JPS6352801A - 作業用車両の自動操向装置 - 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〕 本発明はトラクタ等の作業用車両を、既耕地と未耕地と
の境界を倣いガイドとして倣い走行せしめる自動操向装
置に閏する。

〔従来技術〕

後部に作業機であるロークリを章引して圃面上を走行し
、該ロークリの動作により耕うん、砕土等の作業を行な
うトラクタ等の作業用車両においては、運転者の労力負
担の軽減及び残耕部の発生防止のため、既耕地と未耕地
との境界を倣いガイドとして、機体を倣い走行せしめる
自動操向装置を備えたものがある。

この自動操向装置は、例えば３個の超音波センサを１個
が既耕地を、１個が未耕地を、残りの１個が既耕地と未
耕地との境界を含む領域を検知域とするように配し、こ
れらから発せられる超音波の夫々の検知域からの反射波
を受信して、その受信結果から、前記境界に対する機体
の相対位置を検出し、この検出結果に基づいて機体を自
ωＪ操向せしめる構成となっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような自動操向装置においては、３
個の超音波センサの内、１個の超音波センサから発信さ
れた超音波の圃面からの反射波が、他の２個の超音波セ
ンサにて受信されることがあり、また各超音波センサか
ら発信された超音波又はこれらの反射波が重複する領域
において、それらが互いに干渉して、夫々の超音波セン
サの受信量に影響を及ぼすことがあって、前記境界に対
する機体の相対位置が誤検出され、前述の自動操向が不
正確なものとなり、残耕部を生ずる虞があった。

また、前記超音波センサの代わりに赤外線、マイクロ波
を利用した検知器を設けた場合にも同様であった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、超音
波、赤外線、マイクロ波等の波を利用した検知器を複数
個並設した場合においては、未耕地と既耕地との境界に
倣う自動操向が確実に行なえる作業用車両の自動操向装
置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係る作業用車両の自動操向装置は、圃面に対す
る投射波の、該圃面からの反射波を捉えて、その検知域
が既耕地、未耕地である場合の夫々に応じた信号を出力
する検知器を複数個並設し、該検知器の出力に基づいて
、未耕地と既耕地との境界に倣う自ｖｊＪ操向を行わせ
るようにした作業用車両の自動操向装置において、前記
複数個の検知器からの前記投射波は、各別の周波数を有
するように構成してあることを特徴とする。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面に基づいて説明する
。

第１図は本発明に係る自動操向装置（以下本発明装置と
いう）を装備したトラクタの左側面図である。

図において１は前輪２及び後輪３に支持された機体であ
り、該機体１は、その前部に搭載した動力部４にて発生
した動力を後輪３に伝達し、該後輪３の回転により圃面
上を走行する。

機体ｌの交付には、３点リンク機構６が設けてあり、該
３点リンク機構６の後端には、ロークリア等の作業機が
取り付けけられるようになっている。３点リンク機構６
は油圧シリンダ等の手段により、その後端部を上下せし
めるべく回動され、ロータリ７はその回動に応じて、圃
面に対して昇降されるようになしである。

さて、前記動力部４を覆うボンネット５前部の左右両側
面には、センサアーム８４！、８ｒが夫々左右方向に向
けて略水平に突設されており、該センサアーム８Ｌ８ｒ
には夫々倣いセンサ１０１　、１Ｏｒが前輪２，２の各
着地点よりやや前方の圃面を検知域とするように斜前方
に向け、しかも夫々の検知載量の左右方向の離隔距離を
前記ロータリ７等の作業機の左右方向の幅に応じて変更
できるように、センサアーム８ｊ！、８ｒに沿って移動
可能となると共に、所望移動位置にてセンサアーム８１
．８ｒに係止可能となるように取り付けけられている。

第２図は本発明装置の模式的ブロック図である。

前記倣いセン号１１．１叶は既耕地ＣＴＤと未耕地ＵＣ
Ｔとの境界ＴＮＴと機体との相対的位置関係を捉えるた
めのものであり、超音波発信器と同受信器とを内蔵し、
前者から発せられた超音波を圃面」二に投射し、その圃
面からの反射波を後者にて捉え、その受信量に応じたレ
ベルの信号を出力する超音波センサを３個並設してなる
。機体１の左方に位置する一方の倣いセンサ１Ｍを構成
する３個の超音波センサ１０Ｊａ、１０７！ｂ、１０７
！ｃは左方から右方にこの順に位置するように並設され
、他方の倣いセンサ１０ｒを構成する３１Ｍの超音波セ
ンサ１０ｒａ、　１０ｒｂ。

１０ｒｃは逆に右方から左方にこの順に位置するように
並設されている。前記６個の超音波センサは、２個づつ
各別の駆動回路に接続されており、駆動回路１１ａにて
駆動される超音波センサ１０１　ａ、　１０ｒａの発信
器と、駆動回路１１ｂにて駆動される超音波センサ１０
　ｌ　ｂ、　１０ｒｂの発信器と、駆動回路１１ｃにて
駆動される超音波センサ１０　ｊ！　ｃ、　１０ｒｃの
発信器とは、夫々異なる周波数の超音波を発信するよう
になっている。

超音波センサ１０　Ｉ！ａ、　１０ｒａ、超音波センサ
１０　／　ｂ。

１０ｒｂ及び超音波センサ１０７！ｃ、　１Ｏｒｃの各
出力は、連動操作される切換スイッチ１２ａ、　１２ｂ
、　１２ｃに夫々与えられており、該切換スイフチ１２
ａ、　１２ｂ、　１２ｃが一側に切換えられた場合には
、倣いセンサＩＯＩ！の各超音波センサ１０　Ｑ　ａ、
　１０　（ｌ　ｂ、　１０１　ｃの出力が、マタ他側に
切換えられた場合には倣いセンサ１０ｒの各超音波セン
サ１０ｒａ、　１０ｒｂ、　１０ｒｃの出力が、夫々差
動増幅器１３ａ、　１３ｂ、　１３ｃの２つに与えられ
、超音波センサ１０　（ｌ　ａ、　１０ｒａの出力をＡ
、超音波センサ１０　Ｎ　ｂ。

１０ｒｂの出力を３１また超音波センサ１０　ｎ　ｃ、
　１０ｒｃの出力をＣとすると、差動増幅器１３ａ、　
１３ｂ、　１３ｃの夫々からＡ−Ｂ、Ｂ−Ｃ及びＡ−Ｃ
に相当する信号が得られるようになしである。

差動増＠器１３ａ、１３ｂの百出力は、差動増幅器１４
に与えられ、ここで（Ａ−Ｂ）−（Ｂ−Ｃ）に相当する
信号Ｅ′が得られるようになしてあり、該信号Ｅ′は極
性反転器１５を経て直進状態からの所要操舵量を表す信
号Ｅとなり、また差動増幅器１３ｃの出力はそのまま、
後述する如く夫々操向制御部３０に与えられる。

前記極性反転器１５は、切換スイッチ１２ａ、　１２ｂ
、　１２ｃが右側の倣いセンサ１０ｒの方に切換えられ
ている場合には動作して、その入力信号Ｅ′の極性を反
転させ、Ｅ＝−Ｅ　’として出力するが、左側の倣いセ
ンサ１Ｍの方に切換えられている場合には動作せず、入
力信号Ｅ′をそのままＥとして出力する。

第２図の右上部は、前＊２，２の操舵機構の平面図であ
り、図において２０はその長手方向を左右方向として機
体１のフレームに固着されたフロントアクスルであり、
該フロントアクスル２０の機体１から突出した左右両端
部には、その軸長方向を上下方向としてキングピン２Ｌ
２１が回動自在に枢支され、該キングピン２１，２１に
は、夫々左右の前輪２，２を軸支するナックルアーム２
２．２２が固着されている。前記フロントアクスル２０
の上面の適宜位置には、その上面に垂直に立設された枢
軸２３に、水平面内での回動自在として、平板状の回動
部材２４の一端部が枢支され、該回動部材２４の前方に
突出された他端部は、リンク部材２５．２５にて、前記
ナックルアーム２２，２２の前端部に連結されている。

更に前記回動部材２４の前後方向の中央部上面には、ア
ーム２６の一端部が固着されており、該アーム２６の右
方向に水平に突出された他端部には、油圧複動シリンダ
を用いてなる操向シリンダ２７のピストンロッド２７ａ
の先端部が回動自在に枢支されている。

而して、操向シリンダ２７のピストンロッド２７ａが進
出（又は退入）すると、アーム２６を介して回動部材２
４が枢軸２３廻りに、上方より見て反時計廻り（又は時
計廻り）に回動して、リンク部材２５．２５を介してナ
ックルアーム２２．２２を、キングピン２１゜２１を枢
軸として、反時計廻り（又は時計廻り）に回動させるの
で、前輪２，２は左（又は右）に操舵される。

また、前記キングピン２１　、２１のいずれか一方の位
置には、ポテンシオメータを用いてなる操舵角セ／す２
８が設けてあり、該操舵角センサ２８は、キングピン２
１の回動量、即ち前輪２．２の操舵量に応じ、直進に対
して右に操向されているときには正となり、左に操向さ
れているときには負となる信号りを出力する。

前記操向シリンダ２７へ圧油を送給する油圧回路は、油
圧ポンプ２９．電磁方向切換弁Ｖ等にて構成されている
。電磁方向切換弁Ｖは、４ボ一ト３位置切換式であり、
そのソレノイドＳＲ（又はソレノイドＳｒ）が励磁され
ている場合には、油圧ポンプ２９にて供給される圧油が
操向シリンダ２７の進出側（又は退入側）油室に送給さ
れ、ピストンロッド２７ａが進出（又は退入）して、前
輪２，２は左（又は右）に操舵され、機体１が左（又は
右）に操向されるようになっている。またソレノイドＳ
７！。

Ｓｒが、ともに消磁されている場合には、電磁方向切換
弁Ｖのシリンダボートがブロックされるので、操向シリ
ンダ２７への圧油の送給は停止され、前輪２．２はその
ときの操舵角に保持される。

ソレノイドＳ１．Ｓｒへの通電は、マイクロコンピュー
タを用いてなる操向制御部３０により行われる。操向制
御部３０は４個の入カポ−）ａｌ〜ａ４と、：３１１１
ｉ１の出カポ−）ｂ＋〜ｂ３を有しており、入力ボート
ａ１は前記操舵角センサ２８に接続されており、該入力
ボートａ１には前輪２，２の操舵量に応じた信号りが与
えられる。また入力ボートａ２及び同ａ３は、前記極性
反転器１５及び差動増幅器１３ｃに夫々接続されており
、入力ポートａ２には直進状態からの所要操舵量に応じ
た前記信号Ｅが、また入力ボートａ３には前述の如＜　
Ａ−Ｃに相当する信号が与えられる。

これらの各信号は、操向制御部３０の人力インターフェ
ースにて所定の処理を施され、それらのレベルに応じた
ディジタルデータとして、所定のサンプリング周期にて
操向制御部３０のＣＰＵに取込まれる。

入力ボートａ、は、自動操向スイッチ１６に接続されて
おり、該スイッチ１６がオンした場合に入カポ−）ａ４
がハイレベルに転じるようになしである。

操向制御部３０の出力ポートｂｌ及び同ｂ２は、図示し
ない励磁回路を介して、前記電磁方向切換弁■のソレノ
イドＳｒ及び同Ｓｌに夫々接続されており、出力ポート
１　（又は同ｂ２）のハイレベル出力によりソレノイド
Ｓｒ　（又は同ｓｇが励磁され、前述の如く操向シリン
ダ２７の退入（又は進出）動作により、前輪２．２が右
（又は左）に操舵される。

また出力ポートｂ３には、警告灯１７が接続され、出力
ポートｂ３のハイレベル出力により警告灯１７が点灯さ
れるようになしである。

さて、以上の如く構成されたトラクタにて耕うん作業を
行う場合に、まず作業者は左右の倣いセンサＩｏｎ！、
１０ｒの位置をロータリ７の幅に応じて移動させて固定
した後、最初の一行程を手動操向にて耕うんし、次の行
程からは、先の行程にて耕うんされた既耕地ＣＴＤと未
耕地ＵＣＴとの間の境界ＩＮＴを倣いガイドとして自動
操向を行わせる。

例えば機体１の左側に既耕地ＣＴＤがある場合には、左
側の倣いセンサＩＯＪを境界ＩＮＴの上方に位置させ、
切換スイッチ１２ａ、　１２ｂ、　１２ｃを倣いセンサ
１１からの出力が差動増幅器１３ａ、　１３ｂ、　１３
ｃに入力されるように切換え、次いで自動操向スイッチ
１６をオン操作することにより倣いセンサ１０７！の超
音波センサ１０１ａ、１０Ｉｌｂ、１０ｊ！ｃの出力に
基づく自動操向が可能となる。

第３図は境界ＴＸＴの上方に位置する倣いセンサ１０Ｉ
ｌを示す模式的正面図である。倣いセンサ１［’をこの
ように境界ＩＮＴの真上に位置させると最も機体１寄り
にある超音波センサ１０１ｃが未耕地ＯＣＴの上方に、
また最も機体１から離れた超音波センサ１０ｊ！ａが既
耕地ＣＴＤの上方に夫々位置することになり、ロータリ
７にて掘返され表面の凹凸が激しい既耕地Ｃ７０表面に
投射される超音波センサ１０’ａからの超音波はその大
部分が乱反射されるから、該センサｔＱ　ｅ　ａの受信
器にまで到達する反射波は非常に少ない。一方、未耕地
ＯＣＴ表面に照射される超音波センサ１ｏ１ｃからの超
音波は、その反射波の大部分が該センサ１０ｊ’ｃの受
信器に到達するから、超音波センサ１０１ａの出力Ａは
超音波センサ１（Ｈ！ｃの出力Ｃと比較して十分小さい
、また中央の超音波センサ１Ｑｌｂは境界ＩＮＴ上とに
位置するから、該センサｔｏｐｂからの超音波は、未耕
地ＯＣＴと既耕地ＣＴＤの表面に略半分ずつ照射される
から、該センサ１０　Ｉ！ｂの出力Ｂは、前記出力Ａと
出力Ｃとの平均値となり、前記差動増幅器１４の出力Ｅ
′は０となる。

また、機体１が第３図の状態から既耕地ＣＴＤ（又は未
耕地ｔｌｃＴ　）側に偏移した場合には超音波センサ１
０１ｂも既耕地ＣＴＤ　　（又は未耕地ＯＣＴ　）側に
偏移するから、該センサ１ｏｚｂの出力は前述の場合と
比較して減少（又は増大）し、前記Ｅ′の値は機体１の
偏移量に応じた正（又は負）の値となる。

即ち、Ｅ′の値は倣いセンサ１０１が境界ＩＮＴの真上
に位置した状態からの機体１の偏移量を示すが、例えば
超音波センサ１０ｊ！ｃから発信された超音波の圃面か
らの反射波を他の超音波センサ１０１２　ａ。

１０１ｂの受信器が受信した場合には、これらの出力Ａ
、Ｂが誤まった値となり、これらの出力に基づ＜Ｅ’の
値は機体１の偏移量を示しているとは言えない。本発明
装置においては、前述した如く、超音波センサ１０　Ａ
　ａ、　１０　ｊ！　ｂ、　１０１！　ｃから、夫々異
なる周波数を有する超音波が発信されるから、各センサ
１０４！ａ、１０ｊ！ｂ、１０ｊ！ｃは自身から発信さ
れた超音波の反射波以外を受信することがな（、これら
の出力Ａ、Ｂ、Ｃに基づく前記Ｅ′は機体１の偏移量を
正確に示すことになる。

さて、前述の場合とは逆に機体１の右側に既耕地ＣＴＤ
がある場合には、右側の倣いセンサ１０ｒを境界ＩＮＴ
の上方に位置させ切換スイッチ１２ａ、　１２ｂ。

１２ｃを倣いセンサ１０ｒ側に切換えた後、前述と全く
同様に超音波センサ１０ｒａ、　１０ｒｂ、　１０ｒｃ
の各出力Ａ。

Ｂ、Ｃに基づく同様の偏移量Ｅ′が差動増幅ｒｊｊ１４
から出力され、Ｅ′が正である場合には機体１は既耕地
ＣＴＤ　ＩＪＩＪに偏移していることを、またＥ′が負
である場合には機体１は未耕地ＵＣＴ　（１１Ｊに偏移
していることを示しているが、左側の倣いセンサ１０１
を用いた場合にはＥ′が正（又は負）である場合に機体
１は右（又は左）に操向されるべきであるのに対し、右
側の倣いセンサ１０ｒを用いた場合には、逆に機体１は
左（又は右）に操向されるべきである。

一方、右側の操向センサ１０ｒを使用している場合にの
み動作する前記極性反転器１５は、その入力Ｅ′を反転
し、−Ｅ’なるＥを出力するから、Ｅは操向センサ１０
１　、１Ｏｒのいずれを使用している場合においても、
その値が正であるときには、前輪２．２の直進状態から
の右方向への所要操舵量を、また負であるときには、同
じく左方向への所要操舵量を夫々示すことになる。

第４図は操向制御部３０の制御内容を示すフローチャー
トである。

操向制御部３０は、その入力ポートａ４のレベルにより
、自動操向スイッチ１６がオンされているが否かを調べ
、これがオンされるまで待機した後、まず自動操向が不
能である回数をカウントするカウンタＮをリセットし、
次いで入力ポートａ１がら取込まれる前記信号りに対応
するディジタルデータと、入力ポートａ２がら取込まれ
る前記信号已に対応するディジクルデータとから、Ｐ＝
Ｅ−Ｄにて現状からの所要操舵量Ｐを算出する。その後
、算出されたＰの値を、０を中心として所要の不感帯幅
２ΔＰを与えるべく設定された基準値ΔＰ、−ΔＰと夫
々比較し、ＰがΔＰより大である場合には、ソレノイド
Ｓｒを所定時間励磁せしめるべく出力ポートｂ、をハイ
レベルとして、機体ｌを右に操向させ、Ｐが一ΔＰより
小である場合には、ソレノイドＳ７！を所定時間励磁せ
しめるべく出力ポートｂ２をハイレベルとして機体１を
左に操向させる。

前述の如（Ｅの値は、直進状態からの所要操舵量であり
、例えば機体１が左（又は右）に偏移しており、Ｅが正
（又は負）の値となっている場合においても、その時前
輪２，２が既に右（又は左）に操舵され、この操舵量を
示すＤが前記Ｅに相当する正（又は負）の値となってい
るときには、前輪２．２をこれ以上操舵する必要はなく
、また機体１が境界ＩＮＴに対する正規の位置を保って
走行しており、ＥがＯである場合においても、その時前
輪２，２が右（又は左）に操舵され、Ｄが正（又は負）
の値となっているときには、前輪２゜２を逆に左（又は
右）に操舵する必要がある。

ところがＰ＝Ｅ−Ｄにて算出されるＰは、前者の例にお
いてはＰ″ＡＯとなり、後者の例においてはＰ＝−Ｄと
なるから前述の如くこのＰの値に基づいて機体１を操向
させると、前者においては機体１の操向はなされず、後
者においてはＤの太きさにより左（又は右）に機体１が
操向されることになる。

さて、Ｐが一ΔＰ以上ΔＰ以下である場合には、次に操
向制御部３０は入力ポートａ３がら取込まれるＡ−Ｃに
相当するディジクルデータを調べ、これがＯに近い、即
ち、Ｉ’ＩＣである場合には、前記カウンタＮに１を加
え、これが所定値Ｎ′となるまで、同し動作を繰返した
にもがかわらず、ＡＫＣである状態が続く場合には、出
方ボートｂ３をハイレベルとして、警告灯１７を点灯さ
せ、運転者に自動操向が不能であることを報知した後、
その操向制御動作を終了する。

これは例えば、機体１が既耕地ＣＴＤ又は未耕地ｔｌｃ
Ｔ側に大きく偏移し、その時倣いセンサとして機能して
いる例えば左側の倣いセンサｌｉの３個の超音波センサ
１０ｊ！ａ４０ｆｂ、１０Ｉ！ｃが、全て既耕地ＣＴＤ
又は未耕地ＵＣＴの上方に位置し前記センサ１０　ｊ！
　ａ、　１０１！　ｂ、　１０１　ｃがらの出力Ａ、Ｂ
、Ｃに差異がなくなり、自動操向が不可能となった場合
に、運転者にその旨を報知するためのルーチンであり、
運転者は警告灯１７０点灯を視認した場合には、自動操
向スイッチ１６をオフした後、前記倣いセンサ１０１が
境界ＩＮＮ上上位置するまで機体１を手動操向せしめて
、自動操向スイッチ１６をオンすれば、操向制御部３０
は再びその動作を開始する。

Ａ−Ｃに相当するディジタルデータを最初に調べた時、
またはカウンタＮがＮ′となる前に該データが正又は負
の値となっている場合には、フローチャートの最初の段
階まで戻り、操向制御部３０は同様の動作を繰返し、こ
の動作により機体１は境界ＩＮＴに倣って自動操向され
る。

なお、本実施例においては、倣いセンサＩＯ１！又は１
０ｒに各３個の超音波センサを並設した場合について述
べたが、超音波センサの並設個数は３個に限らず、２個
又は３個以上としてもよい。また本実施例においては倣
いセンサ１０Ｉ！又は１０ｒとして超音波を利用した超
音波センサを用いたが、赤外線、マイクロ波等を利用し
た倣いセンサを用いてもよいことは言うまでもない。

〔効果〕

以上詳述した如く、本発明装置においては、検知器であ
る複数個の超音波センサから各別の周波数を有する超音
波が夫々の検知域に投射されるので、各検知器が自身か
らの投射波の反射波のみを受信し、また各検知器からの
投射波が互いに干渉することがないので、該検知器の出
力から既耕地と未耕地との境界に対する機体の相対位置
が正確に検出でき、該境界に倣う自動操向が確実に行な
える等優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すものであり、第１図は本
発明装置を装備したトラクタの左側面図、第２図は本発
明装置の構成を示す模式的ブロック図、第３図は境界上
に位置する倣いセンサを示す模式的正面図、第４図は操
向制御部の制御内容を示すフローチャートである。 １・・・機体　２・・・前輪　３・・・後輪１０１　、
１Ｏｒ・・・倣いセンサ　２７・・・操向シリンダ２８
・・・操舵角センサ　３０・・・操向制御部代理人　弁
理士　河　　野　　登　　夫ＩＮＴ 箋　３　又

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、圃面に対する投射波の、該圃面からの反射波を捉え
   て、その検知域が既耕地、未耕地である場合の夫々に応
   じた信号を出力する検知器を複数個並設し、該検知器の
   出力に基づいて、未耕地と既耕地との境界に倣う自動操
   向を行わせるようにした作業用車両の自動操向装置にお
   いて、 前記複数個の検知器からの前記投射波は、 各別の周波数を有するように構成してあることを特徴と
   する作業用車両の自動操向装置。