JPH1194517A - レーザ光による作業車両位置検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザ光による耕深制御装置を利用し、安価
な費用で作業車両の位置を正確に検出する。 【解決手段】 水平方向に一定速度で回転する投光器１
７からレーザ光を放射し、作業車両若しくは作業機に装
着した受光器１４にて該レーザ光を受光する。受光器の
スタート位置Ｓは予め測定してあり、受光器がＳ位置か
らＭ位置に移動したとすれば、投光器の設置位置Ｏと受
光器のスタート位置Ｓとの距離ａと、移動距離検出手段
にて検出された受光器の移動距離ｂと、レーザ光を受光
する間隔の変化により検出された受光器の移動方向及び
移動角度θとから、投光器の設置位置Ｏと受光器の移動
位置Ｍまでの距離ｃが検出されて、作業機の現在位置が
算出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はレーザ光による作業
車両位置検出方法に関するものであり、特に、レーザ光
に対する作業機の絶対高さを検出できるように構成した
作業車両に於ける作業車両位置検出方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
作業車両の位置を検出するには、人工衛星からの電波を
受信して現在位置を検出するＧＰＳを使用する方法が知
られているが、測定誤差を小さくするためには高性能の
機器が必要であり、極めてコスト高になる。

【０００３】一方、トラクタ等の農耕用の作業車両では
圃場を耕耘する際に、レーザ光を放射する投光器を所定
位置に設置するとともに、作業車両若しくは作業機にレ
ーザ光を受光する受光器を設けておき、前記レーザ光に
対する作業機の絶対高さを検出して、作業機の耕深制御
を行うようにした作業車両も知られている。レーザ光に
よる耕深制御装置は比較的安価に製作することができ
る。

【０００４】そこで、レーザ光による耕深制御装置を利
用し、安価な費用で作業車両の位置を正確に検出するた
めに解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発
明はこの課題を解決することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために提案されたものであり、作業現場の所定位置
に、水平方向若しくは任意の傾斜方向に一定速度で回転
しながらレーザ光を放射する投光器を設置するととも
に、作業車両若しくは作業機にレーザ光を受光する受光
器を設けて、レーザ光に対する作業機の絶対高さを検出
できるように構成した作業車両に於いて、予め測定して
ある作業車両のスタート位置を記憶する手段と、作業車
両の移動距離を検出する手段と、レーザ光を受光する間
隔から作業車両の移動方向及び移動角度を検出する手段
とを設け、これらの検出結果から作業車両の現在位置を
算出するレーザ光による作業車両位置検出方法を提供す
るものである。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に従って詳述する。図１は作業車両の一例としてクロー
ラ式のトラクタ１０を示し、該トラクタ１０の後部にリ
ンク機構１１を介してロータリ作業機１２が連結されて
いる。ロータリ作業機１２にはセンサマスト１３が昇降
自在に取り付けられており、その先端にレーザ光の受光
器１４を装着してある。

【０００７】一方、圃場の畦畔１５にスタンド１６を設
置し、その上部にレーザの投光器１７が装着されてい
る。該投光器１７にはレーザ発光装置と回転装置が内蔵
されており、水平方向若しくは任意の傾斜方向に一定速
度で回転しながらレーザ光が放射され、このレーザ光を
前記受光器１４で受光し、レーザ光に対するロータリ作
業機１２の絶対高さを検出して、ロータリ作業機１２の
耕深制御を行うように構成されている。

【０００８】次に、このレーザ光による耕深制御装置を
利用して作業車両位置を検出する方法を説明する。図２
は作業車両位置検出方法の概略を示すブロック図であ
り、前記投光器１７から放射されたレーザ光は受光器１
４にて受光され、受光信号はコントローラ１８へ入力さ
れる。コントローラ１８には、作業車両の移動方向及び
移動角度検出手段１９と、作業車両の移動距離検出手段
２０と、作業車両の形状寸法やスタート位置等を記憶す
る記憶手段２１と、各検出値及び記憶値に基づいて作業
車両の現在位置を算出する位置算出手段２２が設けられ
ている。

【０００９】尚、受光器１４には前後左右の複数の方向
に受光素子２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ…が設けら
れており、投光器１７から放射されたレーザ光をどの受
光素子で受光したかを識別することにより、後述するよ
うに、トラクタ１０が投光器１７に接近しているか或い
は離反しているかを判別する。また、詳細な説明は省略
するが、受光素子の上下方向のどの位置でレーザ光を受
光したかによって作業機の絶対高さを検出し、前記リン
ク装置１１の油圧シリンダを調整して、ロータリ作業機
１２の耕深制御を行う。

【００１０】本実施の形態では、前記投光器１７は反時
計回りに６００rpm で回転しながら、水平方向へレーザ
光を放射している。即ち、投光器１７が１００msecで一
回転するので、トラクタ１０が停止しているときは、受
光器１４では１００msec周期でレーザ光を受光する。ま
た、レーザ光の放射方向は１msecで３．６度ずつ変化し
（１度当たり０．２７８msec）、トラクタ１０が投光器
１７の回転方向と同一方向へ移動したときはレーザ光の
受光周期が上記割合で長くなり、トラクタ１０が反対方
向へ移動したときは受光周期が上記割合で短くなる。

【００１１】前記移動方向及び移動角度検出手段１９で
は、レーザ光を受光する間隔即ち受光周期をタイマ回路
等で測定し、投光器１７に対する受光器１４の移動状態
を判定する。例えば、図３（ａ）に示すように、レーザ
光の受光周期が１００msecから１０５msecに変化したと
きは、受光器１４が投光器１７の回転と同一方向（投光
器１７に対して反時計回り方向）へ１８度移動したもの
と判定できる。また、図３（ｂ）に示すように、受光周
期が１００msecから９５msecに変化したときは、受光器
１４が投光器１７の回転と反対方向へ１８度移動したも
のと判定できる。このように、投光器１７に対する受光
器１４の移動状態、即ち、投光器１７に対するトラクタ
１０の移動方向及び移動角度がリアルタイムで検出され
る。

【００１２】一方、移動距離検出手段２０では、車輪や
クローラの回転数をカウンタ等で測定し、トラクタ１０
の移動距離を検出する。また、作業開始時の投光器１７
から受光器１４までの距離、即ち、トラクタ１０のスタ
ート位置を予め測定してコントローラ１８へ入力し、ト
ラクタ１０の車体形状データや受光器１４との相対位置
データ等とともに、スタート位置データがメモリ等の記
憶手段２１に記憶される。そして、位置算出手段２２で
は、前記各検出値及び記憶値に基づいてトラクタ１０の
現在位置を算出し、作業車両位置として外部へ出力す
る。

【００１３】図４はレーザ光の投光器１７とトラクタ１
０の位置（実際には受光器１４の位置）を平面的に示し
たものであり、投光器１７の設置位置Ｏと、トラクタ１
０のスタート時に於ける受光器１４の位置Ｓとの距離ａ
は、予め測定されて記憶手段２１に記憶されている。い
ま、トラクタ１０がスタート位置から移動して、受光器
１４がＳ位置からＭ位置に至ったとすれば、レーザ光の
受光周期の変化により、前記移動方向及び移動角度検出
手段１９にて、受光器１４が投光器１７の回転と同一方
向（投光器１７に対して反時計回り）へ移動し、且つ、
投光器１７に対する移動角度がθであることが検出され
る。これと同時に、移動距離検出手段２０にて、トラク
タ１０の移動距離即ち受光器１４の移動距離ｂが検出さ
れる。

【００１４】ここで、前記投光器１７の設置位置Ｏと受
光器１４のスタート位置Ｓと受光器１４の移動位置Ｍと
で三角形ＯＳＭが形成されるが、ＯＳ間の距離ａ、ＳＭ
間の距離ｂ、ＯＭ管の距離ｃ、ＯＳとＯＭとの角度θに
は次式に示すような関係がある。

【００１５】

【数１】

【００１６】尚、ｃには２つの根があるため、図５に示
すように、受光器１４の移動位置はＭ₁ とＭ₂ の２箇所
が考えられる。このため、後述するように、受光器１４
の前後左右の複数方向に受光素子を設けておき、受光器
１４のどの位置にレーザ光が当たっているかにより、ト
ラクタ１０がどちらの方向へ進んだかを判別して、受光
器１４の移動位置がＭ₁ であるかＭ₂ であるかを選択す
る。

【００１７】図６は前記受光器１４を示し、該受光器１
４の側部周面には複数の方向に受光素子が設けられてい
る。本実施の形態では、トラクタ１０の前方向に受光素
子２３ａを設け、左方向に受光素子２３ｂ、後方向に受
光素子２３ｃ、右方向に受光素子２３ｄを設けてある
が、受光素子の数量や設置間隔等は特に限定すべきでは
ない。夫々の受光素子２３ａ乃至２３ｄは更に縦方向に
並設された複数の素子からなり、常に上下方向中央位置
にてレーザ光を受光するように、センサマスト１３を伸
縮して受光器１４の高さを調整し、レーザ光による耕深
制御を行っているときに、ロータリ作業機１２の高さが
変動してもレーザ光が外れないようにしている。

【００１８】図７に於いて、トラクタ１０がスタート位
置ＳからＭ₁ の方向へ移動した場合には、投光器１７が
反時計回りに回転しながら水平方向へレーザ光を放射し
ているので、前記受光器１４では先ず左側の受光素子２
３ｂがレーザ光を補足し、続いて前側の受光素子２３ａ
がレーザ光を補足する。このように、受光素子２３ａと
２３ｂとがレーザ光を受光したときは、トラクタ１０が
投光器１７に接近していると判定し、図５に示したＭ₁
を選択して受光器１４の現在位置Ｍと判断する。

【００１９】一方、図７に於いて、トラクタ１０がスタ
ート位置ＳからＭ₂ の方向へ移動した場合には、前記受
光器１４では先ず後側の受光素子２３ｃがレーザ光を補
足し、続いて左側の受光素子２３ｂがレーザ光を補足す
る。このように、受光素子２３ｂと２３ｃとがレーザ光
を受光したときは、トラクタ１０が投光器１７から離反
していると判定し、図５に示したＭ₂ を選択して受光器
１４の現在位置Ｍと判断する。

【００２０】斯くして、図４に示した受光器１４のＭ位
置が判明し、トラクタ１０の車体形状データや受光器１
４との相対位置データ等を加味することにより、トラク
タ１０の現在位置が算出される。

【００２１】ここで、当該トラクタ１０はクローラ式で
あるが、該トラクタ１０の伝動機構及び操舵機構につい
て説明する。図８は伝動機構の平面図であり、エンジン
３０の動力によりＨＳＴのメインポンプ３１，３２を駆
動し、該メインポンプ３１，３２から送られる油量に応
じて走行モータ３３，３４が回転する。左右の走行モー
タ３３，３４にはスプロケット付の駆動輪３５，３６が
組み込まれており、この駆動輪３５，３６が回転して左
右のクローラ３７，３８が駆動される。また、エンジン
３０の後部にＰＴＯ減速機４０が設けられ、該ＰＴＯ減
速機４０からＰＴＯ軸４１へ動力を分岐している。

【００２２】図９は操舵機構のブロック図であり、操舵
部には丸形のハンドル５０が設けられており、該ハンド
ル５０の操舵角はハンドル回転角センサ５１によって検
出する。また、ＨＳＴのトラニオン軸の回転角度は夫々
斜板センサ５２，５３にて検出する。一方、トラクタ１
０の走行速度は車速調節レバー５４にて設定し、該車速
調節レバー５４の操作量は車速レバーセンサ５５により
検出する。これら各センサの検出信号はコントローラ５
６へ入力され、夫々の検出値に応じてコントローラ５６
から角度調整モータ５７，５８へ制御信号を出力し、ト
ラニオン軸の回転角度を変更してＨＳＴの斜板を調整
し、走行モータ３３，３４の回転数を制御する。

【００２３】当該トラクタ１０の操舵機構について更に
説明すれば、前記車速調節レバー５４によりＨＳＴの斜
板を調整して走行モータ３３，３４を前進または後進状
態にセットし、機体を旋回すべくハンドル５０を回した
ときは、そのとき設定された速度の位置を中心にして、
左右の斜板角度が同量だけ変化する。

【００２４】図１０に於いて実線で示すように、トラク
タ１０が車速１で前進（左＋１、右＋１）しているとき
にハンドル５０を左へ回転すれば、ハンドル５０の操舵
角に応じて、例えば点線で示すように（左＋０．５、右
＋１．５）、左側のクローラ３８が速度０．５に減少す
ると同時に右側のクローラ３７が速度１．５に増加して
機体が左側へ旋回する。更に、左旋回中に車速調節レバ
ー５４を車速１．５の位置へ操作すれば、二点鎖線で示
すように、左側のクローラ３８が速度１に増加すると同
時に右側のクローラ３７が速度２に増加する。即ち、左
側の速度増加率に対して右側の速度増加率が低く、左右
の速度比が３倍の状態から２倍の状態に減少するため、
機体の旋回半径が大きくなってしまう。

【００２５】図１１は上記不具合を解決するための操舵
制御のフローチャートである。先ず、ハンドル回転角セ
ンサ５１や車速レバーセンサ５５等、各種センサの検出
信号を読み込む（ステップ１）。続いて、車速調節レバ
ー５４にて設定された車速にするため、角度調整モータ
５７，５８へ制御信号を出力して、ＨＳＴの斜板を調整
する（ステップ２）。

【００２６】ステップ３では、ハンドル５０が中立位置
であるか否かを判別し、中立位置にあるときはステップ
１へ戻る。ハンドル５０が左旋回されたときはステップ
４へ進み、ハンドルの操舵角に応じて角度調整モータ５
７，５８への制御信号を変更し、右側の走行モータ３３
を増速するとともに左側の走行モータ３４を減速する。
左旋回中に車速調節レバー５４にて車速変更操作があれ
ば、ステップ５からステップ６へ進み、右側の走行モー
タ３３の速度変化を左側の走行モータ３４の速度変化よ
り大きくして、左右の速度比が変わらないように保持す
る。或いは設定された車速が高速である場合は左側の走
行モータ３４を少し減速してもよい。

【００２７】一方、ハンドル５０が右旋回されたときは
ステップ３からステップ７へ進み、ハンドルの操舵角に
応じて角度調整モータ５７，５８への制御信号を変更
し、左側の走行モータ３４を増速するとともに右側の走
行モータ３３を減速する。右旋回中に車速調節レバー５
４にて車速変更操作があれば、ステップ８からステップ
９へ進み、左側の走行モータ３４の速度変化を右側の走
行モータ３３の速度変化より大きくして、左右の速度比
が変わらないように保持する。或いは設定された車速が
高速である場合は右側の走行モータ３３を少し減速して
もよい。

【００２８】斯くして、図１２に於いて実線で示すよう
に、トラクタ１０が車速１で前進（左＋１、右＋１）し
ているときにハンドル５０を左へ回転すれば、ハンドル
５０の操舵角に応じて、例えば点線で示すように（左＋
０．５、右＋１．５）、左側のクローラ３８が速度０．
５に減少すると同時に右側のクローラ３７が速度１．５
に増加して機体が左側へ旋回する。この時の左右の速度
比は３倍である。更に、左旋回中に車速調節レバー５４
を車速２の位置へ操作したときは、コントローラ５６か
らの制御信号により、二点鎖線で示すように、左側のク
ローラ３８が速度１に増加すると同時に右側のクローラ
３７が速度３に増加する。即ち、左側の速度増加率より
右側の速度増加率を大きくして、左右の速度比が３倍の
状態を保持するため、旋回中に車速を調節しても機体の
旋回半径が変わることはない。

【００２９】尚、本発明は、本発明の精神を逸脱しない
限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該
改変されたものに及ぶことは当然である。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では一定速
度で回転しながらレーザ光を放射する投光器を設置し、
作業車両若しくは作業機にレーザ光を受光する受光器を
設け、予め測定してある作業車両のスタート位置を記憶
するとともに作業車両の移動距離を検出し、更に、レー
ザ光を受光する間隔から作業車両の移動方向と移動角度
を検出して現在位置を算出する。レーザ光の投光器と受
光器は、従来からあるレーザ光による耕深制御装置を利
用するため、ＧＰＳを使用する方法と比べて低コストで
あり、且つ測定誤差も小さい。

【００３１】斯くして、簡易な装置にて高精度且つ安価
に作業車両の位置を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の実施の形態を示すものである。

【図１】圃場のトラクタとレーザ光の投光器並びに受光
器の配置を示す側面図。

【図２】作業車両位置検出方法の概略を示すブロック
図。

【図３】（ａ）（ｂ）はレーザ光の受光周期の変化を示
す図。

【図４】レーザ光の投光器と受光器の移動位置を示す平
面図。

【図５】受光器の２箇所の移動位置を示す平面図。

【図６】（ａ）受光器の平面図、（ｂ）受光器の正面
図。

【図７】レーザ光を受光器のどの受光素子で受光するか
を説明する平面図。

【図８】クローラ式トラクタの伝動機構の平面図。

【図９】クローラ式トラクタの操舵機構のブロック図。

【図１０】旋回中に車速変更をしたときの左右の速度の
変化を示す図。

【図１１】クローラ式トラクタの操舵制御のフローチャ
ート。

【図１２】操舵制御の下で旋回中に車速変更をしたとき
の左右の速度の変化を示す図。

【符号の説明】

１０ トラクタ １２ ロータリ作業機 １４ 受光器 １７ 投光器 １８ コントローラ １９ 移動方向及び移動角度検出手段 ２０ 移動距離検出手段 ２１ 記憶手段 ２２ 位置検出手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 作業現場の所定位置に、水平方向若しく
   は任意の傾斜方向に一定速度で回転しながらレーザ光を
   放射する投光器を設置するとともに、作業車両若しくは
   作業機にレーザ光を受光する受光器を設けて、レーザ光
   に対する作業機の絶対高さを検出できるように構成した
   作業車両に於いて、予め測定してある作業車両のスター
   ト位置を記憶する手段と、作業車両の移動距離を検出す
   る手段と、レーザ光を受光する間隔から作業車両の移動
   方向及び移動角度を検出する手段とを設け、これらの検
   出結果から作業車両の現在位置を算出することを特徴と
   するレーザ光による作業車両位置検出方法。