JPS594B2 - 耕耘機の走行位置検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、耕耘作業中に耕耘機を未耕地と既耘地の境
界線に沿つて自動走行させるための走行位置検出装置に
関する。

まず、本発明者らによつて先に開発された、未耕地、既
耕地の境界検出による耕耘機の自動走行制御装置につい
て説明する。

第１図のように３つの光電センサ４Ａ３４Ｂ、４Ｃから
構成される境界線センサ本体４を、第２図のように耕耘
機５の車体側部に取付け（車体の両側に設けられるが、
同一機能なので一方についてのみ説明する）、このセン
サ本体４で僅かに斜前方の圃場面を検査する。

各センサ４Ａ、４Ｂ、４Ｃは同じ構成であつて、筒体の
前端開口部のレンズ３の中央に取付けた赤外線発光素子
（発光ダイオード）１から圃場に向けて赤外線を照射し
、反射される赤外線をレンズ３で集光して、それぞれの
受光素子（フォトダイオード）２Ａ３２Ｂ、２Ｃで受光
するようになつている。この３つのセンサ４Ａ、４Ｂ、
４Ｃは耕耘機５の前後方向に対して横一列に配列されて
いて、耕耘機５が未、既耕地の境界線に対して正しい位
置にあるとき（つまり、境界線に沿い、先の耕耘地に隙
間も重複も生ずることなく耕耘できる位置にあるとき）
、センサ４Ａで未耕地面を検査し、センサ４Ｃで既耕地
面を検査し、中央のセンサ４Ｂで未、既耕地の境界を検
査するように、それぞれの検査視野が設定されている。
圃場の赤外線反射率は、表面が比較的平らな未耕地で高
く、粗く耕起された既耕地では低い。

したがつて、上述の正しい走行状態にては、受光素子２
Ａの出力レベルが最も大きく、受光素子２Ｃの出力レベ
ルが最も小さく、受光素子２Ｂの出力レベルは上記２つ
の出力レベルの中間値となる。この状態から耕耘機５が
境界線に対して変位し、センサ４Ｂの検査領域が境界線
上から多少未耕地側へ移行すると、それに応じて受光素
子２Ｂの出力レベルが増加し、逆に既耕地側へ移行する
と受光素子２Ｂの出力レベルは減少する。このようにセ
ンサ２Ｂの出力から境界線に対する耕耘機５のずれ量が
知れるが、１つのセンサのみから絶対的に上記ずれ量が
検出できる訳ではなく、センサ２Ａで未耕地を、センサ
２Ｃで既耕地を検査している状態において、その２つの
センサ２Ａ，２Ｃの出力と中央センサ２Ｂの出力との比
較から耕耘機５のずれ量が検出できるのである。そこで
、正常な検出状態において未耕地を検査するセンサ４Ａ
を未耕地センサと称し、既耕地を検査するセンサ４Ｃを
既耕地センサと称し、また中央のセンサ４Ｂを境界部セ
ンサと称する。第３図は走行位置検出装置の電気的構成
を示すプロツク図である。

同図のように、各センサの赤外線発光素子１は発振器６
の出力によつて一定周期で間欠駆動され、各受光素子２
Ａ，２Ｂ，２Ｃの出力はそれぞれ同期増幅器７Ａ，７Ｂ
，７Ｃにおいて発振器６に同期して検波，増幅され、そ
れぞれバツフア増幅器８Ａ，８Ｂ，８Ｃに入力される。
また、差動増幅器９にて未耕地センサ４Ａの出力ＶＡと
境界部センサ４Ｂの出力ＶＢとの差（ＶＡ−ＶＢ）が求
められ、差動増幅器１０にて出力Ｂと既耕地センサ４Ｃ
の出力Ｖｃとの差（ＶＢ−Ｖｃ）が求められ、同じく差
動増幅器１１にて差（ＶＡ−Ｖｃ）が求められる。さら
に、差動増幅器９の出力と差動増幅器１０の出力の差（
ＶＡ＋ｃ−２Ｂ）が差動増幅器１２にて演算される。た
だし、この差動増幅器１２の利得は差動増幅器１１の出
力によつて可変制御され、差（Ａ−ｃ）が小さい程、差
動増幅器１２の利得は大きくなり、これにより圃場の反
射レベルの変動に対して自動利得制御された出力を得る
ようにしている。差動増幅器１２の出力（ＶＡ＋ｏ−２
ＶＢ）は、未耕地センサ４Ａの出力Ａど既耕地センサ４
Ｃの出力ｃの中間値ｙ酊÷ＹＳそ、境界部センサ４Ｂの
出力ＶＢとの差に相当するもので、この出力が上述のよ
うに境界線に対する耕耘機５のずれ量になるのである。

このようにして走行位置検出装置から出力される上記ず
れ量に応じて、耕耘機５の操舵輪を右あるいは左に回動
させ、上記ずれ量を打消す方向に耕耘機５の舵取りを行
ない、走行を自動制御するのである。ところで上記検出
装置では、上述したように、未耕地センサ４Ａで未耕地
を、既耕地センサ４Ｃで既耕地を検査している状態が正
常な位置検出可能な状態であつて、未耕地センサ４Ａの
検査領域が既耕地に移行したり、あるいは既耕地センサ
４Ｃの検査領域が未耕地に移行したりして、両センサの
出力の関係がＶＡ≦Ｖｃになると、これは正常な位置検
出が行なえない状態である。

このことを検出するのが第３図のコンパレータ１３であ
つて、ＶＡ≦Ｖｃになるとその出力がゞＯ″からゞビに
反転し、そのゞ１５信号が検出不能信号となる。検出不
能信号が発生した場合、ブザーやランプ等で警報を発し
て運転者にそのことを知らせると同時に、上記の自動走
行制御を解除して運転者による手動制御に委ねるように
したり、あるいは直進制御に切換えることが行なわれる
。さて、以上のような走行位置検出装置および自動走行
制御装置を備える耕耘機で従来試作されたものは、各セ
ンサ４Ａ，４Ｂ，４Ｃによる圃場面の検査領域（視野）
が、第２図の符号ＡＦｂ２ｃで示したように、耕耘機５
の前後方向と直交する直線上に並ぶように設定されてい
た。

これは、耕耘機５が境界線に対して正しい位置にあると
き、各センサの視野Ａ，ｂ，ｃが境界線と直交する直線
上に一列に並ぶように設定した訳である。これにより、
境界線に沿つて走行している過程では、走行位置の検出
は良好に行なえる。しかし、走行実験を重ねた結果、耕
耘終了点で次のような問題を生じることが判明した。第
４ａ図は耕耘機５が境界線１に沿つて走行して耕耘作業
を行ない、耕耘終了線＠（開始線でもある）に達しよう
としている状態を示す。

この図のように耕耘終了線＠がきちんと直線状に揃つて
おれば、図の状態から耕耘機５がさらに前進すると、セ
ンサ４Ｂ，４Ｃの視野Ｂ，ｃがほぼ同時に既耕地から外
れ、そこで上記検出不能信号が出力され、何ら問題は生
じない。しかし、第４ａ図のように耕耘終了線＠を常に
直線に揃えることは現実には難しく、終了点付近で耕耘
機５をターンさせたシするので、この部分の地面は相当
に荒れ、未耕地に耕起された土がかぶつたわして、耕耘
終了線＠が明瞭でしかも直線に揃うことは少ない。

第４ｂ図は耕耘終了線＠が直線状に揃つていない状態の
一例を示すもので、境界線４より多少右に難れた位置に
終了線Ｏの張り出しＯが存在している。

この場合、耕耘機５が前進して来ると、境界部センサ４
Ｂの視野ｂが境界線＠を越えて既耕地から外れているの
に、既耕地センサ４Ｃの視野ｃが張り出しＯ内の既耕地
にあるという状態を生ずる。この状態は、センサ４Ａで
未耕地を、センサ４Ｃで既耕地を検査している正常な検
出状態において、境界部センサ４Ｂの視野ｂが未耕地側
に移行した状態、すなわち境界線に対し耕耘機５が未耕
地側に大きくずれた状態と同じである。したがつて、こ
のときの位置検出出力によつて耕耘機５は既耕地側へ大
きく曲げられるように舵取り制御される。つまり、耕耘
機５は図において右側に曲げられ、このときの耕耘によ
る境界線は＠のようにカーブする。このように右へ曲げ
る制御は、センサ４Ｃの視野ｃが既耕地から外れるまで
なされ外れた時点で検出不能信号が発生するが、そのと
きまでには耕耘機５は相当右に曲げられてしまう。その
ため、重複して耕耘してしまうというだけでなく、次に
はその曲げられた境界線＠が走行基準線になる訳で、そ
の際に上述した理由によつてさらに右に曲げる制御が加
わると、境界線のカーブはさらに大きくなつてしまい、
ついには予定したような耕耘作業が行なえなくなつてし
まう。耕耘終了線に相当の凹凸を生ずる現実においては
、上記のような好ましくない事態が頻発する。なお、耕
耘終了線の凹凸により、上記とは逆にセンサ４Ｂの視野
ｂが既耕地にかかつているのに、センサ４Ｃの視野ｃが
先に既耕地から外れるという状態も勿輪生じる。しかし
、視野ｃが既耕地から完全に外れれば検出不能信号が出
るし、それまでの過渡状態にて耕耘機５を左に曲げる制
御がなされる場合もあるが、それも極く僅かで問題には
ならない。

このことが以下に述べる本発明の基礎になつている。こ
の発明は、未耕地センサ４Ａ１境界部センサ４Ｂおよび
既耕地センサ４Ｃの各視野が耕耘機５の幅方向に一列に
並ぶように設定された場合の上記問題点、つまり耕耘終
了点付近で耕耘機５を既耕地側へ曲げるような位置検出
出力が発生するという問題点を解消するためになされた
。

この発明に係る走行位置検出装置は、未耕地と既耕地の
境界線がほぼ直線で、その境界に沿つて耕耘機が所定の
耕耘作業位置にある状態にて、未耕地の赤外線反射レベ
ルを検査するよう視野が設定された未耕地センサと、未
耕地と既耕地の境界部分の赤外線反射レベルを検査する
よう視野が設定された境界部センサと、既耕地の赤外線
反射レベルを検査するよう視野が設定された既耕地セン
サとを耕耘機の車体に取付け（これら３つのセンサの出
力から境界線に対する耕耘機の走行位置ずれを検出する
ものにおいて、上記既耕地センサの視野が他の２つのセ
ンサの視野よりも耕耘機の走行方向前方に位置するよう
に設定したことを特徴とするものである。

この発明を実施するにあたり、各センサの基本構造は第
１図に示したもので良く、また電気的構成も第３図に示
したもので良い。

そして、第１図に示した各センサ４Ａ，４Ｂ，４Ｃの光
軸の角度を調整したり、他の光学的手段によジ各センサ
４Ａ，４Ｂ，４Ｃの視野を調整し、第５図に示すように
各センサ４Ａ，４Ｂ，４Ｃの視野Ａ，ｂ，Ｃを設定する
。つまり、耕耘機５の幅方向に関しては、未耕地センサ
４Ａの視野ａ１境界部センサ４Ｂの視野ｂ１既耕地セン
サ４Ｃの視野ｃの順番で車体から遠ざかるように並んで
おり、耕耘機５の走行方向に関しては、視野ａおよび視
野ｂより視野Ｃを適宜な距離Ｌだけ前方になるように設
定する。なお、視野ｃを他より前方に設定することによ
りセンサ４Ｃの利得が他のものより減少する場合もある
が、これは発光側あるいは受光側で容易に補償すること
ができる。さて、第５図のように各視野Ａ，ｂ，ｃを設
定すると、第６図からも明かなように、耕耘機５が耕耘
終了線＠近くまで前進して来るとき、耕耘終了線＠に相
当の凹凸があつても、確実に、既耕地センサ４Ｃの視野
ｃが境界部センサ４Ｂの視野ｂよりも先に終了線＠の外
に出て既耕地より外れる。

つまり、センサ４Ａ，４Ｂの視野Ａ，ｂが終了線＠上に
達する前に視野ｃが未耕地に達し、その時点で前述のし
たようにＶＡ≦Ｖｃとなり、検出不能信号が発せられる
。そのため、耕耘機５を既耕地側へ急に右旋回させるよ
うな異常な検出信号は出ないのである。このように本発
明にあつては、耕耘機５が耕耘終了線＠に達するある程
度手前において積極的に検出不能状態にさせることによ
り、前述の正しくない検出信号が出力されるのを防止し
ているのである。

耕耘終了点付近では耕耘機５は最終的に運転者によつて
手動制御されるものであるから、ある程度手前で走行位
置の検出が不能になつても実用上何ら問題はない。また
、一般に未，既耕地の境界線は極端な急カーブを描くも
のではないので、視野Ａ，ｂと視野Ｃとが前後方向に間
隔を有していても、通常の走行位置検出性能にはほとん
ど影響はない。以上詳細に説明したように、この発明に
よつてより優れた耕耘機の走行位置検出装置が提供され
るのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における３つのセンサの構造例を示す断
面図、第２図は従来の装置における耕耘機と３つのセン
サの視野の配置関係を示す平面図、第３図は本発明の装
置の電気的構成例を示すプロツク図、第４ａ図および第
４ｂ図は従来のセンサの視野に係わる問題点の説明図、
第５図は本発明の装置における耕耘機と３つのセンサの
視野の配置関係を示す平面図、第６図は本発明の効果を
説明するための図である。 １・・・・・・赤外線発光素子、２Ａ，２Ｂ，２Ｃ・・
・・・・受光素子、３・・・・・・レンズ、４Ａ・・・
・・・未耕地センサ、４Ｂ・・・・・・境界部センサ、
４Ｃ・・・・・・既耕地センサ、４・．．．．．センサ
本体、５・・・・・・耕耘機。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 未耕地と既耕地の境界線がほぼ直線で、その境界線
   に沿つて耕耘機が所定の耕耘作業位置にある状態にて、
   未耕地の赤外線反射レベルを検査するよう視野が設定さ
   れた未耕地センサと、未耕地と既耕地の境界部分の赤外
   線反射レベルを検査するよう視野が設定された境界部セ
   ンサと、既耕地の赤外線反射レベルを検査するよう視野
   が設定された既耕地センサとを耕耘機の車体に取付け、
   これら３つのセンサの出力から境界線に対する耕耘機の
   走行位置ずれを検出する装置であつて、上記既耕地セン
   サの視野が他の２つのセンサの視野よりも耕耘機の走行
   方向前方に位置するように設定したことを特徴とする耕
   耘機の走行位置検出装置。