JP4088107B2

JP4088107B2 - Agricultural work vehicle

Info

Publication number: JP4088107B2
Application number: JP2002178315A
Authority: JP
Inventors: 俊樹南石; 隆史山田; 昭博久保; 健二門前; 和登安藤; 雄司山口
Original assignee: Yanmar Agricultural Equipment Co Ltd; Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Agricultural Equipment Co Ltd; Yanmar Co Ltd
Priority date: 2002-06-19
Filing date: 2002-06-19
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2022-06-19
Also published as: JP2004016160A

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide precise steering control so as not to trample down crops with wheels in an agricultural working vehicle autonomously traveling by control over a traveling position adopting a global positioning system (GPS) and traveling a field during raising of the crops. <P>SOLUTION: The agricultural working vehicle is loaded with the GPS, an inner sensor 122 and plant profiling sensors 201 and autonomously carries out working. In the working vehicle, a GPS antenna 108 is arranged between front wheels 7 and 7 and rear wheels 8 and 8 in the front and rear directions and above a point P located in the left and right nearly center of the vehicle in the left and right directions and the plant profiling sensors 201 are arranged in the forefront part of the vehicle. The plant profiling sensors 201 and 201 are arranged in front of the left and the right front wheels 7 and 7, respectively and liftably and lowerably mounted through a link 206 (or a lifting and lowering link mechanism 37) relatively to main frames 6L and 6R. Furthermore, a float 202 is provided under the plant profiling sensors 201. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自律的に作業を行う農業用作業車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、既に作物が植わっている圃場において、ＧＰＳやセンサ類を備え、自律的に走行・作業を行う農業作業車が知られている。該農業作業車の例としては、耕耘機を備えたトラクタや、散布機を搭載した散布作業機などが挙げられる。このような農業用作業車は、圃場内の作業開始地点まではオペレータが農業用作業車を運転する。そして、オペレータは作業開始地点に到達後、該作業車から降りて圃場の外に退出し、作業車は自律走行・作業を開始する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述の農業用作業車は、作物育成中の圃場を条に沿って走行するが、その際に作物を車輪で踏み倒すことのないように操向制御する必要がある。しかし、車両の旋回時には車両の各部位によって移動方向が異なるため、走行車両側に取り付けるＧＰＳアンテナの位置によれば、車両の操向を確実に捉えることが困難となり、車両の操向制御が複雑となる恐れがある。また、ＧＰＳによる位置制御のみでは、間隔の狭い条間を正確に捉えることは困難である。そこで、本発明では、走行車両に備えた株倣いセンサで、株と車輪との位置関係を検出し、ＧＰＳによる操向制御に加え、株倣いセンサによる情報を元に走行車両の株倣い操向制御を行う構成として、より精密な株倣い操向制御を行うための構造を提案する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００５】
請求項１においては、ＧＰＳ装置と、作業車の種々の情報を検知する内界センサ（１２２）と、株位置を検出するための株倣いセンサ（２０１）を搭載し、自律的に作業を行う農業用作業車であって、走行車両（２２）の前端より後方へ向けて、左右一対のメインフレーム（６Ｌ・６Ｒ）を平行に水平方向に延設し、該メインフレーム（６Ｌ・６Ｒ）の前部下方にはフロントアクスルケース（９２Ｆ）を介して前車輪（７・７）を支承し、後部下方にはリアアクスルケース（９２Ｒ）を介して後車輪（８・８）を支承し、該メインフレーム（６Ｌ・６Ｒ）上であって、走行車両（２２）の前部にはエンジン（９）を搭載し、該メインフレーム（６Ｌ・６Ｒ）の後部上には薬液タンク（２４）を搭載し、薬液を散布するための複数のノズル（２３）を有する前方ブーム（４１）と、該前方ブーム（４１）の両端に枢支され、折畳み可能に側方に延設されている左右の側方ブーム（４２Ｌ・４２Ｒ）によりブーム（４０）を構成し、該前方ブーム（４１）とメインフレーム（６Ｌ・６Ｒ）の前部の間を平行リンクにより連結し、該平行リンクの一方とメインフレーム（６Ｌ・６Ｒ）の間にブーム昇降用シリンダ（３８）を介装し、該ブーム昇降用シリンダ（３８）を伸縮させることによってブーム（４０）を上下昇降可能とした昇降リンク機構（３７）を構成し、該前方ブーム（４１）と側方ブーム（４２Ｌ・４２Ｒ）の間には、ブーム開閉用シリンダ（４３）が介装され、該ブーム開閉用シリンダ（４３）の伸縮により、側方ブーム（４２Ｌ・４２Ｒ）を前方ブーム（４１）と略一直線となる左右水平方向へ延設した作業位置と、前後方向で後ろ上がりに位置させた収納位置に回動可能とし、該株倣いセンサ（２０１）を走行車両（２２）の最前部に配設した前方ブーム（４１）にステー（２０７）を介して取り付けたものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
次に、発明の実施の形態を説明する。
【０００７】
図１は本発明の一実施例に係る散布作業車の全体的な構成を示した側面図、図２は同じく平面図、図３は自律操向制御機構を示す模式図。図４は自律操向のためのステアリング機構を示す図、図５は自律操向制御機構を示すブロック図である。図６は旋回する走行車両の様子を示す平面図、図７は前方ブームに前車輪の前方に位置する株倣いセンサを取り付けた散布作業車の正面図、図８は同じく側面図、図９は前方ブーム中央に株倣いセンサを取り付けた散布作業車の正面図である。
【０００８】
図１０は左右の前車輪の前方にそれぞれ株倣いセンサを設けた散布作業車を示す正面図、図１１は左右の前車輪にそれぞれ設けたデバイダに株倣いセンサを設けた散布作業車を示す平面図、図１２はメインフレームにリンクを介して株倣いセンサを取り付けた散布作業車の側面図、図１３は株倣いセンサの下部にフロートを設けた散布作業車を示す側面図、図１４は株倣いセンサにカメラを設けた散布作業車を示す正面図である。図１５は株倣いセンサを示す平面図、図１６は株倣いセンサと前車輪の配置を示す平面図、図１７は株倣いセンサのセンサアームの回動角と出力電圧の関係を示す図、図１８は株倣い操向制御を示すフローチャート図、図１９は株倣い操向制御時の株倣いセンサからの出力電圧を示す図である。
【０００９】
図２０は株倣いセンサと前車輪の配置を示す平面図、図２１は株倣い操向制御を示すフローチャート図である。図２２は株倣いセンサのセンサアームの別実施例を示す図、図２３は株倣いセンサのセンサアームの回動角と出力電圧の関係を示す図である。図２４は株倣いセンサとして非接触式センサを採用した散布作業車を示す正面図、図２５は株倣いセンサの出力電圧と株までの距離の関係を示す図である。
【００１０】
まず、本発明に係る農業用作業車の実施の一形態である散布作業車について、図１及び図２を用いて説明する。なお、本発明は本実施例の散布作業車に限定されるものではなく、圃場表面を走査しつつ作業を行う農業作業車に適用可能である。散布作業車は乗用型の走行車両２２と、該走行車両２２の前部及び側部に配設されたブーム部３５と、該走行車両の後部に配設されたポンプ部３６と、該ポンプ部３６の前部に配設された薬液タンク２４等で構成されている。
【００１１】
前記走行車両２２の前端より後方へ向けて、左右一対のメインフレーム６Ｌ・６Ｒが平行に水平方向に延設され、該メインフレーム６Ｌ・６Ｒの前部下方にはフロントアクスルケース９２Ｆを介して前車輪７・７が支承され、後部下方にはリアアクスルケース９２Ｒを介して後車輪８・８が支承されている。また、メインフレーム６Ｌ・６Ｒ上であって走行車両２２前部にはエンジン９を被覆するボンネット１０が配設されている。該ボンネット１０後方のカバー上に操作パネル１１が設けられており、該操作パネル１１の上方には操向ハンドル１２が設けられて、操作パネル１１及び操向ハンドル１２等で散布作業車の操縦部を構成している。
【００１２】
また、メインフレーム６Ｌ・６Ｒ後部上には薬液タンク２４が配設されており、該薬液タンク２４の前部中央には運転席１４が形成されて、該薬液タンク２４によって側部と後部を取り囲まれるように載置されている。そして、薬液タンク２４とボンネット１０の間にはステップ１３が設けられ、該ステップ１３に乗降するための乗降ステップ５６・５６がメインフレーム６Ｌ・６Ｒに取り付けられている。
【００１３】
前記ブーム部３５は、薬液を散布するための複数のノズル２３・２３・・・を有するブーム４０と、該ブーム４０の昇降や展開を行うための機構より構成されている。ブーム４０は走行車両２２の前方に位置する前方ブーム４１と、該前方ブーム４１の両端に枢支され、折畳み可能に側方に延設されている左右の側方ブーム４２Ｌ・４２Ｒから構成されている。そして、該ブーム４０には薬液を散布するための複数のノズル２３・２３・・・が一定間隔をおいて配設されている。そして、前方ブーム４１と側方ブーム４２Ｌ・４２Ｒの間には、それぞれブーム開閉用シリンダ４３・４３が介装され、該ブーム開閉用シリンダ４３・４３を伸縮させることによって、側方ブーム４２Ｌ・４２Ｒを前方ブーム４１と略一直線となるよう左右水平方向へ延設した作業位置と、前後方向で後ろ上がりに位置させた収納位置に回動可能としている。
【００１４】
また、平行リンクにより前方ブーム４１とメインフレーム６Ｌ・６Ｒの前部の間が連結され、該平行リンクの一方とメインフレーム６Ｌ・６Ｒの間にブーム昇降用シリンダ３８・３８を介装し、該ブーム昇降用シリンダ３８・３８を伸縮させることによってブーム４０を上下昇降可能とした昇降リンク機構３７が構成されている。さらに、前方ブーム４１の左右略中央が昇降リンク機構３７に対して左右傾倒可能に支持され、該前方ブーム４１と昇降リンク機構３７の間にブーム水平制御用シリンダ３９を介装して、走行車両２２が傾いてもブーム４０が略水平姿勢を保持するようブーム４０を水平制御する構成としている。
【００１５】
前記ポンプ部３６は、エンジン９から動力を得て薬液タンク２４内の薬液をノズル２３・２３・・・へ圧送する噴霧ポンプ４と、該噴霧ポンプ４から吐出される薬液の制御に関わる散布量制御装置３等で構成されている。噴霧ポンプ４は、走行車両２２の後部に延設したサブフレーム５２Ｌ・５２Ｒ上に支持部材を介して該噴霧ポンプ４のクランクケースに内装されたクランク軸が車両前後方向に位置するよう配設され、該クランクケースの右上部にはエアチャンバや安全弁等が設けられている。また、散布量制御装置３は、流量制御弁や、該流量制御弁の開閉に関わるモータ等より構成され、噴霧ポンプ４のクランクケース周囲に配設されている。
【００１６】
上述の如く構成される散布作業車は、ブーム４０を広げた状態で走行車両２２により圃場を走行すると同時に、薬液タンク２４内の薬液が、ポンプ部３６により調量されるとともにブーム部３５に圧送されてブーム４０に設けられたノズル２３・２３・・・から散布され、薬液散布作業を行う。そして、散布作業車は、操縦者が車両に搭乗して操向ハンドル１２や操作レバー等を操作して操向する手動走行モードと、操縦者が車両に搭乗せずにＧＰＳ（グローバル・ポジショニング・システム）を利用して車両の位置情報を得て自律操向プログラムにより圃場を走行しながら薬液散布作業を行う自律走行モードを選択することが可能に構成されている。
【００１７】
次に、走行車両２２のステアリング機構について説明する。図３及び図４に示す如く、操向ハンドル１２はステアリング軸１２ａの上端に設けられている。該ステアリング軸１２ａの下端とシャフト１３９の上端とはユニバーサルジョイント１４０により連結されている。該シャフト１３９下端にはトルクジェネレータ２２２が設けられ、操向ハンドル１２を操作する回動力が小さくてもシャフト１３９を容易に回動可能に構成される。トルクジェネレータ２２２の下部にはステアリングギアボックス２２４が連結されており、シャフト１３９から入力された回動は、ステアリングギアボックス２２４からの出力軸であるステアリング出力軸２３０によって出力され、該ステアリング出力軸２３０に連結されたステアリングプレート２１８を回動操作する。また、前記ステアリングプレート２１８には、ロッド２１３・２１３を介して左右の前車輪７・７に設けられたナックルアーム２１２・２１２に連結されている。従って、ステアリングプレート２１８の回動を受けて前車輪７・７が操向される。
【００１８】
さらに、前車輪７・７に設けられたナックルアーム２１２・２１２には、切換装置２３１・２３１を介してアーム２１２ａ・２１２ａが接続・接続解除可能とされており、該アーム２１２ａ・２１２ａには、ロッド２１４・２１４を介して後車輪８・８に設けられたナックルアーム２１５・２１５が連結されている。
【００１９】
前記切換装置２３１・２３１によって、ナックルアーム２１２・２１２とアーム２１２ａ・２１２ａが接続されているときには、前車輪７・７と後車輪８・８とが操向される四輪操向式ステアリング（４ＷＳ）となり、ナックルアーム２１２・２１２とアーム２１２ａ・２１２ａの接続が解除されているときには、後車輪８・８の操向は直進状態に固定された二輪操向式ステアリングとなるように切り換えることが可能となっており、後述の株倣い操向制御によって散布作業時に条に沿って直進しているときには二輪操向式ステアリングとし、旋回時等のその他操向時には四輪操向式ステアリングとなるように、制御装置１４１により切換装置２３１・２３１が切換制御されている。
【００２０】
また、前記制御装置１４１には、操作パネル１１、内界センサ１２２、ステアリング駆動アクチュエータ２１９・クラッチアクチュエータ・アクセルアクチュエータ等を操作する制御回路等が接続されて、散布作業車の操向制御や、散布制御を行っている。前記内界センサ１２２は、速度、姿勢、エンジン回転数、ステアリングの操舵角など、散布作業車を自律走行させる上で必要な情報を検知するためのセンサ類を指す。より具体的には、エンジン回転数センサ、車速センサ、操舵角センサ、方位センサ、ロール傾斜センサ、ピッチ傾斜センサなどである。これら内界センサ１２２からの検知信号は、制御装置１４１に送信される。
【００２１】
一方、走行車両２２の自律走行時は自律走行プログラムによりステアリング機構を作動させる必要がある。本発明の農業用作業車の一実施例である散布作業機においては、自律走行時には内界センサ１２２、株倣いセンサ２０１、ＧＰＳユニットからの各種検知信号、位置情報等に基づき、制御装置１４１が自律操作手段１２４を作動させて、作業経路に沿って走行するとともに、散布作業を行う。このとき、自律操作手段１２４の内、ステアリングに関するものとしては、ステアリング駆動アクチュエータ２１９、ステアリング駆動電磁弁１３７などが挙げられる。本実施例では、ステアリング駆動アクチュエータ２１９として油圧モータを採用している。
【００２２】
ステアリング軸１２ａに連結したシャフト１３９の中途部には、スプロケット１４３が設けられ、ステアリング駆動アクチュエータ２１９の出力軸に設けられたスプロケット１４４との間はチェーン１４５が巻回されている。ステアリング駆動アクチュエータ２１９には油圧配管１４６・１４７の一端が接続され、油圧配管１４６・１４７の他端はステアリング駆動電磁弁１３７と接続されている。そして、油圧配管１４６・１４７の中途部において両油圧配管をバイパスするバイパス配管１４８が設けられ、該バイパス配管１４８の中途部にバルブ１４９が配設されている。
【００２３】
ステアリング駆動電磁弁１３７は図示せぬ油圧ポンプから送られてきた作動油を油圧配管１４６、ステアリング駆動アクチュエータ２１９、油圧配管１４７の順に送った後作動油タンクに戻す、油圧配管１４７、ステアリング駆動アクチュエータ２１９、油圧配管１４６の順に送った後作動油タンクに戻す、あるいはステアリング駆動電磁弁１３７側の油圧配管１４６・１４７端部を閉塞する、という三つの油圧回路を自律走行プログラムからの指令により選択可能に構成されており、左右の操舵と、ある操舵角でのステアリング機構の固定が可能である。なお、自律走行時にはバルブ１４９は閉じられており、手動走行時にはバルブ１４９は開けられ操向ハンドル１２を自在に操作できる。
【００２４】
次に、前記散布作業車のＧＰＳを利用した自律走行について説明する。図３及び図５に示す如く、ＧＰＳユニットは、主に、散布作業車本体に搭載される移動局ユニット１０３と、水田などの圃場の近くに設置される基準局ユニット１０４からなる。該基準局ユニット１０４は地面に固定された基準局の役割を果たし、移動局ユニット１０３は位置を求めようとする移動局（観測点）として機能する。
【００２５】
図１、図２及び図７に示す如く、散布作業車本体上面の運転席１４の後部から正面視門型のフレーム１０５が立設され、該フレーム１０５は横架部１０５ａ及び立設部１０５ｂ・１０５ｂで構成され、該立設部１０５ｂ・１０５ｂの基部は、薬液タンク２４の上面に形成された取付部３２Ｌ・３２Ｒに着脱可能に固定されている。従って、薬液タンク２４を走行車両２２より取り外して内部を洗浄する際等には、フレーム１０５を取り外すことができる。そして、ＧＰＳアンテナ１０８はフレーム１０５の横架部１０５ａであって左右略中央に固設されたステー２２８を介して車両側に取り付けられている。該ステー２２８により、ＧＰＳアンテナ１０８は、前後方向において前車輪７・７と後車輪８・８の間であって、左右方向において車両左右略中央に位置する点Ｐの上方に配置されている。
【００２６】
上述の如く、本実施例に係る走行車両２２では、四輪操向式ステアリング（４ＷＳ）を採用している。そして、走行車両２２は、旋回時において、ステアリング出力軸２３０の回動により前車輪７・７及び後車輪８・８が操向される、いわゆる、四輪操向方式ステアリングとし、さらに、前車輪７・７と後車輪８・８の操向角は、左右逆位相として、旋回半径の縮小が図られている。四輪操向方式ステアリングを採用する走行車両２２では、図６にも示す如く、車両の旋回中心Ｐ0 を中心として旋回する際に、車両の部位によって移動方向が異なる。従って、移動局ユニット１０３側のＧＰＳアンテナ１０８を、直進・旋回時において姿勢変化の少ない、前車輪７・７と後車輪８・８の間であって、車両左右略中央に位置する点Ｐの上方に配置することで、ＧＰＳユニットによる旋回時の車体の挙動を捉えることを容易にして、自律走行プログラムの制御ソフト上での位置情報の処理を単純化し、安定したデータを収集できるようにしているのである。
【００２７】
なお、本実施例では四輪操向式ステアリングを採用しているが、例えば、前輪操向式ステアリングを採用した走行車両においては、移動局ユニット１０３側のＧＰＳアンテナ１０８を備える場合は、直進・旋回時において姿勢変化の少ない、左右の後車輪８・８間であって車両左右略中心上に配置するのがよい。このように、走行車両の操向方式に拘わらず、直進・旋回時において姿勢変化の少ない点に移動局ユニット１０３側のＧＰＳアンテナ１０８を備えることで、操向制御を安定させるとともに、操向用プログラムにおける計算を簡易なものとすることができる。
【００２８】
図３及び図５に示す如く、前記ＧＰＳユニットのうち移動局ユニット１０３は、前記ＧＰＳアンテナ１０８の他、ＧＰＳ受信部１０９、制御装置１４１に具備される処理部１１０及び無線部１１３、操作パネル１１に具備される操作部１１１、表示部１１２、などで構成される。ＧＰＳアンテナ１０８で受信されたＧＰＳ衛星からの電波信号は、ケーブルでＧＰＳ受信部１０９を経て制御装置１４１の処理部１１０に送信される。制御装置１４１に設けられた無線部１１３は、基準局ユニット１０４及び操縦者が携帯する無線操作手段１３３と、移動局ユニット１０３とが無線交信するためのものである。
【００２９】
操作パネル１１に設けられた操作部１１１は、手動走行時における散布量等の設定や、自律走行の設定や、ＧＰＳの初期設定などを行うためのインターフェースである。また、操作パネル１１に設けられた表示部１１２は、制御装置１４１の処理部１１０におけるデータ処理の状況や、操作部１１１により入力された各種設定を表示するとともに、異常検出時の警告灯２１６が設けられている。また、後述するが、車両にカメラを備えたときには、表示部に設けられたモニタ２１７に画像が写し出されるようにすることもできる。
【００３０】
基準局ユニット１０４も移動局ユニット１０３と略同じ構成であり、ＧＰＳアンテナ１１４、ＧＰＳ受信部１１５、処理部１１６、操作部１１７、表示部１１８、無線部１１９などで構成される。なお、処理部１１６、操作部１１７、表示部１１８、無線部１１９は無線操作手段１３３に具備されている。
【００３１】
無線操作手段１３３は操縦者が携帯し、散布作業車から離れた位置から各種の操作を行うためのものである。より具体的には、散布作業車の自律走行の開始・停止、エンジンの停止、側方ブーム４２Ｌ・４２Ｒの開閉、ブーム４０の昇降などを該無線操作手段１３３により行うことができるよう構成されている。
【００３２】
次に、散布作業車における自律走行システムを説明する。自律走行システムは、前述のＧＰＳユニットの他、自律走行プログラムや、散布作業車の種々の情報を検出する内界センサ１２２、株倣いセンサ２０１、自律走行・作業をするための自律操作手段１２４などからなる。
【００３３】
ある時刻にＧＰＳ衛星１２５からの電波信号は、散布作業車に設けられた移動局ユニット１０３のＧＰＳアンテナ１０８により受信され、ＧＰＳ受信部１０９を経て制御装置１４１の処理部１１０に送信される。一方、前記ＧＰＳ衛星１２５から同時刻に発信された電波信号は、圃場付近に設置された基準局ユニット１０４のＧＰＳアンテナ１１４によっても受信され、ＧＰＳ受信部１１５を経て制御装置１４１に送信される。さらに、無線操作手段１３３の無線部１１９から、制御装置１４１の無線部１１３に無線送信される。
【００３４】
制御装置１４１の処理部１１０では、前記基準局ユニット１０４において受信された電波信号と、移動局ユニット１０３の位置計算結果とを比較対照し、同時刻に発信された電波信号がＧＰＳアンテナ１０８及びＧＰＳアンテナ１１４で受信されたときの位相差や、複数のＧＰＳ衛星１２５・１２５・・・からの電波信号情報に基づき、移動局ユニット１０３と基準局ユニット１０４との相対位置を計算して、移動局ユニット１０３の位置計算を行う。上記の計算は処理部１１０に格納された自律走行プログラムにより行われる。
【００３５】
さらに、内界センサ１２２、株倣いセンサ２０１からの検知信号、及びＧＰＳユニットによる散布作業車の位置情報に基づき、散布作業車の速度、姿勢、エンジン回転数、ステアリングの操舵角などを自律操作するための信号が自律操作手段１２４に送信される。該自律操作手段１２４は、より具体的には、ステアリング駆動アクチュエータ２１９やステアリング駆動電磁弁（図示せず）、ブーム昇降用シリンダ３８、ブーム開閉用シリンダ４３、ブーム水平制御用シリンダ３９、アクセルアクチュエータ、主クラッチ用アクチュエータなどである。
【００３６】
次に、株倣いセンサ２０１の配置について説明する。株倣いセンサ２０１は、図１、図２及び図７に示す如く、散布作業車の車両前部下面に配設されている。株倣いセンサ２０１は、散布作業車が作物を車輪で踏んだりしないように、圃場に所定の間隔を空けて植わっている作物を検知し、制御装置１４１は株倣いセンサ２０１から検出される検知信号を受けて、株と車輪との距離を算出し、該散布作業車の操向を制御する。このように、株倣いセンサ２０１を車両最前部に配置することで、株位置を最も早く検出し、走行車両２２の操向制御に反映させるようにすることで、踏み倒しによる作物の損傷を抑制しているのである。
【００３７】
図７及び図８に示す株倣いセンサ２０１は、走行車両２２に対して昇降リンク機構３７を介して上下昇降可能とされているブーム４０のうち、前方ブーム４１にステー２０７を介して取り付けられている。
【００３８】
該ステー２０７により、株倣いセンサ２０１が前方ブームより前方且つ下方であって、株倣いセンサ２０１のセンサアーム２１０が作物の株元近傍の密集した高さ範囲内に位置するように調整されており、該ステー２０７に設けられた調整部を調整することにより、前方ブーム４１と株倣いセンサ２０１の上下方向距離を微調整可能としている。株倣いセンサ２０１をブーム４０に取り付けることにより、該株倣いセンサ２０１の上下方向の検出位置を、昇降リンク機構３７によりブーム４０とともに上下昇降遠隔操作することで調整することができ、また、水平制御が行われるので検知部分の高さも一定に保持される。
【００３９】
そして、株倣いセンサ２０１は、図９に示す如く、走行車両２２の左右略中央に一つ設けることもできるが、車輪前方を確実に検知できないので、通常は図７に示す如く、該走行車両２２の左右前車輪７・７の前方に位置するよう左右それぞれ一個ずつ計二個設ける。このとき、いずれの株倣いセンサ２０１・２１０も前７・７の前方であって条間に位置するようになる。前車輪７・７の前方に設けることで、前車輪７・７の前方の情報を捉えることにより、前車輪７・７による株の踏み倒しをより効果的に防止することができる。また、図１０に示す如く、センサ本体２０９に設ける検出アーム２１０を左右片側のとすることができる。さらに、条間が均等に植え付けされていないために隣接条間が変化しても、条からの距離が常に左右同じになるように走行位置を制御することが可能となるので、株を踏まない最適な走行経路を決定することができる。
【００４０】
また、図８に示す如く、株倣いセンサ２０１とともに、前方ブーム４１と地上との距離（高さ）を認識する高さセンサ２３３を該前方ブーム４１に設けることもできる。前方ブーム４１に取り付けた株倣いセンサ２０１は、該前方ブーム４１とともに上下昇降可能となるため、前方ブーム４１の高さ位置を高さセンサ２３３で検出することで、前方ブーム４１と地上との距離並びに株倣いセンサ２０１と地上との距離を知ることが可能となる。従って、作物の適切な位置、すなわち、株が集結した位置をセンシングでき、また、高さセンサ２３３からの情報に基づいて、前方ブーム４１を上下昇降させることで常にセンシングに適切な高さを保持することができ、株倣いセンサ２０１の精度の向上を図ることができる。
【００４１】
また、株倣いセンサ２０１は、図１１に示す如く、条間を掻き分けるために前車輪７・７に装着したデバイダ２０８・２０８に設けることもできる。株倣いセンサ２０１は、デバイダ２０８・２０８の前方に配置されており、前車輪７・７のすぐ前方の情報を得ることを可能としている。
【００４２】
また、図１２に示す如く、株倣いセンサ２０１をメインフレーム６Ｌ・６Ｒにリンク２０６を介して取り付けることもできる。このときも、株倣いセンサ２０１は前方ブーム４１の前方且つ下方に配置され、また、リンク２０６を介して取り付けることで、株倣いセンサ２０１の水平方向が略一定に保持される。
【００４３】
さらに、株倣いセンサ２０１をリンク２０６を介してメインフレーム６Ｌ・６Ｒに取り付けたうえ、フロート２０２の上に浮かべた状態に配置することもできる。図１３では、センサ本体２０９の上部にはリンク２０６を受ける支承部２０１ａが設けられ、該センサ本体２０９の下部にはフロート２０２を回動可能に支承するフロート取付部２０１ｂが設けられている。株倣いセンサ２０１にフロート２０２を付設することで、走行車両２２の走行する地面Ｈｂの高さが変化しても、フロート２０２は常に水面Ｈａ上に位置するため、株倣いセンサ２０１の上下方向の検出位置は、常に水面Ｈａから一定の位置に保持されることになる。また、株倣いセンサ２０１はフロート２０２により常に水面Ｈａより上に位置するよう保持されるので、株倣いセンサ２０１が水面Ｈａ下に潜って土中に入って破損したり、土や水が多く付着してセンサの機能を低下させたりすることを防止している。
【００４４】
なお、図１４に示す如く、株倣いセンサ２０１とともにカメラ２０４をフロート２０２に取り付けることもできる。カメラ２０４により撮影された映像は、操作パネル１１に設けられたモニタ２１７及び無線操作手段１３３に設けられたモニタ２１７により見ることができる。カメラ２０４による撮影で、株元近傍を写し出して株元の両側の列を画像処理して、左右の列が左右対称となるように、または、車輪が通過できる条間となるように操向装置を制御する。この画像を検出することは、作物が成長して背丈が長くなっても、該作物の根元近傍は集結しているため、株元の情報を得ることで条間を確実に検出できる。
【００４５】
なお、走行車両２２の旋回中は昇降リンク機構３７によりブーム４０を上げて、該ブーム４０とともに株倣いセンサ２０１を作物より上方に移動させるよう制御する。圃場内では、次の条へ作業を移行させるための旋回動作は、ＧＰＳユニットからの情報と設定した旋回経路のデータが一致するように制御されるが、走行車両２２は弧を描いて旋回するために、旋回時には株倣いセンサ２０１と作物との衝突が避け難い。そこで、ブーム４０を上昇位置に保持した状態で旋回することで、旋回時に株倣いセンサ２０１と作物とが衝突してお互いが損傷を受けることを回避し、株倣い制御がされないようにして設定した経路から外れないように操向するのである。
【００４６】
なお、メインフレーム６Ｌ・６Ｒにリンク２０６を介して株倣いセンサ２０１を取り付けるときにも、リンク２０６とメインフレーム６Ｌ・６Ｒとの間に株倣いセンサ昇降用シリンダ２３４（図１２）を設け、走行車両２２の旋回時や、作業開始地点までの移動時等に株倣いセンサ２０１が上昇位置に保持されて、株倣いセンサ２０１及び作物の損傷を防止している。
【００４７】
次に、株倣いセンサ２０１について説明する。前記株倣いセンサ２０１は、株からセンサの距離を検出することにより、株を踏んでしまうことのないように、前車輪７・７及び後車輪８・８が条間を走行するように走行車両２２を操向制御するためのものである。
【００４８】
図１５に示す如く、株倣いセンサ２０１はセンサ本体２０９と、該センサ本体２０９に取り付けられたセンサアーム２１０・２１０で構成されている。そして、センサアーム２１０・２１０が作物に当接することによりセンサアーム２１０・２１０が回動し、その回動角θをセンサ本体２０９に内装された回動角検出手段２１１・２１１によって検出することにより、図１６に示す如く、センサ本体２０９と、株倣いセンサ２０１の左右側方に位置する作物の株Ｙ・Ｙ・・・までの距離から、株倣いセンサ２０１の左右側方に位置する条までの距離Ｍ_L・Ｍ_Rを算出することができるようにしている。そして、走行車両２２は、距離Ｍ_L・Ｍ_Rが略等しくなるように操向制御されることにより、走行車両２２の前車輪７・７が条間を走行する。
【００４９】
前記株倣いセンサ２０１のうちセンサ本体２０９の左右にそれぞれセンサアーム２１０・２１０を延出する形態のものでは、図１５に示す如く、センサアーム２１０・２１０はセンサ本体２０９の左右それぞれに別体に構成され、該センサ本体２０９に略水平方向に回動可能に支承されている。センサアーム２１０・２１０の側方先端からセンサアーム２１０・２１０の左右方向中心までの距離は等しく、無負荷状態でのセンサアーム２１０・２１０を含む株倣いセンサ２０１の左右幅（Ｗ２）は条間（Ｗ１）より広くなるように構成されている。センサ本体２０９の左右両側にセンサアーム２１０・２１０を設けることで、該センサ本体２０９の左右両側の情報をより正確に得ることができ、すなわち、前車輪７・７と条との距離Ｍ_L・Ｍ_Rをより正確に算出することが可能となる。
【００５０】
そして、センサアーム２１０・２１０に設けた回動角検出手段２１１・２１１により、図１７に示すような関係の、各センサアーム２１０・２１０の回動角に比例した電圧出力Ｖが情報として制御装置１４１に送信される。制御装置１４１では、左右のセンサアーム２１０・２１０から検出された電圧差ΔＶを元に、センサ本体２０９の左右方向中心から左右両側の株Ｙ・Ｙ・・・までの距離を算出することにより、前車輪７・７から条までの距離Ｍ_L・Ｍ_Rを決定している。このように、電圧差ΔＶを利用して前車輪７・７から条までの距離Ｍ_L・Ｍ_Rを得ているので、高い精度を得ることができる。
【００５１】
上述の如く構成した株倣いセンサ２０１は、左右の前車輪７・７の前方にそれぞれ設けられる。そして、株倣い操向制御では、左右二つの株倣いセンサ２０１・２０１のうち、図１６に示す如く、左側の株倣いセンサ２０１（２０１Ｌ）から左右の条までの距離ｄ₁（＝Ｍ_L）・ｄ₂（＝Ｍ_R）とし、右側の株倣いセンサ２０１（２０１Ｒ）から左右の条までの距離ｄ₃（＝Ｍ_L）・ｄ₄（＝Ｍ_R）として、これらの距離ｄ₁・ｄ₂・ｄ₃・ｄ₄が均平されるように操向制御する。
【００５２】
そして、左右の前車輪のうち、左車輪を基準輪とし、左右の前車輪のうちいずれかが作物を踏んでしまうことを避けられないときには、左車輪が作物を踏まないように操向制御して、作物の損傷を最小にとどめるようにしている。なお、右車輪を基準輪とすることもできる。
【００５３】
ここで、前記株倣いセンサ２０１Ｌ・２０１Ｒを用いた株倣い操向制御を、図１８のフローチャート図を用いて説明する。初期状態を、走行車両２２が自律走行モードであって、走行しながら薬剤散布作業を行っている状態とする。左右各株倣いセンサ２０１Ｌ・２０１Ｒのセンサアーム２１０・２１０・・・の回動が回動角検出手段２１１・２１１・・・により検出されて、該株倣いセンサ２０１Ｌ・２０１Ｒからの出力電圧が制御装置１４１に送信される（Ｓ１８０）。
【００５４】
図１９の図表に示す如く、株倣いセンサ２０１のセンサアーム２１０・２１０の回動が検出され、株倣いセンサ２０１の左側のセンサアーム２１０の右方向への回動により出力される電圧を原出力電圧値Ｖ_l、右側のセンサアーム２１０の左方向への回動により出力される電圧を原出力電圧値Ｖ_rとしたものが制御装置１４１に送られる。そして、制御装置１４１では、これらの原出力電圧値Ｖ_l・Ｖ_rより、出力電圧値Ｖ_L・Ｖ_Rが算出され、その電圧差ΔＶ（ΔＶ＝Ｖ_L−Ｖ_R）が算出される。なお、図１９の図表に示す如く、株倣いセンサ２０１のセンサアーム２１０・２１０が当接する株Ｙ・Ｙ・・・は、条に沿って略等間隔に存在するため、原出力電圧値Ｖ_l・Ｖ_rは略規則的な波形となる。そして、株Ｙ・Ｙ・・・の存在点は波の一サイクルにおいて原出力電圧値Ｖ_l・Ｖ_rが最大となる点であると推測され、このような点を直線で結んで近似したものが条間と株倣いセンサ２０１との距離Ｍ_L・Ｍ_Rを決定する出力電圧値Ｖ_L・Ｖ_Rとされ、電圧差ΔＶの算出に採用される。なお、距離Ｍ_L・Ｍ_Rは出力電圧値Ｖ_L・Ｖ_Rの関数として算出される（Ｍ_L＝ｋＶ_L、Ｍ_R＝ｋＶ_R）。
【００５５】
上述の方法により、左側の株倣いセンサ２０１Ｌで検出された値を基に得られた電圧差ΔＶを、電圧差ΔＶαとし、右側の株倣いセンサ２０１Ｒで検出された値を基に得られた電圧差ΔＶを、電圧差ΔＶβとする（Ｓ１８１）。また、上述の如く、距離ｄ₁・ｄ₂・ｄ₃・ｄ₄は出力電圧値Ｖ_L・Ｖ_Rに基づいて算出される。上述の如く算出された電圧差ΔＶα・ΔＶβより、左右それぞれの前車輪が条間の中心から左右のいずれに寄っているかが判明する。
【００５６】
電圧差Δαの正負を判断し（Ｓ１８２）、電圧差ΔＶαが負の値であれば左側に、また、電圧差ΔＶαが正の値であれば右側に寄っていることになる。電圧差ΔＶαが負の値であれば、距離ｄ₁と距離ｄ₄が等しくなるように外均等操向制御する（Ｓ１８３）。また、電圧差ΔＶαが正の値であれば、距離ｄ₂と距離ｄ₃が等しくなるように内均等操向制御する（Ｓ１８４）。
【００５７】
まず、左右各株倣いセンサ２０１Ｌ・２０１Ｒから隣接条までの距離ｄ₁・ｄ₂・ｄ₃・ｄ₄が、限界状態にないかを判断する（Ｓ１８６・Ｓ１８７）。限界状態とは、左右の車輪のうちいずれかが株を踏んでしまうことを避けられない状態に至ることが予測される状態である。左右の車輪のうちいずれかが株を踏んでしまうのは、二通りの状態が考えられ、（１）左車輪が左寄り、右車輪が右寄りの状態で（外均等操向制御時）、左車輪左側に隣接する条と、右車輪右側に隣接する条との距離が轍間距離と等しい、（２）左車輪が右寄り、右車輪が左寄りの状態で（内均等操向制御時）、左車輪右側に隣接する条と、右車輪左側に隣接する条との距離が轍間距離と等しい、これらの状態に至ることが予想されるときには、基準輪である左車輪を条と一定の間隔を保持した状態で走行し、作物の損傷を右車輪によって受ける最小限に留めることのできるようにしている。
【００５８】
限界状態は、（１）左車輪が左寄りの状態、すなわち、外均等操向制御で、距離ｄ₁及びｄ₄距離がともに限界値ｄ_Zより小さい、（２）左車輪が右寄りの状態、すなわち、内均等操向制御で、距離ｄ₂及びｄ₃がともに限界値ｄ_Zより小さい、の各場合であり、このときは限界操向制御が行われる（Ｓ１８８）。なお、限界値ｄ_Zは予め設定される。限界操向制御では、（１）では距離ｄ₁を、（２）では距離ｄ₂を、限界値ｄ_Zに保持した状態で走行させる。また、（１）では距離ｄ₁とｄ₄が、（２）では距離ｄ₂とｄ₃が限界値より大きな値となったときに限界操向制御が解除され、（１）では外均等操向制御に、（２）では内均等操向制御に移行される。
【００５９】
外均等操向制御では、距離ｄ₁と距離ｄ₄が等しくなるように車輪を操向制御する。その際の、左側の株倣いセンサ２０１Ｌから左側の条までの目標距離Ｄ₁（Ｄ₁＝ｄ₁／２＋ｄ₄／２）は、距離ｄ₁と距離ｄ₄に基づいて算出され、さらに、移動距離Δｄ（Δｄ＝Ｄ₁−ｄ₁＝ｄ₄／２−ｄ₁／２）が算出される（Ｓ１８９）。そして、Δｄだけ前車輪が移動するよう操向制御される。なお、移動距離Δｄの正負を判断し（Ｓ１９０）、移動距離Δｄが負の値のときには、制御装置１４１は左方向に｜Δｄ｜だけ移動するようステアリング駆動アクチュエータ２１９に指令して前車輪の切れ角を変更し（Ｓ１９２）、移動距離Δｄが正の値のときには、制御装置１４１は車輪を右方向に｜Δｄ｜だけ移動するようステアリング駆動アクチュエータ２１９に指令して前車輪の切れ角を変更する（Ｓ１９３）。なお、｜Δｄ｜に対する前輪切れ角の変更具合は、予め制御装置１４１に登録された｜Δｄ｜に対する前輪切れ角の変更具合を示すマップに基づいて決定される。
【００６０】
内均等操向制御では、距離ｄ₂と距離ｄ₃が等しくなるように車輪を操向制御する。その際の、左側の株倣いセンサ２０１Ｌから右側の条までの目標距離Ｄ₂（Ｄ₂＝ｄ₂／２＋ｄ₃／２）が、距離ｄ₂と距離ｄ₃に基づいて算出される。さらに、移動距離Δｄ（Δｄ＝Ｄ₂−ｄ₂＝ｄ₃／２−ｄ₂／２）が算出される（Ｓ１９３）。そして、Δｄだけ前車輪が移動するよう操向制御される。なお、移動距離Δｄの正負を判断し（Ｓ１９４）、移動距離Δｄが正の値のときには、制御装置１４１は左方向に｜Δｄ｜だけ移動するようステアリング駆動アクチュエータ２１９に指令して前車輪の切れ角を変更し（Ｓ１９５）、移動距離Δｄが負の値のときには、制御装置１４１は車輪を右方向に｜Δｄ｜だけ移動するようステアリング駆動アクチュエータ２１９に指令して前車輪の切れ角を変更する（Ｓ１９６）。
【００６１】
なお、上述の株倣い操向制御は、自律走行モードにおける散布作業中は、旋回時、作業開始地点までの移動時、作業終了地点からの移動時を除いて常に行われる。
【００６２】
また、前述の如く、株倣いセンサ２０１を左右両側に二個設けるときには、図１０に示す如く、各株倣いセンサ２０１・２０１に設けるセンサアーム２１０は一本とすることもできる。このとき、図２０にも示す如く、各株倣いセンサ２０１（２０１Ｌ）・２０１（２０１Ｒ）にはセンサ本体２０９から車両左右側方側へ突出するセンサアーム２１０・２１０を設け、右側に設けられた株倣いセンサ２０１Ｒでは、該株倣いセンサ２０１Ｒから右側（又は左側）の株Ｙ・Ｙ・・・までの距離を検出することにより、該株倣いセンサ２０１Ｒから直ぐ右側（又は左側）の条までの距離ＭR を算出する。同様に、左側に設けられた株倣いセンサ２０１Ｌでは、該株倣いセンサ２０１Ｌから左側（又は右側）の株Ｙ・Ｙ・・・までの距離を検出することにより、該株倣いセンサ２０１Ｌから直ぐ左側（又は右側）の条までの距離Ｍ_Lを検出する。
【００６３】
上述の、センサアーム２１０を各株倣いセンサ２０１・２０１に一つ設けるときの株倣い操向制御について、図２１に示すフローチャートを用いて説明する。左右の株倣いセンサ２０１Ｌ・２０１Ｒのセンサアーム２１０・２１０の回動が検出され、右側に設けられた株倣いセンサ２０１Ｒの回動角により得られる原出力電圧値Ｖ_rと、左側に設けられた株倣いセンサ２０１Ｌの回動角により得られる原出力電圧値Ｖ_lとしたものが制御装置１４１に送られる（Ｓ１５８）。そして、制御装置１４１では、これらの原出力電圧値Ｖ_l・Ｖ_rより、出力電圧値Ｖ_L・Ｖ_Rが算出され（Ｓ１５９）、その電圧差ΔＶ（ΔＶ＝Ｖ_L−Ｖ_R）が算出される（Ｓ１６０）。
【００６４】
そして、上述の如く算出された電圧差ΔＶの値が、予め設定された不感帯の範囲（−Ｖ0 ≦ΔＶ≦＋Ｖ0 ）内であるか否かが判断される（Ｓ１６１）。不感帯の範囲内でなければ、続いて、電圧差ΔＶの値の大きさと、予め設定された警告値Ｖ_Zの値とが比較されて（Ｓ１６２）、電圧差ΔＶの値の大きさが警告値Ｖ_Zより大きければ、操向ハンドル１２近傍に設けられた操作パネル１１及び無線操作手段１３３に設けられた警告灯２１６・２１６が点灯される（Ｓ１６６）。このとき、操縦者は走行車両２２の走行を停止して作業を中断するか、走行及び作業を続行するかを選択して指令することができる（Ｓ１６７）。走行の停止を選択したことが、制御装置１４１に伝達されると、該制御装置１４１は走行を停止するよう指令する（Ｓ１６８）。
【００６５】
一方、電圧差ΔＶの値の大きさが警告値Ｖ_Z未満であれば、次に、ΔＶの正負を判断し（Ｓ１６３）、ΔＶが正の値であれば、左側に寄っていることになるので、制御装置１４１は右方向に移動するようステアリング駆動アクチュエータ２１９に指令する（Ｓ１６４）。また、ΔＶの正負を判断し（Ｓ１６３）、ΔＶが負の値であれば、右側に寄っていることになるので、制御装置１４１は左方向に移動するようステアリング駆動アクチュエータ２１９に指令する（Ｓ１６５）。
【００６６】
また、株倣いセンサ２０１のセンサアームは、図２２に示す如く、無負荷状態でセンサ本体２０９に対し左右略対象である平面視略三角形状とすることもできる。このとき、センサアーム２１０ａは一つとなるので回動角検出手段２１１も一つで足り、株倣いセンサ２０１の構成部材数を低減させることでコストの削減を図ることができる。上述のセンサアーム２１０ａを採用するときには、図２３に示す如く、該センサアーム２１０ａが中央にある時の電圧値Ｖ_Cを設定して、センサアーム２１０ａの左右回動により電圧が変化するものとし、右側（左側）をＶ_Cより小さい値、左側（右側）をＶ_Cより大きい値とする。そして、制御装置１４１に送られた出力電圧Ｖと中央にあるときの電圧値Ｖ_Cとを比較して、電圧差ΔＶ（ΔＶ＝Ｖ_C−Ｖ）を算出する。電圧差ΔＶが算出されれば、前記（Ｓ１６１）から（Ｓ１６８）の過程に沿って、株倣い操向制御が為される。
【００６７】
さらに、株倣いセンサ２０１に、例えば、超音波センサ等の、非接触式センサを用いることもできる。非接触式センサを用いることで、作物を傷めずに、確実な検出が可能となる。図２４に示す如く、前方ブーム４１にステー２０７を介して株倣いセンサ２０１を取り付ける。該株倣いセンサ２０１は超音波を発生するとともに反射した超音波を受信するものであり、超音波を発生する超音波発生面を左・下・右と揺動させ、超音波発生面より放出た超音波を該超音波発生で受け取ったその応答時間に応じた出力電圧を制御装置１４１に発信する。図２５の図表に示す如く、株倣いセンサ２０１からの出力電圧Ｖは波状となり、ピーク点は左右交互に現れ、株の存在域と非存在域とでピークの値及び波形が大きく異なる。制御装置１４１では、過去数サイクルのデータを元に、株の存在域を検出し、株の存在域における左右それぞれのピーク値と、該ピーク値における超音波発生面の角度から、株倣いセンサ２０１と該株倣いセンサ２０１の左右に位置する株Ｙ・Ｙ・・・との距離を算出する。
【００６８】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成したので、以下に示すような効果を奏する。
【００６９】
ＧＰＳ装置と、作業車の種々の情報を検知する内界センサ（１２２）と、株位置を検出するための株倣いセンサ（２０１）を搭載し、自律的に作業を行う農業用作業車であって、走行車両（２２）の前端より後方へ向けて、左右一対のメインフレーム（６Ｌ・６Ｒ）を平行に水平方向に延設し、該メインフレーム（６Ｌ・６Ｒ）の前部下方にはフロントアクスルケース（９２Ｆ）を介して前車輪（７・７）を支承し、後部下方にはリアアクスルケース（９２Ｒ）を介して後車輪（８・８）を支承し、該メインフレーム（６Ｌ・６Ｒ）上であって、走行車両（２２）の前部にはエンジン（９）を搭載し、該メインフレーム（６Ｌ・６Ｒ）の後部上には薬液タンク（２４）を搭載し、薬液を散布するための複数のノズル（２３）を有する前方ブーム（４１）と、該前方ブーム（４１）の両端に枢支され、折畳み可能に側方に延設されている左右の側方ブーム（４２Ｌ・４２Ｒ）によりブーム（４０）を構成し、該前方ブーム（４１）とメインフレーム（６Ｌ・６Ｒ）の前部の間を平行リンクにより連結し、該平行リンクの一方とメインフレーム（６Ｌ・６Ｒ）の間にブーム昇降用シリンダ（３８）を介装し、該ブーム昇降用シリンダ（３８）を伸縮させることによってブーム（４０）を上下昇降可能とした昇降リンク機構（３７）を構成し、該前方ブーム（４１）と側方ブーム（４２Ｌ・４２Ｒ）の間には、ブーム開閉用シリンダ（４３）が介装され、該ブーム開閉用シリンダ（４３）の伸縮により、側方ブーム（４２Ｌ・４２Ｒ）を前方ブーム（４１）と略一直線となる左右水平方向へ延設した作業位置と、前後方向で後ろ上がりに位置させた収納位置に回動可能とし、該株倣いセンサ（２０１）を走行車両（２２）の最前部に配設した前方ブーム（４１）にステー（２０７）を介して取り付けたので、作物の位置情報を早く検出し車両の操向制御に反映させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る散布作業車の全体的な構成を示した側面図。
【図２】同じく平面図。
【図３】自律操向制御機構を示す模式図。
【図４】自律操向のためのステアリング機構を示す図。
【図５】自律操向制御機構を示すブロック図。
【図６】旋回する走行車両の様子を示す平面図。
【図７】前方ブームに前車輪の前方に位置する株倣いセンサを取り付けた散布作業車の正面図。
【図８】同じく側面図。
【図９】前方ブーム中央に株倣いセンサを取り付けた散布作業車の正面図。
【図１０】左右の前車輪の前方にそれぞれ株倣いセンサを設けた散布作業車を示す正面図。
【図１１】左右の前車輪にそれぞれ設けたデバイダに株倣いセンサを設けた散布作業車を示す平面図。
【図１２】メインフレームにリンクを介して株倣いセンサを取り付けた散布作業車の側面図。
【図１３】株倣いセンサの下部にフロートを設けた散布作業車を示す側面図。
【図１４】株倣いセンサにカメラを設けた散布作業車を示す正面図。
【図１５】株倣いセンサを示す平面図。
【図１６】株倣いセンサと前車輪の配置を示す平面図。
【図１７】株倣いセンサのセンサアームの回動角と出力電圧の関係を示す図。
【図１８】株倣い操向制御を示すフローチャート図。
【図１９】株倣い操向制御時の株倣いセンサからの出力電圧を示す図。
【図２０】株倣いセンサと前車輪の配置を示す平面図。
【図２１】株倣い操向制御を示すフローチャート図。
【図２２】株倣いセンサのセンサアームの別実施例を示す図。
【図２３】株倣いセンサのセンサアームの回動角と出力電圧の関係を示す図。
【図２４】株倣いセンサとして非接触式センサを採用した散布作業車を示す正面図。
【図２５】株倣いセンサの出力電圧と株までの距離の関係を示す図。
【符号の説明】
６Ｌ・６Ｒメインフレーム
７前車輪
８後車輪
２２走行車両
４１前方ブーム
１０３（ＧＰＳ）移動局ユニット
１０４（ＧＰＳ）基準局ユニット
１０８ＧＰＳアンテナ
１２２内界センサ
２０１株倣いセンサ
２０２フロート
２０６リンク
２１０センサアーム[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an agricultural work vehicle that performs work autonomously.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, an agricultural work vehicle that includes a GPS and sensors and autonomously travels and works in a field where crops are already planted is known. Examples of the agricultural work vehicle include a tractor equipped with a cultivator, a spreader working machine equipped with a spreader, and the like. In such an agricultural work vehicle, the operator drives the agricultural work vehicle up to the work start point in the field. Then, after reaching the work start point, the operator gets out of the work vehicle and exits the field, and the work vehicle starts autonomous traveling and work.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The agricultural work vehicle described above travels along a field in a field where crops are being cultivated. At this time, it is necessary to control the steering so that the crops are not stepped on with wheels. However, since the moving direction differs depending on each part of the vehicle when the vehicle turns, the position of the GPS antenna attached to the traveling vehicle side makes it difficult to reliably grasp the steering of the vehicle, and the steering control of the vehicle is complicated. There is a risk of becoming. In addition, it is difficult to accurately capture narrow spaces with only GPS position control. Therefore, in the present invention, the stock copying sensor provided in the traveling vehicle detects the positional relationship between the stock and the wheel, and in addition to the steering control by GPS, the stock scanning steering of the traveling vehicle based on the information from the stock scanning sensor. As a configuration for performing control, a structure for performing more precise stock-copying steering control is proposed.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The problem to be solved by the present invention is as described above. Next, means for solving the problem will be described.
[0005]
In claim 1, the GPS device, the internal sensor (122) for detecting various information of the work vehicle, and the stock copy sensor (201) for detecting the stock position are installed, and work is carried out autonomously. An agricultural work vehicle, a pair of left and right main frames (6L, 6R) extending horizontally in parallel from the front end of the traveling vehicle (22) to the rear of the traveling vehicle (22). The front wheel (7, 7) is supported via the front axle case (92F) below the front part, and the rear wheel (8.8) is supported via the rear axle case (92R) below the rear part. On the main frame (6L, 6R), the engine (9) is mounted on the front of the traveling vehicle (22), and the chemical tank (24) is mounted on the rear of the main frame (6L, 6R). And a plurality of nozzles (2 ) And the left and right side booms (42L, 42R) that are pivotally supported at both ends of the front boom (41) and extend laterally so as to be folded. And connecting the front boom (41) and the front part of the main frame (6L, 6R) by a parallel link, and a boom raising / lowering cylinder (between one of the parallel links and the main frame (6L, 6R)) 38), and a boom link mechanism (37) that allows the boom (40) to be vertically moved up and down by extending and retracting the boom lifting cylinder (38) is configured, and the front boom (41) and the side boom are configured. (42L / 42R) is provided with a boom opening / closing cylinder (43), and the side boom (42L / 42R) is abbreviated to the front boom (41) by expansion / contraction of the boom opening / closing cylinder (43). Kazunao The stock scanning sensor (201) is disposed at the foremost part of the traveling vehicle (22). It is attached to the front boom (41) via a stay (207).
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the invention will be described.
[0007]
FIG. 1 is a side view showing an overall configuration of a scattering work vehicle according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view of the same, and FIG. 3 is a schematic view showing an autonomous steering control mechanism. FIG. 4 is a diagram showing a steering mechanism for autonomous steering, and FIG. 5 is a block diagram showing an autonomous steering control mechanism. FIG. 6 is a plan view showing a state of a turning traveling vehicle, FIG. 7 is a front view of a scattering work vehicle in which a stock copying sensor located in front of the front wheels is attached to the front boom, FIG. 8 is a side view, and FIG. It is a front view of the spreading work vehicle which attached the stock copy sensor to the front boom center.
[0008]
FIG. 10 is a front view showing a scattering work vehicle provided with stock copy sensors in front of the left and right front wheels, and FIG. 11 is a plan view showing a spray working vehicle provided with stock copy sensors on the dividers provided on the left and right front wheels, respectively. FIG. 12, FIG. 12 is a side view of a spraying work vehicle having a stock scanning sensor attached to the main frame via a link, FIG. 13 is a side view showing a spraying work vehicle having a float below the stock scanning sensor, and FIG. It is a front view which shows the scattering work vehicle which provided the camera in the copying sensor. 15 is a plan view showing the stock scanning sensor, FIG. 16 is a plan view showing the arrangement of the stock scanning sensor and the front wheels, and FIG. 17 is a diagram showing the relationship between the rotation angle of the sensor arm of the stock scanning sensor and the output voltage. 18 is a flowchart showing the stock scanning operation control, and FIG. 19 is a diagram showing the output voltage from the stock scanning sensor during the stock scanning operation control.
[0009]
20 is a plan view showing the arrangement of the stock scanning sensor and the front wheel, and FIG. 21 is a flowchart showing the stock scanning steering control. FIG. 22 is a diagram showing another embodiment of the sensor arm of the stock scanning sensor, and FIG. 23 is a diagram showing the relationship between the rotation angle of the sensor arm of the stock scanning sensor and the output voltage. FIG. 24 is a front view showing a scattering work vehicle employing a non-contact type sensor as a stock scanning sensor, and FIG. 25 is a diagram showing the relationship between the output voltage of the stock scanning sensor and the distance to the stock.
[0010]
First, a spray work vehicle which is an embodiment of an agricultural work vehicle according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. In addition, this invention is not limited to the spreading work vehicle of a present Example, It is applicable to the agricultural work vehicle which works while scanning the field surface. The spreading work vehicle includes a riding-type traveling vehicle 22, a boom portion 35 disposed at the front and side portions of the traveling vehicle 22, a pump portion 36 disposed at the rear portion of the traveling vehicle, and the pump portion. 36 is composed of a chemical tank 24 disposed at the front of 36.
[0011]
A pair of left and right main frames 6L and 6R extend in the horizontal direction from the front end of the traveling vehicle 22 to the rear, and the front lower part of the main frames 6L and 6R has a front axle case 92F in front. Wheels 7 and 7 are supported, and rear wheels 8 and 8 are supported via a rear axle case 92R below the rear part. A bonnet 10 that covers the engine 9 is disposed on the main frames 6L and 6R and at the front of the traveling vehicle 22. An operation panel 11 is provided on a cover behind the bonnet 10, and a steering handle 12 is provided above the operation panel 11, and the control unit of the scattering work vehicle is operated by the operation panel 11 and the steering handle 12. Is configured.
[0012]
Further, a chemical tank 24 is disposed on the rear part of the main frames 6L and 6R, and a driver's seat 14 is formed at the center of the front part of the chemical tank 24. The chemical tank 24 surrounds the side and the rear part. It is placed to be. And step 13 is provided between the chemical | medical solution tank 24 and the bonnet 10, and boarding steps 56 * 56 for getting on / off to this step 13 are attached to main frame 6L * 6R.
[0013]
The boom portion 35 includes a boom 40 having a plurality of nozzles 23, 23,... For spraying a chemical solution, and a mechanism for moving the boom 40 up and down. The boom 40 includes a front boom 41 positioned in front of the traveling vehicle 22 and left and right side booms 42L and 42R that are pivotally supported at both ends of the front boom 41 and extend sideways so as to be foldable. Yes. The boom 40 is provided with a plurality of nozzles 23, 23,. Boom opening / closing cylinders 43 and 43 are interposed between the front boom 41 and the side booms 42L and 42R, respectively. By extending and retracting the boom opening and closing cylinders 43 and 43, the side booms 42L and 42R are provided. Can be rotated to a work position that extends in the horizontal direction so as to be substantially in line with the front boom 41 and a storage position that is positioned rearwardly upward in the front-rear direction.
[0014]
Further, the front boom 41 and the front part of the main frames 6L and 6R are connected by a parallel link, and boom lifting cylinders 38 and 38 are interposed between one of the parallel links and the main frames 6L and 6R. A lifting link mechanism 37 that allows the boom 40 to be moved up and down by extending and retracting the boom lifting cylinders 38 is formed. Further, a substantially horizontal center of the front boom 41 is supported so as to be tiltable to the left and right with respect to the lifting / lowering link mechanism 37, and a boom horizontal control cylinder 39 is interposed between the front boom 41 and the lifting / lowering link mechanism 37. Even if 22 inclines, it is set as the structure which controls the boom 40 so that the boom 40 may maintain a substantially horizontal attitude | position.
[0015]
The pump unit 36 obtains power from the engine 9 and pumps the chemical liquid in the chemical liquid tank 24 to the nozzles 23, 23..., And the spray amount related to the control of the chemical liquid discharged from the spray pump 4. It is comprised by the control apparatus 3 grade | etc.,. The spray pump 4 is disposed on the subframes 52L and 52R extending at the rear portion of the traveling vehicle 22 so that the crankshaft built in the crankcase of the spray pump 4 is positioned in the vehicle front-rear direction via a support member. An air chamber, a safety valve, and the like are provided in the upper right part of the crankcase. The spray amount control device 3 includes a flow rate control valve, a motor related to opening and closing of the flow rate control valve, and the like, and is disposed around the crankcase of the spray pump 4.
[0016]
The spray work vehicle configured as described above travels on the field with the traveling vehicle 22 with the boom 40 spread, and at the same time, the chemical solution in the chemical solution tank 24 is metered by the pump unit 36 and is pumped to the boom unit 35. ... Are sprayed from the nozzles 23, 23... In addition, the scattering work vehicle includes a manual travel mode in which the pilot rides on the vehicle and operates the steering handle 12 and the operation lever, and the GPS (global positioning system) without the pilot boarding the vehicle. System) is used to obtain vehicle position information and to select an autonomous traveling mode in which a chemical solution spraying operation is performed while traveling on a field by an autonomous steering program.
[0017]
Next, the steering mechanism of the traveling vehicle 22 will be described. As shown in FIGS. 3 and 4, the steering handle 12 is provided at the upper end of the steering shaft 12a. The lower end of the steering shaft 12 a and the upper end of the shaft 139 are connected by a universal joint 140. A torque generator 222 is provided at the lower end of the shaft 139 so that the shaft 139 can be easily rotated even if the turning force for operating the steering handle 12 is small. A steering gear box 224 is connected to the lower portion of the torque generator 222, and the rotation input from the shaft 139 is output by a steering output shaft 230 that is an output shaft from the steering gear box 224, and the steering output shaft 230. The steering plate 218 connected to is rotated. The steering plate 218 is connected to knuckle arms 212 and 212 provided on the left and right front wheels 7 and 7 via rods 213 and 213. Accordingly, the front wheels 7 and 7 are steered in response to the rotation of the steering plate 218.
[0018]
Furthermore, the knuckle arms 212 and 212 provided on the front wheels 7 and 7 can be connected and disconnected via the switching devices 231 and 231, and the arms 212 a and 212 a Knuckle arms 215 and 215 provided on the rear wheels 8 and 8 are connected via rods 214 and 214.
[0019]
When the knuckle arms 212 and 212 and the arms 212a and 212a are connected by the switching devices 231 and 231, four-wheel steering type steering (4WS) in which the front wheels 7 and 7 and the rear wheels 8 and 8 are steered. When the connection between the knuckle arms 212 and 212 and the arms 212a and 212a is released, the steering of the rear wheels 8 and 8 can be switched to become a two-wheel steering type steering fixed in a straight traveling state. It is a two-wheel steering type steering when traveling straight along the line during spraying work, and a four-wheel steering type steering during other steering operations such as turning. The switching devices 231 and 231 are controlled by the control device 141.
[0020]
In addition, the control device 141 is connected to a control circuit for operating the operation panel 11, the internal sensor 122, the steering drive actuator 219, the clutch actuator, the accelerator actuator, etc. Control is in progress. The inner world sensor 122 refers to sensors for detecting information necessary for autonomously running the scattering work vehicle, such as speed, posture, engine speed, and steering angle. More specifically, an engine speed sensor, a vehicle speed sensor, a steering angle sensor, a direction sensor, a roll tilt sensor, a pitch tilt sensor, and the like. Detection signals from these internal sensors 122 are transmitted to the control device 141.
[0021]
On the other hand, when the traveling vehicle 22 is autonomously traveling, it is necessary to operate the steering mechanism by an autonomous traveling program. In the sprayer working machine that is an embodiment of the agricultural work vehicle of the present invention, the control device 141 is based on various detection signals, position information, and the like from the internal sensor 122, the stock scanning sensor 201, and the GPS unit during autonomous traveling. The autonomous operation means 124 is operated to travel along the work route and perform the spraying work. At this time, the steering operation actuator 219, the steering drive electromagnetic valve 137, etc. are mentioned as a thing regarding the steering among the autonomous operation means 124. FIG. In this embodiment, a hydraulic motor is employed as the steering drive actuator 219.
[0022]
A sprocket 143 is provided in the middle of the shaft 139 connected to the steering shaft 12a, and a chain 145 is wound around the sprocket 144 provided on the output shaft of the steering drive actuator 219. One end of hydraulic pipes 146 and 147 is connected to the steering drive actuator 219, and the other end of the hydraulic pipes 146 and 147 is connected to the steering drive electromagnetic valve 137. A bypass pipe 148 that bypasses both hydraulic pipes is provided in the middle of the hydraulic pipes 146 and 147, and a valve 149 is disposed in the middle of the bypass pipe 148.
[0023]
The steering drive solenoid valve 137 sends hydraulic oil sent from a hydraulic pump (not shown) in the order of the hydraulic pipe 146, the steering drive actuator 219, and the hydraulic pipe 147 and then returns to the hydraulic oil tank. The hydraulic pipe 147 and the steering drive actuator 219 Three hydraulic circuits can be selected according to commands from the autonomous running program: the hydraulic piping 146 is sent in the order and then returned to the hydraulic oil tank, or the ends of the hydraulic piping 146 and 147 on the steering drive solenoid valve 137 side are closed. The steering mechanism can be fixed to the left and right and at a certain steering angle. The valve 149 is closed during autonomous traveling, and the valve 149 is opened during manual traveling so that the steering handle 12 can be freely operated.
[0024]
Next, autonomous traveling using the GPS of the scattering work vehicle will be described. As shown in FIGS. 3 and 5, the GPS unit mainly includes a mobile station unit 103 mounted on the scattering work vehicle main body and a reference station unit 104 installed near an agricultural field such as a paddy field. The reference station unit 104 serves as a reference station fixed to the ground, and the mobile station unit 103 functions as a mobile station (observation point) that seeks a position.
[0025]
As shown in FIGS. 1, 2, and 7, a front gate-type frame 105 is erected from the rear part of the driver's seat 14 on the upper surface of the scattering work vehicle main body, and the frame 105 includes a horizontal portion 105 a and a standing portion 105 b 105b, and the bases of the standing portions 105b and 105b are detachably fixed to mounting portions 32L and 32R formed on the upper surface of the chemical liquid tank 24. Therefore, the frame 105 can be removed when the chemical solution tank 24 is removed from the traveling vehicle 22 to clean the inside. The GPS antenna 108 is attached to the vehicle side via a stay 228 which is a horizontal portion 105a of the frame 105 and is fixedly provided at a substantially right and left center. Due to the stay 228, the GPS antenna 108 is disposed between the front wheels 7 and 7 and the rear wheels 8 and 8 in the front-rear direction, and above the point P that is located approximately in the center of the vehicle in the left-right direction.
[0026]
As described above, the traveling vehicle 22 according to the present embodiment employs the four-wheel steering type steering (4WS). The traveling vehicle 22 is a so-called four-wheel steering type steering in which the front wheels 7 and 7 and the rear wheels 8 and 8 are steered by turning of the steering output shaft 230 at the time of turning. The steering angles of the wheels 7 and 7 and the rear wheels 8 and 8 are reversed in the left and right phases, and the turning radius is reduced. In the traveling vehicle 22 that adopts the four-wheel steering system steering, as shown in FIG. 6, when turning around the turning center P0 of the vehicle, the moving direction differs depending on the part of the vehicle. Accordingly, the GPS antenna 108 on the mobile station unit 103 side is located between the front wheels 7 and 7 and the rear wheels 8 and 8 at a position approximately at the center of the left and right of the vehicle with little change in posture during straight traveling and turning. By placing it above, it is easy to capture the behavior of the vehicle body when turning by the GPS unit, simplify the processing of position information on the control software of the autonomous driving program, and collect stable data It is.
[0027]
In this embodiment, four-wheel steering steering is adopted. For example, in a traveling vehicle employing front-wheel steering steering, when the GPS antenna 108 on the mobile station unit 103 side is provided, It is preferable that the vehicle is disposed between the left and right rear wheels 8 and 8 and substantially on the left and right center of the vehicle with little change in posture during turning. In this way, regardless of the steering method of the traveling vehicle, the GPS antenna 108 on the mobile station unit 103 side is provided at a point where the posture change is small during straight traveling and turning, thereby stabilizing the steering control and for steering. Calculations in the program can be simplified.
[0028]
As shown in FIGS. 3 and 5, the mobile station unit 103 among the GPS units includes the GPS antenna 108, the GPS receiving unit 109, the processing unit 110 and the radio unit 113 included in the control device 141, and the operation panel 11. It comprises an operation unit 111, a display unit 112, and the like. A radio wave signal from a GPS satellite received by the GPS antenna 108 is transmitted to the processing unit 110 of the control device 141 via the GPS receiving unit 109 via a cable. The wireless unit 113 provided in the control device 141 is used for wireless communication between the mobile station unit 103 and the wireless operation means 133 carried by the reference station unit 104 and the operator.
[0029]
An operation unit 111 provided on the operation panel 11 is an interface for performing settings such as a spray amount during manual travel, setting for autonomous travel, and initial setting of GPS. In addition, the display unit 112 provided on the operation panel 11 displays the data processing status in the processing unit 110 of the control device 141 and various settings input by the operation unit 111, and a warning lamp 216 when an abnormality is detected. Is provided. As will be described later, when the vehicle is equipped with a camera, an image can be displayed on a monitor 217 provided in the display unit.
[0030]
The reference station unit 104 has substantially the same configuration as the mobile station unit 103, and includes a GPS antenna 114, a GPS receiving unit 115, a processing unit 116, an operation unit 117, a display unit 118, a wireless unit 119, and the like. Note that the processing unit 116, the operation unit 117, the display unit 118, and the wireless unit 119 are provided in the wireless operation unit 133.
[0031]
The wireless operation means 133 is carried by the operator and performs various operations from a position away from the scattering work vehicle. More specifically, the wireless operation means 133 can be used to start and stop the autonomous traveling of the spreading work vehicle, stop the engine, open and close the side booms 42L and 42R, and raise and lower the boom 40. Yes.
[0032]
Next, an autonomous traveling system in a scattering work vehicle will be described. In addition to the GPS unit described above, the autonomous traveling system includes an autonomous traveling program, an internal sensor 122 that detects various types of information on a scatter work vehicle, a stock scanning sensor 201, an autonomous operating means 124 for autonomous traveling / working, and the like. Consists of.
[0033]
At a certain time, a radio wave signal from the GPS satellite 125 is received by the GPS antenna 108 of the mobile station unit 103 provided in the scattering work vehicle, and transmitted to the processing unit 110 of the control device 141 via the GPS receiving unit 109. On the other hand, the radio signal transmitted from the GPS satellite 125 at the same time is also received by the GPS antenna 114 of the reference station unit 104 installed near the farm field, and transmitted to the control device 141 via the GPS receiver 115. Further, the wireless unit 119 of the wireless operation unit 133 wirelessly transmits to the wireless unit 113 of the control device 141.
[0034]
The processing unit 110 of the control device 141 compares and contrasts the radio signal received by the reference station unit 104 with the position calculation result of the mobile station unit 103, and the radio signal transmitted at the same time is the GPS antenna 108 and the GPS antenna. The mobile station unit 103 calculates the relative position between the mobile station unit 103 and the reference station unit 104 based on the phase difference when received at 114 and radio signal information from a plurality of GPS satellites 125, 125. Calculate the position of. The above calculation is performed by an autonomous traveling program stored in the processing unit 110.
[0035]
Further, based on the detection signal from the internal sensor 122, the stock copy sensor 201, and the position information of the scattering work vehicle by the GPS unit, the speed, posture, engine speed, steering angle of the steering wheel, etc. are autonomously operated. Is transmitted to the autonomous operation means 124. More specifically, the autonomous operation means 124 includes a steering drive actuator 219, a steering drive electromagnetic valve (not shown), a boom lifting cylinder 38, a boom opening / closing cylinder 43, a boom horizontal control cylinder 39, an accelerator actuator, Such as an actuator for a main clutch.
[0036]
Next, the arrangement of the stock copy sensor 201 will be described. As shown in FIGS. 1, 2 and 7, the stock copy sensor 201 is disposed on the lower surface of the front part of the vehicle of the scattering work vehicle. The stock copy sensor 201 detects a crop planted at a predetermined interval in the field so that the spray vehicle does not step on the crop, and the control device 141 detects a detection signal detected by the stock copy sensor 201. In response, the distance between the stock and the wheel is calculated, and the steering of the scattering work vehicle is controlled. In this way, by disposing the stock copy sensor 201 at the forefront of the vehicle, the stock position is detected earliest and reflected in the steering control of the traveling vehicle 22, thereby suppressing crop damage caused by stepping over. -ing
[0037]
The stock copy sensor 201 shown in FIG. 7 and FIG. 8 is attached to the front boom 41 via the stay 207 among the booms 40 that can be moved up and down via the lifting link mechanism 37 with respect to the traveling vehicle 22. Yes.
[0038]
The stay 207 is adjusted so that the stock copy sensor 201 is located in front of and below the front boom, and the sensor arm 210 of the stock copy sensor 201 is positioned within a dense height range near the crop stock. The vertical distance between the front boom 41 and the stock copy sensor 201 can be finely adjusted by adjusting an adjustment portion provided on the stay 207. By attaching the stock scanning sensor 201 to the boom 40, the vertical detection position of the stock scanning sensor 201 can be adjusted by the vertical movement of the vertical movement mechanism together with the boom 40 by the lifting link mechanism 37, and horizontal control. Therefore, the height of the detection part is also kept constant.
[0039]
As shown in FIG. 9, one stock scanning sensor 201 can be provided at approximately the center of the left and right of the traveling vehicle 22, but the front of the wheel cannot be reliably detected. Two in total, one on each of the left and right sides, are provided so as to be positioned in front of the 22 left and right front wheels 7. At this time, all the stock copy sensors 201 and 210 are located in front of the front 7 and 7 and between the strips. By providing in front of the front wheels 7, 7, it is possible to more effectively prevent the stock from being stepped over by the front wheels 7, 7 by capturing information in front of the front wheels 7, 7. Further, as shown in FIG. 10, the detection arm 210 provided on the sensor main body 209 can be provided on one of the left and right sides. In addition, since the streak is not evenly planted, even if the adjacent streak changes, it is possible to control the running position so that the distance from the streak is always the same, so do not step on the stock An optimal travel route can be determined.
[0040]
Further, as shown in FIG. 8, a height sensor 233 for recognizing the distance (height) between the front boom 41 and the ground can be provided on the front boom 41 together with the stock scanning sensor 201. Since the stock copy sensor 201 attached to the front boom 41 can be moved up and down together with the front boom 41, the height sensor 233 detects the height position of the front boom 41, and thereby the distance between the front boom 41 and the ground. In addition, the distance between the stock scanning sensor 201 and the ground can be known. Accordingly, it is possible to sense the appropriate position of the crop, that is, the position where the stocks are gathered, and based on the information from the height sensor 233, the front boom 41 is moved up and down to always maintain an appropriate height for sensing. The accuracy of the stock copy sensor 201 can be improved.
[0041]
Further, as shown in FIG. 11, the stock copy sensor 201 can also be provided in the dividers 208 and 208 attached to the front wheels 7 and 7 in order to separate the striations. The stock copy sensor 201 is arranged in front of the dividers 208 and 208, and can obtain information immediately in front of the front wheels 7 and 7.
[0042]
Also, as shown in FIG. 12, the stock copy sensor 201 can be attached to the main frames 6L and 6R via a link 206. Also at this time, the stock copy sensor 201 is disposed in front of and below the front boom 41, and is attached via the link 206 so that the horizontal direction of the stock copy sensor 201 is held substantially constant.
[0043]
Further, the stock copy sensor 201 can be attached to the main frames 6L and 6R via the link 206, and can be arranged in a floating state on the float 202. In FIG. 13, a support portion 201 a that receives the link 206 is provided on the upper portion of the sensor main body 209, and a float attachment portion 201 b that rotatably supports the float 202 is provided on the lower portion of the sensor main body 209. By attaching the float 202 to the stock copy sensor 201, the float 202 is always located on the water surface Ha even if the height of the ground Hb on which the traveling vehicle 22 travels changes. The detection position is always held at a fixed position from the water surface Ha. In addition, since the stock copy sensor 201 is always held above the water surface Ha by the float 202, the stock copy sensor 201 enters the soil under the water surface Ha and breaks into the soil, or a lot of soil and water adhere to it. Thus, the sensor function is prevented from being lowered.
[0044]
As shown in FIG. 14, the camera 204 can be attached to the float 202 together with the stock scanning sensor 201. An image captured by the camera 204 can be viewed on a monitor 217 provided on the operation panel 11 and a monitor 217 provided on the wireless operation unit 133. By photographing with the camera 204, the vicinity of the stock company is imaged and the rows on both sides of the stock stock are image-processed so that the left and right rows are symmetrical, or the steering device is provided with a streak through which wheels can pass. To control. By detecting this image, even if the crop grows and becomes tall, the vicinity of the root of the crop is gathered, and therefore the streak can be reliably detected by obtaining information on the stock source.
[0045]
During the turning of the traveling vehicle 22, the boom 40 is raised by the lifting link mechanism 37, and the stock copying sensor 201 is controlled to move together with the boom 40 above the crop. In the field, the turning operation for shifting the work to the next item is controlled so that the information from the GPS unit matches the data of the set turning route, but the traveling vehicle 22 turns in an arc. Therefore, it is difficult to avoid a collision between the stock copy sensor 201 and the crop during turning. Therefore, by setting the boom 40 in a state where the boom 40 is held at the raised position, the stock-copying sensor 201 and the crop are prevented from colliding with each other during the turn, so that the stock-copying control is not performed. It steers so as not to deviate from the route.
[0046]
Even when the stock scanning sensor 201 is attached to the main frames 6L and 6R via the link 206, the stock scanning sensor elevating cylinder 234 is provided between the link 206 and the main frames 6L and 6R. (Fig. 12) The stock scanning sensor 201 is held at the raised position when the traveling vehicle 22 turns or moves to a work start point, thereby preventing the stock scanning sensor 201 and the crop from being damaged.
[0047]
Next, the stock copy sensor 201 will be described. The stock copying sensor 201 detects the distance of the sensor from the stock so that the front wheels 7 and 7 and the rear wheels 8 and 8 travel between the streak so as not to step on the stock. 22 for steering control.
[0048]
As shown in FIG. 15, the stock copy sensor 201 includes a sensor main body 209 and sensor arms 210 and 210 attached to the sensor main body 209. When the sensor arms 210 and 210 come into contact with the crop, the sensor arms 210 and 210 rotate, and the rotation angle θ is detected by the rotation angle detection means 211 and 211 provided in the sensor body 209. 16, from the distance from the sensor body 209 to the crop stock Y · Y... Located on the left and right sides of the stock scanning sensor 201 to the strip located on the left and right sides of the stock scanning sensor 201. Distance M _L ・ M _R Can be calculated. And the traveling vehicle 22 is the distance M _L ・ M _R Are steered so that the front wheels 7 and 7 of the traveling vehicle 22 are substantially equal.
[0049]
In the stock copy sensor 201 having sensor arms 210 and 210 extending to the left and right of the sensor body 209, the sensor arms 210 and 210 are separately provided on the left and right sides of the sensor body 209 as shown in FIG. The sensor body 209 is supported so as to be rotatable in a substantially horizontal direction. The distance from the lateral tip of the sensor arm 210/210 to the center in the left-right direction of the sensor arm 210/210 is equal, and the left / right width (W2) of the stock copy sensor 201 including the sensor arm 210/210 in the unloaded state is the interval (W1) It is configured to be wider. By providing the sensor arms 210 and 210 on both the left and right sides of the sensor body 209, information on both the left and right sides of the sensor body 209 can be obtained more accurately, that is, the distance M between the front wheels 7 and 7 and the strip. _L ・ M _R Can be calculated more accurately.
[0050]
The voltage output V proportional to the rotation angle of each of the sensor arms 210 and 210 having the relationship as shown in FIG. 141. In the control device 141, based on the voltage difference ΔV detected from the left and right sensor arms 210 and 210, by calculating the distance from the center in the left-right direction of the sensor body 209 to the stocks Y • Y. Distance M from front wheels 7 to 7 _L ・ M _R Is determined. Thus, using the voltage difference ΔV, the distance M from the front wheels 7 and 7 to the strip M _L ・ M _R Therefore, high accuracy can be obtained.
[0051]
The stock copy sensor 201 configured as described above is provided in front of the left and right front wheels 7, 7, respectively. In the stock scanning steering control, the distance d from the left stock scanning sensor 201 (201L) to the left and right strips of the two left and right stock scanning sensors 201 and 201 as shown in FIG. ₁ (= M _L ) ・ D ₂ (= M _R ) And the distance d from the right stock scanning sensor 201 (201R) to the left and right strips _Three (= M _L ) ・ D _Four (= M _R ) As these distances d ₁ ・ D ₂ ・ D _Three ・ D _Four Steering is controlled so that is leveled.
[0052]
If left and right front wheels are used as the reference wheel and it is unavoidable that either of the left or right front wheels steps on the crop, steering control is performed so that the left wheel does not step on the crop. To minimize crop damage. The right wheel can be used as a reference wheel.
[0053]
Here, the stock scanning operation control using the stock scanning sensors 201L and 201R will be described with reference to the flowchart of FIG. The initial state is a state in which the traveling vehicle 22 is in the autonomous traveling mode and is performing a medicine spraying operation while traveling. The rotation of the sensor arms 210, 210,... Of the left and right stock scanning sensors 201L, 201R is detected by the rotation angle detection means 211, 211,..., And the output voltage from the stock scanning sensors 201L, 201R is controlled. It is transmitted to the device 141 (S180).
[0054]
As shown in the chart of FIG. 19, the rotation of the sensor arms 210 and 210 of the stock copy sensor 201 is detected, and the voltage output by the right turn of the left sensor arm 210 of the stock copy sensor 201 is the original output. Voltage value V _l , The voltage output by the rotation of the right sensor arm 210 in the left direction is the original output voltage value V _r Is sent to the control device 141. In the control device 141, these original output voltage values V _l ・ V _r Output voltage value V _L ・ V _R Is calculated and the voltage difference ΔV (ΔV = V _L -V _R ) Is calculated. As shown in the chart of FIG. 19, the stocks Y, Y... With which the sensor arms 210, 210 of the stock scanning sensor 201 abut are present at substantially equal intervals along the stripe. _l ・ V _r Becomes a substantially regular waveform. And the existence point of stock Y · Y ... is the original output voltage value V in one cycle of the wave _l ・ V _r Is the maximum point, and an approximation obtained by connecting such points with a straight line is the distance M between the streak and the stock scanning sensor 201. _L ・ M _R Output voltage value V to determine _L ・ V _R And is used to calculate the voltage difference ΔV. The distance M _L ・ M _R Is the output voltage value V _L ・ V _R As a function of (M _L = KV _L , M _R = KV _R ).
[0055]
The voltage difference ΔV obtained based on the value detected by the left stock scanning sensor 201L by the above-mentioned method is defined as the voltage difference ΔVα, and the voltage obtained based on the value detected by the right stock scanning sensor 201R. The difference ΔV is set as a voltage difference ΔVβ (S181). Also, as described above, the distance d ₁ ・ D ₂ ・ D _Three ・ D _Four Is the output voltage value V _L ・ V _R Is calculated based on From the voltage difference ΔVα · ΔVβ calculated as described above, it can be determined whether the left and right front wheels are closer to the left or right from the center of the striations.
[0056]
Whether the voltage difference Δα is positive or negative is determined (S182). If the voltage difference ΔVα is a negative value, it is shifted to the left side, and if the voltage difference ΔVα is a positive value, it is shifted to the right side. If the voltage difference ΔVα is negative, the distance d ₁ And distance d _Four Are controlled so as to be equal to each other (S183). If the voltage difference ΔVα is a positive value, the distance d ₂ And distance d _Three Are controlled so as to be equal to each other (S184).
[0057]
First, the distance d from the left and right stock scanning sensors 201L and 201R to the adjacent strip ₁ ・ D ₂ ・ D _Three ・ D _Four Is not in the limit state (S186 / S187). The limit state is a state in which it is predicted that one of the left and right wheels cannot avoid stepping on the stock. There are two possible situations in which one of the left and right wheels steps on the stock. (1) When the left wheel is to the left and the right wheel is to the right (outside steering control), the left wheel The distance between the line adjacent to the left side and the line adjacent to the right side of the right wheel is equal to the distance between the furrows. (2) With the left wheel on the right side and the right wheel on the left side (during uniform steering control), the left wheel When it is expected that the distance between the line adjacent to the right side and the line adjacent to the left side of the right wheel will be equal to the distance between the ribs, the left wheel that is the reference wheel is kept at a certain distance from the line when it is expected In order to keep crop damage to a minimum with the right wheel.
[0058]
The limit states are as follows: (1) The left wheel is on the left side, that is, the outer equal steering control, the distance d ₁ And d _Four Both distances are the limit value d _Z Smaller, (2) the left wheel is on the right side, that is, the distance d in the inner uniform steering control ₂ And d _Three Is the limit value d _Z In this case, limit steering control is performed (S188). The limit value d _Z Is preset. In the limit steering control, the distance d in (1) ₁ In (2) the distance d ₂ To the limit value d _Z Drive the vehicle while holding it. In (1), the distance d ₁ And d _Four But in (2) the distance d ₂ And d _Three The limit steering control is canceled when becomes a value larger than the limit value, and the process shifts to the outer equal steering control in (1) and the inner equal steering control in (2).
[0059]
In outer uniform steering control, the distance d ₁ And distance d _Four Steering control of the wheels so that is equal. At that time, the target distance D from the left stock scanning sensor 201L to the left strip ₁ (D ₁ = D ₁ / 2 + d _Four / 2) is the distance d ₁ And distance d _Four Further, the movement distance Δd (Δd = D ₁ -D ₁ = D _Four / 2-d ₁ / 2) is calculated (S189). Then, steering control is performed so that the front wheel moves by Δd. Whether the moving distance Δd is positive or negative is determined (S190). When the moving distance Δd is a negative value, the control device 141 instructs the steering drive actuator 219 to move leftward by | Δd | The angle is changed (S192), and when the moving distance Δd is a positive value, the control device 141 instructs the steering drive actuator 219 to move the wheel to the right by | Δd | to change the turning angle of the front wheel. (S193). The change degree of the front wheel break angle with respect to | Δd | is determined based on a map indicating the change degree of the front wheel break angle with respect to | Δd | registered in the control device 141 in advance.
[0060]
In the uniform steering control, the distance d ₂ And distance d _Three Steering control of the wheels so that is equal. At that time, the target distance D from the left stock scanning sensor 201L to the right strip ₂ (D ₂ = D ₂ / 2 + d _Three / 2) is the distance d ₂ And distance d _Three Is calculated based on Further, the movement distance Δd (Δd = D ₂ -D ₂ = D _Three / 2-d ₂ / 2) is calculated (S193). Then, steering control is performed so that the front wheel moves by Δd. Whether the moving distance Δd is positive or negative is determined (S194). When the moving distance Δd is a positive value, the control device 141 instructs the steering drive actuator 219 to move leftward by | Δd | When the angle is changed (S195) and the movement distance Δd is a negative value, the control device 141 instructs the steering drive actuator 219 to move the wheel to the right by | Δd | to change the turning angle of the front wheel. (S196).
[0061]
Note that the stock-copying steering control described above is always performed during the spraying operation in the autonomous traveling mode, except during turning, when moving to the work start point, and when moving from the work end point.
[0062]
Further, as described above, when two stock scanning sensors 201 are provided on both the left and right sides, as shown in FIG. 10, one sensor arm 210 may be provided for each stock scanning sensor 201/201. At this time, as shown in FIG. 20, the stock copy sensors 201 (201L) and 201 (201R) are provided with sensor arms 210 and 210 that protrude from the sensor main body 209 to the left and right sides of the vehicle, and are provided on the right side. The stock scanning sensor 201R detects the distance from the stock scanning sensor 201R to the right (or left) stock Y · Y... To the right (or left) strip from the stock scanning sensor 201R. The distance MR is calculated. Similarly, the stock scanning sensor 201L provided on the left side detects the distance from the stock scanning sensor 201L to the left (or right) stock Y · Y... Distance M to (or right) Article _L Is detected.
[0063]
The stock scanning operation control when one sensor arm 210 is provided in each stock scanning sensor 201/201 will be described with reference to the flowchart shown in FIG. The rotation of the sensor arms 210 and 210 of the left and right stock scanning sensors 201L and 201R is detected, and the original output voltage value V obtained by the rotational angle of the stock scanning sensor 201R provided on the right side. _r And the original output voltage value V obtained by the rotation angle of the stock copy sensor 201L provided on the left side. _l Is sent to the control device 141 (S158). In the control device 141, these original output voltage values V _l ・ V _r Output voltage value V _L ・ V _R Is calculated (S159), and the voltage difference ΔV (ΔV = V _L -V _R ) Is calculated (S160).
[0064]
Then, it is determined whether or not the value of the voltage difference ΔV calculated as described above is within a preset dead band range (−V0 ≦ ΔV ≦ + V0) (S161). If it is not within the range of the dead zone, then the magnitude of the voltage difference ΔV and the preset warning value V _Z And the magnitude of the voltage difference ΔV is the warning value V (S162). _Z If larger, the operation panel 11 provided in the vicinity of the steering handle 12 and the warning lamps 216 and 216 provided in the wireless operation means 133 are turned on (S166). At this time, the operator can select and instruct whether to stop the traveling of the traveling vehicle 22 and interrupt the work or to continue the traveling and the work (S167). When it is transmitted to the control device 141 that the travel stop has been selected, the control device 141 commands the travel to be stopped (S168).
[0065]
On the other hand, the magnitude of the voltage difference ΔV is the warning value V _Z If it is less than the value, then whether ΔV is positive or negative is determined (S163), and if ΔV is a positive value, the control device 141 moves to the right so that the steering drive actuator moves to the right. Command 219 (S164). Also, whether ΔV is positive or negative is determined (S163), and if ΔV is a negative value, the control device 141 instructs the steering drive actuator 219 to move leftward (S165). ).
[0066]
Further, as shown in FIG. 22, the sensor arm of the stock-copying sensor 201 may have a substantially triangular shape in a plan view that is a substantially right and left object with respect to the sensor main body 209 in a no-load state. At this time, since there is only one sensor arm 210a, only one rotation angle detecting means 211 is required, and the cost can be reduced by reducing the number of constituent members of the stock copy sensor 201. When the above-described sensor arm 210a is employed, as shown in FIG. 23, the voltage value V when the sensor arm 210a is at the center is shown. _C And the voltage changes as the sensor arm 210a rotates left and right. _C Smaller value, left side (right side) is V _C Set to a larger value. Then, the output voltage V sent to the control device 141 and the voltage value V when in the center _C And the voltage difference ΔV (ΔV = V _C -V) is calculated. When the voltage difference ΔV is calculated, the stock scanning operation control is performed along the processes from (S161) to (S168).
[0067]
Furthermore, a non-contact type sensor such as an ultrasonic sensor can be used for the stock copy sensor 201, for example. By using a non-contact sensor, reliable detection can be performed without damaging the crop. As shown in FIG. 24, the stock copy sensor 201 is attached to the front boom 41 via a stay 207. The stock scanning sensor 201 generates an ultrasonic wave and receives a reflected ultrasonic wave. The ultrasonic wave generation surface that generates the ultrasonic wave is swung left, down, and right and emitted from the ultrasonic wave generation surface. An output voltage corresponding to the response time received by the generation of the ultrasonic wave is transmitted to the control device 141. As shown in the chart of FIG. 25, the output voltage V from the stock copy sensor 201 has a wave shape, the peak points appear alternately on the left and right, and the peak value and waveform are greatly different between the stock presence region and the non-existence region. The control device 141 detects the stock existence area based on the data of the past several cycles, and determines the stock copying sensor 201 from the left and right peak values in the stock existence area and the angle of the ultrasonic wave generation surface in the peak value. And the stock Y · Y ··· located on the left and right of the stock scanning sensor 201 are calculated.
[0068]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described above, the following effects can be obtained.
[0069]
It is an agricultural work vehicle that is equipped with a GPS device, an internal sensor (122) that detects various types of information on the work vehicle, and a stock copy sensor (201) that detects the stock position, and that works autonomously. Then, a pair of left and right main frames (6L, 6R) are extended in parallel in the horizontal direction from the front end of the traveling vehicle (22) to the rear, and the front of the main frame (6L, 6R) is disposed below the front portion. The front wheels (7, 7) are supported via the axle case (92F), and the rear wheels (8, 8) are supported via the rear axle case (92R) below the rear part, and the main frame (6L, 6R) is supported. The engine (9) is mounted on the front of the traveling vehicle (22), and the chemical tank (24) is mounted on the rear of the main frame (6L, 6R) to spray the chemical. Forward boot having a plurality of nozzles (23) for (41) and the left and right side booms (42L and 42R) pivotally supported at both ends of the front boom (41) and extending sideways so as to be foldable constitute a boom (40). The boom (41) and the front part of the main frame (6L, 6R) are connected by a parallel link, and a boom lifting cylinder (38) is interposed between one of the parallel links and the main frame (6L, 6R). The boom raising / lowering cylinder (38) is expanded and contracted to constitute a lifting / lowering link mechanism (37) that can move the boom (40) up and down. The front boom (41) and the side booms (42L and 42R) A boom opening / closing cylinder (43) is interposed between the side booms (42L and 42R) so that the side booms (42L and 42R) are substantially aligned with the front boom (41) by the expansion and contraction of the boom opening / closing cylinder (43). direction The stock scanning sensor (201) can be turned to the front boom (41) disposed at the foremost part of the traveling vehicle (22), and can be rotated to the extended work position and the storage position positioned rearward and upward in the front-rear direction. Since it is attached via the stay (207), the position information of the crop can be detected early and reflected in the steering control of the vehicle.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing an overall configuration of a scattering work vehicle according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is also a plan view.
FIG. 3 is a schematic diagram showing an autonomous steering control mechanism.
FIG. 4 is a diagram showing a steering mechanism for autonomous steering.
FIG. 5 is a block diagram showing an autonomous steering control mechanism.
FIG. 6 is a plan view showing a state of a traveling vehicle turning.
FIG. 7 is a front view of a scattering work vehicle in which a stock scanning sensor located in front of the front wheels is attached to the front boom.
FIG. 8 is a side view of the same.
FIG. 9 is a front view of a scattering work vehicle in which a stock copy sensor is attached to the center of the front boom.
FIG. 10 is a front view showing a scattering work vehicle provided with stock copy sensors in front of left and right front wheels, respectively.
FIG. 11 is a plan view showing a scattering work vehicle in which a stock copy sensor is provided on a divider provided on each of the left and right front wheels.
FIG. 12 is a side view of a scattering work vehicle in which a stock copy sensor is attached to a main frame via a link.
FIG. 13 is a side view showing a scattering work vehicle in which a float is provided below the stock copy sensor.
FIG. 14 is a front view showing a scattering work vehicle in which a camera is provided in the stock scanning sensor.
FIG. 15 is a plan view showing a stock scanning sensor.
FIG. 16 is a plan view showing an arrangement of a stock scanning sensor and front wheels.
FIG. 17 is a diagram showing the relationship between the rotation angle of the sensor arm of the stock copy sensor and the output voltage.
FIG. 18 is a flowchart showing stock copy steering control.
FIG. 19 is a diagram showing an output voltage from a stock scanning sensor during stock scanning operation control.
FIG. 20 is a plan view showing an arrangement of a stock scanning sensor and front wheels.
FIG. 21 is a flowchart showing stock copy steering control.
FIG. 22 is a diagram showing another embodiment of the sensor arm of the stock scanning sensor.
FIG. 23 is a diagram showing the relationship between the rotation angle of the sensor arm of the stock copy sensor and the output voltage.
FIG. 24 is a front view showing a scattering work vehicle that employs a non-contact sensor as a stock copy sensor.
FIG. 25 is a diagram showing the relationship between the output voltage of the stock scanning sensor and the distance to the stock.
[Explanation of symbols]
6L ・ 6R mainframe
7 front wheels
8 Rear wheels
22 Traveling vehicles
41 Forward boom
103 (GPS) Mobile station unit
104 (GPS) reference station unit
108 GPS antenna
122 Inside sensor
201 stock scanning sensor
202 float
206 links
210 Sensor arm

Claims

It is an agricultural work vehicle that is equipped with a GPS device, an internal sensor (122) that detects various types of information on the work vehicle, and a stock copy sensor (201) that detects the stock position, and that works autonomously. Then, a pair of left and right main frames (6L, 6R) are extended in parallel in the horizontal direction from the front end of the traveling vehicle (22) to the rear, and the front of the main frame (6L, 6R) is disposed below the front portion. The front wheels (7, 7) are supported via the axle case (92F), and the rear wheels (8, 8) are supported via the rear axle case (92R) below the rear part, and the main frame (6L, 6R) is supported. The engine (9) is mounted on the front of the traveling vehicle (22), and the chemical tank (24) is mounted on the rear of the main frame (6L, 6R) to spray the chemical. Forward boot having a plurality of nozzles (23) for (41) and the left and right side booms (42L and 42R) pivotally supported at both ends of the front boom (41) and extending sideways so as to be foldable constitute a boom (40). The boom (41) and the front part of the main frame (6L, 6R) are connected by a parallel link, and a boom lifting cylinder (38) is interposed between one of the parallel links and the main frame (6L, 6R). The boom raising / lowering cylinder (38) is expanded and contracted to constitute a lifting / lowering link mechanism (37) that can move the boom (40) up and down. The front boom (41) and the side booms (42L and 42R) A boom opening / closing cylinder (43) is interposed between the side booms (42L and 42R) so that the side booms (42L and 42R) are substantially aligned with the front boom (41) by the expansion and contraction of the boom opening / closing cylinder (43). direction The stock scanning sensor (201) can be turned to the front boom (41) disposed at the foremost part of the traveling vehicle (22), and can be rotated to the extended work position and the storage position positioned rearward and upward in the front-rear direction. Agricultural work vehicle characterized by being attached via a stay (207).