JP2802560B2 - 移動体の操向制御装置 - Google Patents

移動体の操向制御装置

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JP2802560B2 JP4072189A JP7218992A JP2802560B2 JP 2802560 B2 JP2802560 B2 JP 2802560B2 JP 4072189 A JP4072189 A JP 4072189A JP 7218992 A JP7218992 A JP 7218992A JP 2802560 B2 JP2802560 B2 JP 2802560B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は移動体の操向制御装置に
関し、特に、農業および土木作業に使用される自走式機
械や、工場内で使用される自動搬送装置など各種移動体
の操向制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】作業対象領域(以下、作業領域という)
で移動体を走行させることにより、この移動体に装着さ
れた作業機で予定の作業をさせる制御システムが知られ
ている。この制御システムでは、移動体が作業領域のど
こに位置しているかを検出し、その位置検出データとあ
らかじめ設定されている走行コースとを比較する。そし
て、その比較結果に基づき、移動体の現在位置と走行コ
ースとのずれを修正するように移動体を操向制御する。
この制御システムには移動体の位置検出手段が必要であ
る。
【0003】移動体の位置検出装置として、例えば特開
昭59−67476号公報に提案されている装置があ
る。この装置は、移動体を中心として円周方向に光ビー
ムを走査する手段と受光手段とを有している。そして、
移動体から離れた少なくとも3か所の基準位置に配置し
た光反射手段に対して移動体から光ビームを投射する。
この光反射手段は入射方向に光を反射するものであり、
前記光ビームは入射方向に反射され、前記受光手段で検
出される。この光ビーム検出信号に基づき、移動体から
見た前記各光反射手段間の開き角が検出され、この開き
角と光反射手段つまり基準点の位置情報とから移動体の
位置が演算される。
【0004】ところで、移動体を走行させて予定の作業
を行わせるには、まず作業領域に走行コースを設定しな
くてはならない。従来の制御装置、例えば、本出願人の
出願に係る特開平1−287415号公報や特開平2−
19293号公報に記載された制御装置では、作業領域
の周囲に設けられた基準点のうちの特定の2つの基準点
間を結ぶ直線に対して垂直に設定された複数の直線コー
スと、この直線コースの1つから隣接する他の1つの直
線コースに移行するための旋回コースとからなる走行コ
ースが設定されている。そして作業用自走車は、この走
行コースに沿って走行するように制御される。すなわ
ち、作業領域に設定された直線コースの方向は、前記特
定の2つの基準点間を結ぶ直線を基準にしてオペレータ
があらかじめ設定し、この設定されたコースの方位に合
わせて移動体の向きをセットしている。
【0005】また、特開昭64−82206号公報に
は、作業領域を変更するたびに基準点を含む作業領域を
ティーチングしたり、作業開始位置や走行コースを設定
するようにした無人走行車の走行制御装置が記載されて
いる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来の制御装置には、
次のような問題点があった。自走車を走行させる前記作
業領域の形状は作業によっていろいろと異なり、単純な
ものは少ない。ところで、この種の自動走行システムで
は作業領域の広さや形状に応じて走行範囲や走行コース
を自在に設定変更できることが大きな特徴となっている
が、その反面、作業領域を変更する度に走行の基準とな
る基準点を含めた作業領域のティーチングをしたり作業
開始位置や走行コースの設定を行う必要がある。
【0007】 上述の特開平1−287415号公報や
特開平3−225511号公報に記載された制御装置で
は、作業領域の変更の度にまず作業者(オペレータ)
が、どの範囲で、どこを基準にしてどのような走行コー
スにするかを入力する必要があり、たいへん手間のかか
る作業となる。
【0008】また、この手間のかかる作業についての改
良案は、例えば特開昭64−82206号公報に記載さ
れているが、ティーチングのために、モニタ等を含めた
携帯用のキーボード入力装置システムや、携帯用手書き
入力システムを必要とする。しかし、キーボード入力装
置システムではオペレータの訓練が容易でないという問
題点があり、だれでも簡単に使いこなせるというわけに
はいかない。また、携帯用手書き入力システムでは、広
い作業領域を小さい紙やパッド上で指示したのでは十分
な精度が得られない。すなわち、携帯用手書き入力シス
テムとしてはかなり高精度のものを必要とする。その結
果、この走行制御装置は大掛かりなシステム構成とな
り、簡単な操作による作業の自動化が困難であるという
問題点がある。
【0009】さらに、光ビームを一方向へ回転走査して
基準点を予定の順番で検出していくようにシステムが構
成されている場合においては、基準点の検出順番が、前
記予定の順番と一致している必要がある。ところが、作
業領域の形状つまり基準点の配置の形状、および基準点
検出動作開始時の移動体の進行方向により、最初に検出
される基準点が一定しない。そこで、最初に検出される
基準点が特定され、検出順番が予定の順番と一致すると
いう条件を満足させるためには、オペレータが目測によ
って基準点の位置を確認し、前記条件を満足できる方向
に移動体の進行方向を合わせるようにしなければならな
い。しかしながら、作業開始毎にオペレータがこのよう
な調整をしながら移動体を作業領域にセットするのは非
常に煩わしい。
【0010】本発明の目的は、オペレータが、だいたい
この方向に向ければよいだろうという大まかな感覚で走
行開始位置に移動体をセットするだけで、そのセットさ
れた進行方位を基準にして効率よく走行できるコースを
自動的に選択し、そのコースに沿って作業領域を走行さ
せることができるようにした移動体の操向制御装置を提
供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】前記の問題点を解決する
ために、本発明は、移動体に搭載され、この移動体を中
心として光ビームを一定方向に回転走査する光ビーム走
査手段、および前記移動体に搭載された受光手段を備
え、前記移動体から離れた少なくとも4か所の基準点に
設置され、入射方向へ光を反射する光反射手段で反射さ
れた光ビームを前記受光手段で受光し、この受光信号に
よって前記移動体の位置を算出し、この算出された位置
が予定の走行コースに沿うように移動体を操向させる移
動体の操向制御装置において、各基準点からの反射光受
光信号に基づいて算出された前記移動体の進行方向を基
準とする方位角を算出し、この方位角が180°以上と
なる最初の基準点を、前記移動体の進行方向を基準とし
て検出開始したときから第3番目に検出するように、あ
るいは前記方位角がπα+90°以上(π=180°;
α=0,1)となる最初の基準点を、前記移動体の進行
方向の基準として検出開始したときから第{2(α+
1)}番目に検出するように予定されていた基準点とす
る入替基準に従って4か所すべての基準点の方位角を決
定し、決定された基準点の方位角に基づいて設定された
座標系に前記走行コースを設定するように構成した点に
特徴がある。
【0012】
【作用】前記特徴を有する本発明では、移動体が作業領
域に置かれたとき、最初に検出した基準点の方位角をも
とに基準点の配置順序を判定し、その判定結果に従って
基準点を特定することができる。したがって、基準点の
配置形状つまり作業領域の形状が一定でない場合にも、
作業領域内に置かれた移動体の向きにかかわらず、正確
な操向制御を行うことができる。
【0013】
【実施例】以下に、図面を参照して本発明の一実施例を
説明する。図2は本発明の実施例を示す図であり、作業
領域を走行する自走車の斜視図である。
【0014】同図において、移動体としての自走車1を
走行させて所定の作業を行う作業領域のほぼ外周に沿っ
て光反射器(以下、単に反射器という)6a〜6dが配
置されている。この反射器6a〜6dの反射面にはコー
ナキューブプリズム等周知の光反射手段が使用されてい
て、この反射面に入射した光はその入射方向に反射され
る。
【0015】自走車1は、例えばその下面に、図示しな
い芝刈り作業用のカッタブレードを有する芝刈り機であ
る。自走車1の上部には、光ビーム走査装置(以下、単
に走査装置という)2が搭載されている。この走査装置
2は、光ビーム2Eを発する発光器、および反射器6a
〜6dで反射された反射光2Rを受ける受光器を有す
る。例えば発光器としては発光ダイオード、受光器はフ
ォトダイオードを使用することができ、これらはケーシ
ング3に収容されている。
【0016】発光器から出た光ビームはミラー4で直角
に屈折反射されて方向転換され、走査装置2から外部に
投射される。ミラー4がモータ5によって回転中心軸8
のまわりで矢印17の方向に回転され、その結果、光ビ
ーム2Eは矢印Rで示す方向に走査される。ミラー4の
回転位置で代表される光ビーム2Eの投射方向は、モー
タ5に連結されたエンコーダ7の出力信号に基づいて検
出される。
【0017】走査装置2は、ジンバル揺動機構によって
自走車1に支持されている。この揺動機構は、外側リン
グ部材(以下、単に外リングという)11と、内側リン
グ部材(以下、内リングという)14とを有する。外リ
ング11は軸12およびこの軸12と対向する位置に設
けられる図示しない軸によってブラケット9,10に対
して揺動自在に軸支される。一方、内リング14は軸1
3およびこの軸13と対向する位置に設けられる図示し
ない軸によって外リング11に対して揺動自在に軸支さ
れている。外リング11と内リング14との揺動中心軸
は互いに直交する。
【0018】 前記ジンバル揺動機構は、モータ15に
よって駆動される。走査装置2はミラー4の回転中心軸
8を垂直から角度φだけ傾斜させてジンバル揺動機構に
取付けられており、この傾斜方向は、前記モータ15で
ジンバル揺動機構が駆動されることによって連続的に変
化する。すなわち、走査装置2は、矢印17aの方向に
回動する。走査装置2が回動することによって回転中心
軸8は円錐を描く。このような走査装置2の回動によ
り、光ビーム2Eは回転中心軸8を中心に回動走査され
ると共に、光ビームの投射角度つまり水平からの角度は
連続的に変化し、光ビームは上下にも連続的に揺動走査
される。
【0019】本実施例では、回転中心軸8が円錐を描い
て1サイクルの揺動を行う間、ミラー4は複数回回転し
て光ビームが走査されるようにした。
【0020】次に、自走車1の走行コースの設定方法に
ついて概要を説明する。図3〜図5は作業領域に設定さ
れた走行コースを示す図である。図3〜図5において、
作業領域は基準点A〜Dによって規定される。各基準点
A〜Dには、前記反射器6a〜6dがそれぞれ配置され
る。本実施例では、作業領域に自走車1をセットして作
業をさせる場合、自走車1を作業領域に置く方向に融通
性を持たせることができる。すなわち、自走車が作業領
域にセットされたとき、自走車1の進行方向つまり自走
車1の直進方向がどちらに向いているかにより、あらか
じめ決定されている規則に従って図3〜図5に示したよ
うな走行コースが設定される。
【0021】走行コースの設定のためには、まず、基準
点A〜Dをつないで作業領域を規定している線AB、線
BC、線CD、線DAのうち、自走車1の位置からのび
た進行方向に対して予定角度をなす直線が交差するもの
りを基準線として選択する。そして、その選択に基づい
て図3〜図5に示したような各走行コース36が設定さ
れる。
【0022】直線コースを基準線に垂直に設定している
場合は、自走車1の位置からのびた進行方向となす角度
が180°になる直線が交差する直線が基準線となり、
図3または図4に示したような走行コース36が設定さ
れる。
【0023】また、直線コースを基準線に平行に設定し
ている場合は、進行方向となす角度が90°になる直線
が交差する直線が基準線となり、図5に示したような走
行コース36が設定される。
【0024】図3は、線BCを基準線として選択し、こ
の基準線BCに垂直に直線コースを設定した例であり、
図4は、線CDを基準線として選択し、この基準線CD
に垂直に直線コースを設定した例である。また、図5
は、線ABを基準線として選択し、この基準線ABに平
行に直線コースを設定した例である。
【0025】走行コース36は作業領域からはみ出さな
いように設定するのが望ましい。そこで、本実施例では
各基準点A〜Dをつなぐ直線よりも所定距離だけ内側に
限界線を設定し、1つの直線コースから他の1つの直線
コースへ移行するための旋回コースを、前記限界線と前
記各基準点A〜Dをつなぐ直線とで挟まれる範囲内に設
定するようにした。
【0026】次に、自走車1の操向制御の一例を説明す
る。図6は自走車1と基準点A〜Dとの位置関係を示す
図であり、自走車1は作業領域に設定された走行コース
36に沿って走行し、芝刈り作業等予定の作業を行う。
後述のフローチャートで示す処理により、作業に先立っ
てまず基準点A〜Dの位置を検出し、自走車1の制御装
置に入力する。
【0027】走査装置2によって自走車1を中心として
円周方向に走査された光ビームは、基準点A〜Dの反射
器で反射され、その反射光検出時の前記エンコーダ7の
出力信号に基づいて反射光の入射角度(=方位角)が制
御装置で検出される。制御装置では、前記方位角および
基準点A〜Dの位置情報(座標)に基づいて自走車1の
位置が演算される。そして、この位置と走行コース36
とを比較し、その差(走行コースからのずれ)を解消す
るように自走車1の操舵角は制御される。以下、自走車
1の現在位置は座標値(Xp,Yp)で示し、自走車1
の進行方向は、x座標軸つまり図6に示した例において
は直線BCを基準とする角度θfで示す。
【0028】まず、自走車1が基準点Bの近くにセット
されると、そのときのセット方向によって走行コース3
6が設定され、その走行コース36を走行してホームポ
シション63に戻る。図6に示した例では、間隔Lを有
して複数の直線コースが線BCに垂直に設定され、各直
線コースは旋回コースによってつながれている。
【0029】自走車1は直線コースを走行した後、y座
標がYtfを超過した位置またはYtn以下になった位
置で旋回コースを走行して隣接する次の直線コースに移
行する。本実施例では、自走車1の操舵角を一定値に固
定して旋回コースを走行するようにした。直線コースの
x座標がXendを超過した場合には、最終の旋回コー
スを経てホームポジション63に戻る。
【0030】なお、図6においては、説明を簡単にする
ため、作業領域を長方形にし、直線コースは線ABつま
りy軸と平行にした。しかし、図3〜図5に関して説明
したように、作業領域は長方形に限定されず、かつ走行
コース36の直線コースは基準点A〜Dをむすぶ直線の
いずれかに垂直または平行に設定することができる。
【0031】上記の操向制御における自走車1の位置を
求めるための原理および算出式は、本出願人の、先の出
願に係る特開平1−287415号公報および特開平1
−316808号公報に詳細に記載されているので省略
する。
【0032】次に、図7,図8のフローチャートを参照
し、上記のように自走車1を走行させるための操向制御
について説明する。
【0033】まず図7において、ステップS1では、モ
ータ5を起動し、回転中心軸8を中心としてミラー4を
回動させ、かつモータ15を起動して前記回転中心軸8
を、円錐状の軌跡を描いて揺動させる。その結果、走査
装置2から出た光ビームは、水平からの角度(投射角
度)を変化させつつ円周方向にも走査される。ここで
は、基準点A〜Dに配設された反射器6a〜6dに光ビ
ームを確実に照射させられるようにモータ15は低速で
回転させる。
【0034】ステップS2では、回転中心軸8が1回揺
動する間に検出された受光データの解析を行い、基準点
に配設された反射器6a〜6dの識別処理つまりイニシ
ャルポール識別処理を行う。イニシャルポール識別処理
の詳細は、図14,図15を参照して後述する。
【0035】ステップS3では、自走車1から基準点A
〜Dまでの各距離を測定して各基準点の位置を計算する
ポール位置計測処理を行う。このポール位置計測処理
は、例えば次のように実施される。まず反射器6a〜6
dのそれぞれの高さ(既知の値)と、これらの反射器か
らの反射光を複数回検出したときの回転中心軸8の最大
および最小傾斜角度を代表する値とに基づいて基準点A
〜Dまでの各距離を測定する。さらに、この距離と前記
イニシャルポール処理によって求められる基準点の方位
角とに基づいて基準点の位置(座標値)を算出する。こ
のポール位置計測処理は、本出願人が先に出願した特願
平3−126511号や特願平3−230833号に、
より詳細に記載されている。
【0036】ステップS4では、ステップS2で算出さ
れた基準点の方位角、およびステップS3で算出された
基準点の座標値に基づき、自走車1の現在の位置座標
(Xp,Yp)および進行方向θfを算出する。ステッ
プS5では、自走車1の現在のx座標Xpを第1番目の
直線コースのx座標Xrefとしてセットする。ステッ
プS6では、モータ5,15を所定の速度で回転させて
ミラー4を回転および揺動させる。ステップS7では、
自走車1のエンジン回転を駆動輪に接続して走行を開始
させる。
【0037】続いて図8のステップS8では、作業領域
から自走車1がはみださないように作業領域の形状に応
じて直線コースの長さ、つまりy座標の上限値Ytfと
下限値Ytnと設定する直進コースデータセット処理を
行う。この処理の詳細は図11に関して後述する。
【0038】ステップS9では、y座標値が大きくなる
方向に自走車1を直進させる往路直進処理を行う。この
処理では、反射器からの反射光の入射方向(=方位角)
に基づいて自走車1の自己位置(Xp,Yp)と、進行
方向θfとを算出する。そして、算出された値と設定さ
れた走行コースとの差を算出し、この差を修正するよう
に操向制御を行う。
【0039】ステップS10では、自走車1のy座標Y
pが前記y座標の上限値Ytfを超過したか否かによっ
て第1番目の直線コースの走行を終了したか否かが判断
される。判断が肯定となれば、ステップS11に進んで
直線コースのx座標Xrefに距離L(各直線コースの
間隔)を加算し、次の直線コースを設定する。
【0040】ステップS12では、直線コースに続く旋
回コースの走行を終了させるタイミングを決定するため
の右ターン解除角として予定の方位角データをセット
し、次のUターン処理に備える。ステップS13では、
操舵角を予定値に固定して一定の旋回半径で右旋回する
Uターン処理を行う。ステップS14では、自走車1の
旋回を終了させるタイミングに達したか否かを判断す
る。そのために自走車1から見た方位角が前記右ターン
解除角に達した基準点の数を、Uターン処理時に解除カ
ウンタで計数するようにしている。このステップS14
ではこの解除カウンタ値が“1”を超過したか否かによ
って旋回を終了させるタイミングに達したか否かを判断
する。すなわち、少なくとも1つ以上の基準点の方位角
が右ターン解除角に達した時点をもって前記タイミング
の判定基準としている。
【0041】ステップS15の判断が肯定ならば旋回コ
ースの走行を終了したと判断してステップS15に進
む。ステップS15では、次の直線コースに関して直進
コースデータセット処理を行う。ステップS16では、
y座標値が小さくなる方向に自走車1を直進させる復路
直進処理を行う。
【0042】ステップS17では、自走車1のy座標Y
pが前記y座標の下限値Ytn以下になったか否かによ
って第2番目の直線コースの走行を終了したか否かが判
断される。判断が肯定となれば、ステップS18に進
み、直線コースのXrefが作業終了予定地点のx座標
Xendを超過したか否かを判断する。ステップS18
の判断が否定の場合は、ステップS19に進んで次の直
線コースを設定する。
【0043】ステップS20では、左旋回を終了させる
タイミングを設定するため左ターン解除角セット処理を
行う。ステップS21ではUターン処理を行い、ステッ
プS22では解除カウンタの値が“1”を超過している
か否かを判断する。この判断が肯定ならば旋回コースの
走行を終了したと判断してステップS8に進む。
【0044】また、ステップS18の判断が肯定の場合
は、すべての直線コースの走行を終了した場合であり、
ステップS23に進んで最終の旋回コースにおける解除
角をセットする。これは、前記右ターン解除角や左ター
ン解除角のセットと同様である。
【0045】ステップS24では、Uターン処理を行
い、ステップS25では、解除カウンタの値が“1”を
超過しているか否かを判断する。ステップS26では、
ホームポジション63に戻るための直線コースに自走車
1を走行させる処理を行う。
【0046】ステップS27では、自走車1のx座標X
pがホームポジション63のx座標Xhomeより小さ
くなったか否かを判断し、この判断が肯定ならば自走車
1がホームポジション63に戻ったと判断してすべての
処理を終える。
【0047】次に、図14のフローチャートと図15の
基準点および自走車の配置図を参照してイニシャルポー
ル識別処理の詳細を説明する。図15において、基準点
BおよびCを結ぶ直線BCを基準とし、自走車1の進行
方向およびその反対方向に延長した直線が直線BCと交
差し、かつ残りの基準点つまり基準点A,D側に向けて
進行方向を合わせるという条件のもとに自走車1を初期
配置した場合を考える。このような条件に従って自走車
1を作業領域に置いたとしても、作業領域の形状すなわ
ち基準点の配置形状が図15(a),(b)に示したよ
うに互いに異なっていたときには、基準点の検出動作が
開始された後、最初に検出される基準点はそれぞれの配
置状態によって異なる。すなわち、図15(a)におい
て、自走車1の進行方向を基準としてそこから光ビーム
を反時計方向に回転走査した場合、まず基準点Aが検出
される。また、図15(b)の場合には基準点Bが最初
に検出される。したがって、それぞれの場合における基
準点の検出順番は(A−B−C−D)、(B−C−D−
A)ということになる。
【0048】このように、基準点の配置状態や自走車1
が最初に置かれた状態などの条件によって基準点の検出
順番が異なった場合、そのことが認識されないで制御が
行われると正確な操向が行えない。そこで、自走車1の
自己位置および進行方向の算出前に、検出した光信号が
どの基準点に配設された反射手段からのものであるかが
正しく認識されるように処理しておく必要がある。
【0049】また、予定の反射手段以外からの光を検出
した場合に、この光信号を予定の反射手段からの反射光
であると誤って認識しないようにすることも必要であ
る。そのために、このイニシャルポール識別処理が行わ
れる。
【0050】このイニシャルポール識別処理は、反射光
の誤検出を防止し、かつ基準点の検出順番を予定の順番
に合わせる処理である。そのために、図14のフローチ
ャートに示したイニシャルポール処理では、基準点検出
動作を開始した後、走査装置2による光ビームの走査が
進行方向から180°以上進んだ後に最初に検出された
基準点を基準点C、すなわち検出動作を開始した時から
第3番目に検出される予定の基準点であると認識させる
ようにした。
【0051】図14において、ステップS150では、
揺動方向が0°になったかの判断を行う。すなわち前記
回転中心軸8の傾斜方向が自走車1の進行方向と同方向
になったか否かを判断し、そのときから受光器による受
光信号を受け付けるようにする。
【0052】ステップS150の判断が肯定となったな
らば、ステップS151に進んで反射光受光処理で取込
まれたデータのリセットを行う。ステップS152で
は、光を検出したか否かを判断し、光が検出されたなら
ばステップS153に進んで反射光受光処理を行う。反
射光受光処理では、ほぼ同一方位から複数の光が入射し
たとき、これらの受光データつまり自走車1の進行方向
を基準とする光の入射方向(=方位角)を示すデータを
1つの検出ブロックとしてまとめて記憶するようにして
いる。
【0053】各検出ブロックには、検出された方位角デ
ータと共に、略同一の方位から入射して同一検出ブロッ
クに格納された受光データの数つまり受光回数が記憶さ
れる。したがって、この反射光受光処理では、少なくと
も基準点と同数の検出ブロックつまり記憶領域が確保さ
れ、そこに受光データが記憶されることになる。
【0054】受光データの記憶が終わったとき、または
光が検出されなくてステップS152の判断が否定とな
った場合にはステップS154に進む。ステップS15
4では、再び揺動方向が0°になったかの判断を行う。
この判断が肯定となるまで、つまりジンバル揺動機構が
1サイクルの揺動を行い、複数回の光ビーム回動走査が
行われる間の受光データが反射光受光処理で収集され
る。
【0055】ステップS154の判断が肯定となれば、
ステップS155に進んでポール選択処理が行われる。
このポール選択処理では、受光回数が予定回数より多い
4つの検出ブロックを選択し、その検出ブロックを代表
する方位角が小さい順に、その方位角をパラメータAp
s(1)〜(4)にセットする。
【0056】ステップS156では、確認モードを判断
する。確認モード(1)は予定数より受光回数の多い検
出ブロックを4つ、すなわちあらかじめ設けた基準点の
数に等しい数だけ検出できた場合であり、確認モード
(2)は予定以上の受光回数があった検出ブロックが4
つに満たなかった場合である。さらに、確認モード
(3)は、予定数以上の受光回数となった検出ブロック
が5つ以上あった場合である。
【0057】確認モード(1)の場合は、基準点の数と
一致する4つの検出ブロックが選択できたので、次の段
階の処理(ステップS157)に進む。確認モード
(2)の場合は、受光データ数が少なくて4つの基準点
を特定できないため、ステップS152に戻ってさらに
受光データの収集を続ける。また、確認モード(3)の
場合は、予定の反射手段以外の反射物体または発光物体
からの光を受光したと考えられ、4つの基準点を特定で
きない場合である。したがって、確認モード(3)の場
合には、ステップS151から検出動作を再度開始す
る。
【0058】ステップS157では、方位角が最も小さ
い検出ブロックの方位角Aps(1)が180°より大
きいか否かを判断する。この判断が肯定の場合はすべて
の検出ブロックの方位角Aps(1)〜(4)が180
°よりも大きいことになり、自走車1の置かれた位置が
作業領域からはずれている場合か、予定の反射手段以外
の反射物体または発光物体を検出したと考えられるので
ステップS151に戻って反射光受光処理を最初からや
りなおす。
【0059】ステップS157の判断が否定の場合は、
ステップS158に進んでパラメータcに数値“3”を
セットする。ステップS159では、方位角が2番目に
小さい検出ブロックの方位角Aps(2)が180°よ
り大きいか否かを判断する。この判断が肯定の場合は、
ステップS164に進む。ステップS159の判断が否
定の場合は、ステップS160に進んでパラメータcに
数値“0”をセットする。
【0060】ステップS161では、次に方位角が小さ
い検出ブロックの方位角Aps(3)が180°より大
きいか否かを判断する。この判断が肯定の場合は、ステ
ップS164に進む。ステップS161の判断が否定の
場合は、ステップS162に進んでパラメータcに数値
“1”をセットする。
【0061】 ステップS163では、方位角が最も大
きい検出ブロックの方位角Aps(4)が180゜より
大きいか否かを判断する。この判断が肯定の場合は、ス
テップS164に進む。ステップS163の判断が否定
の場合は、すべての検出ブロックの方位角Aps(1)
〜(4)が180゜よりも小さいことになり、自走車1
の置かれた位置が作業領域からはずれている場合か、予
定の反射手段以外の反射物体または発光物体を検出した
と考えられるのでステップS151に戻って反射光受光
処理を最初からやり直す。
【0062】ステップS164では、基準点nの方位角
θ(n)として検出ブロックAps(n+c)をセット
する。なお、ここでは基準点A,B,C,Dにはそれぞ
れパラメータnとして“1”,“2”,“3”,“4”
を対応させている。
【0063】例えば、ステップS159の判断が肯定の
場合とは、自走車1と基準点の配置とが図15(b)の
関係にある場合に相当する。したがって、この場合に
は、基準点Aの方位角θ(1)として検出ブロックの方
位角Aps(1+3)つまり方位角Aps(4)がセッ
トされる。同様に基準点Bの方位角θ(2)として検出
ブロックの方位角Aps(2+3)つまり方位角Aps
(5)がセットされる。本実施例では基準点の設置数は
“4”であり、(n+c)が“4”を超えることはな
い。したがって、ステップS164での処理の結果、
(n+c)が“4”を超えた場合には(n+c)の算出
結果から“4”を減算する。
【0064】また、ステップS161の判断が肯定の場
合は、自走車1と基準点の配置とが図15(a)の関係
にある場合である。したがってこの場合には、パラメー
タcは“0”であり、方位角Aps(1)〜(4)がそ
のまま方位角θ(1)〜(4)としてそれぞれセットさ
れる。
【0065】ステップS165では、次回の走査で同じ
基準点が検出されるはずの方位角(予測方位角)θp
(n)として検出ブロックAps(n+c)をセットす
る。つまり今回の検出方位角と同一方位角を予測方位角
としてセットする。このような予測方位角を設定するこ
とにより、次回の走査における検出方位角がこの予測方
位角とほぼ一致しているか、大きくはずれているかによ
って、予定の反射手段を検出したのか否かを判定でき
る。この場合にも、(n+c)は“4”を超過しないよ
うに補正操作をするのはもちろんである。
【0066】 続いて、作業領域を示す図11のフロー
チャートと、図12および図13とを参照してステップ
S9およびステップS16の直線コースデータセットつ
まりy座標の上下限決定処理について詳述する。なお、
ここでは、図12,図13に示したように、作業領域と
して略台形のもので、直線BCをx軸とする基準座標を
想定した。このように、直線コースの長さに変化がない
長方形の作業領域に代えて、直線コースの長さが変化す
る略台形のものを想定することで、より説明の意図が明
確化される。
【0067】図12および図13において、線26は、
作業領域から予定長さYthだけ内側に設定された直線
コースのy座標上限値Ytfをつないだ線であり、線2
7は、直線コースのy座標下限値Ytnをつないだ線で
ある。自走車1はこれらの点線26,27に到達したな
らばUターンを開始する。
【0068】まず、ステップS100では直線コースの
座標Xrefが基準点Aのx座標Xaより小さいか否か
を判断する。この判断が肯定の場合はステップS101
に進む。ステップS100の判断が肯定となるのは、自
走車1が図12の範囲Aaにある場合であり、図13で
は作業領域内には該当範囲がない。ステップS101で
は、変数(x1,y1)に、座標の原点つまり基準点B
の座標(0,0)をセットし、変数(x2,y2)に、
基準点Aの座標(Xa,Ya)をセットする。
【0069】一方、ステップS100が否定の場合はス
テップS102に進む。ステップS102では、直線コ
ースの座標Xrefが基準点Dのx座標Xdより大きい
か否かを判断する。ステップS102が肯定の場合はス
テップS103に進む。ステップS100の判断が否定
で、かつステップS102が肯定となるのは、自走車1
が図12の範囲Acにある場合であり、図13では作業
領域内には該当範囲がない。ステップS103では、変
数(x1,y1)に、基準点Dの座標(Xd,Yd)を
セットし、変数(x2,y2)に、基準点Cの座標(X
c,0)をセットする。
【0070】ステップS102の判断が否定の場合は、
ステップS104に進む。ステップS100の判断が否
定で、かつステップS102の判断も否定となるのは、
図12の範囲Ab、および図13のすべての作業領域に
自走車1がある場合である。ステップS104では、変
数(x1,y1)に、基準点Aの座標(Xa,Ya)を
セットし、変数(x2,y2)に、基準点Dの座標(X
d,Yd)をセットする。
【0071】ステップS101,S103,S104で
座標値がセットされるとステップS105に進み、図中
の算出式を使って直線コースのy座標上限値Ytfを算
出する。
【0072】ステップS106以下は、直線コースのy
座標下限値Ytnを算出するための処理である。ステッ
プS106では直線コースの座標Xrefが“0”より
小さいか否かの判断がなされる。この判断が肯定の場合
はステップS107に進む。ステップS106の判断が
肯定となるのは、自走車1が図13の範囲Adにある場
合であり、図12では作業領域内には該当範囲がない。
ステップS107では、変数(x1,y1)に、基準点
Aの座標(Xa,Ya)をセットし、変数(x2,y
2)に、原点つまり基準点Bの座標(0,0)をセット
する。
【0073】一方、ステップS106が否定の場合はス
テップS108に進む。ステップS108では、直線コ
ースの座標Xrefが基準点Cのx座標Xcより大きい
か否かを判断する。ステップS108が肯定の場合はス
テップS109に進む。ステップS106の判断が否定
で、かつステップS108が肯定となるのは、自走車1
が図13の範囲Afにある場合であり、図12では作業
領域内には該当範囲がない。ステップS109では、変
数(x1,y1)に、基準点Cの座標(Xc,0)をセ
ットし、変数(x2,y2)に、基準点Dの座標(X
d,Yd)をセットする。
【0074】ステップS108の判断が否定の場合は、
ステップS110に進む。ステップS106の判断が否
定で、かつステップS108の判断も否定となるのは、
図13の範囲Ae、および図12のすべての作業領域に
自走車1がある場合である。ステップS110では、変
数(x1,y1)に、原点つまり基準点Bの座標(0,
0)をセットし、変数(x2,y2)に、基準点Cの座
標(Xc,0)をセットする。
【0075】ステップS107,S109,S110で
座標値がセットされるとステップS111に進み、図中
の算出式を使って直線コースのy座標下限値Ytnを算
出する。
【0076】このようにして上下限座標値Ytf,Yt
nが決定された直線コースを間隔Lで配置し、かつこの
直線コースを旋回コースでつないだ走行コースを決定す
る。
【0077】次に、図1の機能ブロック図を参照して、
上述の動作を行わせる制御装置の要部機能を説明する。
同図において、走査装置2の発光器2aから出力された
光ビーム2Eは反射器6(反射器6a〜6d)で反射さ
れ、その反射光2Rが受光器2bで検出される。エンコ
ーダ7は前記ミラー4の回転量に応じてパルス信号を発
生する。
【0078】方位角検出部18では、反射光2Eの受光
間隔に基づいて自走車1から見た各反射器6a〜6dの
方位角を検出する。この方位角検出部18には受光器2
bによる受光信号およびエンコーダ7からのパルス信号
が入力される。すなわち、方位角検出部18はエンコー
ダ7のパルス信号を計数するカウンタ機能を有してい
る。そして、受光器2bから受光信号が入力される毎
に、パルス信号の計数値に基づいて各反射器6a〜6d
の方位角を算出する。
【0079】光ビームの走査開始時点では、方位角検出
部18で検出された方位角が反射器6a〜6dのどれか
らの反射光であるかを特定できないので、イニシャルポ
ール処理部30で検出方位角と特定の基準点とを対応づ
ける処理が行われる。受光信号記憶部26では、方位角
検出部18で検出された受光データ(=方位角)を前記
検出ブロック毎に記憶する。ポール選択部27では、受
光信号記憶部26に記憶されている検出ブロックのう
ち、各検出ブロックを代表する方位角の小さいものから
順番に4つの方位角を抽出する。方位角決定部28で
は、この抽出された方位角を図14のフローチャートで
示した処理に従ってそれぞれ方位角θ(1)〜θ(4)
にあてはめ、検出方位角と基準点とを対応させる。
【0080】 基準点位置演算部19では、図7のステ
ップS2,S3に関して説明したように、イニシャルポ
ール処理部30で決定された基準点の方位角θ(1)〜
θ(4)、および自走車1から各基準点までの距離に基
づいて各基準点の位置(基準座標)が算出される。この
基準点位置算出のため、前記モータ15に連結されたセ
ンサ(図示せず)で検出される回転角で示されるジンバ
ル揺動機構の傾斜方向データが基準点位置演算部19に
入力される。
【0081】 位置・進行方向演算部20では、方位角
検出部18および基準点位置演算部19から供給される
データに基づいて自走車1の位置および進行方向が算出
される。基準座標選択部21では、基準点位置演算部1
9から供給される基準点の位置データと、位置・進行方
向演算部20から供給される自走車1の位置(Xp,Y
p)および進行方向θfデータとに基づき、前記基準座
標に関し、x座標軸に対する進行方向θfのずれ角度φ
nを算出し、1つの基準座標を決定する。基準座標決定
に伴って出力される座標決定信号は、走行コース設定部
22および位置・進行方向演算部20に入力される。こ
の決定信号に応答して走行コース設定部22では、直線
コースのx軸方向終端座標Xendが変更される。すな
わち、Xendとしては、決定された基準座標において
x座標の最も大きい基準点のx座標よりも所定値だけ原
点寄りの位置、例えば自走車1の幅の半分の値だけ小さ
い座標値が設定される。また、位置・進行方向演算部2
0は、この基準座標決定信号で選択された基準座標に従
って、それ以降の計算が行われる。
【0082】直線コース端部演算部23では、位置・進
行方向演算部20および基準点位置演算部19から供給
される自走車1のx座標値および基準点A〜Dの座標に
基づき、直線コースの終端部が算出される。直線コース
の終端部を示す座標は走行コース設定部22に供給され
る。
【0083】比較部24では、走行コース設定部22か
ら供給される走行コース座標と、位置・進行方向演算部
20から供給される自走車1の位置・進行方向データと
のずれを検出し、操舵部25に出力する。操舵部25は
比較部24での比較結果に基づき、操舵モータ(図示せ
ず)で自走車1の操舵輪を駆動して上記ずれが小さくな
るように自走車1の走行方向をコントロール(操向制
御)する。
【0084】以上の実施例では、各基準点間をむすぶ直
線のうち、作業領域に置かれた自走車1の進行方向に対
して180°の方向にのびる直線が交差する直線を基準
線として、この基準線をx軸とするように走行コースを
設定する例を示した。このほか、同様にして、作業領域
に置かれた自走車1の進行方向とほぼ平行になる直線を
y軸となるように選択し、直線コースがこのy軸と平行
になるように走行コースを設定することもできる。
【0085】この場合には、各基準点間を結ぶ直線のう
ち、作業領域に初期配置された自走車1の進行方向に対
して90°の方向にのばした直線が交差する直線を基準
線とし、この基準線に略平行な複数の直線コースおよび
この直線コースの1つから他の1つへ移行するための移
行コースからなる経路を設定する。そして、進行方向に
対する方位角が90°以上となる最初の基準点を第2番
目に検出するように予定されていた基準点とするような
入れ替え基準に従って4か所すべての基準点の方位角を
決定する。
【0086】上記基準点の方位角の決定方法をとること
の意味は次のような点にある。図9および図10は、基
準線に平行に設定された直線コースに自走車1を走行さ
せる場合の、各基準点の方位角の決定方法の説明図であ
る。
【0087】基準線(直線AB)に平行な直線コースに
自走車1を走行させる場合には、図9のように、基準線
として決定した直線ABに沿って自走車1を初期配置す
るのが通常である。しかし、まれに、図10に示すよう
に基準線ABに対して斜めに初期配置されることがあ
る。
【0088】進行方向を基準にして反時計回りに光ビー
ムを回転走査した場合、図9に示した状態では、検出さ
れた方位角が180°以上となる最初の基準点は基準点
cであり、図10に示した状態では、検出された方位角
が180°以上となる最初の基準点は基準点bである。
【0089】したがって、検出された方位角が90°以
上となる最初の基準点を、第2番目に検出するように予
定されている基準点とするようにすれば、図9,10の
いずれの場合においても、基準点bが、その第2番目に
検出するように予定されている基準点となる。
【0090】なお、この決定方法によれば、進行方向に
対する方位角が270°以上となる最初の基準点を第4
番目に検出するように予定されていた基準点とするよう
な入れ替え基準に従って4か所すべての基準点の方位角
を決定するようにしても同様の効果が得られる。
【0091】すなわち、作業領域に初期配置された自走
車1の進行方向に対して90°の方向にのばした直線が
交差する直線を基準線とし、これに略平行する複数の直
線コースおよびこの直線コースの1つから他の1つに移
行するための移行コースからなる経路を走行コースとし
て設定する。そして、進行方向に対する方位角が、πα
+90°以上となる最初の基準点を、2×(α+1)番
目に検出するように予定されていた基準点とするような
入れ替え基準に従って4か所すべての基準点の方位角を
決定すればよい。但し、π=180°;α=0,1とす
る。
【0092】また、本実施例では、ジンバル揺動機構に
よって特殊な光ビーム走査軌跡を描き、基準点A〜Dに
光ビームを確実に照射できるようにしている。このジン
バル機構の動きに関連して行われる制御については、特
願平3−126511号や特願平3−230833号に
記載され、かつ本発明には直接関係ないので説明は省略
する。
【0093】なお、本発明は、ジンバル揺動機構を搭載
しない装置、つまり光ビームの走査面が変化しない装置
に対しても本実施例と同様に実施できる。
【0094】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、基準点の配置状態つまり作業領域の形状に応
じて移動体を置く方向に注意を払わなくてもよい。すな
わち、オペレータの大まかな感覚にまかせて移動体を作
業開始位置に置くだけで、作業領域の形状に応じ、効率
的に作業を行える走行コースを自動的に選択し、設定さ
される。また、あらかじめ想定されている検出順番に合
うように実際の基準点検出順序を設定できる。このよう
に本発明によれば、作業開始位置への移動体のセットつ
まり作業開始までの手順が簡単になり、自動化が容易に
なる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例を示す制御装置の要部機能
ブロック図である。
【図2】 自走車の走行状態を示す斜視図である。
【図3】 基準線に垂直な直線コースの例を示す作業
領域の図である。
【図4】 基準線に垂直な直線コースの別の例を示す
作業領域の図である。
【図5】 基準線に平行な直線コースの例を示す作業
領域の図である。
【図6】 走行コースと反射器の配置を示す図であ
る。
【図7】 実施例の動作を示すゼネラルフローチャー
ト(その1)である。
【図8】 実施例の動作を示すゼネラルフローチャー
ト(その2)である。
【図9】 第2実施例の基準点決定方法の説明図(そ
の1)である。
【図10】 第2実施例の基準点決定方法の説明図(そ
の2)である。
【図11】 直線コース設定処理を示すフローチャート
である。
【図12】 直線コース設定処理説明のための作業領域
の図である。
【図13】 直線コース設定処理説明のための別の作業
領域の図である。
【図14】 イニシャルポール識別処理を示すフローチ
ャートである。
【図15】 イニシャルポール識別処理の説明図であ
る。
【符号の説明】
1…自走車、 2…走査装置、 2a…発光器、 2b
…受光器、 4…ミラー、6,6a〜6d…反射器、
7…エンコーダ、 18…方位角検出部、 19…基準
点位置演算部、 20…位置・進行方向演算部、 21
…基準座標選択部、22…走行コース設定部、 23…
直線コース終端演算部、 26…受光信号記憶部、 2
7…ポール選択部、 28…方位角決定部
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−3209(JP,A) 特開 平4−329388(JP,A) 特開 平1−287415(JP,A) 特開 平3−171304(JP,A) 特開 昭64−82206(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G05D 1/02

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 移動体に搭載され、この移動体を中心と
    して光ビームを一定方向に回転走査する光ビーム走査手
    段、および前記移動体に搭載された受光手段を備え、前
    記移動体から離れた少なくとも4か所の基準点に設置さ
    た光反射手段がその入射方向へ反射した前記光ビーム
    を前記受光手段で受光し、の受光信号によって前記移
    動体の位置を算出し、この算出された位置が、予定の走
    行コースに沿うように移動体を操向する移動体の操向制
    御装置において、 各基準点で反射した光ビームの受光信号に基づいて前記
    移動体の進行方向を基準とする各基準点の方位角を検出
    する方位角検出手段と、 前記方位角検出手段で検出された方位角が180゜以上
    である最初の基準点を、前記移動体の進行方向を基準と
    して検出開始したときから第3番目に検出するように予
    定されていた基準点とする入替基準に従い、前記検出さ
    れた方位角と4か所すべての基準点との対応付けを入れ
    替える基準点・方位角対応付け手段と、 前記基準点・方位角対応付け手段によって対応付けら
    基準点の方位角に基づいて設定された座標系に前記
    走行コースを設定する走行コース設定手段とを具備した
    ことを特徴とする移動体の操向制御装置。
  2. 【請求項2】 前記走行コースは、作業領域を囲むよう
    に前記基準点をむすんだ線分のうち、前記移動体を始点
    して該移動体の進行方向に対して180゜の方向に伸ば
    した直線が交差する線分を基準にして、この線分に略直
    交する複数の直線コースおよびこの直線コースの1つか
    ら他の1つに移行するための移行コースからなる経路と
    して設定することを特徴とする請求項1記載の移動体の
    操向制御装置。
  3. 【請求項3】 前記光ビーム走査手段が、前記光ビーム
    を上下方向に揺動させる揺動手段を含み、 前記光ビーム走査手段による光ビームの走査により、前
    記移動体の走行に先立って前記受光手段で受光した光ビ
    ームの入射方位角、および略同一方位で検出された受光
    信号の数を記憶する手段と、 検出された方位角をその大きさの順序に並べ代える手段
    と、 略同一方位で検出された受光信号の数が予定数に達した
    場合、この方位を、移動体からみた前記予定の光反射手
    段の方位角として検出する手段とを具備したことを特徴
    とする請求項1または2記載の移動体の操向制御装置。
  4. 【請求項4】 前記光ビームが、上下方向の1サイクル
    の揺動中に前記光ビームの回転走査が複数回行われるよ
    うに前記光走査手段を構成したことを特徴とする請求項
    3記載の移動体の操向制御装置。
  5. 【請求項5】 移動体に搭載され、この移動体を中心と
    して光ビームを一定方向に回転走査する光ビーム走査手
    段、および前記移動体に搭載された受光手段を備え、前
    記移動体から離れた少なくとも4か所の基準点に設置さ
    た光反射手段がその入射方向へ反射した前記光ビーム
    を前記受光手段で受光し、の受光信号によって前記移
    動体の位置を算出し、この算出された位置が、予定の走
    行コースに沿うように移動体を操向する移動体の操向制
    御装置において、 各基準点で反射した光ビームの受光信号に基づいて前記
    移動体の進行方向を基準とする各基準点の方位角を検出
    する方位角検出手段と、 前記方位角検出手段で検出された方位角がπα+90゜
    以上(π=180゜;α=0,1)である最初の基準点
    を、前記移動体の進行方向を基準として検出開始したと
    きから第{2(α+1)}番目に検出するように予定さ
    れていた基準点とする入替基準に従い、前記検出された
    方位角と4か所すべての基準点との対応付けを入れ替え
    る基準点・方位角対応付け手段と、 前記基準点・方位角対応付け手段によって決定された基
    準点の方位角に基づいて設定された座標系に前記走行コ
    ースを設定する走行コース設定手段とを具備したことを
    特徴とする移動体の操向制御装置。
  6. 【請求項6】 前記走行コースは、作業領域を囲むよう
    に前記基準点をむすんだ線分のうち、前記移動体を始点
    して該移動体の進行方向に対して90゜の方向に伸ばし
    た直線が交差する線分を基準にして、これに略平行な複
    数の直線コースおよびこの直線コースの1つから他の1
    つに移行するための移行コースからなる経路として設定
    することを特徴とする請求項5記載の移動体の操向制御
    装置。
  7. 【請求項7】 前記光ビーム走査手段が、前記光ビーム
    を上下方向に揺動させる揺動手段を含み、 前記光ビーム走査手段による光ビームの走査により、前
    記移動体の走行に先立って前記受光手段で受光した光ビ
    ームの入射方位角、および略同一方位で検出された受光
    信号の数を記憶する手段と、 検出された方位角をその大きさの順序に並べ代える手段
    と、 略同一方位で検出された受光信号の数が予定数に達した
    場合、この方位を、移動体からみた前記予定の光反射手
    段の方位角として検出する手段とを具備したことを特徴
    とする請求項5または6記載の移動体の操向制御装置。
  8. 【請求項8】 上下方向の1サイクルの揺動中に前記光
    ビームの回転走査が複数回行われるように前記光走査手
    段を構成したことを特徴とする請求項7記載の移動体の
    操向制御装置。
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