JPH01204110A - 移動作業車の誘導装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、移動作業車の誘導装置に関し、トラクタ等
の往復直進制御、無人運転に利用できる従来の技術、及
び発明が解決しようとする問題占 従来、大きさが既知の方形乃至は、長方形の作業区画の
四隅部にボール等の標識を置き、移動作業車側からこれ
らの標識の内の三乃至四点の方位角を光学的に測定して
その移動位置を演算検出しながら直進制御する形態のも
のはあったが、演算が複雑で検出時間を要し、且つ移動
作業車のローリング、ピッチング等の影響で標識の検知
に複雑な制御や演算補正等を必要とするために高価な装
置を必要とした。

問題点を解決するための手段 この発明は、既知の距離の縦横二辺を有した方形作業区
画（１）の−辺に沿った移動作業車（２）の直進行程に
おける中間距離の左右辺部に、該移動作業車（２）との
距離を測定するための各測定基点（３）と（４）とを設
け、該移動作業車（２）には距離測定器（５）を設けて
なり、該各測定基点（３）及び（４）までの距離を距離
測定器（５）によって測定しながら進行予定コース（イ
）に沿った直進制御をすることを特徴とする移動作業車
の誘導装置の構成とする。

発明の作用、および効果 例えば、長方形の作業区画（１）の圃場において長辺に
沿って右側から前進、折返しの往復をしながら順次左側
へ移動作業奢するとき、作業前進方向の長辺の距離も、
これと直交する左右方向の短辺の距離も既知であって、
移動作業車（２）に設けた距離測定器（５）を例えば超
音波受信器として測定基点（３）と（４）とに配置した
超音波発信器の発信音波を受信して測定基点（３）まで
の距離、及び測定基点（４）までの距離を測定できるか
ら、左辺の基点（３）から右方へ、−７距ａｍれた該長
辺に沿う進行予定コース（イ）に沿って、移動作業車（
２）の移動位置を頂点とし測定基点（３）と（４）とを
結ぶ線を底辺とした三辺の距離（長さ）が既知の三角形
、および、測定基点（３）と（４）とを結ぶ線と、該予
定コース（イ）とが直交する交点と、移動作業車（２）
位置とを結ぶ上記三角形の高さを示す線によって上記三
角形を左右の直角三角形に分断した各小直角三角形の演
算によって、進行予定コース（イ）から左右に外れたこ
とを検出しては操向操作で移動作業車（２）位置を補正
しながら予定コースに沿う進行制御ができる。長辺に沿
う作業進行において、中間距離迄の間は該測定基点（３
）と（４）とを前方左右に見て進行し、各基点（３）と
（４）とを結ぶ線上に到達するとき、前記演算三角形の
高さが零となることを検出できるし、また、該左辺の基
点（３）から右方へ予定コースまでの所定距離も距離測
定器（５）によって実測検出することもできる。この中
間距離位置を過ぎると、移動作業車（２）は各測定基点
（３）と（４）とを、後方左右に関係位置させて進行す
るが、移動作業車（２）の位置を頂点とし、測定基点（
３）と（４）とを結ぶ線を底辺とする三角形を演算基準
とすることに変りなく、しかも、この中間距離位置に到
達するまでの三角形演算パターンを逆順に追って演算し
、制御のための移動位置を検出できるもので、演算が簡
単となる。−作業進行の終端部に到達するとき、前記演
算三角形は所定の大きさとなることが検出できるから旋
回操作させ、移動作業車（２）の作業幅等の既知の距離
を、前回の該測定基点（３）から進行予定コース（イ）
までの所定距離から減じた新予定コースに沿って、往復
同様の演算による移動位置検出によって誘導できる。こ
の進行予定コース（イ）は作業区画（１）の既知の幅と
既知の移動作業車（２）の作業幅とによって、往復全コ
ースを予定しておくことができるから往復作業を作業終
了まで予定通りに制御して作業させることもできるもの
である。

このようにして、距離測定器（５）で測定基点（３）（
４）までの距離を測定できることによって測定基点を（
３）と（４）との二基点で移動作業車（２）の誘導がで
きるから装置が簡略となって安価にできる。また、その
測定基点（３）　　（４）を作業進行行程の中間距離の
左右位数に設けることにより、位置演算のための三角形
が、スタート位置から中間距離地点まで順次縮少して左
右方向の線となったのち、終点位置までの間で、該スタ
ート位′！１における演算のための三角形の大きさにま
で復帰するので、演算パターンが簡単なものとなって、
例えば作業区画の隅部に設ける場合より短時間で位置検
出ができ移動作業車の補正誘導が、速やかに対応処理で
きるものである。

実施例 尚面倒において方形作業区画（１）は長方形の作業区画
（１）とし、第１図、第２図に示すように、周縁に畦（
６）を設けて区画し、長辺の距離（Ｌ）、短辺の距離（
Ｗ）を既知の距離として計測しである。移動作業車（２
）を長辺に沿わせて右側から往復折返しを繰返して順次
左辺側に移動作業を行なう場合を例示している。

移動作業車（２）は、ロータリ耕耘装置（７）を後部に
装着したトラクタ（２）を例示し、トラクタ（２）はス
テアリング操作自在の左右一対の駆動する前車輪（８）
と駆動する後車輪（９）を有し操縦ハンドル（１０）を
有した操縦室をキャビン（１１）を設けて構成し、キャ
ビン（１１）屋根部上には距離測定器（５）を設けてい
る。また、該ハンドル（ｌＯ）につながるステアリング
機構（１２）の内のステアリングアーム（１３）のステ
アリング角度測定可能な軸（１４）に、ステアリング角
センサ（１５）を設けると共に、このステアリングアー
ム（１３）と、移動作業車（２）の車体部（ロ）との間
に油圧シリンダ（１Ｂ）を架設し、この油圧シリンダ（
１６）を伸縮させることによって、ロンド（１７）、キ
ングピン（１８）端に設けるアーム（１９）を経由して
前車輪（８）（８）を操向操作することも出来るように
構成している。

測定基点（３）（４）は超音波発信器とし、該作業区画
（１）の長辺用ｆｉ　（Ｌ）の中間位置の左右長辺の該
畦（６）上に支柱（２０）を設け、この支柱（２０）上
に作業進行方向（ト）始終端に位置した移動作業車（２
）の距離測定器（５）に検出回部の範囲に発信しうるよ
うに設けである。超音波は７〜ｌ０Ｋ）ＩＺ程度とする
が、これに限定するものでなく、また該長辺用＃　（Ｌ
）は５０１′ｌ〜１ＯＯ１′１程度とするがこれに限定
しない、また、基点（３）と（４）の各超音波発信器の
発信は、微少の時間差を設けて発信を繰返してよいもの
である。また、作業区画（１）の短辺比Ｍ　（Ｗ）は左
右の測定基点（３）と（４）との間の距離とし、（３）
と（４）とを結ぶ線を基準線（ハ）とし、この基準線（
ハ）を、左右の長辺（Ｌ）、及び予定コース（イ）と直
交させるよう設けるものである。

距離測定器（５）は、超音波受信器（５Ａ）と、コンピ
ュータ（ｃ　ｐ　ｕ）を主体とする検出制御回路（５Ｂ
）とで構成される。

超音波発信器（３）、（４）と、距離測定器（５）との
発信受信にもとづく制御構成は、第６図の制御ブロック
図に示すように、各超音波発信器（３）と（４）からの
発信する超音波を、超音波受信器（５Ａ）が受けてコン
ピュータ（ｃｐｕ）に入力すると共に、コンピュータ（
ｃ　ｐ　ｕ）から通信二ニー２）　（２１）を経由して
超音波発信器（３）（４）側へ通信信号を送る構成で、
コンピュータ（ｃ　ｐ　ｕ）が、この信号により各発信
器（３）（４）までの距離を検出し、予定コース（イ）
から左右への外れを検出すると、外れた距離の大きさに
応じた該ステアリング角センサ（１５）にょる予定され
たステアリング角の大きさになるまで油圧ポンプ（ｐ）
、圧油タンク（Ｔ）からソレノイドバルブ（２２）を通
じて前記油圧シリンダ（１６）を作動させる油圧回路の
ソレノイドバルブ（２２）を作動させ、移動作業車（２
）の前車輪（８）を操向操作させて、移動作業車（２）
を予定コース（イ）上に復帰させる制ｉｔｔ行なう構成
である。

超音波発信器（３）、（４）と距離測定器（５）との間
の距離測定によって予定コース（イ）に沿わせるための
移動作業車（２）の位置検出作用を説明する。第７図に
示すように、長方形作業区画（１）の長辺距離（Ｌ）に
対して、作業進行方向前後端部に移動作業車（２）の旋
回等のための枕地を設け、実作業距離を（２Ｌ）とし、
前後の枕地線（ニ）と（ニ）とから夫々距ｆｌｌ　（ｆ
Ｌ）の中央位置に該基準線（ハ）を設定し、その線（ハ
）上の左右に測定基点（３）と（４）とを配置し、予定
コース（イ）上の移動作業車（２）の距離測定器（５）
位置を（Ｐ）とし、測定基点（３）位置を（Ａ）、（４
）位置を（Ｂ）、予定コース（イ）と基準線（ハ）との
交点位署を（Ｐｏ　）、（Ｐ）と（Ａ）の距離を（ａ）
、ＣＰ）と（Ｂ）の距離を（ｂ）、（Ｐ）と基準線（ハ
）との距離を（ｙ）、（Ａ）と（Ｂ）の距離を（Ｗ）、
該（Ａ）位置から予定コース（イ）までの所定距離を（
Ｘ）とするとき、三角形ＰＡＰｏ　と三角形ＰＢＰ０と
からＢ２　＝　ｙ２　＋　ｚｔ　；　　））２　＝　ｙ
２−４−　（ｗ−Ｘ）？、従ってａｒ−ｂ２　＝２ｗｘ
−ｗ　２となり、（ａ）及び（ｂ）は測定できるから、
２ｗｘ−ｗ２＝＝に１　の常数として予め計算しておく
と、次のようにチエツクできる。すなわち、 予定コース（イ）より右寄りのとき ａｒ　−ｂ２−に！　＞０ 予定コース（イ）上に位置するとき ａｔ　−ｂ２−Ｋｌ　＝０ 予定コース（イ）より左寄りのとき ａｒ　−ｂ２−Ｋｌ　＜０ また、枕地縁（ニ）を検出するときは、ｘ＝　（ａｆ　
−ｂ２　＋ｗす／　２　ｗｙ＝ｒによって、ｙが既知の
距ｌ＃交 と等しい（ｙ＝Ｌ）ことを検出すればよい。

また、超音波発信器（３）と（４）から距離測定器（５
）の超音波受信器（５Ａ）及び検出制御回路（５Ｂ）へ
の送受信作用は、−例を示す第８図によって説明すると
、超音波発信器（３）及び（４）内において、クロック
発信器からクロックパルスがタイマカウンタに送られ、
タイマ設定器で設定されたタイミングで波形発生が行な
われ、次に搬送波発信器により搬送波で波形が変調され
、これが増幅されて発信される。超音波発信器（４）側
でも同様であるが各発信器（３）と（４）との発信波は
周期は同長でもタイミングをずらして発信される。この
発信タイミングは受信器（５Ａ）側に予約されている。

これら各発信器（３）と（４）からタイミングのずれた
超音波が、距離測定器（５）の受信器に受信され、パル
ス検出が行なわれてコンピュータ（ｃ　ｐ　ｕ）に直接
入力されると共にラッチレジスタにも保持される。この
ラッチレジスタにはクロック発信器からのクロックパル
スがタイマカウンタに入力されて時間計測可能状態であ
り、予約された各発信器（３）と（４）との発信から、
受信までの時間を計測し、ラッチレジスタからコンピュ
ータ（ｃｐｕ）に入力し、コンピュータ（ｃｐｕ）で各
発信器（３）、（４）までの距離を演算検出し、更に予
定コース（イ）からの外れ距離を検出して移動作業車（
２）の操向操作の出力を行なうものである。

このようにして、作業区画（１）の圃場で耕耘作業を行
なうとき、固定して設けるものは（Ａ）、（Ｂ）位置二
箇所の超音波発信器（３）（４）だけでよく、その（Ａ
）（Ｂ）二点から移動作業車（２）までの距離（＆）（
ｂ）を超音波で測定することにより、（Ａ−Ｐ）線、（
Ｂ−Ｐ）線上に多少の障害物があっても、殆ど悪影響な
く距離計測ができる。従って、複数台の移動作業車（２
）・拳寺が（Ａ）点、（Ｂ）点からの超音波を受信して
直進制御による作業運転も可１ｍとなり、低コストの無
人運転化方式が実現できる。

また、各超音波発信器（３）と（４）との発信に時間差
を設け、且、各発信のタイミングを距濱測定器（５）側
に予約しておく方法として、測定器（５）のタイマカウ
ンタと発信器（３）（４）のタイマカウンタ）予め同期
させておくことができるので、各発信器（３）と（４）
との信号を識別でき、且、各発信器（３）と（４）との
発信を受信器（５Ａ）が知ることができ、超音波発信時
間から到達時間までの所要時間が測定できて距離を計算
できる０次に、第７図に示すように予定コース（イ）の
該（Ｘ）を決めて、距離（ａ）及び（ｂ）を計測するこ
とにより、移動作業車（２）の現在位置が予定コース（
イ）上にあるか否かを容易にチエツクして位置修正をす
ることができ、かつ、（ｙ）の距離も簡単に計算できる
から、枕地線（ニ）の位置の基準線（）＼）からの距離
（ｊＬ）も容易に検出できて、移動作業車（２）を正確
な位置で旋回させるタイミングを知ることができる。こ
れによって、テニスコートの掃除作業等も可能となる。

尚、第９図、第１０図に示すものは別の実施例で、第一
実施例が長方形の作業区画（１）であるのに対して、不
整形の作業区画（２３）において、作業区画（２３）周
縁部の任意の三箇所に測定基点（３）（４）を設け、そ
の三箇所の測定基点（３）、（４）から移動作業車（２
）までの距離を測定できる超音波発信受信等の装置を具
備し、初めに地形データをティーチング（人為運転で周
縁を一周するか、又はデータ入力機器から入力）して、
無人運転の制御を可使にするように構成するものである
。第１０図に示すように、不整形作業区画（２３）の長
手方向はＣ中央部左右に測定基点（３）と（４）とを配
設し、（３）と（４）とは夫々超音波発信器とし、これ
ら（３）と（４）とを結ぶ線を基準線（ハ）とする、そ
して基点（３）位置を原点として該基準線（ハ）をＸ軸
、基点（３）を通りＸ軸と直交するＹ軸、の座標を設定
し、Ｘ軸を移動作業車（２）の作業幅に分割する。

各作業幅の中心線（ホ）と、周縁線（へ）との交点をＸ
＋　、　Ｘ２　、　Ｘ　３、ｘ４、ｘＳ　・１のように
設定し、これらＸｌ−Ｘｉの各点位置を一周しなからＸ
Ｙ座標の（＋）　　（−）の値でｃｐｕに記憶させて作
業開始するものである。

この記憶させた地形データは、保管、再生が回部であり
、また、地形図があれば机上でデータを入力することも
回部である。

この実施例による作用は、データティーチングによる入
力が最初の作業として作業区画（２３）毎に必要な他は
、第一実施例と同様のパターンで制御作業ができる０発
信器（３）と（４）（ＡとＢ）との位置決定に当り、該
（ｘ）が（３）と（４）との間に納まるようにすること
が望ましい、又、移動作業車（２）の旋回の位置はｘ１
〜Ｘｉ点のＹ座標値を枕墳幅だけ減じておけばよいもの
である。

この実施例による効果は、移動作業車（２）から測定基
点（３）と（４）までの距離を超音波で測定することに
より、地表の大きい凹凸の波に対する適応性が良く、光
学的誘導形態に比してすぐれている。また、芝生の刈取
作業に最も適しており、これ以外にも不整形区画の清掃
、海岸の清掃、に利用できるし、移動作業車（２）が登
板可能な範囲の例えばスキー場等の急斜面の手入れ作業
にも利用できる。

【図面の簡単な説明】

図は、この発明の一実施例を示すもので、第１図は全体
斜視図、ＭＳ２図はその平面図、第３図は一部の側面図
、第４図はその一部の平面図、第５図はその側面図、第
６図は制御ブロック図、第７図は作用図、第８図は作用
を示す行程図、第９図は別の実施例の斜視図、第１０図
はその作用を示す平面図である。 図中、符号（１）は作業区画、（２）は移動作業車、（
３）、（４）は測定基点、（５）は距離測定器を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 既知の距離の縦横二辺を有した方形作業区画（１）の一
   辺に沿った移動作業車（２）の直進行程における中間距
   離の左右辺部に、該移動作業車（２）との距離を測定す
   るための各測定基点（３）と（４）とを設け、該移動作
   業車（２）には距離測定器（５）を設けてなり、該各測
   定基点（３）及び（４）までの距離を距離測定器（５）
   によって測定しながら進行予定コース（イ）に沿った直
   進制御をすることを特徴とする移動作業車の誘導装置。