JP6507109B2

JP6507109B2 - 作業車両の走行領域形状登録システム

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Publication number: JP6507109B2
Application number: JP2016043415A
Authority: JP
Inventors: 敏史平松
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2016-03-07
Filing date: 2016-03-07
Publication date: 2019-04-24
Anticipated expiration: 2036-03-07
Also published as: JP2017161987A

Description

本発明は、作業車両が走行する走行領域の形状、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圃場の形状を登録するための技術に関し、特に圃場端を認識する技術に関する。

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。

特開平１０−６６４０５号公報

実際の圃場における端、つまり、圃場と畔、道路の境界は、土地の特徴等によって必ずしも直線ではなく、ティーチング走行において忠実にその境界に沿って走行することは困難である。また、ティーチング走行によって得られた測位データには、局所的に圃場内側に飛び出した電柱、取水弁、壁等の障害物についての情報がないため、枕地作業やサイドマージンの仕上げ作業を自律走行作業車両に自律的に行わせることはできなかった。

以上のことを鑑み、本発明は、走行領域に関する各種情報を取得し、それら情報に基づいて作業車両が走行する走行領域の形状を特定可能な技術を提供することを課題とする。

作業車両が走行する走行領域の形状を登録するシステムであって、衛星測位システムにより前記作業車両の位置情報を取得する位置情報取得手段と、前記作業車両の周辺の環境情報を取得する環境情報取得手段と、前記衛星測位システムによって取得される前記作業車両の位置情報に基づいて特定され、走行領域の形状を登録するための軌跡である、前記作業車両の走行軌跡を示す走行軌跡情報を取得する走行軌跡情報取得手段と、前記走行軌跡情報取得手段により取得された前記走行軌跡情報及び前記環境認識手段によって取得された前記環境情報に基づいて前記走行軌跡情報を補正して特定される特定領域を前記走行領域の形状として登録する登録手段と、を備える。

前記登録手段による前記走行軌跡情報の補正は、前記環境認識手段の位置情報及び前記環境情報を取得する方向にも基づいて行われる。

前記登録手段により登録された前記走行領域の形状を表示可能な表示手段と、前記表示手段に表示された前記走行領域の形状を変更可能な操作手段と、を備え、前記登録手段は前記表示手段に表示された前記走行領域の形状が前記操作手段に対する操作に応じて変更された変更後領域を前記走行領域の形状として登録する。

本発明によれば、作業車両が走行する走行領域の形状をより正確に特定し、特定された走行領域を登録することができる。

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圃場の形状を示す図圃場端の形状を認識する様子を示す図圃場形状の補正を示す図周辺情報を取得する環境認識手段の位置及び向きを示す図表示装置上で境界特徴点を選択する様子を示す図周辺情報を取得する距離センサで圃場端を認識する様子を示す図

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。

以下、圃場形状を登録する圃場設定についてより詳しく説明する。図６は、圃場端の境界部分に障害物が存在する等に起因して局所的に複雑な形状変化を有する圃場を示しており、本実施形態では圃場Ｈの辺ＤＡに圃場内側に突出する電柱が存在する例を示している。図７は、圃場端の形状を周辺情報として認識する様子を示しており、ここでは電柱を認識する様子を示している。図８は、周辺情報に基づいて走行軌跡を補正した後に登録される圃場形状を示しており、ここでは圃場Ｈの内側に突起した電柱を考慮した圃場外周形状を登録する様子を示している。

遠隔操作装置１１２の表示装置１１３上で圃場設定ボタン２０２をタッチして、新規に圃場設定を行う場合又は既存の圃場を編集して再度圃場設定を行う場合、「測定開始」ボタンをタッチした後に、自律走行作業車両１を走行させる。本実施形態では、自律走行作業車両１を圃場Ｈの四隅のうちの一つの隅Ａに位置させ、「測定開始」ボタンをタッチして自律走行作業車両１を圃場Ｈの外周に沿って走行させた場合について説明する。このとき、測位制御ユニット３０６において、ＧＰＳ衛星３７・３７・・・から送信される電波を受信して車体部の位置情報が取得されると同時に、ジャイロセンサ３１及び方位角検出部３２により、車体部の変位情報および方位情報が取得される。このように取得される車体部の位置情報、変位情報および方位情報に基づいた走行軌跡情報が取得される。

自律走行作業車両１を圃場Ｈの外周に沿って走行させるときに、自律走行作業車両１の周辺環境を認識するために配置された障害物センサ４１及び／又はカメラ４２Ｆ・４２Ｒによって、自律走行作業車両１の周辺情報（環境情報）が併せて取得される。「周辺情報」とは、例えばカメラ等の撮像手段として構成される障害物センサ４１によって得られた車体部の前部及び側部の映像、カメラ４２Ｆによって得られた映像、若しくは、レーザセンサ又は超音波センサ等の距離センサとして構成される障害物センサ４１による圃場端と畔等の圃場外との境界に関する情報である。本実施形態では、前方カメラ４２Ｆによる映像を周辺情報として取得し、表示装置１１３に表示している。

そのようにして得られた周辺情報に基づいて走行軌跡情報を補正する。具体的には、周辺情報として得られる映像等に基づいて圃場Ｈの実際の外周端を把握し、それに合わせるように走行軌跡を外側又は内側に修正することで走行軌跡情報を補正して圃場Ｈの外周形状を登録する。そして、その外周形状に基づいて圃場Ｈの外周の走行経路を設定する。つまり、圃場Ｈの外周を走行するときには、障害物を適宜避けるように走行するが、障害物の性質に応じて、そのとき回避した経路よりも内側又は外側に圃場外周を登録する必要があるところ、本実施形態のように周辺情報として取得された映像等から障害物の形状、空中にせり出した大きさ等を用いて、障害物に応じた適正な回避量を設定し、経路生成設定における走行経路の設定に利用することも可能である。

なお、本実施形態では走行軌跡情報と周辺情報（環境情報）に基づいて走行軌跡情報を補正することとしたが、走行軌跡情報を補正しないことがあってもよく、或いは、補正軌跡情報を補正するか否かを選択可能であってもよい。補正軌跡情報を補正しない場合としては、例えば、周辺情報において走行軌跡情報に影響を与える外的要因（例えば、圃場端の付近に障害物が存在する場合や圃場端が曲線形状である場合）が存在しない場合が考えられる。この場合、周辺情報に基づいて外的要因の有無を判定し、外的要因がある場合は走行軌跡情報を補正し、外的要因がない場合は走行軌跡情報を補正しない。

また、走行軌跡情報を補正するか否かを選択可能とする場合、例えば、走行軌跡情報が取得された際に、周辺情報に基づいて補正するか否かを選択させる画像を表示し、ユーザにより補正の実行が選択された場合には補正を実行し、補正の非実行が選択された場合には補正を実行しない。或いは、不図示の設定メニュー等において周辺情報に基づく補正の要否を選択設定可能であって、補正が「要」である場合は自動的に走行軌跡情報を補正し、補正が「不要」である場合は走行軌跡情報を補正しないものであってもよい。

以上のように、周辺情報を取得して走行軌跡情報を補正することで、圃場端を正確に把握して登録することができ、圃場Ｈの外周が曲線状である場合、又は圃場Ｈの内側に障害物が突出している場合等、圃場Ｈの外周形状が複雑な場合でも、圃場領域としてより正確な圃場領域を登録することができる。

図９は、周辺情報を取得する環境認識手段の位置及び向きを示す。走行軌跡情報を補正する場合は、より正確に圃場端を認識するために、周辺情報を取得する障害物センサ４１及びカメラ４２Ｆ・４２Ｒの移動ＧＰＳアンテナ３４に対する配置（走行軌跡情報を取得する位置に対する相対位置）を考慮し、走行軌跡上の任意位置における走行軌跡と障害物センサ４１及びカメラ４２Ｆ・４２Ｒ、認識された圃場端の位置関係を明確にした上で、これらの位置情報及び向きに基づいて補正が行われる。具体的には、センサ又はカメラの取り付け位置の高さ、水平位置に関する位置情報、それらと移動ＧＰＳアンテナ３４との相対位置関係、及び、カメラの撮影方向又はセンサの検出方向に関する情報を用いて、カメラによって取得された画像又はセンサによって検出された検出値に対して、位置及び向きに関する情報を考慮して、走行軌跡と圃場端又は障害物との距離を算出し、圃場端の位置を正確に把握する。

以上のように、周辺情報に走行軌跡情報との相対的位置関係を持たせることで、環境認識手段によって認識される圃場端に関する情報をより正確に利用することができるとともに、圃場端の認識処理を自動で行うことが可能となる。

上述したように走行軌跡情報の補正は自動的に行われることとしてもよいが、ユーザの操作に応じて行われることとしてもよい。例えば、表示装置１１３に圃場の地図画像が表示され、当該地図画像上に走行軌跡情報に基づいて特定される圃場を示す線形状、或いは、周辺情報に基づいて補正された走行軌跡情報に基づいて特定される圃場を示す線形状が重畳表示される場合、ユーザが表示装置１１３をタッチすることで正確な圃場端を指定可能であって、ユーザの操作に応じて走行軌跡情報を補正することとしてもよい。その場合、環境情報取得手段（上述した環境センサ４１、カメラ４２Ｆ・４２Ｒの総称）は表示装置１１３に圃場の地図画像を表示するために用いられるものであってよい。圃場端を指定する場合、例えば上記線形状に対してコントロールポイントを追加し、コントロールポイントを操作することで、線形状の一部について補正可能であってよい。また、線形状においてユーザが１又は複数の境界特徴点を指定し、当該境界特徴点に基づいて自動的に走行軌跡情報が補正されてよい。以下、境界特徴点について説明する。

図１０は、表示装置上で圃場端の境界特徴点を選択して、圃場形状を登録する様子を示す。本例において周辺情報に基づいた圃場の外周端の認識は、カメラとして構成される障害物センサ４１又はカメラ４２Ｆ・４２Ｒによって取得された画像を遠隔操作装置１１２の表示装置１１３に表示させて、外周端として登録する位置を表示装置１１３上でタッチすることで行っている。つまり、表示装置１１３に表示される画像における圃場とその外部との境界の特徴点（即ち境界特徴点）を作業者自身で判別して、表示装置１１３上で指定する。この場合、遠隔操作装置１１２の表示装置１１３は、車体部の位置情報、走行軌跡情報、及び、周辺情報を表示する表示部として機能するとともに、周辺情報に対して境界特徴点を指定するために操作される操作部としても機能する。そして、走行軌跡情報はユーザによって指定された境界特徴点に基づいて補正されて、変更後の線形状が圃場形状として登録される。走行軌跡情報の補正は更に、境界特徴点と関連特徴点に基づいて行われてもよい。関連特徴点とは、境界特徴点と同一又は類似する特徴を有する特徴点であり、例えば、地図画像（画像データ）上において、指定された境界特徴点と色相、彩度、明度が同一又は類似する（各要素の差異が所定閾値内であること）特徴点を関連特徴点として特定することが可能である。

上記では圃場登録時に走行軌跡情報を補正することとしたが、走行軌跡情報及び周辺情報を対応付けて遠隔操作装置１１２に記憶させた上で、圃場端の位置情報の変更操作を事後的に、例えば、圃場設定の変更として行うことも可能である。

周辺情報に基づいた圃場の外周端の認識方法としては、上述のようにカメラによって取得された映像上で作業者による視認で行う以外に、例えばカメラによって取得された画像データ上の色彩の差異又は明度の差異等、画像データ上の変位点を自動的に境界特徴点として判別する等が考えられる。また、レーザセンサ及び超音波センサ等の距離センサを用いる場合は、圃場端と畔との境界に存在する段差を距離の変化として検出して、その段差の下端を境界特徴点とすることで、圃場の外周端を自動的に認識することもできる（図１１参照）。

本明細書で、遠隔操作装置１１２は、自律走行作業車両１の経路Ｒを設定する際に用いられることとした。そして、経路Ｒの設定に必要な各種設定（上記トラクタ設定、圃場設定、経路生成設定）は遠隔操作装置１１２の表示装置１１３を適宜操作することで設定されることとしたが、経路Ｒの設定を制御部３０（例えば自律走行制御コントローラ３０７）が行い、経路Ｒの設定に必要な各種設定はユーザが表示手段４９を適宜操作することで設定可能であってもよい。言い換えれば圃場の形状を登録するシステムにおいて遠隔操作装置１１２が含まれないこととしてもよいし、遠隔操作装置１１２は含まれるが経路Ｒの設定において遠隔操作装置１１２が用いられないこととしてもよい。

また、本明細書において走行軌跡情報の補正は圃場の形状を特定・登録するために行われることとしたが、圃場の形状に加え、或いは、圃場の形状に代えて、他の領域（自律走行作業車両１が走行する所定の領域（走行領域））の形状を特定・登録するために用いられてもよい。例えば上述した、作業領域の形状を特定・登録するために用いられてもよい。更には、自律走行作業車両の走行が禁止される所定の領域（非走行領域）の形状を特定・登録するために用いられてもよく。例えば上述した、障害物の形状を特定・登録するために用いられてもよい。特定・登録の対象が走行領域であっても、非走行領域であっても、周辺情報に基づいて走行軌跡情報を補正する点に差異はないが、一般に、走行領域において走行軌跡情報を取得するための走行は走行領域の端部の内側を走行するのに対して、非走行領域において走行軌跡情報を取得するための走行は走行領域の端部の外側を走行することが多い。この場合、走行領域における走行軌跡情報の補正は、走行軌跡情報により特定される閉じた線形状の面積を拡大する方向に行われる一方、非走行領域における走行軌跡情報の補正は、上記閉じた線形状の面積を縮小する方向に行われる。

以上に記載された本明細書に基づく発明を考慮すると、本願発明は、作業車両が走行する走行領域（本明細書では例えば圃場により実現される）の形状を登録するシステムであって、衛星測位システム（本明細書では例えばＧＮＳＳにより実現される）により作業車両の位置情報を取得する位置情報取得手段（本明細書では例えば測位制御ユニットにより実現される）と、作業車両の周辺の環境情報を取得する環境情報取得手段（本明細書では例えば環境認識センサにより実現される）と、衛星測位システムによって取得される作業車両の位置情報に基づいて特定される作業車両の走行軌跡を示す走行軌跡情報を取得する走行軌跡情報取得手段（本明細書では例えば作業車両又は作業車両と無線通信可能な無線通信端末が備える制御手段により実現される）と、走行軌跡情報取得手段によって取得された環境情報に基づいて走行軌跡情報を補正して特定される特定領域（本明細書では例えば走行領域を補正することによって得られる領域により実現される）を走行領域の形状として登録する登録手段（本明細書では例えば作業車両又は作業車両と無線通信可能な無線通信端末が備える制御手段により実現される）とを備えることを特徴とするものである。

また、本願発明において登録手段による走行軌跡情報の補正は、環境認識手段の位置情報及び環境情報を取得する方向にも基づいて行われる。また本願発明において、登録手段により登録された走行領域の形状（即ち補正後の走行領域の形状）を表示可能な表示手段（本明細書では例えば作業車両又は作業車両と無線通信可能な無線通信端末が備える画像表示部により実現される）と、表示手段に表示された走行領域の形状を操作可能な操作手段（本明細書では例えば表示手段が備えるタッチパネルにより実現される）とを備え、登録手段は表示手段に表示された走行領域の形状が操作手段に対する操作（本明細書では例えばコントロールポイントの追加や境界特徴点の指定により実現される）に応じて変更された変更後の領域を走行領域の形状として登録する。なお、登録手段により登録される前（即ち補正前の走行領域の形状）について操作手段に対する操作に応じて変更可能であってもよいことはいうまでもない。

１：自律走行作業車両、３０：制御部、３４：移動ＧＰＳアンテナ、３７：ＧＰＳ衛星、４１：障害物センサ、４２Ｆ・４２Ｒ：カメラ、１１２：遠隔操作装置、１１３：表示装置、３０６：測位制御ユニット、Ｈ：圃場

Claims

作業車両が走行する走行領域の形状を登録するシステムであって、
衛星測位システムにより前記作業車両の位置情報を取得する位置情報取得手段と、
前記作業車両の周辺の環境情報を取得する環境情報取得手段と、
前記衛星測位システムによって取得される前記作業車両の位置情報に基づいて特定され、走行領域の形状を登録するための軌跡である、前記作業車両の走行軌跡を示す走行軌跡情報を取得する走行軌跡情報取得手段と、
前記走行軌跡情報取得手段により取得された前記走行軌跡情報及び前記環境認識手段によって取得された前記環境情報に基づいて前記走行軌跡情報を補正して特定される特定領域を前記走行領域の形状として登録する登録手段と、を備える
ことを特徴とする作業車両の走行領域形状登録システム。
前記登録手段による前記走行軌跡情報の補正は、前記環境認識手段の位置情報及び前記環境情報を取得する方向にも基づいて行われる請求項１に記載の作業車両の走行領域形状登録システム。
前記登録手段により登録された前記走行領域の形状を表示可能な表示手段と、
前記表示手段に表示された前記走行領域の形状を変更可能な操作手段と、を備え、
前記登録手段は前記表示手段に表示された前記走行領域の形状が前記操作手段に対する操作に応じて変更された変更後領域を前記走行領域の形状として登録する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の作業車両の走行領域形状登録システム。