JPH09154308A - 作業機械の姿勢制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 地上側に複雑・高価な設備を設けることな
く、機体部に対して姿勢変更自在な作業部の対地姿勢を
適正に検出して設定対地姿勢に維持する。 【解決手段】 地上側のＧＰＳ基準局及び作業機械側の
ＧＰＳ受信手段での両搬送波位相情報から求めた二重位
相差に基づいて機体部の対地姿勢を所定時間間隔の時系
列のＧＰＳ姿勢データとして求め、慣性航法検出部Ｓ
５，Ｓ６の情報に基づいて慣性航法算出部ＩＮＳにて機
体部の姿勢変化量を所定時間間隔の時系列の慣性航法姿
勢データとして求め、その現在時刻より設定時間前のＧ
ＰＳ姿勢データ及び現在時刻での慣性航法姿勢データか
ら求めた現在時刻での機体部の対地姿勢検出情報と、機
体部に対する作業部の対機体姿勢検出情報とに基づい
て、作業部を機体部に対して姿勢変更して設定対地姿勢
に維持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、作業部が、機体部
に対して姿勢変更手段によって姿勢変更自在に設けられ
た作業機械の姿勢制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記作業機械の姿勢制御装置では、例え
ば作業機械としてのトラクター等の農用作業車を、作業
地としての圃場内に並置した複数個の各作業行程に沿っ
て走行させながら、機体後部側に連結した耕耘装置（作
業部に相当）によって適正な耕耘作業を行うように耕耘
装置を圃場面に対して設定姿勢状態（設定深さ等）に維
持すべく、例えば耕耘装置に付設した接地式の高さ検出
センサの検出情報に基づいて昇降用シリンダ等（姿勢変
更手段に相当）を作動させて、耕耘装置を機体部に対し
て昇降させるように姿勢制御していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
では、例えば圃場面の凹凸が激しい場合には接地式のセ
ンサでは、作業部（耕耘装置）の圃場面からの高さを適
正に検出できず、その対地姿勢を設定対地姿勢に姿勢制
御できないおそれがあった。ここで、圃場面の凹凸の影
響を避けるために、接地式センサに代えて、例えば地上
側の設定高さ位置で水平面内に投射したビーム光を作業
部側の受光センサで受光した上下受光位置情報に基づい
てその高さを検出したり、あるいは、作業部側に加速度
センサやジャイロ装置等を設置しその検出値を積算して
姿勢状態を検出することが考えられるが、前者では、地
上側に構成が複雑でビーム光の投射方向等の管理が面倒
なビーム光投射設備が必要になり、後者では検出装置の
誤差が蓄積して正確な姿勢情報が得られないという不都
合がある。

【０００４】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
であって、その目的は、上記従来技術の不具合を解消さ
せるべく、地上側に構成が複雑で保守管理が面倒なビー
ム光投射設備等を設けることなく作業部の対地姿勢を適
正に検出し、この姿勢検出情報に基づいて作業部の対地
姿勢を設定対地姿勢に制御することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１の構成
によれば、地上側の基準位置に設置されたＧＰＳ基準局
において、ＧＰＳ衛星からの搬送波信号が受信され、そ
の基準局での搬送波位相情報が作業機械側に送信される
一方、作業機械側では、その機体部に設けたＧＰＳ受信
手段が受信したＧＰＳ衛星からの搬送波信号の搬送波位
相情報及び上記基準局から送信された基準局での搬送波
位相情報から求めた二重位相差情報に基づいて、機体部
の対地姿勢が所定時間間隔の時系列のＧＰＳ姿勢データ
として求められ、又、機体部の姿勢変化を検出する慣性
航法検出部の情報に基づいて、その姿勢変化量が所定時
間間隔の時系列の慣性航法姿勢データとして求められ
る。そして、その現在時刻より設定時間前のＧＰＳ姿勢
データ及び現在時刻での慣性航法姿勢データから現在時
刻での機体部の対地姿勢が求められ、一方、作業部の機
体部に対する姿勢つまり対機体姿勢が検出され、それら
の機体部の対地姿勢及び作業部の対機体姿勢の両検出情
報に基づいて姿勢変更手段が作動されて作業部が機体部
に対して姿勢変更され、作業部が設定対地姿勢に維持さ
れる。

【０００６】従って、短時間の姿勢変化については応答
性良く検出できるが長時間での検出では誤差が蓄積する
慣性航法による姿勢検出と、検出遅れはあるが正確な姿
勢検出が可能なＧＰＳ衛星からの搬送波信号の二重位相
差情報に基づくＧＰＳによる姿勢検出とを組み合わせ
て、機体部の対地姿勢を迅速且つ適正に検出しながら、
その機体部の対地姿勢情報と、機体部に対して姿勢変更
自在に設けた作業部の対機体姿勢情報とから作業部の対
地姿勢を検出して作業部を設定対地姿勢になるように制
御するので、例えば、従来の接地式センサのように圃場
面の凹凸の影響を受ける不都合もなく、また、地上側に
構成が複雑で保守管理が面倒なビーム光投射設備のよう
な特別の設備を設ける必要もなく、さらに、作業部を機
体部に対して姿勢変更自在に設けるように構成する通常
の作業機械において、例えば上記ＧＰＳ受信手段や慣性
航法検出部等の機器を作業部に設けると昇降時や作業時
における振動等のために性能劣化のおそれがあるという
不具合も回避でき、姿勢制御特性と設備簡素化に優れた
作業機械の姿勢制御装置が得られる。

【０００７】又、請求項２の構成によれば、上記請求項
１において、設定距離を隔てた複数のＧＰＳ受信手段が
受信した搬送波信号からの各搬送波位相情報及び上記基
準局での搬送波位相情報から複数のＧＰＳ受信手段夫々
に対応して求めた二重位相差情報に基づいて、機体部の
対地高さと対地傾きとが所定時間間隔の時系列のＧＰＳ
姿勢データとして求められる。そして、その現在時刻よ
り設定時間前の機体部の対地高さと対地傾きとについて
のＧＰＳ姿勢データ及び現在時刻での慣性航法姿勢デー
タから、現在時刻での機体部の対地姿勢として対地高さ
と対地傾きとが検出され、一方、作業部の機体部に対す
る昇降位置と傾きとが検出され、その機体部の対地高さ
及び作業部の機体部に対する昇降位置の検出情報に基づ
いて姿勢変更手段が作動されて作業部が設定対地高さに
維持され、又、その機体部の対地傾き及び作業部の機体
部に対する傾き検出情報に基づいて姿勢変更手段が作動
されて作業部が設定対地傾斜状態に維持される。

【０００８】従って、作業部の対地姿勢として対地高さ
と対地傾斜状態の両方を設定姿勢状態に維持するので、
例えば対地姿勢として対地高さだけを制御するのに比べ
て、作業部の対地傾斜状態を例えば水平状態に維持して
作業部による対地作業（例えば農作業や土木作業）等を
より適正な対地姿勢状態で実行させることができ、もっ
て、上記請求項１の構成の好適な手段が得られる。

【０００９】又、請求項３の構成によれば、上記請求項
１又は２において、作業部が機体部に対して着脱され
て、複数種類の異なる作業部が作業機械に設けられ、こ
の各作業部の対地姿勢が、機体部側に設けた対機体姿勢
検出手段及び対地姿勢検出手段によって検出される。

【００１０】従って、１つの作業機械（作業車等）に異
なる種類の作業部を付け換えて、耕耘作業や薬剤散布作
業等の異なる作業を同じ作業機械で行わせるようにしな
がら、その作業部の姿勢検出手段を機体部側に設けてい
るので、機体部に対する着脱の際に姿勢検出手段を付け
換えるという面倒な手間が不要であり、各種作業を行う
場合において一層便利に使用することができ、もって、
上記請求項１又は２の構成の好適な手段が得られる。

【００１１】又、請求項４の構成によれば、上記請求項
１、２又は３において、所定範囲の作業地内を予定走行
経路に沿って走行する作業機械において、作業部の対地
姿勢情報として平面視における現在位置が検出され、そ
の作業部の平面視での位置情報に基づいて作業部が予定
走行経路における適正作業箇所に位置するように、作業
部の平面視における位置が変更される。

【００１２】従って、所定範囲の作業地内を予定走行経
路に沿って走行する作業機械に備えた作業部の平面視に
おける位置を適正作業箇所に維持させることができ、も
って、作業機械が所定範囲の作業地内を走行する走行式
の場合において、上記請求項１、２又は３の構成の好適
な手段が得られる。

【００１３】又、請求項５の構成によれば、上記請求項
４において、作業機械が作業地内の予定走行経路に沿っ
て自動走行するように、作業部の平面視での位置情報に
基づいて操向制御される。

【００１４】従って、例えば作業者が手動運転にて予定
走行経路に沿って走行させるのに比べて作業者の負担を
軽減しながら、作業機械を所定範囲の作業地の全体に亘
って効率良く自動走行させることができ、もって、上記
請求項４の構成の好適な手段が得られる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を、作業
機械としての作業車の一例である農用トラクターＶ（以
後、作業車Ｖという）が、所定範囲の作業地としての圃
場Ｆ内に設けた予定走行経路としての複数個の作業行程
Ｌに沿って自動走行しながら、耕耘作業等を行う場合に
ついて説明する。

【００１６】例えばその地点の重力方向に対して水平方
向を東西及び南北方向で表した局地水平座標系Ｅ（東方
向），Ｎ（北方向），Ｈ（地球中心からの高さ方向）に
おいて高精度に位置（上記座標系Ｅ，Ｎ，Ｈでの座標
値）が判っている地上側の基準位置に設置されて、図２
に示すように、少なくとも４個のＧＰＳ衛星２からのス
ペクトラム拡散変調された電波（搬送波信号）を受信す
るＧＰＳ基準局Ｒ（以後、単に基準局Ｒともいう）用の
アンテナ１９ａと、このアンテナ１９ａの受信信号を処
理して搬送波の位相情報を得るＧＰＳ受信機１９と、そ
のＧＰＳ受信機１９からの搬送波位相情報を作業車Ｖ側
に向けて送信するための送信アンテナ２０ａを備えた地
上側通信手段としての送受信機２０とが設けられてい
る。

【００１７】作業車Ｖの構成について説明する。図２及
び図３に示すように、機体部としての車体５の後部側の
ミッションケース２５に、３点リンク機構を構成する上
下揺動自在なトップリンク２６と左右一対のロアリンク
２７とが支持され、それらのリンク２６，２７を介し
て、ロータリー式の耕耘装置６（作業部に相当）が着脱
自在に、且つ昇降及び傾斜自在に連結されている。耕耘
装置６には、機体後部の駆動軸２８から動力が伝達され
て内部の耕耘爪が回転するようになっている。

【００１８】ミッションケース２５の上部に、昇降用油
圧シリンダ１３により上下に揺動駆動される左右一対の
リフトアーム２９が備えられ、この一対のリフトアーム
２９とロアリンク２７とが、リフトロッド３６及び複動
型の傾斜用油圧シリンダ２３を介して連結されている。
ここで、昇降用油圧シリンダ１３を作動させて耕耘装置
６の車体５に対する昇降位置を変更することができ、傾
斜用油圧シリンダ２３を作動させて耕耘装置６の車体５
に対する傾き（リフトロッド３６との連結点周りでの機
体横幅方向への傾き）を変更することができ、昇降用油
圧シリンダ１３及び傾斜用油圧シリンダ２３によって、
耕耘装置６の車体５に対する姿勢（上記昇降位置及び傾
き）を変更する姿勢変更手段１０４が構成される。

【００１９】一方のロアリンク２７の基端部に、耕耘装
置６の車体５に対する昇降位置をロアリンク２７の揺動
角度として検出するポテンショメータ利用の昇降位置検
出センサＳ１が設けられ、又、耕耘装置６の車体５に対
する機体横幅方向での傾きを傾斜用油圧シリンダ２３の
伸縮量として検出するストロークセンサＳ２が設けられ
ている。つまり、上記昇降位置検出センサＳ１及びスト
ロークセンサＳ２によって、耕耘装置６の車体５に対す
る姿勢を検出する対機体姿勢検出手段１０５が構成され
るとともに、その対機体姿勢検出手段１０５が、耕耘装
置６の対機体姿勢として車体５に対する昇降位置と傾き
とを検出するように構成される。

【００２０】図４及び図５にも示すように、前記３点リ
ンク機構の後端側に背面視略Ａ字形の連結フレーム３７
が連結され、この連結フレーム３７の上部にフック３８
を取り付けるとともに、耕耘装置６の上部に設けた連結
アーム３９に、上記フック３８に係合する係合ピン３９
ａを固設してある。又、連結フレーム３７の下部に、横
向きに架設固定した連結ピン４６ａを備えた連結部４６
を取り付けるとともに、連結アーム３９の下方側に上記
連結ピン４６ａに係合する凹部４７ａを備えた左右一対
の板状係合部材４７を固設してある。これにより、連結
アーム３９側の係合ピン３９ａを連結フレーム３７側の
フック３８に係合させた状態で、リフトアーム２９を上
方に揺動させて耕耘装置６を吊り上げると、連結アーム
３９側の凹部４７ａが連結フレーム３７側の連結ピン４
６ａに係合し、ロック部材４８にて上記連結ピン４６ａ
の凹部４７ａへの係合状態の外れを阻止するようになっ
ている。つまり、耕耘装置６に代えて他の作業部を作業
車Ｖに付設することができ、作業部が、車体５に対して
着脱自在な複数種類の異なる作業部つまり耕耘装置６や
後述の薬剤散布装置６０等にて構成される。

【００２１】図１に示すように、車体５に備えた左右一
対の前輪３及び後輪４は、左右を一対として各別に操向
操作自在に構成され、ステアリング用の油圧シリンダ
７，８と、電磁操作式の制御弁９，１０とが設けられて
いる。つまり、前輪３又は後輪４の一方のみを操向する
２輪ステアリング形式、前後輪３，４を逆位相で且つ同
角度に操向する４輪ステアリング形式、前後輪３，４を
同位相で且つ同角度に操向する平行ステアリング形式の
３種類のステアリング形式を選択使用できる。尚、各作
業行程Ｌに沿っての直進走行時には、前輪３のみを操向
する２輪ステアリング形式で行う。

【００２２】図１中、Ｅはエンジン、１１はエンジンＥ
からの出力を変速して前後輪３，４の夫々を同時に駆動
する油圧式無段変速装置、１２はその変速操作用の電動
モータ、１３は前記昇降用油圧シリンダ、１４はその制
御弁、２３は前記傾斜用油圧シリンダ、２４はその制御
弁、１５はエンジンＥから耕耘装置６への駆動を断続す
る電磁操作式の耕耘用クラッチである。１６は、作業車
Ｖの走行並びに耕耘装置６の作動等を制御するマイクロ
コンピュータ利用の制御装置であって、前記昇降位置検
出センサＳ１、前記ストロークセンサＳ２及び後述の各
種センサによる検出情報や予め記憶された作業データに
基づいて、変速用モータ１２、各制御弁９，１０，１
４，２４、耕耘用クラッチ１５等を作動させる。

【００２３】作業車Ｖに装備されるセンサ類として、図
１に示すように、前後輪３，４夫々の操向角を検出する
ポテンショメータ利用の操向角検出センサＲ１，Ｒ２
と、変速装置１１の変速状態に基づいて間接的に前後進
状態及び車速を検出するポテンショメータ利用の車速セ
ンサＲ３と、変速装置１１の出力軸の回転数を計数して
走行距離を検出するためのエンコーダＳ３と、車体方位
を検出する地磁気方位センサＳ４と、車体５の３次元
（車体前後、横幅及び上下方向）の各軸周りでの角速度
を検出するジャイロ装置Ｓ５と、車体５の３次元（車体
前後、横幅及び上下方向）各方向での加速度を検出する
加速度センサＳ６とが設けられている。そして、上記ジ
ャイロ装置Ｓ５及び加速度センサＳ６によって、車体５
の姿勢変化を検出する慣性航法検出部が構成されてい
る。

【００２４】又、前記制御装置１６を利用して、前記ジ
ャイロ装置Ｓ５及び加速度センサＳ６の情報に基づい
て、車体５の姿勢変化量を所定時間間隔の時系列の慣性
航法姿勢データとして求める慣性航法算出部ＩＮＳが構
成されている。上記慣性航法姿勢データは、具体的に
は、車体５の姿勢変化量として、所定の計測時間間隔
（例えば０．１秒）内における高さ変化量Δｈと傾き変
化量Δαとが、所定時間間隔（０．１秒）の計測時刻の
ラベル付きのデータとして求められる。同時に、慣性航
法算出部ＩＮＳは、前記ジャイロ装置Ｓ５及び加速度セ
ンサＳ６の情報に基づいて、車体５の平面視における位
置変化量Δｘ，Δｙを所定時間間隔（０．１秒）の計測
時刻ラベル付きの時系列の慣性航法位置データとして求
めるように構成されている。

【００２５】車体５には、前記ＧＰＳ衛星２からの電波
（搬送波信号）を受信するＧＰＳ受信手段としてのＧＰ
Ｓ受信アンテナ１７ａが、車体横幅方向に沿って設定距
離を隔てた状態で複数（図では、車体横幅方向の中央か
ら左右の等距離位置に２個）設けられ、さらに、上記各
ＧＰＳ受信アンテナ１７ａの受信信号を処理して搬送波
の位相情報を得るＧＰＳ受信機１７と、地上側の送受信
機２０の送信情報を受信するアンテナ１８ａを備えた作
業機械（作業車）側通信手段としての送受信機１８とが
設けられ、これらのＧＰＳ受信アンテナ１７ａ、ＧＰＳ
受信機１７及び送受信機１８によって、ＧＰＳ移動局Ｉ
（以後、単に移動局Ｉともいう）が構成されている。

【００２６】前記基準局Ｒ及び移動局Ｉの各ＧＰＳ受信
機１９，１７は、図６に示すように、ほぼ同様の構成に
なるものであって、夫々のＧＰＳ受信アンテナ１９ａ，
１７ａで受信した電波信号は、先ず高周波信号処理部３
０，４０に入力して低周波数に変換される。その低周波
数変換された信号は、Ｃ／Ａコード解析部３１，４１に
て衛星番号等が解読されるとともに、搬送波位相計測部
３３，４３において、上記衛星番号に応じて作成される
Ｃ／Ａコードと相関をとって搬送波が再生され、さらに
内蔵した時計３４，４４にて設定時間間隔で搬送波の位
相が計測される。同時に、Ｃ／Ａコード解析部３１，４
１からの情報に基づいて、航路メッセージ解読部３２，
４２にて衛星位置情報等が判別される。そして、上記各
部からの情報は、夫々の制御用のコンピュータ３５，４
５に入力されて各基準局Ｒ及び移動局Ｉにおける搬送波
位相情報が求められる。尚、移動局Ｉでは、各ＧＰＳ受
信アンテナ１７ａごとに搬送波位相情報が求められる。

【００２７】さらに、基準局Ｒ側コンピュータ３５から
出力された基準局Ｒでの搬送波位相情報が、前記地上側
の送受信機２０を経て送信アンテナ２０ａから送信され
て作業車側のアンテナ１８ａで受信され、送受信機１８
を経て移動局Ｉ側コンピュータ４５に入力され，その移
動局Ｉ側コンピュータ４５において、基準局及び移動局
での両搬送波位相情報に基づいて２個のＧＰＳ受信アン
テナ１７ａ夫々に対応して二重位相差情報が求められ
る。そして、上記ＧＰＳ受信機１７を利用して、各ＧＰ
Ｓ受信アンテナ１７ａでの搬送波位相情報及び前記送受
信機１８が受信した基準局Ｒでの搬送波位相情報から各
ＧＰＳ受信アンテナ１７ａに対応して求めた二重位相差
情報に基づいて、前記車体５の対地姿勢つまり対地高さ
と対地傾きとを所定時間間隔の時系列のＧＰＳ姿勢デー
タとして求めるＧＰＳ姿勢データ算出手段１０２が構成
されている。そして、このＧＰＳ受信機１７で得られた
ＧＰＳ姿勢データが制御装置１６に入力されている（図
１参照）。

【００２８】ここで、二重位相差情報について概略を説
明すると、異なる２つの衛星２からの各搬送波信号を２
つの受信局（基準局Ｒ及び移動局Ｉ）夫々で受信して、
各衛星２ごとに対応する２つの位相差を求め、さらにこ
れら２つの位相差の差分をとったものを二重位相差と呼
ぶ。これによって各衛星２での送信信号の位相乱れの影
響が除去されるとともに、各受信局の位相計測用の時計
の同期ずれの影響が除去され、最終的に、衛星側及び受
信局側での誤差の影響を少なくした精度のよい位相差情
報が得られる。尚、各ＧＰＳ受信アンテナ１７ａの各位
置ベクトルｒ１，ｒ２（図７参照）を求めるために、実
際は、異なる４つの衛星２からの各搬送波信号に基づい
て、独立した３つの二重位相差が各ＧＰＳ受信アンテナ
１７ａごとに求められる。

【００２９】前記ＧＰＳ姿勢データ算出手段１０２によ
る二重位相差情報に基づく車体５の姿勢検出について具
体的に説明する。先ず最初に、作業車Ｖを前記局地水平
座標系Ｅ，Ｎ，Ｈにおいて高精度に位置座標値が判って
いる地点に位置させ、車体５を所定高さで水平姿勢に維
持した状態で、移動局側及び基準局側の各ＧＰＳ受信機
１７，１９の受信情報から前記各ＧＰＳ受信アンテナ１
７ａごとに３つの二重位相差を計算し、基準局Ｒ及び車
体５間の相対位置及び車体５に対するＧＰＳ受信アンテ
ナ１７ａの設置位置が判っていることから上記二重位相
差情報に含まれる搬送波波長の整数倍の不確定（整数値
バイアス）を確定させる。次に、図７に示すように、作
業車Ｖを圃場Ｆ内の任意の地点に移動させたときの各二
重位相差情報より、基準局Ｒから各ＧＰＳ受信アンテナ
１７ａへの各位置ベクトルｒ１，ｒ２が求まり、基準局
Ｒの基準位置と上記求めた各位置ベクトルｒ１，ｒ２と
から、各ＧＰＳ受信アンテナ１７ａの前記局地水平座標
系Ｅ，Ｎ，Ｈにおける位置が判別される。

【００３０】ここで、各ＧＰＳ受信アンテナ１７ａの位
置は、局地水平座標系Ｅ，Ｎ，Ｈの各座標軸に対応する
３つの成分を持ち、例えばＥ軸をｘ方向、Ｎ軸をｙ方
向、Ｈ軸をｚ方向に設定して、各位置座標（ｘ１，ｙ
１，ｚ１），（ｘ２，ｙ２，ｚ２）として表される。そ
して、下式のように、上記３つの成分のうちの高さ方向
（ｚ）成分について両位置座標間で平均して車体５の対
地高さｈ０を求め、両位置座標間で差分することによっ
て車体５の対地傾きα０を求める。同時に、上記３つの
成分のうちの水平方向（ｘ，ｙ）成分について平均を取
ることによって、車体５の平面視における現在位置（ｘ
０，ｙ０）を求める。

【００３１】

【数１】ｈ０＝（ｚ１＋ｚ２）／２ α０＝ｚ１−ｚ２ ｘ０＝（ｘ１＋ｘ２）／２ ｙ０＝（ｙ１＋ｙ２）／２

【００３２】但し、前記ＧＰＳ受信情報に基づく車体５
の対地姿勢及び平面視での位置検出には、各局での搬送
波位相の計測やその位相情報の通信及び二重位相差の演
算等に時間（例えば２秒程度）がかかるため、現在時刻
での車体５の対地姿勢及び位置をリアルタイムに検出す
ることができない。そこで、車体５の対地姿勢及び位置
を、所定時間間隔（１秒間隔）の時系列のＧＰＳ姿勢及
び位置データｈ０，α０，ｘ０，ｙ０として求める。従
って、上記１秒間隔の時系列のＧＰＳ位置データｈ０，
α０，ｘ０，ｙ０は、２秒前における車体５の対地姿勢
及び位置に対応するデータである。

【００３３】そして、現在時刻での車体５の対地姿勢及
び平面視での位置をリアルタイムに検出するために、前
記制御装置１６を利用して、前記ＧＰＳ姿勢データ算出
手段１０２にて求められる現在時刻より設定時間前のＧ
ＰＳ姿勢データ、及び、前記慣性航法算出部ＩＮＳにて
求められる現在時刻での慣性航法姿勢データによって現
在時刻での車体５の対地姿勢つまり対地高さと対地傾き
とを検出する対地姿勢検出手段１０３が構成され、さら
に、この対地姿勢検出手段１０３は、車体５の平面視に
おける現在位置を検出するように構成されている。

【００３４】つまり、下式のように、検出遅れのあるＧ
ＰＳデータの最新値ｈ０，α０，ｘ０，ｙ０に対して、
そのＧＰＳデータの計測時刻から現在時刻までの慣性航
法データΔｈ，Δα，Δｘ，Δｙの積算値を補間（加
算）して、現在時刻での車体５の対地姿勢（対地高さｈ
及び対地傾きα）を検出し、同時に、車体５の平面視に
おける現在位置（ｘ，ｙ）を求める。

【００３５】

【数２】ｈ＝ｈ０＋（Δｈの積算値） α＝α０＋（Δαの積算値） ｘ＝ｘ０＋（Δｘの積算値） ｙ＝ｙ０＋（Δｙの積算値）

【００３６】前記制御装置１６を利用して、前記対機体
姿勢検出手段１０５及び前記対地姿勢検出手段１０３の
情報に基づいて、前記耕耘装置６を設定対地姿勢に維持
するように前記姿勢変更手段１０４（昇降用油圧シリン
ダ１３及び傾斜用油圧シリンダ２３）を作動させる姿勢
制御手段１０１が構成されている。具体的には、この姿
勢制御手段１０１は、車体５の対地高さｈ及び耕耘装置
６の車体５に対する昇降位置の両検出情報に基づいて、
耕耘装置６が設定対地高さになるように前記姿勢変更手
段１０４を作動させ、且つ、車体５の対地傾きα及び耕
耘装置６の車体５に対する傾きの両検出情報に基づい
て、耕耘装置６が設定対地傾斜状態になるように前記姿
勢変更手段１０４を作動させる。

【００３７】耕耘装置６が例えば傾いていない（水平状
態である）場合を例にして、上記耕耘装置６の対地高さ
制御（つまり耕耘深さ制御）におけるその対地高さｈｓ
の検出について図８にて説明する。車体５の高さｈはＧ
ＰＳ受信アンテナ１７ａの位置として検出されるので、
その車体５の高さｈからその地点での地面高さを引いて
地面からの車体高さＨを求める。又、上記アンテナ１７
ａの位置から耕耘装置６を揺動支持するロアリンク２７
の基端部（取り付け位置）までの上下距離をＫ、ロアリ
ンク２７の長さをＷ、その揺動角度を垂直上方を基準と
してβとすると、耕耘装置６の高さｈｓは次式で表され
る。ここで、耕耘装置６の高さｈｓがマイナスのとき
は、地面からの深さを表すことになるので、その値ｈｓ
を所定のマイナス値に維持するように、耕耘深さ制御が
なされることになる。

【００３８】

【数３】ｈｓ＝Ｈ−Ｋ＋Ｗ・ｃｏｓ（β）

【００３９】さらに、前記対機体姿勢検出手段１０５及
び前記対地姿勢検出手段１０３は、耕耘装置６の平面視
における位置を検出するように構成されている。具体的
には、前記車体５の平面視における現在位置（ｘ，ｙ）
と、車体方位（φ）及び耕耘装置６の昇降位置から求ま
る車体５に対する耕耘装置６の平面視における相対位置
とから、耕耘装置６の平面視における位置を求める。
又、前記姿勢変更手段１０４は、耕耘装置６の平面視に
おける位置を変更するように構成されている。具体的に
は、車輪３，４をステアリング操作して車体横幅方向に
おける耕耘装置６の位置を変更する。

【００４０】そして、前記姿勢制御手段１０１は、耕耘
装置６の平面視での位置情報に基づいて、図７に示すよ
うに矩形状の圃場Ｆ内で圃場長手方向に沿う状態で短手
方向に並置された各作業行程Ｌにおける適正作業箇所に
耕耘装置６が位置するように前記姿勢変更手段１０４を
作動させる。又、前記制御装置１６を利用して、耕耘装
置６の平面視における位置情報に基づいて、作業車Ｖが
上記各作業行程Ｌを沿って自動走行するように操向制御
する走行制御手段１００が構成されている。

【００４１】上記耕耘装置６の適正作業箇所への位置制
御、及び作業車Ｖの各作業行程Ｌに沿っての走行制御
は、耕耘装置６の位置が各作業行程Ｌにおける適正操向
位置になるように行われ、これによって、車体５の中心
もその適正操向位置に位置することになる。具体的に
は、耕耘装置６の平面視における上記適正操向位置に対
する車体横幅方向での偏位ｄの情報、地磁気方位センサ
Ｓ４による車体方位φの情報、及び、前輪３の操舵角θ
情報に基づいて下式にて目標操舵角θｆを設定し、この
目標操舵角θｆで前輪３をステリング操作する。尚、式
中、ｋ１，ｋ２，ｋ３は所定のゲイン係数である。

【００４２】

【数４】θｆ＝ｋ１・ｄ＋ｋ２・φ＋ｋ３・θ

【００４３】そして、前記走行制御手段１００は、作業
車Ｖが各作業行程Ｌの終端部に到達するに伴ってその行
程終端部から次の作業行程Ｌの始端部に向けて移動させ
るべく、前後輪３，４を操向制御するように構成されて
いる。つまり、作業車Ｖは、図７で最右端側に位置する
最初の作業行程Ｌのスタート地点Ｓｔから走行開始し
て、２輪ステアリングで各行程に沿って直進走行すると
ともに、各作業行程Ｌの終端部から隣接する作業行程Ｌ
の始端部に向けて、終端地点ｅから所定距離直進走行し
てから１８０度の旋回動作を開始し、所定の旋回区間ｇ
を経て旋回動作の終点ｆに至る経路ｅ〜ｆを所望の回向
軌跡とする回向パターンで、４輪ステアリングにて回向
動作し、回向後は、逆方向に走行する往復走行を繰り返
して、圃場Ｆの全範囲を走行する。

【００４４】尚、各作業行程Ｌの経路情報は、地上側で
のＥ，Ｎ，Ｈ座標系を基準として定めたデータとして設
定される。具体的には、図７に示す各作業行程Ｌの長手
方向が例えば東西方向（Ｅ軸）に沿っている場合には、
１つのＮ座標値に対して、各作業行程Ｌの一端側と他端
側の位置を設定する２つのＥ座標値が組となったデータ
が、上記作業行程Ｌの数（５組）に対応する数、用意さ
れている。

【００４５】次に、図９〜図１１に示すフローチャート
に基づいて、制御装置１６による耕耘作業の制御につい
て説明する。メインフロー（図９）では、作業車Ｖは、
制御装置１６を上昇させて待機姿勢に維持した状態で最
初の作業行程Ｌに沿っての自動走行を開始すると、時系
列のＧＰＳ位置データ及びＩＮＳ位置データによる位置
検出情報に基づいて操向制御する。行程始端側の作業開
始位置に到着すると、耕耘装置６を下降させ且つ駆動開
始して耕耘作業を開始し、同時に、耕耘装置６を設定対
地高さ及び設定対地傾斜状態に維持する姿勢制御を開始
する。

【００４６】作業行程Ｌの終端部（ｅ地点）に到達する
と、耕耘装置６を駆動停止して上昇させる。ここで、回
向回数等に基づいて作業終了を判別した場合には、走行
を停止して全処理を終了する。作業終了でない場合に
は、回向開始点での車体方位を方位センサＳ４にて検出
し、その地点から所定距離直進した後、ステアリングを
２輪から４輪に切り換えて、隣接する次の作業行程Ｌの
始端部へ向けて１８０度の旋回動作を行う。旋回を終了
すると、ステアリングを２輪に戻して、前記操向制御及
び姿勢制御を行いながら、次の作業行程Ｌに沿って逆方
向に走行しながら耕耘作業を行い、以後、各作業行程Ｌ
を同様に走行する。

【００４７】前記操向制御処理（図１０）では、先ず、
時系列のＧＰＳ位置データ及びＩＮＳ位置データを夫々
取り込み、その両データから現在時刻での車体５の平面
視での位置（ｘ，ｙ）を算出する。次に、車体方位φと
耕耘装置６の昇降位置の検出を行い、それらの情報から
現在時刻での耕耘装置６の平面視での位置を算出して作
業行程Ｌの適正操向位置に対する偏位ｄを算出し、前輪
３の操向角θを検出する。そして、上記偏位ｄ、車体方
位φ及び操向角θから目標操舵角θｆを設定して、前輪
３をステアリング操作する。

【００４８】前記姿勢制御処理（図１１）では、時系列
のＧＰＳ姿勢データ及びＩＮＳ姿勢データを夫々取り込
み、その両データから現在時刻での車体５の対地高さｈ
及び対地傾きαを算出する。次に、耕耘装置６の車体５
に対する昇降位置の検出と、傾きの検出を行い、それら
の情報から現在時刻での耕耘装置６の対地高さｈｓと対
地傾斜状態を算出する。そして、上記対地高さｈｓが設
定対地高さになるように昇降用シリンダ１３を作動さ
せ、又、上記対地傾斜状態が設定対地傾斜状態（例えば
水平状態）になるように傾斜用シリンダ２３を作動させ
る。

【００４９】〔別実施形態〕上記実施例では、作業車Ｖ
（農用トラクターＶ）に作業部としての耕耘装置６を連
結した場合について説明したが、作業部として耕耘装置
６に代えて、圃場Ｆに対して肥料等の薬剤を散布する薬
剤散布装置６０を連結した場合を図１２〜図１３に示
す。つまり、車体後部側の前記連結フレーム３７に対し
て、薬剤散布装置６０が、着脱自在に取り付けられる。
そして、図７に示す各作業行程Ｌに沿って自動走行しな
がら、薬剤散布作業に適するように地面上所定高さで且
つ水平状態に維持するように姿勢制御して、薬剤散布作
業を行うようになっている。

【００５０】上記実施例では、作業機械としての作業車
が農用トラクターＶである場合について説明したが、作
業車としては、かかる農用トラクター以外の農作業車及
び農作業用以外の土木用作業車等でもよく、その際の作
業部等の各部の具体構成は、作業車の目的や作業条件等
に合わせて適宜変更される。又、作業機械としては、作
業車に限らず、地上に固定設置した作業機械でもよい。
尚、上記実施例では、予定走行経路を所定範囲の作業地
内に並置した複数個の作業行程Ｌで構成したが、予定走
行経路の構成はこれに限るものではない。

【００５１】上記実施例では、作業部６，６０を機体部
（車体５）に対して姿勢変更自在に設けるのに、３点リ
ンク機構によって支持するようにしたが、これに限るも
のではない。

【００５２】上記実施例では、姿勢変更手段１０４を主
として油圧シリンダ１３，２３にて構成したが、これに
限るものではない。

【００５３】上記実施例では、対地姿勢検出手段１０３
が、機体部５の対地姿勢として対地高さと対地傾きの両
方を検出し、対機体姿勢検出手段１０５が、その対機体
姿勢として作業部６，６０の機体部５に対する昇降位置
と傾きの両方を検出し、姿勢制御手段１０１が、作業部
６，６０の対地高さと対地傾斜状態の両方を設定状態に
制御する場合を示したが、これに限るものではない。例
えば簡易な姿勢制御のために、対地姿勢検出手段１０３
が機体部５の対地高さのみを検出し、対機体姿勢検出手
段１０５が作業部６，６０の機体部５に対する昇降位置
のみを検出し、姿勢制御手段１０１が、作業部６，６０
の対地高さのみを設定対地高さに制御するようにしても
よい。尚、この場合には、作業車側のＧＰＳ受信手段１
７ａは複数設ける必要はない。

【００５４】上記実施例では、作業機械（作業車Ｖ）を
自動走行させるようにしたが、作業者が手動運転で走行
させるようにしてもよい。

【００５５】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
付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】作業車の制御構成のブロック図

【図２】作業車及び基準局を示す概略側面図

【図３】作業車の要部を示す斜視図

【図４】作業車の要部を示す側面図

【図５】作業車の要部を示す正面図

【図６】ＧＰＳ受信系の構成を示すブロック図

【図７】作業車と予定走行経路を示す概略平面図

【図８】作業部の対地高さ制御を説明する概略側面図

【図９】制御作動のフローチャート

【図１０】操向制御のフローチャート

【図１１】姿勢制御のフローチャート

【図１２】別実施例の作業車を示す概略側面図

【図１３】別実施例の作業車を示す概略平面図

【符号の説明】

６ 作業部 ６０ 作業部 ５ 機体部 １０４ 姿勢変更手段 １０５ 対機体姿勢検出手段 １０３ 対地姿勢検出手段 １０１ 姿勢制御手段 Ｒ ＧＰＳ基準局 ２０ 地上側通信手段 １７ａ ＧＰＳ受信手段 Ｓ５，Ｓ６ 慣性航法検出部 １８ 作業機械側通信手段 １０２ ＧＰＳ姿勢データ算出手段 ＩＮＳ 慣性航法算出部 １００ 走行制御手段

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 作業部（６，６０）が、機体部（５）に
   対して姿勢変更手段（１０４）によって姿勢変更自在に
   設けられた作業機械の姿勢制御装置であって、 前記作業部（６，６０）の前記機体部（５）に対する姿
   勢を検出する対機体姿勢検出手段（１０５）と、 前記機体部（６，６０）の対地姿勢を検出する対地姿勢
   検出手段（１０３）と、 前記対機体姿勢検出手段（１０５）及び前記対地姿勢検
   出手段（１０３）の情報に基づいて、前記作業部（６，
   ６０）を設定対地姿勢に維持するように前記姿勢変更手
   段（１０４）を作動させる姿勢制御手段（１０１）とが
   設けられ、 地上側の基準位置に設置されて、ＧＰＳ衛星からの搬送
   波信号を受信するＧＰＳ基準局（Ｒ）と、そのＧＰＳ基
   準局（Ｒ）での搬送波位相情報を前記作業機械側に送信
   する地上側通信手段（２０）とが設けられ、 前記機体部（５）に、 ＧＰＳ衛星からの搬送波信号を受信するＧＰＳ受信手段
   （１７ａ）と、 前記機体部（５）の姿勢変化を検出する慣性航法検出部
   （Ｓ５，Ｓ６）と、 前記地上側通信手段（２０）の送信情報を受信する作業
   機械側通信手段（１８）と、 前記ＧＰＳ受信手段（１７ａ）での搬送波位相情報及び
   前記作業機械側通信手段（１８）が受信した前記ＧＰＳ
   基準局（Ｒ）での搬送波位相情報から求めた二重位相差
   情報に基づいて、前記機体部（５）の対地姿勢を所定時
   間間隔の時系列のＧＰＳ姿勢データとして求めるＧＰＳ
   姿勢データ算出手段（１０２）と、 前記慣性航法検出部（Ｓ５，Ｓ６）の情報に基づいて、
   前記機体部（５）の姿勢変化量を所定時間間隔の時系列
   の慣性航法姿勢データとして求める慣性航法算出部（Ｉ
   ＮＳ）とが設けられ、 前記対地姿勢検出手段（１０３）は、前記ＧＰＳ姿勢デ
   ータ算出手段（１０２）にて求められる現在時刻より設
   定時間前のＧＰＳ姿勢データ、及び、前記慣性航法算出
   部（ＩＮＳ）にて求められる現在時刻での慣性航法姿勢
   データによって現在時刻での前記機体部（５）の対地姿
   勢を検出するように構成されている作業機械の姿勢制御
   装置。
2. 【請求項２】 前記ＧＰＳ受信手段（１７ａ）が、設定
   距離を隔てた状態で複数設けられ、 前記ＧＰＳ姿勢データ算出手段（１０２）が、前記複数
   のＧＰＳ受信手段（１７ａ）夫々に対応して求めた二重
   位相差情報に基づいて、前記機体部（５）の対地高さと
   対地傾きとを前記ＧＰＳ姿勢データとして求め、 前記対地姿勢検出手段（１０３）は、前記機体部（５）
   の対地姿勢として対地高さと対地傾きとを検出するよう
   に構成され、 前記対機体姿勢検出手段（１０５）は、前記作業部
   （６，６０）の対機体姿勢として前記機体部（５）に対
   する昇降位置と傾きとを検出するように構成され、 前記姿勢変更手段（１０４）は、前記作業部（６，６
   ０）の前記機体部（５）に対する昇降位置と傾きとを変
   更するように構成され、 前記姿勢制御手段（１０１）は、前記機体部（５）の対
   地高さ及び前記作業部（６，６０）の前記機体部（５）
   に対する昇降位置の両検出情報に基づいて、前記作業部
   （６，６０）が設定対地高さになるように前記姿勢変更
   手段（１０４）を作動させ、且つ、前記機体部（５）の
   対地傾き及び前記作業部（６，６０）の前記機体部
   （５）に対する傾きの両検出情報に基づいて、前記作業
   部（６，６０）が設定対地傾斜状態になるように前記姿
   勢変更手段（１０４）を作動させるように構成されてい
   る請求項１記載の作業機械の姿勢制御装置。
3. 【請求項３】 前記作業部（６，６０）が、前記機体部
   （５）に対して着脱自在な複数種類の異なる作業部
   （６，６０）にて構成されている請求項１又は２記載の
   作業機械の姿勢制御装置。
4. 【請求項４】 前記作業機械が、所定範囲の作業地内を
   予定走行経路に沿って走行するように構成され、 前記対機体姿勢検出手段（１０５）及び前記対地姿勢検
   出手段（１０３）は、前記作業部（６，６０）の平面視
   における位置を検出するように構成され、 前記姿勢変更手段（１０４）は、前記作業部（６，６
   ０）の平面視における位置を変更するように構成され、 前記姿勢制御手段（１０１）は、前記作業部（６，６
   ０）の平面視での位置情報に基づいて、前記作業部
   （６，６０）が前記予定走行経路における適正作業箇所
   に位置するように前記姿勢変更手段（１０４）を作動さ
   せるように構成されている請求項１、２又は３記載の作
   業機械の姿勢制御装置。
5. 【請求項５】 前記作業部（６，６０）の平面視におけ
   る位置情報に基づいて、前記作業機械が前記予定走行経
   路に沿って自動走行するように操向制御する走行制御手
   段（１００）が設けられている請求項４記載の作業機械
   の姿勢制御装置。