JP2880015B2 - 自動走行車両における自動安全装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、果樹園等における自動
走行型の薬剤散布機（スピードスプレヤ）等の自動走行
車両における自動安全装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、果樹園等における自動（無
人）走行型の薬剤散布機（スピードスプレヤ）等におい
ては、作業経路（誘導経路）に沿って地中に埋設した誘
導ケーブルに交流電流を流し、この誘導ケーブルから発
生する交流磁界の強度の変化を走行車両の前部等に装着
した左右一対のピックアップコイル等の磁気センサにて
検出し、この誘導ケーブルに対する走行車両の横ずれの
大きさに対応して発生する左右一対の磁気センサでの出
力値（電圧値）の差を取って、横ずれの大きさ（偏位
量）と横ずれの方向（右か左かの判別）とを求め、これ
らの検出結果から走行車両を誘導ケーブルに沿って走行
するように、走行車両における操舵車輪の向きを変えて
操舵制御することが行われている（実開平２−８４９０
９号公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、走行装置が
四輪式等の車輪の場合には、操舵装置（ステアリング装
置）と、エンジンからの動力を継断する走行クラッチ装
置と、走行車両の前進（後退）を停止させるブレーキ装
置とを備えているのが通常であった。そして、自動走行
制御の場合、走行速度を略一定状態のまま操舵のみ自動
制御するのが通常であり、障害物を検出する等して非常
停止するとき、従来の技術では、自動操舵制御装置で障
害物を回避するように制御しながら、又は、操舵制御を
実行しないで、エンジンを停止させる措置をとってい
た。このような措置では、走行の惰性で進行が停止する
迄の距離が長くなり、障害物に衝突する危険性がある。
また、斜面でエンジン停止させただけでは、車輪の転動
を完全に阻止できず、走行車両が斜面を転がり降りるお
それがあった。

【０００４】そこで、前記エンジンの停止に加えて、障
害物の検出または外部等からの指令信号に応じて、走行
クラッチ装置とブレーキ装置とを油圧回路への駆動手段
を介して作動させ、無人走行車両を確実に停止させるよ
うに制御することが考えられる。ところで、一つのマイ
クロコンピュータ等の中央処理装置を備えた自動制御装
置だけで、前記非常停止制御を実行しているとき、当該
中央処理装置が何らかの理由で障害（故障）が発生する
と、ブレーキもエンジン停止もできなくなり、暴走状態
となって、きわめて危険となる。

【０００５】本発明は、この技術的問題を解決して安全
に走行制御を実行できる自動走行車両を提供することを
目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明では、誘導経路に沿って走行車体が進行する
ように操舵装置を制御する第１制御装置を備える一方、
走行車体に搭載したエンジンから走行装置への動力伝達
を継断するための走行クラッチ装置と、走行装置を停止
させるブレーキ装置とを備えてなる自動走行車両におい
て、前記第１制御装置によりエンジンをＯＮ・ＯＦＦ操
作する一方、前記走行クラッチ装置及びブレーキ装置を
操作するための第２制御装置を設け、該第２制御装置と
前記第１制御装置とを通信回路にて接続して、相互に相
手側の動作状態を監視するように制御すると共に、相手
側制御装置の異常時には、正常側の制御装置の動作によ
り、当該正常側制御装置の支配下にあるエンジンＯＮ・
ＯＦＦ手段、または走行クラッチ装置、ブレーキ装置に
より非常停止操作を実行するように制御したものであ
る。

【０００７】

【実施例】次に本発明を自動走行型の薬剤散布機（スピ
ードスプレヤ）に適用した実施例について説明する。ス
ピードスプレヤの走行車体１の前部側にハンドル３を備
えた運転操作部２を有し、走行車体１には平面視略Ｌ字
状の薬液タンク４とその後部に噴霧部５とを備えてい
る。

【０００８】噴霧部５は、走行車体１の下面を除く外周
面に適宜間隔で半径外向きに臨ませた多数の噴霧ノズル
６と、その半径外向きに風を送る送風機７が装着され、
前記噴霧ノズル６は走行車体１の左右及び上面との３区
画若しくは左右２区画ごとに噴霧の作業を実行するよう
に散布制御できるものである。符号８，８は左右前輪、
符号９，９は左右後輪であり、これらの４輪はエンジン
１０からの動力が走行変速機構１１を介して各々伝達さ
れて駆動できるいわゆる４輪駆動型であり、エンジン１
０からの動力を別の動力伝達機構１２を介して送風機７
を回転させ、また噴霧ノズル６に対する動力ポンプ１３
を駆動させる。

【０００９】ハンドル３付き操舵装置１４は、図３に示
すような機械的または油圧系統を含むパワーステアリン
グ機構１５であり、このパワーステアリング機構１５は
油圧回路１６における複動式の油圧シリンダ１７にて作
動し、油圧シリンダ１７が伸長するとき、平面視Ｗ字状
のベルクランク１８を介して後輪９，９を左向きに変更
すると共に、連結ロッド１９及び平面視Ｖ字状のベルク
ランク２０を介して前輪８，８を右向きに変更する（油
圧シリンダ１７が縮小するときには前輪は左向き後輪は
右向きに変更される）というように、前後４輪ともに向
きを変えて左右に回動変更できるいわゆる４輪操舵型で
ある。

【００１０】その油圧回路１６を図４に示し、符号２８
は、自動操舵用の油圧シリンダ１７に対する電磁ソレノ
イド式の制御弁であり、符号２９は走行クラッチ及びブ
レーキ作動のための油圧シリンダ３０を制御する電磁ソ
レノイド式の制御弁、符号２３は手動操舵操作の場合に
使用する制御弁である。制御弁２９、２８は、油圧ポン
プ２２からの作動油送りの場合に前記手動操舵用の制御
弁２３よりも上流から分岐した油圧管３１に接続し、し
かも、走行クラッチ及びブレーキ作動用の制御弁２９
は、自動操舵用の制御弁２８よりも上流側になるよう直
列状に連結する。

【００１１】従って、走行クラッチ及びブレーキを作動
させるべく、制御弁２９を介して作動させるときには、
その油圧シリンダ３０が優先的に作動し、操舵用の油圧
シリンダ１７の作動は二次的となる。なお、手動操舵の
ときには、油圧ポンプ２２から送られてきた油が制御弁
２３を介して油圧モータ２１に送られ、この油圧モータ
２１からの油送り量をハンドル３の回動角度に比例する
ように作動させ、この油を前記ステアリング機構１５に
取付く複動式の油圧シリンダ１７に送る。自動操舵制御
のときには油圧ポンプ２２から制御弁２９の中立位置及
び電磁ソレノイド式制御弁２８を介して油圧シリンダ１
７に作動油を送る。

【００１２】符号２５は前輪８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であり、この場
合、左右車輪の向き角度の平均値を求めて検出しても良
い。なお、前輪と後輪とを別々の油圧シリンダ式パワー
ステアリング機構を介して連結して、前輪と後輪とを個
別的に操舵制御するようにしても良い。走行車体１の下
面には、その前部に左右一対の磁気センサ２６ａ，２６
ｂを設ける。この磁気センサ２６ａ，２６ｂは、導体を
コイル状に巻いたピックアップコイルであっても良い
し、ホール素子、ホールＩＣ、磁気抵抗素子、磁気トラ
ンジスタであっても良く、交流電流発生装置にて誘導ケ
ーブル２７に印加された適宜周波数の交流電流により、
当該誘導ケーブル２７の周囲に発生する交流磁界の強度
を検出することができるものである。誘導ケーブル２７
は果樹園の作業経路である誘導経路に沿って形成した溝
内に敷設するか、または地中に埋設する。

【００１３】走行車体１の前部には、左右一対の超音波
センサ等の障害物感知センサ２８ａ，２８ｂを設けて、
これら障害物感知センサから一定距離範囲内で人や物を
検出すると、「障害物有り」と判断して、後述の非常停
止制御を実行する。図５〜図７に示す符号６０は、前記
走行変速機構１１に関連して設けた走行クラッチ（図示
せず）のためのクラッチペタル、符号６１は、従来から
公知の油圧式などのブレーキ機構に対するブレーキペタ
ルを示し、これらペタルは操縦部に設ける。前記ブレー
キペタル６１の基部を固着したボス６４を、位置固定的
な軸受け筒６２に回動自在に嵌挿した支軸６３の一端に
被嵌したピン６５にて固着して一体的に回動するように
構成する。前記軸受け筒６２の他端から延びる支軸６３
に回動可能に被嵌した筒体６６に前記クラッチペタル６
０の基部を固着し、前記筒体６６を挟んで軸受け筒６２
と反対側において支軸６３に被嵌したボス６７をピン６
８を介して固着し、ボス６７に固着したアーム６９には
緩衝ばね７０を介してブレーキ用の作動杆７１を取り付
ける。

【００１４】また、前記クラッチペタル６０が取付く筒
体６６に突出させたアーム７２には走行クラッチ機構
（図示せず）に連結する作動杆７３を連結する。符号７
４は筒体６６と支軸６３とを一体的に回動させるときに
連結する結合ピンで、筒体６６の外周面に突設した断面
Ｌ字状のブラケット７６に結合ピン７４を摺動自在に装
着し、結合ピン７４の先端側に固着した鍔片７７とブラ
ケット７６との間に介挿した付勢ばね７５にて、結合ピ
ン７４の先端部７４ａが筒体６６における支持孔７８か
ら支軸６３に穿設した結合孔７９に向かって前進して、
支軸６３と筒体６６、ひいてはブレーキペタル６１また
はクラッチペタル６０のいずれか一方の踏み込み動作に
て、走行クラッチ及びブレーキが略同時に作動（動力遮
断と制動）するように構成する。

【００１５】前記ブラケット７６の外面に設けたボス８
０には、結合ピン７４の軸部に貫通させた係合ピン８１
が嵌合する凹溝８２を形成し、結合ピン７４を後退（先
端部７４ａが結合孔７９から抜け出す方向に移動）させ
て、係合ピン８１が凹溝８２から抜け出した状態で結合
ピン７４をその軸線廻りに回動させてボス８０の外面に
接当させる（図７の一点鎖線参照）と、当該結合ピン７
４の先端部７４ａが結合孔７９から外れた状態に保持で
きる構成である。符号８３は、前記結合ピン７４にて支
軸６３と筒体６６とが一体的に回動するように結合され
ている状態を検出するためのリミットスイッチなどの連
結センサで、鍔片７７が連結センサ８３に接近（当接）
したときを前記結合状態であると検知する。

【００１６】前記クラッチ及びブレーキを一体的に略同
時に作動させるための油圧シリンダ３０のピストンロッ
ド３０ａは、クラッチペタル６０の作動杆６０ａに突設
した係合軸８４にブラケット８５を介して回動可能に取
付き、油圧シリンダ３０の基端は固定枠８６に回動軸８
７を介して回動可能に装着されている。これにより、前
記結合ピン７４の差し込みによる結合状態で油圧シリン
ダ３０を作動させると、支軸６３及び筒体６６を一体的
に、且つ強制的に回動駆動することになり、走行クラッ
チにて動力遮断と制動とが略同時に実行される。なお、
結合孔７９の孔径を結合ピン７４の先端部７４ａの直径
より大きく（少なくとも結合ピン７４の軸線廻りの回動
方向に大きく）形成することにより、筒体６６が適宜角
度回動したのち支軸６３がつれ廻りするので、走行クラ
ッチのオフ（動力遮断）が制動動作よりも若干先行する
ことができ、急制動時（非常停止時）のエンジンストッ
プを防止することができる。

【００１７】図８は、本発明の制御装置の機能ブロック
図を示し、前記の無人走行・噴霧作業制御及び非常停止
制御を実行するための第１制御装置３２とブレーキ装置
とクラッチ装置とを操作する第２制御装置３３とを有機
的に連結してなる。マイクロコンピュータ等の一つの中
央処理装置（ＣＰＵ）及び入出力インターフェイス（い
ずれも図示しない）とからなる第１制御装置３２及び同
じく第２制御装置３３は、バス３６を介して予め決めら
れた制御プログラム等を記憶させた読み出し専用メモリ
（ＲＯＭ）３４と、各種データを一時的に記憶させる随
時読み書き可能メモリ（ＲＡＭ）３５とを共有し、ま
た、双方向通信バス等の通信回路３７を介して第１制御
装置３２と第２制御装置３３とは互いに相手制御装置の
動作が正常に作動しているか否かを監視する。

【００１８】前記磁気センサ２６ａ，２６ｂからの検出
信号をＡ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換した後の入力
信号と、薬液タンク４内の薬液レベル（水面高さ）を検
出するための電気抵抗式等のレベルセンサ３８からの入
力信号とを、第１制御装置３２に入力する。薬液タンク
４から噴霧ノズル６に薬液を送る動力ポンプ１３の電磁
クラッチ用駆動回路４０と、薬液流通管の途中に設け
て、左右及び中央の各ノズル６，６，６に対する薬液の
流通量を調節し，遮断することが可能な調節バルブの駆
動回路３９ａ，３９ｂ，３９ｃと、フアン７への動力伝
達をＯＮ・ＯＦＦするクラッチの駆動回路４１と、エン
ジン１０への燃料供給管途中に設けた燃料供給遮断弁の
駆動モータ等のアクチェータを作動させる駆動回路４２
とを、第１制御装置３２におけるインターフエイスの出
力端子に接続する。

【００１９】第２制御装置３３のインターフェイスの入
力端子には、超音波センサ等の障害物感知センサ２８
ａ，２８ｂと、操舵装置１４の操舵角度センサ２５と、
前記ブレーキペタル６１とクラッチペタル６０との連結
状態を検出する連結センサ８３とを接続し、それらの各
入力信号を取り込む。第２制御装置３３のインターフェ
イスの出力端子には、前記自動操舵用の制御弁２８の右
操舵用電磁ソレノイド２８Ｒの電気式駆動回路４３と左
操舵用電磁ソレノイド２８Ｌの電気式駆動回路４４と、
前記操向停止のためのブレーキ装置及び走行クラッチ装
置を一体的に作動させる油圧シリンダ３０の制御弁２９
の電磁ソレノイド等の駆動回路４５をそれぞれ接続す
る。また、前記薬液タンク４内の薬液レベルが最低にな
ったとき、点灯する表示ランプや、操舵や作業に必要な
各種表示ランプ、液晶表示装置、警報装置やキースイッ
チ等の操作パネル部４７は共通バス４６を介して前記第
１制御装置３２及び第２制御装置３３に接続する。

【００２０】この構成において、走行車体１を無人走行
させて薬剤散布作業を実行するには、結合ピン７４を支
軸６３における結合孔７９に差し込み、走行クラッチと
ブレーキとが略同時に作動できるようにセットすると前
記連結センサ８３はオンとなる。次いで、駆動回路４５
を作動させて油圧シリンダ３０のピストンロッド３０ａ
を突出させ、制動が作動した状態、つまり、走行車体１
の位置停止状態を保持している。

【００２１】次いで、自動スイッチ（図示せず）をオン
にセットし、（この状態では第１制御装置３２における
エンジンＯＮ・ＯＦＦ手段としての燃料供給遮断弁の駆
動回路４２はＯＮであり、エンジン１０に燃料供給され
ている）走行速度、薬剤散布方向等の初期設定を実行し
た後、送風フアン７のクラッチをオンにして回転させた
後、作業者が走行車体１から下り、ついで遠隔操作また
は走行車体に設けたスイッチ（図示せず）のオンにて前
記駆動回路４５を作動し、走行クラッチ解除、ブレーキ
解除にして、走行車体１を前進させる。

【００２２】そして、第２制御装置３３にて、前記走行
車体１に設けた左右一対の磁気センサ２６ａ，２６ｂで
検出した誘導ケーブル２７の軸線に対する横ずれ量を演
算し、この検出横ずれ量と操舵角度センサ２５の検出値
とから、前記横ずれ量が小さくなるように操舵制御する
ための操舵修正指令量信号を求めて、電気式駆動回路４
３，４４に駆動パルス信号を与え、誘導ケーブル２７に
略沿うような操舵制御、いわゆる電磁誘導操舵制御を実
行し、同時に第１制御装置３２の作動にて、薬剤噴霧作
業を実行するのである。

【００２３】このように、通常はバス３７を介して相互
に相手制御装置が正常に作動しているか否かを監視して
おり、第１制御装置３２及び第２制御装置３３が共に正
常に作動しているときであって、非常（緊急）停止させ
たいとき、遠隔操作用の無線操作機器（ラジオコントロ
ーラ）から停止信号を発信し、また、障害物感知センサ
２８ａ，２８ｂにて「障害物有り」と判断するとき、走
行停止信号を受けて、第２制御装置３３にて油圧回路１
６における操舵用制御弁２８よりも上流側に設けた制御
弁２９を作動させるので、操舵用制御弁２８が回行制御
中であっても、前記油圧シリンダ３０を作動させるべく
制御弁２９を優先的に制御することができ、操舵制御の
実行・不実行のいかんにかかわらず走行車両の進行を確
実に停止させることができると共にエンジンの停止も防
止できる。

【００２４】また走行クラッチとブレーキとを略同時に
作動させるので、エンジンからの動力を遮断した状態
で、制動できて制動距離を短くすることができ、斜面に
停止した状態での制動も確実に実行できる。前記走行ク
ラッチ及びブレーキを作動させた後、第１制御装置３２
にてエンジンＯＮ・ＯＦＦ手段（前記燃料供給遮断のた
めの駆動回路４２）をＯＦＦにしてエンジン１０への燃
料供給をカットする。

【００２５】このように、２つの制御装置が共に正常で
あるときには、非常停止に際してブレーキ・走行クラッ
チの作動制御と、エンジンへの燃料供給カットとを順序
良く、且つ別別の制御装置３２，３３で実行する。そし
て、前記第１制御装置３２または第２制御装置３３のい
ずれか一方が故障すると、前記通信回路３７を介して正
常な側の制御装置が異常信号を受ける。この異常信号に
て、当該正常な側の制御装置、例えば第２制御装置３３
はそれ自身の支配下にある停止手段であるブレーキ装置
・走行クラッチ装置を作動させて、非常停止させること
ができる。第１制御装置３２のみが正常であれば、エン
ジン１０への燃料供給をカットして、エンジン停止によ
る非常停止を実行することができる。

【００２６】いずれにしても、一つの制御装置で燃料供
給カットとブレーキ、走行クラッチの３つの作動を支配
していると、その制御装置が故障したときには非常停止
作動できず、走行車両が暴走してきわめて危険である
が、本発明のように２つの制御装置に非常停止制御を分
担させておけば、確実に非常停止させることができて、
安全である。

【００２７】また、自動走行制御の実行に際して、前述
のように操舵制御や前記噴霧作業等の作業部の操作制御
も実行するので、一つのマイクロコンピュータ等の中央
処理装置を備えた自動制御装置だけで前記各種の制御を
実行すると、センサ等の入力装置、作業のための出力装
置などの外部装置と中央処理装置との動作タイミングの
相違、アナログ信号、デジタル信号等表現形式の相違か
ら、入出力ポート数が多くなり、一つのインターフェイ
ス、１つの中央処理装置の場合，コスト高、嵩高となる
が、２つに分割すれば、装置の嵩が小さくなり、コスト
も低下できる。本発明は、薬剤散布機に限らず、その他
の作業用の自動走行車両に適用できることはいうまでも
ない。

【００２８】

【発明の作用及び効果】本発明では、誘導経路に沿って
走行車体が進行するように操舵装置を制御する第１制御
装置は、エンジンをＯＮ・ＯＦＦ操作する一方、第２制
御装置は走行クラッチ装置及びブレーキ装置を操作す
る。そして、この第２制御装置と前記第１制御装置とを
通信回路にて接続して、相互に相手側の動作状態を監視
するように制御するので、２つの制御装置が共に正常に
作動するときには、それぞれの制御装置の支配下にある
停止手段が順序良くして、走行車両を非常停止させるこ
とができる。

【００２９】そして、一つの制御装置が故障する等異常
のときには、その異常信号は直ちに相手側の正常な制御
装置で受信することができるから、相手側制御装置の異
常時には、正常側の制御装置の動作により、当該正常側
制御装置の支配下にあるエンジンＯＮ・ＯＦＦ手段、ま
たは走行クラッチ装置、ブレーキ装置などの少なくとも
一つの停止手段を作動させることができる。従って、本
発明によれば、制御装置の故障による非常停止のきかな
い状態を極力回避でき、確実に非常停止できて無人での
自動走行制御時における安全性が格段に向上するという
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】薬剤散布機の側面図である。

【図２】薬剤散布機の平面図である。

【図３】操舵装置１４の概略平面図である。

【図４】操舵装置の制御油圧回路図である。

【図５】走行クラッチおよびブレーキに対するペタルの
連結機構を示す斜視図である。

【図６】ペタルの連結機構の一部断面で示す平面図であ
る。

【図７】図５のVII −VII 矢視断面図である。

【図８】制御装置の機能ブロック図である。

【符号の説明】

１ 走行車体 ６ 噴霧ノズル ７ 送風機 ８，８ 前輪 ９，９ 後輪 １０ エンジン １１ 走行変速機構 １２ 動力伝達機構 １３ 動力ポンプ １４ 操舵装置 １６ 油圧回路 １７ 油圧シリンダ ２２ 油圧ポンプ ２３ 制御弁 ２５ 操舵角度センサ ２６ａ，２６ｂ 磁気センサ ２７ 誘導ケーブル ２８ａ，２８ｂ 障害物センサ ３０ 油圧シリンダ ３２ 第１制御装置 ３３ 第２制御装置 ３６ バス ３７ 通信回路 ６０ クラッチペタル ６１ ブレーキペタル ８３ 連結センサ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 誘導経路に沿って走行車体が進行するよ
   うに操舵装置を制御する第１制御装置を備える一方、走
   行車体に搭載したエンジンから走行装置への動力伝達を
   継断するための走行クラッチ装置と、走行装置を停止さ
   せるブレーキ装置とを備えてなる自動走行車両におい
   て、前記第１制御装置によりエンジンをＯＮ・ＯＦＦ操
   作する一方、前記走行クラッチ装置及びブレーキ装置を
   操作するための第２制御装置を設け、該第２制御装置と
   前記第１制御装置とを通信回路にて接続して、相互に相
   手側の動作状態を監視するように制御すると共に、相手
   側制御装置の異常時には、正常側の制御装置の動作によ
   り、当該正常側制御装置の支配下にあるエンジンＯＮ・
   ＯＦＦ手段、または走行クラッチ装置、ブレーキ装置に
   より非常停止操作を実行するように制御したことを特徴
   とする自動走行車両における自動安全装置。