JP6241942B2 - 作業車両の操舵装置 - Google Patents

Description

この発明は、ステアリングハンドルを自動操作する作業車両の操舵装置に関する。

操向操作を行うステアリングハンドルと、ステアリングハンドルの操舵方向を検出する操作位置検出手段と、電動モータの駆動力によってステアリングハンドルによる操向操作を行う操舵ユニットとを備え、該操舵ユニットによってステアリングハンドルが自動操作される自動モードと、オペレータがステアリングハンドルを手動操作する手動モードとを有し、自動モードと手動モードとの切換を行う切換手段を設けた特許文献１に示す作業車両の操舵装置が従来公知である。

特開２０１１−２０７４０７号公報

上記作業車両の操舵装置では、ステアリングハンドルを自動操作することができる操舵ユニットにより、利便性が向上する一方で、該操舵ユニットが、ステアリングハンドルに連結されるシャフト側に設けられるため、シャフトに操舵ユニットを設けるための専用スペースを形成する必要があるとともに、操舵ユニットの設置にも手間がかかる。

本発明では、各種センサ、制御機器、操舵ユニットによってステアリングハンドルが自動操作される自動モードと、オペレータがステアリングハンドルを手動操作する手動モードとを有し、自動モードと手動モードとの切換を行う切換手段を設けた作業車両において、前記操舵ユニットを簡易且つ低コストで設置できる作業車両を提供することを課題としている。なお、自動モードとはオペレータの操向操作を伴わず、何らかのプログラム等の制御により操舵ユニットが駆動し、ステアリングハンドルが操舵される方法によるものを指し、手動モードとはオペレータがステアリングハンドルを操作する方法によるものを指す。

上記課題を解決するため、第１に、ステアリングハンドル１２と当接し駆動する駆動ローラを含む操舵ユニット２４を前記ステアリングハンドル１２の前方に配置され且つメータ又は操作具が設けられた操作パネル１３のさらに前側に固定し、また、前記ステアリングハンドル１２の方向に前記駆動ローラ４１を付勢する付勢手段４４と、前記ステアリングハンドル１２と前記駆動ローラ４１が当接する位置に配置できる切換手段１５によって、前記ステアリングハンドル１２と前記駆動ローラ４１を駆動させ、前記ステアリングハンドル１２を操舵する操舵装置であることを特徴としている。

第２に、操舵ユニット２４は、前記駆動ローラ４１と、前記駆動ローラ４１を駆動する電動モータ３９とを設置した取付部３３と、前記取付部３３を車体に固定する支持部３１とで構成されたことを特徴としている。

第３に、前記支持部３１が、支持部材４７，４９により操作パネル１３の上部から前方下側に延設される延設部２９に固定されたことを特徴としている。

第４に、前記支持部３１が、支持部材５６，６１によりキャビン７のフロントガラス２８に取付け可能に構成されたことを特徴としている。

第５に、前記切換手段１５は、作業車両に装置されているチルト機構を利用することを特徴としている。

第６に、前記電動モータ３９によって駆動される駆動ローラ４１を少なくとも２以上設け、前記駆動ローラ４１が前記ステアリングハンドル１２に接触し、前記ステアリングハンドル１２を操舵することを特徴としている。

前記ステアリングハンドルの方向に前記駆動ローラを付勢する付勢手段と、前記ステアリングハンドルを前記駆動ローラに当接する位置に移動させる切換手段によって、前記ステアリングハンドルと前記駆動ローラを当接させて前記自動モードに切換え、前記操舵ユニットによる前記ステアリングハンドルの操舵が安定的に可能になる。また、前記操舵ユニットが操作パネルの前方に配置されることにより、オペレータがステアリングハンドルを操作する時（手動モード時）に、該操舵ユニットがステアリングハンドルの操作を阻害しないとともに、操作パネルの視認を妨げない。

また、操舵ユニットは、前記駆動ローラと、前記駆動ローラを駆動する電動モータとを設置した取付部と、前記取付部を車体に固定する支持部とで構成されており、走行機体の操作パネル前方側の構成に応じて容易に支持部を適宜変更し、様々な取付方法に対応可能となるため、汎用性が向上する。

また、前記支持部が、支持部材により操作パネルの上部から前方下側に延設される延設部に固定することにより、前記操舵ユニットを例えば該延設部に既設のボルト穴を利用して固定することが可能であり、操舵ユニットの後付け作業が容易になる。

なお、前記支持部３１が、支持部材によりキャビンのフロントガラスに取付け可能に構成されたものによれば、支持部の設置用スペースをコンパクトにできるとともに、操作パネルの上面に取付用のボルト穴のないものであっても容易に操舵ユニットを取付けることができる。

また、自動モードと手動モードの切換手段は、走行機体に備わるチルト機構、すなわちステアリングハンドルの位置が走行機体の前後方向に調整可能な機能を利用することにより、このステアリングハンドルの位置を変更する操作を行い、自動モードと手動モードの切換が可能となる。そのため、複雑な切換機構を必要とせず、コストを低く抑えることができる。

また、前記取付部は、電動モータによって駆動される駆動ローラを少なくとも２以上設け、該駆動ローラがステアリングハンドルと当接するものによれば、駆動ローラとステアリングハンドル間でのスリップの発生を抑制できるとともに、より低出力で小型且つ安価な電動モータを用いることができる。

本発明の作業車両の操舵装置を適用したトラクタの側面図である。 操舵ユニットの切換え状態を示す要部斜視図である。 自動モードにおける操縦部を示す要部側面図である。 自動モードにおける操縦部を示す要部平面図である。 自動モードにおける操縦部を示す要部前方斜視図である。 別実施例１における操舵ユニットを示した要部側面図である。 別実施例１における操舵ユニットを示した要部斜視図である。 別実施例２における操舵ユニットを示した要部側面図である。 別実施例２における操舵ユニットを示した要部斜視図である。 別実施例３における操舵ユニットを示した要部側面図である。

図１は、本発明の作業車両の操舵装置を適用したトラクタの側面図である。本トラクタは、左右一対の前輪１、１及び後輪２，２によって支持される機体フレーム３と、該機体フレーム３の前側に設置されたエンジン（図示しない）の上面側をカバーするボンネット４と、該ボンネット４の後方に設置され、オペレータが乗込んで操縦等を行う操縦部６が設けられたキャビン７とを備えた走行機体８が構成されており、該走行機体８の後方に昇降リンク９を介してロータリ耕耘機等の作業機（図示しない）を昇降可能に連結している。

前記操縦部６は、オペレータが着座する座席１１と、座席１１の前方側に配置された操向操作具であるステアリングハンドル１２と、ステアリングハンドル１２前方側に配置された操作パネル１３と、座席１１とステアリングハンドル１２の間に設けられた床面であるフロアステップ１４とを備えている。また、該操作パネル１３として、走行情報及び作業情報を表示する表示パネル１６と、該表示パネル１６の下側の左右に配置されたフロントスイッチパネル１７，１７とが設けられている。

前記ステアリングハンドル１２のコラム１８は、座席１１側がコラムカバー１８ａによって保護されており、その下端が機体フレーム３側に取付支持されている。また、該ステアリングハンドル１２のコラム１８は、前記機体フレーム３側に上下（前後）方向に可動自在に支持されており、これによって、ステアリングハンドル１２は、上下（前後）方向の傾きが調整可能なチルト機構１５を構成している。なお、該チルト機構１５は、後述する自動操作装置における自動モードと、手動モードとの切換手段を兼ねている。詳しくは後述する。

また、該ステアリングハンドル１２に連結されたステアリングシャフト側には、回転位置を検出することによってステアリングハンドル１２の操作位置を検出するポテンショメータ等のセンサからなる操作位置検出センサが設けられており、後述する制御部に接続されている。

さらに、前記ステアリングハンドル１２の左右一方側（図示する例では左側）には、走行機体の前進（Ｆ）・後進（Ｒ）・中立（Ｎ）を操作するシャフトレバー２１が設けられ、ステアリングハンドル１２の左右他方側（図示する例では右側）には、エンジンの回転数を操作するエンジンコントロールレバー２２が設けられ、ステアリングハンドル１２の前方側には、自動モードにおけるステアリングハンドルを操舵する操舵ユニットが設けられている。以下、操舵ユニットを用いた自動操舵について説明する。

次に、図１乃至５に基づいて、操舵ユニットを用いた自動操舵方法について説明する。
図２は、操舵ユニットの切換え状態を示す要部斜視図であり、図３乃至５は、自動モードにおける操縦部を示す要部側面図、要部平面図、要部斜視図である。

操舵ユニットを用いた自動操舵を行う場合、走行機体の走行状況を撮影する撮影ユニット２３と、前記ステアリングハンドル１２を操作するための操舵ユニット２４と、操舵ユニット２４を操作するための制御部を備えた制御ユニット２６とから構成されるシステムを用いてステアリングハンドルを駆動する量を決定し、切換機構によって、ステアリング操作をオペレータが手動で行う手動モードから、撮影ユニット２３から出力されたデータに基づいて制御部を介してステアリング操作を行う自動モードに切換えることにより自動操舵が可能になる。

前記撮影ユニット２３は、図１に示されるように、キャビン上部前側に取付られたカメラと、該カメラを取付ける設置部とから構成されており、該カメラによって、走行時の目標となる進行方向の地面及び地平線を撮影し、撮影された画像（動画）データは前記制御部２６に出力される。

前記操舵ユニット２４は、図２に示されるように、前記ステアリングハンドル１２と当接する駆動ローラと、駆動ローラと接続して駆動する電動モータ３９と、前記操作パネル１３の上部からフロントガラス２８側に向って前方下側に延設されるバイザー状の延設部２９に、該延設部２９に設けた取付穴２９ａ等を介して固定された操舵ユニット２４を延設部２９に支持する支持部３１と、該支持部３１に取付けられてステアリングハンドル１２と当接し、前記ステアリングハンドル１２を駆動操舵するための電動モータ３９及び駆動ローラ４１を取付けるアーム部材３２等から成る取付部３３とから構成されている。

前記取付部３３は、前記支持部３１側に着脱自在にボルト固定されてバッテリー３６等を支持する前後が開放された筒状に形成されたブラケット３７と、該ブラケット３７の上面側に取付けられるベース板３８と、該ベース板３８に左右回動自在に取付けられるアーム部材３２と、該アーム部材３２の一端側に設けた電動モータ３９により回転駆動する駆動ローラ４１とを備えている。

前記アーム部材３２は、前記ベース板３８上に設けた回動軸４２に回動可能に設けられている。また、前記ベース板３８に円弧状の規制孔３８ａが穿設されており、アーム部材３２のベース板３８側の端部に取付けられたコ字状の規制部材４３側の一部が該規制孔３８ａ内を挿通するように構成されている。これにより、アーム部材３２の回動範囲が規定されている。

また、前記ブラケット３７の左右一方側（図示する例では右側）には、アーム部材３２を付勢するための弾性部材４４の一端が取付けられる突出部４６が形成されている（図４参照）。該弾性部材４４の他端側は、前記アーム部材３２の規制部材４３に連結されており、アーム部材３２先端の駆動ローラ４１が、ステアリングハンドル１２に向けて付勢されている。このため、ステアリングハンドル１２に当接した駆動ローラ４１の駆動力が、効率的且つ安定的にステアリングハンドル１２に伝わり、駆動ローラ４１によるステアリング操作がより安定する。

前記支持部３１は、延設部２９の前端側に固定された逆コ字状に屈曲形成された第１支持部材４７と、該第１支持部材４７とブラケット３７側とを連結する一対の連結部材４８，４８と、前記延設部２９上面に取付けられて前記ブラケット３７の下面を支持する第２支持部材４９とから構成されている。

前記第１支持部材４７の固定は、両端側が延設部２９左右端側に穿設した支持穴５１に挿入したボルトによるもので、前記延設部２９を左右方向に跨ぐようにして取付けられる。また、第１支持部材４７には、左右方向に連続して複数の固定孔４７ａが穿設されており、任意の固定孔４７ａを用いて前記ブラケット３７後端に連結される一対の連結部材４８，４８と制御ユニット２６とがボルト固定されている。具体的には、左右一方側（図示する例では右側）に前記連結部材３８，３８が取付固定され、他方側（図示する例では左側）に、制御ユニット２６が取付けられている。

また、第２支持部材４９と前記連結部材４８，４８の中途部には、図３に示されるように、前後方向に角度を調整できる回動軸４９ａ，４８ａが設けられている。これにより、ステアリングハンドル１２の位置や、延設部２９の形状が異なる機体であっても操舵ユニット２４を確実に設置できるため、汎用性が高くなる。

前記支持部３１によれば、第１支持部材４７に連結された左右一対の連結部材４８，４８と、該第１支持部材４７の後方側に配置した第２支持部材４９により、ブラケット３７を３点支持することによって、前記取付部３３（ブラケット３７）の取付位置が左右前後にずれた場合でも安定した状態で延設部２９上部に取付固定できる。

前記構成によれば、ステアリングハンドル１２を自動操舵するための操舵ユニット２４を、操作パネル１３の上部から前方に向って下方傾斜した延設部２９上部のスペースに配置できるため、操舵ユニット２４が操作パネル１３の上端側から大きく上方側に突出することがなく、操舵ユニット２４が操向操作を行うオペレータの視界や操作性を阻害することを防止できる。また、該操舵ユニット２４を設置するためのスペースを形成するための部材が別途必要ないため、操舵ユニット２４のキャビン７内への設置作業も簡易且つ容易となる。また、キャビンを装備していない作業車両にも取付けることが可能となる。

前記ステアリングハンドル１２は、前述のチルト機構１５によって、ステアリングハンドル１２の位置設定が変更可能に構成されており（図２参照）、該ステアリングハンドル１２を所定位置より前方側（図示する例では前端側）に配置操作をすることにより、ステアリングハンドル１２のグリップ部分となる外周面と、駆動ローラ４１とが当接するように構成されている（図３乃至５参照）。

言い換えると、前述の操舵ユニットを用いた自動操舵方法は、前記チルト機構１５によるステアリングハンドル１２の前後配置操作が、前記操舵ユニット２４の操縦モードを切換える切換機構として機能している。すなわち、該切換機構１５により、ステアリングハンドル１２を前端まで配置操作し、ステアリングハンドル１２と駆動ローラ４１とを十分接触させることによって前記自動モードに切換えられ、逆にステアリングハンドル１２と駆動ローラ４１との接触を解除する位置までステアリングハンドル１２を後方に配置操作することにより、前記手動モードに切換えられる。

該構成によれば、操舵装置の切換機構として、既存のチルト機構１５を用いるため、操舵装置の製造コストも抑制でき、設置する手間も省くことができる。

このとき、前記切換機構１５には、ステアリングハンドル１２が前端まで配置操作され、自動モードに切換えられたことを検出する検出スイッチ等からなるモード切換え検出手段（図示しない）が設けられている。

前記制御ユニット２６の入力側には、前記モード切換検出手段と、操作位置検出センサと、前記撮影ユニット２３のカメラとが接続され、出力側には、前記電動モータ３９が接続されている。

該制御ユニット２６は、自動モードに切換えられたことが検出されると、前記撮影ユニット２３から入力された情報と、操作位置検出手段により検出されたステアリングハンドル１２の操舵方向の情報に基づいて、電動モータ３９を介して駆動ローラ４１を回転駆動させることによってステアリングハンドル１２を操作し、これによって作業車両を自動操舵させることができる。

具体的には、制御部は、撮影ユニット２３から出力された画像から走行の目標となる目標追従ラインを検出して、目標追従ラインに沿って走行するように制御する。目標追従ラインは、例えば、画像から検出された圃場の畝等となる。制御部は、作業車両が目標追従ラインに沿って走行するように、電動モータ３９の出力を制御してステアリング操作を行っている。

次に、図６及び図７に基づき、本発明の別実施例１について、上述の点と異なる点を説明する。図６及び図７は、別実施例１における操舵ユニットを示した要部側面図、要部斜視図である。前記支持部３１は、図８に示すように、延設部２９の前方側のフロントガラス２８に着脱自在に取付けられる第３支持部材５６と、前記延設部２９に取付けられて前記ブラケット３７の下面を支持する第２支持部材４９とから構成されている。

前記第３支持部材５６は、左右一対の吸盤５７，５７と、該吸盤同士を連結する連結部材５８とから構成され、一対の吸盤５７，５７をキャビン７のフロントガラス２８内側の面に吸着させることによって、キャビン７（走行機体８）側に取付けられている。また、連結部材５８の中途部は、一対のアーム５９を介してブラケット３７後端に回動可能に連結されている。該アーム５９は、連結部材５８とも回動可能に連結されているため、前記吸盤の向きを上下方向に調整することができる。

上記構成の第３支持部材５６によれば、延設部２９側にボルト固定できる箇所がない場合であっても、安定して操舵ユニット２４を取付けることができるため、様々な形状の機種に対応可能であって、汎用性が高い。

次に、図８及び図９に基づき、本発明の別実施例２について、上述の点と異なる点を説明する。図８及び図９は、別実施例２における操舵ユニットを示した要部側面図、要部斜視図である。図示する第４支持部材６１は、逆三角形状に配置した３つの吸盤６２，６２，６２と、各吸盤６２を連結する三角形状の連結部材６３とから構成されている。

該連結部材６３は、左右方向に並んだ上側の吸盤６２，６２から後方に延設されて、ブラケット３７の後端側に回動可能に取付けられるとともに、ブラケット３７の下面側から突出された支持部３７ａと下側の吸盤６２後方とを連結するアーム６４が互いに回動可能に連結されている。

上記構成により、３つの吸盤６２，６２，６２により形成される面の角度を、フロントガラス２８の傾斜に応じて調整することができるため、様々な種類のキャビン７に操舵ユニット２４を容易に取付けることができる。また、操舵ユニット２４を延設部２９を用いることなくフロントガラス２８に取付けるため、延設部の強度に依存することがなく、安定的に支持することができる。

次に、図１０に基づき、本発明の別実施例３について、上述の点と異なる点を説明する。図１０は、別実施例３における操舵ユニットを示した要部側面図である。前記アーム部材３２に、電動モータ３９によって駆動される駆動ローラ４１を複数設け（図示する例では２つ）、切換機構によって自動モードに切換えらえた際に、ステアリングハンドル１２外周のグリップ部分に複数の駆動ローラ４１が当接するように構成されている。

上記構成により、ステアリングハンドル１２を自動操作するために必要な駆動ローラ４１の駆動力を低く抑えることができるため、より安価な電動モータ３９を用いることができるとともに、安全性も向上する。

なお、上述の操舵ユニット２４に、センターマーカ（図示しない）を設けても良い。該操舵ユニット２４にセンターマーカを設けることにより、ボンネット４の前部側に設けるものと比較して操縦部のオペレータが視認し易い。

１２ ステアリングハンドル
１５ 切換機構
１３ 操作パネル
２４ 操舵ユニット
２８ フロントガラス
３１ 支持部
３３ 取付部
３９ 電動モータ
４１ 駆動ローラ
４７ 第１支持部材（支持部材）
４９ 第２支持部材（支持部材）
５６ 第３支持部材（支持部材）
６１ 第４支持部材（支持部材）

Claims (6)

1. ステアリングハンドル（１２）を操舵する駆動ローラ（４１）を含む操舵ユニット（２４）を備えた作業車両の操舵装置において、前記操舵ユニット（２４）をステアリングハンドル（１２）の前方側に固定し、前記ステアリングハンドル（１２）の方向に前記駆動ローラ（４１）を付勢する付勢手段（４４）と、前記ステアリングハンドル（１２）を前記駆動ローラ（４１）に当接する位置に配置させる切換手段（１５）によって、前記ステアリングハンドル（１２）と前記駆動ローラ（４１）を当接させて前記ステアリングハンドル（１２）を駆動操舵する作業車両の操舵装置。
2. 操舵ユニット（２４）は、前記駆動ローラ（４１）と、前記駆動ローラ（４１）を駆動する電動モータ（３９）とを設置した取付部（３３）と、前記取付部（３３）を車体に固定する支持部（３１）とで構成された請求項１に記載の作業車両の操舵装置。
3. 前記支持部（３１）が、支持部材（４７，４９）により操作パネル（１３）の上部から前方下側に延設される延設部（２９）に固定された請求項２に記載の作業車両の操舵装置。
4. 前記支持部（３１）が、支持部材（５６，６１）によりキャビン（７）のフロントガラス（２８）に取付け可能に構成された請求項２に記載の作業車両の操舵装置。
5. 前記切換手段（１５）は、作業車両に装置されているチルト機構を利用する請求項１に記載の作業車両の操舵装置。
6. 前記電動モータ（３９）によって駆動される駆動ローラ（４１）を少なくとも２以上設け、前記駆動ローラ（４１）が前記ステアリングハンドル（１２）に接触し、前記ステアリングハンドル（１２）を操舵する請求項２乃至４に記載の作業車両の操舵装置。

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