JPH01188908A - 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、走行用ガイドに対する車体の横幅方向でのず
れ量を、設定距離毎に又は設定時間毎に繰り返し検出す
るずれ量検出手段と、前記ずれ量が大なるほど操向輪の
操向角が大となるように、前記ずれ量検出手段の検出情
報に基づいて前記操向輪の目標操向角を設定する目標操
向角設定手段と、前記操向輪を前記目標操向角に操向操
作する操向操作手段とが設けられた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は、車体を
走行用ガイドに沿って自動走行させるために、走行用ガ
イドに対する車体の横幅方向でのずれ量を繰り返し検出
させて、検出したずれ量が大なるほど操向輪の操向角が
大となるように操向操作させることにより、走行用ガイ
ドに対するずれ量が小なる場合における操向操作のオー
バーシュートが極力少なくなるようにしながら、ずれ量
が大なる場合には迅速にずれを修正できるようにしたも
のである。

そして、従来では、目標操向角の大きさは、装置を適用
する作業車の制御特性に応じて、標準的な走行地面状態
において適正な値となるように、検出したずれ量に対し
て一定の比率で増減させるようにしていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、例えば、農用作業車等のように走行地面
が湿田であるか乾田であるかによって、走行特性が大き
く変わるような場合には、従来のように標準的な走行地
面状態において適正な値となるように、検出されたずれ
量に応じて一定の比率で目標操向角を設定すると、ずれ
量に対する目標操向角が大きすぎて制御がハンチングし
たり、目標操向角が小さすぎて制御が収束するのが遅れ
たりする虞れがあり、改善が望まれていた。

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、作業車が走行する実際の走行地面状態に応じ
た適正な制御特性となるように、走行用ガイドに対する
ずれ量の検出情報に基づいて設定される目標操向角の大
きさを、自動変更できるようにすることにある。

〔課題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、以下の通りである。

すなわち、前記目標操向角設定手段は、前記設定距離毎
に又は前記設定時間毎に検出した前記ずれ量の設定個数
分の総和と、前記設定距離毎の又は前記設定時間毎の前
記ずれ量と前回の検出時のずれ量との変化量の前記設定
個数分の総和とに基づいて、前記ずれ量の総和が設定値
より大である場合には、前記変化量の総和か大なるほど
前記目標操向角が小となるように、前記目標操向角を自
動的に設定変更するように構成されている点にある。

〔作　用〕

目標操向角の大きさが、走行用ガイドに対するずれ量の
大きさに対応して設定されることから、検出されるずれ
量に対する目標操向角の大きさが適正状態にある場合に
は、走行用ガイドに対する追従性が適正に維持されるの
で、例えば、第６図（イ）に示すように、設定距離毎に
又は設定時間（Δｔ）毎に検出される走行用ガイド（Ａ
）に対するずれ量（χ）の大きさが小さくなって、設定
距離毎に又は設定時間（Δｔ）毎に検出されるずれ量（
χ）の設定個数分（ΔＴ）の総和も小さな値となる。

一方、検出されるずれ量（χ）に対する目標操向角の大
きさが適正状態よりも大である場合には、同図（ｒｌ）
に示すように、制御応答がオーバーシュートしながらハ
ンチングする状態となっるために、検出される個々のず
れ量（χ）が大なる値となって、設定距離毎に又は設定
時間（ΔＬ）毎に検出されるずれ量（χ）の設定個数分
の総和も大なる値となる。

但し、同図（ハ）に示すように、ずれ量（χ）に対する
目標操向角の値が適正状態よりも小さい場合には、設定
距離毎に又は設定時間（Δｔ）毎に検出されるずれ量（
χ）自体の値は小であるが、制御の収束が遅れるために
、同一方向へのずれが検出される頻度が高くなって、設
定個数分の総和は大なる値となる。

そこで、設定距離毎に又は設定時間（Δ１）毎に検出さ
れるずれ量（χ）と前回の検出時のずれ量との変化量（
ΔＣ）に着目すると、第６図（ロ）のように目標操向角
が大きすぎて制御応答が大きくハンチングする状態にあ
る場合には、ずれ量（χ）の変化量（ΔＣ）の設定個数
分の総和が大となり、同図（八）のように目標操向角が
小さすぎて制御応答が遅れる場合には、ずれ量（χ）の
変化量の設定個数分の総和が小になるというように、ず
れ量（χ）の変化量の設定個数分の総和の大きさかみ、
検出されたずれ量（χ）に対応しマー設定される目標操
向角の大きさが適正であるか否かを判別することができ
る。

づまり、設定距離毎に又は設定時間毎に検出した走行用
ガイドに対するずれ量の設定個数分・：）総和とずれ量
の変化量の設定個数分の総和Ｊブ〕へら、検出されたず
れ量に対応して設定さ才；〈。

目標操向角の大きさつまり制御応答が適正状態にあるか
否かを的確に判別できるのである、従−て、検出された
ずれ量の設定個数分の総和が設定値よりも大である場合
には、ずれ量に応じて設定される目標走行角の大きさが
適正でないど判断して、ずれ量の変化量の設定例ｐ’；
−Ｓの総和が大であるほど目標操向角が小となる、−う
に、目標操向角の大きさを設定変更させる（３である。

。 １発明の効果〕 もつで、走行用ガイドに対するずれ量を定量的に検出す
るといろ本来的に備える構成を有効利用し７て、操向制
御の制御応答が適正状態となるように目標操向角を自動
的に設定変更させるので、走行地面状態に拘らず、走行
用ガイドに対する追従性を向上できるに至った。

又、操向制御の制御応答が適正状態となるように目標操
向角を自動的に設定変更させるので、使用に伴う装置の
摩耗等に起因して制御特性が適正状態から変化しても、
その変化を自動的に補正させることになり、長期間に亘
って走行用ガイドに対する追従性を良好に維持させるこ
とができるという効果もある。

〔実施例〕

以下、本発明を田植え用の作業車が走行用ガイドとして
の誘導用ビーム光に沿って自動走行するように誘導する
装置に適用した場合の実施例を、図面に基づいて説明す
る。

第３図及び第４図に示すように、走行用ガイドとしての
誘導用ビーム光（Ａ）を作業行程の長さ方向に沿って投
射するように、レーザ発光器利用のビーム光投射装置（
１）が作業行程の一端側に設置され、前記誘導用ビーム
光（Ａ）の横幅方向に対するずれ量（χ）を検出するず
れ量検出手段としての操向制御用光センサ（２）が、作
業車の車体（Ｖ）に設けられている。

二）まり、前記車体（い　は、前記操向制御用ダ・１セ
ンサ（２）の受光情報に基づいて、前記誘導用ビーム光
（Ａ）に対する横幅方向でのずれ量（χ）を零に近づけ
るように、操向制御されることになる。

但し、前記ビーム光投射装置（１）は、前記車体（ν）
がピッチングしても前記誘導用ビーム光（Ａ）を受光で
きるようにするために、前記誘導用ビーム光（Ａ）を上
下方向に設定角度で且つ設定周波数で走査しながら投射
するように構成されている。

尚、第３図中、（３）は前輪、（４）は後輪、（５）は
作業装置としての苗植え付は装置である。

第１図に示すように、前記前後輪（３）、　（４）は、
操向輪としても駆動輪としても機構するように、いわゆ
る４輪ステアリング式で、且つ、４輪駆動式に構成され
ている。

そして、前記前後輪（３）、　（４）の夫々を、各別に
操向する操向用油圧シリンダ（６）、　（７）、それら
に対する制御弁（８）、　（９）、前後進切り換え自在
で且つ前後進ともに変速自在な油圧式無段変速装置（１
０）、及び、その操作用変速モータ（１１）、予め設定
記憶された各種走行制御情報及び前記操向制御用光セン
サ（２）の受光情報に基づいて、前記車体（ｖ）が前記
誘導用ビーム光（Ａ）に沿って自動走行するように制御
するマイクロコンピュータ利用の制御装置（１２）の夫
々が設けられている。

但し、前記制御装置（１２）を利用して、前記操向制御
用センサ（２）にて検出される前記透導用ビーム光（Ａ
）に対するずれ量（χ）に基づいて、操向輪としての前
記前輪（３）の目標操向角（θｆ）を設定する目標損向
角設定手役（１００）、及び、前記前輪（３）を設定さ
れた目標操向角（θｆ）に操向操作する操向操作手段（
１０１）の夫々が構成されることになる。

尚、図中、（ε）は前記前後輪（３）、　（４）の駆動
用エンジンであって、前記変速装置（１０）に連動連結
されている。又、（Ｒ１）は前記前輪（３）の操向角検
出用ポテンショメータ、（Ｒ２）は前記後輪（４）の操
向角検出用ポテンショメータ、（Ｒ３）は前記変速装置
（１０）の操作状態に基づいて間接的に車速を検出する
車速検出用ポテンショメータである。

ところで、前記前後輪（３）、（４）は、その何れをも
操向操作自在に構成しであるが、後述の如く、前記車体
（Ｖ）を前記誘導用ビーム光（Ａ）に沿って自動走行さ
せる場合には、前記前輪（３）のみを操向操作するよう
にしである。そして、図示を省略するが、例えば、前記
車体（Ｖ）を複数個の作業行程に亘って自動走行させる
場合において、各作業行程の終端部で次の作業行程に向
かってターンさせる時に、旋回半径を小さくできるよう
に、前記前後輪（３）、　（４）を逆位相で操向する４
輪ステアリング形式に切り換えたり、そのターン後にふ
いて前記誘導用ビーム光（Ａ）に対する横幅方向の位置
を迅速に修正させる場合には、車体の向きを変えること
なく平行移動させることができるように、前記前後輪（
３）、　（４）を同位相で操向する平行ステアリング形
式に切り換えたりすることになる。

前記操向制御用光センサ（２）の構成について説明すれ
ば、第３図及び第５図に示すように、上下一対の光セン
サ（Ｓｔ）、　（Ｓ２）が、前記車体（ｖ）の前後方向
にも設定間Ｎ（１）を隔てて配置される状態で設けられ
ている。そして、前記誘導用ビーム光（Ａ）が車体前後
何れの方向から入射される場合でも差のない状態で受光
できるように、車体前後方向からの入射光を前記光セン
サ（Ｓ、）。

（Ｓ２）夫々の受光面に向けて反射する反射鏡（１３）
を備えている。

前記誘導用ビーム光（Ａ）に対するずれの判別について
説明すれば、第５図にも示すように、前記２個の光セン
サ（Ｓｌ）、　（Ｓ２）の夫々は、複数個の受光素子（
Ｄ）の夫々を機体横幅方向に並設したものであって、前
記両光センサ（Ｓｌ）、　（Ｓ２）夫々のセンサ中心（
ｏｎ）を基準として前記ビーム光（Ａ）全受光シタ受光
素子（Ｄ）　（７）位置（ＸＩ）、　（Ｘ２）から、下
記（ｉ）式に基づいて、前記誘導用ビーム光（Ａ）に対
する傾き（ψ）を求めるようにしである。

尚、横幅方向におけるずれ量（χ）は、車体前方側の光
センサ（Ｓ、）のセンサ中心に対する受光位置（Ｌ）の
距離をそのまま用いるようにしであるが、前記前後両受
光位置（Ｘ、）、　（Ｘ２）の差から求めるようにして
もよい。

但し、前記ずれ量（χ）及び前記傾き（ψ）の夫々は、
前記ビーム光（Ａ）が前記センサ中心（Ｄｏ）で受光さ
れる状態を基準にして、右方向にずれている場合に正の
値となり、且つ、左方向にずれている場合に負の値とな
るようにしである。

つまり、前記車体（Ｖ）は、前記傾き（ψ）と前記ずれ
量（χ）の両方が共に零となるように、求めた傾き（ψ
）、ずれ量（χ）、及び、前記前輪用の操向角検出用ポ
テンショメータ（Ｌ）による検出操向角（θ）に基づい
て、下記（ｉｉ　）式から、目標操向角（θｆ）が設定
されて、２輪ステアリング形式で操向制御されることに
なる。

θｆ＝ｑ（α直・χ＋α２・ψ十α３・θ）・・・・・
・（ｉｉ　）但し、α０．α２．α３は、制御特性に応
じて予め設定された定数、ｑは前記ずれ量（χ）に対す
る前記目標操向角（θｆ）の大きさを大小に設定変更す
るための制御ゲインであって、後述の如く、１に初期設
定されている。

又、前記操向角（θ）は、前記作業車（Ｖ）が直進状態
となる操向中立状態において０となり、右方向に操向す
る場合に正の値となり、且つ左方向に操向する場合に負
の値となるようにしである。

ところで、同じずれ量（χ）であっても、走行地面状態
がスリップし易いか否か等によって、操向操作の制御応
答が変動して、検出されたずれ量（χ）に応じた同じ目
標操向角（θｆ）で操向操作しても、所望通りに制御が
収束しない状態となる場合がある。又、作業車（Ｖ）の
製作誤差等によっても、制御応答に違いが生じることに
なる。

説明を加えれば、検出されるずれ量（χ）に対する前記
目標操向角（θ［）の大きさが適正状態にある場合には
、第６図（りに示すように、設定時間（Δｔ）毎に検出
されるずれ量（χ）の大きさが小で、且つ、前記透導用
ビーム光（Ａ）　　に対するずれ方向が、左右夫々にラ
ンダムに生じる状態となるが、前記検出されるずれ量（
χ）に対する前記目標操向角（θｆ）の大きさが適正状
態よりも大である場合には、制御応答がオーバーシュー
トしながらハンチングする状態となって、同図（ロ）に
示すように、前記設定時間（Δｔ）毎に検出されるずれ
量（χ）の大きさが大で、且つ、前記誘導用ビーム光（
Ａ）に対するずれ方向が、左右交互に変化する状態とな
る。

同様に、前記検出されるずれ量（χ）に対する前記目標
操向角（θｆ）の大きさが適正状態よりも小である場合
には、制御の収束が遅れるために、同図（ハ）に示すよ
うに、前記設定時間（Δｔ）毎に検出されるずれ量（χ
）の大きさは小であるが、同方向へのずれが続く状態と
なる。

そこで、前記設定時間（Δｔ）毎に検出される前記ずれ
量（χ）の設定個数分の総和（Ｓ）　と、今回検出され
たずれ量（χ、）と前回検出時のずれ量（χ、−Ｉ）と
の変化量（ΔＣ）の前記設定個数分の総和（Ｃ）　とを
求めて、それらずれ量（χ）の総和（Ｓ）と変化量の総
和（Ｃ）とに基づいて、前記（ｉｉ　）式における制御
ゲイン（ｑ）を１を基準にして大小に変更することによ
り、走行地面状態の違い等があっても、自動的に制御応
答を適正状態に維持できるようにしである。

次に、第２図に示すフローチャートに基づいて、前記車
体（Ｖ）を前記誘導用ビーム光（Ａ）に沿って自動走行
させるための操向制御の制御作動について説明しながら
、前記目標操向角（θｆ）を設定変更するための構成に
ついて詳述する。

すなわち、設定時間（Δｔ）毎に、前記操向制御用光セ
ンサ（２）の受光情報が、前記制御装置（１２）に読み
込まれて、前記（ｉ）式から、前記誘導用ビーム光（Ａ
）に対するずれ量（χ）と傾き（ψ）とが求められ、且
つ、前記前輪用の操向角検出用ポテンショメータ（Ｒ８
）にて、前記前輪（３）の現時点における操向角（θ）
が検出されることになる。

そして、今回検出されたずれ量（χｔ）と前回検出時の
ずれ量（χＬ−１）の差の絶対値を、ずれ量の変化量（
八Ｃ）として求め、前記ずれ量（χ）の検出個数が設定
個数分に達する時間に相当する設定時間（△Ｔ、但しＴ
ｉｔ）経過する毎に、前記ずれ量（χ）の絶対値の総和
（Ｓ）　と前記変化量（ΔＣ）の総和（Ｃ）とを、夫々
各別に計算する。

そして、前記ずれ量（χ）の総和（Ｓ）が、適正な制御
応答となる状態に対応して予め設定された設定値（Ｓｏ
）より大であるか否かを判別することにより、検出され
るずれ量（χ）に対する現在の目標操向角（θｆ）の大
きさが適正範囲内であるか否かを判断する。

前記ずれ量（χ）の総和（Ｓ）が前記設定値（Ｓ。）よ
り大である場合には、前記変化量（ΔＣ）の総和（Ｃ）
が、予め設定された設定値（Ｃｏ）より大であるか否か
を判別して、前記目標操向角（θｆ）を現在の設定状態
に対して大側に変更するか小側に変更するかを判断する
。

つまり、前記変化量（△Ｃ）の総和（（１’）が前記設
定値（Ｃ０）より大である場合には、前記目標操向角（
θｆ）が小となるように、前記制御ゲイン（ｑ＞を、Ｐ
！、準の１よりも小の０．９に設定変更し、前記変化量
（ΔＣ）の総和（Ｃ）が前記設定値Ｌ）より小である場
合には、前記目標操向角（θｆ）が大となるように、前
記制御ゲイン（ｑ＞を、標準の１よりも大の１．１に設
定変更する。

但し、前記ずれ量（χ）の総和（Ｓ）が前記設定値（Ｓ
０）より小である場合、又は、前記設定時間（ΔＴ）経
過していない場合には、前記制御ゲイン（ｑ）の変更は
行わないようにしである。

尚、前記設定時間（ΔＴ）経過していない場合において
、前記制御ゲイン（ｑ）を設定していない場合には、制
御応答が標準状態となるように１に初期設定して右くこ
とになる。

そして、前記（ｉｉ　）式に示すように、前記制御ゲイ
ン（ｑ）、前記ずれ量（χ）、前記傾き（ψ）、及び、
前記操向角（θ）の夫々に基づいて、前記目標操向角（
θｆ）を設定することになる。

尚、図示を省略するが、次回の作業時には、設定変更さ
れた制御ゲイン（ｑ）で操向制御できるように、設定変
更された前記制御ゲイン（ｑ）の値を、例えば、不揮発
性のメモリ等を利用して前記制御装置（１２）に記憶保
持させるようにじである。

°　前記目標操向角（θｆ）を設定した後は、前記前輪
用のポテンショメータ（Ｒ１）にて検出される操向角（
θ）と前記目標操向角（θｆ）とが設定不感帯内に一致
するように、前記前輪用の制御弁（８）を左右何れかに
駆動、又は、停止操作することになる。

つまり、前記設定時間（Δｔ）毎に検出されるずれ量（
χ）に基づいて、そのずれ量（χ）の設定個数分の総和
（Ｓ）と、今回検出したずれ量と前回検出時のずれ量と
の変化量の総和（Ｃ）とから、前記制御ゲイン（ｑ）を
設定変更して、前記目標操向角（θｆ）を設定する一連
の処理が、目標操向角設定手段（１００）　に対応する
ことになり、検出される操向角（θ）と前記目標操向角
（θｆ）とが一致するように前記制御弁（８）を操作す
る処理が、操向操作手段（１０１）に対応することにな
る。

〔別実施例〕

上記実施例では、検出されたずれ量（χ）に対する目標
操向角（θｆ）の大きさを設定変更するための制御ゲイ
ン（ｑ）を、標準の１と、その標準に対してして０．１
を増減させた０、９又は１．１の３段階に設定変更する
ようにした場合を例示したが、判別されるずれ量（χ）
の変化量の総和（Ｃ）の大きさに応じて無段階に設定変
更したり、最適な制御特性を維持するように、自動走行
している間中、設定変更させ、自動走行を終了した後は
その設定変更した最終値を記憶させるようにして、次回
の作業時には、その記憶した最終値から操向制御を再開
させるようにしてもよい。

又、上記実施例では、ずれ量（χ）の検出を設定時間（
Δｔ）毎に行わせ、その設定個数分の総和を求める処理
を設炬時間（八Ｔ）経過する毎に行わせるようにした場
合を例示したが、設定路゛離走行する毎に、ずれ量（χ
）を検出させるようにしたり、又、検出回数を計数させ
て設定個数分の総和を求めさせるようにしてもよい。

又、上記実施例では、目標操向角（θｆ）を、ずれ量（
χ）のみならず、誘導用ビーム光（Ａ）に対する傾き（
ψ）と、現時点における前輪（３）　の操向角（θ）と
を加味して設定させ、そして、前輪（３）のみを操向操
作するようにした場合を例示したが、例えば、前記ずれ
量（χ）の修正を平行ステアリング形式で行わせ、傾き
（ψ）の修正を４輪ステアリング形式で行わせるように
してもよい。又、操向制御用光センサ（２）　を一つの
光センサで構成して、前記ずれ量（χ）のみに基づいて
操向制御するようにしてもよく、操向制御用光センサ（
２）の具体構成、目標操向角設定手段（１００）の具体
構成、並びに、操向操作手段（１０１）の具体構成は各
種変更できる。

又、上記実施例では、本発明を田植え用の作業車を走行
用ガイドとして誘導用ビーム光（Ａ＞を用いて誘導する
場合に適用した場合を例示したが、各種の作業車を各種
の走行用ガイドに沿って自動走行させる場合に適用でき
るものであって、各部の具体構成は各種変更できる。

ちなみに、田植え用の作業車においては、上記誘導用ビ
ーム光（Ａ）の他、植え付は苗列を走行用ガイドとして
用いることもできる。又、芝刈り用作業車や耕耘用の作
業車においては処理済作業地と未処理作業地との作業境
界を走行用ガイドとして用いることができる。又、薬剤
散布用の作業車等のように樹木間を走行させる場合には
作業対象となる樹木列を走行用ガイドとして用いること
ができる。

尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にする為
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制御装置の実
施例を示し、第１図は制御構成のブロック図、第２図は
制御作動のフローチャート、第３図は作業車の概略側面
図、第４図は誘導の説明図、第５図はずれ量検出の説明
図、第６図（イ）、（ロ）、（ハ）は制御応答の説明図
である。 （Ａ）・・・・・・走行用ガイド、（Ｖ）・・・・・・
車体、（χ）・・・・・・ずれ量、（Δｔ）・・・・・
・設定時間、（Ｓ）・・・・・・ずれ量の総和、（Ｓ０
）・・・・・・設定値、（Ｃ）・・・・・・ずれｌの変
化量の総和、（θｆ）・・・・・・目標操向角、（３）
・・・・・・操向輪、（１００）・・・・・・目標操向
角設定手段、（１０１）・・・・・・操向操作手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 走行用ガイド（Ａ）に対する車体（Ｖ）の横幅方向での
   ずれ量（χ）を、設定距離毎に又は設定時間（Δｔ）毎
   に繰り返し検出するずれ量検出手段（２）と、前記ずれ
   量（χ）が大なるほど操向輪（３）の操向角が大となる
   ように、前記ずれ量検出手段（２）の検出情報に基づい
   て前記操向輪（３）の目標操向角（θｆ）を設定する目
   標操向角設定手段（１００）と、前記操向輪（３）を前
   記目標操向角（θｆ）に操向操作する操向操作手段（１
   ０１）とが設けられた自動走行作業車の操向制御装置で
   あって、前記目標操向角設定手段（１００）は、前記設
   定距離毎に又は前記設定時間（Δｔ）毎に検出した前記
   ずれ量（χ）の設定個数分の総和（Ｓ）と、前記設定距
   離毎の又は前記設定時間（Δｔ）毎の前記ずれ量（χ）
   と前回の検出時のずれ量（χ）との変化量の前記設定個
   数分の総和（Ｃ）とに基づいて、前記ずれ量（χ）の総
   和（Ｓ）が設定値（Ｓ＿０）より大である場合には、前
   記変化量の総和（Ｃ）が大なるほど前記目標操向角（θ
   ｆ）が小となるように、前記目標操向角（θｆ）を自動
   的に設定変更するように構成されている自動走行作業車
   の操向制御装置。