JPH0284101A - 自動走行作業機における操舵制御装置 - Google Patents

自動走行作業機における操舵制御装置

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JPH0284101A
JPH0284101A JP63235864A JP23586488A JPH0284101A JP H0284101 A JPH0284101 A JP H0284101A JP 63235864 A JP63235864 A JP 63235864A JP 23586488 A JP23586488 A JP 23586488A JP H0284101 A JPH0284101 A JP H0284101A
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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〕 本発明は、稲、麦、大豆等を走行機体の前方の全幅にわ
たって刈取りしたのち脱穀できる、いわゆる汎用コンバ
インまたは普通形コンバイン等ノ収穫機やその他の走行
作業機を、所定の目標方位に沿い、且つ、作物列の側方
に沿うように倣いながら自動走行させるための操舵制御
装置の構造に関するものである。
〔従来の技術とその解決すべき課題〕
圃場に植立した稲列を、当該圃場の畦際に近い外周から
順々に刈取り脱穀するため、コンバインを平面視略矩形
状などに回行するように無人自動走行させる技術として
、例えば、特開昭61−1303号公報では、既刈り部
に隣接する未刈り側の稲列までの距離を検出する非接触
センサーと、地磁気による方位検出器とを併用して、前
記未刈り側の稲列に沿って倣い自動操舵する構成が提案
されている。
この制御においては、コンバインを進めるべき基準とな
る目標方位は、作業者が方位検出器の検出値(例えば磁
気コンパスのように北に対して何度傾いているかを36
0度の目盛で読む)を読み取って予め設定し、その後コ
ンバインの進行中にその走行機体の基準方向(進行方向
)が前記目標方位から一定程度以上角度がずれていると
、その目標方位に向くようにコンバインを操向制御する
一方、前記非接触センサーにて稲列までの距離が所定範
囲内に入るように操向制御するものである。
この場合、非接触センサーによる検出感度が方位検出器
による検出感度よりも良いのが通常で、しかも作業機が
稲列から大きく外れて刈取り作業が不完全になる不都合
を防止するため、非接触センサーの検出結果による制御
を方位検出器の検出結果による制御よりも優先させるの
を通常としているため、例えば次のような不都合が生じ
る。
例えば稲列等の作物列における既刈取り部分と未刈取り
部分との境界線に沿って、この作物列を境界線から左側
に適宜幅だけ刈取り脱穀するようにコンバインを前進さ
せる場合、当該コンバインの走行機体を前進させるべき
目標方位θ0に対して作物列の境界線が進行方向右側に
凸の湾曲状になっている箇所を刈り取るとき、走行機体
が境界線に近付き過ぎていると非接触センサーにより判
断されると、その非接触センサーによる検出結果から、
コンバインの操舵の向きを右に適宜角度Δθhだけ修正
する。
この場合、その修正角度Δθhが方位検出器の不感帯幅
(目標方位θ0に対して左右にΔθ1だけ取るように予
め設定し、その範囲内では方位検出器による検出結果か
ら操向角度修正の指令がでない状態となるようなものを
いう)を越えると、方位検出器の検出結果から、操向角
度の修正指令が出て、前記不感帯幅内に入るように、コ
ンバインの向きは左側に修正される。
そうすると、再度非接触センサーが作物列との境界線に
近付き過ぎていることを感知し、右方向への操向指令を
出すというように、非接触センサーと方位検出器との指
令が相反する結果、走行機体がジクザク操向することに
なり、始めの境界線の凹凸が少なくても、自動操向制御
のために、その凹凸が一層激しくなるという問題があっ
た。
この問題を解決するため、方位検出器の不感帯を大きく
すると、事実上方位検出器による制御は実行されないの
と同じ結果となり、方位検出器を装備した意味が無(な
るという問題があった。
本発明は、非接触センサー等の対作物距離センサーによ
る検出結果と方位検出器による検出結果とを同時に考慮
することにより、前記従来の問題を解決することを目的
とするものである。
〔課題を解決するための手段〕
この目的達成のため本発明は、刈取部等の対地作業部を
備えて成る走行機体に、対地作業部から作物列等の被検
出物までの進行方向右または左の対作物距離を検出する
対作物距離センサーと、目標方位に対する走行機体の方
位検出器とを搭載し、該方位検出器の検出方位から予め
方位設定器に読み込ませた目標方位に沿って進行し、且
つ、前記対作物距離センサーによる検出結果から、被検
出物に沿って倣い操舵するように制御する自動操舵装置
において、適宜時間間隔または走行距離間隔ごとに、目
標方位に対する検出方位偏差とその変化量、及び基準に
対する対作物距離偏差とその変化量とを計算する手段と
、前記検出方位偏差とその変化量のデータの組並びに対
作物距離偏差とその変化量のデータの組から操舵指示量
を決定する指示量決定手段とから成るようにしたもので
ある。
〔発明の作用・効果〕
この構成によれば、適宜時間間隔または走行距離間隔ご
とに、対作物距離センサーにて対作物距離を検出すると
共に、方位検出器による方位の検出で作業機の向きを検
出することで、作業機と作物列名の横方向の距離が直接
検出できと共に作業機の向きを同時に検出できる。
そして、適宜時間間隔または走行距離間隔ごとに、目標
方位に対する検出方位偏差とその変化量、及び基準に対
する対作物距離偏差とその変化量とを計算する手段を設
けたので、対作物距離の変化や方位の変化という細かい
変化を知ることができる。
これらの計算結果のうち、前記検出方位偏差とその変化
量のデータの組並びに対作物距離偏差とその変化量のデ
ータの組という2つのデータの組から操舵指示量を決定
するのであるから、いずれのデータの組を優先的に採用
するのではなく略平等に採用することができる。
従って、従来では、方位検出器の結果と対作物距離セン
サーによる検出結果とにより相反する操舵指令が出る可
能性がある場合、対作物距離センサーによる検出結果か
らの指令を優先して、方位検出器の検出結果を全く無視
する操舵制御を実行することにより、作業機が左右ジグ
ザグ状に走行するというハンチング現象があったが、本
発明では、方位検出器と対作物距離センサーとの各検出
結果を同時に考慮できるので、作業機が左右ジグザグ状
に走行するというハンチング現象が無くなり、方位検出
器と対作物距離センサーとの雨検出結果を有効に利用し
た制御を実行でき、熟練した作業者が刈取り等の作業を
実行するのと同様な安定した操舵を自動的に実行できる
のである。
〔実施例〕
次に本発明を収穫機に通用した実施例について説明する
と、汎用コンバインである収穫機1は走行機体2の下面
に左右一対の腹帯式の走行装置3゜3を備え、走行機体
2の前進方向に向かって右側前部には座席付きの操縦部
4を配設し、その後方にはエンジン(図示せず)及び穀
粒蓄積用のタンク5を備え、走行機体2の左側には、円
周外面にダブルピッチのスクリュー坂と適宜個数の抜歯
とを植設した前後長手の扱胴6a等を内蔵した脱穀部6
と、その下方に受は網8と、シーブ等による揺動選別装
置9と、唐箕ファン10の風による風選別装置とを備え
る。
一方、走行機体2の前面には、前記脱穀部6の前部開口
に連通ずる角筒状のフィーダハウス11を昇降用油圧シ
リンダ12を介して走行機体に対して昇降自在に装着し
てあり、該フィーダハウス11の内部には、左右長手の
搬送板を左右一対のチェ7に適宜間隔で取付けたチェン
コンベヤ13を配設し、このチェンコンベヤ13の前端
ドラム13aはフィーダハウスIIの外側面に沿って前
記走行機体2のミッションケース(図示せず)からのチ
ェ7等の伝動部14を介して回転駆動させ、後述の刈取
部15からの刈取殻稈をチェンコンベヤ13゛にてフィ
ーダハウス11における後向き上昇傾斜する底板に沿わ
せ前記脱穀部6に搬送するものである。
符号7aは、二番樋(図示せず)からの穀粒を脱穀部6
に還元するように搬送する二番還元筒、符号7bは前記
タンク5内の穀粒を外部に排出するための排出筒である
刈取部15は、前記フィーダハウス11の前端開口部に
連通ずる矩形筒状の介挿枠体16と、該介挿枠体16に
着脱自在に取付き、且つ走行機体2の全幅にわたって左
右に延びるへケ・7ト状のプラントホーム17とから成
り、該プラットホーム17には、走行機体2の全幅にわ
たってフィンパー18付きのり−ル19を第2図の矢印
方向に回転駆動させるように装着してあり、プラントホ
ーム17の下面側には同じく左右長手のバリカン状の刈
刃20を有し、プラットホーム17の底板上方には、矢
印A方向に回転する横長の掻き込み用のオーガ22を備
えてあり、前記伝動部14から自在継手付き横向き伝動
軸を介して前記リール19及びオーガ22を回転駆動し
、且つ刈刃20を駆動する。
この刈取前処理装置における回転するり−ル19及びタ
インパー18にて後方に引き倒された殻稈を刈刃20に
て刈取り後、掻き込み用のオーガ22にて集稈し、刈取
り殻稈はオーガ22の回転によりプラットホーム17上
を横方向(オーガ22の長手略中央方向)に送られた後
、プラットホーム17の後板における導入口から前記フ
ィーダハウス11の前端開口部16の箇所にて、ツイー
タハウス11内のチェンコンベヤ13に受は継がれる。
なお、符号23は刈取部15の左右両端から前向きに突
出する分草体であり、また、前記リール19は、殻稈の
倒伏状態等に応じて前後移動調節及び上下揺動調節自在
に構成されている。
そして、刈取部15は、その左右方向略中央位置を前記
フィーダハウス11の前部に対して前向きに突出する支
持ピン箇所を中心に左右ローリング調節自在に連結する
ものであり、油圧シリンダ(図示せず)にてその左右傾
斜角度を調節できるように構成されている。
第3図は、本発明の制御手段のブロック図を示し、符号
25は中央制御装置(CPU) 、26は読み出し専用
メモリ (ROM) 、27は読み書き可能メモリ (
RAM)を各々示し、これらにより、後述の目標方位θ
01検出方位θ′および基準に対する対作物距離偏差ρ
の読取り記憶、θ0に対する検出方位偏差(θ=θO−
θ′)とその適宜時間間隔または走行距離間隔ごとに検
出した値の変化量つまり偏差変化量Δθ、前記適宜時間
間隔または走行距離間隔ごとに検出した対作物距離偏差
ρの変化量つまり偏差変化量Δρを計算し、さらにこれ
らの値を元にファジィ規則により操舵指示量を決定する
符号28は入出力インターフェイス、29は収穫機1の
走行距離を計測する走行路1ilt検出器、符号30は
地磁気(例えば北)に対する収穫機1Φ進行方向の基準
線(K)の方位角度を検出する方位検出器であり、地磁
気方位センサーや、ホール素子と磁気抵抗素子との組合
せで特定の方向の磁気(地磁気)に対して良好な感度を
持ち、その他の方向には不感とするように構成したもの
である。
方位検出器30は収穫機lにおける鉄鋼等の金属部によ
る影響をなるべ(少なくするため、走行機体2の上方に
上向き突出させた支柱の上端に設けるのが好ましい(第
2図参照)。
符号31は方位設定器で、収1機1を予め進行方向に向
けたときの前記方位検出器30にて読み込んだ基準線(
K)の方位(目標方位=θ0)を手動にてセットするこ
とができるものであり、後述のごとく、目標方位θ0は
修正され得る。
符号32は超音波を利用する等した非接触センサー等の
対作物距離センサーで、発信器と受信器との対からなる
対作物距離センサー32は、前記刈取部5における分草
体23の内側方等に横向きに装着してあり、刈取部5に
おけるプラットホーム17の左右幅内に位置する植立し
た殻稈のうち分草体23に対してもっとも近い位置の殻
稈Cに向けて発信した超音波の反射音を受信器で受け、
発信から受信器の時間の多少により、分草体23の側方
から走行機体の進行方向と略直角の横方向に位置する殻
稈迄の検出路R(ρ′)を検出し、電圧等の出力信号を
出すものである。・第5図及び第6図の図示実施例にお
いて刈取部15の右側先端の分草体23側面に対作物距
離センサー32を設けである。
なお、前記対作物距離偏差ρとは、対作物距離センサ−
32から殻稈C迄の基準距離ρOに対して実際に検出さ
れた検出距離(ρ′)との差異、つまりρ=ρ〇−ρ′
をいう。
第5図及び第6図の図示実施例において刈取部15の右
側先端の分草体23側面に設けた対作物距離センサー3
2が作動しており、境界線K(既刈り取り部分と未刈取
り部分との境界線をいう)がプラットホーム17の右端
部に対して基準距離ρ0±Δαの状態で進行するように
している。
符号33は、後述の決定された操舵指示量の出力信号に
応じて右側の走行装置3への動力伝達をOFFにする操
舵クラッチを作動させる油圧切換弁等の電磁ソレノイド
で、該操舵クラフチは手動レバー34に依っても操作で
き、OFF操作にて収1機1は右側に旋回できる。
同様に、電磁ソレノイド35は前記決定された操舵指示
量出力信号(操向指令)に応じて左側の走行装置3への
動力伝達をOFFにする操向クラッチを作動させる油圧
切換弁等を切換え操作するものであり、該操向クラッチ
は手動レバー36に依っても操作でき、OFF操作にて
収181は左側に旋回できる。
次にこの構成による自動操舵制御について説明すると、
圃場を平面視矩形状に外周から刈取j/)脱穀するよう
に、ループ状に収穫機1を走らせて操舵する場合等にお
いて、第4図に示すフローチャートのスタート及びおよ
び初期値設定に続くステツブS1で、オペレータが収穫
機1を回行して未刈取り部分との境界線の端部に位置さ
せ、当該収穫機1の向きを所定の走行方向に向かわせる
ステップS2にて方位検出器30および対作物距離セン
サー32を作動させる。このとき、同時に図示しないタ
イマー及び/または走行距離検出器29も計測開始する
ステップS3にて、前記ステップS1にて刈取り作業開
始位置において直進する方向に収穫機1の向きを定めた
状態で、当該収穫機1の直進すべき目標方位θ0を定め
るべく方位検出器30にて方位を読み取り、方位設定器
31にてセットして記憶させる。
ステ・7プS4では、適宜間隔(時間間隔ΔTまたは走
行距離間隔ΔL)ごとに、前記方位ヰ★出器30にて検
出方位θ′を検出読み込み及び対作物距離センサー32
にて作物箇所迄の横方向の検出距離ρ′を読み込む。
ステップS5では、前記基準方位θO1検出方位θ′及
び検出距離ρ′から、目標方位θ0、に対する検出方位
偏差(θ=θ〇−θ′)とその適宜時間間隔または走行
距離間隔ごとに検出した値の変化量つまり偏差変化量Δ
θ、前記適宜時間間隔または走行距離間隔ごとに検出し
た対作物距離偏差ρ(=ρ0−ρ′)及びその変化量つ
まり偏差変化量Δρを計算する。
この場合、第n−1回目の検出方位偏差θn −1とし
、第n回目の検出方位偏差θnとすれば、Δθ−(θn
)−(θn−1)であり、同様に第n1回目の対作物距
離偏差ρn−1とし、第n回目の対作物距離偏差ρnと
すれば、 Δρ−(ρn)−(ρn−1)である。
ついで、ステップS6にて以下にのべるファジィ規則に
従って操舵を旨示量を演算するのであり、ステップS7
では、演算結果の操舵指示量に基づき、修正制御して、
略直進状の自動操舵制御の下に圃場をその外周から平面
視略矩形状に刈取り脱穀していくものである。
この場合、ファジィ制御では、前記2つの検出手段であ
る方位検出器30と対作物距離センサー32とで得られ
た検出結果のデータ処理を高速で実行するため、作物列
の検出や方位検出の精度を落としたことを補うため、そ
の精度の荒い検出値、つまりあいまいな入力で実用可能
な制御出力を得ることができるものであり、また、制御
における検出対象の条件と制御量との関係、換言すれば
、入力と出力の関係を厳密にモデル化して記述すること
が困難な場合の制御に通するものである。
さらに、本発明のように検出対象が対作物距離と、方位
というように、−見関連のないものを、複数組合せて制
御の条件部分とする場合にもファジィ制御が通ずるもの
である。
次にファジィ推論を応用したファジィ制御について説明
する。
一般にファジィ推論による制御においては、制御アルゴ
リズムを、制御のための複数の情報の入力変数、例えば
2つの入力変数(x、y)と制御機器への出力(操作N
)zのあいまいな関係として記述するものである。
例えば、 もしXが小さく、yが大卒いならば、2は中にする。
もしXが大きく、yが中ならば、2は大きくする。
のように、制御アルゴリズムはくもし・・・・であれば
、・・・・にせよ)  (if−then )形式のフ
ァジィ制御規則と呼ばれるもので表現される。規則のi
f・・・・の部分を前件部、then・・・・の部分を
後件部と呼ぶ。
今、このファジィ制御規則を、自動操舵の制御に応用す
るにあたり、本実施例では、適宜時間または適宜距離ご
とに検出した対作物距離偏差ρとその偏差の変化量Δρ
とのデータの組、及び適宜時間または適宜距離ごとに検
出した検出方位偏差θとその偏差の変化量Δθとのデー
タの組を前件部とし、自動操舵の操作指示量Sを後件部
とする、ファジィ制御規則を■から@までの合計18個
の規則を第1表に示す。
ここで、例えば、■の規則は、もしρのラベルが「大き
く右」で、且つΔρのラベルが「0」ならば、Sのラベ
ルは「小さく左に切る」ということを示す。
第2表から第6表までは、各偏差ρ、Δρ、θ、Δθの
各入力変数と操作指示量Sの出力変数が各々取るファジ
ィ変数を、整数の領域に離散化した離散型ファジィ変数
で示したものである。
そして、これらのあいまいな領域であるファジィ変数の
領域は、入力変数の全体集合の要素(メンバー)が領域
(変域)に含まれる程度(グレード)を与えることによ
り定義するものであり、このグレードを与える関数をメ
ンバーシップ関数という。例えば、ρのファジィ変数の
領域は、対作物距離偏差ρの全体集合の要素(メンバー
)が領域(変域)に含まれる程度(グレード)を与える
ことにより定義される。
各表における最上段の(値)とあるのは、各変数の変域
を示し、例えば第2表における−5から5は入力変数ρ
が取る値である。
実施例では、各表におけるファジー変数のラベルは、「
大きく右」、「小さく右」、「0」、[小さく左」、「
大きく左」の5種類とし、前記変数の値がこれらのラベ
ルの集合に含まれる度合(適合度=メンバーシップ値)
を、0から10までの整数で段階的に表す。
第  1  表   フ    ジ   ′第2表 り 左− (1/l0V) 一右 第4表 〆 (1/l0V)  → 第3表 θ XI/30 rad  −= へL Xi/30 rad  → 以下に、ρn−1−3(単位1/10 V電圧)、ρn
=4 (単位1/10 V電圧)、Δρ=1 (単位1
/10 V電圧)、θn −1= −1,(1,位1/
30rad、)、θn=−2(1位1/30rad、)
 、Δθ−−1uJ位1/30rad、)のとき、本実
施例で(7)77ジイ推論の制御方法を説明する。
ρ=4とΔρ=1の組から成立するファジィ制御規則は
第1表の■、■の2つである。
つまり、ρ=4のときには、第2表の値=4から、ラベ
ル「大きく右」と「小さく右」であり、Δρ=1のとき
には、第4表の値=1から、ラベル「小さく右」と「0
」だからこれらの組合せのうち第1表の■から■までに
存在する組合せを点ヰ★して見ると、■、■の2つであ
る。
同様にして、θ−−2とΔθ=−1の組から成立するフ
ァジィ制御規則は第1表の■、■、[相]の3つとなる
ファジィ制御規則の■において、前件部としてのρのラ
ベルは「大きく右」を取る。このときの変数ρ=4が取
り得る、前記ラベル「大きく右」におけるメンパージ・
7プ関数の適合度は、第2表から「8」となる。同様に
前件部としてのΔρのラベルは rOJを取る。このと
きの変数Δρ−1が取り得る、前記ラベル「0」におけ
るメンバーシップ関数の適合度は、第4表から「7」と
なる。
この2・つのメンバーシップ関数の適合度「8」及び「
7」のうち小さい方の値「7」を、ファジィ制御規則の
■の「もしρが大きく右でΔρがOならば」という前件
部全体の条件に対する適合度とする。
さらに、前記ファジィ制御規則の■の後件部(推論結果
)「sは小さく左に切る」によって与えられる、当該操
作攪示量Sのラベルは「小さ(左」であるから、第6表
における離散型メンバーシップ関数の適合度の上限を、
前記前件部全体における適合度の「7」とする。
この関係を第7図、第8図、第9図に示す。
以下前記と同様にファジィ制御規則■の関係は第10図
、第11図、第12図に示し、ファジィ制御規則■の関
係は第13図〜第15図、ファジィ制御規則0の関係は
第16図〜第18図、ファジィ制御規則[相]の関係は
第19図〜第21図に各々すように、合計5の処理を実
行したのち、各々の規則から得られた操作指示量Sを合
成する。合成は各々の操作指示量Sを重ね合せて、その
最も大きい値を採用して得る。
最終的な出力値であるSOは、こうして得られたSのメ
ンバーシップ関数の集合の重心位置の値とする(第22
図参照)。
このように中央制御装置28にて演算された最終的な操
舵指示量soの数値に応して、出力信号を出し、操舵制
御弁の電磁ソレノイド33または35を作動させ、修正
操舵するのである。
なお、区画整理された大規模圃場のような箇所での農作
業では、圃場が平面視矩形状であ乙から農作業機の直進
がし易いので、前記ファジィ制御において、遠景等の目
標物という基準線に対する方位偏差θのメンバーシップ
関数の適合度を大きくするように、いわゆる重み付けの
設定を変更すれば、当該遠景の目標物を目印とする自動
操舵制御を強く出すことができる。
本実施例のように自動操舵制御において、ファジィ制御
を採用すれば1、複数の異なる検出対象(本実施例では
入力としての偏差)で、且つ入力条件の種々の組合せを
条件部とする制御が可能となり、しかも、入力の適合度
を制御ソフトにより至極簡単に変更できるのである。
【図面の簡単な説明】
図面の本発明の実施例を示し、第1図はコンバインの平
面図、第2図は側面図、第3図は自動操舵制御装置のブ
ロック図、第4図はフローチャート、第5図はコンバイ
ンによる刈取り作業の説明図、第6図は拡大説明図、第
7図と第8図と第9図はファジィ制御規則■の場合のメ
ンバーシップ関数の図、第10図と第11図と第12図
はファジィ制御規則■の場合のメンバーシップ関数の図
、第13図と第14図と第15図はファジィ制御規則■
の場合のメンバーシップ関数の図、第16図と第17図
と第18図はファジィ制御規則0の場合のメンバーシッ
プ関数の図、第19図と第20図と第21図はファジィ
制御規則[相]の場合のメンバーシップ関数の図、第2
2図は操舵指示量の決定方法を示す説明図である。 1・・・・作業機、3,3・・・・走行装置、4・・・
・操縦部、15・・・・刈取部、17・・・・プラット
ボーム、23・・・・分草体、25・・・・中央制御装
置、29・・・・走行距離検出器、30・・・・方位検
出器、31・・・・方位設定器、32・・・・対作物距
離センサー、33.35・・・・電磁ソレノイド。 区

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)、刈取部等の対地作業部を備えて成る走行機体に
    、対地作業部から作物列等の被検出物までの進行方向右
    または左の対作物距離を検出する対作物距離センサーと
    、目標方位に対する走行機体の方位検出器とを搭載し、
    該方位検出器の検出方位から予め方位設定器に読み込ま
    せた目標方位に沿って進行し、且つ、前記対作物距離セ
    ンサーによる検出結果から、被検出物に沿って倣い操舵
    するように制御する自動操舵装置において、適宜時間間
    隔または走行距離間隔ごとに、目標方位に対する検出方
    位偏差とその変化量、及び基準に対する対作物距離偏差
    とその変化量とを計算する手段と、前記検出方位偏差と
    その変化量のデータの組並びに対作物距離偏差とその変
    化量のデータの組から操舵指示量を決定する指示量決定
    手段とから成ることを特徴とする自動走行作業機におけ
    る操舵制御装置。
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JPH03282801A (ja) * 1990-03-30 1991-12-13 Shinko Electric Co Ltd 無人搬送車の速度制御装置
JPH04209014A (ja) * 1990-11-30 1992-07-30 Fujita Corp 無人走行車の走行状熊監視制御装置

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