JP2023095292A - 自律型操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の進行方向を変更する操舵系に設けるステアリングシャフトを電動モータによって回転させて車両の進行方向を制御する操舵装置を、既存の車両に至って簡単に後付けすることができると共に、電動モータの駆動時の不快音の発生等を無くしながら、極力安価な自律型操舵装置を提供する。【解決手段】ステアリングホイール３３の下方側にローター６６を取付け、また、このローターの外周側を覆うローターハウジング６９を、そのローターハウジングに設ける複数のローラー７１をローターの外周縁に設ける保持部に嵌めてローターに保持させる一方、電動モータ６３を取付けてそのピニオン６４の上方側を覆うピニオンハウジング６８をローターハウジングに取付けて、電動モータによってピニオンとローターを介してステアリングホイールを回転させる。【選択図】図５

Description

本発明は、農業用車両等に設ける自律型操舵装置に係り、詳しくは、車両の操縦部に設けるステアリングホイールを電動モータによって回転させて車両の進行方向を制御する自律型操舵装置に関する。

農業用の作業車両であるトラクタや乗用型田植機は、操縦部に設けるステアリングホイール（ステアリングハンドル）を手動で回転させることによって前輪を操舵したり、或いはクローラ式の走行装置を備える場合にあっては、左右のクローラ走行装置の回転数に差を与えることによって、車両の進行方向を修正して作業を行ったり枕地での走行機体の旋回を行う。

そして、これらの車両は、その圃場における畝立や耕耘作業、或いは田植作業等において、効率的な無駄のない作業を行うために等間隔で真っすぐな畝立や耕耘、或いは苗の植付け等が望まれ、また、走行機体の旋回を行う場合でもそのタイミングを失することなく、適切な進路に基づく素早い適確な旋回が望まれ、更にはこれ等の作業を経験の浅い作業者が行う場合でも、ベテランと変わらない能率的な作業を行えるようにすることが望ましい。

そこで、近年、まっすぐで等間隔のうね作りを行うことを目指して、トラクタの走行機体に設ける単眼カメラが撮影した映像から直進や追従作業時における走行機体の進行方向のズレをプロセッサが取得し、また、このズレを無くす指示を走行機体に後付けする自動操舵装置に出して、また、自動操舵装置はこの操舵指示を受けて電動モータによってステアリングシャフトを回転させて、走行機体の進行方向を自動的に修正する、というアシストシステムを提供している。

また、スマート農業が叫ばれるなかで提唱される作業者が搭乗した状態での自動走行、或いは有人監視下での無人状態での自動走行を実現するために、衛星測位システムを利用して走行機体の位置並びに方位情報を取得し、また、これに基づいて予め作成した直線状の作業走行経路に倣うように自動走行させるといったアシストシステムを提供し、さらに、これを発展させて作業走行経路のみならず作業を伴わない旋回走行経路を含めた自動走行システムの提供を本発明者等は目指している。

そして、このようなアシストシステムを提供するうえで欠かすことができない自動操舵装置として、車両の操舵系に設けるステアリングシャフトを電動モータによって回転させることによって車両の進行方向を制御するように構成する。また、この場合に自動操舵装置はステアリングシャフトを覆うステアリングコラムと、ステアリングシャフトの上部に設けるステアリングホイールとの間に設けることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。さらに、車両の進行方向を変更するために手動で回転させるステアリングホイールに自動操舵装置を後付けして取り付けることが提案されている（例えば、特許文献２及び特許文献３参照）。

特開２０１８－１６７７２４号公報 特開２０１０－２０２１６３号公報 特開２０２１－１０９４５３号公報

前述のように農業用の作業車両にあって作業者が搭乗した状態で自動走行させたり、或いは有人監視下の無人状態で自動走行させると、無駄のない精度の高い作業を能率的に行うことができて、作業者がハンドル操作を行う必要がないのでその負担を軽減することができる。そこで、これらのシステムを作業車両に設置することになるが、その場合に例えば、単眼カメラや衛星からの信号を捕捉するアンテナや受信機、或いはこれ等の機器をコントロールして走行機体の目標からのズレやこのズレを解消するための操舵量を指示する制御装置等は比較的簡単に車両に搭載することができる。

しかし、作業車両の進行方向を制御して自動走行させるための操舵装置は、元々そのような装置を組み込むことを想定して車両の操舵系が設計されていないので、簡単に後付けをすることが困難であるという問題がある。

即ち、前述の特許文献１にあっては、操縦部に設けるステアリングホイールを工具を用いてステアリングシャフトから取り外すと共に、そのステアリングシャフトの上部に操舵駆動装置を取り付け、さらに、この操舵駆動装置の上部に専用の新たなステアリングホイールを取り付けなければならない。そのため、このものでは手間の掛かる長時間に亘る後付け作業と、操舵駆動装置のステアリングホイール上部への取付けのために要する多数の部材を必要として、操舵装置が相当高額となる問題がある。

また、その点で前述の特許文献２にあっては、ステアリングホイールに自動操舵装置を後付けして取り付けるので、煩わしい後付け作業を比較的簡単に行うことができてそれに要する時間もあまり掛からないという利点がある。しかし、自動操舵装置をステアリングホイールの上方側に設けるために手動による操舵を行えるように別のステアリングホイールを自動操舵装置の上部に設けることになって手動操作時の操作性を悪化させたり、操舵装置が同様に相当高額となる問題がある。

さらに、前述の特許文献３にあっては、遠隔操舵装置をステアリングホイールの下方側に設けるために、ややその保持ブロックや結束バンド等によって手動操作時におけるステアリングホイールの操作性に難はあるものの、新たなステアリングホイールを別に設ける必要がないという有利性がある。

しかし、このものでは、ステアリングホイールにリング部材を固定する一方、操舵モータ等を備えるフレームはステアリングコラムに固定するから、リング部材に設ける内歯と操舵モータの小歯車との噛み合いが、相互に設けるベースがステアリングホイールとステアリングコラムに分かれているので両者間の組付精度（両歯車軸心の平行度）に問題が生じて、例えば歯車の打撃音等の発生が懸念されるばかりか、一方のリング部材の取り付けはともかく、操舵モータ等を備えるフレームのステアリングコラムへの取り付けはステアリングホイールを取り外して行うことになって簡単に行えるとは言い難いから、全体に操舵装置が大型化して相当高額となる虞がある。

そこで、本発明は、前述のような問題点に鑑み、車両の進行方向を変更する操舵系に設けるステアリングシャフトを電動モータによって回転させて車両の進行方向を制御する操舵装置を、既存の車両に至って簡単に後付けすることができると共に、電動モータの駆動時の不快音の発生等を無くしながら、極力安価な自律型操舵装置を提供することを課題とする。

前述の課題を解決するため本発明の自律型操舵装置は、ステアリングシャフトの上部に固定するステアリングホイールに、電動モータに取付けたピニオンによって回転させるローターを取付け、この電動モータの駆動によってステアリングホイールを回転させて車両の進行方向を自動制御する操舵装置であって、前記ステアリングホイールの下方側にローターを取付け、また、このローターの外周側を覆うローターハウジングを、そのローターハウジングに設ける複数のローラーをローターの外周縁に設ける保持部に嵌めてローターに保持させる一方、前記電動モータを取付けてそのピニオンの上方側を覆うピニオンハウジングを前記ローターハウジングに取付けて、前記電動モータによってピニオンとローターを介してステアリングホイールを回転させることを特徴とする。

また、本発明の自律型操舵装置は、前記ピニオンの外周部をローターの外周縁に設ける保持部に嵌めて、前記電動モータを取付けてそのピニオンの上方側を覆うピニオンハウジングをローターに保持させることを特徴とする。さらに、本発明の自律型操舵装置は、前記ローターは、数個に分割したリング片をステアリングホイールに設けるハブを囲むように相互に連結して中空のリング状に構成すると共に、係るローターをステアリングホイールに設ける数本のスポークの下方側に連結具を介して取付けることを特徴とする。

そして、本発明の自律型操舵装置は、前記ローターハウジングとピニオンハウジングの一方の端部どうしをピンを用いて互いに回動自在に連結したうえで、このローターハウジングを、そのローターハウジングに設ける複数のローラーをローターの外周縁に設ける保持部に嵌めてローターに保持させて、その後にローターハウジングとピニオンハウジングの他方の端部どうしをピンを用いて連結するか、或いは、ローターハウジングを、そのローターハウジングに設ける複数のローラーをローターの外周縁に設ける保持部に嵌めてローターに保持させたうえで、ローターハウジングとピニオンハウジングの一方と他方の端部どうしをピンを用いて連結して、ローターハウジングにピニオンハウジングを取付けることを特徴とする。

また、本発明の自律型操舵装置は、前記ローターハウジングに回り止め用のピンを設けて、このピンをステアリングシャフトを覆うステアリングコラム等に設ける金具のスリットに上方から挿入して、ローターハウジング及びピニオンハウジングの回り止めを行うことを特徴とする。

その上、本発明の自律型操舵装置は、前記ピニオンはその外周部に多数のローラーを設けて、このローラーを前記ローターの外周部に形成する歯に噛み合わせてローターを回転させるように構成するか、又は、前記ピニオンと共にローターの外周部に多数の磁石を設けて、この両者に設ける磁石の吸引・反発力によってローターを非接触で回転させるように構成するか、或いは、前記ピニオンに形成する歯を前記ローターの外周部に形成する歯に噛み合わせてローターを回転させるように構成することを特徴とする。

本発明の自律型操舵装置によれば、ステアリングシャフトの上部に固定するステアリングホイールに、電動モータに取付けたピニオンによって回転させるローターを取付け、この電動モータの駆動によってステアリングホイールを回転させて車両の進行方向を自動制御する操舵装置であって、前記ステアリングホイールの下方側にローターを取付け、また、このローターの外周側を覆うローターハウジングを、そのローターハウジングに設ける複数のローラーをローターの外周縁に設ける保持部に嵌めてローターに保持させる一方、前記電動モータを取付けてそのピニオンの上方側を覆うピニオンハウジングを前記ローターハウジングに取付けて、前記電動モータによってピニオンとローターを介してステアリングホイールを回転させる。

そのため、電動モータによってピニオンとローターを介してステアリングホイールを回転させる自律型操舵装置は、その電動モータとピニオンとローターをステアリングホイールに一纏めにして取付けるものであるから、既存の車両に設ける手動の操舵装置に改造を殆ど加えることなく至って簡単に装置することができて、その後付けにおける労力を軽減しながら作業に要する時間を数分に短縮することができる。また、この自律型操舵装置は特にステアリングホイールの下方側に取付けるものであるから、ステアリングホイールを手動で回転させて車両の進行方向を変更する場合に、自律型操舵装置が邪魔になってその操作性を悪化させるといった虞を無くすことができる。

さらに、ローターの外周側を覆うローターハウジングから電動モータを取付けてそのピニオンの上方側を覆うピニオンハウジングを取り外すと、この取り外した電動モータやピニオンをそのピニオンハウジングと共に持ち去ることができ、また、この取り外した駆動ユニットを他の車両に後付けした自律型操舵装置の駆動ユニットとして使用することができる。従って、別の車両を自動操舵させる場合に、この高価な駆動ユニットを使いまわして用いることができて、夫々の車両に駆動ユニットを個々に設ける場合に比較してトータルでのイニシャルコストの低減を図ることができる。

また、本発明の自律型操舵装置によれば、前記ピニオンの外周部をローターの外周縁に設ける保持部に嵌めて、前記電動モータを取付けてそのピニオンの上方側を覆うピニオンハウジングをローターに保持させるから、ローターの外周側を覆うローターハウジングのみならず電動モータを取付けてそのピニオンの上方側を覆うピニオンハウジングをローターに保持させることができる。また、このピニオンの外周部とローターの保持部の嵌合によってピニオンとローターの軸間距離を適正に保ったり、上下方向における相対的な位置ずれを無くして、確実に電動モータの駆動力をピニオンからローターに伝達して、係るローターをピニオンハウジングとローターハウジングによって覆った状態で円滑に回転させることができる。

さらに、本発明の自律型操舵装置によれば、前記ローターは、数個に分割したリング片をステアリングホイールに設けるハブを囲むように相互に連結して中空のリング状に構成すると共に、係るローターをステアリングホイールに設ける数本のスポークの下方側に連結具を介して取付ける。そのため、ステアリングシャフトの上部からステアリングホイールを取り外さなくとも、ステアリングホイールに設ける数本のスポークの下方側にローターを位置させることができて、その後に係るローターをスポークの下方側に連結具を介して簡単に取付けることができる。

また、本発明の自律型操舵装置によれば、前記ローターハウジングとピニオンハウジングの一方の端部どうしをピンを用いて互いに回動自在に連結したうえで、このローターハウジングを、そのローターハウジングに設ける複数のローラーをローターの外周縁に設ける保持部に嵌めてローターに保持させて、その後にローターハウジングとピニオンハウジングの他方の端部どうしをピンを用いて連結するか、或いは、ローターハウジングを、そのローターハウジングに設ける複数のローラーをローターの外周縁に設ける保持部に嵌めてローターに保持させたうえで、ローターハウジングとピニオンハウジングの一方と他方の端部どうしをピンを用いて連結して、ローターハウジングにピニオンハウジングを取付ける。

そのため、ステアリングシャフトの上部からステアリングホイールを取り外さなくとも、ローターハウジングを、そのローターハウジングに設ける複数のローラーをローターの外周縁に設ける保持部に嵌めてローターに保持させながら、係るローターハウジングにピニオンハウジングを簡単にピンを用いて取付けることができる。また、逆に電動モータを取付けてそのピニオンの上方側を覆うピニオンハウジングをローターハウジングから取り外す場合もステアリングシャフトの上部からステアリングホイールを取り外さなくともよい。

そして、本発明の自律型操舵装置によれば、前記ローターハウジングに回り止め用のピンを設けて、このピンをステアリングシャフトを覆うステアリングコラム等に設ける金具のスリットに上方から挿入して、ローターハウジング及びピニオンハウジングの回り止めを行うから、ローターハウジングを、そのローターハウジングに設ける複数のローラーをローターの外周縁に設ける保持部に嵌めてローターに保持させる際に合わせて、そのローターハウジングに設ける回り止め用のピンをステアリングコラム等に設ける金具のスリットに上方から挿入して、ローターハウジング及びピニオンハウジングの回り止めを行うことができる。

なお、ピニオンハウジングに回り止め用のピンを設けてもよいが、前述のようにピニオンハウジングに電動モータ等を取付けた駆動ユニットを持ち運ぶ際に回り止め用のピンが突出していては邪魔になるので、この回り止め用のピンをピニオンハウジングではなく、一度取り付ければ取り外すことが少ないローターハウジング側に設ける。

その上、本発明の自律型操舵装置によれば、前記ピニオンはその外周部に多数のローラーを設けて、このローラーを前記ローターの外周部に形成する歯に噛み合わせてローターを回転させるように構成するか、又は、前記ピニオンと共にローターの外周部に多数の磁石を設けて、この両者に設ける磁石の吸引・反発力によってローターを非接触で回転させるように構成するか、或いは、前記ピニオンに形成する歯を前記ローターの外周部に形成する歯に噛み合わせてローターを回転させるように構成する。

そして、この場合にピニオンはその外周部に多数のローラーを設けて、このローラーをローターの外周部に形成する歯に噛み合わせてローターを回転させるように構成すると、ローターの外周部に形成する歯にピニオンに設けるローラーが円滑に転動してローターを回転させるので耳障りな歯打ち音が発生せず振動も少なくなるうえに、円滑な転がり接触によってローターの摩耗や発熱が少なくその耐久性を向上させることができる。

また、ピニオンと共にローターの外周部に多数の磁石を設けて、この両者に設ける磁石の吸引・反発力によってローターを非接触で回転させるように構成すると、ピニオンが非接触でローターを回転させるので、前述の歯打ち音による騒音や振動、或いはローターの摩耗等を全く無くして長期に亘って伝動装置としての性能を良好に発揮させることができる。

なお、ピニオンに形成する歯をローターの外周部に形成する歯に噛み合わせてローターを回転させるように構成すると、このピニオンとローターの歯の噛み合いによって減速された高トルクに基づいてスアリングホイールを確実に回転させることができ、また、それにより車両の進行方向を速やかに適確に制御することができる。さらに、減速比を大きくするために２段歯車等の減速構造を採用するとバックラッシュによって打撃音のような不快な音が発生するが、このような多段歯車構造を採用しないので、バックラッシュを少なくして不快な音の発生を抑えることができる。

本発明を適用したトラクタの側面図である。 操舵系の斜視図である。 操縦部の斜視図である。 自動走行システムのブロック図である。 ステアリングホイールに駆動ユニットを取付けた状態を示す斜視図である。 同上平面図である。 同上側面図である。 図６におけるＡＡ線の断面図である。 図７におけるＢＢ線の断面図である。 図７におけるＣＣ線の断面図である。 ステアリングホイールに駆動ユニットを取付ける手順を示す分解図である。 第２実施形態に係る駆動ユニットの斜視図である。 ステアリングホイールに第２実施形態に係る駆動ユニットを取付ける手順を示す分解図である。 操縦部に第２実施形態に係る駆動ユニットを設ける正面図である。 ステアリングホイールに第２実施形態に係る駆動ユニットを取付けた側面図である。

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように作業車両としての農業用のトラクタ１は、前方からエンジン２、クラッチハウジング３、トランスミッションケース４等を一体的に連結して車体（走行機体）を構成する。また、車体の前部寄りには、エンジン２とエンジン２の補器類を覆うボンネット５とサイドーカバー６を設け、ボンネット５は後部に設けるヒンジを介して前部側を開閉自在に構成する。

さらに、エンジン２に固定して前方に延びるフロントブラケット７は、図２に示すようにフロントアクスルケース８を左右揺動自在に軸支する。そして、このフロントアクスルケース８の左右端には、キングピンケース９及びファイナルケース１０を取付ける。また、ファイナルケース１０に軸支する前車軸１１には前輪１２を取付ける。

一方、車体の後部寄りにはトランスミッションケース４の左右に連結するリアアクスルケースを設け、リアアクスルケースに軸支する後車軸１３に左右の後輪１４を取付ける。また、車体の後部には、トップリンク１５と左右のロワリンク１６からなる周知の三点リンク機構やドローバ等の連結装置を設け、これらの連結装置にはロータリ耕耘装置、畝立機、或いは播種機や移植機等の作業機を連結し、トランスミッションケース４の後部に軸支するＰＴＯ軸（動力取出軸）から作業機にエンジン動力を伝達する。

さらに、エンジン２より後方の車体には、防振ゴムを介して操縦部を覆うキャビン１７を搭載する。ここで、キャビン１７は、左右一対の前側の支柱であるフロントピラー１８と、左右一対の後側の支柱であるリアピラー１９と、両者の間に設ける左右一対の中間の支柱であるミッドピラー２０と、この上下方向に延びる６本の各支柱１８、１９、２０の上端部間を連結固定する方形枠状の上部フレーム２１と、各支柱１８、１９、２０の下端部間を連結固定する下部フレーム２２等によってキャビンフレームを構成する。

そして、キャビンフレームには、左右のドアガラス２３を後部側に設けるヒンジ２４を介して開閉自在に装着すると共に、前面側にフロントガラス２５を、また、後面側にリヤガラス２６をヒンジを介して開閉自在に装着し、更にミッドピラー２０とリアピラー１９の間にはヒンジ２７を介してサイドガラス２８を開閉自在に装着する。また、左右のリアピラー１９の下端部から、前方斜め下方のフロア２９側に向けて後輪１４の前側上方を覆うフェンダ３０を設ける。さらに、上部フレーム２１にはルーフ３１を設けて操縦部の上方を覆う。

また、キャビン１７内に設ける運転席３２は、左右のフェンダ３０間の中央に位置させて設ける。なお、運転席３２の左右にはトランスミッションケース４に設ける走行変速装置を操作する主変速レバーや副変速レバー等を備える左コンソールと、作業機を昇降させるポジションコントロールレバーや耕深並びに傾斜の自動制御に係るスイッチ及びボリューム等を備える右コンソールを設ける。

さらに、図３に示すように運転席３２の前方には、左右の前輪１２を操舵してトラクタ１の進行方向を変更するステアリングホイール３３を設ける。そして、このステアリングホイール３３は、キャビン１７の前部に立設する操舵フレーム３４に回動可能に設けるステアリングコラム３５によって覆うステアリングシャフト３６の上部に締結して設け（図２参照）、下方に設けるチルトペダル３７の踏み込みによってチルト調節を行うことができる。

また、ステアリングホイール３３の前方には、操舵フレーム３４の周囲を覆うパネルカバー３８とリヤパネルカバー３９を設け、この内、パネルカバー３８にはタコメータや燃料計等を備えるメーターパネル４０を設ける他、エンジンコントロールレバー４１やトラクタ１の各種の自動制御を行う操作スイッチユニット４２、或いはエンジンのスタータスイッチ等を設ける。

また、前述のステアリングコラム３５に設けるブラケットには走行変速装置の前後進レバー４３と、コンビネーションスイッチレバー４４、或いは作業機の昇降を行うクイックアップレバーを設ける。そして、このステアリングコラム３５やブラケット等はコラムカバー４５によって覆い、さらに、ステアリングホイール３３の下方には主クラッチペダル４６と左右のブレーキペダル４７等を設ける。

なお、図２に示すように、ステアリングホイール３３によって回転するステアリングシャフト３６の下部は、ジョイントシャフトとヨーク４８を介して全油圧式のパワーステアリングユニット４９の入力軸に連結する。そして、このパワーステアリングユニット４９はフロントアクスルケース８に設ける複動油圧シリンダ５０を作動させ、また、複動油圧シリンダ５０はタイロッド５１を介して左右のナックルアーム５２を回動させて左右の前輪１２を操舵する。従って、ステアリングホイール３３を回転させると、油圧を用いてその操作力を軽減させて左右の前輪１２をスムーズに操舵して機体の進行方向を変更することができる。

以上、トラクタ１の概要について説明したが、次にオプションとして提供する自動走行システムについて説明する。この自動走行システムは、ＲＴＫ（Real Time Kinematic）によるＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）によってトラクタ１の位置と方位を取得して、トラクタ１を圃場における直線状の作業走行経路や旋回走行経路等を搭乗する作業者の手を煩わせること無く自動的に走行させようとするものである。

そのため、この自動走行システムは、図４に示すように米国のＧＰＳ、ロシアのＧＬＯＮＡＳＳ、欧州連合のＧａｌｉｌｅｏ等の測位衛星から出される電波をアンテナ５３で捉えてトラクタ１の位置情報を取得する受信機５４と、この受信機５４で取得する位置情報を補完する補正情報を得る基地局５５と、地図データ等に基づいて作業走行経路や旋回走行経路等を作成すると共に、トラクタ１の走行経路からのズレに基づいてその走行経路に導くための操舵量を演算するタブレット端末５６と、タブレット端末５６によって指示された操舵量に一致するように前輪１２を操舵制御する自動操舵装置（自律型操舵装置）５７等を設ける。

そして、係る自動走行システムは既存のトラクタ１に比較的簡単に後付け可能にするものであって、例えば、前述のＧＮＳＳアンテナ５３と、基地局５５と通信する無線アンテナ５８と、受信機５４や全体を統括するコントローラ５９、及び自動操舵装置５７のマイクロコンピュータユニットで構成する操舵ＥＣＵ６０等を備えるＧＮＳＳユニット６１は、キャビン１７のルーフ３１上に設けるフレームに纏めて取付けて設ける。また、基地局５５はトラクタ１が作業を行う圃場から３００メートル以内で周囲に山や木、高い建物などの障害物がない見通しの良い安定した場所に設置する。

さらに、タッチパネル付きの液晶ディスプレイを備え、自動走行に欠かせないナビゲーションソフトウェアを予めインストールする薄型軽量のコンピュータであるタブレット端末５６は、運転席３２に座る作業者の手元に置いてもよい。また、走行経路に対するトラクタ１のズレや作業済の行程等をそのディスプレイによって確認したい場合等は、キャビン１７内の見易い適当な位置にホルダを取付けておき、このホルダにタブレット端末５６を装着したり充電等が必要になれば取り外して自宅等に持ち運べばよい。

そして、残る自動操舵装置５７の駆動ユニット６２について説明すると、この駆動ユニット６２は、操縦部に設ける前述のステアリングホイール３３を電動モータ６３によって回転させ、また、それにより操舵系に設けるステアリングシャフト３６を回転させ、さらに、パワーステアリングユニット４９と複動油圧シリンダ５０によって左右の前輪１２を操舵して、トラクタ１の進行方向を制御する。

即ち、ステアリングホイール３３を電動モータ６３によって回転させる自動操舵装置５７の駆動ユニット６２は、図３に示すようにステアリングホイール３３の下方側に取り付けて設ける。なお、駆動ユニット６２のステアリングホイール３３に対する取付け手順は後述するとして、先ず、駆動ユニット６２の構造から先に説明すると、図５乃至図１１に示すように、この駆動ユニット６２はブラシレスの直流電動モータ６３の出力軸にピニオン６４を取り付け、このピニオン６４はその外周部に通常設ける歯車に変わる多数のベアリングで支持された回転自在なローラー６５を備える。

また、このピニオン６４の多数のローラー６５によって構成するローラー歯車６５に噛み合って減速駆動されるトロコイド歯形を外周側に備える樹脂製の大径ローター６６は、３個に等分したリング片６７をその内周側においてボルトｔとナットｎを用いて結合して中空のリング状に構成する。さらに、前述の電動モータ６３を取り付けて電動モータ６３に取り付けたピニオン６４の上方側を覆う樹脂製のピニオンハウジング６８とローター６６の外周側を覆う樹脂製のローターハウジング６９を設ける。

そして、ピニオンハウジング６８とローターハウジング６９の夫々の端部に設ける連結孔６８ａ、６９ａにピン７０を通して一端部を結合すると、ピニオンハウジング６８はローターハウジング６９に回動自在に取り付けることができる。また、その両端部を２つのピン７０で連結すると上下方向から見た際に円管に小径の円筒が一部重なった体を成して、駆動ユニット６２の一体化したハウジングとして機能する。

なお、リング状に構成するローター６６からすると、そのローター６６の２個分のリング片６７に相当する略３分の２をローターハウジング６９によってその外周側を覆い、残る１個分のリング片６７に相当する略３分の１をピニオンハウジング６８によってその外周側を覆うように、ピニオンハウジング６８とローターハウジング６９の各円弧部分の長さを設定している。

ところで、電動モータ６３を駆動してピニオン６４を介してローター６６を回転させるためには、ピニオン６４のローラー歯車６５とローター６６の外歯６６ａの中心間距離Ｌが適正に保持されなければその噛み合いにバックラッシュを生じて騒音や振動を発生し、また、抑々歯幅方向における両者の位置がズレていれば両者が噛み合わず動力伝達装置として役立たないものとなる。しかし、ローターハウジング６９の３つの膨出部６９ｂにはベアリングで回転自在に支持する３個のローラー７１を等分に配置して設ける。

そして、このローラー７１は、算盤の珠の如く傾斜させた上下の外周部７１ｂ、７１ｃを備えて、その中央部７１ａを窪ませるものに形成し、一方、ローター６６の外歯６６ａを挟んだ上下の外周縁には、中央の外歯６６ａに至るほど窪む保持部６６ｂ、６６ｃを形成する。そのため、３個のローラー７１の外周部７１ｂ、７１ｃを、ローター６６の外周縁に設ける保持部６６ｂ、６６ｃに嵌めると、ローター６６はローターハウジング６９の所定高さにおける平面上の中央に位置させることができる。

また、前述の多数のローラー６５を挟み込んで取り付けるピニオン６４の上下の外周部６４ａ、６４ｂは、ローラー７１の外周部７１ｂ、７１ｃと同様に傾斜させている。そのため、ピニオン６４の外周部６４ａ、６４ｂを、ローター６６の外周縁に設ける保持部６６ｂ、６６ｃに嵌めると、ローター６６はローターハウジング６９から抜け出ることができなくなって、３個のローラー７１と１個のピニオン６４の合わせて４個によってローター６６はローターハウジング６９の前述の所定箇所に位置決めすることができる。

従って、ピニオンハウジング６８とローターハウジング６９を結合して一体化した状態にあっては、ピニオン６４のローラー歯車６５とローター６６の外歯６６ａの中心間距離Ｌを常に適正に保つことができると共に、両者が同一平面上において噛み合うことになるから、騒音や振動の発生を少なくして円滑に回転する動力伝達装置に構成することができる。

以上、駆動ユニット６２の構造について説明したが、次にこの駆動ユニット６２をステアリングホイール３３に取付ける手順について説明する。先ず、図１１に示すようにステアリングホイール３３は、ステアリングシャフト３６の上部に締結するハブ３３ａからその上方側に設ける円形のリム３３ｂに亘って３本のスポーク３３ｃを等間隔で設ける。

そこで、ステアリングホイール３３を手動で回転させる際に駆動ユニット６２が邪魔にならないようにする必要があるから、駆動ユニット６２はステアリングホイール３３のリム３３ｂの下方に設け、また、その場合に駆動ユニット６２を３本のスポーク３３ｃを利用して取り付ける。そして、この際にステアリングシャフト３６の上部からステアリングホイール３３を取り外すことなく駆動ユニット６２を取付けようとすると、大径のリム３３ｂの存在によってローター６６を通すことができない。

そこで、ローター６６は３個に分割したリング片６７の結合を一旦外した後、スポーク３３ｃの下方となるハブ３３ａの外方において再びボルトｔとナットｎを用いて連結する。そして、リング片６７どおしをボルトで結合する取付部６７ａの上部には夫々ピン７２を設けているので、この左右で対となるピン７２、７２の３箇所が３本のスポーク３３ｃ間に臨むように下方からローター６６を持ち上げて、この対となるピン７２、７２にスポーク３３ｃの間を通した樹脂製の連結具７３の基部７３ａを嵌める。

そして、この３個の連結具７３をピン７２、７２を中心として倒すと、３個の連結具７３の円弧部７３ｂが中央に集まってリング状に連なる。そこで、このリング状に連なった円弧部７３ｂの上方から円環状の金具７４をボルトで取付けて、３個の連結具７３の円弧部７３ｂを連結する。従って、このような手順を踏むと、連結具７３の円弧部７３ｂがスポーク３３ｃの上面側に位置すると共に、リング片６７の内周側中程に膨出させた突出部６７ｂがスポーク３３ｃの下面側に位置して、この両者によって挟み込む３本のスポーク３３ｃにローター６６を取付けることができる。

なお、この場合に３本のスポーク３３ｃにローター６６を連結具７３を用いて強固に挟持させて取り付ける必要はなく、要はその取付後に３個の連結具７３の円弧部７３ｂに形成する溝部７３ｃに３本のスポーク３３ｃが嵌って、ローター６６とステアリングホイール３３間における回転方向における遊びがなければよい。

そして、以上のようにローター６６をステアリングホイール３３に取り付けた後、前述のようにピニオンハウジング６８とローターハウジング６９の夫々の端部に設ける連結孔６８ａ、６９ａにピン７０を通して一端部を結合する。また、この状態でローターハウジング６９を、そのローターハウジング６９に設ける３個のローラー７１がローター６６の外周縁に設ける保持部６６ｂ、６６ｃに嵌るように押し込んでローター６６に保持させる。

さらに、電動モータ６３とピニオン６４を取り付けたピニオンハウジング６８の他端部をローターハウジング６９の他端部側に回動させて、その他端部の連結孔６８ａ、６９ａにピン７０を通して結合する。そして、この閉じた状態でピニオン６４の外周部６４ａ、６４ｂはローター６６の外周縁に設ける保持部６６ｂ、６６ｃに嵌り、電動モータ６３によってピニオン６４とローター６６を介してステアリングホイール３３を円滑に回転させることができるようになる。

なお、前述の取り付け手順において、ローターハウジング６９に設ける３個のローラー７１をローター６６の外周縁に設ける保持部６６ｂ、６６ｃに嵌るように押し込んでローター６６に保持させたうえで、ローターハウジング６９とピニオンハウジング６８の一方と他方の端部どうしをピン７０を用いて連結して、ローターハウジング６９にピニオンハウジング６８を取付けてもよい。

また、ステアリングホイール３３に前述のように駆動ユニット６２を取付けただけでは、電動モータ６３を駆動した反力によってステアリングホイール３３ではなく、逆に電動モータ６３を取り付けたピニオンハウジング６８やローターハウジング６９が回転してしまう。そこで、この回転を防止するためのスリットを備える金具７５を、前述のコラムカバー４５をステアリングコラム３５に取り付けるボルトを外したうえで、その金具７５をコラムカバー４５にボルトで取付けておく。

そして、この金具７５のスリットに差し込むピン７６は、ローターハウジング６９の底面から下方に突出するように設ける。従って、前述のローターハウジング６９をローター６６に保持させる際に、この回り止め用のピン７６を金具７５のスリットに上方から挿入することも必要となり、係る回り止めを行うことによって電動モータ６３はステアリングホイール３３を確実に回転させることができるようになる。なお、前述の金具７５は必ずしもコラムカバー４５に取り付ける必要はなく、ステアリングコラム３５に直接に取り付けてもよい。

さらに、説明が後になったが駆動ユニット６２の主体となる電動モータ６３は、自らの回転を検出するアブソリュート型のロータリーエンコーダ７７を下部に一体に備える。そして、このロータリーエンコーダ７７は電動モータ６３を制御する操舵ＥＣＵ６０に電動モータ６３の絶対的な回転角度を出力するので、操舵ＥＣＵ６０は指示された操舵量に一致するように電動モータ６３をフィードバック制御によって回転させて、トラクタ１の進行方向を速やかに修正することができる。

また、このようにロータリーエンコーダ７７を一体に備える電動モータ６３を取り付けるピニオンハウジング６８にスペース上の余裕があれば、電動モータ６３のドライバ７８や操舵ＥＣＵ６０を一体に組み込んだり、或いは自動走行システムの開始等を指令するスイッチ等のユーザーインターフェイスをピニオンハウジング６８の上面側に組み込んでもよい。

以上、第１の実施形態に係る駆動ユニット６２について説明したが、次に第２の実施形態に係る駆動ユニット６２について説明すると、図１２乃至図１５に示すようにこの駆動ユニット６２は先ず、電動モータ６３に取り付けるピニオン６４とステアリングホイール３３に取り付けるローター６６の外周部に多数の円筒形の磁石ｍを設けて、この両者に設ける磁石ｍの吸引・反発力によってローター６６を非接触で回転させるように構成する。

また、ステアリングホイール３３にローター６６を取り付ける連結具７３の形態を変更して、その連結具７３の先端部ｓに設ける孔ｈに結束バンドｂを通す。そして、その後にステアリングホイール３３のスポーク３３ｃの下面に連結具７３の先端部ｓの上面を当てて、両者が一体になるように結束する。そのため、ステアリングホイール３３の中心に一致するように工具を用いることなくローター６６の中心を合わせて取り付けることができる。

なお、前述の第２の実施形態におけるローター６６の非接触伝動形態を採用すると、歯車伝動装置における歯打ち音による騒音や振動、或いはピニオン６４やローター６６の摩耗等を全く無くして長期に亘って伝動装置としての性能を良好に発揮させることができる。しかし、このような非接触伝動形態を採用すると高価になるため、原点に戻ってローター６６に形成する大径の外歯歯車６６ａにピニオン６４に形成する小径の歯車（不図示）を外接させて、必要な減速比を得て高トルクでもって確実にステアリングホイール３３を回転させることができる構造を採用してもよい。

１ トラクタ（作業車両）
３３ ステアリングホイール
３５ ステアリングコラム
３６ ステアリングシャフト
６３ 電動モータ
６４ ピニオン
６６ ローター
６７ リング片
６８ ピニオンハウジング
６９ ローターハウジング
７０ ピン
７１ ローラー
７３ 連結具

Claims (6)

1. ステアリングシャフトの上部に固定するステアリングホイールに、電動モータに取付けたピニオンによって回転させるローターを取付け、この電動モータの駆動によってステアリングホイールを回転させて車両の進行方向を自動制御する操舵装置であって、前記ステアリングホイールの下方側にローターを取付け、また、このローターの外周側を覆うローターハウジングを、そのローターハウジングに設ける複数のローラーをローターの外周縁に設ける保持部に嵌めてローターに保持させる一方、前記電動モータを取付けてそのピニオンの上方側を覆うピニオンハウジングを前記ローターハウジングに取付けて、前記電動モータによってピニオンとローターを介してステアリングホイールを回転させることを特徴とする自律型操舵装置。
2. 前記ピニオンの外周部をローターの外周縁に設ける保持部に嵌めて、前記電動モータを取付けてそのピニオンの上方側を覆うピニオンハウジングをローターに保持させることを特徴とする請求項１に記載の自律型操舵装置。
3. 前記ローターは、数個に分割したリング片をステアリングホイールに設けるハブを囲むように相互に連結して中空のリング状に構成すると共に、係るローターをステアリングホイールに設ける数本のスポークの下方側に連結具を介して取付けることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の自律型操舵装置。
4. 前記ローターハウジングとピニオンハウジングの一方の端部どうしをピンを用いて互いに回動自在に連結したうえで、このローターハウジングを、そのローターハウジングに設ける複数のローラーをローターの外周縁に設ける保持部に嵌めてローターに保持させて、その後にローターハウジングとピニオンハウジングの他方の端部どうしをピンを用いて連結するか、或いは、ローターハウジングを、そのローターハウジングに設ける複数のローラーをローターの外周縁に設ける保持部に嵌めてローターに保持させたうえで、ローターハウジングとピニオンハウジングの一方と他方の端部どうしをピンを用いて連結して、ローターハウジングにピニオンハウジングを取付けることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１つに記載の自律型操舵装置。
5. 前記ローターハウジングに回り止め用のピンを設けて、このピンをステアリングシャフトを覆うステアリングコラム等に設ける金具のスリットに上方から挿入して、ローターハウジング及びピニオンハウジングの回り止めを行うことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１つに記載の自律型操舵装置。
6. 前記ピニオンはその外周部に多数のローラーを設けて、このローラーを前記ローターの外周部に形成する歯に噛み合わせてローターを回転させるように構成するか、又は、前記ピニオンと共にローターの外周部に多数の磁石を設けて、この両者に設ける磁石の吸引・反発力によってローターを非接触で回転させるように構成するか、或いは、前記ピニオンに形成する歯を前記ローターの外周部に形成する歯に噛み合わせてローターを回転させるように構成することを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１つに記載の自律型操舵装置。

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