JP2004058717A - 追従制御牽引桿システム - Google Patents

Abstract

【課題】収穫作業中は収穫機等の牽引車両（親機）に対して一定の位置関係を維持しながら自動追従走行を行い、収穫物搬出時は自走機能により単独で移動可能な運搬車等の被牽引車両（子機）について、簡潔なシステムで高精度な自動追従走行を行わせる。
【解決手段】追従制御牽引桿Ｂは、親機車両Ｍに親機側端部を回動可能に連結し、子機Ｓには子機側端部を所定の範囲に限って伸縮と水平面上の回転ができるよう柔軟に取付ける。子機Ｓは、追従制御牽引桿Ｂの伸縮量に応じた変速制御と水平面上の回転角に応じた操向制御を行うことによって、親機Ｍに対して一定の位置関係を維持しながら自動追従走行を行うように構成した。
【選択図】　　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、葉菜類の収穫機等の自走する作業車両（牽引車両＝親機）に収穫物運搬車等の自走可能な車両（被牽引車両＝子機）、もしくは子機群が同時に作業を行う場合において、親機と子機の相対速度及び相対進行方位を計測し、子機の走行及び操舵機構を制御して自動的に親機に追従走行させる装置及び方法（システム）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、子機は非自走式の牽引車両を用い、牽引力の伝達のみを機能とする牽引桿によって、親機の牽引力に応じて子機が牽引されるものが用いられている。この場合、子機の牽引抵抗によって軟弱地盤では親機がスリップし、時には走行不能に陥るケースも見られ、かつ子機は収穫物搬出等の場合にあっても親機による牽引を必要とし、作業能率の向上にとって阻害要因となっていた。
【０００３】
また近年、親機と子機の相対位置関係を検出して、自走車両である子機を適切な位置関係を維持するように自動追従制御する研究例が（次世代農業機械開発のための基礎技術開発開発、生物系特定産業技術研究推進機構、Ｐ５９−７３、２００１．３）（無人追走方式の研究（第３報）、農業機械学会誌第６３巻第４号、Ｐ８０−８４、２００１．７）などがみられるが、検出機器をはじめ子機制御のためのコントローラやアクチュエータなどの装備が必要となり、子機がハイコストになることが懸念されている。子機のコストを抑えるために、親機と自走車両である子機の走行クラッチ機構とをワイヤで連結し、親機と子機の相対距離が増せば子機の走行クラッチが入りとなり、減ずれば切りとなる機構も提案（生物系特定産業技術研究推進機構・農業機械化研究所、平成１２年度事業報告、Ｐ１３４−１３５、２００１．２）されているが、この例では速度制御、制動、操向制御が行われないので、利用範囲が限定されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
軟弱地盤で親機がスリップし、時には走行不能に陥ることを避けるため、自走機能を有する子機を用いて、簡潔かつ低コストな機構で発進／停止制御、速度制御、制動、操向制御などを行い、広範囲に適用可能な自動追従技術が求められている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上述の課題を解決するために、以下の技術的手段を講じた。
すなわち、親機の車両Ｍに親機側端部を回動可能に連結し、子機Ｓには子機側端部を所定の範囲Ｌｔ　に限って伸縮し、所定の範囲αｔ　に限って水平面上の回転ができるよう柔軟に取付けた追従制御牽引桿Ｂを設ける。伸縮量Ｌを親機Ｍと子機Ｓの相対速度情報と見なし、同様に回転角度αを相対進行方向情報と見なし、ワイヤまたはリンク等の運動伝達機構を介して、伸縮量Ｌ、もしくは回転角度αを、走行クラッチ、変速機構、スロットルなどの速度制御手段、もしくは操舵機構、操向クラッチなどの操向制御手段に伝達してこれを操作する。
【０００６】
相対速度に応じた制御は、子機Ｓに対する追従制御牽引桿Ｂの伸縮量Ｌが自在ブレーキ作動範囲Ｌ１　にあるときは、ブレーキシステムが作動し、もしくは左右の操向クラッチレバーが同時に作動し、追従制御牽引桿Ｂの伸縮範囲が走行クラッチ制御範囲Ｌ２　に入ったときに走行クラッチの入り／切り動作を行い、追従制御牽引桿Ｂの伸縮範囲が速度制御範囲Ｌ３　に入ったときにスロットル、もしくは変速機構を加速させるように作動させ、追従制御牽引桿Ｂの伸縮範囲が最も伸びた状態にあっては追従制御牽引桿Ｂが直接牽引力を子機Ｓに伝達するようにする。これによって、簡潔かつ低コストな機構で発進／停止制御、速度制御、制動制御を行う。また、相対進行方向に応じた制御は、子機Ｓに対する追従制御牽引桿Ｂの回動量αが、遊びの範囲αｉにあるときは操向制御を行わず、操向制御範囲αｌ、もしくはαｒにあるときは、操舵機構、操向クラッチなどの操向制御手段が作動し旋回を行う。
【０００７】
このほか、親機Ｍと子機との相対速度情報、すなわち伸縮量Ｌ、及び相対進行方向情報、すなわち回転角度αをポテンショメータなどの変換器によって電気信号に変換し、コンピュータやシーケンサなどのコントローラに入力し、制御値を演算した後、クラッチ、変速機構、スロットルなどの速度制御手段、もしくは操舵機構、操向クラッチなどの操向制御手段を駆動するアクチュエータの制御を行う方法もある。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。
【０００９】
図１において、符号Ｍは自走機能を有する農産物収穫作業機のような牽引車両（親機）、Ｓは自走機能を有して単独で移動可能な農産物運搬車のような被牽引車両（子機）であり、この親機Ｍと子機Ｓとを追従制御牽引桿Ｂを介して連結し、親機Ｍに対し子機Ｓが一定の位置関係を維持しながら自動追従走行を行うようにしている。また、子機Ｓは、親機Ｍから受けた収穫物を搬出する時には、追従制御牽引桿Ｂによる親機Ｍとの連結を解除して、自走機能により単独で移動走行して収穫物を搬出する。
【００１０】
追従制御牽引桿Ｂは、図２ないし図４に示すように、平面視で長方形をした子機取付け部１を子機Ｓの前部に取付け、この子機取付け部１に、垂直方向のピン２及び検出部３−１を介して桿体３の後部が左右回動自在に支持されている。桿体３は前後方向に延び、その先端部に親機連結部４がねじにより前後移動調節可能に取付けられ、この親機連結部４を親機Ｍの後部に設けられた図示しないヒッチ部に連結ピンを介して左右回動自在に、かつ着脱自在に連結される。
【００１１】
桿体３がピン２により支持されている位置には、桿体３に所定長さのスリット５が前後方向に穿設されており、親機連結部４側、すなわち親機Ｍ側から前後方向の力が桿体３に作用したとき、桿体３はスリット５の長さ範囲でピン２に添って移動・伸縮可能である。検出部３−１は、桿体３とともにピン２で位置決めされ、左右回動自在であるが、スリットを有していないので移動・伸縮しない。
【００１２】
ここで、桿体３がスリット５の長さ範囲で移動・伸縮する範囲は、図２に示すように、子機Ｓのブレーキ作動範囲Ｌ１　、走行クラッチ制御範囲Ｌ２　、速度制御範囲Ｌ３　、及び遊びの範囲Ｌｉ　を含む所定の範囲Ｌｔ　の間であり、その伸縮量Ｌによって親機Ｍに対する子機Ｓの相対速度を検出する。桿体３の底面側には、図４に示すように、ピン穴６，６に嵌挿された係止ピン７，７を介して主クラッチワイヤ８及びスロットルワイヤ９が取付けられている。検出部３−１には、主クラッチワイヤ８、及びスロットルワイヤ９の固定部１０が設けられている。そして、図示しないが、桿体３にブレーキワイヤ　、走行クラッチワイヤ　、速度制御ワイヤなどを連結して上記の制御範囲でそれぞれ制御するか、あるいは前記桿体３の伸縮量Ｌによりパラメータを用いて制御値を決定し、子機Ｓのクラッチ、変速機構、スロットルなどの速度制御手段、もしくは操舵機構、操向クラッチなどの操向制御手段を駆動するアクチュエータの制御を行うようにしてもよい。
【００１３】
検出部３−１の固定部１４には上下方向に係止ピン１１が設けられ、この係止ピン１１に、図４及び図５に示すように、左右方向に右操向クラッチワイヤ１２及び左操向クラッチワイヤ１３の先端が係止されている。そして、桿体３がピン２を中心に左右方向に回動して、子機Ｓに対して左右の操向制御範囲αｌ　，αｒ　、及び遊びの範囲αｉ　を含む所定の回動範囲αｔ　の間を回動自在であり、その回動量である回転角度αによって親機Ｍに対する子機Ｓの相対進行方向を検出する機能を有する。また、上記相対進行方向情報である回転角度αを、パラメータを用いて制御値を決定し、子機Ｓのクラッチ、変速機構、スロットルなどの速度制御手段、もしくは操舵機構、操向クラッチなどの操向制御手段を駆動するアクチュエータの制御を行うようにしてもよい。
【００１４】
上記の手段によって検出された親機Ｍに対する子機Ｓの相対速度、もしくは親機Ｍに対する子機Ｓの相対進行方向を、追従制御牽引桿Ｂの伸縮量Ｌ、もしくは回転角度αを、ワイヤまたはリンクなどの運動伝達機構を介して直接走行クラッチ、変速機構、スロットルなどの速度制御手段、もしくは操舵機構、操向クラッチなどの操向制御手段に伝達して、これを操作するようにしてもよいものである。
【００１５】
上記の手段による親機Ｍに対する子機Ｓの停止状態を含む速度制御を、子機Ｓに対する追従制御牽引桿Ｂの伸縮範囲Ｌｔ　が自在ブレーキ作動範囲Ｌ１　にあるときは、ブレーキシステムが作動し、もしくは左右の操向クラッチレバーが同時に作動し、追従制御牽引桿Ｂの伸縮範囲が走行クラッチ制御範囲Ｌ２　に入ったときに走行クラッチの入り／切り動作を行い、追従制御牽引桿Ｂの伸縮範囲が速度制御範囲Ｌ３　に入ったときにスロットルもしくは変速機構を加速させるように作動させ、追従制御牽引桿Ｂの伸縮範囲が最も伸びた状態にあっては、追従制御牽引桿Ｂが直接牽引力を子機Ｓに伝達するようにしてもよいものである。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の追従制御牽引桿システムによれば、請求項１ないし請求項５の手段・構成を有することにより、以下の作用効果を奏することができる。
作業車両（牽引車両＝親機）と自走可能な被牽引車両（子機）、もしくは子機群が同時に作業を行う場合において、親機と子機の相対速度及び相対進行方位を計測し、子機の走行及び操舵機構を制御して自動的に親機に追従走行させる装置（システム）によって、簡潔かつ低コストな機構で発進／停止制御、速度制御、制動、操向制御を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】牽引車両に追従制御牽引桿を介して被牽引車両を連結した状態の概略平面図である。
【図２】本発明による追従制御牽引桿の平面図である。
【図３】同側面図である。
【図４】同底面図である。
【図５】図４のＡ方向からの矢視図である。
【符号の説明】
Ｍ　牽引車両（親機）
Ｂ　追従制御牽引桿
Ｓ　被牽引車両（子機）
Ｌ　伸縮量　　Ｌ１　　子機のブレーキ作動範囲　Ｌ２　　走行クラッチ制御範囲Ｌ３　　速度制御範囲　Ｌｉ　　遊びの範囲　Ｌｔ　　所定の範囲
α　回転角度　　αｌ　，αｒ　　左右の操向制御範囲　αｉ　　遊びの範囲　αｔ　所定の回動範囲
１　子機取付け部
２　ピン
３　桿体　　３−１　検出部
４　親機連結部
５　スリット
６　ピン穴
７，１１　係止ピン
８　主クラッチワイヤ
９　スロットルワイヤ
１０，１４　固定部
１２　右操向クラッチワイヤ
１３　左操向クラッチワイヤ

Claims (5)

1. 先行する牽引車両Ｍと、この牽引車両Ｍに追従制御牽引桿Ｂを介して連結されて牽引車両Ｍに対し自動追従走行を行う被牽引車両Ｓとを備え、
   前記追従制御牽引桿Ｂは、被牽引車両Ｓに対して、ブレーキ作動範囲Ｌ１　、走行クラッチ制御範囲Ｌ２　、速度制御範囲Ｌ３　、及び遊びの範囲Ｌｉ　を含む所定の範囲Ｌｔ　の間を伸縮自在に構成し、その伸縮量Ｌによって牽引車両Ｍに対する被牽引車両Ｓの相対速度を検出することを特徴とする追従制御牽引桿システム。
2. 上記牽引車両Ｍに対する被牽引車両Ｓの相対速度を検出する相対速度検出機構と、被牽引車両Ｓに対して左右の操向制御範囲αｌ　，αｒ　、及び遊びの範囲αｉ　を含む所定の回動範囲αｔ　の間を回動自在に構成し、その回動量である回転角度αによって牽引車両Ｍに対する被牽引車両Ｓの相対進行方向を検出する機能を有することを特徴とする請求項１記載の追従制御牽引桿システム。
3. 上記牽引車両Ｍに対する被牽引車両Ｓの相対速度情報である追従制御牽引桿Ｂの伸縮量Ｌ、もしくは相対進行方向情報である回転角度αに関するパラメータを用いて制御値を決定し、被牽引車両Ｓのクラッチ、変速機構、スロットルなどの速度制御手段、もしくは操舵機構、操向クラッチなどの操向制御手段を駆動するアクチュエータの制御を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の追従制御牽引桿システム。
4. 請求項１もしくは請求項２に記載の手段によって検出された牽引車両Ｍに対する被牽引車両Ｓの相対速度、もしくは牽引車両Ｍに対する被牽引車両Ｓの相対進行方向に関し、追従制御牽引桿Ｂの伸縮量Ｌ、もしくは回転角度αを、ワイヤまたはリンクなどの運動伝達機構を介して直接走行クラッチ、変速機構、スロットルなどの速度制御手段、もしくは操舵機構、操向クラッチなどの操向制御手段に伝達して、これを操作することを特徴とする請求項１又は２記載の追従制御牽引桿システム。
5. 請求項４に記載の手段による牽引車両Ｍに対する被牽引車両Ｓの停止状態を含む速度制御に関し、被牽引車両Ｓに対する追従制御牽引桿Ｂの伸縮範囲Ｌｔ　が自在ブレーキ作動範囲Ｌ１　にあるときはブレーキシステムが作動し、もしくは左右の操向クラッチレバーが同時に作動し、追従制御牽引桿Ｂの伸縮範囲が走行クラッチ制御範囲Ｌ２　に入ったときに走行クラッチの入り／切り動作を行い、追従制御牽引桿Ｂの伸縮範囲が速度制御範囲Ｌ３　に入ったときにスロットルもしくは変速機構を加速させるように作動させ、追従制御牽引桿Ｂの伸縮範囲が最も伸びた状態にあっては、追従制御牽引桿Ｂが直接牽引力を被牽引車両Ｓに伝達するように構成したことを特徴とする請求項４記載の追従制御牽引桿システム。

Images