目標ランプを利用した直進誘導システム

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要約

農用車両に汎用単眼カメラを利用したビジョンシステムと自動操舵装置等を後付け装着して、作業経路上に設置した目標ランプに向け、手動運転よりも高精度な直進誘導を可能にする装置。

キーワード:直進、ビジョンシステム、自動操舵装置、後付け、単眼カメラ、トラクタ
担当:生研センター・基礎技術研究部・メカトロニクス研究
代表連絡先:電話048-654-7000
区分:共通基盤・作業技術
分類:技術・参考

背景・ねらい

あぜ塗り・播種などの作業では、それ以降に行う作業を高精度かつ効率的に行うため、できるだけ真っ直ぐに作業することが求められる。そのため、オペレータは前方遠くの目印や前行程の作業跡、マーカ跡などを凝視して長時間にわたる運転作業に集中しなくてはならない。しかし、同時に作業状態を確認するために、ハンドルを握りながら後方を振り返って視認する必要もあるため、運転操作に熟練を要するだけでなく、精神的にも身体的にも負担が大きい問題があった。これらの問題を改善するため、農用車両に汎用単眼カメラを利用したビジョンシステムと自動操舵装置を後付け装着して、作業経路端に設置したターゲットに向けて直進誘導が可能な装置を開発する。

成果の内容・特徴

本システムは、汎用の単眼カメラと画像処理装置から成るビジョンシステム、モータ駆動部とコントローラから成る後付け型自動操舵装置、および直進誘導のターゲットとなる目標ランプ(点滅ランプ)で構成される(図1、表1)。
作業経路端に目標ランプを設置し、トラクタを作業開始位置に進入させた後、本システムを作動させると、ビジョンシステムにより目標ランプを検出するとともに、画像上での特徴点(画像中のむら)を検出し、地面の動きを解析して自車両の目標経路からの左右方向の偏差を検出する。検出された目標ランプの位置情報と左右偏差情報を統合して自動操舵装置の操舵制御を行うことにより、目標ランプまでの自動直進走行を行うことができる。
晴天時(照度10万lx)において、目標ランプの検出距離は、A型(長距離対応)で約500m、B型(ポータブル)で約300mまで可能で、圃場内で作業速度1.5m/s程度までの自動走行時に、左右偏差は標準偏差で±5cm以内である。また、傾斜3～5度の草地で車両が前進とともに横ずれする状態においても、左右偏差10cm以内の自動直進走行が可能である。
水田あぜ塗り・播種・ハウス内の外周耕うんなど、直進性を要求される作業において、手動運転による作業に比べ、高精度な直進作業を行うことができる(表2、表3)。
オペレータは作業中にハンドル操作をする必要がないため、圃場や作業状態の確認および作業機の操作などに専念できる。

成果の活用面・留意点

手動運転よりも高精度に直進作業ができるため、栽培管理の精度向上に活用できる。
あぜ塗りや明渠施工等のような単一行程の直進作業に活用できるほか、複数行程の作業には、本システムで第1行程のみ直進作業し、それ以降の作業行程はマーカ等を利用することで対応できる。
装置を利用して隣接条間を等間隔にすると、播種機の条数と中耕機の連数が異なっても作業精度を維持できるため、使用する作業機の選定が容易になる。
作業開始位置への進入は手動運転で行う必要がある。