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(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】2025-11-14
(45)【発行日】2025-11-25
(54)【発明の名称】自動運転を行う農業機械のための経路計画システム
(51)【国際特許分類】
A01B 69/00 20060101AFI20251117BHJP
G05D 1/648 20240101ALI20251117BHJP
G05D 1/43 20240101ALI20251117BHJP
G05D 1/246 20240101ALI20251117BHJP
【ＦＩ】
A01B69/00 303
G05D1/648
G05D1/43
G05D1/246
【請求項の数】
16
(21)【出願番号】P 2023563739
(86)(22)【出願日】2022-11-25
(86)【国際出願番号】 JP2022043469
(87)【国際公開番号】W WO2023095856
(87)【国際公開日】2023-06-01
【審査請求日】2024-05-09
(31)【優先権主張番号】P 2021191198
(32)【優先日】2021-11-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(31)【優先権主張番号】P 2021191199
(32)【優先日】2021-11-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(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】100101683
【弁理士】
【氏名又は名称】奥田 誠司
(74)【代理人】
【識別番号】100155000
【弁理士】
【氏名又は名称】喜多 修市
(74)【代理人】
【識別番号】100139930
【弁理士】
【氏名又は名称】山下 亮司
(74)【代理人】
【識別番号】100188813
【弁理士】
【氏名又は名称】川喜田 徹
(74)【代理人】
【識別番号】100202197
【弁理士】
【氏名又は名称】村瀬 成康
(74)【代理人】
【識別番号】100202142
【弁理士】
【氏名又は名称】北 倫子
(72)【発明者】
【氏名】宮下 隼輔
(72)【発明者】
【氏名】村田 裕亮
【審査官】大澤 元成
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１７－２２１１６４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１７５２６２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－０２８６８８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ａ０１Ｂ ６９／００－６９／０８
Ｇ０５Ｄ １／００－ １／８７
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
自動運転を行う農業機械のための経路計画システムであって、複数の圃場および前記複数の圃場の周辺の道の位置情報を含む地図、ならびに、前記農業機械によって実行される農作業の順序、前記農作業が行われる複数の圃場、各農作業が行われる予定の日および時刻を示す情報を含む作業計画を記憶する記憶装置と、
前記地図上における前記農業機械の経路を生成する処理装置と、
を備え、
前記処理装置は、
前記農業機械が前記複数の圃場のそれぞれにおいて農作業を行いながら走行する第１経路を、ユーザが入力した情報に基づいて前記地図上の圃場に生成し、
前記複数の圃場を結ぶ第２経路を、前記作業計画に基づいて前記地図上の道に生成し、
前記第１経路と前記第２経路とを生成した後、前記第１経路と前記第２経路とを接続する、
経路計画システム。
【請求項2】
前記処理装置は、前記第１経路を生成する圃場内経路生成モードと、前記第２経路を生成する圃場外経路生成モードとで動作し、
前記圃場内経路生成モードにおいて、第１の経路生成アルゴリズムに従って前記第１経路を生成し、
前記圃場外経路生成モードにおいて、前記第１の経路生成アルゴリズムとは異なる第２の経路生成アルゴリズムに従って前記第２経路を生成し、
前記第１経路と前記第２経路とを接続する、
請求項１に記載の経路計画システム。
【請求項3】
前記地図は、前記農業機械が農作業を行わない間、待機するために設けられる待機場所の位置情報を含み、前記処理装置は、前記作業計画に基づいて、前記待機場所から前記複数の圃場のうち最初に農作業が行われる圃場までの経路を、前記第２経路として生成する、請求項１に記載の経路計画システム。
【請求項4】
前記地図は、前記農業機械が農作業を行わない間、待機するために設けられる複数の待機場所の位置情報を含み、
前記記憶装置は、前記複数の待機場所と前記複数の圃場との対応関係を示すデータを記憶し、
前記処理装置は、前記データおよび前記作業計画に基づいて、ある待機場所から所定期間内で最初に前記農作業が行われる圃場までの経路、前記期間内に前記農作業が行われる複数の圃場を結ぶ経路、および前記期間内で最後に前記農作業が行われる圃場から前記待機場所または他の待機場所までの経路を、前記第２経路として生成する、
請求項１に記載の経路計画システム。
【請求項5】
前記処理装置は、前記道に加えて少なくとも前記農作業が行われる複数の圃場のそれぞれの入口に前記第２経路を生成し、且つ、前記入口に生成した前記第２経路と前記第１経路の開始地点とを結ぶ第３経路を生成する、請求項１に記載の経路計画システム。
【請求項6】
前記処理装置は、前記道に加えて少なくとも前記複数の圃場のそれぞれの出口に前記第２経路を生成し、且つ、前記出口に生成した前記第２経路と前記第１経路の終了地点とを結ぶ第４経路を生成する、請求項５に記載の経路計画システム。
【請求項7】
前記処理装置は、前記作業計画に基づいて、前記複数の圃場において農作業が既に行われた領域を決定し、前記第３経路を、前記複数の圃場のそれぞれにおいて前記農作業が行われた領域を除く領域に生成する、請求項５に記載の経路計画システム。
【請求項8】
前記処理装置は、前記作業計画に基づいて、前記複数の圃場において農作業が既に行われた領域を決定し、前記第４経路を、前記複数の圃場のそれぞれにおいて前記農作業が行われた領域を除く領域に生成する、請求項６に記載の経路計画システム。
【請求項9】
前記処理装置が生成した前記第２経路に沿って前記農業機械が走行しているとき、前記処理装置は、前記農業機械が備えるセンシング装置によって取得されたセンシングデータに基づいて、前記第２経路の一部に沿った複数のウェイポイントによって規定される、障害物を回避可能な局所的経路を生成し、前記局所的経路を示す情報を、前記農業機械の走行を制御する制御装置に出力する動作を繰り返す、請求項１に記載の経路計画システム。
【請求項10】
前記処理装置は、前記農業機械が備えるセンシング装置によって取得されたセンシングデータに基づいて、前記農業機械の周辺の構造物、前記農業機械が走行している前記道の状態、および前記農業機械の周辺の草木の状態の少なくとも一つを認識し、前記認識した構造物および前記状態の少なくとも一つを前記地図に反映し、
前記認識した構造物および前記状態の少なくとも一つに基づいて、前記地図における道に、通行が困難であることを示す属性情報を付加する、
請求項１に記載の経路計画システム。
【請求項11】
前記処理装置は、前記農業機械が備えるセンシング装置によって取得されたセンシングデータに基づいて、前記農業機械が走行している前記道の状態、および前記農業機械の周辺の草木の状態の少なくとも一つを認識し、認識した前記状態を前記地図に反映し、
認識した前記状態が所定の条件を満たすとき、前記第２経路を変更する、
請求項１に記載の経路計画システム。
【請求項12】
前記処理装置は、草木の生育状態または道の通行の可否に関する属性情報の異なる季節に応じた複数の地図を生成して前記記憶装置に記憶させ、
前記複数の地図から、前記農業機械が農作業を行うときの季節に対応する地図を抽出し、前記抽出した地図に基づいて、前記第１経路および第２経路を生成する、請求項１１に記載の経路計画システム。
【請求項13】
請求項１から１２のいずれかに記載の経路計画システムと、前記処理装置が生成した経路に沿って前記農業機械を走行させる制御装置と、
を備える制御システム。
【請求項14】
請求項１３に記載の制御システムと、前記農業機械の周辺の環境のセンシングを行うセンシング装置と、
を備える農業機械。
【請求項15】
自動運転を行う農業機械のための経路計画を行うプロセッサによって実行される方法であって、複数の圃場および前記複数の圃場の周辺の道の位置情報を含む地図、および前記農業機械によって実行される農作業の順序および前記農作業が行われる圃場を示す情報を含む作業計画を記憶装置から取得することと、
前記農業機械が前記圃場内で農作業を行いながら走行する第１経路を、ユーザが入力した情報に基づいて前記地図上の圃場に生成することと、
前記農業機械が走行して前記圃場に向かう第２経路を、前記作業計画に基づいて前記地図上の道に生成することと、
前記第１経路と前記第２経路とを生成した後、前記第１経路と前記第２経路とを接続することと、
を含む方法。
【請求項16】
自動運転を行う農業機械のための経路計画を行うためのコンピュータプログラムであって、コンピュータが読み取り可能な非一時的記憶媒体に格納され、コンピュータに、複数の圃場および前記複数の圃場の周辺の道の位置情報を含む地図、および前記農業機械によって実行される農作業の順序および前記農作業が行われる圃場を示す情報を含む作業計画を記憶装置から取得することと、
前記農業機械が前記圃場内で農作業を行いながら走行する第１経路を、ユーザが入力した情報に基づいて前記地図上の圃場に生成することと、
前記農業機械が走行して前記圃場に向かう第２経路を、前記作業計画に基づいて前記地図上の道に生成することと、
前記第１経路と前記第２経路とを生成した後、前記第１経路と前記第２経路とを接続することと、
を実行させるコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、自動運転を行う農業機械のための経路計画システムに関する。
【背景技術】
【0002】
圃場で使用される農業機械の自動化に向けた研究開発が進められている。例えば、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）などの測位システムを利用して圃場内を自動で走行するトラクタ、コンバイン、および田植機などの作業車両が実用化されている。圃場内だけでなく、圃場外でも自動で走行する作業車両の研究開発も進められている。
【0003】
特許文献１および２は、道路を挟んで互いに離れた二つの圃場間で無人の作業車両を自動走行させるシステムの例を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０２１－０７３６０２号公報
【文献】特開２０２１－０２９２１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本開示は、自動運転を行う農業機械の経路計画をより効率的に行うための技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の一態様による経路計画システムは、自動運転を行う農業機械のための経路計画システムであって、複数の圃場および前記複数の圃場の周辺の道を含む地図を記憶する記憶装置と、前記地図上における前記農業機械の経路を生成する処理装置と、を備える。前記処理装置は、前記農業機械が前記圃場内で農作業を行いながら走行する第１経路を前記地図上の圃場に生成し、且つ、前記農業機械が走行して前記圃場に向かう第２経路を前記地図上の道に生成する。
【0007】
本開示の他の態様による経路計画システムは、自動運転を行う農業機械のための経路計画システムであって、複数の圃場および前記複数の圃場の周辺の道を含む地図を記憶する記憶装置と、前記農業機械によって実行される農作業、および前記農作業が行われる圃場の情報を含む作業計画を作成し、且つ、作成した前記作業計画に基づいて前記地図上における前記農業機械の経路を生成する処理装置と、を備える。
【0008】
本開示の包括的または具体的な態様は、装置、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム、もしくはコンピュータが読み取り可能な非一時的記憶媒体、またはこれらの任意の組み合わせによって実現され得る。コンピュータが読み取り可能な記憶媒体は、揮発性の記憶媒体を含んでいてもよいし、不揮発性の記憶媒体を含んでいてもよい。装置は、複数の装置で構成されていてもよい。装置が二つ以上の装置で構成される場合、当該二つ以上の装置は、一つの機器内に配置されてもよいし、分離した二つ以上の機器内に分かれて配置されていてもよい。
【発明の効果】
【0009】
本開示の実施形態によれば、自動運転を行う農業機械の経路計画をより効率的に行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本開示の例示的な実施形態による農業管理システムの概要を説明するための図である。
【図2】作業車両、および作業車両に連結されたインプルメントの例を模式的に示す側面図である。
【図3】作業車両およびインプルメントの構成例を示すブロック図である。
【図4】ＲＴＫ－ＧＮＳＳによる測位を行う作業車両の例を示す概念図である。
【図5】キャビンの内部に設けられる操作端末および操作スイッチ群の例を示す図である。
【図6】管理装置および端末装置のハードウェア構成を例示するブロック図である。
【図7】圃場内を目標経路に沿って自動で走行する作業車両の例を模式的に示す図である。
【図8】自動運転時の操舵制御の動作の例を示すフローチャートである。
【図9A】目標経路Ｐに沿って走行する作業車両の例を示す図である。
【図9B】目標経路Ｐから右にシフトした位置にある作業車両の例を示す図である。
【図9C】目標経路Ｐから左にシフトした位置にある作業車両の例を示す図である。
【図9D】目標経路Ｐに対して傾斜した方向を向いている作業車両の例を示す図である。
【図10】複数の作業車両が圃場の内部および圃場の外側の道を自動走行している状況の例を模式的に示す図である。
【図11】端末装置に表示される設定画面の一例を示す図である。
【図12】管理装置によって作成される農作業のスケジュールの例を示す図である。
【図13】経路計画時に参照される地図の一例を示す図である。
【図14】大域的経路の一例を示す図である。
【図15】待機場所と圃場との対応関係を示すテーブルの一例を示す図である。
【図16】ある作業日において生成される大域的経路の一例を示す図である。
【図17】操作端末が圃場内の経路を生成し、管理装置が圃場外の経路を生成する実施形態における動作の一例を示す図である。
【図18】障害物が存在する環境で生成される大域的経路および局所的経路の一例を示す図である。
【図19】経路計画および走行制御の方法を示すフローチャートである。
【図20】樹木が高い密度で農道の周辺に分布する環境の例を示す図である。
【図21】センシングによって得られた情報が追加された地図の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
（用語の定義）
本開示において「農業機械」は、農業用途で使用される機械を意味する。農業機械の例は、トラクタ、収穫機、田植機、乗用管理機、野菜移植機、草刈機、播種機、施肥機、および農業用移動ロボットを含む。トラクタのような作業車両が単独で「農業機械」として機能する場合だけでなく、作業車両に装着または牽引される作業機（インプルメント）と作業車両の全体が一つの「農業機械」として機能する場合がある。農業機械は、圃場内の地面に対して、耕耘、播種、防除、施肥、作物の植え付け、または収穫などの農作業を行う。これらの農作業を「対地作業」または単に「作業」と称することがある。車両型の農業機械が農作業を行いながら走行することを「作業走行」と称することがある。
本開示において「農業機械」は、農業用途で使用される機械を意味する。農業機械の例は、トラクタ、収穫機、田植機、乗用管理機、野菜移植機、草刈機、播種機、施肥機、および農業用移動ロボットを含む。トラクタのような作業車両が単独で「農業機械」として機能する場合だけでなく、作業車両に装着または牽引される作業機（インプルメント）と作業車両の全体が一つの「農業機械」として機能する場合がある。農業機械は、圃場内の地面に対して、耕耘、播種、防除、施肥、作物の植え付け、または収穫などの農作業を行う。これらの農作業を「対地作業」または単に「作業」と称することがある。車両型の農業機械が農作業を行いながら走行することを「作業走行」と称することがある。
【0012】
「自動運転」は、運転者による手動操作によらず、制御装置の働きによって農業機械の移動を制御することを意味する。自動運転を行う農業機械は「自動運転農機」または「ロボット農機」と呼ばれることがある。自動運転中、農業機械の移動だけでなく、農作業の動作（例えば作業機の動作）も自動で制御されてもよい。農業機械が車両型の機械である場合、自動運転によって農業機械が走行することを「自動走行」と称する。制御装置は、農業機械の移動に必要な操舵、移動速度の調整、移動の開始および停止の少なくとも一つを制御し得る。作業機が装着された作業車両を制御する場合、制御装置は、作業機の昇降、作業機の動作の開始および停止などの動作を制御してもよい。自動運転による移動には、農業機械が所定の経路に沿って目的地に向かう移動のみならず、追尾目標に追従する移動も含まれ得る。自動運転を行う農業機械は、部分的にユーザの指示に基づいて移動してもよい。また、自動運転を行う農業機械は、自動運転モードに加えて、運転者の手動操作によって移動する手動運転モードで動作してもよい。手動によらず、制御装置の働きによって農業機械の操舵を行うことを「自動操舵」と称する。制御装置の一部または全部が農業機械の外部にあってもよい。農業機械の外部にある制御装置と農業機械との間では、制御信号、コマンド、またはデータなどの通信が行われ得る。自動運転を行う農業機械は、人がその農業機械の移動の制御に関与することなく、周囲の環境をセンシングしながら自律的に移動してもよい。自律的な移動が可能な農業機械は、無人で圃場内または圃場外（例えば道路）を走行することができる。自律移動中に、障害物の検出および障害物の回避動作を行ってもよい。
【0013】
「作業計画」は、農業機械によって実行される一つ以上の農作業の予定を定めるデータである。作業計画は、例えば、農業機械によって実行される農作業の順序および各農作業が行われる圃場を示す情報を含み得る。作業計画は、各農作業が行われる予定の日および時刻の情報を含んでいてもよい。各農作業が行われる予定の日および時刻の情報を含む作業計画を、特に「作業スケジュール」または単に「スケジュール」と称する。作業スケジュールは、各作業日に行われる各農作業の開始予定時刻および／または終了予定時刻の情報を含み得る。作業計画あるいは作業スケジュールは、農作業ごとに、作業の内容、使用されるインプルメント、および／または、使用される農業資材の種類および分量などの情報を含んでいてもよい。ここで「農業資材」とは、農業機械が行う農作業で使用される物資を意味する。農業資材を単に「資材」と呼ぶことがある。農業資材は、例えば農薬、肥料、種、または苗などの、農作業によって消費される物資を含み得る。作業計画は、農業機械と通信して農作業を管理する処理装置、または農業機械に搭載された処理装置によって作成され得る。処理装置は、例えば、ユーザ（農業経営者または農作業者など）が端末装置を操作して入力した情報に基づいて作業計画を作成することができる。本明細書において、農業機械と通信して農作業を管理する処理装置を「管理装置」と称する。管理装置は、複数の農業機械の農作業を管理してもよい。その場合、管理装置は、複数の農業機械の各々が実行する各農作業に関する情報を含む作業計画を作成してもよい。作業計画は、各農業機械によってダウンロードされ、記憶装置に格納され得る。各農業機械は、作業計画に従って、予定された農作業を実行するために、自動で圃場に向かい、農作業を実行することができる。
【0014】
「環境地図」は、農業機械が移動する環境に存在する物の位置または領域を所定の座標系によって表現したデータである。環境地図を単に「地図」または「地図データ」と称することがある。環境地図を規定する座標系は、例えば、地球に対して固定された地理座標系などのワールド座標系であり得る。環境地図は、環境に存在する物について、位置以外の情報（例えば、属性情報その他の情報）を含んでいてもよい。環境地図は、点群地図または格子地図など、さまざまな形式の地図を含む。環境地図を構築する過程で生成または処理される局所地図または部分地図のデータについても、「地図」または「地図データ」と呼ぶ。
【0015】
「大域的経路」（global path）は、経路計画を行う処理装置によって生成される、農業機械が自動で移動するときの出発地点から目的地点までを結ぶ経路のデータを意味する。大域的経路を生成することを大域的経路計画（global path planning）または大域的経路設計と称する。以下の説明において、大域的経路を「目標経路」または単に「経路」とも称する。大域的経路は、例えば、農業機械が通過すべき複数の点の座標値によって規定され得る。農業機械が通過すべき点を「ウェイポイント」と称し、隣り合うウェイポイント間を結ぶ線分を「リンク」と称する。
【0016】
「局所的経路」（local path）は、大域的経路に沿って農業機械が自動で移動するときに逐次生成される、障害物を回避可能な局所的な経路を意味する。局所的経路を生成することを局所的経路計画（local path planning）または局所的経路設計と称する。局所的経路は、農業機械が移動している間に、農業機械が備える一つ以上のセンシング装置によって取得されたデータに基づいて逐次生成される。局所的経路は、大域的経路の一部に沿った複数のウェイポイントによって規定され得る。ただし、大域的経路の付近に障害物が存在する場合、その障害物を迂回するようにウェイポイントが設定され得る。局所的経路におけるウェイポイント間のリンクの長さは、大域的経路におけるウェイポイント間のリンクの長さよりも短い。局所的経路を生成する装置は、大域的経路を生成する装置と同一でもよいし、異なっていてもよい。例えば、農業機械による農作業を管理する管理装置が大域的経路を生成し、農業機械に搭載された制御装置が局所的経路を生成してもよい。その場合、管理装置と制御装置との組み合わせが、経路計画を行う「処理装置」として機能する。農業機械の制御装置が、大域的経路設計および局所的経路設計の両方を行う処理装置として機能してもよい。
【0017】
「農道」は、主に農業目的で利用される道を意味する。農道は、アスファルトで舗装された道に限らず、土または砂利等で覆われた未舗装の道も含む。農道は、車両型の農業機械（例えばトラクタ等の作業車両）のみが専ら通行可能な道（私道を含む）と、一般の車両（乗用車、トラック、バス等）も通行可能な道路とを含む。作業車両は、農道に加えて一般道を自動で走行してもよい。一般道は、一般の車両の交通のために整備された道路である。
【0018】
「保管場所」は、農業機械を保管するために設けられる場所である。保管場所は、例えば、農業機械のユーザが管理する場所、または複数のユーザが共同で運営する場所であり得る。保管場所は、例えば、ユーザ（農業従事者など）の自宅もしくは事業所における倉庫、納屋、または駐車場などの、農業機械の保管のために確保された場所であり得る。保管場所の位置は、予め登録され、記憶装置に記録され得る。
【0019】
「待機場所」は、農業機械が農作業を行わない間、待機するために設けられる場所である。農業機械が自動運転を行う環境中に、一つ以上の待機場所が設けられ得る。上記の保管場所は、待機場所の一例である。待機場所は、複数のユーザが共同で管理または使用する場所であってもよい。待機場所は、例えば、倉庫、車庫、納屋、駐車場、またはその他の施設であり得る。待機場所は、農業機械のユーザとは異なる農業従事者の自宅または事業所における倉庫、納屋、車庫、または駐車場であってもよい。農業機械が移動する環境中に複数の待機場所が点在していてもよい。待機場所において、農業機械の部品もしくはインプルメントの交換もしくはメンテナンス、または資材の補充などの作業が行われてもよい。その場合、待機場所には、それらの作業に必要な部品、工具類、または資材が配置され得る。
【0020】
（実施形態）
以下、本開示の実施形態を説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略することがある。例えば、既によく知られた事項の詳細な説明および実質的に同一の構成に関する重複する説明を省略することがある。これは、以下の説明が不必要に冗長になることを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、発明者は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。以下の説明において、同一または類似の機能を有する構成要素については、同一の参照符号を付している。
以下、本開示の実施形態を説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略することがある。例えば、既によく知られた事項の詳細な説明および実質的に同一の構成に関する重複する説明を省略することがある。これは、以下の説明が不必要に冗長になることを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、発明者は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。以下の説明において、同一または類似の機能を有する構成要素については、同一の参照符号を付している。
【0021】
以下の実施形態は例示であり、本開示の技術は以下の実施形態に限定されない。例えば、以下の実施形態で示される数値、形状、材料、ステップ、ステップの順序、表示画面のレイアウトなどは、あくまでも一例であり、技術的に矛盾が生じない限りにおいて種々の改変が可能である。また、技術的に矛盾が生じない限りにおいて、一の態様と他の態様とを組み合わせることが可能である。
【0022】
以下、農業機械の一例であるトラクタなどの作業車両に本開示の技術を適用した実施形態を主に説明する。本開示の技術は、トラクタなどの作業車両に限らず、他の種類の農業機械にも適用することができる。
【0023】
図１は、本開示の例示的な実施形態による農業管理システムの概要を説明するための図である。図１に示す農業管理システムは、作業車両１００と、端末装置４００と、管理装置６００とを備える。端末装置４００は、作業車両１００を遠隔で監視するユーザが使用するコンピュータである。管理装置６００は、農業管理システムを運営する事業者が管理するコンピュータである。作業車両１００、端末装置４００、および管理装置６００は、ネットワーク８０を介して互いに通信することができる。図１には１台の作業車両１００が例示されているが、農業管理システムは、複数の作業車両またはその他の農業機械を含んでいてもよい。
【0024】
本実施形態における作業車両１００はトラクタである。作業車両１００は、後部および前部の一方または両方にインプルメントを装着することができる。作業車両１００は、インプルメントの種類に応じた農作業を行いながら圃場内を走行することができる。作業車両１００は、インプルメントを装着しない状態で圃場内または圃場外を走行してもよい。
【0025】
作業車両１００は、自動運転機能を備える。すなわち、作業車両１００は、手動によらず、制御装置の働きによって走行することができる。本実施形態における制御装置は、作業車両１００の内部に設けられ、作業車両１００の速度および操舵の両方を制御することができる。作業車両１００は、圃場内に限らず、圃場外（例えば道路）を自動走行することもできる。
【0026】
作業車両１００は、ＧＮＳＳ受信機およびＬｉＤＡＲセンサなどの、測位あるいは自己位置推定のために利用される装置を備える。作業車両１００の制御装置は、作業車両１００の位置と、目標経路の情報とに基づいて、作業車両１００を自動で走行させる。制御装置は、作業車両１００の走行制御に加えて、インプルメントの動作の制御も行う。これにより、作業車両１００は、圃場内を自動で走行しながらインプルメントを用いて農作業を実行することができる。さらに、作業車両１００は、圃場外の道（例えば、農道または一般道）を目標経路に沿って自動で走行することができる。作業車両１００は、圃場外の道に沿って自動走行を行うとき、カメラまたはＬｉＤＡＲセンサなどのセンシング装置から出力されるデータに基づいて、障害物を回避可能な局所的経路を目標経路に沿って生成しながら走行する。作業車両１００は、圃場内においては、上記と同様に局所的経路を生成しながら走行してもよいし、局所的経路を生成せずに目標経路に沿って走行し、障害物が検出された場合に停止する、という動作を行ってもよい。
【0027】
管理装置６００は、作業車両１００による農作業を管理するコンピュータである。管理装置６００は、例えば圃場に関する情報をクラウド上で一元管理し、クラウド上のデータを活用して農業を支援するサーバコンピュータであり得る。管理装置６００は、例えば、作業車両１００の作業計画を作成し、その作業計画に従って、作業車両１００の大域的経路計画を行う。管理装置６００は、圃場内と圃場外とで異なる方法で大域的経路（目標経路）を生成する。管理装置６００は、圃場内の目標経路を、圃場に関する情報に基づいて生成する。例えば、管理装置６００は、予め登録された圃場の外形、圃場の面積、圃場の出入口の位置、作業車両１００の幅、インプルメントの幅、作業の内容、栽培される作物の種類、作物の生育領域、作物の生育状況、または作物列もしくは畝の間隔などの、種々の情報に基づいて圃場内の目標経路を生成することができる。管理装置６００は、例えば、ユーザが端末装置４００または他のデバイスを用いて入力した情報に基づいて圃場内の目標経路を生成する。管理装置６００は、圃場内の経路を、例えば作業が行われる作業領域の全体をカバーするように生成する。一方、管理装置６００は、圃場外の目標経路を、作業計画またはユーザの指示に従って生成する。例えば、管理装置６００は、作業計画が示す農作業の順序、各農作業が行われる圃場の位置、圃場の出入口の位置、各農作業の開始予定時刻および終了予定時刻、路面状態、気象状況、または交通状況などの、種々の情報に基づいて圃場外の目標経路を生成することができる。管理装置６００は、作業計画によらず、ユーザが端末装置４００を操作して指定した経路または経由地点を示す情報に基づいて目標経路を生成してもよい。管理装置６００は、さらに、作業車両１００または他の移動体がＬｉＤＡＲセンサなどのセンシング装置を用いて収集したデータに基づいて、環境地図の生成および編集を行ってもよい。管理装置６００は、生成した作業計画、目標経路、および環境地図のデータを作業車両１００に送信する。作業車両１００は、それらのデータに基づいて、移動および農作業を自動で行う。
【0028】
なお、大域的経路設計および環境地図の生成（または編集）は、管理装置６００に限らず、他の装置が行ってもよい。例えば、作業車両１００の制御装置が、大域的経路設計または環境地図の生成もしくは編集を行ってもよい。
【0029】
端末装置４００は、作業車両１００から離れた場所にいるユーザが使用するコンピュータである。図１に示す端末装置４００はラップトップコンピュータであるが、これに限定されない。端末装置４００は、デスクトップＰＣ（personal computer）などの据え置き型のコンピュータであってもよいし、スマートフォンまたはタブレットコンピュータなどのモバイル端末でもよい。端末装置４００は、作業車両１００を遠隔監視したり、作業車両１００を遠隔操作したりするために用いられ得る。例えば、端末装置４００は、作業車両１００が備える１台以上のカメラ（撮像装置）が撮影した映像をディスプレイに表示させることができる。ユーザは、その映像を見て、作業車両１００の周囲の状況を確認し、作業車両１００に停止または発進の指示を送ることができる。端末装置４００は、さらに、作業車両１００の作業計画（例えば各農作業のスケジュール）を作成するために必要な情報をユーザが入力するための設定画面をディスプレイに表示することもできる。ユーザが設定画面上で必要な情報を入力し送信の操作を行うと、端末装置４００は、入力された情報を管理装置６００に送信する。管理装置６００は、その情報に基づいて作業計画を作成する。端末装置４００は、作業車両１００が農作業を実行する一つ以上の圃場、作業車両１００の保管場所、および一つ以上の待機場所の登録にも使用され得る。端末装置４００は、さらに、目標経路を設定するために必要な情報をユーザが入力するための設定画面をディスプレイに表示する機能を備えていてもよい。
【0030】
以下、本実施形態におけるシステムの構成および動作をより詳細に説明する。
【0031】
［１．構成］
図２は、作業車両１００、および作業車両１００に連結されたインプルメント３００の例を模式的に示す側面図である。本実施形態における作業車両１００は、手動運転モードと自動運転モードの両方で動作することができる。自動運転モードにおいて、作業車両１００は無人で走行することができる。作業車両１００は、圃場内と圃場外の両方で自動運転が可能である。
図２は、作業車両１００、および作業車両１００に連結されたインプルメント３００の例を模式的に示す側面図である。本実施形態における作業車両１００は、手動運転モードと自動運転モードの両方で動作することができる。自動運転モードにおいて、作業車両１００は無人で走行することができる。作業車両１００は、圃場内と圃場外の両方で自動運転が可能である。
【0032】
図２に示すように、作業車両１００は、車両本体１０１と、原動機（エンジン）１０２と、変速装置（トランスミッション）１０３とを備える。車両本体１０１には、タイヤ付きの車輪１０４と、キャビン１０５とが設けられている。車輪１０４は、一対の前輪１０４Ｆと一対の後輪１０４Ｒとを含む。キャビン１０５の内部に運転席１０７、操舵装置１０６、操作端末２００、および操作のためのスイッチ群が設けられている。作業車両１００が圃場内で作業走行を行うとき、前輪１０４Ｆおよび後輪１０４Ｒの一方または両方にはタイヤではなくクローラが取り付けられていてもよい。
【0033】
作業車両１００は、作業車両１００の周囲をセンシングする複数のセンシング装置を備える。図２の例では、センシング装置は、複数のカメラ１２０と、ＬｉＤＡＲセンサ１４０と、複数の障害物センサ１３０とを含む。
【0034】
カメラ１２０は、例えば作業車両１００の前後左右に設けられ得る。カメラ１２０は、作業車両１００の周囲の環境を撮影し、画像データを生成する。カメラ１２０が取得した画像は、遠隔監視を行うための端末装置４００に送信され得る。当該画像は、無人運転時に作業車両１００を監視するために用いられ得る。カメラ１２０は、作業車両１００が圃場外の道（農道または一般道）を走行するときに、周辺の地物もしくは障害物、白線、標識、または表示などを認識するための画像を生成する用途でも使用され得る。
【0035】
図２の例におけるＬｉＤＡＲセンサ１４０は、車両本体１０１の前面下部に配置されている。ＬｉＤＡＲセンサ１４０は、他の位置に設けられていてもよい。ＬｉＤＡＲセンサ１４０は、作業車両１００が主に圃場外を走行している間、周囲の環境に存在する物体の各計測点までの距離および方向、または各計測点の２次元もしくは３次元の座標値を示すセンサデータを繰り返し出力する。ＬｉＤＡＲセンサ１４０から出力されたセンサデータは、作業車両１００の制御装置によって処理される。制御装置は、センサデータと、環境地図とのマッチングにより、作業車両１００の自己位置推定を行うことができる。制御装置は、さらに、センサデータに基づいて、作業車両１００の周辺に存在する障害物などの物体を検出し、作業車両１００が実際に進むべき局所的経路を、大域的経路に沿って生成することができる。制御装置は、例えばＳＬＡＭ（Simultaneous Localization and Mapping）などのアルゴリズムを利用して、環境地図を生成または編集することもできる。作業車両１００は、異なる位置に異なる向きで配置された複数のＬｉＤＡＲセンサを備えていてもよい。
【0036】
図２に示す複数の障害物センサ１３０は、キャビン１０５の前部および後部に設けられている。障害物センサ１３０は、他の部位にも配置され得る。例えば、車両本体１０１の側部、前部、および後部の任意の位置に、一つまたは複数の障害物センサ１３０が設けられ得る。障害物センサ１３０は、例えばレーザスキャナまたは超音波ソナーを含み得る。障害物センサ１３０は、自動走行時に周囲の障害物を検出して作業車両１００を停止したり迂回したりするために用いられる。ＬｉＤＡＲセンサ１４０が障害物センサ１３０の一つとして利用されてもよい。
【0037】
作業車両１００は、さらに、ＧＮＳＳユニット１１０を備える。ＧＮＳＳユニット１１０は、ＧＮＳＳ受信機を含む。ＧＮＳＳ受信機は、ＧＮＳＳ衛星からの信号を受信するアンテナと、アンテナが受信した信号に基づいて作業車両１００の位置を計算するプロセッサとを備え得る。ＧＮＳＳユニット１１０は、複数のＧＮＳＳ衛星から送信される衛星信号を受信し、衛星信号に基づいて測位を行う。ＧＮＳＳは、ＧＰＳ（Global PositioningSystem）、ＱＺＳＳ（Quasi-Zenith Satellite System、例えばみちびき）、ＧＬＯＮＡＳＳ、Ｇａｌｉｌｅｏ、およびＢｅｉＤｏｕなどの衛星測位システムの総称である。本実施形態におけるＧＮＳＳユニット１１０は、キャビン１０５の上部に設けられているが、他の位置に設けられていてもよい。
【0038】
ＧＮＳＳユニット１１０は、慣性計測装置（ＩＭＵ）を含み得る。ＩＭＵからの信号を利用して位置データを補完することができる。ＩＭＵは、作業車両１００の傾きおよび微小な動きを計測することができる。ＩＭＵによって取得されたデータを用いて、衛星信号に基づく位置データを補完することにより、測位の性能を向上させることができる。
【0039】
作業車両１００の制御装置は、ＧＮＳＳユニット１１０による測位結果に加えて、カメラ１２０またはＬｉＤＡＲセンサ１４０などのセンシング装置が取得したセンシングデータを測位に利用してもよい。農道、林道、一般道、または果樹園のように、作業車両１００が走行する環境内に特徴点として機能する地物が存在する場合、カメラ１２０またはＬｉＤＡＲセンサ１４０によって取得されたデータと、予め記憶装置に格納された環境地図とに基づいて、作業車両１００の位置および向きを高い精度で推定することができる。カメラ１２０またはＬｉＤＡＲセンサ１４０が取得したデータを用いて、衛星信号に基づく位置データを補正または補完することで、より高い精度で作業車両１００の位置を特定できる。
【0040】
原動機１０２は、例えばディーゼルエンジンであり得る。ディーゼルエンジンに代えて電動モータが使用されてもよい。変速装置１０３は、変速によって作業車両１００の推進力および移動速度を変化させることができる。変速装置１０３は、作業車両１００の前進と後進とを切り換えることもできる。
【0041】
操舵装置１０６は、ステアリングホイールと、ステアリングホイールに接続されたステアリングシャフトと、ステアリングホイールによる操舵を補助するパワーステアリング装置とを含む。前輪１０４Ｆは操舵輪であり、その切れ角（「操舵角」とも称する。）を変化させることにより、作業車両１００の走行方向を変化させることができる。前輪１０４Ｆの操舵角は、ステアリングホイールを操作することによって変化させることができる。パワーステアリング装置は、前輪１０４Ｆの操舵角を変化させるための補助力を供給する油圧装置または電動モータを含む。自動操舵が行われるときには、作業車両１００内に配置された制御装置からの制御により、油圧装置または電動モータの力によって操舵角が自動で調整される。
【0042】
車両本体１０１の後部には、連結装置１０８が設けられている。連結装置１０８は、例えば３点支持装置（「３点リンク」または「３点ヒッチ」とも称する。）、ＰＴＯ（Power Take Off）軸、ユニバーサルジョイント、および通信ケーブルを含む。連結装置１０８によってインプルメント３００を作業車両１００に着脱することができる。連結装置１０８は、例えば油圧装置によって３点リンクを昇降させ、インプルメント３００の位置または姿勢を変化させることができる。また、ユニバーサルジョイントを介して作業車両１００からインプルメント３００に動力を送ることができる。作業車両１００は、インプルメント３００を引きながら、インプルメント３００に所定の作業を実行させることができる。連結装置は、車両本体１０１の前方に設けられていてもよい。その場合、作業車両１００の前方にインプルメントを接続することができる。
【0043】
図２に示すインプルメント３００は、ロータリ耕耘機であるが、インプルメント３００はロータリ耕耘機に限定されない。例えば、シーダ（播種機）、スプレッダ（施肥機）、移植機、モーア（草刈機）、レーキ、ベーラ（集草機）、ハーベスタ（収穫機）、スプレイヤ、またはハローなどの、任意のインプルメントを作業車両１００に接続して使用することができる。
【0044】
図２に示す作業車両１００は、有人運転が可能であるが、無人運転のみに対応していてもよい。その場合には、キャビン１０５、操舵装置１０６、および運転席１０７などの、有人運転にのみ必要な構成要素は、作業車両１００に設けられていなくてもよい。無人の作業車両１００は、自律走行、またはユーザによる遠隔操作によって走行することができる。
【0045】
図３は、作業車両１００およびインプルメント３００の構成例を示すブロック図である。作業車両１００とインプルメント３００は、連結装置１０８に含まれる通信ケーブルを介して互いに通信することができる。作業車両１００は、ネットワーク８０を介して、端末装置４００および管理装置６００と通信することができる。
【0046】
図３の例における作業車両１００は、ＧＮＳＳユニット１１０、カメラ１２０、障害物センサ１３０、ＬｉＤＡＲセンサ１４０、および操作端末２００に加え、作業車両１００の動作状態を検出するセンサ群１５０、制御システム１６０、通信装置１９０、操作スイッチ群２１０、ブザー２２０、および駆動装置２４０を備える。これらの構成要素は、バスを介して相互に通信可能に接続される。ＧＮＳＳユニット１１０は、ＧＮＳＳ受信機１１１と、ＲＴＫ受信機１１２と、慣性計測装置（ＩＭＵ）１１５と、処理回路１１６とを備える。センサ群１５０は、ステアリングホイールセンサ１５２と、切れ角センサ１５４、車軸センサ１５６とを含む。制御システム１６０は、記憶装置１７０と、制御装置１８０とを備える。制御装置１８０は、複数の電子制御ユニット（ＥＣＵ）１８１から１８６を備える。インプルメント３００は、駆動装置３４０と、制御装置３８０と、通信装置３９０とを備える。なお、図３には、作業車両１００による自動運転の動作との関連性が相対的に高い構成要素が示されており、それ以外の構成要素の図示は省略されている。
【0047】
ＧＮＳＳユニット１１０におけるＧＮＳＳ受信機１１１は、複数のＧＮＳＳ衛星から送信される衛星信号を受信し、衛星信号に基づいてＧＮＳＳデータを生成する。ＧＮＳＳデータは、例えばＮＭＥＡ－０１８３フォーマットなどの所定のフォーマットで生成される。ＧＮＳＳデータは、例えば、衛星信号が受信されたそれぞれの衛星の識別番号、仰角、方位角、および受信強度を示す値を含み得る。
【0048】
図３に示すＧＮＳＳユニット１１０は、ＲＴＫ（Real Time Kinematic）－ＧＮＳＳを利用して作業車両１００の測位を行う。図４は、ＲＴＫ－ＧＮＳＳによる測位を行う作業車両１００の例を示す概念図である。ＲＴＫ－ＧＮＳＳによる測位では、複数のＧＮＳＳ衛星５０から送信される衛星信号に加えて、基準局６０から送信される補正信号が利用される。基準局６０は、作業車両１００が作業走行を行う圃場の付近（例えば、作業車両１００から１０ｋｍ以内の位置）に設置され得る。基準局６０は、複数のＧＮＳＳ衛星５０から受信した衛星信号に基づいて、例えばＲＴＣＭフォーマットの補正信号を生成し、ＧＮＳＳユニット１１０に送信する。ＲＴＫ受信機１１２は、アンテナおよびモデムを含み、基準局６０から送信される補正信号を受信する。ＧＮＳＳユニット１１０の処理回路１１６は、補正信号に基づき、ＧＮＳＳ受信機１１１による測位結果を補正する。ＲＴＫ－ＧＮＳＳを用いることにより、例えば誤差数ｃｍの精度で測位を行うことが可能である。緯度、経度、および高度の情報を含む位置情報が、ＲＴＫ－ＧＮＳＳによる高精度の測位によって取得される。ＧＮＳＳユニット１１０は、例えば１秒間に１回から１０回程度の頻度で、作業車両１００の位置を計算する。
【0049】
なお、測位方法はＲＴＫ－ＧＮＳＳに限らず、必要な精度の位置情報が得られる任意の測位方法（干渉測位法または相対測位法など）を用いることができる。例えば、ＶＲＳ（Virtual Reference Station）またはＤＧＰＳ（Differential Global Positioning System）を利用した測位を行ってもよい。基準局６０から送信される補正信号を用いなくても必要な精度の位置情報が得られる場合は、補正信号を用いずに位置情報を生成してもよい。その場合、ＧＮＳＳユニット１１０は、ＲＴＫ受信機１１２を備えていなくてもよい。
【0050】
ＲＴＫ－ＧＮＳＳを利用する場合であっても、基準局６０からの補正信号が得られない場所（例えば圃場から遠く離れた道路上）では、ＲＴＫ受信機１１２からの信号によらず、他の方法で作業車両１００の位置が推定される。例えば、ＬｉＤＡＲセンサ１４０および／またはカメラ１２０から出力されたデータと、高精度の環境地図とのマッチングによって、作業車両１００の位置が推定され得る。
【0051】
本実施形態におけるＧＮＳＳユニット１１０は、さらにＩＭＵ１１５を備える。ＩＭＵ１１５は、３軸加速度センサおよび３軸ジャイロスコープを備え得る。ＩＭＵ１１５は、３軸地磁気センサなどの方位センサを備えていてもよい。ＩＭＵ１１５は、モーションセンサとして機能し、作業車両１００の加速度、速度、変位、および姿勢などの諸量を示す信号を出力することができる。処理回路１１６は、衛星信号および補正信号に加えて、ＩＭＵ１１５から出力された信号に基づいて、作業車両１００の位置および向きをより高い精度で推定することができる。ＩＭＵ１１５から出力された信号は、衛星信号および補正信号に基づいて計算される位置の補正または補完に用いられ得る。ＩＭＵ１１５は、ＧＮＳＳ受信機１１１よりも高い頻度で信号を出力する。その高頻度の信号を利用して、処理回路１１６は、作業車両１００の位置および向きをより高い頻度（例えば、１０Ｈｚ以上）で計測することができる。ＩＭＵ１１５に代えて、３軸加速度センサおよび３軸ジャイロスコープを別々に設けてもよい。ＩＭＵ１１５は、ＧＮＳＳユニット１１０とは別の装置として設けられていてもよい。
【0052】
カメラ１２０は、作業車両１００の周囲の環境を撮影する撮像装置である。カメラ１２０は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）またはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）などのイメージセンサを備える。カメラ１２０は、他にも、一つ以上のレンズを含む光学系、および信号処理回路を備え得る。カメラ１２０は、作業車両１００の走行中、作業車両１００の周囲の環境を撮影し、画像（例えば動画）のデータを生成する。カメラ１２０は、例えば、３フレーム／秒（ｆｐｓ: frames per second）以上のフレームレートで動画を撮影することができる。カメラ１２０によって生成された画像は、例えば遠隔の監視者が端末装置４００を用いて作業車両１００の周囲の環境を確認するときに利用され得る。カメラ１２０によって生成された画像は、測位または障害物の検出に利用されてもよい。図２に示すように、複数のカメラ１２０が作業車両１００の異なる位置に設けられていてもよいし、単数のカメラが設けられていてもよい。可視光画像を生成する可視カメラと、赤外線画像を生成する赤外カメラとが別々に設けられていてもよい。可視カメラと赤外カメラの両方が監視用の画像を生成するカメラとして設けられていてもよい。赤外カメラは、夜間において障害物の検出にも用いられ得る。
【0053】
障害物センサ１３０は、作業車両１００の周囲に存在する物体を検出する。障害物センサ１３０は、例えばレーザスキャナまたは超音波ソナーを含み得る。障害物センサ１３０は、障害物センサ１３０から所定の距離よりも近くに物体が存在する場合に、障害物が存在することを示す信号を出力する。複数の障害物センサ１３０が作業車両１００の異なる位置に設けられていてもよい。例えば、複数のレーザスキャナと、複数の超音波ソナーとが、作業車両１００の異なる位置に配置されていてもよい。そのような多くの障害物センサ１３０を備えることにより、作業車両１００の周囲の障害物の監視における死角を減らすことができる。
【0054】
ステアリングホイールセンサ１５２は、作業車両１００のステアリングホイールの回転角を計測する。切れ角センサ１５４は、操舵輪である前輪１０４Ｆの切れ角を計測する。ステアリングホイールセンサ１５２および切れ角センサ１５４による計測値は、制御装置１８０による操舵制御に利用される。
【0055】
車軸センサ１５６は、車輪１０４に接続された車軸の回転速度、すなわち単位時間あたりの回転数を計測する。車軸センサ１５６は、例えば磁気抵抗素子（ＭＲ）、ホール素子、または電磁ピックアップを利用したセンサであり得る。車軸センサ１５６は、例えば、車軸の１分あたりの回転数（単位：ｒｐｍ）を示す数値を出力する。車軸センサ１５６は、作業車両１００の速度を計測するために使用される。
【0056】
駆動装置２４０は、前述の原動機１０２、変速装置１０３、操舵装置１０６、および連結装置１０８などの、作業車両１００の走行およびインプルメント３００の駆動に必要な各種の装置を含む。原動機１０２は、例えばディーゼル機関などの内燃機関を備え得る。駆動装置２４０は、内燃機関に代えて、あるいは内燃機関とともに、トラクション用の電動モータを備えていてもよい。
【0057】
ブザー２２０は、異常を報知するための警告音を発する音声出力装置である。ブザー２２０は、例えば、自動運転時に、障害物が検出された場合に警告音を発する。ブザー２２０は、制御装置１８０によって制御される。
【0058】
記憶装置１７０は、フラッシュメモリまたは磁気ディスクなどの一つ以上の記憶媒体を含む。記憶装置１７０は、ＧＮＳＳユニット１１０、カメラ１２０、障害物センサ１３０、ＬｉＤＡＲセンサ１４０、センサ群１５０、および制御装置１８０が生成する各種のデータを記憶する。記憶装置１７０が記憶するデータには、作業車両１００が走行する環境内の地図データ（環境地図）、および自動運転のための大域的経路（目標経路）のデータが含まれ得る。環境地図は、作業車両１００が農作業を行う複数の圃場およびその周辺の道の情報を含む。環境地図および目標経路は、管理装置６００におけるプロセッサによって生成され得る。なお、本実施形態における制御装置１８０は、環境地図および目標経路を生成または編集する機能を備えている。制御装置１８０は、管理装置６００から取得した環境地図および目標経路を、作業車両１００の走行環境に応じて編集することができる。記憶装置１７０は、通信装置１９０が管理装置６００から受信した作業計画のデータも記憶する。作業計画は、複数の作業日にわたって作業車両１００が実行する複数の農作業に関する情報を含む。作業計画は、例えば、各作業日において作業車両１００が実行する各農作業の予定時刻の情報を含む作業スケジュールのデータであり得る。記憶装置１７０は、制御装置１８０における各ＥＣＵに、後述する各種の動作を実行させるコンピュータプログラムも記憶する。そのようなコンピュータプログラムは、記憶媒体（例えば半導体メモリまたは光ディスク等）または電気通信回線（例えばインターネット）を介して作業車両１００に提供され得る。そのようなコンピュータプログラムが、商用ソフトウェアとして販売されてもよい。
【0059】
制御装置１８０は、複数のＥＣＵを含む。複数のＥＣＵは、例えば、速度制御用のＥＣＵ１８１、ステアリング制御用のＥＣＵ１８２、インプルメント制御用のＥＣＵ１８３、自動運転制御用のＥＣＵ１８４、経路生成用のＥＣＵ１８５、および地図生成用のＥＣＵ１８６を含む。
【0060】
ＥＣＵ１８１は、駆動装置２４０に含まれる原動機１０２、変速装置１０３、およびブレーキを制御することによって作業車両１００の速度を制御する。
【0061】
ＥＣＵ１８２は、ステアリングホイールセンサ１５２の計測値に基づいて、操舵装置１０６に含まれる油圧装置または電動モータを制御することによって作業車両１００のステアリングを制御する。
【0062】
ＥＣＵ１８３は、インプルメント３００に所望の動作を実行させるために、連結装置１０８に含まれる３点リンクおよびＰＴＯ軸などの動作を制御する。ＥＣＵ１８３はまた、インプルメント３００の動作を制御する信号を生成し、その信号を通信装置１９０からインプルメント３００に送信する。
【0063】
ＥＣＵ１８４は、ＧＮＳＳユニット１１０、カメラ１２０、障害物センサ１３０、ＬｉＤＡＲセンサ１４０、およびセンサ群１５０から出力されたデータに基づいて、自動運転を実現するための演算および制御を行う。例えば、ＥＣＵ１８４は、ＧＮＳＳユニット１１０、カメラ１２０、およびＬｉＤＡＲセンサ１４０の少なくとも１つから出力されたデータに基づいて、作業車両１００の位置を特定する。圃場内においては、ＥＣＵ１８４は、ＧＮＳＳユニット１１０から出力されたデータのみに基づいて作業車両１００の位置を決定してもよい。ＥＣＵ１８４は、カメラ１２０またはＬｉＤＡＲセンサ１４０が取得したデータに基づいて作業車両１００の位置を推定または補正してもよい。カメラ１２０またはＬｉＤＡＲセンサ１４０が取得したデータを利用することにより、測位の精度をさらに高めることができる。また、圃場外においては、ＥＣＵ１８４は、ＬｉＤＡＲセンサ１４０またはカメラ１２０から出力されるデータを利用して作業車両１００の位置を推定する。例えば、ＥＣＵ１８４は、ＬｉＤＡＲセンサ１４０またはカメラ１２０から出力されるデータと、環境地図とのマッチングにより、作業車両１００の位置を推定してもよい。自動運転中、ＥＣＵ１８４は、推定された作業車両１００の位置に基づいて、目標経路または局所的経路に沿って作業車両１００が走行するために必要な演算を行う。ＥＣＵ１８４は、ＥＣＵ１８１に速度変更の指令を送り、ＥＣＵ１８２に操舵角変更の指令を送る。ＥＣＵ１８１は、速度変更の指令に応答して原動機１０２、変速装置１０３、またはブレーキを制御することによって作業車両１００の速度を変化させる。ＥＣＵ１８２は、操舵角変更の指令に応答して操舵装置１０６を制御することによって操舵角を変化させる。
【0064】
ＥＣＵ１８５は、作業車両１００が目標経路に沿って走行している間、障害物を回避可能な局所的経路を逐次生成する。ＥＣＵ１８５は、作業車両１００の走行中、カメラ１２０、障害物センサ１３０、およびＬｉＤＡＲセンサ１４０から出力されたデータに基づいて、作業車両１００の周囲に存在する障害物を認識する。ＥＣＵ１８５は、認識した障害物を回避するように局所的経路を生成する。ＥＣＵ１８５は、管理装置６００の代わりに大域的経路設計を行う機能を備えていてもよい。その場合、ＥＣＵ１８５は、記憶装置１７０に格納された作業計画に基づいて作業車両１００の移動先を決定し、作業車両１００の移動の開始地点から目的地点までの目標経路を決定する。ＥＣＵ１８５は、記憶装置１７０に格納された道路情報を含む環境地図に基づき、例えば最短の時間で移動先に到達できる経路を目標経路として作成することができる。
【0065】
ＥＣＵ１８６は、作業車両１００が走行する環境の地図を生成または編集する。本実施形態では、管理装置６００などの外部の装置によって生成された環境地図が作業車両１００に送信され、記憶装置１７０に記録されるが、ＥＣＵ１８６が代わりに環境地図を生成または編集することもできる。以下、ＥＣＵ１８６が環境地図を生成する場合の動作を説明する。環境地図は、ＬｉＤＡＲセンサ１４０から出力されたセンサデータに基づいて生成され得る。環境地図を生成するとき、ＥＣＵ１８６は、作業車両１００が走行している間にＬｉＤＡＲセンサ１４０から出力されたセンサデータに基づいて３次元の点群データを逐次生成する。ＥＣＵ１８６は、例えばＳＬＡＭなどのアルゴリズムを利用して、逐次生成した点群データを繋ぎ合わせることにより、環境地図を生成することができる。このようにして生成された環境地図は、高精度の３次元地図であり、ＥＣＵ１８４による自己位置推定に利用され得る。この３次元地図に基づいて、大域的経路計画に利用される２次元地図が生成され得る。本明細書では、自己位置推定に利用される３次元地図と、大域的経路計画に利用される２次元地図とを、いずれも「環境地図」と称する。ＥＣＵ１８６は、さらに、カメラ１２０またはＬｉＤＡＲセンサ１４０から出力されたデータに基づいて認識された構造物、路面の状態、または道の通行可能性等に関する種々の属性情報を、地図に付加することによって地図を編集することもできる。
【0066】
これらのＥＣＵの働きにより、制御装置１８０は、自動運転を実現する。自動運転時において、制御装置１８０は、計測または推定された作業車両１００の位置と、目標経路とに基づいて、駆動装置２４０を制御する。これにより、制御装置１８０は、作業車両１００を目標経路に沿って走行させることができる。
【0067】
制御装置１８０に含まれる複数のＥＣＵは、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）などのビークルバス規格に従って、相互に通信することができる。ＣＡＮに代えて、車載イーサネット（登録商標）などの、より高速の通信方式が用いられてもよい。図３において、ＥＣＵ１８１から１８６のそれぞれは、個別のブロックとして示されているが、これらのそれぞれの機能が、複数のＥＣＵによって実現されていてもよい。ＥＣＵ１８１から１８６の少なくとも一部の機能を統合した車載コンピュータが設けられていてもよい。制御装置１８０は、ＥＣＵ１８１から１８６以外のＥＣＵを備えていてもよく、機能に応じて任意の個数のＥＣＵが設けられ得る。各ＥＣＵは、一つ以上のプロセッサを含む処理回路を備える。
【0068】
通信装置１９０は、インプルメント３００、端末装置４００、および管理装置６００と通信を行う回路を含む装置である。通信装置１９０は、例えばＩＳＯＢＵＳ－ＴＩＭ等のＩＳＯＢＵＳ規格に準拠した信号の送受信を、インプルメント３００の通信装置３９０との間で実行する回路を含む。これにより、インプルメント３００に所望の動作を実行させたり、インプルメント３００から情報を取得したりすることができる。通信装置１９０は、さらに、ネットワーク８０を介した信号の送受信を、端末装置４００および管理装置６００のそれぞれの通信装置との間で実行するためのアンテナおよび通信回路を含み得る。ネットワーク８０は、例えば、３Ｇ、４Ｇもしくは５Ｇなどのセルラー移動体通信網およびインターネットを含み得る。通信装置１９０は、作業車両１００の近くにいる監視者が使用する携帯端末と通信する機能を備えていてもよい。そのような携帯端末との間では、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）、３Ｇ、４Ｇもしくは５Ｇなどのセルラー移動体通信、またはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの、任意の無線通信規格に準拠した通信が行われ得る。
【0069】
操作端末２００は、作業車両１００の走行およびインプルメント３００の動作に関する操作をユーザが実行するための端末であり、バーチャルターミナル（ＶＴ）とも称される。操作端末２００は、タッチスクリーンなどの表示装置、および／または一つ以上のボタンを備え得る。表示装置は、例えば液晶または有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）などのディスプレイであり得る。ユーザは、操作端末２００を操作することにより、例えば自動運転モードのオン／オフの切り替え、環境地図の記録または編集、目標経路の設定、およびインプルメント３００のオン／オフの切り替えなどの種々の操作を実行することができる。これらの操作の少なくとも一部は、操作スイッチ群２１０を操作することによっても実現され得る。操作端末２００は、作業車両１００から取り外せるように構成されていてもよい。作業車両１００から離れた場所にいるユーザが、取り外された操作端末２００を操作して作業車両１００の動作を制御してもよい。ユーザは、操作端末２００の代わりに、端末装置４００などの、必要なアプリケーションソフトウェアがインストールされたコンピュータを操作して作業車両１００の動作を制御してもよい。
【0070】
図５は、キャビン１０５の内部に設けられる操作端末２００および操作スイッチ群２１０の例を示す図である。キャビン１０５の内部には、ユーザが操作可能な複数のスイッチを含むスイッチ群２１０が配置されている。操作スイッチ群２１０は、例えば、主変速または副変速の変速段を選択するためのスイッチ、自動運転モードと手動運転モードとを切り替えるためのスイッチ、前進と後進とを切り替えるためのスイッチ、およびインプルメント３００を昇降するためのスイッチ等を含み得る。なお、作業車両１００が無人運転のみを行い、有人運転の機能を備えていない場合、作業車両１００が操作スイッチ群２１０を備えている必要はない。
【0071】
図３に示すインプルメント３００における駆動装置３４０は、インプルメント３００が所定の作業を実行するために必要な動作を行う。駆動装置３４０は、例えば油圧装置、電気モータ、またはポンプなどの、インプルメント３００の用途に応じた装置を含む。制御装置３８０は、駆動装置３４０の動作を制御する。制御装置３８０は、通信装置３９０を介して作業車両１００から送信された信号に応答して、駆動装置３４０に各種の動作を実行させる。また、インプルメント３００の状態に応じた信号を通信装置３９０から作業車両１００に送信することもできる。
【0072】
【0073】
管理装置６００は、記憶装置６５０と、プロセッサ６６０と、ＲＯＭ（Read Only Memory）６７０と、ＲＡＭ（Random Access Memory）６８０と、通信装置６９０とを備える。これらの構成要素は、バスを介して相互に通信可能に接続される。管理装置６００は、作業車両１００が実行する圃場における農作業のスケジュール管理を行い、管理するデータを活用して農業を支援するクラウドサーバとして機能し得る。ユーザは、端末装置４００を用いて作業計画の作成に必要な情報を入力し、その情報をネットワーク８０を介して管理装置６００にアップロードすることが可能である。管理装置６００は、その情報に基づき、農作業のスケジュール、すなわち作業計画を作成することができる。管理装置６００は、さらに、環境地図の生成または編集、および作業車両１００の大域的経路計画も実行することができる。環境地図は、管理装置６００の外部のコンピュータから配信されてもよい。
【0074】
通信装置６９０は、ネットワーク８０を介して作業車両１００および端末装置４００と通信するための通信モジュールである。通信装置６９０は、例えば、ＩＥＥＥ１３９４（登録商標）またはイーサネット（登録商標）などの通信規格に準拠した有線通信を行うことができる。通信装置６９０は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）規格もしくはＷｉ－Ｆｉ規格に準拠した無線通信、または、３Ｇ、４Ｇもしくは５Ｇなどのセルラー移動体通信を行ってもよい。
【0075】
プロセッサ６６０は、例えば中央演算処理装置（ＣＰＵ）を含む半導体集積回路であり得る。プロセッサ６６０は、マイクロプロセッサまたはマイクロコントローラによって実現され得る。あるいは、プロセッサ６６０は、ＣＰＵを搭載したＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＡＳＳＰ（Application Specific Standard Product）、または、これら回路の中から選択される二つ以上の回路の組み合わせによっても実現され得る。プロセッサ６６０は、ＲＯＭ６７０に格納された、少なくとも一つの処理を実行するための命令群を記述したコンピュータプログラムを逐次実行し、所望の処理を実現する。
【0076】
ＲＯＭ６７０は、例えば、書き込み可能なメモリ（例えばＰＲＯＭ）、書き換え可能なメモリ（例えばフラッシュメモリ）、または読み出し専用のメモリである。ＲＯＭ６７０は、プロセッサ６６０の動作を制御するプログラムを記憶する。ＲＯＭ６７０は、単一の記憶媒体である必要はなく、複数の記憶媒体の集合体であってもよい。複数の記憶媒体の集合体の一部は、取り外し可能なメモリであってもよい。
【0077】
ＲＡＭ６８０は、ＲＯＭ６７０に格納された制御プログラムをブート時に一旦展開するための作業領域を提供する。ＲＡＭ６８０は、単一の記憶媒体である必要はなく、複数の記憶媒体の集合体であってもよい。
【0078】
記憶装置６５０は、主としてデータベースのストレージとして機能する。記憶装置６５０は、例えば、磁気記憶装置または半導体記憶装置であり得る。磁気記憶装置の例は、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）である。半導体記憶装置の例は、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）である。記憶装置６５０は、管理装置６００とは独立した装置であってもよい。例えば、記憶装置６５０は、管理装置６００にネットワーク８０を介して接続される記憶装置、例えばクラウドストレージであってもよい。
【0079】
端末装置４００は、入力装置４２０と、表示装置４３０と、記憶装置４５０と、プロセッサ４６０と、ＲＯＭ４７０と、ＲＡＭ４８０と、通信装置４９０とを備える。これらの構成要素は、バスを介して相互に通信可能に接続される。入力装置４２０は、ユーザからの指示をデータに変換してコンピュータに入力するための装置である。入力装置４２０は、例えば、キーボード、マウス、またはタッチパネルであり得る。表示装置４３０は、例えば液晶ディスプレイまたは有機ＥＬディスプレイであり得る。プロセッサ４６０、ＲＯＭ４７０、ＲＡＭ４８０、記憶装置４５０、および通信装置４９０のそれぞれに関する説明は、管理装置６００のハードウェア構成例において記載したとおりであり、それらの説明を省略する。
【0080】
［２．動作］
次に、作業車両１００、端末装置４００、および管理装置６００の動作を説明する。
次に、作業車両１００、端末装置４００、および管理装置６００の動作を説明する。
【0081】
［２－１．自動走行動作］
まず、作業車両１００による自動走行の動作の例を説明する。本実施形態における作業車両１００は、圃場内および圃場外の両方で自動で走行することができる。圃場内において、作業車両１００は、予め設定された目標経路に沿って走行しながら、インプルメント３００を駆動して所定の農作業を行う。作業車両１００は、圃場内を走行中、障害物センサ１３０によって障害物が検出された場合、走行を停止し、ブザー２２０からの警告音の発出、および端末装置４００への警告信号の送信などの動作を行う。圃場内において、作業車両１００の測位は、主にＧＮＳＳユニット１１０から出力されるデータに基づいて行われる。一方、圃場外において、作業車両１００は、圃場外の農道または一般道に設定された目標経路に沿って自動で走行する。作業車両１００は、圃場外を走行中、カメラ１２０またはＬｉＤＡＲセンサ１４０によって取得されたデータに基づいて局所的経路設計を行いながら走行する。圃場外において、作業車両１００は、障害物が検出されると、障害物を回避するか、その場で停止する。圃場外においては、ＧＮＳＳユニット１１０から出力される測位データに加え、ＬｉＤＡＲセンサ１４０またはカメラ１２０から出力されるデータに基づいて作業車両１００の位置が推定される。
まず、作業車両１００による自動走行の動作の例を説明する。本実施形態における作業車両１００は、圃場内および圃場外の両方で自動で走行することができる。圃場内において、作業車両１００は、予め設定された目標経路に沿って走行しながら、インプルメント３００を駆動して所定の農作業を行う。作業車両１００は、圃場内を走行中、障害物センサ１３０によって障害物が検出された場合、走行を停止し、ブザー２２０からの警告音の発出、および端末装置４００への警告信号の送信などの動作を行う。圃場内において、作業車両１００の測位は、主にＧＮＳＳユニット１１０から出力されるデータに基づいて行われる。一方、圃場外において、作業車両１００は、圃場外の農道または一般道に設定された目標経路に沿って自動で走行する。作業車両１００は、圃場外を走行中、カメラ１２０またはＬｉＤＡＲセンサ１４０によって取得されたデータに基づいて局所的経路設計を行いながら走行する。圃場外において、作業車両１００は、障害物が検出されると、障害物を回避するか、その場で停止する。圃場外においては、ＧＮＳＳユニット１１０から出力される測位データに加え、ＬｉＤＡＲセンサ１４０またはカメラ１２０から出力されるデータに基づいて作業車両１００の位置が推定される。
【0082】
以下、作業車両１００が圃場内を自動走行する場合の動作をまず説明する。作業車両１００が圃場外を自動走行する動作と、圃場外における大域的経路設計および局所的経路設計の処理については、後述する。
【0083】
図７は、圃場内を目標経路に沿って自動で走行する作業車両１００の例を模式的に示す図である。この例において、圃場は、作業車両１００がインプルメント３００を用いて作業を行う作業領域７２と、圃場の外周縁付近に位置する枕地７４とを含む。地図上で圃場のどの領域が作業領域７２または枕地７４に該当するかは、ユーザによって事前に設定され得る。この例における目標経路は、並列する複数の主経路Ｐ１と、複数の主経路Ｐ１を接続する複数の旋回経路Ｐ２とを含む。主経路Ｐ１は作業領域７２内に位置し、旋回経路Ｐ２は枕地７４内に位置する。図７に示す各主経路Ｐ１は直線状の経路であるが、各主経路Ｐ１は曲線状の部分を含んでいてもよい。図７における破線は、インプルメント３００の作業幅を表している。作業幅は、予め設定され、記憶装置１７０に記録される。作業幅は、ユーザが操作端末２００または端末装置４００を操作することによって設定され、記録され得る。あるいは、作業幅は、インプルメント３００を作業車両１００に接続したときに自動で認識され、記録されてもよい。複数の主経路Ｐ１の間隔は、作業幅に合わせて設定され得る。目標経路は、自動運転が開始される前に、ユーザの操作に基づいて作成され得る。目標経路は、例えば圃場内の作業領域７２の全体をカバーするように作成され得る。作業車両１００は、図７に示すような目標経路に沿って、作業の開始地点から作業の終了地点まで、往復を繰り返しながら自動で走行する。なお、図７に示す目標経路は一例に過ぎず、目標経路の定め方は任意である。
【0084】
次に、制御装置１８０による圃場内における自動運転時の制御の例を説明する。
【0085】
図８は、制御装置１８０によって実行される自動運転時の操舵制御の動作の例を示すフローチャートである。制御装置１８０は、作業車両１００の走行中、図８に示すステップＳ１２１からＳ１２５の動作を実行することにより、自動操舵を行う。速度に関しては、例えば予め設定された速度に維持される。制御装置１８０は、作業車両１００の走行中、ＧＮＳＳユニット１１０によって生成された作業車両１００の位置を示すデータを取得する（ステップＳ１２１）。次に、制御装置１８０は、作業車両１００の位置と、目標経路との偏差を算出する（ステップＳ１２２）。偏差は、その時点における作業車両１００の位置と、目標経路との距離を表す。制御装置１８０は、算出した位置の偏差が予め設定された閾値を超えるか否かを判定する（ステップＳ１２３）。偏差が閾値を超える場合、制御装置１８０は、偏差が小さくなるように、駆動装置２４０に含まれる操舵装置の制御パラメータを変更することにより、操舵角を変更する。ステップＳ１２３において偏差が閾値を超えない場合、ステップＳ１２４の動作は省略される。続くステップＳ１２５において、制御装置１８０は、動作終了の指令を受けたか否かを判定する。動作終了の指令は、例えばユーザが遠隔操作で自動運転の停止を指示したり、作業車両１００が目的地に到達したりした場合に出され得る。動作終了の指令が出されていない場合、ステップＳ１２１に戻り、新たに計測された作業車両１００の位置に基づいて、同様の動作を実行する。制御装置１８０は、動作終了の指令が出されるまで、ステップＳ１２１からＳ１２５の動作を繰り返す。上記の動作は、制御装置１８０におけるＥＣＵ１８２、１８４によって実行される。
【0086】
図８に示す例では、制御装置１８０は、ＧＮＳＳユニット１１０によって特定された作業車両１００の位置と目標経路との偏差のみに基づいて駆動装置２４０を制御するが、方位の偏差もさらに考慮して制御してもよい。例えば、制御装置１８０は、ＧＮＳＳユニット１１０によって特定された作業車両１００の向きと、目標経路の方向との角度差である方位偏差が予め設定された閾値を超える場合に、その偏差に応じて駆動装置２４０の操舵装置の制御パラメータ（例えば操舵角）を変更してもよい。
【0087】
【0088】
図９Ａは、目標経路Ｐに沿って走行する作業車両１００の例を示す図である。図９Ｂは、目標経路Ｐから右にシフトした位置にある作業車両１００の例を示す図である。図９Ｃは、目標経路Ｐから左にシフトした位置にある作業車両１００の例を示す図である。図９Ｄは、目標経路Ｐに対して傾斜した方向を向いている作業車両１００の例を示す図である。これらの図において、ＧＮＳＳユニット１１０によって計測された作業車両１００の位置および向きを示すポーズがｒ（ｘ，ｙ，θ）と表現されている。（ｘ，ｙ）は、地球に固定された２次元座標系であるＸＹ座標系における作業車両１００の基準点の位置を表す座標である。図９Ａから図９Ｄに示す例において、作業車両１００の基準点はキャビン上のＧＮＳＳアンテナが設置された位置にあるが、基準点の位置は任意である。θは、作業車両１００の計測された向きを表す角度である。図示されている例においては、目標経路ＰがＹ軸に平行であるが、一般的には目標経路ＰはＹ軸に平行であるとは限らない。
【0089】
図９Ａに示すように、作業車両１００の位置および向きが目標経路Ｐから外れていない場合には、制御装置１８０は、作業車両１００の操舵角および速度を変更せずに維持する。
【0090】
図９Ｂに示すように、作業車両１００の位置が目標経路Ｐから右側にシフトしている場合には、制御装置１８０は、作業車両１００の走行方向が左寄りに傾き、経路Ｐに近付くように操舵角を変更する。このとき、操舵角に加えて速度も併せて変更してもよい。操舵角の大きさは、例えば位置偏差Δｘの大きさに応じて調整され得る。
【0091】
図９Ｃに示すように、作業車両１００の位置が目標経路Ｐから左側にシフトしている場合には、制御装置１８０は、作業車両１００の走行方向が右寄りに傾き、経路Ｐに近付くように操舵角を変更する。この場合も、操舵角に加えて速度も併せて変更してもよい。操舵角の変化量は、例えば位置偏差Δｘの大きさに応じて調整され得る。
【0092】
図９Ｄに示すように、作業車両１００の位置は目標経路Ｐから大きく外れていないが、向きが目標経路Ｐの方向とは異なる場合は、制御装置１８０は、方位偏差Δθが小さくなるように操舵角を変更する。この場合も、操舵角に加えて速度も併せて変更してもよい。操舵角の大きさは、例えば位置偏差Δｘおよび方位偏差Δθのそれぞれの大きさに応じて調整され得る。例えば、位置偏差Δｘの絶対値が小さいほど方位偏差Δθに応じた操舵角の変化量を大きくしてもよい。位置偏差Δｘの絶対値が大きい場合には、経路Ｐに戻るために操舵角を大きく変化させることになるため、必然的に方位偏差Δθの絶対値が大きくなる。逆に、位置偏差Δｘの絶対値が小さい場合には、方位偏差Δθをゼロに近づけることが必要である。このため、操舵角を決定するための方位偏差Δθの重み（すなわち制御ゲイン）を相対的に大きくすることが妥当である。
【0093】
作業車両１００の操舵制御および速度制御には、ＰＩＤ制御またはＭＰＣ制御（モデル予測制御）などの制御技術が適用され得る。これらの制御技術を適用することにより、作業車両１００を目標経路Ｐに近付ける制御を滑らかにすることができる。
【0094】
なお、走行中に一つ以上の障害物センサ１３０によって障害物が検出された場合には、制御装置１８０は、作業車両１００を停止させる。このとき、ブザー２２０に警告音を発出させたり、警告信号を端末装置４００に送信してもよい。障害物の回避が可能な場合、制御装置１８０は、障害物を回避するように駆動装置２４０を制御してもよい。
【0095】
本実施形態における作業車両１００は、圃場内だけでなく、圃場外でも自動走行が可能である。圃場外において、制御装置１８０は、カメラ１２０またはＬｉＤＡＲセンサ１４０から出力されたデータに基づいて、作業車両１００から比較的離れた位置に存在する物体（例えば、他の車両または歩行者等）を検出することができる。制御装置１８０は、検出された物体を回避するように局所的経路を生成し、局所的経路に沿って速度制御および操舵制御を行うことにより、圃場外の道における自動走行を実現できる。
【0096】
このように、本実施形態における作業車両１００は、無人で圃場内および圃場外を自動で走行できる。図１０は、複数の作業車両１００が圃場７０の内部および圃場７０の外側の道７６を自動走行している状況の例を模式的に示す図である。記憶装置１７０には、複数の圃場およびその周辺の道を含む領域の環境地図および目標経路が記録される。環境地図および目標経路は、管理装置６００またはＥＣＵ１８５によって生成され得る。作業車両１００が道路上を走行する場合、作業車両１００は、インプルメント３００を上昇させた状態で、カメラ１２０およびＬｉＤＡＲセンサ１４０などのセンシング装置を用いて周囲をセンシングしながら、目標経路に沿って走行する。走行中、制御装置１８０は、局所的経路を逐次生成し、局所的経路に沿って作業車両１００を走行させる。これにより、障害物を回避しながら自動走行することができる。走行中に、状況に応じて目標経路が変更されてもよい。
【0097】
［２－２．作業計画の作成］
本実施形態における作業車両１００は、管理装置６００によって作成された作業計画に従って圃場間の移動、および各圃場での農作業を自動で実行する。作業計画は、作業車両１００によって実行される１以上の農作業に関する情報を含む。例えば、作業計画は、作業車両１００によって実行される１以上の農作業、および各農作業が行われる圃場の情報を含む。作業計画は、複数の作業日にわたって作業車両１００が実行する複数の農作業、および各農作業が行われる圃場の情報を含んでいてもよい。より具体的には、作業計画は、作業日ごとに、どの時刻に、どの農業機械が、どの圃場で、どの農作業を行うかを示す作業スケジュールの情報を含むデータベースであり得る。以下、作業計画がそのような作業スケジュールのデータである場合の例を説明する。作業計画は、ユーザが端末装置４００を用いて入力した情報に基づいて、管理装置６００のプロセッサ６６０によって作成され得る。以下、作業スケジュールの作成方法の例を説明する。
本実施形態における作業車両１００は、管理装置６００によって作成された作業計画に従って圃場間の移動、および各圃場での農作業を自動で実行する。作業計画は、作業車両１００によって実行される１以上の農作業に関する情報を含む。例えば、作業計画は、作業車両１００によって実行される１以上の農作業、および各農作業が行われる圃場の情報を含む。作業計画は、複数の作業日にわたって作業車両１００が実行する複数の農作業、および各農作業が行われる圃場の情報を含んでいてもよい。より具体的には、作業計画は、作業日ごとに、どの時刻に、どの農業機械が、どの圃場で、どの農作業を行うかを示す作業スケジュールの情報を含むデータベースであり得る。以下、作業計画がそのような作業スケジュールのデータである場合の例を説明する。作業計画は、ユーザが端末装置４００を用いて入力した情報に基づいて、管理装置６００のプロセッサ６６０によって作成され得る。以下、作業スケジュールの作成方法の例を説明する。
【0098】
図１１は、端末装置４００の表示装置４３０に表示される設定画面７６０の一例を示す図である。端末装置４００のプロセッサ４６０は、ユーザによる入力装置４２０を用いた操作に応答して、スケジュール作成のためのアプリケーションソフトウェアを起動して、図１１に示すような設定画面７６０を表示装置４３０に表示させる。ユーザは、この設定画面７６０上で、作業スケジュールの作成に必要な情報を入力することができる。
【0099】
図１１は、農作業として、稲作用の圃場において肥料の散布を伴う耕耘が行われる場合の設定画面７６０の一例を示している。設定画面７６０は、図示されるものに限定されず、適宜変更が可能である。図１１の例における設定画面７６０は、日付設定部７６２、作付計画選択部７６３、圃場選択部７６４、作業選択部７６５、作業者選択部７６６、時間設定部７６７、機械選択部７６８、肥料選択部７６９、および散布量設定部７７０を含む。
【0100】
日付設定部７６２には、入力装置４２０によって入力された日付が表示される。入力された日付が農作業の実施日として設定される。
【0101】
作付計画選択部７６３には、予め作成された作付計画の名称の一覧が表示される。一覧の中から所望の作付計画をユーザが選択することが可能である。作付計画は、作物の種類・品種ごとに予め作成され、管理装置６００の記憶装置６５０に記録される。作付計画は、どの作物をどの圃場に作付けするか（すなわち植え付けるか）という計画である。作付計画は、作物を圃場に作付けする前に、複数の圃場を管理する管理者等によって行われる。図１１の例では、稲の品種「こしいぶき」の作付計画が選択されている。この場合、設定画面７６０で設定される内容は、「こしいぶき」の作付計画に関連付けられる。
【0102】
圃場選択部７６４には、地図中の圃場が表示される。ユーザは、表示された圃場の中から任意の圃場を選択できる。図１１の例では、「圃場Ａ」を示す部分が選択されている。この場合、選択された「圃場Ａ」が農作業が行われる圃場として設定される。
【0103】
作業選択部７６５には、選択された作物を栽培するために必要な複数の農作業が表示される。ユーザは、複数の農作業の中から一つの農作業を選択することができる。図１１の例では、複数の農作業の中から「耕耘」が選択されている。この場合、選択された「耕耘」が、実施される農作業として設定される。
【0104】
作業者選択部７６６には、予め登録された作業者が表示される。ユーザは、表示された複数の作業者の中から一人以上の作業者を選択することができる。図１１の例では、複数の作業者のうち、「作業者Ｂ、作業者Ｃ」が選択されている。この場合、選択された「作業者Ｂ、作業者Ｃ」が、その農作業を実施または管理する担当の作業者として設定される。なお、本実施形態では、農業機械は自動で農作業を行うため、作業者は実際には農作業を行わず、農業機械が実行する農作業を遠隔で監視するだけであってもよい。
【0105】
時間設定部７６７には、入力装置４２０から入力された作業時間が表示される。作業時間は、開始時刻および終了時刻によって指定される。入力された作業時間が、農作業が実行される予定時間として設定される。
【0106】
機械選択部７６８は、その農作業において使用される農業機械を設定する部分である。機械選択部７６８には、例えば、予め管理装置６００によって登録された農業機械の種類または型式、および使用可能なインプルメントの種類または型式等が表示され得る。ユーザは、表示された機械の中から、特定の機械を選択することができる。図１１の例では、型式が「ＮＷ４５１１」であるインプルメントが選択されている。この場合、そのインプルメントが、当該農作業において使用される機械として設定される。
【0107】
肥料選択部７６９には、予め管理装置６００によって登録された複数の肥料の名称が表示される。ユーザは、表示された複数の肥料の中から特定の肥料を選択することができる。選択された肥料が当該農作業において使用される肥料として設定される。
【0108】
散布量設定部７７０には、入力装置４２０から入力された数値が表示される。入力された数値が散布量として設定される。
【0109】
設定画面７６０において、作付計画、圃場、農作業、作業者、作業時間、肥料、散布量が入力され、「登録」が選択されると、端末装置４００の通信装置４９０は、入力された情報を管理装置６００に送信する。管理装置６００のプロセッサ６６０は、受信した情報を記憶装置６５０に記憶させる。プロセッサ６６０は、受信した情報に基づいて、各農業機械に実行させる農作業のスケジュールを作成し、記憶装置６５０に記憶させる。
【0110】
なお、管理装置６００によって管理される農作業の情報は上述したものに限定されない。例えば、圃場で使用される農薬の種類および散布量を設定画面７６０で設定できるようにしてもよい。図１１に示す農作業以外の農作業に関する情報を設定できるようにしてもよい。
【0111】
図１２は、管理装置６００によって作成される農作業のスケジュールの例を示す図である。この例におけるスケジュールは、登録された農業機械ごとに、農作業が行われる日および時間、圃場、作業内容、および使用されるインプルメントを示す情報を含む。スケジュールは、図１２に示す情報以外にも、作業内容に応じた他の情報、例えば農薬の種類または農薬の散布量などの情報を含んでいてもよい。このようなスケジュールに従い、管理装置６００のプロセッサ６６０は、作業車両１００に農作業の指示を出す。スケジュールは、作業車両１００の制御装置１８０によってダウンロードされ、記憶装置１７０にも格納され得る。その場合、制御装置１８０は、記憶装置１７０に格納されたスケジュールに従って自発的に動作を開始してもよい。
【0112】
本実施形態では、作業計画は管理装置６００によって作成されるが、作業計画は他の装置によって作成されてもよい。例えば、端末装置４００のプロセッサ４６０または作業車両１００における制御装置１８０が作業計画を生成または更新する機能を備えていてもよい。
【0113】
［２－３．経路計画］
次に、本実施形態における経路計画の動作をより詳細に説明する。
次に、本実施形態における経路計画の動作をより詳細に説明する。
【0114】
本実施形態における管理装置６００および作業車両１００の制御システム１６０は、協働して、作業車両１００のための経路計画システムとして機能する。記憶装置６５０は、複数の圃場と、それらの圃場の周辺の道を含む地図を記憶する。管理装置６００のプロセッサ６６０は、地図上における作業車両１００の経路を生成する処理装置として機能する。管理装置６００は、作業計画に基づいて、作業車両１００の経路を生成する。なお、管理装置６００が実行する経路生成処理の一部または全部が作業車両１００の制御装置１８０におけるＥＣＵ１８５によって実行されてもよい。その場合、ＥＣＵ１８５と管理装置６００との組み合わせが、作業車両１００の経路を生成する処理装置として機能する。そのような処理装置は、作業車両１００の作業計画を作成し、当該作業計画に基づいて、地図上における作業車両１００の経路を生成する。
【0115】
また、管理装置６００が実行する経路生成処理の一部または全部が作業車両１００の操作端末２００によって実行されてもよい。その場合、操作端末２００と管理装置６００との組み合わせが、作業車両１００の経路を生成する処理装置として機能する。そのような処理装置は、作業車両１００の作業計画を作成し、当該作業計画に基づいて、地図上における作業車両１００の経路を生成する。
【0116】
図１３は、経路計画時に参照される地図の一例を示す図である。この地図は、２次元のデジタル地図であり、管理装置６００またはＥＣＵ１８５によって生成または更新され得る。図１３に示す地図は、作業車両１００が農作業を行う複数の圃場７０およびその周辺の道７６における各点の位置（例えば緯度および経度）の情報を含む。この地図は、さらに、作業車両１００の保管場所９０、および作業車両１００が一時的に待機する待機場所９６の位置情報も含む。保管場所９０および待機場所９６は、ユーザによる端末装置４００を用いた操作によって登録され得る。図１３に示すような地図は、作業車両１００が走行し得る地域の全体にわたって作成され得る。なお、図１３に示す地図は２次元の地図であるが、３次元の地図を経路計画に利用してもよい。
【0117】
保管場所９０は、例えばユーザの自宅または事業所に隣接する車庫、納屋、または駐車場であり得る。待機場所９６は、例えば複数のユーザが共同で管理または利用する場所であり得る。待機場所９６は、市町村、農業協同組合、または企業が管理・運営する駐車場または車庫などの施設であってもよい。待機場所９６が夜間に施錠される施設であれば、待機場所９６で停車中の作業車両１００の盗難を予防することができる。図１３には、一つの待機場所９６が例示されているが、複数の待機場所９６が設けられていてもよい。また、作業車両１００が比較的狭い範囲内で移動する場合、保管場所９０とは別に待機場所９６が設けられている必要はない。
【0118】
管理装置６００は、各作業日における農作業が開始する前に、その作業日に農作業が予定されている圃場を含む領域の地図を記憶装置６５０から読み出し、当該地図に基づいて作業車両１００の経路を生成する。より具体的には、管理装置６００は、作業車両１００が圃場７０内で農作業を行いながら走行する第１経路（「作業走行経路」とも称する。）を地図上の圃場に生成し、且つ、作業車両１００が走行して圃場７０に向かう第２経路を地図上の道に生成する。管理装置６００は、第１経路と第２経路とを生成した後、両者を接続することにより、作業車両１００の大域的経路を生成する。
【0119】
図１４は、生成される大域的経路の一例を示す図である。図１４には、ある作業日に農作業が行われる圃場群７０Ａと、次の作業日に農作業が行われる圃場群７０Ｂと、さらに次の作業日に農作業が行われる圃場群７０Ｃとが例示されている。図１４には、作業車両１００の保管場所９０、作業車両１００を遠隔で監視するユーザの自宅９２、および作業車両１００が待機するための二つの待機場所９６Ａおよび９６Ｂも例示されている。図１４においては、説明の便宜上、圃場群７０Ａ、圃場群７０Ｂ、圃場群７０Ｃ、保管場所９０、待機場所９６Ａ、および待機場所９６Ｂが、互いに比較的近くに位置しているように描かれている。現実には、圃場群７０Ａ、圃場群７０Ｂ、圃場群７０Ｃ、保管場所９０、待機場所９６Ａ、および待機場所９６Ｂの相互の距離は長くてもよく、例えば５００ｍから１０ｋｍ、またはそれ以上であってもよい。
【0120】
図１４において、管理装置６００によって生成される大域的経路のうち、道７６上に生成される経路が矢印で示されている。圃場内に生成される第１経路（作業走行経路）の図示は省略されている。実線矢印は、ある作業日における作業車両１００の経路の例を示している。破線矢印は、次の作業日における作業車両１００の経路の例を示している。
【0121】
図１４に示す例では、管理装置６００は、保管場所９０を出発地点として、圃場群７０Ａを順に経由して待機場所９６Ａに至る経路を一作業日の経路として生成する。これは、次の作業日において農作業が予定されている圃場群７０Ｂに最も近い待機場所が待機場所９６Ａであるからである。管理装置６００は、次の作業日の経路として、待機場所９６Ａを出発地点として、圃場群７０Ｂを順に経由して待機場所９６Ｂに至る経路を生成する。これは、さらに次の作業日において農作業が予定されている圃場群７０Ｃに最も近い待機場所が待機場所９６Ｂであるからである。このように、管理装置６００は、各作業日において最後に農作業が行われる圃場から、次の作業日において農作業が行われる圃場群からの平均的な距離が最も短い待機場所までの経路を生成する。作業車両１００は、生成された経路に沿って走行する。
【0122】
図１４に示す例では、ある作業日において、作業車両１００は、保管場所９０を出発して、その日に農作業が予定されている圃場群７０Ａを順に訪れ、スケジュールに示された農作業を各圃場で実行する。各圃場において、作業車両１００は、例えば図７から図９Ｄを参照して説明した方法で、作業走行経路に沿って自動走行を行いながら、農作業を行う。一つの圃場において農作業が終了すると、作業車両１００は次の圃場に入り、同様に農作業を行う。このようにして、その日の最後の圃場での農作業が終了すると、作業車両１００は、待機場所９６Ａに移動する。作業車両１００は、次の作業日まで待機場所９６Ａで待機する。次の作業日において、作業車両１００は、待機場所９６Ａを出発して、その日に農作業が予定されている圃場群７０Ｂを順に訪れ、スケジュールに示された農作業を各圃場で実行する。その日の最後の圃場での農作業が終了すると、作業車両１００は、待機場所９６Ｂに移動し、さらに次の作業日まで待機場所９６Ｂで待機する。さらに次の作業日においても同様に、作業車両１００は、待機場所９６Ｂを出発して、圃場群７０Ｃで順に農作業を行った後、所定の待機場所に向かう。このような動作により、スケジュールに従って、最適な経路で効率的に作業車両１００を移動させながら予定された農作業を完了することができる。
【0123】
本実施形態のように、作業車両１００が走行する環境内に複数の待機場所（保管場所９０を含む。）が設けられている場合、複数の待機場所と、複数の圃場との対応関係を示すデータ（例えばテーブル）が記憶装置６５０に予め記録され得る。図１５は、待機場所と圃場との対応関係を示すテーブルの一例を示す図である。待機場所と圃場との対応関係は、例えば各待機場所から各圃場までの移動距離に基づいて決定され得る。図１５に示す例では、圃場１～３０に最も近い待機場所は待機場所Ａであり、圃場３１～６０に最も近い待機場所は待機場所Ｂであり、圃場６１～１００に最も近い待機場所は待機場所Ｃである。管理装置６００は、このようなテーブルを参照することで、次の作業日に予定されている圃場に最も近い待機場所を決定することができる。この例のように、保管場所９０とは別に一つ以上の待機場所９６を設けることにより、保管場所９０に毎回帰還する場合と比較して、作業車両１００の移動に要する時間および燃料の消費量を抑えることができる。結果として、複数の作業日にわたる一連の農作業を効率化することができる。
【0124】
次に、図１６を参照しながら、大域的経路の生成方法の例をさらに詳細に説明する。図１６は、ある作業日において生成される大域的経路の一例を示す図である。この例では、管理装置６００は、待機場所９６から、４つの圃場７０を経由して待機場所９６に戻る経路を生成する。管理装置６００は、圃場７０内に第１経路（作業走行経路）３０Ａを生成し、圃場７０の周辺の道７６上に第２経路３０Ｂを生成する。図１６において、左下の圃場７０についてのみ、第１経路３０Ａが示されており、他の圃場７０における第１経路の図示は省略されている。
【0125】
管理装置６００は、地図上の各圃場７０の内部に、図１６において実線矢印で示すような第１経路３０Ａを生成する。管理装置６００は、第１経路３０Ａを、図７を参照して説明したように、ユーザによる事前の設定に基づいて生成する。第１経路３０Ａは、開始地点Ｓから終了地点Ｇまで、往復を繰り返しながら作業領域７２の全体をカバーするように生成され得る。第１経路３０Ａにおける列の間隔は、作業車両１００およびインプルメント３００の幅および旋回性能を考慮して決定され得る。
【0126】
管理装置６００は、さらに、待機場所９６から圃場７０までの経路、および、複数の圃場７０を結ぶ経路を、第２経路３０Ｂとして生成する。図１６の例において、管理装置６００は、道７６に加えて、圃場７０の入口に第２経路３０Ｂを生成し、且つ、入口に生成した第２経路３０Ｂと第１経路３０Ａの開始地点Ｓとを結ぶ第３経路３０Ｃを生成する。管理装置６００はまた、道７６に加えて、圃場７０の出口に第２経路３０Ｂを生成し、且つ、出口に生成した第２経路３０Ｂと第１経路３０Ａの終了地点Ｇとを結ぶ第４経路３０Ｄを生成する。図１６に示す例では、圃場７０の入口と出口とが共通しており、以下、これを出入口７１と表記する。各圃場７０は、複数の出入口７１を有していてもよく、入口と出口とが異なる箇所に設けられていてもよい。環境地図は、各圃場７０の位置情報に加えて、各圃場７０の出入口７１（あるいは入口および出口）の位置情報も含んでいる。管理装置６００は、その位置情報に基づいて、第２経路３０Ｂを生成することができる。
【0127】
本実施形態における管理装置６００は、第３経路３０Ｃおよび第４経路３０Ｄを、圃場７０において農作業が行われた領域を除く領域に生成する。図１６の例では、作業領域７２において既に前工程の農作業が行われているものとする。このため、管理装置６００は、作業領域７２を避けて、枕地７４に第３経路３０Ｃおよび第４経路３０Ｄを生成する。これにより、農作業が既に行われた作業領域７２が作業車両１００によって踏み荒らされることを回避することができる。圃場７０において、今シーズンにまだ何らの農作業も行われていない場合（すなわち今回の農作業が最初の農作業である場合）、第３経路３０Ｃは作業領域７２と重なっていてもよい。一方、第４経路３０Ｄは、既に今回の農作業が完了した後の経路であるため、作業領域７２とは重ならないように設定される。
【0128】
作業領域７２においては、複数種類の農作業が異なる時期に行われる。例えば、耕耘、植付、施肥、防除、収穫などの作業が、異なる時期に行われ得る。作業領域７２において何らかの農作業が既に行われている場合、作業領域７２を作業車両１００が踏んでしまうと、既に行われた農作業の効果を損ねることになる。そこで、本実施形態における管理装置６００は、作業領域７２において既に何らかの農作業が行われている場合、作業領域７２を避けて第３経路３０Ｃおよび第４経路３０Ｄを生成する。どの領域において農作業が既に行われたかは、作業計画に基づいて判断できる。管理装置６００は、作業計画に基づいて、第３経路３０Ｃおよび第４経路３０Ｄを、作業済みの領域を除く領域に生成することができる。
【0129】
管理装置６００は、上記の経路生成処理を各圃場７０およびその周辺の道７６について実行することにより、所定期間（例えば半日、一日、三日など）における全ての経路を生成することができる。例えば、各作業日において、管理装置６００は、その作業日に予定されている全ての農作業を完了するために必要な全ての経路を、作業車両１００の走行開始前に生成してもよい。あるいは、管理装置６００は、各作業日に予定されている農作業の一部を実施するための経路をまず生成し、当該農作業の一部が終了した後、その作業日における残りの農作業を実施するための経路を生成してもよい。さらに、管理装置６００は、複数の作業日に予定されている全ての農作業を完了するために必要な全ての経路を一度に生成してもよい。管理装置６００は、一旦生成した経路を、農作業の進捗状況、気象状況、交通状況、または農道の状態などの種々の状況に応じて、変更してもよい。
【0130】
上記のように、管理装置６００は、圃場７０内の第１経路３０Ａと、圃場７０外の第２経路３０Ｂとを別々に生成し、その後、第１経路３０Ａと第２経路３０Ｂとを接続する。管理装置６００は、圃場内の第１経路３０Ａを生成する圃場内経路生成モードと、圃場外の第２経路３０Ｂを生成する圃場外経路生成モードとで動作することができる。圃場内経路生成モードにおいて、管理装置６００は、第１の経路生成アルゴリズムに従って第１経路３０Ａを生成する。一方、圃場外経路生成モードにおいて、管理装置６００は、第１の経路生成アルゴリズムとは異なる第２の経路生成アルゴリズムに従って第２経路３０Ｂを生成する。管理装置６００は、第１経路３０Ａと第２経路３０Ｂとを生成した後、両者を接続する第３経路３０Ｃおよび第４経路３０Ｄを生成する。これにより、大域的経路設計が完了する。
【0131】
管理装置６００は、圃場内経路生成モードにおいて、登録された圃場７０に関する情報に基づいて、第１経路３０Ａを生成する。例えば、管理装置６００は、登録された圃場７０の外形および面積、ならびにユーザによって設定された作業領域７２および枕地７４の範囲等の情報に基づいて、第１経路３０Ａを生成することができる。第１経路３０Ａは、例えば、作業車両１００による自動運転の運用を開始する前に、圃場７０ごとに生成され得る。
【0132】
一方、管理装置６００は、圃場外経路生成モードにおいて、例えば作業計画に基づいて、所定期間ごと（例えば作業日ごと）に、第２の経路生成アルゴリズムに従って第２経路３０Ｂを生成する。管理装置６００は、例えばダイクストラ法またはＡ＊法などの探索アルゴリズムに基づく第２の経路生成アルゴリズムに従って第２経路３０Ｂを生成することができる。管理装置６００は、ユーザからの指示に応じて第２経路３０Ｂを生成してもよいし、作業計画に基づく所定のタイミングで第２経路３０Ｂを自動で生成してもよい。管理装置６００は、圃場７０に向かう道７６（例えば農道）の状態に応じて第２経路３０Ｂを決定してもよい。例えば、圃場７０に向かう道に沿って樹木が生い茂り、ＧＮＳＳ衛星からの電波の受信を妨げるおそれがある場合には、管理装置６００は、そのような道を除外して第２経路３０Ｂを生成してもよい。
【0133】
このように、管理装置６００は、圃場内の第１経路３０Ａと、圃場外の道７６に沿った第２経路３０Ｂとを、異なる方法（例えば、異なる設定画面、異なるデバイス、または異なるアプリケーションソフトウェア）で設定する。管理装置６００が実行する経路生成処理の一部または全部が、他の装置（例えば、操作端末２００、端末装置４００、またはＥＣＵ１８５）によって実行される場合も同様に、圃場内の第１経路３０Ａと、圃場外の道７６に沿った第２経路３０Ｂとは、異なる方法で設定される。例えば、操作端末２００と管理装置６００との組み合わせが、作業車両１００の経路を生成する処理装置として機能する場合、操作端末２００がユーザからの指示に応じて第１経路３０Ａを生成し、管理装置６００が作業計画に基づいて第２経路３０Ｂを設定してもよい。
【0134】
図１７は、異なる設定画面、異なるデバイス、または異なるアプリケーションソフトウェアによって、第１経路３０Ａと第２経路３０Ｂとを設定する方法の一例として、操作端末２００と管理装置６００とによる経路生成方法を示している。なお、図１７に示した操作端末２００を端末装置４００に読み替えてもよいし、ＥＣＵ１８５に読み替えてもよく、経路生成方法は、本実施形態に限定されない。
【0135】
図１７に示すように、ユーザが操作端末２００に対して所定の操作を行うと、操作端末２００は、圃場内経路生成モードに推移する（ステップＳ３００）。圃場内経路生成モードでは、操作端末２００は、ディスプレイに環境地図を表示し（ステップＳ３０１）、ユーザからの入力の受付を待つ待機状態となる（ステップＳ３０２）。受付の待機状態は、圃場内において、第１経路３０Ａの作成に必要な情報の入力待ち状態であり、当該情報は、例えば、圃場内における開始地点Ｓ、終了地点Ｇ、作業領域７２、枕地７４の位置等の情報を含み得る。操作端末２００は、開始地点Ｓ、終了地点Ｇ、作業領域７２、枕地７４の位置等の情報が入力されると（ステップＳ３０３におけるＹｅｓ）、図１６に示すように、圃場内に第１経路３０Ａを生成する（ステップＳ３０４）。操作端末２００は、第１経路３０Ａを生成すると、生成した第１経路３０Ａの情報を管理装置６００に送信する（ステップＳ３０５）。管理装置６００は、第１経路３０Ａの情報を受信すると、当該情報を記憶する（ステップＳ３０６）。
【0136】
一方、ユーザが端末装置４００に対して所定の操作を行うことで、管理装置６００に接続（ログイン）すると（ステップＳ３０７におけるＹｅｓ）、管理装置６００は、圃場外経路生成モードに推移する（ステップＳ３０８）。圃場外経路生成モードでは、管理装置６００は、端末装置４００のディスプレイに環境地図を表示させ（ステップＳ３０９）、作業計画を参照し、作業計画に応じて第２経路３０Ｂを生成する（ステップＳ３１０）。また、圃場外経路生成モードでは、管理装置６００は、第１経路３０Ａの情報を参照し、第１経路３０Ａの開始地点Ｓと、第２経路３０Ｂにおける圃場の入口の部分とを結ぶ第３経路３０Ｃを生成する（ステップＳ３１１）。管理装置６００は、さらに、第１経路３０Ａの終了地点Ｇと、第２経路３０Ｂにおける圃場の出口の部分とを結ぶ第４経路３０Ｄを生成してもよい。管理装置６００は、地図上における第１経路３０Ａ、第２経路３０Ｂ、第３経路３０Ｃ、および第４経路３０Ｄを端末装置４００のディスプレイに表示させてもよい。これにより、ユーザは、生成された経路を確認することができる。
【0137】
上記のように、圃場内の第１経路３０Ａは、圃場内の状態に応じて設定され得る。一方、道に沿った第２経路３０Ｂは、当該道の状態に応じて設定され得る。管理装置６００は、別々に設定した圃場内の第１経路３０Ａと、圃場外の第２経路３０Ｂとを接続することによって、所定期間内に作業車両１００が走行すべき大域的経路を生成する。このように、圃場７０および道７６のそれぞれの属性を考慮して経路設計を行うことで、圃場内および圃場外の状態に応じた好適な経路を生成することができる。
【0138】
図１６に示す例では、作業計画が、所定期間（例えば一作業日）に複数の圃場７０で農作業が行われることを示している。このため、管理装置６００は、待機場所９６から一つの圃場７０までの経路、および圃場７０間の経路を、道７６に沿って生成する。このような例とは異なり、作業計画が、所定期間に一つの圃場７０で農作業が行われることを示している場合もある。その場合、管理装置６００は、待機場所９６から一つの圃場７０までの経路を、圃場７０に向かう道７６に沿って生成する。管理装置６００は、さらに、作業計画において、所定期間内で最後に農作業が行われる圃場７０から、作業車両１００が帰還する帰還場所までの経路を道７６に沿って生成する。図１６の例においては、待機場所９６が帰還場所に該当する。帰還場所は、待機場所９６とは異なる場所（例えば図１４に示す保管場所９０）でもよい。
【0139】
以上の動作により、管理装置６００は、所定期間（例えば作業日）ごとに、作業車両１００の出発地点から、一つ以上の圃場７０を経由して、終着地点に至る大域的経路を生成することができる。管理装置６００は、予め作成されたスケジュールに従って、作業車両１００が、指定された時刻に指定された圃場７０で農作業を実行するように、作業車両１００の大域的経路を生成することができる。生成された大域的経路の情報は、作業車両１００に送信され、記憶装置１７０に記憶される。自動運転制御を行うＥＣＵ１８４は、大域的経路に沿って作業車両１００が走行するように、ＥＣＵ１８１および１８２を制御する。これにより、作業車両１００は、大域的経路に沿って走行を開始する。
【0140】
作業車両１００が圃場外を走行しているとき、大域的経路上またはその付近に、歩行者または他の車両などの障害物が存在することがある。作業車両１００が障害物に衝突することを回避するために、制御装置１８０におけるＥＣＵ１８５は、作業車両１００の走行中、障害物を回避可能な局所的経路を逐次生成する。ＥＣＵ１８５は、作業車両１００が走行しているとき、作業車両１００が備えるセンシング装置（障害物センサ１３０、ＬｉＤＡＲセンサ１４０、およびカメラ１２０等）によって取得されたセンシングデータに基づいて、局所的経路を生成する。局所的経路は、第２経路３０Ｂの一部に沿った複数のウェイポイントによって規定される。ＥＣＵ１８５は、センシングデータに基づいて、作業車両１００の進路上またはその付近に障害物が存在するか否かを判断する。そのような障害物が存在する場合、ＥＣＵ１８５は、障害物を避けるように複数のウェイポイントを設定して局所的経路を生成する。障害物が存在しない場合、ＥＣＵ１８５は、第２経路３０Ｂにほぼ平行に局所的経路を生成する。生成された局所的経路を示す情報は、自動運転制御用のＥＣＵ１８４に送られる。ＥＣＵ１８４は、局所的経路に沿って作業車両１００が走行するように、ＥＣＵ１８１およびＥＣＵ１８２を制御する。これにより、作業車両１００は、障害物を回避しながら走行することができる。なお、作業車両１００が走行する道路に信号機が存在する場合、作業車両１００は、例えばカメラ１２０が撮影した画像に基づいて信号機を認識し、赤信号で停止し、青信号で発進する、といった動作を行ってもよい。
【0141】
図１８は、障害物が存在する環境で生成される大域的経路および局所的経路の一例を示す図である。図１８において、大域的経路３０が点線矢印で例示され、走行中に逐次生成される局所的経路３２が実線矢印で例示されている。大域的経路３０は、複数のウェイポイント３０ｐによって規定される。局所的経路３２は、ウェイポイント３０ｐよりも短い間隔で設定された複数のウェイポイント３２ｐによって規定される。各ウェイポイントは、例えば、位置および向きの情報を有する。管理装置６００は、複数のウェイポイント３０ｐを、道７６の交差点を含む複数の箇所に設定することによって大域的経路３０を生成する。ウェイポイント３０ｐの間隔は、比較的長く、例えば数メートルから数十メートル程度であってもよい。ＥＣＵ１８５は、作業車両１００の走行中、センシング装置から出力されたセンシングデータに基づいて、複数のウェイポイント３２ｐを設定することにより、局所的経路３２を生成する。局所的経路３２におけるウェイポイント３２ｐの間隔は、大域的経路３０におけるウェイポイント３０ｐの間隔よりも短い。ウェイポイント３２ｐの間隔は、例えば、数十センチメートル（ｃｍ）から数メートル（ｍ）程度であり得る。局所的経路３２は、作業車両１００の位置を起点とする比較的狭い範囲（例えば数メートル程度の範囲）内に生成される。図１８には、作業車両１００が圃場７０の間の道７６に沿って走行し、交差点で左折する間に生成される一連の局所的経路３２が例示されている。ＥＣＵ１８５は、作業車両１００の移動中、ＥＣＵ１８４によって推定された作業車両１００の位置から、例えば数メートル先の地点までの局所的経路を生成する動作を繰り返す。作業車両１００は、逐次生成される局所的経路に沿って走行する。
【0142】
図１８に示す例では、作業車両１００の前方に障害物４０（例えば人）が存在する。図１８には、作業車両１００に搭載されたカメラ１２０、障害物センサ１３０、またはＬｉＤＡＲセンサ１４０などのセンシング装置によってセンシングされる範囲の一例が扇形で例示されている。このような状況において、ＥＣＵ１８５は、センシングデータに基づいて検出された障害物４０を回避するように、局所的経路３２を生成する。ＥＣＵ１８５は、例えば、センシングデータと、作業車両１００の幅（インプルメントが装着されている場合はインプルメントの幅も含む）とに基づいて、作業車両１００が障害物４０に衝突する可能性があるかを判断する。作業車両１００が障害物４０に衝突する可能性がある場合、ＥＣＵ１８５は、その障害物４０を避けるように複数のウェイポイント３２ｐを設定して局所的経路３２を生成する。なお、ＥＣＵ１８５は、障害物４０の有無だけでなく、路面の状態（例えば、ぬかるみ、陥没等）をセンシングデータに基づいて認識し、走行が困難な箇所が検出された場合、そのような箇所を回避するように局所的経路３２を生成してもよい。作業車両１００は、局所的経路３２に沿って走行する。局所的経路３２をどのように設定しても障害物４０を回避できない場合、制御装置１８０は、作業車両１００を停止させてもよい。このとき、制御装置１８０は、端末装置４００に警告信号を送信して監視者に注意喚起を行ってもよい。停止後、障害物４０が移動して衝突のおそれがなくなったことを認識した場合、制御装置１８０は、作業車両１００の走行を再開してもよい。
【0143】
図１９は、本実施形態における経路計画および走行制御の動作を示すフローチャートである。図１９に示すステップＳ１４１からＳ１４６の動作を実行することにより、経路計画を行い、作業車両１００の自動走行を制御することができる。
【0144】
図１９に示す例において、管理装置６００は、まず、記憶装置６５０から地図および作業計画を取得する（ステップＳ１４１）。次に、管理装置６００は、地図および作業計画に基づいて、前述の方法により、作業車両１００の大域的経路設計を行う（ステップＳ１４２）。大域的経路設計は、作業車両１００の走行を開始する前の任意のタイミングで行われ得る。大域的経路設計は、作業車両１００の走行開始の直前に行われてもよいし、走行開始の前日以前に行われてもよい。また、大域的経路は、ユーザが端末装置４００を用いて入力した情報（例えば、出発地点、目的地点、経由地点等）に基づいて生成されてもよい。管理装置６００は、生成した大域的経路を示すデータを作業車両１００に送信する。その後、管理装置６００は、所定のタイミングで、作業車両１００に走行の指示を出す。これを受けて、作業車両１００の制御装置１８０は、作業車両１００の走行を開始するように駆動装置２４０を制御する（ステップＳ１４３）。これにより、作業車両１００は走行を開始する。走行開始のタイミングは、例えば、作業計画が示す各作業日における最初の農作業の開始予定時刻までに作業車両１００が圃場に到達できる適切なタイミングに設定され得る。制御装置１８０のＥＣＵ１８５は、作業車両１００の走行中、前述の方法により、障害物との衝突を回避するための局所的経路設計を行う（ステップＳ１４４）。障害物が検出されなかった場合、ＥＣＵ１８５は、大域的経路にほぼ平行に局所的経路を生成する。障害物が検出された場合、ＥＣＵ１８５は、障害物を回避可能な局所的経路を生成する。続いて、ＥＣＵ１８４は、作業車両１００の走行を終了させるか否かを判定する（ステップＳ１４５）。例えば、障害物を回避できる局所的経路を生成できなかった場合、または、作業車両１００が目的地点に到着した場合、ＥＣＵ１８４は、作業車両１００を停止させる（ステップＳ１４６）。障害物が検出されなかった場合、または障害物を回避可能な局所的経路が生成できた場合は、ステップＳ１４３に戻り、ＥＣＵ１８４は、生成された局所的経路に沿って作業車両１００を走行させる。以後、ステップＳ１４５において走行を終了すると判断されるまで、ステップＳ１４３からＳ１４５の動作が繰り返される。
【0145】
以上の動作により、作業車両１００は、障害物に衝突することなく、生成された経路に沿って自動で走行することができる。
【0146】
図１９の例において、大域的経路は、一度生成された後、目的地に到達するまで変更されない。このような例に限らず、作業車両１００の走行中に大域的経路が修正されてもよい。例えば、ＥＣＵ１８５は、作業車両１００の走行中に、カメラ１２０またはＬｉＤＡＲセンサ１４０などのセンシング装置によって取得されたセンシングデータに基づいて、作業車両１００が走行している道の状態、作業車両１００の周辺の草木の状態、および天候の状態の少なくとも一つを認識し、認識した状態が所定の条件を満たす場合に、大域的経路を変更してもよい。作業車両１００が大域的経路に沿って走行しているとき、一部の道の通行が困難である場合がある。例えば、豪雨によって道がぬかるんでいたり、路面が陥没していたり、事故その他の原因で通行できなくなっていたりすることがある。あるいは、農道の周辺の草木が想定よりも伸びていたり、建造物が新たに建設されていたりして、ＧＮＳＳ衛星からの衛星信号が受信しにくくなっていることがある。そのような状況を考慮して、ＥＣＵ１８５は、作業車両１００の走行中に取得されたセンシングデータに基づいて、通行が困難な道を検出し、そのような道を回避するように経路を変更してもよい。また、ＥＣＵ１８５は、経路を変更した場合、変更後の経路を記憶装置１７０に記憶させ、管理装置６００に変更後の経路の情報を送信してもよい。その場合、管理装置６００は、次回、同じ圃場への経路生成時に、変更後の経路を採用してもよい。これにより、走行環境の変化に応じた柔軟な経路計画が可能になる。
【0147】
［２－４．地図の更新］
上記のように、大域的経路計画は、作業車両１００が走行する環境の地図に基づいて行われる。地図は、作業車両１００が走行する地域における複数の圃場およびその周辺の道の位置情報を含む。地図は、さらに、道の周辺に存在する地物（例えば、草、木、水路、建物等）の分布を示す情報を含んでいてもよい。地物の分布を示す情報は、作業車両１００または他の移動体が移動しながらＬｉＤＡＲセンサまたはカメラなどのセンシング装置でセンシングして得られたデータに基づいて生成され得る。道に沿って草木が生い茂っていたり、道の周辺に高い建造物が存在したりする環境では、ＧＮＳＳ衛星からの電波の受信が妨げられたり、作業車両１００の走行が妨げられたりする可能性がある。例えば、図２０に示すような、樹木が高い密度で農道の周辺に分布する環境では、樹木の上部で生い茂る葉が樹冠（canopy）を形成し、衛星からの電波にとって障害物または多重反射体として働く。このような農道では、ＧＮＳＳによる正確な測位が困難である。このような道に経路が生成されることを避けるために、ＥＣＵ１８６は、作業車両１００が走行しているときにセンシング装置によって取得されたセンシングデータに基づいて構造物を認識し、認識した構造物を地図に反映してもよい。認識される構造物は、例えば、樹木、建造物、水路、標識等であり得る。ＥＣＵ１８６はまた、センシングデータに基づいて、作業車両１００が走行している道の状態、および作業車両１００の周辺の草木の状態の少なくとも一つを認識し、認識した状態を地図に反映してもよい。
上記のように、大域的経路計画は、作業車両１００が走行する環境の地図に基づいて行われる。地図は、作業車両１００が走行する地域における複数の圃場およびその周辺の道の位置情報を含む。地図は、さらに、道の周辺に存在する地物（例えば、草、木、水路、建物等）の分布を示す情報を含んでいてもよい。地物の分布を示す情報は、作業車両１００または他の移動体が移動しながらＬｉＤＡＲセンサまたはカメラなどのセンシング装置でセンシングして得られたデータに基づいて生成され得る。道に沿って草木が生い茂っていたり、道の周辺に高い建造物が存在したりする環境では、ＧＮＳＳ衛星からの電波の受信が妨げられたり、作業車両１００の走行が妨げられたりする可能性がある。例えば、図２０に示すような、樹木が高い密度で農道の周辺に分布する環境では、樹木の上部で生い茂る葉が樹冠（canopy）を形成し、衛星からの電波にとって障害物または多重反射体として働く。このような農道では、ＧＮＳＳによる正確な測位が困難である。このような道に経路が生成されることを避けるために、ＥＣＵ１８６は、作業車両１００が走行しているときにセンシング装置によって取得されたセンシングデータに基づいて構造物を認識し、認識した構造物を地図に反映してもよい。認識される構造物は、例えば、樹木、建造物、水路、標識等であり得る。ＥＣＵ１８６はまた、センシングデータに基づいて、作業車両１００が走行している道の状態、および作業車両１００の周辺の草木の状態の少なくとも一つを認識し、認識した状態を地図に反映してもよい。
【0148】
図２１は、図１３に示す地図に、センシングによって得られた情報が追加された地図の一例を示す図である。図２１に示す地図には、センシングデータに基づいて認識された建造物９７および樹木９８を示す情報が追加されている。さらに、樹木９８に沿った農道９９（図２１において黒く表示）には、ＧＮＳＳ信号の受信強度が低く、通行が困難であることを示す属性情報が付加されている。このように、作業車両１００が走行している間にセンシングによって検出された周辺環境の変化を地図に反映することにより、当該地図に基づく経路計画をより適切に行うことが可能になる。
【0149】
上記の例のように、道の周辺に草木が高い密度で生い茂っている環境では、季節によって草木の状態が異なり、通行のし易さが変化し得る。例えば、夏は冬と比較して草木に覆われる道の割合が高くなり、通行が困難な道が増加する傾向がある。そこで、ＥＣＵ１８６は、季節に応じた複数の地図を生成し、記憶装置１７０に記録してもよい。例えば、ＥＣＵ１８６は、春、夏、秋、冬の４種類の地図を生成してもよい。それらの地図において、圃場、道、待機場所、および建物などの地理情報は共通であるが、草木の生育状態または道の通行の可否に関する属性情報が互いに異なり得る。生成された複数の地図は、管理装置６００に送信され、記憶装置６５０に記録される。管理装置６００は、記録された複数の地図から、作業車両１００が農作業を行うときの季節に対応する地図を抽出し、抽出した地図に基づいて、作業車両１００の経路を生成してもよい。これにより、季節に応じた適切な大域的経路設計を実現することができる。
【0150】
（他の実施形態）
上記の実施形態の構成および動作は例示にすぎず、本開示は上記の実施形態に限定されない。以下、他の実施形態を例示する。
上記の実施形態の構成および動作は例示にすぎず、本開示は上記の実施形態に限定されない。以下、他の実施形態を例示する。
【0151】
上記の実施形態では、管理装置６００のプロセッサ６６０が、作業計画の作成、環境地図の生成、作業車両１００の大域的経路設計を行い、作業車両１００の内部にある制御装置１８０が、作業車両１００の局所的経路設計および走行制御を行う。このような形態に代えて、上記の管理装置６００の動作の一部を制御装置１８０、操作端末２００、または端末装置４００に実行させてもよい。例えば、環境地図の生成および大域的経路の生成を制御装置１８０、操作端末２００、または端末装置４００が実行してもよい。
【0152】
管理装置６００は、作業車両１００を含む複数の農業機械の動作を管理してもよい。その場合、管理装置６００は、各農業機械が実行する農作業のスケジュールに基づいて、各農業機械の大域的経路設計および走行指示を行ってもよい。
【0153】
以上の実施形態における経路計画あるいは自動運転制御を行うシステムを、それらの機能を有しない農業機械に後から取り付けることもできる。そのようなシステムは、農業機械とは独立して製造および販売され得る。そのようなシステムで使用されるコンピュータプログラムも、農業機械とは独立して製造および販売され得る。コンピュータプログラムは、例えばコンピュータが読み取り可能な非一時的な記憶媒体に格納されて提供され得る。コンピュータプログラムは、電気通信回線（例えばインターネット）を介したダウンロードによっても提供され得る。
【0154】
以上のように、本開示は、以下の項目に記載の経路計画システム、制御システム、農業機械、方法、およびコンピュータプログラムを含む。
【0155】
［項目Ａ１］
自動運転を行う農業機械のための経路計画システムであって、
複数の圃場および前記複数の圃場の周辺の道を含む地図を記憶する記憶装置と、
前記地図上における前記農業機械の経路を生成する処理装置と、
を備え、
前記処理装置は、前記農業機械が前記圃場内で農作業を行いながら走行する第１経路を前記地図上の圃場に生成し、且つ、前記農業機械が走行して前記圃場に向かう第２経路を前記地図上の道に生成する、
経路計画システム。
自動運転を行う農業機械のための経路計画システムであって、
複数の圃場および前記複数の圃場の周辺の道を含む地図を記憶する記憶装置と、
前記地図上における前記農業機械の経路を生成する処理装置と、
を備え、
前記処理装置は、前記農業機械が前記圃場内で農作業を行いながら走行する第１経路を前記地図上の圃場に生成し、且つ、前記農業機械が走行して前記圃場に向かう第２経路を前記地図上の道に生成する、
経路計画システム。
【0156】
上記の経路計画システムによれば、処理装置は、圃場内の第１経路と、圃場外の道上の第２経路とを生成することができる。これにより、圃場内および圃場外の両方における農業機械の経路計画を効率的に行うことが可能になる。
【0157】
［項目Ａ２］
前記処理装置は、
前記第１経路を生成する圃場内経路生成モードと、前記第２経路を生成する圃場外経路生成モードとで動作し、
前記圃場内経路生成モードにおいて、第１の経路生成アルゴリズムに従って前記第１経路を生成し、
前記圃場外経路生成モードにおいて、前記第１の経路生成アルゴリズムとは異なる第２の経路生成アルゴリズムに従って前記第２経路を生成し、
前記第１経路と前記第２経路とを接続する、
項目Ａ１に記載の経路計画システム。
前記処理装置は、
前記第１経路を生成する圃場内経路生成モードと、前記第２経路を生成する圃場外経路生成モードとで動作し、
前記圃場内経路生成モードにおいて、第１の経路生成アルゴリズムに従って前記第１経路を生成し、
前記圃場外経路生成モードにおいて、前記第１の経路生成アルゴリズムとは異なる第２の経路生成アルゴリズムに従って前記第２経路を生成し、
前記第１経路と前記第２経路とを接続する、
項目Ａ１に記載の経路計画システム。
【0158】
上記の構成によれば、処理装置は、圃場内の特性に応じた第１の経路生成アルゴリズムで第１経路を生成し、圃場外の道の特性に応じた第２の経路生成アルゴリズムで第２経路を生成し、第１経路と第２経路とを接続することによって全体の大域的経路を生成することができる。これにより、圃場および圃場外のそれぞれの特性に応じた好適な経路計画を実現することができる。
【0159】
［項目Ａ３］
前記処理装置は、前記第１経路と前記第２経路とを生成した後、前記第１経路と前記第２経路とを接続する、項目Ａ２に記載の経路計画システム。
前記処理装置は、前記第１経路と前記第２経路とを生成した後、前記第１経路と前記第２経路とを接続する、項目Ａ２に記載の経路計画システム。
【0160】
上記の構成によれば、処理装置は、第１経路と第２経路とを、それぞれ独立に生成した後、第１経路と第２経路とを接続する。これにより、例えば、システムの運用開始前に各圃場内の第１経路を生成し、その後、適切なタイミングで各圃場の周辺の道の状況に応じて第２経路を生成するといった動作が可能になる。
【0161】
［項目Ａ４］
前記地図は、前記農業機械の待機場所を含み、
前記処理装置は、前記待機場所から前記圃場までの経路、および／または、前記複数の圃場を結ぶ経路を、前記第２経路として生成する、項目Ａ１からＡ３のいずれかに記載の経路計画システム。
前記地図は、前記農業機械の待機場所を含み、
前記処理装置は、前記待機場所から前記圃場までの経路、および／または、前記複数の圃場を結ぶ経路を、前記第２経路として生成する、項目Ａ１からＡ３のいずれかに記載の経路計画システム。
【0162】
上記の構成によれば、処理装置は、待機場所から圃場までの経路、複数の圃場を結ぶ経路、またはその両方を第２経路として生成することができる。このため、例えば、待機場所から１つ以上の圃場に向かい、各圃場内で所定の農作業を行うために必要な経路を効率的に生成することができる。
【0163】
［項目Ａ５］
前記処理装置は、前記道に加えて少なくとも前記圃場の入口に前記第２経路を生成し、且つ、前記入口に生成した前記第２経路と前記第１経路の開始地点とを結ぶ第３経路を生成する、項目Ａ１からＡ４のいずれかに記載の経路計画システム。
前記処理装置は、前記道に加えて少なくとも前記圃場の入口に前記第２経路を生成し、且つ、前記入口に生成した前記第２経路と前記第１経路の開始地点とを結ぶ第３経路を生成する、項目Ａ１からＡ４のいずれかに記載の経路計画システム。
【0164】
上記の構成によれば、第２経路のうち圃場の入口における部分と、第１経路の開始地点とを結ぶ第３経路を生成することができる。これにより、第１経路と第２経路とを効率的に接続することができ、圃場内および圃場外の全体の経路計画をさらに効率化することができる。
【0165】
［項目Ａ６］
前記処理装置は、前記道に加えて少なくとも前記圃場の出口に前記第２経路を生成し、且つ、前記出口に生成した前記第２経路と前記第１経路の終了地点とを結ぶ第４経路を生成する、項目Ａ１からＡ５のいずれかに記載の経路計画システム。
前記処理装置は、前記道に加えて少なくとも前記圃場の出口に前記第２経路を生成し、且つ、前記出口に生成した前記第２経路と前記第１経路の終了地点とを結ぶ第４経路を生成する、項目Ａ１からＡ５のいずれかに記載の経路計画システム。
【0166】
上記の構成によれば、第２経路の内圃場の出口における部分と、第１経路の終了地点とを結ぶ第４経路を生成することができる。これにより、第１経路と第２経路とを効率的に接続することができ、圃場内および圃場外の全体の経路計画をさらに効率化することができる。
【0167】
［項目Ａ７］
前記第３経路を、前記圃場において前記農作業が行われた領域を除く領域に生成する、項目Ａ５に記載の経路計画システム。
前記第３経路を、前記圃場において前記農作業が行われた領域を除く領域に生成する、項目Ａ５に記載の経路計画システム。
【0168】
上記の構成によれば、農業機械が第３経路に沿って走行するとき、農作業が行われた領域を踏み荒らすことがないため、既に行われた農作業の効果を損ねることを回避することができる。
【0169】
［項目Ａ８］
前記第４経路を、前記圃場において前記農作業が行われた領域を除く領域に生成する、項目Ａ６に記載の経路計画システム。
前記第４経路を、前記圃場において前記農作業が行われた領域を除く領域に生成する、項目Ａ６に記載の経路計画システム。
【0170】
上記の構成によれば、農業機械が第４経路に沿って走行するとき、農作業が行われた領域を踏み荒らすことがないため、既に行われた農作業の効果を損ねることを回避することができる。
【0171】
［項目Ａ９］
前記処理装置が生成した前記２経路に沿って前記農業機械が走行しているとき、前記処理装置は、前記農業機械が備えるセンシング装置によって取得されたセンシングデータに基づいて、前記第２経路の一部に沿った複数のウェイポイントによって規定される、障害物を回避可能な局所的経路を生成し、前記局所的経路を示す情報を、前記農業機械の走行を制御する制御装置に出力する動作を繰り返す、項目Ａ１からＡ８のいずれかに記載の経路計画システム。
前記処理装置が生成した前記２経路に沿って前記農業機械が走行しているとき、前記処理装置は、前記農業機械が備えるセンシング装置によって取得されたセンシングデータに基づいて、前記第２経路の一部に沿った複数のウェイポイントによって規定される、障害物を回避可能な局所的経路を生成し、前記局所的経路を示す情報を、前記農業機械の走行を制御する制御装置に出力する動作を繰り返す、項目Ａ１からＡ８のいずれかに記載の経路計画システム。
【0172】
上記の構成によれば、第２経路に沿って走行する農業機械が、障害物に衝突することを回避することができる。これにより、農業機械を圃場外の道に沿って円滑に走行させることが可能になる。
【0173】
［項目Ａ１０］
前記処理装置は、前記農業機械が備えるセンシング装置によって取得されたセンシングデータに基づいて、構造物を認識し、前記認識した構造物を前記地図に反映する、項目Ａ１からＡ９のいずれかに記載の経路計画システム。
前記処理装置は、前記農業機械が備えるセンシング装置によって取得されたセンシングデータに基づいて、構造物を認識し、前記認識した構造物を前記地図に反映する、項目Ａ１からＡ９のいずれかに記載の経路計画システム。
【0174】
上記の構成によれば、既存の地図に含まれていない新たな構造物の情報を地図に反映し地図を更新することができる。このため、次回の経路計画時に、更新された地図に基づいて、より好適な経路を生成することが可能になる。
【0175】
［項目Ａ１１］
前記処理装置は、前記農業機械が備えるセンシング装置によって取得されたセンシングデータに基づいて、前記農業機械が走行している前記道の状態、および前記農業機械の周辺の草木の状態の少なくとも一つを認識し、認識した前記状態を前記地図に反映する、項目Ａ１からＡ１０のいずれかに記載の経路計画システム。
前記処理装置は、前記農業機械が備えるセンシング装置によって取得されたセンシングデータに基づいて、前記農業機械が走行している前記道の状態、および前記農業機械の周辺の草木の状態の少なくとも一つを認識し、認識した前記状態を前記地図に反映する、項目Ａ１からＡ１０のいずれかに記載の経路計画システム。
【0176】
上記の構成によれば、農業機械が走行している道の状態、および農業機械の周辺の草木の状態の少なくとも一つを認識し、認識した状態を地図に反映して地図を更新することができる。このため、次回の経路計画時に、更新された地図に基づいて、より好適な経路を生成することが可能になる。
【0177】
［項目Ａ１２］
前記記憶装置は、季節に応じた複数の地図を記憶しており、
前記処理装置は、前記複数の地図から、前記農業機械が農作業を行うときの季節に対応する地図を抽出し、前記抽出した地図に基づいて、前記第１経路および第２経路を生成する、項目Ａ１からＡ１１のいずれかに記載の経路計画システム。
前記記憶装置は、季節に応じた複数の地図を記憶しており、
前記処理装置は、前記複数の地図から、前記農業機械が農作業を行うときの季節に対応する地図を抽出し、前記抽出した地図に基づいて、前記第１経路および第２経路を生成する、項目Ａ１からＡ１１のいずれかに記載の経路計画システム。
【0178】
上記の構成によれば、処理装置は、季節に応じた地図に基づいて、圃場内の第１経路および圃場外の第２経路を生成することができる。このため、例えば季節によって草木の生育状態が異なることによって通行可能な道が季節によって異なる場合に、季節に応じた適切な経路計画が可能になる。
【0179】
［項目Ａ１３］
項目Ａ１からＡ１２のいずれかに記載の経路計画システムと、
前記処理装置が生成した経路に沿って前記農業機械を走行させる制御装置と、
を備える制御システム。
項目Ａ１からＡ１２のいずれかに記載の経路計画システムと、
前記処理装置が生成した経路に沿って前記農業機械を走行させる制御装置と、
を備える制御システム。
【0180】
［項目Ａ１４］
項目Ａ１３に記載の制御システムと、
前記農業機械の周辺の環境のセンシングを行うセンシング装置と、
を備える農業機械。
項目Ａ１３に記載の制御システムと、
前記農業機械の周辺の環境のセンシングを行うセンシング装置と、
を備える農業機械。
【0181】
［項目Ａ１５］
自動運転を行う農業機械のための経路計画を行うプロセッサによって実行される方法であって、
複数の圃場および前記複数の圃場の周辺の道を含む地図を記憶装置から取得することと、
前記農業機械が前記圃場内で農作業を行いながら走行する第１経路を前記地図上の圃場に生成することと、
前記農業機械が走行して前記圃場に向かう第２経路を前記地図上の道に生成することと、
を含む方法。
自動運転を行う農業機械のための経路計画を行うプロセッサによって実行される方法であって、
複数の圃場および前記複数の圃場の周辺の道を含む地図を記憶装置から取得することと、
前記農業機械が前記圃場内で農作業を行いながら走行する第１経路を前記地図上の圃場に生成することと、
前記農業機械が走行して前記圃場に向かう第２経路を前記地図上の道に生成することと、
を含む方法。
【0182】
［項目Ａ１６］
自動運転を行う農業機械のための経路計画を行うためのコンピュータプログラムであって、コンピュータが読み取り可能な非一時的記憶媒体に格納され、コンピュータに、
複数の圃場および前記複数の圃場の周辺の道を含む地図を記憶装置から取得することと、
前記農業機械が前記圃場内で農作業を行いながら走行する第１経路を前記地図上の圃場に生成することと、
前記農業機械が走行して前記圃場に向かう第２経路を前記地図上の道に生成することと、
を実行させるコンピュータプログラム。
自動運転を行う農業機械のための経路計画を行うためのコンピュータプログラムであって、コンピュータが読み取り可能な非一時的記憶媒体に格納され、コンピュータに、
複数の圃場および前記複数の圃場の周辺の道を含む地図を記憶装置から取得することと、
前記農業機械が前記圃場内で農作業を行いながら走行する第１経路を前記地図上の圃場に生成することと、
前記農業機械が走行して前記圃場に向かう第２経路を前記地図上の道に生成することと、
を実行させるコンピュータプログラム。
【0183】
［項目Ｂ１］
自動運転を行う農業機械のための経路計画システムであって、
複数の圃場および前記複数の圃場の周辺の道を含む地図を記憶する記憶装置と、
前記農業機械によって実行される農作業、および前記農作業が行われる圃場の情報を含む作業計画を作成し、且つ、作成した前記作業計画に基づいて前記地図上における前記農業機械の経路を生成する処理装置と、
を備えている、経路計画システム。
自動運転を行う農業機械のための経路計画システムであって、
複数の圃場および前記複数の圃場の周辺の道を含む地図を記憶する記憶装置と、
前記農業機械によって実行される農作業、および前記農作業が行われる圃場の情報を含む作業計画を作成し、且つ、作成した前記作業計画に基づいて前記地図上における前記農業機械の経路を生成する処理装置と、
を備えている、経路計画システム。
【0184】
上記の経路計画システムによれば、処理装置は、作業計画に基づいて農業機械の経路を生成することができる。これにより、農業機械の経路計画を効率的に行うことが可能になる。
【0185】
［項目Ｂ２］
前記処理装置は、前記作業計画が、所定期間に複数の圃場で農作業が行われることを示している場合に、前記農業機械が待機する待機場所から一つの圃場までの経路、および圃場間の経路を、前記道に沿って生成する、項目Ｂ１に記載の経路計画システム。
前記処理装置は、前記作業計画が、所定期間に複数の圃場で農作業が行われることを示している場合に、前記農業機械が待機する待機場所から一つの圃場までの経路、および圃場間の経路を、前記道に沿って生成する、項目Ｂ１に記載の経路計画システム。
【0186】
上記の構成によれば、作業計画が示す複数の圃場における農作業を実行するために必要な、待機場所から一つの圃場までの経路、および圃場間の経路を、効率的に生成することができる。
【0187】
［項目Ｂ３］
前記処理装置は、前記作業計画が、所定期間に一つの圃場で農作業が行われることを示している場合に、前記農業機械が待機する待機場所から一つの圃場までの経路を、前記道に沿って生成する、項目Ｂ１に記載の経路計画システム。
前記処理装置は、前記作業計画が、所定期間に一つの圃場で農作業が行われることを示している場合に、前記農業機械が待機する待機場所から一つの圃場までの経路を、前記道に沿って生成する、項目Ｂ１に記載の経路計画システム。
【0188】
上記の構成によれば、作業計画が示す一つの圃場における農作業を実行するために必要な、待機場所から一つの圃場までの経路を効率的に生成することができる。
【0189】
［項目Ｂ４］
前記処理装置は、前記作業計画において、所定期間内で最後に農作業が行われる圃場から、前記農業機械が帰還する帰還場所までの経路を、前記道に沿って生成する、項目Ｂ２またはＢ３に記載の経路計画システム。
前記処理装置は、前記作業計画において、所定期間内で最後に農作業が行われる圃場から、前記農業機械が帰還する帰還場所までの経路を、前記道に沿って生成する、項目Ｂ２またはＢ３に記載の経路計画システム。
【0190】
上記の構成によれば、作業計画に従って、所定期間内で最後に農作業が行われる圃場から、農業機械が帰還する帰還場所までの経路を効率的に生成することができる。
【0191】
［項目Ｂ５］
前記処理装置は、前記農業機械が前記圃場内で農作業を行いながら走行する作業走行経路を前記地図上の圃場に生成し、且つ、前記圃場の入口から前記作業走行経路の開始地点までを結ぶ経路を、前記圃場において前記農作業が行われた領域を除く領域に生成する、項目Ｂ１からＢ４のいずれかに記載の経路計画システム。
前記処理装置は、前記農業機械が前記圃場内で農作業を行いながら走行する作業走行経路を前記地図上の圃場に生成し、且つ、前記圃場の入口から前記作業走行経路の開始地点までを結ぶ経路を、前記圃場において前記農作業が行われた領域を除く領域に生成する、項目Ｂ１からＢ４のいずれかに記載の経路計画システム。
【0192】
上記の構成によれば、圃場内の作業走行経路を生成し、且つ、圃場の入口から作業走行経路の開始地点までを結ぶ経路を、圃場において農作業が行われた領域を除く領域に生成することができる。これにより、農業機械が圃場の入口から作業走行経路の開始地点に向かうとき、農作業が既に行われた領域を踏み荒らすことがないため、既に行われた農作業の効果を損ねることを回避することができる。
【0193】
［項目Ｂ６］
前記処理装置は、前記作業走行経路の終了地点から前記圃場の出口までを結ぶ経路をさらに生成する、項目Ｂ５に記載の経路計画システム。
前記処理装置は、前記作業走行経路の終了地点から前記圃場の出口までを結ぶ経路をさらに生成する、項目Ｂ５に記載の経路計画システム。
【0194】
上記の構成によれば、作業走行経路の終了地点から圃場の出口までを結ぶ経路をさらに生成することができるため、圃場内の作業走行経路と、圃場外の道に沿った経路とを円滑に接続することが可能になる。
【0195】
［項目Ｂ７］
前記作業計画は、複数の作業日のそれぞれにおいて前記農業機械が実行する複数の農作業の順序、および各農作業が行われる圃場を示す情報を含み、
各作業日において、前記処理装置は、前記作業日に予定されている全ての農作業を完了するために必要な全ての経路を、前記農業機械の走行開始前に生成する、
項目Ｂ１からＢ６のいずれかに記載の経路計画システム。
前記作業計画は、複数の作業日のそれぞれにおいて前記農業機械が実行する複数の農作業の順序、および各農作業が行われる圃場を示す情報を含み、
各作業日において、前記処理装置は、前記作業日に予定されている全ての農作業を完了するために必要な全ての経路を、前記農業機械の走行開始前に生成する、
項目Ｂ１からＢ６のいずれかに記載の経路計画システム。
【0196】
上記の構成によれば、処理装置は、各作業日における農業機械の走行開始前に、その作業日に予定されている全ての農作業を完了するために必要な全ての経路を生成するため、各作業日における経路計画をさらに効率的に実行することができる。
【0197】
［項目Ｂ８］
前記処理装置が生成した前記経路に沿って前記農業機械が走行しているとき、前記処理装置は、前記農業機械が備えるセンシング装置によって取得されたセンシングデータに基づいて、前記経路の一部に沿った複数のウェイポイントによって規定される、障害物を回避可能な局所的経路を生成し、前記局所的経路を示す情報を、前記農業機械の走行を制御する制御装置に出力する動作を繰り返す、項目Ｂ１からＢ７のいずれかに記載の経路計画システム。
前記処理装置が生成した前記経路に沿って前記農業機械が走行しているとき、前記処理装置は、前記農業機械が備えるセンシング装置によって取得されたセンシングデータに基づいて、前記経路の一部に沿った複数のウェイポイントによって規定される、障害物を回避可能な局所的経路を生成し、前記局所的経路を示す情報を、前記農業機械の走行を制御する制御装置に出力する動作を繰り返す、項目Ｂ１からＢ７のいずれかに記載の経路計画システム。
【0198】
上記の構成によれば、農業機械が走行中に障害物に衝突することを回避することができる。これにより、農業機械をより円滑に走行させることが可能になる。
【0199】
［項目Ｂ９］
前記処理装置が生成した前記経路に沿って前記農業機械が走行しているとき、前記処理装置は、前記農業機械が備えるセンシング装置によって取得されたセンシングデータに基づいて、前記農業機械が走行している前記道の状態、前記農業機械の周辺の草木の状態、および天候の状態の少なくとも一つを認識し、認識した前記状態が所定の条件を満たす場合、前記経路を変更する、項目Ｂ１からＢ８のいずれかに記載の経路計画システム。
前記処理装置が生成した前記経路に沿って前記農業機械が走行しているとき、前記処理装置は、前記農業機械が備えるセンシング装置によって取得されたセンシングデータに基づいて、前記農業機械が走行している前記道の状態、前記農業機械の周辺の草木の状態、および天候の状態の少なくとも一つを認識し、認識した前記状態が所定の条件を満たす場合、前記経路を変更する、項目Ｂ１からＢ８のいずれかに記載の経路計画システム。
【0200】
上記の構成によれば、農業機械が走行している道の状態、農業機械の周辺の草木の状態、および天候の状態の少なくとも一つに応じて、経路を適切に変更することが可能になる。例えば、道がぬかるんでいたり、道の周辺に農業機械の走行を妨げる草木が存在していたり、悪天候により通行または農作業が困難であったりする場合に、経路を適切に変更することが可能になる。
【0201】
［項目Ｂ１０］
前記処理装置は、前記経路を変更した場合、変更後の経路を前記記憶装置に記憶させ、次回以降の経路生成時に、変更後の前記経路を採用する、項目Ｂ８またはＢ９に記載の経路計画システム。
前記処理装置は、前記経路を変更した場合、変更後の経路を前記記憶装置に記憶させ、次回以降の経路生成時に、変更後の前記経路を採用する、項目Ｂ８またはＢ９に記載の経路計画システム。
【0202】
上記の構成によれば、経路を変更した場合に、次回以降の経路生成時に変更後の経路を採用することにより、例えば通行困難な箇所を含まない経路に沿って農業機械を走行させることができる。
【0203】
［項目Ｂ１１］
項目Ｂ１からＢ１０のいずれかに記載の経路計画システムと、
前記処理装置が生成した経路に沿って前記農業機械を走行させる制御装置と、
を備える制御システム。
項目Ｂ１からＢ１０のいずれかに記載の経路計画システムと、
前記処理装置が生成した経路に沿って前記農業機械を走行させる制御装置と、
を備える制御システム。
【0204】
［項目Ｂ１２］
項目Ｂ１１に記載の制御システムと、
前記農業機械の周辺の環境のセンシングを行うセンシング装置と、
を備える農業機械。
項目Ｂ１１に記載の制御システムと、
前記農業機械の周辺の環境のセンシングを行うセンシング装置と、
を備える農業機械。
【0205】
［項目Ｂ１３］
自動運転を行う農業機械のための経路計画を行うプロセッサによって実行される方法であって、
複数の圃場および前記複数の圃場の周辺の道を含む地図を記憶装置から取得することと、
前記農業機械によって実行される農作業、および前記農作業が行われる圃場の情報を含む作業計画を作成することと、
作成した前記作業計画に基づいて前記地図上における前記農業機械の経路を生成することと、
を含む方法。
自動運転を行う農業機械のための経路計画を行うプロセッサによって実行される方法であって、
複数の圃場および前記複数の圃場の周辺の道を含む地図を記憶装置から取得することと、
前記農業機械によって実行される農作業、および前記農作業が行われる圃場の情報を含む作業計画を作成することと、
作成した前記作業計画に基づいて前記地図上における前記農業機械の経路を生成することと、
を含む方法。
【0206】
［項目Ｂ１４］
自動運転を行う農業機械のための経路計画を行うためのコンピュータプログラムであって、コンピュータが読み取り可能な非一時的記憶媒体に格納され、コンピュータに、
複数の圃場および前記複数の圃場の周辺の道を含む地図を記憶装置から取得することと、
前記農業機械によって実行される農作業、および前記農作業が行われる圃場の情報を含む作業計画を作成することと、
作成した前記作業計画に基づいて前記地図上における前記農業機械の経路を生成することと、
を実行させるコンピュータプログラム。
自動運転を行う農業機械のための経路計画を行うためのコンピュータプログラムであって、コンピュータが読み取り可能な非一時的記憶媒体に格納され、コンピュータに、
複数の圃場および前記複数の圃場の周辺の道を含む地図を記憶装置から取得することと、
前記農業機械によって実行される農作業、および前記農作業が行われる圃場の情報を含む作業計画を作成することと、
作成した前記作業計画に基づいて前記地図上における前記農業機械の経路を生成することと、
を実行させるコンピュータプログラム。
【産業上の利用可能性】
【0207】
本開示の技術は、例えばトラクタ、収穫機、田植機、乗用管理機、野菜移植機、草刈機、播種機、施肥機、または農業用ロボットなどの農業機械のための経路計画システムに適用することができる。
【符号の説明】
【0208】
３０・・・大域的経路、３２・・・局所的経路、４０・・・障害物、５０・・・ＧＮＳＳ衛星、６０・・・基準局、７０・・・圃場、７１・・・出入口、７２・・・作業領域、７４・・・枕地、７６・・・道路、８０・・・ネットワーク、９０・・・保管場所、９２・・・ユーザの自宅、９６・・・待機場所、９７・・・建造物、９８・・・樹木、９９・・・通行困難な道、１００・・・作業車両、１０１・・・車両本体、１０２・・・原動機（エンジン）、１０３・・・変速装置（トランスミッション）、１０４・・・車輪、１０５・・・キャビン、１０６・・・操舵装置、１０７・・・運転席、１０８・・・連結装置、１１０・・・ＧＮＳＳユニット、１１１・・・ＧＮＳＳ受信機、１１２・・・ＲＴＫ受信機、１１５・・・慣性計測装置（ＩＭＵ）、１１６・・・処理回路、１２０・・・カメラ、１３０・・・障害物センサ、１４０・・・ＬｉＤＡＲセンサ、１５０・・・センサ群、１５２・・・ステアリングホイールセンサ、１５４・・・切れ角センサ、１５６・・・車軸センサ、１６０・・・制御システム、１７０・・・記憶装置、１８０・・・制御装置、１８１～１８６・・・ＥＣＵ、１９０・・・通信装置、２００・・・操作端末、２１０・・・操作スイッチ群、２２０・・・ブザー、２４０・・・駆動装置、３００・・・インプルメント、３４０・・・駆動装置、３８０・・・制御装置、３９０・・・通信装置、４００・・・端末装置、４２０・・・入力装置、４３０・・・表示装置、４５０・・・記憶装置、４６０・・・プロセッサ、４７０・・・ＲＯＭ、４８０・・・ＲＡＭ、４９０・・・通信装置、６００・・・管理装置、６５０・・・記憶装置、６６０・・・プロセッサ、６７０・・・ＲＯＭ、６８０・・・ＲＡＭ、６９０・・・通信装置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図9D】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】