JP2007110921A

JP2007110921A - 圃場作業車両

Info

Publication number: JP2007110921A
Application number: JP2005303061A
Authority: JP
Inventors: Takeyuki Ouchi; 建之大内; Hikari Osano; 光小佐野; Fumio Shigematsu; 文雄重松; Satoru Kato; 哲加藤; Masaaki Fujioka; 公明藤岡
Original assignee: Iseki and Co Ltd; Iseki Agricultural Machinery Mfg Co Ltd
Current assignee: Iseki and Co Ltd; Iseki Agricultural Machinery Mfg Co Ltd
Priority date: 2005-10-18
Filing date: 2005-10-18
Publication date: 2007-05-10

Abstract

【課題】別途設定による目標方位がずれている場合の修正操作を容易にして、作業性及び作業効率を向上し、簡易な構成で信頼性の高い制御部により自律直進操舵制御が適正に行われる圃場作業車両を提供することにある。
【解決手段】機体方向を示す機体方位情報に基づき、別途設定された往復工程の目標方位に対する機体方位の偏差が小さくなる方向に操向装置の舵角を操作する自律直進操舵制御を行う制御部を備える圃場作業車両において、目標方位を修正する手動操作具を設け、該手動操作具による修正方位量を記憶し、以後の往復工程の目標方位を記憶された修正方位量に基づいて自動修正する圃場作業車両。
【選択図】図７

Description

本発明は、目標方位に合わせて操向装置の舵角を操作する自律直進操舵制御を行いつつ苗植付け作業や耕耘等の圃場作業をする圃場作業車両に関するものである。

水田走行が可能な機体に苗植装置等の作業機を備え、機体走行とともに田植作業等の圃場作業を行う圃場作業車両において、特許文献１に示すように、目標方位に合わせて自律直進操舵制御を行うものが知られている。

上記圃場作業車両は、機体が向いている方向を示す方位情報に基づいて別途設定による目標方位に対する機体の方位偏差が小さくなる方向に操向装置の舵角を操作する自律直進操舵制御を行う制御部を備えて構成される。この制御部により、圃場の往復作業走行等において、機体を走行支持する走行部に受ける左右の走行抵抗に差があっても機体方向が目標方位に修正される。したがって、場所により凹凸や土壌の硬さ状況が変動する不均一な圃場環境にあっても、圃場作業車両のオペレータは、所定方位に沿った往復走行のための機体の操舵操作を要することなく、作業機の稼動操作に専念することができる。

しかしながら、別途設定による目標方位がずれている場合には、その度ごとに手動にて修正しなければならず、まだまだ、作業性及び作業効率の点で完成したものではなかった。
特開２００４−３３７０３１号公報

解決しようとする問題点は、別途設定による目標方位がずれている場合の修正操作を容易にして、作業性及び作業効率を向上し、簡易な構成で信頼性の高い制御部により自律直進操舵制御が適正に行われる圃場作業車両を提供することにある。

請求項１記載の発明は、機体方向を示す機体方位情報に基づき、別途設定された往復工程の目標方位に対する機体方位の偏差が小さくなる方向に操向装置の舵角を操作する自律直進操舵制御を行う制御部を備える圃場作業車両において、目標方位を修正する手動操作具を設け、該手動操作具による修正方位量を記憶し、以後の往復工程の目標方位を記憶された修正方位量に基づいて自動修正する圃場作業車両としたものである。

上記の構成により、手動操作具にて目標方位を修正すると、該手動操作具による修正方位量が記憶されて、以後の往復工程の目標方位が記憶された修正方位量に基づいて自動的に修正されて、適正に自律直進操舵制御が行われる。

請求項１記載の発明によると、手動操作具にて目標方位を修正すると、該手動操作具による修正方位量が記憶されて、以後の往復工程の目標方位が記憶された修正方位量に基づいて自動的に修正されて、適正に自律直進操舵制御が行われるので、別途設定された往復工程の目標方位がずれている場合の修正操作が容易となり、作業性及び作業効率が向上し、簡易な構成で信頼性の高い制御部により自律直進操舵制御が適正に行われて、作業効率の良い良好な圃場作業を行なうことができる。

本発明の実施の形態について、以下に図面に基づいて詳細に説明する。
本発明の圃場作業車両の一例である田植機の側面図および平面図をそれぞれ図１、図２に示す。田植機１は、操向車輪２,２と後輪３,３とによって四輪駆動可能に機体が走行支持され、旋回操作用の操舵ハンドル４、機体走行および作業機を操作するための操作具を配した操縦席５、機体走行および作業機の動力を供給するエンジン６、機体後部に昇降可能に取付けられた作業機として圃場に苗を植え付ける苗植機７等を備えるほか、操舵ハンドル４の脇に第１の操作パネル８ａ、操縦席５の後方に第２の操作パネル８ｂ、機体上部に方位センサ９、機体上で操縦者が立って作業ができる機体前端から操縦席５の左右部まで設けられたステップ１６、機体前部左右に設けられた左右予備苗載台１７，１７、機体走行を含む各種機器を制御する制御部２１等を備えて構成される。

苗植機７は、機体後部の昇降機構１１を介して昇降可能に取付けた作業機であり、図示せぬ植付クラッチを介して機体の走行に合わせて苗載台１３に載置された苗から苗植付け装置１４…が一株分づつ取出して、均平用のフロート１５…にて整地された圃場に多条植え動作する構成となっている。苗の植付け作業は、苗植機７を下げて直進走行しつつ植付けをし、畦際で苗植機７を上げるとともに機体を旋回した後、再度、苗植機７を下げて隣接領域についての植付け走行をし、往復での植付け作業を繰り返すことにより行う。

制御部２１の入出力構成は、図３の入出力信号系統図に示すように、走行データ入力指示および自動開始用のティーチングスイッチ２２、自律直進操舵制御を解除する自動切スイッチ２３、設定方向微調節用の左右のトリムスイッチ２４、車速センサ２５、進行方位センサ９、ハンドル切れ角センサ４ａ等の入力信号のほか、各種のスイッチ、センサの信号を受け、また、前輪操舵電磁油圧弁２ｖ、警報を含む表示ランプ類として目標方位ランプ２６ａ、自動ランフ２３ａ、異常ランプ２６ｂ、方位修正ランプ２４ａ、音声警報装置２６ｃ、ブザー２６ｄの制御動作を出力する。

上記制御部２１により所定の条件を満たす場合に限定して自律直進操舵制御を可能とする。すなわち、自律直進操舵制御は、機体方向を示す方位情報に基づいて別途設定による目標方位に対する機体の方位偏差が小さくなる方向に操向装置の舵角を操作する。機体の方位情報は、進行方位センサ９の信号による。目標方位は、ティーチングスイッチ２２がオンの状態で機体走行した際の方位として別途設定される。

即ち、図５に示すような圃場で、入出口から苗植機７を入れて往路工程Ａで操縦者が機体を操作して機体が操向されながら苗植付け作業を行なう直進進行方位をティーチングにより演算し、畦際で操縦者が操舵ハンドル４を機体旋回の為に旋回操作（機体を旋回させる意思を持って操縦者が操舵ハンドル４を回す量、例えば、操舵ハンドル４が左右に最大３６０度〜４００度回転する構成であれば、操舵ハンドル４を２５０度以上操作）し、機体を復路工程Ｂに進める。この時、旋回操作にて、直進進行方位を演算するティーチングは終了し、機体が往路工程Ａで進行した方位が決定される。そして、復路工程Ｂの直進進行方位が往路工程Ａで進行した方位に１８０°回った方位であることを決定し、復路工程Ｂでは、その方位に向けて機体は自律直進制御される。以後、旋回のたびに工程Ｃ〜工程Ｋまで同様にして機体は自律直進制御される。

また、機体方位の偏差低減に適する走行速度を圃場走行の実測等によって確定した上でこれを基準速度として制御部２１に別途設定する。例えば、作業走行速度が略１ｍ／ｓｅｃの田植え走行の場合において、直線走行として許容される限界速度を実車走行で確認し、または、経験則に基づいて基準速度をO．１ｍ／ｓｅｃとし、また、圃場条件等により、略O．３ｍ／ｓｅｃまでの範囲で定められる。

上記構成の制御部２１による制御処理について、図４のフローチャートにより詳細に説明する。
ティーチングスイッチ２２がオンの場合（Ｓ１）は、走行データが記録されてティーチング処理を行い、ティーチング処理の記録データに基づいて直進進行方位を算出する（Ｓ２、往路工程Ａでの処理）。

そして、畦際で機体を操縦者が旋回操作し、操舵ハンドル４が旋回操作角以上に操作（操舵ハンドル４を２５０度以上操作）されると、往路工程Ａが終了して畦際旋回していると判断し、直進進行方位を演算するティーチングは終了し、機体が往路工程Ａで進行した方位が決定される。

次いで、自律直進操舵制御の条件（Ｓ３〜Ｓ６）が満たされている場合に限って進行方位を制御（Ｓ７）する（復路工程Ｂの直進進行方位は、往路工程Ａで進行した方位に１８０°回った方位である）。自律直進操舵制御の条件は、植付「入」で、進行方位が一定範囲内に所定時間維持され、車速が所定値以上で、自動走行解除スイッチ２３がオンでない場合である。

一方、車速条件が欠けている場合は、警告ランプと警告音の組み合わせや音声出力の警報（Ｓ５ａ）によりオペレータに知らせて自動操舵を解除し、手動操舵に戻す処理を行う。これにより、自動走行中の停止の際の異常修正のまま再出発したときの蛇行を防止して安全を確保することができる。

同様に、走行開始時の取扱いについても、一定速度以上にならないと自律直進操舵制御を行わないようにすることにより、低速時の異常修正による出発時の蛇行を防止して安全性を向上することができる。

上記警報処理については、音声出力とすることにより、警告ランプと警告音の組み合わせより安価に構成することができる。
また、復路工程Ｂでは、自律直進操舵制御中で復路工程Ｂの初期に機体の進行方向がずれた場合に、操縦者はトリムスイッチ２４を操作して、左若しくは右に進行方位を修正する。例えば、機体を右に方位修正する場合には、操縦者はトリムスイッチ２４の右スイッチを機体の進行方向が修正されるまで複数回押す（トリムスイッチ２４による修正方位の調節角は微小にしてあり、複数回押すことにより、正確な修正が行なえるようにしてある）。そして、このトリムスイッチ２４による方位修正の為に押された回数は記憶されて、工程Ｃ〜Ｋでは、トリムスイッチ２４を一度押すと、復路工程Ｂで修正された方位分修正できるようにしてある（自動切スイッチ２３が操作されるまで、この方位修正量は記憶しておき、トリムスイッチ２４を一度押した時の方位修正量は大きくなっている）。このようにすれば、一つの圃場では種々の環境条件が同じであるので、機体旋回後に進行方向がずれている場合、トリムスイッチ２４による機体進行方位の修正操作が早く且つ適正に行なえて、作業性及び作業効率が向上する。

更に、復路工程Ｂでの修正方位量は、記憶されて、工程Ｃ〜Ｋにおける進行方位を自動修正する。即ち、復路工程Ｂでの修正方位量が３°であれば、工程Ｃ〜Ｋにおける進行方位を各々往路工程及び復路工程に応じて３°分だけ自動修正する。このように、復路工程Ｂでの操縦者の方位修正が、その後の自律直進方位の自動修正に用いられて、自動的に進行方位が修正されるので、操縦者の作業性を良くできて作業能率向上が図れると共に、自律直進制御が適正に行える。

また、自律直進操舵制御においては、トリムスイッチ２４の操作に応じて進行方位を修正中である旨の音声出力（Ｓ８,Ｓ８ａ）を行う。この音声出力により、方向修正が僅かで確認が困難なことから勘違いによるスイッチの誤操作を防止することができる。

このようにして、自律直進操舵制御の条件（Ｓ３〜Ｓ６）を満たす場合に限り、所定角度以上のハンドル操作（Ｓ９）がされるまでの間、自律直進操舵制御が継続される（工程Ｂ〜Ｋ）。

上記構成の制御部２１により、所定の基準速度以上の速度範囲に限って自律直進操舵制御により操向装置の舵角操作が行われ、同基準速度に満たない低速走行では、自律直進操舵制御が行われることなく圃場状況に応じた走行となる。したがって、機体方位の偏差低減に適する走行速度を実測等により確定した上でこれを基準速度として設定することにより、圃場状況や走行速度に応じて制御パラメータを変更する適応制御のための複雑な取扱いを要することなく、簡易な構成で信頼性の高い制御部により自律直進操舵制御の不安定化を回避して異常走行を確実に防止することができる。

操作パネル８ａ,８ｂは、図６の構成図に示すように、ティーチングスイッチ２２、「自動」表示ランフ２３ａを伴う自動切スイッチ２３、左右で１組のトリムスイッチ２４を中心に、放射状配置のランフによる「目標方位」ランプ群２６ａ、「方位修正」ランプ２４ａ、「異常」ランプ２６ｂを配置して構成し、これをステアリングハンドル４の周辺および操縦席５の後方中央部もしくはその近傍に配置する。特に操縦席５後方に配置することにより、自動走行中の苗継ぎ時に後方を見ながらスイッチ操作ができるので、操作性を向上することができる。

以上のように、自律直進操舵制御中には走行機体は自動直進制御されているので、機体後部の苗植機７の苗載台１３に載置された苗が残り少なくなった時には、操縦者は操縦席５を離れて機体走行のステップ１６上に立って、機体前部左右に設けられた左右予備苗載台１７，１７に載置された予備苗を取って、機体後方を向いて苗植機７の苗載台１３に供給することができる。また、苗植機７の点検等の場合も、操縦者は操縦席５を離れて機体走行のステップ１６上に立って後ろを向いて苗植機７の各部の点検を行なうことができる。

従って、自律直進操舵制御が行われない従来の田植機では、苗載台１３に載置された苗が残り少なくなった時や苗植機７の点検を行なう場合に、機体を停止させて苗供給や点検を行なっていたので、その間、苗植付け作業を中断せざるを得なかった。ところが、この発明による上記の自律直進操舵制御を行う田植機では、苗植付け作業を中断することなく、機体を前進させて苗植付け作業を行ないながら苗供給や点検ができ、飛躍的に作業効率が向上する。

尚、ティーチングモード中に、操縦者が操舵ハンドル４を通常所定量操作よりも大きく操作した場合（圃場の耕盤が荒れていて機体の進行方向修正操作が困難で大きく蛇行した場合や操縦不慣れによる機体の蛇行運転を行なった場合、例えば、操舵ハンドル４が左右に最大３６０度〜４００度回転する構成であれば、操舵ハンドル４を１００度以上操作した場合）、制御部２１により音声警報装置２６ｃにて「ティーチングが適正に行なわれませんでした」と警報を発するようにすれば、再度、ティーチングスイッチ２２を押して、ティーチングモードにして作業を続行すれば、以後、適正な自律直進操舵制御が行えて、良好な作業が行なえる。

また、ティーチングモード中に、検出する機体が進行の方位が所定幅以上に異なる方位を検出した場合（例えば、検出方位が９０°以上の異なる方位を検出した場合）には、その圃場の磁界の影響を受けて正確な方位が検出できていない可能性があるので、制御部２１により音声警報装置２６ｃにて「ティーチングが適正に行なわれませんでした」と警報を発するようにすれば、操縦者は、再度、ティーチングスイッチ２２を押して、ティーチングモードにして作業を続行し、適正な作業が行なえる。

また、上記の例では、１工程でティーチングを行なう制御としたが、所定距離（例えば、植付け進行した距離が２０ｍ）を過ぎるとティーチングを終えて、その工程の進行方位を演算し、その後、その方位に向けて自律直進操舵制御を行い、畦際で旋回後は上記の例と同じように制御するようにすれば、早く自律直進操舵制御が行えて作業効率が良くなる。尚、所定距離（例えば、植付け進行した距離が２０ｍ）を過ぎてティーチングを終えた時に、音声警報又はブザーにてティーチングを終えたことを操縦者に知らせるようにすると、操縦者の操作ミスが防止できて作業性が向上する。

次に、圃場での枕地植え作業の説明をする。
往復工程Ａ〜Ｋまでの植付け作業が終わると、最後に、往復工程Ａ〜Ｋで機体旋回を行なった畦際の枕地の苗植付け作業を行なうが、通常、工程Ｋを終えてから枕地往路工程Ｌと枕地復路工程Ｍを植付け進行し、その後、工程Ｎで植付け作業をしながら反対側の畦際に進み、畦際を畦に沿って苗の植付けをしないで入出口まで進み、枕地往路工程Ｏと枕地復路工程Ｐを植付け進行して、入出口から圃場の外に出る。

この枕地往路工程Ｌの最初に枕地植付けスイッチ２７をＯＮにすると、工程Ｋに対する復路工程である工程Ｎの進行方位を記憶し、新たなティーチングモードになる。枕地往路工程Ｌで植付け作業をしながら進行すると、走行データが記録されてティーチング処理を行い、ティーチング処理の記録データに基づいて直進進行方位を算出し、旋回後の枕地復路工程Ｍの方位が決定される。よって、枕地復路工程Ｍは自律直進操舵制御が行われる。

そして、枕地復路工程Ｍを終えて、工程Ｎの最初に枕地植付けスイッチ２７をＯＦＦにすると、枕地植えでの方位は消去され、記憶されていた工程Ｎの進行方位に基づく自律直進操舵制御が行われて、工程Ｎは自律直進操舵制御が行われる。

そして、工程Ｎを終えて、畦際を畦に沿って苗の植付けをしないで入出口まで進み、枕地往路工程Ｏの最初に枕地植付けスイッチ２７をＯＮにすると、再び、新たなティーチングモードになる。枕地往路工程Ｏで植付け作業をしながら進行すると、走行データが記録されてティーチング処理を行い、ティーチング処理の記録データに基づいて直進進行方位を算出し、旋回後の枕地復路工程Ｐの方位が決定される。よって、枕地復路工程Ｐは自律直進操舵制御が行われる。

このように、枕地植付けスイッチ２７を設けて、前工程の方位に対する次工程の方位を記憶して、新たなティーチングモードになることにより、枕地植えでも自律直進操舵制御を行なうことができて、作業能率が向上する。

一方、苗植機７が走行機体後部に左右方向に傾動自在（ローリング）及び前後方向に傾動自在（ピッチング）に装着されている場合、そのローリング若しくはピッチングの作動角速度を検出する角速度センサーを設けて、苗植機７が走行機体に対して大きくローリング若しくはピッチング変動している時、音声警報装置２６ｃ又はブザー２６ｄにて操縦者に報知するようにすると、ローリング若しくはピッチングが大きく変動している時は走行機体も左右又は前後方向に大きく傾いている時であるので、自律直進操舵制御中であっても、操縦者は操縦席５を離れて苗載台１３への苗供給や苗植機７の各部の点検を行なうことが危ないと判断ができ、安全な作業が行なえる。

最後に、苗植機７は、走行機体後部にリンク機構よりなる昇降機構１１を介して昇降可能に取付けられているが、耕盤が深くなると、苗植機７の走行機体に対する位置は上昇した位置で苗植付け作業を行なうようになる。このように、耕盤の深い圃場で作業をする場合には、エンジン６の馬力不足が問題となるので、エンジン６のアイドリング時のエンジン回転数を少し上げると、エンジン６の馬力不足による作業能率の低下やエンジン６の過負荷による停止を防止できる。そこで、リンク機構よりなる昇降機構１１のリンク角度を検出して、苗植付け作業時（植付クラッチが入りの時のみ）における苗植機７の走行機体に対する位置を判断して、耕盤が深くて苗植機７の走行機体に対する位置が上昇した位置であると判断した時には、エンジン６のアイドリング時のエンジン回転数を少し上げるようにアクセル制御する。従って、耕盤の深い圃場で作業をする場合、自動的にエンジン６のアイドリング時のエンジン回転数が少し上がるので、エンジン６の馬力不足による作業能率の低下やエンジン６の過負荷による停止を防止できて、良好な苗植付け作業が行なえる。

本発明の圃場作業車両の一例の側面図である。図１の圃場作業車両の平面図である。制御部の入出力系統図である。自律直進操舵制御のフローチャートである。圃場での作業工程を示す図である。操作パネルの構成図である。目標方位修正制御のフローチャートである。

符号の説明

１田植機（圃場作業車両）
２操向車輪
３後輪
４操舵ハンドル
４ａハンドル切れ角センサ
５操縦席
６エンジン
７苗植機（作業機）
９進行方位センサ（機体方位情報）
２１制御部
２４トリムスイッチ（手動操作具）

Claims

機体方向を示す機体方位情報に基づき、別途設定された往復工程の目標方位に対する機体方位の偏差が小さくなる方向に操向装置の舵角を操作する自律直進操舵制御を行う制御部を備える圃場作業車両において、目標方位を修正する手動操作具を設け、該手動操作具による修正方位量を記憶し、以後の往復工程の目標方位を記憶された修正方位量に基づいて自動修正することを特徴とする圃場作業車両。