JP2015226487A

JP2015226487A - 自律走行車

Info

Publication number: JP2015226487A
Application number: JP2014112930A
Authority: JP
Inventors: 和志野澤; Kazuyuki Nozawa; 譲佐々木; Yuzuru Sasaki; 飯田　一博; Kazuhiro Iida; 一博飯田
Original assignee: Minoru Industrial Co Ltd
Current assignee: Minoru Industrial Co Ltd
Priority date: 2014-05-30
Filing date: 2014-05-30
Publication date: 2015-12-17

Abstract

【課題】自律走行のための走行経路を低コストに構成可能にする。
【解決手段】本発明の自律走行車１は、圃場を走行する走行機体２を備えており、走行経路に設けられたシートを辿って自立的に走行するように構成されている。シートは、走行経路の上に敷設され、該走行経路の周囲とは異なる明暗度合いの上面を有している。走行機体２の左前、右前、左後ろ、右後ろの４箇所にそれぞれ下向きに配設され、光線を発する発光部及びその光線の反射光を検出する受光部の組み合わせを含む光電センサ３と、各光電センサ３が検知した反射光の受光レベルに基づいて、各光電センサでの検知対象の明暗度合いを検出する明暗検出手段４と、該明暗検出手段４の検出結果に基づいて、走行機体２がシートの上を走行するように該走行機体２の走行方向を制御する走行制御手段６とを備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、所定の走行経路を自律的に走行するように構成された自律走行車に関するものである。

背景技術としては、特許文献１に記載された農作業支援用自律走行ロボットにおける走行経路認識装置を例示する。この装置は、図７に示すように、金属検知センサにより予め定められた経路に沿って設けられた金属体を検出し、金属体に対する位置を算出して進行方向を制御するように構成されている。前記金属体を、防草シート１２４における幅方向中央部の前記自律走行ロボット走行方向へ織り込んだ第１の金属線１２６とし、前記経路に沿って防草シート１２４を敷設することで、金属片を埋設するような手間を要せずに金属体を設けられるようにし、かつ、金属検知センサをブリッジ回路で構成して農作業支援用自律走行ロボット表面に設けている。さらに、防草シート１２４は第１の金属線１２６と直交する方向に一定間隔毎に織り込まれた第２の金属線１２７を有し、前記制御装置は前記金属検知センサによる第２の金属線１２７の検知信号により、前記自律走行ロボットの現在位置を算出するようになっている。

特許第５３４６５９８号公報

ところが、防草シート１２４は、互いに直交する第１の金属線１２６及び第２の金属線１２７を織り込んでおり、しかも、第２の金属線１２７はその有無が自律走行ロボットにおける制御信号を形成しているため制御信号に応じて構成する必要がある。このように特許文献１の走行経路認識装置では、特殊な防草シート１２４を用いているため、コストがかかるという課題がある。

また、防草シート１２４に織り込まれた金属線１２６，１２７は、敷設後に、経年劣化や外力等による断線の可能性があったり、断線時の断線位置の特定に手間が掛かったりし、メンテナンス性に課題がある。

さらに、金属線１２６，１２７に通電した状態で使用するときは、断線発生時に、車両の走行制御が機能しなくなるという課題もある。

前記課題を解決するために、本発明の自律走行車は、
圃場を走行する走行機体を備えており、走行経路に設けられたガイド手段を辿って自立的に走行するように構成された自律走行車であって、
前記ガイド手段は、前記走行経路上に敷設され、該走行経路の周囲とは異なる明暗度合いの上面を有しているシートであり、
前記走行機体の左前、右前、左後ろ、右後ろの４箇所にそれぞれ下向きに配設され、光線を発する発光部及びその光線の反射光を検出する受光部の組み合わせを含む光電センサと、
各光電センサが検知した反射光の受光レベルに基づいて、各光電センサでの検知対象の明暗度合いを検出する明暗検出手段と、
該明暗検出手段の検出結果に基づいて、前記走行機体が前記シートの上を走行するように該走行機体の走行方向を制御する走行制御手段とを備えている。

この構成によれば、前記走行経路の周囲の上面とは異なる明暗度合いの上面を有するシートを敷設することにより、走行経路を設定するようにしており、例えば金属線を織り込んでなるような特殊なシートを用いる必要がないので、自律走行のための走行経路を低コストに構成することができる。

前記自律走行車としては、
前記左前の光電センサと前記右前の光電センサとの間隔、及び、前記左後ろの光電センサと前記右後ろの光電センサとの間隔が、それぞれ前記シートの幅よりも狭く設定されており、且つ、前記左前の光電センサと前記右後ろの光電センサとの間隔、及び、前記右前の光電センサと前記左後ろの光電センサとの間隔が、それぞれ前記シートの幅よりも広く設定されている態様を例示する。

この構成によれば、前記走行経路の向きに対して前記走行機体の向きが傾いてきたときに、その傾きが９０°になる前に、前記光電センサにより検出することができる。このように前記走行機体の向きが傾いていることが検出されたときは、その傾きが９０°未満であることを前提に走行制御ができるため、前記走行機体の向きのズレを容易に修正することができる。

前記自律走行車としては、
前記シートは、雑草の発生を抑制する防草シートである態様を例示する。

この構成によれば、前記シートとして既存の防草シートを利用することができ、低コストに構成することができる。

本発明に係る自律走行車によれば、自律走行のための走行経路を低コストに構成することができるという優れた効果を奏する。

本発明を具体化した一実施形態に係る自律走行車の使用状態を示す平面図である。同自律走行車の構成ブロックを示す平面図である。同自律走行車が備える光電センサの仕様を示す図であり、（ａ）は光電センサの発光部の照射範囲を示す斜視図であり、（ｂ）は光電センサの受光部が検出する反射強度を示すグラフである。同自律走行車の防草シートに対する走行機体のずれ方のパターンを示す図である。同自律走行車の走行制御手段の処理の流れを示すフローチャートである。同走行制御手段が備える制御テーブルを示す図である。従来の走行経路認識装置で使用される防草シートの構成ブロック図である。

図１〜図６は本発明を具体化した一実施形態を示しており、各図において、矢印Ｆは機体前側を指し示している。本例の自律走行車１は、図１に示すように、走行経路Ｐに設けられたガイド手段としてのシート１０を辿って、走行経路Ｐの向きＧへ自立的に走行するとともに、走行経路Ｐにおける所定範囲に薬液を噴霧するように構成されている。そして、この自律走行車１は、シート１０とともに自律走行システムを構成している。

本例の走行経路Ｐは、図１に示すように、作物が植設される圃場の畝間（畝Ｕと畝Ｕの間）となっている。

シート１０は、図１に示すように、走行経路Ｐの上に敷設され、該走行経路Ｐの周囲とは異なる明暗度合いの上面を有している。このシート１０としては、自律走行車１が繰り返し走行可能な耐久性を備えていることが好ましい。本例では、シート１０として、雑草の発生を抑制するために使用される防草シートを採用している。この防草シートとしては、圃場において使用可能なものであれば特に限定されない。また、本例では、走行経路Ｐの上に敷設されるシート１０の上面の明暗度合いが「明」であり、走行経路Ｐの周囲のそれが「暗」であるものとする。この明暗度合いの「明」と「暗」は、後述する光電センサ３により相対的に区別して検出可能なものであれば、特に限定されない。なお、本例とは逆に、シート１０の上面の明暗度合いを「暗」にし、走行経路の周囲の明暗度合いを「明」に設定しても構わないことは、言うまでもない。

本例の自律走行車１は、図２に示すように、圃場を走行する走行機体２を備え、該走行機体２には、４個の光電センサ３と、明暗検出手段４と、走行制御手段６と、薬液噴霧手段７とが搭載されている。

走行機体２は、圃場を走行するための走行手段２ａと、該走行手段２ａを駆動する駆動手段２ｂと、該走行における進路を変更するための旋回手段とを含んでいる。本例では、走行手段としては、走行機体２の左右それぞれに２輪ずつの車輪を備えている。駆動手段２ｂとしては、モータ、エンジン等の原動機を例示する。本例では、駆動手段として、走行機体２の左右それぞれの車輪を駆動するための一対の原動機を備えている。本例では、旋回手段として、左右の駆動手段２ｂにより、左右の車輪の回転差を生じさせ、それによって進路を変更する手段を採用している。

光電センサ３は、走行機体２の左前、右前、左後ろ、右後ろの４箇所にそれぞれ下向きに配設され、光線を発する発光部及びその光線の反射光を検出する受光部の組み合わせを含んでいる。本例では、図３（ａ）に示すように、光電センサ３の発光部は、円（又は楕円形状）の照射範囲に光線を発光するようになっており、図３（ｂ）に示すように、受光部が検出する反射強度は、照射範囲がすべてシート１０の上にあるときは強レベル値となり、それがすべてシート１０の外にあるときは弱レベル値となり、その間にあるときは、その位置に応じた強度になる。前記照射範囲の直径Ｄは１００〜２００ｍｍ程度の範囲に設定することが好ましい。この範囲内であれば、局所的な状態（汚れ、凹凸等）の影響を受け難く、範囲内の平均状態を捉えられ、その状態を反映した検出結果となるからである。その一方、直径Ｄが１００ｍｍ未満だと、局所的な状態（汚れ、凹凸等）の影響を受けやすく、誤った検出結果となり易く、直径Ｄが２００ｍｍを超えると、範囲が広すぎてきめ細かな状態の検出が困難になるためである。

本例では、４個の光電センサ３の位置関係は、前記左前の光電センサ３と前記右前の光電センサ３との間隔、及び、前記左後ろの光電センサ３と前記右後ろの光電センサ３との間隔が、それぞれシート１０の幅よりも狭く設定され、且つ、前記左前の光電センサ３と前記右後ろの光電センサ３との間隔、及び、前記右前の光電センサ３と前記左後ろの光電センサ３との間隔が、それぞれシート１０の幅よりも広く設定されている。このように設定することにより、走行経路Ｐの向きＧ、すなわち、シート１０の長さ方向に対して、例えば前進走行時に左側へ自律走行車１の進路がずれた場合に、そのずれが９０°に達する前に、ずれていることを４個の光電センサ３で検出可能な状態である、図４（ａ）〜（ｄ）に示すいずれかの状態になるからである。そして、例えば前進走行時に右側へ自律走行車１の進路がずれた場合は、そのずれが９０°に達する前に、ずれていることを４個の光電センサ３で検出可能な状態である、図４（ｅ）〜（ｈ）に示すいずれかの状態になるからである。また、後進走行時も、前進走行時と同様に検出することができる。

明暗検出手段４は、各光電センサ３が検知した反射光の受光レベルに基づいて、各光電センサ３での検知対象の明暗度合いを検出する。本例では、反射光の受光レベルが所定の閾値（例えば、（強レベル値−弱レベル値）／２）以上のときは「明」と検出し、同閾値未満のときは「暗」と検出するようになっている。

走行制御手段６は、図６に示す制御テーブルを備えるとともに、図５に示すフローチャートに従って走行機体２の走行制御処理を行うように構成されている。具体的には、走行制御処理は、まず、４個の光電センサ３の受光レベルに基づいた明暗検出手段４の検出結果を入力する（ステップＳ５１）。次いで、明暗検出手段４の検出結果を、図６に示す制御テーブルに照合し、走行制御情報を取得する（ステップＳ５２）。このとき、走行機体２が前進中であるときは、図６（ａ）の制御テーブルを参照し、後進中であるときは、図６（ｂ）の制御テーブルを参照する。次いで、走行制御情報に従って、走行機体２の走行制御を行う（ステップＳ５３）。具体的には、走行制御情報が、「右」又は「左」であるときは駆動手段２ｂにより走行手段２ａを駆動させながら旋回手段により走行制御情報の方向に旋回させるようにし、「直進」であるときは駆動手段２ｂにより走行手段２ａを駆動させながら旋回手段により直進させるようにし、「後進に切り替え」であるときは駆動手段２ｂによる走行手段２ａの駆動方向を逆転させることによりその後の「直進」時に後進させるように切り替え、「停止」であるときは駆動手段２ｂによる走行手段２ａの駆動を停止させる。次いで、走行制御情報をチェックし（ステップＳ５４）、それが停止でなければ、ステップＳ５１に進み、停止であったときは処理を終了する（ステップＳ５５）。

次に、本例の自律走行車１による走行事例について説明する。本例では、同図における下側が畝間の始端地点（シート１０の始端部）、上側が畝間の終端地点（シート１０の終端部）となっており、走行経路Ｐは、畝間の始端地点を出発地点とし、畝間の終端地点で折り返し、畝間の始端地点に戻ったところを終着地点としている。また、本例の自律走行車１は、前進中に薬液噴霧手段７により薬液を噴霧するように構成されている。

まず、自律走行車１をシート１０の始端部に乗せ、始動させる。すると、走行制御手段は、図６（ａ）の制御テーブルを用いて走行機体２の走行制御を行い、シート１０の終端部に向かって前進走行する。次いで、前進走行中に、シート１０の終端部に到達することにより同制御テーブルから後進に切り替える旨の走行制御情報が得られたときは、走行機体２を停止させた後、前進走行してきたシート１０の上を後進走行する。このとき、走行制御手段は、図６（ｂ）の制御テーブルを用いて走行機体２の走行制御を行う。次いで、後進走行中に、シート１０の始端部に到達することにより同制御テーブルから停止する旨の走行制御情報が得られたときは、走行機体２を停止させる。本発明では、このようにして走行経路Ｐの自律走行を実現する。

以上のように構成された本例の自律走行車１によれば、走行経路Ｐの周囲の上面とは異なる明暗度合いの上面を有するシート１０を敷設することにより、走行経路Ｐを設定するようにしており、例えば金属線を織り込んでなるような特殊なシートを用いる必要がないので、自律走行のための走行経路Ｐを低コストに構成することができる。

また、前記左前の光電センサ３と前記右前の光電センサ３との間隔、及び、前記左後ろの光電センサ３と前記右後ろの光電センサ３との間隔が、それぞれシート１０の幅よりも狭く設定されており、且つ、前記左前の光電センサ３と前記右後ろの光電センサ３との間隔、及び、前記右前の光電センサ３と前記左後ろの光電センサ３との間隔が、それぞれシート１０の幅よりも広く設定されているので、走行経路Ｐの向きＧに対して走行機体２の向きが傾いてきたときに、その傾きが９０°になる前に、光電センサ３により検出することができる。このように走行機体２の向きが傾いていることが検出されたときは、その傾きが９０°未満であることを前提に走行制御ができるため、走行機体２の向きのズレを容易に修正することができる。

また、シート１０として既存の一般的な防草シートを利用することができ、低コストに構成することができる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように、発明の趣旨から逸脱しない範囲で適宜変更して具体化することもできる。
（１）走行経路Ｐは、作物が植設される圃場の枕地であるようにすること。
（２）前記明暗度合いの検出精度を向上させるために、光電センサ３を５個以上設けること。
（３）走行機体２の走行手段２ａとして、走行機体２の左右それぞれに、車輪に代えて、無限軌道を設けること。
（４）走行機体２の旋回手段として、走行手段２ａの回転差による手段に代えて、走行手段２ａの向きを変えることによる手段を採用すること。

１自律走行車
２走行機体
２ａ走行手段
２ｂ駆動手段
３光電センサ
４明暗検出手段
６走行制御手段
７薬液噴霧手段
１０シート
Ｄ光電センサが発する光線の照射範囲の直径
Ｆ機体前側
Ｇ走行経路の向き
Ｐ走行経路
Ｕ畝

Claims

圃場を走行する走行機体を備えており、走行経路に設けられたガイド手段を辿って自立的に走行するように構成された自律走行車であって、
前記ガイド手段は、前記走行経路上に敷設され、該走行経路の周囲とは異なる明暗度合いの上面を有しているシートであり、
前記走行機体の左前、右前、左後ろ、右後ろの４箇所にそれぞれ下向きに配設され、光線を発する発光部及びその光線の反射光を検出する受光部の組み合わせを含む光電センサと、
各光電センサが検知した反射光の受光レベルに基づいて、各光電センサでの検知対象の明暗度合いを検出する明暗検出手段と、
該明暗検出手段の検出結果に基づいて、前記走行機体が前記シートの上を走行するように該走行機体の走行方向を制御する走行制御手段とを備えている自律走行車。
前記左前の光電センサと前記右前の光電センサとの間隔、及び、前記左後ろの光電センサと前記右後ろの光電センサとの間隔が、それぞれ前記シートの幅よりも狭く設定されており、且つ、前記左前の光電センサと前記右後ろの光電センサとの間隔、及び、前記右前の光電センサと前記左後ろの光電センサとの間隔が、それぞれ前記シートの幅よりも広く設定されている請求項１記載の自律走行車。
前記シートは、雑草の発生を抑制する防草シートである請求項１又は２記載の自律走行車。