JP3265404B2 - 移動農機の操向制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はりんご・ぶどう・梨など
を栽培する果樹園で薬剤散布の際に使用されるスピード
スプレーヤなど移動農機の操向制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、実開平２−３１４０４号公報に示
す如く、走行路を検出する誘導センサと、移動農機の操
舵方向を検出する操舵センサを設け、前記各センサの検
出結果に基づき移動農機を自動的に操向制御する技術が
ある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記従来技術は、移動
農機がスリップ等によって進路に対して斜行したり、傾
斜地走行または機体重量変化などにより、操向制御が不
適正に行われてハンチングまたは制御遅れ等が発生し易
い問題がある。そこで、特開昭６３−２７３９１７号公
報に示すようなファジィ推論制御によって操向制御を行
うことにより、走行条件の変化に対応した適正な操向制
御を行わせることができるが、マトリックスで表される
ような複雑なルールを設定して推定演算する制御を必要
とし、各種の農作業または機種に容易に適応させ得ない
等の問題がある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】然るに、本発明は、走行
路を検出する誘導センサと、移動農機の操舵方向を検出
する操舵センサと、前記各センサの検出結果に基づきフ
ァジィ推論によって目標操舵角を算出して移動農機を自
動的に操向制御する制御手段を設ける移動農機の操向制
御装置において、走行路に対して移動農機が右にずれて
いて右向きのときに左に操舵するルール１と、走行路に
対して移動農機が右にずれていて直進のときに左に操舵
するルール２と、走行路に対して移動農機が右にずれて
いて左向きのときに操舵しないルール３と、走行路に対
して移動農機が左にずれていて右向きのときに操舵しな
いルール４と、走行路に対して移動農機が左にずれてい
て直進のときに右に操舵するルール５と、走行路に対し
て移動農機が左にずれていて左向きのときに右に操舵す
るルール６に基づき操向制御が行われるように構成した
もので、走行路に対する移動農機の走行形態を６つに区
別した前記ルール１乃至６に基づきファジィ推論制御を
行わせるから、従来のような複雑なマトリックスタイプ
のファジィルールを不要にし、各種の農作業または機種
に適応可能な操向制御のファジィルール設定を容易に行
い得、走行条件が変化し易いスピードスプレーヤ等の移
動農機の操向制御の自動化による無人ロボット作業を容
易に図り得、しかも誘導センサと操舵センサを設ける従
来の低コストで取扱い簡単な検出構造を用いて操向制御
機能の向上などを容易に図り得るものである。

【０００５】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳
述する。図１は制御回路図、図２はスピードスプレーヤ
の全体側面図、図３は同平面図であり、図中（１）は移
動農機であるスピードスプレーヤであり、操向ハンドル
（２）を設ける前部ボンネット（３）と、運転台（４）
に設ける運転席（５）と、薬液を入れるタンク（６）
と、薬液を散布する噴霧ノズル（７）及び送風ファン
（８）と、左右の前輪（９）（９）及び後輪（１０）
（１０）とを配設し、走行し乍ら薬液を周辺に散布する
ように構成している。

【０００６】また、エンジン（１１）及びミッション
（１２）を備え、駆動軸（１３）（１４）を介して前輪
（９）及び後輪（１０）を夫々駆動すると共に、操向ハ
ンドル（２）又は電磁ソレノイド（１５）によって切換
える操舵電磁バルブ（１６）と、前輪（９）及び後輪
（１０）を操向作動する操向シリンダ（１７）（１８）
とを備え、エンジン（１１）と連動する油圧ポンプ（１
９）に前記バルブ（１６）を介して各シリンダ（１７）
（１８）を油圧接続している。そして前後輪（９）（１
０）の操舵角度を検出するポテンショメータ型の操舵角
センサ（２０）を設けている。

【０００７】図４にも示す如く、前記噴霧ノズル（７）
は半円弧状の噴霧フレーム（２１）に左右及び中央の３
つに分割され配設されるもので、左側ノズル（７ａ）・
右側ノズル（７ｂ）・中央ノズル（７ｃ）のそれぞれの
散布量を増減調節或いは停止させる左右及び中央薬液バ
ルブ（２２）（２３）（２４）を設けて、薬液ポンプか
ら各ノズル（７ａ）（７ｂ）（７ｃ）に送給される薬液
量の増減調節を行うように構成している。

【０００８】また、前記スピードスプレーヤ（１）の前
端下部の左右両側に左右一対の磁気センサである誘導セ
ンサ（２５ａ）（２５ｂ）を設けて果樹園内に敷設され
る誘導ケーブル（２６）を検出するもので、機台（１
ａ）の下面左右両側の取付台（２７）に左右センサ（２
５ａ）（２５ｂ）を取付け、路面上に敷設される誘導ケ
ーブル（２６）に対し左右両側に等距離状態に検出面を
臨まさせ、前記ケーブル（２６）に接続する電源（２
８）より交番的な電流が印加されて該ケーブル（２６）
に磁界が発生するとき、この磁界の強さを左右センサ
（２５ａ）（２５ｂ）でもって検出するように構成して
いる。

【０００９】そして図１にも示す如く、前記操舵電磁バ
ルブ（１６）と走行クラッチをオン・オフ操作すると同
時に走行ブレーキをオフ・オン作動する走行クラッチ制
御用電動シリンダの電磁バルブ（２９）と、前記エンジ
ン（１１）に供給される燃料を停止させるエンジンスト
ップモータ（３０）と、薬液及び水ポンプの駆動をオン
・オフする動力噴霧機用電磁クラッチ（３１）と、前記
薬液バルブ（２２）（２３）（２４）のそれぞれの開閉
制御を行うバルブモータ（３２）（３３）（３４）とを
備えると共に、これらを駆動制御するマイクロコンピユ
ータで構成するファジィ推論制御手段である制御回路
（３５）を備え、前記誘導センサ（２５ａ）（２５ｂ）
と、操舵角センサ（２０）と、前方の障害物を検知する
超音波形障害物センサ（３６）と、薬液タンク（６）の
薬液残量を検知する薬剤残量センサ（３７）とを前記制
御回路（３５）に入力接続させて、前記誘導ケーブル
（２６）の誘導による該ケーブル（２６）に追従した操
向を行うように構成している。

【００１０】さらに、スピードスプレーヤ（１）を遠隔
操作するラジコン式遠隔操作器（３８）を備えるもの
で、走行開始及び走行停止スイッチ（３９）（４０）
と、前記動力噴霧機用電磁クラッチ（３１）のオン・オ
フを行う噴霧切換スイッチ（４１）と、前記バルブモー
タ（３２）（３３）（３４）を駆動制御して薬液バルブ
（２２）（２３）（２４）を開閉する各バルブ開閉スイ
ッチ（４２）（４３）（４４）とを操作器（３８）に設
けると共に、遠隔作業スイッチ（４５）と、ケーブル
（２６）による自動操向以外時にスプレーヤ（１）の遠
隔操向を行う遠隔操向レバー（４６）と、作業状態を表
示するモニタ（４７）などを操作器（３８）に設け、前
記制御回路（３５）に入力接続するラジコン式無線受信
機（４８）に操作器（３８）を送受信用アンテナ（４９
ａ）（４９ｂ）を介し双方向通信可能に通信接続させて
いる。

【００１１】本実施例は上記の如く構成するものにし
て、例えば、 最大自動走行速度 ０．７５ｍ／ｓｅｃ 最小自動旋回半径 （ケーブル敷設半径） ２０００ｍｍ 最大自動走行可能傾斜角度 （走行経路の傾斜角度） ５° ケーブル敷設高さの適応性 地下埋設時……０〜３
００ｍｍ 空中敷設時……１６００ｍｍ 〜１７００ｍｍ 隣接ケーブル間距離 ４０００ｍｍ以上 誘導経路延長距離 約１５０ｍ（１．２５
ｓｑ．ＡＶＳ線） 直進時ケーブル追従性 左右のずれ５０ｍｍ以
内 の条件で前記誘導ケーブル（２６）に追従する操向制御
を行うもので、この自動走行時の誘導センサ（２５ａ）
（２５ｂ）の出力例を図５に示す。

【００１２】ところで、前記誘導センサ（２５ａ）（２
５ｂ）の出力値（Ｖｄ）は、左センサ（２５ａ）の出力
値（Ｖａ）と右センサの出力値（Ｖｂ）の差動出力値
（Ｖａ−Ｖｂ）（Ｖｄ＝Ｖａ−Ｖｂ）としたもので、実
験の結果から機体の横ずれ量Ｘに対し図６の如き関係を
得るものである。

【００１３】そして図７に示す如く、前記出力値（Ｖ
ｄ）が入力されると、操向基準に対する横方向のずれ
（Ｖｘ）、及びこのずれ（Ｖｘ）の変化率である機体の
方向（△Ｖｘ）からファジイ推論によって操舵量（△Ｖ
ｓ）が算出され、その操向制御が行われるもので、今ケ
ーブル誘導センサの出力をＶｄ、Ｖｄの移動平均値をＶ
ｄｍ、Ｖｄｍの機体中心方向へのオフセット量をＶｏｆ
ｆ、Ｖｄの変化率を△Ｖｄ、実操舵角をＶｓｒ、制御量
である操舵量を△Ｖｓ、目標操舵角をＶｓｇとすると
き、機体の目標からのずれ（Ｖｘ）を Ｖｘ＝Ｖｄ−（Ｖｄｍ＋Ｖｏｆｆ） 機体の方向（△Ｖｘ）を △Ｖｘ＝△Ｖｄ として次に示す６つのファジィルールを用いてのファジ
ィ推論が行われる。

【００１４】ルール１ 右にずれていて、かつ、右を向
いていれば、左へ操舵する。 ルール２ 右にずれていて、かつ、まっすぐであれば、
左へ操舵する。 ルール３ 右にずれていて、かつ、左を向いていれば、
操舵しない。 ルール４ 左にずれていて、かつ、右を向いていれば、
操舵しない。 ルール５ 左にずれていて、かつ、まっすぐであれば、
右へ操舵する。 ルール６ 左にずれていて、かつ、左を向いていれば、
右へ操舵する。

【００１５】そして各ルールから得られた出力ファジィ
集合の合成によって操舵量（△Ｖｓ）が算出されると、
該操舵量（△Ｖｓ）より目標操舵角（Ｖｓｇ）（Ｖｓｇ
＝Ｖｓｒ＋△Ｖｓ）が算出されて、実操舵角（Ｖｓｒ）
が目標操舵角（Ｖｓｇ）に等しくなるような操向制御が
行われるものである。

【００１６】なおこの場合、Ｖｘ＝Ｖｄ−Ｖｄｏ Ｖｄｏ 機体中心と誘導ケーブル（２６）が一致したと
きの誘導センサ出力値とせずにＶｘ＝Ｖｄ−（Ｖｄｍ＋
Ｖｏｆｆ）としたのは、ファジィ推論の分解能を保ちな
がらルール数を減らしたかったためである。

【００１７】而して、この自動操向制御は起伏や傾斜地
の多い果樹園で使用されると共に、タンク（６）薬液量
によって機体重量が変化し、しかも薬液の均一散布も必
要とされる作業条件も種々変化するスピードスプレーヤ
（１）に最適に用いられるものである。

【００１８】

【発明の効果】以上実施例から明らかなように本発明
は、走行路（２６）を検出する誘導センサ（２５ａ）
（２５ｂ）と、移動農機（１）の操舵方向を検出する操
舵センサ（２０）と、前記各センサ（２０）（２５ａ）
（２５ｂ）の検出結果に基づきファジィ推論によって目
標操舵角を算出して移動農機（１）を自動的に操向制御
する制御手段（３５）を設ける移動農機の操向制御装置
において、走行路（２６）に対して移動農機（１）が右
にずれていて右向きのときに左に操舵するルール１と、
走行路（２６）に対して移動農機（１）が右にずれてい
て直進のときに左に操舵するルール２と、走行路（２
６）に対して移動農機（１）が右にずれていて左向きの
ときに操舵しないルール３と、走行路（２６）に対して
移動農機（１）が左にずれていて右向きのときに操舵し
ないルール４と、走行路（２６）に対して移動農機
（１）が左にずれていて直進のときに右に操舵するルー
ル５と、走行路（２６）に対して移動農機（１）が左に
ずれていて左向きのときに右に操舵するルール６に基づ
き操向制御が行われるように構成したもので、走行路
（２６）に対する移動農機（１）の走行形態を６つに区
別した前記ルール１乃至６に基づきファジィ推論制御を
行わせるから、従来のような複雑なマトリックスタイプ
のファジィルールを不要にし、各種の農作業または機種
に適応可能な操向制御のファジィルール設定を容易に行
うことができ、走行条件が変化し易いスピードスプレー
ヤ等の移動農機（１）の操向制御の自動化による無人ロ
ボット作業を容易に図ることができ、しかも誘導センサ
（２５ａ）（２５ｂ）と操舵センサ（２０）を設ける従
来の低コストで取扱い簡単な検出構造を用いて操向制御
機能の向上などを容易に図ることができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】制御回路図である。

【図２】全体の側面図である。

【図３】全体の平面説明図である。

【図４】薬液散布部の背面説明図である。

【図５】誘導センサの出力例を示す説明図である。

【図６】誘導センサの出力説明図である。

【図７】フローチャートである。

【符号の説明】

（１） スピードスプレーヤ（移動農機） （２５ａ）（２５ｂ） 誘導センサ （２６） 誘導ケーブル （３５） 制御回路（制御手段） （Ｖｘ） ずれ （△Ｖｘ） 方向

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A01B 69/00 G05B 13/02 G05D 1/02

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 走行路（２６）を検出する誘導センサ
   （２５ａ）（２５ｂ）と、移動農機（１）の操舵方向を
   検出する操舵センサ（２０）と、前記各センサ（２０）
   （２５ａ）（２５ｂ）の検出結果に基づきファジィ推論
   によって目標操舵角を算出して移動農機（１）を自動的
   に操向制御する制御手段（３５）を設ける移動農機の操
   向制御装置において、走行路（２６）に対して移動農機
   （１）が右にずれていて右向きのときに左に操舵するル
   ール１と、走行路（２６）に対して移動農機（１）が右
   にずれていて直進のときに左に操舵するルール２と、走
   行路（２６）に対して移動農機（１）が右にずれていて
   左向きのときに操舵しないルール３と、走行路（２６）
   に対して移動農機（１）が左にずれていて右向きのとき
   に操舵しないルール４と、走行路（２６）に対して移動
   農機（１）が左にずれていて直進のときに右に操舵する
   ルール５と、走行路（２６）に対して移動農機（１）が
   左にずれていて左向きのときに右に操舵するルール６に
   基づき操向制御が行われるように構成したことを特徴と
   する移動農機の操向制御装置。