JP2802522B2

JP2802522B2 - 自走車の位置制御装置

Info

Publication number: JP2802522B2
Application number: JP1294144A
Authority: JP
Inventors: 健二上村; 貞親都築
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1989-11-13
Filing date: 1989-11-13
Publication date: 1998-09-24
Anticipated expiration: 2013-09-24
Also published as: JPH03154904A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、自走車の位置制御装置に関し、特に、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、あらかじめ設定された走行コースに従って走行させ
るための、自走車の位置制御装置に関する。

（従来の技術）従来、上記自走車のような移動体の現在位置を検出す
る装置として、移動体で発生された光ビームを、移動体
を中心として円周方向に走査する手段と、移動体とは離
れた少なくとも３カ所に固定され、入射方向に光を反射
する光反射手段と、該光反射手段からの反射光を受光す
る受光手段とを具備した装置が提案されている（特開昭
59−67476号公報）。

該従来装置では、前記受光手段の受光出力に基づいて
移動体を中心とする３つの光反射手段間の開き角を検出
し、その検出した開き角と、あらかじめ設定された光反
射手段の位置情報とに基づいて移動体位置を演算するよ
うにしている。

ところで、上記システムにおいては、自走車の傾斜
や、振動に起因して基準点に配置された前記光反射手段
に光ビームを照射できない場合があった。このような場
合には自走車の位置が誤って算出され、その結果、予定
されたコースに沿って自走車を走行させられなくなる。

このように、基準点を見失った場合、見失った基準点
の方位を推定し、該推定された基準点の方位角を使用し
て自走車の位置を算出するように構成された検出装置
が、特願昭63−262192号に記載されている。

上記、基準点の方位角を推定して自走車の位置を算出
する検出装置では、基準点の見失い回数が多くなると、
推定による誤差が蓄積されて、自走車の正確な位置検出
ができなくなるとの配慮から、計数手段で見失い回数を
計数して、該計数された見失い回数が予定の回数を超過
した時には、例えば自走車の走行を中止させるような構
成をとることも考えられている。

（発明が解決しようとする課題）しかし、例えば自走車が長い段差部分に沿って走行し
なければ目的の作業をできないような場合は、自走車が
比較的長時間傾斜して走行するようになり、特定の基準
点を連続して見失う場合がある。このような場合には常
に基準点見失い回数が予定の回数を超えるようになるの
で、頻繁に自走車の走行が中止され、この中止のたびに
作業者（監視人）が再始動操作を行うのでは作業能率が
著しく低下してしまう。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、基
準点見失いに起因する自走者の走行中断頻度を極力減少
させることによって自走者の作業能率を向上させるのに
好適な自走者の位置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）前記の問題点を解決し、目的を達成するために、本発
明は、自走車から離れた少なくとも３カ所の基準点にそ
れぞれ配設された光反射手段と、前記自走車に搭載され
た光ビーム発生手段、光ビーム走査手段、および前記光
反射手段で反射された光ビームを検出する受光手段と、
該受光手段の受光信号に基づいて自走車および前記基準
点間の距離を測定する手段と、該受光手段の受光信号に
基づいて自走車から見た前記角基準点相互間の開き角を
検出する手段と、前記基準点の位置情報および前記開き
角に基づいて自走車の位置を算出する第１演算手段と、
自走車から前記基準点のうちの２つの基準点までの距離
および該２つの基準点の位置情報に基づいて自走車の位
置を算出する第２演算手段と、自走車の位置を演算しす
る際に、基準点が少なくとも３つ検出された場合には前
記第１演算手段の出力を選択し、基準点が２つしか検出
できなかった場合には、前記第２演算手段の出力を選択
する選択手段とを具備した点に特徴がある。

上記構成を有する本発明では、少なくとも３カ所以上
設けられた基準点のうちの２カ所の基準点しか検出でき
ないような場合でも、自走車から該２カ所の基準点まで
の距離および該基準点の位置情報にも基づいて引続き自
走車の位置を検出できるので、自走車の走行を中断する
必要がなく、継続して作業を行わせることができる。

（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７図は本発明の位置制御装置を搭載した自走車、
および該自走車が走行する作業領域周囲の基準点に設け
ら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2Eを発生する発光器
２、および反射物体による該光ビーム2Eの反射器6a〜6d
による反射光2Rを受ける受光器３が搭載されている。前
記発光器２は光を発生する手段（発光ダイオード）を備
え、受光器３は入射光を電気的信号に変換する手段（フ
ォトダイオード）を備えている（共に図示しない）。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。

反射器6a〜6dは自走車１の作業領域の周囲に配設され
る。該反射器6a〜6dは入射光をその入射方向に反射する
反射面を具備しており、コーナキューブプリズム等周知
の反射手段が使用できる。該反射器6a〜6dは操向制御の
ための自走車１の位置検出の基準点として利用される。

自走車１に搭載された図示しない制御装置により、前
記回転テーブル４の回転角度に基づいて自走車１の進行
方向に対する各反射器6a〜6dの方位が算出されると共
に、発光器２から射出された光ビーム2Eの位相と、反射
器6a〜6dから受光器３に戻ってくる反射光2Rの位相との
差に基づいて自走車１と各反射器6a〜6dとの距離が算出
される。

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2Eは、前記回転テーブル４の回
動方向に走査され、反射器６（6a〜6d）によって反射さ
れる。反射器6a〜6dによって反射された該光ビーム2Rは
受光器３に入射される。

距離検出部８では、発光器２から出射された光ビーム
2Eの位相と、受光器３に戻ってくる反射光2Rの位相との
差に基づいて自走車１および各反射器6a〜6d間の距離が
算出される。

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で反射光が受
光される毎に角度検出部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
（＝方位角）に基づいて自走車１から見た各反射器6a〜
6d相互間の開き角が算出される。

第１演算部13では、３カ所以上の反射器の位置情報
と、角度検出器10から供給される方位角および開き角と
に基づいて自走車１の位置および進行方向が算出され
る。

第２演算部12では、自走車１から２カ所の反射器まで
の距離と、該２カ所の反射器の位置情報と、角度検出器
10から供給される方位角とに基づいて自走車１の位置お
よび進行方向が算出される。

基準点識別部11では、検出された反射器の個数が検出
され、また該検出された反射器は設置されている反射器
6a〜6dのうちのどれであるかが識別される。検出された
反射器および検出されなかった（見失った）反射器の識
別は、例えば、次のように行われる。

まず、前回および前々回の走査で検出された反射器の
方位角に基づいて同じ反射器が今回の走査で検出される
べき方位角範囲を推定する。そして、推定された方位角
範囲からの反射光を受光した場合は予定の反射器を検出
したと判断し、該推定方位角範囲からの反射光を受光し
なかった場合は検出されるべき予定の反射器を見失った
と判断する。

このような手法により、検出された反射器の数および
該反射器の特定を行うことができる。なお、該反射器の
識別処理は、特願昭63−262192号および特願昭63−3135
39号に記載されているので詳細の説明は省略する。

切換部17は、検出された基準点の数に応じて基準点識
別部11から出力される切換信号に応答して切換えられ
る。切換部17が切換えられると、その切換位置に従って
第１演算部13および第２演算部12で算出された自走車１
の位置および進行方向を示すデータのいずれか一方が操
舵部14に供給される。

操舵部14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、前記第１演算部13または第
２演算部12で得られた自走車１の位置および進行方向と
に基づいて自走車１を前記走行コースに沿って走行させ
るように操舵量が決定される。該操舵量に応じて操舵モ
ータ15が駆動され、自走車１が操舵される。操舵モータ
15の回転量、すなわち自走車１の操舵量は操舵部14にフ
ィードバックされる。

駆動制御部18はエンジン19の始動・停止、および該エ
ンジン19の動力を車輪に伝達するクラッチ20の動作を制
御する。該駆動制御部18は、予定の走行コースと自走車
の位置とに基づいて自動的にエンジン19を始動・停止さ
せたり、クラッチ20を断続させたりすることができる。

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、設置されている反射器のうちの少なくとも３カ
所の反射器が検出されている場合の、自走車１の位置お
よび進行方向を算出する手順を説明する。

第４図は、第１演算部13において自走車１の位置およ
び進行方向の算出手順を説明するための自走車１および
反射器6a〜6dの位置を示す図である。

同図において、反射器6a〜6dはそれぞれ基準点Ａ〜Ｄ
に配置される。自走車１の位置はＴ（x,y）で示され、
ｘ軸に対する自走車１の進行方向はθｆで示される。同
図では説明を簡単にするため基準点Ｂを座標の原点と
し、基準点Ｃを通る直線をｘ軸とした。

自走車１の進行方向に対する各基準点A,B,C,Dの方位
角は、θa,θb,θc,θｄでそれぞれ示され、互いに隣接
する基準点相互間の開き角は、それぞれα，β，γおよ
びδで示される。

第１演算部13に格納され、前記方位角θａ〜θｄ、開
き角α〜δ、および各基準点の位置情報に基いて自走車
１の位置Ｔ（x,y）および進行方向θｆを算出する算出
式を（１）〜（４）に示す。

なお、自走車１の位置Ｔの算出には開き角α〜δのう
ちの、検出された２つの開き角が利用され、進行方向θ
ｆの算出には方位角θａ〜θｄのうちの、検出された基
準点の方位角が利用される。本実施例では基準点Ｄが検
出されていない例を示す。したがって、次式では開き角
α，βおよび方位角θｂを利用している。

ｘ＝xc｛（１＋ｋ・cotβ）／（１＋k²）｝ ……
（１）ｙ＝kx ……（２）但し、ｋ＝（xc−xa−ya・cotα）／（ya−xa・cotα−xc・cotβ） ……（３） θｆ＝180゜−（θｂ−tan^-1k） ……（４）該算出式を導き出すための手順は特願昭63−116689
号、特願昭63−149619号および特願昭63−202697号にお
いて記載されているので詳細の説明は省略する。

次に、設置されている反射器のうちの２カ所の反射器
だけが検出されている場合に、自走車１の位置および進
行方向を算出する手順を説明する。

第２図、第３図は、第２演算部12において自動車１の
位置および進行方向を算出する手順を説明するための自
走車１および反射器6a〜6dの位置を示す図である。同図
において、第４図と同符号は同一または同等部分を示
す。本実施例では基準点ＡおよびＢが検出されていない
（見失った）場合の例を示す。

まず、ここでは基準点A,Bが検出されていないので、
検出されている基準点Ｃを原点とし，基準点Ｄを通る線
を一方の座標軸とする第３図に示した相対座標系で自走
車１の位置検出を行う。基準点ＣおよびＤから自走車１
までの距離をそれぞれlc,ldとする。相対座標系の座標
軸Xrと基準点Ｂを原点とする絶対座標系のｘ軸とのなす
角度を角度θとすると、基準点Ｃを原点とする相対座標
系における基準点Ｄの座標Dr（XDr,YDr）は次式で算出
される。但し、YDr＝０ XDr＝（xd−xc）cosθ＋yd・sinθ ……（５）そして、相対座標系上での自走車１の位置Tr（X,Y）
は次式で算出される。

Ｘ＝（lc²−ld²＋XDr²）／（２・XDr） ………（６）なお、式（７）によって２つの解が得られるが、いず
れの解を採用するかの判断は、例えば前回算出時の値に
近い方を採用するというような基準によって行うことが
できる。

次いで、算出式（６），（７）を用いて得られた座標
（X,Y）を絶対座標系における座標に変換する。変換式
は次の通りである。

ｘ＝Xcosθ−Ysinθ−xc ……（８）ｙ＝Xsinθ＋Ycosθ ……（９）自走車１の進行方向θｆは次式によって算出される。

θｆ＝180゜−（θｃ−tan^-1k） ……（10）但し、ｋ＝y/x 基準点が２ないし３カ所検出されている場合、上記の
算出式を用いて自走車１の位置および進行方向を算出で
きる。さらに、４カ所すべての基準点が検出されている
場合には、４カ所すべての基準点に関するデータに基づ
いて自走車１の位置および進行方向を算出する方が、よ
り正確に自走車１の位置および進行方向を検出できる。

したがって、３カ所以上の基準点が検出できた場合に
は、３カ所の基準点に関するデータに基づいて自走車１
の位置および進行方向の算出を行ってもよいし、検出さ
れた基準点の数が３つまたは４つのいずれであるかによ
り、３カ所の基準点に関するデータを使用する算出式、
および４カ所の基準点に関するデータを使用する算出式
のいずれかを選んで自走車１の位置および進行方向の算
出を行ってもよい。

なお、４カ所すべての基準点に関するデータに基づい
て自走車１の位置および進行方向を算出するための手順
および算出式は特願昭63−257912号に詳細に記載されて
いるので、ここではその説明は省略する。

次に、前記演算部12または13で算出された自走車１の
位置および進行方向に基づいて行われる自走車１の操向
制御について説明する。第５図は自走車１の走行コース
と反射器6a〜6dの配置状態を示す図であり、第２図と同
符号は同一または同等部分を示す。第６図は操向制御の
フローチャートである。

第５図において、点Ｒ（Xret,Yret）は自走車１の戻
り位置を示し、作業領域22は座標（Xst,Yst），（Xst,Y
e），（Xe,Yst）（Xe,Ye）で示される点を結ぶ領域の少
し外側の領域である。ここでは自走車１の位置Ｔは（X
p,Yp）で示す。

なお、第５図においては、説明を簡単にするため、作
業区域22の４辺をｘ軸またはｙ軸に平行にした例を示し
たが、作業区域22の周囲に反射器6a〜6dを設けるように
さえしてあれば、作業区域22の各辺の向きおよび作業区
域22の形状は任意である。

第６図のフローチャートに従って制御手順を説明す
る。

まず、第６図（その１）のステップS1では、自走車１
を点Ｒから作業開始位置まで無線操縦等適宜の手段によ
り移動させる。

ステップS2では、自走車１を停止させたままで発光器
2,受光器３を回転させ、各基準点A,B,C,Dの検出を行
う。

ステップS3では、走行コースのＸ座標XnとしてXstを
セットし、走行コースを決定し、ステップS4で自走車１
の走行を開始する。

ステップS5では、受光器３が基準点からの反射光を受
光したか否かの判断がなされる。反射光が受光されるま
で該ステップS5は繰返される。反射光が検出されると、
ステップS6に進んで、基準点識別処理が実行される。

該基準点識別処理では基準点はすべて検出されたか、
また、基準点を見失った場合はどの基準点を見失った
か、さらに、ある１つの基準点を連続して見失った回数
は何回か等の検出処理がなされる。該基準点識別処理は
前記特願昭63−262192号および特願昭63−313539号に記
載されている基準点識別処理の手法を適用することがで
きるので、ここでは説明を省略する。

ステップS7ではある１つの基準点を連続して見失った
回数が予定回数を超過したか否かの判別がなされる。該
ステップS7が否定の場合、すなわち、４カ所の基準点の
うちのある１カ所の基準点を予定回数を超えて連続して
見失ってはいないと判断された場合は、第６図（その
２）のステップS8に進んで、４カ所の基準点に関するデ
ータに基づいて自走車１の位置および進行方向を演算す
る。

ステップS9では、走行コースからのずれ量（ΔＸ＝Xp
−Xn、Δθｆ）を演算し、ステップS10では、前記ずれ
量に応じて操舵部14により操舵角制御を行う。

ステップS11では、自走車１がｙ軸方向において、原
点から遠ざかる方向（行き方向）に走行しているか、原
点に近づく方向（戻り方向）に走行しているかを判断す
る。行き方向であれば、ステップS12において一行程が
終了したか（Yp＞Ye）否かが判断され、戻り方向であれ
ば、ステップS13において、一行程終了（Yp＜Yst）した
か否かを判断する。ステップS12またはS13において、一
行程が終了していないと判断されればステップS5に戻
る。

ステップS12またはS13において、一行程が終了したと
半だされれば、次はステップS14において全行程が終了
した（Xp＞Xe）か否かの判断を行う。

全行程が終了していなければ、ステップS14からステ
ップS15に移って自走車のＵターン制御を行う。Ｕター
ンは制御は、前記第１演算部13,第２演算部12で演算さ
れた自走車１の位置情報を操舵部14にフィードバックす
る処理によって行われる直線行程の操向制御とは別の方
式で行われる。

すなわち、旋回行程では自走車１の操舵角をあらかじ
め設定された角度に固定して走行させる制御に移行し、
角基準点A,B,C,Dの方位角のうち、少なくとも１つが予
定の角度範囲内に合致した時点で、直線行程の操向制御
に戻るようにしている。

ステップS16では、XnにXn＋Ｌをセットして次の走行
コースを設定する。次の走行コースが設定されればステ
ップS5に戻る。

全行程が終了したならば、戻り位置Ｒ（Xret,Yret）
へ戻って（ステップS17）、走行を停止する（ステップS
18）。

一方、ステップS7が肯定の場合、すなわち、４カ所の
基準点のうちある１カ所の基準点を予定回数を超えて連
続して見失ったと判断された場合は、ステップS19に移
行する。ステップS19では見失った基準点の数が１つか
２つかの判別を行う。

見失った基準点の数が１つの場合はステップS20に移
行し、第１演算部13において３カ所の基準点に関するデ
ータに基づいて自走車１の位置および進行方向を算出
し、その後ステップS9に進む。

見失った基準点の数が２つの場合は、ステップS21に
移行する。ステップS21では自走車１および基準点間の
距離を、より正確に測定するために走行速度を減速す
る。

走行速度を減速した後、ステップS22に進んで自走車
１から検出された２カ所の基準点までのそれぞれの距離
を測定する。ステップS23では該距離データおよび基準
点の位置情報（座標）に基づき、第２演算部12に格納さ
れている算出式を使用して自走車１の位置および進行方
向を算出する。

ステップS24では走行速度を通常の速度に設定し、そ
の後ステップS9に進む。

以上の説明のように、本実施例では、基準点を見失っ
た場合、残りの基準点つまり検出できた基準点の数に応
じて自走車１の位置および進行方向の算出手法を選択す
るようにした。特に、基準点が２カ所しか検出できなか
った場合には、距離測定機能を巧みに利用して、自走車
の走行制御を行い、作業を継続できるようにした。

なお、本実施例では、検出された基準点が２つの場合
に、相対座標系上で自走車の位置を算出し、それを絶対
座標に変換するようにしたが、本発明はこれに限定され
ず、検出された基準点の位置情報と該基準点および自走
車間の距離とに基づいて絶対座標系上で直接に自走車の
位置を算出しても良い。例えば、検出された２つの基準
点を中心とし、検出された前記距離を半径とする２つの
円を求め、該円の交点を算出することによって自走車の
位置を検出できる。

（発明の効果）以上の説明から明らかなように、本発明によれば、次
のような効果が達成できる。

（１）基準点を見失った場合には、検出された基準点の
数に応じた適当な算出手法によって自走車の位置を検出
して自走車の操向制御が継続できるので、頻繁な走行の
中断が発生しにくくなり、作業効率が向上する。

（２）段差があったり起伏が激しいような作業領域で
も、２カ所の基準点が検出できれば走行作業を継続でき
るので、自走車の適用範囲を拡大できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の機能構成を示すブロック
図、第２図，第３図および第４図は自走車と基準点の位
置関係を示す図、第５図は自走車の走行コースと反射器
の配置状態を示す図、第６図は操向制御のフローチャー
ト、第７図は自走車と反射器の配置状態を示す斜視図で
ある。１……自走車、２……発光器、３……受光器、６……反
射器、７……ロータリエンコーダ、８……距離検出部、
９……カウンタ、10……角度検出部、11……基準点識別
部、12……第２演算部、13……第１演算部、14……操舵
部、17……切換部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G05D 1/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】自走車から発生した光ビームを、該自走車
を中心として円周方向に走査することによって基準点を
検出し、該基準点との相対位置関係から自走車の位置お
よび進行方向を検出する自走車の位置制御装置におい
て、前記自走車とは離れた少なくとも３カ所の基準点に設置
され、入射方向に光を反射する光反射手段と、前記自走車に搭載され、前記光ビームを発生する光ビー
ム発生手段、および該光ビームの反射光を受光する受光
手段と、前記光反射手段からの反射光に基づいて前記自走車と各
基準点との距離を検出する手段と、前記光反射手段からの反射光に基づき、自走車から見た
各基準点の方位角を検出する手段と、少なくとも３カ所に設置された前記各基準点の位置情
報、および該基準点の相互間の開き角に基づいて自走車
の位置を算出する第１演算手段と、自走車および前記各基準点のうち２つの基準点間の距離
と、該２つの基準点の位置情報とに基づいて自走車の位
置を算出する第２演算手段と、自走車の位置を演算する際に、少なくとも３つの基準点
が検出された場合には前記第１演算手段の出力を選択
し、２つの基準点しか検出できなかった場合には、前記
第２演算手段の出力を選択する選択手段とを具備したこ
とを特徴とする自走車の位置制御装置。
【請求項２】前記第２演算手段が、２つの基準点の一方
を原点とし、該原点および他方の基準点を通る直線を一
方の座標軸とする相対座標系上での自走車の位置を算出
する演算手段であって、前記第２演算手段で算出された相対座標系上での自走車
の位置を、前記２つの基準点を含む少なくとも３つの基
準点の１つを原点とし、該原点および他の１つの基準点
を通る直線を一方の座標軸とする絶対座標系上での位置
に座標変換する座標変換手段をさらに具備したことを特
徴とする請求項１記載の自走車の位置制御装置。