JP7527838B2

JP7527838B2 - 農作業機

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Publication number: JP7527838B2
Application number: JP2020086287A
Authority: JP
Inventors: 隆志中林; 俊樹渡邉; 俊介江戸; 隼輔宮下; 憲一石見
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2019-06-28
Filing date: 2020-05-15
Publication date: 2024-08-05
Anticipated expiration: 2040-05-15
Also published as: CN113766826A; JP2021007385A

Description

本発明は、農作業機に関する。

特許文献１によるコンバインは、自動操向制御装置を備えている。この自動操向制御装置は、刈取部の分草板（デバイダの一種）の先端近傍に設けられた操向センサにより未刈り穀桿を検出して、自動的に条合わせを行う。操向センサは、リミットスイッチからなる左右一対の操向センサからなり、左操向センサが「ＯＦＦ」で右操向センサが「ＯＮ」の時は左旋回走行が行われ、左操向センサが「ＯＮ」で右操向センサが「ＯＦＦ」の時は右旋回走行が行われる。左操向センサと右操向センサの両方が「ＯＦＦ」又は「ＯＮ」の時は、分草体が条と呼ばれる穀稈列の中央に位置しているとみなして、直進走行が行われる。この構成により、コンバインは、手動操作によってコンバインを未刈り穀桿領域に達すると、あとは、分草板がほぼ条の間に進入するように自動操向制御が行われる。

特許文献２には、自動走行可能な圃場作業車のための走行経路を生成する走行経路生成装置が開示されている。この走行経路生成装置は、タッチパネルを通じて手書き入力された手書き軌跡に基づいて、圃場における自動走行のための走行経路を生成する。これにより、圃場作業車は、ユーザのイメージに合致した走行経路に沿った自動走行が可能となる。しかしながら、この走行経路生成装置では、穀稈列（条）の方向と走行方向との関係は考慮されていない。

特開２００３－１８０１３０号公報特開２０１８－０９３７９９号公報

特許文献１によるコンバインは、分草板が条間の中央に収まるように操向制御されるので、刈取り作業の途中で分草板が植立穀稈の茎部に衝突するような問題は解決される。しかしながら、操向センサが植立穀稈の茎部との接当によるリミットスイッチの変位を検出するように構成されているので、太い茎部又は細い茎部によって検出タイミングが異なることになり、その結果、操向制御が不正確になるという問題がある。

本発明の課題は、特定部位を植立作物の間に進入させながら、前もって設定された走行経路に沿って自動走行することができる農作業機を提供することである。

本発明による第１の農作業機は、圃場の植立作物に対して作業を行う作業部と、衛星測位モジュールからの測位データに基づいて機体位置を算出する機体位置算出部と、前記圃場を自動走行するための走行経路を設定する走行経路設定部と、前記機体位置が前記走行経路に沿うように自動走行制御を行う自動走行制御部と、作業幅方向にて隣接する前記植立作物の間隔である作物間隔を検知する植立作物検知ユニットと、機体における特定部位が前記植立作物の間に進入するように、前記植立作物検知ユニットが検知した前記作物間隔に基づいて前記特定部位の前記植立作物の中央位置からの位置ずれを算出し当該位置ずれに基づいて前記走行経路を横方向に変位させる走行制御補正部と、を備える。
前記植立作物検知ユニットは、少なくとも２つの前記植立作物の位置及び条間を検知すると共に前記特定部位の目標位置からの位置ずれを算出し、前記走行制御補正部は、前記植立作物検知ユニットが算出した前記位置ずれに基づいて補正を行うと好ましい。

この構成によれば、植立作物検知ユニットによって植立作物の間隔が非接触で検知されるので、機体から離れている植立作物の間隔も迅速に検知することができる。さらに、走行制御補正部は、走行経路設定部によって設定された走行経路を基準として、特定部位が作物の間に進入するために要求されるオフセット量を算出する。つまり、制御目標となる走行経路に沿うように操向制御されるので、特許文献１のように制御目標が１つの植立穀稈の茎部に対する左右のずれに即座に反応して操向制御する形態に比べて、安定した操向制御が可能となる。

本発明による第２の農作業機は、圃場の植立作物に対して作業を行う作業部と、衛星測位モジュールからの測位データに基づいて機体位置を算出する機体位置算出部と、前記圃場を自動走行するための走行経路を設定する走行経路設定部と、前記機体位置が前記走行経路に沿うように自動走行制御を行う自動走行制御部と、作業幅方向にて隣接する前記植立作物の間隔である作物間隔を検知する植立作物検知ユニットと、機体における特定部位が前記植立作物の間に進入するように、前記植立作物検知ユニットが検知した前記作物間隔に基づいて前記走行経路を補正する走行制御補正部と、を備える。
前記植立作物検知ユニットは、少なくとも２つの前記植立作物の位置及び条間を検知すると共に前記特定部位の目標位置からの位置ずれを算出し、前記走行制御補正部は、前記植立作物検知ユニットが算出した前記位置ずれに基づいて補正を行うと好ましい。

この第２の農作業機は、上述の第１の農作業機に比べて、特定部位が作物の間に進入するための位置ずれ補正の方法が異なっている。第１の農作業機では、位置ずれ補正は、制御基準としての走行経路からのオフセット量で行われるのに対して、この第２の農作業機では、位置ずれ補正は、走行経路設定部によって設定されている走行経路自体を補正（変位）させることになる。この方法では、補正された走行経路が新たな走行目標となるので、上述の第１の農作業機と同様に、特許文献１によるコンバインの操向制御に比べて、安定した操向制御が可能となる。

植立作物の間隔を非接触で検知するために適した検知方法の１つは、撮影画像を用いて、植立作物を画像認識することである。撮影部の位置及び撮影部の撮影画角を考慮することで、撮影画像において認識された作物と特定部位との位置関係が正確に算出可能である。このことから、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記植立作物を撮影して、撮影画像を出力する撮影部が備えられ、前記植立作物検知ユニットは、前記撮影画像と、前記機体位置から算出される前記撮影部の位置と、前記撮影部の撮影画角とに基づいて、前記植立作物の位置を検知する。その際、走行方向前方の植立作物を明確に撮影するためには、撮影部が、作業部の前部に配置されることが好ましい。

撮影画像を入力データとして、植立作物を検知するためには、パターンマッチングを用いた画像認識が好適である。しかしながら、近年、画像認識の分野において、機械学習されたニューラルネットワークを用いることで、良好な結果が得られており、これを利用することにより、雑草が混在している植立作物や倒伏した作物でも検知可能となる。このことから、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記植立作物検知ユニットは、前記撮影画像を入力画像として前記作物間隔を検知するように機械学習されたニューラルネットワークを含んでいる。なお、経時的に取得した撮影画像に対してエピポーラ画像処理を施すことで、特定部位から植立作物までの正確な距離も算出可能である。

植立作物を非接触で検知するために適した検知方法の他の１つは、超音波ビーム、光ビーム、電磁波ビームなどを用いた走査型センサを用いて、走査位置毎の反射ビームの伝播時間を解析することである。これにより、走行前方領域の三次元点群データ（レーダスキャン画像又は距離画像とも呼ばれる）が生成されるので、この三次元点群データから植立作物の位置を算出することができる。このことから、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記植立作物検知ユニットは、超音波ビーム、光ビーム、電磁波ビームなどを用いた走査型センサで構成されている。

植立作物が並ぶ方向は、最初に走行経路を設定する際の重要な条件の一つとなる。このことから、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記走行経路を表示するタッチパネルが備えられ、前記タッチパネルを用いて前記植立作物が並ぶ方向が手動入力される。これにより、植立作物が並ぶ方向を条件として、走行経路が設定される。

作業部がデバイダを備える場合、デバイダが作物の間に進入するように、機体が制御されると好ましい。本発明の好適な実施形態の１つでは、前記特定部位が、前記作業部に設けられたデバイダである。

機体が走行車輪を備える場合、走行車輪が作物の間に進入するように、機体が制御されると好ましい。本発明の好適な実施形態の１つでは、前記特定部位が、前記機体に設けられた走行車輪である。

農作業機の側面図である。農作業機の平面図である。圃場で作業を行うための走行経路を例示する説明図である。農作業機の制御系を示す機能ブロック図である。機械学習ユニットにおける植立作物の認識処理を説明する説明図である。作物間隔の検知に伴う操向制御変更の一例を説明するための模式図である。図６に示す操向制御変更時の制御の流れを示す説明図である。作物間隔の検知に伴う操向制御変更の一例を説明するための模式図である。図８に示す操向制御変更時の制御の流れを示す説明図である。農作業機の平面図である。農作業機の平面図である。農作業機の平面図である。農作業機の平面図である。作物間隔の検知に伴う操向制御変更の一例を説明するための模式図である。作物間隔の検知に伴う操向制御変更の一例を説明するための模式図である。

本発明に係る農作業機の一例である自脱型のコンバインの実施形態が、図面に基づいて以下に記載されている。なお、特に断りがない限り、図１及び図２に示す矢印Ｆの方向を「前」、矢印Ｂの方向を「後」とする。また、図２に示す矢印Ｌの方向を「左」、矢印Ｒの方向を「右」とする。また、図１に示す矢印Ｕの方向を「上」、矢印Ｄの方向を「下」とする。

図１及び図２に示されるように、この自脱型コンバインは、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（図２にのみ示されている）、作業部としての刈取部１５、搬送装置１６、穀粒排出装置１８、衛星測位モジュール８０を備えている。コンバインの機体１０は、コンバインの主な構成要素の集合体を意味するが、場合によっては、走行装置１１や刈取部１５などの個別の構成要素を意味することがある。

走行装置１１は、コンバインにおける下部に備えられている。また、走行装置１１は、エンジン（図示せず）からの動力によって駆動する。そして、コンバインは、走行装置１１によって自走可能である。

また、運転部１２、脱穀装置１３、穀粒タンク１４は、走行装置１１よりも上側に備えられている。穀粒排出装置１８は、脱穀装置１３及び穀粒タンク１４よりも上側に設けられている。運転部１２には、コンバインの作業を監視するオペレータが搭乗可能である。
なお、オペレータは、コンバインの機外からコンバインの作業を監視していてもよい。

刈取部１５は機体１０の前部に支持されている。搬送装置１６は刈取部１５よりも後側に隣接して設けられている。この実施形態では、刈取部１５は圃場における植立作物としての植立穀稈を刈り取って収穫する。植立穀稈には、稲、小麦、大豆、トウモロコシが含まれる。コンバインは、走行しながら圃場の植立穀稈を収穫する。刈取部１５は、植立穀稈の刈取作業を行う。

図２に示すように、刈取部１５には、特定部位としてのデバイダ１５Ｃが備えられている。デバイダ１５Ｃの先端は、刈取対象となる隣接する植立穀稈を分草するため、前方に突き出ている。デバイダ１５Ｃの先端が植立穀稈の茎部の列（条又は条列と呼ばれる）の間に進入するように機体１０は操向される。なお、植立穀稈の茎部には、刈り取られた植立穀稈の刈り跡としての茎部もふくまれており、デバイダ１５Ｃが、刈取り前の植立穀稈の茎部と刈り取られた植立穀稈の茎部との間に進入することも少なくない。

刈取部１５によって刈り取られた植立穀稈は刈取穀稈として、搬送装置１６により脱穀装置１３へ搬送される。刈取穀稈は脱穀装置１３によって脱穀処理される。脱穀処理により得られた収穫物としての穀粒は、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。穀粒排出装置１８は機体後部の縦軸芯回りに揺動可能に構成されている。即ち、穀粒排出装置１８の排出部が機体１０よりも機体横外側へ張り出して作物を排出可能な排出状態と、穀粒排出装置１８の排出部が機体１０の機体横幅の範囲内に位置する収納状態と、に切換可能なように穀粒排出装置１８は構成されている。穀粒排出装置１８が収納状態である場合、穀粒排出装置１８の排出口部は運転部１２よりも前側に位置するとともに刈取部１５の上方に位置する。

衛星測位モジュール８０が、運転部１２の天井上面に取り付けられている。衛星測位モジュール８０は、人工衛星ＧＳからのＧＮＳＳ（ＧｌｏｂａｌＮａｖｉｇａｔｉｏｎＳａｔｅｌｌｉｔｅＳｙｓｔｅｍ）の信号（ＧＰＳ信号を含む）を受信して、機体位置を取得する。なお、衛星測位モジュール８０による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ユニットが衛星測位モジュール８０に組み込まれている。もちろん、慣性航法ユニットは、コンバインにおいて衛星測位モジュール８０と別の箇所に配置されてもよい。

この実施形態では、右端のデバイダ１５Ｃの上面に、ＣＣＤカメラ又はＣＭＯＳカメラで構成される撮影部２１が設けられている。この撮影部２１は、刈取り走行時に、進行方向前方で横方向に並んだ植立穀稈の茎部及び刈り取られた植立穀稈の刈り跡としての茎部あるいはその両方の茎部を撮影できるように設定された撮影画角を有する。撮影画像には、収穫幅方向にて隣接している少なくとも２つの茎部が含まれるので、その撮影画像から、植立穀稈の茎部の間隔、つまり条間を検知することができる。撮影部２１は、右端のデバイダ１５Ｃだけでなく、左端のデバイダ１５Ｃやその他のデバイダ１５Ｃに設けることも可能である。

この実施形態のコンバインは自動走行と手動走行との両方で走行可能である。自動走行では、コンバインは、圃場に設定される走行経路に沿って自動的に作業走行する。図３には、圃場における標準的な収穫作業の一例が示されている。ここでは、コンバインが圃場に入ると、圃場の境界（畔など）に沿って手動で回り刈り作業走行が行われ、圃場の外周に既作業領域（既刈領域）である外周領域ＳＡが形成される。なお、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形状ターン走行が可能となる大きさになれば、自動走行での回り刈りが可能である。次に、中央刈り作業走行として、外周領域ＳＡの内側領域ＣＡである未作業領域（未刈領域）に対する自動走行のための走行経路が設定される。図３では、中央刈り作業走行の走行経路として、直線走行とＵターン走行とを組み合わせた往復走行経路が用いられている。この直線走行の走行経路には、直線経路だけでなく、大きな湾曲経路や蛇行経路も含まれる。

図４には、コンバインの制御系の機能ブロック図が示されている。この実施形態の制御系は、多数のＥＣＵと呼ばれる電子制御ユニットと、各種動作機器、センサ群やスイッチ群、それらの間のデータ伝送を行う車載ＬＡＮなどの配線網から構成されている。報知デバイス８４は、運転者等に障害物の検出結果や作業走行の状態などの警告を報知するためのデバイスであり、ブザー、ランプ、スピーカ、ディスプレイなどである。

制御ユニット６は、この制御系の中核要素であり、複数のＥＣＵの集合体として示されている。衛星測位モジュール８０からの測位データ、撮影部２１からの撮影画像、運転部１２に設置されているタブレットコンピュータ８５からの制御指令は、車載ＬＡＮなどの配線網を通じて制御ユニット６に入力される。

制御ユニット６は、入出力インタフェースとして、出力処理部６Ｂと入力処理部６Ａとを備えている。出力処理部６Ｂは、車両走行機器群７Ａ及び作業装置機器群７Ｂと接続している。車両走行機器群７Ａには、車両走行に関する制御機器、例えばエンジン制御機器、変速制御機器、制動制御機器、操舵制御機器などが含まれている。作業装置機器群７Ｂには、刈取部１５、搬送装置１６、脱穀装置１３、穀粒排出装置１８における動力制御機器などが含まれている。入力処理部６Ａには、走行系検出センサ群８Ａや作業系検出センサ群８Ｂなどが接続されている。走行系検出センサ群８Ａには、エンジン回転数調整具、アクセルペダル、ブレーキペダル、変速操作具などの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８Ｂには、刈取部１５、搬送装置１６、脱穀装置１３、穀粒排出装置１８における装置状態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。

制御ユニット６には、走行制御モジュール６０、走行経路設定部６４、走行制御補正部６５、機体位置算出部６６、報知部６７、走行軌跡管理部６８、植立作物検知ユニット５０が備えられている。

機体位置算出部６６は、衛星測位モジュール８０から逐次送られてくる測位データに基づいて、機体１０の少なくとも１つの特定箇所、例えば刈取部１５などの地図座標（又は圃場座標）である機体位置を算出する。

走行制御モジュール６０には、自動走行制御部６１と手動走行制御部６２と作業制御部６３とが備えられている。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走行モードスイッチ（非図示）が運転部１２内に設けられている。この走行モードスイッチを操作することで、手動操舵走行から自動操舵走行への移行、あるいは自動操舵走行から手動操舵走行への移行が可能である。

自動走行制御部６１及び手動走行制御部６２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、車両走行機器群７Ａに走行制御信号を与える。自動走行制御部６１は、位置ずれ算出部６１ａと操向制御量算出部６１ｂとを有する。位置ずれ算出部６１ａは、走行経路設定部６４によって設定された走行経路と、機体位置算出部６６によって算出された機体位置との間の走行位置ずれを算出する。操向制御量算出部６１ｂは、機体１０が走行位置ずれを解消するように自動操向されるための操向制御量を算出する。自動走行時の車速は、前もって設定されている車速値に基づいて自動走行制御部６１によって生成される車速指令に基づいて決まる。手動走行時の操向制御量や車速は、手動操作に基づいて手動走行制御部６２により生成される操向制御量や車速指令に基づいて決まる。作業制御部６３は、刈取部１５、脱穀装置１３、穀粒排出装置１８などの動きを制御するために、出力処理部６Ｂを介して作業装置機器群７Ｂに作業制御信号を与える。

走行経路設定部６４は、作成された自動走行のための走行経路をメモリに展開し、順次自動走行における目標走行経路として設定する機能を有する。報知部６７は、制御ユニット６の各機能部からの要求に基づいて報知データを生成し、報知デバイス８４に与える。
走行軌跡管理部６８は、機体位置算出部６６からの機体位置及び走行制御モジュール６０からの作業走行情報に基づいて、圃場における未作業領域と既作業領域とを管理する。

植立作物検知ユニット５０は、収穫幅方向（作業幅方向）にて隣接する植立穀稈の茎部の間隔である条間（「作物間隔」の一例）を、非接触で検知する。植立穀稈を刈り取った後に残される茎部は、圃場面から数センチ以上の高さを有する。従って、植立穀稈を刈り取った後に残される茎部は、植立作物検知ユニット５０によって検知され、植立穀稈の茎部として取り扱われる。

この実施形態では、植立作物検知ユニット５０は、撮影部２１からの撮影画像と、機体位置算出部６６からの機体位置に基づいて算出される撮影部２１の位置と、撮影部２１の撮影画角とに基づいて、少なくとも２つの植立穀稈の茎部の位置及び条間を検知し、条間におけるデバイダ１５Ｃの収穫幅方向での位置関係を算出する。

このため、この実施形態の植立作物検知ユニット５０には、画像取得部５１、機械学習ユニット５２、デバイダ位置算出部５３が含まれている。画像取得部５１は、撮影部２１から所定周期で送られてくる撮影画像を、機体位置算出部６６によって算出された自機位置とリンクさせてメモリに格納する。

機械学習ユニット５２は、機械学習されたニューラルネットワークによって構築されている。この機械学習されたニューラルネットワークでは、図５に模式的に示されているように、撮影部２１によって取得された撮影画像を入力画像として、この撮影画像に含まれている植立穀稈の茎部を認識して、茎部の位置を出力する。このため、そのような認識に優れたディープラーニングアルゴリズムが用いられている。図５では、植立穀稈の茎部が矩形枠で示されている。この矩形枠のサイズ及び撮影画像における矩形枠の位置が出力される。

デバイダ位置算出部５３は、図６に模式的に示されているように、デバイダ１５Ｃの取付位置と、機体１０に対する茎部の位置と、目標デバイダ位置（ここでは、条間の中央位置）から、デバイダ１５Ｃの目標デバイダ位置からの位置ずれであるデバイダ位置ずれ（図６ではαで示されている）を算出する。

走行制御補正部６５は、デバイダ１５Ｃが植立穀稈の条間に適切に進入するように、自動走行制御部６１による操向制御信号をオフセット補正する。この操向制御の流れが図７に示されている。この実施形態では、走行制御補正部６５は、オフセット量算出部６５ａを備えている。オフセット量算出部６５ａ、植立作物検知ユニット５０から出力されたデバイダ位置ずれに基づいて、デバイダ１５Ｃが目標デバイダ位置に近づくために必要な機体１０の横方向（走行経路に直交する方向）の変位量をオフセット量（図７ではβで示されている）として算出する。簡単には、デバイダ位置ずれがそのままオフセット量として用いられる（β＝α）。しかしながら、デバイダ位置ずれと、位置ずれ算出部６１ａによって算出された走行位置ずれとのどちらかに重みをおくことで、より適切な操向制御が実現できる場合もある。デバイダ位置ずれに重きをおく場合、オフセット量はデバイダ位置ずれより大きな値をとり、走行位置ずれに重きをおく場合、オフセット量はデバイダ位置ずれより小さな値をとる。このことから、デバイダ位置ずれから所定の関数（β＝ｆ(α)）を用いてオフセット量が算出されてもよい。この関数ｆは、線形関数でもよいし、非線形関数でもよい。

このオフセット量は、位置ずれ算出部６１ａによって算出された走行位置ずれに加えられ、その混合値が操向制御量算出部６１ｂに与えられる。図７において、当該混合値は「Δｄ＋β」で示されているが、混合値の算出手法は必ずしも加算に限られない。例えば、重み演算等を用いて混合値が算出されてもよい。操向制御量算出部６１ｂは、ＰＩ制御等を用いて操向制御量（図７ではＳで示されている）を算出して、操向制御信号に変換して車両走行機器群７Ａに送る。なお、図示されていないが、操向制御量算出部６１ｂは、方位偏差（走行経路の方位と機体方位と偏差）も制御パラメータとして用いることができる。

図８と図９には、走行制御補正部６５の別実施形態が示されている。ここでは、走行制御補正部６５は、オフセット量算出部６５ａに代えて経路補正量算出部６５ｂを備えている。この経路補正量算出部６５ｂは、デバイダ１５Ｃが植立穀稈の条間に適切に進入するように、走行経路設定部６４によって設定されている走行経路を変位させる経路変位指令を走行経路設定部６４に与える。図８に示されているように、デバイダ１５Ｃの目標デバイダ位置からの位置ずれ（図８ではαで示されている）の距離だけ走行経路を横方向に変位させることで、デバイダ１５Ｃは目標デバイダ位置に近づくことになる。この走行経路の横方向の変位量は経路補正量（図８ではγで示されている）と称す。簡単には、デバイダ位置ずれがそのまま経路補正量として用いられる（γ＝α）。ここでも、先の実施形態と同様に、デバイダ位置ずれから所定の関数（γ＝ｇ(α)）を用いて経路補正量を算出してもよい。この関数ｇも、線形関数でもよいし、非線形関数でもよい。

この経路補正量は、経路変位指令の形で、走行経路設定部６４に送られる。走行経路設定部６４は、経路変位指令に含まれている経路補正量を用いて、現時点で設定されている走行経路を補正し、補正走行経路として、位置ずれ算出部６１ａに送られる。

タブレットコンピュータ８５は、タッチパネル８５ａ（タッチパネル式表示装置）を備えており、オペレータによる操作によって種々の制御指令を制御ユニット６に与えることができる。この実施形態では、オペレータは、タッチパネル８５ａを用いて植立穀稈の条方向を手書き入力（手動入力）することができる。例えば、圃場の外形が示されたタッチパネル８５ａに、オペレータが条方向（植付方向、刈取り方向）を手書き入力する。走行経路設定部６４は、入力された条方向に沿うように、走行経路の作成や設定を行う。

なお、図４に示された走行制御モジュール６０、走行経路設定部６４、走行制御補正部６５、植立作物検知ユニット５０などの制御機能要素は、主に説明目的で分けられており、当該制御機能要素の統合や、当該制御機能要素の分割は、自由に行われてよい。
〔別実施の形態〕

（１）上述した実施形態では、撮影部２１として広角レンズを装着した可視光カメラが採用された。撮影部２１は、白黒カメラでもよいし、赤外光カメラ、あるいは可視光カメラと赤外光カメラとからなるハイブリッドカメラでもよい。

（２）上述した実施形態では、撮影部２１は、デバイダ１５Ｃの上面に取り付けられていた。撮影部２１は、植立穀稈の茎部が撮影部２１の撮影視野に入る限り、その他の部位に取り付けられてもよい。

（３）上述した実施形態では、機械学習ユニット５２は、ディープラーニングアルゴリズムを用いて機械学習されたニューラルネットワークで構成されていたが、もちろん、ディープラーニングアルゴリズム以外のアルゴリズムを用いたニューラルネットワーク、例えばリカレントニューラルネットワークで構成されてもよい。さらには、機械学習されたニューラルネットワーク以外の画像認識技術が採用されてもよい。

（４）上述した実施形態では、植立穀稈の茎部の非接触での検知のために、植立作物検知ユニット５０において撮影画像を入力画像とする機械学習ユニット５２が用いられている。植立作物検知ユニット５０が、超音波ビーム、光ビーム、電磁波ビームなどを用いた走査型センサで構成してもよい。走査型センサによって得られる走行前方領域の三次元点群データから、反射体の形状を評価し、植立作物の位置を算出することができる。

（５）上述した実施形態では、農作業機の一例として、自脱型のコンバインが説明された。農作業機は、普通型のコンバインであってもよい。

（６）農作業機は、トウモロコシ収穫機であってもよい。図１０には、農作業機の一例としてのトウモロコシ収穫機が示されている。本実施形態のトウモロコシ収穫機は、普通型コンバインのヘッダ（刈取部）を収穫前処理装置１１５に換装したものである。このトウモロコシ収穫機は、植立するトウモロコシから房状体を分離し、房状体から穀粒を分離し、穀粒を貯留する。

このトウモロコシ収穫機は、クローラ式の走行装置（図示なし）、運転部１１２、脱穀装置１１３、穀粒タンク１１４、作業部としての収穫前処理装置１１５、搬送装置１１６、穀粒排出装置１１８、衛星測位モジュール１８０等の構成要素を備えている。トウモロコシ収穫機の機体１１０は、構成要素の集合体を意味するが、場合によっては、走行装置や収穫前処理装置１１５などの個別の構成要素を意味することがある。

収穫前処理装置１１５は、植立するトウモロコシから房状体を分離させて、房状体を搬送装置１１６へ送り出す。脱穀装置１１３は、搬送装置１１６により搬送された房状体から穀粒を分離する。収穫前処理装置１１５は、特定部位としてのデバイダ１１５Ｃ、掻込オーガ１１５Ｄ等を備えている。右端のデバイダ１１５Ｃの上面に、撮影部１２１が設けられている。

（７）図１１には、別の形態のトウモロコシ収穫機が示されている。このトウモロコシ収穫機は、植立するトウモロコシから房状体を分離し、房状体から包葉を取り除き、房状体を貯留する。

このトウモロコシ収穫機は、車輪式の走行装置（図示なし）、運転部２１２、包葉除去部２１３、貯留タンク２１４、作業部としての収穫部２１５、搬送装置２１６、衛星測位モジュール２８０等の構成要素を備えている。トウモロコシ収穫機の機体２１０は、構成要素の集合体を意味するが、場合によっては、走行装置や収穫部２１５などの個別の構成要素を意味することがある。

収穫部２１５は、植立するトウモロコシから房状体を分離させて、房状体を搬送装置２１６へ送り出す。包葉除去部２１３は、搬送装置２１６により搬送された房状体から包葉を取り除く。収穫部２１５は、特定部位としてのデバイダ２１５Ｃ等を備えている。右端のデバイダ２１５Ｃの上面に、撮影部２２１が設けられている。

（８）農作業機は、サトウキビ収穫機であってもよい。図１２には、農作業機の一例としてのサトウキビ収穫機が示されている。このサトウキビ収穫機は、植立するサトウキビを収穫し、サトウキビと夾雑物とを分離して、サトウキビを機体後方へ排出する。

このサトウキビ収穫機は、車輪式の走行装置３１１、運転部３１２、分離装置３１３、作業部としての収穫部３１５、搬送装置３１６、排出装置３１８、衛星測位モジュール３８０等の構成要素を備えている。サトウキビ収穫機の機体３１０は、構成要素の集合体を意味するが、場合によっては、走行装置３１１や収穫部３１５などの個別の構成要素を意味することがある。

収穫部３１５は、植立するサトウキビを刈り取って、サトウキビを搬送装置３１６へ送り出す。分離装置３１３は、搬送装置３１６により搬送されたサトウキビから夾雑物を分離する。排出装置３１８は、分離装置３１３により夾雑物から分離されたサトウキビを機体３１０の後方へ排出する。収穫部３１５は、特定部位としてのデバイダ３１５Ｃ等を備えている。右端のデバイダ３１５Ｃの上面に、撮影部３２１が設けられている。

（９）農作業機がデバイダを備えない実施形態も可能である。例えば、農作業機は、乗用型管理機であってもよい。この場合、特定部位が、機体に設けられた走行車輪であってもよい。走行制御補正部は、走行車輪が植立作物の間に進入するように、自動走行制御部による操向制御信号をオフセット補正する。又は、走行制御補正部は、走行車輪が植立作物の間に進入するように、走行経路を補正する。

図１３には、農作業機の一例としての乗用型管理機が示されている。この乗用型管理機は、圃場を走行しながら植立作物へ薬剤（農薬や肥料等）を散布する散布作業を行う。

この乗用型管理機は、走行車輪４１１（車輪式の走行装置）、運転部４１２、作業部としての薬剤散布部４１５、薬剤タンク４２５、ブロードキャスター４２６、衛星測位モジュール４８０等の構成要素を備えている。乗用型管理機の機体４１０は、構成要素の集合体を意味するが、場合によっては、走行車輪４１１や薬剤散布部４１５などの個別の構成要素を意味することがある。

薬剤散布部４１５は、薬剤タンク４２５に貯留された薬剤を圃場に散布する。薬剤散布部４１５は、センターブーム４１５Ｄと、左右のサイドブーム４１５Ｅと、を備えている。センターブーム４１５Ｄの右端部の上面に、撮影部４２１が設けられている。

乗用型管理機は、上述の実施形態（図４、図７の図示例）と同様の構成の制御ユニット６を備える。本実施形態では、制御ユニット６は、デバイダ位置算出部５３に替えて、走行車輪位置算出部を備える。走行車輪位置算出部は、デバイダ位置ずれ（図６におけるα）に替えて、走行車輪位置ずれ（図１４におけるδ）を算出する。詳しくは、走行車輪位置算出部は、図１４に模式的に示されているように、走行車輪４１１の取付位置と、機体４１０に対する茎部の位置と、目標走行車輪位置（ここでは、条間の中央位置）から、走行車輪４１１の目標走行車輪位置からの位置ずれである走行車輪位置ずれ（図１４におけるδ）を算出する。

本実施形態では、走行制御補正部６５は、走行車輪４１１が植立穀稈の条間に適切に進入するように、自動走行制御部６１による操向制御信号をオフセット補正する。走行制御補正部６５は、デバイダ位置ずれ（α）に替えて走行車輪位置ずれ（δ）を用いて、図７の図示例と同様の処理により、操向制御信号をオフセット補正する。

乗用型管理機が、図８及び図９に示された別実施形態に係る走行制御補正部６５を備えてもよい。この場合、走行制御補正部６５は、オフセット量算出部６５ａに代えて経路補正量算出部６５ｂを備えている。この経路補正量算出部６５ｂは、走行車輪４１１が植立穀稈の条間に適切に進入するように、走行経路設定部６４によって設定されている走行経路を変位させる経路変位指令を走行経路設定部６４に与える。図１５に示されているように、走行車輪４１１の目標走行車輪位置からの位置ずれ（図１５ではδで示されている）の距離だけ走行経路を横方向に変位させることで、走行車輪４１１は目標走行車輪位置に近づくことになる。この走行経路の横方向の変位量は経路補正量（γ）と称す。簡単には、走行車輪位置ずれがそのまま経路補正量として用いられる（γ＝δ）。

（１０）農作業機は、野菜収穫機であってもよい。野菜収穫機は、圃場を走行しながら、植立作物としての野菜（人参、大根、キャベツ、白菜等）を収穫する。野菜収穫機がデバイダ（特定部位の一例）を備える場合は、野菜収穫機は、図４の図示例と同様の構成の制御ユニット６を備える。図７に示される態様にて、走行制御補正部６５は、デバイダが植立作物（野菜）の間に適切に進入するように、自動走行制御部６１による操向制御信号をオフセット補正する。又は、走行制御補正部６５は、オフセット量算出部６５ａに代えて経路補正量算出部６５ｂを備える。図９に示される態様にて、経路補正量算出部６５ｂは、デバイダが植立作物の間に適切に進入するように、走行経路設定部６４によって設定されている走行経路を変位させる経路変位指令を走行経路設定部６４に与える。

野菜収穫機は、デバイダを備えていなくてもよい。野菜収穫機がデバイダを備えない場合には、走行制御補正部６５が、走行車輪（特定部位の一例）が植立作物（野菜）の間に適切に進入するように、自動走行制御部６１による操向制御信号をオフセット補正する。
又は、経路補正量算出部６５ｂが、走行車輪が植立作物の間に適切に進入するように、走行経路設定部６４によって設定されている走行経路を変位させる経路変位指令を走行経路設定部６４に与える。

（１１）撮影部２１が、デバイダ１５Ｃの周辺の作物の検出に用いられてもよい。例えば、植立作物検知ユニット５０が、撮影部２１による撮影画像に基づいて、デバイダ１５Ｃが植立作物の条に突っ込んだ状態になっていることを検知してもよい。当該検知結果に応じて、走行制御モジュール６０は、デバイダ１５Ｃが植立作物の間を通るように、機体１０を停止及び後進させた後、適切な走行経路にて前進させ自動走行を継続する。例えば、植立作物検知ユニット５０が、撮影部２１による撮影画像に基づいて、デバイダ１５Ｃが刈取作物を引き摺る状態になっていることを検知してもよい。当該検知結果に基づいて、走行制御モジュール６０は、刈取作物がデバイダ１５Ｃから離れるように、機体１０を停止及び後進させた後、再度前進させる。

本発明は、圃場の植立作物に対して作業を行う農作業機に適用可能である。

１０：機体
１５：刈取部（作業部）
１５Ｃ：デバイダ（特定部位）
２１：撮影部
５０：植立作物検知ユニット
６１：自動走行制御部
６４：走行経路設定部
６５：走行制御補正部
６６：機体位置算出部
８０：衛星測位モジュール
８５ａ：タッチパネル
１１０：機体
１１５：収穫前処理装置（作業部）
１１５Ｃ：デバイダ（特定部位）
１２１：撮影部
１８０：衛星測位モジュール
２１０：機体
２１５：収穫部（作業部）
２１５Ｃ：デバイダ（特定部位）
２２１：撮影部
２８０：衛星測位モジュール
３１０：機体
３１５：収穫部（作業部）
３１５Ｃ：デバイダ（特定部位）
３２１：撮影部
３８０：衛星測位モジュール
４１０：機体
４１１：走行車輪（特定部位）
４１５：薬剤散布部（作業部）
４２１：撮影部
４８０：衛星測位モジュール

Claims

圃場の植立作物に対して作業を行う作業部と、
衛星測位モジュールからの測位データに基づいて機体位置を算出する機体位置算出部と、
前記圃場を自動走行するための走行経路を設定する走行経路設定部と、
前記機体位置が前記走行経路に沿うように自動走行制御を行う自動走行制御部と、
作業幅方向にて隣接する前記植立作物の間隔である作物間隔を検知する植立作物検知ユニットと、
機体における特定部位が前記植立作物の間に進入するように、前記植立作物検知ユニットが検知した前記作物間隔に基づいて前記自動走行制御部による操向制御信号をオフセット補正する走行制御補正部と、を備えた農作業機。
圃場の植立作物に対して作業を行う作業部と、
衛星測位モジュールからの測位データに基づいて機体位置を算出する機体位置算出部と、
前記圃場を自動走行するための走行経路を設定する走行経路設定部と、
前記機体位置が前記走行経路に沿うように自動走行制御を行う自動走行制御部と、
作業幅方向にて隣接する前記植立作物の間隔である作物間隔を検知する植立作物検知ユニットと、
機体における特定部位が前記植立作物の間に進入するように、前記植立作物検知ユニットが検知した前記作物間隔に基づいて前記特定部位の前記植立作物の中央位置からの位置ずれを算出し当該位置ずれに基づいて前記走行経路を横方向に変位させる走行制御補正部と、を備えた農作業機。
前記植立作物検知ユニットは、少なくとも２つの前記植立作物の位置及び条間を検知すると共に前記特定部位の目標位置からの位置ずれを算出し、
前記走行制御補正部は、前記植立作物検知ユニットが算出した前記位置ずれに基づいて補正を行う請求項１又は２に記載の農作業機。
前記植立作物を撮影して、撮影画像を出力する撮影部が備えられ、
前記植立作物検知ユニットは、前記撮影画像と、前記機体位置から算出される前記撮影部の位置と、前記撮影部の撮影画角とに基づいて、前記植立作物の位置を検知する請求項１から３のいずれか１項に記載の農作業機。
前記撮影部は、前記作業部の前部に配置されている請求項４に記載の農作業機。
前記植立作物検知ユニットは、前記撮影画像を入力画像として前記作物間隔を検知するように機械学習されたニューラルネットワークを含んでいる請求項４又は５に記載の農作業機。
前記植立作物検知ユニットは、超音波ビーム、光ビーム、電磁波ビームなどを用いた走査型センサで構成されている請求項１から３のいずれか１項に記載の農作業機。
前記走行経路を表示するタッチパネルが備えられ、前記タッチパネルを用いて前記植立作物が並ぶ方向が手動入力される請求項１から７のいずれか一項に記載の農作業機。
前記特定部位が、前記作業部に設けられたデバイダである請求項１から８のいずれか１項に記載の農作業機。
前記特定部位が、前記機体に設けられた走行車輪である請求項１から８のいずれか１項に記載の農作業機。