JPS6320247Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

本考案は自動操向機能を備えたトラクタ等の作
業用車輛に関し、更に詳述すれば、自動操向の倣
いガイドとする既耕地との境界を検出する操向セ
ンサの工夫により誤検出を防止し、凹凸の著しい
圃場の自動操向も可能とした作業用車輛を提案し
たものである。 以下本考案をトラクタにおける実施例を示す図
面に基いて説明する。第１図は本考案に係るトラ
クタ（以下本案機という）の一部破断左側面図、
第２図は操向センサの取付状態を示す本案機の略
示平面図である。 このトラクタは、既耕地CTDと未耕地UCTと
の境界INTを自動操向の倣いガイドとして自動
操向を行うようにしてある。図中１はこの境界
INTを捉える操向センサであつて、機体左右に
各１組設けられており、ボンネツト１１の左右の
側面上前部から横方向へ水平に突出させたアーム
１２にて支持され、検知面が前輪２，２の着地点
の数10cm前方の地点を臨むようにしてある。この
操向センサ１は発光部、受光部（光電素子）を内
蔵し、前者から変調して発せられた光を被検物に
投射し、該被検物からの反射光を後者にて捉え同
期増幅し、これを電器信号に変換出力する光学セ
ンサ１ａ，１ｂ，１ｃを３個、機体の外側から内
側にかけてこの順序で機体の横方向に並設してな
るものであつて、最外側（既耕地CTD側）の光
学センサ１ａは、既耕地CTDのみを、中間の光
学センサ１ｂは既耕地CTDと未耕地UCTを半分
ずつ、また最内側（未耕地UCT側）の光学セン
サ１ｃは未耕地UCTのみを夫々検知対象とする
状態となつている。 第３図は光学センサの接続状態を示すブロツク
図である。１３は発光部１ａ，１ｂ，１ｃより発
光を行わせる発振器、１a₁，１b₁，１c₁は発光
部、１a₂，１b₂，１c₂は受光部、１４ａ，１４
ｂ，１４ｃは同期増幅器、９１ａ，９１ｂ，９１
ｃ，９２ａ，９２ｂ，９２ｃ，９３は夫々アナロ
グスイツチであり、３は信号処理回路、CTは反
射圃面を示す。また１０はセレクトスイツチであ
り、アナログスイツチ９１ａ，９１ｂ，９１ｃ，
９２ａ，９２ｂ，９２ｃ，９３に夫々繋がつてい
る。発振器１３と発光部１a₁，１b₁，１c₁との間
にはアナログスイツチ９３が接続され、これによ
り発光部１a₁，１b₁，１c₁の点滅が制御されるよ
うになつている。受光部１a₂，１b₂，１c₂は夫々
同期増幅器１４ａ，１４ｂ，１４ｃに接続され、
アナログスイツチ９２ａ，９２ｂ，９２ｃを介し
て信号処理回路３の夫々の入力端子３Ａ，３Ｂ，
３Ｃに繋がつている。また同期増幅器１４ａ，１
４ｂ，１４ｃとアナログスイツチ９２ａ，９２
ｂ，９２ｃとの直列回路とは夫々並列にアナログ
スイツチ９１ａ，９１ｂ，９１ｃが接続されてい
る。そして、セレクトスイツチ１０を操作して９
３を閉路した場合は発光部１a₁，１b₁，１c₁は発
光し、反射圃面CTによる反射光は受光部１a₂，
１b₂，１c₂に捉えられ、発振部１３に同期して作
動する同期増幅器１４ａ，１４ｂ，１４ｃの出力
はこのときセレクトスイツチ１０によつて閉路さ
れたアナログスイツチ９２ａ，９２ｂ，９２ｃを
介して信号処略回路３の入力端子３Ａ，３Ｂ，３
Ｃに入力される。これに対してアナログスイツチ
９３を開路した場合は発光部１a₁，１b₁１c₁は点
灯せず、またアナログスイツチ９２ａ，９２ｂ，
９２ｃは開路し、アナログスイツチ９１ａ，９１
ｂ，９１ｃが閉路して同期増幅器１４ａ，１４
ｂ，１４ｃを無効化し、受光部１a₂，１b₂，１c₂
の出力が同期増幅器１４ａ，１４ｂ，１４ｃを介
することなく入力されるようにしてある。 第４図は自動操向制御システムの模式的ブロツ
ク図である。光学センサ１ａ，１ｂ，１ｃが圃面
からの反射光を捉えて出力する電気信号はアナロ
グスイツチ９１ａ，９１ｂ，９１ｃ又は９２ａ，
９２ｂ，９２ｃを経てアナログの信号処理回路３
へ入力されるようにしてある。セレクトスイツチ
１０は圃面の状況やトラクタ等の状態により２つ
の位置が選択される。即ち圃面が比較的平担な場
合等には第１の位置（アナログスイツチ９３閉、
９２ａ，９２ｂ，９２ｃ閉、９１ａ，９１ｂ，９
１ｃ開）が、また圃面にブラウ耕等の凹凸がある
場合、或いは光学センサ１を機体前方の比較的遠
距離を検出している場合には第２の位置（アナロ
グスイツチ９３開、９２ａ，９２ｂ，９２ｃ開、
９１ａ，９１ｂ，９１ｃ閉）が夫々選択される。
第１の位置が選択された場合は光学センサ１ａ
（又は１ｂ，１ｃ）の出力は同期増幅器１４ａ（又
は１４ｂ，１４ｃ）で増幅され、アナログスイツ
チ９２ａ（又は９２ｂ，９２ｃ）を介して信号処
理回路３の入力端子３Ａ（又は３Ｂ，３Ｃ）へ入
力されるようになつている。また第２の位置が選
択された場合は受光部１a₂，１b₂，１c₂の出力は
同期増幅器１４ａ，１４ｂ，１４ｃを介さずに入
力されるようになつている。 而して、未耕地UCTの草の生育状態、凹凸、
濡れ具合等により差異はあるものの、一般には未
耕地UCTは既耕地CTDよりも反射率は高いか
ら、各センサ夫々の受光量、換言すれば夫々の出
力信号のレベルは未耕地UCTに臨むものすなわ
ち１ｃが最も高く、未耕地UCT及び既耕地CTD
に臨むもの１ｂがこれに次ぎ、既耕地CTDに臨
むもの１ａが最も低くなる。いずれにしても高レ
ベルの信号が端子３Ｃに、中間のレベルの信号が
端子３Ｂに、また低レベルの信号が端子３Ａに
夫々入力されることになる。これはセレクトスイ
ツチ１０を第１の位置にして発光部１a₁，１b₁，
１c₁が発した光を受光部１a₂，１b₂，１c₂が捉え
る場合でも、第２の位置にして自然光を受光部１
a₂，１b₂，１c₂が捉える場合でも同様である。 入力端子３Ａ，３Ｂ，３Ｃに各センサから入力
される信号を夫々Ａ，Ｂ，Ｃとするとこれらの信
号Ａ，Ｂ，Ｃは信号処理回路３にてＡ−Ｂ，Ｂ−
Ｃ，Ａ−Ｃの各減算処理が行われ、更にＰ＝（Ａ
−Ｂ）−（Ｂ−Ｃ）が求められる。さて第４図に示
すように端子３Ｂに接続される光学センサ１ｂの
検知域が未耕地UCTと既耕地CTDとの半分ずつ
に亘つている場合はＢ＝（Ａ＋Ｃ）／２となるの
でＰ＝０となるが機体が未耕地〔又は既耕地〕寄
りの位置を移動している状態では未耕地〔又は既
耕地〕が光学センサ１ｂ等の検知域のより多くの
部分を占めるのでＢ＞（Ａ＋Ｂ）／２〔Ｂ＜（Ａ＋
Ｃ）／２〕となる。従つてＰ＜Ｏ〔又はＰ＞Ｏ〕
となり、しかもＰの絶対値は例えば第４図に模式
的に示した状態からの偏りの大きさに応じて定ま
るので、要するにＰは１ｂと自動操向の倣いガイ
ドとなる境界線INTとの偏位量を表わす信号と
なつている。 ４は舵取角センサであつて、機体の左右方向の
中心線に対する左右の前輪２，２の水平回動角
度、即ち舵取角を検出すべく、左右の前輪２，２
を連動させて水平回動させ得べく支持しているナ
ツクルアーム等の部材に付設されたものであり、
具体的にはポテンシオメータを利用している。舵
取角センサ４の出力信号Ｄは信号処理回路３へ入
力される。そしてこの出力信号Ｄは前述の偏位量
検出信号Ｐと共に信号処理回路３内の差動アンプ
へ入力され、両者の差Ｅ＝Ｐ−Ｄに相当する信号
を得るようにしてある。この差信号Ｅは操向セン
サと境界との偏位量から実舵取角を差引いたもの
であるから、要するに所要の舵取量（現状状態よ
りも更に必要とされる舵取量）を表す信号となつ
ている。例えば図示の例において機体が直進して
いる（Ｄ＝Ｏ）にも拘らず、Ｐ＞Ｏ（又はＰ＜Ｏ）
となつた場合はＥ＞Ｏ（又はＥ＜Ｏ）となり、そ
の絶対値に応じた量だけ機体を未耕側（又は既耕
側）へ寄せることを要することを意味することに
なる。また、Ｐ＞Ｏ（又はＰ＜Ｏ）であつてもそ
れまでの自動操向制御その他によりＤ＝Ｐとなつ
た場合にはそれ以上の舵取を要しないことを意味
することになる。そして理想的な操向状態が継続
されている場合にはＥ＝Ｐ＝Ｄ＝Ｏとなることは
勿論である。また、Ｐ＝（Ａ−Ｂ）−（Ｂ−Ｃ）は
発光部１a₁，１b₁，１c₁の発する光と自然光とが
同一になるように同期増幅器１４ａ，１４ｂ，１
４ｃのレベルを適切に選択できる。 ６はデイジタルのデータ処理装置であつて
CPU〔例えば日本電気(株)製マイクロプロセツサ
μPD556D〕、Ａ／Ｄ変換器、メモリ、入出力イン
ターフエース等を備えた所謂マイクロコンピユー
タである。前記信号処理回路３の出力信号Ｅはデ
ータ処理装置６の入力インターフエースにて所定
の変換処理を施され、適宜のサンプリング周期
で、そのレベルに応じたデイジタルデータとして
CPUに取込まれる。例えばＥのレベルを７段階
に分離識別する処理を行つてCPUへ取込むこと
としている。データ処理装置６のCPUは主とし
て前記信号Ｅに基く操向制御を行い、油圧駆動に
よつて前輪２，２を水平回動させ舵取を行わせ
る。データ処理装置６への入力信号Ｅのレベルと
舵取との関係は、表１のとおりである。

【表】

【表】 なお、表１はＤ＝Ｏとした場合についての機体
進行状況を表わしているが、前述した如くＥ＝Ｐ
−Ｄであり、Ｐは左側（図示の例では未耕側）へ
の偏位が負、右側（同じく既耕側）への偏位が
正、またＤは右側（同じく既耕側）への舵取量が
負、左側（同じく未耕側）への舵取量が正となる
ように定めているので、機体進行域が既耕側へ大
きく偏位している（Ｐが大きい）場合において
も、舵取が未耕側へ大きく行われている。Ｄが大
きいときは、必ずしもＥ≧E₃とはならずE₁＞Ｅ
＞−E₁のような状態となり得、それ以上の舵取
を行わせず現状のままを維持させることとする。
けだし、既に未耕側への舵取が十分に行われた状
態にあり、そのままの状態を継続しても既耕側へ
の偏位を解消する方向へ機体が旋回進行していく
からである。 さて、油圧回路７はデータ処理装置６によつて
電磁切換弁を作動させ、油路を切換えることによ
り複動シリンダのロツドを進出、退入せしめる。
このロツドは左右の前輪２，２の支持部材に連動
連結されており、ロツドの進出、退入に応じて左
右の前輪２，２は左、右方向へ連動して水平回動
する。而して、舵取量の大小制御は複動シリンダ
への圧油供給を断続的に行わせることとし、この
断続的圧油供給サイクルのデユーテイ比を大小に
異らせることによつて実現している。即ち、Ｅ≧
E₃である場合はロツドの進出方向への圧油供給
を大きなデユーテイ比で行い、−E₁≧Ｅ≧−E₂で
ある場合はロツドの退入方向への圧油供給を小さ
なデユーテイ比で行うようにしてある。 ８は入力操作部であつて、データ処理装置６へ
の電源投入、自動−手動操向の切換、その他自動
操向に必要とされる各種データ、信号の入力を行
うために運転者用の座席１５の前方にあるフロン
トパネル１６に設けられている。この入力操作部
８の操作によつて手動操向モードが選択された場
合はデータ処理装置６による油圧回路７の制御は
行われずフロントパネル１６から突出させたステ
アリングコラムの上端に固定された操舵輪５の回
動操作により操向が行えるようにしてある。即
ち、この操舵輪５の回動により油圧回路７中の前
記電磁切換弁を機械的に切換動作させて、複動シ
リンダの進出、退入を行わせ、データ処理装置６
による場合と同様に油圧力によつて旋回を行わせ
ることにしている。 叙上の如く構成された本考案に係るトラクタに
よりロータリ耕耘を行う場合には、まず最初の一
行程を手動操向にて耕耘し、次の行程からは先行
行程にて形成された既耕地CTDと未耕地UCTと
の間の境界INTを倣いガイドとしてセレクトス
イツチ１０を第１の位置とし、上述したところか
ら理解される如くに自動操向を行わせることとな
る。 然るに光の物理的性質から発光部１a₁，１b₁，
１c₁から発せられた光は距離の２乗で拡散するか
ら、光学センサの検知面を機体より比較的遠距離
の地点を臨むように位置した場合、或いは地面に
ブラウ耕跡等による凹凸が著しい場合は、発光部
１a₁，１b₁，１c₁からの光が圃面で乱拡散するた
めに、受光部１a₂，１b₂，１c₂はこの光を捉えに
くく、誤検知により誤走行等を起す虞れがある
が、このような場合にセレクトスイツチ１０を第
２の位置に切換えることにより、発振器１３と発
光部１a₁，１b₁，１c₁との間のアナログスイツチ
９３がオフすることとなり、発光部１a₁，１b₁，
１c₁は発光しなくなる。一方受光部１a₂，１b₂，
１c₂は自然光の圃面反射光を捉えその受光部発信
号を信号処理回路３に入力する。このようにセレ
クトスイツチ１０を第２の位置に切換えることに
より、受光部は自然光を捉えるものであるから、
発光部からの光の乱拡散による誤検知が防止でき
ることとなる。 以上詳述したように本考案は、反射率の相異る
領域の境界と機体との相対的位置関係を捉え、前
記境界に倣う走行を行わせる自動操向機能を備え
た作業用車輛において、発光部及び受光部を有す
る光学センサを備え、発光部が発した光の圃面反
射光を受光部で捉えた信号及び自然光による圃面
反射光を受光部で捉えた信号を前記境界特定のた
めの信号として選択的に処理すべく構成したもの
であるから、圃場にブラウ耕跡等の凹凸があり、
トラクタ等が傾き、光学センサが揺れるような場
合に、光学センサと圃面との距離の変動による該
センサの誤検出が防止される。また光学センサの
発光部の発光能力に限界があるから、トラクタ等
の機体前方の比較的近距離を検知圃面としなけれ
ばならないのに対し、自然光を検知信号としたこ
とにより機体前方の比較的遠距離を検知圃面とす
ることができ、前輪の舵取量を少なくすることに
より機体の舵行が防止できる。またセレクトスイ
ツチ１０を運転席近傍に設けることにより、受光
部が受光する光を発光部の発する光と自然光とに
簡単に切換えられるので、圃面の状況に応じた適
切な走行が容易に行わる等優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

図面は本考案の実施例を示すものであつて、第
１図は本案機の一部破断左側面図、第２図は操向
センサの取付状態を示す本案機の略示平面図、第
３図は操向センサを構成する光電素子の接続状態
を示すブロツク図、第４図は自動操向制御システ
ムの模式的ブロツク図である。 １……操向センサ、１ａ，１ｂ，１ｃ……光学
センサ、１a₁，１b₁，１c₁……発行部、１a₂，１
b₂，１c₂……受光部、３……信号処理回路、６…
…データ処理装置、９１ａ，９１ｂ，９１ｃ，９
２ａ，９２ｂ，９２ｃ，９３……アナログスイツ
チ、１０……セレクトスイツチ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 反射率の相異る領域の境界と機体との相対的位
   置関係を捉え、前記境界に倣う走行を行わせる自
   動操向機能を備えた作業用車輛において、発光部
   及び受光部を有する光学センサを備え、発光部が
   発した光の圃面反射光を受光部で捉えた信号及び
   自然光による圃面反射光を受光部で捉えた信号を
   前記境界の特定のための信号として選択的に処理
   すべく構成した前記相対的位置関係の検出手段を
   具備することを特徴とする作業用車輛。