WO2016017408A1

WO2016017408A1 - 作業車協調システム

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Publication number: WO2016017408A1
Application number: PCT/JP2015/070004
Authority: WO
Inventors: 松崎優之; 新海敦; 魚谷安久
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Priority date: 2014-07-29
Filing date: 2015-07-13
Publication date: 2016-02-04
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Abstract

　中央作業地と枕地とを対象とする対地作業走行を、親作業車と子作業車との効果的な連係によって実現させる作業車協調制御システムを提供する。作業車協調制御システムは、親作業車（１Ｐ）の位置を検出する親位置検出モジュールと、子作業車（１Ｃ）の位置を検出する子位置検出モジュールと、子作業車（１Ｃ）の中央作業地（ＣＬ）での無人操縦作業走行のために用いられる中央作業地走行経路を算定する中央作業地経路算定部と、子作業車位置と中央作業地走行経路とに基づいて子作業車（１Ｃ）を親作業車に先行して無人操縦する第１操縦制御部と、親作業車（１Ｐ）の枕地（ＨＬ）での作業走行軌跡に基づいて子作業車（１Ｃ）の無人操縦走行のために用いられる枕地走行経路を算定する枕地経路算定部と、検出された子作業車位置と枕地走行経路とに基づいて子作業車（１Ｃ）を親作業車（１Ｐ）に追従するように無人操縦する第２操縦制御部とを備える。

Description

作業車協調システム

　本発明は、無人操縦可能な子作業車と有人操縦される親作業車とにより、中央作業地と前記中央作業地の周囲に位置する枕地（headland）とに対して対地作業を行う作業車協調システムに関する。

　親作業車の実際の走行位置に基づいて順次目標走行位置を決定し、その目標走行位置を目指して子作業車を操縦する車両制御システムが、特許文献１から知られている。この車両制御システムでは、親作業車に対して設定されたＸ（経度）方向とＹ（緯度）方向とのオフセット量を維持するように子作業車を親作業車に追従させる制御モードや、親作業車の走行軌跡を作業幅分だけ平行移動させることによって得られる走行経路を目標走行経路として子作業車を親作業車に追従させる制御モードなどが開示されている。

　特許文献１による追従制御では、広大な作業地における作業を意図しており、畦等によって境界づけられた比較的狭い面積の田畑などを作業地とする対地作業は意図されていない。そのような作業地（圃場）での対地作業、特に農作を対象とする対地作業は、作業地の中央領域（中央作業地）に対して直進作業走行とＵターンとを繰り返して走行する中央作業地走行と、中央作業地の周囲に規定される枕地作業走行領域（枕地と呼ばれる）を回りながら作業する枕地走行とに分けて行われる。このため、作業地は、予め中央作業地と、枕地とに区分けされる。中央作業地走行と枕地走行とでは、異なる操縦が要求される。

　中央作業地走行と枕地走行とに対する、耕耘作業などの対地作業を、単独の無人作業車によって行うことは、例えば特許文献２から知られている。しかしながら、直線走行が主となる中央作業地走行と、複雑な旋回操舵が含まれる枕地走行とを、親作業車と子作業車とを連係させる作業車協調制御で効果的に実現するためには、特許文献１や特許文献２に開示されている制御を単に組み合わせるだけでは不可能である。

米国特許６,７３２,０２４号公報（US 6,732,024 B2）日本国特開平１１－２６６６０８号公報（JP H11-266608 A）

　上記実情から、中央作業地と枕地とを対象とする対地作業走行を、親作業車と子作業車との効果的な連係によって実現させる作業車協調制御システムが要望されている。

　無人操縦可能な子作業車と有人操縦される親作業車とにより、中央作業地と前記中央作業地の周囲に位置する枕地とに対して対地作業を行う、本発明による作業車協調システムは、前記親作業車の位置を検出する親位置検出モジュールと、前記子作業車の位置を検出する子位置検出モジュールと、前記子作業車の前記中央作業地での無人操縦作業走行のために用いられる中央作業地走行経路を算定する中央作業地経路算定部と、前記子位置検出モジュールによって検出された子作業車位置と前記中央作業地走行経路とに基づいて前記子作業車を前記親作業車に先行して無人操縦する第１操縦制御部と、前記親作業車の前記枕地での作業走行軌跡に基づいて前記子作業車の無人操縦走行のために用いられる枕地走行経路を算定する枕地経路算定部と、前記子位置検出モジュールによって検出された子作業車位置と前記枕地走行経路とに基づいて前記子作業車を前記親作業車に追従するように無人操縦する第２操縦制御部と、を備えている。

　この構成によれば、直線走行が主となる中央作業地走行では、無人操縦される子作業車が親作業車に先行する。親作業車の運転者は、子作業車の作業跡を見ながら、その作業跡に沿って走行することになるが、作業跡が目標ラインとなるため、楽に走行することができる。また、複雑な切り返し走行が要求される枕地走行では、基準経路がない状態で無人操舵用の走行経路を算定することは難しい。このため、そのような切り返し走行は、先に有人操舵で親作業車が先導し、その親作業車の走行軌跡を基準経路として利用することで、比較的容易に無人操舵用の走行経路が算定可能となる。これにより、中央作業地では子作業車が先導し、枕地では親作業車が先導するという、斬新なアイデアによって、親作業車と子作業車とを効果的に連係させる作業車協調制御システムが実現された。

　無人操縦作業走行のために用いられる中央作業地走行経路を算定する際、中央作業地の形状が必要となる。中央作業地の形状は、作業地の地図データがあれば、容易に求めることができるが、圃場など作業地では、その地図データが存在しないことが少なくない。このため、本発明の好適な実施形態の１つでは、ティーチング走行を通じて作業地の形状を算定する作業地形状算定モジュールが備えられ、前記中央作業地経路算定部は前記作業地形状算定モジュールで算定された作業地の形状に基づいて中央作業地走行経路を算定する。これにより、地図データのない作業地であっても、作業地の形状を取得することができる。

　本発明の作業車協調システムでは、親作業車及び子作業車に衛星方位システムなどを一例とする位置検出モジュールが備えられているので、作業地形状を検出するためのティーチング走行は、親作業車と子作業車のどちらでも可能である。しかしながら、無人操舵されるのは子作業車であるため、前記作業地形状算定モジュールが前記子作業車に搭載されていることが好都合である。

　本発明の好適な実施形態の１つでは、前記中央作業地経路算定部と前記枕地経路算定部とが前記子作業車に搭載され、前記親作業車の前記枕地での作業走行軌跡を表す走行データが前記親作業車から前記子作業車に伝送される。この構成では、親作業車は、枕地での作業走行軌跡を表す走行データ（走行軌跡を示すデータ）を子作業車に伝送する装置だけを備えればよいので、この作業車協調システムで親作業車に要求される装備はわずかである。その他の装備のすべては子作業車側に搭載する際にユニット化することで、この作業車協調システムの構成が簡単となり、保守点検が容易となる。

　無人走行で先行する子作業車を後追いする親作業車の運転者は、子作業車による作業走行の状態を良好に監視することができる。例えば、耕耘作業を行っている場合、親作業車の運転者は、子作業車による耕耘状態を近くで目視することで、耕耘深さの適正度や耕耘速度の適正度を判断することができる。このような運転者の判断結果は親作業車の作業装置を操作することで適正に利用することができる。しかしながら、そのような運転者の判断結果は子作業車にもフィードバックできることが好ましい。この目的のため、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記子作業車に装備されている対地作業装置の動作を遠隔操作する子作業車作業装置遠隔制御モジュールが前記親作業車に搭載されている。
　その他の特徴構成、及びこれから奏する有利な効果については、図面を参照しながら以下の説明を読むことによって明らかになるだろう。

中央作業地における、本発明の作業車協調システムを用いた親作業車の走行軌跡と子作業車の走行軌跡の一基本例を示す模式図である。枕地における、本発明の作業車協調システムを用いた親作業車の走行軌跡と子作業車の走行軌跡の一基本例を示す模式図である。図２に示された親作業車の走行軌跡と子作業車の走行軌跡の続きを示す模式図である。枕地における、本発明の作業車協調システムを用いた親作業車の走行軌跡と子作業車の走行軌跡の別の基本例を示す模式図である。本発明の具体的な一実施形態による（以下、図１０まで同じ）作業車協調システムにおいて、作業車の一例として適用された耕耘装置付きトラクタの側面図である。作業車協調システムを構築する機能部を示す機能ブロック図である。作業車協調システムによる作業の流れの一例を表すフローチャートである。枕地での子作業車の親作業車に対する追従の基本原理を説明する模式図であり、（ａ）は子作業車の退避走行軌跡を示し、（ｂ）は親作業車の切り返し走行と枕地作業走行の走行軌跡を示し、（ｃ）は子作業車の切り返し走行と回り作業走行の走行軌跡を示す。親作業車の枕地コーナでの切り返し走行を説明する模式図である。子作業車の枕地コーナでの切り返し走行を説明する模式図である。別実施形態（２）による、中央作業地における、親作業車と子作業車との協調走行を示す模式図である。別実施形態（３）による、中央作業地における、親作業車と子作業車とが同一の走行軌跡を残す協調走行を示す模式図である。別実施形態（３）による、枕地における、親作業車と子作業車とが同一の走行軌跡を残す協調走行を示す模式図である。

　本発明による作業車協調システムの具体的な実施形態を説明する前に、図１、図２、図３、図４を用いて、この作業車協調システムの下での、親作業車の走行軌跡と子作業車の走行軌跡の基本例を説明する。この作業車協調システムでは、有人操縦式の親作業車１Ｐと、無人走行可能な子作業車１Ｃとが共同して対地作業を行う。

　ここでの例では、対地作業地は畦によって境界づけられた圃場であり、対地作業は、耕耘作業のように、作業車の走行に伴って、対地作業装置の幅分の対地作業が実施されていくものである。圃場での作業では、一般に、圃場は、略四角形の中央作業地ＣＬと、その中央作業地ＣＬの周囲で、畦に沿って規定される枕地ＨＬとに区分けされる。中央作業地ＣＬでは、図１で示すように、往復走行によって対地作業が行われるので、走行軌跡は、直線状の往路走行と転回（Ｕターン）走行と直線状の復路走行と転回（Ｕターン）走行との繰り返しとなる。枕地ＨＬは、中央作業地ＣＬの作業走行における転回領域となる。枕地ＨＬでは、直線状の走行と各コーナ領域での切り返し走行の繰り返しで対地作業が行われる。

　ここでは無人走行のための目標走行経路として算定された中央作業地走行経路に基づいて、子作業車１Ｃが親作業車１Ｐに先行して無人走行する。親作業車１Ｐは、子作業車１Ｃが無人走行した後、その左側を、子作業車１Ｃの作業跡に対して親作業車１Ｐの作業跡が所定量オーバーラップするように、走行する。

　図２の上側の図で示すように、中央作業地ＣＬにおける直線状の往復経路が偶数本であれば、作業走行が実質的な終了時には、子作業車１Ｃのすぐ左後に親作業車１Ｐが位置する。ここから、枕地ＨＬに対する作業が開始される。この枕地ＨＬでは、親作業車１Ｐが先行し、子作業車１Ｃが親作業車１Ｐを追従する。このため、親作業車１Ｐの枕地ＨＬでの作業走行軌跡に基づいて子作業車１Ｃの無人操縦走行のために用いられる目標走行経路である枕地走行経路が算定される。なお、この枕地ＨＬには、３周回分の枕地走行経路が設定されている。

　実質的な枕地走行に先立って、その初期走行として、子作業車１Ｃが親作業車１Ｐの走行の邪魔にならない枕地ＨＬの位置に避難する（＃０１）。この初期走行は、有人走行または無人走行のいずれでもよい。その後、図２の下側の図で示すように、親作業車１Ｐがまず、最外周の枕地走行経路に進入し、切り返して、後進で枕地直線走行のスタート点である枕地コーナＨＬＣで停車する（＃０２）。次いで、親作業車１Ｐが対地作業装置を動作させて、前進での作業走行を開始する（＃０３）。

　図３の上側の図で示すように、親作業車１Ｐが子作業車１Ｃを通り過ぎると、子作業車１Ｃが、親作業車１Ｐの枕地走行経路の内周側に算定される子作業車１Ｃの枕地走行経路に基づき、後進で枕地直線走行のスタート点である枕地コーナＨＬＣで停車する（＃０４）。次いで、子作業車１Ｃは、親作業車１Ｐに追従すべく、前進での作業走行を開始する（＃０５）。図３の下側の図で示すように、親作業車１Ｐが次の枕地コーナＨＬＣの手前に到着すると、良く知られている切り返し走行パターンであるが、対地作業装置を非動作にして次の枕地走行経路に向かって旋回走行（ここでは９０度旋回走行）し、後進で枕地コーナＨＬＣに入る（＃０６）。次いで、親作業車１Ｐは対地作業装置を動作させて、前進での作業走行を開始する（＃０７）。その際、子作業車１Ｃは、親作業車１Ｐの切り返し走行の邪魔にならない位置で待機し（＃０８）、その後、親作業車１Ｐの切り返し走行軌跡を参照して算定される切り返し走行のための目標走行経路に基づいて切り返し走行を行う。このような切り返し走行を伴いながら、親作業車１Ｐ及び子作業車１Ｃの枕地作業走行が行われる。

　図２の上側の図では、中央作業地ＣＬにおける直線状の往復経路が偶数本である例が示されたが、図４では、中央作業地ＣＬにおける直線状の往復経路が奇数本である例が示されている。この場合、先行する子作業車１Ｃは、最終の経路の１本前の直線状経路からいきなり最後の直線状経路に進入して、最終の直線状経路を作業走行して停止する（＃１０）。後続する親作業車１Ｐは、最終の経路の２本前の直線状経路の走行後、直接枕地ＨＬに入り、子作業車１Ｃの走行軌跡を迂回して（＃１１）、最外周の枕地走行経路に進入し、切り返して、後進で枕地直線走行のスタート点である枕地コーナＨＬＣで停車する（＃１２）。さらに、親作業車１Ｐは対地作業装置を動作させて、前進での作業走行を開始する（＃１３）。次いで、子作業車１Ｃは、親作業車１Ｐとの干渉が避けられる時点で、切り返し走行を行って枕地コーナＨＬＣに到達する（＃１４）。

　上述の説明では、親作業車１Ｐの対地作業幅である親作業幅と子作業車１Ｃの対地作業幅である子作業幅とは同じであると想定していたが、相違してもよい。親作業車１Ｐと子作業車１Ｃとの横方向の位置ずれ量は、理想的には（親作業幅＋子作業幅）／２であるが、追従誤差による作業残しを避けるために、例えば数十ｃｍ程度オーバーラップさせている。

　次に、本発明の作業車協調システムの具体的な実施形態の１つを説明する。この実施形態では、図５に、畦によって境界づけられた田畑を耕耘する耕耘装置を装備したトラクタが示されている。親作業車１Ｐとしての親トラクタ１Ｐと、子作業車１Ｃとしての子トラクタ１Ｃとは、実質的に同形であり、前輪２ａと後輪２ｂとによって支持された車体３の中央部に操縦部３０が形成されている。車体３の後部には油圧式の昇降機構４を介して対地作業装置としての耕耘装置５が装備されている。親トラクタ１Ｐと子トラクタ１Ｃの操縦部３０には、従来通りのステアリングホイールや各種操作レバー、さらに運転者が着座するシートなどが備えられている。本発明の作業車協調システムに基づく追従制御の実行時には、親トラクタ１Ｐは運転者によって操縦され、子トラクタ１Ｃは無人操縦される。

　なお、無人走行するこの子トラクタ１Ｃには、レーザレーダシステム（laser radar system）が装備されている。図５で模式的に示されているように、フロントグリルの下端領域で左右方向の中央にフロントレーザレーダユニット３２ｆがブラケットを用いて取り付けられており、キャビンの後上端領域で左右方向の中央にリアレーザレーダユニット３２ｒが取り付けられている。このレーザレーダシステム自体は、良く知られたものある。ここでは、フロントレーザレーダユニット３２ｆは、数ｍ先の地上高さが数ｃｍの物体をターゲットとし、スキャニングにより約２７０度程度の周囲領域をカバーしている。また、リアレーザレーダユニット３２ｒは、耕耘装置５（作業装置）の後方で数ｍ先の地上高さが数ｃｍの物体をターゲットとし、スキャニングにより約１２０度程度の周囲領域をカバーしている。このレーザレーダシステムにより、子トラクタ１Ｃの所定範囲内に物体が接近してくるのを検知すると、車体３及び耕耘装置５は自動的に停止する。なお、必要の場合、同様のレーザレーダシステムを親トラクタ１Ｐに装備してもよい。

　図６で示すように、この実施形態では、作業車協調システムを構築するための電子コントロールユニットが、親トラクタ１Ｐに装備される親機コントロールユニット６と子トラクタ１Ｃに装備される子機コントロールユニット７とに分割されている。親機コントロールユニット６と子機コントロールユニット７とは、互いに無線方式でデータ伝送できるように、通信モジュール６０と７０を備えている。

　親機コントロールユニット６は、さらに、親位置検出モジュール６１と、親走行軌跡算定部６２、子作業車作業装置遠隔制御モジュール６５などの機能部を備えている。これらの機能部は、ハードウエアとの連携動作を行うこともあるが、実質的にはコンピュータプログラムの起動によって実現する。

　親位置検出モジュール６１は、ＲＴＫ－ＧＰＳ（Real Time Kinematic GPS （Global Positioning System））を利用して、自身の位置つまり親トラクタ１Ｐの位置を検出する。親走行軌跡算定部６２は、親位置検出モジュール６１で検出された位置から親トラクタ１Ｐの走行軌跡を算定する。算定された親トラクタ１Ｐの走行軌跡はデータ化され、子作業車１Ｃに伝送される。子作業車作業装置遠隔制御モジュール６５は、親作業車１Ｐから、子作業車１Ｃに装備された耕耘装置５の昇降高さや耕耘回転数などの諸状態を無線によって調整する機能を有する。子作業車作業装置遠隔制御モジュール６５には親作業車１Ｐの運転者によって操作されるリモコンが含まれており、リモコン操作によって生成された制御信号が子作業車１Ｃに作業装置制御ユニット３１ｃに無線転送され、子作業車１Ｃの耕耘装置５が制御される。尚、符号３１Ｐは親作業車１Ｐの作業装置制御ユニットである。

　子機コントロールユニット７も、子位置検出モジュール７１と、操縦制御モジュール７２、作業地形状算定モジュール７３、経路算定モジュール７４などの機能部を備えている。これらの機能部は、ハードウエアとの連携動作を行うこともあるが、実質的にはコンピュータプログラムの起動によって実現する。

　子位置検出モジュール７１は、親位置検出モジュール６１と同様な構成であり、ＲＴＫ－ＧＰＳを利用して、自身の位置つまり子トラクタ１Ｃの位置を検出する。経路算定モジュール７４は、子トラクタ１Ｃが無人で走行する際に用いられる目標走行経路を算定する。この子トラクタ１Ｃは、中央作業地ＣＬでは、予め算定された中央作業地走行経路に沿って無人走行し、枕地ＨＬでは、親トラクタ１Ｐの走行軌跡に対して所定幅ずらした経路で親トラクタ１Ｐを無人追従走行する。このため、それぞれにおいて用いられる目標走行経路の算定アルゴリズムが異なっている２つの経路算定部、つまり、中央作業地経路算定部７４ａと枕地経路算定部７４ｂとが構築されている。中央作業地経路算定部７４ａは、子トラクタ１Ｃの中央作業地ＣＬでの無人操縦作業走行のために用いられる中央作業地走行経路を算定する。枕地経路算定部７４ｂは、親作業車１Ｐの枕地ＨＬでの作業走行軌跡に基づいて子トラクタ１Ｃの無人操縦走行のために用いられる枕地走行経路を算定する。

　この子トラクタ１Ｃには、ティーチング走行を通じて作業地の形状を算定する作業地形状算定モジュール７３が備えられている。作業地形状算定モジュール７３は、子トラクタ１Ｃが有人操縦により作業対象となっている圃場内でこの圃場の外形を示す畦との境界線に沿って走行し、圃場のコーナポイントで指令を与えることで、圃場（作業地）の形状を算定する。もし、当該圃場の地図データがある場合には、このティーチング走行を割愛することができる。いずれにせよ、中央作業地経路算定部７４ａは、作業地形状算定モジュール７３で算定された圃場の形状に基づいてまたは地図データに基づいて、中央作業地走行経路を算定する。その際、経路算定モジュール７４は、圃場の形状から中央作業地ＣＬと枕地ＨＬとを区分けする区分けデータを生成し、中央作業地経路算定部７４ａ及び枕地経路算定部７４ｂに与える。

　中央作業地経路算定部７４ａは、親トラクタ１Ｐの耕耘幅及び子トラクタ１Ｃの耕耘幅と、互いの耕耘幅のオーバーラップも考慮して、子トラクタ１Ｃの目標走行経路となる、直線状の往復経路とＵターン経路とを算定する。

　枕地経路算定部７４ｂは、親トラクタ１Ｐの作業幅及び子トラクタ１Ｃの作業幅と、親トラクタ１Ｐの切り返し走行における切り返し走行開始点と切り返し走行完了点とを含む切り返し走行軌跡とから、子トラクタ１Ｃの切り返し走行開始点と切り返し走行完了点とを算定する機能を有する。さらに、枕地経路算定部７４ｂは、親トラクタ１Ｐの作業幅及び子トラクタ１Ｃの作業幅と、親トラクタ１Ｐの枕地作業走行軌跡とから、切り返し走行完了点から次の切り返し走行開始点までの子トラクタ１Ｃの枕地作業走行における目標走行位置を算定する機能を有する。これらの機能で得られたデータに基づいて、枕地経路算定部７４ｂは、親トラクタ１Ｐを追従するための枕地走行経路を算定する。

　操縦制御モジュール７２には、第１操縦制御部７２ａと第２操縦制御部７２ｂとが含まれている。第１操縦制御部７２ａは、子位置検出モジュール７１によって検出された子作業車位置と中央作業地経路算定部７４ａによって算定された中央作業地走行経路とに基づいて子トラクタ１Ｃを親トラクタ１Ｐに先行して無人操縦する。第２操縦制御部７２ｂは、子位置検出モジュール７１によって検出された子作業車位置と枕地経路算定部７４ｂによって算定された枕地走行経路とに基づいて子トラクタ１Ｃを親トラクタ１Ｐに追従するように無人操縦する。

　なお、直線状の作業走行経路以外のＵターン走行経路や、切り返し走行経路などでは、耕耘装置５は一端上昇され、非動作状態となる。したがって、作業装置制御ユニット３１ｃは、操縦制御モジュール７２からの指令によって耕耘装置５の昇降を実行する。

　次に、図７のフローチャートを用いて、この実施形態における親トラクタ１Ｐと子トラクタ１Ｃとの協調走行による圃場作業の一例を説明する。ここで、作業対象となる圃場は、図１から図３で示したような圃場である。

　（ステップ＃２１）ＲＴＫ基地局の設置
　ＲＴＫ－ＧＰＳを起動させるために、作業対象となる圃場の近くにＲＴＫ基地局を設置する必要がある。同一圃場を繰り返し無人走行する場合には、同一箇所にＲＴＫ基地局を設置する必要があるので、当該ＲＴＫ基地局の設置場所に目印に杭などを打っておくと便利である。
　（ステップ＃２２）子トラクタ１Ｃのティーチング走行
　無人走行のための目標走行経路を作成するためには、圃場の外形データが必要となるが、地図データなどの圃場地形を示すデータがない場合は、ティーチング走行が実行される。その際、利用されるティーチングの流れの一例は、以下の通りである。
（１）子トラクタ１Ｃに運転者が乗り込んで、人為操縦で、圃場に入る。
（２）子トラクタ１Ｃのティーチングプログラムを起動させる。
（３）子トラクタ１Ｃを圃場の最寄りのコーナに移動させ、枕地耕耘の開始点に子トラクタ１Ｃを移動し、耕耘装置５を下す。耕耘装置５を下す操作を通じて、その地点を作業地形状算定モジュール７３は、圃場外形のコーナ点とみなす。
（４）一度耕耘装置５を上げて、耕耘作業をイメージしながら次のコーナまで進む。
（５）切り返し走行の後、耕耘作業走行開始点に子トラクタ１Ｃを移動し、耕耘装置５を下す。この作業を繰り返して、圃場外形のコーナ点を入力する。

　（ステップ＃２３）作業地形状算定
　圃場外形のコーナ点及び、圃場出入り口と出入り方向を入力パラメータとして、作業地形状が算定される。
　（ステップ＃２４）子トラクタ１Ｃの走行経路算定
　算定された、作業地形状（圃場形状）、子トラクタ１Ｃと親トラクタ１Ｐとのロータリ耕幅、オーバーラップ量などを入力パラメータとして子トラクタ１Ｃの走行経路を算定する。

　（ステップ＃２５）子トラクタ１Ｃの作業開始位置への移動
　子トラクタ１Ｃを算定された走行経路に基づいて耕耘開始点近くまで走行させる。子トラクタ１Ｃに搭載されている中央作業地ＣＬを作業するための無人走行制御プログラムを起動させる。
　（ステップ＃２６）親トラクタ１Ｐの圃場への進入
　有人操縦される親トラクタ１Ｐを圃場に入れて、耕耘開始点の近くまで移動する。
　（ステップ＃２７）子トラクタ１Ｃの位置合わせ・自動走行設定
　運転者が子トラクタ１Ｃに乗り込んで耕耘開始点まで移動させる。なお、この移動は、無人操縦で行うことも可能である。いずれにせよ、耕耘開始位置で、車体方向を走行経路の方向にできるだけ合わせることが重要である。

　（ステップ＃２８）子トラクタ１Ｃの設定
　子トラクタ１Ｃの作業走行に必要な走行用動作機器（エンジン回転数や車速など）や作業用動作機器（耕耘深さなど）対する各種設定を行う。
　（ステップ＃２９）親トラクタ１Ｐの設定
　親トラクタ１Ｐの作業走行に必要な走行用動作機器（エンジン回転数や車速など）や作業用動作機器（耕耘深さなど）対する各種設定を行う。

　（ステップ＃３０）子トラクタ１Ｃの中央作業地ＣＬでの無人走行
　子トラクタ１Ｃの中央作業地ＣＬに対する無人での作業走行を開始する。
　（ステップ＃３１）親トラクタ１Ｐの中央作業地ＣＬでの有人走行
　子トラクタ１Ｃが作業走行を開始して、子トラクタ１Ｃと親トラクタ１Ｐとの距離が所定値に達すると、親トラクタ１Ｐによる作業走行を開始する。

　図１または図４に示すように、無人走行の子トラクタ１Ｃに有人走行の親トラクタ１Ｐが追従しながら、中央作業地ＣＬに対する耕耘走行が完了すると、次は、有人走行の親トラクタ１Ｐに無人走行の子トラクタ１Ｃが追従しながら、枕地ＨＬに対する耕耘走行が以下のように行われる。なお、子トラクタ１Ｃは、中央作業地ＣＬでの耕耘走行が完了すると、枕地ＨＬに入って、先導する親トラクタ１Ｐの枕地ＨＬでの耕耘を行うために必要な切り返し走行の障害にならない位置で待機する。
　（ステップ＃３２）親トラクタ１Ｐの有人枕地走行
　親トラクタ１Ｐが切り返し走行を経て枕地ＨＬの耕耘を開始する。
　（ステップ＃３３）子トラクタ１Ｃの無人枕地走行
　先導する親トラクタ１Ｐの走行軌跡に基づいて、目標となる走行経路を算定しながら、子トラクタ１Ｃが枕地ＨＬを走行して、枕地ＨＬの耕耘を開始する。

　例えば、枕地走行経路が、図２及び図３に示すような場合、子トラクタ１Ｃは、１回の周回耕耘走行を終了すると停止し、親トラクタ１Ｐは、２回の周回耕耘走行を終了すると停止する。続いて、
　（ステップ＃３４）子トラクタ１Ｃの圃場外への移動
　運転者は、親トラクタ１Ｐから子トラクタ１Ｃに乗り換えて、子トラクタ１Ｃを圃場外に出す。
　（ステップ＃３５）親トラクタ１Ｐの圃場外への移動
　さらに、運転者は、子トラクタ１Ｃから親トラクタ１Ｐに乗り換えて、親トラクタ１Ｐを圃場外に出す。

　次に、図８の（ａ）、（ｂ）および（ｃ）を用いて、枕地ＨＬにおける子トラクタ１Ｃの追従制御の一例を説明する。ここでは、親作業車１Ｐの走行軌跡は黒太線で示され、子作業車１Ｃの走行軌跡は白太線で示されており、さらに、待機位置への走行軌跡を含む切り返し走行軌跡は点線描画で区別されている。この例では、まず、図８の（ａ）に示されているように、子作業車１Ｃが、先行して枕地ＨＬでの切り返し走行を行う親作業車１Ｐの邪魔にならないように、中央作業地ＣＬでの停止点Ｐｃ１から枕地ＨＬに設定された待機点Ｐｃ２に移動する。停止点Ｐｃ１は、子作業車１Ｃの枕地ＨＬにおける切り返し走行開始点Ｐｃ１でもあり、待機点Ｐｃ２は、子作業車１Ｃの枕地ＨＬにおける切り返し走行の切り返し点Ｐｃ２でもある。この移動は無人運転でもよいし、有人運転でもよい。

　枕地走行が効率的に行われるように、適切な経路をとって行われる親作業車１Ｐの切り返し走行を、子作業車１Ｃが追従する必要がある。まず、図８の（ｂ）に示されているように、親作業車１Ｐは、中央作業地ＣＬでの走行開始点Ｐｐ１から出発して、枕地ＨＬに進入する。なお、親作業車１Ｐは、中央作業地ＣＬでの走行中は作業状態（耕耘装置５の下降）とし、枕地ＨＬに入ると非作業状態（耕耘装置５を上昇）とされる。親作業車１Ｐは枕地ＨＬに入ると、圃場の１つのコーナ部に設定された枕地作業走行開始点（切り返し走行完了点でもある）Ｐｐ３に作業車後端を向き合わせるように前進旋回走行し、作業車後端が枕地作業走行開始点に向き合った切り返し点Ｐｐ２で停止する。次に、枕地作業走行開始点となる切り返し走行完了点Ｐｐ３に達するまで後進走行する。切り返し走行を完了すると、親作業車１Ｐは、作業状態（耕耘装置５を下降）で、枕地作業走行領域を前進走行する。この枕地作業走行は実質的には直線状の走行軌跡となるように行われる。

　上述した親作業車１Ｐの走行軌跡から親作業車１Ｐが切り返し走行を実施したことが検知されると、当該走行軌跡と、親作業車１Ｐ及び子作業車１Ｃの対地作業幅（以下単に作業幅と略称し、図８の（ａ）、（ｂ）および（ｃ）では、それぞれＷPとＷcで示されている）とから、図８の（ｃ）に示されているように、子作業車１Ｃの切り返し走行完了点Ｐｃ３が算定される。子作業車１Ｃの待機点Ｐｃ２から切り返し走行完了点Ｐｃ３までの後進走行における目標走行位置は、子作業車１Ｃの轍が親作業車１Ｐの枕地作業走行幅に入り込まないという条件下で、親作業車１Ｐの切り返し後進走行の走行軌跡とは無関係に算定される。切り返し走行完了点Ｐｃ３でもある枕地作業走行開始点からの枕地作業走行における走行目標位置は、親作業車１Ｐの作業幅及び子作業車１Ｃの作業幅と、親作業車１Ｐの枕地作業走行軌跡とから算定される。算定された枕地作業走行における走行目標位置に基づいて、子作業車１Ｃの枕地作業走行が、実行される。

　次に、図９と図１０とを用いて、枕地作業走行での最初のコーナで必要となる切り返し走行での、子作業車１Ｃの追従制御の一例を説明する。その際、図９は親作業車１Ｐの走行軌跡（黒太線）を示し、図１０は子作業車１Ｃの走行軌跡（白太線）を示している。
　まず、先行する親トラクタ１Ｐが次のコーナ領域の外周端まで作業走行すると、図９に示すように、耕耘装置５を上昇させた非作業状態で、切り返し走行開始点Ｐｐ１まで後進する。ここから２回目の切り返し走行が開始する。つまり、この切り返し走行開始点Ｐｐ１から非作業状態で、切り返し点Ｐｐ２まで旋回前進する。次いで、枕地ＨＬの外縁まで後進して、停止する。この停止点が次の枕地作業走行の出発点となるので、親トラクタ１Ｐは耕耘装置５を下降させた作業状態で、前進走行を始める。その際、この親トラクタ１Ｐの前進走行(枕地作業走行)の走行軌跡を、親トラクタ１Ｐと子トラクタ１Ｃとの作業幅の半分の距離だけ平行移動させた線を、ここでの切り返し補助線として算定するともに、その切り返し補助線上に切り返し点Ｐｃ２を算定する。さらに、切り返し旋回用切れ角で当該切り返し点Ｐｃ２に到達できる切り返し走行開始点Ｐｃ１を算定しておく。

　当該コーナに接近した子トラクタ１Ｃは、切り返し走行時に親トラクタ１Ｐと干渉しないように親トラクタ１Ｐが所定地点に達するまで待機する。その後、図１０に示すように、子トラクタ１Ｃは、切り返し走行開始点Ｐｃ１を超えてできるだけ枕地ＨＬの外縁まで作業状態のままで、前進する。次いで、耕耘装置５を上昇させた非作業状態で、切り返し走行開始点Ｐｃ１まで後進する。切り返し走行開始点Ｐｃ１からの切り返し走行は、枕地走行開始時の切り返し走行と同様に、切り返し点Ｐｐ２まで旋回前進する。次いで、枕地ＨＬの外縁まで後進して、停止する。この停止点が、枕地作業走行の開始点なので、耕耘装置５を下降させた作業状態で、前進走行する。同様にして、枕地ＨＬの全てのコーナ部を経て一周回すると、この例では、枕地ＨＬの未作業地は親トラクタ１Ｐだけで行う。

　〔別実施の形態〕
（１）上述した実施形態では、中央作業地ＣＬでは、子作業車１Ｃが親作業車１Ｐに先行して無人走行し、枕地ＨＬでは、親作業車１Ｐが先行し、子作業車１Ｃが親作業車１Ｐの走行軌跡に基づいて追従走行した。もし、枕地ＨＬでの走行軌跡が比較的簡単である場合、枕地ＨＬでも子作業車１Ｃが親作業車１Ｐに先行して無人走行してもよい。
（２）中央作業地ＣＬにおける往復の作業走行経路で子作業車１Ｃと親作業車１Ｐとの相対位置は、図１で示したように、逆転していた。つまり、往路では親作業車１Ｐは子作業車１Ｃの左側を追従しており、復路では親作業車１Ｐは子作業車１Ｃの右側を追従していた。これに代えて、図１１に示すように、往復の作業走行経路において、子作業車１Ｃとの親作業車１Ｐとの相対位置が変わらない走行経路を採用することができる。
（３）上述した実施形態では、子作業車１Ｃと親作業車１Ｐとは、同タイプの作業装置（耕耘装置５）を搭載し、互いの作業幅を並列させることで、作業効率を向上させていた。このような作業協調に代えて、異なる作業装置を搭載して、後続する作業車が先行する作業車と同じ軌跡を走行して、２つの異なる作業を行うようにしてもよい。図１２には、中央作業地ＣＬでのそのような作業走行の走行軌跡が示されており、図１３には、枕地ＨＬでの走行軌跡が示されている。図１２と図１３では、子作業車１Ｃが先行しているが、親作業車１Ｐが先行してもよい。また、中央作業地ＣＬと枕地ＨＬとで先行する作業車を相違させてもよい。
（４）親作業車１Ｐと子作業車１Ｃとは互いの通信モジュール６０と７０を通じてデータ交換可能であるが、このデータ交換は直接的に行われてもよいし、サーバ等の中継装置を介して行われてよい。データ交換されるデータの内容には、耕耘深さや耕耘ピッチやローリング制御状況などが含まれる。例えば、有人走行中の親作業車１Ｐから無人走行中の子作業車１Ｃにそのようなデータが送信されることで、子作業車１Ｃの作業装置制御ユニット３１ｃは親作業車１Ｐの設定と同一または類似する設定を行うことができる。このようなデータ交換は、状況に応じて定期的に行うのが良い場合と、運転者が決定したタイミングで行うのが良い場合とがある。このため、定期的にデータ交換するモードと任意にデータ交換するモードが備えられていると好都合である。このモード切替は、作業車に搭載されているメータパネルやディスプレイを通じて案内表示とともに行えると運転者にとって好都合である。また、その操作入力には、ソフトウエアボタンを表示するタッチパネル方式を用いてもよいし、ハードウエアボタン（スイッチ、レバー）を用いてもよい。
（５）親作業車１Ｐと子作業車１Ｃとの間で行われたデータ交換の内容は、ハードディスクや不揮発性メモリなどの記憶デバイスに記憶しておくとよい。特に、親作業車１Ｐから子作業車１Ｃに与えられる走行や作業等に関する設定データは、協調走行において重要である。子作業車１Ｃがキーオフされても、再起動時に、そのような設定データを記憶デバイスから読み出すことにより再設定可能となり、作業の再現性が向上する。
（６）上述した実施形態では、子トラクタ１Ｃは一台であったが、類似する制御方法で複数台の子トラクタ１Ｃにも本発明を適用することは可能である。
（７）本発明による作業車協調システムでは、親トラクタ１Ｐと子トラクタ１Ｃの切り返し走行軌跡は、上述した実施形態における走行軌跡に限定されるわけではない。親トラクタ１Ｐの作業幅及び子トラクタ１Ｃの作業幅と、親トラクタ１Ｐの切り返し走行における切り返し走行開始点Ｐｐ１と切り返し点Ｐｐ２と切り返し走行完了点Ｐｐ３とを含む切り返し走行軌跡とから、子トラクタ１Ｃの切り返し走行開始点Ｐｃ１と切り返し点Ｐｃ２と切り返し走行完了点Ｐｃ３とが算定可能な種々の切り返し走行軌跡を採用することができる。また、親トラクタ１Ｐ及び子トラクタ１Ｃの切り返し点Ｐｐ２、Ｐｃ２は単一でも複数でもよい。
（８）上述した実施形態では、作業車として耕耘装置５を搭載したトラクタを取り上げたが、耕耘装置５に代えて散布装置や施肥装置など他の作業装置を搭載しても、本発明の特徴を有効に利用することができる。さらにはその他の作業車、例えばコンバイン、田植機、芝刈機、除草機、ブルドーザなどの土木建設機械などにも本発明は適用可能である。また、親作業車１Ｐと子作業車１Ｃは同機種でなくてもよい、例えばコンバインと搬送トラックなどの組み合わせでもよい。
（９）対地作業装置が耕耘装置５などの場合には、親作業幅と子作業幅との重なり長さであるオーバーラップは、基本的には必須であるが、散布装置や施肥装置などの場合、オーバーラップを設けずに、むしろ親作業幅と子作業幅との間に所定間隔をとる、いわゆるアンダーラップが設定される。したがって、本発明では、オーバーラップを設定することは必須ではなく、親作業車１Ｐと子作業車１Ｃの互いの経路間隔が所定範囲を保持するような追従制御の実現が要点である。
（１０）親作業車１Ｐまたは子作業車１Ｃあるいはその両方が、それぞれの作業車の仕様の違いを示すオフセット情報を管理するオフセット情報管理部が備えられている好都合である。オフセット情報管理部は、自車の仕様と、相手側の仕様とからその違いを検知することができるので、その違いを補償するような走行設定や作業設定を行うことができる。このようなオフセット情報をテーブル化しておけば、一方の作業車の設定内容に適合する設定内容を他方の作業車に設定させることが可能となる。このようなオフセット情報の管理は３台以上の作業車による協調制御システムにおいても、一方の作業車の設定内容を他の複数の作業車に送ることで、実現可能である。さらに、オフセット情報は、少なくとも管理中心となる作業車の記憶デバイスに記憶させておくとよい。あるいは、クラウドシステムとして機能する遠隔の管理コンピュータに記憶させておいてもよい。これにより、作業車は常にオフセット情報を取得して、利用することができる。

　本発明は、複数の作業車が協調して作業走行する協調制御システムに適用可能である。

１Ｃ　　　：子トラクタ（子作業車）
１Ｐ　　　：親トラクタ（親作業車）
５　　　　：耕耘装置（作業装置）
６　　　　：親機コントロールユニット
７　　　　：子機コントロールユニット
３０　　　：操縦部
３１ｃ　　：作業装置制御ユニット
６０　　　：通信モジュール
６１　　　：親位置検出モジュール
６２　　　：親走行軌跡算定部
６５　　　：子作業車作業装置遠隔制御モジュール
７１　　　：子位置検出モジュール
７２　　　：操縦制御モジュール
７２ａ　　：第１操縦制御部
７２ｂ　　：第２操縦制御部
７３　　　：作業地形状算定モジュール
７４　　　：経路算定モジュール
７４ａ　　：中央作業地経路算定部
７４ｂ　　：枕地経路算定部
ＣＬ　　　：中央作業地
ＨＬ　　　：枕地

Claims

　無人操縦可能な子作業車と有人操縦される親作業車とにより、中央作業地と前記中央作業地の周囲に位置する枕地とに対して対地作業を行う作業車協調システムであって、
　前記親作業車の位置を検出する親位置検出モジュールと、
　前記子作業車の位置を検出する子位置検出モジュールと、
　前記子作業車の前記中央作業地での無人操縦作業走行のために用いられる中央作業地走行経路を算定する中央作業地経路算定部と、
　前記子位置検出モジュールによって検出された子作業車位置と前記中央作業地走行経路とに基づいて前記子作業車を前記親作業車に先行して無人操縦する第１操縦制御部と、
　前記親作業車の前記枕地での作業走行軌跡に基づいて前記子作業車の無人操縦走行のために用いられる枕地走行経路を算定する枕地経路算定部と、
　前記子位置検出モジュールによって検出された子作業車位置と前記枕地走行経路とに基づいて前記子作業車を前記親作業車に追従するように無人操縦する第２操縦制御部と、
を備えた作業車協調システム。
　ティーチング走行を通じて作業地の形状を算定する作業地形状算定モジュールが備えられ、前記中央作業地経路算定部は前記作業地形状算定モジュールで算定された作業地の形状に基づいて中央作業地走行経路を算定する請求項１に記載の作業車協調システム。
　前記作業地形状算定モジュールが前記子作業車に搭載されている請求項２に記載の作業車協調システム。
　前記中央作業地経路算定部と前記枕地経路算定部とが前記子作業車に搭載され、前記親作業車の前記枕地での作業走行軌跡を表す走行データが前記親作業車から前記子作業車に伝送される請求項１から３のいずれか一項に記載の作業車協調システム。
　前記子作業車に装備されている対地作業装置の動作を遠隔操作する子作業車作業装置遠隔制御モジュールが前記親作業車に搭載されている請求項１から４のいずれか一項に記載の作業車協調システム。