JP7451481B2 - 農作業支援システム、自動走行車両の制御システム及び制御方法、並びにプログラム - Google Patents
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Description
図2は自動走行車両V1・V2のハードウェアを示すブロック図である。車両V1・V2は、処理装置12と記憶装置13とを含む制御装置11を有している。処理装置12は、CPU(Central Processing Unit)や、GPU(Graphics Processing Unit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)などを含んでいる。処理装置12は、記憶装置13に格納されているプログラムを実行し、駆動機構21やステアリング機構23などを制御する。記憶装置13は、例えば、RAM(Random Access Memory)や、ROM(Read Only Memory)を含んでいる。制御装置11は、車両V1・V2に搭載されるネットワーク(例えば、CAN(Controller Area Network))を介して互いに接続される複数の装置(各装置が処理装置と記憶装置とを含む)によって構成されてもよい。記憶装置13には、プログラムに加えて、例えば車両V1・V2が自車位置を推定するためのデータ(例えば、点群データから作成されたマップ)が保存される。また、車両V1・V2の走行時には圃場内に規定された経路情報が記憶装置13に保存される。この経路情報は、予め記憶装置13に記録されてもよいし、後述するように車両管理装置70から受信して記憶装置13に記録されてもよい。同様に、自車位置を推定するためのデータ(例えば、上述した点群データから作成されたマップ)も、予め記憶装置13に記録されてもよいし、車両管理装置70から受信して記憶装置13に記録されてもよい。
図1で示すように、車両V1・V2は、圃場からの収穫物を載せるための荷台19を有している。また、図2で示すように、車両V1・V2は、駆動機構21と、ブレーキ機構22と、ステアリング機構23とを有している。駆動機構21は、車輪の駆動源として、例えば電動モータを有する。この場合、車両V1・V2は電動モータに供給する電力を蓄えるバッテリを有する。駆動源はエンジンであってもよい。駆動機構21は、駆動源から車輪への動力伝達経路上に変速機や減速機を有してもよい。ブレーキ機構22は車輪に対して制動力を付与する機構であり、ブレーキ装置と、ブレーキ装置に油圧を介して接続されるコントロールバルブとを含む。ステアリング機構23は、例えば前輪を操舵するための機構であり、ステアリングシャフト、ステアリングシャフトと車輪とを連結するタイロッドと、ステアリングシャフトを回転させるアクチュエータとを含む。
車両管理装置70は、図1に示すように、処理装置71、記憶装置72、通信装置73、及び表示装置74を有している。処理装置71は、CPU(Central Processing Unit)を含んでいる。記憶装置72はHDD(Hard Disk Drive)や、SSD(Solid State Drive)、RAM、ROMなど含んでよい。処理装置71は、記憶装置72に記憶されているプログラムを実行し、車両V1・V2の制御に係る種々の処理を実行する。また、記憶装置72には、車両V1・V2が走行すべき経路情報、圃場の地図情報(例えば、点群データから作成されたマップ)などが格納されている。通信装置73は、情報通信網Cnを介して、車両V1・V2と通信するための通信モジュールである。記憶装置72に格納されている経路情報や地図情報は、通信装置73を介して車両V1・V2に送信されてよい。表示装置74は、例えば、液晶ディスプレイや有機ELディスプレイであってよい。表示装置74は、通信装置73を通して受信した車両V1・V2に関する情報を表示してよい。
図3A~図3Dを参照しながら、農作業支援システム1における車両V1・V2の動きの例について説明する。これらの図では、果樹列F1~F4に沿って描かれている複数の黒丸は果実を表している。
図3Aで示すように、まず車両V1・V2のそれぞれは収穫作業路G1・G2の開始位置(図3Aで車両V1・V2が描かれている位置)に配置される。図で示す例では、第1車両V1の開始位置(第1開始位置)は果樹列F1の端部近傍であり、第2車両V2の開始位置(第2開始位置)は果樹列F2の端部近傍である。収穫作業者は第1車両V1の側に移動する。荷下ろし作業者は荷下ろし位置Pdで待機する。車両V1・V2は、荷下ろし位置Pdや、車庫(不図示)から自動で開始位置まで走行してもよいし、作業者の運転によって開始位置まで移動してもよい。
収穫作業者は果樹列F1から得た収穫物を第1車両V1の荷台19に蓄積する。第1車両V1は、果樹列F1の右側の第1収穫作業路G1を走行する。第1車両V1は、例えば、果樹列F1からのオフセット距離が所定距離(例えば、数メートル)となるようにステアリング機構23を制御する。すなわち、第1車両V1は果樹列F1に沿ったガイド走行を実行する。このガイド走行によって、例えば果樹列が曲がっている場合でも、車両V1は果樹列に沿って走行することとなり、また収穫作業者の余分な動き(果樹と車両V1との間の移動)を減らすことができる。
第2車両V2は、第1車両V1が第1収穫作業路G1の終了位置に到着するまで、果樹列F2の端部近傍(第2開始位置)で待機している。図3Bで示すように、収穫作業者は、第1収穫作業路G1の終了位置から第2車両V2の開始位置まで移動する。
この後も、これまでと同様の手順で、第1車両V1を利用した収穫作業と、第2車両V2を利用した収穫作業とを繰り返し実行する。
第2車両V2は、第1車両V1が第3収穫作業路G3の終了位置に到着するまで、果樹列F3の端部近傍(第4開始位置)で待機している。図3Dで示すように、収穫作業者は、第1車両V1が第3収穫作業路G3の終了位置に到達すると、第2車両V2まで移動し、寸進ボタン35の操作と収穫作業とを繰り返す。これによって、第2車両V2は、果樹列F3の右側に沿った第4収穫作業路G4をガイド走行する。第2車両V2は、果樹列F3の端部(枕地領域R2、図3A参照)に到達すると、発進ボタン36を通した走行開始指令を受けて、計画走行を実行する。これによって、第2車両V2は、図3Dの実線矢印で示されるように、果樹列F2の右側に回りこみ、果樹列F2の端部で停止する。その後、収穫作業者が寸進ボタン35の操作と収穫作業とを繰り返すことによって、第2車両V2は果樹列F2の右側に沿った第4収穫作業路G4を、その端部(第4終了位置)までガイド走行する。
上述したように、第1車両V1は第1開始位置から第1終了位置まで第1収穫作業路G1を走行し(図3A)、第1終了位置から荷下ろし位置Pdまで走行するよう、制御される(図3B)。第2車両V2は第2開始位置から第2終了位置まで第2収穫作業路G2を走行し(図3B)、第2終了位置から荷下ろし位置Pdまで走行するよう、制御される(図3C)。また、第1車両V1は第3開始位置から第3終了位置まで第3収穫作業路G3を走行し(図3C)、第3終了位置から荷下ろし位置Pdまで走行する(図3D)。第2車両V2は第4開始位置から第4終了位置まで第4収穫作業路G4を走行し(図3D)、第4終了位置から荷下ろし位置Pdまで走行する。このように車両V1・V2は自動的に荷下ろし位置Pdに移動するため、収穫作業者が荷下ろし位置Pdまで移動することが必要とされず、収穫作業を効率的に行うことができる。
また、上述したように、第1車両V1が第1終了位置(第1収穫作業路G1の終点)に到達するまで、第2車両V2は第2開始位置(第2収穫作業路G2の始点)で待機する。また、第2車両V2が第2終了位置(第2収穫作業路G2の終点)に到達するまで、第1車両V1は第3開始位置(第3収穫作業路G3の始点)で待機する。一方の車両の終了位置と他方の車両の開始位置は近くに規定されている。これにより、収穫作業者は、終了位置において一方の車両への収穫物の積み込みを終えた後、他方の車両への収穫物の積み込みを、時間的な無駄を生じることなく開始できる。また、収穫物を載せる車両が収穫作業中に不在となる時間を無くすことができる。その結果、車両が不在の間に収穫した収穫物を一時的にストックしたり、ストックした収穫物を、車両が到着したときに積むといった作業を無くすことができる。
図3Bにおいて、領域R5は、第1車両V1の第1収穫作業路G1が規定されている隣り合う2つの果樹列F1・F2の間の領域を、果樹列縦方向に延長した領域である。第2車両V2の第2収穫作業路G2の開始位置は、この領域R5を避けて規定されてよい。図3Cにおいて領域R6は、第2車両V2の第2収穫作業路G2が規定されている隣り合う2つの果樹列F3・F4の間の領域を、果樹列縦方向に延長した領域である。第1車両V1の第4収穫作業路G4の開始位置は、この領域R6を避けて規定されてよい。このことは、他の全ての収穫作業路の開始位置と終了位置についても同様に成立してよい。これによって、車両V1・V2が隣り合う2つの果樹列Fの間ですれ違うことを回避でき、車両V1・V2の制御が容易となる。
2台の車両V1・V2の走行経路は、隣り合う2つの果樹列Fの間で、互いに反対方向に走行(すれ違い)したり、隣り合う2つの果樹列Fの間で一方の車両が他方の車両を追い越さないように規定されてよい。これによると、農作業支援システム1を果樹列F間の距離が小さい圃場にも適用することが容易となる。
図5は、車両V1・V2の制御装置11が有している機能を示すブロック図である。制御装置11は、その機能として、経路情報取得部11a、現在位置検出部11b、計画走行制御部11c、及びガイド走行制御部11dを含んでいる。これらの機能は、処理装置12が記憶装置13に格納されているプログラムを実行することによって実現される。
経路情報取得部11aは、図3A~図3Dを参照しながら説明した経路を示す情報(経路情報)を取得する。経路情報取得部11aは、経路情報を、例えば管理装置70から情報通信網Cnを介して受信してよい。第1車両V1の経路を規定する経路情報と、第2車両V2の経路を規定する経路情報が、管理装置70において生成され、対応する車両V1・V2に送信されてよい。
図6は図3A~図3Dで示す第1車両V1の動きを実現する経路情報を説明するための図である。図7は図3A~図3Dで示す第2車両V2の動きを実現する経路情報を説明するための図である。
現在位置検出部11bは、外界センサ群30の出力に基づいて、自車両の現在位置(現在座標)と車両の向きとを検出(推定)する。例えば、記憶装置13には点群データから作成されたマップが格納されている。現在位置検出部11bは、LiDAR31の出力データとマップとを照合することによって、自車両の現在位置と向きと算出する。
計画走行制御部11cは、計画走行モードAによる制御を実行する。すなわち、計画走行制御部11cは、検出された現在位置(現在座標)と経路情報とに基づいて、駆動機構21、ブレーキ機構22、及びステアリング機構23を制御する。そして、自車両が経路情報で規定される経路に沿って移動するように駆動機構21等を制御する。
ガイド走行制御部11dは、ガイド走行モードBによる制御を実行する。ガイド走行制御部11dは、ガイド走行モードBにおいて、車両V1・V2を果樹列Fに沿って走行させる。例えば、ガイド走行制御部11dは、車体と果樹列Fとの間に所定のオフセット距離(例えば数メートル)が確保されるように、ステアリング機構23を制御してよい。具体的には、ガイド走行制御部11dは、外界センサ群30の出力に基づいて果樹列Fと車体との距離を計測し、計測する距離が所定の距離を維持するように、ステアリング機構23を制御してよい。
図8A及び図8Bは、各車両V1・V2の制御装置11が実行する処理の流れを示す図である。これらの処理は、2台の車両V1・V2のそれぞれで実行される。
図9を参照しながら、システム1における車両V1・V2の動きの第2の例について説明する。以下では、主として、図3A~図3Dで説明した動きとの相違点について説明する。図9で示される動きに関して説明の無い事項は、上述した例と同じであってよい。車両V1・V2の記憶装置13には、図9で示す車両V1・V2の走行経路を規定する経路情報が格納される。図8A及び図8Bを参照しながら説明した処理を、この経路情報に基づいて制御装置11が実行することで、これらの図に示す動きが実現される。
図10を参照しながら、システム1における車両V1・V2の動きの第3の例について説明する。以下では、これまで説明した動きとの相違点について説明する。図10で示される動きに関して説明の無い事項は、上述した例と同じであってよい。車両V1・V2の記憶装置13には、図10で示す車両V1・V2の走行経路を規定する経路情報が格納される。図8A及び図8Bで例示した処理をこの経路情報に基づいて制御装置11が実行することで、これらの図に示す動きが実現される。
図11を参照しながら、農作業支援システム1における車両V1・V2の動きの第4の例について説明する。以下では、これまで説明した動きとの相違点について説明する。図11で示される動きに関して説明の無い事項は、上述した例と同じであってよい。車両V1・V2の記憶装置13には、図11で示す車両V1・V2の走行経路を規定する経路情報が格納される。
以上説明したように、自動走行車両の制御システムは、第1車両V1の制御装置11と、第2車両V2の制御装置11とを含んでいる。第1車両V1は、第1開始位置から第1終了位置まで第1収穫作業路G1を走行し、その後、第1終了位置から荷下ろし位置Pdまで走行するように、制御される。また、第2車両V2は、第2開始位置から第2終了位置まで第2収穫作業路G2を走行し、その後、第2終了位置から荷下ろし位置Pdまで走行するように、制御される。このシステムによると、作業者が車両とともに荷下ろし位置に移動する必要がなくなり、農作業を効率化できる。すなわち、収穫物の一時保管や、別の車両への収穫物の積み替え作業に要する時間や労力を低減できる。
なお、本開示で提案する農作業支援システム及び自動走行車両の制御システムは、以上説明した例に限られず、種々の変更が可能である。
Claims (14)
- 複数の果樹列と各果樹列に沿った収穫作業路を有し、前記果樹列に沿った方向における一方の側と反対の側のうち前記一方の側に前記複数の果樹列の端部領域を有している圃場において、果樹からの収穫物を搬送する第1車両を制御する第1制御部と、
前記圃場において収穫物を搬送する第2車両を制御する第2制御部と
を含み、
前記第1車両が第1開始位置から第1終了位置まで第1収穫作業路を走行し、前記第1終了位置から少なくとも1つの荷下ろし位置まで走行するように、前記第1制御部は前記第1車両を制御し、
前記第2車両が第2開始位置から第2終了位置まで第2収穫作業路を走行し、前記第2終了位置から前記少なくとも1つの荷下ろし位置まで走行するように、前記第2制御部は前記第2車両を制御し、
前記第1終了位置と前記第2開始位置は、前記複数の果樹列の前記端部領域に規定され、
前記第2制御部は、前記第1車両が前記第1終了位置に到達するまで、前記第2車両を第2開始位置で待機させる
自動走行車両の制御システム。 - 前記第1車両が前記少なくとも1つの荷下ろし位置から第3収穫作業路の第3の開始位置まで走行し、前記第2車両又は別の車両が収穫作業路の終了位置に到達するまで前記第3の開始位置で待機するように、前記第1制御部は前記第1車両を制御し、
前記第2車両が前記少なくとも1つの荷下ろし位置から第4収穫作業路の第4の開始位置まで走行し、前記第1車両又は別の車両が収穫作業路の終了位置に到達するまで前記第4の開始位置で待機するように、前記第2制御部は前記第2車両を制御する
請求項1に記載の自動走行車両の制御システム。 - 前記第1車両が前記少なくとも1つの荷下ろし位置から第3の開始位置まで走行し、前記第3の開始位置から第3の終了位置まで第3収穫作業路を走行するように、前記第1制御部は前記第1車両を制御し、
前記第3の開始位置は前記複数の果樹列の前記端部領域に規定され、
前記第1制御部は、前記第2車両が前記第2終了位置への到達するまで前記第1車両を前記第3の開始位置で待機させる
請求項1の自動走行車両の制御システム。 - 前記第1収穫作業路は隣り合う2つの果樹列の間に規定され、
前記第2車両が前記少なくとも1つの荷下ろし位置から前記第2開始位置に移動するとき、前記隣り合う2つの果樹列の間の領域を避けて走行するように、前記第2制御部は前記第2車両を制御する
請求項1の自動走行車両の制御システム。 - 前記第2収穫作業路は隣り合う2つの果樹列の間に規定され、
前記第1車両が前記第1終了位置から前記少なくとも1つの荷下ろし位置へ移動するとき、前記隣り合う2つの果樹列の間の領域を避けて走行するように、前記第1制御部は前記第1車両を制御する
請求項1の自動走行車両の制御システム。 - 前記第2車両が前記第2開始位置で待機しているときに、前記第2収穫作業路に沿った走行の開始指令を作業者が前記第2制御部に入力するための入力部をさらに有している
請求項1に記載される車両の制御システム。 - 前記第1終了位置から前記少なくとも1つの荷下ろし位置までの走行の開始指令を前記第1制御部に入力するための入力部と、
前記第2終了位置から前記少なくとも1つの荷下ろし位置までの走行の開始指令を前記第2制御部に入力するための入力部とを有している
請求項1に記載される車両の制御システム。 - 前記第1収穫作業路において、前記第1収穫作業路よりも短い所定の距離又は前記第1収穫作業路の走行に要する時間よりも短い所定の時間だけ前記第1車両を走行させる走行指令を入力するための入力部と、
前記第2収穫作業路において、前記第2収穫作業路よりも短い所定の距離又は前記第2収穫作業路の走行に要する時間よりも短い所定の時間だけ前記第2車両を走行させる走行指令を入力するための入力部とを有している
請求項1に記載される車両の制御システム。 - 前記第1開始位置と前記第1終了位置とが予め規定され、
前記第2開始位置と前記第2終了位置とが予め規定されている
請求項1に記載される車両の制御システム。 - 前記第1制御部の記憶部は、前記第1終了位置から前記少なくとも1つの荷下ろし位置までの経路情報を記憶しており、
前記第2制御部の記憶部は、前記第2終了位置から前記少なくとも1つの荷下ろし位置までの経路情報を記憶している
請求項1に記載される車両の制御システム。 - 前記圃場は、前記果樹列に沿った方向における前記反対の側にも端部領域を有し、
前記第1車両が第3開始位置から第3終了位置まで第3収穫作業路を走行し、前記第3終了位置から少なくとも1つの荷下ろし位置まで走行するように、前記第1制御部は前記第1車両を制御し、
前記第2車両が第4開始位置から第4終了位置まで第4収穫作業路を走行し、前記第4終了位置から前記少なくとも1つの荷下ろし位置まで走行するように、前記第2制御部は前記第2車両を制御し、
前記第3終了位置と前記第4開始位置の双方は、前記反対の側の端部領域に規定され、
前記第2制御部は、前記第1車両が前記第3終了位置に到達するまで、前記第2車両を第4開始位置で待機させる
請求項1に記載される自動走行車両の制御システム。 - 前記第1車両と、
前記第2車両と、
請求項1に記載の制御システムと、を有している
農作業支援システム。 - 複数の果樹列と各果樹列に沿った収穫作業路を有し、前記果樹列に沿った方向における一方の側と反対の側のうち前記一方の側に前記複数の果樹列の端部領域を有している圃場において、果樹からの収穫物を搬送する第1車両を制御する第1制御部、
前記圃場において収穫物を搬送する第2車両を制御する第2制御部と
としてコンピュータを機能させるプログラムであって、
前記第1車両が第1開始位置から第1終了位置まで第1収穫作業路を走行し、前記第1終了位置から少なくとも1つの荷下ろし位置まで走行するように、前記第1制御部は前記第1車両を制御し、
前記第2車両が第2開始位置から第2終了位置まで第2収穫作業路を走行し、前記第2終了位置から前記少なくとも1つの荷下ろし位置まで走行するように、前記第2制御部は前記第2車両を制御し、
前記第1終了位置と前記第2開始位置は、前記複数の果樹列の前記端部領域に規定され、
前記第2制御部は、前記第1車両が前記第1終了位置に到達するまで、前記第2車両を第2開始位置で待機させる
プログラム。 - 複数の果樹列と各果樹列に沿った収穫作業路を有し、前記果樹列に沿った方向における一方の側と反対の側のうち前記一方の側に前記複数の果樹列の端部領域を有している圃場において、果樹からの収穫物を搬送する第1車両と、
前記圃場において収穫物を搬送する第2車両と
を制御する方法であって、
前記第1車両が第1開始位置から第1終了位置まで第1収穫作業路を走行し、前記第1終了位置から少なくとも1つの荷下ろし位置まで走行するように、前記第1車両を制御し、
前記第2車両が第2開始位置から第2終了位置まで第2収穫作業路を走行し、前記第2終了位置から前記少なくとも1つの荷下ろし位置まで走行するように、前記第2車両を制御し、
前記第1終了位置と前記第2開始位置は、前記複数の果樹列の前記端部領域に規定され、
前記第1車両が前記第1終了位置に到達するまで、前記第2車両を第2開始位置で待機させる
自動走行車両の制御方法。
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