JPH01231806A - 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、トラクタ作
業機等の移動農機や芝刈機の自動操縦、無人運転に利用
できる。

従来の技術、および発明が解決しようとする問題点 超音波を利用してその発信位置から受信位置までの距離
を測定することは一般的技術でる。また光、電波を利用
して距離を測定することも一般的である。しかし、光、
電波の大気中の速度に対して、超音波の速度は極めて遅
いもので、近距離の測定には適する場合が多い０例えば
、圃場等の作業区画内で作業を行なうトラクタ作業機等
においては、直進往復作業が主体をなすため、簡単な直
進誘導装置が無人運転などの省力作業のためにのぞまれ
ているので、作業区画の周辺付近の任意の二箇所の目標
位置と、移動作業車との間に超音波を送受信しながら、
移動作業車と各目標位置との′間の超音波到達時間を測
定して距離を検出し、この検出距離によって作業車の移
動位置を検出しながら予定経路に誘導する場合、装置を
簡単にするために、二箇所の目標位置に発信器を置き、
同周波数の超音波をタイミングをずらせたパルス発信を
させ、作業車に設けた受信装置に、各位置の発信である
ことを区別して認識させるように設けると、これら目標
位置と作業車との間の距離が遠い場合には、パルス発信
の周期を比較的大きい時間間隔とする必要があるが、連
続的に移動している作業車がパルスの発信周期の間に移
動する距離が大きくなり、その間に連続的に入って来る
土地条件によるステアリングの振れ等に対して速かに応
答して修正することが困難になる問題がある。

問題点を解決するための手段 この発明は、移動作業車（２）の作業区画（１）におけ
る周縁部に配置した複数の位置測定基点（３）（４）…
と該移動作業車（２）との間に超音波を送受信しながら
この移動作業車（２）の移動位置を検出して進行誘導す
る誘導装置において、該移動作業車（２）に、その自走
方向の変化を検出して補正する方向センサ（５）を設け
た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 作業区画（１）の周縁の、例えば作業車（２）の進行方
向の左右辺縁部に、位置測定基点（３）と（４）を一対
に設けてこれら各基点（３）　　（４）を超音波発信装
置（３）（４）とし、移動作業車（２）側には、これら
超音波発信装置（３）及び（４）の超ｒｆ波を受けて到
達所要時間を計測して距離を算出し、更に移動位置を例
えば直進する場合の予定コースの該基点（３）から横方
向への距離として検出し、予定コースに対する左右への
振れを検出して移動作業車（２）の操向操作の出力をす
る超音波測距装置を設けた場合、超音波はパルス発信す
るもので、かつ超音波発信装置（３）が発信してのち、
同期を躇を除く不等に二分割した時間だけ遅らせて発信
装置（４）の発信をさせて何れからの発信かを作業車（
２）の測距装置に検出させるようにすると、発信から受
信までの所要時間の大きさと、パルス周期の時間との関
係で、発信受信情報を受は入れ易くするためには周期を
長く設ける必要があるが、これが長いとその一つの発信
と次の発信との時間内にも移動作業車（２）が進行して
いるため、圃場面の凹凸等によって、ステアリング装置
が圃場面の側からの力で働かされて、進行方向が狂って
しまうものであるが、この自走方向の変化を、方向セン
サ（５）が移動作業車（２）に位置して検出できるから
、超音波による位置検出結果で操向操作の出力をして、
超音波による位置補正をする前に方向センサ（５）が自
走方向の変化に即対応してステアリングを修正する出力
を行ない、作業車（２）の一般的な横向操作形態の前車
輪を正しく前後方向に沿う操向角度零の位置に維持する
よう補正でき、超音波による位置検出結果による操向操
作に出力するまでの補間制御を行なえる。

このため、作業車（２）の前後方向を進行方向に沿わせ
る制御は応答速度の早い方向センサ（５）が行ない、予
定コースに対して左右にずれた距離を検出して正しく予
定コース上にのせる制御は超音波誘導装置が行なえるか
ら、この誘導装置を簡単にするために超音波パルス発信
周期が多少長くなっても、正確な予定コースに沿った直
進誘導ができるものである。

実施例 尚区側において作業区画（１）は長方形の作業区画（１
）を例示し、第１図、第２図に示すように、周縁に畦を
設けて区画し、長辺の距＃　（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について説明する。

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４１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）屋根部上には超音波測距装置（６）と指
令電波送信器とを設けている。また、該ハンドル（１８
）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（１０）を架
設し、この油圧シリンダ（１Ｂ）を伸縮させることによ
って、ロッド（＋７）、キングピン（＋８）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、超音波発信装置（３）（４）
とし、該作業区画（１）の長辺距離（Ｌ）の中間位置の
左右長辺の該畦上に支柱（２０）を設け、この支柱（２
０）上に作業進行方向（ハ）始終端に位置した移動作業
車（２）の測距装置（６）に検出可能の範囲に発信しう
るように設けである。Ｂｉ音波は７〜ｌ　０ＫＨ２程度
とするが、これに限定するものでなく、また、該長辺圧
Ｉｌｌ　（Ｌ）は５０Ｍ〜１００”程度とするがこれに
限定しない、また、Ｊ５ａ波発信装置（３）と（４）の
発信は、微少の時間差を設けて発信を繰返すものである
。また、作業区画（１）の短辺比＃（Ｗ）は左右の超η
波発＠？を置（３）と（４）との間の距離とし、（３）
と（４）とを結ぶ線を該基準線（イ）とし、この基準線
（イ）を、左右の長辺（Ｌ）、及び予定コース（ニ）と
直交させるよう設けるものである。

方向センサ（５）は角速度センサ（５）とし、移動作業
車（３）のトラクタの前車輪（８）と後車輪（９）との
間の車体部側面に設け、作業区画（１）の圃場面の凹凸
、傾斜等の条件による力が自動走行する前車輪（８）（
８）に加わった場合に左又は右へ変向してしまう進行方
向の変化を角速度センサ（５）でとらえる構成で、ジャ
イロのスピン軸と直交する入力軸まわりの入力角速度に
比例した信号を出力するレートジャイロの形態のもので
構成するが、音叉形態の振動ジャイロで構成してもよい
。

レートジャイロも振動ジャイロも、出力はミリポルト単
位の電圧値で出力するものである。

超音波測距装置（６）は、超音波受信器（６Ａ）と、コ
ンピュータ（ｃｐｕ）を主体とする位置検出制御回路（
６Ｂ）とで構成される。

超音波発信装置（３）（４）と、超音波測距装置（６）
との発信受信にもとづく制御構成は、第５図の制御ブロ
ック図に示すように、各超音波発信装置（３）と（４）
から発信する超音波を、超音波受信器（６Ａ）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（ｃｐｕ）から通信ユニット（２１）の指令電波送信
器を経由して超音波発信装置（３）（４）側へ超音波発
信指令の通信信号を送る構成で、コンピュータ（Ｃｐｕ
）が、この信号により各発信袋２２（３）（４）までの
距離を検出し、予定コース（ニ）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）によ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該ソレノイドバルブ（
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（ニ）
上に復帰させる制御を行なう構成である。

また、方向センサ（５）としての角速度センサ（５）は
、超音波測距装置（６）のコンピュータ（ｃ　ｐ　ｕ）
に連結されて、圃場面の凹凸、傾斜条件によって、自走
するトラクタ（２）の前車輪（８）（８）が車体に対し
て左又は右に操向した状態となるとき、車体に加わる変
向動の角速度を検出して入力すると、別途に設けられた
ステアリング操作力センサ（２３）が検出したステアリ
ングに必要な操作力をコンピュータ（ｃｐｕ）から油圧
シリンダ（１Ｂ）に出力して、前車輪（８）（８）のト
ラクタ（２）車体に対する関係姿勢を旧に復帰させ、ト
ラクタ（２）の前後方向を進行予定コース（ホ）と同方
向に維持する構成で、角速度センサ（５）がトラクタの
前後方向を雑持し、超音波測距装置（６）が予定コース
（ニ）に沿う移動位置を維持する構成である。

超音波発信装置（３，）、（４）と測距装置（６）との
間の距ａｍ定によって予定コース（ニ）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２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（ハ）前後端部に移動作業車（
２）の旋回等のための枕ｉｔ！！（２４）を空け、実作
業距離を（２文）とし、前後の枕地線（ホ）と（ホ）と
から夫々距離（！Ｌ）の中央位置に該基準線（イ）を設
定し、その線（イ）上の左右に超音波発信装置（３）と
（４）とを配置し、予定コース（ニ）上の移動作業車（
２）の超音波測距装置（６）位置を（Ｐ）とし、発信装
置（３）位置を（Ａ）、発信装置（４）位置を（Ｂ）、
予定コース（ニ）と基準ｉｌ！（イ）との交点位置を（
Ｐａ　）、（Ｐ）と（Ａ）の距離を（＆）、（Ｐ）と（
Ｂ）の距離を（ｂ）、（Ｐ）と基準線（イ）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（ニ）までの所定距離を（Ｘ）とすると
き、三角形ＰＡＰｓ　と、＝角形ＰＢＰＯとからａ２＝
ｙｔ　＋ｘ２　、　　ｂｆｆｉ　＝ｙ！　＋　（ｗ−ｘ
）　２　、従ってａｔ　−ｂｉ　＝２ｗｘ−ｗ２　とな
り、（ａ）及び（ｂ）は測定できるから、２ｗｘ−ｗｉ
　＝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 ａｔ　−ｂｉ　−Ｋｌ　＞０ 予定コース（イ）上に位置するとき ａｔ　−ｂｌ　−Ｋｌ　＝０ 予定コース（イ）より左寄りのとき ａｔ　−ｂｉ−に１＜０ また、枕地縁（ホ）を検出するときは、ｘ＝　（ａｔ　
−ｂｉ　＋Ｗｚ　）／２ｗｙ＝Ｅ−ｉゴー；−７］−に
よって、ｙが既知の距離文と等しい（ｙ＝ｊＬ）ことを
検出すれば判別できる。

また、超音波発信装置（３）及び（４）、超音波測距装
置（６）との間の送受信作用は、−例を示す第６図によ
って説明する。超音波測距装置（６）側のクロック発信
器のクロックパルスを受けるカウンタは、コンピュータ
（ｃ　ｐ　ｕ）の発信指令信によってリセットされて、
そのときからカウントが始まる。超音波発信装置　（３
）（４）への指令電波送信を送信器から送信する０例え
ば超音波発信装置（３）の発信が遅れ時間零とする場合
、発信装置（３）は指令電波を発信指令受信器に受け、
直ちに発信タイミング設定器を経て波形発生し、搬送波
発信器の搬送波にのせて変調し、増幅し超音波発信する
。これを受けた測距装置（６）の受信器（６Ａ）に受信
したとき、パルス検出してコンピュータ（ｃｐｕ）が発
信から受信までの時間を読みとる。引続き超音波発信′
！１を置（４）は所定の時間遅れて同様にして超音波を
発信する、（ｃｐｕ）は１発信装置（３）による超音波
と同様に読みとり、所定の発信遅れ時間を差引いて到達
所要時間を読みとり、距離を演算検出する。

図中のクロック発信器、カウンター、ラッチの機能は、
ｃｐｕに内装されたものを利用するのが望ましく、便利
である。

角速度センサ（５）は、超音波による位置情報が、間隔
をおいたパルス状の情報であるのに対して連続的情報と
して入るもので、（ｃ　ｐ　ｕ）による応答出力も速い
から、圃場等の面積が広い場合に、発信装置から受信装
置までの超音波到達時間が比較的大きくなる。従って発
信装置（３）と（４）とは微少時間差を設けて何れの発
信かを判別°させるために、ａ音波発信パルスの周期を
大きく設けることになる。すると、位置情報に対して（
ｃｐｕ）による該油圧シリンダ（１６）を操作したステ
アリング操作の応答速度が遅れる。よって、その間に前
記のような圃場面の条件によるトラクタ（２）の前後方
向が変化しようとしても、角速度センサ（５）の速い応
答速度でトラクタ（２）の前後方向を補正するので、遅
れる超音波情報による位置修正量も少なくてすみ、ジグ
ザグ行進を少なくした予定コース（ニ）に沿う直進誘導
ができるものである。

尚、角速度センサ（５）は、方向センサとして利用して
いるものであって、磁気方位センサでもよいものである
。

【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、第２図は作用を示すその平面図、第３図は一部
の側面図、第４図はその一部の平断面図、第５図は制御
ブロック図、第６図は作用図である。 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）は方向センサ、（６）
は超音波測距装置を示す。 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 移動作業車（２）の作業区画（１）における周縁部に配
   置した複数の位置測定基点（３）（４）…と該移動作業
   車（２）との間に超音波を送受信しながらこの移動作業
   車（２）の移動位置を検出して進行誘導する誘導装置に
   おいて、該移動作業車（２）に、その自走方向の変化を
   検出して補正する方向センサ（５）を設けたことを特徴
   とする移動作業車の誘導装置。