JPH0358105A - 自走車の操向制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、自動車、工場内の無人移動搬送装置、農業お
よび土木機械等の自走車を、設定された走行コースに沿
って走行させるための自走車の操向制御装置に関し、特
に、前記走行コース上にある障害物を回避して走行させ
るための自走車の操向制御装置に関する。

（従来の技術） 上記自走車を予定の走行コースに沿って走行させ、芝刈
り作業や、運搬作業等の作業を行わせるための従来の操
向制御装置の例として、作業に関する区域周辺の少なく
とも３カ所に設置された基準点に対する自走車の現在位
置および進行方向を検出する手段を具備し、該検出手段
から得られる位置情報に基づいて自走車の走行方向を制
御する装置がある。

また、他の操向制御装置の例としては、電磁ケーブル．
磁気テープあるいは光反射テープ等を、作業に関する区
域内の予定の走行コースに沿って設け、これらケーブル
，テープ等を検出するため自走車に搭載した検出手段の
検出結果に基づいて自走車の走行方向を制御する装置が
ある。

これらの自走車においては、予定の走行コース上に障害
物がある場合に備えて障害物を検出するための非接触セ
ンサを搭載し、障害物を検知した場合に予定の回避パタ
ーンに従って回避動作を行うような手段を具備している
ものがある。

しかしながら、上記回避千段にあっては、障害物の位置
に対応して算出された回避パターンまたは予定の回避パ
ターンに従った操向制御を行うのみであったので、回避
動作中の車輪のスリップ等によってコースがずれた場合
は回避動作後、予定の走行コースに正確に復帰できない
という不具合があった。

このような問題点に対して、特開昭６０−４７６０６号
公報には次のような自動走行作業車（自走車）が開示さ
れている。該自走車は、所定の基準方位に対する車体の
向きのずれを検出する方位センサを有し、予定の回避パ
ターンの直線走行部を走行中、該方位センサによる険出
方位に基づいて車体の向きを基準方位に一致させる制御
装置を有している。

（発明が解決しようとする課′８） 上記の従来の自走車には次のような問題点があった。す
なわち、上記自走車では、車輪のスリップ等によるコー
スからのずれを回避動作中に補正することはできるが、
あくまでも予定のシーケンスに基づく回避動作であるた
めに回避パターンに制限がある。したがって、種々の大
きさが予想される障害物に対して必ずしも最短コースを
通って能率よく回避動作を行うことができないという問
題点があった。

また、該自走車は回避パターンのうち、直線走行部分に
おいて基準方位に車体の向きを調整しているが、その後
の斜行時に位置ずれが生じた場合の対策はなされていな
かった。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、車輪
のスリップ等による位置ずれの影響を受けることがなく
、種々の大きさの障害物に対する回避動作を確実に行え
る自走車の操向制御装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段および作用）前記の問題点
を鯉決し、目的を達或するために、本発明は、障害物の
有無を非接触で検出するため自走車に搭載されたセンサ
によって障害物が検出された場合、自走車および前記障
害物の距離を所定に維持しながら該障害物の周りを迂同
して自走車を走行させ、自走車が予定の走行コースに戻
るまでこの迂回走行を継続するように構成した点に特徴
がある。

上記構威を有する本発明では、障害物を回避するための
迂回コースがあらかじめ設定されているのではなく、障
害物との距離を所定に維持しながら自走車を走行させる
ことができるので障害物の大きさに対応して能率的なコ
ース（最短のコース）を通って障害物を回避できる。

また、障害物と自走車との距離を制御裁準にしているの
で、車輪のスリップなどの要因に左右されないで確実に
障害物の回避動作を行える。

（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。

第６図は本発明の制御装置を搭載した自走車、および該
自走車の走行区域に配設された光反射器の配置状態を示
す斜視図である。

同図において、自走車１は例えば芝刈り機等の農作業用
自走車であり、あらかじめ設定された走行コースＣＬに
沿って走行するように自動制御される。該自走車１の上
部にはモータ５によって駆動される回転テーブル４が設
けられている。そして、該回転テーブル４には光ビーム
を発生する発光器２および該光ビームの反射光を受ける
受光器３が搭載されている。前記発光器２は光を発生す
る発光ダイオードを備え、受光器３は入射された光を受
けて電気的信号に変換するフォトダイオードを備えてい
る（共に図示しない）。

また、ロータリエンコーダ７は回転テーブル４の駆動軸
と連動するように設けられていて、該ロータリエンコー
ダ７から出力されるパルスを計数することによって、回
転テーブル４の回転角度を検出できる。

自走車１の作業区域の周囲の基準点には反射器６が配設
されている。該反射器６は入射した光を、その人射方向
に反射する反射面を具備しており、従来より市販されて
いる、いわゆるコーナキューブプリズム等が使用できる
。

前記自走車１の前部には超音波センサ２６が設けられて
いて、自走車１の走行コースＣＬ上に障書物ＯＢが存在
しているような場合、この障害物ＯＢを手前で検出し、
その検出信号を自走車１の操向制御装置に供給する。こ
の超音波センサ２６は自走車１前方の予定範囲の障害物
を検出できる。

なお、迂回走行において、自走車１と障害物ＯＢとの距
離を検出し、この距離を一定に維持して自走車１が障害
物ＯＢの周りで迂回できるように、超音波センサ２６は
必要に応じて回動させることができる。

次に、本実施例の制御装置の構成を第１図に示したブロ
ック図に従って説明する。第１図において、発光器２か
ら射出される光ビームは、前記回転テーブル４の回動方
向に走査され、反射器６によって反射される。反射器６
によって反射された該光ビームは受光器３に入射され、
自走車の進行方向に対する反射器６の方位角を表す情報
として検出される。

カウンタ９では、回転テーブル４の回転に伴ってロータ
リエンコーダ７から出力されるパルス数が計数される。

そして、該パルスの計数値は受光器３において反射光を
受光する毎に角度検出部１０に転送される。角度検出部
１０では反射光の受光毎に転送される前記パルスの計数
値（一方位角）に基づいて、自走車１の進行方向に対す
る各反射器６の開き角が算出される。

位置・進行方向演算部１３では、検出された各反射器６
、つまり各反射器６が配置された３カ所の基準点間の開
き角に基づき、この基準点のうち２つの基準点を結ぶ直
線をＸ軸とするｘ−ｙ座標系における自走車１の座標お
よび進行方向が演算される。該ｘ−ｙ座標系は予め適宜
の手段によって各基準点の位置を測定し、その位置情報
に基づいて設定される。前記座標および進行方向の具体
的な算出手順およびその算出式は本発明者等が先に出願
した発明（特願昭６３−１１６６８９号）に詳述されて
いるので説明は省略する。

位置・進行方向演算部１３での演算結果は比較部２５に
入力される。比較部２５では、走行コース設定部１６に
設定されている走行コースを表すデータと、位置・進行
方向演算部１３で得られた自走車１の座標および進行方
向とが比較され、前記走行コースに対する自走本１の位
置差ΔＸおよび進行方向の角度差Δθが検出される。

これらの位置差ΔＸおよび進行方向の角度差Δθは切換
部２４を介して操舵部１４に入力され、操舵部１４では
、これらのデータに基づいて自走車１の前輪１７の操舵
角が決定される。

決定された操舵角に基づいて自走車の前輪１７に連結さ
れた操舵モータＭが駆動される。該操舵モータＭによる
前輪１７の操舵角は、自走車１の前輪に設けられた舵角
センサ１５で検出されて操舵部１４にフィードバックさ
れる。

駆動部１８はエンジン１９の始動・停止を制御する。（
以上の操向制御についての詳細な内容は特願昭６３−１
４９６１９号参照） 超音波センサ２６による障害物検出信号ａは、第１タイ
マ手段２７、クラッチ駆動部２３、ならびに迂回操向制
御部２９に入力される。

第１タイマ手段２７では検出信号ａが出力されている時
間が計測され、この信号ａが予定の時間継続して出力さ
れると、クラッチ駆動部２３、切換部２４ならびに迂回
操向制御部２９に障害物確認信号Ｃを出力する。クラッ
チ駆動部２３は前記信号ａに応答してクラッチ２０に対
してクラッチ２０の切離し（オフ）信号を出力し、前記
信号Ｃに応答してクラッチ２０の接続（オン）信号を出
力する。

迂回操向制御部２９は、信号Ｃが供給された後は超音波
センサ２６の検出信号ａのオン・オフに応答し、障害物
ＯＢを回避して迂回走行するための操舵信号ｂを切換部
２４を介して操舵部１４に供給する。

なお、第１タイマ手段２７は、予定時間計／ｌｌ前に検
出信号ａがオフに転ずるとリセットされ、同時に第２タ
イマ手段２８が時間の計測を開始する。

前記ｆｆｉｌタイマ手段２７がリセットされた後、予定
時間以上検出信号ａのオフ状態が継続したことが、第２
タイマ手段２８によって計測されると、該第２タイマ手
段２８から信号ｄが出力される。

この信号ｄは、前記′ＷＳｉタイマ手段２７から信号Ｃ
が出力されている間は閉じられるゲートＧを介してクラ
ッチ駆動部２３に供給される。クラッチ駆動部２３はゲ
ートＧを介して供給される信号ｄに応答してクラッチ２
０のオン信号を出力する。

第２タイマ手段２８による予定時間の計測終了以前に再
び検出信号ａがオンになると、第１タイマ千段２７は再
び時間の計測を開始する。

前記切換部２４は、障害物確認信号Ｃによって迂回操向
制御部２９側に切換えられる。そして、自走車１が迂回
走行を終了して走行コースへ戻ったことが、迂回操向制
御部２９の戻り判定部３０（第２図参照）で検出される
と、迂回操向制御部２９から出力される戻り検出信号ｅ
によって勿換部２４は比較部２５側に切換えられる。走
行コースＣＬへの戻り判断は比較部２５から迂回操向制
御部２９に供給される信号ΔＸに基づいて行われる。

なお、第１図に示された構成要素のうち、鎖線で示され
た範囲内の部分は、マイクロコンピュータによって構成
することができる。

次に、上記構成による本実施例の動作を説明する。第３
図，第４図は本実施例の動作を示すフローチャート、第
５図は自走車１の迂同走行経路の説明図である。

第３図および第５図において、まず、ステップＳ１では
、クラッチ２０がつながれて自走車１の走行が開始され
る。自走車１の走行が開始されると、前記角度検出部１
０の出力をもとに位置・進行方向演算部１３で自走車１
の現在位置および進行方向が算出される（ステップＳ２
）。

ステップＳ３では、障害物ＯＢが検出されたか否かが判
別される。自走車１の進行方向前方の予定の範囲Ｈに障
害物ＯＢが存在した場合にはステップＳ６に移行する。

障害物ＯＢが存在しない場合にはステップＳ４に進む。

ステップＳ４では、前記ステップＳ２で検出された自走
車１の位置および進行方向と、予め設定されている走行
コースＣＬとのずれΔＸに基づき、このずれを修正する
ように操舵角が決定されて操向制御が行われる。

ステップＳ５では予定の走行コースの全行程を走行した
か否かが判断され、全行程の走行が終了するまではステ
ップＳ２に戻って制御が繰返される。

一方、ＲＷ物ＯＢを検出したと判断された場合は、ステ
ップＳ６で前記障害物検出信号ａに応答してクラッチ２
０が切離され、自走車１の走行は停止される。

ステップＳ７では、前記第１タイマ手段２７の出力信号
Ｃの有無に基づいて走行コース上に障害物が継続して存
在しているか杏かが判断される。

予定時間（本実施例では５秒に設定した）以上検出信号
ａが継続し、前記第１タイマ手段２７から出力信号Ｃが
出力されたならば、障害物ＯＢが依然として走行コース
ＣＬ上に有ると判断してステップＳ８に移行する。

ステップＳ８では、クラッチ２０をつないで自走車１の
走行を開始させ、ステップＳ９で障害物ＯＢとの距離が
一定になるように自走車１を迂回させる迂回操向制御が
行われる。

このステップＳ９の迂回操向制御は第４図に関して後述
する。

予定の時間（５秒）の経過以前に障害物検出信号ａがオ
フになると、該障害物検出信号ａは固定的な障害物を検
出したための信号ではなく、通過物体などを一時的に検
出したための信号であると判断する。したがって予定時
間経過以前に検出信号ａがオフの状態に変化した時は前
記ステップＳ７の判断が盃定となってステップＳ１０に
進む。

障害物検出信号ａのオフの状態が続き、予定時間（本実
施例では１秒に設定した）以−Ｌ経過して第２タイマ、
手段２８から前記４ｇ号ｄが出力されると、この信号ｄ
に基づいて該ステップＳ１０の判断は肯定となってステ
ップＳ１１に進む。

ステップＳｌｌではクラッチ２０をつないで自走車１を
走行させる。

障害物検出信号ａのオフ状態が予定時間未満であればス
テップＳＩＯからステップＳ７に戻る。

次に、ステップＳ９の迂回操向制御について説明する。

この操向制御は例えば第４図に示すような処理によって
行われる。

同図において、まずステップＳＩＯＯでは、操舵方向を
右にとる。

ステップＳ１０１では、陣書物ＯＢが検出されているか
否かを判断する。障害物ＯＢが検出されなくなるまで、
つまり障害物ＯＢが検出範囲Ｈがらはずれるまではステ
ップＳ１００の処理を繰返す。

障害物ＯＢが検出範囲Ｈからはずれるまで右方向に操舵
しながら自走車１を走行させた後、ステップＳ１０２に
進んで超音波センサ２６の予定範聞西の障害物を検出す
るための距離設定値を変化させる。すなわち、検出範囲
ｈ内に障害物ＯＢが位置していた場合に検出信号ａを出
力するようセンサ２６からの距離を設定するしきい値を
下げる。

このように設定値の変更を行うのは次のような理由によ
る。すなわち、最初から距離設定値が低いと障害物ＯＢ
直前でその存在が検出されるようになり、このために、
障害物ＯＢの検出後、前進しながらこの障害物ＯＢを回
避するのが困難な場合があり、一方、距離設定値を大き
く設定したまま迂回させると障害物ＯＢを必要以上に大
きく迂回してしまうという弊害があり、これらの不具合
を排除するためには必要に応じて距離設定値を変更させ
るのが望ましい。

ステップＳ１０３では超音波センサ２６を旋回させる。

これは、自走車１の進行に伴って障害物ＯＢの位置が自
走車１の側方に位置してきた場合にも、自走車１と障害
物ＯＢとの間隔を一定の距離に維持し、互いが接触しな
いようにするためである。

ステップＳ１０４では、再び、障害物ＯＢが検出された
か否かを判断する。自走車１と障害物ＯＢとの距離が予
定値以下になり、障害物ＯＢが検出されたならば、ステ
ップＳ１０５でさらに右方向に操舵し、自走車１と障害
物ＯＢとの距離が予定値を超えていて障害物ＯＢが検出
されなければステップＳ１０６に移行して左方向に操舵
する。

ステップＳ１０７では、自走市１の位置および進行方向
が演算される。

ステップＳ１０８では、前記戻り判定部３０により自走
車１が迂回走行を終えて予定の走行コースに戻ったか否
かの判断がなされる。この判断は、自走車１の位置およ
び進行方向の検出信号を読込み、予定の走行コースＣＬ
のＸ方向座標Ｘｎと自走車１のＸ方向座標Ｘｐとが一致
したか否か、つまりＸｎに対するＸｐの偏差ΔＸが“０
”になったか否かを判定することによって行われる。

予定の走行コースに戻ったと判断されるまでステップ３
１０４〜Ｓ１０７の処理が繰返され、予定の走行コース
に戻ったと判断されると、ステップＳ１０９で、超音波
センサ２６を自走車１の進行方向前方に向けた状態でそ
の旋回を停止させる。

ステップＳ１１０では超音波センサ２６の検出距離設定
値を元に戻し、範囲Ｈの領域で障害物ＯＢを検出できる
ようにする。

ステップＳ１１０の処理が終了すると前記ステップＳ２
（第４図）に戻り、走行コースＣＬに沿って走行させる
通常の操向制御が再開される。

第４図に示した動作を行なわせるための前記迂回制御部
２９の機能を第２図を参照して説明する。

同図において、センサ旋回信号発坐部３１および距離設
定値切換部３２は、前記障害物検出信号ａおよび障害物
確認信号Ｃに基づいて超音波センサ２６の旋回開始信号
および距離設定値低下指示信号を出力する。これらの信
号は図示しないセンサ旋回駆動部および感度設定部にそ
れぞれ供給される。

右操舵信号発生部３３では、自走車１の進行方向を右方
向に変えるための操舵信号を出力し、左操舵信号発生部
３４では、自走車１の進行方向を左方向に変えるための
操舵信号を出力する。

前記右操舵信号発生部３３では、信号Ｃに応答して右方
向に操舵した後、信号ａがオフの状態になるまで右方向
への操舵信号を出力する。そして、一度前記障害物検出
信号ａがオフになった後、第１タイマ手段２７からの信
号Ｃが出力されている間中は信号ａのオン・オフ状態に
従い、右操舵信号発坐部３３および左操舵信号発生部３
４からそれぞれ右方向または左方向の操舵信号が出力さ
れる。

迂回走行の終了は戻り判定部３０で′Ｐ１１断される。

戻り判定部３０では、該戻り判定部３０に前記障害物確
認信号Ｃが供給されていて、かつ比較部２５から入力さ
れる自走車１の位置差ΔＸが“０“の場合、戻り信号ｅ
を前記切換部２４に出力する。

また、戻り信号ｅが前記センサ旋回信号発生部３１およ
び感度切換部３２に入力されると、超音波センサ２６は
予定の方向（自走車１の前方）に向いた位置で停止され
、距離設定値は切換え前の設定値に戻される。

以上の説明のように、本丈施例によれば、走行コース上
で障害物ＯＢが検出されると、予定時間以上障害物ＯＢ
が存在していることを前提にして迂回走行が行われる。

この辻回走行では、前記検出信号ａのオン・オフに基づ
く右または左方向への操舵制御により、障害物ＯＢと一
定の距離を維持しながら自走車１を迂回走行させること
ができる。

本実施例においては超音波センサ２６の距離設定値を途
中で切換え、かつセンサ２６を旋回させた例を示したが
、必ずしもこの切換えを行わなくても多少迂回経路が長
くなる程度で実用上は支障が生じるようなことはない。

また、超音波センサ２６は、障害物ＯＢ検出後、自走車
１の側面から後方の必要部分で障害物ＯＢを検出できる
だけの角度を設定し、この角度範囲で揺動させてもよい
。

また、予定の走行コース走行中に障害物ＯＢを検出する
ためのセンサと、迂回走行中に自走車１および障害物Ｏ
Ｂの間隔を一定に維持するためのセンサとを別に設け、
それぞれのセンサの切換えを行うように横成すれば、本
実施例のように感度の切換えおよびセンサの旋回は必要
としない。例えば、自走車１および障害物ＯＢの間隔を
一定に維持するためのセンサは自走車１の両側面に設け
ればよい。

さらに、迂回走行における最ｔ刀の操舵方向を必ずしも
右方向にすることはなく、この操舵方向は作業内容、走
行コースの設定状況に応じて決定したり、作業完了側ま
たは未完了側のどちら側に操舵するか等の判断基準によ
って決定できる。

なお、本発明は、上記実施例のように基準点の位置情報
に基づいて自走車１の位置を検出し、自走車を予定の走
行コースに沿って走行させる操向制御装置だけではなく
、地面または床面に貼られた電磁ケーブル、磁気テープ
等に誘導されて予定の走行コース上を走行するようにし
た自走車の操向制御装置にも適用できる。

該制御装置に本発明を適用する場゜合においては、迂回
走行後の、終了の判断は、自走車に搭載されたこれらの
ケーブル，テープ等、検出センサの検出信号に基づいて
行い、その判断をもとに予定の走行コースに沿わせるよ
うな操向１，１１御に戻すように構成すればよい。

また、障害物ＯＢの形状とか走行コースＣＬに対する障
害物ＯＢの位置とかによっては、自走車１が障害物ＯＢ
を回避したあと、走行コースＣＬに対して後方向（走行
コースＣＬを示す矢印の反対方向）に逆行して走行コー
スＣＬに進入することが有り得る。このように、走行コ
ースＣＬに対して後方向に逆行し始めた場合には、迂回
走行を中断して走行コースＣＬに垂直に、つまり最短距
離のコースを選んで走行コースに戻るようにしてもよい
。例えば基準点の位置情報に基づいて自走車１の位置を
検出して予定の走行コースを走行するようにしている操
向制御装置では、迂回走行中に自走車１の位置が検出で
きるので、その位置の変化方向を検出する手段を設ける
ことによって自走車１のが走行コースに対して逆行し始
めたか否かを検出できる。

（発明の効果） 以−Ｌの説明から明らかなように、本発明によれば、走
行コース上の障害物を検出した場合には、この障害物と
自走車との間隔を一定の距離に維持して迂回走行するよ
うにしたので、自走車がスリップするようなことがあっ
ても、障害物の大きさに応じて効率のよい迂回走行コー
スで障害物を回避できる。

また、予定の走行コースへの戻り信号によって迂回走行
終了を判断でき、自走車を正確に走行コ−スヘ複帰させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図，第２図は本発明の一実施例を示すブロック図、
第３図，第４図は実施例の動作を示す操向制御のフロー
チャート、第５図は自走車の迂回走行経路の説明図、第
６図は自走車と反射器ならびに障害物の位置関係を示す
斜硯図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）作業に関する区域周辺の少なくとも３カ所に設置
   された基準点に対する自走車の現在位置および進行方向
   を検出する手段と、予定の走行コースに沿って自走車を
   走行させるべく、前記検出手段の検出情報および走行コ
   ースの情報に基づいて自走車の操舵角を制御する予定走
   行コース用の操向制御部とを有する自走車の操向制御装
   置において、障害物の有無を非接触で検出するため自走
   車に搭載されたセンサと、 前記センサの検出信号に基づき、該センサで検出された
   障害物および自走車間の距離を所定に維持して自走車を
   迂回走行させる迂回操向制御部と、前記センサによって
   前記予定の走行コース上で障害物が検出された場合には
   、前記迂回操向制御部を選択し、該迂回操向制御部の出
   力に基づく自走車の迂回走行終了後は、前記予定走行コ
   ース用の操向制御部を選択する切換手段とを具備したこ
   とを特徴とする自走車の操向制御装置。
2. （２）前記センサによる障害物検出信号に応答して自走
   車を停止させる手段をさらに具備し、 前記切換手段は、障害物検出信号が予定の時間以上継続
   したことを検出する第１タイマ手段であることを特徴と
   する請求項１記載の自走車の操向制御装置。
3. （３）前記障害物検出信号が前記予定の時間経過以前に
   消滅した場合は自走車の走行を再開させる手段を具備し
   たことを特徴とする請求項２記載の自走車の操向制御装
   置。