JP2007060982A - 作業車両の自動操縦装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明の課題は、手動操縦、自動操縦に関わらず、自動的に切り替えるようにして、従来のような切替操作の煩雑さを解消し、作業能率の向上を図ることにある。
【解決手段】 本発明は、車両（１）の進路を検出するセンサ（２１）と、該センサの検出によって車両を操向する操向アクチュエータ（２５）を備えた作業車両の自動操縦装置において、前記車両には、操向操作を検出したときには、所定時間に亘り自動操縦を停止し、手動で操縦可能とする制御手段２３を備えてあることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

この発明は、トラクタ等のような作業車両の自動操縦装置に関する。

従来、特許文献１に開示されているように、マニュアル操縦モードとアシスト操縦モードとオート操縦モードとの３つの操縦モードのうちの１つを択一的に選択切り換えするための３接点切換スイッチを備えた構成のものが知られている。
特開平５−２８４８０４号公報

上記従来技術では、各種操縦モードへの切り替え時には、切替スイッチによっていちいち切替操作しなければならず、操作が煩わしくなる問題があった。
本発明の課題は、手動操縦、自動操縦に関わらず、自動的に切り替えるようにして、上記問題点を解消し、作業能率の向上を図ることにある。

この発明は、上記課題を解決すべく次のような技術的手段を講じた。
すなわち、請求項１記載の発明は、車両（１）の進路を検出するセンサ（２１）と、該センサの検出によって車両を操向する操向アクチュエータ（２５）を備えた作業車両の自動操縦装置において、前記車両には、操向操作を検出したときには、所定時間に亘り自動操縦を停止し、手動で操縦可能とする制御手段（２３）を備えてあることを特徴とする。

車両（１）の進路を検出するセンサ（２１）が誤作動を起こして、畝又は畦から逸脱しようとしたときに、オペレータがこれを手動操作によって補正したときは、一定時間、自動が切れ、手動操作に切り替わることで、微妙な調節が可能となり、一定時間経過すると自動操縦に戻るため、戻し忘れがなくなる。

請求項２記載の発明は、車両（１）の進路を検出するセンサ（２１）と、該センサ（２１）の検出によって車両を操向する操向アクチュエータ（２５）と、対地作業機（Ｒ）を昇降する昇降アクチュエータ（１１）とを備えた作業車両の自動操縦装置において、前記車両（１）には、作業機（Ｒ）を上昇操作したときには、前記自動操向を停止し、同作業機（Ｒ）を下降したときに再度自動操向を復帰させる制御手段（２３）を設けてあることを特徴とする。

自動操向制御中において、ポジションレバー（１３）の操作により一行程の作業が終了して作業機（Ｒ）を所定位置まで上昇させると、自動操向制御が切りとなって一時的に停止し、旋回後、次行程の作業に移行するとき、作業機（Ｒ）を対地作業位置まで下降させると、自動操向制御が入りとなって自動操向制御に自動復帰する。一行程の作業終了後に作業機（Ｒ）を上昇させ、次行程の作業に移行するとき、自動制御が働いていると、誤作動が生じ易くなる。これに対して作業機上昇中は自動を切ることで、誤作動を未然に防止することができる。

以上要するに、請求項１の発明によれば、進路検出センサ（２１）の誤作動などにより、オペレータが手動により補正操作したときは、一定時間、自動が切れて手動操作に切り替わるので、微妙な調節が可能となり、一定時間経過後は必ず自動に戻るため、戻し忘れがなくなり、従来のような切換操作の煩わしさがなく、操作性並びに作業能率の向上を図ることができる。

また、請求項２の発明によれば、自動操向制御中において、一行程の作業が終了して作業機を上昇させると、自動操向制御が切りとなって一時的に停止し、作業機を下降させると、自動操向制御が入りに自動復帰する。要するに、一行程の作業終了後に作業機を上昇させ、次行程の作業に移行するとき、自動制御が働いていると、誤作動が生じ易くなるが、本発明によれば、作業機上昇中は自動を切ることで、誤作動を未然に防止することができる。

この発明の実施例を図面に基づき説明する。
図１は、作業車両の一例である乗用型トラクタを示すものであり、このトラクタ車体１前部のボンネット２内にエンジンＥを搭載し、このエンジンＥの回転動力をミッションケ−ス３内の変速装置に伝え、この変速装置で減速された回転動力を前輪４と後輪５とに伝えるようにしている。ステアリングハンドル６はこれの旋回操作によって左右の前輪４，４を操向操舵する構成としている。該ハンドル６の前側に操作ボックス７を、後方には運転席８を設置している。

前記ミッションケ−ス３の上部には油圧シリンダケ−ス９が設けられ、この油圧シリンダケ−ス９の左右両側にリフトア−ム１０を回動自在に枢着している。油圧シリンダケ−ス９内にはロ−タリ作業機Ｒを昇降させる昇降アクチュエータ１１として油圧昇降シリンダが具備されている。油圧昇降シリンダ１１内に昇降バルブ１２を介して作動油を供給するとリフトア−ム１０が上昇回動し、油圧昇降シリンダ１１内の作動油を昇降バルブ１２を介して排出するとリフトア−ム１０は下降するようになっている。１３は作業機昇降用ポジションレバ−である。前記ロ−タリ作業機Ｒは、車体に対しトップリンク１６やロアリンク１７等の三点リンク機構を介して連結され、前記リフトア−ム１０とロアリンク１７とはリフトロッド１８によって連結されている。

車体１には、車体の進路を検出するためのセンサ２１としての画像認識装置（例えば、ステレオ画像処理機構を用いて畝、畦の形状を検出する装置）が搭載されてあり、この画像認識装置２１の出力信号が制御手段２３としてのコントローラに入力されるようになっている。コントロ−ラ２３の出力側には、画像認識装置２１による進路検出結果に基づき、機体を操向操舵するための操向アクチュエータ２５として操舵装置２４を自動コントロールする操舵コントローラが接続されて自動操縦可能に設けられている。具体的には、左右の後車軸に油圧ブレーキ機構を構成し、このブレーキ機構に比例電磁バルブの通電によって圧油供給量を無段に変更制御しながら、所定の制動力を付与することによって、緩旋回から急旋回を実現できる構成としており、上記通電による電流制御を構成するものである。

画像認識装置２１に備えられたモータ２２は、機体が旋回ターン（１８０度）する時、この旋回検出結果に基づき、画像認識装置２１のカメラの向きが逆向きとなるよう該モータ２２の正逆回転により変向する構成としている。

また、前記ステアリングハンドル６には、このハンドルによる人為的操向操作を検出するステアリングセンサ２６が設けられており、この検出信号がコントローラ２３に入力されるようになっている。そして、前記コントローラ２３にはタイマー装置Ｔが具備され、前記ステアリングセンサ２６が人為的操向操作を検出したときには、前記タイマー装置Ｔにより所定時間（２〜３秒）にわたって自動操縦を停止し、手動で操縦できるように構成されている。所定時間経過後は自動操縦に自動復帰するようになっている。

また、前記コントローラ２３には、上記自動操縦時において、ポジションレバー１３によって作業機Ｒを上昇操作したときには、リフトアーム角センサ２７の作動により前記自動操向を停止（自動制御「切」とする）し、同作業機Ｒを下降したときには、リフトアーム角センサ２７の作動で再度自動操向を復帰させる（一定時間後自動「入」とする）制御手段が備えられている。

以上のように構成された自動操縦装置を備えたトラクタは、図３、図４に示す制御プログラムの概要を示すフローチャートのように自動操向制御が実行される。図３において、各種センサ等の読み込みを行いながら、自動スイッチがＯＮのときには自動操向制御が行われる。即ち、センサ２１出力を受けて機体進行方向の修正量を検知し、この検知結果に基づき電流値を設定して前記電流制御が行われ、この電流制御に基づき所定の側の後輪が制動され方向制御がなされる。ここで、ステアリングハンドル６が中立位置にあるか否かをステアリングセンサ２６をもって検出する。自動スイッチがＯＮのときの自動操向モードではステアリングハンドル６操作は不要であるから、中立を維持しているが、畦畔に障害物が存在したり雑草が繁茂するとき、オペレータはほとんど無意識的にこれを避けようとしてステアリングハンドル６を操作する。このようなときは、上記ステアリングセンサ２６が作動して中立位置でないことを検出し、コントローラ２３に出力するが、このときタイマー装置Ｔが作動し、このタイマー装置Ｔ作動期間中は自動操縦が中断し、ステアリングハンドル６の操向操舵に従うものとなる。タイマー装置Ｔの設定時間、例えば２〜３秒が経過するとタイマー装置ＴはＯＦＦして再び自動操縦モードに切り替わるものである。このタイマー装置Ｔの設定時間は予め設定されるものであり、長短に変更設定できる構成とするとよい。

また、図５に示すように、操作ボックス７の表示パネル４０には、自動制御の入り切りを表示する表示装置４１が設けられ、自動制御の入り切りを表示することで、自動制御の入れ忘れを防止することができる。すなわち、表示装置４１は点滅ランプ形態に構成され、自動制御が入りのときは該表示装置４１が点滅することによってオペレータは自動操縦モードであることを認識できる。なお、表示装置４１は表示パネル４０に構成するほか、ボンネットの前端に設けるマーカ４１ａを点滅しうる構成とし、自動制御による操縦モードのときはこれを点滅表示させることで、前方を見て作業状況を確認しながら自動操縦モードの確認をなし得る。

また、図６に示したフローチャートは、図７に示すように、トラクタの前部に設けたカメラをもつ画像認識装置２１が畝Ｕの形状を検出しながら自動操向制御するものにおいて、機体旋回時に作業機を上昇させてハンドル操作すると、画像認識装置のカメラの向きがそのハンドル操作した方向に自動的に切り替わるようにしたもので、旋回検出が右旋回の場合には、モータ２２の右回転によりカメラが左向きから右向きに切り替わり、左旋回の場合には、モータの左回転でカメラは右向きから左向きに切り替わる。このように構成すると、旋回終了毎にカメラ姿勢を変更する必要がなくなって、継続して作業を行い得て便利である。

図８及び図９に示す実施例は、トラクタの前部に圃場の上方に張り渡した綱３１を検出する方向センサ３２を機体前端の支柱３４に装着して設け、その綱３１に沿って機体の方向制御を行う構成である。かかる方向センサ３２は、前後方向の軸芯Ｑ回りに回動することによって抵抗値を変更するポテンショメータからなる角度センサ３２ａを利用している。機体が綱張りラインよりずれると、方向センサ３２は傾いて角度センサ３２ａは所定の抵抗値を検知して出力する。コントローラは、機体のずれた方向およびその程度を演算して操舵装置である後輪ブレーキ機構に制動出力する。方向修正側に向けて機体を変向すべく片側の後輪を制動するものである。方向修正され方向センサ３２が綱張りラインに復帰すると制動を中止して直線走行を行う。このように、綱張り構成で機体の直進制御を行う構成であるから、構成が簡単であり、直進を行わせる位置の把握も容易である。

また、図１０及び図１１に示す実施例では、機体の前部にカメラ付画像認識装置２１を設け、圃場の上方に張り渡した綱３１を検出して方向制御を行うようにしてある。すなわち、カメラ画像が表示装置の所定圏内にあるときには直進を維持させ、この範囲から外れるときには操舵装置である後輪ブレーキ機構に制動出力して方向修正をはかる構成である。移動の終端部には特定形状を認識すると機体を停止させるか、若しくは機体を旋回させる、停止・旋回検出手段３２を設けている。具体的には、綱の結び目を形成しておき、カメラ付画像認識装置２１との組み合わせで直進制御の終端を確認できる構成としている。綱の結び目のほか、カメラ画像で確認できるものであれば如何なるものでもよい。

上記の実施例において、自動操向制御中においては左・右の後輪ブレーキ機構をもって方向制御を行わせる操舵装置としたが、クローラ型車両に応用する場合に応用できて都合がよい。なお、操舵装置としてステアリングハンドル６を直接操作する形態でもよい。

図１２に示す実施例は、作業切り替え設定装置に関するもので、予め、目的とする作業に応じた自動制御の切り替えを、前もって入力可能なカードＣａと、該カードＣａに記憶された内容を本機コントローラ３６に入力可能な作業切替設定器３５を持つ農業機械において、作業切替設定器３５にカードＣａを差し込むと、カードの一部が設定器からはみ出すように構成し、そして、そのはみ出した部分に制御の内容を記載できるように（例えば、作業内容がプラウであれば「プラウ」と表示）構成したものである。これによれば、切り替えた内容をオペレータが簡単に目視でき、切り替え設定の間違いを防止することができる。３７は制御対象としての作動油切替用の比例電磁バルブを示すものである。

また、カードＣａは、図１３、図１４に示すように、絶縁シートＣ１、電極Ｃ２を裏、表に施して認識可能とし、二種類の作業設定が認識できるように構成している。従って、一枚のカードで二種類の切り替えを記憶可能とし設定カードの保持枚数を減らすことできる。

更に、前記カードＣａには、識別信号を設けておき、本機コントローラ３６に登録したカード以外は受け付けないように構成、つまり、予めセットされた作業者コード以外はコントローラが受け付けないように構成しておくと、例えば、型式の異なるトラクタのカードを誤って差し込んだり、コンバインなどの異なる機種に差し込んで誤作動を起こしたりするのを防止することができる。

また、カードに識別信号を設け、本機コントローラ３６には識別信号と作業時間を記憶できるように構成し、コントローラがカードの番号とカード毎の累積作業時間を記憶し、そして、これらのカード番号及び作業時間を表示パネル４０の表示部に表示するようにしておけば、作業者、作業毎の時間を簡単に認識することができる。

トラクタの側面図 自動操縦装置を示す概略説明図 フローチャート フローチャート トラクタ操縦部の平面図 フローチャート 自動操縦作業状態を示すトラクタの平面図 方向制御状態を示すトラクタの斜視図 同上要部の正面図 方向制御状態を示すトラクタの斜視図 綱を張り渡した状態を示す圃場の平面図 作業切り替え設定装置を備えた作業車両要部の説明図 カードの差し込み方向平面図 作業切替設定器とカードとの関係を示す平面図

符号の説明

１ 車両（車体）
６ ステアリングハンドル
１０ リフトアーム
１１ 昇降アクチュエータ（油圧昇降シリンダ）
１２ 昇降バルブ
１３ ポジションレバー
２１ 進路検出センサ（画像認識装置）
Ｒ ロ−タリ作業機
２３ 制御手段（コントローラ）
２４ 操舵装置
２５ 操向アクチュエータ（操舵コントローラ）
２６ ステアリングセンサ
２７ リフトアーム角センサ
Ｔ タイマー装置

Claims (2)

1. 車両（１）の進路を検出するセンサ（２１）と、該センサの検出によって車両を操向する操向アクチュエータ（２５）を備えた作業車両の自動操縦装置において、
   前記車両には、操向操作を検出したときには、所定時間に亘り自動操縦を停止し、手動で操縦可能とする制御手段（２３）を備えてあることを特徴とする作業車両の自動操縦装置。
2. 車両（１）の進路を検出するセンサ（２１）と、該センサ（２１）の検出によって車両（１）を操向する操向アクチュエータ（２５）と、対地作業機（Ｒ）を昇降する昇降アクチュエータ（１１）とを備えた作業車両の自動操縦装置において、
   前記車両（１）には、作業機（Ｒ）を上昇操作したときには、前記自動操向を停止し、同作業機（Ｒ）を下降したときに再度自動操向を復帰させる制御手段（２３）を設けてあることを特徴とする作業車両の自動操縦装置。

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