JP6605364B2 - 作業車両の経路生成方法 - Google Patents

Description

本発明は、作業車両が走行する経路、特に、自律走行作業車両が衛星測位システムを利用して自律的に走行及び作業を行う際の経路を生成する技術に関し、特に往復作業を連続して行う際に効率的に旋回するための技術に関する。

特許文献１には、位置検出手段と方位検出手段によって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作業車両を無人走行させる技術が記載されている。また、圃場周辺部をマニュアル運転（ティーチング走行）することによって得られる学習走行データにより得られる圃場区画や基準走行方位の情報に基づいて作業経路を設定する技術が記載されている。ここでの作業経路では、枕地で１８０度旋回を行って直進作業を繰り返す往復直進作業と、枕地等の仕上げ作業を行う回り作業とに区分されている。

特開平１０−６６４０５号公報

作業領域内で自律走行作業車両を往復させて作業するときに、設定されるオーバーラップ量又は装着する作業機の幅に起因して、枕地領域における旋回半径が自律走行作業車両自身の旋回半径よりも小さくなってしまい、一度では旋回しきれず切返しが必要となり、旋回に要する時間が長くなるといった効率的ではない状況が生じ得る。また、旋回半径が小さい場合は、急旋回となって枕地にタイヤ痕がきつく残ってしまい、枕地の仕上げ作業に時間を要するといった効率的ではない状況も生じ得る。

以上のことを鑑み、本発明は、経路生成を工夫することにより、作業領域内で往復作業を行う際に、枕地領域での効率的な旋回を可能とする技術を提供することを課題とする。

作業車両が走行する経路を生成する方法であって、前記経路は、圃場の作業領域内での作業経路と枕地領域内での走行経路とを含み、前記作業経路は、平行に配置される複数本の作業路からなるとともに、当該作業路は前記走行経路によって順番に接続され、前記走行経路において２本以上の隣接する作業路を飛ばして接続するときに、前記作業路の本数が３N （Ｎは４以上の自然数、以下同じ）の場合、端から２本目の作業路を開始位置とし、前記作業路の本数が３Ｎ−２の場合、端から３本目の作業路を開始位置とし、前記作業路の本数が３Ｎ−１の場合、端の作業路を開始位置とする。

本発明によれば、往復作業を行う際に、枕地領域で、旋回により圃場面を荒らすことなく、効率的な旋回を可能とする技術を提供できる。

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。 第一実施形態における経路の生成方法を示す図。 第一実施形態における経路の生成方法を示す図。 第一実施形態における経路の生成方法を示す図。 第一実施形態における経路の生成方法を示す図。 第二実施形態における経路の生成方法を示す図。 第三実施形態における経路の生成方法を示す図。 第三実施形態における経路の生成方法を示す図。 他の実施形態における経路の生成方法を示す図。

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、制御装置（ＣＰＵやメモリ）や通信装置１１１や表示装置１１３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、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。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、圃場内に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を行った場合、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の自律走行開始時における自律走行作業車両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により作業を行う作業領域ＨＡの外側の領域が設定される。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＝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、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。

経路生成設定のスキップ数の設定において、Ｎ（Ｎは１以上の自然数）列スキップが選択された場合、「Ｎ列スキップ」により経路が生成される。ここで「Ｎ列スキップ」とは、第ｎ番目（本実施形態においてｎは０以上の自然数であって、作業順を示す記号として用いる）の作業路と、第ｎ＋１番目の作業路とをＮ列の作業路を隔てて配することを意味する。具体的には、作業経路Ｒａに含まれる作業路Ｒ１・Ｒ２・・・を順に走行する際に、現在の作業路からＮ列の作業路を隔てて配される作業路を次の作業路として順番を設定すること、つまり、現在の作業路から隣接する作業路を２本飛ばして次の作業路に入ること（例えば図６を参照してＲ１を走行した後にＲ４を走行すること）を意味する。各作業路は自律走行作業車両１による作業に応じた所定の作業幅を有し、かつ、作業領域内に平行に配置されている。そして、複数列スキップで経路を生成することにより、旋回距離を十分に確保することができ、急旋回を要さずに自律走行作業車両１が余裕を持って走行経路Ｒｂで旋回することが可能である。これにより、圃場面を荒らさずに効率的な旋回が可能となる。以下、経路生成設定において、２列スキップを選択した場合の経路の生成方法についてより詳しく説明する。

なお、「Ｎ列スキップ」に関し、第ｎ番目（ｎは０以上の自然数）の作業路と、第ｎ＋１番目の作業路とをＮ列の作業路を隔てて配することを意味することとしたが、作業経路Ｒａに含まれる作業路の本数によっては作業路Ｒｎと作業路（Ｒｎ＋１）とをＮ列の作業路を隔てて配することができない場合がある。その場合は、少なくとも（Ｎ＋１）列以上のＫ列隔てて配することとする。

図６から図９は、第一実施形態における経路の生成方法を示している。図１０は、第二実施形態における経路の生成方法を示している。図１１及び図１２は、第三実施形態における経路の生成方法を示している。

［第一実施形態］
図６は、端（作業開始位置Ｓ）の作業路Ｒ１から開始し、一側に向けて２本飛ばしで作業路の順番を決定し、一側の限界、つまり一側に向けて２本飛ばしできなくなった作業路Ｒ１０から、端の作業路Ｒ１の１本隣の作業路Ｒ２に戻り、そこから再度一側に向けて２本飛ばしで作業路の走行順を設定して限界となる作業路に到達した後、端の作業路Ｒ１の２本隣の作業路Ｒ３に戻り、再度一側に向けて２本飛ばしで作業路の走行順を設定する実施形態について示している。なお、「走行順」とは経路Ｒにおいて生成される作業経路Ｒａでの走行順であり、一方の枕地ＨＢから他方の枕地ＨＢに至る作業経路Ｒａにおいて走行する作業路の順序である。

図７は、端（作業開始位置Ｓ）の作業路Ｒ１から開始し、一側に向けて２本飛ばしで作業路の順番を決定し、一側の限界となる作業路Ｒ１０から、端の作業路Ｒ１の２本隣の作業路Ｒ３に戻り、そこから再度一側に向けて２本飛ばしで作業路の走行順を設定して限界となる作業路Ｒ９に到達した後、作業路Ｒ２に戻り、再度一側に向けて２本飛ばしで作業路の走行順を設定する実施形態について示している。

本実施形態では作業路の本数を１０本、１１本および１２本とした場合を例にとって、図６及び図７の上部、中部、下部にそれぞれ示している。

以上のように経路Ｒを生成することにより、端の作業路を開始位置として、端から順に２列スキップで走行順を設定し、限界に到達すると端から２本目または３本目に戻るという単純なアルゴリズムで、隣接する作業路を２本以上飛ばして次の作業路に入る２列スキップを維持することができる。

本実施形態のアルゴリズムにおける作業路の繰り返し単位は、例えば図８に示す９本である。この場合、第１群の作業路の本数は、群の開始位置となる１本目（作業開始位置Ｓ１）の作業路Ｒ１から終了位置となる９本目の作業路Ｒ９の９本となり、第２群の開始位置（作業開始位置Ｓ２）を第１群の作業路の終了位置（Ｒ９）と共有させて、第２群の作業路の本数を９本とカウントする。つまり、第１群を端の作業路Ｒ１から９本とし、９本目の作業路Ｒ９を次の第２群の１本目（端）の作業路Ｒ１として重複してカウントする。そして、同様に第３群、第４群、第５群、と繰り返して全体の経路を作成する。これにより、作業路の本数が多い場合でも２列スキップを維持できるとともに、作業路間の走行距離（走行経路Ｒｂの距離）を短くでき、２列スキップを選択した場合の全体の走行距離を短くすることができる。

作業路の本数Ｍ本（Ｍは自然数）から１を引いて８で割った商が作業路群の繰り返し回数であり、余りの値（１から７の値）を最後の群に加えて生成される１０本から１６本の最後の作業路群に対して同様のアルゴリズムを用いて作業路の走行順を設定することで、繰り返しとなる作業路群での作業路の走行順と、最後の作業路群での作業路の走行順を設定することができ、作業路の本数によらずに本実施形態のアルゴリズムを適用することができる。

図９に示すように、本実施形態のアルゴリズムにおける作業路の繰り返し単位を１１本としても良い。この場合も同様に、第１群の１１本目の作業路Ｒ１１を第２群の１本目の作業路Ｒ１として利用する。また、作業路の本数Ｍから１を引いて１０で割った商が作業路群の繰り返し回数である。そして、余りの値を最後の群に加える、或いは、余りの値が大きい場合は別途余りの値の本数の作業路に対して同様のアルゴリズムで走行順を設定することも可能である。

また、作業路の繰り返し単位は上記９本、１１本に限らず、例えば１５本とすることも可能であるが、繰り返しに含まれる作業路の本数が多くなると繰り返し単位内でのスキップ数（移動する作業路間の距離）が必然的に大きくなることから好ましくない。

［第二実施形態］
図１０は、作業路の本数に応じて作業開始位置を変更する実施形態を示す。図１０において、上部は作業路の本数を１２（３の倍数）本、中部は１０（３の倍数−２）本、下部は１１（３の倍数−２）本とした場合を例にとって示している。

作業路の本数が３Ｎ（Ｎは４以上の自然数であり、「３Ｎ」は３の倍数であることを示す）の場合、端から２本目の作業路Ｒ２を開始位置とし、作業路の本数が３Ｎ−２の場合、端から３本目の作業路Ｒ３を開始位置とし、作業路の本数が３Ｎ−１の場合、端の作業路Ｒ１を開始位置としている。そして、それぞれ作業路の本数に応じて作業開始位置Ｓ（スタートする作業路）を設定した後に、２列スキップで作業路の走行順を設定している。

以上のように作業路の本数に応じて作業を開始する位置を変更することで、２列スキップを維持することができ、枕地での効率的な旋回を実現できる。

［第三実施形態］
図１１及び図１２は、隣接する作業路の作業方向が互い違いになるように走行順を設定する実施形態について示しており、図１１は、第一実施形態のアルゴリズムを全て又は一部利用した例を示し、図１２は、第二実施形態のアルゴリズムを利用した例を示している。本実施形態のように作業領域における作業方向を交互に設定することで、作業後の土の偏り等を抑制することが可能である。

図１１では、作業路の本数が９本、１１本、１３本の場合を例にとってそれぞれ上部、中部、下部に示している。作業路の本数が９本の場合、端（作業開始位置Ｓ）の作業路Ｒ１から一側に向けて作業路Ｒ４、作業路Ｒ７に２回の走行順を設定している。そして、端から２本目の作業路Ｒ２に戻り、再度一側に向けて作業路Ｒ５、作業路Ｒ８の順に走行順を設定している。最後に、端から３本目の作業路Ｒ３に戻り、再度一側に向けて作業路Ｒ６、作業路Ｒ９の順に走行順を設定している。作業路の本数が１１本の場合、端（作業開始位置Ｓ）の作業路Ｒ１から一側に向けて作業路Ｒ４、作業路Ｒ７、作業路Ｒ１０に３回の走行順を設定している。そして、端から３本目の作業路Ｒ３に戻り、再度一側に向けて走行順を設定し、最後に端から２本目の作業路Ｒ２から一側に向けて走行順を設定している。

つまり、端の作業路から２列スキップで走行順を設定する場合、一側に向けて偶数回の走行順を設定した場合は、次に端から２本目の作業路に戻って２本飛ばしで走行順を設定して、最後に端から３本目の作業路に戻って２本飛ばしで走行順を設定することで、２列スキップを維持している。他方、一側に向けて奇数回の走行順を設定した場合は、次に端から３本目の作業路に戻って２本飛ばしで走行順を設定して、最後に端から２本目の作業路に戻って２本飛ばしで走行順を設定することで、２列スキップを維持している。言い換えれば、端の作業路から２本飛ばしで走行順を設定し、一側の限界に到達して折り返す際の作業方向に応じて次に入る作業路を端から２本目又は３本目の何れかに決定することで、隣接する作業路における作業方向が交互となるように設定することができる。

作業路の本数が１３本の場合、端の作業路Ｒ１から一側に向けて作業路Ｒ４、作業路Ｒ７、作業路Ｒ１０、作業路Ｒ１３に４回（偶数回）の走行順を設定している。そして、端から２本目の作業路Ｒ２に戻り、再度一側に向けて作業路Ｒ５、作業路Ｒ８、作業路Ｒ１１の順に３回（奇数回）の走行順を設定している。その後は、端から６本目の作業路Ｒ６に戻り、再度一側に向けて作業路Ｒ９、作業路Ｒ１２の順に走行順を設定し、最後に、端から３本目の作業路Ｒ３に戻っている。

作業路が１３本の場合は、作業路が９本、１１本の場合と異なり、二度目の折り返しの際、つまり１０番目の走行順における作業方向が、一度目の折り返しの際、つまり６番目の走行順における作業方向と同一となるため、端から３本目の作業路を飛ばして次の作業路Ｒ６を次の走行順に設定している。つまり、第一実施形態のアルゴリズムの一部を利用しつつ、隣接する作業路における作業方向が交互となることを優先して設定している。

図１２では、作業路の本数が７本、８本の場合を例にとってそれぞれ上部、下部に示している。作業路の本数が７本（３の倍数−２）の場合、端から３本目の作業路Ｒ３から開始し、作業路Ｒ６，Ｒ１，Ｒ４，Ｒ７，Ｒ２，Ｒ５の順に走行順を設定している。作業路の本数が８本（３の倍数−１）の場合、端の作業路Ｒ１から開始し、作業路Ｒ６，Ｒ３，Ｒ８，Ｒ５，Ｒ２，Ｒ７，Ｒ４の順に走行順を設定している。このように、第二実施形態においてＮを４以上の自然数としていたが、Ｎ＝３とした場合についても同様に適用することが可能である。

以上のように、本実施形態では、作業領域内で隣り合う作業路における走行方向が互い違いとなるように各作業路の走行順を設定する際に、第一実施形態又は第二実施形態で用いたアルゴリズムを利用しているが、交互の走行方向となるように走行順を設定可能であればこれらの例に限定されることはない。

本実施形態の他の特徴は、作業経路Ｒａに含まれる作業路の本数に基づき、作業路Ｒｎと作業路（Ｒｎ＋１）とをＮ列の作業路を隔てて配することができない場合に、少なくとも（Ｎ＋１）列以上のＫ列隔てて配することとするとともに、Ｎ列を超える作業路を隔てて順番が連続する他の作業路同士を配する場合は常にＫ列隔てて配し、更に、Ｎ列隔てて配される作業路同士において作業順の設定方向は一側であり、Ｋ列隔てて配される作業路同士において作業順の設定方向は上記一側と反対方向であることにある。

即ち、図１３の上段に示す経路（作業路の本数が７本の場合）において、一側（圃場設定において設定された作業方向Ｆに垂直な方向であって、作業開始位置Ｓを基準とする作業終了位置Ｇの方向）には２列の作業路を隔てて連続する作業順が設定された作業路（例えば作業路Ｒ１と作業路Ｒ４、及び、作業路Ｒ３と作業路Ｒ６が配され、一側とは反対側には２列を超える４列を隔てて連続する作業順が設定された作業路（例えば作業路Ｒ７と作業路Ｒ２、及び、作業路Ｒ６と作業路Ｒ１）が配される。

図１３の上から二段目に示す経路（作業路の本数が８本の場合）において、一側（圃場設定において設定された作業方向Ｆに垂直な方向であって、作業開始位置Ｓを基準とする作業終了位置Ｇの方向）には２列の作業路を隔てて連続する作業順が設定された作業路（例えば作業路Ｒ１と作業路Ｒ４、及び、作業路Ｒ３と作業路Ｒ６が配され、一側とは反対側には２列を超える４列を隔てて連続する作業順が設定された作業路（例えば作業路Ｒ７と作業路Ｒ２、及び、作業路Ｒ８と作業路Ｒ３）が配される。

図１３の中段に示す経路（作業路の本数が９本の場合）において、一側（圃場設定において設定された作業方向Ｆに垂直な方向であって、作業開始位置Ｓを基準とする作業終了位置Ｇの方向）には２列の作業路を隔てて連続する作業順が設定された作業路（例えば作業路Ｒ１と作業路Ｒ４、及び、作業路Ｒ３と作業路Ｒ６が配され、一側とは反対側には２列を超える４列を隔てて連続する作業順が設定された作業路（例えば作業路Ｒ７と作業路Ｒ２、及び、作業路Ｒ８と作業路Ｒ３）が配される。

図１３の下から二段目に示す経路（作業路の本数が１０本の場合）において、一側（圃場設定において設定された作業方向Ｆに垂直な方向であって、作業開始位置Ｓを基準とする作業終了位置Ｇの方向）には２列の作業路を隔てて連続する作業順が設定された作業路（例えば作業路Ｒ１と作業路Ｒ４、及び、作業路Ｒ３と作業路Ｒ６が配され、一側とは反対側には２列を超える６列を隔てて連続する作業順が設定された作業路（例えば作業路Ｒ９と作業路Ｒ２、及び、作業路Ｒ１０と作業路Ｒ３）が配される。

図１３の下段に示す経路（作業路の本数が１１本の場合）において、一側（圃場設定において設定された作業方向Ｆに垂直な方向であって、作業開始位置Ｓを基準とする作業終了位置Ｇの方向）には２列の作業路を隔てて連続する作業順が設定された作業路（例えば作業路Ｒ１と作業路Ｒ４、及び、作業路Ｒ３と作業路Ｒ６が配され、一側とは反対側には２列を超える６列を隔てて連続する作業順が設定された作業路（例えば作業路Ｒ９と作業路Ｒ２、及び、作業路Ｒ１０と作業路Ｒ３）が配される。

当該他の特徴を纏めると、所定数の作業路を隔てて２本（２列）の作業路を配する場合、当該所定数は予めユーザにより設定された値とされる。従って、所定数として「第１の値」が設定された場合、複数列の作業路の内、第ｎ番目の作業路と、第ｎ＋１番目の作業路との間には「第１の値」列の作業路が配される。一方、作業路の本数により「第１の値」列を隔てて２本の作業路を配することができない場合は、第１の値よりも大きい「第２の値」列を隔てて２本の作業路を配することとする。即ち、「第１の値」列を隔てて２本の作業路を配することができない場合に「第１の値」列よりも小さい「第３の値」列を隔てて２本の作業路が配されることがない。

また、「第１の値」列を隔てて２本の作業路を配することができない状況が複数回発生した場合には、常に、「第２の値」列を隔てて２本の作業路を配することで、ユーザの意図しない経路生成が過度に発生することを抑制する。即ち、「第１の値」よりも大きく「第２の値」とは異なる「第４の値」列を隔てて２本の作業路を配することはない。更に、「第１の値」列を隔てて２列の作業路を配する場合、作業順の設定方向（第ｎ番目の作
業路を基準とする第ｎ＋１番目の作業方向）は上記一側であり、「第２の値」列を隔てて２列の作業路を配する場合、作業順の設定方向は上記一側とは反対方向である。

なお、作業順として最終順が設定された作業路における自律走行作業車両１による作業の終了位置が、圃場設定において設定した作業終了位置Ｇとは異なる場合、自律走行作業車両は上記終了位置から作業終了位置Ｇまで枕地ＨＢ及び／又は側部余裕地ＨＣを走行して移動することとすればよい。これにより、圃場設定においてユーザが指定した作業終了位置Ｇを変更することなく、適切に経路を生成することができる。

１：自律走行作業車両、Ｈ：圃場、Ｒ：経路、Ｒａ：作業経路、Ｒｂ：走行経路、Ｒ１・Ｒ２・・・：作業路

Claims (1)

1. 作業車両が走行する経路を生成する方法であって、
   前記経路は、圃場の作業領域内での作業経路と枕地領域内での走行経路とを含み、
   前記作業経路は、平行に配置される複数本の作業路からなるとともに、当該作業路は前記走行経路によって順番に接続され、
   前記走行経路において２本以上の隣接する作業路を飛ばして接続するときに、
   前記作業路の本数が３N （Ｎは４以上の自然数、以下同じ）の場合、端から２本目の作業路を開始位置とし、
   前記作業路の本数が３Ｎ−２の場合、端から３本目の作業路を開始位置とし、
   前記作業路の本数が３Ｎ−１の場合、端の作業路を開始位置とする、
   ことを特徴とする作業車両の経路生成方法。

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