JP2024004977A - Work machine - Google Patents

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wheel
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皓幹 石黒
Hiroki Ishikuro
大翔 鈴木
Hiroto Suzuki
栄治 西野
Eiji Nishino
智明 渡部
Tomoaki Watabe
友佑 浜野
Yusuke Hamano
奨 細沼
Susumu Hosonuma
礼 佐藤
Rei Sato
湧平 織田
Yuhei Oda
康史 長尾
Yasufumi Nagao
竜太郎 原
Ryutaro Hara
智志 北川
Tomoshi Kitagawa
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Iseki and Co Ltd
Iseki Agricultural Machinery Mfg Co Ltd
Original Assignee
Iseki and Co Ltd
Iseki Agricultural Machinery Mfg Co Ltd
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  • Steering-Linkage Mechanisms And Four-Wheel Steering (AREA)

Abstract

To solve the problem in which: positioning alignment is performed before work by slip-moving a work machine in correspondence to positional deviation, a range in which work cannot be performed just after starting work is eliminated, and loads are not applied to a farm field and the work machine in positioning alignment is performed, when an inertia coordinate system detected by a reception section device and an inertia measurement device of a GPS is positionally deviated from an absolute coordinate system by latitude and longitude on the ground.SOLUTION: Positions in an inertia coordinate system calculated by a reception section device and an inertia measurement device of a GPS and in an absolute coordinate system detected by sensing imaging means and preliminarily registered latitude and longitude information on the ground are made to coincide with each other by an equation of motion by a coordinate conversion method in a rotary system. Rotational speed of single-wheel or two-wheels of four-wheels is made different from that of other wheels, and four-wheel steering is performed while slipping the wheels and a ground section. Thus, positional deviation is corresponded.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、農業において、高精度で自動運転を可能とする作業機に関する。 The present invention relates to a work machine that enables automatic operation with high precision in agriculture.

自動運転において検出精度を高め、検出位置のずれ対応を行う発明が記載されているが、その位置ずれを作業開始時に短時間で作業ロスなく対応するための、作業機の走行機構と操舵制御の記載はなされていない。(特許文献1) An invention has been described that improves detection accuracy in automatic driving and deals with deviations in detected positions.However, in order to deal with position deviations in a short time at the start of work without any work loss, it is necessary to improve the running mechanism and steering control of work equipment. No description has been made. (Patent Document 1)

特開2020-164160号公報JP2020-164160A

前記の従来技術では、走行車両の位置ずれの対応として位置偏差の演算と、方位偏差の演算を行うことの記載はあるが、走行車両自体には、位置ずれ対応解消に対応する操舵方法や走行機構の専用対応の記載は特に示されていない。本発明においては、位置ずれ偏差等の位置ずれ対応制御を、走行車両が短時間で短い作業走行距離で、あるいは作業走行前に位置ずれ対応を行うことが可能となる。 In the above-mentioned conventional technology, there is a description of calculating positional deviation and azimuth deviation as a response to positional deviation of a running vehicle, but the running vehicle itself does not have a steering method or a driving method to cope with positional deviation. There is no particular description of the dedicated support for the mechanism. In the present invention, it becomes possible to control positional deviations such as positional deviation deviations in a short period of time and for a short work travel distance of a traveling vehicle, or to perform positional deviation countermeasures before traveling for work.

第一の発明は、次の技術手段により解決される。 The first invention is solved by the following technical means.

四輪駆動で四輪操舵方式の走行部を備え、あらかじめ設定された進行方向600の走行ライン上の位置と、GPSの受信装置と慣性計測装置より算出された自車位置との位置ずれが生じている場合で、四輪の内の一輪、あるいは二輪の回転数を他の車輪の回転数と異なる回転数とし、車輪と接地部のスリップを伴う移動をすることで、進行方向600と前後の車軸610を合わせながら、位置ずれの対応を自動で行う。 The vehicle is equipped with a four-wheel drive and four-wheel steering system, and there is a misalignment between the vehicle's position on the travel line in the preset direction of travel 600 and the vehicle's position calculated by the GPS receiver and inertial measurement device. When the rotation speed of one or two of the four wheels is different from the rotation speed of the other wheels, and the movement is accompanied by slippage between the wheels and the ground contact area, the rotation speed in the traveling direction 600 While aligning the axle 610, misalignment is automatically dealt with.

第二の発明は、次の技術手段により解決される。 The second invention is solved by the following technical means.

前記位置ずれ対応後に、進行方向600と前後の車軸610が所定値を超え、方向を合わせる制御を行う場合、四輪の内の一輪、あるいは二輪の回転数を他の車輪の回転数と異なる回転数とし、車輪と接地部のスリップを行いながら四輪操舵を行いながらスリップ移動を行うことで、進行方向600と前後の車軸610が所定値内に収まると、四輪の回転数を同回転数に戻す方向制御を自動で行う。 If the direction of travel 600 and the front and rear axles 610 exceed predetermined values after the positional deviation has been corrected, and control is performed to adjust the directions, the rotation speed of one or two of the four wheels may be set to a rotation speed that is different from the rotation speed of the other wheels. If the traveling direction 600 and the front and rear axles 610 fall within a predetermined value, the rotational speed of the four wheels will be the same rotational speed by performing slip movement while performing four-wheel steering while slipping the wheels and the ground contact area. Automatically controls the direction to return to.

第三の発明は、次の技術手段により解決される。 The third invention is solved by the following technical means.

GPSの受信装置と、慣性計測装置より算出された自車位置の座標系と、センシング用の撮像手段とあらかじめ登録された地上における緯度経度情報で検出された座標系の位置を、回転系の座標変換法による運動方程式に基づき合致させ、
この合致させた位置を基準に走行しながら、四輪の内の一輪、あるいは二輪の回転数を他の車輪の回転数と異なる回転数とし、車輪と接地部のスリップを行いながら四輪操舵を行い、
GPSの受信装置と慣性計測装置より算出された自車位置の座標系とセンシング用の撮像手段で検出された座標系の位置を合致させ、進行方向600と前後の車軸610の方向においても合致させた後に、四輪の回転数を同回転数に戻す走行に自動変更を行う。
The coordinate system of the own vehicle position calculated by the GPS receiving device and the inertial measurement device, the position of the coordinate system detected by the imaging means for sensing and the latitude and longitude information on the ground registered in advance, and the coordinate system of the rotation system Match based on the equation of motion using the conversion method,
While driving based on this matched position, set the rotation speed of one or two of the four wheels to be different from the rotation speed of the other wheels, and perform four-wheel steering while performing slip between the wheels and the ground contact area. conduct,
The coordinate system of the own vehicle's position calculated by the GPS receiving device and the inertial measurement device is matched with the position of the coordinate system detected by the imaging means for sensing, and also in the direction of travel 600 and the direction of the front and rear axles 610. After that, the vehicle automatically changes the speed of rotation of all four wheels to the same speed.

第四の発明は、次の技術手段により解決される。 The fourth invention is solved by the following technical means.

GPSの受信装置と慣性計測装置より算出された自車位置の座標系と、センシング用の撮像手段とあらかじめ登録された地上における緯度経度情報で検出された座標系の位置を、回転系の座標変換法による運動方程式に基づき合致させ、
この合致させた位置を基準に走行しながら、二輪操舵を利用して、GPSの受信装置と慣性計測装置より算出された自車位置の座標系とセンシング用の撮像手段で検出された座標系の位置が合致するまで、所定速度以上は走行速度が上昇しないように設定しておき、進行方向600と前後の車軸610の方向において合致した場合に設定された速度に上昇させる。
The coordinate system of the vehicle's position calculated by the GPS receiver and inertial measurement device and the position of the coordinate system detected by the imaging means for sensing and the latitude and longitude information on the ground registered in advance are converted into a rotational system coordinate system. Match based on the equation of motion according to the law,
While driving based on this matched position, using two-wheel steering, the coordinate system of the vehicle's position calculated by the GPS receiving device and inertial measurement device and the coordinate system detected by the imaging means for sensing are The traveling speed is set so as not to increase above a predetermined speed until the positions match, and when the traveling direction 600 and the front and rear axle 610 directions match, the traveling speed is increased to the set speed.

第五の発明は、次の技術手段により解決される。 The fifth invention is solved by the following technical means.

機体の前方に低電圧バッテリー120を配備し、その後方に高電圧のメインバッテリー130と、電動モータ140を前後方向に並列状態で備え、
電動モータ140の車体後方側にHST(油圧無断変速装置)150を備え、電動モータ140より動力入力し、HST150の出力軸より、走行系の車軸190、油圧ポンプ200へ動力分配し、HST150の余剰動力を回生するための回生モータ550を備え、回生モータ550により、低電圧バッテリー120に充電する。
A low-voltage battery 120 is provided at the front of the aircraft, and a high-voltage main battery 130 and an electric motor 140 are arranged in parallel in the front-rear direction behind it.
An HST (hydraulic continuously variable transmission) 150 is provided on the rear side of the vehicle body of the electric motor 140. Power is input from the electric motor 140, and the power is distributed from the output shaft of the HST 150 to the axle 190 of the traveling system and the hydraulic pump 200, and the surplus of the HST 150 is A regeneration motor 550 is provided for regenerating power, and the low voltage battery 120 is charged by the regeneration motor 550.

第一の発明で、横移動や車体の中心位置を軸とした回転移動も可能であるため、ほぼ走行することなくスタート位置で位置ずれ合わせをすることが可能となる。 In the first invention, since lateral movement and rotational movement about the center position of the vehicle body are also possible, it is possible to perform positional alignment at the starting position almost without traveling.

第二の発明で、本機は位置ずれ合わせができたものの、作業開始した所、再度、進行方向600と前後の車軸610にずれがある場合、方向制御を可能とするものである。第一の発明と同様で、横移動や車体の中心位置を軸とした回転移動も可能であるため、早期に位置ずれ対応が可能となり、また位置ずれが無いことを確認すると、自動でスリップ移動を終了し自動走行に入るため、圃場や作業機への負荷も少なくなる。 In the second aspect of the present invention, even though the position of the machine has been adjusted, it is possible to perform direction control when there is a misalignment between the traveling direction 600 and the front and rear axles 610 after starting work. Similar to the first invention, it is possible to move laterally and rotate around the center position of the vehicle body, so it is possible to respond to misalignment at an early stage, and when it is confirmed that there is no misalignment, it automatically slips. Since the machine automatically runs after completing the process, the load on the field and working equipment is also reduced.

第三の発明で、GPSの受信装置と慣性計測装置より算出された自車位置の座標系とセンシング用の撮像手段で検出された座標系の位置がずれていた場合、ずれの関係を回転系の座標変換法による運動方程式に基づき合致させることで、互いの方法で算出した座標系の検出誤差を考慮しながら位置合わせを行うことができる。 In the third invention, when the coordinate system of the own vehicle's position calculated by the GPS receiving device and the inertial measurement device and the position of the coordinate system detected by the imaging means for sensing are misaligned, the relationship of the misalignment is determined using a rotational system. By matching based on the equation of motion using the coordinate transformation method, positioning can be performed while taking into account the detection error of the coordinate systems calculated by each method.

第四の発明で、二輪駆動の場合で位置ずれ対応を行う場合は、横移動等ができないため位置ずれ解消までに走行する距離も長くなる。この間の走行速度を上昇させないことで、短い走行距離で位置合わせすることができる。 In the fourth aspect of the invention, when dealing with misalignment in a two-wheel drive vehicle, lateral movement or the like is not possible, so the distance traveled until the misalignment is resolved becomes longer. By not increasing the traveling speed during this time, positioning can be achieved in a short traveling distance.

第五の発明は、HSTへの出力が減少した場合は、動力ロスが発生するため、HSTから出力負荷が少ない場合は回生モータへ出力をつなぐことで、エネルギーを回収して電力ロスを少なくすることができる。低電圧バッテリーへ充電することはロボット作業機であるため、制御系を保護する点で有効である。 The fifth invention is that when the output to the HST decreases, power loss occurs, so when the output load from the HST is small, the output is connected to the regenerative motor to recover energy and reduce power loss. be able to. Charging the low voltage battery is effective in protecting the control system of the robot working machine.

本発明の実施形態における、作業機の外装を外した斜視図A perspective view of a work machine with the exterior removed in an embodiment of the present invention 本発明の実施形態における、作業機の外装を外した拡大斜視図An enlarged perspective view of a work machine with the exterior removed in an embodiment of the present invention 本発明の実施形態における、作業機の電装系関連図A diagram related to the electrical system of a work machine in an embodiment of the present invention 本発明の作業前位置ずれをスリップ横移動で合わす図Diagram of correcting positional deviation before work of the present invention by slip lateral movement 本発明の作業前位置ずれをスリップ横後方移動で合わす図Diagram of adjusting the positional deviation before work of the present invention by slip lateral and backward movement 本発明の作業前位置ずれをスリップ旋回移動で合わす図A diagram of adjusting the positional deviation before work of the present invention by slip turning movement 本発明の位置ずれを走行ながらスリップ旋回移動で合わす図A diagram of adjusting the misalignment of the present invention by slip turning movement while traveling 本発明の位置ずれをスリップ旋回移動のスピンターンで合わす図Diagram of adjusting the positional deviation of the present invention by spin turn of slip rotation movement 本発明の位置ずれをスリップ旋回とブレーキにて合わす図Diagram showing how to correct the positional deviation of the present invention using slip turning and braking GPS位置座標を座標補正するフロー図Flowchart for correcting GPS position coordinates 慣性座標系と絶対座標系の座標系における回転運動図Rotational motion diagram in the inertial and absolute coordinate systems 慣性座標系と絶対座標系の座標系における空間と時間の関係式図Diagram of the relationship between space and time in the inertial coordinate system and absolute coordinate system 慣性座標系と絶対座標系の座標系合わせによる空間と時間の運動方程式図Equation of motion diagram of space and time by coordinate system alignment of inertial coordinate system and absolute coordinate system 本発明のステアリング周辺図Steering peripheral diagram of the present invention 本発明の操舵アクチュエータの作動図Operation diagram of the steering actuator of the present invention 本発明の制御関連図Control-related diagram of the present invention 本発明のエンジン搭載図Engine mounting diagram of the present invention

以下、図面に示す実施例に基づき本発明を説明する。 The present invention will be described below based on embodiments shown in the drawings.

図1~図17に示す作業機は、本実施形態の作業機の一例を示すものである。 The working machines shown in FIGS. 1 to 17 are examples of the working machines of this embodiment.

本発明の動力の伝達の流れについて説明する。 The flow of power transmission according to the present invention will be explained.

図1及び図2に示すように、本機の前方部分のフード110の中には、機体の前方に左右方向で低電圧バッテリー120と、その後方に前後方向で高圧用のメインバッテリー130と、このメインバッテリー130の電力を利用して機体本体、作業機を作動させるための動力源となる電動モータ140をメインバッテリー130の横に前後方向で備えている。 As shown in FIGS. 1 and 2, inside the hood 110 at the front of the machine, there is a low voltage battery 120 in the left and right direction at the front of the machine, and a high voltage main battery 130 behind it in the front and back direction. An electric motor 140 is provided next to the main battery 130 in the front-rear direction and serves as a power source for operating the machine body and working equipment using the power of the main battery 130.

低電圧バッテリー120は、運転席ディスプレー330や作業機のコントローラ331の電源となっている。走行、作業の制御や外部通信、また各運転状態のデータの登録を行うコントローラであり補機バッテリーで、12V系等の低電圧バッテリーである。通常、高圧バッテリーも同時に備える場合は、高圧バッテリーより電圧コンバートされて、低圧バッテリーは充電される構成であるが、本発明においては、図3に示すように低圧バッテリー120と高圧用のメインバッテリー130は独立しており、低圧バッテリー120は、HST150の余剰動力より回生モータ550によって回生電気として低圧バッテリー120に充電されるものである。 また高圧用のメインバッテリー130は、MDU131によって電圧管理され、電動モータ140を制御している。 The low voltage battery 120 serves as a power source for the driver's seat display 330 and the controller 331 of the work machine. It is a controller that controls driving and work, external communication, and registers data on each operating state. It is an auxiliary battery, and is a low voltage battery such as a 12V battery. Normally, when a high voltage battery is also provided at the same time, the low voltage battery is charged by converting the voltage from the high voltage battery, but in the present invention, as shown in FIG. 3, a low voltage battery 120 and a high voltage main battery 130 are used. are independent, and the low voltage battery 120 is charged as regenerative electricity by the regenerative motor 550 from the surplus power of the HST 150. Further, the voltage of the high-voltage main battery 130 is managed by the MDU 131, and the electric motor 140 is controlled.

電動モータ140は、モータの後端に外扇141を備えており、モータ軸と連動しており、モータが作動中は外扇141により発生する風でモータ、低電圧バッテリー120、メインバッテリー130が空冷される。熱を持った風はフード110の前方のグリルの網部111や、フード前方下方から外部に排出される。またフード110は電動モータ140、低電圧バッテリー120、メインバッテリー130を完全に覆うことで雨や洗車における防滴対応を行う構成であり、適度な防塵対応も施されている。 The electric motor 140 is equipped with an external fan 141 at the rear end of the motor, which is linked to the motor shaft. When the motor is in operation, the wind generated by the external fan 141 protects the motor, low voltage battery 120, and main battery 130. Air cooled. The hot air is discharged to the outside from the grill mesh section 111 in front of the hood 110 or from the front lower part of the hood. Further, the hood 110 is configured to completely cover the electric motor 140, the low voltage battery 120, and the main battery 130, thereby making the hood 110 weatherproof against rain and car washes, and is also appropriately dustproof.

電動モータ140は、図2のごとく出力軸を車体の前後方向の後方側とし、その後方に備えるHST150に電動している。伝達方法は、ベルトにより各軸に備えられたプーリーを繋ぐことであっても良いし、電動モータ140とHST軸を直結するも良い。電動モータ140の軸と、HST150の入力と出力軸は、ベルト駆動の場合では軸心は並行方向であり、動力機構としては直列的で曲がる事無く動力を伝えるためロスが少なく、コンパクトな配置を形成できる。 As shown in FIG. 2, the electric motor 140 has an output shaft on the rear side in the longitudinal direction of the vehicle body, and is electrically driven to an HST 150 provided at the rear thereof. The transmission method may be to connect pulleys provided on each shaft with a belt, or may be to directly connect the electric motor 140 and the HST shaft. In the case of belt drive, the axis of the electric motor 140 and the input and output shafts of the HST 150 are in parallel directions, and as a power mechanism, they are serial and transmit power without bending, so there is little loss and a compact arrangement is possible. Can be formed.

図17は、電動モータ140の出力軸を車体の後方にしてHST150に繋ぐ構成をとることで、エンジン650構成とも互換性が容易にとれやすくなっている。重量のあるメインバッテリー130と電動モータ140をフード110に配備し、エンジン650に近しい重量とすることで、電動モータ140仕様とエンジン仕様のバランス差が出ないように構成される。BMSとインバーター160をフード110から外し、座席170後方に配備することで、メンテナンス性と熱ごもりに対応することが可能となる。この構成においても、低圧バッテリー120は、HST150の余剰動力より回生モータ550によって回生電気として低圧バッテリー120に充電されるものである。 In FIG. 17, the output shaft of the electric motor 140 is placed at the rear of the vehicle body and connected to the HST 150, thereby making it easy to be compatible with the engine 650 configuration. By disposing the heavy main battery 130 and electric motor 140 in the hood 110 and making the weight close to that of the engine 650, the configuration is such that there is no difference in balance between the specifications of the electric motor 140 and the specifications of the engine. By removing the BMS and the inverter 160 from the hood 110 and placing it behind the seat 170, it becomes possible to improve maintainability and deal with heat build-up. Also in this configuration, the low voltage battery 120 is charged as regenerative electricity by the regenerative motor 550 from the surplus power of the HST 150.

なお図3に示すように、BMS(バッテリー・メネージメント・システム)は、高圧用のメインバッテリー130の管理を行うものであり、制御部180の指令を受け制御に応じた電圧管理等を行っている。同位置に配備されるインバーターはMDUとも呼ばれ電動モータの回転数を制御している。本提案においては、BMSとインバーター160は一体化したもので整備が容易にできる座席後部に配置となっており、熱ごもり対応や塵埃対応も可能である。構成によってはBMSとインバータ(MDU)は、別々の位置に配備するも良い。 As shown in FIG. 3, the BMS (battery management system) manages the high-voltage main battery 130, and receives commands from the control unit 180 and performs voltage management, etc. according to the control. There is. The inverter located at the same location is also called MDU and controls the rotation speed of the electric motor. In this proposal, the BMS and inverter 160 are integrated and placed at the rear of the seat for easy maintenance, and can also handle heat build-up and dust. Depending on the configuration, the BMS and the inverter (MDU) may be located at different locations.

この配備により、電動モータ140は固定回転数で連続回転するも、必要な動力に合わせて回転が変動できるインバーター制御でも良い。本発明実施例では、本機の制御部180の指令に対して、BMSとインバーター160を介して、高圧用のメインバッテリー130の管理をしながら、電動モータ140の回転数を制御するシステムである。こうしたシステムであるため、本機が走行を停止し、作業機も停止の状態でも、電動モータ140の回転はHST150の基準油圧を発生できる範囲で低下し対応する。 With this arrangement, the electric motor 140 may rotate continuously at a fixed rotation speed, or may be controlled by an inverter so that the rotation can be varied according to the required power. In the embodiment of the present invention, the system controls the rotation speed of the electric motor 140 while managing the high voltage main battery 130 via the BMS and the inverter 160 in response to commands from the control unit 180 of the machine. . Because of this system, even when the machine stops traveling and the work equipment is also stopped, the rotation of the electric motor 140 is reduced to the extent that the reference oil pressure of the HST 150 can be generated.

本発明のHST150以後の機構について説明する。 The mechanism after HST150 of the present invention will be explained.

電動モータ140の回転を直結で受ける方がHST150としては動力ロスは少ないが、電動モータ140を前部のフード110内に納め、電動モータ140に付く外扇141を利用して熱を排気するためには、高さ方向でフード110の中央部位に配備する必要がある。またHST150の燃ごもり対応として、外気に放熱させてやる必要がある。専用ファン等を設ければ効果的であるが、コンパクトな構成をとるため、HST150を本体フレームの下方で外気に対して開放した取り付けを行う構成で対応している。 Although it is less power loss for the HST 150 to directly receive the rotation of the electric motor 140, the electric motor 140 is housed in the front hood 110 and the heat is exhausted using the external fan 141 attached to the electric motor 140. , it is necessary to arrange it at the center of the hood 110 in the height direction. Also, in order to prevent the HST150 from burning out, it is necessary to radiate heat to the outside air. Although it would be effective to provide a dedicated fan or the like, in order to achieve a compact configuration, the HST 150 is mounted below the main body frame so as to be open to the outside air.

このため電動モータ140と、HST150は上下位置でずれがあるため、ベルト141にて動力を伝達している。しかし直列的に繋がっているため、動力ロスは少ない。同様に図3に示すように、走行系の車軸190、油圧ポンプ200と、エアーコンプレッサー210と直列的に配備しているため、作業機も含めて動力ロスの少ない構成を取っている。 For this reason, since the electric motor 140 and the HST 150 are misaligned in their vertical positions, power is transmitted through the belt 141. However, since they are connected in series, there is little power loss. Similarly, as shown in FIG. 3, the axle 190 of the traveling system, the hydraulic pump 200, and the air compressor 210 are arranged in series, so that the configuration including the work equipment has little power loss.

このように動力系は電動モータ140からエアーコンプレッサー210に至るまで直列的に並び、熱籠り対応として、上下左右に電動ベルトにて配備する構成となっている。また、エアーコンプレッサー210は作業機220よりも上方に配備したことで、吸引時に塵埃による破損が発生しない構成も可能としている。 In this way, the power system is arranged in series from the electric motor 140 to the air compressor 210, and is arranged by electric belts on the top, bottom, left and right sides to cope with heat trapping. Further, by disposing the air compressor 210 above the working machine 220, it is possible to create a configuration in which damage due to dust does not occur during suction.

回生モータ550について説明する。 The regenerative motor 550 will be explained.

電動モータ140は、BMSとインバーター160によって回転数を制御することは可能であるが、走行速度やPTO230の回転数の変更はHSTで行うため、作業中は、電動モータ140は高回転で固定した状態である。そのため作業中で走行速度を落としたり、PTO230の出力を低下させると、HST150では電動モータ140からの動力をフルに受けているため余剰動力が発生する。HST150では内部で、逃がし動力で対応して油温の上昇を防止する場合もあるが、本発明ではHST150の走行系への出力やPTO230の出力が減少した場合は、回生モータ550へ動力伝達を行うことでHSTへの余剰動力に対応するものである。HST150には回生モータ550への動力出力軸151があり、ここから回生モータ550に動力が入力される。回生モータ550は、低電圧発生用のモータでありDC12Vを発生させ、低圧バッテリー110へ充電するものである。 The rotation speed of the electric motor 140 can be controlled by the BMS and the inverter 160, but since the traveling speed and the rotation speed of the PTO 230 are changed using the HST, the electric motor 140 is fixed at a high rotation speed during work. state. Therefore, if the traveling speed is reduced during work or the output of the PTO 230 is reduced, surplus power will be generated in the HST 150 because it receives the full power from the electric motor 140. In some cases, the HST 150 internally uses relief power to prevent the oil temperature from rising, but in the present invention, when the output to the HST 150 running system or the output of the PTO 230 decreases, the power is transmitted to the regenerative motor 550. By doing so, it is possible to cope with surplus power to the HST. The HST 150 has a power output shaft 151 to the regenerative motor 550, from which power is input to the regenerative motor 550. The regenerative motor 550 is a motor for generating low voltage, and generates DC 12V to charge the low voltage battery 110.

別の実施形態として、回生モータ550を高圧電圧用を発生するものとし、回生電気を高圧バッテリーであるメインバッテリー130に充電するシステムも考えられる。この場合はコンバータにて降圧させ、低電圧に変換して低電圧バッテリー120へ充電する流れとなる。 As another embodiment, a system may be considered in which the regenerative motor 550 generates high voltage and the main battery 130, which is a high voltage battery, is charged with the regenerated electricity. In this case, the converter lowers the voltage, converts it to a low voltage, and charges the low voltage battery 120.

第五の発明の回生電気の回収は、HSTの出力が下がり、余剰動力が発生した場合に、その動力を低電圧用の回生モータで発電させ、直接、低電圧バッテリー110に充電することである。これによって高圧バッテリーから低圧バッテリーへのコンバータが不要になるだけではなく、高圧から低圧へとコンバータによる電圧変換することや、バッテリー間で再度電気の渡し合いを無くすことで、エネルギーロスを防ぐことにある。 The recovery of regenerative electricity according to the fifth invention is that when the output of the HST decreases and surplus power is generated, the power is generated by a low-voltage regenerative motor and directly charged to the low-voltage battery 110. . This not only eliminates the need for a converter from a high voltage battery to a low voltage battery, but also prevents energy loss by converting the voltage from high voltage to low voltage using a converter, and by eliminating the exchange of electricity between batteries again. be.

このように第五の発明は、自動運転を可能とする作業機の特徴を示している。スリップ移動では負荷も大きく、走行系の動力であるHSTが安定的に即時に動力を出力する構成でなくてはならない。そのため一定回転以上は、HSTへの動力の入力が必要である。また電動モータは、BMSによって回転数の変更指令を行うものの、HSTの変速に即時に対応できないため高回転でキープされる場合が多い。つまり電動モータからHSTや油圧ポンプに動力を伝える機構では、電動モータの回転数を細やかに制御して動力ロスを防ぐことは困難であり、HSTや油圧ポンプの出力から余剰となる動力を回収する方法が望ましい。 In this way, the fifth invention shows the characteristics of a work machine that enables automatic operation. Slip movement involves a large load, and the HST, which is the power for the traveling system, must be configured to stably and immediately output power. Therefore, it is necessary to input power to the HST above a certain rotation speed. Furthermore, although the BMS issues a command to change the rotation speed of the electric motor, the electric motor is often kept at a high rotation speed because it cannot immediately respond to the speed change of the HST. In other words, with the mechanism that transmits power from the electric motor to the HST or hydraulic pump, it is difficult to precisely control the rotation speed of the electric motor to prevent power loss, and surplus power must be recovered from the output of the HST or hydraulic pump. method is preferred.

このようにHSTへの出力が減少した場合は、動力ロスが発生するため、HSTから出力負荷が少ない場合は回生モータへ出力をつなぐことで、エネルギーを回収して電力ロスを少なくすることができる。また低電圧バッテリーへ充電することはロボット作業機であるため、制御系を保護する点で有効である。 If the output to the HST decreases in this way, power loss will occur, so if the output load from the HST is small, connecting the output to the regenerative motor can recover energy and reduce power loss. . Furthermore, charging the low-voltage battery is effective in protecting the control system since it is a robot working machine.

本発明の油圧ポンプ200について説明する。 The hydraulic pump 200 of the present invention will be explained.

前記のHST150の出力軸から回転動力を得て油圧ポンプ200を作動させ、油圧アクチュエータ260を作動させる。油圧アクチュエータ260までは油圧用の配管270で繋がっている。本発明においては電動モータ280で作動する実施例であるが、小型の油圧モータを利用する構成も可能である。本発明においては、HSTの出力軸より動力を受けて油圧ポンプを作動させる構成であるが、別形態として、電動モータ140より直接、油圧ポンプで動力を受けることも可能である。 Rotational power is obtained from the output shaft of the HST 150 to operate the hydraulic pump 200, which in turn operates the hydraulic actuator 260. The hydraulic actuator 260 is connected by a hydraulic piping 270. Although the present invention is an embodiment in which the motor is operated by an electric motor 280, a configuration in which a small hydraulic motor is used is also possible. In the present invention, the hydraulic pump is operated by receiving power from the output shaft of the HST, but as another embodiment, the hydraulic pump may receive power directly from the electric motor 140.

本発明のエアーコンプレッサー210について説明する。 The air compressor 210 of the present invention will be explained.

HST150の出力を介して、座席170下にエアーコンプレッサー210を配備している。本機の中では各作業機の上部にあたる位置に配備することで、吸引時に塵埃やごみ類を重量選別することが可能である。エアーコンプレッサー210で発生した圧力風は、エアーノズルを利用することで吸引作業や、あるいはエアーシリンダーを利用することで作業機の動作に利用することができる。 An air compressor 210 is installed under the seat 170 via the output of the HST 150. By placing it above each working machine in this machine, it is possible to sort out dust and dirt by weight during suction. The pressurized air generated by the air compressor 210 can be used for suction work by using an air nozzle, or for operating a working machine by using an air cylinder.

運転席ディスプレー330操作部について説明する。 The operation section of the driver's seat display 330 will be explained.

手動運転する場合の対応として、バッテリーの残容量、車速、主変速、副変速の設定、GNSSの感度と自車の走行ラインと目標ラインの状況、エンジン仕様の場合は燃料ゲージが表示され、ディスプレー330上で設定や各レバー、ダイヤルで条件設定できる。これらと同機能の表示と設定は、リモコンでも可能である。 When driving manually, the remaining battery capacity, vehicle speed, main and auxiliary gear settings, GNSS sensitivity, the status of the vehicle's driving line and target line, and the fuel gauge in the case of engine specifications are displayed. You can set conditions on the 330 and use each lever and dial. These same functions can also be displayed and set using the remote control.

作業系操作装置340について説明する。 The work system operating device 340 will be explained.

運転席の右側の操作装置340を利用して、作業機を操作することが可能である。操作装置340には大型のディスプレーが配備され、撮像手段A410、B411、C412、D413による撮像の表示がなされ、作業機の操作や設定が可能である。装備される作業機に応じて、ディスプレーの設定画面や、操作レバーや操作スイッチの役割が変更される。 It is possible to operate the work machine using the operating device 340 on the right side of the driver's seat. The operating device 340 is equipped with a large display, which displays images taken by the imaging means A410, B411, C412, and D413, and allows operation and settings of the working machine. The settings screen on the display and the roles of the control levers and control switches change depending on the work equipment installed.

自動運転と手動運転について説明する。 Explain automatic driving and manual driving.

本機は、ロボット作業機100であり、あらかじめ設定登録された内容で自動運転が可能である。またリモコンによる遠隔操作も行うこともできる。 This machine is a robot working machine 100, and is capable of automatic operation with the contents set and registered in advance. It can also be operated remotely using a remote control.

本機は転倒対応としてロプス300が座席170後方に配備されており、またロプス300の上方先端にはGPSの受信装置310と、本機の位置を確認、補正するための慣性計測装置IMU320も備えてある。この受信部を利用することで、本機は自車位置を正確に把握でき、自動運転を可能としている。 This machine is equipped with a LOPUS 300 behind the seat 170 to prevent falls, and the top end of the LOPUS 300 is also equipped with a GPS receiver 310 and an inertial measurement device IMU 320 for confirming and correcting the position of the machine. There is. By using this receiver, the device can accurately determine the vehicle's location, making autonomous driving possible.

またロボット作業機100は、乗車しての手動運転も可能である。本機の中央部には人が運転できるように、座席170とステアリング171が備えられており、運転操作装置175が動作検出すれば運転の切り替えが行われ、人が座席しての運転も可能である。 Further, the robot working machine 100 can be operated manually while riding on the robot. The central part of this machine is equipped with a seat 170 and a steering wheel 171 so that a person can drive the machine, and when the driving operation device 175 detects movement, the driving mode is switched, and it is possible to drive the machine with a person sitting in the seat. It is.

ロボット作業機100の基本的な位置ずれ対応、自動操舵について説明する。 Basic positional shift handling and automatic steering of the robot work machine 100 will be explained.

GPSの受信装置310と、測位方式である測位ユニットは、測位衛星と既知の位置に設けられた基地局とに設けられた移動局で構成されている。これにより測位衛星から移動局に送信されてくる位置情報と基地局から移動局に送信されてくる補正用の位置情報から移動局の位置、すなわち作業機の位置を正確に得ることができる。 The GPS receiving device 310 and the positioning unit, which is a positioning method, are composed of a mobile station provided at a positioning satellite and a base station provided at a known position. Thereby, the position of the mobile station, that is, the position of the work implement, can be accurately obtained from the position information transmitted from the positioning satellite to the mobile station and the correction position information transmitted from the base station to the mobile station.

基地局は、固定用通信機と測位衛星からの位置情報を受信するGPSの受信装置310と、移動局に補正用の位置情報を送信する固定用データ送信アンテナで構成されている。 The base station is comprised of a fixed communication device, a GPS receiver 310 that receives position information from positioning satellites, and a fixed data transmission antenna that transmits correction position information to the mobile station.

移動局は、移動用通信機と、測位衛星からの位置情報を受信する移動用GPSの受信装置と、基地局からの補正用の位置情報を受信する移動用データ送信アンテナで構成されている。作業機の制御部180は、CPU等からなる処理部と、ROM、RAM、ハードディスクドライブ、フラッシュメモリ等からなる記憶部と、外部とのデータ通信用の通信部から形成されている。 The mobile station includes a mobile communication device, a mobile GPS receiver that receives position information from a positioning satellite, and a mobile data transmission antenna that receives correction position information from a base station. The control unit 180 of the work machine is formed of a processing unit including a CPU, a storage unit including ROM, RAM, hard disk drive, flash memory, etc., and a communication unit for data communication with the outside.

GPSの受信装置310は、単独測位方式、DGPS(相対測位)方式、RTK(干渉測位)方式等のうち、作業をする地域に適したものを用いるとよい。しかしながら、機体の傾斜や振動の影響によりGPSの受信装置310の地上高が変動すると、実際の機体位置と異なる座標位置が測定され、受信精度が低下すると共に、直進からずれた方向に機体が走行してしまう問題が生じる。これを防止すべく、GPSの受信装置310に加えて、慣性計測装置IMU320を設ける。慣性計測装置IMU320は、ロボット作業機100が傾斜姿勢になるときの地表からGPSの受信装置310までの高さと、傾斜していないときの地表からGPSの受信装置310までの高さの差に基づき、GPSの受信装置310が取得した位置座標を制御部180に修正させるものである。 For the GPS receiving device 310, it is preferable to use a method suitable for the area where work is to be performed, such as a single positioning method, a DGPS (relative positioning) method, or an RTK (interferometric positioning) method. However, if the ground height of the GPS receiver 310 changes due to the influence of the aircraft's tilt or vibration, a coordinate position different from the actual aircraft position will be measured, reducing reception accuracy and causing the aircraft to travel in a direction that deviates from straight ahead. A problem arises. In order to prevent this, in addition to the GPS receiving device 310, an inertial measurement device IMU 320 is provided. The inertial measurement device IMU 320 is based on the difference between the height from the ground surface to the GPS receiving device 310 when the robot working machine 100 is in a tilted position and the height from the ground surface to the GPS receiving device 310 when the robot work machine 100 is not tilted. , the control unit 180 corrects the position coordinates acquired by the GPS receiving device 310.

なお、地表からGPSの受信装置310までの高さは、ロボット作業機100の傾斜等の挙動を、慣性計測装置IMU320に内蔵される三軸の加速度センサと角速度センサで計測して割り出すものとする。これに加えて、自動直進システムによる機体の走行方向が正しいかどうかをより確実に制御部180に判定させるべく、方位センサ311を設ける。このときの位置座標の補正については、図10のSS1からSS5に示すとおりである。これにより、機体の進路を計測される方位により定めることができるので、直進走行の精度がいっそう向上する。 Note that the height from the ground surface to the GPS receiving device 310 is determined by measuring the behavior of the robot working machine 100, such as inclination, using a triaxial acceleration sensor and an angular velocity sensor built into the inertial measurement device IMU 320. . In addition to this, a direction sensor 311 is provided to allow the control unit 180 to more reliably determine whether the direction in which the aircraft is traveling by the automatic straight-ahead system is correct. Correction of the position coordinates at this time is as shown in SS1 to SS5 in FIG. 10. This allows the aircraft's course to be determined based on the measured direction, further improving the accuracy of straight travel.

GPSの受信装置310が取得する位置情報は、慣性計測装置IMU320と方位センサ311が検出する情報に基づき、制御部180により補正される。そして、制御部180は、現在の位置情報と先に取得されている位置情報を比較し、位置情報の相違が許容範囲を超えていると、機体を直進走行位置に戻すべく、前輪左560と前輪右570を左右方向に操舵させる。 The position information acquired by the GPS receiving device 310 is corrected by the control unit 180 based on information detected by the inertial measurement device IMU 320 and the orientation sensor 311. Then, the control unit 180 compares the current position information with the previously acquired position information, and if the difference in position information exceeds the allowable range, the control unit 180 adjusts the left front wheel 560 to return the aircraft to the straight-ahead running position. The right front wheel 570 is steered in the left-right direction.

前輪左560と前輪右570の操舵を自動化すべく、ステアリング171を操舵アクチュエータ173で回動させる自動操舵装置172を設ける。自動操舵装置172は、図15のSS6~SS9に示すとおり制御部180が算出した現在の位置情報のX座標と、先に取得されている基準となる位置情報のX座標の差異に基づき、操舵アクチュエータ173の作動量が変動されることで、機体を直進走行位置に向かわせるべく、ステアリング171を左右に切ると共に、直進走行位置に来ると操舵アクチュエータ173を停止させてステアリング171の自動操舵172を停止させるものである。 In order to automate the steering of the left front wheel 560 and the right front wheel 570, an automatic steering device 172 is provided that rotates a steering wheel 171 with a steering actuator 173. The automatic steering device 172 performs steering operations based on the difference between the X coordinate of the current position information calculated by the control unit 180 and the X coordinate of the previously acquired reference position information, as shown in SS6 to SS9 in FIG. By varying the operating amount of the actuator 173, the steering wheel 171 is turned left and right to direct the aircraft to the straight-ahead position, and when the aircraft reaches the straight-ahead position, the steering actuator 173 is stopped and the automatic steering 172 of the steering wheel 171 is activated. It is something that makes it stop.

操舵アクチュエータ173は、電動や油圧式のモータ、あるいはシリンダで構成する。上記構成により、算出された位置情報のX座標の差異に合わせてステアリング171が自動的に操舵され、機体を直進走行位置に自動的に合わせることができるので、作業装置による作業位置が左右方向にずれることが防止され、圃場内に作業が行われない箇所が発生しにくくなる。これにより、作業が行われなかった箇所に、後から人手で作業を行う必要が無くなり、作業者の労力が軽減される。 The steering actuator 173 is composed of an electric or hydraulic motor or a cylinder. With the above configuration, the steering wheel 171 is automatically steered according to the difference in the X coordinate of the calculated position information, and the aircraft can be automatically aligned to the straight-ahead traveling position, so that the work position of the work device can be adjusted in the left-right direction. Misalignment is prevented, and it is less likely that there will be areas in the field where work is not performed. This eliminates the need to manually perform work on areas where no work has been done afterwards, reducing the labor of the worker.

GPSの受信装置と慣性計測装置より算出された自車位置、慣性座標について説明する。 The vehicle position and inertial coordinates calculated by the GPS receiver and inertial measurement device will be explained.

ロボット作業機100において、自車の座標位置として、東西をX軸とし南北をY軸として、GPSの受信装置310の座標を重ね合わせる制御を行う。またロボット作業機100の自動直進の開始点である圃場の一側と自動直進の終了点である圃場の他側の座標を取得させる。 In the robot working machine 100, control is performed to superimpose the coordinates of the GPS receiving device 310 with the east-west direction as the X-axis and the north-south direction as the Y-axis, as the coordinate position of the own vehicle. Also, the coordinates of one side of the field, which is the starting point of the automatic straight-ahead movement of the robot working machine 100, and the coordinates of the other side of the field, which is the end point of the automatic straight-ahead movement of the robot working machine 100, are acquired.

第1基準点A601を取得した状態で、第2基準点B602を取得し、この直線ラインが進行方向600となる。進行方向600に向かう走行ラインに対して、自車の前後の車軸610、いわゆる方向ラインが傾いている場合は、図6の如く、方向変更を行う。 With the first reference point A601 obtained, the second reference point B602 is obtained, and this straight line becomes the traveling direction 600. If the front and rear axles 610 of the own vehicle, so-called direction lines, are inclined with respect to the traveling line heading in the traveling direction 600, the direction is changed as shown in FIG.

圃場の一端と他端の所定位置、例えば、直進走行を終えて作業機が旋回を開始する位置と、旋回終了後に直進走行を開始する位置に第1基準点A601と第2基準点B602を移設設定し、直進走行する。 The first reference point A 601 and the second reference point B 602 are relocated to predetermined positions at one end and the other end of the field, for example, the position where the work equipment starts turning after finishing straight traveling and the position where straight traveling starts after completing turning. Set and drive straight.

上記のとおり、新規に第1基準点A601と第2基準点B602を取得していると、該第1基準点A601と第2基準点B602の各Y座標を結んだ基準線が、移設設定した自動直進の目安となる線となり、走行中の機体の位置座標のX座標が、自動直進の目安となる線のX座標と合致しているか否かを判定し、合致していなければ自動操舵装置172により合致する方向にステアリング171を自動操舵させることで、自動直進走行を実現することができる。制御部180は、GPSの受信装置310が取得する位置座標のY座標と基準線のY座標を比較し、操舵アクチュエータ173を作動させてステアリング171を左右方向に回転させ、ロボット作業機100を直進走行すべき位置に移動させる制御を開始する。この自動操舵は、ステアリング171が所定の時間内に走行車体を旋回させる角度まで操作されるか、自動直進設定部材207が第2の方向に操作されると終了する。前記ステアリング171の操舵角度は、ハンドルポテンショメータ172によって検知するものとする。第1基準点Aまたは第2基準点BのY座標と一致する場所に走行車体2が到達すると、自動直進制御が終了され、旋回制御に入る構成としてもよい。 As mentioned above, when the first reference point A601 and the second reference point B602 are newly acquired, the reference line connecting the respective Y coordinates of the first reference point A601 and the second reference point B602 is set to be relocated. This is a line that serves as a guide for automatic straight-ahead travel, and it is determined whether the X coordinate of the position of the moving aircraft matches the X-coordinate of the line that serves as a guide for automatic straight-ahead travel.If it does not match, the automatic steering system By automatically steering the steering wheel 171 in a direction that is more consistent with the steering wheel 172, automatic straight-ahead driving can be realized. The control unit 180 compares the Y coordinate of the position coordinate acquired by the GPS receiving device 310 with the Y coordinate of the reference line, operates the steering actuator 173 to rotate the steering wheel 171 in the left and right direction, and moves the robot working machine 100 straight. Control to move the vehicle to the desired position is started. This automatic steering ends when the steering wheel 171 is operated to an angle that turns the traveling vehicle body within a predetermined time, or when the automatic straight-ahead setting member 207 is operated in the second direction. The steering angle of the steering wheel 171 is detected by a handle potentiometer 172. When the traveling vehicle body 2 reaches a location that matches the Y coordinate of the first reference point A or the second reference point B, the automatic straight-ahead control may be terminated and the turning control may be started.

本実施の形態では、基準ラインの位置情報を作業工程ごとに取得し、そのたびに作業工程の次の工程における目標ラインの位置情報を決定する。これにより、基準ラインのズレを最小限に抑えることが出来て、次の作業工程における目標ラインもズレを少なく出来ると共に、自動旋回工程における条合わせも実施出来る。 In this embodiment, the positional information of the reference line is acquired for each work process, and the positional information of the target line in the next process of the work process is determined each time. As a result, the deviation of the reference line can be minimized, the deviation of the target line in the next work process can be reduced, and the line alignment in the automatic turning process can also be carried out.

時間の経過とともに基準ラインにズレが生じたり、雲等の影響で基準ラインのズレが生じる場合もあるので、上記の様に作業工程ごとに基準ラインを新たに取得することにより、基準ラインのズレを最小限に抑えることが出来て、次の植付け作業工程における目標ラインもズレを少なく出来ると共に、自動旋回工程における条合わせも実施出来る。 There may be deviations in the reference line over time or due to the influence of clouds, etc., so by acquiring a new reference line for each work process as described above, it is possible to eliminate deviations in the reference line. It is possible to minimize the deviation of the target line in the next planting work process, and it is also possible to perform row alignment in the automatic turning process.

四輪駆動四輪操舵走行について説明する。 Four-wheel drive four-wheel steering driving will be explained.

本作業機は、四輪駆動で四輪操舵を可能とするものである。前輪左560、前輪右570、後輪左580、後輪右590と配備され、560、570、580、590の各車輪は、同じHST150からの動力を受けて回転しているが、動力伝達経路において各軸への個別変速が行われ、各車輪にあるファイナルケース内の遊星ギヤーで回転数は個別に変更可能である。また各車輪のブレーキも電子制御にて、個別にかけることも可能である。 This work machine is four-wheel drive and allows four-wheel steering. The left front wheel 560, the right front wheel 570, the left rear wheel 580, and the right rear wheel 590 are arranged, and each wheel 560, 570, 580, and 590 rotates by receiving power from the same HST 150, but the power transmission path In this system, individual speed changes are performed for each shaft, and the rotational speed can be changed individually using planetary gears in the final case of each wheel. It is also possible to apply the brakes on each wheel individually using electronic control.

また各車輪は、個別のリンクによって操舵を可能としている。本発明では各車軸に個別の電動式ギヤーモータが前輪左モータ561、前輪右モータ571、後輪左モータ581、後輪右モータ591と配備され配備されており、制御部180にて回転を制御されている。各車軸にはポテンショメータ562、572、573、574が配備さてており個別で操舵角を検出している。制御部180による操舵角の指示に対して検出角度が異なる場合は、各電動式ギヤーモータを作動させる。 Additionally, each wheel can be steered by an individual link. In the present invention, individual electric gear motors are provided for each axle as a front left motor 561, a front right motor 571, a rear left motor 581, and a rear right motor 591, and the rotation is controlled by the control unit 180. ing. Potentiometers 562, 572, 573, and 574 are provided on each axle to individually detect the steering angle. If the detected angle differs from the steering angle instruction given by the control unit 180, each electric gear motor is operated.

図4~図9は、第一の発明の実施例を示すものである。 4 to 9 show embodiments of the first invention.

この発明では、前述のように本機は自動運転が可能であり、四輪の回転数がそれぞれに変更でき、四輪の車輪方向もそれぞれに変更できるため、横移動や車体の中心位置を軸とした回転移動も可能である。二輪操舵機構では、位置ずれが検出された場合は、走行しながら徐々に位置合わせをしなければならなかった。しかし1mを超えて位置ずれが発生した場合では、作業走行しながらの位置合わせでは作業できない範囲が発生してしまうため、作業前に前進、後進と操舵を切替しながら位置合わせ対応しなければならず、圃場を傷める場合があった。本発明では、横移動や車体の中心位置を軸とした回転移動も可能であるため、ほぼ走行することなくスタート位置で位置ずれ合わせをすることが可能となる。 With this invention, as mentioned above, this machine is capable of automatic operation, and the rotation speed of the four wheels can be changed independently, and the direction of the four wheels can also be changed independently, so it can move laterally and the center position of the car body can be changed independently. Rotational movement is also possible. With a two-wheel steering mechanism, if a positional shift is detected, the position must be gradually adjusted while the vehicle is running. However, if the positional deviation exceeds 1m, there will be areas that cannot be worked on by positioning while driving, so it is necessary to adjust the position by switching between forward and backward movement and steering before starting work. However, there were cases where the farmland was damaged. In the present invention, since lateral movement and rotational movement about the center position of the vehicle body are also possible, it is possible to perform positional alignment at the starting position almost without traveling.

走行の仕方について説明する。前述に記載した第1基準点A601と第2基準点B602を取得し、走行ラインを決定する。またGPSの受信装置と慣性計測装置より算出された自車位置は慣性座標である。 I will explain how to drive. The first reference point A601 and the second reference point B602 described above are acquired, and a travel line is determined. Further, the vehicle position calculated by the GPS receiving device and the inertial measurement device is an inertial coordinate.

自動運転においては、慣性座標で検出した位置と、第1基準点A601と第2基準点B602を取得による走行ラインによる位置とGPSの受信装置と慣性計測装置より算出された自車位置の位置ずれを合わせる制御も行いながら、進行方向600と前後の車軸610を合わせながら、進行方向と位置を合わせるものである。 In automatic driving, the position deviation between the position detected by inertial coordinates, the position according to the driving line obtained by acquiring the first reference point A601 and the second reference point B602, and the own vehicle position calculated by the GPS receiving device and inertial measurement device This is to adjust the traveling direction and position while also performing control to match the traveling direction 600 and the front and rear axles 610.

図4は、進行方向600に対して、方位は同じであるが、自車中心位置611が進行方向600の走行ライン上におらず位置ずれしている場合である。従来技術であれば、この位置のずれを走行しながら合わせていくものである。したがって方位が合致しているにもかかわらず、方位変更を許可して位置ずれ合わせのために所定の範囲内で方位を変更し、走行をしながら徐々に位置を進行方向ライン内に合わせるものである。こうした位置合わせでは、走行経路に合致するまでの間で、作業ができていない部位をつくることになる。 FIG. 4 shows a case where, although the orientation is the same with respect to the traveling direction 600, the own vehicle center position 611 is not on the traveling line of the traveling direction 600 and is displaced. With the conventional technology, this positional shift is adjusted while the vehicle is running. Therefore, even if the directions match, the system allows the direction to be changed and changes the direction within a predetermined range to adjust the position, and gradually adjusts the position to within the traveling direction line while driving. be. In this type of position alignment, there will be parts that cannot be worked on until the vehicle matches the travel route.

単純に走行経路にそって運転するシステムであれば問題は無いが、本発明は作業機であり、作業できていない部分があると再度、その部位の対応を行わなければならない。こうした煩わしさへの対応のためには、走行によって徐々に位置合わせを行うのではなく、可能であれば走行することなく、位置移動することで位置合わせすることができれば良い。 There would be no problem if the system simply operated along a travel route, but the present invention is a working machine, and if there is a part that cannot be worked on, that part must be repaired again. In order to deal with this inconvenience, it is sufficient if the positioning can be performed by moving the position without running, if possible, instead of gradually aligning the position by driving.

図4に示すように進行方向600に対して、左側に平行に位置ずれをしている場合は、前輪左560、前輪右570を左側に切る。後輪左580、後輪右590は、前輪と反対側に操舵を切る。この場合は前輪が左側であるため右側に向く操舵を切る。その上で前輪左560、前輪右570は後方への車輪の回転とし、後輪左580、後輪右590は前方への車輪の回転とする。 As shown in FIG. 4, if the position is shifted parallel to the left side with respect to the traveling direction 600, the left front wheel 560 and the right front wheel 570 are turned to the left side. The left rear wheel 580 and the right rear wheel 590 are steered to the opposite side from the front wheels. In this case, the front wheels are on the left, so turn the steering to the right. In addition, the left front wheel 560 and the right front wheel 570 are assumed to rotate rearward, and the left rear wheel 580 and right rear wheel 590 are assumed to be rotated forward.

つまり車体の中心から右側に操舵方向も進行方向も向かうように設定する。この操舵と車輪の回転制御によって車体は前後の車輪が押し合うように動き、車輪と接地部のスリップを行いながら右側に平行移動することができる。これによって作業走行しないで、また方向が合致しているものを方向変更しながら合わせるのではなく、平行移動で位置合わせ制御ができるものとなる。 In other words, the steering direction and traveling direction are set to the right from the center of the vehicle body. Through this steering and wheel rotation control, the vehicle body moves as if the front and rear wheels are pushing against each other, allowing the vehicle body to move in parallel to the right while slipping between the wheels and the ground contact area. This makes it possible to control the positioning by parallel movement without traveling or changing the direction of objects whose directions match.

図5では方向においては合致しているが、位置のずれがあり、横移動と後方への移動が必要となった場合である。この場合、前後の車輪を同じ方向に操舵させて斜め移動する走行もある。位置ずれの距離が長い場合は、こうした斜め移動する方法が良いが、微小な距離では行き過ぎする場合があり、この時に切換し操舵を行うと圃場を傷める場合がある。そのため、図4で示したスリップ走行を利用するものである。図に示す→の長さの違いは車輪の回転数の違いを示している。この図では前輪左560、前輪右570を左側に切り、後方への回転として回転数は速い設定である。また後輪左580、後輪右590は右側に切り、前方への車輪の回転であるが回転数は遅い設定である。これによって車体は斜め後ろに徐々に平行移動する。位置ずれ観測しながら、前後車輪の回転数を変更制御しながら対応する。例えば後方への下がり方が足りないと移動中に判定されれば、さらに後輪左580、後輪右590の回転数を低下させることで対応できる。 In FIG. 5, although the directions match, there is a positional shift, and lateral movement and rearward movement are required. In this case, the front and rear wheels may be steered in the same direction to move diagonally. If the distance of positional deviation is long, such a diagonal movement method is better, but if the distance is minute, it may go too far, and switching and steering at this time may damage the field. Therefore, the slip running shown in FIG. 4 is used. The difference in the length of → shown in the figure indicates the difference in the number of rotations of the wheels. In this figure, the left front wheel 560 and the right front wheel 570 are turned to the left, and the rotation speed is set to be fast for backward rotation. Further, the left rear wheel 580 and the right rear wheel 590 are turned to the right side, and the wheels rotate forward, but the rotation speed is set to be slow. This causes the vehicle body to gradually move diagonally backward in parallel. While observing the positional deviation, we respond by changing and controlling the rotation speed of the front and rear wheels. For example, if it is determined during movement that the rearward movement is insufficient, this can be countered by further reducing the rotational speed of the left rear wheel 580 and the right rear wheel 590.

図6では、方向と位置の両方がずれている場合の対応である。進行方向に対して左に向いており、車体位置は左で前方に寄っていると判断される。この場合、図5と同じ制御をとるが、異なる点は前輪と後輪の操舵角である。前輪の左向きの操舵角を後輪の右向きの操舵角よりも大きくすることで前側の移動量を大きくすることで、回転移動を行うことができる。これによって後方へ回転移動させながら進行方向600と前後の車軸610を合わせ、また座標位置の両方を合致させることが可能である。 FIG. 6 shows a case where both direction and position are shifted. The vehicle is facing left in the direction of travel, and the vehicle body position is determined to be on the left and toward the front. In this case, the same control as in FIG. 5 is performed, but the difference is in the steering angles of the front wheels and rear wheels. By making the leftward steering angle of the front wheels larger than the rightward steering angle of the rear wheels to increase the amount of movement on the front side, rotational movement can be performed. This makes it possible to align the traveling direction 600 with the front and rear axles 610 while rotating backward, and also to align both coordinate positions.

図7では作業走行しながら位置合わせしていく方法を説明する。ただし徐々に位置合わせするのではなく、スリップ走行しながら短距離で行うものであり、従来技術とは異なるものである。図7では、進行方向600に対して、前後の車軸610は左に向いており、車体座標位置は左に寄っていると判断される。4輪とも右側へ切るが、回転移動を伴うため、前輪の操舵角を大きくし、また車輪の回転数も前輪の回転数を高くする。この場合走行しながらの位置合わせのため位置検出精度もずれが生じるため前輪の操舵はしばらく柔軟に対応し、直進のための操舵固定制御には入らない。 In FIG. 7, a method of positioning while traveling will be explained. However, the positioning is not done gradually, but rather over a short distance while slipping, which is different from the prior art. In FIG. 7, the front and rear axles 610 are directed to the left with respect to the traveling direction 600, and it is determined that the vehicle body coordinate position is shifted to the left. All four wheels turn to the right, but since this involves rotational movement, the steering angle of the front wheels is increased and the rotational speed of the front wheels is also increased. In this case, position detection accuracy will vary due to positioning while the vehicle is running, so the front wheels will be flexibly steered for a while and will not enter fixed steering control for straight-ahead travel.

図8はスピン制御である。コンバイン等のクローラでは左右の回転方向を違えることで対応できるが4輪の場合は接地圧が低いため圃場でスリップして回転することはできない。そのため四輪の操舵は同じ方向として前後の回転数を変更して対応する場合、あるいは左右の車輪の回転数を違えたり、回転の中心とする内側の車輪の一車輪の回転を止めたり、極端に低下させることで、その車輪を軸にして回転させるものである。 FIG. 8 shows spin control. With crawlers such as combine harvesters, this can be done by changing the left and right rotation directions, but with four wheels, the ground pressure is low, so it is impossible to slip and rotate in the field. Therefore, steering the four wheels in the same direction by changing the front and rear rotation speeds, or changing the rotation speeds of the left and right wheels, stopping the rotation of one wheel on the inside wheel that is the center of rotation, or extreme By lowering the wheel to a lower position, the wheel is rotated around the axis.

図9は固定車輪による車体回し制御である。この図では後輪右590にブレーキをかけて、前輪左560と後輪左580を駆動させる。前輪570は従動回転するのみである。この制御によって、後輪右590を中心軸とした方向変更制御を可能とする。 FIG. 9 shows vehicle body turning control using fixed wheels. In this figure, the brake is applied to the right rear wheel 590, and the left front wheel 560 and left rear wheel 580 are driven. The front wheel 570 only rotates as a result. This control enables direction change control with the right rear wheel 590 as the central axis.

図4から図9までは、スリップ走行の代表的な動きである。基本は、四輪の内、一輪あるいは二輪の回転数を変更することで、スリップをさせることである。自動車等でアスファルトの上では困難であるが、圃場で土の上で作業する作業機では、スリップ走行は容易であり、四輪駆動、四輪操舵の組み合わせにより、作業走行を伴わない位置移動を行うことで、作業前に位置ずれ対応を入れることで良好な自動運転を即時にとりかかれる制御とするものある。作業しながら合わせるのはなく、作業開始前に位置合わせできることで作業漏れもなくロボット運転ができる。 4 to 9 show typical movements of slip running. The basic idea is to cause slippage by changing the rotation speed of one or two of the four wheels. While it is difficult for a car or other vehicle to slip on asphalt, it is easy for a working machine that works on the soil in a field to slip, and by combining four-wheel drive and four-wheel steering, it is possible to move the position without traveling for work. By doing this, there is a control system that allows you to immediately start good automatic operation by taking measures against positional deviations before starting work. Rather than aligning while working, the robot can be operated without missing any work because it can be aligned before starting work.

第二の発明の説明となるが、位置ずれ制御は、微小な違いでも反応していれば、常にスリップ走行を行わなければならず、逆に誤作動する場合もある。この対応方法として、位置ずれの対応範囲を設ける必要がある。方向角においては所定角を設け、この範囲に収まれば位置ずれ検出は継続し、操舵制御は行うものの、四輪の回転数を同回転数として駆動輪の回転数の差によるスリップ走行を停止するものである。これによって走行ロスがなくなり、安定した直線走行ができ、また燃費向上ともなる。作業機自体も負荷がかからないことも消耗部品等の点で良好となる。このようにスリップ走行は効果が高いがリスクもあり、早期対応、早期解除する制御を織り込むことで自動運転制御を安定的に対応できるようになる。 As for the second aspect of the invention, if positional deviation control reacts to even minute differences, slip running must be performed at all times, and conversely, malfunction may occur. As a method for dealing with this, it is necessary to provide a range for dealing with positional deviations. A predetermined angle is set for the direction angle, and if it falls within this range, positional deviation detection continues, steering control is performed, but the rotational speed of the four wheels is kept at the same rotational speed, and slip running due to the difference in the rotational speed of the drive wheels is stopped. It is something. This eliminates running loss, allows stable straight-line driving, and improves fuel efficiency. The fact that no load is applied to the working machine itself is also advantageous in terms of consumable parts and the like. In this way, slip driving is highly effective, but it also has risks, and by incorporating early response and early release controls, automatic driving control can be used stably.

GPSの受信装置と慣性計測装置より算出された自車位置の座標系と、センシング用の撮像手段とあらかじめ登録された地上における緯度経度情報で検出された座標系の位置を、回転系の座標変換法による運動方程式に基づき合致させる第三の発明について説明する。 The coordinate system of the vehicle's position calculated by the GPS receiver and inertial measurement device and the position of the coordinate system detected by the imaging means for sensing and the latitude and longitude information on the ground registered in advance are converted into a rotational system coordinate system. A third invention in which matching is performed based on an equation of motion according to the method will be explained.

この発明は、GPSの受信装置と慣性計測装置より算出された慣性座標系と、センシング用の撮像手段とあらかじめ登録された地上における緯度経度情報で検出された絶対座標系の位置を、回転系の座標変換法による運動方程式に基づき合致させ、四輪の回転数を一輪、あるいは二輪の回転数を他の車輪の回転数と異なる回転数とし、車輪と接地部のスリップを行いながら四輪操舵を行うことで対応するものである。 This invention uses an inertial coordinate system calculated by a GPS receiving device and an inertial measurement device, and an absolute coordinate system detected by an imaging means for sensing and latitude and longitude information registered in advance on the ground as a rotating system. Matching is done based on the equation of motion using the coordinate transformation method, the rotation speed of one wheel or two wheels is set to a rotation speed different from the rotation speed of the other wheels, and four-wheel steering is performed while slipping between the wheels and the ground contact area. We respond by doing things.

まず慣性座標系について説明する。GPSの受信装置310は、単独測位方式、DGPS(相対測位)方式、RTK(干渉測位)方式等のうち、作業をする地域に適したものを用いる。しかしいずれの方策をもちいても地球を座標基準とした場合において、計測された座標にはオフセット量が存在する。そのオフセット量を補正する対応として、複数の衛星からの情報と地上の基地局からの位置情報で補正を行い対応している。 First, the inertial coordinate system will be explained. The GPS receiving device 310 uses a method suitable for the area where work is to be performed, such as a single positioning method, a DGPS (relative positioning) method, or an RTK (interferometric positioning) method. However, no matter which method is used, when the earth is used as the coordinate reference, there is an offset amount in the measured coordinates. In order to correct the amount of offset, corrections are made using information from multiple satellites and position information from base stations on the ground.

既存の技術としては、衛星だけの情報ではなく、慣性計測装置IMU320によって位置情報を補正する発明が上げられている。しかるに慣性計測装置はロボット作業機100である本機が走行を行い、走行によるヨーレイト等の力を計測することで算出が可能となるものであり停止状態では、障害物等の検出にしかならず、本来の位置検出の補正の役割をなすものではない。 As an existing technology, there is an invention that corrects position information using an inertial measurement unit IMU 320 instead of information only from a satellite. However, the inertial measurement device can be calculated by measuring forces such as yaw rate when the robot work machine 100 moves, and when it is stopped, it can only detect obstacles, etc. It does not play a role in correcting position detection.

本発明においては、作業開始で停止している状態で位置ずれ対応をするものである。慣性計測装置IMU320は十分に機能しておらず、GPSの受信装置310の衛星からのデータによる座標系を十分に補正することはできていない状態であるが、GPSの受信装置310と慣性計測装置IMU320より算出された自車位置の座標系、これを慣性座標として定める。 In the present invention, the positional shift is dealt with while the machine is stopped at the start of the work. The inertial measurement device IMU 320 is not fully functioning and cannot sufficiently correct the coordinate system of the GPS reception device 310 based on data from the satellite. The coordinate system of the own vehicle position calculated by the IMU 320 is defined as an inertial coordinate.

次に絶対座標系について説明する。ロボット作業機100には、制御部180には、あらかじめ作業する圃場とその圃場の作業開始位置の座標系を登録している圃場位置データ621がある。緯度経度から地表における絶対位置としての登録がなされている。圃場データとして作業開始位置や基準となる位置は数か所の絶対位置座標が座標数値データとして登録されており、圃場マップデータとしてデータ登録し、読み出すことも可能である。圃場位置選択端末620からマップ上の目標位置を押さえることで、各圃場の基準点の絶対座標を読み出しできるものある。 Next, the absolute coordinate system will be explained. In the robot work machine 100, the control unit 180 has field position data 621 in which the coordinate system of the field to be worked on and the work start position of the field is registered in advance. It is registered as an absolute position on the earth's surface based on latitude and longitude. As field data, the absolute position coordinates of several locations such as work start positions and reference positions are registered as coordinate numerical data, and it is also possible to register and read data as field map data. In some cases, by pressing the target position on the map from the field position selection terminal 620, the absolute coordinates of the reference point of each field can be read out.

またロボット作業機100には撮像手段B411、C412、D413が備えられている。この映像は圃場の作物の確認や周辺の障害物を確認するものであるが方位を確認できる機能を有している。あらかじめ作業開始位置で決定した位置において、撮像手段B411、C412、D413が捉えた画像が登録されている。制御部180は、このあらかじめ撮影された画像の造形物の配置や面積から方位ずれの算出機能を有している。ロボット作業機100では、撮像手段B411、C412、D413による画像とあらかじめ登録された画像を比較しながら機体の移動量の判定を行う。 The robot work machine 100 is also equipped with imaging means B411, C412, and D413. This video is used to check crops in the field and nearby obstacles, but it also has a function that allows you to check the direction. Images captured by the imaging means B411, C412, and D413 at positions determined in advance as work start positions are registered. The control unit 180 has a function of calculating the orientation shift from the arrangement and area of the shaped object in the image photographed in advance. In the robot work machine 100, the amount of movement of the machine body is determined while comparing the images taken by the imaging means B411, C412, and D413 with the images registered in advance.

絶対座標系では、地球を基準とした各圃場の座標基準と、撮像手段による画像合わせによる座標基準によって初期の絶対座標位置のオフセット量の補正を行う。この座標位置は、GPSの受信装置310から算出させる位置より精度としては正確であり、絶対座標として利用できるものである。 In the absolute coordinate system, the offset amount of the initial absolute coordinate position is corrected using the coordinate reference of each field based on the earth and the coordinate reference based on image matching by the imaging means. This coordinate position is more accurate than the position calculated from the GPS receiving device 310, and can be used as absolute coordinates.

一方、GPSの受信装置310の位置データは、慣性計測装置IMU320の補正によって精度が向上するものである。走行を伴わない圃場の作業開始位置では誤差は大きい状態であるが、この座標を慣性座標として絶対座標との位置合わせを行っていく。 On the other hand, the accuracy of the position data of the GPS receiving device 310 is improved by correction by the inertial measurement device IMU 320. Although there is a large error at the work start position in the field where no movement is involved, this coordinate is used as the inertial coordinate to align with the absolute coordinate.

このように座標位置においては、絶対座標と慣性座標がある。また本提案における絶対座標はあらかじめ登録された圃場位置であり、その時点では正確であるが、作業車が走行を開始すると絶対座標を設定しておいても、慣性座標に頼るところが大きい。こうした従来技術の課題も含め、絶対座標と慣性座標を作業開始位置で合わせ込むことができれば、その後の位置ずれは、GPSの受信装置310と絶対座標と定義した位置がはじめから内包しているオフセット量のみとなり、位置算出としての精度は高いものが期待される。 In this way, there are two types of coordinate positions: absolute coordinates and inertial coordinates. Furthermore, the absolute coordinates in this proposal are field positions registered in advance, and are accurate at that point in time, but once the work vehicle starts traveling, even if the absolute coordinates are set, there is a heavy reliance on inertial coordinates. If the absolute coordinates and inertial coordinates can be aligned at the work start position, including these problems with the conventional technology, the subsequent positional deviation will be caused by the offset inherent in the GPS receiving device 310 and the position defined as the absolute coordinates. Since it is only a quantity, it is expected that the accuracy of position calculation will be high.

本発明は、こうした課題に対応すべく、作業開始時に作業開始位置で、絶対座標と慣性座標を合わせ込むようにロボット作業機100を移動することにある。この絶対座標と慣性座標の合致として慣性座標を仮想座標として、絶対座標系と合わせる制御を行う。方策としては、ロボット作業機100がスリップ走行しながら座標を合わせていくとするものである。 In order to solve these problems, the present invention moves the robot work machine 100 so that the absolute coordinates and the inertial coordinates are aligned at the work start position at the time of starting the work. As a match between the absolute coordinates and the inertial coordinates, the inertial coordinates are used as virtual coordinates, and control is performed to match them with the absolute coordinate system. As a measure, the robot working machine 100 adjusts the coordinates while slipping.

現実的なGPSの受信装置310の慣性座標と絶対座標の位置ずれは、数センチメートル~数十センチメートル程度である場合が多く、数メートルを超えて位置ずれすることは無いため、僅かに横移動すれば対応できるものである。むしろ方位のずれの方が大きいともいえる。こうしたことも踏まえ、方位合わせを優先し位置ずれ対応が可能な、回転系の座標合わせを用いる論理を適用する。絶対座標と慣性座標をX軸とY軸の起点を合わせ、互いのずれを合わせる論理である。 The actual positional deviation between the inertial coordinates and absolute coordinates of the GPS receiving device 310 is often on the order of several centimeters to several tens of centimeters, and since the positional deviation does not exceed several meters, slight lateral This can be dealt with by moving. In fact, it can be said that the deviation in direction is larger. Taking this into account, we apply a logic that prioritizes orientation alignment and uses rotating system coordinate alignment, which can deal with positional deviations. This is the logic of aligning absolute coordinates and inertial coordinates with the starting points of the X-axis and Y-axis, and adjusting mutual deviations.

図11、12では、絶対座標と慣性座標を合わせ込む方策として、回転系の座標変換法による運動方程式に基づき合致させる制御を行う。東西をX軸とし南北をY軸として、絶対座標系に、GPSの受信装置310の座標を重ね合わせる。慣性座標系の軸ずれ角を算出し、現在位置からの移動速度、スリップ率より、所定時間における空間移動量を推定し、合致する位置までの推定時間とその位置におけるロボット作業機100のX軸とY軸の移動速度を算出することで、ロボット作業機100の初期移動の操舵方向と移動速度を決定するものである。 In FIGS. 11 and 12, as a measure to match absolute coordinates and inertial coordinates, control is performed to match them based on an equation of motion using a coordinate transformation method of a rotating system. The coordinates of the GPS receiving device 310 are superimposed on the absolute coordinate system, with east-west as the X-axis and north-south as the Y-axis. Calculate the axis deviation angle of the inertial coordinate system, estimate the amount of spatial movement in a predetermined time from the movement speed and slip rate from the current position, and calculate the estimated time to the matching position and the X-axis of the robot working machine 100 at that position. By calculating the movement speed of the Y axis, the steering direction and movement speed of the initial movement of the robot working machine 100 are determined.

この論理を適用するのは、絶対座標と定義するものにも慣性座標と定義するものにも、衛星からの位置情報は利用されており、地上座標とには少なからずともオフセット量が存在しているためである。よって双方の位置ずれ合わせを行いながらも、互いが持つオフセット量を内部で解消していく方策となる。したがって絶対座標と慣性座標の差を数値で算出し、この差異の移動距離を計測しながら位置合わせする手段ではない。簡易な表現で示せば、ロボット作業機100が回転エネルギーを受けて横すべりをおこして目標とする位置まで移動した。この横すべりをX軸とY軸への速度を持ちながらも地表との間にすべり摩擦が働いており、この影響を受けながら移動したとする運動方程式を立て、ロボット作業機100の初期移動の操舵方向と移動速度を決定し、その時間の空間移動で合致すると考えるものである。 This logic is applied because position information from satellites is used for both what is defined as absolute coordinates and what is defined as inertial coordinates, and there is at least a small amount of offset from ground coordinates. This is because there is. Therefore, the method is to internally eliminate the amount of offset each has while aligning the positions of both. Therefore, it is not a means to numerically calculate the difference between the absolute coordinates and the inertial coordinates and perform positioning while measuring the moving distance of this difference. In simple terms, the robot working machine 100 received rotational energy, caused a sideways slip, and moved to the target position. This sideslip has velocity in the X and Y axes, but sliding friction is working between it and the ground surface, and an equation of motion is created that assumes that the robot moves while being influenced by this, and the steering of the initial movement of the robot working machine 100 is performed. The direction and speed of movement are determined, and the movement in space and time is considered to match.

図11は、前述に記載した回転系の座標変換法による運動方程式を示している。座標系のXとYで示される位置が絶対座標系である。またX’とY’で示される座標が慣性座標である。 FIG. 11 shows the equation of motion based on the coordinate transformation method of the rotating system described above. The position indicated by X and Y in the coordinate system is the absolute coordinate system. Further, the coordinates indicated by X' and Y' are inertial coordinates.

現在、p(x、y)にロボット作業機100が検出されており、絶対座標系と慣性座標系ではωtの角度をもって位置ずれが発生していると検出される。この場合、絶対座標系(X、Y)と慣性座標系(X’、Y’)の両者を回転座標で位置合わせするには、それぞれの変換式(S1,S2)で算出できる。 Currently, the robot work machine 100 is detected at p(x, y), and a positional deviation is detected at an angle of ωt between the absolute coordinate system and the inertial coordinate system. In this case, in order to align both the absolute coordinate system (X, Y) and the inertial coordinate system (X', Y') using rotational coordinates, calculation can be performed using the respective conversion formulas (S1, S2).

またp(x、y)のロボット作業機100は、位置合わせのための移動走行として、Fの移動量が働くと考え、各座標においてはFxとFyの移動量が発生すると定義する。この移動量を時間変化でとらえ、移動走行を時間による管理制御とするため、時間による運動方程式を定義する。本発明では慣性座標系を位置合わせしていく方式である。(S3,S4)この式に示すmは、ロボット作業機100の移動走行時に利用する重量に相当するものであり、ωはX軸とY軸における角速度である。つまり各軸ですべり摩擦を受けてスリップ走行しながら移動する定義を意味している。 Further, it is assumed that the robot work machine 100 of p(x, y) operates by a movement amount F as a moving movement for position alignment, and it is defined that movement amounts Fx and Fy occur at each coordinate. In order to capture this amount of movement as a change over time and to manage and control movement based on time, we define an equation of motion based on time. The present invention uses a method of aligning the inertial coordinate system. (S3, S4) m shown in this equation corresponds to the weight used when the robot work machine 100 moves, and ω is the angular velocity in the X-axis and Y-axis. In other words, it means moving while slipping due to sliding friction on each axis.

図12は、絶対座標と慣性座標を一致させるとし、空間相当(距離的)、時間相当における変化量の軌跡を推定するための論理である。S5、S6、S5a、S5b
空間相当(距離的)、時間相当の変化量を元のnと比較し、n+1の変化量を合わせ込む論理である。
FIG. 12 shows the logic for estimating the locus of change in space equivalent (distance) and time equivalent, assuming that absolute coordinates and inertial coordinates are made to match. S5, S6, S5a, S5b
This is a logic that compares the amount of change corresponding to space (distance) and time equivalent to the original n, and combines the amount of change of n+1.

図13は、微小変化のΔtにおける変化式として、S7とS8を定義したものである。この微小変化をFx’とFy’での方向成分とすることで、S9とS10が算出される。この運動方程式を利用することで、横すべり走行の時間変化を推定できる。 In FIG. 13, S7 and S8 are defined as equations for changing minute changes in Δt. S9 and S10 are calculated by using this minute change as the directional component at Fx' and Fy'. By using this equation of motion, it is possible to estimate temporal changes in sideslip travel.

S9、S10の論理式にスリップ走行によるX、Y方向における初速度を加え、スリップ率を加味し運動方程式を成立させ、S1、S2の座標変換式において、ルンゲ=クッタ法等を利用することで、絶対座標と慣性座標系を合致させるべく演算を行う。 By adding the initial velocity in the X and Y directions due to slip running to the logical equations of S9 and S10, and establishing the equation of motion by taking into account the slip rate, and using the Runge-Kutta method etc. in the coordinate transformation equations of S1 and S2, , performs calculations to match the absolute coordinates and the inertial coordinate system.

演算解析により、操舵の方向と車輪の回転速度、移動時間が算出されるため、この方向で所定時間移動することで位置合わせ対応できる。 Through calculation analysis, the steering direction, wheel rotation speed, and travel time are calculated, so positioning can be achieved by moving in this direction for a predetermined period of time.

こうした制御によって合致した座標を絶対座標として再登録を行い、以後の作業機の運転においては、GPSの受信装置310と慣性計測装置IMU320より算出された自車位置の座標系とセンシング用の撮像手段で検出された座標系の位置で補正を行いながら、自動運転を行うものである。 The coordinates that match through this control are re-registered as absolute coordinates, and in subsequent operation of the work equipment, the coordinate system of the own vehicle position calculated from the GPS receiving device 310 and the inertial measurement device IMU 320 and the imaging means for sensing are used. The system performs automatic driving while making corrections based on the position of the coordinate system detected by the system.

またGPSの受信装置と慣性計測装置より算出された自車位置の慣性座標系と、センシング用の撮像手段とあらかじめ登録された地上における緯度経度情報で検出された絶対座標系の位置が合致し、進行方向600と前後の車軸610の方向においても合致した時点で四輪の回転数を同回転数に戻す走行に自動変更を行うことで、ロボット作業機100の誤作動や再び走行ラインを外れる等の不具合を防止することが可能となる。 In addition, the inertial coordinate system of the vehicle's position calculated by the GPS receiving device and the inertial measurement device matches the position of the absolute coordinate system detected by the imaging means for sensing and the latitude and longitude information on the ground registered in advance, By automatically changing the rotation speed of the four wheels to the same rotation speed when the direction of travel 600 and the direction of the front and rear axles 610 match, the robot work machine 100 may malfunction or go off the travel line again. This makes it possible to prevent problems.

また本発明は、四輪駆動、四輪操舵に限定されるものではない。第四の発明のように、二駆、二輪操舵でも対応は可能である。作業前における移動走行での位置合わせは困難であるが、GPSの受信装置と慣性計測装置より算出された自車位置の座標系と、センシング用の撮像手段とあらかじめ登録された地上における緯度経度情報で検出された座標系の位置を比較することで、位置ずれの想定ができる。 Further, the present invention is not limited to four-wheel drive or four-wheel steering. As in the fourth invention, two-wheel drive and two-wheel steering can also be used. Although it is difficult to align while driving before work, the coordinate system of the vehicle's position calculated by the GPS receiver and inertial measurement device, the imaging means for sensing, and the latitude and longitude information on the ground registered in advance are used. By comparing the coordinate system positions detected in , it is possible to estimate the positional shift.

この合致位置を基準に走行しながら、この合致位置を基準に走行しながら、二輪操舵を利用して、GPSの受信装置と慣性計測装置より算出された自車位置の座標系とセンシング用の撮像手段で検出された座標系の位置が合致するまで位置ずれ対応を行う。作業前に位置ずれ対応する制御ではないが、位置ずれの対応が終わるまでの間、走行速度を落として位置合わせ制御を行うため、従来技術での位置合わせ制御よりも精度良く対応できる。 While driving with this matching position as a reference, using two-wheel steering, the coordinate system of the vehicle's position calculated by the GPS receiving device and the inertial measurement device and the image for sensing are captured. Positional deviations are handled until the coordinate system positions detected by the means match. Although it is not a control to deal with positional deviations before work, since positioning control is performed by slowing down the traveling speed until the positional deviations have been dealt with, it can respond more accurately than positioning control in the conventional technology.

所定速度以上は走行速度が上昇しないように設定しておき、進行方向600と前後の車軸610の方向において合致した場合に設定された速度に上昇させるシステムで対応することで、二輪操舵の特徴を生かせた位置ずれ対応も可能である。 The characteristics of two-wheel steering can be improved by setting the running speed so that it does not increase above a predetermined speed, and increasing the speed to the set speed when the direction of travel 600 and the direction of the front and rear axles 610 match. It is also possible to deal with misalignment.

100 ロボット作業機
120 低圧バッテリー
130 高圧のメインバッテリー
140 電動モータ
141 外扇
150 HST
160 BMSとインバーター
180 制御部
190 走行系車軸
200 油圧ポンプ
210 エアーコンプレッサー
220 作業装置
310 GPSの受信装置
320 慣性計測装置 IMU
410 撮像手段A
550 回生モータ
560 前輪左
570 前輪右
580 後輪左
590 後輪右
600 進行方向
601 第1基準点A
602 第2基準点B
610 前後の車軸
100 Robot working machine 120 Low voltage battery 130 High voltage main battery 140 Electric motor 141 Outside fan 150 HST
160 BMS and inverter 180 Control unit 190 Traveling system axle 200 Hydraulic pump 210 Air compressor 220 Working device 310 GPS receiving device 320 Inertial measurement device IMU
410 Imaging means A
550 Regenerative motor 560 Front wheel left 570 Front wheel right 580 Rear wheel left 590 Rear wheel right 600 Traveling direction 601 First reference point A
602 Second reference point B
610 front and rear axles

Claims (5)

四輪駆動で四輪操舵方式の走行部を備え、あらかじめ設定された進行方向(600)の走行ライン上の位置と、GPSの受信装置と慣性計測装置より算出された自車位置との位置ずれが生じている場合で、四輪の内の一輪、あるいは二輪の回転数を他の車輪の回転数と異なる回転数とし、車輪と接地部のスリップを伴う移動をすることで、進行方向(600)と前後の車軸(610)を合わせながら、位置ずれの対応を自動で行う作業機。 The vehicle is equipped with a four-wheel drive and four-wheel steering system, and detects the positional deviation between the vehicle's position on the travel line in the preset direction of travel (600) and the vehicle's position calculated by the GPS receiver and inertial measurement device. is occurring, one or two of the four wheels is rotated at a different speed from the other wheels, and the wheel and ground contact area slip. ) and the front and rear axles (610), and automatically adjusts for misalignment. 前記位置ずれ対応後に、進行方向(600)と前後の車軸(610)が所定値を超え、方向を合わせる制御を行う場合、四輪の内の一輪、あるいは二輪の回転数を他の車輪の回転数と異なる回転数とし、車輪と接地部のスリップを行いながら四輪操舵を行いながらスリップ移動を行うことで、進行方向(600)と前後の車軸(610)が所定値内に収まると、四輪の回転数を同回転数に戻す方向制御を自動で行う請求項1に記載の作業機。 If the direction of travel (600) and the front and rear axles (610) exceed predetermined values after the position shift has been corrected, and control is performed to adjust the direction, the rotation speed of one or two of the four wheels will be changed to the rotation speed of the other wheels. By setting the rotation speed to be different from the number of rotations and performing slip movement while performing four-wheel steering while slipping the wheels and the ground contact part, when the traveling direction (600) and the front and rear axles (610) are within the predetermined values, the four-wheel The work machine according to claim 1, wherein directional control is automatically performed to return the rotational speed of the wheels to the same rotational speed. GPSの受信装置と、慣性計測装置より算出された自車位置の座標系と、センシング用の撮像手段とあらかじめ登録された地上における緯度経度情報で検出された座標系の位置を、回転系の座標変換法による運動方程式に基づき合致させ、
この合致させた位置を基準に走行しながら、四輪の内の一輪、あるいは二輪の回転数を他の車輪の回転数と異なる回転数とし、車輪と接地部のスリップを行いながら四輪操舵を行い、
GPSの受信装置と慣性計測装置より算出された自車位置の座標系とセンシング用の撮像手段で検出された座標系の位置を合致させ、進行方向(600)と前後の車軸(610)の方向においても合致させた後に、四輪の回転数を同回転数に戻す走行に自動変更を行う請求項1に記載の作業機。
The coordinate system of the own vehicle position calculated by the GPS receiving device and the inertial measurement device, the position of the coordinate system detected by the imaging means for sensing and the latitude and longitude information on the ground registered in advance, and the coordinate system of the rotation system Match based on the equation of motion using the conversion method,
While driving based on this matched position, set the rotation speed of one or two of the four wheels to be different from the rotation speed of the other wheels, and perform four-wheel steering while performing slip between the wheels and the ground contact area. conduct,
The coordinate system of the own vehicle's position calculated by the GPS receiving device and the inertial measurement device is matched with the position of the coordinate system detected by the imaging means for sensing, and the direction of travel (600) and the direction of the front and rear axles (610) are determined. 2. The working machine according to claim 1, wherein after the rotational speed of the four wheels is matched, the operating machine automatically changes the rotational speed of the four wheels to the same rotational speed.
GPSの受信装置と慣性計測装置より算出された自車位置の座標系と、センシング用の撮像手段とあらかじめ登録された地上における緯度経度情報で検出された座標系の位置を、回転系の座標変換法による運動方程式に基づき合致させ、
この合致させた位置を基準に走行しながら、二輪操舵を利用して、GPSの受信装置と慣性計測装置より算出された自車位置の座標系とセンシング用の撮像手段で検出された座標系の位置が合致するまで、所定速度以上は走行速度が上昇しないように設定しておき、進行方向(600)と前後の車軸(610)の方向において合致した場合に設定された速度に上昇させる請求項1に記載の作業機。
The coordinate system of the vehicle's position calculated by the GPS receiver and inertial measurement device and the position of the coordinate system detected by the imaging means for sensing and the latitude and longitude information on the ground registered in advance are converted into a rotational system coordinate system. Match based on the equation of motion according to the law,
While driving based on this matched position, using two-wheel steering, the coordinate system of the vehicle's position calculated by the GPS receiving device and inertial measurement device and the coordinate system detected by the imaging means for sensing are A claim in which the traveling speed is set so as not to increase above a predetermined speed until the positions match, and when the traveling direction (600) and the front and rear axles (610) match, the speed is increased to the set speed. 1. The work machine described in 1.
機体の前方に低電圧バッテリー(120)を配備し、その後方に高電圧のメインバッテリー(130)と、電動モータ(140)を前後方向に並列状態で備え、
電動モータ(140)の車体後方側にHST(油圧無断変速装置)(150)を備え、電動モータ(140)より動力入力し、HST(150)の出力軸より、走行系の車軸(190)、油圧ポンプ(200)へ動力分配し、HST(150)の余剰動力を回生するための回生モータ(550)を備え、回生モータ(550)により、低電圧バッテリー(120)に充電する請求項1に記載の作業機。
A low-voltage battery (120) is provided at the front of the aircraft, and a high-voltage main battery (130) and an electric motor (140) are arranged in parallel in the longitudinal direction at the rear.
An HST (hydraulic continuously variable transmission) (150) is provided on the rear side of the vehicle body of the electric motor (140), power is input from the electric motor (140), and the output shaft of the HST (150) is connected to the drive system axle (190), According to claim 1, further comprising a regeneration motor (550) for distributing power to the hydraulic pump (200) and regenerating surplus power of the HST (150), and charging the low voltage battery (120) by the regeneration motor (550). Work equipment described.
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