CN103246285B - 无人行驶作业车的引导装置 - Google Patents

Abstract

提供一种无人行驶作业车的引导装置，在通过搭载在车体上并从电池通电的电动机驱动作业机进行作业的无人行驶作业车中，当为了对电池进行充电而返回充电器时，所述无人行驶作业车的引导装置能够适当地将作业车引导至充电器。无人行驶作业车具有从电池通电的电动机和原动机，一边通过原动机驱动车轮在由区域缆线规定的作业区域中行驶，一边通过电动机驱动作业机进行作业，并且，一边通过左右的磁传感器检测区域缆线的磁场强度一边行驶而返回到在区域缆线上配置的充电器以对电池进行充电，使区域缆线在俯视状态下向左右任意一个方向偏移，由此，当作业车与充电器连接时，进行引导，使得从直线前进姿势向偏移方向转向，接着恢复为直线前进姿势。

Description

无人行驶作业车的引导装置

技术领域

本发明涉及无人行驶作业车的引导装置，更详细地讲涉及将在作业区域进行无人行驶并使搭载作业机进行作业的作业车引导至充电器的装置。

背景技术

提出了各种在作业区域进行无人行驶并使割草作业用刀片等搭载作业机进行作业的无人行驶作业车，作为一例能够举出下述专利文献1记载的技术。

在专利文献1记载的技术中，通过安装在作业车的前端的磁传感器检测配置在作业区域的周边的区域缆线的磁场强度来识别作业区域，在所识别的作业区域中，对搭载了电动机的、由割草作业用刀片构成的作业机进行驱动并使其进行作业。

专利文献1记载的技术的作业车的电动机从所搭载的电池通电而进行动作，为了对电池充电，在区域缆线上设置充电器，当电池的余量下降时，对作业车进行控制，使其通过磁传感器沿着区域缆线返回到充电器。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开公报WO2005/074362号公报

发明内容

专利文献1记载的作业车构成为，当如上所述电池的余量下降时，返回在区域缆线上设置的充电器并进行充电，但是，此时必须适当地将作业车引导至充电器。

因此，本发明的目的在与解决上述课题，提供一种无人行驶作业车的引导装置，所述无人行驶作业车通过搭载在车体并从电池通电的电动机来驱动作业机而使其进行作业，当为了电池充电而返回充电器时，所述无人行驶作业车的引导装置能够适当地将作业车引导至充电器。

为了达成上述目的，在第一方面的无人行驶作业车的引导装置中，所述无人行驶作业车具有搭载在车体上并从电池通电的电动机和搭载在所述车体上的原动机，一边通过所述原动机驱动车轮在由区域缆线规定的作业区域中行驶，一边通过所述电动机驱动搭载在所述车体上的作业机进行作业，并且，一边通过在所述车体上配置的磁传感器检测区域缆线的磁场强度一边行驶而返回到在所述区域缆线上配置的充电器以便对所述电池进行充电，所述无人行驶作业车的引导装置构成为，使所述区域缆线在俯视状态下向左右任意一个方向偏移，由此，当将所述作业车与所述充电器连接时，引导所述作业车，使得所述作业车从直线前进姿势向所述偏移方向转向，接着，恢复为所述直线前进姿势。

在第二方面的无人行驶作业车的引导装置中，所述磁传感器由在所述车体的两侧配置的左右磁传感器构成，并且，构成为，所述区域缆线相对于连结所述左右磁传感器的配置位置的中心点与所述车体的长轴中心线的线向所述偏移方向偏移预定值。

在第三方面的无人行驶作业车的引导装置中，构成为，所述预定值是相对于连结磁传感器的配置位置的中心点与所述车体的长轴中心线的线到位于所述偏移方向的一侧的磁传感器的配置位置为止的距离以上的值。

在第四方面的无人行驶作业车的引导装置中，构成为，所述作业车由前轮和后轮构成，并且，属于由所述原动机驱动所述后轮的后轮驱动型。

在第五方面的无人行驶作业车的引导装置中，构成为，所述作业车具有在前部的可以与所述充电器连接的充电端子。

在第六方面的无人行驶作业车的引导装置中，构成为，所述作业机由割草机构成。

在第七方面的无人行驶作业车的引导装置中，构成为，所述充电器上配置有线圈，所述线圈产生形成以所述充电器为中心的充电器检测区域的磁场。

在第一方面的无人行驶作业车的引导装置中，所述无人行驶作业车具有从电池通电的电动机和原动机，一边通过原动机驱动车轮在由区域缆线规定的作业区域中行驶，一边通过电动机驱动作业机进行作业，并且，一边通过在车体上配置的磁传感器检测区域缆线的磁场强度一边行驶而返回到在区域缆线上配置的充电器以对电池进行充电，构成为，使区域缆线在俯视状态下向左右任意一个方向偏移，由此，当作业车与充电器连接时，引导作业车，使得作业车从直线前进姿势向偏移方向转向，接着，恢复为直线前进姿势，因此，能够适当地将作业车引导至充电器。

即，作业车根据磁传感器的输出，一边以本车的前部位于作业区域的内、外、内、外…的方式小幅地进行摆头运动，一边沿着区域缆线行驶，如上述那样设置区域缆线，当接近充电器时，使作业车从直线前进姿势向偏移方向转向，由此，能够使驱动侧的车轴接近充电器的中心附近。接着，引导作业车再次恢复为直线前进姿势，由此，能够适当地将作业车引导至充电器，能够准确地使彼此的充电端子连接。

在第二方面的无人行驶作业车的引导装置中，构成为，磁传感器由在车体的两侧配置的左右磁传感器构成，并且，使区域缆线相对于连结左右磁传感器的配置位置的中心点与所述车体的长轴中心线的线向偏移方向偏移预定值，因此，能够有效地使作业车向偏移方向转向，能够使驱动侧的车轴接近充电器的中心附近。的確

在第三方面的无人行驶作业车的引导装置中，构成为，预定值是相对于连结磁传感器的配置位置的中心点与车体的长轴中心线的线到位于偏移方向的一侧的磁传感器的配置位置为止的距离以上的值，因此，能够更有效地使作业车向偏移方向转向，使驱动侧的车轴接近充电器的中心附近。

在第四方面的无人行驶作业车的引导装置中，构成为，作业车由前轮和后轮构成，并且属于由原动机驱动所述后轮的后轮驱动型，因此在使作业车向偏移方向转向时，能够使驱动侧的车轴接近充电器的中心附近，并且，由于前轮是从动轮，因此能够更可靠地引导作业车再次恢复为直线前进姿势。

在第五方面的无人行驶作业车的引导装置中，构成为，所述作业车具有在前部的可以与所述充电器连接的充电端子，因此，上述效果之外，能够更容易为电池充电。

在第六方面的无人行驶作业车的引导装置中，构成为，所述作业机由割草机构成，因此，上述效果之外，能够适当地将割草机引导至充电器。

在第七方面的无人行驶作业车的引导装置中，构成为，所述充电器上配置有线圈，所述线圈产生形成以所述充电器为中心的充电器检测区域的磁场，因此，上述效果之外，能够容易检测充电器。

附图说明

图1是整体地示出本发明的实施例的无人行驶作业车的引导装置的无人行驶作业车的侧视图。

图2是图1所示的无人行驶作业车的俯视图。

图3是示出搭载于图1所示的无人行驶作业车中的机器的输入/输出关系的框图。

图4是图1所示的无人行驶作业车预定作业的作业区域的俯视图。

图5是示出图4所示的充电ST（充电站）的结构的框图。

图6是示出在图5所示的充电ST中的充电的说明图。

图7是示出在图4所示的作业区域中埋设的区域缆线的磁场的说明图。

图8是示出图1所示的无人行驶作业车的引导装置的结构的区域缆线的俯视图。

图9是示出图1所示的无人行驶作业车的引导装置的动作结构的区域缆线的说明图。

标号说明

10：无人行驶作业车（作业车），12：车体，12a：底盘，14：车轮，14a：前轮（从动轮），14b：后轮（驱动轮），16：刀片（作业机），20：电动机（作业电动机），22：刀片高度调整机构，24：电动机（行驶电动机。原动机），26：充电单元，30：电池，32：充电端子，34：磁传感器（磁检测单元），42：ECU（电子控制单元），44：Yaw传感器，46：G传感器，50：车轮速度传感器，54：电流/电压传感器，70：作业区域，72：区域缆线，72a1、72a2：第1、第2偏移部位，74：充电ST（充电站），76：ST线圈，76a充电器检测区域，84：充电器，86：充电端子。

具体实施方式

以下，根据附图对用于实施本发明的无人行驶作业车的引导装置的方式进行说明。

【实施例】

图1是整体地示出本发明的实施例的无人行驶作业车的引导装置的无人行驶作业车的侧视图，图2是该无人行驶作业车的俯视图，图3是示出搭载于该无人行驶作业车上的机器的输入/输出关系的框图，图4是该无人行驶作业车预定作业的作业区域的俯视图。

如图1和图2所示，标号10表示无人行驶作业车（以下称作“作业车”）。作业车10具有车体12和车轮14。车体12由底盘12a和安装在底盘12a上的车架12b构成。车轮14由左右的前轮14a和左右的后轮14b构成，前轮14a的直径较小，经由撑杆12a1被固定于底盘12a的前端侧，后轮14b的直径较大，直接安装在底盘12a上。

在作业车10的底盘12a的中央位置附近安装有割草作业用的刀片（旋转刀片。作业机）16，并且，在其上部配置有电动机20。刀片16与电动机20连接，被电动机（以下称作“作业电动机”）20驱动而旋转。

刀片16与用户可以手动操作自如的刀片高度调整机构22连接。刀片高度调整机构22具有螺杆（未图示），刀片高度调整机构22构成为，用户可以通过用手转动该螺杆来调整刀片16距离接地面GR的高度。

此外，在作业车10的底盘12a上，在刀片16的后端侧设置有两个电动机（原动机。以下称作“行驶电动机”）24。行驶电动机24与左右的后轮14b连接，将前轮14a作为从动轮，后轮14b作为驱动轮，并使它们左右独立地正转（向前进方向的旋转）或者反转（向后退方向的旋转）。刀片16、作业电动机20、行驶电动机24等被车架12b包覆。

在作业车10的后部收纳有充电单元（包含AC/DC转换器）26和电池30，并且，在车架12b中以向前方突出的方式安装有两个充电端子32。充电端子32在内侧具有触点32a。

充电端子32经由布线与充电单元26连接，并且，充电单元26经由布线与电池30连接。作业电动机20与行驶电动机24构成为，经由布线与电池30连接，并从电池30通电。在图1、2中省略布线的图示。

这样，作业车10构成为4轮电动式无人行驶作业车（割草作业车），例如具有全长600mm、全宽300mm、高度300mm左右的大小。

在作业车10的前端配置有左右两个磁传感器（磁检测单元）34。此外，在车架12b中安装有接触传感器36。当车架12b因与障碍物或异物接触而从底盘12a脱离时，接触传感器36输出接通（ON）信号。

在作业车10的中央位置附近设置有收纳盒，在收纳在其内部的基板40上配置有由具有CPU、ROM、RAM等的微型计算机构成的电子控制单元（ElectronicControlUnit。控制装置。以下称作“ECU”）42，并且，靠近该电子控制单元42设置有Yaw传感器（角速度传感器）44和G传感器（加速度传感器）46，其中，Yaw传感器44产生示出作业车10的重心位置的绕z轴产生的角速度（偏航率）的输出，G传感器46产生示出作用于作业车10的x、y、z（3轴）方向的加速度G的输出。

在后轮（驱动轮）14b的附近配置有车轮速度传感器50，车轮速度传感器50产生示出后轮14b的车轮速度的输出，并且，在底盘12a与车架12b之间配置有提升传感器52，当用户等将车架12b从底盘12a提起（抬起）时，提升传感器52输出接通信号。

此外，在电池30中配置有电流/电压传感器54，电流/电压传感器54产生示出电池30的余量（StateOfCharge：充电状态）的输出。在作业车10上设置有主开关56和紧急停止开关60，用户可以自由操作这些开关。

上述磁传感器34、接触传感器36、Yaw传感器44、G传感器46、车轮速度传感器50、提升传感器52、电流/电压传感器54、主开关56以及紧急停止开关60的输出被发送到ECU42。

作业车10的车架12b在上表面形成大切口，并在切口上设置有显示器62。显示器62与ECU42连接，根据ECU42的指令显示作业模式等。

接着，对作业机10行驶的作业区域70进行说明，如图4所示，作业区域70呈大致矩形状。通过在土地L的周边（边界）上埋设（配置）区域缆线（电线）72来划定作业区域70。在区域缆线72上配置有充电ST（充电站）74。在图4中夸张地示出作业车10的大小。

此外，在充电ST74中配置有ST线圈76。通过从ST线圈76发出的磁场，在以充电ST74为中心、半径约为1m的圆内形成充电器检测区域76a。

如图5所示，充电ST74具有：经由插座82与商用电源80连接的充电器84；以及与充电器84连接并可以经由触点与作业车10的充电端子32的触点32a连接自如的充电端子86。图6中示出充电端子86（触点的图示省略）。

充电器84具有：AC/AC转换器84a；ECU（电子控制单元）84b，其与ECU42同样，由微型计算机构成，控制AC/AC转换器84a的动作；以及对区域缆线72和ST线圈76通交流电而产生信号的信号发生器84c。

充电ST74中构成为，通过插座82而从商用电源80输送的交流电通过充电器84的AC/AC转换器84a被降压成适当的电压，当返回的作业车10经由充电端子32、86与充电ST74连接时，被输送到作业车10并经由充电单元26对电池30进行充电。

对作业区域70的检测进行说明，由于信号发生器84c的通电而在区域缆线72中产生磁场。磁场强度因区域缆线72的全长不同而不同，并且如图7所示，还因与区域缆线72的间隔距离d不同而不同。

通过安装在作业车10上的磁传感器34检测区域缆线72的磁场强度并发送到ECU42。ECU42根据检测值检测本车（作业车10）相对于区域缆线72的位置（即，本车位于作业区域70内还是外）和与区域缆线72（作业区域70的边界）的间隔距离。

更具体地讲，如图7所示，当本车在作业区域70中从内侧朝向外侧在箭头a所示的方向移动时，随着与区域缆线72的间隔距离的减小（接近），磁场强度在正侧慢慢增大后反转并下降，在区域缆线72上成为零，接着，随着与区域缆线72的间隔距离的增大，在负侧示出同样的特性。当本车在作业区域70中从内侧朝向外侧在箭头b所示的方向上移动时，也示出同样的特性。

对作业车10的作业进行说明，用户根据作业区域70的草的生长状况，通过刀片高度调整机构22手动地调整刀片16的高度，并接通主开关56使其输出接通信号，此时，ECU42开始动作并进入作业模式，进行割草作业。

在作业模式中，ECU42以从车轮速度传感器50检测到的车速成为预定值的方式计算通电控制值，并经由驱动器24a提供到行驶电动机24而使作业车10行驶，并且，计算使刀片16的转速成为预定值的通电控制值，并经由驱动器20a提供到作业电动机20而通过刀片16进行作业。

更具体地讲，在作业模式中，ECU42使作业车10在作业区域70的内侧随机（或依据作业图案）行驶并进行作业，并且，当根据磁传感器34的输出判断为作业车10行驶到作业区域70以外时，将根据Yaw传感器44的输出检测到的行进方向变更预定的角度，使作业车10返回到作业区域70的内侧。

另外，左右的后轮（驱动轮）14b构成为可以通过左右的行驶电动机24独立地在正反两个方向上驱动，因此，当以同一转速使左右的行驶电动机24正转时，作业车10进行直线前进，当以不同的转速正转时，作业车10向转速小的方向转向。当使左右的行驶电动机24中的一方正转，并使另一方反转时，左右的后轮14b也向该方向旋转，因此作业车10在原地转向（所谓的原地转向）。

这样，ECU42在作业模式中使作业车10行驶（作业），在每次到达区域时将本车的行进变更为随机方向，并在作业区域70内行驶，驱动刀片16进行作业。

此外，在作业模式中，ECU42根据电流/电压传感器54的输出监视电池30的余量，当余量下降到预定值时，转移到返回模式，在返回模式中，返回行驶到充电ST74，通过充电器84对电池30进行充电。

另外，在作业模式或返回模式中，当从接触传感器36、提升传感器52以及紧急停止开关60中的任意一个输出了接通信号时，ECU42使作业电动机20和行驶电动机24停止，从而停止行驶和作业。

在返回模式中，ECU42进行如下控制：根据左右的磁传感器34的输出，使用P项等的反馈控制律控制对行驶电动机24的通电量，使得本车的前部以位于作业区域70的内、外、内、外…的方式小幅摆头运动，使本车在区域缆线72上行驶。

图8是具体地示出该实施例的无人行驶作业车的引导装置的结构的、区域缆线的设置方法。

如图8所示，在该实施例中，将区域缆线72设置成在俯视状态下向左右任意一个方向偏移，图示例的情况下为向左方向偏移。即，区域缆线72具有在左右任意一个方向（左方向）大幅偏移的第1偏移部位72a1和与其连接的、偏移量比第1偏移部位72a1小的第2偏移部位72a2。

具体而言，如图9所示，第1、第2偏移部位72a1、72a2相对于连结在车体12的两侧配置的左右的磁传感器34的配置位置的中心点34c与车体12的长轴中心线的线12c偏移，更具体地讲，第1偏移部位72a1相对于该线12c偏移预定距离do1，第2偏移部位72a2偏移预定距离do2。

将预定距离do1设为，相对于连结磁传感器34的配置位置的中心点34c与车体的长轴中心线的线12c到位于偏移方向一侧（在图示例中为左侧）的磁传感器34的配置位置为止的距离大致等于预定距离do2以上的值。

由此，如图9所示，当作业车10在区域缆线72上行驶并与充电ST74的充电器84连接时，能够以如下方式引导作业车10：作业车10从直线前进姿势向偏移方向（左方向）大幅转向，接着，恢复为直线前进姿势，能够适当地将作业车10引导至充电ST74的充电器84。

即，当返回充电器84时，作业车10根据左右的磁传感器34的输出，一边以本车的前部位于作业区域70的内、外、内、外…的方式小幅摆头运动，一边沿着区域缆线72行驶，如上述那样设置区域缆线72，当接近充电器84时，使作业车10经由第1偏移部位72a1从直线前进姿势向偏移方向转向，由此能够使后轮（驱动轮）14b侧的车轴接近充电器84的中心附近。

接着，区域缆线72经由第2偏移部位72a2引导作业车10再次恢复为直线前进姿势，因此，能够适当地将作业车10引导至充电ST74的充电器84，能够准确地使彼此的充电端子32、86连接。

另外，在图8中如虚线所示，也可以将区域缆线72设置为在俯视状态下向右方向偏移。此外，在实施例中，将作业车10设为后轮驱动型，但是也可以是前轮驱动型。

如上所述，关于该实施例的无人行驶作业车10的引导装置，所述无人行驶作业车10具有搭载在车体12上并从电池30通电的电动机20和搭载在所述车体上的原动机（电动机）24，通过所述原动机驱动车轮，在由区域缆线72规定的作业区域70中行驶，同时通过所述电动机20驱动搭载在所述车体上的作业机（刀片）16进行作业，并且，一边通过在所述车体的两侧配置的左右的磁传感器34检测所述区域缆线72的磁场强度一边行驶而返回到在所述区域缆线上配置的充电器（充电ST74（充电器84））以对所述电池进行充电，构成为，使所述区域缆线72在俯视状态下向左右任意一个方向（经由第1、第2偏移部位72a1、72a2）偏移，由此，当所述作业车10与所述充电器84连接时，以如下方式引导所述作业车10：所述作业车10从直线前进姿势向所述偏移方向转向，接着，恢复为所述直线前进姿势，因此，能够适当地将作业车10引导至充电器84。

即，当作业车10返回时，根据左右的磁传感器34的输出，一边以本车的前部位于作业区域70的内、外、内、外…的方式小幅摆头运动，一边沿着区域缆线72行驶，如上述那样设置区域缆线72，当接近充电器84时，使作业车10从直线前进姿势向偏移方向转向，由此能够使驱动侧的车轴（后轮14b的车轴）接近充电器84的中心附近。接着，引导作业车10再次恢复为直线前进姿势，由此，能够适当地将作业车10引导至充电器84，能够准确地使彼此的充电端子32、86连接。

此外，所述磁传感器34由在所述车体的两侧配置的左右的磁传感器构成，并且构成为，使所述区域缆线72相对于连结所述左右的磁传感器34的配置位置的中心点34c与所述车体12的长轴中心线的线12c向所述偏移方向偏移预定距离do1，因此，能够有效地使作业车10向偏移方向转向，使后轮（驱动轮）14b的车轴接近充电器84的中心附近。

此外，构成为，所述预定距离do1是相对于连结磁传感器34的配置位置的中心点34c与所述车体12的长轴中心线的线12c到位于所述偏移方向的一侧的磁传感器34的配置位置为止的距离大致等于预定距离do2以上的值，因此，能够更有效地使作业车10向偏移方向转向，使后轮（驱动轮）14b的车轴接近充电器84的中心附近。

此外，构成为，所述作业车10由前轮14a和后轮14b构成，并且是通过所述原动机（电动机）24驱动所述后轮14b的后轮驱动型，因此，当使作业车10向偏移方向转向时，能够使后轮14b的车轴接近充电器84的中心附近，并且，由于前轮14a是从动轮，因此能够更可靠地引导作业车10再次恢复为直线前进姿势。

此外，构成为，所述作业车具有在前部的可以与所述充电器（充电ST74（充电器84））连接的充电端子32，因此，上述效果之外，能够更容易为电池充电。

此外，构成为，所述作业机由割草机（刀片）16构成，因此，上述效果之外，能够适当地将割草机引导至充电器。

此外，构成为，所述充电器上配置有线圈（ST线圈）76，所述线圈产生形成以所述充电器为中心的充电器检测区域76a的磁场，因此，上述效果之外，能够容易检测充电器。

另外，在上述中公开了电动机作为原动机，但不限于此，也可以是发动机（内燃机）或发动机与电动机的混合。

示出了割草作业用的刀片作为作业机，但不限于此，只要使作业区域美观，则可以使用任何作业机。

Claims (7)

1.一种无人行驶作业车的引导装置，所述无人行驶作业车具有搭载在车体上并从电池通电的电动机和搭载在所述车体上的原动机，一边通过所述原动机驱动车轮在由区域缆线规定的作业区域中行驶，一边通过所述电动机驱动搭载在所述车体上的作业机进行作业，并且，一边通过在所述车体上配置的磁传感器检测所述区域缆线的磁场强度一边行驶而返回到所述区域缆线上配置的充电器以对所述电池进行充电，所述无人行驶作业车的引导装置的特征在于，所述区域缆线具有向左右任意一个方向偏移的第1偏移部位和与所述第1偏移部位连接的、偏移量比所述第1偏移部位小的第2偏移部位，使所述区域缆线在俯视状态下向左右任意一个方向偏移，由此，当所述作业车与所述充电器连接时，引导所述作业车，使得所述作业车从直线前进姿势向所述偏移方向转向，接着，恢复为所述直线前进姿势。

2.根据权利要求1所述的无人行驶作业车的引导装置，其特征在于，

所述磁传感器由在所述车体的两侧配置的左右磁传感器构成，并且，使所述区域缆线相对于连结所述左右磁传感器的配置位置的中心点与所述车体的长轴中心线的线向所述偏移方向偏移预定值。

3.根据权利要求2所述的无人行驶作业车的引导装置，其特征在于，

所述预定值是相对于连结磁传感器的配置位置的中心点与所述车体的长轴中心线的线到位于所述偏移方向的一侧的磁传感器的配置位置为止的距离以上的值。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的无人行驶作业车的引导装置，其特征在于，

所述作业车由前轮和后轮构成，并且属于由所述原动机驱动所述后轮的后轮驱动型。

5.根据权利要求1所述的无人行驶作业车的引导装置，其特征在于，

所述作业车具有在前部的可以与所述充电器连接的充电端子。

6.根据权利要求1所述的无人行驶作业车的引导装置，其特征在于，

所述作业机由割草机构成。

7.根据权利要求1所述的无人行驶作业车的引导装置，其特征在于，

所述充电器上配置有线圈，所述线圈产生形成以所述充电器为中心的充电器检测区域的磁场。