特許 7641889 システム

(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】

(24)【登録日】2025-02-27

(45)【発行日】2025-03-07

(54)【発明の名称】システム

(51)【国際特許分類】

   A01B 69/00 20060101AFI20250228BHJP

   G05D 1/622 20240101ALI20250228BHJP

   G05D 105/15 20240101ALN20250228BHJP

【ＦＩ】

A01B69/00 303Z

G05D1/622

G05D105:15

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021214420

(22)【出願日】2021-12-28

(65)【公開番号】P2023097981

(43)【公開日】2023-07-10

【審査請求日】2023-12-20

(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】弁理士法人Ｒ＆Ｃ

(72)【発明者】

【氏名】藤原 長浩

(72)【発明者】

【氏名】宮下 隼輔

【審査官】吉田 英一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－０９５５６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１０９６９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－０７２２４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－２０４３２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－００７３８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２１／００６４０５０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０２１－１５３４６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－００４７７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１０３０８４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ０１Ｂ ６９／００

Ｇ０５Ｄ １／６２２

Ｇ０５Ｄ １０５／１５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

作業車の走行を支援するためのシステムであって、
前記作業車が圃場を走行している時に前記作業車に設けられたセンサから前記圃場の外縁領域の形状を示す三次元形状データを二次元座標と高さとで定義される点の集合体として経時的に取得するデータ取得部と、
前記作業車が接触しても走行の妨げにならない物体に対応するデータを前記三次元形状データから除去する除去部と、
前記除去部により処理された前記三次元形状データに基づいて、圃場走行中の前記作業車が越境不能な境界を示す外縁マップを生成する生成部と、を備え、
前記除去部は、周囲よりも前記高さが大きい前記点の集合を特定し、特定された前記集合の二次元方向の幅が所定の幅閾値よりも小さい場合に前記集合を前記物体に対応するデータと見なして前記三次元形状データから除去するシステム。

【請求項2】

作業車の走行を支援するためのシステムであって、
前記作業車が圃場を走行している時に前記作業車に設けられたセンサから前記圃場の外縁領域の形状を示す三次元形状データを二次元座標と高さとで定義される点の集合体として経時的に取得するデータ取得部と、
前記作業車が接触しても走行の妨げにならない物体に対応するデータを前記三次元形状データから除去する除去部と、
前記除去部により処理された前記三次元形状データに基づいて、圃場走行中の前記作業車が越境不能な境界を示す外縁マップを生成する生成部と、を備え、
前記除去部は、前記高さの偏差値を前記点毎に算出し、算出された前記偏差値が偏差値閾値よりも大きい前記点を前記物体に対応するデータと見なして前記三次元形状データから除去するシステム。

【請求項3】

作業車の走行を支援するためのシステムであって、
前記作業車が圃場を走行している時に前記作業車に設けられたセンサから前記圃場の外縁領域の形状を示す三次元形状データを二次元座標と高さとで定義される点の集合体として経時的に取得するデータ取得部と、
前記作業車が接触しても走行の妨げにならない物体に対応するデータを前記三次元形状データから除去する除去部と、
前記除去部により処理された前記三次元形状データに基づいて、圃場走行中の前記作業車が越境不能な境界を示す外縁マップを生成する生成部と、を備え、
前記除去部は、前記高さの平均値を算出し、前記高さと前記平均値との差を前記点毎に算出し、算出された前記差が差閾値よりも大きい前記点を前記物体に対応するデータと見なして前記三次元形状データから除去するシステム。

【請求項4】

前記作業車が前記外縁マップにより示される境界の外側へ出ることがないように前記作業車の走行を制御する走行制御部を更に備える請求項１から３のいずれか１項に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、作業車の走行を支援するためのシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、コンバインが開示されている。このコンバインは、圃場の境界線の地図位置を示す境界線データを利用して、その走行が制御される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－１０６９８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に開示されたコンバインでは、境界線データは、圃場における当該作業車の走行軌跡に基づいて生成される。すなわち、境界線データが示す圃場の境界線は平面的なものである。

【0005】

発明者らは、圃場の外縁領域の三次元的な形状を取得して外縁マップを生成し、その外縁マップを用いて作業車の走行を制御することを検討した。圃場の外縁領域には、圃場を囲む盛り土である畦畔や、水門の開閉機構などの、立体的な障害物が存在する。障害物の高さが小さい場合には、作業車の一部が圃場の境界線を超えるような位置まで、コンバインが走行可能となる可能性がある。

【0006】

ここで圃場の外縁領域には、ススキやヒガンバナ、セイタカアワダチソウなどの草木や、柔軟なロープなど、作業車が接触しても走行の妨げとならない物体が存在する場合がある。そのような物体までもが外縁マップに反映されてしまうと、それらの物体を避けるように作業車の走行が制御されることになる。この場合、作業車が走行可能な領域が狭められるため、好ましくない。

【0007】

本発明の目的は、作業車の走行を支援するためのシステムにおいて、作業車の走行の自由度を高めることにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上述した課題を解決する手段として、本発明のシステムは、作業車の走行を支援するためのシステムであって、前記作業車が圃場を走行している時に前記作業車に設けられたセンサから前記圃場の外縁領域の形状を示す三次元形状データを二次元座標と高さとで定義される点の集合体として経時的に取得するデータ取得部と、前記作業車が接触しても走行の妨げにならない物体に対応するデータを前記三次元形状データから除去する除去部と、前記除去部により処理された前記三次元形状データに基づいて、圃場走行中の前記作業車が越境不能な境界を示す外縁マップを生成する生成部と、を備え、前記除去部は、周囲よりも前記高さが大きい前記点の集合を特定し、特定された前記集合の二次元方向の幅が所定の幅閾値よりも小さい場合に前記集合を前記物体に対応するデータと見なして前記三次元形状データから除去することを特徴とする。

【0009】

上記の特徴構成によれば、取得された三次元形状データから、作業車が接触しても走行の妨げにならない物体に対応するデータが除去処理されて、処理済みの三次元形状データに基づいて外縁マップが生成される。従って、作業車が接触しても走行の妨げにならない物体により作業車の走行が制限されることが抑制されるので、作業車の走行の自由度を高めることができる。
また上記の特徴構成によれば、取得される三次元形状データが、二次元座標と高さとで定義される点の集合体となるので、除去部の処理が容易になり好ましい。
そして周囲よりも高さが大きく、且つ幅の小さい物体は、柔軟な草花である可能性が高く、作業車が接触しても走行の妨げにならない物体である可能性が高い。上記の特徴構成によれば、作業車が接触しても走行の妨げにならない物体に対応するデータを適切に除去して、作業車の走行の自由度を高めることができる。

【0010】

【0011】

【0012】

【0013】

【0014】

上述した課題を解決する手段として、本発明のシステムは、作業車の走行を支援するためのシステムであって、前記作業車が圃場を走行している時に前記作業車に設けられたセンサから前記圃場の外縁領域の形状を示す三次元形状データを二次元座標と高さとで定義される点の集合体として経時的に取得するデータ取得部と、前記作業車が接触しても走行の妨げにならない物体に対応するデータを前記三次元形状データから除去する除去部と、前記除去部により処理された前記三次元形状データに基づいて、圃場走行中の前記作業車が越境不能な境界を示す外縁マップを生成する生成部と、を備え、前記除去部は、前記高さの偏差値を前記点毎に算出し、算出された前記偏差値が偏差値閾値よりも大きい前記点を前記物体に対応するデータと見なして前記三次元形状データから除去することを特徴とする。

【0015】

上記の特徴構成によれば、取得された三次元形状データから、作業車が接触しても走行の妨げにならない物体に対応するデータが除去処理されて、処理済みの三次元形状データに基づいて外縁マップが生成される。従って、作業車が接触しても走行の妨げにならない物体により作業車の走行が制限されることが抑制されるので、作業車の走行の自由度を高めることができる。
また上記の特徴構成によれば、取得される三次元形状データが、二次元座標と高さとで定義される点の集合体となるので、除去部の処理が容易になり好ましい。
そして、周囲よりも高さが飛び抜けて大きい物体は、背の高い草花である可能性が高く、作業車が接触しても走行の妨げにならない物体である可能性が高い。上記の特徴構成によれば、作業車が接触しても走行の妨げにならない物体に対応するデータを適切に除去して、作業車の走行の自由度を高めることができる。

【0016】

上述した課題を解決する手段として、本発明のシステムは、作業車の走行を支援するためのシステムであって、前記作業車が圃場を走行している時に前記作業車に設けられたセンサから前記圃場の外縁領域の形状を示す三次元形状データを二次元座標と高さとで定義される点の集合体として経時的に取得するデータ取得部と、前記作業車が接触しても走行の妨げにならない物体に対応するデータを前記三次元形状データから除去する除去部と、前記除去部により処理された前記三次元形状データに基づいて、圃場走行中の前記作業車が越境不能な境界を示す外縁マップを生成する生成部と、を備え、前記除去部は、前記高さの平均値を算出し、前記高さと前記平均値との差を前記点毎に算出し、算出された前記差が差閾値よりも大きい前記点を前記物体に対応するデータと見なして前記三次元形状データから除去することを特徴とする。

【0017】

上記の特徴構成によれば、取得された三次元形状データから、作業車が接触しても走行の妨げにならない物体に対応するデータが除去処理されて、処理済みの三次元形状データに基づいて外縁マップが生成される。従って、作業車が接触しても走行の妨げにならない物体により作業車の走行が制限されることが抑制されるので、作業車の走行の自由度を高めることができる。
また上記の特徴構成によれば、取得される三次元形状データが、二次元座標と高さとで定義される点の集合体となるので、除去部の処理が容易になり好ましい。
そして、高さが平均値よりも大きい物体は、背の高い草花である可能性が高く、作業車が接触しても走行の妨げにならない物体である可能性が高い。上記の特徴構成によれば、作業車が接触しても走行の妨げにならない物体に対応するデータを適切に除去して、作業車の走行の自由度を高めることができる。

【0018】

本発明において、前記作業車が前記外縁マップにより示される境界の外側へ出ることがないように前記作業車の走行を制御する走行制御部を更に備えると好ましい。

【0019】

上記の特徴構成によれば、外縁マップにより示される境界の外側へ出ないように作業車の走行が制御されるので、作業車が接触しても走行の妨げにならない物体により作業車の走行が制限されることが抑制され、作業車の走行の自由度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】コンバインの左側面及び外縁領域を示す図である。

【図2】コンバインの上面及び外縁領域を示す図である。

【図3】第１作業走行を示す図である。

【図4】第２作業走行を示す図である。

【図5】制御部に関する構成を示すブロック図である。

【図6】外縁マップの生成の処理を示す図である。

【図7】除去部によるデータの除去の説明図である。

【図8】外縁マップの一例を示す図である。

【図9】外縁マップの一例を示す図である。

【図10】走行制御フローを示すフローチャートである。

【図11】コンバインの左側面を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明のシステムの実施形態としての走行管理システムＡについて、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。

【0022】

〔コンバインの全体構成〕
図１に、作業車の一例として、普通型のコンバイン１が示されている。コンバイン１の前進する方向を「前」、後進する方向を「後」と定義する。コンバイン１の前進する方向を向いたときの右側を「右」、左側を「左」と定義する。図面において「前」が矢印Ｆ、「後」が矢印Ｂ、「上」が矢印Ｕ、「下」が矢印Ｄ、「左」が矢印Ｌ、「右」が矢印Ｒにより、それぞれ示されている。

【0023】

コンバイン１の機体１０は、機体フレーム９、収穫部Ｈ、クローラ式の走行装置１１、運転部１２、脱穀装置１３、穀粒タンク１４、搬送部１６、穀粒排出装置１８、衛星測位モジュール８０を備えている。

【0024】

走行装置１１は、コンバイン１の機体１０における下部に備えられている。また、走行装置１１は、エンジン（図示せず）からの動力によって駆動する。そして、コンバイン１は、走行装置１１によって自走可能である。

【0025】

また、運転部１２、脱穀装置１３、穀粒タンク１４は、走行装置１１の上側に備えられている。また、運転部１２、脱穀装置１３、穀粒タンク１４は、機体フレーム９に支持されている。運転部１２には、コンバイン１の作業を監視するオペレータが搭乗可能である。尚、オペレータは、コンバイン１の機外からコンバイン１の作業を監視していても良い。

【0026】

機体フレーム９は、複数の金属製の長尺部材を格子状に連結することにより構成されている。

【0027】

図１及び図２に示すように、穀粒排出装置１８は、穀粒タンク１４の上側に設けられている。また、衛星測位モジュール８０は、運転部１２の上面に取り付けられている。

【0028】

収穫部Ｈは、機体１０における前部に備えられている。そして、搬送部１６は、収穫部Ｈの後側に設けられている。また、収穫部Ｈは、刈取装置１５及びリール１７を含んでいる。

【0029】

刈取装置１５は、圃場５（図３参照）の植立穀稈を刈り取る。また、リール１７は、機体左右方向に沿うリール軸芯１７ｂ周りに回転駆動しながら収穫対象の植立穀稈を掻き込む。刈取装置１５により刈り取られた刈取穀稈は、搬送部１６へ送られる。

【0030】

この構成により、収穫部Ｈは、圃場５の作物を収穫する。そして、コンバイン１は、刈取装置１５によって圃場５の植立穀稈を刈り取りながら走行装置１１によって走行する刈取走行が可能である。

【0031】

収穫部Ｈにより収穫された刈取穀稈は、搬送部１６によって機体後方へ搬送される。これにより、刈取穀稈は脱穀装置１３へ搬送される。

【0032】

脱穀装置１３において、刈取穀稈は脱穀処理される。脱穀処理により得られた穀粒は、穀粒タンク１４に貯留される。穀粒タンク１４に貯留された穀粒は、必要に応じて、穀粒排出装置１８によって機外に排出される。

【0033】

ここで、コンバイン１は、図３及び図４に示すように、外縁領域６の内側に位置する圃場５において、作物を収穫するように構成されている。尚、外縁領域６は、圃場５を囲む状態で設けられている。すなわち、外縁領域６は圃場５の外の領域である。

【0034】

本実施形態では、図１、図２に示されるように、外縁領域６に畦畔６１、及び水栓６２が設けられている。畦畔６１は、圃場５を囲む盛り土であって、斜めに傾斜する側面部６１ａと、平坦な上面部６１ｂと、を備えている。側面部６１ａの上端を、境界６１ｃとして示す。水栓６２は、畦畔６１の上面部６１ｂの上に配置されている。また、畦畔６１の上面部６１ｂに、雑草６３が生えているものとする。

【0035】

コンバイン１は、図３に示すように、第１作業走行を実行可能に構成されている。第１作業走行とは、圃場５の外周領域ＳＡにおいて行われる作業走行である。尚、外周領域ＳＡとは、図４に示すように、圃場５内の外周部に位置する領域である。

【0036】

本実施形態において、第１作業走行での周回数は１回である。しかしながら、第１作業走行での周回数は、２回以上のいかなる回数であっても良い。

【0037】

そして、コンバイン１は、第１作業走行を行った後、図４に示すように、第２作業走行を行うことにより、圃場５における作業走行を実行可能である。第２作業走行とは、第１作業走行の後に外周領域ＳＡよりも内側の作業対象領域ＣＡにおいて行われる作業走行である。

【0038】

尚、本実施形態における「作業走行」は、具体的には、植立穀稈を刈り取りながら走行する刈取走行である。しかしながら、本発明はこれに限定されず、上述の「作業走行」として、走行しながら、植立穀稈の刈り取り以外の作業が行われても良い。

【0039】

本実施形態においては、図３に示す第１作業走行は手動走行により行われる。また、図４に示す第２作業走行は自動走行により行われる。しかしながら、本発明はこれに限定されず、第１作業走行は自動走行により行われても良い。また、第２作業走行は手動走行により行われても良い。

【0040】

〔走行管理システム〕
コンバイン１の走行は、図５に示される走行管理システムＡにより制御される。走行管理システムＡは、制御部２０及び衛星測位モジュール８０を備えている。

【0041】

制御部２０は、後述する機能モジュールに対応するプログラムを記憶するメモリ（ＨＤＤや不揮発性ＲＡＭなど。図示省略）と、当該プログラムを実行するＣＰＵ（図示省略）と、を備えている。プログラムがＣＰＵにより実行されることにより、各機能部の機能が実現される。すなわち、制御部２０は、プログラムを記憶した一次的ではない（ｎｏｎ－ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ）記録媒体を備える。

【0042】

制御部２０は、コンバイン１に搭載された１つ又は複数のＥＣＵにより構成されてもよい。制御部２０の一部又は全部が、コンバイン１に搭載された携帯情報端末等に設けられてもよいし、コンバイン１の外部のコンピュータやサーバ等に設けられてもよい。

【0043】

制御部２０は、機能モジュールとして、自車位置算出部２１、作業領域算出部２２、第１経路生成部２３、及び自動走行制御部２４を備えている。自動走行制御部２４は、コンバイン１の自動走行を制御する。また、自動走行制御部２４は、経路選択部２７、第２経路生成部２８、及び走行制御部２９を含んでいる。これら機能モジュールの機能・動作については後述する。

【0044】

なお、制御部２０は、各機能モジュールの動作により生成されるデータを記憶する記憶装置２０ａを備えている。

【0045】

衛星測位モジュール８０は、人工衛星ＧＳ（図１）からＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）の信号を受信して、受信した信号に基づいてコンバイン１の自車位置を示す測位データを生成する。ＧＮＳＳとしては、ＧＰＳ、ＱＺＳＳ、Ｇａｌｉｌｅｏ、ＧＬＯＮＡＳＳ、ＢｅｉＤｏｕ、等を利用可能である。

【0046】

自車位置算出部２１は、衛星測位モジュール８０により出力された測位データに基づいて、コンバイン１の位置座標を経時的に算出する。算出されたコンバイン１の経時的な位置座標は、作業領域算出部２２及び自動走行制御部２４へ送られる。

【0047】

作業領域算出部２２は、自車位置算出部２１から受け取ったコンバイン１の経時的な位置座標に基づいて、図４に示すように、外周領域ＳＡ及び作業対象領域ＣＡを算出する。

【0048】

より具体的には、作業領域算出部２２は、自車位置算出部２１から受け取ったコンバイン１の経時的な位置座標に基づいて、圃場５における第１作業走行でのコンバイン１の走行軌跡を算出する。そして、作業領域算出部２２は、算出されたコンバイン１の走行軌跡に基づいて、コンバイン１が第１作業走行を行った領域を外周領域ＳＡとして算出する。
また、作業領域算出部２２は、算出された外周領域ＳＡにより囲まれた領域を、作業対象領域ＣＡとして算出する。

【0049】

例えば、図３においては、圃場５における第１作業走行でのコンバイン１の走行経路が矢印で示されている。この走行経路に沿った刈取走行が完了すると、圃場５は、図４に示す状態となる。

【0050】

図４に示すように、作業領域算出部２２は、コンバイン１が第１作業走行を行った領域を外周領域ＳＡとして算出する。また、作業領域算出部２２は、算出された外周領域ＳＡにより囲まれた領域を、作業対象領域ＣＡとして算出する。

【0051】

そして、図５に示すように、作業領域算出部２２による算出結果は、第１経路生成部２３へ送られる。

【0052】

第１経路生成部２３は、作業領域算出部２２から受け取った算出結果に基づいて、図４に示すように、作業対象領域ＣＡにおける刈取走行のための走行経路である目標経路ＬＩを生成する。尚、図４に示すように、本実施形態においては、目標経路ＬＩは、縦横方向に延びる複数のメッシュ線である。また、複数のメッシュ線は直線でなくても良く、湾曲していても良い。

【0053】

図５に示すように、第１経路生成部２３により生成された複数の目標経路ＬＩは、自動走行制御部２４へ送られる。

【0054】

自動走行制御部２４における経路選択部２７は、自車位置算出部２１から受け取ったコンバイン１の位置座標と、第１経路生成部２３から受け取った複数の目標経路ＬＩと、に基づいて、コンバイン１が次に走行するべき目標経路ＬＩを選択する。経路選択部２７により選択された目標経路ＬＩを示す情報は、走行制御部２９へ送られる。

【0055】

走行制御部２９は、走行装置１１を制御可能に構成されている。そして、走行制御部２９は、自車位置算出部２１から受け取ったコンバイン１の位置座標と、経路選択部２７により選択された目標経路ＬＩを示す情報と、に基づいて、コンバイン１の自動走行を制御する。より具体的には、走行制御部２９は、図４に示すように、目標経路ＬＩに沿った自動走行によって刈取走行が行われるように、コンバイン１の走行を制御する。

【0056】

この自動走行において、走行制御部２９は、現在走行している目標経路ＬＩの次に、経路選択部２７により選択された目標経路ＬＩに沿った刈取走行が行われるように、コンバイン１の走行を制御する。

【0057】

図１及び図５に示すように、コンバイン１は、刈取シリンダ１５Ａを備えている。刈取シリンダ１５Ａは、機体フレーム９に接続されている。搬送部１６及び収穫部Ｈは、刈取シリンダ１５Ａに支持されている。即ち、搬送部１６及び収穫部Ｈは、刈取シリンダ１５Ａを介して、機体フレーム９に支持されている。

【0058】

また、搬送部１６の後端部は、脱穀装置１３に接続されている。この構成により、搬送部１６及び収穫部Ｈは、脱穀装置１３を介して、機体フレーム９に支持されている。

【0059】

走行制御部２９は、刈取シリンダ１５Ａを制御可能に構成されている。走行制御部２９が刈取シリンダ１５Ａを伸び方向に制御すると、搬送部１６及び収穫部Ｈは、一体的に、収穫部Ｈが上昇する方向に揺動する。これにより、収穫部Ｈは機体フレーム９に対して上昇する。

【0060】

また、走行制御部２９が刈取シリンダ１５Ａを縮み方向に制御すると、搬送部１６及び収穫部Ｈは、一体的に、収穫部Ｈが下降する方向に揺動する。これにより、収穫部Ｈは機体フレーム９に対して下降する。

【0061】

この構成により、走行制御部２９は、収穫部Ｈの昇降を制御可能である。また、収穫部Ｈは機体フレーム９に対して昇降可能に構成されている。

【0062】

〔外縁マップに関する構成〕
図１、図２、図５に示すように、コンバイン１は、検出装置３１（センサの一例）を備えている。検出装置３１は、外縁領域６のうち、機体１０の進行方向前方に位置する部分を検出対象として、コンバイン１の圃場走行中に、外縁領域６の形状を検出する。

【0063】

詳述すると、本実施形態における検出装置３１は、ＴｏＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ ｆｌｉｇｈｔ）測定方式の測定装置である二次元スキャンＬｉＤＡＲである。尚、本発明はこれに限定されず、検出装置３１は、三次元スキャンＬｉＤＡＲであっても良い。また、検出装置３１の測定方式は、ＴｏＦ測定方式に限定されず、ステレオマッチング測定方式等であっても良い。

【0064】

図５に示すように、自車位置算出部２１により算出されたコンバイン１の位置座標は、検出装置３１へ送られる。そして、検出装置３１は、ＴｏＦ測定方式の測定結果と、自車位置算出部２１から受け取ったコンバイン１の位置座標と、に基づいて、前方領域ＦＡ（図１参照）に存在する物体の形状を示す三次元形状データを生成する。三次元形状データは、物体の位置及び高さを示す点群データであり、二次元座標と高さとで定義される点の集合体である。

【0065】

図５に示すように、制御部２０は、マップ生成部４１を有している。検出装置３１によって生成された三次元形状データは、マップ生成部４１へ送られる。

【0066】

マップ生成部４１は、データ取得部４２、除去部４３、及び生成部４４を備えている。
以下、図６を参照しながら、これらの機能モジュールの動作について説明する。

【0067】

データ取得部４２は、コンバイン１が圃場５を走行している時に検出装置３１から圃場５の外縁領域６の形状を示す三次元形状データを経時的に取得する。取得された三次元形状データは、記憶装置２０ａに記憶される。

【0068】

除去部４３は、コンバイン１が接触しても走行の妨げにならない物体Ｘに対応するデータを、三次元的な粗密に基づいて、三次元形状データから除去する。コンバイン１が接触しても走行の妨げにならない物体Ｘとは、例えば、草木や雑草、柔軟なロープ等であり、本実施形態では雑草６３（図１、図２）がこれに該当する。一方、水栓６２は硬く頑丈な物体であり、コンバイン１が接触すると走行の妨げとなる物体である。

【0069】

除去部４３による処理の具体例が図７に示されている。図７の左に示される外縁領域６の形状が、検出装置３１により検出されて、図７の右に示される三次元形状データが生成されたとする。なお図７では、三次元形状データが、縦軸を高さとし横軸を二次元座標として示されている。

【0070】

まず、除去部４３は、周囲よりも高さが大きい点の集合を特定する。図示例では、３つの集合Ｓ１、Ｇ２、Ｇ３が特定されている。集合Ｓ１が、水栓６２に対応する点の集合である。集合Ｓ２、Ｇ３が、雑草６３に対応する点の集合である。

【0071】

除去部４３は、特定された集合の二次元方向の幅が所定の幅閾値よりも小さい場合に集合を物体Ｘに対応するデータと見なして三次元形状データから除去する。

【0072】

図示例では、集合Ｓ１の幅Ｗ１が幅閾値よりも大きいため、除去部４３は集合Ｓ１を除去しない。集合Ｓ２の幅Ｗ２及び集合Ｓ３の幅Ｗ３が幅閾値よりも小さいため、除去部４３は集合Ｓ２、Ｓ３を三次元形状データから除去する。

【0073】

なお、幅閾値は予め設定されて制御部２０の記憶装置２０ａに記憶されている。幅閾値は、コンバイン１が接触しても走行の妨げにならない物体Ｘに対応するデータを三次元形状データ除去から除去可能なように、比較的小さい値に設定される。また、幅閾値は、コンバイン１が接触すると走行の妨げとなる物体（例えば、水栓６２など）に対応するデータを三次元形状データから除去しないように、比較的小さい値に設定される。例えば、幅閾値は、２ｃｍに設定される。

【0074】

生成部４４は、除去部４３により処理された三次元形状データに基づいて、圃場走行中のコンバイン１が越境不能な境界を示す外縁マップＧを生成する。

【0075】

外縁マップＧは、外縁領域６の立体形状の分布を示すものである。即ち、外縁マップＧは、外縁領域６にある物体の位置及び高さを示すものである。

【0076】

図８に、外縁マップＧの一例が示されている。図示例では、外縁マップＧとしての、第１境界線Ｇ１及び第２境界線Ｇ２が示されている。

【0077】

第１境界線Ｇ１は、外縁領域６のうち、機体フレーム９の下端と同じ高さに位置する各地点を結んだ線である。生成部４４は、除去部４３により処理された三次元形状データ、及び記憶装置２０ａに記憶されている機体フレーム９の下端の高さに基づいて、第１境界線Ｇ１を算出する。

【0078】

ここで、機体フレーム９の下端は、圃場５の表面と、畦畔６１の上面部６１ｂと、の間に位置している（図１）。外縁領域６における、機体フレーム９の下端と同じ高さに位置する点は、畦畔６１の側面部６１ａに対応する点となる。従って、図８に示されるように、第１境界線Ｇ１が、圃場５の境界線と、畦畔６１の側面部６１ａの上端（境界６１ｃ）との間に位置する。

【0079】

第１境界線Ｇ１の位置には、機体フレーム９の下端の高さに、外縁領域６の物体（畦畔６１の側面部６１ａ）が存在する。従って、コンバイン１の機体フレーム９は第１境界線Ｇ１を超えることができない。この意味で、外縁マップＧの第１境界線Ｇ１は、コンバイン１の機体フレーム９が越境不能な境界を示す。

【0080】

第２境界線Ｇ２は、外縁領域６のうち、上昇した状態の収穫部Ｈの下端と同じ高さに位置する各地点を結んだ線である。生成部４４は、除去部４３により処理された三次元形状データ、及び記憶装置２０ａに記憶されている上昇した状態の収穫部Ｈの下端の高さに基づいて、第２境界線Ｇ２を算出する。

【0081】

ここで、上昇した状態の収穫部Ｈの下端は、畦畔６１の上面部６１ｂよりも上に位置し、水栓６２の上端よりも下に位置している。外縁領域６における、上昇した状態の収穫部Ｈの下端と同じ高さに位置する点は、水栓６２に対応する点となる。従って、図８に示されるように、第２境界線Ｇ２は、水栓６２の近傍において水栓６２に沿って延びる。また、その余の場所では、上昇した状態の収穫部Ｈの下端に対応する点が存在しないため、第２境界線Ｇ２は圃場５から遠く離れた位置に配置される。

【0082】

水栓６２の近傍において、第２境界線Ｇ２の位置には、上昇した状態の収穫部Ｈの下端の高さに、外縁領域６の物体（水栓６２）が存在する。従って、コンバイン１の上昇した状態の収穫部Ｈの下端は第２境界線Ｇ２を超えることができない。この意味で、外縁マップＧの第２境界線Ｇ２は、コンバイン１の上昇した状態の収穫部Ｈの下端が越境不能な境界を示す。なお、図８の例では、水栓６２の近傍以外の第２境界線Ｇ２は、データ処理の便宜上、圃場５から遠く離れた位置に配置された境界線であり、外縁領域６の物体の存在を示さない。

【0083】

〔外縁マップを用いた走行制御〕
図５に示されるように、自動走行制御部２４は、第２経路生成部２８を有している。第２経路生成部２８は、外縁マップＧに基づいて、外周領域ＳＡの内部におけるコンバイン１の目標経路ＯＬ（図４）を生成する。目標経路ＯＬは、作業対象領域ＣＡにおける第１作業走行の目標経路ＬＩ同士を接続する走行経路である。

【0084】

経路選択部２７が、第２経路生成部２８が生成した目標経路ＯＬを、次に走行するべき目標経路として選択する。走行制御部２９は、第２経路生成部２８が生成し経路選択部２７が選択した目標経路ＯＬに沿ってコンバイン１が走行するよう、走行装置１１を制御する。なお、走行制御部２９が、目標経路ＯＬを走行するときに、刈取シリンダ１５Ａを制御して収穫部Ｈを上昇させると好ましい。

【0085】

外縁マップＧを用いない場合、外縁領域６の物体の位置及び形状が不明である。従って、外縁領域６の物体とコンバイン１との接触を回避するために、目標経路ＯＬは、コンバイン１の機体全体が圃場５の境界の内側を通るように生成される必要がある。そうすると、外周領域ＳＡの幅が狭い場合には、方向転換のために前進と後進とを何度も繰り返す必要が生じる。また、外周領域ＳＡの幅を大きくするために、周回走行（第１作業走行）が更に必要となる場合がある。

【0086】

外縁マップＧに基づいて目標経路ＯＬを生成することにより、図８に示されるような、コンバイン１の機体１０の一部が圃場５の境界の外を通過するような目標経路ＯＬを生成可能である。

【0087】

図８の例では、機体フレーム９が圃場５の境界を越境し、かつ第１境界線Ｇ１を越境しないように、目標経路ＯＬが生成されている。また、上昇した状態の収穫部Ｈが圃場５の境界及び第１境界線Ｇ１を越境し、かつ第２境界線Ｇ２を越境しないように、目標経路ＯＬが生成されている。

【0088】

すなわち、第２経路生成部２８は、機体フレーム９が第１境界線Ｇ１を越境しないように、かつ、上昇した状態の収穫部Ｈが第２境界線Ｇ２を越境しないように、目標経路ＯＬを生成する。走行制御部２９は、目標経路ＯＬに沿ってコンバイン１を自動走行させる。
すなわち、走行制御部２９は、コンバイン１が外縁マップＧにより示される境界の外側へ出ることがないように、コンバイン１の走行を制御する。

【0089】

ここで、走行管理システムＡが除去部４３を備えない場合を考える。この場合、データ取得部４２が取得した三次元形状データから、コンバイン１が接触しても走行の妨げにならない物体Ｘ（雑草６３）に対応するデータが除去されない。そうすると、図９に示されるように、外縁マップＧの第２境界線Ｇ２に、雑草６３に対応する部位が存在することになる。

【0090】

第２経路生成部２８は、上昇した状態の収穫部Ｈが第２境界線Ｇ２を越境しないように目標経路ＯＬを生成するので、コンバイン１は雑草６３の手前までしか前進できないことになる。すなわち、図８に示される位置よりも手前で停止することになり、コンバイン１の走行の自由度が制限される。換言すれば、除去部４３の作用により、生成部４４が生成する外縁マップＧが適切なものとなり、コンバイン１の走行の自由度が高められる。

【0091】

〔走行制御フロー〕
走行管理システムＡの制御部２０は、図１０に示される走行制御フローに従って、コンバイン１の走行を制御するように構成されている。この走行制御フローは、第１作業走行の開始前に実行される。

【0092】

自車位置算出部２１が、第１作業走行の間、コンバイン１の位置座標を経時的に算出する（ステップＳ０１）。

【0093】

作業領域算出部２２が、ステップＳ０１で算出されたコンバイン１の経時的な位置座標に基づいて、外周領域ＳＡ及び作業対象領域ＣＡを算出する（ステップＳ０２）。

【0094】

第１経路生成部２３が、ステップＳ０２の算出結果に基づいて、作業対象領域ＣＡにおける刈取走行のための走行経路である目標経路ＬＩを生成する（ステップＳ０３）。

【0095】

データ取得部４２が、コンバイン１が第１作業走行を行っている時に検出装置３１から圃場５の外縁領域６の形状を示す三次元形状データを経時的に取得する（ステップＳ０４）。

【0096】

除去部４３が、コンバイン１が接触しても走行の妨げにならない物体Ｘに対応するデータを、三次元的な粗密に基づいて、ステップＳ０４で取得された三次元形状データから除去する（ステップＳ０５）。

【0097】

生成部４４が、ステップＳ０５で処理された三次元形状データに基づいて、圃場走行中のコンバイン１が越境不能な境界を示す外縁マップＧを生成する（ステップＳ０６）。

【0098】

ステップＳ０４、Ｓ０５、Ｓ０６の処理は、ステップＳ０１、Ｓ０２、Ｓ０３の処理と同時並行で行われてもよい。

【0099】

第２経路生成部２８が、ステップＳ０６で生成された外縁マップＧに基づいて、外周領域ＳＡの内部におけるコンバイン１の目標経路ＯＬを生成する（ステップＳ０７）。

【0100】

経路選択部２７が、次に走行するべき目標経路を、ステップＳ０３で生成された目標経路ＬＩ、及びステップＳ０７で生成された目標経路ＯＬのうちから選択する（ステップＳ０８）。

【0101】

走行制御部２９が、ステップＳ０８で選択された目標経路ＬＩ又は目標経路ＯＬに沿ってコンバイン１を自動走行させる（ステップＳ０９）。

【0102】

作業対象領域ＣＡでの作業が完了するまで、ステップＳ０８及びステップＳ０９が繰り返される。作業対象領域ＣＡを網羅する刈取走行の終了後、操向制御フローは終了する。

【0103】

〔他の実施形態〕
（１）図８に示されるように、上昇した状態の収穫部Ｈが、検出装置３１の検出領域（前方領域ＦＡ）に位置する場合がある。この状態で生成された三次元形状データには、収穫部Ｈに対応する点群が含まれる可能性がある。しかし、それら点群は、外周領域ＳＡの物体の形状と無関係であるため、三次元形状データから除去されると好ましい。

【0104】

検出装置３１又はデータ取得部４２が、生成された三次元形状データから、領域Ｙ（図１１）の内部に位置する点を三次元形状データから除去するように構成されると好ましい。領域Ｙは、上昇した状態の収穫部Ｈに対応する形状の領域であり、例えば、直方体形状の領域である。

【0105】

（２）除去部４３が、高さの偏差値を点毎に算出し、算出された偏差値が偏差値閾値よりも大きい点を物体Ｘに対応するデータと見なして三次元形状データから除去するように構成されてもよい。周囲よりも高さが飛び抜けて大きい物体は、背の高い草花である可能性が高く、作業車が接触しても走行の妨げにならない物体である可能性が高い。このような物体に対応するデータを、高さの偏差値により特定して除去することが可能である。偏差値閾値は、例えば６５である。

【0106】

なお、偏差値の算出を、二次元座標における微少な領域（例えば、２ｃｍ四方の領域）に区切って当該領域において実行すると好ましい。この場合、水栓や構造物などの幅の大きい物体に対応するデータを除去することが抑制される。

【0107】

（３）除去部４３が、高さの平均値を算出し、高さと平均値との差を点毎に算出し、算出された差が差閾値よりも大きい点を物体Ｘに対応するデータと見なして三次元形状データから除去するように構成されてもよい。高さが平均値よりも大きい物体は、背の高い草花である可能性が高く、作業車が接触しても走行の妨げにならない物体である可能性が高い。このような物体に対応するデータを、高さと平均値との差（高さから平均値を差し引いた値）により特定して除去することが可能である。差閾値は、例えば、１５ｃｍである。

【0108】

なお、平均値及び差の算出を、二次元座標における微少な領域（例えば、２ｃｍ四方の領域）に区切って当該領域において実行すると好ましい。この場合、水栓や構造物などの幅の大きい物体に対応するデータを除去することが抑制される。

【0109】

（４）走行装置１１は、ホイール式であっても良いし、セミクローラ式であっても良い。

【0110】

（５）上記実施形態においては、第１経路生成部２３により生成される目標経路ＬＩは、縦横方向に延びる複数のメッシュ線である。しかしながら、本発明はこれに限定されず、第１経路生成部２３により生成される目標経路ＬＩは、縦横方向に延びる複数のメッシュ線でなくても良い。例えば、第１経路生成部２３により生成される目標経路ＬＩは、渦巻き状の走行経路であっても良い。また、目標経路ＬＩは、別の目標経路ＬＩと直交していなくても良い。また、第１経路生成部２３により生成される目標経路ＬＩは、互いに平行な複数の平行線であっても良い。

【0111】

（６）上記実施形態においては、作業領域算出部２２が、コンバイン１が第１作業走行を行った領域を外周領域ＳＡとして算出する。しかしながら、本発明はこれに限定されない。外周領域ＳＡは、コンバイン１が第１作業走行を行う前に決定されていても良い。

【産業上の利用可能性】

【0112】

本発明は、作業車の走行の管理に利用可能である。作業車は、普通型のコンバインだけでなく、自脱型のコンバイン、各種の収穫機（トウモロコシ収穫機、ジャガイモ収穫機、ニンジン収穫機など）、田植機、圃場管理機、建設作業機等であってもよい。

【符号の説明】

【0113】

１ ：コンバイン（作業車）
５ ：圃場
６ ：外縁領域
２９ ：走行制御部
３１ ：検出装置（センサ）
４２ ：データ取得部
４３ ：除去部
４４ ：生成部
Ａ ：走行管理システム（システム）
Ｇ ：外縁マップ
Ｓ１ ：集合
Ｓ２ ：集合
Ｓ３ ：集合
Ｗ１ ：幅
Ｗ２ ：幅
Ｗ３ ：幅
Ｘ ：物体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】