JPH02219506A - 作業車両における制御装置 - 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、農作業用トラクタや田植機等の作業車両を、
無人走行させるための制御装置に関するものである。

〔従来の技術と発明が解決しようとする課題〕最近、圃
場における農作業用のトラクタ、コンバイン、田植機等
の作業車両において、圃場における特徴、例えば既耕地
と未耕地と境界線や、既刈取地と未刈聖地との境界線を
ＣＯＤカメラにて検出し、これを画像処理して得られた
境界線のデータをもとに、その境界線の側方に沿って作
業車両を前進させつつ耕耘や刈取の作業を実行したり、
植付は苗条を前記と同様にして画像処理して得られたデ
ータから、該植付は苗条の側方に沿って田植作業を実行
する等の自動走行制御が試みられている。

そして、この自動走行制御時において、作業車両を圃場
内で方向転換する場合、農作業機の操舵、ブレーキ、エ
ンジンの出力、走行変速、並びに作業機への出力等の各
種制御を、略同時に処理しなければならない。

ところが、一つの制御用コントローラで前記複数の制御
を処理することは、通常の制御の流れでは、一つの命令
（指令）を実行中は他の指令は実行されない等の制約が
あることから、略同時に複数の制御が迅速に処理できな
いという問題点かあると共に、制御の流れが複雑になる
という問題もあった。

本発明は、この問題を解決することを目的とするもので
ある。

（課題を解決するための手段〕 この目的を達成するため、本発明は、トラクタ等の農作
業用作業車両におけるエンジン制御、操舵制御、ブレー
キ制御、クラッチ制御等の複数の制御対象の各々を、各
下位のコントローラにて制御するように構成する一方、
上位のコントローラから前記複数の下位のコントローラ
に命令を伝達すると共に、その各下位のコントローラに
よる制御状態を上位のコントローラにて監視するように
構成したことを特徴とするものである。

〔発明の作用及び効果〕

このように構成すれば、複数の下位のコントローラの各
々が実際に制御する制御対象は、各々一つ乃至複数ある
が、この複数の下位のコントローラを一つの上位のコン
トローラで制御するので、上位コントローラおよび各下
位のコントローラが制御において負担すべき量が少な（
なる。そして、上位と下位の各コントローラ間の制御の
流れ、下位コントローラと各制御対象との制御の流れが
各々簡単化なるので、迅速な制御が可能となる。

従って、本発明によれば、従来のように一つの中央処理
装置（ＣＰ　Ｕ）で多数の制御対象を略同時に制御操作
するのに比べて、制御の方式が判りやすく、且つ制御対
象を増減することが至極簡単となり、制御装置全体とし
て汎用性を持つことができるという効果を有するのであ
る。

〔実施例〕

次に本発明の制御装置をトラクタに適用した実施例につ
いて説明すると、作業車両１であるトラクタは、その車
体の前部左右に前輪２，２を、後部左右に後輪３．３を
備え、前記前輪２．２は車体前部の運転操作部に備えた
ハンドル４の手動操舵及び後述の自動制御にて操舵装置
５を作動させて左右に舵取りできるように構成されてい
る。

車体の後部にはリンク機構を介して従来周知のロークリ
耕耘機６を上下動自在に連結している。

エンジン７からの駆動力は、クラッチ装置８と走行変速
装置９を介して後輪３，３に各々伝達する一方、前記走
行変速装置９から副変速装置（図示せず）を介してＰＴ
Ｏ軸１０に出力己、該ＰＴＯ軸ｌＯの動力をロータリ耕
耘機６に伝達するものである。

符号１１は、千ンジン７の出力を増減調節するスロット
ルアクチエータで、符号１２はエンジン７の出力状態で
あるエンジン回転数を検出する回転計である。

符号１３はエンジン７の出力軸側に設けたクラ・７チ装
Ｒ８のＯＮ・ＯＦＦ　（継断）操作するためのクラッチ
アクチエータ、符号１４はクラッチアクチエータ１３の
ＯＮ・ＯＦＦ作動状態を検出するクラッチセンサーを示
す。

符号１５は、ＰＴＯ軸ｌＯから作業機であるロークリ耕
耘機６のへの動力伝達をＯＮ・ＯＦＦする作業用クラッ
チのＰＴＯアクチエータ、符号１６は前記ＰＴＯアクチ
エータのＯＮ・ＯＦＦ作動状態を検出するＰＴＯクラッ
チセンサー、符号１７は走行変速装置９のシフトレバ−
を第１速位置・第２速位置・第３速位置・中立位置・後
退位置に移動させるためのシフトアクチエータであり、
符号１Ｂは前記各位置であることを検出するシフトセン
サーを示す。

符号１９は前記前後の左右各々車輪に対するブレーキア
クチエータで、該ブレーキ、アクチエータ１９によるブ
レーキ作動パターンは、前記前輪２゜２及び後輪３，３
の左右両側同時ブレーキ、右側車輪のみのブレーキ、左
側車輪のみのブレーキの３つのパターンがあり、ブレー
キアクチエータ１９によるブレーキの強さは強から弱ま
で数段階にセットできる。符号２０は前記ブレーキアク
チエータ１９によるブレーキ作動の有無及びブレーキ強
さを検出するブレーキセンサーである。

前記操舵装置５は、機械的または油圧系統を含むステア
リング機構に取付く電動式の操舵アクチエータ２１の作
動にて左右前輪２，２の向きを所定の角度づつ変更させ
ることができる。

操舵袋Ｗ１５には、前輪２の操舵角度を検出できるポテ
ンショメータ等の操舵角度センサー２２を設ける。なお
このとき、左右車輪の操舵角度の平均値を求めて検出し
ても良い。

符号２３は作業車両１であるトラクタに搭載したＣＯＤ
カメラ（図示せず）にて圃場の特徴を撮像し、それを画
像処理するための画像処理装置である。

この画像処理装置２３にて得られた画像のデータから、
例えば既耕地と未耕地と境界線や、既刈聖地と未刈聖地
との境界線や植付は苗条をＨｏｕｇｈ変換して仮想の直
線として演算し、その仮想の直線とトラクタの進行方向
基準線との横方向の偏差や進行方向角度の偏差を計算し
、所定の境界線の側方に沿って作業車両を前進させつつ
耕耘や刈取の作業を実行したり、植付は苗条の側方に沿
って田植作業を実行する等の自動走行制御（いわゆる自
律型制御）を行うときに作動させるものである。

符号２４は、無人走行制御、特に前記自律型制御でない
遠隔操作制御時にトラクタの進行に障害となる障害物を
検出するための障害物センサーで、該障害物センサー２
４は光センサ−、超音波センサー等の非接触式センサー
を使用するものである。

符号２５は、作業車両１であるトラフ、夕を手動操作す
るときに、前記エンジン７におけるスロットルアクチエ
ータ１１クラツチ装置８におけるクラッチアクチエータ
１３、走行変速装置９におけるシフトアクチエータ１７
、ブレーキ装置におけるブレーキアクチエータ１９、操
舵装置５における操舵アクチエータ２０等を手動に切換
えるに際して実行する各種の手動切換えスイッチである
。

符号２６は、スロットルアクチエータ１１と、クラッチ
アクチエータ１３とＰＴＯアクチエータ１５とに各々命
令し、データをやりとりし、これらアクチエータの作動
を制御するための下位のコントローラで、これらのアク
チエータの作動の状態をモニターするため、回転計１２
、クラッチセンサー１４、ＰＴＯクラッチセンサー１６
からの出力信号も下位のコン・トローラ２６に入力する
。

同様に、下位のコントローラ２７では、シフトアクチエ
ータ１７とブレーキアクチエータ１９とに各々命令し、
データをやりとりし、これらアクチエータの作動を制御
するもので、該下位のコントローラ２７には、これらの
７クチエータの作動の状態をモニターするため、シフト
センサー１８、ブレーキセンサー２０からの出力信号を
入力するものである。

符号２８は、前記下位のコントローラ２６．２７に命令
し、その制御状態を監視する中位のコントローラである
。

符号２９は、前記操舵アクチエータ２１、画像処理装置
２３、障害物センサー２４を各々命令し、これらとデー
タをやりとりするための下位のコントローラである。

符号３０は、前記下位２９または中位のコントローラ２
８に命令し、その制御状態を監視するための上位のコン
トローラであり、該上位のコントローラ３０では、前記
各アクチエータｆｆ１Ｊ１１１．１３．１５．１？、１
９．２１が正常に作動し、制御状態が良好であるか否か
を判断するため、回転計１２、クラッチセンサー１４、
ＰＴＯクラッチセンサー１６、シフトセンサー１８、ブ
レーキセンサー２０からの出力信号を直接入力し、その
制御状態を監視し、また画像処理装置２３、障害物セン
サー２４からの出力信号も上位のコントローラ３０に入
力しその制御状態を監視している。

さらに、符号３１は前記の上位のコントローラ３０に指
令し、データをやりとりするための遠隔操作指令°コン
トローラで、第３図の実施例では、圃場内を走行する作
業車両１から離れた位置で監視する作業者３２が手に持
った無線式の遠隔操作指令コントローラ３１にて、各種
の指令やデータの信号を上位のコントローラ３０に無線
信号にて伝送する。

即ち、エンジン７のＯＮ・ＯＦＦ並びにスロットル制御
、エンジン７と走行変速装置９との間のクラッチ装置８
のＯＮ・ＯＦＦ、走行変速装置９での変速段の指令、操
舵装置５における操舵方向とその操舵角度の指令等の各
種の指令及び物理的制御皇に対応するデータを無線電波
信号に載せて出す。

これらのデータの信号を作業車両１上の上位のコントロ
ーラ３０にて受けて、前記前記中位のコントロー２８や
それより下位のコントローラ２６゜２７．２９を間接的
に制御し、監視することができるものである。

なお、第４図の実施例では、圃場の外側に少なくとも２
点以上の観測点に電波、光等の受信機３３．３３を設置
し、作業車両１がら発信電波等の出力信号を前記受信機
３３にて受け、作業車両ｌの現在位置、進行方向、走行
速度等の各種データを外部制御装置３４にて′Ｘ握する
と共に、前記外部制御装置３４から指令や制御量のデー
タ信号を発信機３５から前記作業車両１上の上位のコン
トローラ３０に通信する。

なお、遠隔操作指令コントローラ３１や外部制御装置３
４からの指令や制御量のデータの通信と、上位のコント
ローラ３０から前記指令等の有無を問い合せ等の通信は
、いわゆる両方向交互通信である。

次に、第５図に示すフローチャートは、前記上位のコン
トローラ３０における制御を示すもので、スタートに続
くステップＳ１で常数初期化、ステップＳ２でプロセス
入出力装置（コントローラ２６．２７．２８．２９）つ
まりＰＩＯの初期化を各々実行し、続いてステップＳ３
にてインターフェース（代表例としてＲ３−２３２Ｃが
ある）の初期化を行う。

ステップＳ４では、作業車両１つまりトラクタにおける
前記制御装置の各種アクチエータ１１等、及びセンサー
類の制御対象の装置を初期化する。

ステップＳ５では、遠隔操作指令コントローラ３１や外
部制御装置３４からの指令や制御量のデータ通信の割り
込みを許可する。

ステップＳ６では、各種表示器、スインチ類を入力状態
にセントする。

ステツ７’Ｓ７では、前記ステップＳ５での通信割り込
みがあるか否、を判断するため、適宜時間の時間待ちを
行う。

ステップＳ８では、通信データのエラー処理を許可し、
ステップＳ９では、回転計１２の読み込みからエンジン
７の回転数、ひいてはエンジンの出力状態を表示する。

ステップＳＩＯでは、下位のコントローラ２６゜２７．
２９及び中位のコントローラ３０からのデータ入力待ち
を行う。

ステップＳｌｌでは、障害物センサー２４による障害物
の有無を検出するものであり、障害物がないとき障害物
センサー２４はＯＦＦとなり、後述のステップ１７の前
に移行する。障害物が作業車両ｌの前方近く等にあれば
、障害物センサー２４がＯＮとなり、このように障害物
を検出すれば、作業車両ｌを前進させると衝突する事故
が発生するので、遠隔操作指令コントローラ３１等から
の外部指令の割り込みをステップＳ１２で禁止し、遠隔
操作を不可能となるようにし、ステップＳ１３で適宜時
間待ちを実行する。障害物が他の作業者等移動物である
ときには、適宜時間経過することで進行に障害とならな
くなる可能性があるからである。

次いでステップ３１４で、障害物センサー２４にて再度
障害物の有無を検出し、ＯＮのとき、即ち障害物がある
ときには、ステップ３１５で作業車両１を非常停止させ
、遠隔地の作業者は作業車両ｌに近付いて障害物を取り
除くか、作業車両ｌを手動操作にて方向転回する等して
進行方向の前に障害物がない状態にする。

ステップＳ１４で障害物センサー２４の検出にて障害物
がなく、ＯＦＦのときゃ非常停止後に障害が無くなれば
、ステップＳ１６にて外部指令の割り込みを許可し、遠
隔操作を可能にする。

前記ステップＳｌｌで障害物センサー２４がＯＦＦであ
るとき、ステップＳ１６の後に入れる。

ステップＳ１７では、無人自動走行のための自動スイッ
チがＯＦＦであるか否かを判別し、ステップ３１８にて
安全のため一旦外部指令の割り込みを禁止し、ステップ
Ｓ１９の適宜時間待ちの後、ステ・ノブ３２０にて前記
の自動スイッチのＯＮ・ＯＦＦを再度確認する。

ステップＳ２０で自動スイッチがＯＦＦのときには、ス
テップＳ２１にて、所定の手動操作を実行する。

前記手動操作の後、またはステップＳ２０での自動スイ
ッチがＯＮのときには、ステップＳ２２で外部指令から
の割り込みを許可し、ステップＳ２３で各種の制御対象
のハード（スロ・ノトルアクチェークエ１、クラッチア
クチエータ１３、ＰＴＯアクチェーク１５、シフトアク
チエータ１７、ブレーキアクチエータ１９、操舵アクチ
エータ２１）をスタンバイ状態にする。

なお、前記ステップ３１７にて自動スイッチがＯＮのと
きには、ステップＳ２３の前に入れる。

前記ステップＳ２３を実行したのち、下位コントローラ
２９、中位コントローラ２８からのインターフェース（
Ｒ３−２３２０）の入力バッファをクリアし、ステップ
Ｓ７の前に戻すのである。

第６図は、遠隔操作指令コントローラ３１や外部制御装
置３４から上位のコントローラ３０への指令や制御量の
データ通信の割り込みのサブルーチンで、割り込みスタ
ートに続くステップＲ１で外部指令のデータを上位コン
トローラ３０に取り込み、ステップＲ２ではこの情報を
上位コントローラ３０にて翻訳し、ステップＲ３にて中
位コントローラ２８や下位コントローラ２９に出力する
。

ステップＲ４にて通信データが終了か否かをチエツクし
、終了していないときにはステップＲ１の前に戻して終
了まで繰り返し、終了すればリターンする。

第７図は、中位コントローラ２８から下位コントローラ
２６．２７へのデータ出力（データ転送）サブルーチン
で、スタートに続くステップｐｔで制御項目の制御文字
数が２文字を越えるか否かチエツクする。制御項目はス
ロットル（Ａ）、走行変速用のシフト（Ｂ）、ブレーキ
右（Ｃ）、ブレーキ左（Ｄ）、クラッチ（Ｅ）、の５項
目で各々２文字の制御文字で区別する。

ステップＰＩの判別で、制御文字数が２文字以内のとき
、次いでステップＰ２で制御項目がスロットル（Ａ）で
あるときには、ステップＰ３にて前記スロットルに関す
る旧いデータと新しいデータとを交換し、ステップＰ４
で下位のコントローラ２６へデータを出力する。

ステップＰ５にて制御項目が終わりか否かを判別し、ｎ
ｏ（終わりでない）のときには、リターンする。

ステップＰ５にて１つの制御項目が終わり（ｙｅｓ）の
ときには、続いてステップＰ６にて今回および次回の制
御項目が共にクラッチ（Ｅ）であるか否かを判別する。

後述するように制御項目クラッチ（Ｅ）は最終段階で入
力するからである。

ステップＰ６の判別がｙｅｓのとき（２回の制御項目と
もクラッチ（Ｅ）であるとき）には、ステップＰ７で適
宜時間待ちを実行した後、ステップＰ８で制御項目路わ
りか否か再度判別し、ステップＰ８でｙｅｓ　（制御項
目路わりのとき）であれば、リターンする。

ステップＰ６での判別がｎｏのとき（制御項目クラッチ
（Ｅ）が１回だけのとき）には、時間待ちせずにステッ
プＰ８に入れる。

ステップＰ８でｎｏのとき（制御項目路わりでないとき
）には、ステップＰＬの前に戻す。

このようにして、前記ステップＰ２からステップＰ８で
スロットル（Ａ）についてのデータの交換が済むと、前
記ステップＰ２にて制御項目がスロットル（Ａ）でない
と判別したときには、つづいてステップＰ９にて制御項
目が走行変速のシフト（Ｂ）であるか否かを判別し、ｙ
ｅｓであるときには、ステップＰＩＯにてその変速シフ
トのデータ（中立位置、第１速、第２速、第３速、後退
）を新旧交換し、ステップＰ４の前に戻す。

前記ステップＰ９でｎｏのときには、ステップｐＨに移
り、制御項目がブレーキ右（Ｃ）であるか否を判別し、
ｙｅｓのときにはステップＰＩ２で前記と同様に新旧デ
ータを交換する。ブレーキ右のみを作動させるときには
、作業車両ｌは右に急旋回することができる。

ステップＰ１３では、制御項目がブレーキ左（Ｄ）であ
るか否かの判別、ステップＰ１５では制御項目がクラッ
チ（Ｅ）で゛あるか否かの判別を前記と同様に各々実行
し、各々ｙｅｓであるときにはステップＰ１４．ステッ
プＰ１６で新旧データの交換を実行した後ステップＰ４
の前に戻すのである。

つづいて第８図は下位コントローラの制御サブルーチン
で、例えば操舵装置５に対する操舵アクチエータ２１　
（油圧制御の場合には、制御切換弁、の電磁ソレノイド
でも良い）を制御する下位のコントローラ２９について
例示すると、スタートに続くステップＱ１で初期化し、
ステップＱ２で操作用のスイッチを読み込み、作動可能
状態のときには、ステップＱ３にて操舵が右か左かの指
令と、車輪の向きの角度である操舵指示量を読み込む。

次にステップＱ４にて現在の実際の車輪の向きである切
れ角度を前記ポテンショメータ等の操舵角度センサー２
２にて検出し、操舵指示量と切れ角度が一致しないとき
には、ステップＱ５にて操舵アクチエータ２１を前記遠
隔操作の操舵指示量に対応させて舵取り操作を実行した
のち、ステップＱ２の前に戻すのであり、操舵指示量と
切れ角度の差異が所定の許容誤差範囲内のときには操舵
アクチエータ２を作動させず、不変とするのである。

第２図の実施例における下位のコントローラ２６では、
スロットルアクチエータ１１クラツチアクチエータ１３
、ＰＴＯアクチエータ１５を制御対象として略並列的に
制御操作を実行するのであり、下位のコントローラ２７
では、シフトアクチエータ１７、ブレーキアクチエータ
１９を制御対象として略並列的に制御実行している。

なお、各種センサーの検出値が所定の制御範囲を越える
゛ときには、上位のコントローラ３０がこれを判別して
、エンジンの停止、走行変速′シフトの中立位置への移
行、作業者のＩｌｌ等を実行する。

第９図の第２実施例では、遠隔操作指令コントローラ３
１や外部制御装置３４から上位のコントローラ３６への
指令や最終の制御量のデータ通信は前記実施例と略同じ
であるが、以下に述べる下位のコントローラＸ１−Ｘ９
を各々並列的に同時制御するものであって、下位のコン
トローラＸ１〜Ｘ６は前記スロットルアクチエータ１１
クラツチアクチエータ１３、ＰＴＯアクチエータ１５、
シフトアクチエータ１７、ブレーキアクチエータ１９、
操舵アクチエータ２１の制御対象の各々を単独で制御す
るものであり、下位のコントローラＸ７はＣＯＤカメラ
及び画像処理装置２３を制御するもの、下位コントロー
ラＸ８は障害物センサー２４など各種表示装置または警
報装置を制御するもの、下位コントローラＸ９はロータ
リ耕耘機６等の作業機の昇降等の姿勢制御装置３７を制
御（作業機の左右を常時水平状態に保持したり、−定の
左右傾斜状態の姿勢に保持するような制御）するもので
ある。

なお、前記各下位のコントローラＸｌ−Ｘ９では、各ア
クチエータ類等の制御対象に付随するセンサー（図示せ
ず）の信号を入力して制御の適正化を図るし、上位のコ
ントローラ３６においても、前記の各センサー類からの
信号を受けて、制御が適正であるか否を監視し、制御が
不適当であるときには各下位のコントローラを個別にＯ
ＦＦにするか、エンジン停止、または走行変速装置のシ
フトレバ−を中立にしたり、警報を出すように構成する
ものである。

前記各実施例のように構成すれば、複数の下位のコント
ローラの各々が実際に制御する制御対象は、各々一つ乃
至複数あるが、この複数の下位のコントローラを一つの
上位のコントローラで制御するので、従来のように一つ
の中央処理装置（、ＣＰＵ）で多数の制御対象を略同時
に制御操作実行するのに比べて、上位コントローラおよ
び各下位のコントローラが制御において負担すべき量が
少なくなると共に、上位と下位の各コントローラ間の制
御の流れ、下位コントローラと各制御対象との制御の流
れが簡単になるので、制御対象を増減することが至極簡
単となり、制御装置全体として判りやすく、且つ汎用性
を持つことができるという効果を有するのである。

特に、外部の遠隔操作制御のときには、その外部遠隔操
作装置と一つの中央処理装置＜ｃ　ｐ　ｕ＞との間のデ
ータの通信に時間を取られ、肝心の作業車両ｌの制御に
必要な時間的な余裕がなくなり、非常停止やエンジン停
止の制御が不可能になって安全性を害することになるが
、本発明では、上位のコントローラに通信部分の制御を
任せる余裕ができるので、下位のコントローラによる本
来の作業車両の制御の掌握が充分且つ確実となり、安全
性も向上するのである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は作業車両の概略
平面図、第２図は制御装置の第１実施例のブロック図、
第３図は作業車両の遠隔操作の説明図、第４図は作業車
両の遠隔操作の他の実施例の説明図、第５図と第６図と
第７図と第８図は各々フローチャート、第９図は制御装
置の第２実施例のブロック図である。 １・・・・作業車両、５・・・・操舵装置、６・・・・
ロークリ耕耘機、７・・・・エンジン、８・・・・クラ
ッチ装置、１１・・・・スロットルアクチエータ、１３
・・・・クラッチアクチエータ、１５・・・・ＰＴＯア
クチエータ、１７・・・・シフトアクチエータ、１９・
・・・ブレーキアクチエータ、２１・・・・操舵アクチ
エータ、２４・・・・障害物センサー、２６．２７．２
９・・・・下位のコントローラ、２８・自・中位のコン
トローラ、３０．３６・・・・上位のコントローラ、３
１・・・・遠隔操作指令コントローラ、３４・・・・外
部制御装置。 ヤンマー農機株式会社 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）、トラクタ等の農作業用作業車両におけるエンジ
   ン制御、操舵制御、ブレーキ制御、クラッチ制御等の複
   数の制御対象の各々を、各下位のコントローラにて制御
   するように構成する一方、上位のコントローラから前記
   複数の下位のコントローラに命令を伝達すると共に、そ
   の各下位のコントローラによる制御状態を上位のコント
   ローラにて監視するように構成したことを特徴とする作
   業車両における制御装置。