JPH05204453A - 作業用走行車の自動操向制御装置 - Google Patents

作業用走行車の自動操向制御装置

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JPH05204453A
JPH05204453A JP4032704A JP3270492A JPH05204453A JP H05204453 A JPH05204453 A JP H05204453A JP 4032704 A JP4032704 A JP 4032704A JP 3270492 A JP3270492 A JP 3270492A JP H05204453 A JPH05204453 A JP H05204453A
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Hiroaki Yamazaki
弘章 山崎
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Mitsubishi Agricultural Machinery Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 自動操向制御において、走行機体の左右傾斜
に基づく誤差を補正して制御精度を著しく向上させる。 【構成】 圃場に配設される標識体7を、左右傾斜を認
識できるよう上下方向に長い円柱もしくは円筒状に形成
する一方、標識体7をカメラ2で撮影する走行機体1側
では、撮影画像における標識体7の左右傾斜に基づいて
操向方向を補正するべく構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、トラクタ、田植機等の
作業用走行車の自動操向制御装置に関するものである。
【0002】
【従来技術及び発明が解決しようとする課題】今日、こ
の種作業用走行車においては、予め畦道等に設置される
標識体を走行機体に設けたカメラで撮影すると共に、該
撮影した画像を認識処理して走行機体を自動操向制御す
ることが試みられており、そしてこの場合には、撮影し
た画像における標識体位置と画像基準位置とのずれ量を
演算し、該演算されたずれ量に基づいて無人操向操作用
アクチユエータを作動制御することで自動操向が行われ
ることになる。しかるに圃場走行する走行機体は、圃場
の凹凸や作業の種類によつて左右に傾斜(ローリング)
して走行することがあり、この場合には、仮令標識体を
目標に直進制御を行つたとしても、その機体の向きは機
体傾斜方向に大きくズレてしまうことになつて自動操向
制御の精度が著しく低下するという不都合があり問題と
なつていた。
【0003】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の如き実
情に鑑みこれらの欠点を一掃することができる作業用走
行車の自動操向制御装置を提供することを目的として創
案されたものであつて、圃場に配設した標識体を走行機
体に設けたカメラで撮影すると共に、該撮影した画像に
おける標識体位置と画像基準位置とのずれ量に基づいて
走行機体を自動操向制御してなる作業用走行車におい
て、前記標識体を、上下方向に長い円柱形状もしくは円
筒形状に形成する一方、自動操向制御を行う制御部に
は、画像における標識体の左右傾斜角を演算する傾斜角
演算手段と、該演算した傾斜角に基づいて操向方向の補
正をする操向方向補正手段とを設けたことを特徴とする
ものである。そして本発明は、この構成によつて、走行
機体の左右傾斜に基づく制御誤差を補正して自動操向制
御の精度を著しく向上させることができるようにしたも
のである。
【0004】
【実施例】次に、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図面において、1はトラクタの走行機体であつ
て、該走行機体1の前端部中央には、正面を向くカメラ
2が設けられており、そして実施例のカメラ2は、CC
D(Charge Coupled Deviceの
略、電荷結合素子)イメージセンサ機能を備えるもので
あるが、さらには、望遠並びに広角撮影を可能にするズ
ーム機能を備えると共に、ズーム調整を行うためのズー
ム調整用アクチユエータ3が装備されている。また、カ
メラ2のレンズには、所定反射分光特性のピーク波長域
のみを通過させるバンドパスフイルタ(帯域通過フイル
タ)が取り付けられている。
【0005】4は走行機体1に設けられる制御部であつ
て、該制御部4は、所謂マイクロコンピユータ(CP
U、ROM、RAM等で構成される制御ユニツト)を用
いて形成されるものであるが、このものは、前記カメラ
2、遠隔操作信号を受信するための受信機5、自動操向
制御をON−OFFするための自動操向スイツチ6、後
述する標識体7F、7Rの移動ピツチを設定するための
ピツチ設定器8、標識体7F、7Rをそれぞれ手動操作
するための標識手動スイツチ9F、9R等から信号を入
力する一方、これら入力信号に基づく判断で、操向操作
用アクチユエータ、変速操作用アクチユエータ、クラツ
チ操作用アクチユエータ、ブレーキ操作用アクチユエー
タ、アクセル操作用アクチユエータ、作業部昇降操作用
アクチユエータ等の無人操作用アクチユエータ、さらに
は前記カメラ2のズーム調整を行うズーム調整用アクチ
ユエータ3、遠隔位置から認識可能に設けられるモニタ
ランプ10、標識制御信号を送信する送信機11等に作
動信号を出力するようになつている。
【0006】一方、12F、12Rは圃場の短辺(畦道
等)に水平方向を向いて対向設置される一対のガイドレ
ールであつて、該ガイドレール12には、標識移動機構
13を介して前記標識体7F、7Rがそれぞれ設けられ
ているが、各標識体7F、7Rは、カメラ2の撮影角度
(左右角度)に拘らず像の面積が一定となり、かつカメ
ラ2(走行機体1)が左右傾斜する状態では画像におい
て標識体像の傾斜を認識し得るよう上下方向に長い円柱
もしくは円筒形状に形成されると共に、前記バンドパス
フイルタの帯域に対応する色彩が施されている。
【0007】前記標識移動機構13は、ブラケツト14
を介して標識体7F、7Rが固設されるコ字状のフレー
ム15、該フレーム15の内周部上下に前後方向を向い
て軸支される各一対のローラ16、上下に対向するロー
ラ16同志を連動連結する第一ギヤ17、下側ローラ1
6同志を連動連結する第二ギヤ18、該第二ギヤ18を
正逆駆動せしめるモータ19、ローラ16の回転検出を
する回転センサ20、アンテナ21を経由して前記送信
機11からの標識制御信号を受信する受信機(図示せ
ず)、さらには上記回転センサ20および受信機から入
力される信号に基づいてモータ19を駆動制御する標識
移動制御部(図示せず)等で構成されている。即ち、標
識移動機構13は、上下ローラ16間にガイドレール1
2を挟む状態でガイドレール12に移動自在に支持さ
れ、モータ駆動に伴うローラ16の正逆回転によりガイ
ドレール12に沿つて進退移動するようになつている。
【0008】ところで、前記制御部4においては、標識
体7F、7Rを移動制御する標識移動制御、遠隔操作用
送信機からの遠隔操作信号に基づいて各無人操作用アク
チユエータを作動制御する遠隔操作制御、カメラ2のズ
ーム調整を行うズーム制御、カメラ2の画像信号を二値
化する二値化処理制御、二値化処理された情報に基づい
て画像における標識体7F、7Rの有無を認識する標識
体認識処理制御、画像における標識体7F、7Rの位置
を認識する位置認識処理制御、画像における標識体7
F、7Rの位置に基づいて走行機体1を自動操向制御す
る自動操向制御、前記モニタランプ10を点灯制御する
モニタランプ制御等の各種制御を行うようになつてお
り、そして各制御の手順を図面に示すフローチヤートに
基づいて以下に説明するが、遠隔操作制御、二値化処理
制御および標識体認識処理制御は一般的な処理ルーチン
を採用しているため説明を省略する。
【0009】まず、標識移動制御について説明するが、
該制御では、始めに標識手動スイツチ9F、9Rが操作
されたか否かが判断される。ここでYESと判断される
と、さらに前進操作であるか否かが判断される。そし
て、これがYESの場合には標識体7F、7Rを前進さ
せるべく標識移動制御信号を送信する一方、NOの場合
には標識体7F、7Rを後退させるべく標識移動制御信
号を送信するが、両標識手動スイツチ9F、9RがOF
Fの状態では、標識自動制御スイツチ(図示せず)がO
Nか否かが判断されると共に、これがYESの場合には
標識体7F、7Rの移動が自動制御されることになる。
即ち、標識自動制御スイツチがONした状態では、走行
機体1が旋回したか否かが常時監視されており、そして
機体旋回が行われた場合には、旋回位置側の標識体7
F、7Rを、前記ピツチ設定器8で設定された移動ピツ
チ(移動ピツチは作業幅の略二倍、但し、耕耘作業時に
は作業幅をオーバーラツプさせる必要があるため、移動
ピツチは作業幅の二倍幅よりも小さく設定される)だけ
を前進せしめるべく標識移動制御信号を出力するように
なつている。
【0010】一方、ズーム制御においては、まず画像に
おける標識体7F、7Rの有無が判断される。ここで無
しと判断された場合には、標識体7F、7Rを見失つた
と判断して一気に広角側にズーム調整することになる。
つまり、標識体7F、7Rを見失つた場合には、一気に
視野を広げて標識体7F、7Rを画像内に捕らえるよう
になつている。一方、画像に標識体7F、7Rが存在す
る状態では、画像における標識体7F、7Rの面積を算
出すると共に、該算出した面積と予め設定される設定面
積Kとの大小比較(不感帯α)が行われる。そして算出
した面積と予め設定される設定面積Kとが一致する場合
にはズーム調整用アクチユエータ3を停止状態とする
が、面積が一致しない場合には、画像における標識体7
F、7Rの面積が一定となるようズーム調整用アクチユ
エータ3に対して作動信号を出力するようになつてい
る。
【0011】また、位置認識処理制御では、画像におけ
る標識体7F、7Rの位置と画像基準位置(画像中心)
とのずれ量を演算するが、該ずれ量の演算に際しては、
まず標識体7F、7Rの水平方向重心(Hx)を以下の
演算式に基づいて演算する。(但し、カメラ2の画像
は、水平方向(x方向)にn個、垂直方向(y方向)に
m個の画素を配列して構成され、またNiはHxi列に
おける標識体像の画素数、Sは標識体像の総画素数、A
は標識体高さ、Vyは標識体像の垂直画素数をそれぞれ
示すものとする。) Hx=Σ{(Hxi−n/2)・Ni}/S 続いて、 W=(Hx×A)/Vy を演算することで、標識体7F、7Rの水平方向重心
(Hx)と画像基準位置との水平距離(W)を求めるよ
うになつている。
【0012】さて、自動操向制御においては、まずカメ
ラ2の焦点距離(b)を計測すると共に、下記の演算式
に基づいてカメラ2から標識体7F、7Rまでの距離
(W)を演算する。(但し、Bは、B=V/m×Vyに
よつて演算される標識体像の高さ、Vは画像の垂直寸法
をそれぞれ示すものとする。) a=(A×b)/B 次に、上記演算した距離(a)および予め設定される設
定不感帯角度(θF)に基づいて不感帯幅(WF)を下
記の如く演算する。 WF=a×tanθF そして、これらの演算が完了すると、前記位置認識処理
制御で演算した水平距離(W)の絶対値と不感帯幅(W
F)との大小比較に基づいて操向操作用アクチユエータ
に対する作動信号出力が行われることになるが、該信号
出力に先立ち走行機体1の左右傾斜に基づいた操向方向
の補正処理が行われるようになつている。
【0013】この補正処理は、二値化された標識体像デ
ータの一次回帰式{f(x)}から標識体像のロール角
(ψ)を演算し、該演算したロール角(ψ)を予め設定
される関数f(ψ)に代入して直進基準値(S)を求め
ることによつて行われる。即ち、画像における標識体位
置(左右位置)に基づいて操向輪を一定角度だけ左右方
向に操向して直進制御をするにあたり、その基準となる
直進基準値(S)を走行機体1の左右傾斜に基づいて補
正しているため、圃場の凹凸や作業の種類に拘らず精度
の高い直進制御が行われるようになつている。
【0014】さらに、モニタランプ制御は、モニタラン
プ10の点灯を制御するものであるが、遠隔位置で走行
機体1を無線操作するオペレータに対して自動操向制御
の制御状態を報知するべくモニタランプ10の状態を点
灯、点滅、消灯等に切換えるようになつている。即ち、
標識体7F、7Rがカメラ画像に捉えられている状態で
は、モニタランプ10を連続点灯すると共に、前記自動
操向制御を実行する一方、カメラ2が標識体7F、7R
を見失つた状態では、これが広角撮影時である場合には
モニタランプ10を点滅し、望遠撮影時である場合には
モニタランプ10を消灯すると共に、操向輪をニユート
ラル位置に維持するようになつている。そして、このよ
うに制御されるモニタランプ10の状態を視認すること
で、オペレータは、自動操向制御から手動遠隔操作への
切換えタイミングを計ることができるようになつてい
る。
【0015】また、22はスリツプに影響を受けずに走
行機体1の方位および位置を精度良く認識(精度が求め
られる防除作業時や施肥作業時、または自動旋回制御等
の自動制御に利用される)するために設けられる計測装
置であつて、該計測装置22は、平行リンク23を介し
て走行機体1の底部に支持されるソリ体24、該ソリ体
24上に所定間隔Tを存して左右に配設される接地輪2
5(機体操向に伴つて横移動することがないよう回動軸
芯が平面視で後輪軸芯に一致している)、各接地輪25
の回転を検出するロータリエンコーダ26等で構成され
ている。そしてこのものでは、駆動輪のスリツプに影響
されない実際の走行距離がロータリエンコーダ26から
検出されることになるが、両接地輪25の軸線中心点P
がPn-1からPnへ移動したときの接地輪25L、25
Rの移動量をΔlL、ΔlRとすると、P点の移動量
は、Δl=(ΔlL+ΔlR)/2で得られ、このとき
の回行角(Δθ)は、Δθ(rad)=(ΔlL−Δl
R)/Tで得られることになり、従つて、Pn点におけ
る回行角(θn)および座標(Xn、Yn)は、 θn=θn-1+Δθ Xn=Xn-1+Δlsin(θn-1+Δθ/2) Yn=Yn-1+Δlcos(θn-1+Δθ/2) となり、この様な演算を行うことで方位および位置が認
識できるようになつている。
【0016】またさらに、27は走行機体1のトランス
ミツシヨンであつて、該トランスミツシヨン27には、
前進動力を断続する前進用電磁クラツチ28、後進動力
を断続する後進用電磁クラツチ29、ブレーキをON−
OFFする電磁ブレーキ30等が設けられるが、前進用
電磁クラツチ28、後進用電磁クラツチ29および電磁
ブレーキ30の各ドライバ回路は、安全回路31を介し
て前記制御部4に接続されている。この安全回路31
は、所謂論理回路で構成されるが、回路仕様を普通仕様
と遠隔操作仕様とに切換えるためのジヤンパ線回路32
と、電磁ブレーキ30を手動でON−OFFするための
手動スイツチ33(2極双投型)とを備えている。ま
ず、ジヤンパ線回路32の実線側(普通仕様)が選択さ
れ、手動スイツチ33がa側に投入されている状態の作
用を説明すると、制御部4の前進指令出力ポートP0お
よび後進指令出力ポートP1が共にH(ハイ)またはL
(ロー)の場合、安全回路31のA、B点は何れのとき
もLとなり、これに伴いTr1、Tr2がOFFとなつ
て前進用電磁クラツチ28および後進用電磁クラツチ2
9がOFFとなるが、C点はHとなつてTr3をONに
し電磁ブレーキ30をONとする。一方、前進指令出力
ポートP0と後進指令出力ポートP1とが背反的な信号
を出力した場合、A、B点はL、HまたはH、Lとな
り、前進用電磁クラツチ28、後進用電磁クラツチ29
は背反的に作動するが、このときC点はLとなつて電磁
ブレーキ30はOFFとなる。即ち、普通仕様状態にお
いては、制御部4が暴走して不自然な信号が出力された
場合(前進指令出力ポートP0および後進指令出力ポー
トP1が共にHの場合等)であつても、複数のアクチユ
エータが同時作動することを規制してトランスミツシヨ
ン27の破損を防止すると共に、前進用電磁クラツチ2
8および後進用電磁クラツチ29がOFFのときには電
磁ブレーキ30を自動的にONさせて走行機体1の暴走
を防止するようになつている。次に、ジヤンパ線回路3
2の点線側(遠隔操作仕様)が選択され、手動スイツチ
33がa側に投入されている状態の作用を説明する。こ
こで、水平信号出力ポートP2は、傾斜センサ34のピ
ツチング(前後傾斜)信号に基づき、その値が不感帯を
含む水平レベルである場合にHを出力するものとする
と、前記C点がHのとき機体が傾斜するとTr3がON
して電磁ブレーキ30をONさせることになる。つま
り、圃場への出入りの際(機体傾斜を伴う)、両電磁ク
ラツチ28、29がOFFした場合に電磁ブレーキ30
を自動的にONすることで、走行機体1が暴走すること
を防止し、さらに水平状態では両電磁クラツチ28、2
9がOFFしても電磁ブレーキ30をOFF状態に維持
することで消費電力を節約すると共に、電磁コイルの焼
き付きを防止するようになつている。尚、手動スイツチ
33を中立のb位置に操作した場合は電磁ブレーキ30
はOFFとなり、c側に投入した場合には電磁ブレーキ
30がONすると共に、両電磁クラツチ28、29を無
条件にOFFとするようになつている。
【0017】叙述の如く構成された本発明の実施例にお
いて、標識体7F、7Rは、カメラ2の撮影角度に拘ら
ず像の面積が一定で、かつ走行機体1が左右傾斜する状
態では画像において標識体像の傾斜を認識し得るよう上
下方向に長い円柱もしくは円筒形状に形成される一方、
自動操向制御では、画像における標識体像の傾斜に基づ
いて直進基準値(S)を補正することになる。従つて、
圃場の凹凸や作業の種類によつて走行機体1が左右傾斜
したとしても、これに拘らず精度の高い直進制御が実行
されることになり、この結果、自動操向制御時に走行機
体1が目標から大きくズレてしまうような不都合を確実
に防止して作業精度の著しい向上を計ることができる。
【0018】しかも、標識体7F、7Rは、カメラ2の
撮影角度に拘らず像の面積が一定となるよう形成される
ため、例えば前記ズーム制御に影響を与えることもなく
極めて都合が良い。
【0019】さらに、実施例においては、画像における
標識体像が一定面積となるようズーム制御することによ
り、標識体までの距離に拘らず画像上でのずれ幅と実際
のずれ幅とを一致させて精度の高い操向制御を行う許り
でなく、一定の設定不感帯角度(θF)を設定し、該設
定不感帯角度(θF)および標識体距離(a)に基づい
て不感帯幅(WF)を逐次演算しているため、走行機体
1が標識体7F、7Rから遠い場合と近い場合とで目標
方向に対する走行機体1の許容角度が大きく異つてしま
うような不都合を解消でき、この結果、標識体7F、7
Rまでの距離に拘らず一定の制御感度で精度の高い操向
制御を行うことができる。
【0020】また、実施例のズーム制御では、標識体7
F、7Rを見失つた場合に、一気に広角側にズームして
標識体7F、7Rを探すため、完全に標識体7F、7R
を見失つて暴走状態に陥る不都合を解消することができ
る。
【0021】またさらに、カメラ2には所定の帯域のみ
を通過させるバンドパスフイルタが装着されているた
め、背景に拘らず標識体7F、7Rを確実に認識でき、
もつて標識体像の二値化を極めて容易に行うことができ
る。
【0022】尚、本発明は、前記実施例に限定されない
ものであることは勿論であつて、例えば走行機体1の左
右傾斜に基づく補正の対象は、直進基準値(S)に限ら
ず、直進基準値(S)を一定値(So)とし、操向輪の
操向量(角度、時間等)を補正するようにしてもよい。
また、標識体7F、7Rは、必ずしも単色で塗装するこ
となく、図18に示す如く正面中央に上下方向に長いス
リツト部を形成し、二色(赤と青等)以上の色彩を施し
て背景との境界を明確にするようにしてもよい。そして
この場合には、レンズLからイメージセンサS1に至る
入光経路に、波長に基づいて透過光と反射光に分光する
ダイクロイツクミラーMを設けると共に、ダイクロイツ
クミラーMの反射位置には第二のイメージセンサS2を
設け、さらに各イメージセンサS1、S2に、透過帯域
の異なるバンドパスフイルタF1、F2を装着するべく
構成すれば、各イメージセンサS1、S2において境界
が極めて鮮明な標識体像が得られて画像認識度を著しく
向上させることができる。
【0023】
【作用効果】以上要するに、本発明は叙述の如く構成さ
れたものであるから、圃場に配設した標識体の撮影画像
に基づいて走行機体を自動操向制御するものでありなが
ら、標識体は、左右傾斜を認識し得るよう上下方向に長
い円柱形状もしくは円筒形状に形成される一方、自動操
向制御においては、画像における標識体の左右傾斜角に
基づいて操向方向の補正が行われることになる。従つ
て、圃場の凹凸や作業の種類によつて走行機体が左右傾
斜した場合に、該機体傾斜に拘らず精度の高い操向制御
が実行されることになり、この結果、自動操向制御時に
走行機体が目標から大きくズレてしまうような不都合を
確実に防止して作業精度の著しい向上を計ることができ
る。
【0024】しかも、円柱形状もしくは円筒形状に形成
された標識体は、撮影角度が左右にズレても画像におけ
る面積が不変であるため、画像における標識体面積を利
用する制御に影響を与えることがなく極めて都合がよい
ものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1の(A)は圃場の平面図、(B)は側面図
である。
【図2】標識体の正面図である。
【図3】同上平面図である。
【図4】同上側面図である。
【図5】制御機構の概略構成を示すブロツク図である。
【図6】標識移動制御を示すフローチヤートである。
【図7】ズーム制御を示すフローチヤートである。
【図8】位置認識処理制御を示すフローチヤートであ
る。
【図9】自動操向制御を示すフローチヤートである。
【図10】モニタランプ制御を示すフローチヤートであ
る。
【図11】図11の(A)は画像の正面図、(B)は要
部拡大平面図である。
【図12】図12の(A)は距離aの演算を説明する説
明図、(B)は不感帯幅WFの演算を説明する説明図で
ある。
【図13】走行機体の平面図である。
【図14】図14の(A)は計測装置の側面図、(B)
は背面図である。
【図15】方位および位置の演算を説明するグラフ図で
ある。
【図16】トランスミツシヨンの伝動回路図である。
【図17】安全回路を示す回路図である。
【図18】他例を示す標識体の正面図である。
【図19】他例を示すカメラの側面図である。
【図20】図20の(A)、(B)はそれぞれ作用説明
図である。
【符号の説明】
1 走行機体 2 カメラ 4 制御部 7 標識体

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圃場に配設した標識体を走行機体に設け
    たカメラで撮影すると共に、該撮影した画像における標
    識体位置と画像基準位置とのずれ量に基づいて走行機体
    を自動操向制御してなる作業用走行車において、前記標
    識体を、上下方向に長い円柱形状もしくは円筒形状に形
    成する一方、自動操向制御を行う制御部には、画像にお
    ける標識体の左右傾斜角を演算する傾斜角演算手段と、
    該演算した傾斜角に基づいて操向方向の補正をする操向
    方向補正手段とを設けたことを特徴とする作業用走行車
    の自動操向制御装置。
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