JPH0753047B2 - 自動走行作業車のターン制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、作業車に走行箇所が未処理作業地であるか否
かを検出する作業地状況検出手段、および、走行距離を
検出する距離検出手段をそれぞれ備えさせ、前記作業地
状況検出手段の情報に基づいて、処理済作業地であるこ
とが判別され、且つ、距離検出手段の情報に基づいて、
検出走行距離が車体進行方向側端部の外方側に作業範囲
設定用処理済作業地が形成された作業地の一行程長さに
基づいて設定された基準距離の終端近傍における作業地
端部に達したことが判別されると、次行程側へ移動させ
るようにステアリング操作しながら自動走行させるター
ン制御を開始させるように構成した自動走行作業車のタ
ーン制御装置に関する。

〔従来の技術〕

この種のターン制御装置は、例えば自動走行作業車とし
ての芝刈作業車を、一行程が終了するごとに180度方向
転換させる、いわゆる往復刈りや、一行程が終了するご
とに90度方向転換させる、いわゆる回り刈りを行わせる
際に使用させるものである。

ところで、従来では、作業地状況検出手段の情報に基づ
いて処理済作業地を判別させるに、予め設定した基準と
の比較により行わせるようにしていた。つまり、上記芝
刈作業車においては、例えばフォトインタラプタ型セン
サの複数個を、草によって光が断続される状態で設け、
それらのセンサの全てが所定の小区間走行する間草にて
遮断されない状態となると、処理済作業地として判別さ
せ、そして、それ以外の状態では未処理作業地と判別さ
せるようにしていた。

尚、前記所定の小区間は、走行距離や時間に基づいて決
められている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、未処理作業地の状況は、作業地毎あるいは１
つの作業地でも各部において異なるものであるため、従
来のように、予め設定した基準との比較により処理済作
業地を判別させると、誤判別を生じることがあり、その
結果、ターン制御を開始する時点が、一行程終端よりも
手前側になったり、一行程終端よりも、作業範囲設定用
処理済作業地側へずれてしまうことがあった。

上記誤判別について、上記複数個のフォトインタラプタ
型センサを使用する場合において説明を加えれば、例え
ば作業地における一行程終端部の芝の植立密度が疎であ
ると、前記複数個のセンサの全てが遮光されない状態が
不測にもたらされることになり、又、作業地における一
行程終端部の芝の植立密度が密であると、刈取に伴い浮
遊する刈草のためにセンサのいずれかが遮光される状態
が不測にもたらされるものであった。

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、一行程終端近くでの処理済作業地の判別を正
確に行わせて、所望の時点でターン制御を開始できるよ
うにする点にある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明にかかる自動走行作業車のターン制御装置は、上
記目的を達成するために、作業車に走行箇所が未処理作
業地であるか否かを検出する作業地状況検出手段、およ
び、走行距離を検出する距離検出手段をそれぞれ備えさ
せ、前記作業地状況検出手段の情報に基づいて、処理済
作業地であることが判別され、且つ、距離検出手段の情
報に基づいて、検出走行距離が車体進行方向側端部の外
方側に作業範囲設定用処理済作業地が形成された作業地
の一行程長さに基づいて設定された基準距離の終端近傍
における作業地端部に達したことが判別されると、次行
程側へ移動させるようにステアリング操作しながら自動
走行させるターン制御を開始させるように構成した自動
走行作業車のターン制御装置おいて、予め設定してある
各行程における基準距離の終端近傍での作業地状況検出
手段による検出情報に基づいて、前記処理済作業地判別
基準を設定する判別基準設定手段を設けてあることを特
徴構成とする。

かかる特徴構成による作用及び効果は次の通りである。

〔作用〕

すなわち、一行程終端近くでの未処理作業地の状況によ
り変化する作業地状況検出手段の検出情報により、その
一行程終端近くでの未処理作業地の状況を予め認識させ
ておき、それに基づいて処理済作業地判別基準を、その
行程における適正なものに設定させるのである。

〔発明の効果〕

従って、作業地の状況変化にかかわらず、一行程終端部
において走行箇所が処理済作業地になったことを的確に
検出できるものとなって、ターン制御を一行程の作業が
完了した直後の適正時点で開始させることができるので
あり、もって、ターン制御が一行程終端よりも手前側に
おいて開始される場合における未処理部の発生や、ター
ン制御が一行程終端よりも作業範囲設定用処理済作業地
側へずれて開始される場合において生じる作業能率の低
下を抑制して、一層良好な作業を行わせることができる
ようになった。

〔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図および第６図に示すように、前・後輪（２），
（３）のいずれをもステアリング操作可能に構成された
車体（１）の中間部にディスク型刈刃を内装した芝刈装
置（４）を上下動自在に懸架するとともに、作業地
（Ａ）の境界である未処理作業地としての未刈地（Ｂ）
と処理済作業地としての既刈地（Ｃ）の境界（Ｌ）を検
出するための作業地状況検出手段としての倣いセンサ
（５），（５）を、車体（１）前方左右にそれぞれ配置
されるように、その基端部を前記芝刈装置（４）に固定
されたフレーム（９）の先端部に設け、この倣いセンサ
（５），（５）による前記境界（Ｌ）検出結果に基づい
て、操向制御されて所定範囲の作業地（Ａ）を、前記未
刈地（Ｂ）と既刈地（Ｃ）との境界（Ｌ）に沿って自動
走行可能な自動走行作業車としての芝刈作業車を構成し
てある。

また、前記車体（１）には、走行距離（ｌ）を連続的に
検出するために、走行距離検出手段を構成する単位走行
距離当たり所定個数のパルス信号を発生する距離センサ
（６）としての従動輪（6A）と、車体（１）の走行方向
（方位）を検出するために、地磁気の強度変化を感知す
ることによって方位を検出する地磁気センサを方位セン
サ（７）として設けてある。

尚、前記前輪（２），（２）および後輪（３），（３）
はそのいずれをもステアリング操作可能に構成してある
ことから、前・後輪（２），（３）を同一方向にステア
リング操作することによって車体（１）の向きを変える
ことなく平行移動する平行ステアリング形式と、前・後
輪（２），（３）を相対的に逆方向にステアリング操作
することによって非常に小さい旋回半径で旋回する旋回
ステアリング形式との異なるステアリング形式によっ
て、操向制御可能に構成してある。

前記倣いセンサ（５）を構成するに、発光素子（P₁）と
受光素子（P₂）とを一対としてスリットを介して対抗す
る位置に配置した、いわゆるフォトインタラプタ式の二
つの光センサ（S₁），（S₂）を、車体に対して左右方向
に並ぶように前記フレーム（９）先端部に固定してあ
る。そして、前記発光素子（P₁）と受光素子（P₂）との
間を通過する芝の有無を感知することによって、前記光
センサ（S₁），（S₂）が未刈地（Ｂ）、既刈地（Ｃ）の
いずれの上に有るかを判別し、その検出結果の組み合わ
せ、つまり、境界側でかつ車体（１）の外側にある光セ
ンサ（S₁）が既刈地（Ｃ）を検出するとともに車体
（１）の内側にある光センサ（S₂）が未刈地（Ｂ）を検
出している状態を車体（１）が境界（Ｌ）に沿っている
状態として、境界（Ｌ）と車体（１）との位置関係を判
別するとともに、走行箇所が、未刈地（Ｂ）であるか既
刈地（Ｃ）であるかを検出するための作業地状況検出手
段に兼用構成してあり、左右両倣いセンサ（５），
（５）が既刈地（Ｃ）を検出した状態を一行程が終了し
たものとして、次行程に移動させるための方向転換制御
を起動するようにしてある。ところで、前記光センサ
（S₁），（S₂）から得られる未刈地（Ｂ）・既刈地
（Ｃ）の判別信号は芝が断続的に通過するために、非連
続的なパルス状の信号となる。従って、連続した判別信
号となるように、積分処理を行った後に後記制御装置
（10）に入力すべく構成してある。

前記光センサ（S₁），（S₂）からの信号を積分処理する
に、第１図に示すように、前記距離センサ（６）の出力
パルス数をカウントして予め設定されたカウント値毎に
キャリー信号（P₄）を出力するプログラマブルカウンタ
（11）と、このカウンタ（11）のキャリー信号（P₄）に
よってリセットされるフリップフロップ（12）とを設
け、前記受光素子（P₂）の出力信号（P₃）によって前記
カウンタ（11）をリセットするとともにフリップフロッ
プ（12）をセットすべく構成してあり、このカウンタ
（11）とフリップフロップ（12）によってデジタルフィ
ルタ（13）に構成して、前記未刈地（Ｂ）と既刈地
（Ｃ）それぞれの状態に対応する連続した境界（Ｌ）の
判別信号（P₀）を得るようにしてある。

以下、このデジタルフィルタ（13）の動作を簡単に説明
する。

前記カウンタ（11）は、そのカウント値にかかわらず前
記受光素子（P₂）のパルス信号をなす出力信号（P₃）に
よって繰り返しリセットされるとともに、フリップフロ
ップ（12）はセットされる。そして、芝が無くなってこ
の出力信号（P₃）が“L"レベルになり、かつ、単位走行
距離走行して、前記カウンタ（11）がこの単位走行距離
に対応するカウント値まで前記距離センサ（６）の出力
信号（P₅）をカウントした場合のみ、前記カウンタ（1
1）はキャリー信号（P₄）を出力してフリップフロップ
（12）をリセットする。

従って、このフリップフロップ（12）の出力には芝感知
状態すなわち未刈地（Ｂ）検出に対応する“H"レベルま
たは芝無状態すなわち既刈地（Ｃ）検出に対応する“L"
レベルを連続的に繰り返す作業地状況検出信号（P₀）が
得られるのである。

尚、前記倣いセンサ（５），（５）としては、前記光セ
ンサ（S₁），（S₂）を用いるものに限らず、接触式・非
接触式を問わず、どのような形式のセンサから構成して
もよい。そして、その検出信号から作業地状況検出信号
（P₀）を得るための信号処理は、それぞれセンサの形式
に対応して適宜行えばよい。

以下、前記構成になる倣いセンサ（５），（５）、距離
センサ（６）、および方位センサ（７）による各検出パ
ラメータに基づいて、芝刈作業車の走行を制御する制御
システムについて説明する。

第１図に示すように、制御システムは、主要部をマイク
ロコンピュータによって構成された制御装置（10）に、
前記各センサ（５），（５），（７）からの信号を入力
してあり、これら各センサ（５），（５），（７）によ
る検出パラメータを演算処理することによって、車体
（１）の走行方向や走行速度を自動的に制御すべく、前
・後輪（２），（３）それぞれのステアリング操作を行
う油圧シリンダ（14），（15）を作動させる電磁バルブ
（16），（17）および油圧式無段変速装置（18）の変速
位置を操作するモータ（19）等の各アクチュエータを駆
動する制御信号を生成すべく構成してある。

尚、第１図中、（R₁），（R₂）は前・後輪（２），
（３）の実際のステアリング量を検出して制御手段（1
0）にフィードバックするためのポテンショメータであ
り、（R₃）は同様にして変速装置（18）の変速位置を検
出して制御装置（10）にフィードバックするポテンショ
メータである。

そして、予め外周ティーチング等によって、その大きさ
（各辺の長さ）を設定され、外周の外側を作業範囲設定
用既刈地（Ｃ）とした所定範囲の作業地（Ａ）内部の未
刈地（Ｂ）を、前記作業地（Ａ）の大きさと芝刈装置
（４）の作業幅（Ｄ）とに基づいて算出した行程数とそ
の基準方位（Ψ₀）とに基づいて、各行程間を走行する
ための操向制御と一つの行程を終了後次行程へ移動する
ための方向転換制御とを繰り返しながら対地作業として
の芝刈作業を行うのである。

そして、前記操向制御中は、未刈地（Ｂ）と既刈地
（Ｃ）との境界側にある倣いセンサ（５）による前記境
界（Ｌ）に対する車体（１）のずれ方向検出結果に基づ
いて前記前・後輪（２），（３）を同一方向にステアリ
ング操作する平行ステアリングによって境界（Ｌ）に対
する車体（１）の位置修正を行う倣い制御と、前記基準
方位（Ψ₀）と方位センサ（７）による検出方位（Ψ）
との比較結果に基づいて、前記前・後輪（２），（３）
を逆方向にステアリング操作する旋回ステアリングによ
って車体（１）の向き修正を行う方位制御とを併用し
て、各行程での直進性を維持しながら境界（Ｌ）に沿っ
て自動走行するように制御するのである。

一方、前記方向転換制御は、前記両倣いセンサ（５），
（５）が既刈地（Ｃ）を検出し、距離センサ（６）によ
る検出距離（ｌ）が各行程の距離に基づいて設定された
基準距離（ln）の終端近傍における作業地端部に達した
ことを検出した場合に、車体（１）が行程端部に至った
ものと判断して、起動されるように制御するのである。
尚、前記検出距離（ｌ）が基準距離（ln）に対して所定
距離以上になると前記両倣いセンサ（５），（５）が既
刈地（Ｃ）を検出しない場合であっても、強制的に方向
転換が開始されるようにしてある。

以下、前記倣いセンサ（５），（５）の検出情報に基づ
いて処理済作業地を判別する際の判別基準を設定する手
段について説明する。

第２図乃至第４図に示すように、各行程を走行中、検出
走行距離（ｌ）が基準距離（ln）から第１設定距離
（l₁）を減算した値よりも大であり、しかも、前記検出
走行距離（ｌ）が基準距離（ln）から第２設定距離
（l₂）を減算した値よりも小である場合は、サンプリン
グ区間として判断させ、その区間を走行する間において
非境界側に位置する一対の光センサ（S₁），（S₂）の検
出信号に基づいて、作業地状況を予め認識させる。

すなわち、そのサンプリング区間においては、所定距離
毎に、その非境界側の光センサ（S₁），（S₂）の検出状
況をみて、その非境界側の光センサ（S₁），（S₂）が共
に“H"レベルの未刈地検出状態の場合は制御装置（10）
に備えたカウンタに２を加算し、前記非境界側の光セン
サ（S₁），（S₂）のうち一方のみが“H"レベルの場合は
前記カウンタに１を加算し、前記非境界側の光センサ
（S₁），（S₂）が共に“L"レベルの既刈地検出状態の場
合は前記カウンタでの加算を行わない。このカウンタへ
の加算した値の総和値をC₁とする。

そして、前記サンプリング区間の走行を終了すると、方
向転換判別値としてのしきい値（C₂）を求める。このし
きい値（C₂）は、例えば、単位距離（本実施例では0.6
m）を走行する間に従動輪（6A）に付設の距離センサ
（６）から出力されるパルス数が12個の場合において、
前記サンプリング区間内の単位距離の数（実施例ではl₁
‐l₂を3mに設定しているので５個）を求めるとともに、
サンプリング区間を走行する間において前記カウンタで
カウントされたカウント値を総和した値（C₁）を単位距
離の数５で割ることにより、単位走行距離（0.6m）当た
りでの“H"レベルの数を求め、そして、さらにその数の
半分をしきい値（C₂）として算出する。

尚、このしきい値（C₂）で“H"レベルの数を半分にして
求めたのは、ターン位置を判別する際に作業地状況が大
幅に変化した時に所定ターン位置より早くターンを開始
してしまうことを防ぐためである。また、第２図のフロ
ーチャート中においては、サンプリング区間内の単位距
離数を２倍した値（C₁′）（実施例では10）を予め求
め、その（C₁′）でカウント値の総和（C₁）を割り算し
て求めている。

また、前記しきい値（C₂）を算出する場合において、車
体（１）が既刈地（Ｃ）側に完全に外れてしまう等の際
に所望のしきい値（C₂）よりもきわめて小さいしきい値
（C₂）が設定されることを防止するために、前述のよう
に求めたしきい値（C₂）が定数（C₀）より小さい場合
は、その求めたしきい値（C₂）を使用しないで前行程で
求めたしきい値（C₂）を用いる。尚、最初の行程におい
て求めたしきい値（C₂）が定数（C₀）より小さい場合
は、予め設定しておいた定数Ｋをしきい値（C₂）として
用いる。

次に、前記算出により求めたしきい値（C₂）に基づいて
ターン開始点を決定することになり、以下にそれについ
て説明する。

検出走行距離（ｌ）が基準距離（ln）から第３設定距離
（l₃）を減算した値以上に達すると、境界側及び非境界
側センサ（S₁），（S₂）・・の検出情報に基づいて作業
地状況を監視する。

すなわち、前記４つのセンサ（S₁），（S₂）・・の全て
が“L"レベルの場合は制御装置（10）に備えたカウンタ
のカウント値（C₃）として０を得て、カウント結果の総
和値（Ｄ）に０を加算し、前記４つのセンサ（S₁），
（S₂）・・のうち３つのセンサが“L"レベルの場合はカ
ウンタのカウント値（C₃）として１を得て、総和値
（Ｄ）に１を加算し、前記４つのセンサ（S₁），（S₂）
・・のうち“L"レベルを検出したセンサが２個以下の場
合はカウンタのカウント値（C₃）として２を得て、総和
値（Ｄ）に２を加算するカウント作動を、5cm走行する
毎に行う。又、第２図にD_i←C₃のステップで示すよう
に、その5cm走行する毎に得られたカウント値（C₃）
を、その検出する毎にアドレス（D_i）に代入しておく。
このアドレス（D_i）を示す記号D_iは、その添字のｉが序
数であらわされるもので、最初にカウントしたカウント
値（C₃）はD₁に代入され、二番目カウントしたカウント
値（C₃）はD₂に代入されるように、カウント値（C₃）を
カウント順に、順次D₁，D₂，D₃・・に代入するように設
定したものである。

その後、カウント作動した回数（ｉ）が12になると、そ
の12個のカウント値（C₃）を総和した値（Ｄ）としきい
値（C₂）とを比較し、値（Ｄ）がしきい値（C₂）より小
の場合は、行程端部に達したものと判断してターン制御
を開始する。また、値（Ｄ）がしきい値（C₂）以上の場
合は、最も新しく取り込まれたカウント値（C₃）よりも
11個前のカウント値（C₃）を値（Ｄ）から引くととも
に、次に取り込まれるカウント値（C₃）を値（Ｄ）に足
すことで常に最新の12個のカウント値（C₃）を総和した
値（Ｄ）と前記しきい値（C₂）との比較を行うことにな
る。

即ち、第２図において、Ｄ＜C₂の判断ステップで値
（Ｄ）がしきい値（C₂）以上であると判断されると、第
２図において、Ｄ←Ｄ−（D_i-11）のステップで示され
るように、最も新しく取り込まれたカウント値（C₃）よ
りも11個前のカウント値（C₃）を値（Ｄ）から引くので
ある。

以下、上記ターン制御及び行程間の走行制御を行いなが
ら、全行程の作業を終了させることになる。

尚、第４図は、しきい値（C₂）が10個の場合のターン開
始点を示している。

〔別実施例〕

本発明のターン制御装置は、芝刈作業車に適用する他、
コンバイン、耕耘機等の各種の自動走行作業車に適用で
きるものである。

作業地状況検出手段としては、複数個のフォトインタラ
プタ型のセンサを用いて構成する他、テレビカメラを用
いて画像処理する構成等、使用対象に応じて各種構成変
更できる。

距離検出手段としては、従動輪（6A）の回転量を検出さ
せるように、構成する他、上記実施例で述べた前輪
（２）や後輪（３）のような推進車輪の回転量を検出さ
せるように構成する等、各種変更できる。

又、判別基準設定手段としては、例えばテレビカメラを
用いる場合において、未処理作業地（Ｂ）と処理物作業
地（Ｃ）との明度差に基づいて取込まれた画像信号を２
値化して、所定距離内における未処理作業地（Ｂ）と処
理済作業地（Ｃ）の検出比率を求める作業等の手段を用
いてもよい。

前記実施例では、所定距離をパルス数に換算して求めた
単位走行距離当たりの“H"の数の半分をしきい値（C₂）
とみなしたが、所定距離間の“H"の数をその計測回数で
割った値、すなわち単位走行距離当たりの“H"の平均値
をしきい値（C₂）として求めるようにしてもよい。そし
て、その場合、ターン開始点を判別させるに、例えば前
述の総和（Ｄ）をカウント作動した回数で割った値とし
きい値（C₂）とを比較させるとよい。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明にかかる自動走行作業車のターン制御装置
の実施例を示し、第１図は制御システムのブロック図、
第２図は制御装置の動作を示すフローチャート、第３図
は走行制御を示す説明図、第４図はターン開始点を示す
タイムチャート、第５図は芝刈作業車の全体平面図、そ
して、第６図は倣いセンサの要部正面図である。 （１）……作業車、（５）……作業地状況検出手段、
（６）……距離検出手段、（Ｂ）……未処理作業地、
（Ｃ）……処理済作業地、（ｌ）……検出走行距離、
（ln）……基準距離、（ｎ）……行程。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】作業車（１）に走行箇所が未処理作業地
   （Ｂ）であるか否かを検出する作業地状況検出手段
   （５）、および、走行距離を検出する距離検出手段
   （６）をそれぞれ備えさせ、前記作業地状況検出手段
   （５）の情報に基づいて、処理済作業地であることが判
   別され、且つ、距離検出手段（６）の情報に基づいて、
   検出走行距離（ｌ）が車体進行方向側端部の外方側に作
   業範囲設定用処理済作業地（Ｃ）が形成された作業地
   （Ａ）の一行程長さに基づいて設定された基準距離（l
   n）の終端近傍における作業地端部に達したことが判別
   されると、次行程側へ移動させるようにステアリング操
   作しながら自動走行させるターン制御を開始させるよう
   に構成した自動走行作業車のターン制御装置であって、
   予め設定してある各行程（ｎ）における基準距離（ln）
   の終端近傍での作業地状況検出手段（５）による検出情
   報に基づいて、前記処理済作業地判別基準を設定する判
   別基準設定手段を設けてある自動走行作業車のターン制
   御装置。