JPH1066406A - 圃場作業車両の無人作業方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トラクタなどの圃場作業車両により、走行の
ためのガイドラインがなく、作業の種類や作業経路が種
々存在する圃場区画内を無人作業する方法。 【解決手段】 圃場区画Ｑ０〜Ｑ３の中央付近から直進
走行・作業と１８０度旋回によって構成される往復作業
１を実施し、次いで前記圃場区画Ｑ０〜Ｑ３の最短辺方
向φ２の直進作業行程の作業行程長さｄｎ２ｅが作業幅
ｗの２倍以上を設定できる行程から、最後の作業行程で
前記圃場区画Ｑ０〜Ｑ３の角付近にて圃場区画Ｑ０〜Ｑ
３の最外周を作業して作業を終了するまで、前記圃場区
画Ｑ０〜Ｑ３の各辺に沿っての直進作業と次行程への任
意角度旋回によって構成される回り作業２を組合わせて
行うように、順次作業経路を逆算して設定し、走行・作
業経路：第１行程の作業開始位置を求めるように経路
計画を行って無人作業を実行する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トラクタなどの圃
場作業車両により、走行のためのガイドラインがなく、
作業の種類や作業経路が種々存在する圃場区画内を無人
作業する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、立毛中の作物の管理作業などと異
なり、耕耘、整地、畝たて作業や肥料散布などの、特に
作業経路が決められていない圃場作業車両による有人運
転作業では、作業開始直後の最初の行程は、多くの場
合、図８に示すように、圃場の一長辺に平行に走行し、
順次往復作業を繰返し、最後に何行程か圃場の各辺に沿
って作業を行い、枕地を処理するような作業方法が一般
的であった。このような作業方法は、比較的無駄な走行
を行う行程が少なく、作業能率も良好であった。そし
て、圃場作業を無人で行う場合も、上記の方法を踏襲し
た作業方法がとられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の作
業方法では、圃場区画の中央部では圃場区画の長辺方向
に沿って往復作業を行い、区画周辺部では回り作業を行
っているが、毎回圃場の短辺付近で車両が急旋回を行う
ため、その付近の耕盤を破壊する、土壌表面に凹凸を残
す、短辺付近に圃場全体の土壌が寄ってしまう、などの
作業精度上の解決すべき問題点があった。

【０００４】このため、有人作業で圃場区画全体を中央
部から回り作業によって処理する，例えば図１（ａ），
（ｂ）に示すような方法など、他の作業方法を選択する
ことも考えられるが、車両の絶対的な圃場内位置を認識
することが難しく、適切な作業開始点、作業経路を設定
することが困難で、作業能率を低下させることとなって
いる。即ち、前述のような作業精度上の問題点を、上記
図１（ａ），（ｂ）に示すようような作業方法によって
能率を低下させることなく実行する方法がなかった。本
発明は、上記の問題点を解決することを目的になされた
ものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、 Ａ．圃場作業車両Ｖの圃場内位置検出手段Ｓ１と走行方
位検出手段Ｓ２を有する圃場作業車両Ｖを用い、マニュ
アル運転により圃場の外周走行経路ＰＯ〜Ｐ７を一周走
行する外周ティーチング、あるいは前作業時の記録によ
り得られる四角形の圃場区画Ｑ０〜Ｑ３及び基準走行方
位φ０〜φ３のデータから走行・作業経路、、……
を設定し、その経路上を時々刻々得られる圃場作業車両
Ｖの圃場内位置情報Ｐｉと走行方位情報φｉに基づき自
動的に走行・作業することで圃場内一面の作業を無人で
行う場合において、前記圃場区画Ｑ０〜Ｑ３の中央付近
から直進走行・作業と１８０度旋回によって構成される
往復作業１を実施し、次いで前記圃場区画Ｑ０〜Ｑ３の
最短辺方向φ２の直進作業行程の作業行程長さｄｎ２ｅ
が作業幅ｗの２倍以上を設定できる行程から、最後の作
業行程で前記圃場区画Ｑ０〜Ｑ３の角付近にて圃場区画
Ｑ０〜Ｑ３の最外周を作業して作業を終了するまで、前
記圃場区画Ｑ０〜Ｑ３の各辺に沿っての直進作業と次行
程への任意角度旋回によって構成される回り作業２を組
合わせて行うように、順次作業経路を逆算して設定し、
走行・作業経路：第１行程の作業開始位置を求めるよ
うに経路計画を行って無人作業を実行することを特徴と
している。

【０００６】Ｂ．耕耘作業、整地作業、代掻き作業、畝
たて作業などの土壌を物理的に処理する作業における請
求項１記載の作業方法において、作業を行いながら支障
なく旋回が行える領域において、旋回時に作業を停止
し、もしくは作業を停止して且つ後進を行うことなく、
連続的に作業を続行することを特徴としている。

【０００７】

【作用】上記の手段によって本発明の圃場作業車両の無
人作業方法は、次のような作用をする。

【０００８】図５に示す車両位置情報Ｐｉと車両方位情
報φｉを検出できる圃場作業車両Ｖを用い、図１、図
２、図７に示す四角形の圃場であって、圃場の外周ティ
ーチング走行、あるいは前作業時の記録により得られる
圃場区画Ｑ０〜Ｑ３や基準走行方位φ0〜φ３の情報に
基づき走行・作業経路を設定し、時々刻々得られる車両
位置情報Ｐｉや車両方位情報φｉに基づき自動的に走行
・作業することで、圃場内一面の作業を行う場合におい
て、 ．圃場区画内の走行・作業を、若干の行程数行う枕地
での１８０°旋回と圃場区画のある長辺に沿った方向の
直進作業を繰り返す往復直進作業（図１及び図２
（ａ），（ｂ）の作業１）と、引き続き行う圃場区画の
各辺に沿った直進作業と角部での旋回を繰返して行う回
り作業（図１及び図２（ａ），（ｂ）の作業２）との組
み合わせによって行う。

【０００９】．経路計画は実際の作業手順の逆に設定
する。まず、上記作業２によって処理すべき作業域ｃに
おぃて、作業の終端から圃場作業車両Ｖが作業を実施す
る逆方向に走行経路を設定していって、圃場区画の最短
辺方向の作業行程長さがある長さ（例えば作業幅の２倍
程度）以下となる１つ前の行程までを、作業２によって
処理する作業行程数ｎ２として走行経路を設定する。

【００１０】．次いで圃場区画全体から前記．によ
って処理される作業域ｃを除いた作業域ｂについて、作
業域ｂ内に未作業領域が残らないように、作業１の行程
数ｎ１の走行経路を設定する。

【００１１】．圃場作業車両Ｖの現在位置から作業１
の開始位置までの走行経路、及び作業１の終了位置から
作業２の開始まで移動する，作業を行わない走行経路を
設定する。

【００１２】．走行・作業経路上の無人走行・作業経
路行程を、図３に示すように、直進走行・作業ステー
ジ、１８０度旋回ステージ、任意角度旋回ステージ、幅
寄せステージの４つに分割し、前記．〜．によって
設定された走行経路をこれら４つのステージによって構
成し、自動的に走行・作業することで圃場内一面の作業
を実行する（図４）。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付の
図面に基づいて具体的に説明する。

【００１４】図６において、圃場作業車両Ｖ上と圃場外
の固定点にＧＰＳ受信機及び特定小電力通信装置を設置
してデファレンシャルＧＰＳシステムを構成し、圃場作
業車両Ｖ上で１秒程度の周期で車両位置情報Ｐｉを得る
（図５）。

【００１５】圃場作業車両Ｖには、光ファィバジャィロ
及び地磁気方位センサを搭載し、圃場区画の最長辺を基
準とする車両方位情報φｉを検出する（図７）。また、
圃場作業車両Ｖには、これらの車両位置情報Ｐｉや車両
方位情報φｉなどを収集、処理する処理装置と、圃場作
業車両Ｖの各操作部を自動制御するためのアクチュエー
タとコントローラを備えている（図５、図６）。

【００１６】図７（ａ），（ｂ）のような圃場におい
て、マニュアル運転により外周をＰＯ〜Ｐ７のように一
周走行する外周ティーチング、あるいはフロッピーディ
スクなどの記録媒体に記録した前作業時の圃場情報や作
業情報から、圃場区画Ｑ０〜Ｑ３及び基準走行方位φ0
〜φ３を得て圃場内一面の作業を行うための、例えば図
１の〜のような走行・作業経路を設定し、その経路上
を時々刻々得られる車両の圃場内位置情報Ｐｉと走行方
位情報φｉに基づき、自動的に走行・作業することで圃
場内一面の作業を無人で行う。

【００１７】１）圃場内の走行・作業を、枕地での１８
０度旋回と、図１（ａ）、及び図１（ｂ）〜の圃
場の最も長ぃ辺ｌに沿った方向φ１および（φ１−１８
０°）の直進作業を繰り返す往復直進作業（作業１）
と、引き続き行う圃場の各辺方向φ０〜φ３の直進作業
と圃場角部での任意角度旋回を繰返して枕地処理を行う
回り作業（作業２）の組み台わせにより行う。

【００１８】２）作業機を含む圃場作業車両Ｖの長さ
ａ、作業幅ｗ、適当量の作業重複幅ｗｉ０から、全圃場
区画の走行・作業の終端位置Ｐｅから圃場作業車両の進
行方向と逆に、各行程の作業重複幅が終始均一で適切な
ものとなるように、作業２によって処理されるべき作業
域ｃの走行・作業経路を設定していく。この経路設定
は、圃場各辺に沿った作業２の短辺方向の作業長さが短
かすぎて作業能率を低下させることのない程度に、例え
ば同長さが作業幅の２倍を下回らない長さであるところ
までとし、作業２の行程数ｎ２を決定する。図２（ａ）
の例ではｎ２＝１５、図２（ｂ）の例ではｎ２＝１３で
ある。

【００１９】３）次に、圃場区画Ｑ０〜Ｑ３全体から作
業２によって処理される作業域ｃを減じた、作業１を実
施すべき作業域ｂについて、作業域ｂ内に未作業領域が
発生しないように、かつ無用な作業の重複を避けるよう
に、適当量の作業重複幅ｗｉ０を維持しつつ、行程長を
決定して、作業１の行程数ｎ１を設定する。図２（ａ）
の例ではｎ１＝１、（ｂ）の例ではｎ１＝５である。

【００２０】４）圃場作業車両の現在位置から作業１の
開始位置Ｐｓ１までの走行経路、及び作業１の終了点Ｐ
ｅｎ１から、作業２の開始位置Ｐｓ２またはＰｓ６まで
の走行経路を設定する。

【００２１】５）以上により設定した走行・作業経路上
の無人走行・作業では、時々刻々得られる車両位置情報
Ｐｉや車両方位情報φｉに基づく車両制御ブログラムを
実行して圃場内一面の作業を行う。

【００２２】６）車両位置情報の検出については、圃場
外の固定点に自動追尾型測量装置を設置して圃場作業車
両の圃場内位置を検出し、固定局と車両上に設置、搭載
した通信装置によりその位置情報を車両上で得る構成も
ある。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明の圃場作業車
両の無人作業方法によれば、以下の効果を奏することが
できる。

【００２４】．圃場区画Ｑ０〜Ｑ３の中央付近から直
進走行・作業と１８０度旋回によって構成される往復作
業１を実施し、次いで前記圃場区画Ｑ０〜Ｑ３の最短辺
方向φ２の直進作業行程の作業行程長さｄｎ２ｅが作業
幅ｗの２倍以上を設定できる行程から、最後の作業行程
で前記圃場区画Ｑ０〜Ｑ３の角付近にて圃場区画Ｑ０〜
Ｑ３の最外周を作業して作業を終了するまで、前記圃場
区画Ｑ０〜Ｑ３の各辺に沿っての直進作業と次行程への
任意角度旋回によって構成される回り作業２を組合わせ
て行うように、順次作業経路を逆算して設定し、走行・
作業経路：第１行程の作業開始位置を求めるように経
路計画を行って無人作業を実行するので、圃場内におけ
る圃場作業車両の絶対的、もしくは相対的な位置を認識
した上で、作業経路を設定し、これに沿って自動的に作
業を行い、高能率でかつ精度の高い作業方法を実施する
ことができる。

【００２５】．そして、圃場作業車両により一枚の圃
場の無人作業を行うとき、圃場中央部から周辺部へ回り
作業によって処理する作業方法を適用することが可能と
なり、圃場の大部分を長辺方向に沿った往復作業によっ
て処理し、枕地及び周辺部のみ２〜３回程度の回り作業
を行う従来の方法において、圃場の短辺付近で車両が急
旋回を行うために、その付近の耕盤を破壊する、土壌表
面に凹凸を残す、短辺付近に圃場全体の土壌が寄ってし
まう、などの作業精度上の問題を解消することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）及び（ｂ）は本発明による作業方法の説
明図である。

【図２】（ａ）及び（ｂ）は本発明による作業１及び作
業２の説明図である。

【図３】本発明による作業ステージの説明図である。

【図４】車両制御プログラムのフローチャートである。

【図５】圃場作業車両と車両位置情報、車両方位情報等
のディメンジョン図である。

【図６】本発明によるシステムの構成図である。

【図７】圃場区画とティーチングの説明図である。

【図８】従来の作業方法の説明図である。

【符号の説明】

Ｖ 圃場作業車両 Ｓ１ 圃場位置検出手段 Ｓ２ 走行方位検出手段 ＰＯ〜Ｐ７ 外周走行経路 Ｑ０〜Ｑ３ 圃場区画 φ０〜φ３ 基準走行方位 、、…… 走行・作業経路 Ｐｉ 圃場内位置情報 φｉ 走行方位情報 φ２ 最短辺方向の直進作業行程 ｄｎ２ｅ 作業行程長さ ｗ 作業幅 ａ 車両の長さ ｂ，ｃ 作業域 ｌ 圃場の最も長ぃ辺

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野口 伸 北海道札幌市北区北九条西九丁目 北海道 大学内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圃場作業車両（Ｖ）の圃場内位置検出手
   段（Ｓ１）と走行方位検出手段（Ｓ２）を有する圃場作
   業車両（Ｖ）を用い、マニュアル運転により圃場の外周
   走行経路（ＰＯ〜Ｐ７）を一周走行する外周ティーチン
   グ、あるいは前作業時の記録により得られる四角形の圃
   場区画（Ｑ０〜Ｑ３）及び基準走行方位（φ０〜φ３）
   のデータから走行・作業経路（、、……）を設定
   し、その経路上を時々刻々得られる圃場作業車両（Ｖ）
   の圃場内位置情報（Ｐｉ）と走行方位情報（φｉ）に基
   づき自動的に走行・作業することで圃場内一面の作業を
   無人で行う場合において、 前記圃場区画（Ｑ０〜Ｑ３）の中央付近から直進走行・
   作業と１８０度旋回によって構成される往復作業（１）
   を実施し、 次いで前記圃場区画（Ｑ０〜Ｑ３）の最短辺方向（φ
   ２）の直進作業行程の作業行程長さ（ｄｎ２ｅ）が作業
   幅（ｗ）の２倍以上を設定できる行程から、最後の作業
   行程で前記圃場区画（Ｑ０〜Ｑ３）の角付近にて圃場区
   画（Ｑ０〜Ｑ３）の最外周を作業して作業を終了するま
   で、 前記圃場区画（Ｑ０〜Ｑ３）の各辺に沿っての直進作業
   と次行程への任意角度旋回によって構成される回り作業
   （２）を組合わせて行うように、順次作業経路を逆算し
   て設定し、走行・作業経路（：第１行程）の作業開始
   位置を求めるように経路計画を行って無人作業を実行す
   ることを特徴とする圃場作業車両の無人作業方法。
2. 【請求項２】 耕耘作業、整地作業、代掻き作業、畝た
   て作業などの土壌を物理的に処理する作業における請求
   項１記載の作業方法において、 作業を行いながら支障なく旋回が行える領域において、
   旋回時に作業を停止し、もしくは作業を停止して且つ後
   進を行うことなく、連続的に作業を続行することを特徴
   とする請求項１記載の圃場作業車両の無人作業方法。