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発明の名称 作業車両の自動走行制御装置
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2007−49927(P2007−49927A)
公開日 平成19年3月1日(2007.3.1)
出願番号 特願2005−236719(P2005−236719)
出願日 平成17年8月17日(2005.8.17)
代理人
発明者 土居 義典 / 上路 仁志 / 神田 政利
要約 課題
畝W等の走行基準体に沿ったトラクタの自動走行制御の精度を向上する。

解決手段
トラクタ1には進行方向前側部を撮像するステレオカメラ33を設け、トラクタ1の走行動力を前後進にわたり無段変速する逆転用クラッチ18L,18R及び正転用クラッチ19L,19Rを設ける。ステレオカメラ33により畔等の走行基準体を撮像しながら走行し、走行基準体とトラクタとの検出間隔が所定間隔からずれると、所定間隔に復帰するように正転用クラッチ19L,19Rを作動して操舵制御する。またトラクタ1が所定値以上の加速度を検出すると、所定時間にわたり操舵制御を停止する。
特許請求の範囲
【請求項1】
作業車両(1)には進行方向の基準となる対象物を撮像するカメラ(33)を設け、前記カメラ(33)により撮像された対象物に対し所定間隔を保持して追従走行するように操舵可能に構成した作業車両の自動走行装置において、前記走行車両(1)に上下方向の加速度を検出するセンサ(57)を設け、同センサ(57)により所定値以上の加速度を検出すると所定時間にわたり前記車両の操舵を停止することを特徴とする作業車両の自動走行制御装置。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
この発明は、農業用トラクタ等の作業車両の自動走行制御装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、作業車両にビデオカメラを備え、このカメラで撮像した画像を遠隔地のモニタで見ながら同車両を操縦する作業車両の遠隔操作装置が知られている。また前記車両の遠隔操作装置では、車両の直前より遠方及び車両周辺を撮像する後側ビデオカメラと、後側ビデオカメラより高い位置にあって車両の直前を撮像する前側ビデオカメラを備えたものが知られている(特許文献1)。
【特許文献1】特開平9-252609号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
前述のような作業車両において、画像データを基に自動で車両を操縦する場合は、ビデオカメラが大きく揺れるとビデオカメラの撮像情報が不正確になり、作業車両の走行が乱れるという不具合が発生していた。
【課題を解決するための手段】
【0004】
この発明は、前記課題に鑑みて作業車両の自動走行制御装置を以下のように構成した。
即ち、作業車両(1)には進行方向の基準となる対象物を撮像するカメラ(33)を設け、前記カメラ(33)により撮像された対象物に対し所定間隔を保持して追従走行するように操舵可能に構成した作業車両の自動走行装置において、前記走行車両(1)に上下方向の加速度を検出するセンサ(57)を設け、同センサ(57)により所定値以上の加速度を検出すると所定時間にわたり前記車両の操舵を停止することを特徴とする作業車両の自動走行制御装置とする。
(作用)
前記構成によると、作業車両(1)が走行するとカメラ(33)により進行方向の基準となる対象物が撮像され、走行車両(1)との距離が検出される。そして、対象物と車両(1)との検出間隔が所定間隔からずれると、車両が自動的に操舵されて進行方向を修正しながら走行する。また、走行中に車両(1)に所定値以上の加速度が検出されると、所定時間にわたり操舵が停止される。
【発明の効果】
【0005】
この発明は、作業車両(1)が所定値以上の揺れを検出すると、所定時間にわたりカメラ画像による方向修正を停止するので、誤った画像により進行方向が大きくずれることが無くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0006】
以下、この発明を、畝Wを検知して自動走行させるトラクタ1に搭載した形態について図面に基づき説明する。
図1には、作業車両となるクローラ式トラクタの側面図、図2には同トラクタの平面図、図3には同トラクタの正面図、図4には同トラクタの伝動機構線図が示されている。
【0007】
トラクタ1の車体フレーム2の前側部にはエンジン3を搭載し、エンジン3の出力軸から減速ギヤ4,4を介して後方のミッションケース6に動力が伝達される。伝達された動力は、主クラッチ7、主変速装置8、副変速装置9を経てピニオンギヤ11に伝達される。ミッションケース6の後部には前記ピニオンギヤ11に噛み合うベベルギヤ12を設け、ベベルギヤ12の連動軸にブレーキ装置13を設けている。
【0008】
また前記ミッションケース6の後部左右には、夫れ夫れアクスルケース15,15を取り付け、前記ベベルギヤ12の軸部からギヤ機構14を介して左右アクスルケース15,15内の走行伝動軸17を伝動し、更に走行伝動軸17上に設けられている左右逆転用クラッチ18L(18R)及び左右正転用クラッチ19L(19R)の圧着操作により、遊星ギヤ機構21,21を介して左右駆動スプロケット24,24及び左右各走行クローラ26,26を正逆無段で駆動する。
【0009】
以上のように構成したトラクタ1では、ステアリングハンドル27の操作により左右の制御弁を作動し、前記左右逆転用クラッチ18L,18Rのシリンダ室に圧油を送り込むと、駆動側ディスクと被動側ディスクとの圧接状態が徐々に解除されて正転動力が減速され、更にシリンダ室に圧油を送り込むと被動側ディスクの回転はゼロとなり、その後は左右逆転用クラッチ18L,18Rの駆動側ディスクと被動側ディスクとが徐々に圧着されて逆転動力が増速される。しかして、走行クローラ26,26の正回転を徐々に減速し、次いで非回転状態を経て逆転回転を増速する。即ちトラクタ1を前進から後進に亘り無段で変速する。
【0010】
尚、このトラクタ1には、バッテリで駆動する電動モータ5を設け、前記エンジン3と同様に、前記主クラッチ7の支持軸から後方の各変速装置8,9へ動力を伝達する構成としている。
【0011】
またトラクタ1のボンネット31の前方には、車体左右中心位置に支持台32を立設し、支持台33の上端部に立体画像撮像用に左右二つのカメラを備えたステレオカメラ33を設け、このステレオカメラ33を上下方向軸芯回りに左右回動調節可能に構成している。また前記ステレオカメラ33の左右両側部には撮像位置に影が生じない様、ライト66,66を備えると共に、同カメラ33の上部には撮像箇所を指し示すレーザーポインタ67を備える構成としている。これにより畔や畝Wのどの地点を撮像しているかを外部から認識することができる。
【0012】
また前記ボンネット31の後部には、モニタ装置39と前記ステアリングハンドル27を設け、更にステアリングハンドル27の後方には操縦席36を設けると共に、この後上方に安全フレーム37を立設する構成となっている。また前記安全フレーム37の上部には、制御部となるコントローラ51等を内装する電装ボックス38を取り付けている。
【0013】
次に、図5に基づきトラクタ1の制御構成について説明する。
前記トラクタ1のコントローラ51の入力側には、ステアリングハンドル27の操作角度を検出する操舵センサ52を切替器53を介して接続し、更に走行モード切替用のモード切替スイッチ54、自動走行モード入切スイッチ55、左右走行クローラ26,26の走行速度を検出する左回転センサ56L、右回転センサ56R、前記操縦席36下方に取り付けている加速度センサ57をそれぞれ接続している。
【0014】
またコントローラ51の出力側には、前記左右逆転用クラッチ18L,18R及び左右正転用クラッチ19L,19R操作用の各比例流量制御弁58L,58Rを接続し、左右比例流量制御弁58L,58Rで調整された圧油を左右逆転クラッチ18L,18Rのシリンダ室へ送り、前記左右第二伝動軸22,22を変速するように構成している。
【0015】
また、前記ステレオカメラ33の撮像情報を画像処理装置61を経由して操舵コントローラ62へ送り、操舵コントローラ62から切替器53を介してトラクタ用のコントローラ51へ前記操舵センサ52と同じ操舵信号を伝達するように構成している。また操舵コントローラ62には、入出力回路を介して調整ダイヤル41付きのモニタ装置39を接続し、モニタ装置39をスイッチ(図示省略)操作により検出画面に切り替えて、ステレオカメラ33と走行基準となる対象物、ここでは畝Wまでの検出距離、及びカメラの進行方向機体中心線に対する検出角度を表示したり、あるいは、制御調整画面に切り替えて、調整ダイヤル41を操作して前記畦までの設定距離を任意に調整するように構成している。
【0016】
また前記調整ダイヤル41によりステレオカメラ33と畝Wとの距離を調整するにあたり、例えば調整ダイヤル41を左側に回動操作すると撮像距離が順次短く調整され、右側に回動操作すると撮像距離が順次長く調整されるように構成し、モニタ装置39に調整距離が表示されるように構成しても良い。このように構成すると、トラクタ1の機体中心から畔との距離が判り、作業機の作業位置を容易に認識することができる。
【0017】
次に、図6と図7に基づきトラクタの制御処理について説明する。
制御を開始すると、各種センサや設定器の設定値を読み込み(ステップS1)、運転モード切替用のモード切替スイッチ54の切替状態を判定し、エンジン作業モードかモータ走行モードの判定をする(ステップS2)。このエンジン作業モードに設定されている場合には、エンジン3を始動し(ステップS3)、自動走行モード入切スイッチ55はONか否かを判定し(ステップS4)、自動走行モード入切スイッチ55がONのときにはステレオカメラ33による自動走行処理を実行する(ステップS5)。また前記モード切替スイッチ54がモータ走行モードに設定されている場合には(ステップS2)、エンジン3を停止し(ステップS6)、電動モータ5を始動しモータによる走行変速処理を実行する。
【0018】
次に、図7によりステレオカメラ33による自動走行処理について説明する。
例えば、ステレオカメラ33の設定に従い例えば畔等の走行基準との距離を一定距離及びカメラの機体進行中心線に対する検出角度を一定角度として撮像しながら直進走行を開始する。制御を開始すると、走行方向修正がされて後所定時間内か否かの判定をし(ステップS1)、所定時間を経過すると、ステレオカメラ33の左右カメラから画像を取り込み(ステップS2)、設定位置と検出位置とのずれを演算し(ステップS3)、設定位置とのずれが所定値以上か否かを判定する(ステップS4)。
【0019】
ずれが所定値以上のときには、ずれ方向を判定し(ステップS5)、左側にずれているときには、右流量制御弁58Rのソレノイドに制御信号を出力し、右正転用クラッチ19Rを減速作動し右走行クローラ26Rを減速調整してずれを修正する。反対に右側にずれているときには、左流量制御弁58Lのソレノイドに制御信号を出力し、左正転用クラッチ19Lを減速作動し左走行クローラ26Rを減速調整してずれを修正する。
【0020】
またこの自動走行処理中は図8に示す制御としても良い。
走行制御を開始すると、所定時間毎に加速度センサ57により加速度を検出し加速度は一定値以上か否かの判定をし(ステップS1)、加速度が一定値以上のときには、一定時間経過したか否かの判定をし(ステップS2)、一定時間経過するとステップS1に復帰する。加速度が一定値以上か否かの判定をし(ステップS1)、一定値以下のときには、ステレオカメラ33の左右のカメラから画像を取り込み(ステップS3)、設定位置とのずれを演算し(ステップS4)、設定位置とのずれが所定値以上か否かを判定する(ステップS5)。
【0021】
ずれが所定値以上のときには、ずれ方向を判定し(ステップS6)、左側にずれているときには、右比例流量制御弁58Rのソレノイドに制御信号を出力し、右正転用クラッチ19Rを減速作動して右走行クローラ26Rを減速走行しずれを修正する。反対に右側にずれているときには、左流量制御弁58Lのソレノイドに制御信号を出力し、左正転用クラッチ19Lを減速作動し左走行クローラ26Rを減速走行してずれを修正する。
【0022】
そして、トラクタ1の方向修正が完了すると、その後所定時間が経過するまではステレオカメラ33から画像情報の取り込みを停止し、方向修正制御を停止する。
前記制御によると、トラクタ1の所定加速度以上での揺れを検出した場合には、所定時間にわたり画像認識による方向修正を停止するので、ステレオカメラ33から取り込む画像情報の誤差を少なくし正確な方向修正をすることができる。またトラクタ1の方向修正が終了すると所定時間にわたりステレオカメラ33から画像情報の取り込みを停止し方向修正制御を停止するので、ステレオカメラ33の画像情報を正確にし走行制御の精度向上を図ることができる。
【0023】
尚、この発明の別形態としては、車両の形態をホイール式前後輪を備える構成としても良いし、ずれを修正する手段としてはハンドルにアクチュエータを備えハンドル自体を回転操作する構成としても良い。
【0024】
次に、図9に基づき前記エンジン3と電動モータ105による動力切り替え構成の別形態について説明する。
前述の構成では、エンジン3の回転動力は、出力軸から減速ギヤ4,4を介して主クラッチ7へ伝達し、主クラッチ7から走行伝動軸101を経由して主変速装置8、副変速装置9に伝達している。図9例では、エンジン3から駆動される走行伝動軸101を前側走行伝動軸101aと後側走行伝動軸101bに分割構成し、前側走行伝動軸101aと後側走行伝動軸101bとを軸心一致状態で回転可能に接合軸架し、その間にクラッチ装置102を介装して動力断続可能に構成している。
【0025】
このクラッチ装置102は、前側走行伝動軸101aの後端部に設けた前側噛合部102aと、後側走行伝動軸101bの前端部に自由回転可能に嵌合したギヤ102bと、ギヤ102bの前端部に設けた後側噛合部102cと、前側噛合部102a、後側噛合部10c、ギヤ102bの噛合部に102eにスプライン嵌合するカップリング102dにより構成している。そしてミッションケース側部に備えた切替モータ103の作動をリンク機構104を介して、前記カップリング102dを前側に移動し、前側噛合部102aと後側噛合部102cに嵌合状態とすると、前側走行伝動軸101aと後側走行伝動軸101bとが一体回転する。またカップリング102dを後側に移動し、後側噛合部102cとギヤ102bの噛合部102eにスプライン嵌合状態とすると、前側走行伝動軸101a及び後側走行伝動軸101bはそれぞれ独立回転する。
【0026】
しかして、エンジン3を停止しクラッチ装置102を切りに操作し、前記電動モータ105を駆動し、ピニオン106を介してギヤ102bを回転させることにより、後側走行伝動軸101bを駆動し、左右走行クローラ26,26を電動モータ105により駆動することができる。
【0027】
従って、トラクタ1の自動運転中に圃場の畔際を旋回するときには、エンジン3の駆動から電動モータ105の駆動に切り替えて走行すると、省燃費化を図ることができる。また倉庫内での走行を電動モータ105を利用することにより排ガスを放出する事無く環境を維持しながら倉庫内を走行をすることができる。
【0028】
次に、図10に基づきトラクタ1の左右ウインカ71L,71Rの電球切れ判定装置について説明する。
バッテリ72から左右ウインカ77L,77Rに通電するウインカ回路78を設け、このウインカ回路78に上手側から下手側にかけて点滅スイッチ73、電流センサ74、ウインカ切替スイッチ76を設けている。また、電流センサ74から検出電流値を判定回路79に送り、判定回路79から正常異常の判定を点滅リレー81に出力し、点滅スイッチ73を作動するように構成している。
【0029】
しかして、左右ウインカ77L,77Rの全電球が点灯している正常時には、電気センサ74から判定回路79に大電流が流れ点滅リレー81がゆっくりした周期で点滅し左右ウインカ77L,77Rの電球をゆっくり点滅させる。また、いずれかの電球が切れて電流センサ74の検出電流値が減少すると、判定回路79が異常判定出力をし点滅リレー81が短い間隔で点滅し、左右ウインカ77L,77Rを短い間隔の異常点滅をさせる。従って、左右ウインカ77L,77Rの点滅状態により電球切れを知ることができ安全である。
【図面の簡単な説明】
【0030】
【図1】トラクタの側面図。
【図2】トラクタの平面図。
【図3】トラクタの正面図。
【図4】トラクタ伝動装置の展開図。
【図5】制御ブロック図。
【図6】フローチャート。
【図7】フローチャート。
【図8】フローチャート。
【図9】伝動装置の側面図。
【図10】ウインカの電気回路図。
【符号の説明】
【0031】
1 作業車両(トラクタ)
33 カメラ(ステレオカメラ)
18L,18R 左右逆転用クラッチ
19L,19R 左右正転用クラッチ
26 走行クローラ




 

 


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