JPS595B2 - 耕耘機の自動走行制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、耕耘作業中に耕耘機を未耕地と既耕地の境
界線に沿つて自動走行させる装置に関する。

本発明者らは先に、耕耘機の車体に取付けた光電センサ
により圃場の未耕地と既耕地の境界線部分を検査し、そ
の出力から境界線に対する耕耘機の位置ずれ（正しい耕
耘作業位置からのずれ量）を検出するとともに、その検
出信号に応じて耕耘機の舵取制御を行なつて、耕耘機を
境界線に沿つて正しく走行させる制御装置を開発した。

この走行制御装置の要部である走行位置検出装置は、未
耕地と既耕地とで赤外線反射レベルが相当異なることを
利用して境界線を認識するものであり、その光電センサ
による検査範囲内に未耕地と既耕地の明瞭なる境界があ
つて、初めてその境界に対する走行位置ずれが検出でき
る。

ところで実際の圃場では、光電センサによる走行位置ず
れの検出が不能となる状態が時々発生する。

この検出不能状態は、耕耘機が境界線から大きくずれた
りして、境界線がセンサの検査範囲から外れた場合に生
じる他、耕耘機が境界線に正しく沿つていても、圃場の
焼きわら跡等で光学的に境界線が不明瞭になつている場
合や、走行基準線となるべき境界線が他の耕耘跡と交差
している部分で消失している場合等にも発生する。従来
試作された装置においては、上記の検出不能状態を生じ
た場合に耕耘機の走行を停止させる制御方式と、走行停
止はさせず、自動舵取制御を解除して運転者による手動
制御に委ねる制御方式の２種類が採用されていた。

前者の制御方式は、耕耘機が暴走するようなことが絶対
にないので、安全な方式である。

しかし、上述した焼きわら跡や他の耕耘跡との交差部等
の検出不能の原因箇所が極く短区間であつても、検出不
能状態が発生する度に耕耘機が停止し、その度に始動操
作をしなければならず、実用上非常に不便である。また
、センサでは進行方向の前方を検査しているので、耕耘
終了点では耕耘を終了すべき正しい位置より手前で検査
不能状態となつて耕耘機が停止してしまい、上記と同様
な不便をきたす。後者の制御方式では、自動制御が解か
れてから運転者が意識して手動制御を開始するまでの間
に、耕耘機は検出不能状態の発生時点の車輪角で進行す
る訳だが、その時点の車輪角はどのようになつているか
分らず、多くの場合、従うべき境昇線から相当曲がつて
走行してしまい、所期の耕耘作業が行なえない。

つまり、自動匍脚が正常に行なわれてぃるとき、耕耘機
の車体は境界線と平行になつてこれに沿つて走行してい
るが、そのような状態は上記位置ずれ検出信号に応答し
て操舵車輪が左右に回動されることによつて実現されて
いる。したがつて、検出不能状態が発生したとき、操舵
車輪の角度が境界線に沿つたものとなつているとは限ら
ないのである。実際の圃場においては、直線的な境界線
に沿つて走行している状態でも、操舵車輪は常に左右に
回動されている。そこでこの発明にあつては、実際の圃
場では焼きわら跡や他の耕耘跡との交差部等による比較
的短区間の検出不能原因箇所が多いことや、通常の耕耘
作業では境界線が極端な急カーブを描くことは非常に少
ないこと、また、検出不能発生時点での操舵車輪の角度
が一定していなくても、それまでの自動制御によつて耕
耘機の車体は境界線に沿つた正しい姿勢になつているこ
とに着目し、検出不能状態が発生したとき、耕耘機を直
進させるべく操舵車輪の角度を強制的に制御するように
した。

つまり〜多くの場合、検出不能状態を生じても耕耘機を
直進させると、再び検出可能な状態となつて自動追従耕
耘が連続して行なえるのである。ただム耕耘機を直進さ
せるのがすべての場合に好都合という訳では勿論ないの
で、以下の実施例で説明するような対策を施しておけば
良い。以下、この発明の実施例を図面に基づいて詳細に
説明する。

第１図のように３つの光電センサ４Ａ，４Ｂ，４Ｃから
構成される境界線センサ本体４を、第２図のように耕耘
機５の車体側部に取付け、このセンサ本体４で僅かに斜
前方の圃場面を検査する。

各センサ４Ａ．４Ｂ，４Ｃは同じ構成であつて、筒体の
前端開口部のレンズ３の中央に取付けた赤外線発光素子
（発光ダイオード）１から圃場に向けて赤外線を照射し
、反射される赤外線をレンズ３で集光して、それぞれの
受光素子（フオトダイオード）２Ａ，２Ｂ．２Ｃで受光
するようになつている。この３つのセンサ４Ａ，４Ｂ，
４Ｃは耕耘機５の前後方向に対して横一列に配列されて
いて、耕耘機５が未，既耕地の境界線に対して正しい位
置にあるとき（つまり、境界線に沿い、先の耕耘地に隙
間も重複も生ずることなく耕耘できる位置にあるとき）
、センサ４Ａで未耕地面を検査し、センサ４Ｃで既耕地
面を検査し、中央のセンサ４Ｂで未，既耕地の境界を検
査するように、それぞれの検査視野が設定されている。
第２図のＡ，ｂ，ｃが各センサ４Ａ，４Ｂ，４Ｃの視野
を示す。圃場の赤外線反射率は、表面が比較的平らな未
耕地で高く、粗く耕起された既耕地では低い。したがつ
て、上述の正しい走行状態にては、受光素子２Ａの出力
レベルが最も大きく、受光素子２Ｃの出力レベルが最も
小さく、受光素子２Ｂの出力レベルは上記２つの出力レ
ベルの中間値となる。この状態から耕耘機５が境界線に
対して変位し、センサ４Ｂの検査視野ｂが境界線上から
多少未耕地側へ移行すると、それに応じて受光素子２Ｂ
の出力レベルが増加し、逆に既耕地側へ移行すると受光
素子２Ｂの出力レベルは減少する。このようにセンサ２
Ｂの出力から境界線に対する耕耘機５のずれ量が知れる
が、１つのセンサのみから絶対的に上記ずれ量が検出で
きる訳ではなく、センサ２Ａで未耕地を、センサ２Ｃで
既耕地を検査している状態において、その２つのセンサ
２Ａ，２Ｃの出力と中央のセンサ２Ｂの出力との比較か
ら耕耘機５のずれ量が検出できるのである。そこで、正
常な検出状態において未耕地を検査するセンサ４Ａを未
耕地センサと称し、既耕地を検査するセンサ４Ｃを既耕
地センサと称し、また中央のセンサ４Ｂを境界部センサ
と称する。第３図はこの発明に係る装置の電気的構成を
示すプロツク図である。

同図のように、各センサの赤外線発光素子１は発振器６
の出力によつて一定周期で間欠駆動され、各受光素子２
Ａ．２Ｂ，２Ｃの出力はそれぞれ同期増幅器７Ａ．７Ｂ
，７Ｃにおいて発振器６に同期して検波、増幅され、そ
れぞれバツフア増幅器８Ａ，８Ｂ，８Ｃに入力される。
また、差動増幅器９にて未耕地センサ４Ａの出力ＶＡと
境界部センサ４Ｂの出力ＶＢとの差（ＶＡ−ＶＢ）が求
められ、差動増幅器１０にて出力ＶＢと既耕地センサ４
Ｃの出力Ｖｃとの差（ＶＢ−Ｖｃ）が求められ、同じく
差動増←器１１にて差（ＶＡ−Ｖｅ）が求められる。さ
らに、差動増幅器９の出力と差動増幅器１０の出力の差
ＶＡ＋Ｖｅ−２ＶＡ）が差動増幅器１２にて演算される
。ただし、この差動増幅器１２の利得は差動増幅器１１
の出力によつて可変制御され、差（ＶＡ−Ｖｃ）が小さ
い程、差動増幅器１２の利得は大きくなり、これにより
圃場の反射レベルの変動に対して自動利得制御された出
力を得るようにしている。差動増幅器１２の出力（ＶＡ
＋■ｃ−２ＶＢ）は、未耕地センサ４Ａの出力ＶＡと既
耕地センサ４Ｃの出力ｖｃの中間値■Δ±Ｘ１と、境界
部センサ４Ｂの出力■Ｂとの差に相当するもので、この
出力が上述のように境界線に対する耕耘機５のずれ量に
なるのである。

また上記の走行位置ずれの検出装置では、上述したよう
に、未耕地センサ４Ａで未耕地を、既耕地センサ４Ｃで
既耕地を検査している状態が正常な位置検出可能な状態
であつて、未耕地センサ４Ａの検査領域が既耕地に移行
したり、あるいは既耕地センサ４Ｃの検査領域が未耕地
に移行したりして、両センサの出力の関係がＶＡ≦■ｅ
になると、これは正常な位置検出が行なえない状態であ
る。

このことを検出するのが第３図のコンパレータ１３であ
つて、ＶＡ≦■ｃになるとその出力が゛０”から゛１ゝ
に反転し、その゛１″″信号が検出不能信号となる。走
行位置ずれの検出が可能な状態であつて、コンバレータ
１３の出力が１０″５のとき、アナログゲート１４がオ
フで、アナログゲート１５がインバータ１６の出力によ
つてオンとなつている。

この状態では、上記差動増幅器１２から出力される走行
位置ずれの検出電圧Δｖが差動増幅器１７に人力される
。この差動増幅器１７の他方の入力側には矧耘機５の操
舵車輪に連動するボテンシヨメータからなる車輪角検出
器１８の出力電圧ＶＸが入力されており、両入力電圧の
差（ＶＸ−Δ■）が主制御装置１９に供給される。主制
御装置１９はマイクロコンピユータを中心に構成され、
操舵車輪を回動させる舵取用シリンダ２０の他、耕耘機
の各部の電気的制御を司る装置である。

主制御装置１９による舵取制御は、走行位置ずれの検出
電圧△Ｖと車輪角の検出電圧ＶＸの偏差（ＶＸ−△Ｖ）
の正負に応じて操舵車輪を右または左に回動させ、かつ
偏差（ＶＸ−へＶ）の絶対値が大きい程、その車輪の回
動速度を大きくするようになされる。これにより、偏差
（ＶＸ△Ｖ）が常に最小になるように操舵車輪が制御さ
れ、耕耘機５は境界線と所定の関係を保らつつ走行され
る。なお、この制御に関しては例えば特願昭５４−２７
５４６号明細書に詳細に開示されている。そこで、上述
のように走行位置ずれの検出が不能になり、コンパレー
タ１３の出力が゛１゛″になると、アナログゲート１５
がオフでアナログゲート１４がオンとなり、差動増幅器
１２の出力へＶに代つて基準電圧発生回路２１の出力電
圧Ｖｏが差動増幅器１７に入力される。

この基準電圧Ｖｏは、走行位置ずれが零の状態、すなわ
ら耕耘機５が境界線に対して正しい位置関係にある状態
にて、差動増幅器１２から出力される検出電圧と等しく
なるように予め設定されている。したがつて、主制御装
置１９による上記舵取制御が差動増幅器１１７の出力（
■Ｘ−Ｖｏ）に基づいてなされると、操舵車輪は車体と
平行になる角度に戻されて停止し、耕耘機５は直進する
。つまり、差動増幅器１７の一方の入力が連続して「位
置ずれなし」となるので、耕耘機５をその状態に保つよ
う直進させる舵取制御がなされるのである。また、コン
パレータ１３から出力される検出不能信号はタイマ−２
２にも入力され、このタイマー２２は予め設定した一定
時間以上連続して検出不能信号が人力されたとき、主制
御装置１９に対して異常信号を出力する。

主制御装置１９では上記異常信号が入力されだとき、ブ
ザーやランブ等で運転者に警報を発する動作を行なわせ
る他、この時点で従来のように走行を停止したり、ある
いは自動制御を解除する。これにより、検出不能状態が
長く続いているのに、耕耘機５を直進させたままになる
ことを防止することができる。第４図は未耕地と既耕地
のほぼ直線的な境界線４付近に焼きわら跡＠による検出
不能原因箇所がある圃場を摸式的に示している。

本発明を適用した耕耘機５にあつては、境界線（イ）に
沿つて走行し、センサ本体４の視野Ａ，ｂ，ｃが焼きわ
ら跡＠に達すると、コンパレータ１３から検出不能信号
が発せられてｔ上述のように耕耘機５は直進するように
制御され、その結果、それまで従つてきた境界線４の延
長線に沿つて走行する。境界線４がこの焼きわら跡＠付
近で大きく曲がつていなければ、センサ本体４の視野Ａ
．ｂ，ｃが暁きわら跡＠を通過したとき再び検出不能と
なり、差動増幅器１２の出力に基づいての制御に戻るの
である。実際の圃場では第４図のような状況が非常に多
いことを考えると、本発明を適用することにより自動追
従耕耘が跡絶えることなく、円滑に耕耘作業を進めるこ
とができるのである。なお上記実施例においては、第２
図に示すように各センサの視野Ａ，ｂ，ｅを横一列に並
べているが、これとは異なり、既耕地センサ４Ｃの視野
ｃを他の２つの視野Ａ，ｂより前方に設定して、耕耘終
了点にて相当手前で積極的に検出不能状態を生じせしめ
る構成もあり、これに本発明を適用すると耕耘終了点で
の制御が極めて良好となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における３つのセンサの構造例を示す断
面図、第２図は耕耘機とセ汚の視野の関係を示す平面図
、第３図は本発明の装置の電気的構成例を示すプロツク
図、第４図は本発明の効果を説明するための図である。 １・・・・・・赤外線発光素子、２Ａ，２Ｂ，２Ｃ・・
・・・・受光素子、３・・・・・・レンズ、４Ａ・・・
・・・未耕地センサ、４Ｂ・・・・・・境界部センサ、
４Ｃ・・・・・・既耕地センサ、４・・・・・・センサ
本体、５・・・・・・耕耘機、９，１０，１１，１２，
１７・・・・・・差動増幅器、１３・・・・・・コンパ
レータ、１８・・・・・・車輪角検出器、２１・・・・
・・基準電圧発生回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 未耕地と既耕地のほぼ直線的な境界線に沿つて耕耘
   機が所定の耕耘作業位置にある状態にて、未耕地の赤外
   線反射レベルを検査するよう視野が設定された未耕地セ
   ンサと、未耕地と既耕地の境界部分の赤外線反射レベル
   を検査するよう視野が設定された境界部センサと、既耕
   地の赤外線反射レベルを検査するよう視野が設定された
   既耕地センサとを耕耘機の車体に取付け、これら３つの
   センサの出力から境界線に対する耕耘機の走行位置ずれ
   を検出するとともに、その検出信号に応じて耕耘機の操
   舵車輪の角度を制御して上記走行位置ずれを補正するよ
   うに耕耘機の走行を制御する装置において、上記センサ
   の出力から上記走行位置ずれの正しい検出が不能である
   状態を判別するとともに、その検出不能状態が発生した
   とき、上記操舵車輪の角度を強制的に制御して耕耘機を
   直進させるようにしたことを特徴とする耕耘機の自動走
   行制御装置。