JP6928571B2 - 自律走行システム - Google Patents

Description

本発明は、主として、圃場内に予め設定された走行経路に沿って作業車両を走行させる自律走行システムに関する。

特許文献１には、圃場に設定された走行経路に沿って自律走行することが可能なトラクタが開示されている。このトラクタは、ＧＰＳアンテナと、ＧＰＳ受信機と、を備える。ＧＰＳ受信機は、ＧＰＳアンテナを介して受信した情報に基づいて測位演算を行うことで、トラクタの位置（詳細にはＧＰＳアンテナの位置）を算出する。このトラクタは、走行経路に対する車体の方位、現在の操舵角、及び目標方位に基づいて目標操舵角を算出する処理を行うことで、走行経路に沿って自律走行する。

特開２００２−３５８１２２号公報

特許文献１では、作業車両のうち旋回時に円弧を描く箇所である車両基準点と殆ど同じ位置にＧＰＳアンテナが配置されている。そのため、特許文献１のトラクタは、旋回時においても走行経路に沿うように自律走行できる。しかし、測位アンテナの位置が作業車両の車両基準点から離れている場合、作業車両を旋回経路に沿って移動させることが困難になる場合がある。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その主要な目的は、測位アンテナの位置が作業車両の車両基準点から離れている場合であっても、作業車両を旋回経路に沿って容易に移動させることが可能な自律走行システムを提供することにある。

課題を解決するための手段及び効果

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

本発明の第１の観点によれば、以下の構成の自律走行システムが提供される。即ち、この自律走行システムは、位置取得部と、走行経路作成部と、走行経路補正部と、舵角制御部と、を備える。前記位置取得部は、作業車両が旋回時に円弧を描く部分である車両基準点とは異なる位置に配置された測位アンテナの位置である測位点を測位演算により取得する。前記走行経路作成部は、旋回経路を含み、前記車両基準点が通る経路である走行経路を作成する。前記走行経路補正部は、前記車両基準点に対する前記測位アンテナの相対位置に基づいて前記走行経路を補正した補正走行経路を作成する。前記舵角制御部は、前記作業車両の操舵を自律的に行うことで、前記測位点が前記補正走行経路に沿うように前記作業車両を走行させる。

これにより、車両基準点と測位点が離れている場合であっても、旋回経路からの逸脱を抑えつつ、作業車両を旋回経路に沿って走行させることができる。

本発明の第２の観点によれば、以下の構成の自律走行システムが提供される。即ち、この自律走行システムは、位置取得部と、走行経路作成部と、仮想点設定部と、仮想点位置算出部と、偏差算出部と、舵角制御部と、を備える。前記位置取得部は、作業車両が旋回時に円弧を描く部分である車両基準点とは異なる位置に配置された測位アンテナの位置である測位点を測位演算により取得する。前記走行経路作成部は、旋回経路を含む経路である走行経路を作成する。前記仮想点設定部は、前記車両基準点よりも前進側であって前記測位アンテナとは異なる位置に仮想点を設定する。前記仮想点位置算出部は、前記測位アンテナと前記仮想点の位置関係に基づいて、前記位置取得部が取得した前記測位点から現在の前記仮想点の位置を算出する。前記偏差算出部は、前記仮想点位置算出部が算出した現在の前記仮想点の位置と、前記車両基準点と前記仮想点の位置関係に応じて前記走行経路をオフセットした走行経路である仮想点走行経路と、に基づいて、現在の前記仮想点における前記仮想点走行経路からの偏差を算出する。前記舵角制御部は、前記偏差算出部が算出した前記偏差に基づいて前記作業車両の操舵を自律的に行うことで、前記走行経路に沿うように前記作業車両を走行させる。

これにより、車両基準点と測位点が離れている場合であっても、旋回経路からの逸脱を抑えつつ、作業車両を旋回経路に沿って走行させることができる。

前記の自律走行システムにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記補正走行経路は、旋回経路と、当該旋回経路に接続される直線経路と、を含んでいる。前記舵角制御部は、前記作業車両を旋回させる旋回制御と、前記作業車両を直進させる直線制御と、を実行可能である。前記測位点が、前記直線経路と前記旋回経路の境界に到達するより前に、前記直線制御と前記旋回制御の切替えが行われる。

これにより、経路からの逸脱を抑えつつ、直線経路から旋回経路、又は、旋回経路から直線経路へ作業車両を移行させることができる。

前記の自律走行システムにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記仮想点走行経路は、旋回経路と、当該旋回経路に接続される直線経路と、を含んでいる。前記舵角制御部は、前記作業車両を旋回させる旋回制御と、前記作業車両を直進させる直線制御と、を実行可能である。前記仮想点が、前記直線経路と前記旋回経路の境界に到達するより前に、前記直線制御と前記旋回制御の切替えが行われる。

これにより、経路からの逸脱を抑えつつ、直線経路から旋回経路、又は、旋回経路から直線経路へ作業車両を移行させることができる。

第１実施形態に係る自律走行システムにより自律走行する田植機の側面図。 田植機の平面図。 自律走行システムのブロック図。 車両基準点を説明する図。 測位点が円弧を描くように田植機を移動させる場合の田植機の動きを示す図。 測位点が補正走行経路に沿うように田植機を走行させる様子を示す図。 二輪車モデルを示す図。 測位点における偏差を示す図。 第２実施形態で設定される仮想点を示す図。 第２実施形態の無線通信端末７の構成を示すブロック図。 仮想点を基準とした偏差を示す図。 第２実施形態で走行経路に沿って田植機を走行させる様子を示す図。

次に、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。本実施形態の自律走行システム１００は、圃場内で田植え（苗の植付け）を行う田植機１に自律走行を行わせるためのシステムである。ここで、自律走行とは、少なくとも操舵を自律的に行って田植機１を走行させることを意味する。本実施形態では、無線通信端末７を用いてオペレータが自律走行に関する設定を行い、その設定に基づいて田植機１が自律走行を行う。また、本実施形態では、オペレータの乗車中において田植機１に自律走行を行わせる構成であるが、オペレータが乗車していない田植機１に自律走行を行わせることもできる。

初めに、本実施形態の田植機１について、図１及び図２を参照して説明する。図１は、田植機１の側面図である。図２は、田植機１の平面図である。図１及び図２に示すように、田植機１は、車体部１１と、左右１対の前輪１２と、左右一対の後輪１３と、植付部１４と、を備える。

車体部１１の前部に配置されたボンネット２１の内部には、エンジン２２が配置されている。エンジン２２が発生させた動力はミッションケース２３を介して前輪１２及び後輪１３に伝達される。ミッションケース２３を介して伝達された動力は、車体部１１の後部に配置されたＰＴＯ軸２４を介して植付部１４にも伝達される。車体部１１の前後方向で前輪１２と後輪１３の間の位置には、オペレータが搭乗する運転座席２５が設けられている。運転座席２５の前方には、オペレータが田植機１を操舵するための操舵ハンドル２６が配置されている。

植付部１４は、車体部１１の後方に昇降リンク機構３１を介して連結されている。昇降リンク機構３１は、トップリンク３１ａ及びロワーリンク３１ｂ等を含む平行リンク構造により構成されている。ロワーリンク３１ｂには昇降シリンダ３２が連結されている。この構成で、昇降シリンダ３２を伸縮させることにより、植付部１４全体を上下に昇降させることができる。

植付部１４は、植付入力ケース３３と、複数の植付ユニット３４と、苗載台３５と、複数のフロート３６と、予備苗台３８と、を主として備えている。

それぞれの植付ユニット３４は、植付伝動ケース４１と、回転ケース４２と、を備える。植付伝動ケース４１には、ＰＴＯ軸２４及び植付入力ケース３３を介して動力が伝達される。それぞれの植付伝動ケース４１には、車幅方向の両側に回転ケース４２が取り付けられている。それぞれの回転ケース４２には、田植機１の進行方向に並べて２つの植付爪４３が取り付けられている。これらの２つの植付爪４３により、１条分の植付が行われる。

図１に示すように、苗載台３５は、植付ユニット３４の前上方に配置されており、苗マットを載置可能に構成されている。苗載台３５は、往復で横送り移動可能（横方向にスライド可能）に構成されている。また、苗載台３５は、当該苗載台３５の往復移動端で苗マットを間欠的に下方に縦送り搬送可能に構成されている。この構成により、苗載台３５は、苗マットの苗を各植付ユニット３４に対して供給できるようになっている。こうして、田植機１では、各植付ユニット３４に対して苗を順次供給し、連続的に苗の植付けを行うことができる。

図１に示すフロート３６は、植付部１４の下部に設けられ、その下面が地面に接触することができるように配置されている。フロート３６が地面に接触することにより、苗を植え付ける前の田面が整地される。また、フロート３６には、当該フロート３６の揺動角を検出する図略のフロートセンサが設けられている。フロート３６の揺動角は、地面と植付部１４の距離に対応している。田植機１は、フロート３６の揺動角に基づいて昇降シリンダ３２を動作させて植付部１４を上下に昇降させることにより、植付部１４の対地高さを一定に保つことができる。

予備苗台３８は、ボンネット２１の車幅方向外側に配置されており、予備のマット苗を収容した苗箱を搭載可能である。左右一対の予備苗台３８の上部同士は、上下方向及び車幅方向に延びる連結フレーム２７によって互いに連結されている。連結フレーム２７の車幅方向の中央には、筐体２８が配置されている。筐体２８の内部には、測位アンテナ６１と、慣性計測装置（角速度センサ）６２と、通信アンテナ６３と、が配置されている。測位アンテナ６１は、衛星測位システム（ＧＮＳＳ）を構成する測位衛星からの電波を受信することができる。この電波に基づいて公知の測位計算が行われることにより、田植機１の位置（詳細には測位アンテナ６１の位置）を取得することができる。慣性計測装置６２は、３つのジャイロセンサと３つの加速度センサを備える。従って、慣性計測装置６２は、鉛直方向（上下方向）を回転軸とした田植機１の角速度であるヨーレートを含む値を検出する。この慣性計測装置６２が検出する田植機１の角速度及び加速度が補助的に用いられることで、田植機１の測位結果の精度が高められている。通信アンテナ６３は、無線通信端末７と無線通信を行うためのアンテナである。

図３に示すように、田植機１は制御部５０を備える。制御部５０は公知のコンピュータとして構成されており、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力部等を備える。ＣＰＵは、各種プログラム等をＲＯＭから読み出して実行することができる。ＲＯＭには、各種のプログラムやデータが記憶されている。そして、上記のハードウェアとソフトウェアの協働により、制御部５０を、記憶部５１と、車速制御部５２と、舵角制御部５３、作業機制御部５４、舵角取得部５５、及びヨーレート取得部５６として動作させることができる。制御部５０は、１つのハードウェアであってもよいし、互いに通信可能な複数のハードウェアであってもよい。そのため、例えば自律操舵に関する処理を別のハードウェアが行う構成であってもよい。また、制御部５０が行う処理の一部を田植機１以外に設けられたハードウェアで行う構成であってもよい。また、制御部５０には、上記の慣性計測装置６２に加え、位置取得部６４と、通信処理部６５と、車速センサ６６と、舵角センサ６７と、が接続されている。

位置取得部６４は、測位アンテナ６１に電気的に接続されている。位置取得部６４は、測位アンテナ６１で受信した電波に基づく測位信号から、田植機１の位置を例えば緯度及び経度の情報として取得する。位置取得部６４は、図示しない基準局からの測位信号を適宜の方法で受信した上で、公知のＧＮＳＳ−ＲＴＫ法を利用して測位を行う。しかしながら、これに代えて、例えばディファレンシャルＧＮＳＳを用いた測位、又は単独測位等が行われてもよい。あるいは、無線ＬＡＮ等の電波強度に基づく位置取得又は慣性航法による位置取得等が行われてもよい。

通信処理部６５は、通信アンテナ６３に電気的に接続されている。この通信処理部６５は、適宜の方式で変調処理又は復調処理を行って、無線通信端末７との間でデータの送受信を行うことができる。

車速センサ６６は、田植機１の適宜の位置、例えば前輪１２の車軸に配置されている。車速センサ６６は、例えば車軸の回転に応じたパルスを発生させるように構成されている。車速センサ６６で得られた検出結果のデータは、制御部５０へ出力される。

舵角センサ６７は、舵角を検出するセンサである。本明細書において、舵角とは、ステアリング角度と、タイヤ角度（ホイール角度）と、を含む。ステアリング角度とは、ステアリングシャフトの回転角度である。タイヤ角度とは、田植機１の前後軸に対する車輪の傾斜角（更に言えば、平面視で、車両の前後軸と、車輪の回転軸と垂直な方向と、がなす角）である。本実施形態では、ステアリングシャフトに舵角センサ６７が配置されており、ステアリング角度が検出される。なお、舵角センサ６７は、タイヤ角度を検出する構成であってもよい。この構成では、舵角センサ６７は、例えば前輪１２に設けられた図示しないキングピンに備えられる。舵角センサ６７で得られた検出結果のデータは、制御部５０へ出力される。

車速制御部５２は、田植機１の車速を自律的に変更する車速制御を行う。車速制御とは、予め定められた条件に基づいて田植機１の車速を調整する制御である。具体的には、車速制御部５２は、車速センサ６６の検出結果により得られた現在の車速が目標の車速に近づくように、ミッションケース２３内の変速装置の変速比、及び、エンジン２２の回転速度の少なくとも一方を変更する。なお、この車速制御には、車速をゼロにして田植機１を停止させる制御も含まれる。

舵角制御部５３は、田植機１の舵角を自律的に変更する舵角制御を行う。舵角制御とは、予め定められた条件に基づいて田植機１の舵角を調整する制御である。具体的には、舵角制御部５３は、舵角センサ６７の検出結果により得られた現在舵角に基づいて、例えば操舵ハンドル２６の回転軸（ステアリングシャフト）に設けられた操舵アクチュエータを駆動する。なお、舵角制御の詳細については後述する。舵角制御部５３は、ステアリング角度ではなくタイヤ角度を直接調整する構成であってもよい。

本実施形態の田植機１は、車速制御及び舵角制御の両方を同時に行うこともできるが、何れか一方のみを行うこともできる。例えば、制御部５０が舵角制御のみを行う場合、車速はオペレータが手動で操作する。

作業機制御部５４は、予め定められた条件に基づいて植付部１４の動作（昇降動作又は植付動作等）を制御可能である。舵角取得部５５は、舵角センサ６７が検出した舵角を取得する処理を行う。ヨーレート取得部５６は、慣性計測装置６２の検出値の１つであるヨーレートを取得する処理を行う。

無線通信端末７は、タブレット型のコンピュータである。無線通信端末７は、通信アンテナ７１と、通信処理部７２と、表示部７３と、操作部７４と、制御部８０と、を備える。なお、無線通信端末７はタブレット型のコンピュータに限るものではなく、スマートフォン又はノートパソコンであってもよい。無線通信端末７は、後述のように田植機１の自律走行に関する様々な処理を行うが、この処理の少なくとも一部を田植機１の演算装置が行うこともできる。逆に、田植機１が行う自律走行に関する様々な処理の少なくとも一部を無線通信端末７が行うこともできる。

通信アンテナ７１は、田植機１と無線通信を行うための近距離通信用のアンテナと、携帯電話回線及びインターネットを利用した通信を行うための携帯通信用アンテナと、を含んで構成されている。通信処理部７２は、通信アンテナ７１に電気的に接続されている。通信処理部７２は、適宜の方式で変調処理又は復調処理を行って、無線通信端末７又は他の機器との間でデータの送受信を行うことができる。

表示部７３は、液晶ディスプレイ又は有機ＥＬディスプレイ等であり、画像を表示可能に構成されている。表示部７３は、例えば、自律走行に関する情報、田植機１の設定に関する情報、各種センサの検出結果、及び警告情報等を表示することができる。操作部７４は、タッチパネルと、ハードウェアキーと、を含んでいる。タッチパネルは、表示部７３に重ねて配置されており、オペレータの指等による操作を検出可能である。ハードウェアキーは、無線通信端末７の筐体の側面又は表示部７３の周囲等に配置されており、オペレータが押圧することで操作可能である。なお、無線通信端末７は、タッチパネルとハードウェアキーの何れか一方のみを備える構成であってもよい。

制御部８０は公知のコンピュータとして構成されており、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力部等を備える。ＣＰＵは、各種プログラム等をＲＯＭから読み出して実行することができる。ＲＯＭには、各種のプログラムやデータが記憶されている。そして、上記のハードウェアとソフトウェアの協働により、制御部８０を、記憶部８１、表示制御部８２、走行経路作成部８３、偏差算出部８４、及び走行経路補正部８５として動作させることができる。

記憶部８１は、田植機１の設定に関する情報、オペレータが作成した走行経路、及び走行経路を作成するための各種条件等が記憶されている。表示制御部８２は、上述した情報を表示部７３に表示する制御を行う。走行経路作成部８３は、オペレータの操作に基づいて、走行経路を作成する処理を行う。走行経路には、直線経路、旋回経路、及びそれらを組み合わせた経路がある。また、直線経路とは、完全に直線の経路だけでなく、方向が僅かに変化する経路も含む。旋回経路とは、田植機１を旋回させるための経路である。旋回経路は曲線状の経路である。旋回経路には、田植機１の向きを反転させる経路だけでなく、田植機１の向きを僅かに変化させる経路も含まれる。偏差算出部８４は、走行経路に沿って田植機１を自律走行させる際に、田植機１と走行経路の偏差を算出する。走行経路補正部８５は、走行経路を補正する（詳細は後述）。

次に、図４及び図５を参照して、田植機１が旋回時に円弧を描く部分である車両基準点とは離れた位置に測位アンテナ６１が配置されている場合に生じる課題について説明する。図４は、車両基準点を説明する図である。図５は、測位点が円弧を描くように田植機１を移動させる場合の田植機１の動きを示す図である。なお、図４以降の図では、図面を分かり易くするために、田植機を車体、前輪及び後輪のみを用いて示す。

初めに、車両基準点について説明する。田植機１が旋回中心点を旋回中心としてステアリング角度が一定で旋回する場合、田植機１のある１点は円弧を描くように位置が変化する。この点を車両基準点と称し、以下では符号Ｐ２を付して説明する。車両基準点Ｐ２の位置は、田植機１の構成（特に前輪１２及び後輪１３の位置）によって異なる。ただし、自律走行の制御で用いる車両基準点Ｐ２は厳密に算出した位置である必要はない。即ち、車両基準点Ｐ２はおおよそ正確な円弧を描く位置であればよい。本実施形態では、左右一対の後輪１３の車幅方向の中央を車両基準点Ｐ２としている。

ここで、本実施形態では田植機１の後部には昇降可能な植付部１４が配置されているため、車両基準点Ｐ２の近傍に測位アンテナ６１を配置することは困難である。そのため、田植機１の前端の近傍（ボンネット２１の上方であって、操舵ハンドル２６よりも前方）に測位アンテナ６１を配置せざるを得ない。また、以下の説明では、位置取得部６４が取得した測位アンテナ６１の位置を測位点Ｐ１と称する。測位点Ｐ１と車両基準点Ｐ２の前後方向の位置が離れている場合、以下に示す課題が生じる。

即ち、田植機１は測位点Ｐ１の位置を取得し、当該測位点Ｐ１が例えば図５に示す走行経路９１に沿うように、田植機１の舵角制御を行う。しかし、測位点Ｐ１は旋回時に円弧を描く部分ではないため、測位点Ｐ１と車両基準点Ｐ２の距離が離れている場合又は走行経路９１の旋回経路の曲率半径が小さい場合等においては、測位点Ｐ１を走行経路９１に沿って移動させることは困難となる。

そのため、本実施形態の制御部８０（走行経路補正部８５）は、図６に示すように、走行経路９１を補正した補正走行経路９２を作成する。補正走行経路９２は、車両基準点Ｐ２に対する測位点Ｐ１の相対位置に基づいて走行経路９１を補正した経路である。具体的には、補正走行経路９２は、車両基準点Ｐ２が走行経路９１に沿って走行するときの測位点Ｐ１の走行軌跡である。言い換えれば、測位点Ｐ１が車両基準点Ｐ２よりも所定距離だけ前方にある場合、走行経路９１を、当該走行経路９１の進行向きに所定距離だけオフセットした点の軌跡である。従って、測位点Ｐ１が補正走行経路９２に沿うように田植機１を自律走行させることで、たとえ曲率半径が小さい場合であっても、車両基準点Ｐ２を走行経路９１に沿って移動させることができる。

補正走行経路９２は、走行経路９１を進行方向にオフセットした経路であるため、旋回の前後において非対称である。また、走行経路９１は直線経路と旋回経路が滑らかに接続されるのに対し、補正走行経路９２は直線経路と旋回経路とが滑らかに接続されない。従って、測位点Ｐ１が直線経路と旋回経路の切替点に到達したタイミングで舵角を変化させても、舵角を瞬時に変化させることは不可能であるため、測位点Ｐ１が補正走行経路９２を超えてしまう。

以上を考慮し、本実施形態の舵角制御部５３は、測位点Ｐ１が直線経路と旋回経路の切替点に到達する前に、舵角を変化させる。詳細には、舵角制御部５３は、直線経路に沿って田植機１を走行させるための制御である直線制御と、旋回経路に沿って田植機１を旋回させるための制御である旋回制御と、を実行可能である。直線制御では田植機１が直線経路に完全に沿っている場合は舵角がゼロであるが、旋回制御では田植機１が旋回経路に完全に沿っている場合であっても舵角をゼロより大きい値に設定する。つまり、旋回制御では、直線制御とは異なり、田植機１を走行経路に近づける以外の目的で舵角をゼロより大きくする処理を含んでいる。

そして、舵角制御部５３は、測位点Ｐ１から、直線経路と旋回経路の切替点までの距離を算出しており、この距離が閾値より小さくなったタイミングで、直線制御と旋回制御の切替えを行う。具体的には、舵角制御部５３は、直線経路上を移動する測位点Ｐ１が旋回経路に到達する前において、直線制御から旋回制御に切り替える。同様に、舵角制御部５３は、旋回経路上を移動する測位点Ｐ１が直線経路に到達する前において、旋回制御から直線制御に切り替える。これにより、直線経路と旋回経路の切替時において、田植機１が経路を大きく逸脱することを防止できる。

なお、切替点の距離に対する閾値を車速に応じて変更することもできる。即ち、車速が高くなるに従って閾値を大きくすることで適切なタイミングで直線制御と旋回制御の切替えを行うことができる。なお、切替点までの距離と車速に基づいて、切替点までの到達時間を求め、当該到達時間が閾値より小さくなったタイミングで、直線制御と旋回制御の切替えを行ってもよい。

次に、図７を参照して、補正走行経路９２に沿って測位点Ｐ１を移動させるために行う制御について説明する。舵角制御部５３は、補正走行経路９２に沿って旋回するために必要な舵角を算出する。ここで、本実施形態の田植機１は旋回時の内輪のタイヤ角度と外輪のタイヤ角度が異なる（内輪のタイヤ角度の方が大きくなる）。そのため、舵角制御部５３は、２輪車モデル用いて舵角の演算を行う。２輪車モデルとは、左右一対の前輪１２及び後輪１３の左右方向の中央に仮想前輪１２ａ及び仮想後輪１３ａを配置したモデルである。また、仮想前輪１２ａの舵角は内輪の舵角と外輪の舵角の平均である。舵角制御部５３は、仮想前輪１２ａの舵角と、仮想前輪１２ａから仮想後輪１３ａまでの長さであるホイールベース等に基づいて、補正走行経路９２に沿って旋回するための旋回舵角θを求める。ここで算出される旋回舵角θは外乱等の状況に応じて変化する値ではなく、理論的に予め算出される値である。この旋回舵角θはフィードフォワード制御で用いられる。

また、補正走行経路９２の旋回経路に沿って田植機１を自律走行させる際においても、前輪１２及び後輪１３の滑り又は旋回経路に到達する前からの偏差の存在等により、田植機１を補正走行経路９２に近づける制御が必要となる。制御部５０（偏差算出部８４）は、測位点Ｐ１の位置の偏差（以下、位置偏差ｌｄ１）と、測位点Ｐ１の向きの偏差（以下、角度偏差α１）と、を算出する。舵角制御部５３は、算出された偏差に基づいて、この偏差がゼロに近づけるための舵角を決定している。なお、舵角制御部５３は、これらの偏差に代えて又は加えて、上記のヨーレートの偏差を用いて舵角を決定することもできる。

以下、図８を参照して、位置偏差ｌｄ１及び角度偏差α１について簡単に説明する。図８の右側には、経路に正確に沿っている田植機１（以下、理想位置の田植機１等と称する）が示されており、図８の左側には現在の田植機１が表示されている。また、図８には、測位点Ｐ１、仮想前輪１２ａ、及び車両基準点Ｐ２（仮想後輪１３ａ）の３つの旋回軌跡が示されている。位置偏差ｌｄ１は、理想位置にある測位点Ｐ１の旋回軌跡から、現在の測位点Ｐ１までの距離である。角度偏差α１は、理想位置の田植機１の向きと現在の田植機１の向きの差である。なお、これらの偏差の求め方は一例であり、他の方法を用いて求めることもできる。

舵角制御部５３は、上記の旋回舵角θに、位置偏差ｌｄ１及び角度偏差α１をゼロに近づけるための舵角を加算して算出された舵角（目標舵角）を用いて、舵角制御を行う。これにより、補正走行経路９２からの偏差をゼロに近づけつつ、測位点Ｐ１を補正走行経路９２に沿って（車両基準点Ｐ２を走行経路９１に沿って）移動させることができる。

なお、別の制御方法として、所定距離Ｌを設定し現在位置から所定距離Ｌにある経路上の所定点を向く角度を用いて、経路に沿って自律走行させる方法がある。この制御方法では、現在位置が移動するに従って所定点を向く角度も常に変化するため、定常偏差が発生する。その結果、経路に精度良く沿うことが困難になる。この点、本実施形態の制御では偏差がゼロになれば常に変化する入力値はなくなるため、定常偏差が発生しないので、田植機１を精度良く走行経路９１に沿わせることができる。

次に、第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態の説明においては、前述の第１実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。

第１実施形態では、走行経路９１を補正して補正走行経路９２を作成することで、測位点Ｐ１と車両基準点Ｐ２が離れていることに伴う影響を緩和させた。これに対し、第２実施形態では、図９に示すように、車両基準点Ｐ２より進行方向側であって測位点Ｐ１とは異なる位置に仮想点Ｐ３を設け、仮想点Ｐ３における偏差等に基づいて舵角を変化させる。また、第２実施形態の制御部８０は、第１実施形態と異なり、走行経路補正部８５を備えていない、第２実施形態の制御部８０は、第１実施形態と異なり、仮想点設定部８６及び仮想点位置算出部８７を備えている。仮想点設定部８６及び仮想点位置算出部８７についても、第１実施形態と同様に、少なくとも一部の処理を田植機１（制御部５０）が行う構成であってもよい。

仮想点設定部８６は、上記の仮想点Ｐ３を設定する処理を行う。仮想点位置算出部８７は、測位点Ｐ１に対する仮想点Ｐ３の相対距離Ｌａ（図９）と、位置取得部６４が求めた測位点Ｐ１の位置と、に基づいて仮想点Ｐ３の位置を算出する。なお、相対距離Ｌａは予め記憶部５１又は記憶部８１等に記憶されている。

ここで、車両基準点Ｐ２を走行経路９１に沿わせるように舵角を変化させる制御の課題について説明する。上述したように、舵角を瞬時に変化させることは不可能であるため、例えば車両基準点Ｐ２が走行経路９１から外れてから、そのズレを修正するための舵角に変更するまでには時間が掛かる。従って、走行経路９１からの逸脱が大きくなる（特に旋回経路において逸脱が大きくなる）。この点、車両基準点Ｐ２よりも前方にある仮想点Ｐ３を用いることで、車両基準点Ｐ２の経路の逸脱を事前に把握することができるので、舵角の変更の遅れをキャンセルでき、走行経路９１からの逸脱量を抑えることができる。従って、走行経路９１からの逸脱を抑えつつ、田植機１を走行経路９１に沿って走行させることができる。

また、測位点Ｐ１が例えば前輪１２又は後輪１３よりもかなり前方に位置している場合、田植機１の向きを僅かに変化させた場合であっても測位点Ｐ１の位置が大きく変化する。その結果、舵角を変化させて田植機１の向きを変化させることで、上記の位置偏差が大幅に変化する。その結果、位置偏差及び角度偏差等が収束しにくくなり、走行経路９１を中心に作業車両が左右に蛇行して収束しないハンチングが発生する。この場合においては、仮想点Ｐ３を測位点Ｐ１よりも後方にすることで、ハンチングの影響を軽減できる。

仮想点Ｐ３は車両基準点Ｐ２より進行方向側であれば、田植機１の構成及び要求される仕様等に応じて、様々な位置に設けることができ、例えば、測位点Ｐ１より進行方向側であってもよいし進行方向反対側であってもよい。また、仮想点Ｐ３は、測位点Ｐ１と車両基準点Ｐ２を結ぶ線分の中点より進行方向側であってもよいし進行方向反対側であってもよい。なお、仮想点Ｐ３は左右方向の中央であることが好ましいが、異なっていてもよい。

次に、仮想点Ｐ３における偏差について説明する。第１実施形態と同様に、偏差の種類、偏差の算出方法、偏差を算出するために用いる検出値等は様々であり、適宜変更できる。第２実施形態では、第１実施形態と同様、偏差算出部８４が位置偏差と角度偏差を偏差として算出する。また、走行経路９１を、車両基準点Ｐ２と仮想点Ｐ３の位置関係に応じてオフセットした経路（即ち、仮想点Ｐ３が通過すべき経路）を仮想点走行経路９３と称する。本実施形態では車両基準点Ｐ２が通る経路をオフセットして仮想点走行経路９３を作成したが、田植機１の別の点が通る経路に基づいて仮想点走行経路９３を作成することもできる。以下では、仮想点Ｐ３の位置偏差を位置偏差ｌｄ３と称し、角度偏差をα３と称する。

図１１には、理想位置の田植機１の測位点Ｐ１、仮想点Ｐ３、及び車両基準点Ｐ２の旋回軌跡が表示されている。ここで、位置偏差ｌｄ３は、現在の田植機１の仮想点Ｐ３と、仮想点の旋回軌跡（仮想点走行経路９３）と、の距離である。これらの旋回軌跡の位置は算出でき、更に現在の仮想点Ｐ３の位置も上述のように算出できるため、これらの値に基づいて位置偏差ｌｄ３を算出できる。また、角度偏差α３は、仮想点Ｐ３において田植機１が向くべき方向と現在向いている方向の角度差である。ここで、理想位置の田植機１において、仮想点の旋回経路から引いた接線は、この田植機１の向いている方向とは角度γだけ異なっている。この角度γと現在の仮想点の角度βを比較することで、角度偏差α３を算出できる。

舵角制御部５３は、上記の旋回舵角θ及び仮想点の偏差に基づいて、仮想点の偏差を小さくするための舵角を算出して適用することで、車両基準点Ｐ２が走行経路９１に沿うように、田植機１を自律走行させることができる。

更に、第２実施形態においても、図１２に示すように、舵角制御部５３は、仮想点Ｐ３が直線経路と旋回経路の切替点に到達する前において、直線制御と旋回制御の切替えを行う。具体的には、舵角制御部５３は、直線経路上を移動する仮想点Ｐ３が旋回経路に到達する前において、直線制御から旋回制御に切り替える。同様に、舵角制御部５３は、旋回経路上を移動する仮想点Ｐ３が直線経路に到達する前において、旋回制御から直線制御に切り替える。なお、制御を切り替えるタイミングについては、第１実施形態と同様に、様々な方法を用いることができる。また、制御を切り替えるタイミングは、車両基準点Ｐ２と切替点の距離を算出してもよいし、仮想点Ｐ３と切替点の距離を算出してもよい。これにより、直線経路と旋回経路の切替時において、田植機１が経路を大きく逸脱することを防止できる。

以上に説明したように、第１実施形態の自律走行システム１００は、位置取得部６４と、走行経路作成部８３と、走行経路補正部８５と、舵角制御部５３と、を備える。位置取得部６４は、田植機１が旋回時に円弧を描く部分である車両基準点Ｐ２とは異なる位置に配置された測位アンテナ６１の位置である測位点Ｐ１を測位演算により取得する。走行経路作成部８３は、旋回経路を含み、車両基準点Ｐ２が通る経路である走行経路９１を作成する。走行経路補正部８５は、車両基準点Ｐ２に対する測位アンテナ６１の相対位置に基づいて走行経路９１を補正した補正走行経路９２を作成する。舵角制御部５３は、田植機１の操舵を自律的に行うことで、測位点Ｐ１が補正走行経路９２に沿うように田植機１を走行させる。

これにより、車両基準点Ｐ２と測位点Ｐ１が離れている場合であっても、走行経路９１（特に旋回経路）からの逸脱を抑えつつ、田植機１を旋回経路に沿って走行させることができる。

また、第２実施形態の自律走行システム１００は、位置取得部６４と、走行経路作成部８３と、仮想点設定部８６と、仮想点位置算出部８７と、偏差算出部８４と、舵角制御部５３と、を備える。位置取得部６４は、田植機１が旋回時に円弧を描く部分である車両基準点Ｐ２とは異なる位置に配置された測位アンテナ６１の位置である測位点Ｐ１を測位演算により取得する。走行経路作成部８３は、旋回経路を含む経路である走行経路９１を作成する。仮想点設定部８６は、車両基準点Ｐ２よりも前進側であって測位アンテナ６１とは異なる位置に仮想点Ｐ３を設定する。仮想点位置算出部８７は、測位アンテナ６１と仮想点Ｐ３の位置関係に基づいて、位置取得部６４が取得した測位点Ｐ１から現在の仮想点設定部８６の位置を算出する。偏差算出部８４は、仮想点位置算出部８７が算出した現在の仮想点Ｐ３の位置と、当該仮想点Ｐ３が通過すべき走行経路である仮想点走行経路９３と、に基づいて、現在の仮想点Ｐ３における仮想点走行経路９３からの偏差を算出する。舵角制御部５３は、偏差算出部８４が算出した偏差に基づいて田植機１の操舵を自律的に行うことで、走行経路９１に沿うように田植機１を走行させる。

これにより、車両基準点Ｐ２と測位点Ｐ１が離れている場合であっても、走行経路９１（特に旋回経路）からの逸脱を抑えつつ、田植機１を旋回経路に沿って走行させることができる。

また、第１実施形態の自律走行システム１００において、補正走行経路９２は、旋回経路と、当該旋回経路に接続される直線経路と、を含んでいる。舵角制御部５３は、田植機１を旋回させる旋回制御と、田植機１を直進させる直線制御と、を実行可能である。測位点Ｐ１が、直線経路と旋回経路の境界に到達するより前に、直線制御と旋回制御の切替えが行われる。

これにより、経路からの逸脱を抑えつつ、直線経路から旋回経路、又は、旋回経路から直線経路へ田植機１を移行させることができる。

また、第２実施形態の自律走行システム１００において、仮想点走行経路９３は、旋回経路と、当該旋回経路に接続される直線経路と、を含んでいる。舵角制御部５３は、田植機１を旋回させる旋回制御と、田植機１を直進させる直線制御と、を実行可能である。仮想点Ｐ３が、直線経路と旋回経路の境界に到達するより前に、直線制御と旋回制御の切替えが行われる。

これにより、経路からの逸脱を抑えつつ、直線経路から旋回経路、又は、旋回経路から直線経路へ田植機１を移行させることができる。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

上記実施形態では田植機１の走行中に制御部８０が補正走行経路９２又は仮想点走行経路９３を作成するが、田植機１の走行の開始前に補正走行経路９２又は仮想点走行経路９３を作成して記憶部８１等に記憶していてもよい。

上記実施形態では田植機１と無線通信端末７とが無線通信を行うが、有線通信を行う構成であってもよい。

上記実施形態では、田植機１を自律走行させる自律走行システム１００を説明したが、他の農業用の作業車両であるトラクタ及びコンバインを自律走行させる自律走行システムにも、本発明を適用できる。

１ 田植機（作業車両）
５３ 舵角制御部
６４ 位置取得部
８０ 制御部
８１ 記憶部
８２ 表示制御部
８３ 走行経路作成部
８４ 偏差算出部
８５ 走行経路補正部
１００ 自律走行システム

Claims (4)

1. 作業車両が旋回時に円弧を描く部分である車両基準点とは異なる位置に配置された測位アンテナの位置である測位点を測位演算により取得する位置取得部と、
   旋回経路を含み、前記車両基準点が通る経路である走行経路を作成する走行経路作成部と、
   前記車両基準点に対する前記測位アンテナの相対位置に基づいて前記走行経路を補正した補正走行経路を作成する走行経路補正部と、
   前記作業車両の操舵を自律的に行うことで、前記測位点が前記補正走行経路に沿うように前記作業車両を走行させる舵角制御部と、
   を備えることを特徴とする自律走行システム。
2. 作業車両が旋回時に円弧を描く部分である車両基準点とは異なる位置に配置された測位アンテナの位置である測位点を測位演算により取得する位置取得部と、
   旋回経路を含む経路である走行経路を作成する走行経路作成部と、
   前記車両基準点よりも前進側であって前記測位アンテナとは異なる位置に仮想点を設定する仮想点設定部と、
   前記測位アンテナと前記仮想点の位置関係に基づいて、前記位置取得部が取得した前記測位点から現在の前記仮想点の位置を算出する仮想点位置算出部と、
   前記仮想点位置算出部が算出した現在の前記仮想点の位置と、前記車両基準点と前記仮想点の位置関係に応じて前記走行経路をオフセットした走行経路である仮想点走行経路と、に基づいて、現在の前記仮想点における前記仮想点走行経路からの偏差を算出する偏差算出部と、
   前記偏差算出部が算出した前記偏差に基づいて前記作業車両の操舵を自律的に行うことで、前記走行経路に沿うように前記作業車両を走行させる舵角制御部と、
   を備えることを特徴とする自律走行システム。
3. 請求項１に記載の自律走行システムであって、
   前記補正走行経路は、旋回経路と、当該旋回経路に接続される直線経路と、を含んでおり、
   前記舵角制御部は、前記作業車両を旋回させる旋回制御と、前記作業車両を直進させる直線制御と、を実行可能であり、
   前記測位点が、前記直線経路と前記旋回経路の境界に到達するより前に、前記直線制御と前記旋回制御の切替えが行われることを特徴とする自律走行システム。
4. 請求項２に記載の自律走行システムであって、
   前記仮想点走行経路は、旋回経路と、当該旋回経路に接続される直線経路と、を含んでおり、
   前記舵角制御部は、前記作業車両を旋回させる旋回制御と、前記作業車両を直進させる直線制御と、を実行可能であり、
   前記仮想点が、前記直線経路と前記旋回経路の境界に到達するより前に、前記直線制御と前記旋回制御の切替えが行われることを特徴とする自律走行システム。

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