JPS63153605A - 自動走行作業車の操向制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ 本発明は、作業行程の長さ方向に沿って設定された基準
走行ラインに対する車体の向きのずれを検出する車体向
き検出手段、及び、前記基準走行ラインに対する車体横
幅方向の位置のずれを検出する位置ずれ検出手段を設け
、前記車体向き検出手段及び位置ずれ検出手段夫々の検
出情報に基づいて、前記車体が前記基準走行ラインに沿
って自動的に走行するように操向輪を自動的に操向操作
する操向制御手段を設けてある自動走行作業車の操向制
御装置に関する。

〔従来の技術〕

上記この種の自動走行作業車の操向制御装置においては
、作業車が作業行程に沿って自動的に直進するように、
基準走行ラインに対する車体向きのずれと横幅方向の位
置のずれの両方を検出し、それら向きと位置のずれの両
方が零となるように、検出された向き及び位置のずれに
基づいて操向輪の目標ステアリング角度を決定すること
となる。

ところで、従来では、上記目標ステアリング角度を決定
するに、操向輪の操向状態つまり現在のステアリング角
度がどのようになっているかは考慮されていいなかった
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記従来構成においては、操向輪の現在
のステアリング状態を考慮することなく、操向操作する
ように構成してあったので、例えば、走行地面状態が悪
い作業地を走行させるような場合、スリップ等によって
車体がその場旋回したり横滑りを発生し易い状態で走行
することとなり、現在のステアリング角度が、検出され
た向きや位置のずれの方向とは異なる方向に向いた状態
で基準走行ラインからずれることがある。

例えば、第３図に示すように、基準走行ライン（Ｌ）に
対して車体（Ｖ）が左側に位置する状態にずれ、目、つ
、車体向きが左方向にずれ、そして、操向輪（１Ｆ）の
現在の向き（図中、実線で示す）がずれ方向と同じ左方
向に向いているような場合、車体（ν）を基準走行ライ
ン（ｌ、）に対して迅速に復帰させるためには、操向輪
（１Ｆ）を大きく右方向に向き変更する必要がある。一
方、車体（Ｖ）が基準走行ライン（Ｌ）に対して上記左
方向にずれた状態と同一状態にあっても、図中破線で示
すように、操向輪（１Ｆ）の現在の向きが、右方向に向
いている状態にある場合は、その現在のステアリング角
度を維持した状態で操向操作したほうが、基準走行ライ
ン（Ｌ）に対して迅速に復帰できるものとなる。

つまり、基準走行ラインに対する車体向きや横幅方向の
位置のずれだけに基づいて操向制御するだけでは、操向
輪の操向状態によっては基準走行ラインに沿った状態へ
の復帰が遅れる虞れがあった。

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、操向輪の現在のステアリング角度をも考慮し
て操向操作することにより、基準走行ラインに沿った状
態への復帰を迅速に行えるようにすることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明による自動走行作業車の操向制御装置の特徴構成
は、前記操向輪の現在のステアリング角度を検出するス
テアリング角度検出手段を設けると共に、前記操向制御
手段を、前記基準走行ラインに対する車体向きの偏差、
前記基準走行ラインに対する車体横幅方向の位置の偏差
、及び、前記現在のステアリング角度の夫々に基づいて
、前記操向輪に対する目標操向量を決定すべ（構成して
ある点にあり、その作用並びに効果は以下の通りである
。

〔作　用〕

すなわち、基準走行ラインに対する車体向きの偏差と横
幅方向の位置の偏差に加えて、操向輪の現在のステアリ
ング角度の状態をも考慮して、操向輪の目標ステアリン
グ角度を決定するのである。

〔発明の効果〕

従って、作業車の基準走行ラインに対する車体向き及び
横幅方向の位置の偏差に加えて、操向輪の現在のステア
リング角度の情報をも用いるので、基準走行ラインに対
する車体のずれの状態のみならず、現在のステアリング
角度つまり操向輪の基準走行ラインに対する向き及びそ
の量に応じた目標操向量を設定できる。つまり、基準走
行ラインに対する車体のずれ状態のみならず操向輪のず
れの状態をも考慮して操向操作できるものとなり、もっ
て、基単走行ラインへの復帰を迅速に行えるに至った。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第５図及び第６図に示すように、操向輪としての左右一
対の前輪（１Ｆ）及び駆動軸としての左右一対の後輪（
ＩＲ）を備えた車体（ｖ）の、後部に、植え付は装置（
２）を昇降自在に取り付けて、田植え用の作業車を構成
すると共に、車体上部に、後述するビーム光投射手段（
Ｂ）から投射される誘導用ビーム光（Ａ）を受光する光
センサ（Ｓ）を、その受光面が車体前方側を向く状態と
車体後方側を向く状態とに切り換え自在な状態で設けて
ある。

つまり、前記誘導用ビーム光（Ａ）の投射方向を、基準
走行ライン（Ｌ）として設定すると共に、前記光センサ
（Ｓ）の受光情報に基づいて、前記基準走行ラインくい
に対する車体（Ｖ）の向き及び横幅方向のずれを検出す
るようにしてある。

前記光センサ（Ｓ）の構成について説明すれば、第５図
及び第６図に示すように、一対の光センサ（Ｓｌ）、（
ＳＺ）を、それらの受光面が前記ビーム光（八）を同時
に受光できるように、上下方向に間隔を隔てて位置し、
且つ、車体前後方向に間隔を隔てて位置する状態で設け
てある。

そして、前記光センサ（Ｓ）を、車体横倒外方に向かっ
て延出されたアーム（３）の先端部に取り付けたセンサ
支持部材（４）に、縦軸芯（Ｙ）周りで１Ｆ逆回転自在
に枢支すると共に、前記光センサ（Ｓ）を前記縦軸芯（
Ｙ）周りに正逆回転駆動する減速機付き電動モータ（Ｍ
）を設けてあり、もって、前記一対の光センサ（Ｓｌ）
、　（Ｓ２）夫々の受光面が車体前方側を向く状態と車
体後方側を向く状態とに切り換え自在に構成してある。

但し、前記光センサ（Ｓ）の受光面が車体前方側を向く
状態及び車体後方側を向く状態の何れの状態においても
、誘導用ビーム光（＾）を受光できるように、且つ、前
記植え付は装置（２）や搭乗している作業者によってビ
ーム光（Ａ）が遮られることがないようにするために、
前記アーム（３）を、車体に対して斜め上方で且つ車体
外方側に向けて延出してある。

そして、第７図に示すように、車体の進行方向が反転し
ても、互いに隣接する２つの作業行程を１往復する間は
、ビーム光投射手段（Ｂ）を移動させることなく前記ビ
ーム光（Ａ）を受光できるように、前記ビーム光（Ａ）
の投射方向の位置及び前記光センサ（Ｓ）の横幅方向に
おけるセンサ中心つまり前記縦軸芯（Ｙ）の位置が、車
体に対して最も未植え側に位置する植え付は苗列に対し
て、車体横幅方向の植え付は間隔の略半分に相当する距
離分を未植え側に突出した位置となるようにしてある。

前記一対の光センサ（Ｓｌ）　、　（ＳＺ）の構成につ
いて説明すれば、夫々同一構成になるものであって、複
数個の受光素子（Ｄ）を車体横幅方向に向けて並べて設
けると共に、車体横幅方向の中心に位置する受光素子（
Ｄｏ）の位置を基準位置として、このセンサ中心に位置
する受光素子（Ｄｏ）が前記ビーム光（Ａ）を受光する
状態を、前記基準走行ライン（Ｌ）に対する車体横幅方
向のずれが無い状態として判別し、且つ、前記一対の光
センサ（Ｓｌ）、（ＳＺ）の受光位置が前後で同一の場
合を、前記基準走行ライン（Ｌ）に対する車体向きのず
れが無い状態と判別するようにしてある。

つまり、後述の如く、前記センサ中心に位置する受光素
子（Ｄｏ）に対して左右に位置する何れの受光素子がビ
ーム光（＾）を受光するかに基づいて、前記基（Ｖ走行
ライン（Ｌ）に対する車体の向き及び横幅方向大々のず
れを定量的に検出できるように構成してある。

前記作業車（Ｖ）の構成について説明すれば、第１図に
示すように、前記前輪（１Ｆ）を向き変更する操向用モ
ータ（７）を設けると共に、前後進切り換え自在で且つ
前進変速並びに後進変速自在な油圧式無段変速装置（８
）を、エンジン（Ｅ）に連動連結し、そして、搭乗操縦
用の変速ペダル（９）及び自動走行用の変速モータ（１
０）を、その何れによっても変速操作自在に、前記変速
装置（８）の変速アーム（１１）に連動連結してある。

又、搭乗操縦用のステアリングハンドル（Ｈ）を設けて
ある。゛ 又、前記一対の前輪（１Ｆ）の現在のステアリング角度
（θ）を検出するステアリング角度検出手段としてのス
テアリング角度検出用ポテンショメータ（Ｒ１）を設け
ると共に、前記変速アーム（１１）の位置つまり変速位
置を検出する変速位置検出用ポテンショメータ（Ｒ２）
を設けてある。

そして、それらポテンショメータ（Ｒｏ、　（Ｒ２）に
よる検出信号、及び、前記前後一対の光センサ（Ｓｌ）
、（ＳＺ）の受光位置情報の夫々を、車体向き検出手段
（１００）、位置ずれ検出手段（１０１）、及び、操向
制御手段（１０２）の夫々を構成する制御装置（１２）
に入力してある。尚、第１図中、（Ｒｏ）は前記ステア
リングハンドル（Ｈ）の操作位置つまり搭乗操縦時にお
ける目標ステアリング位置を検出するポテンショメータ
、（１３）は前記作業車（Ｖ）が作業行程の終端部であ
る畦に対して設定距離内に接近するに伴って検出作動す
る超音波センサであって、前記車体（Ｖ）が作業行程の
終端部に達したことを検出して、自動的に次の作業行程
の始端部側に向けて方向転換させるためのターン制御を
起動する制御情報を得るようにしてある。

つまり、自動走行時には、後述の如く、前記一対の光セ
ンサ（Ｓｌ）、（ＳＺ）の受光位置情報及び前記前輪用
のステアリング位置検出用ポテンショメータ（Ｒ１）の
検出情報に基づいて、前記操向用モータ（７）の作動を
制御すると共に、予め設定された走行制御情報及び前記
超音波センサ（１３）の検出情報に基づいて前記変速モ
ータ（１０）の作動を制御して、車体（Ｖ）が設定速度
で、且つ、前記誘導用ビーム光（Ａ）に沿って自動走行
すると共に、一つの作業行程の終端部に達するに伴って
、自動的に１８０度方向転換させるように構成してある
。

但し、車体移動時等において、人為的に操縦する場合は
、前記ステアリングハンドル（ｉ＋）による目標ステア
リング角度と前記ステアフグ角度検出用ポテンショメー
タ（Ｒ１）にて検出される現在のステアリング角度（θ
）とが一致するように操向すると共に、前記変速ペダル
（９）にて変速アーム（１１）を直接操作することとな
る。

次に、前記誘導用のビーム光（Ａ）を、前記一対の光セ
ンサ（Ｓｌ）、　（ＳＺ）に向けて投射するビーム光投
射手段（Ｂ）の構成について説明する。

第６図及び第７図に示すように、前記車体（Ｖ）を往復
走行させる作業行程の一方の始端部側に、レーザ光を上
下方向に所定角度で走査することにより前記誘導用ビー
ム光（Ａ）を前記車体（Ｖ）側の前記一対の光センサ（
Ｓｌ）、（ＳＺ）に向けて投射するレーザ発光器（１４
）を設置してあり、前記誘導用ビーム光（八）にて基準
走行ライン（Ｌ）が形成さ゛れるようにしてある。但し
、本実施例では、前記作業車（いを前記各作業行程の両
端部において１８０度方向転換させながら往復走行させ
るために、前記レーザ発光器（１４）を、それから投射
されるビーム光（Ａ）の方向が作業行程の長さ方向に平
行する方向となる状態で前記植え付は装置（２）の作業
幅分を横方向に移動できるように、前記植え付は装置（
２）の作業幅分を隔てて設けてある設置台（１５）上に
設置してある。

そして、前記作業車（Ｖ）が各作業行程の終端部に達す
るに伴って、自動的に１８０度方向転換させると共に、
０１１記レ一ザ発光器（１４）を、一作業行程おきに順
次作業幅分を車体横幅方向に移動させることにより、所
定範囲の圃場における植え付は作業を自動的に行いなが
ら自動走行させるようにしてある。

次に、各部の構成について詳述する。

前記車体向き検出手段（１００）、及び、位置すれ検出
手段（１０１）の構成について説明すれば、第８図に示
すように、前記一対の光センサ（Ｓ　、　）　。

（ＳＺ）夫々のセンサ中心に位置する受光素子（００）
の位置に対する各受光位置（Ｘｌ）、（Ｘ２）と前記一
対の光センサ（ｓ＋）　、　（Ｓｚ）の前後方向におけ
る取り付は間隔＜１）とに基づいて、下記（１）式によ
り虫体向きの偏差（ψ）を、且つ、下記（１１）式によ
り横幅方向の位置の偏差（χ）を、夫々求めるようにし
てある。

但し、上記（ｉ）、（＊ｉ）式において、前記受光位置
（Ｘ、Ｌ　（Ｘ２）が前記センサ中心に位置する受光素
子（Ｄｏ）の位置に対して右側にずれている場合には正
の値として、且つ、左側にずれている場合には負の値と
して演算するようにしてある。

つまり、前記一対の光センサ（Ｓｌ）、（Ｓりの受光位
置（Ｘｌ）、（Ｘｚ）が前記センサ中心の受光素子（Ｄ
ｏ）の位置に対して左右反対側にあり且つその値の絶対
値が同一の場合には、横幅方向の位置の偏差（χ）は無
いが、向きの偏差（ψ）があると判別できる。

一方、前記一対の光センサ（ｓ＋）　、　（ｓｚ）の受
光位置（Ｘ、）、（Ｘ２）が同一方向で且つその値が同
一である場合は、向きの偏差（ψ）が零で位置の偏差（
χ）のみがあると判別できる。

又、前記一対の光センサ（Ｓｌ）、（Ｓｔ）の受光位置
（Ｘｔ）、　（Ｘｚ）が異なる場合は、向きのずれ（ψ
）と位置のずれ（χ）の両方があると判別できる。

そして、操向制御手段（１０２）を、前記ステアリング
位置検出用ポテンショメータ（Ｒｏ）による現在のステ
アリング角度（θ）及び前記（ｉ）、（ｉｉ）式にて求
められた前記誘導用ビーム光（Ａ）の投射方向に対する
車体向きの偏差（ψ）及び位置の偏差（χ）に基づいて
、目標操向量つまり目標ステアリング角度（δ）度を決
定するように構成してある。

すなわち、第２図に示すように、前記目標ステアリング
角度（δ）が、前記両偏差（ψ）、（χ）及び現在のス
テアリング角度（θ）の大きさとその向きに応じた角度
となるように、制御系がフィードバックループを形成す
るように予めモデル化して実験し、そして、そのフィー
ドバックループ内における各制御ゲイン（Ｇ＋）、　（
Ｇｚ）　。

（Ｋ／Ｓ）、及び、それに対する帰還量（α１）、（α
２）。

（α、）の夫々を適正化することにより、下記（ｉｉｉ
　）式に、検出された向きの偏差（ψ）、位置の偏差（
χ）、及び現在のステアリング角度（θ）の夫々を代入
することにより、操向輪としての前記前輪（１Ｆ）に対
する目標ステアリング角度（δ）を決定するようにして
ある。

θ＝α、・χ＋α２・ψ＋α３・θ　・・・・・・（ｉ
ｉｉ　）但し、第２図中において、（Ｇ１）は、前記操
向用モータ（７）等の前記前輪（１Ｆ）のステアリング
操作系における一次遅れ要素を、（Ｇ２）は、車体向き
変化に対する積分要素を、そして、（Ｋ／Ｓ）は、位置
ずれ変化に対する積分要素を、夫々モデル化して示した
ものである。

又、本実施例では、上記（ｉｉｉ　）式における前記各
帰還量（α１）、（α２）、（α３）を、下記に示す値
に夫々設定してある。

α、　＝　−５，４８ αｚ＝−ｔ、６７ α、Ｉ＝−０．３７１ つまり、第３図に示すように、前記各偏差（ψ）、（χ
）及び現在のステアリング角度（θ）が大きい場合は大
角度でステアリング操作されるように、且つ、前記各偏
差（ψ）、（χ）及び現在のステアリング角度（θ）が
小さくなるに伴って小角度でステアリング操作するよう
にしてあり、前記基準走行ライン（Ｌ）に沿った状態へ
の復帰が、ずれや現在のステアリング角度（θ）の大小
に拘らず速やかに、且つ、オーバージュートスることな
く収束させることができるのである。

次に、第４図に示すフローチャートに基づいて、前記制
御装置（１２）の動作を説明する。

すなわち、操向制御が起動されるに伴って、前記超音波
センサ（１３）が畦を検出作動したか否かを判別する。

前記超音波センサ（１３）が検出作動していない場合は
、前記一対の光センサ（Ｓｌ）、（ＳＺ）による受光位
置情報に基づいて、前述の如く、前記ビーム光（Ａ）の
投射方向に対する車体の向きの偏差（ψ）及び横幅方向
の位置の偏差（χ）を求めると共に、両偏差（ψ）、（
χ）及び現在のステアリング角度（θ）に基づいて、目
標ステアリング角度（／９）を設定しながら、前記一対
の光センサ（Ｓｌ）、　（ＳＺ）夫々のセンサ中心に位
置する受光素子（Ｄｏ）の両方が前記ビーム光（Ａ）を
同時に受光する状態を維持するように、操向制御するこ
ととなる。

一方、前記超音波センサ（１３）が畦を検出作動するに
伴って、前記前輪（１Ｆ）を設定時間の間、最大角度で
ステアリング操作することにより、次の作業行程の方向
に１８０度方向転換させる。

そして、方向転換が終了するに伴って、前記一対の光セ
ンサ（Ｓ＋）、（Ｓりの受光面の方向を、車体前後に切
り換えるべく、前記センサ回転用の電動モータ（Ｍ）を
駆動する。

前記一対の光センサ（Ｓ＋）、（ＳＺ）がその受光面の
方向を１８０度逆転された後において、前記ビーム光（
Ａ）を受光するに伴って、前述した操向制御を再開する
ことにより、次の作業行程に対する植え付は作業を再開
することとなる。

但し、互いに平行して隣接する２つの作業行程を１往復
する毎に、車体向きが元の走行方向と同一方向を向く状
態に復帰することとなり、その結果、前記光センサ（Ｓ
）が、前記ビーム光（八）の投射方向に対して前記植え
付は装置（２）の作業幅分を未植え付は方向に移動した
位置に移動するので、前記ビーム光投射手段（Ｂ）を、
作業車（Ｖ）が１往復する毎に、作業幅分を作業行程に
対して直交する方向に移動させることとなる。

〔別実施例〕

上記実施例では、上記（ｉｉｉ　）式に基づいて、目標
ステアリング角度（δ）を求めるに、車体向きの偏差（
χ）、位置の偏差（ψ）、及び、現在のステアリング角
度（θ）の夫々に対する各帰還量（α１）、（α２）、
（α３）を、夫々定数として設定した場合を例示したが
、例えば、走行速度に応じた値として、予めテーブル化
して記憶させておき、走行速度に応じて変更するように
してもよい。又、各偏差（χ）、（ψ）及び現在のステ
アリング角度（θ）に対する目標ステアリング角度（δ
）の値をも予めテーブル化しておき、各偏差（χ）、（
ψ）及び現在のステアリング角度（θ）に応じて目標ス
テアリング角度（δ）を直接的に設定できるようにして
もよい。

又、上記実施例では、操向制御手段（１０２）を、前輪
（１Ｆ）のみを操向する２輪ステアリング形弐にて操向
操作するように構成したが、例えば、前記前後輪（１Ｆ
）　、　（ＩＲ）の何れをも各別に操向操作自在に構成
して、車体向きを前後輪（１Ｆ）　、　（ＩＲ）を逆方
向に向けて向き変更する４輪ステアリング形式で修正し
、横幅方向の位置のずれを前後輪（１Ｆ）　、　（ＩＲ
）を同一方向に向けて向き変更する平行ステアリング形
式で修正するように、ステアリング形式を切り換えて操
向するように構成してもよい。又、例えば、向きと位置
の両方を同時に修正するように、前後輪（１Ｆ）　、　
（ＩＲ）のステアリング角度に差を付けて操向操作する
ように構成してもよく、操向制御手段（１０２）の具体
構成は各種変更できる。

又、上記実施例では、−・つの作業行程を終了すると自
動的に方向転換させるようにした場合を例示したが、人
為的な操向操作で、方向転換させるようにしてもよい。

又、例えば、作業車を無線操縦等によって遠隔操縦でき
るように構成し、車体移動時や、方向転換時における操
縦を、遠隔操作できるようにしてもよい。

又、上記実施例では、作業車を田植え用の作業車に構成
した場合を例示したが、本発明は、各種の作業車に適用
できるものであって、各部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た
めに符号を記すが、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自動走行作業車の操向側゛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
は制御系のモデル図、第３図は基準走行ラインに対する
車体位置の説明図、第４図は制御装置の動作を示すフロ
ーチャート、第５図は作業車の背面図、第６図は同側面
図、第７図は誘導用ビーム光と光センサの位置関係を示
す概略平面図、第８図は誘導用ビーム光に対する光セン
サの受光位置の説明図である。 （Ｌ）・・・・・・基準走行ライン、　（Ｖ）・・・・
・・車体、（１Ｆ）・・・・・・操向輪、（ψ）・・・
・・・車体向きの偏差、（χ）・・・・・・車体横幅方
向の偏差、（θ）・・・・・・現在のステアリング角度
、（δ）・・・・・・目標操向量、（Ｒ１）・・・・・
・ステアリング角度検出手段、（１００）・・・・・・
車体向き検出手段、（１０１）・・・・・・位置ずれ検
出手段、（１０２）・・・・・・操向制御手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 作業行程の長さ方向に沿って設定された基準走行ライン
   （Ｌ）に対する車体（Ｖ）の向きのずれを検出する車体
   向き検出手段（１００）、及び、前記基準走行ライン（
   Ｌ）に対する車体横幅方向の位置のずれを検出する位置
   ずれ検出手段（１０１）を設け、前記車体向き検出手段
   （１００）及び位置ずれ検出手段（１０１）夫々の検出
   情報に基づいて、前記車体（Ｖ）が前記基準走行ライン
   （Ｌ）に沿って自動的に走行するように操向輪（１Ｆ）
   を自動的に操向操作する操向制御手段（１０２）を設け
   てある自動走行作業車の操向制御装置であって、前記操
   向輪（１Ｆ）の現在のステアリング角度（θ）を検出す
   るステアリング角度検出手段（Ｒ＿１）を設けると共に
   、前記操向制御手段（１０２）を、前記基準走行ライン
   （Ｌ）に対する車体向きの偏差（ψ）、前記基準走行ラ
   イン（Ｌ）に対する車体横幅方向の位置の偏差（χ）、
   及び、前記現在のステアリング角度（θ）の夫々に基づ
   いて、前記操向輪（１Ｆ）に対する目標操向量（θ）を
   決定すべく構成してある自動走行作業車の操向制御装置
   。