JP2003302469A

JP2003302469A - 自律作業車および自律作業車の制御方法

Info

Publication number: JP2003302469A
Application number: JP2002107593A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Ono; 宏行小野
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2002-04-10
Filing date: 2002-04-10
Publication date: 2003-10-24

Abstract

(57)【要約】【課題】自律作業車の作業領域設定と自己位置認識とを
同時に行い、作業領域の変更時の設定操作を改めてやり
直す必要性をなくす。【解決手段】自律作業車１は、少なくとも３つの反射部
材７で設定された作業領域Ｓ内で走行制御が行われる。
自律作業車１上には、コントローラ２と光学測定装置３
とが設けられている。光学測定装置３は、反射部材７に
向けて投光した光Ｌの反射光を受光し、作業領域Ｓ内に
おける自律作業車１の位置を測定する。コントローラ２
は、光学測定装置３からの車体の位置情報に基づいて、
作業領域Ｓと車体の自己位置とを初期設定し、この初期
設定情報に基づいて、走行経路を設定することにより、
車体の走行制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自律作業車および
自律作業車の制御方法に関する。

【従来の技術】農作業、芝刈り、草刈り、或いは、物の
搬送などを自律的に行う自律作業車は、自己の現在位置
を認識し、予め設定された走行経路に従い自動的に走行
する。自車両の自己位置は、例えば、全地球測位システ
ム（ＧＰＳ）を用いることによって認識可能である。し
かしながら、ＧＰＳを自車両に搭載した場合、自車両の
近傍に、通信衛星との間の電波を遮蔽する樹木や建物な
どの遮蔽物が存在すると、自己位置の認識が不能になっ
たり、あるいは、認識誤差が大きくなるといった不具合
がある。

【０００２】このような不具合を解消する装置として、
特開平８−５４２３３号公報または特開平９−４３３４
２号公報には、自律作業車の自己位置検出装置が開示さ
れている。この検出装置において、オペレータは、作業
車を走行させるのに先立ち、目標物となる複数の反射板
を作業領域の周辺に設置する。作業車は、目標物と作業
車との距離および角度を測定し、三角測量によって自己
の現在位置を認識する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術では、オペレータが、作業車が作業を行う範囲である
作業領域をティーチング等によって初期設定する必要が
ある。このため、作業領域を修正または変更したい場
合、オペレータは、初期設定の操作を最初からやり直す
必要が生じるため、作業効率に劣るという問題があっ
た。

【０００４】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、自律作業車において、作業領域
の設定と自己位置の認識とを同時に行うことで、初期設
定の手間を軽減し、作業効率の向上を図ることである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
めに、第１の発明は、少なくとも３つの反射部材で囲ま
れた作業領域内を走行する自律作業車において、反射部
材に向けて投光した光の反射光を受光することによっ
て、自律作業車と反射部材との間の距離と、自律作業車
と反射部材とがなす角度とを測定する光学測定手段と、
光学測定手段によって測定された距離と角度とに基づい
て、反射部材で囲まれた作業領域と自律作業車の自己位
置とを特定することによって、自律作業車の制御を行う
制御手段とを有する。

【０００６】第２の発明は、少なくとも３つの反射部材
で囲まれた作業領域内を走行する自律作業車において、
自律作業車に設けられた反射部材と、作業領域外に設け
られた光学測定手段によって測定された測定結果に基づ
いて、反射部材で囲まれた作業領域と自律作業車の自己
位置とを特定することによって、自律作業車の制御を行
う制御手段とを有する。この光学測定手段は、作業領域
を規定する反射部材と、自律作業車に設けられた反射部
材とに向けて投光した光の反射光を受光することによっ
て、自律作業車と反射部材との間の距離と、自律作業車
と反射部材とがなす角度とを測定するとともに、この測
定結果を制御手段に送信する。

【０００７】第３の発明は、少なくとも３つの反射部材
で囲まれた作業領域内を走行する自律作業車の制御方法
において、自律作業車より周囲に光を投光するステップ
と、反射部材によって反射された光を受光することによ
って、自律作業車と反射部材との間の距離と、自律作業
車と反射部材とがなす角度とを測定するステップと、距
離と角度とに基づいて、反射部材で囲まれた作業領域と
自律作業車の自己位置とを特定するとともに、自律作業
車の制御を行うステップとを有する。

【０００８】第４の発明は、少なくとも３つの反射部材
で囲まれた作業領域内を走行し、反射部材が取り付けら
れている自律作業車の制御方法において、作業領域外の
所定の位置より周囲に光を投光するステップと、反射部
材によって反射された光を受光することによって、自律
作業車と反射部材との間の距離と、自律作業車と反射部
材とがなす角度とを測定するステップと、距離と角度と
を自律作業車に送信するステップと、光学測定手段より
受信した距離と角度とに基づいて、反射部材で囲まれた
作業領域と自律作業車の自己位置とを特定するととも
に、自律作業車の制御を行うステップとを有する。

【０００９】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）図１は、第１
の実施形態に係る自律作業車の概略的な説明図である。
自律作業車１には、車体を走行制御するコントローラ２
（走行制御装置）と、自車両の現在位置を測定する光学
測定装置３とが搭載されている。この光学測定装置３
は、レーザレーダ４と、台座５と、サーボモータ６とで
構成されている。レーザレーダ４は、レーザ光を投光す
る投光部と、外部からのレーザ光を受光する受光部とを
含む。このレーザレーザ４は、台座５上に載置されてお
り、この台座５は、サーボモータ６によって水平方向に
回転駆動する。したがって、レーザレーダ４は、測定点
を中心として、全周囲（３６０°）をスキャンする。な
お、光学測定装置３は、測定時における基準位置を規定
する測定点に相当する。

【００１０】図２に示すように、自律作業車１が自律的
に走行しながら作業する領域（作業領域）の周囲には、
少なくとも３本以上の標識ポール７が設置されている。
標識ポール７によって作業領域Ｓが規定される関係上、
その面を規定するために、３本以上の標識ポール７を用
いる必要がある。本実施形態では、４本の標識ポール７
で囲まれた領域を作業領域Ｓとしている。標識ポール７
の表面には、リフレクタや反射テープ等が貼り付けら
れ、レーザレーダ４から照射されるレーザ光Ｌを反射さ
せる反射機能が付与されている。なお、標識ポール７
は、測定時における固定位置を規定する固定点に相当す
る。

【００１１】レーザレーダ４は、一定時間間隔のパルス
でレーザ光Ｌを投光しながら、基準点を中心とした全周
囲をスキャンするとともに、作業領域Ｓの周囲に設置さ
れている各標識ポール７からの反射光Ｌを受光する。レ
ーザ光Ｌを投光したタイミングと受光したタイミングと
の時間差を測定することにより、自律作業車１と標識ポ
ール７との間の距離Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４が算出され
る。

【００１２】また、自律作業車１に対するレーザレーダ
４の角度（受光角度）は、角度センサ２０からのセンサ
情報に基づいて測定される。この角度センサ２０は、例
えば、サーボモータ６の回転軸に取り付けられたロータ
リーエンコーダであり、既知の基準線である磁北基準線
Ｎを基準とした回転角度θ１，θ２，θ３，θ４を検出
する。磁北基準線ＮをＹ軸としたＸ−Ｙ座標平面におい
て、原点（０，０）を測定点、すなわち、自律作業車１
の現在位置に設定する。この場合、固定点に相当するそ
れぞれの標識ポール７の座標は、（Ｒ１・sinθ１，Ｒ１
・cosθ１），（Ｒ２・sinθ２，Ｒ２・cosθ２），（Ｒ３
・sinθ３，Ｒ３・cosθ３），（Ｒ４・sinθ４，Ｒ４・cos
θ４）で表わされる。自律作業車１と各標識ポール７と
の間の距離、各標識ポール７の水平位置およびレーザレ
ーダ４の回転角度などの各種情報は、コントローラ２に
入力される。

【００１３】さらに、自律作業車１には、方位センサ２
１および速度センサ２２が搭載されている。方位センサ
２１は、磁方位センサまたはレートジャイロ等であっ
て、自律作業車１の走行方向を検出する。速度センサ２
２は、自律作業車１の走行速度を検出する。これらの方
位信号および車速信号は、コントローラ２に入力され、
走行方向と車速とがリアルタイムで算出される。

【００１４】コントローラ２は、光学測定装置３および
各種センサ２０〜２２から情報に基づいて、作業領域Ｓ
と自律作業車１の現在位置とを算出する。走行制御およ
び作業制御は、コントローラ２が自己位置を認識しなが
ら行われる。

【００１５】オペレータは、自律作業車１を作動させる
のに先立ち、まず、３本以上（本実施形態では４本）の
標識ポール７を設置することによって、作業領域Ｓを設
定する。つぎに、オペレータは、これらの標識ポール７
に囲まれた作業領域Ｓの中央に自律作業車１を、磁北基
準線Ｎに向けて停止した状態で配置する。その上で、オ
ペレータは、光学測定装置３を動作させる。これによっ
て、測定点を中心とした周囲３６０°がスキャンされ、
コントローラ２は、作業領域Ｓと自己位置とを自動的に
認識する。以上で初期設定が完了する。

【００１６】図３は、初期設定完了後における自律作業
車１の走行・作業制御の手順を示すフローチャートであ
る。まず、ステップ１では、光学測定装置３と各種セン
サ２０〜２２とからのセンサ情報がコントローラ２に入
力される。続くステップ２において、コントローラ２
は、これらのセンサ情報に基づいて、作業領域Ｓと自己
の現在位置とを算出する。自律作業車１の現在位置は、
少なくとも１本の標識ポール７を認識できれば算出する
ことができる。そして、ステップ３において、コントロ
ーラ２は、ステップ２で算出された作業領域Ｓと自己位
置とに基づいて、走行経路を設定する。走行経路のパタ
ーンは、内蔵プログラムによって自動生成される。ステ
ップ４において、コントローラ２は、ステップ３で設定
された走行経路に基づいて、作業内容を設定する。作業
内容のパターンは予めプログラムされており、走行経路
のプログラムと同様に、メモリに格納されている。コン
トローラ２は、設定された走行経路を自律作業車１が走
行するように、舵角や速度を制御する。それとともに、
コントローラ２は、設定された作業内容を実行するよう
に、芝刈り用カッター等の作業機構を制御する。

【００１７】一方、走行作業時の自律作業車１には、定
期的にまたは転回時などにおいて、自己位置の情報に補
正が加えられる。ステップ５において、少なくとも２つ
以上の標識ポール７までの距離と磁北角度とに基づい
て、自己の現在位置が測定される。これらの現在位置を
主体とし、各種センサ２０〜２２からのセンサ情報を複
合的に考慮しながら、自己位置が補正される。このよう
に、標識ポール７からの距離と標識ポール７とのなす角
度とに基づいて、三角測量することによって、走行経路
が維持される。

【００１８】本実施形態において、オペレータは、作業
に先立ち、標識ポール７の設置によって４つの固定点を
設定し、作業領域Ｓを規定する。そして、オペレータ
は、この作業領域Ｓの略中央に自律作業車１を配置す
る。自律作業車１による作業領域Ｓの認識は、初期設定
プロセスにおけるレーザレーダ４の全周囲スキャンによ
って行われる。この初期設定プロセスでは、自律作業車
１の現在位置も併せて行われる。一方、走行作業中で
は、任意の１点の固定点を選択し、この固定点までの距
離および角度を連続的に測定するとともに、車速、方位
および進行方向の情報に基づいて、自己位置を認識す
る。

【００１９】また、コントローラ２は、レーザレーダ４
の距離、角度、車速信号および車体の進行方向（向き）
を複合的に考慮して、走行パターンおよび作業パターン
に従い、自律作業車１を制御する。これにより、自律作
業車の走行精度の向上を図ることができる。また、方向
転回時においては、自律作業車１を一旦停止し、選択さ
れた２点の固定点からの距離および角度を測定すること
により、正確に自己位置を再認識（キャリブレーショ
ン）できる。

【００２０】そして、本実施形態によれば、作業領域が
簡単に確定でき、従前のように、オペレータによる作業
領域の変更時の設定操作を改めてやり直す必要性がない
ため、作業を自律させるまでに要する時間が短縮化され
る。また、レーザレーダ４により正確に距離および角度
情報が得られるため、精度の良い作業が行え、作業効率
の向上が図れる。しかも、レーザレーダ４を用いること
で、低コスト化が図れる。

【００２１】なお、上記した実施形態では、光学測定装
置３の一機能として、レーザレーダ４を用いているが、
これに代えて、赤外線スキャンレーザレーダを用いるこ
とが可能である。この赤外線スキャンレーザレーダは、
レーザレーダ４の作用に加え、ミラーを通して全方位を
水平に検索し、距離および角度情報を得ることが可能で
ある。また、レーザレーダ４自体が、全方位をスキャニ
ングする機能を有する場合、上述した台座５や駆動モー
タ６等の駆動機構が不要になる。以上の点は、次に述べ
る第２の実施形態についても同様である。

【００２２】（第２の実施形態）図４は、第２の実施形
態に係る自律作業車の概略的な説明図である。なお、図
１と同様の部材については、同一の符号を付して個々で
の説明を省略する。本実施形態は、上述した標識ポール
７と同様の標識ポール１０を、自律作業車１自身に取り
付けている点に特徴がある。そして、測定点を与える光
学測定装置３は、自律作業車１とは別に、すなわち、作
業領域Ｓ外に設置されている。光学測定装置３を構成す
るレーザレーダ４、台座５およびサーボモータ６は、支
脚１１上に設けられている。レーザレーダ４は、台座５
およびサーボモータ６を介して、１８０°以上の測定範
囲を有する。自律作業車１側と光学測定装置３との間の
情報伝達は、アンテナ１２，１３を介した無線によって
行われる。光学測定装置３により測定された位置情報
は、無線によって、自律作業車１のコントローラ２に送
信される。

【００２３】固定的に設置されたレーザレーダ４のスキ
ャンによって、作業領域Ｓを規定する標識ポール７と、
自律作業車１上の標識ポール１０とが検出される。これ
により、図５に示すように、各標識ポール７までの距離
Ｒ１〜Ｒ４と、自律作業車１上の標識ポール（移動点に
相当）１０までの距離Ｒとが算出される。また、角度セ
ンサ２０からのセンサ情報に基づいて、磁北基準線Ｎに
対する各標識ポール７の角度θ１〜θ４が検出されると
もに、自律作業車１の角度θも検出される。この場合、
第１の実施形態と同様に規定したＸ−Ｙ座標平面におい
て、各標識ポール７（固定点）の位置座標は、（Ｒ１・s
inθ１，Ｒ１・cosθ１），（Ｒ２・sinθ２，Ｒ２・cosθ
２），（Ｒ３・sinθ３，Ｒ３・cosθ３），（Ｒ４・sinθ
４，Ｒ４・cosθ４）で表わされる。また、自律作業車
（移動点）１の初期位置は、座標（Ｒ・sinθ，Ｒ・cos
θ）で表される。これらの各標識ポール７の位置情報お
よび自律作業車１の位置情報は、アンテナ１２，１３に
よる無線回線によって、自律作業車１側のコントローラ
２にリアルタイムで送信される。

【００２４】自律作業車１側のコントローラ２は、光学
測定装置３側から、各標識ポール７の位置情報と自律作
業車１の位置情報を受信する。これにより、作業領域Ｓ
および自律作業車１の自己位置を、コントローラ２が把
握する。そして、コントローラ２は、取得した情報に加
えて、各種センサ２０〜２２からのセンサ情報を考慮す
ることにより、自己位置と作業領域Ｓとを認識しなが
ら、走行制御と作業制御とを行う。

【００２５】作業走行中や方向転回時等では、上述した
第１の実施形態と同様に、各標識ポール７の位置、自律
作業車１の位置による自己位置の認識に基づいて、自己
位置の誤差が補正される。

【００２６】このように、本実施形態では、標識ポール
７によって作業領域Ｓを設定するとともに、自律作業車
１にも標識ポール１０を設けている。光学測定装置３
は、作業領域Ｓ外に配置されている。自律作業車１の停
止状態において、レーザレーダ４のスキャンによって、
標識ポール７，１０の位置が特定される。これにより、
作業領域Ｓと自己位置とが認識され、車体位置の初期設
定とともに、自律作業車１の走行制御が行われる。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、オペレータは、作業領
域に関する初期設定として、面を規定するのに必要な３
つ以上の標識ポールを設置するだけでよい。これによ
り、自律作業車は、自動的に作業領域と自己位置とを認
識する。したがって、初期設定作業が容易であり、か
つ、作業領域の変更や修正にも柔軟に対応できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係る自律作業車の概略的な説
明図

【図２】標識ポールの位置検出の概略的な説明図

【図３】走行・作業制御の手順を示すフローチャート

【図４】第２の実施形態に係る自律作業車の概略的な説
明図

【図５】標識ポールの位置検出の概略的な説明図

【符号の説明】

１自律作業車２走行制御装置（コントローラ）３光学測定装置４レーザレーダ５台座６駆動モータ（サーボモータ）７反射部材（標識ポール）１０反射部材（標識ポール）１１支脚２０角度センサ２１方位センサ２２速度センサＬレーザ光Ｓ作業領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5H301 AA01 AA10 BB01 BB05 BB12 CC03 FF06 FF11 FF13 GG14 GG17 5J084 AA04 AA05 AB17 AC02 AD01 BA03 BA56 DA01 DA10 EA07 EA20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも３つの反射部材で囲まれた作業
領域内を走行する自律作業車において、前記反射部材に向けて投光した光の反射光を受光するこ
とによって、前記自律作業車と前記反射部材との間の距
離と、前記自律作業車と前記反射部材とがなす角度とを
測定する光学測定手段と、前記光学測定手段によって測定された前記距離と前記角
度とに基づいて、前記反射部材で囲まれた作業領域と前
記自律作業車の自己位置とを特定することによって、前
記自律作業車の制御を行う制御手段とを有することを特
徴とする自律作業車。
【請求項２】少なくとも３つの反射部材で囲まれた作業
領域内を走行する自律作業車において、前記自律作業車に設けられた反射部材と、前記作業領域外に設けられた光学測定手段によって測定
された測定結果に基づいて、前記反射部材で囲まれた作
業領域と前記自律作業車の自己位置とを特定することに
よって、前記自律作業車の制御を行う制御手段とを有
し、前記光学測定手段は、前記作業領域を規定する前記反射
部材と、前記自律作業車に設けられた前記反射部材とに
向けて投光した光の反射光を受光することによって、前
記自律作業車と前記反射部材との間の距離と、前記自律
作業車と前記反射部材とがなす角度とを測定するととも
に、当該測定結果を前記制御手段に送信することを特徴
とする自律作業車。
【請求項３】少なくとも３つの反射部材で囲まれた作業
領域内を走行する自律作業車の制御方法において、前記自律作業車より周囲に光を投光するステップと、前記反射部材によって反射された光を受光することによ
って、前記自律作業車と前記反射部材との間の距離と、
前記自律作業車と前記反射部材とがなす角度とを測定す
るステップと、前記距離と前記角度とに基づいて、前記反射部材で囲ま
れた作業領域と前記自律作業車の自己位置とを特定する
とともに、前記自律作業車の制御を行うステップとを有
することを特徴とする自律作業車の制御方法。
【請求項４】少なくとも３つの反射部材で囲まれた作業
領域内を走行し、反射部材が取り付けられている自律作
業車の制御方法において、前記作業領域外の所定の位置より周囲に光を投光するス
テップと、前記反射部材によって反射された光を受光することによ
って、前記自律作業車と前記反射部材との間の距離と、
前記自律作業車と前記反射部材とがなす角度とを測定す
るステップと、前記距離と前記角度とを前記自律作業車に送信するステ
ップと、前記光学測定手段より受信した前記距離と前記角度とに
基づいて、前記反射部材で囲まれた作業領域と前記自律
作業車の自己位置とを特定するとともに、前記自律作業
車の制御を行うステップとを有することを特徴とする自
律作業車の制御方法。