JP2016203787A - 直進誘導装置及び作業車両 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単に取付け及び取り外し可能で、かつ汎用性の高い直進誘導装置及び直進誘導装置を備えた作業車両を提供する。
【解決手段】本直進誘導装置は、走行機体の前方を撮影するカメラユニット３０と、ステアリングホイール１１を操舵する操舵ユニット２０と、カメラユニット３０の撮影結果からステアリングホイール１１の操舵角を計算する制御部４１と、を備える。操舵ユニット２０には、制御部４１が計算した操舵角に従って回転する駆動モータ２１と、ステアリングホイール１１に接触し得る摩擦ローラ２２とを設け、摩擦ローラ２２を回転させて摩擦力によってステアリングホイール１１を回動操作させる。操舵ユニット２０を取付け及び取外し容易なステアリングホイール１１の近傍に配置すると共に、摩擦ローラ２２と駆動モータ２１とを一体に配置して操舵ユニットをコンパクトに構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、車載カメラにより取得した画像情報に基づいて車両を操舵する直進誘導装置及びこれを備えた作業車両に関する。

トラクタ等の作業車両を用いて畝立てや耕耘等の作業を行う場合、作業を効率的に進めるために作業車両を精確に直進させることが望ましい。しかしながら、作業車両は圃場面の凹凸や傾斜により直進を妨げる力を受けやすく、運転に熟達していない作業者にとって作業車両を直進させることが困難な場合があった。また、仮に運転に習熟していたとしても、作業者は作業車両の運転操作に集中する必要があり、耕耘と同時に施肥する等、複数の作業を並行して行うことが難しかった。

そこで、従来、車両の前方を撮影するカメラ部及び車両のステアリング機構を制御する操向制御機構を有してトラクタに搭載される移動車両搭載部と、圃場に設置される遠方目標部と、を備え、カメラ部により取得した圃場の画像情報に基づいてステアリング機構を制御し、トラクタを遠方目標部へ向けて直進させる移動車両の直進誘導システムが提案されている（特許文献１参照）。

特許第４９７８７９９号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の移動車両の直進誘導システムにおいて、油圧制御回路及び油圧アクチュエータからなる操向制御機構は、車両の運転操作部を覆うカバー部材の内部に配置されていた。

このため、ユーザが所持する移動車両に新たに直進誘導システムを設置する場合には、まずカバー部材を取外し、操向制御機構を取付けたうえで、カバー部材を再度取付ける必要があり、設置作業の工程が長くなっていた。

また、運転操作部を覆うカバー部材の内部には、ステアリング機構を構成する油圧機器や配線等が配置され、スペースに余裕がない場合がある。このため、上記特許文献１に記載の操向制御機構は、例えば小型のトラクタに新たに設置することが難しかった。

そこで、本発明は、簡単に取付け及び取外し可能で、かつ汎用性の高い直進誘導装置及びこれを備えた作業車両を提供することを目的とする。

本発明は、走行機体（３）の前方を撮影するカメラユニット（３０）と、
前記走行機体（３）のステアリングホイール（１１）を操舵する操舵ユニット（２０，６０）と、
前記カメラユニット（３０）の撮影結果に基づいて前記ステアリングホイール（１１）の操舵角を計算する制御部（４１）と、を備え、
前記操舵ユニット（２０，６０）は、前記操舵角に従って回転する駆動モータ（２１，６１）と、前記駆動モータ（２１，６１）と一体に配置され、該駆動モータ（２１，６１）からの回転を伝達されると共に前記ステアリングホイール（１１）に接触し得る摩擦ローラ（２２，６２）と、を有してなる、
ことを特徴とする直進誘導装置（Ａ，Ｂ）にある。

例えば図５を参照して、前記操舵ユニット（２０）は、前記駆動モータ（２１）及び前記摩擦ローラ（２２）が先端に配置され、前記摩擦ローラ（２２）が前記ステアリングホイール（１１）に当接する当接位置と、前記摩擦ローラ（２２）が前記ステアリングホイール（１１）から離間する離間位置と、の間で回動可能な回動アーム（２８）を有してなる。

例えば図５及び図６を参照して、前記回動アーム（２８）が前記当接位置又は前記離間位置に位置することを検知するアーム位置検知手段（ｓ１）を備え、
前記制御部（４１）は、前記アーム位置検知手段（ｓ１）が前記当接位置に前記回動アーム（２８）が位置することを検知するときには、前記駆動モータ（２１）を駆動させる。

例えば図７を参照して、前記摩擦ローラ（６２）は、前記ステアリングホイール（１１）が機体前方へとチルトされることによって前記ステアリングホイール（１１）に当接し、前記ステアリングホイール（１１）が機体後方へとチルトされることによって前記ステアリングホイール（１１）から離間する。

例えば図２及び図６を参照して、前記ステアリングホイール（１１）のチルト角を検知するチルト角検知手段（ｓ３）を備え、
前記制御部（４１）は、前記チルト角検知手段（ｓ３）が検知した前記チルト角に応じて、前記駆動モータ（２１）を駆動させる。

例えば図４及び図７を参照して、前記ステアリングホイール（１１）の前方を覆うカバー体（１５）の上方に配置され、前記走行機体（３）に固設される第１フレーム（２５，６５）と、
前記第１フレーム（２５，６５）に左右方向に位置調整可能に取付けられる第２フレーム（２６，６６）と、
前記第２フレーム（２６，６６）に上下方向に位置調整可能に取付けられ、前記操舵ユニット（２０，６０）を支持する第３フレーム（２７，６７）と、を備えてなる。

例えば図３を参照して、前記カメラユニット（３０）は、撮影対象を撮影するカメラ部（３０Ａ）と、該カメラ部（３０Ａ）を支持するカメラ支持部（３０Ｂ）と、を有し、
前記カメラ支持部（３０Ｂ）は、前記走行機体（３）に前記カメラ部（３０Ａ）をその光軸がピッチ角方向に角度調節自在となるように支持してなる。

例えば図３を参照して、前記カメラユニット（３０）は、前記カメラ部（３０Ａ）の光軸に対して仰角方向に傾斜して前記カメラ部（３０Ａ）に取付けられる気泡式水平器（５５）を有してなる。

また、本発明は、上述の直進誘導装置（Ａ，Ｂ）を備えてなる作業車両（１）にある。

なお、上記カッコ内の符号は、図面と対照するためのものであるが、これにより特許請求の範囲に記載の構成に何等影響を及ぼすものではない。

請求項１に係る本発明は、ステアリングホイールに接触し得る摩擦ローラと、該摩擦ローラを回転させる駆動モータとを有し、摩擦ローラの回転によりステアリングホイールを操舵する操舵ユニットを設けたため、例えば車両の運転操作部を覆うカバー部材を取外すことなく、走行機体に簡単に取付け及び取外しすることができる。また、運転操作部を覆うカバー部材の内部に操舵ユニットを設ける必要がないため、例えば小型トラクタのようにカバー部材の内部に空間的余裕がない車両に対しても設置可能な汎用性の高い直進誘導装置を提供することができる。

さらに、摩擦ローラと駆動モータとを一体に配置したため、ステアリングホイールの付近に操舵ユニットを配置するものでありながら、装置をコンパクトに構成して、車両の操作性を確保することができる。

請求項２に係る本発明は、摩擦ローラがステアリングホイールに当接する当接位置と、摩擦ローラがステアリングホイールから離間する離間位置と、の間で回動可能な回動アームを設けたため、回動アームを回動させることで、車両を直進誘導装置により自動操舵され得る状態と作業者が手動操舵可能な状態とに簡単に切換えることができる。

請求項３に係る本発明は、回動アームが当接位置又は離間位置に位置することを検知するアーム位置検知手段を設け、該アーム位置検知手段が当接位置に回動アームが位置することを検知するときには、制御部が駆動モータを駆動させる構成としたため、回動アームを離間位置から当接位置へと移動させる簡単な操作で直進誘導装置による車両の直進誘導を開始させることができる。

請求項４に係る本発明は、ステアリングホイールのチルト機能を利用することにより、別段の切換え手段を設けることなく、直進誘導装置により車両が自動操舵され得る状態と、作業者が手動操舵可能な状態とを切換えることができ、簡単な構成で直進誘導装置を提供することができる。

請求項５に係る本発明は、ステアリングホイールのチルト角を検知するチルト角検知手段を設け、制御部はチルト角検知手段の検知したステアリングホイールのチルト角に応じて駆動モータを駆動させる構成としたため、ステアリングホイールをチルトさせる簡単な操作で直進誘導装置による車両の直進誘導を開始及び終了させることができる。

請求項６に係る本発明は、第１フレーム、第２フレーム、及び第３フレームによって、操舵ユニットを左右方向及び上下方向に位置調整可能に取付けたため、車両による運転操作部の形状及び配置の違いに容易に対応して取付け可能な汎用性の高い直進誘導装置を提供することができる。

請求項７に係る本発明は、カメラユニットのカメラ部を、その光軸をピッチ角方向に角度調節自在に支持するカメラ支持部を設けたため、例えば車両後部に重量物が搭載されて、走行機体がピッチ角方向に傾斜する場合であっても、カメラ部のピッチ角を容易に調節することができる。これにより、制御部による操舵角の算出に適した撮像方向をカメラ部によって撮像することができ、車体や圃場の状況に拘らず、操舵ユニットにステアリングホイールを安定的に操舵させることができる。

請求項８に係る本発明は、気泡式水平器を、カメラ部の光軸に対して仰角方向に傾斜させてカメラ部に取付けたため、気泡式水平器が水平を示すようにカメラ部のピッチ角を調整することで、カメラ部の光軸に直進誘導に適した俯角を簡単に取らせることができる。

請求項９に係る発明は、直進誘導装置を上述した構成とすることで、簡単に取付け及び取り外し可能な直進誘導装置を備えた作業車両を提供することができる。

第１の実施形態に係るトラクタを示す図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は運転操作部を運転席側から視た図。 第１の実施形態に係る直進誘導装置を示す概略構成図。 第１の実施形態に係る直進誘導装置のカメラユニットを示す図であり、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、及び（ｄ）はいずれも異なる方向からの斜視図。 第１の実施形態に係る直進誘導装置の操舵ユニットを示す図であって、（ａ）は運転操作部の右後方から視た斜視図、（ｂ）は運転操作部の左後方から視た斜視図。 第１の実施形態に係る直進誘導装置の操舵ユニットを示す図であって、（ａ）はボンネット側から視た拡大図、（ｂ）は運転席側から視た拡大図。 第１の実施形態に係る直進誘導装置の制御ブロック図。 第２の実施形態に係る直進誘導装置の操舵ユニットを示す斜視図。

以下、図面に沿って本発明に係る直進誘導装置及びトラクタについて説明する。なお、以下の説明において特に断らない限り、「前方側」、「後方側」、「右方側」、及び「左方側」等の語は、トラクタの前進方向を向いた視点を基準とする。特に、トラクタ１に着脱可能な部材については、装着された状態での方向を指すものとする。

＜第１の実施形態＞
［作業車両の概略構成］
本第１の実施形態に係るトラクタ１（作業車両）は、図１に示すように、前輪２及び後輪（不図示）に支持されて後部にロータリ耕耘機等の作業機が装着される走行機体３を備えている。走行機体３のボンネット４の内部には、不図示のエンジンが配置されており、トラクタ１はエンジンの駆動力により走行機体３を走行させると共に、作業機によって耕耘等の各種作業を行うことができる。

走行機体３には、ボンネット４の後方に作業者が搭乗するキャビン５が立設されている。キャビン５の前面を覆うフロントガラス７は、ボンネット４から上方に立上ると共に、後方に若干傾斜して形成されている。キャビン５は、フロントガラス７の他に、左右両側に配置される開閉自在のドア部９と、後面を覆うリアガラス５ｂと、上部を覆う天板部５ａとを有しており、平面視略方形に形成されている。なお、キャビン５の左右外側には、トラクタ１の走行に伴って圃場面に次工程の目安となるラインを残す不図示の線引きマーカが昇降自在に装着されている。

キャビン５の内部には、各種操作具を有しフロントガラス７に後方から接して設置される運転操作部６と、該運転操作部６の後方に作業者が着座する運転席８と、後述する直進誘導装置Ａと、が配置されている。

運転操作部６は、図１に示すように、キャビン５の床面からフロントガラス７に沿って立設されるダッシュボード１４と、該ダッシュボード１４からステアリングシャフト５１（図２参照）を介して上方に突出するステアリングホイール１１と、ダッシュボード１４に突設されるレバー及びペダル等の操作具と、を有している。

ダッシュボード１４は、計器及び警告表示灯等が配置される計器板１３と、計器板１３の上部を覆うバイザ１５（カバー体）と、計器板１３の下方に配置されるスイッチパネル１８と、スイッチパネル１８の下方を覆うパネルリアカバー１７と、左右両側を覆うサイドカバー１６，１６とが一体的に形成されて構成されている。ダッシュボード１４とボンネット４とは、フロントガラス７の前後に亘って前後方向に連続した空間を内部に形成しており、この空間に後述するパワーステアリング機構５２が配置されている。

ステアリングホイール１１は、図２に示すように、作業者が把持可能な環状の外輪部１１ａと、外輪部１１ａの回動軸となる軸部１１ｂとを有し、下部をコラムカバー１２によって覆われている。ステアリングホイール１１の軸部１１ｂは、油圧パワーステアリング機構５２に接続されたステアリングシャフト５１に装着されている。パワーステアリング機構５２は、ステアリングシャフト５１の回動量に基づいて油圧駆動される操舵シリンダ５２ａを有し、該操舵シリンダ５２ａの伸縮により左右の前輪２，２の舵角（走行機体３の前後方向に対する角度）が変えられる。前輪２には、前輪の舵角を感知するポテンショメータである前輪舵角センサｓ２が取付けられている。なお、ステアリングホイール１１の外輪部１１ａは環状に限らず、例えば１つ又は複数の円弧を有する形状であってもよい。

本実施形態に係る直進誘導装置Ａは、図２に示すように、カメラユニット３０と、操舵ユニット２０と、制御ユニット４０と、を有しており、これらカメラユニット３０、操舵ユニット２０、及び制御ユニット４０が、有線又は無線により接続されて構成されている。また、カメラユニット３０、操舵ユニット２０、及び制御ユニット４０は、走行機体３に設けられた不図示の電源コネクタに接続されて電力を供給されている。

以下、直進誘導装置Ａのカメラユニット３０、操舵ユニット２０、及び制御ユニット４０について説明する。

［カメラユニット］
カメラユニット３０は、図１から図３に示すように、キャビン５の室内において、フロントガラス７の上部かつ左右方向中央に取付けられ、天板部５ａに接している。カメラユニット３０は、カメラモジュール３０Ａ（カメラ部）と、カメラモジュール３０Ａを走行機体３に取付ける取付部３０Ｂ（カメラ支持部）とを有している。

取付部３０Ｂは、図３に示すように、ブラケット３６と、ピッチ角調整ボルト３７と、固定ボルト３８と、軸付きネジ５４，５４とを有している。ブラケット３６は、中央部を縦長に切り欠かれた前面部３６ａと、前面部３６ａの上部から後方に延出する頂部３６ｂと、前面部３６ａの左右から後方に延出する側部３６ｃ，３６ｃと、前面部３６ａの下部から後方に延出する底部３６ｄとを有し、内側にカメラモジュール３０Ａを収める空間を存してこれらが一体的に形成されている。また、取付部３０Ｂには、カメラユニット３０の外殻をなす外カバー３０Ｃ（図１参照）が後方から着脱自在に取付けられる。

ブラケット３６は、前面部３６ａに接着剤を塗布されることでフロントガラス７に接着されている。なお、ブラケット３６を両面テープ又は面ファスナ等によってフロントガラス７に装着してもよく、あるいは頂部３６ｂに形成されたネジ穴にネジを挿入して、天板部５ａに固定する構成としてもよい。

軸付きネジ５４，５４は、ブラケット３６の左右の側部３６ｃ，３６ｃに形成されたネジ穴に係合し、同軸上に配置されている。軸付きネジ５４，５４の先端は円柱形状の軸部として形成され、カメラモジュール３０Ａをピッチ角方向に回動自在に支持している。

ピッチ角調整ボルト３７は、ブラケット３６の底部３６ｄに形成されたネジ穴にノブを下にして螺合されたノブボルトであり、ノブを回すことで上下方向に移動する。ピッチ角調整ボルト３７の先端はカメラモジュール３０Ａの右カバー３４Ｒに下方から当接しており、カメラモジュール３０Ａは、ピッチ角調整ボルト３７の上下移動に伴ってピッチ角方向に回動する。また、ブラケット３６とカメラモジュール３０Ａとの間には、引張りバネ３９が張設されており、カメラモジュール３０Ａをピッチ角調整ボルト３７の先端に押し付けるように付勢している。

固定ボルト３８は、ブラケット３６の右の側部３６ｃに形成された長孔３６ｅを通ってカメラモジュール３０Ａに形成されたネジ穴に係合している。この長孔３６ｅは、上記軸付きネジ５４を中心とする円弧状に形成されており、固定ボルト３８は、長孔３６ｅに沿ってカメラモジュール３０Ａと一体的に回動する。また、固定ボルト３８が締付けられることで、カメラモジュール３０Ａはブラケット３６に相対回転不能に締結される。

カメラモジュール３０Ａは、図２に示すように、レンズ及び撮像素子を有する撮像部３１と、撮像部３１及び後述する制御部４１に接続される画像処理部３２を有する。また、カメラモジュール３０Ａは、図３に示すように、撮像部３１及び画像処理部３２を内部に収めるカメラケース３５と、該カメラケース３５の前面及び側面を覆うカメラカバー３４とを有している。

撮像部３１は、レンズを通して取込んだ撮影対象の光像を、撮像素子によって光電変換して電子データとして画像処理部３２に出力する。画像処理部３２は、演算処理を行うＣＰＵ、画像処理プログラムが格納されるＲＯＭ、及びＣＰＵの作業スペースとなるＲＡＭ等を有し、目標物の位置情報（例えば、走行機体３の正面方向に対する目標物の左右位置及び角度）を出力可能に構成されている。上記画像処理プログラムの詳細は、例えば上記特許文献１に記載されているため、説明を省略する。

カメラケース３５は、略立方体形状からなり、前後方向に２つの部材に分割可能に設けられており、前面から後面へと貫通して形成される複数のネジ穴が形成されている。これら２つの部材は、撮像部３１及び画像処理部３２を間に収めた状態で、上記ネジ穴に係合するネジ部材３５ｂにより一体に締結されている。

カメラケース３５の左側面には開口部３５ａが形成され、画像処理部３２に対してデータを入出力可能な端子が露出しており、例えば上記画像処理プログラムの設定情報が格納されたＵＳＢメモリｍが挿入される。なお、開口部３５ａを封鎖してカメラケース３５を構成してもよい。この場合、例えば画像処理部３２からカメラケース３５の外部に延出する配線用に、ゴムリング等によってシールされた配線孔を設けるなどして、撮像部３１及び画像処理部３２への塵埃や水分の進入を防ぐことが好ましい。

カメラカバー３４は、カメラケース３５の前面を覆う前面部３４Ｆと、左側面に延出する左カバー３４Ｌと、右側面を覆う右カバー３４Ｒと、を有しており、前面部３４Ｆに形成された孔に上記ネジ部材３５ｂを通すことでカメラケース３５と一体的に締結されている。右カバー３４Ｒには、上記固定ボルト３８が螺合するネジ穴が形成されており、右カバー３４Ｒの下面は上記ピッチ角調整ボルト３７が当接する当接部位となっている。

また、カメラカバー３４の左カバー３４Ｌは、カメラケース３５の上記開口部３５ａを避けて、開口部３５ａの下方において後方に延出しており、ブラケット３６の左の側部３６ｃから露出している。この左カバー３４Ｌの左の側部３６ｃから露出した部分には、カメラモジュール３０Ｍの理想ピッチ角を示す気泡式水平器５５が取付けられている。この気泡式水平器５５は、撮像部３１の光軸に対して例えば約６．２度の仰角を示すように傾斜して取付けられている。すなわち、気泡式水平器５５が水平を指し示しているときには、撮像部３１の光軸は、理想ピッチ角である６．２度の俯角（−６．２度のピッチ角）をとるように構成されている。なお、気泡式水平器５５の取付け角度は約６．２度に限らず、カメラモジュール３０Ａの撮像角度が画像処理部３２による画像処理に適した角度となるように適宜変更してもよい。

［操舵ユニット］
操舵ユニット２０は、図４に示すように、駆動モータ２１と、摩擦ローラ２２と、回動アーム２８と、を有している。操舵ユニット２０は、ステアリングホイール１１の前方かつダッシュボード１４の上方に配置され、第１フレーム２５、第２フレーム２６及び第３フレーム２７を介して走行機体３に取付けられている。

第１フレーム２５は、ダッシュボード１４のバイザ１５の上方に配置され、左右方向に延出して複数のネジ穴２５ａ…が形成されると共に、左右の両端部をバイザ１５の内部に設けられたブラケットを介して走行機体３に固定されている。

第２フレーム２６は、バイザ１５の上方において前後方向に延び、前端部が第１フレーム２５に固定されている。第２フレーム２６の前端部には、左右方向に長孔２６ａが形成され、該長孔２６ａを通して上記複数のネジ穴２５ａ…の一つに係合するボルトにより、左右方向に位置調整可能に第１フレーム２５に固定されている。

第３フレーム２７は、下方に開いた正面視略コ字形状からなり、左右の側面前部を留めるボルト２７ｂと、左右の側面後部を留めるボルト２７ｃと、によって第２フレーム２６に取付けられている。第３フレーム２７の側面前部には、ボルト２７ｂが取付けられる溝２７ａが、ボルト２７ｃを中心とする円弧状に形成されている。第３フレーム２７は、ボルト２７ｃを軸にして上下方向に回動可能であり、第２フレーム２６に対して位置調整自在である。

回動アーム２８は、図４及び図５に示すように、第３フレーム２７に回動自在に取付けられ、先端に駆動モータ２１及び摩擦ローラ２２を支持している。詳しく説明すると、回動アーム２８は、第３フレーム２７の上部から下方に突設された回動軸２７ｄに回動自在に取付けられる基部２８ａと、基部２８ａから上方に斜行する斜行部２８ｂと、斜行部２８ｂから略水平に延出して駆動モータ２１と摩擦ローラ２２とを支持する先端部２８ｃと、を有しており、摩擦ローラ２２がステアリングホイール１１に接離する方向（接離方向）に回動可能となっている。

回動アーム２８の基部２８ａには、図５に示すように、回動軸２７ｄを中心とする円弧状の長孔２８ｄが形成され、該長孔２８ｄには第３フレーム２７に固設されるピンが遊嵌している。これにより、回動アーム２８の回動範囲が設定されている。

回動アーム２８には、基部２８ａの回動軸２７ｄより先端部２８ｃに近い側にて下方に突設されたピン２８ｅに、補助プレート２９が回動自在に取付けられている。補助プレート２９はピン２８ｅから基部２８ａに平行に延出し、回動軸２７ｄを迂回するように湾曲して形成されている。補助プレート２９のピン２８ｅとは反対側の端部と、第３フレーム２７との間にはスプリング２４が張設されている。これら補助プレート２９とスプリング２４とで支点越え機構が構成され、回動アーム２８は、の摩擦ローラ２２がステアリングホイール１１の外輪部１１ａに当接（接触）する当接位置と、摩擦ローラ２２が外輪部１１ａから離間する離間位置とに切換わるように移動可能となっている。

なお、第３フレーム２７の上部から下方に突設されたピン４６，４７には、回動アーム２８の基部に接触して回動アーム２８の当接位置と離間位置とを検知可能な感圧センサである不図示の操舵ユニット位置センサｓ１（アーム位置検知手段；図６参照）が設置されている。

駆動モータ２１は、出力軸を下方に向けて回動アーム２８の上側に配置され、回動アーム２８を挟んで駆動モータ２１の下方には、駆動モータ２１によって駆動される摩擦ローラ２２が取付けられている。なお、駆動モータ２１の出力軸に小径のピニオンギヤを嵌合し、摩擦ローラ２２を内歯歯車状に形成することで減速機構を構成して、摩擦ローラ２２の駆動トルクを増大させてもよい。

摩擦ローラ２２の外周部は弾性ゴムあるいは発泡ポリウレタン等の弾性材料からなる。なお、摩擦ローラ２２の外周部は、自動操舵時に駆動モータ２１の回転を滑ることなくステアリングホイール１１に伝達できるように、弾性及びステアリングホイール１１との間の摩擦係数を考慮して構成することが好ましい。

［制御ユニット］
制御部４１と操作・表示部４２とを有する制御ユニット４０（図２参照）は、図４に示すように、バイザ１５の上方に配置されている。制御部４１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、及びＲＯＭ等を備えるマイクロコンピュータであり、バイザ１５の上面に設置されてカバープレート４４に覆われている。操作・表示部４２は、後述のダイヤル、スイッチ、ＬＥＤランプ等を有し、第３フレーム２７の上面に設置されている。これら制御部４１と操作・表示部４２とは、フィルムケーブルによって接続されている。

制御部４１は、図６の制御ブロック図に示すように、入出力端子を介して、カメラユニット３０の画像処理部３２と、操舵ユニット２０の駆動モータ２１と、にそれぞれ接続されている。制御部４１は、カメラユニット３０の撮影結果に従って、すなわち画像処理部３２から取得した目標物の位置情報に従って駆動モータ２１の回転を制御する自動操舵モードと、駆動モータ２１を駆動しない手動操舵モードとに切換え可能となっている。

上述した操舵ユニット２０の操舵ユニット位置センサｓ１は、回動アーム２８の当接位置と離間位置とを検知して制御部４１に信号を送っている。後述するように、操舵ユニット位置センサｓ１からの入力信号が、制御部４１の自動操舵モードと手動操舵モードとを切換える切換え手段となっている。

操作・表示部４２は、制御部４１への入力手段として、画像処理部３２からの入力に対する駆動モータ２１の回転量を増減可能な制御感度調整ダイヤル４２ａと、後述する目標追従制御と倣い制御とを切換え可能な制御選択ダイヤル４２ｂと、画像処理部３２が画像処理に用いている画像をリセットさせる認識画像リセットスイッチ４２ｃと、を有している。

また、操作・表示部４２は、制御部４１からの出力手段として、作業者に直進誘導装置Ａの現在状態を知らせる報知ブザー４２ｄ及び制御状態表示ＬＥＤ４２ｅを有する。報知ブザー４２ｄは、例えば直進誘導装置Ａが手動操舵モードと自動操舵モードとで切換る際にブザー音を発するように制御される。また、制御状態表示ＬＥＤ４２ｅは、例えば画像処理部３２による画像認識が正常に行われているときは緑色に点灯し、画像認識に異常がある場合には赤色に点滅するように制御される。

制御部４１は、画像処理部３２から現在のカメラ画像を受取っており、カメラ画像を出力可能な出力端子４１ａが設けられている。この出力端子４１ａには、例えばカメラ画像を表示して作業者が撮像部３１の撮像範囲を確認するための液晶パネルを接続することができる。

制御部４１には、前輪２に設けられる上述の前輪舵角センサｓ２が接続されており、現在の前輪２の舵角を感知（検知）することができる。例えば、制御部４１は、駆動モータ２１の駆動量と前輪舵角センサｓ２からの信号とを比較して、画像処理部３２からの入力に対する駆動モータ２１の駆動量を増減させ、制御感度を調整する構成としてもよい。また、制御部４１は、前輪舵角センサｓ２が前輪の異常な舵角を検出したときには、上記報知ブザー４２ｄに警告音を発させてもよい。

［トラクタの自動操舵］
上述した構成からなる直進誘導装置Ａは、カメラユニット３０がキャビン５の上方に取付けられ、操舵ユニット２０及び制御ユニット４０がダッシュボード１４のバイザ１５の上方に取付けられて走行機体３に搭載される。操舵ユニット２０は、第１フレーム２５、第２フレーム２６、及び第３フレーム２７を介して左右方向及び上下方向に位置調整可能に取付けられ、操舵ユニット２０の回動アーム２８は当接位置と離間位置とに移動可能に取付けられる。

そして、直進誘導装置Ａを備えたトラクタ１は、回動アーム２８を当接位置と離間位置とに移動させることで、操舵ユニット位置センサｓ１が回動アーム２８の位置を検知し、直進誘導装置Ａによる自動操舵をＯＮ（自動操舵モード）／ＯＦＦ（手動操舵モード）することができる。また、操作・表示部４２の制御選択ダイヤル４２ｂを回すことで、自動操舵時の目標追従制御と倣い制御とを切換えることができる。

作業者がトラクタ１を手動操舵するときには、回動アーム２８を離間位置に位置させる。このとき、操舵ユニット２０の摩擦ローラ２２はステアリングホイール１１から離間しており、制御部４１が、操舵ユニット位置センサｓ１から信号を受取って手動操舵モードとなっている。そして、作業者はステアリングホイール１１を把持して回動操作することで、パワーステアリング機構５２を介して前輪２，２の舵角を変化させ、トラクタ１を操向操作することができる。

作業者が直進誘導装置Ａによりトラクタ１を直進させるときには、予め進行方向の目標となる目標物（例えばＬＥＤ灯を先端に取付けた支柱）を地面に設置しておく。そして、主変速レバー及び副変速レバー等を前進位置に保持したまま、制御選択ダイヤル４２ｂを目標追従制御位置に合わせ、回動アーム２８を当接位置へと移動する。このとき、摩擦ローラ６２がステアリングホイール１１に当接すると共に、制御部４１が、操舵ユニット位置センサｓ１から信号を受取って自動操舵モードとなる。

すると、画像処理部３２が、走行機体３の正面方向に対する目標物の位置情報を制御部４１へと出力する。制御部４１は、走行機体３を目標物へと向かわせるために必要なステアリングホイール１１の操舵角と、該操舵角に対応する駆動モータ２１の回転数とを計算し、駆動モータ２１を回転させる。そして、摩擦ローラ２２が駆動モータ２１に駆動されて回転し、摩擦ローラ２２とステアリングホイール１１との間の摩擦力によりステアリングホイール１１を時計回り又は反時計回りに回転させる。これにより、前輪２，２が逐次的に操向され、トラクタ１は目標物へと向かって直進する。

目標物への直進に続いて、圃場面の隣接する部分を作業する場合には、上述した目標追従制御による工程に並行して、走行機体３の右方又は左方に線引きマーカを張り出して圃場面に作業軌跡を引いておく。そして、作業軌跡を正面に視る位置までトラクタ１を移動させたのち、制御選択ダイヤル４２ｂを倣い制御位置に合わせ、回動アーム２８を当接位置に位置させる。

すると、画像処理部３２が走行機体３と作業軌跡との左右方向のずれを算出して、制御部４１へと出力する。制御部４１は、作業軌跡を走行機体３の中央に位置させるように、ステアリングホイール１１の操舵角及び駆動モータ２１の回転数を計算し、駆動モータ２１を回転させる。そして、ステアリングホイール１１が摩擦ローラ２２の回転により回転操作されることで、前輪２，２の舵角が随時調整され、トラクタ１は作業軌跡に沿って進行する。

トラクタ１が自動操舵されているときには、作業者はステアリングホイール１１を操作することなく、作業機によって畝立てや耕耘等の作業を行うことができる。作業者は、ステアリングホイール１１以外の操作具を操作して施肥等の別作業を同時並行してもよい。あるいは、作業機による作業状況を監視しながら、作業者が水分を補給してもよい。

自動操舵に障害が発生した場合には、直進誘導装置Ａはブザー音あるいは警告灯表示等の手段により、作業者に異常を報知することができる。この場合、作業者は、直進誘導装置Ａを復帰させるために、例えば認識画像リセットスイッチ４２ｃを押したり、操舵ユニット２０を離間位置へと移動して一時的に手動操舵したりといった対応を適宜とることができる。

なお、自動操舵中に緊急的にトラクタ１を手動操向操作する場合には、作業者はステアリングホイール１１を把持して強い力で回転させる。すると、駆動モータ２１が滑り回転し、あるいはステアリングホイール１１と摩擦ローラ２２との接触面が滑ることで、作業者は意図した方向へステアリングホイール１１を回動させることができる。

＜第２の実施形態＞
続いて、本発明の第２の実施形態に係る直進誘導装置Ｂについて説明する。直進誘導装置Ｂは、上述した第１の実施形態に係る直進誘導装置Ａと異なり、ステアリングホイール１１のチルト機構を利用して自動操舵がＯＮ／ＯＦＦされる点が異なっている。その他の構成は第１の実施の形態と同様であるため、第１の実施の形態と共通する部材には同符号を付し説明を省略する。

トラクタ１のパネルリアカバー１７の下部には、図７に示すように、ステアリングホイール１１を前後方向に角度調整可能とするチルトペダル１７ａが突設されている。ステアリングホイール１１は、チルトペダル１７ａを踏んだ状態で前後に揺動されることで、機体前方側の前方位置Ｐ１と、機体後方側の後方位置Ｐ２とに移動可能に設けられている。ステアリングホイール１１を支持するステアリングシャフト５１の基部には、ステアリングホイール１１の前方位置Ｐ１と後方位置Ｐ２とを検知可能なポテンショメータであるハンドル位置センサｓ３（チルト角検知手段；図６参照）が設けられており、制御ユニット４０の制御部４１に接続されている。

直進誘導装置Ｂの操舵ユニット６０は、ステアリングホイール１１の外輪部１１ａに当接可能な摩擦ローラ６２と、駆動モータ６１と、先端部に摩擦ローラ６２及び駆動モータ６１を支持する支持アーム６８と、を有している。支持アーム６８は、第１フレーム６５と第２フレーム６６と取付けベース６７（第３フレーム）とを介して走行機体３に取付けられている。

第１フレーム６５は、ダッシュボード１４の上方において左右方向に延出し、両端部を走行機体３に固定されている。第１フレーム６５には、複数のネジ穴が左右方向に並んで形成されている。第２フレーム６６は、上記ネジ穴に固定された補助ブラケットに対して上下方向に回動自在に取付けられており、先端に取付けベース６７を支持している。

支持アーム６８は、取付けベース６７から上方に突出する回動軸６７ａに遊嵌しており、摩擦ローラ６２を前方位置Ｐ１にあるステアリングホイール１１に接離させる方向に位置調整可能に支持されている。支持アーム６８と取付けベース６７から延設される延設部６７ｃとの間には、引張りバネ６９が張設されており、摩擦ローラ６２を前方位置Ｐ１にあるステアリングホイール１１に押付けるように、支持アーム６８を付勢している。取付けベース６７には、回動軸６７ａを中心とする円弧上の溝６７ｂが形成されており、この溝６７ｂにボルトを固設して、支持アーム６８の引張りバネ６９からの引張方向への回動範囲を規定している。また、溝６７ｂは、ボルトの取付け位置を調節して、摩擦ローラ６２のステアリングホイール１１に対する接離方向の位置調整を可能としている。

本実施形態に係るトラクタ１は上述した構成からなるため、ステアリングホイール１１を前後に揺動してチルト角を変更することで、ステアリングホイール１１のチルト角をハンドル位置センサｓ３が検知し、直進誘導装置Ｂによる自動操舵がＯＮ／ＯＦＦされる。

具体的に、ハンドル位置センサｓ３が、前方位置Ｐ１にステアリングホイール１１が位置するチルト角を含んだ所定角度以上前方にステアリングホイール１１がチルトした状態を検知した場合には、制御部４１は、自動操舵をＯＮする自動操舵モードとなり、計算された操舵角に基づいて駆動モータ２１が駆動される。このとき、摩擦ローラ６２がステアリングホイール１１の外輪部１１ａに当接する。また、制御選択ダイヤル４２ｂの位置に応じて、制御部４１がカメラユニット３０の撮像結果に基づく目標追従制御又は倣い制御を行い、駆動モータ６１の回転を制御する。これにより、摩擦ローラ２２が回転してステアリングホイール１１が回動操作され、トラクタ１が自動操舵される。

また、ハンドル位置センサｓ３が、後方位置Ｐ２にステアリングホイール１１が位置するチルト角を含んだ所定角度以上後方にステアリングホイール１１がチルトした状態を検知した場合には、制御部４１は、自動操舵をＯＦＦする手動操舵モードとなり、駆動モータ２１を駆動しない。このとき、ステアリングホイール１１の外輪部１１ａと操舵ユニット６０の摩擦ローラ６２とは離間しており、作業者はステアリングホイール１１を把持して、トラクタ１を操向操作することができる。

＜本実施形態のまとめ＞
第１及び第２の実施形態に係る直進誘導装置によれば、ステアリングホイール１１に接触し得る摩擦ローラと、該摩擦ローラを回転させる駆動モータとを有し、摩擦ローラの回転によりステアリングホイールを操舵する操舵ユニットを設けたため、車両の運転操作部を覆うカバー部材を取外すことなく、直進誘導装置を簡単に取付け及び取り外しすることができる。また、運転操作部を覆うカバー部材の内部に操舵ユニットを設ける必要がないため、例えば小型トラクタのようにカバー部材の内部のスペースに余裕がない車両に対しても設置可能な汎用性の高い直進誘導装置を提供することができる。

さらに、摩擦ローラと駆動モータとを一体に配置したため、ステアリングホイールの付近に操舵ユニットを配置するものでありながら、装置をコンパクトに構成して、車両の操作性を確保することができる。

また、第１の実施形態に係る直進誘導装置によれば、摩擦ローラをステアリングホイールに当接する当接位置とステアリングホイールから離間する離間位置とに移動可能な回動アームを設けたため、回動アームを移動させることで、直進誘導装置により車両が自動操舵され得る状態と、作業者が手動操舵可能な状態とに簡単に切換えることができる。

また、第２の実施形態に係る直進誘導装置によれば、第１フレーム、第２フレーム、及び第３フレームによって、操舵ユニットを左右方向及び上下方向に位置調整可能に取付けたため、車両による運転操作部の配置の違いに容易に対応して取付け可能な汎用性の高い直進誘導装置を提供することができる。

さらに、第１及び第２の実施形態に係る直進誘導装置によれば、カメラユニットのカメラ部を、その光軸をピッチ角方向に角度調節自在に支持するカメラ支持部を設けたため、例えば車両後部に重量物が搭載されて、走行機体がピッチ角方向に傾斜する場合であっても、カメラ部のピッチ角を容易に調節することができる。これにより、制御部による操舵角の算出に適した撮像方向をカメラ部によって撮像することができ、車体や圃場の状況に拘らず、操舵ユニットによって安定して自動操舵することができる。

また、第１及び第２の実施形態に係る直進誘導装置によれば、気泡式水平器を、カメラ部の光軸に対して仰角方向に傾斜させてカメラ部に取付けたため、気泡式水平器が水平を示すようにカメラ部のピッチ角を調整することで、カメラ部の光軸に直進誘導に適した俯角を簡単に取らせることができる。

＜他の実施の可能性＞
本発明は、上述した第１及び第２の実施形態において、トラクタとして適用したが、これに限らず、田植機及び播種機等の作業車両、あるいはトラック等の乗用車にも同様に適用可能である。

なお、本実施形態において、制御ユニットと操舵ユニットとを、組付け性及び操作性を考慮してステアリングホイールの前方に一体的に設置したが、制御ユニットを走行機体の他の場所に設置してもよく、例えば運転席の後部に配置してもよい。

また、本実施形態において、通信による画像情報の劣化を避けるため、目標物の位置情報を算出する画像処理プログラムを実行する画像処理部３２を、撮像部３１と一体に配置する構成としたが、画像処理プログラムを実行する計算装置の配置はこれに限らず、例えば制御部４１に画像処理プログラムを格納して実行させる構成としてもよい。

また、本実施形態において、操舵ユニットは、左右方向及び上下方向に位置調整可能に取付けられているが、これらのうち１つの方向にのみ位置調整可能に取付けられてもよい。

１ 作業車両（トラクタ）
３ 走行機体
１１ ステアリングホイール
１５ カバー体（バイザ）
２０，６０ 操舵ユニット
２１，６１ 駆動モータ
２２，６２ 摩擦ローラ
２５，６５ 第１フレーム
２６，６６ 第２フレーム
２７ 第３フレーム
２８ 回動アーム
３０ カメラユニット
３０Ａ カメラ部（カメラモジュール）
３０Ｂ カメラ支持部（取付部）
４１ 制御部
５５ 気泡式水平器
６７ 第３フレーム（取付ベース）
６８ 支持アーム
Ａ，Ｂ 直進誘導装置
ｓ１ アーム位置検知手段（操舵ユニット位置センサ）
ｓ３ チルト角検知手段（ハンドル位置センサ）

Claims (9)

1. 走行機体の前方を撮影するカメラユニットと、
   前記走行機体のステアリングホイールを操舵する操舵ユニットと、
   前記カメラユニットの撮影結果に基づいて前記ステアリングホイールの操舵角を計算する制御部と、を備え、
   前記操舵ユニットは、前記操舵角に従って回転する駆動モータと、前記駆動モータと一体に配置され、該駆動モータからの回転を伝達されると共に前記ステアリングホイールに接触し得る摩擦ローラと、を有してなる、
   ことを特徴とする直進誘導装置。
2. 前記操舵ユニットは、前記駆動モータ及び前記摩擦ローラが先端に配置され、前記摩擦ローラが前記ステアリングホイールに当接する当接位置と、前記摩擦ローラが前記ステアリングホイールから離間する離間位置と、の間で回動可能な回動アームを有してなる、
   請求項１に記載の直進誘導装置。
3. 前記回動アームが前記当接位置又は前記離間位置に位置することを検知するアーム位置検知手段を備え、
   前記制御部は、前記アーム位置検知手段が前記当接位置に前記回動アームが位置することを検知するときには、前記駆動モータを駆動させる、
   請求項２に記載の直進誘導装置。
4. 前記摩擦ローラは、前記ステアリングホイールが機体前方へとチルトされることによって前記ステアリングホイールに当接し、前記ステアリングホイールが機体後方へとチルトされることによって前記ステアリングホイールから離間する、
   請求項１に記載の直進誘導装置。
5. 前記ステアリングホイールのチルト角を検知するチルト角検知手段を備え、
   前記制御部は、前記チルト角検知手段が検知した前記チルト角に応じて、前記駆動モータを駆動させる、
   請求項４に記載の直進誘導装置。
6. 前記ステアリングホイールの前方を覆うカバー体の上方に配置され、前記走行機体に固設される第１フレームと、
   前記第１フレームに左右方向に位置調整可能に取付けられる第２フレームと、
   前記第２フレームに上下方向に位置調整可能に取付けられ、前記操舵ユニットを支持する第３フレームと、を備えてなる、
   請求項１ないし５のいずれか１項に記載の直進誘導装置。
7. 前記カメラユニットは、撮影対象を撮影するカメラ部と、該カメラ部を支持するカメラ支持部と、を有し、
   前記カメラ支持部は、前記走行機体に前記カメラ部をその光軸がピッチ角方向に角度調節自在となるように支持してなる、
   請求項１ないし６のいずれか１項に記載の直進誘導装置。
8. 前記カメラユニットは、前記カメラ部の光軸に対して仰角方向に傾斜して前記カメラ部に取付けられる気泡式水平器を有してなる、
   請求項７に記載の直進誘導装置。
9. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の直進誘導装置を備えてなる作業車両。

Images