JP2723283B2 - 作業車両における制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、農作業用トラクタや田植機等の作業車両
を、無人走行させるための制御装置に関するものであ
る。

〔従来の技術と発明が解決しようとする課題〕 最近、圃場における農作業用のトラクタ、コンバイ
ン、田植機等の作業車両において、圃場における特徴、
例えば既耕地と未耕地と境界線や、既刈取地と未刈取地
との境界線をCCDカメラにて検出し、これを画像処理し
て得られた境界線のデータをもとに、その境界線の側方
に沿って作業車両を前進させつつ耕耘や刈取の作業を実
行したり、植付け苗条を前記と同様にして画像処理して
得られたデータから、該植付け苗条の側方に沿って田植
作業を実行する等の自動走行制御が試みられている。

そして、この自動走行制御時において、作業車両を圃
場内で方向転換する場合、農作業機の操舵、ブレーキ、
エンジンの出力、走行変速、並びに作業機への出力等の
各種制御を、略同時に処理しなければならない。

ところが、一つの制御用コントローラで前記複数の制
御を処理することは、通常の制御の流れでは、一つの命
令（指令）を実行中は他の指令は実行されない等の制約
があることから、略同時に複数の制御が迅速に処理でき
ないという問題点があると共に、制御の流れが複雑にな
るという問題もあった。

本発明は、この問題を解決することを特徴とするもの
である。

〔課題を解決するための手段〕

この目的を達成するため、本発明は、トラクタ等の農
作業用作業車両におけるエンジン制御、操舵制御、ブレ
ーキ制御、クラッチ制御等の複数の制御対象の各々を、
各下位のコントローラにて制御するように構成する一
方、上位のコントローラから前記複数の下位のコントロ
ーラに命令を伝達すると共に、その各下位のコントロー
ラによる制御状態を上位のコントローラにて監視するよ
うに構成したことを特徴とするものである。

〔発明の作用及び効果〕

このように構成すれば、複数の下位のコントローラの
各々が実際に制御する制御対象は、各々一つ乃至複数あ
るが、この複数の下位のコントローラを一つの上位のコ
ントローラで制御するので、上位コントローラおよび各
下位のコントローラが制御において負担すべき量が少な
くなる。そして、上位と下位の各コントローラ間の制御
の流れ、下位コントローラと各制御対象との制御の流れ
が各々簡単化なるので、迅速な制御が可能となる。

従って、本発明によれば、従来のように一つの中央処
理装置（CPU）で多数の制御対象を略同時に制御操作す
るのに比べて、制御の方式が判りやすく、且つ制御対象
を増減することが至極簡単となり、制御装置全体として
汎用性を持つことができるという効果を有するのであ
る。

〔実施例〕

次に本発明の制御装置をトラクタに適用した実施例に
ついて説明すると、作業車両１であるトラクタは、その
車体の前部左右に前輪2,2を、後部左右に後輪3,3を備
え、前記前輪2,2は車体前部の運転操作部に備えたハン
ドル４の手動操舵及び後述の自動制御にて操舵装置５を
作動させて左右に舵取りできるように構成されている。

車体の後部にはリンク機構を介して従来周知のロータ
リ耕耘機６を上下動自在に連結している。

エンジン７からの駆動力は、クラッチ装置８と走行変
速装置９を介して後輪3,3に各々伝達する一方、前記走
行変速装置９から副変速装置（図示せず）を介してPTO
軸10に出力し、該PTO軸10の動力をロータリ耕耘機６に
伝達するものである。

符号11は、エンジン７の出力を増減調節するスロット
ルアクチェータで、符号12はエンジン７の出力状態であ
るエンジン回転数を検出する回転計である。

符号13はエンジン７の出力軸側に設けたクラッチ装置
８のON・OFF（継断）操作するためのクラッチアクチェ
ータ、符号14はクラッチアクチェータ13のON・OFF作動
状態を検出するクラッチセンサーを示す。

符号15は、PTO軸10から作業機であるロータリ耕耘機
６のへの動力伝達をON・OFFする作業用クラッチのPTOア
クチェータ、符号16は前記PTOアクチェータのON・OFF作
動状態を検出するPTOクラッチセンサー、符号17は走行
変速装置９のシフトレバーを第１速位置・第２速位置・
第３速位置・中立位置・後退位置に移動させるためのシ
フトアクチェータであり、符号18は前記各位置であるこ
とを検出するシフトセンサーを示す。

符号19は前記前後の左右各々車輪に対するブレーキア
クチェータで、該ブレーキアクチェータ19によるブレー
キ作動パターンは、前記前輪2,2及び後輪3,3の左右両側
同時ブレーキ、右側車輪のみのブレーキ、左側車輪のみ
のブレーキの３つのパターンがあり、ブレーキアクチェ
ータ19によるブレーキの強さは強から弱まで数段階にセ
ットできる。符号20は前記ブレーキアクチェータ19によ
るブレーキ作動の有無及びブレーキ強さを検出するブレ
ーキセンサーである。

前記操舵装置５は、機械的または油圧系統を含むステ
アリング機構に取付く電動式の操舵アクチェータ21の作
動にて左右前輪2,2の向きを所定の角度づつ変更させる
ことができる。

操舵装置５には、前輪２の操舵角度を検出できるポテ
ンショメータ等の操舵角度センサー22を設ける。なおこ
のとき、左右前輪の操舵角度の平均値を求めて検出して
も良い。

符号23は作業車両１であるトラクタに搭載したCCDカ
メラ（図示せず）にて圃場の特徴を撮像し、それを画像
処理するための画像処理装置である。

この画像処理装置23にて得られた画像のデータから、
例えば既耕地と未耕地と境界線や、既刈取地と未刈取地
との境界線や植付け苗条をHough変換して仮想の直線と
して演算し、その仮想の直線とトラクタの進行方向基準
線との横方向の偏差や進行方向角度の偏差を計算し、所
定の境界線の側方に沿って作業車両を前進させつつ耕耘
や刈取の作業を実行したり、植付け苗条の側方に沿って
田植作業を実行する等の自動走行制御（いわゆる自律型
制御）を行うときに作動させるものである。

符号24は、無人走行制御、特に前記自律型制御でない
遠隔操作制御時にトラクタの信号に障害となる障害物を
検出するための障害物センサーで、該障害物センサー24
は光センサー、超音波センサー等の非接触式センサーを
使用するものである。

符号25は、作業車両１であるトラクタを手動操作する
ときに、前記エンジン７におけるスロットルアクチェー
タ11、クラッチ装置８におけるクラッチアクチェータ1
3、走行変速装置９におけるシフトアクチェータ17、ブ
レーキ装置におけるブレーキアクチェータ19、操舵装置
５における操舵アクチェータ20等を手動に切換えるに際
して実行する各種の手動切換えスイッチである。

符号26は、スロットルアクチェータ11と、クラッチア
クチェータ13とPTOアクチェータ15とに各々命令し、デ
ータをやりとりし、これらアクチェータの作動を制御す
るための下位のコントローラで、これらのアクチェータ
の作動の状態をモニターするため、回転計12、クラッチ
センサー14、PTOクラッチセンサー16からの出力信号も
下位のコントローラ26に入力する。

同様に、下位のコントローラ27では、シフトアクチェ
ータ17とブレーキアクチェータ19とに各々命令し、デー
タをやりとりし、これらアクチェータの作動を制御する
もので、該下位のコントローラ27には、これらのアクチ
ェータの作動の状態をモニターするため、シフトセンサ
ー18、ブレーキセンサー20からの出力信号を入力するも
のである。

符号28は、前記下位のコントローラ26,27に命令し、
その制御状態を監視する中位のコントローラである。

符号29は、前記操舵アクチェータ21、画像処理装置2
3、障害物センサー24を各々命令し、これらとデータを
やりとりするための下位のコントローラである。

符号30は、前記下位29または中位のコントローラ28に
命令し、その制御状態を監視するための上位のコントロ
ーラであり、該上位のコントローラ30では、前記各アク
チェータ類11,13,15,17,19,21が正常に作動し、制御状
態が良好であるか否かを判断するため、回転計12、クラ
ッチセンサー14、PTOクラッチセンサー16、シフトセン
サー18、ブレーキセンサー20からの出力信号を直接入力
し、その制御状態を監視し、また画像処理装置23、障害
物センサー24からの出力信号も上位のコントローラ30に
入力しその制御状態を監視している。

さらに、符号31は前記の上位のコントローラ30に指令
し、データをやりとりするための遠隔操作指令コントロ
ーラで、第３図の実施例では、圃場内を走行する作業車
両１から離れた位置で監視する作業者32が手に持った無
線式の遠隔操作指令コントローラ31にて、各種の指令や
データの信号を上位のコントローラ30に無線信号にて伝
送する。

即ち、エンジン７のON・OFF並びにスロットル制御、
エンジン７と走行変速装置９との間のクラッチ装置８の
ON・OFF、走行変速装置９での変速段の指令、操舵装置
５における操舵方向とその操舵角度の指令等の各種の指
令及び物理的制御量に対応するデータを無線電波信号に
載せて出す。

これらのデータの信号を作業車両１上の上位のコント
ローラ30にて受けて、前記前記中位のコントローラ28や
それより下位のコントローラ26,27,29を間接的に制御
し、監視することができるものである。

なお、第４図の実施例では、圃場の外側に少なくとも
２点以上の観測点に電波、光等の受信機33,33を設置
し、作業車両１から発信電波等の出力信号を前記受信機
33にて受け、作業車両１の現在位置、進行方向、走行速
度等の各種データを外部制御装置34にて掌握すると共
に、前記外部制御装置34から指令や制御量のデータ信号
を発信機35から前記作業車両１上の上位のコントローラ
30に通信する。

なお、遠隔操作指令コントローラ31や外部制御装置34
からの指令や制御量のデータの通信と、上位のコントロ
ーラ30から前記指令等の有無を問い合せ等の通信は、い
わゆる両方向交互通信である。

次に、第５図に示すフローチャートは、前記上位のコ
ントローラ30における制御を示すもので、スタートに続
くステップS1で常数初期化、ステップS2でプロセス入出
力装置（コントローラ26,27,28,29）つまりPIOの初期化
を各々実行し、続いてステップS3にてインターフェース
（代表例としてRS−232Cがある）の初期化を行う。

ステップS4では、作業車両１つまりトラクタにおける
前記制御装置の各種アクチェータ11等、及びセンサー類
の制御対象の装置を初期化する。

ステップS5では、遠隔操作指令コントローラ31や外部
制御装置34からの指令の制御量のデータ通信の割り込み
を許可する。

ステップS6では、各種表示器、スイッチ類を入力状態
にセットする。

ステップS7では、前記ステップS5での通信割り込みが
あるか否かを判断するため、適宜時間の時間待ちを行
う。

ステップS8では、通信データのエラー処理を許可し、
ステップS9では、回転計12の読み込みからエンジン７の
回転数、ひいてはエンジンの出力状態を表示する。

ステップS10では、下位のコントローラ26,27,29及び
中位のコントローラ30からのデータ入力待ちを行う。

ステップS11では、障害物センサー24による障害物の
有無を検出するものであり、障害物がないとき障害物セ
ンサー24はOFFとなり、後述のステップ17の前に移行す
る。障害物が作業車両１の前方近く等にあれば、障害物
センサー24がONとなり、このような障害物を検出すれ
ば、作業車両１を前進させると衝突する事故が発生する
ので、遠隔操作指令コントローラ31等からの外部指令の
割り込みをステップS12で禁止し、遠隔操作を不可能と
なるようにし、ステップS13で適宜時間待ちを実行す
る。障害物が他の作業者等移動物であるときには、適宜
時間経過することで進行に障害とならなくなる可能性が
あるからである。

次いでステップS14で、障害物センサー24にて再度障
害物の有無を検出し、ONのとき、即ち障害物があるとき
には、ステップS15で作業車両１を非常停止させ、遠隔
地の作業者は作業車両１に近付いて障害物を取り除く
か、作業車両１を手動操作にて方向転回する等して進行
方向の前に障害物がない状態にする。

ステップS14で障害物センサー24の検出にて障害物が
なく、OFFのときや非常停止後に障害が無くなれば、ス
テップS16にて外部指令の割り込みを許可し、遠隔操作
を可能にする。

前記ステップS11で障害物センサー24がOFFであると
き、ステップS16の後に入れる。

ステップS17では、無人自動走行のための自動スイッ
チがOFFであるか否かを判別し、ステップS18にて安全の
ため一旦外部指令の割り込みを禁止し、ステップS19の
適宜時間待ちの後、ステップS20にて前記の自動スイッ
チのON・OFFを再度確認する。

ステップS20で自動スイッチがOFFのときには、ステッ
プS21にて、所定の手動操作を実行する。

前記手動操作の後、またはステップS20での自動スイ
ッチがONのときには、ステップS22で外部指令からの割
り込みを許可し、ステップS23で各種の制御対象のハー
ド（スロットルアクチェータ11、クラッチアクチェータ
13、PTOアクチェータ15、シフトアクチェータ17、ブレ
ーキアクチェータ19、操舵アクチェータ21）をスタンバ
イ状態にする。

なお、前記ステップS17にて自動スイッチがONのとき
には、ステップS23の前に入れる。

前記ステップS23を実行したのち、下位コントローラ2
9、中位コントローラ28からのインターフェース（RS−2
32C）の入力バッファをクリアし、ステップS7の前に戻
すのである。

第６図は、遠隔操作指令コントローラ31や外部制御装
置34から上位のコントローラ30への指令や制御量のデー
タ通信の割り込みのサブルーチンで、割り込みスタート
に続くステップR1で外部指令のデータを上位コントロー
ラ30に取り込み、ステップR2ではこの情報を上位コント
ローラ30にて翻訳し、ステップR3にて中位コントローラ
28や下位コントローラ29に出力する。ステップR4にて通
信データが終了か否かをチェックし、終了していないと
きにはステップR1の前に戻して終了まで繰り返し、終了
すればリターンする。

第７図は、中位コントローラ28から下位コントローラ
26,27へのデータ出力（データ転送）サブルーチンで、
スタートに続くステップP1で制御項目の制御文字数が２
文字を越えるか否かチェックする。制御項目はスロット
ル（Ａ）、走行変速用のシフト（Ｂ）、ブレーキ右
（Ｃ）、ブレーキ左（Ｄ）、クラッチ（Ｅ）、の５項目
で各々２文字の制御文字で区別する。

ステップP1の判別で、制御文字数が２文字以内のと
き、次いでステップP2で制御項目がスロットル（Ａであ
るときには、ステップP3にて前記スロットルに関する旧
いデータと新しいデータとを交換し、ステップP4で下位
のコントローラ26へデータを出力する。

ステップP5にへ制御項目が終わりか否かを判別し、no
（終わりでない）のときには、リターンする。

ステップP5にて１つの制御項目が終わり（yes）のと
きには、続いてステップP6にて今回および次回の制御項
目が共にクラッチ（Ｅ）であるか否かを判別する。後述
するように制御項目クラッチ（Ｅ）は最終段階で入力す
るからである。

ステップP6の判別がyesのとき（２回の制御項目とも
クラッチ（Ｅ）であるとき）には、ステップP7で適宜時
間待ちを実行した後、ステップP8で制御項目終わりか否
かを再度判別し、ステップP8でyes（制御項目終わりの
とき）であれば、リターンする。

ステップP6での判別がnoのとき（制御項目クラッチ
（Ｅ）が１回だけのとき）には、時間待ちせずにステッ
プP8に入れる。

ステップP8でnoのとき（制御項目終わりでないとき）
には、ステップP1の前に戻す。

このようにして、前記ステップP2からのステップP8で
スロットル（Ａ）についてのデータの交換が済むと、前
記ステップP2にて制御項目がスロットル（Ａ）でないと
判別したときには、つづいてステップP9にて制御項目が
走行変速のシフト（Ｂ）であるか否かを判別し、yesで
あるときには、ステップP10にてその変速シフトのデー
タ（中立位置、第１速、第２速、第３速、後退）を新旧
交換し、ステップP4の前に戻す。

前記ステップP9でnoのときには、ステップP11に移
り、制御項目がブレーキ右（Ｃ）であるか否かを判別
し、yesのときにはステップP12で前記と同様に新旧デー
タを交換する。ブレーキ右のみを作動させるときには、
作業車両１は右に急旋回することができる。

ステップP13では、制御項目がブレーキ左（Ｄ）であ
るか否かの判別、ステップP15では制御項目がクラッチ
（Ｅ）であるか否かの判別を前記と同様に各々実行し、
各々yesであるときにはステップP14,ステップP16で新旧
データの交換を実行した後ステップP4の前に戻すのであ
る。

つづいて第８図は下位コントローラの制御サブルーチ
ンで、例えば操舵装置５に対する操舵アクチェータ21
（油圧制御の場合には、制御切換弁の電磁ソレノイドで
も良い）を制御する下位のコントローラ29について例示
すると、スタートに続くステップQ1で初期化し、ステッ
プQ2で操作用のスイッチを読み込み、作動可能状態のと
きには、ステップQ3にて操舵が右か左かの指令と、車輪
の向きの角度である操舵指示量を読み込む。次にステッ
プQ4にて現在の実際の車輪の向きである切れ角度を前記
ポテンショメータ等の操舵角度センサー22にて検出し、
操舵指示量と切れ角度が一致しないときには、ステップ
Q5にて操舵アクチェータ21を前記遠隔操作の操舵指示量
に対応させて舵取り操作を実行したのち、ステップQ2の
前に戻すのであり、操舵指示量と切れ角度の差異が所定
の許容誤差範囲内のときには操舵アクチェータ２を作動
させず、不変とするのである。

第２図の実施例における下位のコントローラ26では、
スロットルアクチェータ11、クラッチアクチェータ13、
PTOアクチェータ15を制御対象として略並列的に制御操
作を実行するのであり、下位のコントローラ27では、シ
フトアクチェータ17、ブレーキアクチェータ19を制御対
象として略並列的に制御実行している。

なお、各種センサーの検出値が所定の制御範囲を越え
るときには、上位のコントローラ30がこれを判別して、
エンジンの停止、走行変速シフトの中立位置への移行、
作業者の警報等を実行する。

第９図の第２実施例では、遠隔操作指令コントローラ
31や外部制御装置34から上位のコントローラ36への指令
や最終の制御量のデータ通信は前記実施例と略同じであ
るが、以下に述べる下位のコントローラX1〜X9を各々並
列的に同時制御するものであって、下位のコントローラ
X1〜X6は前記スロットルアクチェータ11クラッチアクチ
ェータ13、PTOアクチェータ15、シフトアクチェータ1
7、ブレーキアクチェータ19、操舵アクチェータ21の制
御対象の各々を単独で制御するものであり、下位のコン
トローラX7はCCDカメラ及び画像処理装置23を制御する
もの、下位コントローラX8は障害物センサー24など各種
表示装置または警報装置を制御するもの、下位コントロ
ーラX9はロータリ耕耘機６等の作業機の昇降等の姿勢制
御装置37を制御（作業機の左右を常時水平状態に保持し
たり、一定の左右傾斜状態の姿勢に保持するような制
御）するものである。

なお、前記各下位のコントローラX1〜X9では、各アク
チェータ類等の制御対象に付随するセンサー（図示せ
ず）の信号を入力して制御の適正化を図るし、上位のコ
ントローラ36においても、前記の各センサー類からの信
号を受けて、制御が適正であるか否かを監視し，制御が
不適当であるときには各下位のコントローラを個別にOF
Fにするか、エンジン停止、または走行変速装置のシフ
トレバーを中立にしたり、警報を出すように構成するも
のである。

前記各実施例のように構成すれば、複数の下位のコン
トローラの各々が実際に制御する制御対象は、各々一つ
乃至複数あるが、この複数の下位のコントローラを一つ
の上位のコントローラで制御するので、従来のように一
つの中央処理装置（CPU）で多数の制御対象を略同時に
制御操作実行するのに比べて、上位コントローラおよび
各下位のコントローラが制御において負担すべき量が少
なくなると共に、上位と下位の各コントローラ間の制御
の流れ、下位コントローラと各制御対象との制御の流れ
が簡単になるので、制御対象を増減することが至極簡単
となり、制御装置全体として判りやすく、且つ汎用性を
持つことができるという効果を有するのである。

特に、外部の遠隔操作制御のときには、その外部遠隔
操作装置と一つの中央処理装置（CPU）との間のデータ
の通信に時間を取られ、肝心の作業車両１の制御に必要
な時間的な余裕がなくなり、非常停止やエンジン停止の
制御が不可能になって安全性を害することになるが、本
発明では、上位のコントローラに通信部分の制御を任せ
る余裕ができるので、下位のコントローラによる本来の
作業車両の制御の掌握が充分且つ確実となり、安全性も
向上するのである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は作業車両の概略
平面図、第２図は制御装置の第１実施例のブロック図、
第３図は作業車両の遠隔操作の説明図、第４図は作業車
両の遠隔操作の他の実施例の説明図、第５図と第６図と
第７図と第８図は各々フローチャート、第９図は制御装
置の第２実施例のブロック図である。 １……作業車両、５……操舵装置、６……ロータリ耕耘
機、７……エンジン、８……クラッチ装置、11……スロ
ットルアクチェータ、13……クラッチアクチェータ、15
……PTOアクチェータ、17……シフトアクチェータ、19
……ブレーキアクチェータ、21……操舵アクチェータ、
24……障害物センサー、26,27,29……下位のコントロー
ラ、28……中位のコントローラ、30,36……上位のコン
トローラ、31……遠隔操作指令コントローラ、34……外
部制御装置。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】トラクタ等の農作業用作業車両におけるエ
   ンジン制御、操舵制御、ブレーキ制御、クラッチ制御等
   の複数の制御対象の各々を、各下位のコントローラにて
   制御するように構成する一方、上位のコントローラから
   前記複数の下位のコントローラに命令を伝達すると共
   に、その各下位のコントローラによる制御状態を上位の
   コントローラにて監視するように構成したことを特徴と
   する作業車両における制御装置。