JPH09107717A - 作業機械の姿勢制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 地上側に複雑・高価な設備を設けることな
く、作業部の対地姿勢を適正に検出して、設定対地姿勢
に維持する。 【解決手段】 地上側のＧＰＳ基準局及び作業機械側の
ＧＰＳ受信手段での両搬送波位相情報から求めた二重位
相差に基づいて、作業機械に備えた作業部の対地姿勢を
所定時間間隔の時系列のＧＰＳ姿勢データとして求め、
慣性航法検出部Ｓ５，Ｓ６の情報に基づいて慣性航法算
出部ＩＮＳにて作業部の姿勢変化量を所定時間間隔の時
系列の慣性航法姿勢データとして求め、現在時刻より設
定時間前のＧＰＳ姿勢データ及び現在時刻での慣性航法
姿勢データから姿勢検出手段１０３にて求めた現在時刻
での作業部の姿勢検出情報に基づいて、姿勢変更手段１
０４を作動させて作業部を設定対地姿勢に維持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、作業部を備えた作
業機械において、前記作業部の対地姿勢を検出する姿勢
検出手段と、前記作業部の対地姿勢を変更する姿勢変更
手段と、前記姿勢検出手段の情報に基づいて、前記作業
部を設定対地姿勢に維持するように前記姿勢変更手段を
作動させる姿勢制御手段とが設けられた作業機械の姿勢
制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記作業機械の姿勢制御装置では、例え
ば作業機械としての田植え作業車や刈取用のコンバイン
が、矩形状等の圃場内に並置した複数個の各作業行程に
沿って走行しながら、苗植付け装置や刈取装置（作業部
に相当）によって適正な苗植付け作業や刈取作業を行う
べく、例えば植付け装置や刈取装置の圃場面からの高さ
を検出する超音波センサ（姿勢検出手段に相当）の検出
情報に基づいて昇降シリンダ（姿勢変更手段に相当）を
作動させて、植付け装置や刈取装置を機体部に対して昇
降させたり、又は、機体部を走行装置の接地部に対して
昇降させることによって、植付け装置や刈取装置の対地
姿勢を適正対地高さで水平状態等（設定対地姿勢に相
当）になるように姿勢制御していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
では、例えば圃場面の凹凸が激しい場合には、圃場面に
向けて発射した超音波が圃場面で反射して戻ってくるま
での時間を検出する超音波センサによっては、植付け装
置や刈取装置の圃場面からの高さを適正に検出できず、
植付け装置や刈取装置の対地姿勢を設定対地姿勢に姿勢
制御できないおそれがあった。ここで、圃場面の凹凸の
影響を避けるために、超音波センサに代えて、例えば地
上側の設定高さ位置で水平面内に投射したビーム光を植
付け装置や刈取装置に設置した受光センサで受光した上
下受光位置情報に基づいてその高さを検出したり、ある
いは、植付け装置や刈取装置にジャイロ装置等を設置し
その検出値を積算して姿勢状態を検出することが考えら
れるが、前者では、地上側に構成が複雑でビーム光の投
射方向等の管理が大変なビーム光投射設備が必要にな
り、後者では誤差が蓄積して正確な姿勢情報が得られな
いという不都合がある。

【０００４】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、上記従来技術の不具合を解消さ
せるべく、地上側に複雑で保守管理が大変な設備等を設
けることなく、作業部の対地姿勢を適正に検出できるよ
うにすることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１の構成
によれば、地上側の基準位置に設置されたＧＰＳ基準局
において、ＧＰＳ衛星からの搬送波信号が受信され、そ
の基準局での搬送波位相情報が作業機械側に送信される
一方、作業機械側では、そのＧＰＳ受信手段が受信した
ＧＰＳ衛星からの搬送波信号の搬送波位相情報及び上記
基準局から送信された基準局での搬送波位相情報から求
めた二重位相差情報に基づいて、作業機械に備えた作業
部の対地姿勢が所定時間間隔の時系列のＧＰＳ姿勢デー
タとして求められ、又、作業部の姿勢変化を検出する慣
性航法検出部の情報に基づいて、その姿勢変化量が所定
時間間隔の時系列の慣性航法姿勢データとして求められ
る。そして、その現在時刻より設定時間前のＧＰＳ姿勢
データ及び現在時刻での慣性航法姿勢データから、現在
時刻での作業部の対地姿勢が求められ、その対地姿勢情
報に基づいて姿勢変更手段が作動されて、作業部の対地
姿勢が設定対地姿勢に維持される。

【０００６】従って、短時間の姿勢変化については応答
性良く検出できるが長時間での検出では誤差が蓄積する
慣性航法による姿勢検出と、検出遅れはあるが正確な姿
勢検出が可能なＧＰＳ衛星からの搬送波信号の二重位相
差情報に基づくＧＰＳによる姿勢検出とを組み合わせ
て、作業部の対地姿勢を迅速且つ適正に検出し、その姿
勢検出情報に基づいて作業部の対地姿勢を設定対地姿勢
になるように制御するので、例えば、従来の超音波セン
サのように圃場面の凹凸が激しい場合には作業部の対地
姿勢が適正に検出できないという不都合もなく、また、
ビーム光受光方式のように地上側に構成が複雑で保守管
理が大変な光投射設備のような特別の設備を設ける必要
もなく、姿勢制御特性と設備簡素化に優れた作業機械の
姿勢制御装置が得られるに至った。

【０００７】又、請求項２の構成によれば、上記請求項
１において、設定距離を隔てた複数のＧＰＳ受信手段が
受信した搬送波信号からの各搬送波位相情報及び上記基
準局での搬送波位相情報から複数のＧＰＳ受信手段夫々
に対応して求めた二重位相差情報に基づいて、作業部の
対地高さと傾きとが所定時間間隔の時系列のＧＰＳ姿勢
データとして求められる。そして、その現在時刻より設
定時間前のＧＰＳ姿勢データ及び現在時刻での慣性航法
姿勢データから、現在時刻での作業部の対地姿勢として
対地高さと傾きとが検出され、その対地高さ検出情報に
基づいて姿勢変更手段が作動されて作業部が設定対地高
さに維持され、又、その傾き検出情報に基づいて姿勢変
更手段が作動されて作業部が設定傾斜状態に維持され
る。

【０００８】従って、作業部の対地姿勢として対地高さ
と傾きの両方を設定姿勢状態に維持するので、例えば対
地姿勢として対地高さだけを制御するのに比べて、作業
部の傾きを例えば水平状態に維持して作業部による対地
作業（例えば農作業や土木作業）等をより適正な対地姿
勢状態で実行させることができ、もって、上記請求項１
の構成の好適な手段が得られる。

【０００９】又、請求項３の構成によれば、上記請求項
１又は２において、作業機械の機体部によって姿勢変更
自在に支持された作業部に設置されたＧＰＳ受信手段が
受信したＧＰＳ搬送波信号の搬送波位相情報及び上記基
準局での搬送波位相情報から求めた二重位相差情報に基
づいて、作業部の対地姿勢が所定時間間隔の時系列のＧ
ＰＳ姿勢データとして求められ、又、上記作業部に設置
された慣性航法検出部の情報に基づいて、作業部の姿勢
変化量が所定時間間隔の時系列の慣性航法姿勢データと
して求められる。そして、その現在時刻より設定時間前
のＧＰＳ姿勢データ及び現在時刻での慣性航法姿勢デー
タから、現在時刻での作業部の対地姿勢が求められ、そ
の対地姿勢情報に基づいて、作業部が機体部に対して姿
勢変更されて設定対地姿勢に維持される。

【００１０】従って、ＧＰＳ受信手段と慣性航法検出部
とを機体部によって姿勢変更自在に支持される作業部に
設置してその対地姿勢を直接検出するので、例えば、Ｇ
ＰＳ受信手段と慣性航法検出部とを機体部に設置して得
た機体部の対地姿勢検出情報と、機体部に対する作業部
の相対的な姿勢情報とを組み合わせて作業部の対地姿勢
を検出するものに比べて、より簡素な構成で且つ的確に
作業部の対地姿勢を検出することができ、もって、作業
機械を機体部とその機体部によって姿勢変更自在に支持
される作業部とから構成するような通常の作業機械にお
いて、上記請求項１又は２の構成の好適な手段が得られ
る。

【００１１】又、請求項４の構成によれば、上記請求項
１、２又は３において、ＧＰＳ受信情報及び慣性航法情
報に基づいて、所定範囲の作業地内を予定走行経路に沿
って走行する作業機械の作業部の平面視における現在位
置が検出され、その作業部の平面視での位置情報に基づ
いて作業部が予定走行経路における適正作業箇所に位置
するように、作業部の平面視における位置が変更され
る。

【００１２】従って、所定範囲の作業地内を予定走行経
路に沿って走行する作業機械に備えた作業部の対地姿勢
とともに、作業部の平面視における位置を適正作業箇所
に維持させることができ、もって、作業機械が所定範囲
の作業地内を走行する走行式の場合において、上記請求
項１、２又は３の構成の好適な手段が得られる。

【００１３】又、請求項５の構成によれば、上記請求項
４において、作業機械が作業地内の予定走行経路に沿っ
て自動走行するように、作業部の平面視での位置情報に
基づいて操向制御される。

【００１４】従って、例えば作業者が手動操縦にて走行
させるのに比べて作業者の負担を軽減しながら、作業機
械を所定範囲の作業地の全体に亘って効率良く自動走行
させることができ、もって、上記請求項４の構成の好適
な手段が得られる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を、作業
機械としての田植え用の作業車Ｖが、所定範囲の作業地
（圃場Ｆ）内に並置した予定走行経路としての複数個の
作業行程Ｌに沿って自動走行しながら、苗の植付け作業
を行う場合について説明する。

【００１６】例えばその地点の重力方向に対して水平方
向を東西及び南北方向で表した局地水平座標系Ｅ（東方
向），Ｎ（北方向），Ｈ（地球中心からの高さ方向）に
おいて高精度に位置（上記座標系Ｅ，Ｎ，Ｈでの座標
値）が判っている地上側の基準位置に設置されて、図２
に示すように、少なくとも４個のＧＰＳ衛星２からのス
ペクトラム拡散変調された電波（搬送波信号）を受信す
るＧＰＳ基準局Ｒ（以後、単に基準局Ｒともいう）用の
アンテナ１９ａと、このアンテナ１９ａの受信信号を処
理して搬送波の位相情報を得るＧＰＳ受信機１９と、そ
のＧＰＳ受信機１９からの搬送波位相情報を作業車Ｖ側
に向けて送信するための送信アンテナ２０ａを備えた地
上側通信手段としての送受信機２０とが設けられてい
る。

【００１７】作業車Ｖの構成について、図１〜図３に基
づいて説明する。下降位置で駆動されている作業状態と
これ以外の非作業状態とに切換自在な苗植え付け装置６
（作業部に相当）が、左右一対の前輪３及び後輪４を備
えた機体部としての車体５の後部に、昇降自在で且つ駆
動停止自在に設けられ、さらに、車体５に対して車体前
後方向に沿う軸芯周りに回転自在な状態で接続されてい
る。つまり、植え付け装置６は、車体５によって姿勢変
更自在に支持されている。前後輪３，４は、左右を一対
として各別に操向操作自在に構成され、操向用の油圧シ
リンダ７，８と、電磁操作式の制御弁９，１０とが設け
られている。つまり、前輪３又は後輪４の一方のみを操
向する２輪ステアリング形式、前後輪３，４を逆位相で
且つ同角度に操向する４輪ステアリング形式、前後輪
３，４を同位相で且つ同角度に操向する平行ステアリン
グ形式の３種類のステアリング形式を選択使用できる。
尚、各作業行程に沿っての直進走行時には、前輪３のみ
を操向する２輪ステアリング形式で行う。

【００１８】図１中、Ｅはエンジン、１１はエンジンＥ
からの出力を変速して前後輪３，４の夫々を同時に駆動
する油圧式無段変速装置、１２はその変速操作用の電動
モータ、１３は植え付け装置６の昇降用油圧シリンダ、
１４はその制御弁、１５はエンジンＥによる植付け装置
６への駆動を断続するための電磁操作式の植え付けクラ
ッチ、Ｍは、植付け装置６を車体５に対して車体前後方
向に沿う軸芯周りに回転させるための電動モータ等から
なる傾斜手段である。ここで、昇降用油圧シリンダ１３
と傾斜手段Ｍとによって、植付け装置６を車体５に対し
て姿勢変更しながら、その対地姿勢つまり対地高さと傾
きとを変更する姿勢変更手段１０４が構成されている。
１６は作業車Ｖの走行並びに植え付け装置６の作動等を
制御するマイクロコンピュータ利用の制御装置であっ
て、後述の各種センサによる検出情報及び予め記憶され
た作業データに基づいて、変速用モータ１２、各制御弁
９，１０，１４、植え付けクラッチ１５、及び傾斜手段
Ｍ等を作動させる。

【００１９】作業車Ｖに装備されるセンサ類について説
明すれば、図１に示すように、前後輪３，４夫々の操向
角を検出するポテンショメータ利用の操向角検出センサ
Ｒ１，Ｒ２と、変速装置１１の変速状態に基づいて間接
的に前後進状態及び車速を検出するポテンショメータ利
用の車速センサＲ３と、変速装置１１の出力軸の回転数
を計数して走行距離を検出するためのエンコーダＳ３
と、車体方位を検出する地磁気方位センサＳ４と、前記
接続箇所における植え付け装置６と車体５間のねじり角
を検出するポテンショメータＳ７（図２参照）とが設け
られている。

【００２０】前記植付け装置６には、植付け装置６の３
次元（車体前後、横幅及び上下方向）の各軸周りでの角
速度を検出するジャイロ装置Ｓ５と、植付け装置６の３
次元（車体前後、横幅及び上下方向）各方向での加速度
を検出する加速度センサＳ６とが設置されている。そし
て、このジャイロ装置Ｓ５及び加速度センサＳ６によっ
て、植付け装置６の姿勢変化を検出する慣性航法検出部
が構成される。

【００２１】そして、前記制御装置１６を利用して、前
記ジャイロ装置Ｓ５及び加速度センサＳ６の情報に基づ
いて、植付け装置６の姿勢変化量を所定時間間隔の時系
列の慣性航法姿勢データとして求める慣性航法算出部Ｉ
ＮＳが構成されている。上記慣性航法姿勢データは、具
体的には、植付け装置６の姿勢変化量を対地高さの変化
量Δｈと傾きの変化量Δαとして、所定の計測時間間隔
（例えば０．１秒）内における各変化量Δｈ，Δαが、
夫々所定時間間隔（０．１秒）の計測時刻のラベル付き
のデータとして求められる。同時に、慣性航法算出部Ｉ
ＮＳは、前記ジャイロ装置Ｓ５及び加速度センサＳ６の
情報に基づいて、植付け装置６の平面視における位置変
化量Δｘ，Δｙを所定時間間隔（０．１秒）の計測時刻
ラベル付きの時系列の慣性航法位置データとして求める
ように構成されている。

【００２２】又、前記植付け装置６には、前記ＧＰＳ衛
星２からの電波（搬送波信号）を受信するＧＰＳ受信手
段としてのＧＰＳ受信アンテナ１７ａが、車体横幅方向
に沿って設定距離を隔てた状態で複数設けられている。
図では、車体横幅方向の中央から左右の等距離位置に２
個配置されている。さらに、車体５側には、上記ＧＰＳ
受信アンテナ１７ａの受信信号を処理して搬送波の位相
情報を得るＧＰＳ受信機１７と、地上側の送受信機２０
の送信情報を受信するアンテナ１８ａを備えた作業機械
側通信手段としての送受信機１８とが設けられ、これら
のＧＰＳ受信アンテナ１７ａ、ＧＰＳ受信機１７及び送
受信機１８によって、ＧＰＳ移動局Ｉ（以後、単に移動
局Ｉともいう）が構成されている。

【００２３】前記基準局Ｒ及び移動局Ｉの各ＧＰＳ受信
機１９，１７は、図４に示すように、ほぼ同様の構成に
なるものであって、夫々のＧＰＳ受信アンテナ１９ａ，
１７ａで受信した電波信号は、先ず高周波信号処理部３
０，４０に入力して低周波数に変換される。その低周波
数変換された信号は、Ｃ／Ａコード解析部３１，４１に
て衛星番号等が解読されるとともに、搬送波位相計測部
３３，４３において、上記衛星番号に応じて作成される
Ｃ／Ａコードと相関をとって搬送波が再生され、さらに
内蔵した時計３４，４４にて設定時間間隔で搬送波の位
相が計測される。同時に、Ｃ／Ａコード解析部３１，４
１からの情報に基づいて、航路メッセージ解読部３２，
４２にて衛星位置情報等が判別される。そして、上記各
部からの情報は、夫々の制御用のコンピュータ３５，４
５に入力されて各基準局Ｒ及び移動局Ｉにおける搬送波
位相情報が求められる。尚、移動局Ｉでは、各ＧＰＳ受
信アンテナ１７ａごとに搬送波位相情報が求められる。

【００２４】さらに、基準局Ｒ側コンピュータ３５から
出力された基準局Ｒでの搬送波位相情報が、前記地上側
の送受信機２０を経て送信アンテナ２０ａから送信され
て作業車側のアンテナ１８ａで受信され、送受信機１８
を経て移動局Ｉ側コンピュータ４５に入力され，その移
動局Ｉ側コンピュータ４５において、基準局及び移動局
での両搬送波位相情報に基づいて２個のＧＰＳ受信アン
テナ１７ａ夫々に対応して二重位相差情報が求められ
る。そして、上記ＧＰＳ受信機１７を利用して、各ＧＰ
Ｓ受信アンテナ１７ａでの搬送波位相情報及び前記送受
信機１８が受信した基準局Ｒでの搬送波位相情報から各
ＧＰＳ受信アンテナ１７ａに対応して求めた二重位相差
情報に基づいて、前記植付け装置６の対地姿勢つまり対
地高さと傾きとを所定時間間隔の時系列のＧＰＳ姿勢デ
ータとして求めるＧＰＳ姿勢データ算出手段１０２が構
成されている。そして、このＧＰＳ受信機１７で得られ
たＧＰＳ姿勢データが制御装置１６に入力されている。

【００２５】ここで、二重位相差情報について概略を説
明すると、異なる２つの衛星２からの各搬送波信号を２
つの受信局（基準局Ｒ及び移動局Ｉ）夫々で受信して、
各衛星２ごとに対応する２つの位相差を求め、さらにこ
れら２つの位相差の差分をとったものを二重位相差と呼
ぶ。これによって各衛星２での送信信号の位相乱れの影
響が除去されるとともに、各受信局の位相計測用の時計
の同期ずれの影響が除去され、最終的に、衛星側及び受
信局側での誤差の影響を少なくした精度のよい位相差情
報が得られる。尚、各ＧＰＳ受信アンテナ１７ａの各位
置ベクトルｒ１、ｒ２（図５参照）を求めるために、実
際は、異なる４つの衛星２からの各搬送波信号に基づい
て、独立した３つの二重位相差が各ＧＰＳ受信アンテナ
１７ａごとに求められることになる。

【００２６】前記ＧＰＳ姿勢データ算出手段１０２によ
る二重位相差情報に基づく植付け装置６の姿勢検出につ
いて具体的に説明する。先ず最初に、作業車Ｖを前記局
地水平座標系Ｅ，Ｎ，Ｈにおいて高精度に位置座標値が
判っている地点に位置させ、植付け装置６を水平姿勢に
維持した状態で、移動局側及び基準局側の各ＧＰＳ受信
機１７，１９の受信情報から前記各ＧＰＳ受信アンテナ
１７ａごとに３つの二重位相差を計算し、基準局Ｒ及び
車体５間の相対位置及び車体５に対する各ＧＰＳ受信ア
ンテナ１７ａの設置位置が判っていることから上記二重
位相差情報に含まれる搬送波波長の整数倍の不確定（整
数値バイアス）を確定させる。次に、図５に示すよう
に、作業車Ｖを圃場Ｆ内の任意の地点に移動させたとき
の各二重位相差情報より、基準局Ｒから各ＧＰＳ受信ア
ンテナ１７ａへの各位置ベクトルｒ１，ｒ２が求まり、
基準局Ｒの基準位置と上記求めた各位置ベクトルｒ１，
ｒ２とから、各ＧＰＳ受信アンテナ１７ａの前記局地水
平座標系Ｅ，Ｎ，Ｈにおける位置が判別される。

【００２７】ここで、各ＧＰＳ受信アンテナ１７ａの位
置は、局地水平座標系Ｅ，Ｎ，Ｈの各座標軸に対応する
３つの成分を持ち、Ｅ軸をｘ方向、Ｎ軸をｙ方向、Ｈ軸
をｚ方向に置き換えて、各位置座標（ｘ１，ｙ１，ｚ
１），（ｘ２，ｙ２，ｚ２）として表される。そして、
下式のように、上記３つの成分のうちの高さ方向（ｚ）
成分について、両位置座標間で平均することによって植
付け装置６の対地高さｈ０を求め、両位置座標間で差分
することによって植付け装置６の傾きα０（車体横幅方
向での傾き）を求める。同時に、上記３つの成分のうち
の水平方向（ｘ，ｙ）成分について平均を取ることによ
って、植付け装置６の平面視における現在位置（ｘ０，
ｙ０）を求める。

【００２８】

【数１】ｈ０＝（ｚ１＋ｚ２）／２ α０＝ｚ１−ｚ２ ｘ０＝（ｘ１＋ｘ２）／２ ｙ０＝（ｙ１＋ｙ２）／２

【００２９】但し、前記ＧＰＳ受信情報に基づく植付け
装置６の姿勢及び位置の検出には、各局での搬送波位相
の計測やその位相情報の通信及び二重位相差の演算等に
時間（例えば２秒程度）がかかるため、現在時刻での植
付け装置６の対地姿勢及び位置をリアルタイムに検出す
ることができない。そこで、植付け装置６の対地姿勢及
び位置として、所定時間間隔（１秒間隔）の時系列のＧ
ＰＳ姿勢及び位置データｈ０，α０，ｘ０，ｙ０として
求める。従って、上記１秒間隔の時系列のＧＰＳ姿勢及
び位置データｈ０，α０，ｘ０，ｙ０は、２秒前におけ
る植付け装置６の対地姿勢及び平面視での位置に対応す
るデータである。

【００３０】そこで、現在時刻での植付け装置６の対地
姿勢及び平面視における位置をリアルタイムに検出する
ために、前記制御装置１６を利用して、前記ＧＰＳ姿勢
データ算出手段１０２にて求められる、現在時刻より設
定時間前のＧＰＳ姿勢データ、及び、前記慣性航法算出
部ＩＮＳにて求められる、現在時刻での慣性航法姿勢デ
ータによって現在時刻での植付け装置６の対地姿勢つま
り対地高さと傾きとを検出する姿勢検出手段１０３が構
成され、さらに、この姿勢検出手段１０３は、植付け装
置６の平面視における現在位置を検出するように構成さ
れている。

【００３１】つまり、下式のように、検出遅れのあるＧ
ＰＳデータの最新値ｈ０，α０，ｘ０，ｙ０に対して、
そのＧＰＳデータの計測時刻から現在時刻までの慣性航
法データΔｈ，Δα，Δｘ，Δｙの積算値を補間（加
算）して、現在時刻での植付け装置６の対地姿勢（対地
高さｈ及び傾きα）を検出し、同時に、植付け装置６の
平面視における現在位置（ｘ，ｙ）を求める。

【００３２】

【数２】ｈ＝ｈ０＋（Δｈの積算値） α＝α０＋（Δαの積算値） ｘ＝ｘ０＋（Δｘの積算値） ｙ＝ｙ０＋（Δｙの積算値）

【００３３】前記制御装置１６を利用して、前記姿勢検
出手段１０３の情報に基づいて、前記植付け装置６を設
定対地姿勢に維持するように前記姿勢変更手段１０４
（昇降用油圧シリンダ１３及び傾斜手段Ｍ）を作動させ
る姿勢制御手段１０１が構成されている。具体的には、
この姿勢制御手段１０１は、植付け装置６の対地高さ
（ｈ）検出情報に基づいて、植付け装置６が設定対地高
さ（適正植付け高さ）になるように昇降用油圧シリンダ
１３を作動させ、且つ、植付け装置６の傾き（α）検出
情報に基づいて、植付け装置６が設定傾斜状態（例えば
水平状態）になるように傾斜手段Ｍを作動させる。

【００３４】さらに、前記姿勢変更手段１０４は、植付
け装置６の平面視における位置を変更するように構成さ
れている。具体的には、車体横幅方向における植付け装
置６の位置を変更する。そして、前記姿勢制御手段１０
１は、上記植付け装置６の平面視での位置（ｘ，ｙ）情
報に基づいて、植付け装置６が図５の各作業行程Ｌにお
ける適正作業箇所に位置するように前記姿勢変更手段１
０４を作動させるように構成されている。

【００３５】又、前記制御装置１６を利用して、前記姿
勢検出手段１０３による前記植付け装置６の平面視にお
ける位置（ｘ，ｙ）情報に基づいて、前記作業車Ｖが、
図５に示すように矩形状の圃場Ｆ内で圃場長手方向に沿
う状態で短手方向に並置された予定走行経路としての各
作業行程Ｌを沿って自動走行するように操向制御する操
向制御手段１００が構成されている。

【００３６】上記植付け装置６の適正作業箇所への位置
制御、及び作業車Ｖの各作業行程Ｌに沿っての操向制御
は、植付け装置６の位置（ｘ，ｙ）が各作業行程Ｌにお
ける適正操向位置になるように行われ、これによって、
車体５の中心もその適正操向位置に位置することにな
る。具体的には、前記植付け装置６の平面視における位
置（ｘ，ｙ）の上記適正操向位置に対する車体横幅方向
での偏位ｄの情報、地磁気方位センサＳ４による車体方
位φの情報、及び、前輪３の操舵角θ情報に基づいて下
式にて目標操舵角θｆを設定し、この目標操舵角θｆで
前輪３をステリング操作する。尚、式中、ｋ１，ｋ２，
ｋ３は所定のゲイン係数である。

【００３７】

【数３】θｆ＝ｋ１・ｄ＋ｋ２・φ＋ｋ３・θ

【００３８】そして、前記操向制御手段１００は、作業
車Ｖが各作業行程Ｌの終端部に到達するに伴ってその行
程終端部から次の作業行程Ｌの始端部に向けて移動させ
るべく、前後輪３，４を操向制御するように構成されて
いる。つまり、作業車Ｖは、図の最右端側に位置する最
初の作業行程Ｌのスタート地点Ｓｔから走行開始して、
２輪ステアリングで各行程に沿って直進走行するととも
に、各作業行程Ｌの終端部から隣接する作業行程Ｌの始
端部に向けて、終端地点ｅから所定距離直進走行してか
ら１８０度の旋回動作を開始し、所定の旋回区間ｇを経
て旋回動作の終点ｆに至る経路ｅ〜ｆを所望の回向軌跡
とする回向パターンで、４輪ステアリングにて回向動作
し、回向後は、逆方向に走行する往復走行を繰り返し
て、圃場Ｆの全範囲を走行する。

【００３９】尚、各作業行程Ｌの経路情報は、地上側で
のＥ，Ｎ，Ｈ座標系を基準として定めたデータとして設
定される。具体的には、図５に示す各作業行程Ｌの長手
方向が例えば東西方向（Ｅ軸）に沿っている場合には、
１つのＮ座標値に対して、各作業行程Ｌの一端側と他端
側の位置を設定する２つのＥ座標値が組となったデータ
が、上記作業行程Ｌの数（５組）に対応する数、用意さ
れている。

【００４０】次に、図６〜図８に示すフローチャートに
基づいて、制御装置１６による植付け作業の制御につい
て説明する。メインフロー（図６）では、作業車Ｖは、
初期姿勢に維持した状態で最初の作業行程Ｌに沿っての
自動走行を開始すると、時系列のＧＰＳ位置データ及び
ＩＮＳ位置データによる位置検出情報に基づいて操向制
御する。行程始端側の植付け開始位置に到着すると、植
付け装置６を下降させ且つ駆動開始して植付け作業を開
始し、同時に、植付け装置６を設定対地高さ及び水平状
態に維持する姿勢制御を開始する。

【００４１】作業行程Ｌの終端部（ｅ地点）に到達する
と、植付け装置６を駆動停止して上昇させる。ここで、
回向回数等に基づいて作業終了を判別した場合には、走
行を停止して全処理を終了する。作業終了でない場合に
は、回向開始点での車体方位を方位センサＳ４にて検出
し、その地点から所定距離直進した後、ステアリングを
２輪から４輪に切り換えて、隣接する次の作業行程Ｌの
始端部へ向けて１８０度の旋回動作を行う。旋回を終了
すると、ステアリングを２輪に戻して、前記操向制御及
び姿勢制御を行いながら、次の作業行程Ｌに沿って逆方
向に走行しながら植付け作業を行い、以後、各作業行程
Ｌを同様に走行する。

【００４２】前記操向制御処理（図７）では、時系列の
ＧＰＳ位置データ及びＩＮＳ位置データを夫々取り込
み、その両データから現在時刻での車体５の適正操向位
置に対する位置ｄを算出し、又、方位センサＳ４にて車
体方位φを検出し、前輪３の操向角θを検出する。そし
て、目標操舵角θｆを設定して、前輪３をステアリング
操作する。

【００４３】前記姿勢制御処理（図８）では、時系列の
ＧＰＳ姿勢データ及びＩＮＳ姿勢データを夫々取り込
み、その両データから現在時刻での植付け装置６の対地
高さｈ及び傾きαを算出し、その対地高さｈが設定対地
高さになるように昇降シリンダ１３を作動させ、傾きα
が設定傾きになるように傾斜手段Ｍを作動させる。

【００４４】〔別実施形態〕上記実施例では、作業機械
が苗植付け作業を行う田植え用の作業車Ｖである場合に
ついて説明したが、作業機械としては、これに限るもの
ではなく、以下、作業機械が圃場の作物に対して刈り取
り作業を行うコンバインの場合について、図９〜図１１
に基づいて説明する。

【００４５】図１０に示すように、引き起こし装置５
１、穀稈を刈り取る刈刃５２、刈取穀稈を後方の脱穀装
置５３に向けて搬送する搬送装置５４等を備えた刈取装
置５０（作業部に相当）を、左右一対のクローラ走行装
置５６を備えた機体部としての走行機体５７の前部側
に、横支軸Ｘ周りで刈取昇降シリンダ５５によって上下
揺動自在に取り付けている。刈取装置５０には、慣性航
法検出部を構成する前記ジャイロ装置Ｓ５と前記加速度
センサＳ６とが設置され、さらに、ＧＰＳ受信手段とし
ての前記ＧＰＳ受信アンテナ１７ａが、車体横幅方向に
沿って設定距離を隔てた状態で２個設けられている。走
行機体５７側には、上記ＧＰＳ受信アンテナ１７ａの受
信信号を処理するための前記ＧＰＳ受信機１７と、作業
機械側通信手段としてアンテナ１８ａを備えた前記送受
信機１８とが設けられている。尚、図示しないが、図２
に示すものと同様のＧＰＳ基準局Ｒが設けられている。

【００４６】左右一対のクローラ走行装置５６の走行機
体５７への取付構造を説明すると、図１１に示すよう
に、走行機体５７を構成する前後向き姿勢の主フレーム
５８の下方に、横向きフレームを介して左右のトラック
フレーム５９を連結固定し、このトラックフレーム５９
の前後端夫々に、駆動スプロケット６０とテンションス
プロケット６１を取付固定している。トラックフレーム
５９には、複数個の遊転輪体６２を枢支した前後一対の
可動フレーム６３Ａ，６３Ｂを相対上下動可能に装着
し、遊転輪体６２群の中間位置には大径遊転輪体６４を
支承している。又、各可動フレーム６３Ａ，６３Ｂに
は、トラックフレーム５９に上下揺動可能に枢支された
前後ベルクランク６５Ａ，６５Ｂの下端が取り付けら
れ、その前後ベルクランク６５Ａ，６５Ｂが連結ロッド
６６で連結され、かつ、後ベルクランク６５Ｂの上端に
は、クローラ走行装置５６の接地部位を走行機体５７に
対して昇降駆動する油圧式のローリング用昇降シリンダ
６７が連結され、もって、左右のクローラ走行装置５６
の接地部位を走行機体５７に対して各別に昇降して、走
行機体５７ひいては刈取装置５０の左右傾斜状態を変更
できるようにしている。図中、６８は、後ベルクランク
６５Ｂが可動ストローク端に達して、クローラ走行装置
５６の接地部位が走行機体５７に対して最も離間した上
限位置を検出する上限リミットスイッチ、６９は、後ベ
ルクランク６５Ｂが可動ストロークの他端に達して、ク
ローラ走行装置５６の接地部位が走行機体５７に対して
最も接近した下限位置を検出する下限リミットスイッチ
である。

【００４７】図９に示すように、マイクロコンピュータ
利用の制御装置７０が設けられ、この制御装置７０に、
前記ジャイロ装置Ｓ５、前記加速度センサＳ６、走行機
体５７の方位を検出する地磁気方位センサＳ４の各検出
情報、及び前記ＧＰＳ受信機１７からの前記ＧＰＳ姿勢
及び位置データが入力され、又、前記上限リミットスイ
ッチ６８，６９、走行機体５７の傾斜状態つまり水平基
準面に対する左右傾斜角を設定する傾斜角設定器７１、
及び刈取装置５０の対地高さつまり穀稈に対する刈取高
さを設定する刈高さ設定器７２の各情報が入力されてい
る。一方、制御装置７０からは、前記刈取昇降シリンダ
５５を作動させるための制御バルブ７３、前記ローリン
グ用昇降シリンダ６７を作動させるための制御バルブ７
４、及び左右のクローラ走行装置５６への動力伝達を入
り切りするための左右の操向クラッチ７３Ｌ，７３Ｒに
対する各駆動信号が出力されている。

【００４８】ここで、刈取昇降シリンダ５５、ローリン
グ用昇降シリンダ６７及び操向クラッチ７３Ｌ，７３Ｒ
とによって、刈取装置５０の対地姿勢を変更する前記姿
勢変更手段１０４が構成され、制御装置７０を利用し
て、前記慣性航法算出部ＩＮＳ、前記姿勢検出手段１０
３、前記姿勢制御手段１０１及び前記操向制御手段１０
０が構成されている。即ち、姿勢制御手段１０１は、刈
取装置５０の対地高さ検出情報に基づいて刈取装置５０
が設定対地高さ（刈高さ設定器７２の設定高さ）になる
ように刈取昇降シリンダ５５を作動させ、刈取装置５０
の左右傾斜角情報に基づいて刈取装置５０の左右傾斜角
を設定傾斜角（傾斜角設定器７１の設定角度）になるよ
うにローリング用昇降シリンダ６７を作動させる。ま
た、刈取装置５０の平面視における位置情報に基づい
て、姿勢制御手段１０１は、刈取装置５０が前記作業行
程Ｌ（図５参照）における適正作業箇所に位置するよう
に操向クラッチ７３Ｌ，７３Ｒを選択作動させるととも
に、操向制御手段１００は、刈取装置５０が前記作業行
程Ｌに沿って自動走行するように操向制御する。

【００４９】尚、作業機械としては、上記以外の草刈作
業用等の農作業車及び農作業用以外の各種作業車等でも
よく、その際の作業部等の各部の具体構成は、作業車の
目的や作業条件等に合わせて適宜変更され、作業地も圃
場に代えて例えば草刈作業車では草地等になる。

【００５０】又、作業機械としては、作業地内を走行経
路に沿って走行するものに限らず、地上に固定設置した
作業機械でもよい。尚、上記実施例では、予定走行経路
を所定範囲の作業地内に並置した複数個の作業行程Ｌで
構成したが、予定走行経路の構成はこれに限るものでは
ない。

【００５１】上記実施例では、ＧＰＳ受信手段を設定距
離を隔てて複数（２個）設置して、作業部の対地姿勢と
して対地高さと傾きとを検出したが、これに限らず、例
えば、ＧＰＳ受信手段を１個だけ設置して、作業部の対
地対地高さだけを検出するようにしてもよい。尚、複数
のＧＰＳ受信手段の数は３個以上でもよい。

【００５２】上記実施例では、作業部が機体部によって
姿勢変更自在に支持される場合を例示したが、これに限
らず、例えば、作業部を機体部と一体に構成して、作業
部の姿勢検出情報に基づいて機体部の対地姿勢を変更す
ることによって、作業部の対地姿勢を設定対地姿勢に制
御するようにしてもよい。

【００５３】上記実施例では、姿勢変更手段１０４を主
として油圧シリンダにて構成したが、これに限るもので
はない。

【００５４】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
付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】田植え作業車の制御構成のブロック図

【図２】田植え作業車及び基準局を示す概略側面図

【図３】田植え作業車を示す概略平面図

【図４】ＧＰＳ受信系の構成を示すブロック図

【図５】作業車と予定走行経路を示す概略平面図

【図６】植付け作業の制御のフローチャート

【図７】操向制御のフローチャート

【図８】姿勢制御のフローチャート

【図９】別実施例の作業車の制御構成のブロック図

【図１０】別実施例の作業車を示す概略側面図

【図１１】別実施例の作業車の要部を示す概略側面図

【符号の説明】

６ 作業部 ５０ 作業部 １０３ 姿勢検出手段 １０４ 姿勢変更手段 １０１ 姿勢制御手段 Ｒ ＧＰＳ基準局 ２０ 地上側通信手段 １７ａ ＧＰＳ受信手段 Ｓ５，Ｓ６ 慣性航法検出部 １８ 作業機械側通信手段 １０２ ＧＰＳ姿勢データ算出手段 ＩＮＳ 慣性航法算出部 ５ 機体部 ５７ 機体部 １００ 操向制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 勝美 大阪府堺市石津北町64番地 株式会社クボ タ堺製造所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 作業部（６，５０）を備えた作業機械に
   おいて、前記作業部（６，５０）の対地姿勢を検出する
   姿勢検出手段（１０３）と、前記作業部（６，５０）の
   対地姿勢を変更する姿勢変更手段（１０４）と、前記姿
   勢検出手段（１０３）の情報に基づいて、前記作業部
   （６，５０）を設定対地姿勢に維持するように前記姿勢
   変更手段（１０４）を作動させる姿勢制御手段（１０
   １）とが設けられた作業機械の姿勢制御装置であって、 地上側の基準位置に設置されて、ＧＰＳ衛星からの搬送
   波信号を受信するＧＰＳ基準局（Ｒ）と、そのＧＰＳ基
   準局（Ｒ）での搬送波位相情報を前記作業機械側に送信
   する地上側通信手段（２０）とが設けられ、 前記作業機械側に、 ＧＰＳ衛星からの搬送波信号を受信するＧＰＳ受信手段
   （１７ａ）と、 前記作業部（６，５０）の姿勢変化を検出する慣性航法
   検出部（Ｓ５，Ｓ６）と、 前記地上側通信手段（２０）の送信情報を受信する作業
   機械側通信手段（１８）と、 前記ＧＰＳ受信手段（１７ａ）での搬送波位相情報及び
   前記作業機械側通信手段（１８）が受信した前記ＧＰＳ
   基準局（Ｒ）での搬送波位相情報から求めた二重位相差
   情報に基づいて、前記作業部（６，５０）の対地姿勢を
   所定時間間隔の時系列のＧＰＳ姿勢データとして求める
   ＧＰＳ姿勢データ算出手段（１０２）と、 前記慣性航法検出部（Ｓ５，Ｓ６）の情報に基づいて、
   前記作業部（６，５０）の姿勢変化量を所定時間間隔の
   時系列の慣性航法姿勢データとして求める慣性航法算出
   部（ＩＮＳ）とが設けられ、 前記姿勢検出手段（１０３）は、前記ＧＰＳ姿勢データ
   算出手段（１０２）にて求められる、現在時刻より設定
   時間前のＧＰＳ姿勢データ、及び、前記慣性航法算出部
   （ＩＮＳ）にて求められる、現在時刻での慣性航法姿勢
   データによって現在時刻での前記作業部（６，５０）の
   対地姿勢を検出するように構成されている作業機械の姿
   勢制御装置。
2. 【請求項２】 前記ＧＰＳ受信手段（１７ａ）が、設定
   距離を隔てた状態で複数設けられ、 前記ＧＰＳ姿勢データ算出手段（１０２）が、前記複数
   のＧＰＳ受信手段（１７ａ）夫々に対応して求めた二重
   位相差情報に基づいて、前記作業部（６，５０）の対地
   高さと傾きとを前記ＧＰＳ姿勢データとして求め、 前記姿勢検出手段（１０３）は、前記作業部（６，５
   ０）の対地姿勢として対地高さと傾きとを検出するよう
   に構成され、 前記姿勢変更手段（１０４）は、前記作業部（６，５
   ０）の対地姿勢として対地高さと傾きとを変更するよう
   に構成され、 前記姿勢制御手段（１０１）は、前記作業部（６，５
   ０）の対地高さ検出情報に基づいて、前記作業部（６，
   ５０）が設定対地高さになるように前記姿勢変更手段
   （１０４）を作動させ、且つ、前記作業部（６，５０）
   の傾き検出情報に基づいて、前記作業部（６，５０）が
   設定傾斜状態になるように前記姿勢変更手段（１０４）
   を作動させるように構成されている請求項１記載の作業
   機械の姿勢制御装置。
3. 【請求項３】 前記作業部（６，５０）が、前記作業機
   械の機体部（５，５７）によって姿勢変更自在に支持さ
   れ、 前記ＧＰＳ受信手段（１７ａ）及び前記慣性航法検出部
   （Ｓ５，Ｓ６）が、前記作業部（６，５０）に設置さ
   れ、 前記姿勢変更手段（１０４）が、前記作業部（６，５
   ０）を前記機体部（５，５７）に対して姿勢変更させる
   ように構成されている請求項１又は２記載の作業機械の
   姿勢制御装置。
4. 【請求項４】 前記作業機械が、所定範囲の作業地内を
   予定走行経路に沿って走行するように構成され、 前記姿勢検出手段（１０３）は、前記作業部（６，５
   ０）の平面視における現在位置を検出するように構成さ
   れ、 前記姿勢変更手段（１０４）は、前記作業部（６，５
   ０）の平面視における位置を変更するように構成され、 前記姿勢制御手段（１０１）は、前記作業部（６，５
   ０）の平面視での位置情報に基づいて、前記作業部
   （６，５０）が前記予定走行経路における適正作業箇所
   に位置するように前記姿勢変更手段（１０４）を作動さ
   せるように構成されている請求項１、２又は３記載の作
   業機械の姿勢制御装置。
5. 【請求項５】 前記姿勢検出手段（１０３）による前記
   作業部（６，５０）の平面視における位置情報に基づい
   て、前記作業機械が前記予定走行経路に沿って自動走行
   するように操向制御する操向制御手段（１００）が設け
   られている請求項４記載の作業機械の姿勢制御装置。