JPH0371312A - 作業用走行車の自動操向装置 - 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、予め設置される指標を目指して自動操向する
ようにするための作業用走行車の自動操向装置に関する
ものである。

［従来技術及び発明が解決しようとする課題］今日、農
用走行車のような作業車の中には、より高精度の走行制
御を自動的に行わせるための研究が盛んに行われており
、このもののなかには、予め畦道等に設置された指標を
目標にし、この指標を目指して直進制御することが試み
られる。そこでこの場合、指標をカメラで撮って画像認
識処理し、これが目標とする直進操向からどれだけずれ
ているかの判断をすることになるが、走行機体が指標か
ら遠い場合と近い場合とで、そのずれ量が同じであって
も、実際のずれ量は大きく異なり、これらの調整が必要
になる。そのためカメラにズーム機能を装備し、指標が
一定の大きさとなるようズーム制御し、この状態で走行
機体のずれを検知し、これを補正すべく操向制御するこ
とが提案されるが、このものではカメラが複雑なズーム
機能を備えたものになってコスト的に不利になる詐りで
なく、故障発生率も高くなってしまう等の問題が有る。

［課題を解決する手段］ 本発明は、上記の如き実情に鑑み、これらの欠点を一掃
することができる作業用走行車の自動操同装置を提供す
ることを目的として創案されたものであって、圃場に配
した指標を走行機体に設けたカメラで撮影し、これを画
像認識処理して指標の基準位置からのずれ量を算出し、
これに基づいて自動操向制御を行うように構成してなる
作業用走行車において、前記画像認識処理された指標の
基準位置に対するずれ量に不感領域を設けるに。

該不感領域を、指標からの距離が近くなるほど大きくよ
う変化させたことを特徴とするものである。

そして本発明は、この構成によって、ズーム機能を要し
ないカメラを用いた場合であっても、制度の高い直進走
行ができるようにしたものである。

［実施例コ 次に、本発明の一実施例を１作業用走行車の一例である
乗用田植機に実施した場合について、以下、図面に基づ
いて説明する６図面において、ｌは農用トラクタの走行
機体であって、該走行機体１の幅方向中央部には、カメ
ラ２が搭載されているが、このカメラ２で撮影した画像
を認識処理する画像認識処理機能としてＣＣＤ　（Ｃｈ
ａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌａｄ　Ｄｅｖｉｃｅの略、電荷結
合素子）イメージセンサ機能を有しているものであるが
、画像認識の機能としては、ＢＳ○（光導電性を示す電
気光学結晶のＢｉｉ、ＳｉＯ，。のｗｌｌ）画像変換素
子機能により行うものであっても勿論良く、本発明はこ
の様な画像処理機能に限定されるものではないことは言
うまでもない。

そしてこの様な画像認識処理の制御をするための制御部
３が走行機体１に搭載されている。走行機体１にはさら
に無人走行システム４が搭載されているが、この無人走
行システム４は、前記機体側の制御部３からの制御指令
に基づき、操向制御用アクチュエータ、走行変速切換え
用クラッチ制御用アクチュエータ、植付クラッチ切換え
用アクチュエータ、アクセル制御用アクチュエータ、ブ
レーキ制御用アクチュエータ、作業部昇降制御用アクチ
ュエータ等の各種アクチュエータ類（何れも図示せず）
に対して必要な制御指令を出力するものであり、さらに
走行機体１には機体側制御部３からの制御信号を出力す
る無線式の送受信機５が搭載されている。

一方、７は圃場畦際の四隅にそれぞれ植設した支柱であ
って、これら支柱７のうち、走行機体１が走行する方向
に対して左右の支柱７にプーリ７ａ、７ｂが設けられ、
これらプーリ７ａ、７ｂ間に、ロープ、ワイヤ、あるい
はベルト等の適宜紐状部材によって構成される紐状体８
が懸回されているが、この紐状体８に指標９が連結され
ている。

ここで指標９は球形状に形成され、しかもその表面には
圃場環境に対して識別されやすい色彩が施されている。

この色彩を具体的に選定するにあたり、ＩＩ場環境（自
然環境）として、地面が茶色、苗が緑色、稲が黄色、空
が白色、灰色、青色であったりすることを考慮し、これ
ら圃場環境が有する色彩とは区別される別の色彩が好ま
しいものであり、さらに光の三原色（赤、緑、青）のう
ちのどれかであることが好ましい、そこでこの様な配慮
から実施例のものでは全体を赤色に着色したものを用い
ている。

前記ブーりのうち、一方のプーリ７ａには、指標の移動
装置を構成すべく廓動制御部１０からの制御指令を受け
て駆動するモータ１１が連結されている。そして後述す
るようにモータ１１が駆動することに連動して紐状体８
が移動し、これによって指標９が紐状体８に引張られる
状態で移動する構成になっている。

ここで、モータ１１の戻動＃御、つまり指標９の移動制
御は、駆動制御部１０が、走行機体１側の送受信機５よ
り発信された機体側制御部３からの制御指令を受信した
場合に、これに基づいてモータ１１に駆動指令を出力す
るが、プーリ７ａには、その回転量（紐状体８の移動量
）検知をする検知センサ１２が設けられており、そして
開動制御部１０は、検知センサ１２からの回転量検知値
に基づいて機体側制御部３から指定される移動量だけ移
動するようモータ１１に対して駆動制御指令を出力する
所謂フィードバック制御を行う構成になっている。

ところで指標９の移動量についての検討であるが、前記
機体側制御部３には、植付作業部上３の植付は条数（植
付作業部１３が例えば４条植え。

５条植え、６条植えであるかによって定められる）に合
わせて設定される条数設定器１４．植付条間隔（例えば
２８ａｏ、３Ｑａａ、３３ａｎというように設定される
株間）を入力する条間隔設定器１５、前述したように一
対の指標９のうち、どの指標を目標とするかの設定（第
一指標９のみとする往行程か、第二指標９のみとする復
行程が、両指標９を目標とする往復行程の設定の切換え
）をする指標設定スイッチ１６、自動−手動の切換えを
する自動切換えスイッチ１７．前記指標９の移動方向を
手動操作する指標移動スイッチ１８等の各種スイッチ類
や設定器類が設けられている。

さらに機体側制御部３における画像処理の原理手法につ
いて実施例のものを簡単に説明する。まず指標９と走行
機体１との間の距離の算出であるが、それは画像認識処
理された指Ｉ！１９の面積によって求められる。つまり
カメラ２によって撮影された画像は、縦横ｒ２５６Ｘ２
５６画素子」の素子画像として認識され、そしてこれら
素子のうち。

「赤」として認識される素子が幾つあるがをカウントす
ることで１画像中における指標面積が演算され、この演
算された指標面積に基づいて、指標９から走行機体１ま
での距離が算出される。つまりカメラ２が撮影する画像
において、指標９から距離Ｘであるとき、指標９の面積
はＡであると予め算出し、これを設定しておく。この設
定は実際、現場において測定しても良いが、指標９の大
きさが不変であることから計算により予め算出できるこ
とは言うまでもない。ところでこの様にして認識される
指標９の面積は距離の自乗に反比例するものであり、そ
こで実際の走行に際し指標９がら距離ｙの位置に位置す
るとき、認識画像がらカウントされる指標９の面積をＢ
とすると、（ｙ／ｘ）”＝Ａ／Ｂ の式が成立し、ここから、 ｙ＝　ｘ（Ａ　／　Ｂ　）ｉ／ｌ となり、この様にして走行機体ｌの指標９がらの距離を
演算できる。

次ぎに、自動操向制御についてで有るが、機体側制御部
３は、前記画像認識処理される指＃Ａ９の検出中心位置
（重心位置）を演算する。それは例えば縦横マトリクス
の演算処理により簡単に求められるが、その検出中心位
置の座標と、認識画像に予め基準として設定される基準
設定位置（例えば画面中央値）の座標とのずれを演算す
る。このずれ量が後述する不感帯αの領域内であるか否
かが判断され、範囲内であると判断されれば直進制御状
態のままに維持され、右側にずれていると判断されれば
左側操向制御が、左側にずれていると判断されれば右側
操向＃御が成されることになるが、上記不感帯αの大き
さについては、次ぎのように切換え制御される。つまり
実施例においては。

走行機体１の指標９からの距離に不感帯αの大きさが反
比例するように自動切換え制御されるべく設定されてい
る。即ち、前記基準圧ｌａｘのときの不感帯αの大きさ
をα。とした場合、走行機体１が指標からｙの距離に位
置した場合の不感帯αの大きさは。

ｘ　／　ｙ　＝α／α０ で求められ、これから α＝αａ（ｘ／ｙ） ＝α。（Ｂ／Ａ）”” として算出される。

叡述のごとく構成された本発明の実施例において、前述
したように、指４１！９をカメラ２で撮影し、これを画
像認識処理してその結果から機体進行方向がどれだけず
れているか否かの判断をし、自動操向を行うことになる
が、その場合、不感帯αの大きさが、指標９から走行機
体１までの距離に合わせて自動的に変化する。

つまり本発明において、不感帯αの大きさは。

走行機体１が指ＩＪｆ９から遠いほど小さく、近いほど
大きくなる。従ってこれを一定とした場合のように走行
機体１が指１１９から近いほど操向制御が敏感になり遠
いほど鈍感になってしまう不具合がなく、精度の高い操
向制御が行える。しかもこの精度の高い操向制御を、単
に走行機体１の指標９からの距離に合わせて不感帯αを
変更するのみという極めて簡単な設定のみで良いことと
なって、カメラにズーム機能を備えたり、制御部３側に
画像！！識処理する際の画像分解能を変更させる能力を
備えさせたりする必要がなく、この結果、簡単な構成で
良くなって、容量の小さいマイクロコンピュータを用い
ての設定もできて経済的負担も僅かとなる。

因みに、本発明を実施するに当たり、走行機体１が圃場
の凹部に落ちこんだり凸部に乗り上げたりして指標９が
画像中から外れることも考えられる。この場合には次ぎ
のようにして対処できる。

つまりカメラ２は、モータ２８．２９の開動でそれぞれ
左右および上下揺動自在に組付けたものとする。一方、
機体側制御部３には、前回（または前々回等の任意過去
のもの）において、検出認識画像の中心座標が設定基準
位置の座標に対してどちら側にずれていたかを記憶（メ
モリ）しておき、そして指標９の認識画像がなくなった
と判断されたとき（これは必ずしも１００％指標が無く
なった状態を意味するものでなく、例えば、今までの指
標検知面積に対して４０％のような急激な面積減少が短
時間のうちに観測される場合のような場合とすることも
できる）、前回観測された認識指標のずれ側にカメラ２
を揺動させるべくモータ２８．２９に対して制御指令を
出力する。そして指標９が認識された場合に、その面積
中心が、画像の設定基準位置に一致するようカメラ２を
セットする。このずれ角θを揺動角検知センサ３０．３
１によって検知し、このずれ角θを補正項として検知座
標に加算して操向制御するように設定すれば良い。

また、突然、指標認識ができなくなるような急激な変化
や、前回ずれ側とは逆側に指標がずれることも考えられ
、この様な場合に、カメラ２を上下、左右方向に任意に
揺動変位させて指標９を自動検索するように設定するこ
とで対処することができる。

尚、本発明は前記実施例に限定されないものであること
は勿論であって、要は、走行機体、の指標からの距離が
遠いほど、不感領域の大きさを小さくするよう制御した
ものであればたり、従って、その変化を、前記実施例の
ように距離に反比例する要制御するものに限らず、ａｌ
ｔ測される指標面積に反比例させるようにしても良く、
また段階的な変化をさせるようにしても良いのである。

勿論、段階的な大きさとするに際し、その段数は、必要
において二段、三段等、適宜設定できるものであること
は言うまでもない。

また本発明は、自動的な操向制御を、前述したように検
知認識位置の設定基準位置からのずれ量検知に基づいて
行うようにしたものであるが、その場合に、上記操向制
御方式を単独で行うものに限らず１例えば方位検知セン
サ（地磁気を基準にしたり、人工衛星からの電波を基準
にしたりして検知できる）３２を走行機体に搭載してお
き、ずれ検知が威された場合に、方位に対するずれと指
標に対するずれとの何れか一方をメインデータとし、基
本的にはこれに基づいた積極的な操向制御（操舵角をず
れ角よりも大きくする操向制御）をし、そして他側のも
のをサブデータとしてその補正に供するようにして、迅
速な操向制御ができるようにしたものであっても良いも
のである。

［作用効果］ 以上要するに、本発明は叙述の如く構成されたものであ
るから、走行機体に搭載したカメラで指標を撮影し、そ
の画像認識位置の、設定基準位置に対するずれに基づい
て走行機体の自動的な操向制御を行うようにしたもので
あるが、その場合に、指標の認識画像位置が設定基準位
置からずれているか否かの判断をする際に設定される不
感領域の大きさが、走行機体の指標からの距離が遠いほ
ど小さくなるように設定される。従って、不感領域の大
きさを一定とする場合のように、操向制御が、指標から
の距離が遠い場合は鈍感で、近い場合には敏感になって
、操向制御が不安定な状態になってしまうことがなく、
安定した操向制御ができることになる。

しかもこの安定した操向制御は、カメラにズーム機能を
付与せしめたりする特殊な配慮が不要で、単に、走行機
体の指標からの遠近距離に基づいた不感領域の大きさの
変更という極めて簡単な処理で良く、従って、装備自体
が著しくｍｑ化して汎用性が向上し、コスト的にも有利
なものとなる。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明に係る作業用走行車の自動操向装置の実
施例を示したものであって、第１図は作業走行状態を平
面から見た状態を示す作用説明図。 第２図は作業走行状態を示すパターン図、第３図はカメ
ラ部の概略斜視図、第４図はブロック回路図、第５図、
第６図は制御手順を示すフローチャート図、第７図ｘ、
Ｙは不感帯が変化した場合の処理状態を示す作用説明図
、第８図は指標が画像から外れた場合の処理状態を示す
作用説明図である。 図中、１は走行機体、２はカメラ、３は制御部、８は紐
状体、９は指標、１１はモータである。 、ンｒ 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　圃場に配した指標を走行機体に設けたカメラで撮影し
   、これを画像認識処理して指標の基準位置からのずれ量
   を算出し、これに基づいて自動操向制御を行うように構
   成してなる作業用走行車において、前記画像認識処理さ
   れた指標の基準位置に対するずれ量に不感領域を設ける
   に、該不感領域を、指標からの距離が近くなるほど大き
   くよう変化させたことを特徴とする作業用走行車の自動
   操向装置。