JP7227077B2

JP7227077B2 - 作業車両

Info

Publication number: JP7227077B2
Application number: JP2019101818A
Authority: JP
Inventors: 昌嗣土江; 勇介佐々木
Original assignee: Mitsubishi Mahindra Agricultural Machinery Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Mahindra Agricultural Machinery Co Ltd
Priority date: 2019-05-30
Filing date: 2019-05-30
Publication date: 2023-02-21
Anticipated expiration: 2039-05-30
Also published as: JP2020195285A

Description

本発明は、乗用型田植機や野菜苗の移植機、或いはトラクタ等の主に農業用の作業車両に関し、詳しくは、左右の前輪を操縦部に設けるステアリングホイールと操舵アクチュエータによって手動又は自動操舵する作業車両に関する。

農業用の作業車両にあっては圃場内で苗の植付作業や耕起作業等を行う。また、作業車両はその作業走行を行う場合、走行機体をできるだけ真っすぐに且つ一定の作業間隔で走行させることが未作業領域や重複作業領域を減らして作業能率を向上させるうえで重要である。そこで、昨今、作業車両の現在位置、作業軌跡及び作業目標経路等を表示して、作業者はその情報に基づいて作業車両を運転することで無駄のない高精度な作業の実践を支援するナビゲーションシステムが開発されている。

そして、このナビゲーションシステムは例えば、近距離無線通信機能を備えたＧＮＳＳ（全地球測位システム）受信機とデジタル方位計、同じく近距離無線通信機能を備えたタブレットパソコン、このタブレットパソコンにインストールするナビゲーションソフトフェア等から構成する。また、ナビゲーションシステムはこれらの機器を作業車両に後付けし、先ず作業の開始時に手動操舵によるティーチング走行を行って直進方向の作業方位を取得する。

さらに、この取得した作業方位に基づいて次回以降の作業目標経路を演算し、次に作業車両の現在位置と作業目標経路と作業目標経路からの偏差等をタブレットパソコンのディスプレイに数値とともにグラフィック表示して、作業者による直進走行を行うためのサポートを行う。また、このようなナビゲーションシステムは、直進走行の精度向上や作業者の操縦負担の軽減を目的に作業車両の自動操舵機能を盛り込む研究が進められている。

そして、この作業車両に自動操舵機能を盛り込むために、例えば左右の前輪を操向可能な操向ユニットとして、操向ハンドルに連動連結されるステアリング操作軸、ステアリング操作軸の回動に伴って揺動するピットマンアーム、ピットマンアームに連動連結される左右の連繋機構、操向モータ、ステアリング操作軸に操向モータを連動連結するギヤ機構等を備える。

また、ステアリング操作軸の下端部にロータリエンコーダからなる操向角センサを備え、ステアリング操作軸の回転量を操向角センサによって検出して、自動操向制御を行う場合に現在の自機位置や自機方位が、目標移動経路、ティーチング方位とずれないように操向モータを駆動して前輪を操向制御することが知られている（特許文献１参照）。

なお、前輪の操舵角を検出して各種の制御に用いることは従来から知られており、例えば特許文献２においては、操向輪の操向角度を検出するポテンショメータやロータリーエンコーダ等から構成する操向角度センサと操向機構とを連係機構によって連係し、この連係機構を操向機構より横方向に延出する連係ロッドと、その連係ロッドの作動を伝達する上下向き姿勢の回転連係軸で構成し、操向角度センサを連係機構の上端部より上方に位置させることが知られている。

また、特許文献３においては、ステアリングハンドルを上端部に取付けるステアリングシャフトの回転を減速してポテンショメータによって構成する検出センサに伝える減速機構を、ステアリングシャフトに設け、このステアリングシャフトの回転によって作動する検出センサからの信号に基づいて前輪の操向位置を検出することが知られている。

特開２０１７－１２３８０４号公報特開２０１０－８３７号公報特開２０１２－２４０５０４号公報

前述のように左右の前輪を操縦部に設けるステアリングホイールによって手動操舵する作業車両にあっては、作業者の操縦負担の軽減を図るために、前輪を自動操舵して予め定めた走行目標経路に沿って走行させる自動操舵装置を設けることは有用である。また、このような自動操舵装置を設けるうえで走行目標経路に対する作業車両の実際の走行経路の偏差を極力少なくすることは、未作業領域や重複作業領域を減らすうえで最も重要な事項である。

そこで、この偏差を少なくするために特許文献１では、車体の検出位置が目標移動経路から横方向にずれており、且つ、検出方位が目標方位と同じであるときは、目標方位を目標移動経路側に傾斜した傾斜目標方位に変更して操向操作手段を操作する。そして、この場合にステアリング操作軸の回転量を操向角センサによって検出して左右の前輪が制御目標操向角になるようにフィードバック制御して操向制御することになる。

しかし、ステアリング操作軸の下端部にロータリエンコーダからなる操向角センサを設けると操向角センサが圃場面と近接して、この操向角センサに飛散した泥水等が付着して故障したり、障害物に操向角センサが当たって損傷する虞があり、このような虞を無くすために防塵や防水性、耐久性、或いは分解能を高く求めると操向角センサとして高価なセンサを用いなければならないという問題がある。

一方、特許文献２のように、操向輪の操向角度を検出するポテンショメータやロータリーエンコーダ等から構成する操向角度センサと操向機構とを連係機構によって連係し、この連係機構を操向機構より横方向に延出する連係ロッドと、その連係ロッドの作動を伝達する上下向き姿勢の回転連係軸で構成し、操向角度センサを連係機構の上端部より上方に位置させると、操向角度センサの最低地上高を下げ過ぎないようにしつつ、泥かぶりの少ない位置に配置することができる。

しかし、この連係機構は、その実施形態に示されるように操向部材からミッションケースの下方でその後方まで延出する連係ロッドとメインフレームに支持する上下向き姿勢の回転連係軸を備え、この連係ロッドの先端部と後端部を上下方向に折り曲げ、また、回転連係軸の下端部を水平方向に折り曲げ、そして、操向部材と連係ロッド並びに連係ロッドと回転連係軸をその先端部や後端部或いは下端部に係合させて操向部材と操向角度センサとを連係させる。

そのため、操向部材と連係ロッド並びに連係ロッドと回転連係軸の係合の際に互いの回動を許容する隙間を少なからず設けることになって、この隙間によって正確に操向部材の操向角度を検出することができない虞がある。また、ミッションケースに設ける操向部材に対して操向角度センサはメインフレームに設け、特に連係ロッドはミッションケースの後方まで延出する。

従って、操向部材と操向角度センサとを取付けるミッションケースとメインフレームの相違に基づく振動系や相対的な組付位置関係にバラツキを生じやすく、特にミッションケースの後方まで連係ロッドを延出するとそれらの影響も大きくなるから、制御目標操向角になるようにフィードバック制御して前輪を操向制御する際の、高い検出精度を必要とする検出構造としては信頼性に欠けるものとなる。

さらに、特許文献３のように、ステアリングシャフトに減速機構を設け、この減速機構を介して検出センサを高位置で作動させると、操向位置を検出する検出センサをシンプルな構成で容易に走行機体側へ設置できるとともに、設置した検出センサが圃場から飛散した泥水等の付着によって故障することを防止することができる。

しかし、特許文献３に係わらず特許文献１や特許文献２であっても同様であるが、前輪の操舵装置はそのステアリングシャフトをステアリングホイール（ハンドル）によって回転させて前輪を操舵するため操作力が重くなると操作し難くなる。そこで、ステアリングシャフトとピットマンアームとの間に減速装置を設け、このステアリングギヤ比を適切なものとして前輪操舵の必要なトルクを得ている。

そして、この減速装置に歯車式の減速装置を使用すると歯車のバックラッシュに基づき遊びが生じ、ステアリングシャフト自体に特許文献３のように検出センサのための減速機構を設けて、この減速機構を介して検出センサを作動させると、トルクを確保するための減速歯車装置の遊びによって前輪操舵にヒステリシスを生じ、検出センサによる前輪の操舵角度に誤差が生じて高い検出精度が得られなくなる問題がある。

そこで、本発明は係る問題点に鑑み、左右の前輪を操舵アクチュエータによって自動操舵する際に必要となる前輪の操舵角度を比較的安価なポテンショメータを用いて、高い検出精度と共に故障を防止しながら検出することができる、作業車両を提供することを課題とする。

本発明の作業車両は、前述の課題を解決するため、ステアリングホイールと操舵アクチュエータによって回動されるステアリングシャフトを、トランスミッションケース内に設ける減速歯車装置の入力軸に連結し、また、トランスミッションケースの下面から突出する減速歯車装置の出力軸にピットマンアームを取付け、このピットマンアームからドラッグリンクを介して左右の前輪を操舵するように構成すると共に、係るピットマンアームとトランスミッションケースの上方に設けるポテンショメータの作動軸をトランスミッションケースの下面と側面の外方を通して設けるリンク機構を介して連係し、以って、前輪の操舵角度をピットマンアームの左右回動によって作動されるポテンショメータによって検出して前輪の自動操舵制御に用いることを特徴とする。

また、本発明の作業車両は、前記左右の前輪のフロントアクスルケースをトランスミッションケースの側面にそれぞれ連結すると共に、前記ポテンショメータをトランスミッションケースの上方に取付けることを特徴とする。

さらに、本発明の作業車両は、前記リンク機構を、そのリンク結合部にボールジョイトを用いてトランスミッションケースの下部寄りの側部に設ける前後方向の第１支点軸と上部寄りの側部に設ける左右方向の第２支点軸によって左右方向から上下方向に変換される２組の４節リンクによって構成することを特徴とする。

そして、本発明の作業車両は、前記トランスミッションケースの左右方向の一側面に前方に設けるエンジンから伝動ベルトを介して駆動される静油圧式無段変速装置を設け、この静油圧式無段変速装置からトランスミッションケースに内装する変速装置を介して前輪と後輪を駆動する一方、前記ポテンショメータは静油圧式無段変速装置を設けるトランスミッションケースの他側の上方に設けて、前記伝動ベルト等とリンク機構との干渉を防止することを特徴とする。

そのうえ、本発明の作業車両は、前記ステアリングシャフトを内包するステアリングコラムの前方側をエンジンを覆うボンネットで塞ぐと共に、ステアリングコラムの上方側と左右側方側と後方側をモニタパネルを取付けるパネルカバーとパネルリヤカバーで塞ぎ、この周囲を塞いだトランスミッションケースの上方に、前記ポテンショメータを設けることを特徴とする。

本発明の作業車両によれば、ステアリングホイールと操舵アクチュエータによって回動されるステアリングシャフトを、トランスミッションケース内に設ける減速歯車装置の入力軸に連結し、また、トランスミッションケースの下面から突出する減速歯車装置の出力軸にピットマンアームを取付け、このピットマンアームからドラッグリンクを介して左右の前輪を操舵するように構成すると共に、係るピットマンアームとトランスミッションケースの上方に設けるポテンショメータの作動軸をトランスミッションケースの下面と側面の外方を通して設けるリンク機構を介して連係し、以って、前輪の操舵角度をピットマンアームの左右回動によって作動されるポテンショメータによって検出して前輪の自動操舵制御に用いる。

そのため、左右の前輪を操舵アクチュエータによって自動操舵する際に必要となる前輪の操舵角度を比較的安価なポテンショメータを用いて、高い検出精度と共に故障を防止しながら検出することができる。詰まり、前輪の操舵角度を検出するポテンショメータをトランスミッションケースの上方に設けることによって、ポテンショメータを圃場面から離して泥水等の付着を無くし、また、地上の障害物との当接を無くして損傷を防止することができる。

また、ポテンショメータ自体に高い防塵や防水性、或いは耐久性を求める必要がなくなるから、前輪の操舵角度を検出するセンサとして安価なポテンショメータを用いることができる。さらに、ピットマンアームとトランスミッションケースの上方に設けるポテンショメータの作動軸を、トランスミッションケースの下面と側面の外方を通して設けるリンク機構を介して連係し、前輪の操舵角度をピットマンアームの左右回動によって作動されるポテンショメータによって検出する。

そのため、前輪操舵の必要なトルクを確保するためにステアリングホイールと操舵アクチュエータによって回動されるステアリングシャフトとピットマンアームとの間に減速歯車装置を設け、この減速歯車装置の遊びによって前輪操舵にヒステリシスが生じた場合であっても、その下流側の前輪を直に操舵するピットマンアームの左右回動をリンク機構を介してポテンショメータによって検出することができ、前輪の操舵角度を誤差無く検出することができて、操舵アクチュエータによって前輪を自動操舵制御する際の安定性を向上させることができる。

また、本発明の作業車両によれば、前記左右の前輪のフロントアクスルケースをトランスミッションケースの側面にそれぞれ連結すると共に、前記ポテンショメータをトランスミッションケースの上方に取付ける。

そのため、左右の前輪のフロントアクスルケースとトランスミッションケースとを一体的に連結して、トランスミッションケースの下面に設けるピットマンアームによって各フロントアクスルケースに設ける左右の前輪を精度よく操舵することができる。また、ポテンショメータをトランスミッションケースの上方に取付けることによって、トランスミッションケースを母体とする共通する振動系のもとにピットマンアームとポテンショメータの組付精度を確保して信頼性を備えた前輪の操舵角度検出装置を構成することができる。

さらに、本発明の作業車両によれば、前記リンク機構を、そのリンク結合部にボールジョイトを用いてトランスミッションケースの下部寄りの側部に設ける前後方向の第１支点軸と上部寄りの側部に設ける左右方向の第２支点軸によって左右方向から上下方向に変換される２組の４節リンクによって構成する。

そのため、２組の４節リンクを用いることによってピットマンアームの左右回動をトランスミッションケースの上方に設けるポテンショメータの作動軸に、その左右方向から上下方向に最短距離をもって無理なく変換しながら、尚且つリンク結合部に隙間の生じないボールジョイトを用いて円滑に連係することができ、前輪の操舵角度を一層高い検出精度をもって誤差無く検出することができる。

そして、本発明の作業車両によれば、前記トランスミッションケースの左右方向の一側面に前方に設けるエンジンから伝動ベルトを介して駆動される静油圧式無段変速装置を設け、この静油圧式無段変速装置からトランスミッションケースに内装する変速装置を介して前輪と後輪を駆動する一方、前記ポテンショメータは静油圧式無段変速装置を設けるトランスミッションケースの他側の上方に設けて、前記伝動ベルト等とリンク機構との干渉を防止するから、伝動ベルト等に干渉されずにトランスミッションケースの他側からリンク機構の組付や調整作業を容易に行うことができる。

そのうえ、本発明の作業車両によれば、前記ステアリングシャフトを内包するステアリングコラムの前方側をエンジンを覆うボンネットで塞ぐと共に、ステアリングコラムの上方側と左右側方側と後方側をモニタパネルを取付けるパネルカバーとパネルリヤカバーで塞ぎ、この周囲を塞いだトランスミッションケースの上方に、前記ポテンショメータを設けるから、ポテンショメータを元々備える周囲の構成物で囲まれ、且つカバーで覆われた位置に設置して泥水等の付着や障害物との当接を無くして損傷を防止することができる。

本発明を適用する乗用型田植機の側面図である。乗用型田植機の平面図である。自動操舵装置に関わる機器の配置構造を示す説明図である。乗用型田植機の動力伝達図である。操舵コントローラの斜視図である。自動操舵装置の制御に関わるブロック図である。前輪の操舵系を示す側面図である。リンク機構の正面図である。リンク機構の側面図である。リンク機構の斜視図である。リンク機構の要部斜視図である。

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１乃至図３に示すように農業用の作業車両を構成する乗用型田植機１は、左右の前輪２と後輪３を備える走行機体４の後部に昇降リンク機構５を介して作業機としての植付装置６をローリング自在に連結する。そして、この植付装置６は、走行機体４の後部と昇降リンク機構５の後部に亘って取付ける油圧シリンダ７によって下降させた作業姿勢と上昇させた非作業姿勢に亘って昇降自在に設ける。

なお、後輪３と植付装置６との間には、走行機体４の旋回によって荒れた枕地を均す整地ロータ８を設け、この整地ロータ８は植付装置６と共に昇降するように設ける。一方、走行機体４は、左右のサイドメンバーに複数のクロスメンバーを固着して構成するシャーシフレーム９に、左右のフロントアクスルケース１０をその側面にそれぞれ一体に連結するトランスミッションケース１１と左右のリヤアクスルケース１２等を取付けて一体的に構成する。

また、シャーシフレーム９の前部寄りにエンジンフレームを取付け、このエンジンフレームにエンジン１３を搭載する。さらに、エンジン１３後方のシャ－シフレーム９に取付けるトランスミッションケース１１は、その上面にパワーステアリング装置を構成するトルクジェネレータ１４を取付ける。そして、このトルクジェネレータ１４には、上方に延出するステアリングシャフト１５とこのステアリングシャフト１５を内包するステアリングコラム１６を立設してトランスミッションケース１１に取付ける。また、ステアリングシャフト１５の上端部には前輪２を操舵するステアリングホイール１７と操舵アクチュエータ１８を取付ける。

さらに、トルクジェネレータ１４の出力シャフトはトランスミッションケース１１内に設ける減速歯車装置１９に連結し、また、この減速歯車装置１９のセクタシャフト２０の下端はトランスミッションケース１１の下面から下方に突出し、係るセクタシャフト２０の下端部にピットマンアーム２１を取付ける。また、ピットマンアーム２１に取付ける左右のドラッグリンク２２は、フロントアクスルケース１０の両端部に設けるキングピンケース２３を介して左右の前輪２を操舵する。

一方、前記ステアリングコラム１６の中途部にブラケット２４を固着し、このブラケット２４の左右に主変速レバー２５、副変速レバー２６、及びエンジンコントロールレバー２７を回動自在に取付け、これ等の基部側を覆うと共に操作スイッチやモニタパネルを備えるパネルカバー２８を設ける。また、パネルカバー２８の下方側には、スタータスイッチ等を取付けるリヤカバー２９を設け、パネルカバー２８とリヤカバー２９の前方側には、前照灯を備えてエンジン１３の後方側と下方側を除いてこれを覆うボンネット３０を設ける。

さらに、前記シャーシフレーム９には、合成樹脂製のフロントステップ３１とリヤステップ３２を設ける。この内、フロントステップ３１は、ボンネット３０の左右側方となる左右のフロントステップ部３１ａと、これに続いてリヤカバー２９の後方となるフロアステップ部３１ｂを備える。一方、リヤステップ３２は、フロアステップ部３１ｂの後部寄りから階段状に立ち上がり、シャーシフレーム９の後部に設けるシートフレームに取付ける。

そして、このリヤステップ３２は、その上部中央に運転席３３を設け、また、運転席３３の左右にはリヤサイドステップ部３２ａを設ける。なお、フロアステップ部３１ｂの前部中央寄りには株間調節レバーを通す開口を、また、前部右寄りにはブレーキぺダル３４を通す開口を設ける。なお、３５はフロアステップ部３１ｂの左右に設ける延長ステップであって、この右延長ステップ３５と右リヤサイドステップ部３２ａの下方にはエンジン１３の燃料タンクを設ける。

ここで、乗用型田植機１の動力伝達系について簡単に説明すると、図４に示すようにエンジン１３は伝動ベルトＶを介してトランスミッションケース１１の左側面に取付けるＨＳＴ（静油圧式無段変速装置：主変速装置）３６を駆動する。また、ＨＳＴ３６からトランスミッションケース１１内に伝達された動力は、トランスミッションケース１１内に設ける歯車変速装置によって構成する副変速装置３７、及び前輪２の差動歯車装置３８を経由して、左右のフロントアクスルケース１０及びキングピンケース２３内に設ける伝動軸を介して左右の前輪２を駆動する。さらに、副変速装置３７からリヤアクスルケース１２内に設ける左右の湿式ディスク型のサイドクラッチ３９を介して後輪３を駆動する。

なお、副変速装置３７から左右のサイドクラッチ３９に動力を伝達する伝動軸にはディスクブレーキ４０を設け、前述のブレーキぺダル３４を踏み込むと主変速レバー２５は中立位置に戻ってＨＳＴ３６は中立となり、また、ディスクブレーキ４０が作動して前輪２と後輪３に四輪ブレーキがかかる。さらに、ピットマンアーム２１と左右のサイドクラッチ３９はロッドによって連結し、田植機１を枕地で旋回させる際にステアリングホイール１７を所定量以上回転させると旋回内側となるサイドクラッチ３９が切られて、その側の後輪３は自由回転状態になる。

また、植付装置６への伝動は、トランスミッションケース１１内に設けるトルクリミッタ４１と植付クラッチ４２を介して株間変速装置４３を駆動する。そして、株間変速装置４３からドライブシャフト４４を介して植付装置６のドライブケース４５に設ける植付入力シャフト４６を駆動する。なお、整地ロータ８は走行系のディスクブレーキ４０と左右のサイドクラッチ３９の間から分岐した動力をロータクラッチ４７とロータドライブシャフト４８を介してロータドライブケース４９内に設ける伝動軸によって駆動する。

ここで、植付装置６の構造について簡単に説明すると、この植付装置６は８条植えとなして走行機体４の後部にローリング自在に連結する植付フレームを備える。また、植付フレームには前高後低状に傾斜して複数のマット苗を載置する苗載台５０、苗載台５０の下端から１株分ずつ苗を植付爪５１により掻き取って田面に植付けるロータリ植付機構５２、走行跡や旋回跡を整地しながら植付け箇所を均すフロート５３等を備えて構成する。

そして、前述のドライブケース４５に入った動力によってスクリュシャフト５４を回転させて苗載台５０を左右往復スライド移動させる。また、ドライブケース４５に入った動力によってロータリ植付機構５２を構成するプランタケース５５に動力を伝達し、ロータリケース５６を回転駆動する。また、ロータリケース５６に取付けたプランタアーム５７に装着した植付爪５１が苗載台５０の下端から１株分ずつ苗を掻き取ると共に、掻き取った苗をフォークで押出して苗を田面に植付ける。

なお、次行程における作業走行の目印を田面に付ける左右のマーカー５８は、前輪２の上方のシャーシフレーム９に設ける。このマーカー５８はその基部を回動自在に支持する支持杆５９の先端部に回転自在に取付け、マーカー駆動モータ６０が支持杆５９を作動させることによってマーカー５８は、田面に接地してマーキングする作用位置とシャーシフレーム９の上方に退避した非作用位置に切換えることができる。また、シャーシフレーム９の前部にはセンターポール６１を前後方向に回動自在に設け、シャーシフレーム９の左右にはトレースマーカー６２を設ける。

さらに、乗用型田植機１は、植付装置６によって苗を植付けると同時に土中に肥料を撒くペースト施肥機を設ける。このペースト施肥機は左右前輪２の上方となるシャーシフレーム９に取付フレーム６３を介して取付ける左右の肥料タンク６４を備える。また、この肥料タンク６４に貯留する肥料をホースで施肥ポンプに供給し、施肥ポンプは中途に設けるストップバルブやインジケータを経由して植付装置６のフロート５３近傍に取付ける各条毎のノズルに肥料を圧送し、植付けた苗の側方の土中に肥料を吐出する。

なお、乗用型田植機１は、ペースト施肥機に替えて粒状施肥機を設けることができる。その場合、粒状施肥機はリヤサイドステップ部３２ａの後部に取付フレームを設け、この取付フレームに粒状肥料を貯留するホッパと肥料の繰出装置と繰出装置の目皿ロールから繰出した肥料をエアーで圧送するブロアを設ける。そして、エアと共に圧送した肥料は各条毎にホースを介してホース端末に設ける作溝仕組に搬送し、それによって肥料を植付装置６で植付けた苗の側方の土中に撒くことができる。

一方、乗用型田植機１は、予備苗台やスライド式予備苗台を設ける。そして、実施形態に示す予備苗台６５は左右前輪２の上方となるシャーシフレーム９に門型の取付フレーム６６を取付け、この取付フレーム６６に片側４枚合わせて８枚の載置板６７を上方に向けて折り畳み自在に設ける。なお、この８枚の載置板６７には苗箱に収容するマット苗を各１枚ずつ載せて植付作業を開始し、その後、苗載台５０に供給したマット苗が植付けられて残り僅かになった際に載置板６７上のマット苗を取出して苗載台５０に補充して植付作業を再開する。

以上、乗用型田植機１の概要について説明したが、次に、ＧＮＳＳ（全地球測位システム）を用いて乗用型田植機１の圃場（水田）における位置並びに方位情報を取得し、これによって植付作業を行う場合の直進走行を前輪２の自動操舵制御によって行う自動操舵装置について説明する。

上記自動操舵装置は、図３の配置構造に示すように２つのＧＮＳＳアンテナ６８、６９を予備苗台６５の門型の取付フレーム６６の上部に位置並びに方位を検出するために左右方向に離して設ける。また、２つのＧＮＳＳアンテナ６８、６９の間に近距離無線通信用のアンテナ７０を設け、これ等のアンテナ６８、６９、７０を接続するＧＮＳＳコントローラ７１を下方に設ける。さらに、取付フレーム６６の例えば左側中途部にブラケット７２を取付け、このブラケット７２に近距離無線通信を備えると共にガイダンスソフトウェアをインストールしたタブレットパソコン７３を取付ける。

また、ステアリングシャフト１５に設ける操舵アクチュエータ１８に操舵コントローラ（モータコントローラ）７４を付設する（図５参照）。さらに、左右の前輪２の操舵角度を検出するポテンテョメータ７５をトランスミッションケース１１の上方に設ける。なお、必要に応じてＧＮＳＳアンテナとＧＮＳＳ受信機と近距離無線通信機を備えた可搬型のＲＴＫ（Real Time Kinematic ）基地局７６を用意する。

そして、これ等の機器は図６のブロック図に示すように、ＧＮＳＳコントローラ７１を構成するＧＮＳＳユニット（Electronic Control Unit）７７と、操舵コントローラ７４を構成する操舵制御ユニット（Electronic Control Unit）７８をＣＡＮ（Controller Area Network）で結ぶ。また、ＧＮＳＳユニット７７とタブレットパソコン７３を近距離無線通信によって相互に受発信可能に結ぶ。さらに、タブレットパソコン７３とＧＮＳＳユニット７７をＲＴＫ基地局７６に近距離無線通信によって相互に受発信可能に結ぶ。

また、ＧＮＳＳコントローラ７１は補完用の加速度センサ７９とジャイロセンサ８０と地磁気センサ８１を備え、これ等のセンサと２つのＧＮＳＳアンテナ（基準アンテナ、方位アンテナ）６８、６９と近距離無線通信用のアンテナ７０をＧＮＳＳユニット７７に接続する。一方、操舵コントローラ７４は、そのパネル部に電源・リセット・開始／停止・Ａ点決定・Ｂ点決定・自動検出・感度調整の各押しボタン式のスイッチ８２～８８と検出ランプ８９を備える。

さらに、操舵コントローラ７４の上記スイッチ８２～８８とポテンショメータ（操舵角センサ）７５は、操舵制御ユニット７８の入力回路に接続し、操舵制御ユニット７８の出力回路には、操舵コントローラ７４の検出ランプ８９とステッピングモータによって構成する操舵アクチュエータ１８を接続する。

そして、以上のように自動操舵装置を備える乗用型田植機１は、植付作業を行う場合に先ず手動操舵によるティーチング走行を行い、これによってＧＮＳＳコントローラ７１はＲＴＫ基地局７６の補正情報の下にＧＮＳＳから得られる位置情報に基づいて基準線を作成し、また、乗用型田植機１の作業幅（条間×８条）に基づいて基準線から作業幅ずつオフセットさせた走行目標経路（作業経路）を作成する。

さらに、ティーチング走行を終えて乗用型田植機１を植付作業の開始位置に移動させて、ＧＮＳＳコントローラ７１に直進制御の開始を指令すると、ＧＮＳＳコントローラ７１は自動操舵制御（直進操舵制御）を開始する。また、枕地に至って直進制御の停止を指令すると、ＧＮＳＳコントローラ７１は自動操舵制御を停止する。そして、次行程以降もこの開始と停止の繰り返しによって直進操舵制御のもとに植付作業を行うことができる。

なお、ＧＮＳＳコントローラ７１は自動操舵制御を開始すると、乗用型田植機１の走行目標経路に対する左右方向の位置ずれ（偏差）と乗用型田植機１の走行目標経路に対する方位ずれ（偏差）を求め、この２つの偏差が共に無くなるようにＰＩ制御又はＰＩＤ制御を用いて目標操舵角を設定（演算）する。そして、目標操舵角が設定されると操舵コントローラ７４は、前輪２の操舵角が与えられた目標操舵角に一致するように前輪２の操舵角を検出する操舵角センサ７５を用いてＰＩ制御又はＰＩＤ制御を用いて前輪２の操舵制御を行う。

そして、このフィードバック制御において操舵コントローラ７４は、図５に示すように操舵アクチュエータ１８を正逆回転させ、操舵アクチュエータ１８は外歯車の２段歯車機構によって構成する減速歯車装置を作動させて大径の最終歯車９０を回転させる。また、最終歯車９０を取付けた中継シャフト９１の下部はステアリングシャフト１５の上端部に嵌り、両者は互いのテーパとセレーションによって結合するからステアリングシャフト１５は回転する。

さらに、ステアリングシャフト１５が回転すると、トルクジェネレータ１４は油圧によって操作力を補助する。また、トルクジェネレータ１４の下流側に設ける減速歯車装置１９は操舵トルクを高めてピットマンアーム２１を回動させ、さらに、ピットマンアーム２１は左右のドラッグリンク２２を介して左右の前輪２を操舵する。

一方、操舵された前輪２の操舵角度は操舵角センサ７５によって検出し、操舵コントローラ７４はこの得られた前輪２の操舵角度が目標操舵角に一致すると操舵アクチュエータ１８の正逆回転を停止させ、これによってＧＮＳＳコントローラ７１と操舵コントローラ７４は、協働して乗用型田植機１を走行目標経路に倣って直進走行するように自動制御する。

次に、前述の自動操舵装置が乗用型田植機１を走行目標経路に倣って直進走行するように自動制御する際に用いる前輪２の操舵角度検出装置について説明すると、図７に示すように左右の前輪２を操舵するピットマンアーム２１とトランスミッションケース１１の上方に設けるポテンショメータ７５の作動軸７５ａを、トランスミッションケース１１の下面と右側面の外方を通して設けるリンク機構Ｌを介して連係し、以って前輪２の操舵角度をピットマンアーム２１の左右回動によって作動されるポテンショメータ７５によって検出する。

そのため、前輪２の操舵角度を検出するポテンショメータ７５をトランスミッションケース１１の上方に設けることによって、ポテンショメータ７５を圃場面から離して泥水等の付着を無くし、また、地上の障害物との当接を無くして損傷を防止する。そして、これによってポテンショメータ７５自体に高い防塵や防水性、或いは耐久性を求める必要がなくなるから、前輪２の操舵角度を検出するセンサとして安価なポテンショメータ７５を用いることができる。

また、前輪２の操舵に必要なトルクを確保するためにステアリングホイール１７と操舵アクチュエータ１８によって回動されるステアリングシャフト１５とピットマンアーム２１との間に減速歯車装置１９を設け（図１１参照）、この減速歯車装置１９の遊びによって前輪操舵にヒステリシスが生じた場合であっても、その下流側の前輪２を直に操舵するピットマンアーム２１の左右回動をリンク機構Ｌを介してポテンショメータ７５によって検出することによって、前輪２の操舵角度を誤差無く検出して、操舵アクチュエータ１８によって前輪２を自動操舵制御する際の安定性を向上させることができる。

さらに、ステアリングシャフト１５を内包するステアリングコラム１６は図１０に示すように、その右側をトランスミッションケース１１に取付プレート９２、９３を介して取付ける。また、この取付プレート９２、９３の内、上方側の取付プレート９３の内側にＬ型の金具９４を設け、ポテンショメータ７５をこの金具９４を介してトランスミッションケース１１の上方に取付ける。そして、ステアリングコラム１６の前方側はエンジン１３を覆うボンネット３０で塞ぐ（図７参照）。

また、ステアリングコラム１６の上方側はモニタパネルを取付けるパネルカバー２８で、また、その左右側方側と後方側をパネルリヤカバー２９で塞ぎ、この周囲を塞いだトランスミッションケース１１の上方にポテンショメータ７５を設けることによって、ポテンショメータ７５を元々備える周囲の構成物で囲んで、且つカバーで覆った状態で配置して泥水等の付着や障害物との当接を無くして損傷を防止することができる。

なお、左右の前輪２のフロントアクスルケース１０とトランスミッションケース１１とを一体的に連結して、トランスミッションケース１１の下面に設けるピットマンアーム２１によって各フロントアクスルケース１０に設ける左右の前輪２をドラッグリンク２２を介して精度よく操舵することができる。また、ポテンショメータ７５をトランスミッションケース１１の上方に取付けることによって、トランスミッションケース１１を母体とする共通する振動系のもとにピットマンアーム２１とポテンショメータ７５の組付精度を確保して信頼性を備えた前輪２の操舵角度検出装置を構成することができる。

そして、ピットマンアーム２１とトランスミッションケース１１の上方に設けるポテンショメータ７５の作動軸７５ａを連係するリンク機構Ｌは、図８乃至図１１に示すように３次元的に作動する２組の４節リンクを組み合わせて構成し、そのリンク結合部には任意の方向に回転可能な継手としてのボールジョイトＢｊを用いる。また、トランスミッションケース１１の下部寄りの右側部に取付けるブラケット９５に前後方向となる第１支点軸９６を設け、この第１支点軸９６によって左右方向に作動する第１の４節リンクと上下方向に作動する第２の４節リンクの作動方向を変換する。

詰まり、セクタシャフト２０によって回動するピットマンアーム２１の後部寄りに一端をボールジョイトＢｊを用いて連結する第１ロッド（中間リンク）９７の他端は第１支点軸９６に回動自在に軸支する第１の従動リンク９８の先端部にボールジョイトＢｊを用いて連結する。また、第１支点軸９６に回動自在に軸支する第２の原動リンク９９は第１の従動リンク９８と一体に形成し、第１従動リンク９８の作動によって第２の原動リンク９９を駆動する。

さらに、トランスミッションケース１１の上部寄りの右側部に設ける取付プレート９３の内側に左右方向となる第２支点軸１００を設け、この第２支点軸１００に回動自在に軸支する第２の従動リンク１０１と第２の原動リンク９９を両端にボールジョイトＢｊを設ける第２ロッド１０２で連結する。また、第２の従動リンク１０１からピン１０３を左右方向に突出させ、このピン１０３を金具９４に取付けるポテンショメータ７５の作動軸７５ａに取付けたアーム１０４に当接するように臨ませる。

従って、ピットマンアーム２１が回動すると第１の４節リンクが左右方向に作動し、また、第１の４節リンクの作動によって第２の４節リンクが上下方向に作動して、第２の従動リンク１０１のピン１０３も略上下方向に回動し、ここでポテンショメータ７５はリターンスプリングを内装するポテンショメータを用いるからポテンショメータ７５のアーム１０４は常にピン１０３に片当たりして、ポテンショメータ７５の作動軸７５ａを回転させる。

そして、ポテンショメータ７５の作動軸７５ａを回転させると、左右の前輪２をステアリングホイール１７や操舵アクチュエータ１８によって直進状態となる切れ角０度から左右の最大切れ角、例えば５０度まで操舵する場合に、ポテンショメータ７５は中央値から最大値又は最低値に至る電圧を出力し、操舵コントローラ７４はこの出力をＡ／Ｄ変換してデジタル信号として前輪２の操舵角度を取得することができる。

そのため、前記リンク機構Ｌは２組の４節リンクを用いることによってピットマンアーム２１の左右となる回動をトランスミッションケース１１の上方に設けるポテンショメータ７５の作動軸７５ａに、その左右方向から上下方向に最短距離をもって無理なく変換しながら、尚且つリンク結合部に隙間の生じないボールジョイトＢｊを用いて円滑に連係することができ、前輪２の操舵角度を一層高い検出精度をもって誤差無く検出することができる。

なお、前述のように乗用型田植機１は、トランスミッションケース１１の左側面に前方に設けるエンジン１３から伝動ベルトＶを介して駆動される静油圧式無段変速装置３６を設け、この静油圧式無段変速装置３６からトランスミッションケース１１に内装する変速装置３７を介して前輪２と後輪３を駆動する。

そこで、前記リンク機構Ｌは、トランスミッションケース１１の下方から右側に向けて４節リンクを設け、上記伝動ベルトＶ等とリンク機構Ｌとの干渉を防止する。そのため、伝動ベルトＶ等に干渉されずにトランスミッションケース１１の右側からリンク機構Ｌの組付や調整作業を容易に行うことができ、また、静油圧式無段変速装置３６の伝動ベルトＶの脱着作業にあってもリンク機構Ｌが邪魔になることを防止することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、前述のステアリングシャフト１５の下端部をトランスミッションケース１１内に設ける減速歯車装置１９に直接的に連結すれば、ステアリング操作力は重くなるがパワーステアリング装置を構成するトルクジェネレータ１４を省くことができる。また、ポテンショメータ７５は、例えばシャーシフレーム９より上方となるトランスミッションケース１１の上部寄りに設けてもよく、必ずしもトランスミッションケース１１の真上に設けなくても構わない。

さらに、乗用型田植機１に前述の自動操舵装置を備えない場合は、前輪２の操舵角度検出装置を、その前輪２の操舵角度の検出に基づいて走行機体４の旋回の判断に用い、例えば、旋回の開始時に植付クラッチ４２を切って植付装置６を上昇させ、また、旋回をし終わると植付装置６を下降させて植付クラッチ４２を入りとする植付自動制御等の他の自動制御において使用することができ、必ずしも実施形態に示す自動操舵制御に用いる場合にのみ限定するものではない。

１乗用型田植機（作業車両）
２前輪
３後輪
４走行機体
６植付装置
１１トランスミッションケース
１７ステアリングホイール
１８操舵アクチュエータ
１９減速歯車装置
２１ピットマンアーム
２２ドラッグリンク
７５ポテンショメータ
Ｌリンク機構

Claims

ステアリングホイールと操舵アクチュエータによって回動されるステアリングシャフトを、トランスミッションケース内に設ける減速歯車装置の入力軸に連結し、また、トランスミッションケースの下面から突出する減速歯車装置の出力軸にピットマンアームを取付け、このピットマンアームからドラッグリンクを介して左右の前輪を操舵するように構成すると共に、係るピットマンアームとトランスミッションケースの上方に設けるポテンショメータの作動軸をトランスミッションケースの下面と側面の外方を通して設けるリンク機構を介して連係し、以って、前輪の操舵角度をピットマンアームの左右回動によって作動されるポテンショメータによって検出して前輪の自動操舵制御に用いることを特徴とする作業車両。
前記左右の前輪のフロントアクスルケースをトランスミッションケースの側面にそれぞれ連結すると共に、前記ポテンショメータをトランスミッションケースの上方に取付けることを特徴とする請求項１に記載の作業車両。
前記リンク機構を、そのリンク結合部にボールジョイトを用いてトランスミッションケースの下部寄りの側部に設ける前後方向の第１支点軸と上部寄りの側部に設ける左右方向の第２支点軸によって左右方向から上下方向に変換される２組の４節リンクによって構成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の作業車両。
前記トランスミッションケースの左右方向の一側面に前方に設けるエンジンから伝動ベルトを介して駆動される静油圧式無段変速装置を設け、この静油圧式無段変速装置からトランスミッションケースに内装する変速装置を介して前輪と後輪を駆動する一方、前記ポテンショメータは静油圧式無段変速装置を設けるトランスミッションケースの他側の上方に設けて、前記伝動ベルト等とリンク機構との干渉を防止することを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１つに記載の作業車両。
前記ステアリングシャフトを内包するステアリングコラムの前方側をエンジンを覆うボンネットで塞ぐと共に、ステアリングコラムの上方側と左右側方側と後方側をモニタパネルを取付けるパネルカバーとパネルリヤカバーで塞ぎ、この周囲を塞いだトランスミッションケースの上方に、前記ポテンショメータを設けることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１つに記載の作業車両。