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JP7561017B2 - 作業車両および圃場外形生成方法 - Google Patents

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Description

本発明は、圃場で作業を行う作業車両および圃場外形生成方法に関する。
前方・後方カメラや障害物センサによって検出された障害物の情報が自動運転ＥＣＵに入力され、自動運転ＥＣＵが障害物を回避するような走行コースを設定する作業車両が知られている（特許文献１）。
特開２０２０－１７９号公報
しかしながら、上記した作業車両では、カメラや障害物センサが障害物を検出できることが前提であった。つまり、カメラや障害物センサで検出できない障害物には対応できていなかった。
本発明は、障害物を特定することができる作業車両および圃場外形生成方法を提供する。
本発明に係る作業車両は、車体の位置を示す計測点を取得する測位部と、圃場の外縁に沿って前記車体を手動走行させた場合に取得された複数の前記計測点で構成される前記車体の走行軌跡に基づいて前記圃場の初期外形を生成する初期外形生成部と、前記走行軌跡に基づいて走行の障害となる障害物を特定し、特定された前記障害物を含む障害物領域を生成する障害物特定部と、を備えた。
この場合、前記障害物特定部は、前記圃場の前記初期外形の内側に自動走行を可能とする自動走行可能領域を設定し、前記自動走行可能領域に前記走行軌跡が重複している場合に、前記自動走行可能領域に重複した前記走行軌跡よりも外側となる外側領域を前記障害物として特定し、前記外側領域を前記障害物領域としてもよい。
この場合、前記圃場の前記初期外形から少なくとも前記外側領域を除外した前記圃場の補正外形を生成する補正外形生成部を更に備えてもよい。
この場合、前記補正外形生成部は、前記自動走行可能領域に重複した前記走行軌跡を構成する前記計測点と前記外側領域とを内包する除外領域を生成し、前記圃場の前記初期外形から前記除外領域を除外して前記圃場の前記補正外形を生成してもよい。
この場合、少なくとも前記圃場の前記初期外形並びに前記補正外形および前記除外領域を表示する表示部と、前記表示部に表示された前記除外領域の変形と追加の少なくとも一方を受け付ける入力部と、前記入力部で受け付けた操作に基づいて前記除外領域の変形と追加の少なくとも一方を実行する除外領域変更部と、を更に備えてもよい。
この場合、少なくとも前記走行軌跡および前記自動走行可能領域を表示する表示部と、前記表示部に表示された前記自動走行可能領域の大きさの変更を受け付ける入力部と、前記入力部で受け付けた操作に基づいて前記自動走行可能領域の大きさの変更を実行する走行領域変更部と、を更に備えてもよい。
本発明は、圃場の外縁に沿って作業車両を手動走行させることで前記圃場の外形を生成する圃場外形生成方法であって、車体の位置を示す計測点を取得し、前記計測点に基づいて前記車体の走行軌跡を生成する走行軌跡生成工程と、前記走行軌跡に基づいて前記圃場の初期外形を生成する初期外形生成工程と、前記走行軌跡に基づいて走行の障害となる障害物を特定し、特定された前記障害物を含む障害物領域を生成する障害物特定工程と、を備えた。
この場合、前記圃場の前記初期外形に基づいて自動走行を可能とする自動走行可能領域を設定する領域設定工程を更に備え、前記障害物特定工程では、前記自動走行可能領域に前記走行軌跡が重複している場合に、前記自動走行可能領域に重複した前記走行軌跡よりも外側となる外側領域を障害物として特定し、前記外側領域を前記障害物領域としてもよい。
この場合、前記圃場の前記初期外形から少なくとも前記外側領域を除外した前記圃場の補正外形を生成する補正外形生成工程を更に備えてもよい。
この場合、前記自動走行可能領域に重複した前記走行軌跡を構成する前記計測点と前記外側領域とを内包する除外領域を生成する除外領域生成工程を更に備え、前記補正外形生成工程では、前記圃場の前記初期外形から前記除外領域を除外して前記圃場の前記補正外形を生成してもよい。
この場合、前記除外領域生成工程では、入力部を介して入力された操作に基づいて、表示部に表示された前記除外領域の変形と追加の少なくとも一方を実行してもよい。
この場合、前記領域設定工程では、入力部を介して入力された操作に基づいて、表示部に表示された前記自動走行可能領域の大きさの変更を実行してもよい。
本発明によれば、障害物を特定することができる。
本発明の一実施形態に係るコンバインを示す側面図である。 本発明の一実施形態に係るコンバインの測位部および基地局を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係るコンバインを示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係るコンバインの作業対象となる圃場の外形を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係るコンバインの作業対象となる圃場の初期外形および走行軌跡等を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係るコンバインの作業対象となる圃場の初期外形、走行軌跡および自動走行可能領域等を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係るコンバインの作業対象となる圃場の初期外形に外側領域を設定した状態を拡大して示す平面図である。 本発明の一実施形態に係るコンバインの作業対象となる圃場の初期外形に除外領域を設定した状態を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係るコンバインの作業対象となる圃場の補正外形を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係るコンバインの作業対象となる圃場の初期外形に設定された自動走行可能領域の大きさの変更および除外領域の変形・追加を説明する平面図である。 本発明の一実施形態に係る圃場外形生成方法を示すフローチャートである。
以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。なお、本明細書では方向や位置を示す用語を用いるが、それらの用語は説明の便宜のために用いるものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
［コンバインの概要］
図１および図２を参照して、作業車両の一例としてのコンバイン１について説明する。図１はコンバイン１を示す側面図である。図２は測位部３４および基地局３９を示すブロック図である。
コンバイン１は、自動運転または手動操作によって、作業対象となる圃場において自律して走行および旋回しながら、圃場の穀稈の刈取等の作業を行う。例えば、コンバイン１は、自動運転によって操向を制御すると共に手動操作によって走行速度を制御するオート作業や、自動運転によって操向および走行速度を制御する無人作業を行うように構成されている。
図１に示すように、コンバイン１は、走行部２と、刈取部３と、脱穀部４と、選別部５と、貯留部６と、排藁処理部７と、動力部８と、操縦部９と、を備えている。コンバイン１は、いわゆる自脱型コンバインであって、走行部２によって走行しながら、刈取部３で刈り取った穀稈を脱穀部４で脱穀し、選別部５で穀粒を選別して貯留部６に貯える。また、コンバイン１は、脱穀後の排藁を排藁処理部７によって処理する。コンバイン１は、動力部８から供給された動力によって、走行部２、刈取部３、脱穀部４、選別部５、貯留部６および排藁処理部７を駆動する。
走行部２は、機体フレーム１０の下方に設けられた左右一対のクローラ式走行装置１１を備えている。クローラ式走行装置１１は、トランスミッション（図示せず）を介してエンジン２７に接続され、エンジン２７が発生する出力によって回転する。クローラ式走行装置１１が回転駆動されることで、コンバイン１は前後方向に走行したり、左右方向に旋回したりする。
刈取部３は、走行部２の前方に設けられている。刈取部３は、デバイダ１３と、引起装置１４と、切断装置１５と、搬送装置１６と、を備えている。デバイダ１３は、圃場の穀稈を引起装置１４へ案内する。引起装置１４は、デバイダ１３によって案内された穀稈を引き起こす。切断装置１５は、引起装置１４によって引き起こされた穀稈を切断する。搬送装置１６は、切断装置１５によって切断された穀稈を脱穀部４へ搬送する。
脱穀部４は、刈取部３の後方に設けられている。脱穀部４は、フィードチェーン１８と、扱胴１９と、を備えている。フィードチェーン１８は、刈取部３の搬送装置１６から搬送された穀稈を脱穀のために搬送し、更に脱穀後の穀稈、すなわち排藁を排藁処理部７へと搬送する。扱胴１９は、フィードチェーン１８によって搬送されている穀稈を脱穀する。
選別部５は、脱穀部４の下方に設けられている。選別部５は、揺動選別装置２１と、風選別装置２２と、穀粒搬送装置（図示せず）と、藁屑排出装置（図示せず）と、を備えている。揺動選別装置２１は、脱穀部４から落下した脱穀物をふるいにかけて穀粒と藁屑等に選別する。風選別装置２２は、揺動選別装置２１によって選別された脱穀物を送風によって更に穀粒と藁屑等に選別する。穀粒搬送装置は、揺動選別装置２１及び風選別装置２２によって選別された穀粒を貯留部６へ搬送する。藁屑排出装置は、揺動選別装置２１及び風選別装置２２によって選別された藁屑等を機外へ排出する。
貯留部６は、脱穀部４の右方に設けられている。貯留部６は、グレンタンク２４と、排出装置２５、とを備えている。グレンタンク２４は、選別部５から搬送されてきた穀粒を貯留する。排出装置２５は、オーガ等で構成され、グレンタンク２４に貯留されている穀粒を任意の場所に排出する。
排藁処理部７は、脱穀部４の後方に設けられている。排藁処理部７は、排藁搬送装置（図示せず）と、排藁切断装置（図示せず）と、を備えている。排藁搬送装置は、脱穀部４のフィードチェーン１８から搬送された排藁を排藁切断装置へ搬送する。排藁切断装置は、排藁搬送装置によって搬送された排藁を切断して機外へ排出する。
動力部８は、走行部２の前側上方に設けられている。動力部８は、回転動力を発生させるエンジン２７を備えている。動力部８は、エンジン２７が発生させた回転動力を、走行部２、刈取部３、脱穀部４、選別部５、貯留部６および排藁処理部７に伝達する。
操縦部９は、動力部８の上方に設けられている。操縦部９は、運転席２９と、タッチパネル３０（図３参照）と、複数の操作具（図示せず）と、を備えている。運転席２９は、例えば、車体の右側に設けられ、作業者が着座する椅子等を含んでいる。タッチパネル３０は、運転席２９に着座した作業者によって操作可能な位置に設けられている。タッチパネル３０は、後述する各種のカメラで撮影された画像等を表示する表示部であると共に、表示された画像に触れることで各種装置を操作する入力部でもある。複数の操作具は、運転席２９に着座した作業者によって操作されるものであり、コンバイン１を操向操作するためのハンドル、エンジン２７の回転速度（車体の走行速度）を調整するアクセル、刈取部３を昇降させる昇降スイッチ等を含んでいる。
コンバイン１は、機体カメラ３２（図３参照）と、測位部３４（図２参照）と、を備えている。機体カメラ３２は、圃場を撮影する。測位部３４は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）等の衛星測位システムを利用して車体（コンバイン１）の位置を示す計測点７１（位置情報）を取得する。
＜測位部＞
図２に示すように、測位部３４は、移動通信機３５と、移動ＧＰＳアンテナ３６と、データ受信アンテナ３７と、を備えている。移動通信機３５は、移動ＧＰＳアンテナ３６を介してＧＰＳ衛星と通信することで、車体（正確には移動ＧＰＳアンテナ３６）の位置情報を取得する。移動通信機３５は、衛星測位システム（ＧＰＳ衛星）から所定の時間間隔で計測点７１を取得する。
＜基地局＞
コンバイン１の作業対象となる圃場の周囲の畦等には、基地局３９が設置されている。基地局３９は、固定通信機４０と、固定ＧＰＳアンテナ４１と、データ送信アンテナ４２と、固定カメラ４３と、を備えている。固定通信機４０は、固定ＧＰＳアンテナ４１を介してＧＰＳ衛星と通信することによって、基地局３９の位置情報を取得する。固定通信機４０は、基地局３９の位置情報に基づく補正情報を、データ送信アンテナ４２を介して移動通信機３５へ送信する。固定カメラ４３は、圃場を撮影する。固定通信機４０は、固定カメラ４３によって撮影された画像（圃場画像）を取得し、データ送信アンテナ４２を介して圃場画像を移動通信機３５へ送信する。測位部３４の移動通信機３５は、データ受信アンテナ３７を介して基地局３９の固定通信機４０から送信された補正情報および圃場画像を受信する。移動通信機３５は、補正情報に基づいて車体（コンバイン１）の位置情報を補正する。なお、基地局３９は設置されなくてもよく、基地局３９による位置情報の補正は行われなくてもよい。
［制御装置］
次に、図３を参照して、コンバイン１の制御装置４５について説明する。図３はコンバイン１を示すブロック図である。
制御装置４５は、演算処理部５０と、記憶部５１と、通信部５２と、を備えている。演算処理部５０、記憶部５１および通信部５２は、互いに電気的に接続されている。また、上記したコンバイン１の各種構成要素は、インタフェースを介して制御装置４５に電気的に接続されている。制御装置４５は、操縦部９を介した作業者からの入力操作に応じてコンバイン１の各種構成要素を制御する。
記憶部５１は、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ハードディスクドライブ、フラッシュメモリ等であって、コンバイン１の各種構成要素および各種機能を制御するためのプログラムやデータを記憶している。演算処理部５０は、記憶部５１に記憶されたプログラムやデータに基づいて演算処理を実行することで、コンバイン１の各種構成要素および各種機能を制御する。なお、制御装置４５は、プログラム等を実行するプロセッサ等に代えて、集積回路等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現されてもよい。
通信部５２は、作業者の保有する携帯端末５３と無線通信を行う。携帯端末５３は、例えば、タッチパネルを備えるタブレット端末であって、コンバイン１を遠隔操作するための端末である。携帯端末５３は、圃場を撮影する携帯カメラ５４を備えている。また、通信部５２は、ドローン等の空撮装置５６と無線通信を行う。空撮装置５６は、圃場を撮影する空撮カメラ５７を備えている。作業者がタッチパネル３０または携帯端末５３に空撮装置５６への動作指示を入力すると、空撮装置５６は通信部５２から送信された動作指示に応じて動作する。なお、空撮装置５６は、通信部５２に代えて／加えて、携帯端末５３と無線通信を行ってもよい。
作業者が各カメラ３２，４３，５７への撮影指示をタッチパネル３０または携帯端末５３（以下、タッチパネル３０等という。）に入力すると、制御装置４５は各カメラ３２，４３，５７を制御して圃場を撮影させる。制御装置４５は、各カメラ３２，４３、５７によって撮影された圃場画像をタッチパネル３０等に表示させる。なお、作業者が携帯カメラ５４で撮影した圃場画像の表示指示をタッチパネル３０等に入力すると、制御装置４５は通信部５２を介して携帯端末５３を制御して圃場画像をタッチパネル３０等に表示させる。なお、携帯端末５３や空撮装置５６は省略されてもよく、携帯端末５３や空撮装置５６による圃場情報の取得は行われなくてもよい。
制御装置４５は、測位部３４の移動通信機３５からコンバイン１の位置情報（計測点７１）を取得する。制御装置４５は、例えば、圃場の外形７０（圃場の外縁の形状）等を含む圃場情報を設定可能な圃場情報設定画面をタッチパネル３０等に表示させる。他にも、制御装置４５は、圃場情報に基づく圃場マップと、圃場マップ上にコンバイン１の進行方向が分かる走行経路と、をタッチパネル３０等に表示させる。
［制御装置の機能］
次に、図３および図４を参照して、制御装置４５の機能について説明する。図４は圃場の外形７０を示す平面図である。
図３に示すように、制御装置４５は、圃場情報設定部６０と、走行経路作成部６２と、自動運転制御部６３と、を備えている。圃場情報設定部６０、走行経路作成部６２および自動運転制御部６３は、制御装置４５の機能として提供されるものであり、具体的には、記憶部５１に記憶されたプログラムやデータに従って演算処理部５０が演算処理を実行することによって実現される。
＜圃場情報設定部＞
図４に示すように、圃場情報設定部６０は、作業者がコンバイン１を操縦して圃場の外縁に沿って周回するように手動走行（同時に刈取も行う）させることで、圃場の外形７０（図４では概ね四角形）を生成する。このように、作業者が圃場の外縁に沿ってコンバイン１を手動走行させることで、コンバイン１の旋回スペースとなる枕地Ｔが形成される。枕地Ｔは、未刈穀稈からなる未刈領域Ｄを囲むように略矩形環状に形成される。なお、図４に一点鎖線で示す矢印は、コンバイン１の進行方向（周回方向）を示している。また、圃場情報設定部６０は、タッチパネル３０等に表示される圃場情報設定画面に対して作業者が手動で入力した情報に基づいて、圃場の外形７０等の圃場情報を取得してもよい。また、他にも、圃場情報設定部６０は、各種のカメラ３２，４３，５４，５７によって撮影された少なくとも１つの圃場画像を取得し、少なくとも１つの圃場画像を画像解析することで圃場情報を自動で取得してもよい。
＜走行経路作成部＞
走行経路作成部６２は、圃場をコンバイン１が自動運転（自動走行および自動刈取）を行うために参照する走行経路を生成する。走行経路作成部６２は、圃場情報設定部６０によって生成された圃場の外形７０の内側（未刈領域Ｄ）に走行経路を生成し、記憶部５１に格納する（記憶させる）。走行経路は、走行に関する走行設定と、刈取等の作業に関する作業設定と、を含んでいる。走行設定は、圃場における走行位置に加えて、各走行位置での走行速度および進行方向（操向方向、前進、後退）を含んでいる。作業設定は、各走行位置での刈取の稼働または停止、刈取速度および刈取高さ、他の作業に関する情報を含んでいる。
走行経路作成部６２は、走行しながら刈取を行う経路を直線状に設定し、未刈領域Ｄに対して複数の直線状経路を組み合わせて走行経路を設定するとよい。走行経路作成部６２は、未刈領域Ｄの周囲から中央側に向かって刈取を進めるように走行経路を生成するとよい。走行経路作成部６２は、車体の左側に未刈領域Ｄを位置させるように走行経路を生成するとよい。なお、走行経路作成部６２は、走行経路の新規作成または修正において、仮に生成した複数の走行経路の中から作業効率の良い走行経路を選択してもよい。ここで、作業効率は、刈取を伴う走行だけでなく、空走距離や旋回等も考慮して判断される。
走行経路作成部６２は、タッチパネル３０等を用いて作業者が手動で入力した情報に基づいて走行経路を設定してもよいし、圃場情報設定部６０で設定された圃場情報に基づいて自動で走行経路を設定してもよい。走行経路作成部６２は、往復刈り走行や回り刈り走行等の所定の走行パターンの走行経路を設定する。走行経路には、穀稈の刈取を行う直線状経路以外に、一の直線状経路から他の直線状経路へ移動する空走経路が含まれるところ、走行経路作成部６２は、空走経路（空走距離）を短くするように走行経路を生成するとよい。
＜自動運転制御部＞
自動運転制御部６３は、走行経路作成部６２で生成された走行経路の走行設定および作業設定に基づいて、動力部８、走行部２および刈取部３を制御し、走行経路に応じた自動運転（自動走行および自動刈取）を実行する。また、自動運転制御部６３は、脱穀部４、選別部５、貯留部６および排藁処理部７を制御して、刈取後の穀稈の脱穀、脱穀後の穀粒や藁屑の選別、選別後の穀粒の貯留、脱穀後の排藁の処理等を自動的に実行する。なお、コンバイン１は、ジャイロセンサおよび方位センサ（地磁気センサ）を備えている（いずれも図示せず）。自動運転制御部６３は、これらのセンサから変位情報および方位情報を取得し、衛星測位システムを利用した位置情報、変位情報および方位情報に基づいてコンバイン１の自動運転を調整してもよい。
［圃場情報設定部の構成］
次に、図３、図５ないし図１０を参照して、圃場情報設定部６０の構成について説明する。図５は圃場の初期外形７０Ａおよび走行軌跡７１Ｔ等を示す平面図である。図６は圃場の初期外形７０Ａ、走行軌跡７１Ｔおよび自動走行可能領域７２等を示す平面図である。図７は圃場の初期外形７０Ａに外側領域７３を設定した状態を拡大して示す平面図である。図８は圃場の初期外形７０Ａに除外領域７４を設定した状態を示す平面図である。図９は圃場の補正外形７０Ｂを示す平面図である。図１０は自動走行可能領域７２の大きさの変更および除外領域７４の変形・追加を説明する平面図である。
既に説明したように、作業者が枕地Ｔ（図４参照）を確保するためにコンバイン１を手動走行させることに伴って、圃場情報設定部６０は圃場の外形７０を生成する。ところで、圃場には、様々な障害物Ｅが存在する。例えば、圃場への入口（図４参照）、用水バルブ、排水口、暗渠排気口等が障害物Ｅとなることがある。障害物Ｅが圃場の外形７０に含まれてしまうと、走行経路作成部６２が障害物Ｅ上に走行経路を設定してしまい、適正な自動運転を実行することができない虞がある。したがって、走行経路作成部６２が障害物Ｅに干渉した走行経路を設定しないように、圃場の外形７０は障害物Ｅを除外した形で設定される必要がある。そこで、本実施形態に係るコンバイン１では、圃場情報設定部６０が障害物Ｅを除外した圃場の外形７０を生成する機能を備えている。
図３に示すように、圃場情報設定部６０は、初期外形生成部６５と、障害物特定部６４と、補正外形生成部６６と、走行領域変更部６７と、除外領域変更部６８と、を備えている。初期外形生成部６５、補正外形生成部６６、走行領域変更部６７および除外領域変更部６８は、記憶部５１に記憶されたプログラム等に従って演算処理部５０が演算処理を実行することで実現される。
＜初期外形生成部＞
図５に示すように、初期外形生成部６５は、圃場の外縁に沿って車体（コンバイン１）を手動走行させた場合に取得された複数の計測点７１で構成される車体の走行軌跡７１Ｔを設定する。また、初期外形生成部６５は、走行軌跡７１Ｔに基づいて圃場の初期外形７０Ａを生成する。具体的には、初期外形生成部６５は、走行軌跡７１Ｔ（複数の計測点７１）に基づいて近似直線７０Ｌを算出し、複数（図５では４本）の近似直線７０Ｌで囲まれた多角形を圃場の初期外形７０Ａとする。初期外形生成部６５は、生成した走行軌跡７１Ｔ（複数の計測点７１）および圃場の初期外形７０Ａを記憶部５１に格納する（記憶させる）。この圃場の初期外形７０Ａには、障害物Ｅが含まれている可能性がある。なお、近似直線７０Ｌは、２点（始点と終点）の位置情報（座標データ）で構成されている。また、近似直線７０Ｌの生成法（算出法）の具体例としては、初期外形生成部６５は、より多くの計測点７１を通る直線を近似直線７０Ｌとしてもよいし、手動または自動で選択された複数の計測点７１の間を結んだ直線を近似直線７０Ｌとしてもよいし、最小二乗法を用いて近似した直線を近似直線７０Ｌとしてもよい。
＜障害物特定部＞
図６に示すように、障害物特定部６４は、圃場の初期外形７０Ａの内側に自動走行を可能とする自動走行可能領域７２を設定し、記憶部５１に格納する。自動走行可能領域７２は、圃場の初期外形７０Ａを構成する複数の近似直線７０Ｌを内側に平行移動（シフト）させた複数の直線で囲まれる範囲に設定されている。換言すれば、自動走行可能領域７２は、圃場の初期外形７０Ａを縮小した相似形状に設定されている。なお、自動走行可能領域７２の直線の平行移動量（シフト量）の初期値は約１ｍに設定されているが、当該シフト量の初期値は、例えば、コンバイン１の全幅、旋回半径、速度等に応じて変更してもよい。
障害物特定部６４は、走行軌跡７１Ｔに基づいて走行の障害となる障害物Ｅを特定し、特定された障害物Ｅを含む障害物領域を生成する。具体的には、図７に示すように、障害物特定部６４は、自動走行可能領域７２に走行軌跡７１Ｔが重複している（自動走行可能領域７２の内側に走行軌跡７１Ｔが存在する）場合に、自動走行可能領域７２に重複した走行軌跡７１Ｔよりも外側となる外側領域７３を障害物Ｅとして特定し、外側領域７３を記憶部５１に格納する。なお、外側領域７３は、障害物領域の一例として生成されるものである。外側領域７３の設定方法の一例としては、障害物特定部６４は、自動走行可能領域７２と走行軌跡７１Ｔとの２つの交点Ｐ１から近接する近似直線７０Ｌに向かってシフト方向（図７において水平方向および垂直方向）に２本の直線Ｌ１を延ばし、２本の直線Ｌ１と近似直線７０Ｌとの２つの交点Ｐ２を求める。そして、障害物特定部６４は、自動走行可能領域７２と重複した走行軌跡７１Ｔと、２本の直線Ｌ１と、２つの交点Ｐ２の間の近似直線７０Ｌとで囲まれる範囲を外側領域７３として設定する。なお、自動走行可能領域７２と走行軌跡７１Ｔとの交点Ｐ１とは、自動走行可能領域７２と計測点７１とが交差する点、または、自動走行可能領域７２と隣接する計測点７１同士を結んだ仮想直線（図７に示す二点鎖線参照）とが交差する点を指す。
＜補正外形生成部＞
図８に示すように、補正外形生成部６６は、自動走行可能領域７２に重複した走行軌跡７１Ｔを構成する計測点７１と外側領域７３とを内包する除外領域７４を生成し、記憶部５１に格納する。例えば、補正外形生成部６６は、自動走行可能領域７２の内側に存在する全ての計測点７１と外側領域７３とを覆うことのできる長方形状（または正方形状でもよい）の除外領域７４を生成する。
図９に示すように、補正外形生成部６６は、圃場の初期外形７０Ａから除外領域７４を除外して圃場の補正外形７０Ｂを生成する。すなわち、補正外形生成部６６は、圃場の初期外形７０Ａから除外領域７４を切り取り、除外領域７４を圃場の外縁の外側に位置させるように圃場の補正外形７０Ｂを再生成する。
なお、圃場の初期外形７０Ａ並びに補正外形７０Ｂ、自動走行可能領域７２および除外領域７４等は、圃場情報の一部としてタッチパネル３０等に表示される。また、タッチパネル３０等は、表示された自動走行可能領域７２の大きさを変更する人為操作、表示された除外領域７４を変形する人為操作および除外領域７４を（新規に）追加する人為操作を受け付ける入力部として機能する。また、圃場情報設定部６０は、タッチパネル３０等に表示させた自動走行可能領域７２の角部および除外領域７４の角部に、作業者が操作可能な操作ポイント７５を設定し、タッチパネル３０等に表示させる（図６、図８、図１０参照）。
＜走行領域変更部＞
図１０に一点鎖線で示すように、走行領域変更部６７は、タッチパネル３０等で受け付けた操作に基づいて自動走行可能領域７２の大きさの変更を実行する。例えば、作業者は、タッチパネル３０に表示された自動走行可能領域７２のいずれか１つの直線に指で触れ、当該直線を近似直線７０Ｌに対して平行移動（シフト）させる。他にも、作業者は、タッチパネル３０に表示された自動走行可能領域７２のいずれか１つの操作ポイント７５に指で触れ、当該操作ポイント７５を移動させる。走行領域変更部６７は、作業者の操作に応じて自動走行可能領域７２を拡大または縮小する（シフト量を増減する）。なお、作業者は、タッチパネル３０等に接続されたマウスを操作して自動走行可能領域７２の大きさを変更してもよいし、タッチパネル３０等に接続されたキーボード等を操作して自動走行可能領域７２のシフト量を入力してもよい。
＜除外領域変更部＞
図１０に二点鎖線で示すように、除外領域変更部６８は、タッチパネル３０等で受け付けた操作に基づいて除外領域７４の変形（大きさの変更）を実行する。例えば、作業者は、タッチパネル３０に表示された除外領域７４に２本の指で触れ、２本の指を近づけたり（ピンチイン）、離したりする（ピンチアウト）。他にも、作業者は、タッチパネル３０に表示された除外領域７４のいずれか１つの操作ポイント７５に指で触れ、当該操作ポイント７５を移動させる。除外領域変更部６８は、作業者の操作に応じて除外領域７４を拡大若しくは縮小または削除する。なお、除外領域変更部６８は、除外領域７４の大きさの変更に限らず、例えば、長方形状の除外領域７４を平行四辺形や台形に変形（形状を変更）させてもよい。また、本明細書では「変形」に削除も含むこととする。
また、除外領域変更部６８は、タッチパネル３０等で受け付けた操作に基づいて除外領域７４の追加を実行する。例えば、作業者がタッチパネル３０に表示された圃場の初期外形７０Ａまたは補正外形７０Ｂの任意の位置においてピンチアウトすることで、除外領域変更部６８は、ピンチアウトした位置に除外領域７４を生成（追加）する（図１０の左下参照）。なお、作業者は、タッチパネル３０等に接続されたマウスを操作して除外領域７４の大きさの変更や追加を行ってもよい、タッチパネル３０等に接続されたキーボード等を操作して除外領域７４の大きさや追加位置を入力してもよい。
［圃場外形生成方法］
次に、図１１を参照して、圃場の外縁に沿ってコンバイン１を手動走行させることで圃場の外形７０を生成する圃場外形生成方法について説明する。図１１は圃場外形生成方法を示すフローチャートである。なお、本実施形態では、図４において圃場の右下部に障害物Ｅとなる入口が設けられていることとする。また、本明細書において、「圃場の外形７０」とは、走行経路作成部６２が走行経路を作成する際に用いる最終的な圃場の外形７０を指しており、圃場の初期外形７０Ａが最終的な圃場の外形７０となることもあるし、圃場の補正外形７０Ｂが最終的な圃場の外形７０となることもある。
まず、作業者は、コンバイン１の運転席２９に搭乗し、圃場の外縁に沿って反時計回りに周回するようにコンバイン１を手動走行させる（図４参照）。測位部３４は、衛星測位システムから所定の時間間隔で車体（コンバイン１）の位置情報（計測点７１）を取得する。
初期外形生成部６５は、測位部３４から計測点７１を受信し、計測点７１に基づいて車体の走行軌跡７１Ｔ（図５参照）を生成する（走行軌跡生成工程Ｓ１）。続いて、初期外形生成部６５は、走行軌跡７１Ｔに基づいて近似直線７０Ｌを作成し、近似直線７０Ｌから圃場の初期外形７０Ａ（図５参照）を生成する（初期外形生成工程Ｓ２）。
障害物特定部６４は、圃場の初期外形７０Ａ（近似直線７０Ｌ）を内側にシフトして自動走行可能領域７２（図６参照）を設定する（領域設定工程Ｓ３）。なお、作業者は、実際の圃場の状態、コンバイン１の諸元（車幅や車速等）または自身の運転技量や経験等を考慮し、タッチパネル３０に表示された自動走行可能領域７２を拡大または縮小する（シフト量を増減する）操作を行ってもよい（図１０参照）。領域設定工程Ｓ３では、走行領域変更部６７が、タッチパネル３０等を介して入力された操作に基づいて、タッチパネル３０等に表示された自動走行可能領域７２の大きさの変更を実行する。
障害物特定部６４は、自動走行可能領域７２に走行軌跡７１Ｔが重複しているか否かを判定する（重複判定工程Ｓ４）。自動走行可能領域７２に走行軌跡７１Ｔが重複している場合（重複判定工程Ｓ４でＹＥＳ）、障害物特定部６４は、自動走行可能領域７２に重複した走行軌跡７１Ｔよりも外側となる外側領域７３を障害物として特定し（図７参照）、外側領域７３を障害物領域とする（障害物特定工程Ｓ５）。なお、自動走行可能領域７２に走行軌跡７１Ｔが重複していない場合（重複判定工程Ｓ４でＮＯ）、障害物特定部６４は、障害物Ｅを特定せず、圃場の初期外形７０Ａを、走行経路作成部６２が走行経路を作成する際に用いる最終的な圃場の外形７０として採用する。
次に、補正外形生成部６６は、自動走行可能領域７２に重複した走行軌跡７１Ｔ（計測点７１）と外側領域７３とを内包する除外領域７４（図８参照）を生成する（除外領域生成工程Ｓ６）。なお、作業者は、実際の圃場の状態、コンバイン１の諸元（車幅や車速等）または自身の運転技量や経験等を考慮し、タッチパネル３０等に表示された除外領域７４を変形（拡大、縮小、削除等）、追加する操作を行ってもよい（図１０参照）。除外領域生成工程Ｓ６では、除外領域変更部６８が、タッチパネル３０等を介して入力された操作に基づいて、除外領域７４の変形や追加を実行する。
次に、補正外形生成部６６は、圃場の初期外形７０Ａから除外領域７４を除外して圃場の補正外形７０Ｂ（図９参照）を生成する（補正外形生成工程Ｓ７）。補正外形生成部６６は、生成した圃場の補正外形７０Ｂを、走行経路作成部６２が走行経路を作成する際に用いる最終的な圃場の外形７０として記憶部５１に格納する。
以上によって、障害物Ｅが除外された圃場の外形７０が生成される。その後、走行経路作成部６２は、圃場の外形７０の内側（未刈領域Ｄ）に自動運転を行うために参照される走行経路を生成する。なお、圃場の補正外形７０Ｂが最終的な圃場の外形７０として採用された場合、除外領域７４を切り取った部分（障害物Ｅを避けた部分）が内側に突き出す形状となるため、走行経路が極端に短い直線で生成されてしまう。そこで、走行経路作成部６２は、極端に短い直線で走行経路を生成しないように、除外領域７４を切り取った部分（障害物Ｅを避けた部分）の周囲には走行経路を作成しないことが好ましい。除外領域７４を切り取った部分の周囲では、作業者がコンバイン１を手動で運転することが好ましい。
以上説明した本実施形態に係るコンバイン１（圃場外形生成方法）では、障害物特定部６４が走行軌跡７１Ｔに基づいて走行の障害となる障害物Ｅを特定し、特定された障害物Ｅを含む外側領域７３（障害物領域）を生成する構成とした。この構成によれば、正確に障害物Ｅを特定することができる。また、補正外形生成部６６が、手動走行による走行軌跡７１Ｔに基づいて障害物Ｅを特定し、圃場の初期外形７０Ａから障害物Ｅを除外した圃場の補正外形７０Ｂを生成する構成とした。この構成によれば、カメラやセンサで検出できない障害物Ｅを、走行軌跡７１Ｔから特定することができ、障害物Ｅを避けた形で圃場の外形７０（補正外形７０Ｂ）を生成することができる。これにより、カメラ等で検出できなかった障害物Ｅを、オペレータが手動で端末に入力する等、煩わしさを軽減することができる。また、適正な圃場の外形７０を生成することができるため、刈残しの少ない効率的な走行経路を設定することが可能になる。
また、本実施形態に係るコンバイン１によれば、走行軌跡７１Ｔと自動走行可能領域７２との重複部分を検出することで、障害物Ｅを正確に特定することができる。これにより、特定された障害物Ｅを圃場の外形７０の外側に位置させることができる。つまり、障害物Ｅを適切に除外した圃場の補正外形７０Ｂを生成することができる。
また、本実施形態に係るコンバイン１では、作業者がタッチパネル３０等を介して除外領域７４の変形や追加を操作可能な構成とした。この構成によれば、作業者が実際の圃場の状態（障害物Ｅの位置、大きさ等）を確認しながら、柔軟に除外領域７４の大きさや形状を変更することができる。例えば、運転技量の高い作業者であれば除外領域７４を小さくしてもよいし、運転技量の低い作業者であれば除外領域７４を大きくしてもよい。また、例えば、圃場の泥濘等を避けるように手動走行したことで走行軌跡７１Ｔが自動走行可能領域７２に重なった場合、実際には障害物Ｅは存在しないため、作業者は除外領域７４を削除することができる。さらに、例えば、障害物Ｅではないが、作業者が除外した方が良いと判断する箇所がある場合には、除外領域７４を新たに追加することもできる。つまり、複数の除外領域７４を設定することができる。
また、本実施形態に係るコンバイン１によれば、作業者が実際の圃場の状態を確認しながら、柔軟に自動走行可能領域７２の大きさを変更することができる。これにより、実際の圃場の状態、コンバイン１の諸元または作業者の運転技量や経験等に応じて、障害物Ｅの判定の強弱（障害物Ｅと判定される閾値）を選択することができる。
なお、以上説明した本実施形態に係るコンバイン１では、補正外形生成部６６が、自動走行可能領域７２と走行軌跡７１Ｔとの２つの交点Ｐ１から近似直線７０Ｌに向かってシフト方向（水平・垂直）に２本の直線Ｌ１を延ばしていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、補正外形生成部６６は、近似直線７０Ｌに直交するようによう２本の直線Ｌ１を延ばしてもよい（図示せず）。また、補正外形生成部６６は、近似直線７０Ｌや自動走行可能領域７２等に対して任意の角度となるように２本の直線Ｌ１を延ばしてもよい（図示せず）。
また、本実施形態に係るコンバイン１では、除外領域７４が長方形状に形成されていたが、本発明はこれに限定されない。除外領域７４は、自動走行可能領域７２に重複した計測点７１と外側領域７３とを内包可能な形状であればよく、例えば、三角形状、台形状、四角形以上の多角形状または円形状（楕円形状）等であってもよい（図示せず）。また、他にも、障害物Ｅとして特定された外側領域７３（図７参照）が、除外領域７４として設定されてもよい。
また、本実施形態に係るコンバイン１では、補正外形生成部６６が、自動走行可能領域７２に重複した計測点７１と外側領域７３とを内包する除外領域７４を生成し、除外領域７４を圃場の初期外形７０Ａから除外して補正外形７０Ｂを生成していたが、本発明はこれに限定されない。例えば、除外領域生成工程Ｓ６を省略し（除外領域７４を生成せず）、補正外形生成工程Ｓ７において、補正外形生成部６６は、圃場の初期外形７０Ａから外側領域７３を除外して圃場の補正外形７０Ｂを生成してもよい。換言すれば、補正外形生成部６６は、少なくとも外側領域７３を除外できればよく、自動走行可能領域７２に重複した計測点７１を、圃場の外縁の外側に位置させるように圃場の補正外形７０Ｂを生成してもよい。
また、本実施形態に係るコンバイン１では、タッチパネル３０等が、表示された除外領域７４の変形と追加の両方の操作を受け付け可能に構成されていたが、本発明はこれに限定されない。除外領域７４の変形と追加のいずれか一方の操作のみを受け付けてもよい（除外領域７４の変形と追加のいずれか他方の操作は受け付けない。）。また、除外領域変更部６８は、タッチパネル３０等で受け付けた操作に基づいて除外領域７４の変形と追加のいずれか一方のみを実行する構成としてもよい（除外領域７４の変形と追加のいずれか他方は実行できない構成としてもよい。）。
また、本実施形態に係るコンバイン１では、補正外形生成部６６が、圃場の初期外形７０Ａから除外領域７４を除外して圃場の補正外形７０Ｂを生成していたが、本発明はこれに限定されない。例えば、障害物特定工程Ｓ５では、障害物特定部６４が、走行軌跡に基づいて走行の圃場の入口（障害物）を特定し、特定された入口を含む入口領域（障害物領域の他の例）を生成する。そして、障害物特定部６４は、圃場の初期外形７０Ａに対し、入口領域を自動走行ができない領域として設定してもよい。この場合、入口領域が設定された圃場の初期外形７０Ａが最終的な圃場の外形７０になるため、上記した補正外形生成部６６（除外領域生成工程Ｓ６、補正外形生成工程Ｓ７）は省略されてもよい。
また、本実施形態に係るコンバイン１では、情報を表示する表示部と人為操作を受け付ける入力部とが、タッチパネル３０や携帯端末５３（タブレット端末）のタッチパネルであったが、本発明はこれに限定されない。例えば、操縦部９には、タッチパネル３０に代えて、ノートパソコンが備えられてもよい（図示せず）。これと同様に、例えば、携帯端末５３がノートパソコンであってもよい（図示せず）。これらの場合、液晶ディスプレイが表示部の一例であり、キーボードやマウスが入力部の一例となる。
また、本実施形態に係るコンバイン１では、タッチパネル３０が携帯端末５３と別体で設けられていたが、これに限らず、タッチパネル３０を着脱可能に設け、タッチパネル３０を携帯端末５３として用いてもよい。
また、本実施形態に係るコンバイン１では、タッチパネル３０等が、情報を表示する表示部と人為操作を入力する入力部とを兼ねていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、液晶ディスプレイ等の表示部と、キーボード、マウス、ボタン、スイッチ等の入力部とが別体で設けられてもよい（図示せず）。
また、本実施形態に係るコンバイン１では、走行経路作成部６２が、圃場の外形７０の内側（未刈領域Ｄ）に自動運転を行うために参照される走行経路（自動走行経路）を生成していたが、これに限らず、例えば、作業者が、自動走行経路を作成するか、手動走行を行うかを、タッチパネル３０等を介して選択できるようにしてもよい（図示せず）。
また、本実施形態では、本発明がコンバイン１に適用されていたが、これに限らず、本発明は、例えば、トラクタや田植え機等、自動運転を行うために参照する走行経路の生成にあたり圃場の外形７０を特定する必要がある作業車両に適用することができる。
なお、上記実施形態の説明は、本発明に係る作業車両および圃場外形生成方法における一態様を示すものであって、本発明の技術範囲は、上記実施形態に限定されるものではない。本発明の技術範囲は、上記実施形態に限定されるものではない。本発明は技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよく、特許請求の範囲は技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施態様を含んでいる。
１ コンバイン（作業車両）
３０ タッチパネル（表示部、入力部）
３４ 測位部
５３ 携帯端末（表示部、入力部）
６４ 障害物特定部
６５ 初期外形生成部
６６ 補正外形生成部
６７ 走行領域変更部
６８ 除外領域変更部
７０Ａ 初期外形
７０Ｂ 補正外形
７１ 計測点
７１Ｔ 走行軌跡
７２ 自動走行可能領域
７３ 外側領域
７４ 除外領域
Ｅ 障害物
Ｓ１ 走行軌跡生成工程
Ｓ２ 初期外形生成工程
Ｓ３ 領域設定工程
Ｓ５ 障害物特定工程
Ｓ６ 除外領域生成工程
Ｓ７ 補正外形生成工程

Claims (10)

  1. 車体の位置を示す計測点を取得する測位部と、
    圃場の外縁に沿って前記車体を手動走行させた場合に取得された複数の前記計測点で構成される前記車体の走行軌跡に基づいて前記圃場の初期外形を生成する初期外形生成部と、
    前記走行軌跡に基づいて走行の障害となる障害物を特定し、特定された前記障害物を含む障害物領域を生成する障害物特定部と、を備え、
    前記障害物特定部は、前記圃場の前記初期外形の内側に自動走行を可能とする自動走行可能領域を設定し、前記自動走行可能領域に前記走行軌跡が重複している場合に、前記自動走行可能領域に重複した前記走行軌跡よりも外側となる外側領域を前記障害物として特定し、前記外側領域を前記障害物領域とすることを特徴とする作業車両。
  2. 前記圃場の前記初期外形から少なくとも前記外側領域を除外した前記圃場の補正外形を生成する補正外形生成部を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の作業車両。
  3. 前記補正外形生成部は、前記自動走行可能領域に重複した前記走行軌跡を構成する前記計測点と前記外側領域とを内包する除外領域を生成し、前記圃場の前記初期外形から前記除外領域を除外して前記圃場の前記補正外形を生成することを特徴とする請求項２に記載の作業車両。
  4. 少なくとも前記圃場の前記初期外形並びに前記補正外形および前記除外領域を表示する表示部と、
    前記表示部に表示された前記除外領域の変形と追加の少なくとも一方を受け付ける入力部と、
    前記入力部で受け付けた操作に基づいて前記除外領域の変形と追加の少なくとも一方を実行する除外領域変更部と、を更に備えたことを特徴とする請求項３に記載の作業車両。
  5. 少なくとも前記走行軌跡および前記自動走行可能領域を表示する表示部と、
    前記表示部に表示された前記自動走行可能領域の大きさの変更を受け付ける入力部と、
    前記入力部で受け付けた操作に基づいて前記自動走行可能領域の大きさの変更を実行する走行領域変更部と、を更に備えたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の作業車両。
  6. 圃場の外縁に沿って作業車両を手動走行させることで前記圃場の外形を生成する圃場外形生成方法であって、
    車体の位置を示す計測点を取得し、前記計測点に基づいて前記車体の走行軌跡を生成する走行軌跡生成工程と、
    前記走行軌跡に基づいて前記圃場の初期外形を生成する初期外形生成工程と、
    前記走行軌跡に基づいて走行の障害となる障害物を特定し、特定された前記障害物を含む障害物領域を生成する障害物特定工程と、を備え、
    前記圃場の前記初期外形に基づいて自動走行を可能とする自動走行可能領域を設定する領域設定工程を更に備え、
    前記障害物特定工程では、前記自動走行可能領域に前記走行軌跡が重複している場合に、前記自動走行可能領域に重複した前記走行軌跡よりも外側となる外側領域を障害物として特定し、前記外側領域を前記障害物領域とすることを特徴とする圃場外形生成方法。
  7. 前記圃場の前記初期外形から少なくとも前記外側領域を除外した前記圃場の補正外形を生成する補正外形生成工程を更に備えたことを特徴とする請求項６に記載の圃場外形生成方法。
  8. 前記自動走行可能領域に重複した前記走行軌跡を構成する前記計測点と前記外側領域とを内包する除外領域を生成する除外領域生成工程を更に備え、
    前記補正外形生成工程では、前記圃場の前記初期外形から前記除外領域を除外して前記圃場の前記補正外形を生成することを特徴とする請求項７に記載の圃場外形生成方法。
  9. 前記除外領域生成工程では、入力部を介して入力された操作に基づいて、表示部に表示された前記除外領域の変形と追加の少なくとも一方を実行することを特徴とする請求項８に記載の圃場外形生成方法。
  10. 前記領域設定工程では、入力部を介して入力された操作に基づいて、表示部に表示された前記自動走行可能領域の大きさの変更を実行することを特徴とする請求項６ないし９のいずれか１項に記載の圃場外形生成方法。
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