JP6978388B2 - 圃場作業車のための自動操舵システム - Google Patents

Description

本発明は、自動走行によって進入元走行経路から旋回走行を介して進入先走行経路に進入する圃場作業車のための自動操舵システムに関する。

自動走行作業車は、作業地を網羅する線状の走行経路に沿うように自動操舵される。進入元走行経路から旋回走行を介して進入先走行経路に進入することが順次繰り返される。進入元走行経路の方向と進入先走行経路の方向とが違うために必要となる機体の方向転換が、旋回走行によって行われる。

特許文献１によるコンバインは、複数の平行線として設定された走行経路を、方向転換走行（Ｕターン走行）で順次つなぐように走行することで、未作業領域の作業が行われる。方向転換走行のための経路は、隣接する走行経路の間隔を直径とする円弧となっている（特許文献１の図１を参照）。さらに、一本の走行経路を間に挟んで進入元走行経路から旋回走行を介して進入先走行経路に進入する場合では（特許文献１の図８を参照）、経路間隔より大きな直径を有する円弧が旋回走行の経路として用いられている。いずれも、機体の方向転換のための旋回走行には、１つの円弧で示される経路が用いられている。

特許文献２によるコンバインでは、機体の方向転換のための旋回走行のための経路として、同じ半径を有する２つの円弧とこの円弧を結ぶ直線からなる経路が用いられている（特許文献２の図９、図１２、図１５を参照）。

特開２０１７−０５５６７３号公報 特開２０１８−０６８２８４号公報

コンバインのような圃場作業車では、最小旋回半径と走行作業幅との関係から、隣接する平行な２つの走行経路をつなぐような旋回走行を１つ円弧経路で行うのは、困難であることから、進入元走行経路と進入先走行経路との間に１本以上の走行経路を挟むような旋回走行が行われる。そのような旋回走行では、特許文献２で示すような、２つの円弧とこの円弧を結ぶ直線からなる旋回経路が用いられる。しかしながら、２つの円弧を用いた旋回走行において、進入元走行経路と進入先走行経路との間の距離を小さくするためには、小さい半径の円弧を用いた旋回経路を採用する必要があるが、そのような旋回経路に沿った旋回走行は、地面を荒らしてしまう問題が生じる。このことから、２つの円弧を用いた旋回走行を、できるだけコンパクトに、かつ地面を荒らさないように行うための適切な自動操舵手法が要望されている。

本発明は、自動走行で、進入元走行経路から旋回走行を介して進入先走行経路に進入する圃場作業車のための自動操舵システムであり、このシステムは、前記進入元走行経路に沿った走行に続く初期旋回走行のための初期旋回経路を算出する初期旋回経路算出部と、前記初期旋回経路に沿った走行に続く後期旋回走行のための後期旋回経路を算出する後期旋回経路算出部と、前記後期旋回経路と前記進入先走行経路とをつなぐ進入経路を算出する進入経路算出部とを備え、前記初期旋回経路の旋回半径は、前記後期旋回経路の旋回半径より大きく設定されている。

圃場作業車は、機体の方向転換のための旋回走行時に、圃場を少なからず荒らしてしまう。特に、直進走行から旋回走行に移行する際に圃場が荒らされる傾向がある。本発明の構成では、一方では、直進走行から旋回走行に移行する際に用いられる初期旋回経路の旋回半径を大きくすることで、直進走行から旋回走行に移行する際の圃場の荒れを抑制することを意図している。具体的には、初期旋回経路の旋回半径は進入先走行経路に進入する際に用いられる後期旋回経路の旋回半径より大きく設定されている。他方では、後期旋回経路の旋回半径を小さくすることで、進入元走行経路と進入先走行経路との間隔が小さいコンパクトな旋回走行が可能となることを意図している。具体的には、後期旋回経路の旋回半径は、初期旋回経路の旋回半径より大きく設定されている。

進入元走行経路と初期旋回経路を直接接続すると、初期旋回経路の沿った初期旋回走行時に、車輪またはクローラで構成される走行装置が、進入先走行経路に沿った走行で作業される予定の農作物を踏み付けてしまう可能性がある。これを避けるためには、走行装置が進入元走行経路を完全に抜け切るまで進入元走行経路の延長上を走行する必要がある。このことから、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記初期旋回経路の始端側には、旋回時に前記圃場作業車が農作物を踏み付けることを回避するための前記進入元走行経路の延び方向に沿って延びる予備経路が算出される。

本発明の好適な実施形態の１つでは、前記後期旋回経路が円弧であり、前記初期旋回経路算出部は、前記進入元走行経路の延長線と前記後期旋回経路の接線とに接する円の円弧として、前記初期旋回経路を算出する。この構成では、旋回経路を円弧で表現することで旋回経路を算出する際の演算が容易となるだけでなく、進入元走行経路から初期旋回経路への移行経路及び初期旋回経路から後期旋回経路への移行経路が、自動操舵に適した滑らかで連続的な線となる利点がある。その際、後期旋回経路の接線が進入先走行経路に直交する接線であれば、初期旋回経路及び後期旋回経路が９０度円弧となるので、好都合である。なお、後期旋回経路と初期旋回経路とが直接接するような形態であってもよい。

さらに別な、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記後期旋回経路が円弧であり、前記初期旋回経路の後端側には、前記後期旋回経路につながる直線状の中間経路が算出されており、前記初期旋回経路算出部は、前記進入元走行経路の延長線と前記中間経路とに接する円の円弧として、前記初期旋回経路を算出する。この構成においても、旋回経路は円弧で表現され、進入元走行経路から初期旋回経路への移行、初期旋回経路から中間経路への移行、及び中間経路から後期旋回経路への移行が、円弧に対する接線の形態で行われるので、スムーズとなる利点が得られる。操舵目標となる初期旋回経路及び後期旋回経路が円弧で形成されているので、実際の圃場作業車の旋回半径と、実質的に意図している旋回半径とが一致するような操舵制御が実現される。

圃場作業車の一例としての普通型のコンバインの側面図である。 コンバインの周囲刈り走行を示す説明図である。 Ｕターンでつながれた往復走行を繰り返す走行パターンを示す説明図である。 Ｕターン旋回経路と直進走行経路とからなる走行経路の算出の基本原理を示す説明図である。 アルファターンを用いた渦巻き走行パターンを示す説明図である。 手動走行と自動走行とを用いて行われるコンバインによる収穫作業の流れを説明する説明図である。 進入元走行経路、初期旋回経路、後期旋回経路、進入経路、進入先走行経路のそれぞれの関係を示す説明図である。 進入元走行経路、初期旋回経路、中間経路、後期旋回経路、進入経路、進入先走行経路のそれぞれの関係を示す説明図である。 進入元走行経路、予備経路、初期旋回経路、後期旋回経路、進入経路、進入先走行経路のそれぞれの関係を示す説明図である。 進入元走行経路、予備経路、初期旋回経路、中間経路、後期旋回経路、進入経路、進入先走行経路のそれぞれの関係を示す説明図である。 コンバインの制御系の構成を示す機能ブロック図である。

次に、本発明による自動操舵システムを採用した自動走行可能な圃場作業車の一例として、普通型のコンバインが取り上げられ、説明される。なお、本明細書では、特に断りがない限り、「前」(図１に示す矢印Ｆの方向)は機体前後方向（走行方向）に関して前方を意味し、「後」(図１に示す矢印Ｂの方向)は機体前後方向（走行方向）に関して後方を意味する。また、左右方向または横方向は、機体前後方向に直交する機体横断方向（機体幅方向）を意味する。「上」(図１に示す矢印Ｕの方向)及び「下」(図１に示す矢印Ｄの方向)は、機体１０の鉛直方向（垂直方向）での位置関係であり、地上高さにおける関係を示す。

図１に示すように、このコンバインは、機体１０、クローラ式の走行装置１１、運転部１２、脱穀装置１３、穀粒タンク１４、収穫部１５、搬送装置１６、穀粒排出装置１８、自車位置検出モジュール８０を備えている。

走行装置１１は、機体１０の下部に備えられている。コンバインは、走行装置１１によって自走可能に構成されている。運転部１２、脱穀装置１３、穀粒タンク１４は、走行装置１１の上側に備えられ、機体１０の上部を構成している。運転部１２には、コンバインを運転する運転者及びコンバインの作業を監視する監視者が搭乗可能である。なお、監視者は、コンバインの機外からコンバインの作業を監視してもよい。

穀粒排出装置１８は、穀粒タンク１４の後下部に連結されている。また、自車位置検出モジュール８０は、運転部１２の上方面に取り付けられている。

収穫部１５は、コンバインにおける前部に備えられている。そして、搬送装置１６は、収穫部１５の後方に設けられている。また、収穫部１５は、切断機構１５ａ及びリール１５ｂを有している。切断機構１５ａは、圃場の植立穀稈を刈り取る。また、リール１５ｂは、回転駆動しながら収穫対象の植立穀稈を掻き込む。この構成により、収穫部１５は、圃場の穀物（農作物の一種）を収穫する。そして、コンバインは、収穫部１５によって圃場の穀物を収穫しながら走行装置１１によって走行する作業走行が可能である。

切断機構１５ａによって刈り取られた刈取穀稈は、搬送装置１６によって脱穀装置１３へ搬送される。脱穀装置１３において、刈取穀稈は脱穀処理される。脱穀処理により得られた穀粒は、穀粒タンク１４に貯留される。穀粒タンク１４に貯留された穀粒は、必要に応じて、穀粒排出装置１８によって機外に排出される。

また、運転部１２には、汎用端末４が配置されている。本実施形態において、汎用端末４は、運転部１２に固定されている。しかしながら、本発明はこれに限定されず、汎用端末４は、運転部１２に対して着脱可能に構成されていても良いし、汎用端末４は、コンバインの機外に持ち出し可能であってもよい。

図２に示すように、このコンバインは、圃場において設定された走行経路に沿って自動走行する。これには、自車位置の情報が必要である。自車位置検出モジュール８０には、衛星測位ユニット８１と慣性航法ユニット８２とが含まれている。衛星測位ユニット８１は、人工衛星ＧＳから送信される位置情報であるＧＮＳＳ（global navigation satellite system）信号（ＧＰＳ信号を含む）を受信して、自車位置を算出するための測位データを出力する。慣性航法ユニット８２は、ジャイロ加速度センサ及び磁気方位センサを組み込んでおり、瞬時の走行方向を示す信号を出力する。慣性航法ユニット８２は、衛星測位ユニット８１による自車位置算出を補完するために用いられる。慣性航法ユニット８２は、衛星測位ユニット８１とは別の場所に配置されてもよい。

このコンバインによって圃場での収穫作業を行う場合の手順は、以下に説明する通りである。

まず、運転者兼監視者は、コンバインを手動で操作し、図２に示すように、圃場内の外周部分において、圃場の境界線に沿って周囲刈り走行しながら収穫を行う。周囲刈り走行により既刈領域となった領域は、外周領域（既作業領域）ＳＡとして設定される。そして、外周領域ＳＡの内側に未刈地（未作業地）のまま残された内部領域は未作業領域ＣＡであり、今後の作業対象領域として設定される。この実施形態では、未作業領域ＣＡが四角形となるように、周囲刈り走行が行われる。もちろん、三角形や五角形の未作業領域ＣＡが採用されてもよい。

また、このとき、外周領域ＳＡの幅をある程度広く確保するために、運転者は、コンバインを２〜３周走行させる。この走行においては、コンバインが１周する毎に、コンバインの作業幅分だけ外周領域ＳＡの幅が拡大する。この２〜３周の走行が終わると、外周領域ＳＡの幅は、コンバインの作業幅の２〜３倍程度の幅となる。

外周領域ＳＡは、作業対象領域である未作業領域ＣＡにおいて収穫走行を行うときに、コンバインが方向転換するためのスペースとして利用される。また、外周領域ＳＡは、収穫走行を一旦終えて、穀粒の排出場所へ移動する際や、燃料の補給場所へ移動する際等の移動用のスペースとしても利用される。

なお、図２に示す運搬車ＣＶは、コンバインが穀粒排出装置１８から排出した穀粒を収集し、運搬することができる。穀粒排出の際、コンバインは運搬車ＣＶの近傍へ移動した後、穀粒排出装置１８によって穀粒を運搬車ＣＶへ排出する。

未作業領域ＣＡの形状を示す内側マップデータが作成されると、この内側マップデータに基づいて算出される線状（直線又は曲線）の走行経路に沿う自動走行と、１つの走行経路（旋回元走行経路）から次の走行経路（旋回先走行経路）に移行するための旋回走行とによって未作業領域ＣＡの植付穀稈が刈り取られる。未作業領域ＣＡを作業走行（収穫走行）する際に用いられる走行パターンとして、図３に示す往復走行パターンが示されている。この往復走行パターンでは、コンバインは、未作業領域ＣＡの一辺に平行な２つの走行経路を旋回走行経路の１つであるＵターン走行経路によってつなぐように、走行する。

往復走行パターンを用いて未作業領域ＣＡを自動走行するために用いられる走行経路（Ｕターン旋回経路と直進走行経路とからなる）は、内側マップデータに基づいて以下のように算出される。図４に示すように、内側マップデータから、第１辺Ｓ１、第２辺Ｓ２、第３辺Ｓ３、第４辺Ｓ４からなる四角形の未作業領域ＣＡが規定される。この未作業領域ＣＡの長辺である第１辺Ｓ１が基準辺Ｓ１として選択される。この基準辺Ｓ１に平行で、作業幅（刈取り幅）の半分だけ基準辺Ｓ１から内側を通る線が初期基準線Ｌ１として算出される。この初期基準線Ｌ１が最初に走行する走行経路に対応する。なお、最初に、未作業領域ＣＡを中割するような収穫走行が採用される場合、初期基準線Ｌ１として、基準辺Ｓ１に平行で、基準辺Ｓ１からさらに離れた距離（作業幅の半分＋作業幅の整数倍）を通る線が初期基準線Ｌ１として算出される。

コンバインが、進入元走行経路から進入先走行経路へ１８０度の旋回走行するために必要なスペースを確保するため、初期基準線Ｌ１から旋回走行を介してつながる次の基準線Ｌ２は、初期基準線Ｌ１に平行で作業幅の複数倍（図４では３倍）の間隔で算出される。同様な方法で、次の基準線Ｌ３も算出される。このように、旋回走行で必要なスペースを考慮して、順次基準線が算出される。これらの基準線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３・・・が直進走行用の走行経路（進入元走行経路及び進入先走行経路）に対応する。図４では、未作業領域ＣＡの形状は四角形であったが、これが三角形や五角形などの他の多角形であっても基準辺Ｓ１を選択すれば、同様な方法で順次走行経路を算出することができる。

なお、走行パターンとして、その他に渦巻き走行パターンがある。渦巻き走行パターンでは、図５に示されているように、コンバインは、未作業領域ＣＡの外形に相似するような周回走行軌跡をもって、中心に向けて渦巻きのように走行する。その際、各コーナ領域で必要な旋回走行として、直進と後進旋回と前進旋回とを用いた、アルファターンと呼ばれる旋回走行が採用される。

実際の圃場における収穫作業では、図６に示されているように、往復走行パターンと渦巻き走行パターンとが混在することが少なくない。図６の例では、コンバインが圃場に入ると（＃ａ）、手動操舵で周囲刈り走行が行われ、圃場の最外周側に既作業領域である外周領域ＳＡが形成される（＃ｂ）。この周囲刈り走行で形成される外周領域ＳＡがコンバインのアルファターンが可能となる大きさになれば、未作業領域ＣＡに対して渦巻き走行パターンが設定され、渦巻き走行が行われる（＃ｃ）。この渦巻き走行では、少なくとも直進は自動操舵による自動走行が可能である。渦巻き走行は、未作業領域ＣＡが、往復走行パターンにおける旋回走行（ノーマルＵターン、スイッチバックターン）が可能となる大きさになるまで、行われる（＃ｄ）。次に、未作業領域ＣＡに対して、往復走行パターンで未作業領域ＣＡを網羅するような走行経路が設定される（＃ｅ）。設定された走行経路に沿って往復走行を実施することで、圃場の収穫作業が終了する（＃ｆ）。

進入元走行経路Ｌｎから進入先走行経路Ｌｍに進入する際に用いられる旋回経路が、図７から図１０に例示されている。図７から図１０において、進入元走行経路はＬｎで示され、進入先走行経路はＬｍで示されている。進入元走行経路Ｌｎと進入先走行経路Ｌｍとの間隔（経路間隔）は、Ｄで示されている。旋回経路は、進入元走行経路Ｌｎに沿った走行に続く初期旋回走行のための初期旋回経路Ｃ１と、初期旋回経路Ｃ１に沿った走行に続く後期旋回走行のための後期旋回経路Ｃ２と、後期旋回経路Ｃ２と進入先走行経路Ｌｍをつなぐ進入経路Ｌinとを有する。進入経路Ｌinは進入先走行経路Ｌｍの延長経路であってよい。図８及び図１０の例では、初期旋回経路Ｃ１の後端側には、後期旋回経路Ｃ２につながる直線状の中間経路Ｌmidが介在している。ここで例示されている旋回経路では、中間経路Ｌmidは初期旋回経路Ｃ１および後期旋回経路Ｃ２に接する接線である。初期旋回経路Ｃ１及び進入元走行経路Ｌｎは９０度円弧である。図９及び図１０の例では、初期旋回経路Ｃ１と進入元走行経路Ｌｎの終端との間に、予備経路Ｌadが介在している。予備経路Ｌadは、進入元走行経路Ｌｎの延び方向に延びた延長線とみなしてもよい。図７から図１０に例示された旋回経路において重要な点は、初期旋回経路Ｃ１を形成する円弧の半径Ｒは、後期旋回経路Ｃ２を形成する円弧の半径ｒより大きく設定されることである。初期旋回経路Ｃ１の旋回半径Ｒに関しては、後期旋回経路Ｃ２を形成する円弧の半径ｒを考慮して、ｒより大きな値である最小値及び最大値が予め決められ、その最小値と最大値との範囲で選択されるようにしてもよい。さらには、利用可能な旋回半径Ｒがｒより大きな値であることを条件として予め設定されていてもよい。

進入先走行経路Ｌｍに進入するための旋回走行に用いられる後期旋回経路Ｃ２は、進入先走行経路Ｌｍの延長線である進入経路Ｌinに接する半径ｒの円弧である。半径ｒは、コンバインの旋回半径に基づいて予め決定されている。圃場の荒れより旋回スペースを小さくすることを優先する場合には、コンバインの最小旋回半径が採用され、旋回スペースより圃場を荒らさないことを優先する場合には、最小旋回半径より大きな標準旋回半径が採用される。

進入経路Ｌinの長さは、後期旋回経路Ｃ２に沿って旋回走行してきたコンバインが確実に進入先走行経路Ｌｍを捕捉して、進入先走行経路Ｌｍに精度良く進入し、刈り残しなしに収穫走行に移行できるように算出される。この進入経路Ｌinの最小必要長さは、コンバイン仕様（収穫幅や旋回性能）及び圃場特性（滑り易さや凹凸のレベル）、旋回走行に利用可能なスペースから算出される。

図７の例では、初期旋回経路Ｃ１は、後期旋回経路Ｃ２と進入元走行経路Ｌｎとに直接連結している。言い換えると、初期旋回経路Ｃ１は、後期旋回経路Ｃ２と進入元走行経路Ｌｎとに接する円の９０度円弧である。このようなケースでは、前提条件が必要である。この前提条件は、経路間隔が比較的短こと、及び、進入元走行経路Ｌｎでの収穫走行後すぐに旋回走行に移行しても、旋回側の走行装置１１が未刈領域の植付穀稈を踏み付けないことである。

進入元走行経路Ｌｎでの収穫走行後すぐに旋回走行に移行すれば、旋回側の走行装置１１が未刈領域の植付穀稈を踏み付けてしまう場合には、図９や図１０に示すように、進入元走行経路Ｌｎと初期旋回経路Ｃ１との間に、予備経路Ｌadが算出される。予備経路Ｌadが算出されると、予備経路Ｌadの長さ分だけ、進入経路Ｌinが延長される。

経路間隔が図７や図９の例に比べて長い場合、初期旋回経路Ｃ１が後期旋回経路Ｃ２に直接つながるような旋回経路を採用すると、初期旋回経路Ｃ１の半径Ｒが非常に大きくなる。このため、初期旋回経路Ｃ１の始端が進入元走行経路Ｌｎに深く入り込むことになり、その旋回走行時に、コンバインの走行装置１１が植付穀稈を踏み付けてしまう。これを回避するため、図８や図１０に示すように、初期旋回経路Ｃ１の後端側には、後期旋回経路Ｃ２につながる直線状の中間経路Ｌmidが算出される。

このように、進入元走行経路Ｌｎから進入先走行経路Ｌｍに旋回移行する際に用いられる旋回経路は、経路間隔ｄ、コンバイン仕様（収穫幅や旋回性能）及び圃場特性（滑り易さや凹凸のレベル）、旋回走行に利用可能なスペースから適切なもの（図７から図１０で示された４つの旋回パターンの１つ）が選択される。これらの旋回パターンでも旋回不能な場合には、図５で示したようなアルファパターンが選択される。

図１１に、コンバインの制御系が示されている。コンバインの制御系は、車載ＬＡＮを介して接続された多数のＥＣＵと呼ばれる電子制御ユニットから構成される制御装置５、及び制御装置５と信号通信やデータ通信を行う各種入出力機器から構成されている。

制御装置５は、入出力インタフェースとして、出力処理部５８と入力処理部５７とを備えている。出力処理部５８は、機器ドライバ６５を介して種々の動作機器７０と接続している。動作機器７０として、走行関係の機器である走行機器群７１と作業関係の機器である作業機器群７２とがある。走行機器群７１には、例えば、エンジン機器、変速機器、制動機器、操舵機器などが含まれている。作業機器群７２には、収穫作業装置（図１に示す、収穫部１５、脱穀装置１３、搬送装置１６、穀粒排出装置１８など）における制御機器が含まれている。

入力処理部５７には、走行状態センサ群６３、作業状態センサ群６４、走行操作ユニット９０、などが接続されている。走行状態センサ群６３には、車速センサ、エンジン回転数センサ、駐車ブレーキ検出センサ、変速位置検出センサ、操舵位置検出センサ、などが含まれている。作業状態センサ群６４には、上述した収穫作業装置の駆動状態や姿勢を検出するセンサ、及び穀稈や穀粒の状態を検出するセンサが含まれている。

走行操作ユニット９０は、運転者によって手動操作され、その操作信号が制御装置５に入力される操作具の総称である。走行操作ユニット９０には、変速レバーとしての主変速レバー９１、操舵レバー９２、モード切替スイッチ９３として構成されたモード操作具、自動走行操作具９４、などが含まれている。モード切替スイッチ９３は、自動運転と手動運転とを切り替えるための指令を制御装置５に送り出す機能を有する。自動走行操作具９４は、運転者による操作を通じて、自動走行移行要求を出力する。

報知デバイス６２は、運転者等に作業状態や走行状態に関する警告を報知するためのデバイスであり、ブザーやランプなどである。なお、汎用端末４もタッチパネル４０での表示を通じて運転者等に作業状態や走行状態や種々の情報を報知するデバイスとして機能する。

この制御装置５は、さらに車載ＬＡＮを通じて汎用端末４とも接続している。汎用端末４はタッチパネル４０を備えたタブレットコンピュータである。汎用端末４は、入出力制御部４１、作業走行管理部４２、走行経路算出部４３、旋回経路算出部４４を有する。入出力制御部４１は、タッチパネル４０を用いてグラフィックインターフェースを構築する機能、及び、遠隔地のコンピュータ、無線回線やインターネットを通じて、データ交換する機能を備えている。

作業走行管理部４２は、走行軌跡算出部４２１と作業領域決定部４２２と排出位置設定部４２３とを備えている。走行軌跡算出部４２１は、制御装置５から与えられた自車位置に基づいて走行軌跡を算出する。作業領域決定部４２２は、図２に示すように、コンバインが圃場の外周領域ＳＡを何周か周囲刈り走行することで得られた走行軌跡に基づいて、圃場を外周領域ＳＡと未作業領域ＣＡとに区分けする。外周領域ＳＡの最外線によって圃場の畔との境界線が算出され、外周領域ＳＡの最内線によって、自動走行が行われる未作業領域ＣＡが算出される。排出位置設定部４２３は、穀粒タンク１４が満杯になった場合、穀粒タンク１４の穀粒を穀粒排出装置１８によって運搬車ＣＶに排出する際のコンバインの排出停車位置を設定する。排出停車位置は、周囲刈り走行によって圃場の外周側に形成される外周領域ＳＡで、かつ多角形状の外周領域ＳＡのコーナ部以外の場所に設定される。

走行経路算出部４３は、作業領域決定部４２２によって決定された未作業領域ＣＡに対して自動走行用の走行経路を算出する。外周領域ＳＡの手動走行が終了したことを、運転者が入力することで、選択された走行パターンでの経路算出が自動的に行われる。

走行経路算出部４３は、収穫部１５の収穫幅（作業幅）と、オーバーラップ値とに基づいて、隣接走行経路の間隔（経路間隔）を決定する。さらに、走行経路算出部４３は、図４を用いて説明したようなアルゴリズムを用いて、直進用の走行経路を算出する。

旋回経路算出部４４は、Ｕターンタイプの旋回経路や、図５に示されたアルファターンタイプの旋回経路を算出する。特に、図７から図１０を用いて説明された旋回経路を算出するため、初期旋回経路算出部４４１、後期旋回経路算出部４４２、進入経路算出部４４３、予備経路算出部４４４、中間経路算出部４４５が備えられている。

後期旋回経路算出部４４２は、タッチパネル４０に対する操作入力を通じて予め設定されているコンバインの使用旋回半径を有する９０度円弧を後期旋回経路Ｃ２として算出する。その際、進入経路算出部４４３は、算出された後期旋回経路Ｃ２を用いて、進入先走行経路Ｌｍに精度よく進入するために必要な進入経路の長さを算出する。初期旋回経路算出部４４１は、進入元走行経路Ｌｎに沿った走行に続く初期旋回走行のための初期旋回経路Ｃ１を算出する。その際、初期旋回経路Ｃ１の半径として、後期旋回経路Ｃ２の半径より大きな値が用いられる。後期旋回経路Ｃ２の半径に対応する初期旋回経路Ｃ１の半径がテーブル化されていると好都合である。算出された初期旋回経路Ｃ１と後期旋回経路Ｃ２、及び進入元走行経路Ｌｎと進入先走行経路Ｌｍとの間の経路間隔に基づいて、中間経路算出部４４５が直線状の中間経路Ｌmidの必要長さを算出する。さらに、予備経路算出部４４４が、現状のコンバインの収穫幅と走行装置１１の仕様と初期旋回経路Ｃ１の半径とに基づいて、予備経路Ｌadの必要長さを算出する。

旋回経路算出部４４による旋回経路の算出において、中間経路Ｌmidと予備経路Ｌadとの必要長さがゼロであれば、図７に示したような旋回経路が算出される。予備経路Ｌadの必要長さだけがゼロであれば、図８に示したような旋回経路が算出される。中間経路Ｌmidの必要長さだけがゼロであれば、図９に示したような旋回経路が算出される。中間経路Ｌmidと予備経路Ｌadとの必要長さがゼロでなければ、図１０に示したような旋回経路が算出される。

制御装置５には、自車位置算出部５０、手動走行制御部５１、自動走行制御部５２、走行経路設定部５３、作業制御部５４、報知部５９が備えられている。

自車位置算出部５０は、衛星測位ユニット８１から逐次送られてくる測位データに基づいて、自車位置を地図座標（または圃場座標）の形式で算出する。自車位置算出部５０は、慣性航法ユニット８２からの位置ベクトルと走行距離とを用いて自車位置を算出することもできる。自車位置算出部５０は、衛星測位ユニット８１及び慣性航法ユニット８２からの信号を組み合わせて自車位置を算出することも可能である。さらに、自車位置算出部５０は、経時的な自車位置から、機体１０の進行方向である機体１０の向きを算出することも可能である。

報知部５９は、制御装置５の各機能部からの指令等に基づいて報知データを生成し、報知デバイス６２に与える。制御装置５は、モード切替スイッチ９３により走行モードが自動走行モードに切り替えられている場合、予め設定されている自動走行許可条件に基づいて自動走行の許否を判定し、この判定結果が許可である場合、自動走行開始指令を自動走行制御部５２に与える。

手動走行制御部５１及び自動走行制御部５２は、エンジン制御機能、操舵制御機能、車速制御機能などを有し、走行機器群７１に走行制御信号を与える。作業制御部５４は、収穫作業装置の動きを制御するために、作業機器群７２に作業制御信号を与える。

このコンバインは、自動走行で収穫作業を行う自動運転と、手動走行で収穫作業を行う手動運転との両方で走行可能である。自動走行モードが設定されている場合、走行経路設定部５３は、走行経路算出部４３によって算出された走行経路及び旋回経路算出部４４によって算出された旋回経路を、汎用端末４から受け取って、適時に、自動操舵の目標となる走行経路及び旋回経路として設定する。自動走行制御部５２は、自動操舵を行うために、走行経路設定部５３によって設定された走行経路及び旋回経路と、自車位置算出部５０によって算出された自車位置との間の方位ずれ及び位置ずれを解消するように、操舵制御信号を生成する。さらに、自動走行制御部５２は、前もって設定された車速値に基づいて車速変更に関する制御信号を生成する。

手動走行モードが選択されている場合、運転者による操作に基づいて手動操作信号が手動走行制御部５１に送られると、手動走行制御部５１が制御信号を生成し、走行機器群７１を制御することで、手動運転が実現される。なお、走行経路設定部５３によって設定された走行経路及び旋回経路は、手動運転であっても、コンバインが当該走行経路及び旋回経路に沿って走行するためのガイダンスのために利用することができる。

〔別実施の形態〕
（１）上述した実施形態では、旋回経路算出部４４は、進入元走行経路Ｌｎと進入先走行経路Ｌｍが決定すると、初期旋回経路Ｃ１、後期旋回経路Ｃ２、中間経路Ｌmid、予備経路Ｌadを算出するように構成されていた。これに代えて、初期旋回経路Ｃ１、後期旋回経路Ｃ２、中間経路Ｌmid、予備経路Ｌadの各算出機能をテーブル化し、決定された進入元走行経路Ｌｎ及び進入先走行経路Ｌｍのデータが入力されると、初期旋回経路Ｃ１、後期旋回経路Ｃ２、中間経路Ｌmid、予備経路Ｌadのデータが導出されるような構成を採用してもよい。

（２）図１１で示された各機能部は、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してもよいし、または複数の機能部に分けてもよい。例えば、汎用端末４に構築された機能部は、部分的にあるいはその全てを制御装置５に組み込まれてもよい。

（３）上述の実施形態においては、周囲刈り走行は、手動走行で行われていたが、２周目以降では、部分的に、特に直線状の走行に関しては、自動走行を採用してもよい。

本発明は、普通型のコンバインだけでなく、自脱型のコンバインにも利用可能である。また、トウモロコシ収穫機、ニンジン収穫機、サトウキビ収穫機等の種々の収穫機にも利用できる。

１０ ：機体
１１ ：走行装置
４ ：汎用端末
４０ ：タッチパネル
４１ ：入出力制御部
４２ ：作業走行管理部
４２１ ：走行軌跡算出部
４２２ ：作業領域決定部
４３ ：走行経路算出部
４４ ：旋回経路算出部
４４１ ：初期旋回経路算出部
４４２ ：後期旋回経路算出部
４４３ ：進入経路算出部
４４４ ：予備経路算出部
４４５ ：中間経路算出部
５ ：制御装置
５０ ：自車位置算出部
５１ ：手動走行制御部
５２ ：自動走行制御部
５３ ：走行経路設定部
８０ ：自車位置検出モジュール
Ｃ１ ：初期旋回経路
Ｃ２ ：後期旋回経路
ＣＡ ：未作業領域
Ｌad ：予備経路
Ｌin ：進入経路
Ｌｍ ：進入先走行経路
Ｌmid ：中間経路
Ｌｎ ：進入元走行経路
ｒ ：半径
Ｒ ：半径

Claims (4)

1. 自動走行によって進入元走行経路から旋回走行を介して進入先走行経路に進入する圃場作業車のための自動操舵システムであって、
   前記進入元走行経路に沿った走行に続く初期旋回走行のための初期旋回経路を算出する初期旋回経路算出部と、
   前記初期旋回経路に沿った走行に続く後期旋回走行のための後期旋回経路を算出する後期旋回経路算出部と、
   前記後期旋回経路と前記進入先走行経路とをつなぐ進入経路を算出する進入経路算出部とを備え、
   前記初期旋回経路の旋回半径は、前記後期旋回経路の旋回半径より大きく設定されている自動操舵システム。
2. 前記初期旋回経路の始端側には、旋回時に前記圃場作業車が農作物を踏み付けることを回避するために前記進入元走行経路の延び方向に沿って延びる予備経路が算出される請求項１に記載の自動操舵システム。
3. 前記後期旋回経路が円弧であり、
   前記初期旋回経路算出部は、前記進入元走行経路の延長線と前記後期旋回経路の接線とに接する円の円弧として、前記初期旋回経路を算出する請求項１または２に記載の自動操舵システム。
4. 前記後期旋回経路が円弧であり、
   前記初期旋回経路の後端側には、前記後期旋回経路につながる直線状の中間経路が算出されており、
   前記初期旋回経路算出部は、前記進入元走行経路の延長線と前記中間経路とに接する円の円弧として、前記初期旋回経路を算出する請求項１または２に記載の自動操舵システム。

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