JPH058613U - 走行車両の操舵制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】誘導ケーブルの直線部や回行部の混合している
状況に応じて、走行車両をきめ細かく且つ正確に操舵制
御する。 【構成】誘導経路に沿って配設された誘導ケーブル１７
から発生する磁界の強度の大小を、走行する走行車両１
に設けた左右対の磁気センサーにて検出し、これらの出
力値から誘導ケーブルに対する走行車両１の偏位量を演
算し、該偏位量が小さくなる方向に操舵制御する場合に
おいて、走行車両１の前輪７用操舵装置と後輪８用操舵
装置とを各々独立して操舵制御するように構成する一
方、制御手段により、走行車両の前部側に設けた左右一
対の前部磁気センサー１１ａ，１１ｂの検出値に基づい
て、前輪用操舵装置の出力値を決定し、前部磁気センサ
ーより後部位に設けた左右一対の後部磁気センサー１２
ａ，１２ｂの検出値に基づいて、後輪用操舵装置の出力
値を決定する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、誘導経路に沿って配設された誘導ケーブルから発生する交流磁界の 強度を検出しつつ、当該誘導ケーブルに沿って走行車両を無人走行させるように 制御する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来から、工場内の無人走行車両や果樹園等における自動走行型の薬剤散布機 （スピードスプレヤ）等においては、作業経路に沿って地面等に埋設した誘導ケ ーブルに交流電流を流し、この誘導ケーブルから発生する交流磁界の強度の変化 を走行車両の前部等に装着した左右一対のピックアップコイル等の磁気センサー にて検出し、この誘導ケーブルに対する走行車両の横ずれの大きさに対応して発 生する左右一対の磁気センサーでの出力値（電圧値）の差を取って、横ずれの大 きさ（偏位量）と横ずれの方向（右か左かの判別）とを求め、これらの検出結果 から、走行車両における操舵車輪の向きを制御して、走行車両が誘導ケーブルに 沿って走行するように操舵制御することが行われている（実開平２−８４９１０ 号公報参照）。

【０００３】 そしてこの先行技術では、走行車両の前部及び後部に各々左右一対の磁気セン サーを設け、これら磁気センサーの検出値から走行車両の誘導ケーブルに対する 横ずれ量（偏位量）を演算し、該偏位量が少なくなる方向に操舵する場合におい て、誘導ケーブルに対する走行車両前部の偏位量の基準値と走行車両後部の偏位 量の基準値とを変更設定するための設定手段を設けることを開示している。ここ で、基準値とは、修正操舵を開始しなければならない偏位量の基準値のことであ る。この構成により、左右一対の前輪でできる轍と左右一対の後輪でできる轍と を重複させないようにして、ぬかるみの誘導経路での走行車両のスリップ事故を 回避するようにしている。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

また、前記先行技術では、左右一対の前輪を操舵するための前部操舵装置と、 左右一対の後輪を操舵するための後部操舵装置とを設け、前輪の操舵方向（左右 向き）と後輪の操舵方向とが同じ向きになるように制御する同位相操舵モード制 御と、前輪と後輪の操舵方向が互いに左右逆向きになるように制御する逆位相操 舵モード制御とに切換可能に構成することも開示している。

【０００５】 しかし、この制御モードの切換えを予め設定している場合、無人走行している 途中で別の制御モードに変更することが困難となり、誘導経路の状況（直進部と 回行部）に応じたきめ細かい正確な操舵制御ができない。また、敷設した誘導ケ ーブルの直線部（直進部）と回行部（湾曲部）との箇所を走行距離に換算してマ イクロコンピュータに予め記憶させて、その走行距離に応じて直進部と判断すれ ば、同位相操舵モード制御に切り換え、回行部と判断すれば逆位相操舵モード制 御に切り換えるように構成した場合、誘導経路の途中から作業開始すると、マイ クロコンピュータに記憶させたことと現実の誘導経路の状況とが整合しないから 事実上、制御モードの切換えは出来ないという問題がある。

【０００６】 このように、従来の技術では、前輪の操舵制御と後輪の操舵制御とを個別にで きる融通性に欠け、きめ細かい正確な操舵制御ができないのであった。 本考案は、前記問題を解決し、きめ細かい正確な操舵制御ができる装置を提供 することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

この目的を達成するため、本考案は、誘導経路に沿って配設された誘導ケーブ ルから発生する磁界の強度の大小を、走行する走行車両に設けた左右対の磁気セ ンサーにて検出し、これらの出力値から誘導ケーブルに対する走行車両の偏位量 を演算し、該偏位量が小さくなる方向に走行車両の操舵装置を制御する装置にお いて、走行車両の前輪用操舵装置と後輪用操舵装置とを各々独立して操舵制御す るように構成する一方、走行車両の前部側に設けた左右一対の前部磁気センサー の検出値に基づいて、前輪用操舵装置の出力値を決定し、前部磁気センサーより 後部位に設けた左右一対の後部磁気センサーの検出値に基づいて、後輪用操舵装 置の出力値を決定するための制御手段を設けたものである。

【０００８】

【実施例】

次に本考案装置を自動走行型の薬剤散布機（スピードスプレヤ）に適用した実 施例について説明すると、スピードスプレヤである走行車両１は、車体２の前部 にハンドル３を備えた運転操作部を有し、車体２の後部には薬液タンク４とその 後部に噴霧部５とを備えている。

【０００９】 噴霧部５は、車体２の下面を除く外周面に適宜間隔で半径外向きに臨ませた多 数の噴霧ノズル６と、その半径外向きに風を送る送風機（図示せず）が装着され 、前記噴霧ノズル６は車体２の左右及び上面との３区画若しくは左右２区画ごと に噴霧の作業を実行するように散布制御できるものである。 符号７，７は左右前輪、符号８，８は左右後輪であり、これらの４輪はエンジ ン１３からの動力が走行変速機構１４を介して各々伝達されて駆動できるいわゆ る４輪駆動型であり、さらに前後４輪とも、前輪用操舵装置９と後輪用操舵装置 １０により各々その車輪の向きを左右に回動変更できるいわゆる４輪操舵型であ る。

【００１０】 前輪用操舵装置９とハンドル３とは従来周知のステアリング機構介して連結さ れている。このステアリング機構は機械的または油圧系統を含む機構である。 前輪用操舵装置９は、そのステアリング機構に取付く複動式の油圧シリンダ１ ５の作動にて左右前輪７，７の向きを変更させることができる。同様に後輪用操 舵装置１０においても、そのステアリング機構に取付く左右一対の油圧シリンダ １６の作動にて左右後輪８，８の向きを変更させることができる。

【００１１】 図２に示す油圧回路２１は、油圧ポンプ２２から電磁制御弁２３を介して前記 前輪用操舵装置９における油圧シリンダ１５及び電磁制御弁２４を介して後輪用 操舵装置１０における油圧シリンダ１６に各々作動油を送るものであり、符号２ ５は前輪７の操舵角度を検出できる操舵角度センサー、符号２６は後輪８の操舵 角度を検出できる操舵角度センサーである。この場合、左右車輪の向き角度の平 均値を求めて検出しても良い。

【００１２】 車体２の下面には、その前部（前輪７，７の車軸より前方）に左右一対の前部 磁気センサー１１ａ，１１ｂを設け、前輪７と後輪８との前後中途部位に左右一 対の後部磁気センサー１２ａ，１２ｂを設ける。この磁気センサー１１ａ，１１ ｂ，１２ａ，１２ｂは、導体をコイル状に巻いたピックアップコイルであっても 良いし、ホール素子、ホールＩＣ、磁気抵抗素子、磁気トランジスタであっても 良く、交流電流発生装置にて誘導ケーブル１７に印加された適宜周波数の交流電 流により、当該誘導ケーブル１７の周囲に発生する交流磁界の強度を検出するこ とができるものである。誘導ケーブル１７は地面１９上に直接敷設しても良いし 、溝２０等に地中に埋設しても良いのである。

【００１３】 なお、前記誘導ケーブル１７にパルス的に直流電流を流したり、直流電流にパ ルス信号を載せる等して磁界を発生させても良い。さらに、地面に敷設する誘導 ケーブル１７は、一本（単線）であっても良いし、左右に適宜隔てて平行状に敷 設する、いわゆるステレオ型であっても良い。誘導ケーブル１７の形状は通常の 断面円形のワイヤ状又は偏平な帯状であっても良い。

【００１４】 そして、果樹園内のすべての立木に薬液散布ができ、且つ走行車両１が走行出 発点から出てループ状に回航し、元の走行出発点に戻るような誘導経路を設定し 、その誘導経路に沿って誘導ケーブル１７をその始端と終端とが閉じるループ状 に敷設することが好ましい。 図３（ａ）は単線式の誘導ケーブル１７から発生する交流磁界を、走行車両１ に設けた左右一対のコイル型磁気センサーＬａ，Ｌｂで感知する場合を模式で示 したものであり、この場合、図３（ｂ）に示すように、前記交流磁界の強さに対 応して右のコイル型磁気センサーＬａで発生させた電圧の絶対値｜e1｜と、前記 交流磁界の強さに対応して左のコイル型磁気センサーＬａで発生させた電圧の絶 対値｜e2｜との差（e ＝｜e1｜−｜e2｜）を縦軸に取り、左右磁気センサーＬａ ，Ｌｂ間の距離の中点から下ろした垂線と誘導ケーブル１４との横方向距離（横 ずれ量＝横ずれの偏位量）（ｍ）を横軸に取って、その両者の変化の関係を示し たものである。この図から判るように、横ずれの方向（右または左）および横ず れ偏位量の両者を判断することができる。

【００１５】 図４は操舵制御装置１８の機能ブロック図を示し、中央処理装置２７には、読 み書き可能メモリ（ＲＡＭ）２８及び読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）２９が接続 されている。 また、中央処理装置２７には、前部磁気センサー１１ａ，１１ｂ及び後部磁気 センサー１２ａ，１２ｂからの検出信号をＡ／Ｄ変換した後入力し、誘導ケーブ ル１７の軸線に対する走行車両１の中心線の横ずれの偏位量や、走行車両の前後 の向きの偏位量を中央処理装置２７にて演算するのである。

【００１６】 つまり、一対の磁気センサー１１ａ，１１ｂの検出信号を演算すれば、車体２ の前部における誘導ケーブル１７に対する横ずれの偏位量を求めることおよび横 ずれの向き（右または左）を判別することができる。 また、一対の後部磁気センサー１２ａ，１２ｂの検出信号の演算から、車体２ の後部における誘導ケーブル１７に対する横ずれの偏位量を求めること、および 横ずれの方向（右または左）を判別することができる。さらに、前部の横ずれ方 向と横ずれの偏位量並びに後部の横ずれ方向と横ずれの偏位量との演算から、誘 導ケーブル１７に対して車体２全体が右又は左に横ずれしているか、左右に向き が大きく傾いているか等の車体の向きの姿勢及び傾き角度をも知ることができる 。

【００１７】 なお、前部磁気センサー１１ａ，１１ｂの検出・演算結果から前輪用操舵装置 ９を作動させる一方、後部磁気センサー１２ａ，１２ｂの検出・演算結果から後 輪用操舵装置１０を作動させるものである。 符号３０は操舵を手動で実行するときと、自動で実行するときに切換える自動 ・手動切換えスイッチ、符号３２は前記手動操作中において、後述の二種類の操 舵モードＡ，Ｂを選択することができる選択切換えスイッチである。

【００１８】 回転半径設定器３３は、前記同位相操舵モードＡに切換えた状態にて、前輪７ ，７の舵取り角度（操舵角度）に対して後輪８，８の舵取り角度の比率（ステア リング比）を変えることにより、走行車両が同位相操舵モードのにおいても適宜 の旋回半径にて転回できるようにするものであり、該回転半径設定器３３にて旋 回半径の大小をセットすることができる。

【００１９】 そして回転半径設定器３３にてステアリング比を１にセットすると、前輪７と 後輪８との舵取り角度が同一となり、走行車両１は同一姿勢のまま斜め方向に平 行移動できる。符号３５は走行車両１を前進状態にセットしているか後退状態に セットしているかを判別するための、前進後退ポジションセンサーである。 前述のセンサー類およびスイッチ類は中央処理装置２７におけるインターフエ イスの入力端子に接続する。

【００２０】 中央処理装置２７におけるインターフエイスの出力端子には次のものを接続す る。即ち、前輪用操舵装置９における油圧シリンダ１５の各々に油圧を抽送する 電磁切換弁２３の電磁ソレノイドをＯＮ・ＯＦＦする励磁回路であって、符号３ ７は前輪用操舵装置９にて右舵取りする場合の前右舵励磁回路、符号３８は左舵 取りする場合の前左舵励磁回路である。

【００２１】 また、後輪用操舵装置１０について前記と同様の油圧シリンダ１６に対する電 磁切換弁２４の電磁ソレノイドの後右舵励磁回路３９および後左舵励磁回路４０ を接続する。 符号４１は走行用ミッションケース内の走行変速機構１４に関連させた前進・ 後退切換えアクチェータ、符号４２は同じく走行変速機構に関連させた高速・低 速切換えのための変速アクチェータ、符号４３は前輪７，後輪８の制動のための ブレーキ用アクチェータ、符号４４は前進時と後退時とで、前記前輪用操舵装置 ９および後輪用操舵装置１０の各油圧シリンダへの油圧の抽送方向を切換えるた めの油圧方向切換え電磁弁の励磁回路である。

【００２２】 さらに、符号４５は噴霧部５からの薬液散布量を調節するための薬量調節駆動 手段であり、この薬量調節駆動手段４５にて薬液散布のＯＮ・ＯＦＦも実行でき る。符号４６は各種警報装置への出力端子である。 次に前記構成の操舵制御装置における制御態様を説明する。 スタートに続き、読み書き可能メモリ（ＲＡＭ）２８及び読み出し専用メモリ （ＲＯＭ）２９で記憶および設定させた定数を中央処理装置２７内へ読み込む。 作業者が自動・手動切換えスイッチ３０を自動又は手動に切換えると、その判別 を実行し、手動であると判断するときには、自動ランプはＯＦＦ、手動ランプは ＯＮになり、作業者が選択切換え手段であるスイッチ３２の切換えに応じて、後 述の操舵モードに従う手動操作を実行する。

【００２３】 自動操舵の場合には、自動ランプをＯＮ、手動ランプをＯＦＦにする。自動操 舵の場合には、予め誘導ケーブル１７に交流電流等を流し、磁界が発生するよう にセットし、走行車両１のエンジンを始動し、誘導経路における走行出発点に走 行車両１を運び、当該走行車両１を誘導ケーブル１７の延びる方向に向け、所定 の変速段に変速装置をセットし、薬液散布開始スタンバイのスイッチをＯＮにす る。

【００２４】 ついで、作業者は走行車両１から降りた後、走行車両１を走行させて自動操舵 制御を開始する。自動操舵制御中、前部磁気センサー１１ａ，１１ｂ、後部磁気 センサー１２ａ，１２ｂによる誘導ケーブル１７からの発生磁界を検出し、その 出力信号をＡ／Ｄ変換した後、中央処理装置２７における演算回路にて移動平均 値演算して誘導ケーブル１７に対する横ずれの偏位量や向き角度の偏位量を求め る。

【００２５】 この偏位量の演算結果から、以下のような制御に基づき前輪用操舵装置９およ び後輪用操舵装置１０の各油圧シリンダを作動させるべく、励磁回路３７，３８ ，３９，４０のいずれか一つ又は複数をＯＮにし、誘導ケーブル１７に沿うべく 偏位量を少なくなるように、所定の自動操舵制御を実行するのである。 この場合、操舵モードは、前輪７の向きと後輪８の向きとが同方向に向かう同 位相操舵モードＡと、前後輪７，８が互いに反対向きとなる逆位相操舵モードＢ の二種類である。

【００２６】 同位相操舵モードＡは、例えば図５（ａ）に示すように、矢印方向に前進する 走行車両１の中心線ＣＴに対して誘導ケーブル１７が略平行状で且つ左側に横ず れしている場合には、前輪７、７および後輪８，８を同じ左方向に左舵を取るこ とであり、この同位相操舵モードにて走行車両１はその中心線ＣＴの向きを殆ど 変化させずに斜め前方向に略平行移動して前進するので、迅速に誘導ケーブル１ ７と中心線ＣＴとが一致するように修正操舵制御することができる。

【００２７】 逆位相操舵モードＢは、例えば図５（ｂ）に示すように、誘導ケーブル１７が 湾曲敷設されている箇所で、その湾曲の半径が小さい部分では、前輪７，７を湾 曲の半径内方向（図の左向き）に舵取りする一方、後輪８，８は湾曲半径外向き （図の右向き）に舵取りするような操舵を実行することであり、この逆位相操舵 モードＢを実行することにより、走行車両１は小さい旋回半径で向きを変更する ことができるので、誘導ケーブル１７を見失うことなく、当該誘導ケーブル１７ に沿って前進する操舵を実行することができるのである。

【００２８】 なお、前記同位相・逆位相の制御モードの場合、進行方向前輪の操舵角度を基 準にして、当該前輪７の操舵角度に一定の計数を掛けた値や、前輪の操舵角度を 変数とする関数をもって、後輪８の操舵角度を決定し、その値にて後輪の操舵制 御装置を作動させるようにしても良いのである。 さて、自動操舵において、ステップＳ１０にて前部の左磁気センサー１１ａの 出力値ＦＬ、前部の右磁気センサー１１ｂの出力値ＦＲ、後部の左磁気センサー １２ａの出力値ＲＬ、後部の右磁気センサー１２ｂの出力値ＲＲを各々読み込む 。例えば、誘導ケーブル１７に対して走行車両の中心線ＣＴが右にずれていると きには、前部の右磁気センサー１１ｂの出力値ＦＲの値が大きく左磁気センサー １１ａの出力値ＦＬの値が小さくなるのである。

【００２９】 そして、例えば、前記前部磁気センサー１１ａ，１１ｂの両出力値の差ｅ及び 後部磁気センサー１２ａ，１２ｂの両出力値の差ｅの符号が同じ正または負であ るときには、図５（ａ）に示すように中心線ＣＴに対して誘導ケーブル１７が略 平行状で横ずれしているだけの直線部であると判断して、同位相操舵モードで制 御を実行すれば、走行車両１の左右向きの姿勢を大きく変えないで、誘導ケーブ ル１７が中心線ＣＴに略一致するように操舵修正できる。

【００３０】 反対に前記前部磁気センサー１１ａ，１１ｂの両出力値の差ｅが正で、後部磁 気センサー１２ａ，１２ｂの両出力値の差ｅが負というように符号が逆転してい るときには、図５（ｂ）に示すように、誘導ケーブル１７が中心線ＣＴを左右に 跨ぐように湾曲または傾斜しているので、大きく且つ迅速に操舵修正制御すべく 逆位相操舵モードで制御すれば良いのである。

【００３１】 なお、前記出力値ＦＬ，ＦＲがしきい値より大きいか否かの判別を実行し、出 力値ＲＬ，ＲＲがしきい値より大きいか否かの判別を実行し、これらの出力値が しきい値より小さいときには、走行車両１が誘導ケーブル１７の箇所から大きく 外れていると判断して警報を発する。 前記各操舵モードに対応して、前輪用操舵装置９及び後輪用操舵装置１０にお ける励磁回路３７，３８，３９, ４０の電磁ソレノイドをオンまたはオフとする 。前部操舵角度センサー２５及び後部操舵角度センサー２６の検出値により、例 えば正負の符号の違いの判別、または一定レベル以上か以下かの判別で、現在の 同位相・逆位相の制御モードの区別を判断できる。また、現在の前輪用操舵装置 ９及び後輪用操舵装置１０の各車輪のステアリング角度（操舵角度）を前部操舵 角度センサー２５及び後部操舵角度センサー２６の検出値により知って、制御の フイードバックに利用することができる。

【００３２】

【考案の作用・効果】

本考案によれば、誘導経路に沿って配設された誘導ケーブルから発生する磁界 の強度の大小を、走行する走行車両に設けた左右対の磁気センサーにて検出し、 これらの出力値から誘導ケーブルに対する走行車両の偏位量を演算し、該偏位量 が小さくなる方向に操舵制御する場合において、走行車両の前輪用操舵装置と後 輪用操舵装置とを各々独立して操舵制御するように構成する一方、制御手段によ り、走行車両の前部側に設けた左右一対の前部磁気センサーの検出値に基づいて 、前輪用操舵装置の出力値を決定し、前部磁気センサーより後部位に設けた左右 一対の後部磁気センサーの検出値に基づいて、後輪用操舵装置の出力値を決定す るので、前輪の操舵制御と後輪の操舵制御とを個別にできる融通性を有する。

【００３３】 従って、誘導ケーブルが平面視で直線状である直進部箇所と、湾曲している回 行部箇所とが混合しているとき、その誘導経路の状況に応じて、きめ細かく、且 つ正確な操舵制御を迅速にできるという効果を奏するのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】走行車両の斜視図である。

【図２】操舵装置と油圧回路の図である。

【図３】（ａ）は走行車両と誘導ケーブルとの関係を示
す模式図、（ｂ）は横ずれと磁気センサーの検出電位差
との関係を示す図である。

【図４】操舵制御装置の機能ブロック図である。

【図５】（ａ）は同位相操舵モード制御の説明図、
（ｂ）は逆位相操舵モード制御の説明図である。

【符号の説明】

１ 走行車両 ２ 車体 ３ ハンドル ４ 薬液タンク ５ 噴霧部 ７，７ 前輪 ８，８ 後輪 ９ 前輪用操舵装置 １０ 後輪用操舵装置 １１ａ，１１ｂ 前部磁気センサー １２ａ，１２ｂ 後部磁気センサー １５，１６ 油圧シリンダ １７ 誘導ケーブル ２３，２４ 電磁切換弁 ２５ 前部操舵角度センサー ２６ 後部操舵角度センサー ２７ 中央処理装置 ３７ 前右舵励磁回路 ３８ 前左舵励磁回路 ３９ 後右舵励磁回路 ４０ 後左舵励磁回路

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 【請求項１】 誘導経路に沿って配設された誘導ケーブ
   ルから発生する磁界の強度の大小を、走行する走行車両
   に設けた左右対の磁気センサーにて検出し、これらの出
   力値から誘導ケーブルに対する走行車両の偏位量を演算
   し、該偏位量が小さくなる方向に走行車両の操舵装置を
   制御する装置において、走行車両の前輪用操舵装置と後
   輪用操舵装置とを各々独立して操舵制御するように構成
   する一方、走行車両の前部側に設けた左右一対の前部磁
   気センサーの検出値に基づいて、 前輪用操舵装置の出力値を決定し、前部磁気センサーよ
   り後部位に設けた左右一対の後部磁気センサーの検出値
   に基づいて、後輪用操舵装置の出力値を決定するための
   制御手段を設けたこと特徴とする走行車両の操舵制御装
   置。