JP2005071142A - 作業車両の走行制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 横ズレと目標方向ズレを調整して目標方向ズレから生じる経路の誤差を補正する。
【解決手段】 ＧＰＳ衛星Ｓ１〜Ｓ４から送信される位置情報を受信するＧＰＳ測位装置２６と、該ＧＰＳ測位装置２６にて受信した位置情報に基づき走行機体１５の走行方向を制御する方向制御手段３０とを備え、該方向制御手段３０は、走行機体１５を予めティーチング走行させて、該ティーチング走行方向を目標走行方向として直進走行するようにＧＰＳ測位装置２６により得られた走行機体１５の位置情報に基づき該走行機体１５を制御し、引き続く自動直進走行時に、目標走行方向Ｏ−Ｘと、オペレータが意図した作業目標方向Ｏ−Ｘ’にズレが生じた場合に、前記ズレに基づく走行機体１５の横方向ズレ量ｄを修正する左右の微調整スイッチ３２Ｒ，３２Ｌと、該微調整スイッチ３２Ｒ，３２Ｌにて修正された横ズレ量ｄに基づき、目標走行方向を修正する修正手段３４とを備えている。
【選択図】 図６

Description

本発明は、ＧＰＳ測位装置にて受信した位置情報に基づき乗用田植機、トラクタ等の作業車両の走行方向を目標走行方向に沿って走行制御する走行制御装置に関する。

従来、乗用田植機等の走行機体を誘導制御する装置として、地上側に設置されたＧＰＳ基準局にてＧＰＳ衛星からの搬送波信号を受信し、走行機体側ではそのＧＰＳ移動局においてＧＰＳ衛星からの搬送波信号を受信すると共に、ＧＰＳ基準局からの送信情報を受信して、前記ＧＰＳ移動局及びＧＰＳ基準局から求めた二重位相差情報に基づいて走行機体の位置をＧＰＳ位置データとして求め、また、走行機体の位置変化量を慣性航法位置データとして求める走行機体の誘導制御装置が公知である。この誘導制御装置では、現在時刻での走行機体の位置を求め、その位置情報から検出される実際の走行速度が走行機体の走行車輪の駆動速度か計算で求めた走行速度よりも速いときには、走行車輪の駆動速度を減速させ、また、実際の走行速度が上記計算で求めた走行速度よりも遅いときには、走行車輪の駆動速度を増速させるようにして、例えば走行車輪が接地部にてスリップ等した場合にも、走行機体が予定の走行経路に沿って設定速度で自動走行するようにしている（例えば、特許文献１参照）。

一方、他の従来例として、例えば自動走行中に運転者が意図した走行方向と走行機体が実際に走行する走行方向とにズレが生じた場合に、進行方向を維持したままで進行する方向に対して略々直角方向に位置をずらすように制御する進行位置の微調整を行うものがあった。

特開平９−１２０３１４号公報（第３−４頁、図２）

しかし、上述した前者の従来技術では、ＧＰＳによる搬送波位相を観測量として用いて走行機体の位置情報を用いるものであり、例えばその地点の重力方向に対して水平方向を東西、南北で表した局地水平座標系において、高精度に位置がわかっている地上側の基準位置に設置されて、少なくとも４個のＧＰＳ衛星からの搬送波信号を受信する基準局アンテナと、この基準局アンテナの受信信号を処理して搬送波の位相情報を得るＧＰＳ受信機と、該ＧＰＳ受信機からの搬送波位相情報を走行機体側に向けて送信する送信アンテナを備えた地上側の送受信機とを備えなければならない等、多くの装置部品を必要とし、装置全体を構成するコストが高くなるという課題を有していた。

また、後者の従来技術では、直進方向を決定する段階で運転者の意図した方向と走行機体の認識していた方向とが異なった場合や、センサの誤差から進行方向にズレが生じた場合等には正しく補正できず、微調整を行った後も、何度もズレが発生し、そのたびに微調整を行わなければならない等、操作が煩雑であった。

本発明は、斯かる課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、横ズレと目標方向ズレを調整して目標方向ズレから生じる経路の誤差を簡単に補正することのできる作業車両の走行制御装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、ＧＰＳ衛星（Ｓ１〜Ｓ４）から送信される位置情報を受信するＧＰＳ測位装置（２６）と、該ＧＰＳ測位装置（２６）にて受信した前記位置情報に基づき走行機体（１５）の走行方向を制御する方向制御手段（３０）と、を備えた作業車両（１０）において、
前記方向制御手段（３０）は、前記走行機体（１５）を予めティーチング走行させて、該ティーチング走行方向を目標走行方向として直進走行するように前記ＧＰＳ測位装置（２６）により得られた前記走行機体（１５）の位置情報に基づき該走行機体（１５）を制御し、
自動直進走行時に、前記目標走行方向（Ｏ−Ｘ）と、意図した作業目標方向（Ｏ−Ｘ’）とにズレが生じた場合に、前記ズレに基づく前記走行機体（１５）の横方向ズレ量（ｄ）を修正する操作手段（３２Ｒ，３２Ｌ）と、
該操作手段（３２Ｒ，３２Ｌ）にて修正された横ズレ量（ｄ）に基づき、前記目標走行方向を修正する修正手段（３４）と、を備えてなる、ことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１記載の作業車両の走行制御装置において、前記修正手段（３４）は、前記ＧＰＳ測位装置（２６）にて得られた前記走行機体（１５）の位置情報から、前記自動直進走行時の開始点（Ｏ）と前記横ズレ修正後の地点（Ｏ’）とを結ぶ新たな目標走行方向（Ｏ−Ｘ’）を演算する、ことを特徴とする。

なお、上述した括弧内の符号は図面を参照するために示すものであって、本発明を何ら限定するものではない。

請求項１に係る発明によれば、走行機体の横ズレ量に加えて目標走行方向を修正できるようにしたので、進行方向ズレから生じる経路の誤差を補正することができ、また、何度も微調整をすることなく少ない回数で正確な調整を行うことができる。更に、ＧＰＳ測位装置と受信装置のみを用いることで、多くの装置部品を必要とすることなく安価に構成でき、かつ正確な位置修正を行うことができる。

請求項２に係る発明によれば、自動直進走行時の開始点と横ズレ修正後の地点とを結ぶ新たな目標走行方向を演算するので、作業者が意図する方向を略々正確に設定することができる。

以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。

図１は、作業車輛としての乗用田植機とＧＰＳ単独測位法の概念を示す図であり、同図において、乗用田植機１０は、前輪１１及び後輪１２に支持された走行機体１５を有し、該走行機体１５には、前部のボンネット１３内にエンジン（図示せず）と、ステアリングホイール１７及びその下方に操作パネル１４が設けられ、後部に座席シート１６等を有する操縦部１８が配置されていて、走行機体１５の後方には、アッパリンク１９及びロアリンク２０から成る昇降リンク２１を介して植付部２２が昇降自在に連結されている。

植付部２２には、４個のＧＰＳ衛星Ｓ１〜Ｓ４から送信される位置情報を受信するＧＰＳ受信アンテナ２４が設置され、該ＧＰＳ受信アンテナ２４にて受信した走行機体１５の位置情報は、操作パネル１４の下方に配置されたＧＰＳ測位装置２６にて受信される。このＧＰＳ測位装置２６は、いわゆるＧＰＳ（汎地球測位システム）の単独測位法によって乗用田植機１０の位置情報を取得するものであり、この単独測位法によれば、４個のＧＰＳ衛星Ｓ１〜Ｓ４から送信される位置情報を１個のＧＰＳ受信アンテナ２４により受信すれば良く、多くの装置部品を必要としないことから装置全体を低コストで実現することができる等の利点を有している。

図２は、ＧＰＳの単独測位法による位置情報を示す概念図であり、移動する乗用田植機１０の位置情報がリアルタイムで得られると共に、その時系列的な測位結果は、乗用田植機１０の真の位置からの誤差（ｅ１，ｅ２，ｅ３，ｅ４・・・）が凡そ同方向に一定量で偏移しており、この時系列的な測位結果を比較することで、乗用田植機１０（走行機体１５）の進行方向を判断している。

図３は、乗用田植機１０の方向制御手段３０を示すブロック図であって、該方向制御手段３０は、マイクロコンピュータで構成される走行制御部３１と、ティーチング走行に引き続いて行う自動直進走行時に目標走行方向とオペレータが意図した作業目標方向とにズレが生じた場合に、前記ズレに基づく走行機体１５の横方向ズレ量を修正する操作手段としての左右の微調整スイッチ３２Ｒ，３２Ｌと、自動走行時に左右一対の前輪１１，１１を強制的に操向させる走行制御モータ３３と、を備えていると共に、前記走行制御部３１は、微調整スイッチ３２Ｒ，３２Ｌによって修正された横ズレ量に基づき目標方向を修正する修正手段３４を有している。また、前記走行制御部３１の入力側には、４個のＧＰＳ衛星Ｓ１〜Ｓ４から送信される位置情報を受信するＧＰＳ測位装置２６と、ステアリングホイール１７の操舵角を検出するポテンショメータによるステアリングセンサ３５と、走行機体１５の手動走行、ティーチング走行（手動）、及び自動走行のいずれかを選択する走行モード選択スイッチ３６と、が接続されている。

次いで、図４及び図５に基づき、乗用田植機１０を圃場内の目標走行経路に沿って自動走行を行いながら植付作業を行う場合の走行制御につき説明する。

図４は、乗用田植機１０による植付作業の走行経路を示す図であり、同図において、乗用田植機１０による苗の植付作業は、矩形状をなす圃場２８の長手方向に沿い、しかも本実施形態では、短手方向に所定の間隔を置いて苗を植付ける往復走行によって行われる。そして、乗用田植機１０による最初の往路行程の植付作業は、図５のＳ１１において、オペレータが走行モード選択スイッチ３６のティーチングモード（手動）を選択し、Ｓ１２に進む。このＳ１２では、オペレータによる乗用田植機１０の手動操縦により、所定距離だけティーチング走行による植付作業を行って、ＧＰＳの単独測位法により乗用田植機１０の位置情報をＧＰＳ受信アンテナ２４にて受信し、Ｓ１３に進む。このＳ１３では、Ｓ１２のティーチング走行による所定距離の植付走行によって取得した乗用田植機１０の位置情報を、ＧＰＳ測位装置２６によって解読すると共に、走行制御部３１ではそれに基づいてティーチング走行後に引き続いて実施する自動走行による植付作業の目標走行方向を決定する。

なお、目標走行方向の左右両側に所定の幅を有する許容設定幅を設け、該許容設定幅に対して自動走行する乗用田植機１０の進行方向にズレが生じた場合には、後述する走行機体１５の直進走行制御がなされる。

そして、手動操縦による最初の植付作業の往路行程のティーチング走行が終了すると、Ｓ１１において、オペレータは走行モード選択スイッチ３６を自動走行モードに切換え、Ｓ１４に進んで乗用田植機１０の自動走行による植付作業が開始される。次いで、Ｓ１５では、自動走行による植付作業を開始した乗用田植機１０の位置情報をＧＰＳ受信アンテナ２４で受信すると共に、その位置情報をＧＰＳ測位装置２６によって解読し、方向制御手段３０では、ティーチング走行により決定した目標走行方向に対する走行機体１５の進行方向のズレを確認する。ここで、走行機体１５の進行方向のズレが、オペレータにとって目標走行方向の許容設定幅に入っていればＯＫとしてＳ１６に進み、一方、目標走行方向の許容設定幅から外れた場合はＳ１７に進む。

なお、前述したＳ１２及びＳ１５においては、ＧＰＳの単独測位法による位置情報が乗用田植機１０の真の位置から偏移していたとしても、図２に示したように、所定時間間隔の時系列的な位置情報は夫々同方向に略々同量偏移しているため、この時系列的な位置情報を比較することで、乗用田植機１０の真の位置を求めることなく、目標走行方向及び該目標走行方向に対する乗用田植機１０の進行方向のズレを求めることができる。

そして、目標走行方向の許容設定幅に入っている場合のＳ１６では、乗用田植機１０の自動走行時に左右一対の前輪１１，１１を操向させる走行制御モータ３３が停止状態となり、一方、目標走行方向の許容設定幅から外れている場合のＳ１７では、機体進行方向のズレに関する微調整が行われてＳ１８に進む。ここで、乗用田植機１０の自動走行時の機体進行方向のズレの微調整についての詳細は後述する。

Ｓ１８では、乗用田植機１０の自動走行による植付作業が、往路又は復路の終了地点まで行われたか否かを判断し、終了地点に達していない場合は、Ｓ１５に戻って上述の直進走行制御を繰り返し、また、終了地点に達した場合は、Ｓ１９に進む。このＳ１９では、枕地において１８０度旋回を行い、次いでＳ２０において、次の植付作業行程（復路）に向けて走行機体１５の幅寄せを実施することによって、最初の往路行程の植付作業が終了する。そして、次の復路行程の植付作業においても、前記と同様のティーチング走行に引き続いて自動走行による植付作業を行う。

図６は、乗用田植機１０による自動走行時の植付作業において、機体進行方向のズレを示す動作説明図である。

すなわち、ティーチング走行によって乗用田植機１０の目標走行方向がＯ−Ｘ方向に決定されたとすると、このティーチング走行に引き続いて、Ｏ（０，０）地点から乗用田植機１０の自動直進走行による植付作業が開始される。そして、この自動直進走行により走行機体１５がＯ地点からＰ地点まで自動走行したところで、Ｐ地点の座標をＰ（Ｘｏ，Ｙｏ）とすると、この時点でオペレータは現在の目標走行方向（Ｏ−Ｘ）と、意図した作業目標方向（Ｏ−Ｘ’）とにズレが生じたと感じた場合に、前記ズレに基づく走行機体１５の横方向ズレ量ｄを修正する。そのために、オペレータは前述した左右の微調整スイッチ３２Ｒ，３２Ｌのうち修正すべき側のスイッチを押操作し、走行制御モータ３３により前輪１１の操舵角を変更させる。この場合のオペレータによる横ズレ量の修正操作は、例えばスイッチを１回押操作すると何ｃｍ修正されるかが予め設定されている場合と、スイッチを押している時間に応じて修正量を設定できる場合等が考えられるが、いずれを採用しても良い。

そして、オペレータが左右の微調整スイッチ３２Ｒ，３２Ｌのいずれかを押操作することで、目標とする横ズレ量ｄに相当する位置の座標Ｏ’（Ｘ’，Ｙ’）を設定したとすると、走行制御部３１において、現在の座標Ｐ（Ｘｏ，Ｙｏ）と目標とする座標Ｏ’（Ｘ’，Ｙ’）、及び走行機体１５の現在の走行速度から操舵角θが演算される。オペレータによるこの横ズレ量ｄの修正操作に基づき、走行制御モータ３３により前輪１１が操舵角θとなるように操舵され、走行機体１５はP（Ｘｏ，Ｙｏ）点から操舵角θ方向に所定量移動してＯ’（Ｘ’，Ｙ’）点に到達する。更に、このＯ’（Ｘ’，Ｙ’）点において、ＧＰＳ測位装置２６にて得られた走行機体１５の位置情報から、自動直進走行時の開始点Ｏ（０，０）と横ズレ修正後の地点Ｏ’（Ｘ’，Ｙ’）とを結ぶ新たな目標走行方向Ｏ−Ｘ’が演算され、そして、この新たな目標走行方向Ｏ−Ｘ’に向けて自動走行するように走行制御モータ３３により前輪１１の操舵角が制御される。

図７は、自動走行時の機体進行方向のズレを微調整するときのフローチャートを示す図である。

すなわち、Ｓ３１において、微調整スイッチ（右）３２Ｒがオン操作されたか否かが判断され、オン操作された場合はＳ３２に進み、ここでスイッチを押した時間に応じた横ズレの修正量ｄの演算が行われる。すなわち、本実施形態では、微調整スイッチ３２Ｒ，３２Ｌを押した時間に応じて修正量ｄが決定される場合を想定している。その結果、スイッチを押した時間に応じた修正量ｄが演算されると、次にＳ３３に進み、このＳ３３では、現在の座標Ｐと目標とする座標Ｏ’、及び現在の機体走行速度から前輪１１の操舵角θが演算される。なお、ここでは、前輪１１の修正操舵角θを上述したパラメータを基に、その都度演算する場合について説明したが、これに限らず、例えば予め設定された特定の操舵角で修正制御するようにしても良い。次いで、Ｓ３４では、演算された操舵角θとなるように走行制御モータ３３が駆動されて前輪１１が操舵され、その操舵方向に走行機体１５が移動し、Ｓ３５に進む。このＳ３５では、図６に示したＸＹ座標軸に対するＯ’（Ｘ’，Ｙ’）点のＹ’座標とP（Ｘｏ，Ｙｏ）点のＹｏ座標との差（ｙ’−ｙｏ）が、修正量ｄに対し許容幅内にあるか否かを判断し、Ｎｏなら許容幅から外れているとしてＳ３３に戻り、Ｙｅｓなら許容幅内にあるとしてＳ３６に進み、ここで走行制御モータ３３による出力が停止される。更に、Ｓ３７において、自動直進走行時の開始点Ｏと横ズレ修正後の地点Ｏ’とを結ぶ新たな目標走行方向Ｏ−Ｘ’が決定される。

なお、Ｓ３１において、微調整スイッチ（左）３２Ｌがオン操作された場合はＳ３８に進み、以下、Ｓ３９〜Ｓ４２まで、前記と同様の制御が行われる。

次に、図８は、図７と同様に、自動走行時の機体進行方向のズレを微調整するときのフローチャートを示す図である。この実施形態では、微調整スイッチ３２Ｒ，３２Ｌを１回押すと、例えばそのときの修正量が何ｃｍとなるかが予め設定されている場合を想定している。従って、オペレータは修正量ｄとするためには何回スイッチを押せば良いかを判断することになる。

すなわち、Ｓ５１において、微調整スイッチ（右）３２Ｒがオン操作されたか否かが判断され、オン操作された場合はＳ５２に進み、このＳ５２においては、微調整スイッチ（右）３２Ｒが押された回数に応じて修正量ｄが設定されるため、現在の座標Ｐと目標とする座標Ｏ’、及び現在の機体走行速度から前輪１１の操舵角θが演算され、更にＳ５３では、操舵角θとなるように走行制御モータ３３が駆動されて前輪１１が操舵され、走行機体１５が移動して次にＳ５４に進む。このＳ５４では、図６に示したＸＹ座標軸に対するＯ’（Ｘ’，Ｙ’）点のＹ’座標とP（Ｘｏ，Ｙｏ）点のＹｏ座標との差（ｙ’−ｙｏ）が、修正量ｄに対し許容幅内にあるか否かを判断し、Ｎｏなら許容幅から外れているとしてＳ５２に戻り、Ｙｅｓなら許容幅内にあるとしてＳ５５に進み、ここで走行制御モータ３３による出力が停止される。更に、Ｓ５６において、自動直進走行時の開始点Ｏと横ズレ修正後の地点Ｏ’とを結ぶ新たな目標走行方向Ｏ−Ｘ’が決定される。

なお、Ｓ５１において、微調整スイッチ（左）３２Ｌがオン操作された場合はＳ５７に進み、以下、Ｓ５８〜Ｓ６０まで、前記と同様の制御が行われる。

乗用田植機とＧＰＳ衛星による単独測位法の概念を示す図である。 ＧＰＳ衛星による単独測位法を用いた位置情報の概念を示す図である。 乗用田植機の方向制御手段を示すブロック図である。 乗用田植機による植付作業の走行経路を示す図である。 乗用田植機による自動走行制御に関するフローチャートを示す図である。 自動走行時の植付作業における機体進行方向のズレを示す動作説明図である。 自動走行時の機体進行方向のズレを微調整する際のフローチャートを示す図である。 自動走行時の機体進行方向のズレを微調整する際のフローチャートを示す図である。

符号の説明

１０ 乗用田植機
１５ 走行機体
２４ ＧＰＳ受信アンテナ
２６ ＧＰＳ測位装置
３０ 方向制御手段
３１ 走行制御部
３２Ｒ 微調整スイッチ（右）（操作手段）
３２Ｌ 微調整スイッチ（右）（操作手段）
３３ 走行制御モータ
３４ 修正手段

Claims (2)

1. ＧＰＳ衛星から送信される位置情報を受信するＧＰＳ測位装置と、該ＧＰＳ測位装置にて受信した前記位置情報に基づき走行機体の走行方向を制御する方向制御手段と、を備えた作業車両において、
   前記方向制御手段は、前記走行機体を予めティーチング走行させて、該ティーチング走行方向を目標走行方向として直進走行するように前記ＧＰＳ測位装置により得られた前記走行機体の位置情報に基づき該走行機体を制御し、
   自動直進走行時に、前記目標走行方向と、意図した作業目標方向とにズレが生じた場合に、前記ズレに基づく前記走行機体の横方向ズレ量を修正する操作手段と、
   該操作手段にて修正された横ズレ量に基づき、前記目標走行方向を修正する修正手段と、を備えてなる、
   ことを特徴とする作業車両の走行制御装置。
2. 前記修正手段は、前記ＧＰＳ測位装置にて得られた前記走行機体の位置情報から、前記自動直進走行時の開始点と前記横ズレ修正後の地点とを結ぶ新たな目標走行方向を演算する、
   ことを特徴とする請求項１記載の作業車両の走行制御装置。
   

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