特開 2019-166981 自律操舵装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2019-166981(P2019-166981A)

(43)【公開日】2019年10月3日

(54)【発明の名称】自律操舵装置

(51)【国際特許分類】

   B62D 6/00 20060101AFI20190906BHJP

   B62D 1/28 20060101ALI20190906BHJP

   A01B 69/00 20060101ALI20190906BHJP

   B62D 101/00 20060101ALN20190906BHJP

   B62D 113/00 20060101ALN20190906BHJP

【ＦＩ】

   B62D6/00ZYW

   B62D1/28

   A01B69/00 303M

   A01B69/00 303G

   B62D101:00

   B62D113:00

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2018-56401(P2018-56401)

(22)【出願日】2018年3月23日

(71)【出願人】

【識別番号】000006781

【氏名又は名称】ヤンマー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100118784

【弁理士】

【氏名又は名称】桂川 直己

(72)【発明者】

【氏名】新帶 俊信

(72)【発明者】

【氏名】小國 功一

(72)【発明者】

【氏名】松本 圭司

(72)【発明者】

【氏名】岩村 圭将

(72)【発明者】

【氏名】菊原 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】宮本 真之助

(72)【発明者】

【氏名】田村 得雄

(72)【発明者】

【氏名】中村 翔一

【テーマコード（参考）】

2B043

3D030

3D232

【Ｆターム（参考）】

2B043AA04

2B043AB07

2B043BA02

2B043BA09

2B043BB01

2B043BB06

2B043BB14

2B043DA04

2B043DC03

2B043EA02

2B043EA06

2B043EA13

2B043EB10

2B043EB22

2B043EC13

2B043EC14

2B043EC16

2B043EC18

2B043ED02

2B043ED12

2B043EE01

2B043EE06

2B043EE08

3D030EA26

3D030EA29

3D232CC20

3D232DA03

3D232DA24

3D232DA33

3D232DA87

3D232DC01

3D232DC02

3D232DC03

3D232DD02

3D232EA01

3D232GG13

(57)【要約】

【課題】圃場に予め設定された走行経路に沿って安定して作業車両を走行させる自律操舵装置を提供する。
【解決手段】自律操舵装置は、前方目標角度算出部と、ヨーレート取得部と、演算タイヤ角度算出部と、舵角制御部と、を備える。前方目標角度算出部は、走行経路上の前方の点であって田植機を当該走行経路に近づけるための目標とする点である前方目標点と当該田植機とを結ぶ線分と、走行経路と、がなす角である前方目標角度を算出する。ヨーレート取得部は、田植機に配置された角速度センサから、鉛直方向を回転軸とした田植機の角速度であるヨーレートを取得する。演算タイヤ角度算出部は、ヨーレート取得部が取得したヨーレートを実現するタイヤの舵角である演算タイヤ角度を算出する。舵角制御部は、前方目標角度と演算タイヤ角度を比較する第１比較処理を行い、当該比較結果に基づいて舵角を制御する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

作業車両の操舵を自律的に行って、圃場内に予め設定された走行経路に沿って当該作業車両を走行させる自律操舵装置において、
前記走行経路上の前方の点であって前記作業車両を当該走行経路に近づけるための目標とする点である前方目標点と当該作業車両とを結ぶ線分と、前記走行経路と、がなす角である前方目標角度を算出する前方目標角度算出部と、
前記作業車両に配置された角速度センサから、鉛直方向を回転軸とした前記作業車両の角速度であるヨーレートを取得するヨーレート取得部と、
前記ヨーレート取得部が取得した前記ヨーレートを実現するタイヤの舵角である演算タイヤ角度を算出する演算タイヤ角度算出部と、
前記前方目標角度と前記演算タイヤ角度を比較する第１比較処理を行い、当該比較結果に基づいて舵角を制御する舵角制御部と、
を備えることを特徴とする自律操舵装置。

【請求項2】

請求項１に記載の自律操舵装置であって、
前記作業車両に配置された舵角センサから現在舵角を取得する舵角取得部を備え、
前記舵角制御部は、前記舵角取得部が取得した前記現在舵角を前記前方目標角度と比較する第２比較処理を行い、前記第１比較処理と前記第２比較処理の両方の比較結果に基づいて舵角を制御することを特徴とする自律操舵装置。

【請求項3】

請求項２に記載の自律操舵装置であって、
前記舵角制御部は、前記第１比較処理の比較結果と、前記第２比較処理の比較結果と、のそれぞれに異なる重みを付けて舵角を制御することを特徴とする自律操舵装置。

【請求項4】

請求項１から３までの何れか一項に記載の自律操舵装置であって、
前記舵角制御部は、前記比較結果に基づいて目標ステアリング角速度を算出し、当該目標ステアリング角速度を変化させることを特徴とする自律操舵装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、主として、作業車両の操舵を自律的に行って、圃場内に予め設定された走行経路に沿って当該作業車両を走行させる自律操舵装置に関する。

【背景技術】

【0002】

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、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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００２−３５８１２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、外乱等の影響で横滑りが発生している場合、現在の操舵角と作業車両の実際の進行方向に差異が生じるため、走行経路に沿って安定して走行することが困難になる。

【0005】

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、圃場に予め設定された走行経路に沿って安定して作業車両を走行させる自律操舵装置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】

【0006】

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。

【0007】

本発明の観点によれば、以下の構成の自律操舵装置が提供される。即ち、この自律操舵装置は、作業車両の操舵を自律的に行って、圃場内に予め設定された走行経路に沿って当該作業車両を走行させる。この自律操舵装置は、前方目標角度算出部と、ヨーレート取得部と、演算タイヤ角度算出部と、舵角制御部と、を備える。前記前方目標角度算出部は、前記走行経路上の前方の点であって前記作業車両を当該走行経路に近づけるための目標とする点である前方目標点と当該作業車両とを結ぶ線分と、前記走行経路と、がなす角である前方目標角度を算出する。前記ヨーレート取得部は、前記作業車両に配置された角速度センサから、鉛直方向を回転軸とした前記作業車両の角速度であるヨーレートを取得する。前記演算タイヤ角度算出部は、前記ヨーレート取得部が取得した前記ヨーレートを実現するタイヤの舵角である演算タイヤ角度を算出する。前記舵角制御部は、前記前方目標角度と前記演算タイヤ角度を比較する第１比較処理を行い、当該比較結果に基づいて舵角を制御する。

【0008】

これにより、タイヤ角度ではなくヨーレートを用いることで、外乱による横滑り等が発生し得る場合であっても、走行経路に沿って安定して作業車両を走行させることができる。

【0009】

前記の自律操舵装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、この自律操舵装置は、前記作業車両に配置された舵角センサから現在舵角を取得する舵角取得部を備える。前記舵角制御部は、前記舵角取得部が取得した前記現在舵角を前記前方目標角度と比較する第２比較処理を行い、前記第１比較処理と前記第２比較処理の両方の比較結果に基づいて舵角を制御する。

【0010】

これにより、現在舵角を更に考慮して制御を行うことで、特に現在舵角を大きく変更する場合があっても、短期間で作業車両の位置を修正できる。

【0011】

前記の自律操舵装置においては、前記舵角制御部は、前記第１比較処理の比較結果と、前記第２比較処理の比較結果と、のそれぞれに異なる重みを付けて舵角を制御することが好ましい。

【0012】

これにより、作業車両の仕様、圃場の性質、及び要求される動作等に適した制御を行うことができる。

【0013】

前記の自律操舵装置においては、前記舵角制御部は、前記比較結果に基づいて目標ステアリング角速度を算出し、当該目標ステアリング角速度を変化させることが好ましい。

【0014】

これにより、ステアリング角度、特にステアリング角速度を制御対象とすることで、状況に応じた適切な角速度でステアリング角度を変更することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一実施形態に係る制御部（自律操舵装置）を備える田植機の側面図。

【図2】田植機の平面図。

【図3】自律走行システムのブロック図。

【図4】直線状走行経路に沿って田植機を自律走行させる様子及び前方目標角度を説明する図。

【図5】直線状走行経路に沿って田植機を自律走行させる場合の目標ステアリング角速度を算出する処理を示す図。

【図6】ヨーレートから演算タイヤ角度を算出する処理を説明する図。

【図7】旋回用走行経路に沿って田植機を自律走行させる様子及び前方目標角度を説明する図。

【図8】旋回用走行経路に沿って田植機を自律走行させる場合の目標ステアリング角速度を算出する処理を示す図。

【図9】第１変形例に係る目標ステアリング角速度を算出する処理を示す図。

【図10】第２変形例に係る目標ステアリング角速度を算出する処理を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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（角速度センサ）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。

【0025】

図３に示すように、田植機１は制御部（自律操舵装置）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、ヨーレート取得部５６、前方目標角度算出部５７、及び演算タイヤ角度算出部５８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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

制御部５０は、車速制御と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。

【0033】

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。

【0034】

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。前方目標角度算出部５７及び演算タイヤ角度算出部５８は、舵角制御部５３が行う舵角制御で用いられる値を算出する（詳細は後述）。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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として動作させることができる。

【0039】

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、直線状走行経路、旋回用走行経路、及びそれらを組み合わせた経路がある。また、直線状経路とは、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。

【0040】

次に、図４から図６を参照して、ヨーレートを用いて直線状走行経路９１に沿うように舵角制御を行うことで、横滑りが生じる場合であっても、的確に直線状走行経路９１に沿って田植機１を走行可能にする処理について説明する。図４は、直線状走行経路９１に沿って田植機１を自律走行させる様子及び前方目標角度を説明する図である。図５は、直線状走行経路９１に沿って田植機１を自律走行させる場合の目標ステアリング角速度を算出する処理を示す図である。図６は、ヨーレートから演算タイヤ角度を算出する処理を説明する図である。

【0041】

図４には、直線状走行経路９１が示されている。田植機１は、直線状走行経路９１から離れた位置を走行している。この状況において、舵角制御部５３が田植機１を直線状走行経路９１に戻すために行う舵角制御を説明する。また、図５に示すように、この舵角制御の入力は、前方目標角度φと演算タイヤ角度θである。

【0042】

初めに、前方目標角度φの算出方法について説明する。前方目標角度φは、制御部５０（前方目標角度算出部５７）によって算出される。前方目標角度φは、田植機１を直線状走行経路９１に沿って走行させる際に用いられる角度である。前方目標角度φは、前方目標点Ｐ１に基づいて定められる。田植機１には予め前方目標距離が設定されており、前方目標角度算出部５７は、田植機１から直線状走行経路９１までの距離が前方目標距離となる点（前方目標点Ｐ１）を特定する。また、前方目標角度算出部５７は、田植機１と前方目標点Ｐ１とを接続する線分（線Ｌ１）を引く。線Ｌ１と直線状走行経路９１とがなす角度（特に１８０度以下の角度）が前方目標角度φである。なお、田植機１を通り直線状走行経路９１に平行な線Ｌ２を引く場合、前方目標角度φは線Ｌ１と線Ｌ２とがなす角と表現することもできる。また、前方目標角度φの求め方は一例であり、田植機１を直線状走行経路９１に沿わせるために必要な角度であれば、別の求め方で求めることもできる。

【0043】

次に、演算タイヤ角度θの算出方法について図６を参照して説明する。演算タイヤ角度θは、制御部５０（演算タイヤ角度算出部５８）によって算出される。演算タイヤ角度θは、検出したヨーレートで田植機１を旋回させるための理想的な（理論上の）タイヤ角度である。言い換えれば、演算タイヤ角度θは、検出されたヨーレートをタイヤ角度に変換した値である。演算タイヤ角度θは、４輪車である田植機１を２輪車モデルに変換して算出される。２輪車モデルとは、前輪１２及び後輪１３が左右一対ではなく中央に１つずつあると仮定したモデルである。また、図６において、ωはヨーレートであり、Ｖは車速であり、Ｗｂはホイールベースであり、Ｒは２輪車モデルにおける旋回半径である。Ｖは車速センサ６６の検出結果を用いることができる。ホイールベースは予め記憶部５１等に記憶されている。図６の式（１）は、２輪車モデルにおける旋回半径の算出方法を示す式である。式（２）は、角速度、速度、半径の関係を示す式に、式（１）の関係を代入した式である。式（３）は、式（２）を変形することで、演算タイヤ角度θの値を示す式である。このような処理を行うことで、ヨーレートから演算タイヤ角度θを算出することができる。

【0044】

ここで、田植機１が圃場において横滑りする場合を考える。横滑りとは、タイヤ角により算出される方向とは異なる方向に田植機１が走行することである。田植機１は水田を走行するため、土を走行するトラクタと比較して、横滑りが生じ易い。また、トラクタ等の他の作業車両であっても圃場が傾斜している場合等は横滑りが発生し易くなる。横滑りが発生することで、タイヤ角とは異なる方向へ田植機１が走行することとなる。そのため、仮に舵角センサ６７の検出結果と前方目標角度φとに基づいて、舵角制御を行う場合、タイヤ角と進行方向の差異を含んでいる影響で、田植機１を安定して直線状走行経路９１に沿って走行させることができなかった。

【0045】

これに対し、本実施形態では、舵角センサ６７の検出結果に代えて、ヨーレートから算出した上記の演算タイヤ角度θを用いる。具体的には、舵角制御部５３は、前方目標角度φと演算タイヤ角度θとを比較する第１比較処理を行う（詳細には、前方目標角度φから演算タイヤ角度θを減算する）。これにより、演算タイヤ角度θに基づいて横滑りの影響がなくなるように前方目標角度φが補正されることとなる。第１比較処理の比較結果は、前方目標角度φを実現するために足りないタイヤ角度に関する値であり、この値がＰＩＤ制御器の入力となる。また、ＰＩＤ制御器の出力は、目標ステアリング角速度である。ＰＩＤ制御器が出力した目標ステアリング角速度を適用することで、前方目標角度φ及び演算タイヤ角度θの値が変化するため、第１比較処理の比較結果も変化し、新たな目標ステアリング角速度が出力される。以上の処理を継続して行うことで、田植機１を直線状走行経路９１に沿って走行させることができる。

【0046】

特に、ヨーレートは横滑りの影響も含んだ値であるため、横滑りの影響も考慮しつつ舵角制御を行うことができる。そのため、本実施形態の舵角制御部５３は、舵角センサ６７の検出結果を用いる構成と比較して、田植機１の蛇行及びオフセットを防止して、直線状走行経路９１に沿って安定して田植機１を走行させることができる。

【0047】

次に、図７及び図８を参照して、田植機１を旋回用走行経路９２に沿って自律走行させる場合の舵角制御について説明する。図７は、旋回用走行経路９２に沿って田植機１を自律走行させる様子及び前方目標角度を説明する図である。図８は、旋回用走行経路９２に沿って田植機１を自律走行させる場合の目標ステアリング角速度を算出する処理を示す図である。

【0048】

旋回用走行経路９２に沿って田植機１を自律走行させる場合の前方目標角度φは、以下のようにして算出される。前方目標点Ｐ１の求め方は直線状走行経路９１の場合と同じであるが、前方目標距離の値は直線状走行経路９１と旋回用走行経路９２で異ならせてもよい。そして、前方目標角度算出部５７は、田植機１と、旋回用走行経路９２の旋回中心を示す点Ｐ２と、を結ぶ線分である線Ｌ３を引く。次に、前方目標角度算出部５７は、線Ｌ３に垂直であって田植機１を通る線Ｌ４を引く。前方目標角度算出部５７は、線Ｌ１と線Ｌ４がなす角を前方目標角度φとして算出する。線Ｌ４は、線Ｌ３と旋回用走行経路９２の交点における旋回用走行経路９２から引いた接線であるため、現在の田植機１における旋回用走行経路９２の方向を示していると捉えることもできる。なお、これとは異なる方法を用いて点Ｐ２又は前方目標角度φを求めてもよい。また、演算タイヤ角度算出部５８は、直線状走行経路９１と同様に、慣性計測装置６２が検出したヨーレートに基づいて、演算タイヤ角度θを算出する。

【0049】

図８に示すように、旋回用走行経路９２に沿って田植機１を走行させる場合、第１比較処理の比較結果に、旋回演算タイヤ角度が加算される。旋回演算タイヤ角度とは、旋回用走行経路９２に沿って旋回するために必要となるタイヤ角度である。旋回演算タイヤ角度は、旋回用走行経路９２に沿って旋回するためのヨーレートである旋回ヨーレートを推測し、当該旋回ヨーレートから図６を用いて説明した方法でタイヤ角度に変換する。旋回ヨーレートは、旋回用走行経路９２の曲率半径等に基づいて推測できる。

【0050】

旋回用走行経路９２に沿って走行する場合、旋回演算タイヤ角度が加算されるだけであり、それ以外は上記と同様の制御が行われる。従って、上記で説明したように、仮に田植機１に横滑りが発生している場合であっても、田植機１の蛇行及びオフセットを防止して、旋回用走行経路９２に沿って安定して田植機１を走行させることができる。

【0051】

次に、図９を参照して、第１変形例について説明する。図９は、第１変形例に係る目標ステアリング角速度を算出する処理を示す図である。なお、第１変形例及び第２変形例において、旋回用走行経路９２に沿って田植機１を自律走行させる場合は旋回演算タイヤ角度が加算されるだけであるので、説明を省略する。

【0052】

図９に示す第１変形例では、第１比較処理に加え、第２比較処理が行われる。第２比較処理とは、前方目標角度φと、現在のタイヤ角度（現在舵角）と、を比較する処理（前方目標角度φから現在のタイヤ角度を減算する処理）である。なお、本実施形態では舵角センサ６７はステアリング角度を検出しているため、予め設定された比率を積算することで、現在のステアリング角度を現在のタイヤ角度に変換できる。このような変換を行った場合であっても、ステアリング角度とタイヤ角度は何れも舵角に相当するため、舵角取得部５５が取得した現在舵角と、前方目標角度φと、を比較していることとなる。なお、上述したように、現在のタイヤ角度を直接検出することもできる。

【0053】

第２比較処理の比較結果は、第１比較処理の比較結果に加算される。従って、例えば前方目標角度φと現在のタイヤ角度の差が大きい場合、言い換えれば前輪１２が目標から大きく離れた方向を向いている場合、第２比較処理の比較結果が大きくなる。そのため、第２比較処理を行うことで、このような場合にステアリング角度を早期に修正することができる。

【0054】

次に、図１０を参照して、第２変形例について説明する。図１０は、第２変形例に係る目標ステアリング角速度を算出する処理を示す図である。なお、第１変形例及び第２変形例において、旋回用走行経路９２に沿って田植機１を自律走行させる場合は旋回演算タイヤ角度が加算されるだけであるので、説明を省略する。

【0055】

図１０に示す第２変形例では、第１比較処理の比較結果に重み係数αを積算するとともに、第２比較処理の比較結果に重み係数βを積算する。重み係数αと重み係数βは値が異なる。ここで、第１比較処理の比較結果を用いて舵角制御を行うことで、横滑り等が生じている場合であっても田植機１の走行を安定させることができるが、状況によっては、ステアリング角度を早期に修正できない場合がある。これに対し、第２比較処理の比較結果を用いて舵角制御を行うことで、ステアリング角度を早期に修正できるが、横滑り等が生じている場合であっても田植機１の走行を安定させることができない場合がある。

【0056】

従って、圃場の状態、作業車両の性質、及びオペレータの要望等に基づいて重み係数を調整することで、状況及びオペレータの要望に応じた舵角制御が実現できる。重み係数の調整は、オペレータ又は保守業者が手動で調整する構成であってもよいし、各種センサの検出値に応じて最適値が算出される構成であってもよい。

【0057】

以上に説明したように、制御部５０は、田植機１の操舵を自律的に行って、圃場内に予め設定された走行経路に沿って当該田植機１を走行させる。この制御部５０は、前方目標角度算出部５７と、ヨーレート取得部５６と、演算タイヤ角度算出部５８と、舵角制御部５３と、を備える。前方目標角度算出部５７は、走行経路上の前方の点であって田植機１を当該走行経路に近づけるための目標とする点である前方目標点Ｐ１と当該田植機１とを結ぶ線分（線Ｌ１）と、走行経路と、がなす角である前方目標角度φを算出する。ヨーレート取得部５６は、田植機１に配置された慣性計測装置６２から、鉛直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取得する。演算タイヤ角度算出部５８は、ヨーレート取得部５６が取得したヨーレートを実現するタイヤ（前輪１２）の舵角である演算タイヤ角度を算出する。舵角制御部５３は、前方目標角度φと演算タイヤ角度を比較する第１比較処理を行い、当該比較結果に基づいて舵角を制御する（目標ステアリング角速度を算出して適用する）。

【0058】

これにより、タイヤ角度ではなくヨーレートを用いることで、外乱による横滑り等が発生し得る場合であっても、走行経路に沿って安定して田植機１を走行させることができる。

【0059】

また、本実施形態の制御部５０は、田植機１に配置された舵角センサ６７から現在舵角（現在のステアリング角度）を取得する舵角取得部５５を備える。舵角制御部５３は、舵角取得部５５が取得した現在舵角（現在のステアリング角度を変換した現在のタイヤ角度）を前方目標角度φと比較する第２比較処理を行い、第１比較処理と第２比較処理の両方の比較結果に基づいて舵角を制御する。

【0060】

これにより、現在舵角を更に考慮して制御を行うことで、特に現在舵角を大きく変更する場合があっても、短期間で田植機１の位置を修正できる。

【0061】

また、本実施形態の制御部５０においては、舵角制御部５３は、第１比較処理の比較結果と、第２比較処理の比較結果と、のそれぞれに異なる重みを付けて舵角を制御する。

【0062】

これにより、田植機１の仕様、圃場の性質、及び要求される動作等に適した制御を行うことができる。

【0063】

また、本実施形態の制御部５０においては、舵角制御部５３は、第１比較結果及び第２比較結果に基づいて目標ステアリング角速度を算出し、当該目標ステアリング角速度を変化させる。

【0064】

これにより、ステアリング角度、特にステアリング角速度を制御対象とすることで、状況に応じた適切な角速度でステアリング角度を変更することができる。

【0065】

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。

【0066】

上記実施形態では、舵角制御部５３が行う舵角制御の出力値（制御対象）が目標ステアリング角速度であるが、目標タイヤ角速度であってもよい。また、舵角制御の出力値は、目標ステアリング角度であってもよいし、目標タイヤ角度であってもよい。

【0067】

上記実施形態では、慣性計測装置６２は３軸の角速度センサを含んで構成されているが、ヨーレートのみを検出可能な構成であってもよい。

【0068】

上記実施形態では、ＰＩＤ制御により目標舵角（目標ステアリング角速度）を算出するが、他のフィードバック制御（例えばＰＩ制御）により目標舵角を算出することもできる。

【0069】

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。

【0070】

上記実施形態では、自律操舵装置を田植機１に適用する例を説明したが、他の農業用の作業車両であるトラクタ及びコンバインにも、自律操舵装置を適用できる。また、田植機１以外の作業車両に適用する場合であっても、自律操舵装置は作業車両に配置されていてもよいし、作業車両とは異なる装置に配置されていてもよい。

【符号の説明】

【0071】

１ 田植機（作業車両）
１２ 前輪
２６ 操舵ハンドル
５０ 制御部（自律操舵装置）
５３ 舵角制御部
５５ 舵角取得部
５６ ヨーレート取得部
５７ 前方目標角度算出部
５８ 演算タイヤ角度算出部
６２ 慣性計測装置（角速度センサ）
６７ 舵角センサ
１００ 自律走行システム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】