特許 6562678 自動走行作業車両

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6562678

(24)【登録日】2019年8月2日

(45)【発行日】2019年8月21日

(54)【発明の名称】自動走行作業車両

(51)【国際特許分類】

   G05D 1/02 20060101AFI20190808BHJP

   A01D 34/64 20060101ALI20190808BHJP

   A01B 69/00 20060101ALI20190808BHJP

【ＦＩ】

   G05D1/02 H

   G05D1/02 N

   A01D34/64 M

   A01B69/00 B

   A01B69/00 303F

   A01B69/00 303K

【請求項の数】4

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2015-69694(P2015-69694)

(22)【出願日】2015年3月30日

(65)【公開番号】特開2016-189170(P2016-189170A)

(43)【公開日】2016年11月4日

【審査請求日】2017年6月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001052

【氏名又は名称】株式会社クボタ

(74)【代理人】

【識別番号】110001818

【氏名又は名称】特許業務法人Ｒ＆Ｃ

(72)【発明者】

【氏名】小林 孝徳

(72)【発明者】

【氏名】南方 佑輔

(72)【発明者】

【氏名】中村 太郎

(72)【発明者】

【氏名】出井 義人

(72)【発明者】

【氏名】坂本 健太

(72)【発明者】

【氏名】福岡 和樹

【審査官】 大野 明良

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−０３６８４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０５９７３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／１４５９９６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０４−００１８１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−１５７９０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−１５８５３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０６６４０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−１３５６０６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０５Ｄ １／００ − １／１２

Ｇ０１Ｃ ２１／００ −２１／３６

２３／００ −２５／００

Ｇ０９Ｂ ２３／００ −２９／１４

Ａ０１Ｂ ６９／００ −６９／０８

Ａ０１Ｄ ３４／００ −３４／０１

３４／４１２−３４／９０

４２／００ −４２／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１ティーチング走行として作業領域の周囲を周回走行する間に取得された周回走行結果に基づいて前記作業領域の外形マップを生成する外形マップ生成部と、
予め設定された範囲に存在する物体を検出する物体検出部と、
第２ティーチング走行として前記作業領域に点在する物体の並びに沿った走行の間に取得される前記物体検出部からの検出結果に基づいて前記物体の位置を算定し、前記物体の配置情報を生成する物体配置情報生成部と、
前記外形マップと前記配置情報とを参照して、前記作業領域内の前記物体に沿った自動走行を実行する自動走行制御部と、を備え、
前記物体検出部は、走行機体の一方の側部側において当該物体検出部を中心とする全領域が検出可能領域であり、且つ、前記走行機体の他方の側部側において物体を検出不可能な検出不可能領域を有し、
前記外形マップ生成部は、前記第１ティーチング走行の間に、前記作業領域の外形を規定する境界識別体に対する前記物体検出部の検出結果に基づいて前記外形マップを生成し、
前記自動走行制御部による自動走行において、前記作業領域の一方の端部と他方の端部とを往復走行するに際し、往路と復路とにおいて前記物体検出部が同じ物体を検出するように、端部においてスイッチバックを行うことにより往復走行を行う自動走行作業車両。

【請求項2】

前記配置情報は、前記物体の存在数と前記物体の縦方向及び横方向の間隔を含む請求項１に記載の自動走行作業車両。

【請求項3】

前記物体検出部は、予め設定された範囲に向けて検出信号を送信し、前記検出信号に対する反射信号を取得して、前記予め設定された範囲に存在する物体に関する検出結果を出力し、
前記物体配置情報生成部は走行に伴って順次出力される２つの物体に関する前記検出結果に基づいて、前記２つの物体と自車との位置関係を順次算定して、前記配置情報を生成する請求項１または２に記載の自動走行作業車両。

【請求項4】

前記第１ティーチング走行及び前記第２ティーチング走行は、外部からの無線遠隔操作によって実行される請求項１から３のいずれか一項に記載の自動走行作業車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、自動で走行する自動走行作業車両に関する。

【背景技術】

【0002】

走行しながら作業を行う作業車両を自律走行させる試みが、従来から行われている。そのためには、作業対象となる作業領域がマップデータなどを通じて認識されなければならない。例えば、特許文献１に開示された圃場作業車両の無人作業方法では、まず、作業領域である圃場の外周を手動運転により一周走行する外周ティーチングを行って、圃場及び基準走行方位が算定される。次いで、圃場内の全領域を作業走行するための、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と走行方位情報とに基づき自動的に作業走行することで、圃場内の全領域に対する作業走行が自動操縦で行われる。この特許文献１で取り扱われている圃場作業車両は耕耘作業、整地作業、代掻き作業などを行うトラクタであり、圃場内の全領域をくまなく作業走行する。

【0003】

しかしながら、果樹園などのような作業領域ではその内部に樹木などの走行障害となる物体が配置されている。このような場合、この物体の配置を予め把握し、自動作業走行の際には、その物体配置に関する情報を考慮する必要がある。特許文献１による無人作業方法では、作業領域の外周を一周走行して作業領域の外形情報を得る外周ティーチングだけしか行われず、作業領域内の物体の情報は考慮されないので、この無人作業方法を果樹園などに適用することはできない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平１０−０６６４０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記実情に鑑み、果樹園などのように内部に樹木などの物体が並んでいる作業領域を、前もって正確なマップを作成しなくとも作業走行することが可能な自動走行作業車両が要望されている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明による自動走行作業車両は、第１ティーチング走行として作業領域の周囲を周回走行する間に取得された周回走行結果に基づいて前記作業領域の外形マップを生成する外形マップ生成部と、予め設定された範囲に存在する物体を検出する物体検出部と、第２ティーチング走行として前記作業領域に点在する物体の並びに沿った走行の間に取得される前記物体検出部からの検出結果に基づいて前記物体の位置を算定し、前記物体の配置情報を生成する物体配置情報生成部と、前記外形マップと前記配置情報とを参照して、前記作業領域内の前記物体に沿った自動走行を実行する自動走行制御部と、を備え、前記物体検出部は、走行機体の一方の側部側において当該物体検出部を中心とする全領域が検出可能領域であり、且つ、前記走行機体の他方の側部側において物体を検出不可能な検出不可能領域を有し、前記外形マップ生成部は、前記第１ティーチング走行の間に、前記作業領域の外形を規定する境界識別体に対する前記物体検出部の検出結果に基づいて前記外形マップを生成し、前記自動走行制御部による自動走行において、前記作業領域の一方の端部と他方の端部とを往復走行するに際し、往路と復路とにおいて前記物体検出部が同じ物体を検出するように、端部においてスイッチバックを行うことにより往復走行を行う。

【0007】

この構成によれば、第１ティーチング走行（外周ティーチング走行）によって作業領域の外形マップを生成するだけでなく、前記作業領域に点在する物体の並びに沿って走行する第２ティーチング走行（内部ティーチング走行）によって物体（例えば樹木）の配置情報を取得する。この配置情報は、予め設定された範囲に存在する物体を検出する物体検出部の第２ティーチング走行中における検出結果に基づいて生成される。外形マップと配置情報とを組み合わせることによって得られる作業領域における走行可能領域を参照することで、作業走行の対象となる作業領域内を物体との干渉を回避しながら、かつ物体の並びに沿って自動走行することが可能となる。例えば、作業内容が、果樹園の草刈り作業や、果樹に対する消毒作業などにこの自動走行作業車両を投入すれば、果樹に最接近しながらの果樹園全体の自動作業走行が実現できる。
また、作業領域が、柵や壁、土地斜面などの境界識別体として機能する物体で囲まれている場合、物体検出部が作業領域の周回しながらこれらの位置を算定することで、作業領域の外形マップの作成が可能となる。したがって、前記外形マップ生成部は、前記第１ティーチング走行の間に、前記作業領域の外形を規定する境界識別体に対する前記物体検出部の検出結果に基づいて前記外形マップを生成する。この構成では、第１ティーチング走行による外形マップの作成と、第２ティーチング走行による物体の配置情報とが、同一の物体検出部の検出結果に基づいて取得できるので、好都合である。

【0008】

作業領域内に存在する複数の物体が、二次元的な広がりで、特にほぼ格子状に存在している場合、物体間の間隔とその存在数がわかっていると、物体検出部からの検出結果に基づいて、物体の並びの間を自動走行することが容易となる。このため、好適な実子形態の１つでは、前記配置情報は、前記物体の存在数と前記物体の縦方向及び横方向の間隔を含んでいる。これにより、自動走行作業車両は、物体の数を数えながら、物体の並びに沿って往復走行を行って、物体との干渉を避けながら作業領域内を自動作業走行することができる。

【0009】

好適な実施形態の１つでは、前記物体検出部は、予め設定された範囲に向けて検出信号を送信し、前記検出信号に対する反射信号を取得して、前記予め設定された範囲に存在する物体に関する検出結果を出力し、前記物体配置情報生成部は走行に伴って順次出力される２つの物体に関する前記検出結果に基づいて、前記２つの物体と自車との位置関係を順次算定して、前記配置情報を生成する。このように構成された物体検出部の具体的な装置の１つは、レーザレンジファインダとも呼ばれる装置であり、所定の水平角度範囲でスキャニングするレーザ光の反射光を受信した際の際スキャニング角度と伝播時間とから、車両と物体との位置関係が算定される。さらに、２つの物体からの反射信号を得ることで、２つの物体の距離も算定可能である。このようにして算定された２つの物体の距離を順次算定して、集積していくことで、作業領域に存在する物体（果樹園なら樹木）の配置情報（物体の存在数と物体間距離）が得られる。

【0011】

物体検出部などで作業領域の境界が検出できない場合、別な方法で作業領域の外形を自動走行作業車両に入力する必要がある。その際、自動車や船舶で広く利用されているＧＰＳのような衛星電波を用いた自車位置検出装置が好適である。したがって、好適な実施形態の１つでは、前記外形マップ生成部は、前記第１ティーチング走行の間に、衛星電波を用いた自車位置検出装置から出力される自車位置情報に基づいて前記外形マップを生成する。

【0012】

自動走行作業車両に人が乗り込んで手動操縦を行う操縦席が設けられていない場合や、作業領域の環境が人の運転に不適切な場合などでは、ティーチング走行は遠隔操作で行う必要がある。このため、好適な実施形態の１つでは、前記第１ティーチング走行及び前記第２ティーチング走行は、外部からの無線遠隔操作によって実行されるように構成されている。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】第１ティーチング走行と第２ティーチング走行との基本的な処理の流れを説明するための模式図である。

【図2】自動走行作業車両の実施形態の１つである自動草刈機の側面図である。

【図3】作業領域における自動草刈機の走行経路を示す模式図である。

【図4】自動草刈機の自動走行に係る機能部を模式的に示したブロック図である。

【図5】物体検出部の検出範囲を示す図である。

【図6】自動草刈機の自動走行制御を示すフローチャートである。

【図7】自動草刈機の自動走行処理を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明による自動走行作業車両の具体的な実施形態を説明する前に、自動作業走行するにあたって必要な作業領域に関する情報をティーチング走行によって取得する際の基本的な処理の流れを、図１を用いて説明する。図１では、作業領域は、白丸で示された境界識別体によって規定された、単純な長方形で示されており、その領域内には、縦方向及び横方向に４つずつ並んだ１６の走行障害物としての物体が配置されている。例えば、作業領域が果樹園とすれば、この物体は果樹となる。

【0015】

ティーチング走行は、ラジコン（無線リモコン）方式で行われる。この自動走行作業車両には、操作員によって操作される遠隔操作ユニットから出力される遠隔操縦信号を受信して、その遠隔操縦信号に基づいて車両を操舵する機能が備えられている。自動走行作業車両は、作業領域に存在する走行障害ないしは走行基準となる物体を検出する機能も有しており、この物体検出機能を利用して、自車と物体との距離や方向を算定することができる。

【0016】

ティーチング走行は、作業領域の電子地図データである外形マップを生成するための第１ティーチング走行と、作業領域に点在する物体の基準点からの位置を含む物体の配置情報を生成するための第２ティーチング走行とに分かれている。

【0017】

第１ティーチング走行では、操作員はラジコン操作を通じて、自動走行作業車両を境界識別体に沿って作業領域の周囲を周回走行させる。境界識別体としては、杭や垣根などが用いられる。この周回走行における走行軌跡が作業領域の外形に対応する。好適な形態として、外形マップは、走行中のＬＲＦ（レーザレンジファインダ）による境界識別体に対する測定結果の累積から生成することができる。あるいは、ＧＰＳ（全地球測位網）装置やＧＮＳＳ（汎地球航法衛星システム）装置を用いて、周回走行における自車位置から走行軌跡、結果的には作業領域の外形マップを生成することも可能である。

【0018】

第２ティーチング走行では、操作員はラジコン操作を通じて、第１ティーチング走行によって得られた作業領域の外形マップ内に点在する物体の並びに沿って自動走行作業車両を走行させる。走行中の自動走行作業車両から各物体への方向と距離は、ＬＲＦを採用した物体検出部からの検出結果に基づいて算定される。この各物体への方向と距離を集積していくことで、作業領域における物体の存在数だけではなく、基準点に対する物体の相対位置や隣接する物体間の縦方向及び横方向の間隔位置などが物体の配置情報として得られる。例えば、物体を果樹園での果樹とすれば、配置情報には、果樹園の各コーナ部（基準点の一例）から最短の果樹までの距離、果樹間の距離、果樹の列当たりの本数、果樹の行当たりの本数などが含まれる。

【0019】

第１ティーチング走行によって得られた外形マップと、第２ティーチング走行によって得られた配置情報とを対応付けるか、あるいは統合することにより、作業領域の外形、作業領域に存在する物体（果樹）の本数や作業領域からのオフセット量（基準点からの相対位置）を、自動走行作業車両に搭載された自動走行制御系に入力することができる。これにより、自動走行作業車両は作業領域内を物体に沿って自動走行することができ、例えば、農園の草刈、農作物への薬剤散布などの自動化が可能となる。

【0020】

次に、図面を用いて、自動走行作業車両の具体的な実施形態の１つを説明する。図２は、自動走行作業車両の一例である自動草刈機の側面図である。この実施形態では、自動草刈機は、図１を用いて説明した、第１ティーチング走行と第２ティーチング走行とからなるラジコン方式のティーチング走行をそなえている。つまり、図３に示されるような果樹園（作業領域の一種）Ｐにてティーチング走行を実行する機能と、このティーチング走行で得られた情報に基づいて、果樹園Ｐに植えられている複数の樹木（果樹園Ｐに点在する物体の一種）Ｋの間に生えている草を刈り取りながら自動走行する機能が備えられている。

【0021】

この自動草刈機１は、図３に示されるような果樹園Ｐに植えられている複数の果樹Ｋの間に生えている草を刈り取りながら自動走行する際、果樹園Ｐの中央部では図３において一点鎖線Ａで示されるように果樹Ｋに沿って走行し、果樹園Ｐの進行方向の両端部では破線Ｂで示されるように前後進を繰り返して、自動草刈機１の位置を側方にずらすようにスイッチバックを行う。したがって、自動草刈機１は、果樹園Ｐの一方の端部から他方の端部に向って走行する場合と、果樹園Ｐの他方の端部から一方の端部に向って走行する場合とで進行方向を向く側が異なることになる。

【0022】

図２に示されるように、自動草刈機１は、車輪２と車体３とを備えて構成される。車輪２は、車体３の車長方向の一端側の第１車輪２Ａ、及び車長方向の他端側の第２車輪２Ｂから構成される。車体３には、自動草刈機１の動力源であるエンジン４、エンジン４に供給する燃料が備蓄されている燃料タンク５、エンジン４により駆動される発電機６、発電機６により発電された電力を蓄電し、自動草刈機１が有する電気機器に電力供給するバッテリ７、自動草刈機１の自動走行を制御する制御ユニット１０、バッテリ７から供給される電力に基づき第１車輪２Ａの操向操作を行う第１車輪操向操作機構５１、バッテリ７から供給される電力に基づき第２車輪２Ｂの操向操作を行う第２車輪操向操作機構５２、エンジン４の回転力が入力され、草刈りに使用する刈り刃５４を有する草刈装置５３、第１車輪２Ａ及び第２車輪２Ｂの少なくとも一方と草刈装置５３とへのエンジン４の回転力の断接を行う動力伝達機構５５を備えている。

【0023】

さらに、自動草刈機１はラジコンでの遠隔操作も可能に構成されており、遠隔操作ユニット２００から出力される遠隔操縦信号を受信する通信装置２０のアンテナ２１が天井領域に配置されている。この天井領域には、後で詳しく説明する物体検出部１１のレーザ送信デバイス１１１も配置されている。遠隔操作ユニット２００は、自動草刈機１を前進又は後退させる第１操作レバー２１０と、操向輪の操舵を操作する第２操作レバー２２０とが設けられる。また、遠隔操作ユニット２００に対する通電を制御する電源スイッチ２３０も設けられる。第１操作レバー２１０及び第２操作レバー２２０による操作に基づく遠隔操縦信号は、アンテナ２１を通じて自動草刈機１に構築されている制御系に伝達される。

【0024】

図４には、自動草刈機１の走行制御系の中核構成要素である制御ユニット１０の走行のための機能部を示す機能ブロックが示されている。制御ユニット１０は、ＣＰＵを中核部材として構成されており、各機能部はハードウェア又はソフトウェア或いはその両方で構築されている。この実施形態では、制御ユニット１０には、物体検出部１１、検出物体演算モジュールＤＯＭ、ティーチング走行管理部１００、走行範囲設定部１５、走行制御部１６が構築されている。物体検出部１１からの物体検出信号を受け取る検出物体演算モジュールＤＯＭには、目標物設定部１２、基準線設定部１３、距離演算部１４、物体数設定部１７、物体計数部１８、判定部１９が含まれている。

【0025】

走行制御部１６には、遠隔走行制御部１６１と自動走行制御部１６２とが含まれている。遠隔走行制御部１６１は、遠隔操作ユニット２００から送られてくる遠隔操縦信号に基づいて自動草刈機１を遠隔操縦走行させる。この遠隔操縦走行は、図１を用いて説明された第１ティーチング走行及び第２ティーチング走行以外にも、操作員の操縦によって自動草刈機１を手動走行させる際に用いられる。

【0026】

ティーチング走行管理部１００には、外形マップ生成部１０１と物体配置情報生成部１０２とが含まれている。外形マップ生成部１０１は、遠隔操縦による第１ティーチング走行を通じて得られた果樹園Ｐの境界検出データを通じて外形マップを作成する。物体配置情報生成部１０２は、遠隔操縦による第２ティーチング走行を通じて得られた検出物体としての果樹Ｋの検出データを通じて果樹Ｋの配置情報を生成する。この実施形態では、配置情報には、果樹Ｋの本数及び果樹園Ｐの境界に最も近い果樹Ｋとの距離が含まれている。

【0027】

自動走行制御部１６２は、外形マップと配置情報とを参照しながら、以下に説明する操縦アルゴリズムで、果樹園Ｐ内を果樹Ｋの列に沿って自動草刈機１を自動走行させる機能を有する。

【0028】

物体検出部１１は、予め設定された範囲に向けて検出信号を送信し、当該検出信号に対する反射信号を取得して、当該予め設定された範囲に存在する物体を検出する。予め設定された範囲とは物体検出部１１の検出可能な範囲であり、本実施形態では、レーザレンジファインダとして構成されており、検出信号はレーザであり、図５に示されるような自動草刈機１を中心とする約２７０度のスキャニング範囲Ｒを有する。もちろん、レーザに代えてその他の光や超音波を用いたレンジファインダを利用してもよい。いずれにせよ、このような検出信号は回転ミラーを通じてスキャニング送信され、物体に衝突すると反射される。物体検出部１１は、検出信号を予め設定されたスキャニング範囲で送信し、衝突によって生じる反射信号を取得する。物体検出部１１は、検出信号の送信方向（送信時のスキャン角度：回転ミラーの角度に対応する）に基づいて物体検出部１１を基準とした物体が存在する方向（送信角度：θ１、θ
２）を示す情報と、検出信号を送信してから反射信号を取得するまでの時間に基づいて演算した物体検出部１１から物体までの距離を示す情報とを取得する。本実施形態では、物体検出部１１は水平方向に、且つ、上述したスキャニング範囲Ｒに対して例えば０．５度のスキャンピッチで検出信号を送信する。

【0029】

車体３の車長方向とは、自動草刈機１の車体３の長さ方向である。したがって、車長延長線とは、自動草刈機１の長さ方向一端側の車幅方向中央部と、長さ方向他端側の車幅方向中央部とを結ぶ延長線にあたる。もちろん、自動草刈機１の長さ方向一端側の左端及び右端の一方と、長さ方向他端側の左端及び右端の一方とを結ぶ延長線であっても良い。車体３の両側方とは、車体３の進行方向前側を見て右側と左側である。したがって、一方の側とは、当該右側または左側が相当する。本実施形態では、図５に示されるように、物体検出部１１が検出する範囲Ｒは自動草刈機１を中心とした全周囲のうち約２７０度のスキャニング範囲である。このため、一方の側とは、全領域に亘って検出可能な側を意味し、具体的には図５に示されるように、自動草刈機１が紙面上側の方向に向って走行する場合には進行方向を見て左側が相当し、自動草刈機１が紙面下側の方向に向って走行する場合には進行方向を見て右側が相当する。このように物体検出部１１は、自動草刈機１の片側に存在する物体を検出する。

【0030】

目標物設定部１２は、物体検出部１１により検出された物体のうち、少なくとも２つの物体の位置に基づいて、当該少なくとも２つの物体を目標物Ｏとして設定する。物体検出部１１は、５に示されるように所定の範囲（図５ではＲで示されている２７０度のスキャニング範囲）内に検出信号を送信する。このため、このスキャニング範囲Ｒ内に存在する物体を検出する。ここで、本実施形態では自動草刈機１は果樹Ｋが植えられている果樹園を自動走行する。このため、果樹園内の果樹Ｋや果樹Ｋを支持する支柱の中から目標物Ｏが設定される。また、本実施形態では、自動草刈機１は少なくとも２つの物体を検出できれば目標物Ｏを設定することができる。このため、本実施形態では、目標物設定部１２はスキャニング範囲Ｒ内において物体検出部１１により検出された物体から２つの物体を用いて目標物Ｏとして設定するとして説明する。

【0031】

２つの目標物Ｏのうちの一方は、自動草刈機１から左側方を見て最も近い位置にある物体が選択される。図４の例では、符号Ｏ１を付したものが相当する。２つの目標物Ｏのうちの他方は、物体検出部１１により検出された物体のうち、進行方向に沿って並んだ物体を用いて設定される。進行方向に並んだ物体とは、先に設定された目標物Ｏ１から見て自動草刈機１の進行方向奥側に位置する物体である。ここで、進行方向奥側には、図１に示されるように複数並んでおり、物体検出部１１により複数検出されることもある。そこで、目標物設定部１２は、現在、設定されている目標物Ｏから車長方向に沿って予め設定された距離内において新たな目標物Ｏを設定する。これにより、現在、設定されている目標物Ｏに近い位置にある物体を目標物Ｏとして設定することができるので、物体が配置されている形態に応じて自動草刈機１を走行させることが可能となる。また、予め設定された範囲内をフィルタリングして目標物Ｏを設定するので、目標物Ｏの設定に係る演算処理を軽減できる。

【0032】

本実施形態では、目標物設定部１２により、先に設定された目標物Ｏ１から見て自動草刈機１の進行方向において最も近い物体が選択される。図５の例では、符号Ｏ２を付したものが相当する。自動草刈機１に関する目標物Ｏ１及び目標物Ｏ２の座標位置は、目標物Ｏ１に係る物体検出部１１の検出結果から算定される自動草刈機１と目標物Ｏ１との間の距離及び自動草刈機１を中心とする目標物Ｏ１の角度：θ１と、目標物Ｏ２に係る物体検出部１１の検出結果から算定される自動草刈機１と目標物Ｏ２との間の距離及び自動草刈機１を中心とする目標物Ｏ２の角度：θ２とに基づき、三角関数の公式を用いて演算することができる。目標物Ｏ１及び目標物Ｏ２の座標位置から目標物Ｏ１と目標物Ｏ２との間の距離は算定される。

【0033】

ここで、自動草刈機１は、進行方向がどの方位であるかを自ら認識することができないので、自動草刈機１に対して予めユーザが進行方向を設定しておくと好適である。もちろん、自動草刈機１の長さ方向両端のうち、最初に進行する側の端部を設定しておき、当該端部が向いている側を進行方向として設定しても良い。

【0034】

基準線設定部１３は、目標物設定部１２により設定された少なくとも２つの目標物Ｏを通り、走行時の基準となる基準線ＳＬを設定する。目標物設定部１２により設定された少なくとも２つの目標物Ｏとは、本実施形態では上述した目標物Ｏ１及び目標物Ｏ２である。基準線設定部１３は、制御ユニット１０内で用いる座標系において、この目標物Ｏ１と目標物Ｏ２とを直線で繋いで基準線ＳＬを設定する。基準線ＳＬは後述するように自動草刈機１が自動走行する際に基準として利用される。

【0035】

距離演算部１４は、基準線ＳＬから車体３までの距離（離間距離）を演算する。基準線ＳＬから車体３までの距離とは、上記座標系において基準線ＳＬと車体３とを最短で繋いだ距離である。このため、車体３を通るように引いた基準線ＳＬからの垂線上での距離にあたる。

【0036】

走行範囲設定部１５は、自動草刈機１が自動走行する走行経路に対して許容される走行範囲を設定する。本実施形態では自動草刈機１は自動走行しながら草を刈り取る。このため、自動草刈機１が自動走行する走行経路は、草を刈り取る経路に相当する。詳細は省略するが、刈り刃５４は自動草刈機１の車体３の中央部の底面に車幅方向に亘って設けられる。自動草刈機１は果樹園の一方の端部から他方の端部まで自動走行する際に、先に走行した経路に対して刈り取る領域の一部（例えば２０〜３０ｃｍ）を重複させて自動走行する。上述した許容される走行範囲は、このような重複する幅の１／２〜１／３（例えば１０〜１５ｃｍ）程度に設定すると好適である。これにより、刈り取りムラの発生を防止できる。

【0037】

走行制御部１６は、基準線ＳＬから車体３までの距離を予め設定された果樹園Ｐ内を往復走行する際の走行経路に応じて予め設定された範囲内に維持しつつ、予め設定された果樹園Ｐ内において基準線ＳＬに沿って走行させる。基準線ＳＬから車体３までの距離は、上述した距離演算部１４により演算され、順次、リアルタイムで走行制御部１６に伝達される。自動草刈機１は、果樹園Ｐ内を往復走行しながら、草刈りを行う。

【0038】

上述したように、自動草刈機１はエンジン４を動力源として走行する。また、第１車輪２Ａ及び第２車輪２Ｂは、夫々操向操作可能に構成され、夫々第１車輪操向操作機構５１及び第２車輪操向操作機構５２により操向操作が行われる。また、エンジン４により発生された回転力は、第１車輪２Ａ及び第２車輪２Ｂの少なくとも一方に動力伝達機構５５を介して伝達される。第１車輪２Ａ及び第２車輪２Ｂに対する動力の伝達は、双方に行って自動草刈機１を４輪駆動としても良いし、一方に行って２輪駆動としても良い。また、第１車輪２Ａ及び第２車輪２Ｂの夫々は、左右一対で構成されても良いし、少なくとも一方が１輪で構成されていても良い。走行制御部１６は、基準線ＳＬから自動草刈機１までの距離が予め設定された範囲内に収まるように、第１車輪操向操作機構５１、第２車輪操向操作機構５２、及び動力伝達機構５５を制御して、基準線ＳＬに沿って走行させる。

【0039】

自動草刈機１は、基準線ＳＬに沿って走行しながら次の目標物Ｏとなる物体を検出する。現在の基準線ＳＬの設定に係る進行方向前側の目標物Ｏ２近傍に達すると、当該目標物Ｏ２を進行方向手前側の目標物Ｏ１とし、新たに設定した目標物Ｏを進行方向奥側の目標物Ｏ２として設定する。これらの目標物Ｏ１及び目標物Ｏ２により基準線ＳＬを設定し直して、当該基準線ＳＬに沿って果樹園Ｐの一方の端部から他方の端部まで走行する。

【0040】

自動草刈機１は、果樹園Ｐの一方の端部から他方の端部まで基準線ＳＬに沿って走行し、端部においてはスイッチバックをして、そこで設定された基準線ＳＬに沿って走行する(図３参照)。スイッチバックとは、自車が果樹園Ｐの端部に達した際に前後進を繰り返して、自動草刈機１の位置を当該端部の位置から側方にずらすように移動する走行形態である。本実施形態では、自動草刈機１は自車が果樹園Ｐの端部に達した否かを果樹Ｋの数によって認識するよう構成されている。このため、物体配置情報生成部１０２が第２ティーチング走行を通じて生成した配置情報に含まれている物体総数が、果樹園Ｐ内において物体検出部１１が検出すべき果樹Ｋの数として、物体数設定部１７に設定されている。ここでは、果樹園Ｐ内において物体検出部１１が検出する果樹Ｋの数とは、自動草刈機１は、果樹園Ｐの一方の端部から他方の端部まで走行する際に検出された目標物Ｏの数である。なお、果樹園Ｐ内に存在する果樹Ｋの本数を物体数設定部１７に設定する場合には、果樹園Ｐ内に存在する物体の列数、及び夫々の列毎の物体の個数の形態で設定していてもよい。

【0041】

物体計数部１８は、果樹園Ｐの一方の端部から他方の端部に向って走行する際に、基準線ＳＬの設定に用いた物体の数を計数する。物体計数部１８は目標物設定部１２が目標物Ｏを新たに設定した場合には、その旨を示す情報を取得し、当該新たに設定した目標物Ｏを用いて実際に基準線ＳＬを設定に用いた物体の数を計数する。ここで、元々、進行方向奥側の目標物Ｏ２として設定していたものを、自動草刈機１の走行に応じて進行方向手前側の目標物Ｏ１として設定した場合には、双方を計数すると、同一の物体に係る目標物Ｏであることから重複して計数することになる。このような重複して計数することを避けるために、物体計数部１８は、自動草刈機１が果樹園Ｐの一方の端部から他方の端部に向って走行する際に、予め決定された進行方向手前側に設定された目標物Ｏ１に係る物体及び進行方向奥側に設定された目標物Ｏ２に係る物体の何れか一方のみを計数し、当該計数結果に１を加えておくことで、果樹園Ｐの一方の端部から他方の端部に至るまで基準線ＳＬの設定に係る物体を計数することが可能となる。

【0042】

判定部１９は、物体計数部１８の係数結果が、物体数設定部１７により設定された物体の数に達した場合に、自動草刈機１が果樹園Ｐの他方の端部に達したと判定する。これにより、走行制御部１６はその位置で自動草刈機１を一旦、停車させ、当該停車した位置から自動草刈機１をスイッチバックさせて次に草を刈り取る分だけ位置をずらし、その位置から再度、目標物Ｏに基づき基準線ＳＬを設定して自動走行しながら草を刈り取る。このようにして自動草刈機１は、自車で自動走行する際に基準となる基準線ＳＬを設定し、自動走行することが可能となる。

【0043】

次に、自動草刈機１が果樹園で自動走行しながら草刈りを行う際の手順を、図６のフローチャート、及び図７の模式図を用いて説明する。まず、操作員は、第１の前処理として、遠隔操作ユニット２００を用いて自動草刈機１を遠隔操縦し、果樹園Ｐの境界領域を周回走行する第１ティーチング走行（＃０１）及び果樹園Ｐの内部を果樹Ｋの並びに沿って走行する第２ティーチング走行（＃０２）を実行する。このティーチング走行は、既に図１を用いて説明している通りである。第１ティーチング走行によって果樹園Ｐの外形マップを作成するためのデータが取得され、第２ティーチング走行によって果樹園Ｐに植えられている果樹Ｋの本数や外形マップの特定位置からの距離などを含む配置情報が取得される。

【0044】

自動走行を開始するにあたって、自動草刈機１を、遠隔操作ユニット２００を用いて自動走行に適切な位置、果樹園Ｐの１つの端部に移動させる（＃１）。その際、自動草刈機１は自動走行を開始する際の走行方向に沿う姿勢となるように移動させられる。自動走行がスタートすると、物体検出部１１は、所定の範囲について物体の検出を開始する（ステップ＃２）。以後、物体検出部１１は、自動草刈機１が自動走行を終了するまで継続して物体の検出を行う。このように自動草刈機１の周囲において検出された物体が図７の＃１０１に示される。検出された物体が、目標物Ｏとしての所定の条件を満たす場合には（ステップ＃３：Ｙｅｓ）、当該物体を目標物Ｏとして設定する（ステップ＃４）。この目標物Ｏの検出は、少なくとも２つの目標物Ｏが設定されるまで行われる（ステップ＃５：Ｙｅｓ）。

【0045】

図７の＃１０２には、このような２つの目標物Ｏとして、自動草刈機１の進行方向手前側にある目標物Ｏ１と、自動草刈機１の進行方向奥側にある目標物Ｏ２とが設定された例が示される。制御ユニット１０内では、物体検出部１１により取得された当該物体検出部１１を基準とした物体が存在する方向を示す情報と、物体検出部１１から物体までの距離を示す情報とに基づき、自動草刈機１を基準とした座標系において目標物Ｏ１及び目標物Ｏ２の座標が演算される。具体的には、図７の＃１０２に示されるように、自動草刈機１の座標が（０，０）として設定され、目標物Ｏ１の座標が（Ｘ１，Ｙ１）、目標物Ｏ２の座標が（Ｘ２，Ｙ２）として演算される。

【0046】

基準線設定部１３は、２つの目標物Ｏ１及び目標物Ｏ２を基準に基準線ＳＬを設定する（ステップ＃６）。この基準線ＳＬは、図７の＃１０３に示されるように、物体検出部１１により検出された目標物Ｏ１と目標物Ｏ２との夫々の外縁部を繋いだ線で設定さる。

【0047】

次に、自動草刈機１が走行する基準線ＳＬを基準とした走行経路を設定する。この設定は、基準線ＳＬから走行経路までの距離に応じて設定される（ステップ＃７）。この場合、当該距離の演算処理及び以降の処理を行い易くするために、制御ユニット１０では、自動草刈機１を基準とした座標系から基準線ＳＬをｙ軸とする座標系に座標変換が行われる。これにより、目標物Ｏ１の座標（Ｘ１，Ｙ１）、及び目標物Ｏ２の座標（Ｘ２）が座標変換され、図７の＃１０３に示されるように、目標物Ｏ１の座標（０，ｙ１）、及び目標物Ｏ２の座標（０，ｙ２）となる。このような座標変換後の座標系において、基準線ＳＬから走行経路までの距離がｍとして設定される。この場合、自動草刈機１の座標は（ｘ１，０）に変換される。また、この距離に対する許容範囲±ａが設定される（ステップ＃８）。

【0048】

自動走行制御部１６２は、基準線ＳＬから自動草刈機１までの距離が、設定された「ｍ±ａ」に収まるように自動草刈機１を走行させる（ステップ＃９）。基準線ＳＬから自動草刈機１までの距離が、設定された「ｍ±ａ」に収まらない場合には（ステップ＃１０：Ｙｅｓ）、自動走行制御部１６２は許容範囲内に収まるようにステアリングを操作する（ステップ＃１１）。これにより、自動草刈機１は、図７の＃１０４に示されるように所期の走行経路に沿って走行することが可能となる。ステップ＃１０において、基準線ＳＬから自動草刈機１までの距離が、設定された「ｍ±ａ」に収まる場合には（ステップ＃１０：Ｎｏ）、自動走行制御部１６２はそのままの舵角で走行させる。なお、この場合、自動草刈機１の位置によって物体検出部１１により検出される物体の検出結果が異なるので、都度、目標物Ｏ１，Ｏ２の座標変換を行いつつ、基準線ＳＬを更新しながら自動走行が行われる。

【0049】

自動草刈機１が図７の＃１０５に示されるように進行方向奥側の目標物Ｏ２に達し（ステップ＃１２：Ｙｅｓ）、且つ、当該目標物Ｏ２が果樹園Ｐの端部の目標物Ｏでなければ（ステップ＃１３：Ｙｅｓ）、目標物設定部１２はこれまでの進行方向奥側の目標物Ｏ２を進行方向手前側の目標物Ｏ１に設定し（ステップ＃１４）、ステップ＃３から処理が継続される。

【0050】

ステップ＃１３において、目標物Ｏ２が果樹園Ｐの端部の目標物Ｏであれば（ステップ＃１３：Ｎｏ）、自動走行制御部１６２は自動草刈機１を停車させ（ステップ＃１５）、その位置からスイッチバックにより自動草刈機１の位置が変更される（ステップ＃１６）。スイッチバックについては、基準線ＳＬからの距離に拘らず一定の動作で行われることから予めプログラミングしておくと良い。以下上述した走行が繰り返される。

【0051】

〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、物体検出部１１が果樹園Ｐの果樹Ｋや果樹Ｋを支持する支柱等を検出するとして説明したが、果樹Ｋや支柱以外に、柵やフェンス等を検出するよう構成することも可能である。また、物体と、当該物体から予め設定された距離内にある他の物体とをグループ化して一つの物体として扱うように構成することも可能である。これにより、例えば果樹Ｋと当該果樹Ｋを支持する支柱とを一つの目標物Ｏとして設定することが可能となるので、目標物Ｏの設定に係る演算処理を軽減できる。

【0052】

上記実施形態では、目標物設定部１２は２つの物体から２つの目標物Ｏを設定するとして説明したが、３つ以上の物体から３つ以上の目標物Ｏを設定する構成とすることも可能である。

【0053】

上記実施形態では、自動草刈機１が草の刈り取りを行いながら自動走行するとして説明したが、自動草刈機１を例えば薬剤散布車など他の作業車両として用いることも可能である。

【産業上の利用可能性】

【0054】

本発明は、自動で走行する自動走行車両に利用することが可能である。

【符号の説明】

【0055】

１ ：自動草刈機（自動走行作業車両）
４ ：エンジン
１０ ：制御ユニット
１１ ：物体検出部
２０ ：通信装置
５１ ：第１車輪操向操作機構
５２ ：第２車輪操向操作機構
５３ ：草刈装置
５４ ：刈り刃
５５ ：動力伝達機構
１００ ：ティーチング走行管理部
１０１ ：外形マップ生成部
１０２ ：物体配置情報生成部
１１１ ：レーザ送信デバイス
１６１ ：遠隔走行制御部
１６２ ：自動走行制御部
２００ ：遠隔操作ユニット
２１０ ：第１操作レバー
２２０ ：第２操作レバー

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】