JP2017174229A

JP2017174229A - 経路生成装置

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Publication number: JP2017174229A
Application number: JP2016060797A
Authority: JP
Inventors: 敏史平松; Toshifumi Hiramatsu
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2016-03-24
Filing date: 2016-03-24
Publication date: 2017-09-28
Anticipated expiration: 2036-03-24
Also published as: JP6531055B2

Abstract

【課題】圃場形状や車体部の旋回半径を考慮して最適の旋回形態で旋回経路を生成できる経路生成装置を提供しようとする。
【解決手段】車体部に対して予め設定された旋回半径を記憶可能な記憶部１１４と、前記走行領域内における前記車体部の走行経路Ｒｂ及び前記車体部に装着される作業機による作業経路Ｒａを生成可能な制御部１３０とを備え、前記制御部は、走行領域において、前記作業経路Ｒａが生成される第１領域に設定される複数の作業路のうち、第１の作業路から第２の作業路への移動に、走行経路Ｒｂが生成される第２領域における前記車体部の旋回が必要な場合、第１の作業路と第２の作業路との離間距離及び前記旋回半径に基づいて、直進及び後進を伴わない第１の旋回経路Ｒｂ１と、直進を伴い後進を伴わない第２の旋回経路Ｒｂ２と、後進を伴う第３の旋回経路Ｒｂ３との何れかの旋回経路を含む前記走行経路を生成可能である。
【選択図】図６

Description

本発明は、走行作業車両により圃場内を予め設定された経路を走行するときに、作業領域以外の領域で最も適した旋回軌跡で旋回できる経路生成装置に関する。

従来、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し、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を行う技術が公知となっている（特許文献１参照）。

特開平１０−６６４０５号公報

前記技術において、無人走行させる作業車両で作業を行う圃場は矩形を想定しており、枕地での旋回時には、１８０度のＵターンを行っていた。ところが、実際の圃場では、台形等の変形形状もあり、このような形状では、旋回時に既耕地や圃場をはみだして旋回を行う経路を生成してしまう可能性があった。また、旋回経路の形態を間違うと、旋回に要する時間が長くなることになる。

本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、圃場形状や車体部の旋回半径を考慮して最適の旋回形態で旋回経路を生成できる経路生成装置を提供しようとする。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
即ち、請求項１においては、車体部を走行させる走行領域と前記車体部に対して予め設定された旋回半径を記憶可能な記憶部と、
前記走行領域内における前記車体部の走行経路及び前記車体部に装着される作業機による作業経路を生成可能な制御部と、を備え、
前記制御部は、前記走行領域において、前記作業経路が生成される第１領域と、前記走行経路が生成される第２領域とを設定可能であり、
前記第１領域に設定される複数の作業路のうち、第１の作業路から第２の作業路への移動に、第２領域における前記車体部の旋回が必要な場合、第１の作業路と第２の作業路との離間距離及び前記旋回半径に基づいて、直進及び後進を伴わない第１の旋回経路と、直進を伴い後進を伴わない第２の旋回経路と、後進を伴う第３の旋回経路との何れかの旋回経路を含む前記走行経路を生成可能である。

請求項２においては、前記制御部は、第１領域および第２領域の面積比を変更して第２の領域を広くすることで第１乃至第３の旋回経路とは異なる第４の旋回経路を含む前記走行経路を生成可能である。

請求項３においては、前記制御部は、第１の旋回方向への旋回、及び、第１の旋回方向とは反対の第２の旋回方向への旋回を伴う第５の旋回経路を含む前記走行経路を可能である。
請求項４においては、前記制御部は、前記作業機による作業が第１の作業路、第２の作業路、第３の作業路の順に行われ、所定の第ｎ番目の作業路から第（ｎ＋１）番目の作業路への移動に、第３の旋回経路による旋回が必要な場合に、第（ｎ＋１）番目の作業路と第２領域とに跨って設定される第３の旋回経路を含む前記走行経路を生成可能である一方、第ｎ番目の作業路と第２領域とに跨って設定される第３の旋回経路を含む前記走行経路を生成しないものである。

以上のような手段を用いることにより、経路に応じて最適な旋回経路を生成できるようになる。つまり、圃場端で旋回する時に切り返しの回数を減少したり、旋回に要する距離や時間を短くできたり、ブレーキターンを減少して圃場面を荒らすのを抑えることができる。

自律走行作業車両と走行作業車両の概略側面図制御ブロック図初期画面を示す図圃場設定を示す図圃場の領域を示す図直進及び後進を伴わない第１の旋回経路を示す図直進を伴い後進を伴わない第２の旋回経路を示す図後進を伴う第３の旋回経路を示す図後進を伴う第３の旋回経路の詳細を示す図第２の領域を広くして旋回を行う第４の旋回経路を示す図変形圃場で第３の旋回経路を設定した場合の旋回経路を示す図変形圃場で第５の旋回経路を設定した場合の旋回経路を示す図第３の旋回経路が設定可能な場合と許可しない場合の旋回経路を示す図後進を伴う第３の旋回経路の生成を避けるために逆側を作業開始位置とした場合の圃場を示す図

無人で自律走行可能な自律走行作業車両（以下、無人車両と称することがある）１、及び、この自律走行作業車両１に協調して作業者（ユーザ）が操向操作する有人の走行作業車両（以下、有人車両と称することがある）１００をトラクタとし、自律走行作業車両１及び走行作業車両１００には作業機としてロータリ耕耘装置がそれぞれ装着されている実施例について説明する。但し、作業車両はトラクタに限定するものではなく、コンバイン等でもよく、また、作業機はロータリ耕耘装置に限定するものではなく、畝立て機や草刈機やレーキや播種機や施肥機等であってもよい。

本明細書において「自律走行」とは、トラクタが備える制御部（ＥＣＵ）によりトラクタが備える走行に関する構成が制御されて予め定められた経路に沿ってトラクタが走行することを意味する。
単一の圃場における農作業を、無人車両及び有人車両で実行することを、農作業の協調作業、追従作業、随伴作業などと称することがある。なお、農作業の協調作業としては、「単一圃場における農作業を、無人車両及び有人車両で実行すること」に加え、「隣接する圃場等の異なる圃場における農作業を同時期に無人車両及び有人車両で実行すること」が含まれてもよい。

図１は、自律走行作業車両及び走行作業車両の概略構成を示す側面図であり、図２は、それらの制御構成を示す制御ブロック図である。図１、図２において、自律走行作業車両１となるトラクタの全体構成について説明する。トラクタの車体部は、ボンネット２内にエンジン３が内設され、該ボンネット２の後部のキャビン１１内にダッシュボード１４が設けられ、ダッシュボード１４上に操向操作手段となるステアリングハンドル４が設けられている。該ステアリングハンドル４の回動により操舵装置を介して前輪９・９の向きが回動される。操舵装置を作動させる操舵アクチュエータ４０は制御部３０を構成するステアリングコントローラ３０１と接続される。自律走行作業車両１の操舵方向は操向センサ２０により検知される。操向センサ２０はロータリエンコーダ等の角度センサからなり、前輪９の回動基部に配置される。但し、操向センサ２０の検知構成は限定するものではなく操舵方向が認識されるものであればよく、ステアリングハンドル４の回動を検知したり、パワーステアリングの作動量を検知してもよい。操向センサ２０により得られた検出値は制御部３０のステアリングコントローラ３０１に入力される。

制御部３０は、ステアリングコントローラ３０１、エンジンコントローラ３０２、変速制御コントローラ３０３、水平制御コントローラ３０４、作業制御コントローラ３０５、測位制御ユニット３０６、自律走行制御コントローラ３０７等を備え、それぞれＣＰＵ（中央演算処理装置）やＲＡＭやＲＯＭ等の記憶装置やインターフェース等を備え、記憶装置には動作させるためのプログラムやデータ等が記憶され、ＣＡＮ通信によりそれぞれ情報やデータ等を送受信できるように通信可能としている。

前記ステアリングハンドル４の後方に運転席５が配設され、運転席５下方にミッションケース６が配置される。ミッションケース６の左右両側にリアアクスルケース８・８が連設され、該リアアクスルケース８・８には車軸を介して後輪１０・１０が支承される。エンジン３からの動力はミッションケース６内の変速装置（主変速装置や副変速装置）により変速されて、後輪１０・１０を駆動可能としている。変速装置は例えば油圧式無段変速装置で構成して、可変容量型の油圧ポンプの可動斜板をモータ等の変速手段４４により作動させて変速可能としている。変速手段４４は制御部３０の変速制御コントローラ３０３と接続されている。後輪１０の回転数は車速センサ２７により検知され、走行速度として変速制御コントローラ３０３に入力される。但し、車速の検知方法や車速センサ２７の配置位置は限定するものではない。

ミッションケース６内にはＰＴＯクラッチやＰＴＯ変速装置が収納され、ＰＴＯクラッチはＰＴＯ入切手段４５により入り切りされ、ＰＴＯ入切手段４５は表示手段４９を介して制御部３０の自律走行制御コントローラ３０７と接続され、ＰＴＯ軸への動力の断接を制御可能としている。また、作業機として播種機や畦塗機等を装着した場合、作業機独自の制御ができるように作業機コントローラ３０８が備えられ、該作業機コントローラ３０８は情報通信配線（所謂、ＩＳＯＢＵＳ）を介して作業制御コントローラ３０５と接続される。

前記エンジン３を支持するフロントフレーム１３にはフロントアクスルケース７が支持され、該フロントアクスルケース７の両側に前輪９・９が支承され、前記ミッションケース６からの動力が前輪９・９に伝達可能に構成している。前記前輪９・９は操舵輪となっており、ステアリングハンドル４の回動操作により回動可能とするとともに、操舵装置の駆動手段となるパワステシリンダからなる操舵アクチュエータ４０により前輪９・９が左右操舵回動可能となっている。操舵アクチュエータ４０は制御部３０のステアリングコントローラ３０１と接続されて制御される。

エンジン回転制御手段となるエンジンコントローラ３０２にはエンジン回転数センサ６１や水温センサや油圧センサ等が接続され、エンジンの状態を検知できるようにしている。エンジンコントローラ３０２では設定回転数と実回転数から負荷を検出し、過負荷とならないように制御するとともに、後述する遠隔操作装置１１２にエンジン３の状態を送信して表示装置１１３で表示できるようにしている。

また、ステップ下方に配置した燃料タンク１５には燃料の液面を検知するレベルセンサ２９が配置されて表示手段４９と接続され、表示手段４９は自律走行作業車両１のダッシュボードに設けられ、燃料の残量を表示する。そして、燃料の残量は自律走行コントローラ３０７で作業可能時間が演算され、通信装置１１０を介して遠隔操作装置１１２に情報が送信されて、遠隔操作装置１１２の表示装置１１３に燃料残量と作業可能時間が表示可能とされる。なお、回転計、燃料計、油圧、異常を表示する表示手段と、現在位置等を表示可能な表示手段とは別構成でもよい。

前記ダッシュボード１４上にはエンジンの回転計や燃料計や油圧等や異常を示すモニタや設定値等を表示する表示手段４９が配置されている。表示手段４９は遠隔操作装置１１２と同様にタッチパネル式として、データの入力や選択やスイッチ操作やボタン操作等も可能としている。

また、トラクタの車体部の後部に作業機装着装置２３を介して作業機としてロータリ耕耘装置２４が昇降可能に装設させている。前記ミッションケース６上に昇降シリンダ２６が設けられ、該昇降シリンダ２６を伸縮させることにより、作業機装着装置２３を構成する昇降アームを回動させてロータリ耕耘装置２４を昇降できるようにしている。昇降シリンダ２６は昇降アクチュエータ２５の作動により伸縮され、昇降アクチュエータ２５は制御部３０の水平制御制御コントローラ３０４と接続されている。また、前記作業機装着装置２３の左右一側のリフトリンクには傾斜シリンダが設けられ、該傾斜シリンダを作動させる傾斜アクチュエータ４７は水平制御コントローラ３０４と接続されている。

位置検出部となる測位制御ユニット３０６には位置情報を検出可能とするための移動ＧＰＳアンテナ（測位アンテナ）３４とデータ受信アンテナ３８が接続され、移動ＧＰＳアンテナ３４とデータ受信アンテナ３８は前記キャビン１１上に設けられる。測位制御ユニット３０６には、位置算出手段を備えて緯度と経度を算出し、現在位置を表示手段４９や遠隔操作装置１１２の表示装置１１３で表示できるようにしている。なお、ＧＰＳ（米国）に加えて準天頂衛星(日本)やグロナス衛星（ロシア）等の衛星測位システム（ＧＮＳＳ）を利用することで精度の高い測位ができるが、本実施形態ではＧＰＳを用いて説明する。

自律走行作業車両１は、車体部の姿勢変化情報を得るためにジャイロセンサ３１、および進行方向を検知するために方位角検出部３２を具備し制御部３０と接続されている。但し、ＧＰＳの位置計測から進行方向を算出できるので、方位角検出部３２を省くことができる。
ジャイロセンサ３１は自律走行作業車両１の車体部前後方向の傾斜（ピッチ）の角速度、車体部左右方向の傾斜（ロール）の角速度、および旋回（ヨー）の角速度、を検出するものである。該三つの角速度を積分計算することにより、自律走行作業車両１の車体部の前後方向および左右方向への傾斜角度、および旋回角度を求めることが可能である。ジャイロセンサ３１の具体例としては、機械式ジャイロセンサ、光学式ジャイロセンサ、流体式ジャイロセンサ、振動式ジャイロセンサ等が挙げられる。ジャイロセンサ３１は制御部３０に接続され、当該三つの角速度に係る情報を制御部３０に入力する。

方位角検出部３２は自律走行作業車両１の向き（進行方向）を検出するものである。方位角検出部３２の具体例としては磁気方位センサ等が挙げられる。方位角検出部３２はＣＡＮ通信手段を介して自律走行制御コントローラ３０７に情報が入力される。

こうして自律走行制御コントローラ３０７は、上記ジャイロセンサ３１、方位角検出部３２から取得した信号を姿勢・方位演算手段により演算し、自律走行作業車両１の姿勢（向き、車体部前後方向及び車体部左右方向の傾斜、旋回方向）を求める。

次に、自律走行作業車両１の位置情報を衛星測位システムの一つであるＧＰＳ（グローバル・ポジショニング・システム）を用いて取得する。
ＧＰＳを用いた測位方法としては、単独測位、相対測位、ＤＧＰＳ（ディファレンシャルＧＰＳ）測位、ＲＴＫ−ＧＰＳ（リアルタイムキネマティック−ＧＰＳ）測位など種々の方法が挙げられ、これらいずれの方法を用いることも可能であるが、本実施形態では測定精度の高いＲＴＫ−ＧＰＳ測位方式を採用する。

ＲＴＫ−ＧＰＳ測位は、位置が判っている基準局と、位置を求めようとする移動局とで同時にＧＰＳ観測を行い、基準局で観測したデータを無線等の方法で移動局にリアルタイムで送信し、基準局の位置成果に基づいて移動局の位置をリアルタイムに求める方法である。

本実施形態においては、自律走行作業車両１に移動局となる測位制御ユニット３０６と移動ＧＰＳアンテナ３４とデータ受信アンテナ３８が配置され、基準局となる固定通信機３５と固定ＧＰＳアンテナ３６とデータ送信アンテナ３９が所定位置に配設される。本実施形態のＲＴＫ−ＧＰＳ測位は、基準局および移動局の両方で位相の測定（相対測位）を行い、基準局の固定通信機３５で測位したデータをデータ送信アンテナ３９からデータ受信アンテナ３８に送信する。

自律走行作業車両１に配置された移動ＧＰＳアンテナ３４はＧＰＳ衛星３７・３７・・・からの信号を受信する。この信号は測位制御ユニット３０６に送信され測位される。そして、同時に基準局となる固定ＧＰＳアンテナ３６でＧＰＳ衛星３７・３７・・・からの信号を受信し、固定通信機３５で測位し測位制御ユニット３０６に送信し、観測されたデータを解析して移動局の位置を決定する。

こうして、自律走行コントローラ３０７は自律走行作業車両１を自律走行させる自律走行手段として備えられる。つまり、自律走行コントローラ３０７と接続された各種情報取得ユニットによって、自律走行作業車両１の走行状態を各種情報として取得し、自律走行コントローラ３０７と接続された各種制御ユニットによって、自律走行作業車両１の自律走行を制御する。具体的には、ＧＰＳ衛星３７・３７・・・から送信される電波を受信して測位制御ユニット３０６において設定時間間隔で車体部の位置情報を求め、ジャイロセンサ３１及び方位角検出部３２から車体部の変位情報および方位情報を求め、これら位置情報と変位情報と方位情報に基づいて車体部が予め設定した経路（走行経路と作業経路）Ｒに沿って走行するように、操舵アクチュエータ４０、変速手段４４、昇降アクチュエータ２５、ＰＴＯ入切手段４５、エンジンコントローラ３０２等を制御して自律走行し自動で作業できるようにしている。

また、自律走行作業車両１には障害物センサ４１が配置されて制御部３０と接続され、障害物に衝突しないようにしている。例えば、障害物センサ４１はレーザセンサや超音波センサやカメラで構成して車体部の前部や側部や後部に配置して制御部３０と接続し、制御部３０によって車体部の前方や側方や後方に障害物があるかどうかを検出し、障害物が設定距離以内に近づくと走行を停止させるように制御する。

また、自律走行作業車両１には前方を撮影するカメラ４２Ｆや後方の作業機や作業後の圃場状態を撮影するカメラ４２Ｒが搭載され制御部３０と接続されている。カメラ４２Ｆ・４２Ｒは本実施形態ではキャビン１１のルーフの前部上と後部上に配置しているが、配置位置は限定するものではなく、キャビン１１内の前部上と後部上や一つのカメラ４２を車体部中心に配置して鉛直軸を中心に回転させて周囲を撮影しても、複数のカメラ４２を車体部の四隅に配置して車体部周囲を撮影する構成であってもよい。また、キャビン１１やボンネット２等に自律走行作業車両１の製造社のエンブレムが取り付けられている場合、当該エンブレムの背面側にカメラ４２Ｆ・４２Ｒを配することとしてもよい。その場合、エンブレム内には貫通穴或いは所定の隙間が設定され、カメラ４２Ｆ・４２Ｒのレンズが当該貫通穴或いは隙間の位置に相当することで撮影が妨げられない。カメラ４２Ｆ・４２Ｒで撮影された映像は走行作業車両１００に備えられた遠隔操作装置１１２の表示装置１１３に表示される。

遠隔操作装置１１２は前記自律走行作業車両１の後述する経路Ｒを設定したり、自律走行作業車両１を遠隔操作したり、自律走行作業車両１の走行状態や作業機の作動状態を監視したり、作業データを記憶したりするものであり、制御部（ＣＰＵやメモリ）１３０や通信装置１１１や表示装置１１３や記憶装置１１４等を備える。

有人走行車両となる走行作業車両１００は作業者が乗車して運転操作するとともに、走行作業車両１００に遠隔操作装置１１２を搭載して自律走行作業車両１を操作可能としている。走行作業車両１００の基本構成は自律走行作業車両１と略同じ構成であるので詳細な説明は省略する。なお、走行作業車両１００（または遠隔操作装置１１２）にＧＰＳ用の制御ユニットを備える構成とすることも可能である。

遠隔操作装置１１２は、走行作業車両１００及び自律走行作業車両１のダッシュボードやキャビン１１のピラー等に設けられる取付部（不図示の例えば遠隔操作装置１１２を取り付け固定可能なアーム部材）に着脱可能としている。遠隔操作装置１１２は走行作業車両１００の取付部に取り付けたまま操作することも、走行作業車両１００の外に持ち出して携帯して操作することも、自律走行作業車両１の取付部に取り付けたまま操作することも可能である。遠隔操作装置１１２は例えばノート型やタブレット型のパーソナルコンピュータ等の無線通信端末で構成することができる。本実施形態ではタブレット型のコンピュータで構成している。

さらに、遠隔操作装置１１２と自律走行作業車両１は無線で相互に通信可能に構成しており、自律走行作業車両１と遠隔操作装置１１２には通信するための通信装置１１０・１１１がそれぞれ設けられている。通信装置１１１は遠隔操作装置１１２に一体的に構成されている。通信手段は例えばＷｉＦｉ等の無線ＬＡＮで相互に通信可能に構成されている。遠隔操作装置１１２は画面に触れることで操作可能なタッチパネル式の操作画面とした表示装置１１３を筐体表面に設け、筐体内に通信装置１１１やＣＰＵや記憶装置やバッテリ等を収納している。

次に、経路生成装置となる遠隔操作装置１１２により経路Ｒを設定する手順について説明する。図３は、遠隔操作装置の表示装置に表示される初期画面を示す。但し、自律走行作業車両１が備える制御部３０によって経路Ｒを設定できるようにすることも可能である。
遠隔操作装置１１２の表示装置１１３はタッチパネル式としており、電源をオンして遠隔操作装置１１２を起動させると初期画面が現れるようにしている。初期画面では、図３に示すように、トラクタ設定ボタン２０１、圃場設定ボタン２０２、経路生成設定ボタン２０３、データ転送ボタン２０４、作業開始ボタン２０５、終了ボタン２０６が表示される。

まず、トラクタ設定について説明する。
トラクタ設定ボタン２０１をタッチすると、過去にこの遠隔操作装置１１２によりトラクタを用いて作業を行った場合、つまり、過去に設定したトラクタが存在する場合、そのトラクタ名（機種）が表示される。表示された複数のトラクタ名から今回使用するトラクタ名をタッチして選択すると、その後、後述する圃場設定に進み、或いは、初期画面に戻ることが可能である。
新規にトラクタ設定を行う場合には、トラクタの機種を特定する。この場合、機種名を直接入力する。或いは、複数のトラクタの機種を表示装置１１３に一覧表示させて所望の機種を選択できるようにしている。

トラクタの機種が設定されると、トラクタに装着される作業機のサイズ、形状、作業機の位置の設定画面が現れる。作業機の位置は例えば前部か、前輪と後輪の間か、後部か、オフセットか、を選択する。
作業機の設定が終了すると、作業中の車速、作業中のエンジン回転数、旋回時の車速、旋回時のエンジン回転数の設定画面が現れる。作業中の車速は往路と復路で異なる車速とすることも可能である。
車速、及び、エンジン回転数の設定が終了すると、後述する圃場設定に進み、或いは、初期画面に戻ることが可能である。

次に、圃場設定について、説明する。図４は、圃場設定時において自律走行作業車両にユーザが搭乗して行う外周走行の様子を示す。図５は、作業領域、枕地領域等、圃場内の設定される領域を示す。
圃場設定ボタン２０２をタッチすると、過去にこの遠隔操作装置１１２によりトラクタを用いて作業行った場合、つまり、過去に設定した圃場が存在する場合、設定されている圃場の名前が表示される。表示された複数の圃場名から今回作業を行う圃場名をタッチして選択すると、その後、後述する経路生成設定に進み、或いは、初期画面に戻ることが可能である。なお、設定された圃場を編集又は新規に設定することも可能である。

登録された圃場がない場合には、新規の圃場設定となる。新規の圃場設定を選択すると、図４に示すように、トラクタ（自律走行作業車両１）を圃場Ｈ内の四隅のうちの一つの隅Ａに位置させ、「測定開始」のボタンをタッチする。その後、トラクタを圃場Ｈの外周に沿って走行させて圃場形状を登録する。次に、作業者は、登録された圃場形状から、角位置Ａ・Ｂ・Ｃ・Ｄや変曲点を登録して圃場形状（走行領域）を特定する。

圃場Ｈが特定されると、図５に示すように、作業開始位置Ｓと、作業開始方向Ｆと、作業終了位置Ｇを設定する。この圃場Ｈ内に障害物が存在する場合には、障害物の位置までトラクタを移動させ、「障害物設定」ボタンをタッチして、その周囲を走行して、障害物設定を行う。なお、表示装置１１３には圃場の地図画像を表示することが可能であり、当該地図画像に、上記特定された圃場形状が重畳表示される場合、表示装置１１３上で障害物の周囲を指定することで、障害物設定を行うことができてもよい。
上記作業が終了すると、または、過去に登録した圃場を選択すると、確認画面となり、ＯＫ（確認）ボタンと「編集／追加」ボタンが表示される。過去に登録した圃場に変更がある場合には、「編集／追加」ボタンをタッチする。

前記圃場設定においてＯＫボタンをタッチすると、経路生成設定となる。経路生成設定は初期画面で経路生成設定ボタン２０３をタッチすることによっても経路生成設定が可能となる。
経路生成設定では、自律走行作業車両１に対して走行作業車両１００がどの位置で走行するかの選択画面が表示される。つまり、自律走行作業車両１と走行作業車両１００の位置関係を設定する。具体的には、（１）走行作業車両１００が自律走行作業車両１の左後方に位置する。（２）走行作業車両１００が自律走行作業車両１の右後方に位置する。（３）走行作業車両１００が自律走行作業車両１の真後ろに位置する。（４）走行作業車両１００は随伴しない（自律走行作業車両１のみで作業を行う）。の４種類が表示され、タッチすることにより選択できる。

次に、走行作業車両１００の作業機の幅を設定する。つまり、作業機の幅を数字で入力する。
次に、スキップ数を設定する。つまり、自律走行作業車両１が圃場外周端部（枕地）に至り第一の経路から第二の経路に移動する時に、経路を何本飛ばすかを設定する。具体的には、（１）スキップしない。（２）１列スキップ。（３）２列スキップ。のいずれかを選択する。
次に、オーバーラップの設定を行う。つまり、作業経路と隣接する作業経路における作業幅の重複量の設定を行う。具体的には、（１）オーバーラップしない。（２）オーバーラップする。を選択する。なお、「オーバーラップする」を選択すると、数値入力画面が表示され、数値を入力しないと次に進むことができない。

次に、外周設定が行われる。つまり、図５に示すような、自律走行作業車両１と走行作業車両１００とにより、または、自律走行作業車両１により作業を行う第１領域となる作業領域ＨＡの外側に第２領域が設定される。言い換えれば、圃場端で非作業状態として旋回走行する枕地ＨＢと、枕地ＨＢと枕地ＨＢとの間の左右両側の圃場外周に接する非作業領域とする側部余裕地ＨＣが設定される。よって、圃場Ｈ＝第１領域＋第２領域＝作業領域ＨＡ＋枕地ＨＢ＋枕地ＨＢ＋側部余裕地ＨＣ＋側部余裕地ＨＣとなる。通常、枕地ＨＢの幅Ｗｂと側部余裕地ＨＣの幅Ｗｃは、走行作業車両１００が装着した作業機の幅の二倍以下の長さとして、自律走行作業車両１と走行作業車両１００とによる随伴作業が終了した後に、作業者が走行作業車両１００に乗り込み、手動操作で外周を二周することで、仕上げることができるようにしている。但し、圃場外周の形状が複雑でない場合には、自律走行作業車両１で外周を作業することも可能である。なお、外周設定において、枕地ＨＢの幅Ｗｂ及び側部余裕地ＨＣの幅Ｗｃは、作業機の幅に応じて自動的に所定の幅に算出されるが、算出された枕地ＨＢの幅Ｗｂ及び側部余裕地ＨＣの幅Ｗｃは、任意の幅に変更可能であり、ユーザは所望の幅に変更した上で、変更後の幅Ｗｂ、幅Ｗｃを夫々、枕地ＨＢの幅、側部余裕地ＨＣの幅として設定可能である。但し、任意の幅に変更可能である場合、圃場内における走行、作業並びに安全性を考慮して算出される最小設定幅以下に設定することはできない。例えば、枕地ＨＢや側部余裕地ＨＣにおいて自律走行作業車両１が走行や旋回した場合に、作業機が圃場外に飛び出ないことを保証する幅が最小設定幅として算出される。

上記の各種設定の入力が終了すると、確認画面が現れ、確認をタッチすると、自動で経路Ｒが生成される。経路Ｒは作業経路Ｒａと走行経路Ｒｂからなり走行領域となる圃場Ｈに生成される。作業経路Ｒａは作業領域ＨＡ内で生成される経路で、作業を行いながら走行する経路であり、直線の経路となる。但し、作業領域ＨＡが矩形でない場合には作業領域ＨＡ外の領域（枕地ＨＢと側部余裕地（サイドマージン）ＨＣ）にはみ出すこともある。走行経路Ｒｂは作業領域ＨＡ外の領域で生成される経路で、作業を行わずに走行する経路であり、直線と曲線を組み合わせた経路となる。主に、枕地ＨＢでの旋回走行となる。

前記経路Ｒは経路生成装置によって自律走行作業車両１と走行作業車両１００の経路Ｒが生成される。
前記作業経路生成後にその作業経路を見たい場合は、経路生成設定ボタン２０３をタッチすることでシミユレーション画像が表示され、確認することができる。なお、経路生成設定ボタン２０３をタッチしなくても経路Ｒは生成されている。経路生成設定の各項目を設定すると、経路生成設定が表示され、その下部に、「経路設定ボタン」「データ転送する」「ホームへ戻る」が選択可能に表示される。

経路生成設定で生成された経路（経路Ｒ）に関する情報を転送するときは、初期画面において設けられたデータ転送ボタン２０４をタッチすることで転送できる。この転送は遠隔操作装置１１２で行われるため、これら設定した情報を自律走行作業車両１の制御装置に転送する必要がある。この転送は、（１）端子を用いて転送する方法と、（２）無線で転送する方法があり、本実施形態では、端子を用いる場合には、ＵＳＢケーブルを用いて遠隔操作装置１１２と自律走行作業車両１の制御装置を直接つなぐ、あるいは、ＵＳＢメモリに一旦記憶させてから、自律走行作業車両１のＵＳＢ端子に接続して転送する。また、無線で転送する場合は、ＷｉＦｉ（無線ＬＡＮ）を用いて転送する。

次に、制御部１３０が備える経路生成装置による前記経路生成設定において、スキップ数や、作業路と作業路との離間距離や、旋回半径等に基づいて、第２領域における旋回形態を複数種類の旋回経路から選択して走行経路Ｒｂが生成される。

旋回形態としては、図６に示す、直進及び後進を伴わない第１の旋回経路Ｒｂ１、図７に示す、直進を伴い後進を伴わない第２の旋回経路Ｒｂ２、図８に示す、後進を伴う第３の旋回経路Ｒｂ３、図１０に示す、直進と左右の旋回を伴い後進を伴わない第４の旋回経路Ｒｂ４、図１２に示す、切り返しを多用した第５の旋回経路Ｒｂ５がある。

直進及び後進を伴わない第１の旋回経路Ｒｂ１は、図６に示すように、主に、第２領域で隣接条に旋回するときの走行経路となる。第１の旋回経路Ｒｂ１は、作業経路Ｒａと作業経路Ｒａとの間の距離（条間距離）Ｗｔの半分の長さ（Ｗｔ／２）が、予め設定した旋回半径Ｔｒと比較され、その長さの差が所定範囲α内にある場合（Ｔｒ＋α≧Ｗｔ／２≧Ｔｒ−α）に選択される。

具体的には、前記経路生成設定において、「走行作業車両１００が自律走行作業車両１の真後ろに位置する」「スキップしない」「オーバーラップする」を選択した場合、作業経路Ｒａと作業経路Ｒａとの間の距離Ｗｔの半分の長さ（Ｗｔ／２）と予め設定した旋回半径Ｔｒとが比較演算され、その差が所定の範囲α以下であると（Ｔｒ＋α≧Ｗｔ／２≧Ｔｒ−α）、直進及び後進を伴わない第１の旋回経路Ｒｂ１が選択されて経路Ｒが生成され、図６に示すように、第２領域で自律走行作業車両１及び走行作業車両１００は作業路１から作業路２、作業路２から作業路３・・・のように隣接した作業路（隣接条）に移るときに、平面視で半円状（または半楕円状）の曲線の経路のみで１８０度右旋回（または左旋回）する。なお、前記（Ｔｒ−α）は自律走行作業車両１（または走行作業車両１００）の最小旋回半径、または、更に短い片ブレーキを使用した最小旋回半径以上の長さとしなければならない。つまり、この最小旋回半径以下の距離では自律走行作業車両１または走行作業車両１００を作業経路Ｒａ端で、最大旋回操作をしても、次の作業経路Ｒａに入ることができず、切り返しが必要となるからである。

直進を伴い後進を伴わない第２の旋回経路Ｒｂ２は、図７に示すように、主に、第２領域で作業路（条）を飛ばして旋回するときの走行経路となる。第２の旋回経路Ｒｂ２は、経路生成された後の作業経路Ｒａと作業経路Ｒａとの間の距離Ｗｔの半分の長さ（Ｗｔ／２）が、予め設定した旋回半径Ｔｒに所定範囲αを加えた長さよりも長い場合（Ｗｔ／２＞Ｔｒ＋α）に選択される。例えば、前記経路生成設定において、「走行作業車両１００が自律走行作業車両１の左後方に位置する」「１列スキップ」「オーバーラップする」を選択した場合、直進を伴い後進を伴わない第２の旋回経路Ｒｂ２が選択されて経路Ｒが生成され、図７に示すように、第２領域で自律走行作業車両１は作業路２から作業路４に、走行作業車両１００は作業路１から作業路３に移るときに、平面視で半小判形状の曲線となり、作業路１・２の終端から９０度右旋回（または左旋回）し、直線で所定距離走行した後、曲線で９０度右旋回（または左旋回）し、作業路３・４の始端に移る。

後進を伴う第３の旋回経路Ｒｂ３は、図８に示すように、主に、第２領域で隣接条に旋回するときの走行経路となる。第３の旋回経路Ｒｂ３は、作業経路Ｒａと作業経路Ｒａとの間の距離（条間距離）Ｗｔの半分の長さ（Ｗｔ／２）が、予め設定した旋回半径Ｔｒから所定範囲αを引いた長さ（Ｔｒ−α）よりも短い場合に選択される。つまり、作業経路Ｒａ端で最大旋回操作をしても次の作業経路Ｒａに入ることができず、切り返しが必要な場合に選択される。例えば、前記経路生成設定において、「走行作業車両１００が自律走行作業車両１の真後ろに位置する」「スキップしない」「オーバーラップする」を選択した場合、作業経路Ｒａと作業経路Ｒａとの間の距離Ｗｔの半分の長さ（Ｗｔ／２）と予め設定した旋回半径Ｔｒから所定範囲αを引いた長さ（Ｔｒ−α）とが比較演算され、作業経路Ｒａと作業経路Ｒａとの間の距離Ｗｔの半分の長さ（Ｗｔ／２）が予め設定した旋回半径Ｔｒから所定範囲αを引いた長さよりも短い場合（Ｗｔ／２＜Ｔｒ−α）、後進を伴う第３の旋回経路Ｒｂ３が選択されて経路Ｒが生成される。この経路Ｒは、図８に示すように、第２領域で自律走行作業車両１（走行作業車両１００は１条遅れて走行し衝突しないようにする）は作業路１から作業路２、作業路２から作業路３・・・のように隣接した作業路（隣接条）に移るときに、平面視で魚の尻尾形状のように、作業路の終端から曲線で９０度右旋回（または左旋回）し、直線で所定距離走行した後停止し、直線で所定距離後進して停止し、その後、曲線で９０度右旋回（または左旋回）して次の作業路に入り作業を行う。そして、その作業路の終端に至ると前記同様に第３の旋回経路Ｒｂ３で旋回されて、作業が繰り返される。

前記第３の旋回経路Ｒｂ３を更に詳述する。作業経路の終端で枕地ＨＢの幅が最も短く、設定旋回半径Ｔｒで旋回して第３の旋回経路Ｒｂ３を生成する場合、図９に示すように、作業経路Ｒａの終端位置から設定旋回半径Ｔｒで９０度旋回する。この旋回時にはロータリ耕耘装置２４の後端は圃場の境界線ｈよりも内側に設定された枕地の安全境界線ｈｂよりも内側を通過するようにして、旋回時にロータリ耕耘装置２４が畦等の障害物に当たらないようにしている。そして、車体部の姿勢が安定するまで所定距離（約１メートル程度）直進して停止する。つまり、９０度旋回した直後に停止して次の工程となる後進を行うと、前輪９が直進位置に戻る前に後進して蛇行するおそれがあるから９０度旋回した後に所定距離直進するようにしている。次に、前記旋回前の作業経路Ｒａの延長上付近（再度９０度旋回を行うことで次の作業経路Ｒａに入ることが可能な位置）まで直進で後進して停止する。次に、作業経路Ｒａに入るように９０度旋回する。こうして、幅の狭い条の場合であっても少ない切り返し操作（１回の切り返し操作）で１８０度の旋回ができるようになる。

以上のように、経路生成装置は、車体部を走行させる走行領域（特定された圃場Ｈ）と前記車体部に対して予め設定された旋回半径を記憶可能な記憶部１１４と、前記走行領域内における前記車体部の走行経路Ｒｂ及び前記車体部に装着される作業機による作業経路Ｒａを生成可能な制御部１３０（または制御部３０）とを備え、前記制御部１３０（または制御部３０）は、前記走行領域において、前記作業経路Ｒａが生成される第１領域（作業領域ＨＡ）と、前記走行経路Ｒｂが生成される第２領域（枕地ＨＢと側部余裕地ＨＣ）とを設定可能であり、前記第１領域に設定される複数の作業路のうち、第１の作業路から第２の作業路への移動に、第２領域における前記車体部の旋回が必要な場合、第１の作業路と第２の作業路との離間距離Ｗｔ及び前記旋回半径Ｔｒに基づいて、直進及び後進を伴わない第１の旋回経路Ｒｂ１と、直進を伴い後進を伴わない第２の旋回経路Ｒｂ２と、後進を伴う第３の旋回経路Ｒｂ３との何れかの旋回経路を含む前記走行経路Ｒｂを生成可能であるので、圃場形状や作業に合わせて最も効率よく走行及び作業が可能な旋回経路を選択して経路生成することができるようになる。

また、前記制御部１３０（または制御部３０）は、第１領域（作業領域ＨＡ）および第２領域（枕地ＨＢと側部余裕地ＨＣ）の面積比を変更して第２の領域を広くすることで前記第１乃至第３の旋回経路Ｒｂ１・Ｒｂ２・Ｒｂ３とは異なる第４の旋回経路Ｒｂ４を含む前記走行経路を生成可能であるので、切り返しにかかる時間を短縮してスムースな旋回ができて、効率のよい経路Ｒを生成することが可能となる。

つまり、作業領域ＨＡに生成した作業経路Ｒａの幅は、途中または最終条で作業幅（作業経路Ｒａと作業経路Ｒａとの間の距離Ｗｔ）よりも狭くなる狭作業経路Ｒｃが生じることがある。このような場合、図１１に示すように、側部余裕地ＨＣにはみ出して作業が行われ、実質的に旋回するための領域が狭くなる。このような場合、前記第１の旋回経路Ｒｂ１、または、第３の旋回経路Ｒｂ３を生成すると、圃場からはみ出したり、既耕地にはみ出したりすることになる。また、切り返しを多用することで側部余裕地ＨＣの範囲内で旋回することは可能であるが、旋回に時間がかり、圃場を荒らしてしまうことにもなる。

このような場合、図１０に示すように、側部余裕地ＨＣの幅を広げて、直進と左右の旋回を伴い後進を伴わない第４の旋回経路Ｒｂ４を生成することで１８０度旋回が可能となる。このような第４の旋回経路Ｒｂ４は、平面視でフック状として、作業経路Ｒａの終端から１８０度以上２７０度未満の範囲で右旋回（または左旋回）を行った後に逆方向に左旋回（または右旋回）して次の作業経路Ｒａに入る。このような、第４の旋回経路Ｒｂ４を生成することで、切り返しを多用することなく素早く次の作業路に入って作業を行うことができる。

また、側部余裕地ＨＣは多少荒れてもしかたなく、拡げた側部余裕地ＨＣの後作業の手間を省き、側部余裕地ＨＣの範囲内で旋回したい場合には、前記制御部１３０（または制御部３０）は、第１の旋回方向への旋回、及び、第１の旋回方向とは反対の第２の旋回方向への旋回を伴う第５の旋回経路Ｒｂ５を含む前記走行経路を生成可能としている。つまり、図１２に示すように、切り返しを多用した（本実施形態では２回の切り返し）第５の旋回経路Ｒｂ５を側部余裕地ＨＣの範囲内で生成するのである。こうして、多少時間はかかり、前後進の切換を頻繁に行う必要はあるが、既耕地や圃場外にはみ出すことなく作業が行える。

また、制御部１３０（または制御部３０）は、前記作業機による作業が第１の作業路、第２の作業路、第３の作業路の順に行われ、所定の第ｎ番目の作業路から第（ｎ＋１）番目の作業路への移動に、第３の旋回経路Ｒｂ３による旋回が必要な場合に、第（ｎ＋１）番目の作業路と第２領域とに跨って設定される第３の旋回経路Ｒｂ３を含む前記走行経路を生成可能である一方、第ｎ番目の作業路と第２領域とに跨って設定される第３の旋回経路Ｒｂ３を含む前記走行経路を生成しないようにしている。つまり、既耕地に跨る旋回経路は生成設定しないが、未耕地に跨る旋回経路は生成設定可能としている。なお、ｎは１以上の整数である。

例えば、図１３に示すように、作業路１・３・５は既耕地とし、作業路２・４・６・は未耕地とすると、第１の作業路から第２の作業路に移動するときに第３の旋回経路Ｒｂ３が採用される場合、９０度旋回して後進し、次に９０度旋回するときに、未耕地の第２の作業路に自律走行作業車両１が進入するような走行経路Ｒｂを生成設定することを可能としている。また、第３の作業路から第４の作業路に移動するときに第３の旋回経路Ｒｂ３が採用される場合、最初に１８０度以上旋回して停止する。このとき自律走行作業車両１が未耕地の第４の作業路に進入することを可能とし、次に、後進してから停止し、９０度未満の旋回を行うような走行経路Ｒｂを生成設定することを可能としている。しかしながら、次のような場合は経路生成を許可しない。つまり、第５の作業路から第６の作業路に移動するときに第３の旋回経路Ｒｂ３が採用されるような場合において、最初に９０度未満の旋回をして停止し、次に後進するとき自律走行作業車両１が既耕地の第５の作業路に進入することは許可せず、走行経路を生成設定しないようにしている。

また、前記側部余裕地ＨＣを拡げたくなく、また、前記第５の旋回経路Ｒｂ５も採用したくない場合は、図１４に示すように、作業開始位置Ｓを作業終了位置Ｇと反対側に配置して、反対側から開始し、逆方向へ旋回する経路を生成することも可能である。この場合、第１の旋回経路Ｒｂ１、または、第３の旋回経路Ｒｂ３を生成することが可能となる。このような経路を生成することにより、第２領域（枕地ＨＢと側部余裕地ＨＣ）となる外周を、２周回るだけで最後の仕上げ作業ができることとなる。

１自律走行作業車両
３０制御部
１１２遠隔操作装置
１３０制御部
Ｈ圃場
Ｒ経路
Ｒａ作業経路
Ｒｂ走行経路
ＨＡ作業領域

Claims

車体部を走行させる走行領域と前記車体部に対して予め設定された旋回半径を記憶可能な記憶部と、
前記走行領域内における前記車体部の走行経路及び前記車体部に装着される作業機による作業経路を生成可能な制御部と、を備え、
前記制御部は、前記走行領域において、前記作業経路が生成される第１領域と、前記走行経路が生成される第２領域とを設定可能であり、
前記第１領域に設定される複数の作業路のうち、第１の作業路から第２の作業路への移動に、第２領域における前記車体部の旋回が必要な場合、第１の作業路と第２の作業路との離間距離及び前記旋回半径に基づいて、直進及び後進を伴わない第１の旋回経路と、直進を伴い後進を伴わない第２の旋回経路と、後進を伴う第３の旋回経路との何れかの旋回経路を含む前記走行経路を生成可能であることを特徴とする経路生成装置。
前記制御部は、第１領域および第２領域の面積比を変更して第２の領域を広くすることで第１乃至第３の旋回経路とは異なる第４の旋回経路を含む前記走行経路を生成可能であることを特徴とする請求項１に記載の経路生成装置。
前記制御部は、第１の旋回方向への旋回、及び、第１の旋回方向とは反対の第２の旋回方向への旋回を伴う第５の旋回経路を含む前記走行経路を可能であることを特徴とする請求項１に記載の経路生成装置。
前記制御部は、前記作業機による作業が第１の作業路、第２の作業路、第３の作業路の順に行われ、所定の第ｎ番目の作業路から第（ｎ＋１）番目の作業路への移動に、第３の旋回経路による旋回が必要な場合に、第（ｎ＋１）番目の作業路と第２領域とに跨って設定される第３の旋回経路を含む前記走行経路を生成可能である一方、第ｎ番目の作業路と第２領域とに跨って設定される第３の旋回経路を含む前記走行経路を生成しないことを特徴とする請求項１に記載の経路生成装置。