JP6791657B2 - 自動操舵制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、圃場における直進作業走行のための直進制御機構を備える自動操舵制御装置に関する。

特許文献１に記載のように、圃場で苗の植付け等の作業を行う際に用いる苗移植機等の作業車両には、操舵部材を直進位置に保持して自動直進走行を行ない、さらに加えて自動操舵装置を設けることにより、機体が傾斜した場合にあっても、自動的に進行方向を修正して直進作業走行を続行することができる。

特開２０１３−７４８１５号公報

しかしながら上記作業車両は、自動操舵によって直進走行が確保されつつも、圃場の凹凸等によって操舵装置その他に異常負荷を受けた場合は、走行伝動系や操舵系の機器の損傷を招くことがあり、安全性が低下する問題があった。

本発明の目的は、自動直進制御による直進作業走行の際に発生する異常に対処して安全を確保しうる自動操舵制御装置を提供することにある。

請求項１に係る発明は、内燃機関による原動部（２０）と、操作に応じて走行方向を調節する操舵装置（３４）と、この操舵装置（３４）を直進制御によって直進固定する制御装置（１００）とを備えて直進作業走行が可能な自動操舵制御装置において、前記制御装置（１００）は、前記原動部（２０）の検出回転速度が所定値以下の場合、操舵装置（３４）に受ける外力が急変した場合、またはフロントタイヤに急に左右方向の外力が掛かった場合を中断事由としてこの中断事由の解消までの範囲で前記直進制御を停止するとともに、自動ブレーキ（２３）の作動によって機体走行を停止し、さらに、中断事由が所定時間内に解消しない場合には、前記原動部（２０）を停止することを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記制御装置(１００)は、機体ローリングセンサ(２１)による検出角度が所定値以上の場合を前記中断事由に加えることによって前記直進制御を停止することを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に係る発明において、前記制御装置(１００)は、機体に備えたＧＰＳ位置センサ(２２)による検出位置による進行方向が機体正面方向から外れている場合、または、ＧＰＳ受信波が停止した場合を前記中断事由に加えて前記直進制御を停止することを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれかに係る発明において、前記制御装置(１００)は、前記直進制御の停止とともにスロットル(２０ａ)の調節によって前記原動部(２０)の回転上昇を抑えるスロットル規制制御を備えることを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれかに係る発明において、前記制御装置(１００)は、前記直進制御の停止時に、スロットル(２０ａ)の調節によって前記原動部(２０)をアイドリング回転に下げるアイドリング制御を備えることを特徴とする。

請求項１に係る発明により、直進制御によって操舵装置が直進固定されることにより、操舵操作なしに圃場における直進作業走行が可能となり、この場合において、原動部に受ける負荷によって内燃機関の回転速度が所定値以下の場合、操舵装置（３４）に受ける外力が急変した場合、またはフロントタイヤに急に左右方向の外力が掛かった場合を中断事由としてその解消までの範囲で直進制御が停止されることから、直進走行に伴う原動部負荷が軽減され、走行路盤の部分的な窪み等の圃場の急激な変化に基づく過大な負荷による機器の損傷を回避することができ、さらに、直進作業走行の安全を図ることができる。
また、直進制御の停止とともに、自動ブレーキ（２３）の作動によって機体走行が停止されることから、安全性を確保することができる。
さらに、中断事由の解消時には、直進制御の再開によって直進作業走行を安定して続行することができる。
また、中断事由が所定時間内に解消しなかった場合に限り、制御装置（１００）は、原動部（２０）を停止する制御を行うから、安全性を確保することができるとともに、原動部（２０）の再起動操作の多用を抑えることができる。

請求項２に係る発明により、請求項１に係る発明の効果に加え、直進制御下において、機体ローリング傾斜が所定角度以上の場合を中断事由に加えて直進制御を停止することにより、直進走行に伴うローリング傾斜による機体の不安定化を回避することができ、また、機体ローリングの水平回復を含む全中断事由の解消に伴う直進制御の再開により、直進作業走行を安定して続行することができる。

請求項３に係る発明により、請求項１または請求項２に係る発明の効果に加え、直進制御下において、機体が正面方向に対して傾斜するスリップ（ドリフト）によって機体に掛かっている負荷が、直進制御の停止によって軽減されるので、機器破損の防止、危険回避が可能となり、また、ＧＰＳ電波の途絶による直進制御の停止により、ＧＰＳ(２２)の誤検知が防止されて安全性が確保され、また、走行方向の回復、ＧＰＳ電波の回復を含む全中断事由の解消に伴う直進制御の再開によって直進作業走行を安定して続行することができる。

請求項４に係る発明により、請求項１から請求項３のいずれかに係る発明の効果に加え、直進制御の停止に伴うスロットル規制制御により、アクセル操作やＨＳＴレバー操作があっても原動部(２０)の回転数及び車速の上昇が抑えられて危険回避に繋げることができる。

請求項５に係る発明により、請求項１から請求項３のいずれかに係る発明の効果に加え、前記直進制御の停止時のアイドリング制御によって原動部（２０）の回転がアイドリングまで下がることにより、機体の走行車速が低下して安全性が向上する。

直進制御の入出力ブロック図 油圧系統図 自立直進安全制御のフローチャート 下降前（ａ）と下降後（ｂ）の植付部の動作背面図 本発明の適用対象の乗用型苗移植機の側面図 本発明の適用対象の乗用型苗移植機の平面図

上記技術思想に基づいて具体的に構成された実施の形態について以下に図面を参照しつつ説明する。なお、説明においては、機体の前進方向Ｆを基準に、前後、左右と云う。

本発明の適用対象となる作業車両である苗移植機１は、図５、図６の側面図および平面図によって後に詳述するように、内燃機関による原動部２０と、この原動部２０から走行動力を受けて機体を作業走行可能に支持する走行輪１０，１１と、原動部２０から操舵操作に応じた補助動力を受けて走行輪１０を転舵する操舵部３４と、作業装置である苗植付部４と、各種機器を制御する制御装置１００等を備えて構成され、この制御装置１００に直進制御の安全な適用を可能とする自立直進安全制御を設ける。

すなわち、自立直進安全制御は、操舵部３４を直進固定する直進制御について異常対応制御を設け、直進制御に伴う過大な負荷等を軽減することにより、直進制御の安全な適用を可能とする。

（システム構成）
図１は、自立直進安全制御のシステム構成ブロック図である。
自立直進安全制御システムは、エンジン回転計２０ｂ、ローリングセンサ２１、ＧＰＳ位置センサ２２の各検出信号を制御装置１００に入力し、これらの検出値に応じて、操舵部３４の直進制御のオン・オフ切換え、スロットル制御によるエンジン出力調節、自動ブレーキ２３の制御による走行調節を可能に構成する。

操舵部３４は、油圧系統図を図２に示すように、操舵操作に応じて補助動力を供給するトルクジェネレータ８２を備え、このトルクジェネレータ８２は、オイルポンプ８６によって供給されるミッションケース１２内の作動油をアシスト切替弁８４によって供給可能に構成することにより、補助動力が操舵部３４の操作力を補って走行輪１０を転舵可能に構成する。

直進制御は、操舵部３４が直進位置の時にアシスト切替弁８４を切換え、トルクジェネレータ８２の作動油を遮断するとともに、植付部４を昇降調節する電子油圧バルブ８３および車速調節する静油圧式無段変速機２３に作動油を直接供給するように構成する。この直進制御により、操舵部３４が直進位置で強制固定されるので、操舵操作を要することなく直進作業走行が可能となる。

また、直進作業走行時の異常発生に対処し、例えば、過大な負荷によるエンジン回転の低下、走行路盤の部分的な凹凸による機体の左右傾斜、横滑りスリップ（ドリフト）等の異常に伴う走行支持機構１０，１１から操舵機構３４、および原動部２０に及ぶ関係機器の破損を回避して安全を確保するために、異常対応処理を設ける。

（自立直進安全制御）
具体的には、自立直進安全制御のフローチャートを図３に示すように、直進制御の選択による第一の処理ステップ（以下において、「Ｓ１」の如く略記する。）でＧＰＳ位置センサ２２によって機体位置を検出し、設定方向への機体移動による直進走行の確認（Ｓ１ａ）によって操舵部３４が固定されて直進制御が開始（Ｓ２）される。

続いて、機体情報として、エンジン回転計２０ｂによる原動部回転速度、機体のローリング傾斜角、ＧＰＳ位置情報による進行方向についての判定（Ｓ３，Ｓ３ａ）によって異常に該当すると、すなわち、原動部回転速度の低下、ローリング傾斜、ＧＰＳ電波、機体の移動方向のいずれかについての異常の場合を中断事由としてアシスト切替弁８４により直進制御を停止（Ｓ４）する。

この時、直進制御の停止とともに、異常対応処理（Ｓ４ａ，Ｓ４ｂ）として、アクセル操作やＨＳＴレバー操作があってもレバーを中立に戻し、または、レバー操作を無効にすることにより、原動部２０の回転上昇及び車速上昇を抑えるように、スロットル規制制御を設け、また、安全確保のために、原動部２０をアイドリング回転まで下げるアイドリング制御を設け、また、必要により、自動ブレーキ２３を作動して機体走行を停止するとともに原動部２０を停止する機体停止制御を選択可能に設ける。なお、原動部２０の停止は、中断事由が所定時間内に解消しなかった場合に限定することにより、再起動操作の多用を抑えることができる。

また、直進制御の停止以降は、機体情報の検出（Ｓ５）によって中断事由の有無判定（Ｓ５ａ）を継続し、すべての中断事由が解消した時点で直進制御を再開（Ｓ６）する制御処理を設けることにより、直進作業走行の再開までの操作性を向上することができる。

また、中断事由として、機体角度が例えば、５度以上に急変した場合、ステアリングに受ける外力が急変した場合、ステアリングのタイヤ側が急に一定角度以上回った場合、フロントタイヤに急に左右方向の外力が掛かった場合を含めることにより、直進作業走行の安全を図ることができる。

（植付部接地制御）
次に、植付部の昇降による接地制御について説明する。
図４は、植付部４の降下前（ａ）と降下後（ｂ）の背面図である。
植付部４は、中央配置のセンターフロート５５と、その両側部に配置のサイドフロート５６，５６とを備えて昇降可能に構成され、植付部４を下降する過程において、センターフロート５５に接地検出と対応して上昇に切換えるように接地センサ５５ａを設けることにより、植付部４が圃場の凹凸に追従して保持されるので、植付け深さを確保することができる。

この場合、植付部４を下降する過程で、異物Ｈが植付部４の側端部に接触した場合は、センターフロート５５の接地センサ５５ａが異物Ｈを検出することなく植付部４が下降して植付部４の機器破損を招くこととなるので、接地センサ５５ａに加えてローリング傾斜センサ５５ｂをセンターフロート５５に設け、センターフロート５５の傾斜検出と対応して植付部４の下降を上昇に切換えるように構成することにより、接地センサ５５ａを全フロート５５，５６，５６に付設することなく、植付部４の全幅内で異物Ｈとの接触に対応して植付部４の機器破損を防止することができ、また、傾斜検出時に警報音を付帯することによって異物対応を報知することができる。

（適用対象の作業車両）
次に、本発明の適用対象の作業車両である乗用型苗移植機について、関連機器を中心に説明する。
乗用型苗移植機１は、図５及び図６の側面図及び平面図に示すように、走行車体２の後側に昇降リンク装置３を介して作業装置である苗植付部（以下、作業装置ということがある）４が昇降可能に装着されている。

この乗用型苗移植機１は、駆動輪である左右一対の前輪１０，１０及び左右一対の後輪１１，１１を備えた四輪駆動車両であって、機体の前部にミッションケース１２が配置され、そのミッションケース１２の左右側方に前輪ファイナルケース１３，１３が設けられ、該左右前輪ファイナルケース１３，１３の操向方向を変更可能な各々の前輪支持部から外向きに突出する左右前輪車軸（図示せず）に左右前輪１０，１０が各々取り付けられている。

また、走行車体２の後側に昇降リンク装置３を介して苗植付部４が昇降可能に装着され、走行車体２の後部上側に施肥装置５の本体部分が設けられている。
さらに、ミッションケース１２の背面部にメインフレーム１５の前端部が固着されており、そのメインフレーム１５の後端左右中央部に前後水平に設けた後輪ローリング軸（図示せず）を支点にして後輪伝動ケース１８，１８がローリング自在に支持され、その後輪伝動ケース１８，１８から外向きに突出する後輪車軸（図示せず）に後輪１１，１１が取り付けられている。

エンジン２０はメインフレーム１５の上に搭載されており、該エンジン２０の回転動力が、静油圧式無段変速装置（ＨＳＴ）２３などを介してミッションケース１２に伝達される。ミッションケース１２に伝達された回転動力は、該ミッションケース１２内の主変速装置及び副変速装置により変速された後、走行動力と外部取り出し軸に分離して取り出される。

エンジン２０からＨＳＴ２３を介して伝達される走行動力は、一部が前輪ファイナルケース１３，１３を経て前輪１０，１０を駆動すると共に、残りが後輪伝動ケース１８，１８を経て後輪１１，１１を駆動する。また、外部取出動力は、走行車体２の後部に設けた植付クラッチケース（図示せず）に伝達され、それから植付伝動軸２６によって苗植付部４へ伝動される。

エンジン２０の上部には操縦席３１が設置された操縦部３３があり、該操縦部３３にはＨＳＴ２３を操作して走行車体２の前後進、停止及び走行速度を変速する走行操作レバー（ＨＳＴ操作レバー）１７と走行車体２の走行速度をチェンジにより複数段に変速するための副変速レバー１６が配置されている。

またフロアステップ３５上には走行クラッチペダル９１を備え、該走行クラッチペダル９１を踏み込み操作してサイドクラッチ（図示省略）を連結状態にし、その後で走行操作レバー１７の前進側又は後進側への操作を行うことによって、車体２を移動させることができる。

操縦席３１の前方には各種操作機構を内蔵するフロントカバー３２があり、その上方に前輪１０，１０を操向操作するハンドル３４が設けられている。フロントカバー３２の下端左右両側は水平状のフロアステップ３５になっている。フロアステップ３５は多数の穴が設けられており（図６参照）、該ステップ３５を歩く作業者の靴についた泥が圃場に落下するようになっている。フロアステップ３５上の後部は、後輪フェンダを兼ねるリアステップ３６となっている。

また、走行車体２の前部左右両側には、補給用の苗を載せておく予備苗枠３８（予備苗載せ台３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄ）を設けても良い。予備苗枠３８は機体に支持された支持枠体４９に第３予備苗載台３８ｃと第２、第３移動リンク部材３９ｂ，３９ｃを取り付け、第２、第３移動リンク部材３９ｂ，３９ｃで第２予備苗載台３８ｂを支持し、さらに第１、第２移動リンク部材３９ａ，３９ｂと第２予備苗載台３８ｂで第１予備苗載台３８ａを支持している。第１、第２、第３移動リンク部材３９ａ，３９ｂ，３９ｃは支持枠体４９に取り付けられた第２移動リンク部材３９ｂの回動中心軸に設けられた図示しないモータからなる回動機構（切替駆動装置）７０で回動して、第１予備苗載台３８ａ、第２予備苗載台３８ｂ、第３予備苗載台３８ｃを前後ほぼ同一平面状に展開する展開状態と上下に段状に配置される積層状態に変更することができる。

また、苗植付部４の昇降リンク装置３は平行リンク構成であって、１本の上リンク４０と左右一対の下リンク４１，４１を備えている。これらリンク４０，４１，４１は、その基部側がメインフレーム１５の後端部に立設した背面視門形のリンクベースフレーム４２に回動自在に取り付けられ、その端部側に縦リンク４３が連結されている。

そして、前記リンクベースフレーム４２の下方に走行車体側の第１ローリング回動軸４４を設け、前記縦リンク４３に苗植付部側の第２ローリング回動軸４４ｂを設け、該第１及び第２ローリング回動軸４４、４４ｂを連結軸４４ｃで連結し、該連結軸４４ｃを回転自在に挿入する第２ローリング軸４４ｂを中心として苗植付部４をローリング自在に装着している。

メインフレーム１５に固着した支持部材と上リンク４０に一体形成したスイングアーム（図示せず）の先端部との間に昇降用油圧シリンダ４６が設けられており、該シリンダ４６を油圧で伸縮させることにより、上リンク４０が上下に回動し、苗植付部４がほぼ一定姿勢のまま昇降する。

また、苗載せ台５１は苗植付部４の全体を支持する左右方向と上下方向に幅一杯の矩形の支持枠体６５ｂと支持ローラ６５ａからなる枠体構造物６５をレール状にして左右方向にスライドする構成である。

苗植付部４は６条植の構成で、フレームを兼ねる伝動ケース５０、マット苗を載せて左右往復動し苗を一株分ずつ各条の苗取出口５１ａ，…に供給するとともに横一列分の苗を全て苗取出口５１ａ，…に供給すると苗送りベルト５１ｂ，…により苗を下方に移送する苗載台５１、苗取出口５１ａ，…に供給された苗を圃場に植え付ける苗植付爪５２ａを備えた苗植付装置５２，…、次工程における機体の進路を表土面に線引きする左右一対の線引きマーカ１８４等を備えている。

なお、機体の前部左右両側には、隣接条に植え付けられた苗の上方に位置し続け、作業者が機体を走行させる目安とする左右一対のサイドマーカ１１５，１１５を備えている。前記線引きマーカ１８４，１８４は圃場面を削って直進走行の目安となる線を形成するものであるが、土質が柔らかいと、溝が時間の経過によって自然に埋まったり、線引きマーカ１８４，１８４が巻き上げた泥で溝が見えなくなったりすることがある。このときは、サイドマーカ１１５，１１５と既に植えた隣接条の苗を合わせながら走行すると、隣接条の苗の植え付けにあわせた苗の植え付けが可能となるので、苗の植え付け方向が乱れることがなく、植付精度が向上する。

また、苗植付部４の下部には中央にセンターフロート５５、その左右両側にサイドフロート５６，５６がそれぞれ設けられている。
これらフロート５５，５６，５６を、圃場の泥面に接地させた状態で機体を進行させると、フロート５５，５６，５６が泥面を整地しつつ滑走し、その整地跡に苗植付装置５２，…により苗が植え付けられる。各フロート５５，５６，５６は圃場表土面の凹凸に応じて前端側が上下動するように回動自在に取り付けられており、植付作業時にはセンターフロート５５の前部の上下動がフロート傾斜角センサ（図示せず）により検出され、その検出結果に応じ前記昇降用油圧シリンダ４６を制御する電子油圧バルブ８３を切り替えて苗植付部４を昇降させることにより、苗の植付深さを常に一定に維持する。

苗植付部４には整地装置の一例であるロータ２７（２７ａ，２７ｂ）が取り付けられている。整地ロータ２７ａ，２７ｂの後ろ上方には、ロータカバー２８を設け、フロート５５，５６上に泥がかからないようにしている。

施肥装置５は、肥料ホッパ６０に貯留されている粒状の肥料を繰出部６１，…によって一定量ずつ繰り出し、その肥料を施肥ホース６２，…でフロート５５，５６，５６の左右両側に取り付けた施肥ガイド（図示せず），…まで導き、施肥ガイド，…の前側に設けた作溝体６４（図５），…によって苗植付条の側部近傍に形成される施肥溝内に落とし込むようになっている。ブロア用電動モータ５３で駆動するブロア５８で発生させたエアが左右方向に長いエアチャンバ５９を経由して施肥ホース６２に吹き込まれ、施肥ホース６２内の肥料を風圧で強制的に搬送するようになっている。

操縦席３１の前方下部に設けられた副変速レバー１６はレバーガイド（図示せず）に沿って回動操作することにより、図示しない副変速装置が「路上走行速」、「中立」、「植付速」のいずれかに手動で切り換わるように構成されている。そして、副変速レバー１６の基部側に設けた副変速レバーセンサ（レバー１６の操作角度を検出するポテンショメータ８７など）（図示せず）によって副変速レバー１６の操作位置を検出することができる。

（技術的ポイント）
上記作業車両について、その技術的ポイントについてまとめると、次のとおりである。
原動部２０の検出回転速度が所定値以下の場合を中断事由としてこの中断事由の解消までの範囲で直進制御を停止することにより、直進走行に伴う原動部負荷が軽減され、走行路盤の部分的な窪み等の圃場の急激な変化に基づく過大な負荷による機器の損傷を回避することができ、内燃機関回転の回復時は、中断事由の解消による直進制御の再開によって直進作業走行を安定して続行することができる。

また、機体ローリングセンサ２１による検出角度が所定値以上の場合を中断事由に加えることによって直進制御を停止することにより、直進走行に伴うローリング傾斜による機体の不安定化を回避することができ、機体ローリングの水平回復を含む全中断事由の解消に伴う直進制御の再開によって直進作業走行を安定して続行することができる。

また、機体に備えたＧＰＳ位置センサ２２による検出位置による進行方向が機体正面方向から外れている場合、または、ＧＰＳ受信波が停止した場合を中断事由に加えて直進制御を停止することにより、直進制御下において機体が正面方向に対して傾斜するスリップ（ドリフト）によって機体に掛かっている負荷が軽減されるので、破損の防止、危険回避が可能となり、また、ＧＰＳ電波の途絶による直進制御の停止により、ＧＰＳの誤検知が防止されて安全性が確保され、走行方向の回復、ＧＰＳ電波の回復を含む全中断事由の解消に伴う直進制御の再開によって直進作業走行を安定して続行することができる。

また、直進制御の停止とともにスロットル２０ａの調節によって原動部２０の回転上昇を抑えるスロットル規制制御により、アクセル操作やＨＳＴレバー操作があっても内燃機関回転数及び車速の上昇が抑えられて危険回避に繋げることができる。

また、直進制御の停止時の機体停止制御により、直進制御の停止とともに、自動ブレーキ２３の作動によって機体走行を停止し、および原動部２０を停止することで安全性を確保することができる。

また、直進制御の停止時のアイドリング制御によって原動部２０がアイドリング回転に下がることにより、機体の走行車速が低下して安全性が向上する。

１ 作業車両（乗用型苗移植機）
２０ 原動部（内燃機関）
２０ａ スロットル
２１ ローリングセンサ
２２ ＧＰＳ位置センサ
２３ 自動ブレーキ
３４ 操舵装置
１００ 制御装置

Claims (5)

1. 内燃機関による原動部（２０）と、操作に応じて走行方向を調節する操舵装置（３４）と、この操舵装置（３４）を直進制御によって直進固定する制御装置（１００）とを備えて直進作業走行が可能な自動操舵制御装置において、前記制御装置（１００）は、前記原動部（２０）の検出回転速度が所定値以下の場合、操舵装置（３４）に受ける外力が急変した場合、またはフロントタイヤに急に左右方向の外力が掛かった場合を中断事由としてこの中断事由の解消までの範囲で前記直進制御を停止するとともに、自動ブレーキ（２３）の作動によって機体走行を停止し、さらに、中断事由が所定時間内に解消しない場合には、前記原動部（２０）を停止することを特徴とする自動操舵制御装置。
2. 前記制御装置（１００）は、機体ローリングセンサ（２１）による検出角度が所定値以上の場合を前記中断事由に加えることによって前記直進制御を停止することを特徴とする請求項１に記載の自動操舵制御装置。
3. 前記制御装置（１００）は、機体に備えたＧＰＳ位置センサ（２２）による検出位置による進行方向が機体正面方向から外れている場合、または、ＧＰＳ受信波が停止した場合を前記中断事由に加えて前記直進制御を停止することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の自動操舵制御装置。
4. 前記制御装置（１００）は、前記直進制御の停止とともにスロットル（２０ａ）の調節によって前記原動部（２０）の回転上昇を抑えるスロットル規制制御を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の自動操舵制御装置。
5. 前記制御装置（１００）は、前記直進制御の停止時に、スロットル（２０ａ）の調節によって前記原動部（２０）をアイドリング回転に下げるアイドリング制御を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の自動操舵制御装置。