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発明の名称 作業車用走行制御設備
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平9−47111
公開日 平成9年(1997)2月18日
出願番号 特願平7−200162
出願日 平成7年(1995)8月7日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】北村 修
発明者 江間 浩明 / 林 繁樹 / 山口 哲雄
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 自走機体が走行対象区域(X,Y)を自動的に走行するように前記自走機体の操向装置(1,21)を操作する走行制御手段(9,29)、前記自走機体が走行対象区域(X,Y)の端(L)に到達したことを検出する検出手段(6a,6b,27)を備え、前記検出手段(6a,6b,27)が非検出状態にあると、前記走行制御手段(9,29)が前記検出手段(6a,6b,27)からの情報に基づいて前記操向装置(1,21)を第1設定操向状態に操作して前記自走機体を走行対象区域(X,Y)の端に向けて走行させ、かつ、前記検出手段(6a,6b,27)が検出状態になると、前記走行制御手段(9,29)が前記検出手段(6a,6b,27)からの情報に基づいて前記操向装置(1,21)を第2設定操向状態に操作して前記自走機体を走行対象区域(X,Y)の内向きに向き変更して走行させる状態に前記走行制御手段(9,29)を前記検出手段(6a,6b,27)に連係してある作業車用走行制御設備。
【請求項2】 自走機体を走行対象区域の内向きに向き変更させるための操向角度が異なる複数の内向き操向状態を設定する操向角設定手段(10)を備えるとともに、前記検出手段(6a,6b)が検出状態になると、前記操向角設定手段(10)が前記複数の内向き操向状態のうちの一つを前記第2設定操向状態として設定するように構成してある請求項1記載の作業車用走行制御設備。
【請求項3】 前記検出手段(6a,6b)が走行対象区域(X)の端(L)に設置された指標を検出するセンサーである請求項1または2記載の作業車用走行制御設備。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、耕耘装置や清掃装置などの作業装置を自走機体に備えている作業車を自動走行するように制御するための作業車用走行制御設備に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、作業車としては、運転者が搭乗したり追従歩行したりして操縦することによって走行させるようになっていた。また、ラジオコントロールができるようになった作業車があったが、この場合も、操縦者が監視しながら遠隔操縦するものであるため、走行させている間は継続して操縦を行う必要があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来、たとえば作業対象区域の面積が広いとか、作業装置による処理を繰り返して行うとかによって長時間にわたって走行させる場合、運転者が操縦する時間も長くなって疲労が大になっていた。本発明の目的は、長時間走行でも楽に行わせられ、しかも、地面が走行装置の通過によって部分的に乱れることを回避しながらできるようにすることにある。本発明の付随的な目的は、さらに、地面乱れをより一層確実に回避したり、比較的構造簡単に得たりすることを可能にすることにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】
〔構成〕本発明による作業車用走行制御設備は、目的達成のために、自走機体が走行対象区域を自動的に走行するように前記自走機体の操向装置を操作する走行制御手段、前記自走機体が走行対象区域の端に到達したことを検出する検出手段を備え、前記検出手段が非検出状態にあると、前記走行制御手段が前記検出手段からの情報に基づいて前記操向装置を第1設定操向状態に操作して前記自走機体を走行対象区域の端に向けて走行させ、かつ、前記検出手段が検出状態になると、前記走行制御手段が前記検出手段からの情報に基づいて前記操向装置を第2設定操向状態に操作して前記自走機体を走行対象区域の内向きに向き変更して走行させる状態に前記走行制御手段を前記検出手段に連係してあることを特徴とする。
【0005】〔作用〕前記第1設定操向状態として、作業車が直線経路や曲線経路など、走行箇所や作業に相応しい経路で走行対象区域をその端に向けて走行するように操向操作する状態を設定する。また、前記第2設定操向状態として、走行対象区域の端に到達すると常に一定の操向角度で向き変更して走行するように操向操作する状態を設定したり、端に到達する都度異なる操向角度で向き変更して走行するように操向操作する状態を設定したりする。すると、作業車を走行開始箇所にセットして始動させると、走行制御手段が操向装置を前記第1設定操向状態に操作するため、作業車は走行対象区域を自動的に走行して行く。この自動走行に伴って走行対象区域の端に到達すると、これを検出手段が検出して走行制御手段が操向装置を前記第2設定操向状態に操作するため、作業車は走行対象区域の内側に向けて自動的に走行方向を変更し、この後、走行制御手段が自動的に操向操作するために、走行対象区域をさらに自動的に走行して行く。
【0006】〔効果〕請求項1による発明の効果はつぎのとおりである。走行制御手段による自動操作のために走行対象区域を自動的に走り廻ることにより、長時間作業の場合には作業不良や故障などのトラブルが発生していないかを監視するだけで操縦しなくて済むとか、長時間にわたる走行耐久試験の場合には故障や走行トラブルが発生していないかを監視するだけで操縦しなくて済むなど、長時間でも楽に走行させられるようになった。走行対象区域に巡回コースを予め設定し、この巡回コースを自動的に走行させても、走行対象区域を全体にわたって自動的に走行して行くようにできるが、この場合、走行装置が常に同一箇所を同一方向に通過することになり、走行対象区域の一部に走行装置の繰り返し通過に起因するえぐれや土だまりができるなど、部分的な地盤乱れが発生しやすくなる。これに対し、本発明の場合、端に到達するとそれまでに走ってきた走行コースとは異なる走行コースを走って行くように向き変更して、走行対象区域の全体を任意のコースで任意の方向に走行するようにできることにより、部分的な地盤乱れが発生することを回避しやすくなり、その地盤乱れに起因する大きな走行振動が発生しにくいなど有利に走行させられるようになった。
【0007】請求項2による発明は、自走機体を走行対象区域の内向きに向き変更させるための操向角度が異なる複数の内向き操向状態を設定する操向角設定手段を備えるとともに、前記検出手段が検出状態になると、前記操向角設定手段が前記複数の内向き操向状態のうちの一つを前記第2設定操向状態として設定するように構成してあることを特徴とする。
【0008】請求項2による発明の作用、効果は、つぎのとおりである。
〔作用〕作業車が走行対象区域の端に到達すると、操向角度の大きい第2設定操向状態が設定されて内向き角度を大にして向き変更したり、操向角度の小さい第2設定操向状態が設定されて内向き角度を小にして向き変更したりして、同じ端の同一箇所に同一角度で到達しても向き変更後には異なる方向に走行し、走行対象区域の同一箇所を繰り返して通過する事態がより一層発生しにくくなる。
【0009】〔効果〕同一箇所の繰り返し走行が避けやすくなることにより、部分的な地盤乱れが発生することを一層確実に回避したり、走行対象区域の全体を極力早期に走行して作業を早期に完了したりすることが可能になる。
【0010】請求項3による発明は、前記検出手段が走行対象区域の端に設置された指標を検出するセンサーであることを特徴とする。
【0011】請求項3による発明の作用、効果は、つぎのとおりである。
〔作用〕センサーを作業車に装備させ、作業車が走行対象区域の全周囲のいずれの箇所の端に到達した場合にもそのセンサーによって検出できる。
【0012】〔効果〕走行対象区域の全周囲のいずれの箇所の端に到達しても同一のセンサーによって検出できることにより、走行対象区域の端に検出手段を設置する場合に比べ、検出手段の必要数や処理すべき情報の量を少なく済ませて構造簡単に得ることが可能になる。
【0013】
【発明の実施の形態】図1に示すように、前車輪1および後車輪2を駆動自在に備えるとともに運転座席3を備えた自走機体の後部に、リフトシリンダ4によって昇降操作するように構成してロータリ耕耘装置5を連結するとともに、自走機体からロータリ耕耘装置5に動力伝達するように構成して、乗用型耕耘機を構成してある。
【0014】自走機体の前端部に付設した左右一対の受光センサー6a,6bと、これらの受光センサー6a,6bからの情報に基づいて自走機体の操向操作および前後進切り換えを自動的に行うように構成して自走機体に装備した走行制御機構7とによって、走行制御設備を構成してある。この走行制御設備は、図2に示すように、圃場Xの周辺に複数のレーザー発生装置8を設置することにより、耕耘機が圃場Xの端Lに到達するまでは自動的に直進走行し、端Lに到達すれば走行方向を圃場内向きに自動的に変更して再び端Lに到達するまで自動的に直進走行するように圃場内を自動的に走行し、操縦者を要しないで自動的に代掻き作業することを可能にするものであり、詳しくは、つぎのように構成してある。
【0015】各レーザー発生装置8は、圃場Xの一辺の畦に沿う方向のレーザー光線Lを畦の一端側から他端側に向けて投射するように、かつ、対向し合う一対の畦の一方での投射方向と他方での投射方向とが互いに反対方向になるように設置する。すなわち、各レーザー発生装置8が投射する一本のレーザー光線Lによって圃場Xの一辺での端Lを表示し、二つのレーザー発生装置8,8が投射される二本のレーザー光線L,Lによって圃場Xの角部での端Lを表示する。すると、自走機体が圃場Xのある一辺の畦に向かって走行して畦際に到達した場合には、左右一対の受光センサー6a,6bのうちのいずれか一方がレーザー光線Lを受入れる。そして、自走機体が圃場Xのある角部に向かって走行して畦際に到達した場合には、左右一対の受光センサー6a,6bのいずれもがレーザー光線Lを受け入れる。このため、一対の受光センサー6a,6bのいずれか一方がレーザー光線Lを検出することによって自走機体が圃場Xのある一辺での端Lに到達したと検出できる。そして、一対の受光センサー6a,6bの両者が共にレーザー光線Lを検出することによって自走機体が圃場Xの角部での端Lに到達したと検出できる。
【0016】図3に示すように、走行制御機構7をマイクロコンピュータで構成し、走行制御手段9、操向角設定手段10、タイマー手段11を走行制御機構7に備えてある。走行制御手段9は、前記一対の受光センサー6a,6b、操向装置としての前車輪1を操向操作するステアリングシリンダ12の電磁制御弁13、前後輪1,2を前進駆動と後進駆動とに切り換える前後進切換え装置14の電動式の操作機構15、前記リフトシリンダ4の電磁制御弁16のそれぞれに連係してある。走行制御機構7を図4に示す制御フローに基づいて自動的に作動するように構成してあることにより、走行制御手段9は受光センサー6a,6b、操向角設定手段10およびタイマー手段11からの情報に基づいてつぎの如く作動する。
【0017】すなわち、走行制御手段9は、始動操作されると、操作機構15を前進側に操作することによって前後進切換え装置14を前進側に操作するとともに、一対の受光センサー6a,6bから情報を入力して両受光センサー6a,6bがレーザー光線Lを検出している検出状態と、レーザー光線Lを検出していない非検出状態とのいずれにあるかを判別する。両受光センサー6a,6bの両者が共に前記非検出状態にあると判別した走行制御手段9は、自走機体が圃場Xの内側にあってまだ端Lに到達していないと判断する。すると、走行制御手段9は、前記電磁制御弁13を直進操作位置に操作することによって前車輪1を直進用の操向状態に操作し、自走機体を圃場Xのある一辺または角部の端Lに向かって直進前進するように走行させる。
【0018】両受光センサー6a,6bのいずれか一方が前記検出状態にあると判別した走行制御手段9は、自走機体がある一辺の端Lに到達したと判断する。すると、走行制御手段9は、両受光センサー6a,6bのいずれか一方が前記検出状態になった時に操向角設定手段10が設定した内向き操向角を操向角設定手段10から入力し、この入力情報に基づいて電磁制御弁13を操作することによって前車輪1を操向角設定手段10による設定内向き操向角だけ右向きになるように操向操作する。さらに、タイマー手段11から時間情報を入力して前車輪1の操向操作を行ってからの経過時間を計測し、この計測時間が自走機体を操向角設定手段10による設定内向き操向角に対応する角度だけ向き変更させるために前車輪1を操向状態に維持しておく必要があるものとして予め設定してある操向操作時間に達するまで前車輪1の右向き操向操作を維持することにより、ある一辺の端Lに到達した自走機体の走行向きを操向角設定手段10による設定内向き角度で圃場Xの内向きに変更させる。前記計測経過時間が前記設定操向操作時間に達すると、走行制御手段9は、ステアリングシリンダ12を元の直進状態に戻し操作して前車輪1を直進向きに操向操作し、端Lで圃場Xの内向きになった自走機体を直進で前進させる。
【0019】両受光センサー6a,6bのいずれもが前記検出状態にあると判別した走行制御手段9は、自走機体がある角の端Lに到達したと判断する。すると、走行制御手段9は、リフトシリンダ4を上昇側で前後進切換え装置14を後進側にそれぞれ切り換え操作することにより、耕耘装置5を対地上昇させて機体後進の障害にならないようにしながら自走機体を直進で後進させる。自走機体が圃場Xの外部に出たり、畦に衝突したりすることを回避しながら向き変更できる箇所まで後進すると、走行制御手段9は、リフトシリンダ4を下降側で前後進切換え装置14を前進側にそれぞれ切り換え操作して、自走機体が代掻き作業を行いながら前進走行することを可能にするとともに、両受光センサー6a,6bのいずれもが前記検出状態になった時に操向角設定手段10が設定した内向き操向角を操向角設定手段10から入力し、この入力情報に基づいて電磁制御弁13を操作することによって前車輪1を操向角設定手段10による設定内向き操向角だけ右向きになるように操向操作する。さらに、タイマー手段11から時間情報を入力して前車輪1の操向操作を行ってからの経過時間を計測し、この計測時間が自走機体を操向角設定手段10による設定内向き操向角に対応する角度だけ向き変更させるために前車輪1を操向状態に維持しておく必要があるものとして予め設定してある操向操作時間に達するまで前車輪1の右向き操向操作を維持することにより、ある角部の端Lに到達した自走機体の走行向きを操向角設定手段10による設定内向き操向角に対応する角度で圃場Xの内向きに変更させる。前記計測経過時間が前記設定操向操作時間に達すると、走行制御手段9は、ステアリングシリンダ12を元の直進状態に戻し操作して前車輪1を直進向きに操向操作し、端Lで圃場Xの内向きになった自走機体を直進で前進させる。
【0020】操向角設定手段10は、両受光センサー6a,6bがレーザー光線Lを検出するしないにかかわらず常に乱数発生作動を行うことによって、角度が大小異なる複数の内向き操向角の一つを任意に設定しており、両受光センサー6a,6bのいずれか一方または両者がレーザー光線Lを検出した時に設定した一つの内向き操向角を走行制御手段9によって前車輪1を操向操作させるべき操向角として走行制御手段9に出力する。このため、走行制御手段9は、自走機体がある一辺の端Lまたはある角部の端Lに到達した際、常に同一の操向角に前車輪1を操向操作するのではなく、両受光センサー6a,6bのいずれか一方または両者がレーザー光線Lを検出した時に操向角設定手段10によって設定された任意の操向角に前車輪1を揺動操作し、機体の走行方向を操向角設定手段10によって設定された設定操向角に対応する角度で圃場Xの内向きに変更する。
【0021】〔別実施形態〕図5に示すように、稲、麦などの植立茎稈を刈り取るとともに刈取り茎稈を機体後方に搬送するように構成した刈取り前処理装置20を、左右一対のクローラ式走行装置21,21、運転部22を有した自走機体の前部に昇降操作自在に連結するとともに、前記前処理装置20からの刈取り茎稈を、前記自走機体に備えてある脱穀装置23によって扱き処理するように構成して、コンバインを構成してある。
【0022】刈取り前処理装置20の前端部に取り付けた遮光体24、前記自走機体に設けた送受信機25、この送受信機25による受信情報に基づいて自走機体の操向操作および前後進操作を行うように構成して自走機体に設けた制御機構26、図6に示すように走行試験場Yの周囲に設置した複数個のレーザー発生装置8および受光センサー27、走行試験場Yの付近に位置する基地局Hに設置した送受信機28および走行制御手段29により、走行制御設備を構成してある。この走行制御設備は、図6に示すように、コンバインが走行試験場Yの端Lに到達するまでは自動的に直進走行し、端Lに到達すれば走行方向を試験場Yの内向きに自動的に変更して再び端Lに到達するまで自動的に直進走行するように試験場Yを自動的に走行し、操縦者を要しないで耐久走行試験を行うことを可能にするものであり、詳しくは、つぎのように構成してある。
【0023】各レーザー発生装置8は、レーザー光線Lが試験場Yの一辺に沿ってその一端側から他端側に向かうようにレーザー光線Lを投射する。すなわち、各レーザー発生装置8が投射する一本のレーザー光線Lによって試験場Yの一辺での端Lを形成し、二つのレーザー発生装置8,8が投射される二本のレーザー光線L,Lによって試験場Yの角部での端Lを形成する。すると、コンバインが試験場Yのある一辺の端Lに到達すると、遮光体24が一本のレーザー光線Lの投射経路に入り込んでそのレーザー光線Lを受け止めて、複数個の受光センサー27のうちの一つをレーザー光線Lの非検出状態にする。そして、コンバインが試験場Yのある角部の端Lに到達すると、遮光体24が二本のレーザー光線L,Lの投射経路に入り込んで二本のレーザー光線Lを受け止めて、複数個の受光センサー27のうちの2個をレーザー光線Lの非検出状態にする。これにより、複数個の受光センサー27のうちのいずれか1個がレーザー光線Lを検出しない非検出状態になることによって、自走機体が試験場Yのある一辺の端Lに到達したと検出できる。そして、複数個の受光センサー27のうちの2個がレーザー光線Lを検出しない非検出状態になることによって、自走機体が試験場Yのある角部の端Lに到達したと検出できる。
【0024】図7に示すように、前記走行制御手段29は前記複数個の受光センサー27、および、前記送受信機28に連係させてある。前記制御機構26は前記送受信機25に連係させてある。操向装置としての前記一対のクローラ走行装置21,21を各別に前進駆動と後進駆動とに切り換えるようにミッションケース30に内装された一対の前後進切換え装置31,31のぞれぞれを操向シリンダ32によって切り換え操作するように構成するとともに、前記一対の操向シリンダ32,32のための一つの電磁制御弁33を前記制御機構26に連係させてある。前記走行制御手段29および制御機構26はマイクロコンピュータによって構成してあり、つぎのように作動する。
【0025】走行制御手段29は複数個の受光センサー27から情報を入力して各受光センサー27がレーザー光線Lを検出している検出状態と、レーザー光線Lを検出していない非検出状態とのいずれにあるかを判別する。複数個の受光センサー27の全てが前記非検出状態にあると判別した走行制御手段29は、自走機体が試験場Yの内側にあってまだ端Lに到達していないと判断し、送受信機28からコンバイン側の送受信機25に直進前進用の無線信号を送信する。すると、制御機構26は送受信機25による受信信号に基づいて電磁制御弁33を前進位置に操作して自走機体を直進前進させる。これにより、走行制御手段29は、試験場Yの内側に位置する自走機体を試験場Yのある一辺または角部の端Lに向かって直進前進するように走行させる。
【0026】複数個の受光センサー27のうちのいずれか一つが前記検出状態にあると判別した走行制御手段29は、自走機体が試験場Yのある一辺の端Lに到達したと判断し、送受信機28からコンバイン側の送受信機25に旋回用の無線信号を送信する。すると、制御機構26は送受信機25による受信信号に基づいて電磁制御弁33を旋回位置に操作して左側のクローラ走行装置21を前進側に駆動されるように操作し、右側のクローラ走行装置21を後進側に駆動されるように操作し、自走機体を右向きに超信地旋回させる。自走機体が旋回すると、制御機構26は方位センサー34からの情報に基づいて自走機体の旋回した角度を検出し、検出角度が約90度になると、送受信機25から基地局28側の送受信機28に所定の操作信号を送信する。すると、走行制御手段29は送受信機28による受信情報に基づいてそれまで送信していた旋回用の無線信号の送信を停止して直進前進用の無線信号を送信し、制御機構26による自走機体の旋回操作を停止させて直進前進操作を行わせる。これにより、走行制御手段29は、一辺の端Lに到達した自走機体をその到達地点で約90度右向きに超信地旋回した試験場内向き方向に方向変更させて変更後の方向に直進走行させる。
【0027】複数個の受光センサー27のうちの二つが前記検出状態にあると判別した走行制御手段29は、自走機体が試験場Yのある角部の端Lに到達したと判断し、送受信機28からコンバイン側の送受信機25にまず後進用の無線信号を送信する。すると、制御機構26は送受信機25による受信信号に基づいて電磁制御弁33を後進位置に操作して左右のクローラ走行装置21,21を共に後進側に駆動されるように操作し、自走機体を直進後進させる。自走機体が予め設定してある数メートルを後進して試験場Yの外部に出ることを回避しながら向き変更できる箇所に到達すると、走行制御手段29はそれまで送受信機28から送信していた後進用信号の送信を停止して旋回用の無線信号を送信する。すると、制御機構26は送受信機25による受信信号に基づいて電磁制御弁33を旋回位置に操作して左側のクローラ走行装置21を前進側に駆動されるように操作し、右側のクローラ走行装置21を後進側に駆動されるように操作し、自走機体を右向きに超信地旋回させる。自走機体が旋回すると、制御機構26は方位センサー34からの情報に基づいて自走機体の旋回した角度を検出し、検出角度が約90度になると、送受信機25から基地局28側の送受信機28に所定の操作信号を送信する。すると、走行制御手段29は送受信機28による受信情報に基づいてそれまで送信していた旋回用の無線信号の送信を停止して直進前進用の無線信号を送信し、制御機構26による自走機体の旋回操作を停止させて直進前進操作を行わせる。これにより、走行制御手段29は、角部で端Lに到達した自走機体をその到達地点から数メートル後進した箇所で約90度右向きに超信地旋回した試験場内向き方向に走行方向を変更させて変更後の方向に直進走行させる。
【0028】尚、図6に示す35はテレビカメラであり、コンバインが試験場Yを走行する様子を基地局Hのモニター画面に写し出すものである。また、図7に示す36は緊急停止スイッチであり、試験場Yで自動走行しているコンバインを停止操作するものである。このスイッチ36を操作すると、走行制御手段29がスイッチ36からの情報に基づいて、送受信機28からコンバイン側の送受信機25に所定に緊急停止信号を送信する。すると、制御機構26は送受信機25による受信情報に基づいて走行クラッチ37を自動的に切り操作して左右一対のクローラ走行装置21,21への伝動を停止させる。したがって、緊急停止スイッチ36によるコンバインの走行停止操作が可能となる。
【0029】上記の各実施形態の如く圃場Xや試験場Yの内側では自走機体が直進走行するように操向制御して実施する他、走行箇所の条件や作業の内容などによっては曲線経路で走行するように操向制御して実施してもよい。したがって、自走機体が端Lに到達するまでに採用されるこれらの操向状態を第1設定操向状態と称する。
【0030】上記実施形態の如く、自走機体が端Lに達した際、その到達時に角度を異ならせて任意に設定される設定内向き操向角で内向き方向に操向制御するとか、常に同一の内向き操向角で内向き方向に操向制御するように構成する他、自走機体が端Lに到達する都度、角度が異なる複数の内向き操向角の内から一つの内向き操向角を予め設定してある所定の順序で選択して採用することによって操向制御を行うように実施してもよい。したがって、自走機体が端Lに到達した時に採用されるこれらの操向状態を第2設定操向状態と称する。
【0031】前記レーザー光線Lに替えて磁石を走行対象区域の端に設置するとともに、磁石による磁気を検出する磁気センサーを受光センサーに替えて自走機体に付設する手段を採用するとか、接触センサーを自走機体に付設するとともにこの接触センサーの検出対象体を走行対象区域の端に固設する手段を採用することにより、自走機体の端への到着を検出するように構成して実施してもよい。したがって、レーザー光線、磁石、検出対象体などを端に設置された指標と総称し、受光センサー、磁気センサー、接触センサーなどを検出手段6a,6bと総称する。
【0032】本発明は、耕耘機やコンバインを走行制御対象とする他、屋内や屋外の広間や通路を清掃する清掃車などを走行制御対象とするものにも適用できる。したがって、これらを作業車と総称する。
【0033】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にするために符号を記すが、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。




 

 


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