JP2566453Y2 - 作業用走行車の自動操向制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、トラクタ、田植機等の
作業用走行車の自動操向制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来技術及び考案が解決しようとする課題】今日、こ
の種作業用走行車においては、圃場に配設した標識体を
走行機体に設けたカメラで撮影すると共に、該撮影した
画像の認識処理結果に基づいて走行機体を自動操向制御
することが試みられているが、このものでは、カメラが
標識体を見失つた場合に、走行機体が目標から大きくズ
レて暴走する惧れがある。そこで、自動操向制御時に
は、オペレータが遠隔位置で走行機体の走行状態を監視
すると共に、走行機体が暴走した場合には、自動走行制
御を無線による手動遠隔操作に切換えることで対処する
ことが提案される。しかるに、遠隔位置から監視するオ
ペレータが暴走を直ちに認識することは到底不可能であ
るため、どうしても走行機体がある程度目標からズレた
時点で手動遠隔操作に切換えられることになり、この結
果、作業精度並びに作業効率の低下を招く許りでなく、
オペレータの精神的負担が大きくなるという不都合も生
じ問題となつている。

【０００３】

【課題を解決するための手段】本考案は、上記の如き実
情に鑑みこれらの欠点を一掃することができる作業用走
行車の自動操向制御装置を提供することを目的として創
案されたものであつて、圃場に配設した標識体を走行機
体に設けたカメラで撮影し、該撮影した画像の認識処理
結果に基づいて走行機体の自動操向制御をするにあた
り、前記カメラはズーム機能を備え、自動操行制御を行
う制御部からの指令を受けてズームするものとし、該制
御部には、カメラ画像に標識体の有無を認識する標識体
認識処理制御手段と、カメラ画像に標識体が無いと判断
された場合には標識体を捉えるべく広角側へのズーム調
整指令を出力し、標識体が有ると判断された場合には標
識体の画像面積が予め設定された面積になるようズーム
調整指令を出力するズーム調整制御手段と、カメラ画像
における標識体位置と画像基準位置とのずれ量を演算し
て対応する操行制御指令を出力する操行制御手段と、前
記カメラのズーム調整指令の種類に基づいてモニタ装置
の作動を切換えて、遠隔位置のオペレータにカメラの標
識体認識程度を報知するモニタ制御手段を設けたことを
特徴とするものである。そして本考案は、この構成によ
つて、走行機体における標識体の認識程度をオペレータ
が容易に確認できるようにして、暴走による作業精度並
びに作業効率の低下を防止すると共に、オペレータの負
担を軽減することができるようにしたものである。

【０００４】

【実施例】次に、本考案の一実施例を図面に基づいて説
明する。図面において、１はトラクタの走行機体であつ
て、該走行機体１の前端部中央には、正面を向くカメラ
２が設けられており、そして実施例のカメラ２は、ＣＣ
Ｄ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅの
略、電荷結合素子）イメージセンサ機能を備えるもので
あるが、さらには、望遠並びに広角撮影を可能にするズ
ーム機能を備えると共に、ズーム調整を行うためのズー
ム調整用アクチユエータ３が装備されている。また、カ
メラ２のレンズには、所定反射分光特性のピーク波長域
のみを通過させるバンドパスフイルタ（帯域通過フイル
タ）が取り付けられている。

【０００５】４は走行機体１に設けられる制御部であつ
て、該制御部４は、所謂マイクロコンピユータ（ＣＰ
Ｕ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等で構成される制御ユニツト）を用
いて形成されるものであるが、このものは、前記カメラ
２、遠隔操作信号を受信するための受信機５、自動操向
制御をＯＮ−ＯＦＦするための自動操向スイツチ６、後
述する標識体７Ｆ、７Ｒの移動ピツチを設定するための
ピツチ設定器８、標識体７Ｆ、７Ｒをそれぞれ手動操作
するための標識手動スイツチ９Ｆ、９Ｒ等から信号を入
力する一方、これら入力信号に基づく判断で、操向操作
用アクチユエータ、変速操作用アクチユエータ、クラツ
チ操作用アクチユエータ、ブレーキ操作用アクチユエー
タ、アクセル操作用アクチユエータ、作業部昇降操作用
アクチユエータ等の無人操作用アクチユエータ、さらに
は前記カメラ２のズーム調整を行うズーム調整用アクチ
ユエータ３、遠隔位置から認識可能に設けられるモニタ
ランプ１０、標識制御信号を送信する送信機１１等に作
動信号を出力するようになつている。

【０００６】一方、１２Ｆ、１２Ｒは圃場の短辺（畦道
等）に水平方向を向いて対向設置される一対のガイドレ
ールであつて、該ガイドレール１２には、標識移動機構
１３を介して前記標識体７Ｆ、７Ｒがそれぞれ設けられ
ているが、各標識体７Ｆ、７Ｒは、カメラ２の撮影角度
（左右角度）に拘らず像の面積が一定となり、かつカメ
ラ２（走行機体１）が左右傾斜する状態では画像におい
て標識体像の傾斜を認識し得るよう上下方向に長い円柱
もしくは円筒形状に形成されると共に、前記バンドパス
フイルタの帯域に対応する色彩が施されている。

【０００７】前記標識移動機構１３は、ブラケツト１４
を介して標識体７Ｆ、７Ｒが固設されるコ字状のフレー
ム１５、該フレーム１５の内周部上下に前後方向を向い
て軸支される各一対のローラ１６、上下に対向するロー
ラ１６同志を連動連結する第一ギヤ１７、下側ローラ１
６同志を連動連結する第二ギヤ１８、該第二ギヤ１８を
正逆駆動せしめるモータ１９、ローラ１６の回転検出を
する回転センサ２０、アンテナ２１を経由して前記送信
機１１からの標識制御信号を受信する受信機（図示せ
ず）、さらには上記回転センサ２０および受信機から入
力される信号に基づいてモータ１９を駆動制御する標識
移動制御部（図示せず）等で構成されている。即ち、標
識移動機構１３は、上下ローラ１６間にガイドレール１
２を挟む状態でガイドレール１２に移動自在に支持さ
れ、モータ駆動に伴うローラ１６の正逆回転によりガイ
ドレール１２に沿つて進退移動するようになつている。

【０００８】ところで、前記制御部４においては、標識
体７Ｆ、７Ｒを移動制御する標識移動制御、遠隔操作用
送信機からの遠隔操作信号に基づいて各無人操作用アク
チユエータを作動制御する遠隔操作制御、カメラ２のズ
ーム調整を行うズーム制御、カメラ２の画像信号を二値
化する二値化処理制御、二値化処理された情報に基づい
て画像における標識体７Ｆ、７Ｒの有無を認識する標識
体認識処理制御、画像における標識体７Ｆ、７Ｒの位置
を認識する位置認識処理制御、画像における標識体７
Ｆ、７Ｒの位置に基づいて走行機体１を自動操向制御す
る自動操向制御、前記モニタランプ１０を点灯制御する
モニタランプ制御等の各種制御を行うようになつてお
り、そして各制御の手順を図面に示すフローチヤートに
基づいて以下に説明するが、遠隔操作制御、二値化処理
制御および標識体認識処理制御は一般的な処理ルーチン
を採用しているため説明を省略する。

【０００９】まず、標識移動制御について説明するが、
該制御では、始めに標識手動スイツチ９Ｆ、９Ｒが操作
されたか否かが判断される。ここでＹＥＳと判断される
と、さらに前進操作であるか否かが判断される。そし
て、これがＹＥＳの場合には標識体７Ｆ、７Ｒを前進さ
せるべく標識移動制御信号を送信する一方、ＮＯの場合
には標識体７Ｆ、７Ｒを後退させるべく標識移動制御信
号を送信するが、両標識手動スイツチ９Ｆ、９ＲがＯＦ
Ｆの状態では、標識自動制御スイツチ（図示せず）がＯ
Ｎか否かが判断されると共に、これがＹＥＳの場合には
標識体７Ｆ、７Ｒの移動が自動制御されることになる。
即ち、標識自動制御スイツチがＯＮした状態では、走行
機体１が旋回したか否かが常時監視されており、そして
機体旋回が行われた場合には、旋回位置側の標識体７
Ｆ、７Ｒを、前記ピツチ設定器８で設定された移動ピツ
チ（移動ピツチは作業幅の略二倍、但し、耕耘作業時に
は作業幅をオーバーラツプさせる必要があるため、移動
ピツチは作業幅の二倍幅よりも小さく設定される）だけ
を前進せしめるべく標識移動制御信号を出力するように
なつている。

【００１０】一方、ズーム制御においては、まず画像に
おける標識体７Ｆ、７Ｒの有無が判断される。ここで無
しと判断された場合には、標識体７Ｆ、７Ｒを見失つた
と判断して一気に広角側にズーム調整することになる。
つまり、標識体７Ｆ、７Ｒを見失つた場合には、一気に
視野を広げて標識体７Ｆ、７Ｒを画像内に捕らえるよう
になつている。一方、画像に標識体７Ｆ、７Ｒが存在す
る状態では、画像における標識体７Ｆ、７Ｒの面積を算
出すると共に、該算出した面積と予め設定される設定面
積Ｋとの大小比較（不感帯α）が行われる。そして算出
した面積と予め設定される設定面積Ｋとが一致する場合
にはズーム調整用アクチユエータ３を停止状態とする
が、面積が一致しない場合には、画像における標識体７
Ｆ、７Ｒの面積が一定となるようズーム調整用アクチユ
エータ３に対して作動信号を出力するようになつてい
る。

【００１１】また、位置認識処理制御では、画像におけ
る標識体７Ｆ、７Ｒの位置と画像基準位置（画像中心）
とのずれ量を演算するが、該ずれ量の演算に際しては、
まず標識体７Ｆ、７Ｒの水平方向重心（Ｈｘ）を以下の
演算式に基づいて演算する。（但し、カメラ２の画像
は、水平方向（ｘ方向）にｎ個、垂直方向（ｙ方向）に
ｍ個の画素を配列して構成され、またＮｉはＨｘｉ列に
おける標識体像の画素数、Ｓは標識体像の総画素数、Ａ
は標識体高さ、Ｖｙは標識体像の垂直画素数をそれぞれ
示すものとする。） Ｈｘ＝Σ｛（Ｈｘｉ−ｎ／２）・Ｎｉ｝／Ｓ 続いて、 Ｗ＝（Ｈｘ×Ａ）／Ｖｙ を演算することで、標識体７Ｆ、７Ｒの水平方向重心
（Ｈｘ）と画像基準位置との水平距離（Ｗ）を求めるよ
うになつている。

【００１２】さて、自動操向制御においては、まずカメ
ラ２の焦点距離（ｂ）を計測すると共に、下記の演算式
に基づいてカメラ２から標識体７Ｆ、７Ｒまでの距離
（Ｗ）を演算する。（但し、Ｂは、Ｂ＝Ｖ／ｍ×Ｖｙに
よつて演算される標識体像の高さ、Ｖは画像の垂直寸法
をそれぞれ示すものとする。） ａ＝（Ａ×ｂ）／Ｂ 次に、上記演算した距離（Ｗ）および予め設定される設
定不感帯角度（θＦ）に基づいて不感帯幅（ＷＦ）を下
記の如く演算する。 ＷＦ＝ａ×ｔａｎθＦ そして、これらの演算が完了すると、前記位置認識処理
制御で演算した水平距離（Ｗ）の絶対値と不感帯幅（Ｗ
Ｆ）との大小比較に基づいて操向操作用アクチユエータ
に対する作動信号出力が行われることになるが、該信号
出力に先立ち走行機体１の左右傾斜に基づいた操向方向
の補正処理が行われるようになつている。

【００１３】この補正処理は、二値化された標識体像デ
ータの一次回帰式｛ｆ（ｘ）｝から標識体像のロール角
（ψ）を演算し、該演算したロール角（ψ）を予め設定
される関数ｆ（ψ）に代入して直進基準値（Ｓ）を求め
ることによつて行われる。即ち、画像における標識体位
置（左右位置）に基づいて操向輪を一定角度だけ左右方
向に操向して直進制御をするにあたり、その基準となる
直進基準値（Ｓ）を走行機体１の左右傾斜に基づいて補
正しているため、圃場の凹凸や作業の種類に拘らず精度
の高い直進制御が行われるようになつている。

【００１４】さらに、モニタランプ制御は、モニタラン
プ１０の点灯を制御するものであるが、遠隔位置で走行
機体１を無線操作するオペレータに対して自動操向制御
の制御状態を報知するべくモニタランプ１０の状態を点
灯、点滅、消灯等に切換えるようになつている。即ち、
標識体７Ｆ、７Ｒがカメラ画像に捉えられている状態で
は、モニタランプ１０を連続点灯すると共に、前記自動
操向制御を実行する一方、カメラ２が標識体７Ｆ、７Ｒ
を見失つた状態では、これが広角撮影時である場合には
モニタランプ１０を消灯し、望遠撮影時である場合には
モニタランプ１０を点滅すると共に、操向輪をニユート
ラル位置に維持するようになつている。そして、このよ
うに制御されるモニタランプ１０の状態を視認すること
で、オペレータは、自動操向制御から手動遠隔操作への
切換えタイミングを計ることができるようになつてい
る。

【００１５】叙述の如く構成された本考案の実施例にお
いて、走行機体１は、カメラ２で標識体７Ｆ、７Ｒを撮
影すると共に、該撮影した画像における標識体像が中心
に位置するよう操向制御することで自動的に直進走行す
ることになる。そしてカメラ２が標識体７Ｆ、７Ｒを捉
えている状態では、モニタランプ１０を連続点灯して操
向自動制御が正常に機能していることを遠隔位置のオペ
レータに報知するが、標識体７Ｆ、７Ｒを見失つた状態
では、これが標識体７Ｆ、７Ｒを見失い易い望遠状態で
ある場合、これをモニタランプ１０の点滅によりオペレ
ータに報知する一方、見失つた標識体７Ｆ、７Ｒを再度
捉えるべく既に広角側にズームしている場合には、暴走
状態であることをモニタランプ１０の消灯によりオペレ
ータに報知することになる。そして広角ズームとするこ
とで標識体７Ｆ、７Ｒの補足を自動的に行い、補正する
ことができる。この結果、オペレータは、常に走行機体
１における標識体７Ｆ、７Ｒの認識程度を確認し得ると
共に、予め準備をしつつ前記暴走時において自動補正が
できないと判断されるような場合の判断が迅速にできて
素早く手動遠隔操作に切換えることができ、この結果、
暴走による作業精度並びに作業効率の低下を防止できる
許りでなく、オペレータの負担を軽減することができ
る。

【００１６】尚、本考案は、前記実施例に限定されない
ものであることは勿論であつて、要は遠隔位置のオペレ
ータに標識体の認識程度を報知し得るものであればよい
のであるから、例えば遠隔操作用送信機や専用の携帯装
置にモニタ装置を設け、該モニタ装置を走行機体からの
送信信号に基づいて作動させるようにしてもよく、また
モニタ装置は、モニタランプに限らず警報音によつて認
識状態を報知する警報器等で構成してもよいものであ
る。またさらに、モニタランプの点灯パターン、警報器
の警報パターン等は適宜変更しても良いことは言うまで
もない。

【００１７】

【作用効果】以上要するに、本考案は叙述の如く構成さ
れたものであるから、走行機体の自動操向制御は、圃場
に配設した標識体のカメラ画像認識処理に基づいて実行
されるものでありながら、カメラズームは、カメラ画像
に標識体が無いと判断された場合は標識体を迅速に捉え
るべく広角側へ調整され、有ると判断された場合には標
識体の画像面積が予め設定された面積になるよう調整さ
れ、そして標識体のカメラ画像面積が設定面積になつた
ときのずれ量に基づいて前記自動操行制御がなされ、画
像を見失つたときでも認識状態への復帰調整が実行され
る。 しかもモニタ装置の作動は、カメラのズーム調整状
態に基づいて切換えられるため、オペレータは、走行機
体におけるカメラの標識体認識程度を確認することで万
一の暴走に備えることができ、そして暴走したとの判断
を、モニタ装置の作動状態に基づいて迅速にでき、その
場合の手動遠隔操作への切換えを素早くとることができ
る。この結果、暴走による作業精度並びに作業効率の低
下を防止できる許りでなく、オペレータの精神的負担を
軽減して操作性の向上を計ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１の（Ａ）は圃場の平面図、（Ｂ）は側面図
である。

【図２】標識体の正面図である。

【図３】同上平面図である。

【図４】同上側面図である。

【図５】制御機構の概略構成を示すブロツク図である。

【図６】標識移動制御を示すフローチヤートである。

【図７】ズーム制御を示すフローチヤートである。

【図８】位置認識処理制御を示すフローチヤートであ
る。

【図９】自動操向制御を示すフローチヤートである。

【図１０】モニタランプ制御を示すフローチヤートであ
る。

【図１１】図１１の（Ａ）は画像の正面図、（Ｂ）は要
部拡大平面図である。

【図１２】図１２の（Ａ）は距離ａの演算を説明する説
明図、（Ｂ）は不感帯幅ＷＦの演算を説明する説明図で
ある。

【符号の説明】

１ 走行機体 ２ カメラ ４ 制御部 ７ 標識体 １０ モニタランプ

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 圃場に配設した標識体を走行機体に設け
   たカメラで撮影し、該撮影した画像の認識処理結果に基
   づいて走行機体の自動操向制御をするにあたり、前記カ
   メラはズーム機能を備え、自動操行制御を行う制御部か
   らの指令を受けてズームするものとし、該制御部には、
   カメラ画像に標識体の有無を認識する標識体認識処理制
   御手段と、カメラ画像に標識体が無いと判断された場合
   には標識体を捉えるべく広角側へのズーム調整指令を出
   力し、標識体が有ると判断された場合には標識体の画像
   面積が予め設定された面積になるようズーム調整指令を
   出力するズーム調整制御手段と、カメラ画像における標
   識体位置と画像基準位置とのずれ量を演算して対応する
   操行制御指令を出力する操行制御手段と、前記カメラの
   ズーム調整指令の種類に基づいてモニタ装置の作動を切
   換えて、遠隔位置のオペレータにカメラの標識体認識程
   度を報知するモニタ制御手段を設けたことを特徴とする
   作業用走行車の自動操向制御装置。