する請求項１に記載の走行経路生成装置。
【請求項３】
前記作業地の基準辺は、多角形で示された作業地の最長辺である請求項１または２に記載の走行経路生成装置。
【請求項４】
前記作業地の基準辺は、多角形で示された作業地の、ユーザによって指定された辺である請求項１または２に記載の走行経路生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業地を走行しながら作業する作業車のための走行経路を生成する走行経路生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
トラクタによる耕耘作業やコンバインによる刈取り収穫作業などでは、作業地としての圃場を効率的に走行することが重要である。圃場の形状はそれぞれ異なっており、各圃場における適切な走行経路を決定するためには、知識と経験が必要となる。また、無人走行を行うためには、圃場の外形に関連づけられた正確な走行経路が必要となる。
【０００３】
特許文献１には、圃場における耕作等の作業を無人走行によって行うトラクタ等の作業車が開示されている。この作業は、圃場周辺領域を周回作業する回り作業と、圃場周辺領域（枕地とも称せられる）で１８０°旋回を行いながら、圃場の中央領域（圃場周辺領域の内側領域）の直進作業を繰り返す往復直進作業とに分けて行われる。その際、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、及び回り作業の開始点から終了点に至る周回数が、作業車両の諸元を含む作業条件に基づいて、決定される。往復直進作業を先に行い、その後に回り作業を行うこと、及びこの回り作業の開始点を圃場の出入口に最も近い角部近傍とすることも提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−６６４０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、往復直進作業を先に行い、その後に回り作業を行う圃場作業ための作業経路の生成において、往復直進作業経路と、周回作業経路と、往復直進作業経路と周回作業経路との間をつなぐ移行経路とを分けることが、提案されている。その際、往復直進作業経路の終点と周回作業経路の始点とつなぐことになる移行経路として、右回りと左周りとの２つの経路があり、その選択によって周回作業経路の走行方向を変更する必要があることは意識されていない。しかしながら、作業車が出入口をスムーズに通過できるかどうかは、多くの場合、この周回作業経路の走行方向に依存する。往復直進作業を先に行い、その後に回り作業を行う圃場作業ための作業経路の生成において、作業車が出入口をスムーズに通過して作業地から出るためには、周回作業経路の走行方向を考慮することが必要となる。
本発明の目的は、出入口をスムーズに通過することができる走行経路を生成する走行経路生成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明では、作業地を走行しながら作業する作業車のための走行経路を生成する走行経路生成装置は、前記作業地の外形データ及び出入口を含む作業地データを入力する作業地データ入力部と、前記作業地の外周領域を周回走行するための周回走行経路を決定する周回経路決定部と、前記作業地の基準辺に平行に延びるとともに、所定間隔で前記外周領域の内側に位置する中央領域を埋め尽くす基準直線を決定する基準直線決定部と、前記基準直線に基づく直進経路と各直進経路同士をつなぐＵターン経路とからなる、前記中央領域を走行するための内側走行経路を決定する内側経路決定部と、前記出入口の通過方向に基づいて前記周回走行経路の走行方向を決定する走行方向決定部と、前記出入口から前記内側走行経路への移行経路を決定する移行経路決定部と、前記内側走行経路と前記移行経路と前記周回走行経路とから走行方向が規定された走行経路を生成する走行経路生成部とを備えている。
【０００７】
この構成によれば、先に決定された周回走行経路の内側に位置する内側走行経路が、基準直線に基づいて決定され、周回走行経路の走行方向は、出入口の通過方向に基づいて、作業車が周回走行経路からスムーズに出入口を通り抜けて作業地外に出るように、決定される。これにより、例えば、大きな操舵角による旋回を伴うことで、作業済みの地面を荒らしてしまうような作業車の出入口の通り抜けが、回避される。また、出入口が急傾斜面となっている圃場などでも、安定した走行で、出入口を抜け出すことができる。
【０００８】
圃場などの作業地は、多角形（通常は、４角形から６角形）で近似することができる。さらに、多くの作業地では、出入口がコーナ領域（角部）に形成されている。このことから、周回走行経路の始点と終点とが出入口付近の、実質的に同一の位置に配置され、当該位置のできるだけ近くに内側走行経路の終点が配置されると、作業地全体を走行するための効率的な走行経路が得られる。内側走行経路が直進経路と各直進経路同士をつなぐＵターン経路とによって構成されていることから、内側走行経路の終点が出入口付近に位置すると、内側走行経路の始点は、出入口から遠くに位置することになる。従って、前記出入口が前記周回走行経路のコーナ領域に位置し、前記周回走行経路が前記作業地の外周領域を１回以上周回する経路である場合、前記移行経路決定部が、前記内側走行経路の終点が前記内側走行経路の始点よりも出入口に近くなるように、前記移行経路を決定すれば、上述した利点が得られる。
【０００９】
通常、作業車は直進での作業効率が優れているということを考慮すると、基準直線の元になる作業地の基準辺が長い方が長い直進経路を確保できるので、好適である。このことから、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記作業地の基準辺は、多角形で示された作業地の最長辺とするように設定されている。
【００１０】
ただし、傾斜などの作業地の特徴や作業内容によっては、基準直線が特定の方向に延びること、結果的には直進経路が特定の方向に延びることが要望される。このような要望に応えるため、走行経路生成装置の好適な実施形態の１つでは、前記作業地の基準辺は、多角形で示された作業地のユーザによって指定されることができるように構成される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】走行経路生成装置によって生成される作業車のための走行経路の一例を説明する説明図である。
【図２】走行経路生成装置によって生成された走行経路に基づいて、有人または無人で走行する作業車の一例であるトラクタの側面図である。
【図３】走行経路生成装置として機能する携帯通信端末と、トラクタとにおける基本的な制御機能を示す機能ブロックである。
【図４】経路生成モジュールの機能部と経路生成処理の流れとを示す機能ブロック図である。
【図５】走行経路作成の処理手順の一例を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１には、本発明による走行経路生成装置によって生成される走行経路の一例が示されている。作業車は、道路から出入口を通って作業地に入り、生成された走行経路に沿って走行しながら作業を行ったのち、出入口を通って作業地から道路に出る。図１では、圃場と呼ばれる作業地に対して耕耘作業を行う作業車のための走行経路が例示されている。走行経路は、実質的には、直進経路と各直進経路同士をつなぐＵターン経路とからなる内側走行経路、作業地の外周領域を周回する周回走行経路、出入口と内側走行経路とをつなぐ第１移行経路、内側走行経路と周回走行経路とをつなぐ第２移行経路から構成される。作業地は、外周領域と、外周領域の内側に位置する中央領域とに区分けされ、中央領域には内側走行経路が設定され、外周領域には周回走行経路が設定される。外周領域は、Ｕターン経路に必要なスペースを確保するための領域であり、その幅は、作業車の作業幅と最小旋回半径とに基づいて決定される。内側走行経路における直進経路の間隔は作業車の作業幅、詳しくはオーバーラップを考慮した作業幅となる。なお、図１においては、直進経路は記号ＳＬ、Ｕターン経路は記号ＴＬ、内側走行経路は記号ＩＬ、周回走行経路は記号ＣＬ、第１移行経路は記号ＭＬ１、第２移行経路は記号ＭＬ２で示されている。
【００１３】
図１において、走行方向は矢印で示されており、例示された走行経路では、内側走行経路での走行が先に行われ、その後、周回走行経路での走行が行われる。生成された走行経路を逆方向走行で適用することは可能であり、本発明には、そのような走行経路を生成する走行経路生成装置も含まれている。
【００１４】
図２には、走行経路生成装置によって生成された走行経路に基づいて、有人または無人で走行する作業車の一例であるトラクタが示されている。このトラクタは、畦によって境界づけられた圃場（作業地）に対して耕耘作業を行うロータリ耕耘装置を作業装置３０として装備している。このトラクタは、前輪１１と後輪１２とによって支持された車体１の中央部に操縦部２０が設けられている。車体１の後部には油圧式の昇降機構３１を介して作業装置３０を昇降可能に支持している。前輪１１は操向輪として機能し、その操舵角を変更することでトラクタの走行方向が変更される。前輪１１の操舵角は操舵機構１３の動作によって変更される。操舵機構１３には自動操舵のための操舵モータ１４が含まれている。手動走行の際には、前輪１１の操舵は操縦部２０に配置されているステアリングホイール２２の操作によって可能である。トラクタのキャビン２１には、ＧＮＳＳモジュールやＧＰＳモジュールなどとして構成される衛星測位モジュール８０が設けられている。衛星測位モジュール８０の構成要素として、ＧＰＳ信号やＧＮＳＳ信号を受信するための衛星用アンテナがキャビン２１の天井領域に取り付けられている。なお、衛星測位モジュール８０には、衛星航法を補完するために、ジャイロ加速度センサや磁気方位センサを組み込んだ慣性航法モジュールを含めることができる。もちろん、慣性航法モジュールは、衛星測位モジュール８０とは別の場所に設けてもよい。
【００１５】
図３には、このトラクタに構築されている制御系と、このトラクタの動きを監視する監視者（運転者）が携帯する携帯通信端末４の制御系が示されている。この実施形態では、この携帯通信端末４に、本発明による走行経路生成装置をモジュール化した経路生成モジュール６が組み込まれている。
【００１６】
携帯通信端末４は、経路生成モジュール６以外に、通信制御部４０や表示部など、一般的なコンピュータシステムの諸機能を備えている。携帯通信端末４は、無線通信または有線通信によってデータ交換可能に、トラクタの制御系の中核要素である制御ユニット５と接続可能である。さらに、携帯通信端末４は、遠隔地の管理センタＫＳに構築された管理コンピュータ１００とも、無線回線やインターネットを通じて、データ交換可能である。この実施形態では、作業地としての圃場の地形図や圃場の属性情報などを含む圃場情報は、管理コンピュータ１００の圃場情報格納部１０１に格納されており、この圃場情報は、経路生成モジュール６における走行経路の生成に必要となる。なお、圃場情報には、圃場の出入口の位置なども含まれている。管理コンピュータ１００は、指定された圃場での走行作業を記述した作業計画書を管理している作業計画管理部１０２も備えている。携帯通信端末４は、管理コンピュータ１００にアクセスし、圃場情報格納部１０１から作業対象となる圃場の圃場情報を抽出し、ダウンロードする。ダウンロードされた圃場の外形図は作業地データ入力部６１に与えられる。
【００１７】
経路生成モジュール６は、経路作成の機能部として、処理管理部６０、作業地データ入力部６１、基準直線決定部６２、走行方向決定部６３、周回経路決定部６４、移行経路決定部６５、内側経路決定部６６、走行経路生成部６７を備えている。それらの基本機能を、図４に示されている走行経路生成処理の流れを参照して、説明する。
【００１８】
作業地データ入力部６１は、作業対象となる圃場の外形データと当該圃場の出入口の位置データを入力し、ワーキングメモリエリアに展開する。周回経路決定部６４は、圃場の外周領域を周回走行するための周回走行経路を決定する。トラクタの作業幅（正確にはオーバーラップ幅を考慮した作業幅）と適正旋回半径とに基づいて、Ｕターンに必要な距離を算出し、その距離が確保できる作業幅の整数倍の値を幅とする周回領域が周回走行経路のために割り与えられる外周領域として決定される。外周領域が決定されると周回走行経路の周回数が決まる。一般的な耕耘作業では、２周から３周の周回走行経路に相当する領域が外周領域として設定される。図１から明らかなように、外周領域の内側の領域が中央領域と設定される。
【００１９】
基準直線決定部６２は、圃場の基準辺に平行に延びるとともに、所定間隔で中央領域を埋め尽くす基準直線を決定する。この基準直線は、中央領域における走行経路のベースとなる。このような基準直線の決定は、内側走行経路を生成するための前処理である。その際、圃場の基準辺として、一般的には、圃場の外形が作り出す近似多角形の最長辺が採用される。図４の例では、外形が台形（四角形）の最長辺が基準辺として選択されており、この基準辺に平行で、かつ作業幅で中央領域を埋め尽くす基準直線が設定されている。内側経路決定部６６は、中央領域内の基準直線を直進経路とし、各直線経路をＵターン経路でつないで連続した内側走行経路を生成する。
【００２０】
耕耘作業の場合、先に内側走行経路の沿った作業を行い、次いで周回走行経路に沿った作業を行って、そのまま出入口を通って圃場から出るやり方が一般的である。走行方向決定部６３は、出入口の通過方向に基づいて周回走行経路の走行方向を決定する。具体的には、周回走行経路の最終経路の方向ができるだけ直線状で出入口の通過方向とつながるように、つまり出入口の手前でトラクタが大きな旋回をすることなしに出入口を通過できるように、周回走行経路の走行方向が決定される。図４の例では、左下のコーナ領域（角部）に出入口が上下方向の通過方向で配置されているので、周回走行経路の最終経路が、左辺の上から下への経路となるように、周回走行経路の走行方向が決定されている。これにより、周回走行経路を走行したトラクタは、ほぼそのままの走行で、出入口を通り抜けて圃場外に出ることができる。周回走行経路は、外周領域を整数回周回する経路であるので、周回走行経路の終点位置と始点位置は、実質的に同じである。
【００２１】
内側走行経路の終点と周回走行経路の始点との間の距離が、出入口と内側走行経路の始点との間の距離に比べて短い方が、耕耘後の圃場を走行する距離が短くなるので、耕耘作業にとっては好都合である。したがって、この条件を満たすように、移行経路決定部６５は、出入口と内側走行経路の始点とを結ぶ経路である移行経路を決定する。つまり、結果的には、内側走行経路の始点は、周回走行経路の始点から最も遠い直進経路に設定される。さらに、図５に示すように、周回走行経路に含まれる直進経路の本数が偶数の場合には、周回走行経路の始点は、最初に走行する直進経路の走行方向が、出入口から遠ざかる方向になるように設定される。また、直進経路の本数が奇数の場合には、周回走行経路の始点は、最初に走行する直進経路の走行方向が、出入口に近づく方向になるように設定される。これにより、周回走行経路の終点は出入口に隣接する。
【００２２】
このようにして決定された内側走行経路と移行経路と周回走行経路とをつなぐことにより、走行経路生成部６７は、この圃場をトラクタが走行するための、走行方向が規定された走行経路を生成する。この走行経路では、出入口を容易に通過できることが考慮されている。処理管理部６０は、上述した走行経路生成処理が実現するように、作業地データ入力部６１、基準直線決定部６２、走行方向決定部６３、周回経路決定部６４、移行経路決定部６５、内側経路決定部６６、走行経路生成部６７の機能を制御する。
【００２３】
処理管理部６０には、図４で示された走行経路生成処理の一部を変更する種々の変更処理が登録されている。例えば、作業地データ入力部６１に入力された圃場の外形データに基づく複雑な外形を、演算が容易となる単純な近似多角形（例えば四角形）に変更する際の近似方法をユーザの指示によって行うことも可能である。さらに、近似多角形における基準辺の選択においても、最長辺を自動的に選択するのではなく、ユーザの指示によって選択することも可能である。
【００２４】
図４で示された走行経路生成処理では、内側走行経路の走行が、周回走行経路の走行に先行して行われる走行経路が生成された。この走行経路の始点と終点を逆にすることで、走行経路生成処理で生成された走行経路を、周回走行経路の走行が内側走行経路の走行に先行して行われる走行経路に変更することができ、それを走行経路として出力することも可能である。
【００２５】
図３に示すように、トラクタの制御系の中核要素である制御ユニット５には、入出力インタフェースとして機能する、出力処理部７、入力処理部８、通信処理部７０が備えられている。出力処理部７は、トラクタに装備されている、車両走行機器群７１、作業装置機器群７２、報知デバイス７３などと接続している。車両走行機器群７１には、操舵モータ１４をはじめ、図示されていないが変速機構やエンジンユニットなど車両走行のために制御される機器が含まれている。作業装置機器群７２には、作業装置３０の駆動機構や、作業装置３０を昇降させる昇降機構３１などが含まれている。報知デバイス７３には、ディスプレイやランプやスピーカが含まれている。特に、ディスプレイには、圃場の外形とともに、走行済の走行経路（走行軌跡）やこれから走行すべき走行経路など、種々の報知情報が表示される。ランプやスピーカは、走行注意事項や自動操舵走行での目標走行経路からの外れなど、注意情報や警告情報を運転者や監視者に報知するために用いられる。通信処理部７０は、制御ユニット５で処理されたデータを管理コンピュータ１００に送信するとともに、管理コンピュータ１００から種々のデータを受信する機能を有する。
【００２６】
入力処理部８は、衛星測位モジュール８０、走行系検出センサ群８１、作業系検出センサ群８２、自動／手動切替操作具８３などと接続している。走行系検出センサ群８１には、エンジン回転数や変速状態などの走行状態を検出するセンサが含まれている。作業系検出センサ群８２には、作業装置３０の位置や傾きを検出するセンサ、作業負荷などを検出するセンサなどが含まれている。自動／手動切替操作具８３は、自動操舵で走行する自動走行モードと手動操舵で走行する手動操舵モードとのいずれかを選択するスイッチである。
【００２７】
さらに、制御ユニット５には、走行制御部５０、作業制御部５４、自車位置算出部５３、走行経路設定部５５、報知部５６が備えられている。自車位置算出部５３は、衛星測位モジュール８０から送られてくる測位データに基づいて、自車位置を算出する。車両走行機器群７１を制御する走行制御部５０には、このトラクタが自動走行（自動操舵）と手動走行（手動操舵）の両方で走行可能に構成されているため、手動走行制御部５１と自動走行制御部５２とが含まれている。手動走行制御部５１は、運転者による操作に基づいて車両走行機器群７１を制御する。自動走行制御部５２は、走行経路設定部５５で設定された走行経路と自車位置との間の方位ずれ及び位置ずれを算出し、自動操舵指令を生成し、出力処理部７を介して操舵モータ１４に出力する。作業制御部５４は、作業装置３０の動きを制御するために、作業装置機器群７２に制御信号を与える。報知部５６は、ディスプレイなどの報知デバイス７３を通じて運転者や監視者に必要な情報を報知するための報知信号（表示データや音声データ）を生成する。
【００２８】
走行経路設定部５５は、経路生成モジュール６によって生成された走行経路を携帯通信端末４から通信処理部７０を介して受け取り、目標走行経路として設定する。走行経路には、出発点が示されているので、作業の開始時には、トラクタを出発点まで運転する。その後は、自動走行または手動走行で、設定された走行経路に沿った走行が行われる。
【００２９】
〔別実施の形態〕
（１）図３で示された機能ブロック図における各機能部は、主に説明目的で区分けされている。実際には、各機能部は他の機能部と統合または複数の機能部に分けることができる。例えば、経路生成モジュール６を管理コンピュータ１００に構築し、生成された走行経路を作業車の制御ユニット５にダウンロードする構成を採用してもよい。また、経路生成モジュール６を作業車の制御ユニット５に構築してもよい。
（２）上述した実施形態では、多角形で示された作業地の最長辺を基準辺としていたが、多角形で示された作業地の、ユーザによって指定された辺を基準辺としてもよい。さらには、多角形の辺に基づく仮想辺（例えば、多角形の対辺や隣接する辺を繋ぐ辺など）を基準辺とすることも可能である。
（３）上述した実施形態では、作業車として、ロータリ耕耘機を作業装置３０として装備したトラクタを、作業車として取り上げたが、そのようなトラクタ以外にも、例えば、田植機、施肥機、コンバインなどの農作業車にも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明による走行経路生成装置は、設定された走行経路に沿って作業地を作業する作業車のために適用可能である。走行経路に沿った走行は、手動走行であってもよいし、自動走行であってもよい。
【符号の説明】
【００３１】
４      ：携帯通信端末
４０    ：通信制御部
５      ：制御ユニット
５０    ：走行制御部
５１    ：手動走行制御部
５２    ：自動走行制御部
５３    ：自車位置算出部
５５    ：走行経路設定部
６      ：経路生成モジュール
６０    ：処理管理部
６１    ：作業地データ入力部
６２    ：基準直線決定部
６３    ：走行方向決定部
６４    ：周回経路決定部
６５    ：移行経路決定部
６６    ：内側経路決定部
６７    ：走行経路生成部
７０    ：通信処理部
８０    ：衛星測位モジュール
【図１】
2018073050.tif 000003
【図２】
2018073050.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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