JPH07104721B2 - 作業車の操向制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、未処理作業地と処理済作業地との境界に対す
る車体横幅方向でのずれを検出するずれ検出手段が設け
られ、作業車を前記境界に沿って走行させるようにすべ
く、前記ずれ検出手段の検出情報に基づいて操向制御す
る操向制御手段が設けられた作業車の操向制御装置に関
する。

〔従来の技術〕

かかる作業車の操向制御装置は、芝刈機や耕耘機等の作
業車を、未処理作業地と処理済作業地との境界に沿って
自動走行させる際に使用されるものである。

ちなみに、作業車の走行形態としては、１つの作業行程
が終了する毎に、その作業行程と交差する次の作業行程
の始端部に走行させる、いわゆる回り走行形式と、１つ
の作業行程が終了する毎に、その作業行程と平行状態で
隣接する次の作業行程に走行させる、いわゆる往復走行
形式とがある。そして、近年では、１つの作業行程の終
了に伴って次の作業行程の始端部に走行させることを
も、自動的に行わせることが行なわれている。

ところで、作業車を境界に沿って自動走行させるに、境
界に対して精度良く追従させれば、例えば芝刈機の場合
において、芝取作業巾を有効に活用できるようにするこ
とができる等、作業能率の向上には有利となる。

このため、従来では、ずれ検出手段が、ずれ無しと判別
する不感帯範囲を充分に小さくして、作業車を境界に対
して精度良く追従させるようにしていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

未処理作業地と処理済作業地との境界は、作業車がスリ
ップにより蛇行する等に起因して、うねりが生じるもの
となる。ちなみに、芝地の刈取作業の場合には、局所的
に芝が無い箇所が存在することがあり、そして、その箇
所は処理済作業地として見做されるものとなる結果、こ
れによっても境界にうねりが生じるものとなる。

うねりの存在する境界に対して、作業車を精度良く追従
させようとすると、操向制御の作動遅れ等に起因して、
境界のうねりが増大する傾向にある。そして、うねりが
増大した境界に対して精度良く追従させるようにして
も、境界に対して適切に追従させることが困難となり、
そのため、境界に対して追従させながらも、不必要に未
作業箇所を発生し易い虞れがあった。

そこで、上記不具合を解消できるものとして、従来、例
えば、特開昭54−123683号公報に開示されているよう
に、境界のうねりが小さい通常状態では境界に対して精
度良く追従させることができるよう、ずれ検出手段の不
感帯範囲を小さな状態にし、境界のうねりが大きい状態
においては境界に対して粗く追従して結果的に境界のう
ねりを小さくする状態に修正できるよう、ずれ検出手段
の不感帯範囲を大きな状態にすることが提案されてい
る。

しかしながら、この従来のものでは、不感帯範囲の調節
を回路手段で行うように構成したものであるから、その
不感帯範囲の変更調節手段が複雑なものとなっていた。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、ず
れ検出手段における不感帯範囲の変更を簡易な切換構造
で行うことのできる作業車の操向制御装置の提供を目的
とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明にかかる作業車の操向制御装置は、上記目的を達
成するために、冒記構造のものにおいて、前記ずれ検出
手段は、左右に並設した一対のセンサで未処理作業地か
処理済作業地かを検出するように構成されたセンサ部
を、前記車体の左右両側にそれぞれ配設されているとと
もに、前記境界がわの前記センサ部の左右一対の倣いセ
ンサ間の幅をずれ無しと判別するための不感帯範囲に設
定する状態と、前記車体の左右両側のセンサ部間の幅を
ずれ無しと判別するための不感帯範囲に設定する状態と
に、不感帯幅を設定切換自在に構成されていることを特
徴構成とする。

かかる特徴構成による作用及び効果は次の通りである。

〔作用〕

すなわち、境界のうねりが小さい通常状態においては、
ずれ検出手段の不感帯範囲を小さな状態とするように、
境界がわの前記センサ部の左右一対の倣いセンサ間の幅
をずれ無しと判別する不感帯範囲とする状態を選択し
て、境界に対して精度良く追従させる。

そして、境界のうねりが大きい状態においては、ずれ検
出手段の不感帯範囲を大きな状態とするように、車体の
左右両側のセンサ部間の幅をずれ無しと判別する不感帯
範囲とする状態を選択して、境界に対して粗くさせて、
結果的に、境界のうねりを少ない状態に修正できる。

〔発明の効果〕

従って、未処理作業地と処理済作業地との検出が行える
センサの使用を単に選択するだけの簡単な構造によっ
て、通常は、ずれ検出手段の不感帯範囲を小にして、適
時、ずれ検出手段の不感帯範囲を大にすることによっ
て、境界のうねりを少ない状態に修正することができる
のであり、もって、作業能率の向上を図りながらも、境
界のうねりが大になることに起因するトラブルをも解消
できるようになった。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を芝刈用の作業車に適用した場合
について説明する。

第２図及び第３図に示すように、芝刈用の作業車は、左
右一対の前輪（1F）及び左右一対の後輪（1R）を備える
車体（Ｖ）と、その車体（Ｖ）の下腹部に付設されるモ
ア（２）とを備えている。

第１図に示すように、前記前輪（1F）及び後輪（1R）の
夫々は、前輪用の操向シリンダ（4F）及び後輪用の操向
シリンダ（4R）にて、各別に向き変更自在に構成され、
又、４輪ともが駆動されるようになっている。

すなわち、走行用の油圧式無段変速装置（３）が、エン
ジン（Ｅ）に連動連結されると共に、その無段変速装置
（３）の出力の一部が、後輪（1R）の差動装置（5R）に
入力され、又、出力の一部が、伝動軸（６）を介して前
輪（1F）の差動装置（5F）に入力されている。

又、芝刈用の作業車は、搭乗運転する形式と、自動走行
する形式とに切換えられて使用されるようになってい
る。

すなわち、第１図において、（Ｈ）は、マイクロコンピ
ュータ利用の制御装置、（７）は、無段変速装置（３）
の変速操作アーム（3A）に対して、リンク機構を介して
連動連結された変速用モータ、（８）は、搭乗運転形式
において、変速用モータ（７）と変速操作アーム（3A）
との連係を断つ手動操作式の伝動クラッチ、（９）は、
前記変速操作アーム（3A）に対して、リンク機構を介し
て連動連結された搭乗操作用の変速ペダル、（10）は、
搭乗操作用のステアリングハンドルである。（11F），
（11R）は、前輪用の操向シリンダ（4F）及び後輪用の
操向シリンダ（4R）に対する電磁操作式の制御弁であ
る。

又、（R₀）は、ステアリングハンドル（10）の回動位置
を目標ステアリング角として検出するポテンショメー
タ、（R₁），（R₂）は、前輪（1F）や後輪（1R）の向
き、つまり、ステアリング角度を検出するポテンショメ
ータ、（R₃）は、無段変速装置（３）の変速速度を検出
するポテンショメータである。さらに、（SW₂）は、搭
乗運転形式と自動走行形式とを切換える自動スイッチ、
（SW₁）は、自動走行形式において、後述のターン走行
における旋回パターンを指示するパターン指示スイッ
チ、（SW₃）は、搭乗運転形式において、前後輪（1
F），（1R）を同方向に向き変更させる平行ステアリン
グ形式、前後輪（1F），（1R）を逆方向に向き変更させ
るハの字ステアリング形式、前輪（1F）のみを向き変更
させる２輪ステアリング形式のいずれかを選択する選択
スイッチ、（Ａ）は、自動走行形式において、第３図に
も示すように、未処理作業地（Ｂ）と処理済作業地
（Ｃ）との境界（Ｌ）に対する車体横幅方向でのずれを
検出するずれ検出手段、（S₃）は、作業車の向きを地磁
気に対応する方位として検出する方位センサ、（S₄）
は、無段変速装置（３）から出力される回転量を検出す
る距離センサである。

そして、前記制御装置（Ｈ）が、入力される各種情報や
予め記憶された情報に基づいて、搭乗運転形式である
か、自動走行形式であるかを判別しながら、変速用モー
タ（３）や操向用の制御弁（11F），（11R）に作動指令
を与えるようになっている。

以下、自動走行形式について詳述する。

自動走行は、基本的には、未処理作業地（Ｂ）と処理済
作業地（Ｃ）との境界（Ｌ）に沿って走行させる境界追
従走行処理と、１つの作業行程が終了するに伴って次の
作業行程の始端部に走行させるターン走行処理とを繰返
し行なわせることになる。

そして、ターン走行においては、回り走行形式に対応す
る旋回パターン（第４図の二点鎖線参照）と、往復走行
形式に対応する旋回パターンとがある。そして、往復走
行用の旋回パターンには、180度向きを反転させる旋回
パターン（第４図の鎖線参照）と、車体横幅方向に平行
移動させる旋回パターン（第４図の実線参照）とがあ
る。

又、自動走行を開始させる前に、処理対象作業地の情報
を入力して、その情報を、作業行程の終了の判別や、全
作業の終了の判別に利用することになる。すなわち、一
般には、処理対象作業地を矩形状に設定して、各辺の長
さが入力されることになる。そして、各辺の長さや刈取
作業巾に基づいて、各作業行程の距離や全作業行程数が
求められることになる。

例えば、往復走行形式においては、作業車の進行方向に
沿う辺の長さが、１つの作業行程の距離となり、又、作
業車の横幅方向に沿う辺の長さを刈取作業巾で割った値
が、全作業行程数となる。

尚、処理対象作業地の情報を入力する際に、作業車の進
行方向に沿う辺に対する向きが、地磁気を基準した方位
として入力され、この方位が、境界追従走行において、
境界（Ｌ）の長手方向に沿う基準方位として利用される
ようによっている。

ちなみに、処理対象作業地の情報を入力は、キーボード
等を用いて手動でも入力できるものであるが、一般に
は、自動走行を行なう前に、処理対象作業地の外周をテ
ィーチング走行させて、その際に、前記方位センサ
（３）や前記距離センサ（４）を用いて、情報収集させ
ることが多い。

境界追従走行は、車速を設定車速に変速する処理と、境
界（Ｌ）に追従させるように操向操作する処理とを、基
本とするものである。

そして、操向操作処理は、前記ずれ検出手段（Ａ）の情
報に基づいて、境界（Ｌ）に対する車体横幅方向のずれ
を修正する作用と、前記方位センサ（S₃）の情報に基づ
いて、作業車の向きを基準方位に向ける作用とを有す
る。

前記ずれ検出手段（Ａ）について説明を加えると、ずれ
検出手段（Ａ）は、第２図及び第３図に示すように、車
体前方側に配備される左右一対のセンサ部と、車体後方
側の左右一対のセンサ部とからなる。各センサ部は、フ
ォトインタラプタ型の左右一対の倣いセンサとしての光
センサ（S₁），（S₂）によって構成されている。

各センサ部は、作業車の進行方向に基づいて、車体進行
方向前方側の２つが選択的に使用されることになる。そ
して、選択された２つのセンサ部によって、境界（Ｌ）
に対する車体横幅方向でのずれが検出されることにな
る。

つまり、ずれ無しと判別する不感帯範囲を小にする状態
においては、処理済作業地（Ｃ）に隣接するセンサ部に
よってずれを検出させ、又、ずれ無しと判別する不感帯
範囲を大にする状態においては、左右１対のセンサ部に
よってずれを検出させることになる。

詳述すると、不感帯範囲を小にする状態においては、境
界（Ｌ）がわに位置するセンサ部における車体内方側の
光センサ（S₂）のみが未刈芝にて遮光される状態におい
て、適正位置にあると検出し、境界（Ｌ）がわに位置す
るセンサ部における両光センサ（S₁），（S₂）が未刈芝
に遮光される状態において、未処理作業地（Ｂ）側に片
寄って位置するものであると検出し、さらに、境界
（Ｌ）がわに位置するセンサ部における両光センサ
（S₁），（S₂）が遮光されない状態において、処理済作
業地（Ｃ）側に片寄って位置するものであると検出する
ように構成されている。

又、不感帯範囲を大にする状態においては、体の左右側
方のそれぞれ配設されたセンサ部を構成する４つの光セ
ンサ（S₁），（S₂）の全てが遮光される状態において、
未処理作業地（Ｂ）側に片寄って位置するものであると
検出し、４つの光センサ（S₁），（S₂）の全てが遮光さ
れない状態において、処理済作業地（Ｃ）側に片寄って
位置するものであると検出し、その他の状態では適正位
置にあると検出するように構成されている。

ちなみに、例えば４つの光センサ（S₁），（S₂）の左右
両端のものが遮光されているにも拘らず、中間の２つが
遮光されない状態が現出される等、４つの光センサ
（S₁），（S₂）の検出情報は種々の状態がもたらされる
虞れがある。このため、それをも加味した状態でずれを
判別させてもよい。

次に、制御装置（Ｈ）の作動を述べながら、自動走行に
ついて説明を加える。但し、以下の説明においては、往
復走行させる場合についてのみ説明する。

すなわち、第５図のフローチャートに示すように、自動
走行の開始が指示されると、先ず、作業行程の距離の設
定、全作業行程数の設定、基準方位の設定、ターン走行
における旋回パターンの設定等、各種作業データの初期
設定の処理が行なわれ、次に、残りの作業行程数のカウ
ント等、行程データの更新に対する処理が行なわれる。

その後、操向制御処理や、車速を設定速度に操作する車
速制御処理が、１つの作業行程の終端に達するまで繰返
し行なわれることになり、そして、作業行程の終端に達
すると、残作業行程数に基づいて作業終了であるか否か
がチエックされる。

作業終了である場合には、無段変速装置（３）をニュー
トラルに操作する停止処理が実行され、又、作業終了で
ない場合には、設定パターンでターン走行させるターン
制御が実行され、その後、前述の行程データ更新からの
処理が、再び実行される。

尚、作業行程の終端の判別は、作業行程の距離に対応す
る距離だけ進行したか否かに基づいて判別できるもので
あるが、車体進行方向前方側の４つの光センサ（S₁），
（S₂）の検出情報も併せてチエックしながら、判別させ
てもよい。

前記操向制御処理は、前記方位センサ（S₃）の検出情報
に対する方位データ判別処理と、目標ステアリング角設
定処理と、目標ステアリング角度に前後輪（1F），（1
R）を操作する操向操作処理と、ずれ検出手段（Ａ）の
検出情報に対する倣いセンサデータ処理とからなる。

そして、方位データ判別処理、目標ステアリング角設定
処理、及び、操向操作処理が、第５図に示すように、メ
インループ中にプログラムされている。又、倣いセンサ
データ処理が、第６図に示すように、前記距離センサ
（S₄）が設定距離（例えば5cm）進行したことを検出す
る毎に実行される。割込み処理としてプログラムされて
いる。

前記方位データ判別処理は、方位センサ（S₃）の検出情
報と基準方位との差が、設定許容差内にあるか否かを比
較しながら、方位修正の要否と、要の場合の修正方向を
判別するものである。尚、以下の記載において、未処理
作業地（Ｂ）側への方位修正を、IN側への修正、及び、
処理済作業地（Ｃ）側への方位修正を、OUT側への修正
と呼称する。

前記倣いセンサデータ処理は、各光センサ（S₁），
（S₂）の現時点の検出情報を入力する、倣いセンサデー
タ入力処理と、作業車を未処理作業地（Ｂ）側へ強制的
に移動させる必要があるか否かを判別する、強制未刈修
正判断処理と、光センサ（S₁），（S₂）が断続的にON,O
FFを繰返しても、一旦遮光される状態になると、その後
の設定時間は遮光状態（Ｈ状態）に維持させる、倣いセ
ンサソフト“H"保持処理と、その保持処理にて設定され
たデータに基づいて、光センサ（S₁），（S₂）のデータ
を判別する、倣い処理データ判別処理とからなる。

前記強制未刈修正判断処理は、作業車が処理済作業地
（Ｃ）に点在する草等のために、誤って処理済作業地
（Ｃ）上を走行している時に、それを判別するための処
理であって、詳述はしないが、未処理作業地側の一対の
光センサ（S₁），（S₂）の検出情報と、処理作業地側の
一対の光センサ（S₁），（S₂）の検出情報とに差が少な
い状態が続くと、未処理作業地（Ｂ）側へ所定距離を強
制走行させるための指示を与えるようになっている。

前記倣い処理データ判別処理は、作業行程数が４の倍数
行程にある場合には、前記大きな不感帯範囲での判別を
行ない、そして、その他の作業行程の場合には、前記小
さな不感帯範囲での判別を行なうことを基本とするもの
であって、さらには、大きな不感帯範囲で修正要が判別
された場合には、その修正を行なうのに走行させる距離
を計測すことも併せて行なうようになっている。

尚、以下の記載において、未処理作業地（Ｂ）側への横
ずれ修正を、IN側への修正、及び、処理済作業地（Ｃ）
側への横ずれ修正を、OUT側への修正と呼称する。

第８図のフローチャートに基づいて、倣いセンサ処理デ
ータ判断について説明を加えると、先ず、作業行程が４
の倍数行程にあるか否かをチエックし、４の倍数行程で
ある場合には、さらに、作業行程が終了規定行程数未満
であるか否かをチエックし、未満である場合にのみ、４
の倍数行程数に対する処理が、以下に述べる如く、実行
される。

すなわち、大不感帯倣い修正中であるか否かがチエック
され、修正中で無い場合には、IN側あるいはOUT側への
修正を要するか否かがチエックされ、その判別結果に基
づいて、IN修正フラグやOUT修正フラグのセットあるい
はリセットの処理が実行されると共に、修正に要する距
離を設定する修正中カウンタが、所定値（例えば100）
にセットされる。

前述のチエックで修正中であることが判別された場合に
は、修正中カウンタを１づつ減算する処理を実行し、次
に、修正中カウンタが零であるか否かをチエックして、
零であると、IN修正フラグやOUT修正フラグをリセット
する処理が実行される。

又、４の倍数行程であるか否かに拘らず、小さな不感帯
範囲に対する判別、すなわち、通常の倣い制御のための
IN修正やOUT修正の要否を判別する、通常の倣い制御デ
ータ設定の処理が実行される。

ちなみに、４の倍数行程において、通常の倣い制御デー
タ設定によりIN修正あるいはOUT修正の要がセットされ
ても、後述する目標ステアリング角設定処理において、
そのデータは使用されないようにプログラムされてい
る。

前記目標ステアリング角設定処理は、方位修正の要否や
横ずれ修正の要否等をチエックしながら、進行方向前方
側の車輪や進行方向後方側の車輪に対するステアリング
角度を設定するものである。

すなわち、第７図のフローチャートに示すように、先
ず、方位修正の要否があるか否かをチエックする。そし
て、要する場合には、大きな不感帯範囲での修正を要す
るか否かをチエックし、要する場合には、前後の車輪を
同方向に向って異なる角度で操向させる、いわゆるオフ
セット平行ステアリング形式で目標角を設定し、修正が
不要な場合には、前後の車輪を逆方向に向って同じ角度
で操向させる、いわゆるハの字ステアリング形式で目標
角を設定する。

前述の方位修正のチエックで、修正不要がチエックされ
た場合にも、大きな不感帯範囲での修正を要するか否か
をチエックし、要する場合には、前後の車輪を同方向に
向って同じ角度で操向させる、いわゆる平行ステアリン
グ形式で目標角を設定する。

そして、修正不要が判別された場合には、作業行程が４
の倍数行程にあるか否かをチエックし、４の倍数行程で
ある場合には、前後の車輪を直進に対応する目標角に設
定する処理を行なう。

４の倍数行程でない場合には、強制未刈修正を要するか
否かをチエックし、要する場合には、平行ステアリング
形式で目標角を設定する。

強制未刈修正が不要の場合には、小さな不感帯に対応す
る通常の倣い修正の要否をチエックし、要する場合に
は、平行ステアリング形式で目標角を設定し、不要の場
合には、直進に対応する目標角を設定する。

尚、以上のフローチャートで記載している目標角は、種
々の条件に応じて変更設定できるものである。ちなみ
に、大不感帯倣い修正において、目標角を５度に設定し
ているのは、所定距離（5m）を走行させる間に、車体横
幅の1/2の長さを平行移動させることを目的としてい
る。

前記操向操作処理は、目標角に前後の車輪を操向すべ
く、制御弁（11F），（11R）を作動させるものである。
但し、通常の倣い修正においては、目標角に操作する
と、次に、直進に対応する角度に戻し、再び目標角に操
作することを、繰返すようになっている。

以上述べた如く、制御装置（Ｈ）を利用しながら、操向
制御手段（100）、ターン制御手段（101）、及び、車速
制御手段（102）等の各種制御手段が構成されて、作業
車は自動走行されるようになっている。そして、作業行
程が４の倍数行程になる毎に、ずれ検出手段（Ａ）を大
きな不感帯範囲となる状態に切換えて、境界（Ｌ）をう
ねりが少ない状態に修正するようになっている。

〔別実施例〕

上述の実施例では、方位修正をも行ないながら、操向制
御を行なわせる場合を例示したが、方位修正なしで実施
してもよい。

ずれ検出手段（Ａ）の不感帯範囲を大にする状態と小に
する状態とに切換るに、上述の実施例では、作業行程数
が４の倍数行程になると、境界（Ｌ）のうねりが大きく
なるものと予測して、作業行程数に基づいて自動的に切
換える場合を例示したが、適時手動で切換えるようにし
てもよい。そして、その場合、作業車に遠隔操縦手段を
備えさせて、遠隔操縦によって切換え指令を与えるよう
にすると、無搭乗で自動運転させる場合には便利であ
る。もちろん、自動運転時にも作業者を搭乗させる場合
には、その搭乗作業者によって切換え指令を与えるよう
にするとよい。

又、ずれ検出手段（Ａ）としては、フォトインタラプタ
型の光センサ（S₁），（S₂）を用いるようにする他、撮
像式のセンサを用いるようにする等、その具体構成は各
種変更できる。

尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にする為
に符号を記すが、該記入により本発明は添付図面の構造
に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る作業車の操向制御装置の実施例を示
し、第１図は制御構成のブロック図、第２図は芝刈用の
作業車の側面図、第３図は同平面図、第４図は走行形態
の平面図、第５図乃至第８図は制御作動のフローチャー
トである。 （100）……操向制御手段、（Ａ）……ずれ検出手段、
（Ｂ）……未処理作業地、（Ｃ）……処理済作業地、
（Ｌ）……境界。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−123683（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−129906（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−152809（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】未処理作業地（Ｂ）と処理済作業地（Ｃ）
   との境界（Ｌ）に対する車体横幅方向でのずれを検出す
   るずれ検出手段（Ａ）が設けられ、作業車を前記境界
   （Ｌ）に沿って走行させるようにすべく、前記ずれ検出
   手段（Ａ）の検出情報に基づいて操向制御する操向制御
   手段（100）が設けられた作業車の操向制御装置であっ
   て、前記ずれ検出手段（Ａ）は、左右に並設した一対の
   センサで未処理作業地（Ｂ）か処理済作業地（Ｃ）かを
   検出するように構成されたセンサ部を、前記車体の左右
   両側にそれぞれ配設されているとともに、前記境界
   （Ｌ）がわの前記センサ部の左右一対の倣いセンサ間の
   幅をずれ無しと判別するための不感帯範囲に設定する状
   態と、前記車体の左右両側のセンサ部間の幅をずれ無し
   と判別するための不感帯範囲に設定する状態とに、不感
   帯幅を設定切換自在に構成されている作業車の操向制御
   装置。