CN109074070A - 自主行驶车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种自主行驶车辆，其具有产生与底盘和罩之间的位移成正比的输出的传感器(接触升起传感器)、和输入该传感器的输出的控制部，控制部被构成为：使其判断传感器的输出的每规定时间的变化量是否在阈值以上(S14)，且对判断为变化量在阈值以上的时间进行累计(S16)，并且，将累计的时间与规定时间(第1规定时间、第2规定时间)进行比较，根据与规定时间的比较结果来判定是车辆与障碍物接触还是罩被从所述底盘升起(S22至S30)。

Description

自主行驶车辆
技术领域
本发明涉及一种自主行驶车辆(autonomously navigating vehicle)。
背景技术
作为自主行驶车辆，已知有一种车辆，该车辆具有底盘(chassis)、以可位移的方式被安装于底盘的罩(cover)、和产生与底盘和罩之间的位移成正比的输出的传感器，该车辆通过安装于底盘的驱动轮来自主行驶，作为其例子，能够列举专利文献1所记载的技术。
这种自主行驶车辆通常构成为具有接触传感器(contact sensor)和升起传感器(lift sensor：升力传感器)，其中，所述接触传感器检测与建筑物、铺路石、动物、人等障碍物的接触；所述升起传感器检测由用户等进行的将罩从底盘向上方的升起。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本发明专利公开公报特开2016-81434号
发明内容
发明所要解决的技术问题
专利文献1所记载的技术构成为，通过如上述那样具有两种传感器来可靠地检测与障碍物的接触和罩的升起，但由于具有两种传感器，因此存在结构复杂化的问题。
因此，本发明的技术问题在于，提供一种消除上述问题，由一种传感器来检测与障碍物的接触和罩的升起的自主行驶车辆。
用于解决技术问题的技术方案
为了解决上述技术问题，本发明是一种自主行驶车辆，其具有底盘、罩、传感器和控制部，并且其通过被安装于所述底盘的驱动轮来自主行驶，其中：所述罩以可位移的方式被安装于所述底盘，所述传感器产生与所述底盘和罩之间的位移成正比的输出，所述控制部输入所述传感器的输出，所述控制部构成为具有传感器输出判断部、时间累计部和判定部，其中，所述传感器输出判断部判断所述传感器的输出的每规定时间的变化量是否在阈值以上；所述时间累计部对由所述传感器输出判断部判断为所述变化量在阈值以上的时间进行累计；所述判定部将由所述时间累计部累计的时间与规定时间进行比较，且根据与所述规定时间的比较结果来判定是所述车辆与障碍物接触还是所述罩被从所述底盘升起。
在本发明所涉及的自主行驶车辆中，具有底盘、罩、传感器和控制部，其中，所述罩以可位移的方式被安装在底盘上，所述传感器产生与底盘和罩之间的位移成正比的输出，所述控制部输入传感器的输出，并且，控制部构成为具有传感器输出判断部、时间累计部和判定部，其中，所述传感器输出判断部判断传感器的输出的每规定时间的变化量是否在阈值以上；所述时间累计部对判断为变化量在阈值以上的时间进行累计；所述判定部将累计的时间与规定时间进行比较，根据其比较结果判定是车辆与障碍物接触还是罩被从所述底盘升起，因此，能够由一种传感器来检测与障碍物的接触和罩的升起，与需要两种传感器的情况相比较，能够简化结构。
附图说明
图1是整体表示本发明实施方式所涉及的自主行驶车辆的概念图。
图2是图1的自主行驶车辆的俯视图。
图3是图1的自主行驶车辆的作业区域等的说明图。
图4是图1的接触升起传感器的安装位置附近的示意性的剖视图。
图5是表示图1的电子控制单元的动作的流程图。
具体实施方式
图1是整体表示本发明实施方式所涉及的自主行驶车辆的概念图，图2是图1的自主行驶车辆的俯视图，图3是图1的自主行驶车辆自主行驶的作业区域的平面图。
图1等中，标记10表示自主行驶车辆(以下称为“车辆”)。具体而言，车辆10由割草机构成。车辆10的车体12由底盘(车体框架)12a和以可位移的方式被安装于底盘的罩12b构成。
车辆10在前后方向上在底盘12a前侧具有通过支柱(stay)12c固定的直径比较小的左右2个前轮14，并且在后侧具有被直接安装于底盘12a的直径比较大的左、右后轮16。
在车辆10的底盘12a的中央位置附近安装有割草作业用的作业部(刀片(blade)，具体而言为旋转刀片)20，并且在其上部配置有电动机(原动机(prime mover)。以下称为“作业电机”)22。作业部20与作业电机22连接，被作业电机22驱动而旋转。
在作业部20连结有用户自如手动操作的作业部高度调节机构24。作业部高度调节机构24构成为，具有用户可操作的把手，用户能够通过用手转动该把手来调节作业部20距接地面GR的在上下方向上的高度。
在车辆10的底盘12a上，在作业部20的后端侧安装有2个电动机(原动机。以下称为“牵引电机”)26L、26R。牵引电机26L、26R连接于左、右后轮16，以前轮14为从动轮，以后轮16为驱动轮使其左右单独地正转(向前进方向旋转)或倒转(向后退方向旋转)。作业部20、作业电机22和牵引电机26等被罩12b覆盖。
在本实施方式中，车辆10具有用户可搬运的重量和尺寸，例如具有全长(前后方向的长度)为71cm左右，全宽为55cm左右，高度为30cm左右的尺寸。
在车辆10的后部收装有搭载充电单元30和连接于搭载充电单元30的搭载电池(蓄电池)32，并且在底盘12a上以向前端位置的前方突出的方式安装有一对电池充电端子34。电池充电端子34连接于搭载充电单元30。作业电机22和牵引电机26也连接于搭载电池32，由搭载电池32进行通电。
在车辆10上，在车体12的前侧配置有左右2个磁传感器36L、36R，并且在后侧配置有1个磁传感器36C，分别输出表示磁场的大小(磁场强度)的信号。
另外，在车体12上安装有接触升起传感器40，该接触升起传感器40检测车辆10与建筑物、铺路石、动物、人等障碍物接触的情况、和由用户等使罩12b从底盘12a向上方升起的情况。在后面对接触升起传感器40进行叙述。
在底盘12a的中央位置附近设有收装箱体，并且在收容于其内部的电路基板42上搭载有电子控制单元(Electronic Control Unit。控制部。以下称为“ECU”)44，该电子控制单元44由具有CPU、I/O、存储器(ROM、EEPROM、RAM)等的微型计算机构成。
另外，在电路基板42上设有：角速度传感器46，其靠近ECU44且产生表示车辆10的重心位置绕z轴(重力轴)的角速度(偏航角速率)的输出；加速度传感器50，其产生表示作用于车辆10的x、y、z轴的正交3轴方向上的加速度的输出；方位传感器52，其产生表示与地磁对应的绝对方位的输出；GPS传感器54，其接收来自GPS卫星的电波而产生表示车辆10的当前位置的输出。
另外，在车辆10的左、右后轮16附近配置有车轮速度传感器56，该车轮速度传感器56产生表示左、右后轮16的车轮速度的输出。在搭载电池32上配置有电流传感器62，该电流传感器62产生表示搭载电池32的消耗电流的输出。
另外，在车辆10上，以用户自如操作的方式设置有指示作业的动作开始等的主开关64和指示紧急停止的紧急停止开关66。并且，罩12b在上表面形成有较大的缺口，在该缺口设置有用于输入用户的指令等的键盘或触摸屏等输入设备68，并且与其相邻设置有显示器70。输入设备68和显示器70连接于ECU44，在显示器70上按照ECU44的指令而显示作业模式等各种信息。
磁传感器36、接触升起传感器40、角速度传感器46等传感器类的输出和主开关64等开关类的输出被发送给ECU44。ECU44输入这些输出，从搭载电池32向牵引电机26通电，并且输出控制值来控制牵引电机26的动作，据此控制车辆10的行驶。
另外，ECU44根据磁传感器36的输出来检测(识别)作业区域(作业范围)AR，据此向作业电机22通电来在作业区域AR进行作业。
如图3所示，作业区域AR由被配置于其周缘的区域导线(area wire)(电线)72来进行划分。在作业区域AR配置有用于向车辆10的搭载电池32充电的充电站74(图3中，夸张地表示车辆10等的大小)。
本发明的特征在于，在输入接触升起传感器40的输出的ECU44中检测(判定)是车辆10与障碍物接触还是罩12b被从底盘12a升起，因此，下面参照图4以后的附图对其进行说明。
首先对接触升起传感器40进行说明。图4是接触升起传感器40的安装位置附近的示意性的剖视图。
如图所示，本实施方式所涉及的接触升起传感器40被配置在底盘12a与罩12b之间，该罩12b通过卡止部件12b1以可位移的方式被安装在底盘12a上。
更具体而言，接触升起传感器40由磁性体40a和检测部40b构成，其中，所述磁性体40a被配置在罩12b附近；所述检测部40b具有被配置于底盘12a的霍尔效应元件等磁感应元件。在接触升起传感器40中，检测部40b产生与距磁性体40a的距离成正比的输出，换言之，产生与底盘12a和罩12b之间的位移成正比的输出。
磁性体40a由铁质材料等强磁性的材料构成，并且，如图1所示，被配置在罩12b的正下方。检测部40b被收装配置于壳体40b2，该壳体40b2通过螺钉40b1而被固定于离开磁性体40a规定距离的位置。另外，底盘12a和罩12b由合成树脂材料形成。
如图2所示，接触升起传感器40在与车辆10的行进方向平行的车轴线CL1的两侧各配置1个。
ECU44输入接触升起传感器40的输出，根据一种(一个)接触升起传感器40的输出来检测(判定)与障碍物的接触或罩12b的升起(即，ECU44作为后述的输出判断部、时间累计部、判定部来进行动作)。
图5是表示该动作的流程图。在ECU44中，每隔规定时间，例如每隔τ0来执行图示的程序。
下面进行说明，在S10(S：处理步骤)中使模式(MODE)为作业模式。
本实施方式所涉及的车辆10以作业模式和回归模式中的任一种模式进行动作，其中，在所述作业模式下，车辆10在通过由磁传感器36检测向区域导线72通电所产生的磁场而识别出的作业区域AR进行割草作业；在所述回归模式下，车辆10回归到配置于作业区域AR的充电站74对搭载电池32进行充电。另外，除此之外，还具有后述的判定为与障碍物接触时的障碍物回避模式和判定为罩12b被升起时的升起检测模式。
接着，进入S12，再次确认模式是作业模式的情况，进入S14，判断是否是传感器开启时间。在此，“传感器开启时间”意思是指接触升起传感器40的输出的每规定时间的变化量在阈值以上的状态。
即，由于车辆10在草地等不平整的地面上行驶，因此经常接受到来自地面的振动，因此，在罩12b与底盘12a之间定常地作用有要使其发生位移的外力。因此，预先通过实验求得传感器输出的每规定时间的变化量的阈值，通过与阈值进行比较来排除那样的定常的外力。
在S14中为肯定时进入S16，使传感器开启时间增加(count up)(累计)，另一方面，在S14中为否定时进入S18，使传感器开启时间复位为0，进入S20使模式为作业模式，跳过在此之后的处理。
在下次以后的程序循环中，在S14中也为肯定而进入S16之后进入S22，判定增加后的传感器开启时间是否低于τ1(第1规定时间。τ0＜τ1)。由于图示的程序每隔τ0而循环，因此，每次循环S16时，时间每次增加τ0，但在起初的循环中当然为肯定，而结束在此之后的处理。
另外，在S14中一旦为肯定而进入S16，传感器开启时间增加之后，也在下一次之后的程序循环中在S14中为否定时，在S18中将到此为止增加的传感器开启时间全部取消。
这样，传感器开启时间的意思是指，在车辆10中，罩12b相对于底盘12a连续受到(持续受到)每规定时间的阈值以上的位移的时间。
在S22中为肯定时跳过在此之后的处理，每隔τ0将程序进行循环。
在某一次的程序循环中在S22中为否定时进入S24，判断传感器开启时间是否在τ1(第1规定时间)以上且低于τ2(第2规定时间。τ0＜τ1≦τ2)。当在S24中为肯定时进入S26，判定为车辆10与障碍物接触。
另一方面，当在S24中为否定时进入S28，判断传感器开启时间是否在τ2(第2规定时间)以上。
当在S28中为否定时跳过在此之后的处理，每隔τ0将程序进行循环，另一方面，在某一次的程序循环中在S28中为肯定时进入S30，判定为罩12b被用户等从底盘12a升起。
即，在车辆10与障碍物接触的情况下，预测作用于罩12b的外力的时间比较短，与此相反，当罩12b被从底盘12a升起时，由于是被人为地抬起，因此，预测其时间比较长。
因此，通过适宜地设定第1规定时间τ1、第2规定时间τ2，能够由一种(一个)传感器40有效地判定(检测)与障碍物的接触和罩的升起。
另外，车辆10具有作业机(刀片)20，该作业机20连结于被搭载在底盘12a上的作业电机(原动机)22的输出轴，在S26中判定为车辆10与障碍物接触的情况下，当作业电机22正在进行动作时，在障碍物回避模式下不使作业电机22停止而执行进行回避障碍物的回避动作的障碍物回避模式。
这是由于，如果仅仅是与障碍物接触，则车辆10侧滚或者翻倒的可能性小，认为使车辆10后退等来避免进一步的接触是当务之急。因此，在障碍物回避模式下，为了迅速地转换为回避动作，在作业电机22正在进行动作时一边使该动作继续一边执行回避动作。
另一方面，当在S30中判定为罩12b被从底盘12a升起时，在升起检测模式下执行使作业电机22停止的动作。即，当罩12b被升起时，预想是由于用户等搬运车辆10，因此使作业电机22停止。
如上所述，在本实施方式中，自主行驶车辆10具有底盘12a、以可位移的方式被安装于所述底盘12a的罩12b、产生与所述底盘12a和罩12b之间的位移成正比的输出的传感器(接触升起传感器)40、和输入所述传感器40的输出的控制部(ECU)44，并且通过被安装于所述底盘12a的驱动轮(由牵引电机26驱动的后轮16)进行自主行驶，其中，所述控制部构成为具有传感器输出判断部(S14)、时间累计部(S16)和判定部(S22至S30)，其中，所述传感器输出判断部(S14)判断所述传感器的输出的每规定时间的变化量是否在阈值以上；所述时间累计部(S16)对由所述传感器输出判断部判断为所述变化量在阈值以上的时间进行累计；所述判定部(S22至S30)将由所述时间累计部累计的时间与规定时间(第1规定时间、第2规定时间)进行比较，根据与所述规定时间的比较结果来判定是所述车辆10与障碍物接触还是所述罩12b被从所述底盘12a升起，因此，能够由一种传感器40来检测与障碍物的接触和罩16b的升起，与需要两种传感器的情况相比较，能够简化结构。
另外，所述规定时间由第1规定时间和比所述第1规定时间长的第2规定时间构成，并且，所述判定部构成为，当所述累计的时间在所述第1规定时间以上且低于所述第2规定时间时，所述判定部判定为所述车辆与所述障碍物接触(S24、S26)，另一方面，当所述累计的时间在所述第2规定时间以上时，所述判定部判定为所述罩被从所述底盘升起(S28、S30)，因此，能够由一种传感器40来高精度地检测与障碍物的接触和罩16b的升起。
另外，具有作业部(刀片)20，该作业部20连结于被搭载在所述底盘12a上的原动机(作业电机)22的输出轴，并且，所述判定部构成为当判定为所述车辆10与障碍物接触时，不使所述原动机停止而进行回避所述障碍物的回避动作，因此，除了上述效果之外，还能够迅速地进行回避动作。
另外，具有作业部(刀片)20，该作业部20连结于被搭载在所述底盘12a上的原动机(作业电机)22的输出轴，并且所述判定部构成为当判定为所述罩12b被从所述底盘12a升起时使所述原动机停止，因此，除了上述效果之外，还能够节约能耗。
另外，所述传感器40构成为由被配置在所述罩12b附近的磁性体40a和具有被配置在所述底盘12a上的磁感应元件的检测部40b构成，并且被配置在与所述车辆10的行进方向平行的车轴线CL1的两侧，因此，除了上述效果之外，作为一种(一个)传感器也能够简化结构。
另外，在上述中，作为车辆10示例出一边检测被配置在作业区域AR周缘的区域导线72的磁场一边自主行驶的自主行驶车辆，但车辆10并不限定于这种自主行驶车辆。
另外，将车辆10适用于割草车辆，但本发明并不限定于此，还能够适用于其他可自主行驶的自主行驶车辆。
另外，使用了磁电转换元件、例如霍尔效应元件作为检测部40b的检测元件，但并不限定于此，也可以是任何磁电转换元件，只要能够检测与磁性体40a的物理位移即可。
附图标记说明
10：自主行驶车辆(车辆)；12：车体；12a：底盘；12b：罩；12b1：卡止部件；14：前轮；16：后轮；20：作业部(刀片)；22：电动机(作业电机)；24：作业部高度调节机构；26：电动机(牵引电机)；30：搭载充电单元；32：搭载电池；34：电池充电端子；36：磁传感器；40：接触升起传感器；40a：磁性体；40b：检测部；40b1：螺钉；40b2：壳体；44：电子控制单元(ECU)；46：角速度传感器；50：加速度传感器；52：方位传感器；54：GPS传感器；56：车轮速度传感器；62：电流传感器；68：输入设备；70：显示器；72：区域导线；74：充电站；AR：作业区域。

Claims (5)

1.一种自主行驶车辆，其具有底盘、罩、传感器和控制部，并且其通过被安装于所述底盘的驱动轮来自主行驶，其中：所述罩以可位移的方式被安装于所述底盘；所述传感器产生与所述底盘和罩之间的位移成正比的输出；所述控制部输入所述传感器的输出，
该自主行驶车辆的特征在于，
所述控制部具有传感器输出判断部、时间累计部和判定部，其中，
所述传感器输出判断部判断所述传感器的输出的每规定时间的变化量是否在阈值以上；
所述时间累计部对由所述传感器输出判断部判断为所述变化量在阈值以上的时间进行累计；
所述判定部将由所述时间累计部累计的时间与规定时间进行比较，且根据与所述规定时间的比较结果来判定是所述车辆与障碍物接触还是所述罩被从所述底盘升起。
2.根据权利要求1所述的自主行驶车辆，其特征在于，
所述规定时间由第1规定时间和比所述第1规定时间长的第2规定时间构成，并且，在所述累计的时间在所述第1规定时间以上且低于所述第2规定时间时，所述判定部判定为所述车辆与所述障碍物接触，另一方面，在所述累计的时间在所述第2规定时间以上时，所述判定部判定为所述罩被从所述底盘升起。
3.根据权利要求1或2所述的自主行驶车辆，其特征在于，
具有作业部，该作业部连结于被搭载在所述底盘上的原动机的输出轴，并且，所述判定部在判定为所述车辆与障碍物接触时不使所述原动机停止而进行回避所述障碍物的回避动作。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的自主行驶车辆，其特征在于，
具有作业部，该作业部连结于被搭载在所述底盘上的原动机的输出轴，并且，所述判定部在判定为所述罩被从所述底盘升起时使所述原动机停止。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的自主行驶车辆，其特征在于，
所述传感器由磁性体和检测部构成，并且被配置在与所述车辆的行进方向平行的车轴线的两侧，其中，所述磁性体被配置在所述罩附近；所述检测部具有被配置于所述底盘的磁感应元件。
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