JP2020006872A - 作業車両 - Google Patents
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Abstract
Description
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、自動操舵において簡単に位置の補正を行うことができる作業車両を提供することを目的とする。
作業車両は、車体と、前記車体の操舵を行うステアリングハンドルと、前記車体に設けられ且つ測位衛星の信号に基づいて前記車体の位置を検出する測位装置と、前記測位装置で検出された前記車体の位置に基づいて、前記ステアリングハンドルによる手動操舵とは別に前記車体の操舵を自動操舵する自動操舵機構と、前記測位装置で検出された前記車体の位置の補正量を設定可能な補正スイッチと、前記自動操舵機構の自動操舵を制御し且つ前記補正スイッチの所定の操作における補正量を変更可能な制御装置と、を備えている。
前記車体の幅方向の一方側に設けられた第1車輪と、前記車体の幅方向の他方側に設けられた第2車輪とを有する走行装置と、前記第1車輪及び前記第2車輪のいずれかの制動が可能な制動装置と、を備え、前記制動装置は、前記車体の位置と走行予定ラインとの偏差が所定以上である場合に前記偏差を解消すべく、前記第1車輪及び前記第2車輪のいずれかの制動を行う。
前記車体に設けられ且つ作業幅を変更可能な作業装置を備え、前記作業装置は、前記車体の位置と走行予定ラインとの偏差に基づいて、当該作業装置の位置を変更する。
作業車両は、前記車体の位置を検出可能な測位装置と、前記測位装置で検出された車体の位置を前記走行基準ラインの開始位置及び終了位置に設定する基準ライン設定スイッチと、を備えている。
図16は作業車両1の一実施形態を示す側面図であり、図16は作業車両1の一実施形態を示す平面図である。本実施形態の場合、作業車両1はトラクタである。但し、作業車両1は、トラクタに限定されず、コンバインや移植機等の農業機械(農業車両)であってもよいし、ローダ作業機等の建設機械(建設車両)等であってもよい。
図16に示すように、トラクタ1は、車体3と、原動機4と、変速装置5とを備えている。車体3は走行装置7を有していて走行可能である。走行装置7は、前輪7F及び後輪7Rを有する装置である。前輪7Fは、タイヤ型であってもクローラ型であってもよい。また、後輪7Rも、タイヤ型であってもクローラ型であってもよい。
また、車体3の後部には、連結部8が設けられている。連結部8には、作業装置2を着脱可能である。作業装置2を連結部8に連結することによって、車体3によって作業装置2を牽引することができる。作業装置2は、耕耘する耕耘装置、肥料を散布する肥料散布装置、農薬を散布する農薬散布装置、収穫を行う収穫装置、牧草等の刈取を行う刈取装置、牧草等の拡散を行う拡散装置、牧草等の集草を行う集草装置、牧草等の成形を行う成形装置等である。
シャトル部5dは、シャトル軸12と、前後進切換部13とを有している。シャトル軸12には、副変速部5cから出力された動力がギア等を介して伝達される。前後進切換部13は、例えば、油圧クラッチ等で構成され、油圧クラッチの入切によってシャトル軸12の回転方向、即ち、トラクタ1の前進及び後進を切り換える。シャトル軸12は、後輪デフ装置20Rに接続されている。後輪デフ装置20Rは、後輪7Rが取り付けられた後車軸21Rを回転自在に支持している。
図8に示すように、作業装置2は、機体幅方向に位置変更可能である。連結部8は、車体3の後部に機体幅方向に揺動自在に連結された第1揺動部800aと、車体3の後部に機体幅方向に揺動自在に連結され且つ第1揺動部800aに離間して設けられた第2揺動部800bと、少なくとも一端が車体3に連結され且つ他端が第1揺動部800a及び第2揺動部800bのいずれかに連結された油圧アクチュエータ800cとを含んでいる。第1揺動部800aの後部には作業装置2の前部が揺動自在に連結され、第2揺動部800bの後部には作業装置2の前部が揺動自在に連結されている。
測位装置40は、慣性計測装置42で検出した測定情報を用いて車体3(トラクタ1)の位置を補正する。図9に示すように、測位装置40は、衛星信号を衛星航法(GNSS)に適用して測位の情報である第1測位情報として、位置、速度、方位を演算する。測位装置40は、慣性計測装置42が検出した測定情報(加速度、角速度)を慣性法(INS)に適用して測位の情報である第2測位情報として、位置、速度、方位を演算する。また、測位装置40は、衛星航法(GNSS)で求めた第1測位情報(位置、速度、方位)、及び、慣性航法(INS)で求めた第2測位情報(位置、速度、方位)をカルマンフィルタに適用して測位の情報である第3測位情報を演算する。即ち、測位装置40は、ハイブリッド航法(複合航法)によって、第3測位情報である位置、速度、方位を演算する。つまり、測位装置40は、測定情報(加速度、角速度)で得られた第2観測情報によって、衛星航法(GNSS)によって求めた第1観測情報を補正した第3観測情報を、車体3(トラクタ1)の位置としている。なお、ハイブリッド航法(複合航法)のパラメータ設定は、直進における精度を重視した設定である。また、カルマンフィルタは、多くの文献で示されており、例えば、特開2004−239643号公報等で開示されている。
操舵装置11は、ステアリングハンドル(ステアリングホイール)30と、ステアリングハンドル30を回転可能に支持するステアリングシャフト(回転軸)31とを有している。また、操舵装置11は、補助機構(パワーステアリング装置)32を有している。補助機構32は、油圧等によってステアリングシャフト31(ステアリングハンドル30)の回転を補助する。補助機構32は、油圧ポンプ33と、油圧ポンプ33から吐出した作動油が供給される制御弁34と、制御弁34により作動するステアリングシリンダ35とを含んでいる。制御弁34は、例えば、スプール等の移動によって切り換え可能な3位置切換弁であり、ステアリングシャフト31の操舵方向(回転方向)に対応して切り換わる。ステアリングシリンダ35は、前輪7Fの向きを変えるアーム(ナックルアーム)36に接続されている。
図2に示すように、自動操舵を行うに際しては、まず、自動操舵を行う前に走行基準ラインL1を設定する。走行基準ラインL1の設定後に、当該走行基準ラインL1に平行な走行予定ラインL2の設定を行うことによって自動操舵を行うことができる。自動操舵では、測位装置40によって測定された車***置と走行予定ラインをL2とが一致するように、トラクタ1(車体3)の進行方向の操舵を自動的に行う。
図1に示すように、トラクタ1は、設定スイッチ51を備えている。設定スイッチ51は、少なくとも自動操舵の開始前の設定を行う設定モードに切り換えるスイッチである。設定モードは、自動操舵を開始する前に当該自動操舵に関する様々な設定を行うモードであり、例えば、走行基準ラインL1の始点、終点の設定等を行うモードである。
補正スイッチ53がプッシュスイッチである場合、当該プッシュスイッチの操作回数に基づいて、補正量が設定される。補正量は、補正量=操作回数×1回の操作回数当たりの補正量(単位当たりの補正量)により決定される。例えば、図3Aに示すように、プッシュスイッチを操作する毎に、補正量が数センチ或いは数十センチずつ増加する。プッシュスイッチの操作回数が第1制御装置60Aに入力され、当該第1制御装置60Aが操作回数に基づいて補正量を設定(演算)する。なお、第1制御装置60Aは、プッシュスイッチの所定の操作、即ち、1回の操作回数当たりの補正量を変更可能である。図10Aに示すように、表示装置45に対して所定の動作を行うと、第1制御装置60Aは、表示装置45に補正量を設定する設定画面M30を表示する。設定画面M30では、プッシュスイッチの1回の操作当たりの補正量(単位当たりの補正量)を入力する設定入力部91が表示される。設定入力部91の単位当たりの補正量は、表示装置45を操作することによって入力することができる。表示装置45の設定入力部91に入力した単位当たりの補正量は、第1制御装置60Aに記憶することができる。つまり、設定入力部91に単位当たりの補正量を入力することによって、例えば、図3Aで示した単位当たりの補正量を2cmから4cmに変更することができる。
図4Aに示すように、補正スイッチ53がプッシュスイッチである場合、第1補正部53A及び第2補正部53Bは、操作を行う毎に自動的に復帰するON又はOFFのスイッチである。第1補正部53Aを構成するスイッチと第2補正部53Bを構成するスイッチとは一体化されている。なお、第1補正部53Aを構成するスイッチと第2補正部53Bを構成するスイッチとは互いに離間して配置されていてもよい。図3Aに示すように、第1補正部53Aを押圧する毎に、車体3の左側に対応する補正量(左補正量)が増加する。また、第2補正部53Bを押圧する毎に、車体3の右側に対応する補正量(右補正量)が増加する。
図5Aは、自動操舵中で直進中に演算車***置W1が右にずれた場合の状態を示している。図5Aに示すように、自動操舵が開始された状態において、実際のトラクタ1(車体3)の位置(実際位置W2)と演算車***置W1とが一致し、且つ、実際位置W2と走行予定ラインL2とが一致している場合、トラクタ1は走行予定ラインL2に沿って走行する。即ち、測位装置40の測位に誤差がなく、測位装置40で検出した車***置(演算車***置W1)が実際位置W2と同じである区間P1では、トラクタ1は走行予定ラインL2に沿って走行する。なお、測位装置40の測位に誤差がなく補正も行われていない場合は、演算車***置W1と、補正量で補正した補正後の車***置(補正車***置)W3とは同じ値である。補正車***置W3は、補正車***置W3=演算車***置W1−補正量である。
図6に示すように、ステアリングシャフト31の外周は、ステアリングポスト180により覆われている。ステアリングポスト180の外周は、カバー177により覆われている。カバー177は、運転席10の前方に設けられている。カバー177は、パネルカバー178とコラムカバー179とを含んでいる。
設定スイッチ51は、ステアリングシャフト31の一側方(左方)に配置されている。操舵切換スイッチ52は、ステアリングシャフト31の一側方(左方)に配置されている。本実施形態の場合、操舵切換スイッチ52は、揺動可能なレバーから構成されている。操舵切換スイッチ52は、ステアリングシャフト31側に設けられた基端部を支点として揺動可能である。操舵切換スイッチ52の基端部は、コラムカバー179の内部に設けられている。操舵切換スイッチ52は、コラムカバー179の一側方(左方)に突出している。
第1制御装置60Aは、受信装置41が受信した衛星信号(受信情報)と、慣性計測装置42が測定した測定情報(加速度、角速度等)を受信し、受信情報及び測定情報に基づいて車***置を求める。例えば、第1制御装置60Aは、補正スイッチ53による補正量が零である場合、即ち、補正スイッチ53による車***置の補正が指令されていない場合、受信情報と測定情報とで演算された演算車***置W1に対して補正を行わず、演算車***置W1を自動操舵時に用いる車***置に決定する。一方、第1制御装置60Aは、補正スイッチ53による車***置の補正が指令されている場合、補正スイッチ53の操作回数及び補正スイッチ53の操作量(変位量)のいずれかに基づいて車***置の補正量を設定し、演算車***置W1を補正量で補正した補正車***置W3を自動操舵時に用いる車***置に決定する。
図11は、操舵切換スイッチ52、第2制御装置60B、ステアリングモータ38の関係を示した図である。図11に示すように、第2制御装置60Bの電源供給ラインL50には、複数の遮断スイッチ77が接続されている。複数の遮断スイッチ77は、第1遮断スイッチ77aと、第2遮断スイッチ77bとを含んでいる。第1遮断スイッチ77a及び第2遮断スイッチ77bは、電源供給ラインL50を遮断する遮断位置78と、電源供給ラインL50を通電する通電位置79とに切り換え可能である。第1遮断スイッチ77a及び第2遮断スイッチ77bは、例えば、ON/OFFに切り換わるリレーであって、ONである場合には通電位置79に切り換わり、OFFである場合には遮断位置78に切り換わる。
さて、自動操舵制御部200は、トラクタ1が走行予定ラインL2から外れている状況下で、自動操舵によってトラクタ1が走行予定ラインL2に近づく方向に操舵装置11の操舵角を設定してもトラクタ1が走行予定ラインL2に近づかない場合、前輪7F及び/又は後輪7Rに関する制動制御を行う。
以下、制動制御について、後輪7Rの制動を例にとり説明する。
図12に示すように、自動操舵制御部200は、自動操舵の開始後、トラクタ1が走行予定ラインL2に戻るように操舵装置11の操舵角を設定した場合、トラクタ1が走行予定ラインL2に戻ったか否かを確認する(S21)。自動操舵時にトラクタ1が走行予定ラインL2に戻らない場合、即ち、トラクタ1が走行予定ラインL2に近づかない場合(S21、No)、自動操舵制御部200は、制動制御を実行する(S22)。
以上によれば、自動操舵の際にトラクタ1が走行予定ラインL2に近づかない場合に、自動操舵制御部200は、第1輪及び第2輪のうち、操舵方向に対応する輪の制動を実行する。
なお、自動操舵制御部200は、走行予定ラインL2で示された方位とトラクタ1の走行方位とが異なる場合に左の後輪7R、右の後輪7Rのいずれかの制動の設定を行ってもよい。例えば、図13Bに示すように、自動操舵制御部200が位置P2にて前輪7Fを右に操舵後、所定時間経過してもトラクタ1と走行予定ラインL2との方位偏差が閾値未満にならない場合、自動操舵制御部200は制動制御により、右制動弁49bのいずれかに制御信号を出力し、右制動装置46bの制動によって右の後輪7Rの回転速度を低下させる。
以上のように、自動操舵によって操舵装置11の操舵角を変更したとしても、トラクタ1が走行予定ラインL2に近づかない場合であっても、自動操舵制御部200によって、片ブレーキをしているのでトラクタ1の向きを変更し、トラクタ1を走行予定ラインL2に近づけることができる。例えば、圃場がぬかるんでいたり、圃場が傾斜しているなどでは、自動操舵によって、トラクタ1の向きが変更できない場合があるが、上述したように、片ブレーキをすることで、トラクタ1の向きを変更することができる。なお、位置偏差が閾値以上で且つ方位偏差θが閾値以上である場合、即ち、位置偏差及び方位偏差の両方が閾値以上である場合に、自動操舵制御部200によって制動制御を行ってもよい。
図14Bに示すように、ズレ区間T100では、トラクタ1と走行予定ラインL2との位置偏差がL10であったとする。ズレ区間T100において、自動操舵によってトラクタ1が走行予定ラインL2に徐々に近づいた場合、トラクタ1が走行予定ラインL2に近づくにつれて、第3制御装置60Cは、作業装置2を走行予定ラインL2に離れる方向に移動させる。つまり、ズレ区間T100において、切換弁801に制御信号を出力することによって、第3制御装置60Cは、作業装置2の幅方向中央部と走行予定ラインL2との距離が、位置偏差であるL10と同じとなるように、作業装置2の位置を変更する。また、トラクタ1と走行予定ラインL2との位置偏差が零、即ち、走行予定ラインL2上にトラクタ1が達したズレ解消区間T101においても、走行予定ラインL2と作業装置2の幅方向中心部との距離がズレ区間T100と同じ位置になるように、作業装置2の位置を変更する。これによれば、トラクタ1が位置偏差のために、走行予定ラインL2に近づいた場合において、作業装置2の位置を一定に維持することができる。
運転画面M1は、複数のアイコン部66を表示するアイコン表示部67を有している。アイコン表示部67は、様々な情報をアイコン部66で示す部分である。即ち、自動操舵等の走行に関する設定、例えば、設定モードで設定された設定状態をアイコン部66で表示する。アイコン表示部67は、運転表示部61とは異なる位置であって、例えば、運転画面M1の上部に配置されている。
第4アイコン部66Dは、自動操舵の許可がなされている場合に表示される。例えば、第4アイコン部66Dは、設定モードが有効及び走行基準ラインL1の設定の完了時に表示される。第4アイコン部66Dを見ることによって、作業者は自動操舵が許可になっていると把握することができる。そして、作業者が、操舵切換スイッチ52を操作することにより自動操舵の開始を行うことができる。
上述したように、運転画面M1にドリフト量が所定以上になったことが示された場合、慣性計測装置42のドリフト量をリセットすることができる。例えば、第1制御装置60Aなどの制御装置60には、慣性計測装置42をリセットするリセットスイッチ195が接続されている。リセットスイッチ195は、運転席10の周囲に設けられている。なお、図15に示すように、表示装置45の運転画面にリセットスイッチ195を表示してもよい。第1制御装置60Aは、ドリフト量が所定以上である場合に、リセットスイッチ195の操作を受付け、リセットスイッチ195の操作を取得した場合には、慣性計測装置42を初期化(リセット)することでドリフト量を初期化する。なお、第1制御装置60Aは、ドリフト量が所定以上でない場合は、リセットスイッチ195が操作されても、当該慣性計測装置42を初期化しないようにすることが好ましい。また、第1制御装置60Aは、操舵切換スイッチ52の操作によって自動操舵が終了し且つリセットスイッチ195が操作された場合に慣性計測装置42を初期化することが好ましい。
車体3の幅方向の一方側に設けられた第1車輪と、車体3の幅方向の他方側に設けられた第2車輪とを有する走行装置7と、第1車輪及び第2車輪のいずれかの制動が可能な制動装置(左制動装置46a、右制動装置46b)と、を備え、制動装置(左制動装置46a、右制動装置46b)は、車体3の位置と走行予定ラインL2との偏差が所定以上である場合に偏差を解消すべく、第1車輪及び第2車輪のいずれかの制動を行う。これによれば、自動操舵時にトラクタ1(車体3)の操舵を行ったとしても当該トラクタ1が走行予定ラインL2に近づかない(偏差が解消できない)場合でも、制動装置の制動によって、トラクタ1を走行予定ラインL2に近づけることができる。
作業車両1は、車体の位置を検出可能な測位装置40と、測位装置40で検出された車体の位置を走行基準ラインL1の開始位置及び終了位置に設定する基準ライン設定スイッチと、を備えている。これによれば、基準ライン設定スイッチによって走行基準ラインL1の設定を簡単に行うことができる。
3 車体
7 走行装置
30 ステアリングハンドル
37 自動操舵機構
38 ステアリングモータ
40 測位装置
42 慣性計測装置
46a、46b 左制動装置、右制動装置
52 操舵切換スイッチ
53 補正スイッチ
60 制御装置
60A 第1制御装置
60B 第2制御装置
77 遮断スイッチ
78 遮断位置
79 通電位置
195 リセットスイッチ
L1 走行基準ライン
L2 走行予定ライン
L50 電源ライン
Claims (8)
- 車体と、
前記車体の操舵を行うステアリングハンドルと、
前記車体に設けられ且つ測位衛星の信号に基づいて前記車体の位置を検出する測位装置と、
前記測位装置で検出された前記車体の位置に基づいて、前記ステアリングハンドルによる手動操舵とは別に前記車体の操舵を自動操舵する自動操舵機構と、
前記測位装置で検出された前記車体の位置の補正量を設定可能な補正スイッチと、
前記自動操舵機構の自動操舵を制御し且つ前記補正スイッチの所定の操作における補正量を変更可能な制御装置と、
を備えている作業車両。 - 前記自動操舵機構は、前記補正量に基づいて補正された前記車体の位置である補正車***置と走行予定ラインとに基づいて前記車体を自動操舵する請求項1に記載の作業車両。
- 前記車体の幅方向の一方側に設けられた第1車輪と、前記車体の幅方向の他方側に設けられた第2車輪とを有する走行装置と、
前記第1車輪及び前記第2車輪のいずれかの制動が可能な制動装置と、
を備え、
前記制動装置は、前記車体の位置と走行予定ラインとの偏差が所定以上である場合に前記偏差を解消すべく、前記第1車輪及び前記第2車輪のいずれかの制動を行う請求項1又は2に記載の作業車両。 - 前記測位装置は、前記車体の慣性を検出し且つ検出した慣性に基づいて前記車体の位置を補正する慣性計測装置と、
前記慣性計測装置のドリフト量が所定以上になったことを表示する表示装置と、
前記慣性計測装置をリセットするリセットスイッチと、
を備えている請求項1〜3のいずれかに記載の作業車両。 - 前記車体に設けられ且つ作業幅を変更可能な作業装置を備え、
前記作業装置は、前記車体の位置と走行予定ラインとの偏差に基づいて、当該作業装置の位置を変更する請求項1〜4のいずれかに記載の作業車両。 - 前記自動操舵の開始及び終了の指令を行う操舵切換スイッチを備え、
前記自動操舵機構は、
前記ステアリングハンドルを支持するステアリングポストを回転可能なステアリングモータと、
前記ステアリングモータの回転を制御することで前記自動操舵を行う前記制御装置の電源ラインに接続され、前記電源ラインを遮断する遮断位置と前記電源ラインを通電する通電位置とに切り換え可能な遮断スイッチと、
を有し、
前記遮断スイッチは、前記操舵切換スイッチが前記自動操舵の開始の指令が行われた場合には前記通電位置に切り換わり、前記操舵切換スイッチが前記自動操舵の開始の指令から終了の指令を行った場合には前記遮断位置に切り換わる請求項1〜5のいずれかに記載の作業車両。 - 前記自動操舵の開始及び終了のいずれかを切り換える操舵切換スイッチを備え、
前記制御装置は、前記操舵切換スイッチにより前記自動操舵の開始の切換が行われた場合に前記操舵装置による自動操舵を開始する請求項1〜6のいずれかに記載の作業車両。 - 前記車体の位置を検出可能な測位装置と、
前記測位装置で検出された車体の位置を前記走行基準ラインの開始位置及び終了位置に設定する基準ライン設定スイッチと、
を備えている請求項1〜7のいずれかに記載の作業車両。
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