JP2886010B2 - 車体方位検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地磁気に基づいて方位
を検出する地磁気方位センサが車体に付設され、その地
磁気方位センサの検出値に基づいて前記車体の方位を求
める処理手段が設けられた車体方位検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】主として屋外における作業車や搬送車等
の車体の方位を検出する手段の一つとして、地磁気方位
センサを用いたものがある。この地磁気方位センサは、
地面に平行な平面における地磁気の車体前後方向成分と
その直角方向成分とを各別に検出し、その比より方位を
求めるものである。従って、近くに地磁気以外の外部磁
界があればその影響を受けやすく、又、金属等、透磁率
の高い物体が近づいても検出値が変動し、方位検出精度
が悪化する。

【０００３】そこで、従来から、地磁気方位センサを車
体に取り付ける際には、出来るだけ金属フレームから遠
ざけたり、近くに磁気を発生するモータ等がある場合に
これをシールドするといった工夫が行われている。又、
実際に車体に取り付けた状態で地磁気方位センサの検出
値のオフセット補正を行っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、例えばゴル
フカートに地磁気方位センサを取り付けて方位を検出さ
せる場合、クラブを積載していない状態で上記オフセッ
ト補正を行っても、クラブを積むことにより、方位検出
の精度が悪化することがわかった。クラブが地磁気方位
センサに加わる地磁気に悪影響を与えるためである。か
かる問題は、ゴルフカートに限らず、金属製荷物の積み
下ろしを行う小型搬送車の方位検出について一般に発生
し得る。

【０００５】本発明はかかる実情に鑑みて為されたもの
であって、その目的は、上記のように金属製荷物の積載
状態が変化した場合に、地磁気方位センサによる方位検
出精度の悪化を防止することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明による車体方位検
出装置は、地磁気に基づいて方位を検出する地磁気方位
センサが車体に付設され、その地磁気方位センサの検出
値に基づいて前記車体の方位を求める処理手段が設けら
れた車体方位検出装置であって、第１の特徴構成は、前
記車体に、前記車体の走行に伴って地面と接しながら転
動する転輪が停止しているか否かを検出する停止検出手
段が設けられ、前記処理手段が、前記転輪の停止状態に
おいて前記地磁気方位センサの検出値が変化したとき
は、その変化分を補正値として記憶し、その後における
前記地磁気方位センサの検出値を前記補正値によって補
正するように構成されている点にある。

【０００７】第２の特徴構成は、第１の特徴構成を実施
する際の好ましい具体構成を特定するものであって、車
体の走行距離を計測するために、前記転輪の回転量を検
出する転輪回転量検出手段が設けられ、前記停止検出手
段が、前記転輪回転量検出手段の検出情報に基づいて、
前記転輪が停止しているか否かを判別するように構成さ
れている点にある。

【０００８】

【作用】第１、第２の特徴構成において、車体の走行に
伴って地面と接しながら転動する転輪は、走行用の駆動
輪でも従動輪でもよく、さらには、それらとは別個に設
けた走行距離計測用の転輪であってもよい。この転輪が
停止しておれば車体は静止しており地磁気方位センサの
検出値は、通常なら変化しないはずである。

【０００９】しかし、例えばゴルフカートにおいてゴル
フクラブの積み下ろしを行う場合のように、金属製荷物
の積載状態の変化により地磁気方位センサの周囲の磁界
が変化してその出力が微妙に変化する場合がある。この
場合に、第１の特徴構成によれば、処理手段がその変化
分を補正値として記憶し、その後における地磁気方位セ
ンサの検出値をその補正値によって補正する。

【００１０】又、車体の位置検出等においては、地磁気
方位センサ等による方位検出と共に車体の移動距離（走
行距離）の計測が必要であり、このために上記転輪の回
転量を検出する転輪回転量検出手段が設けられることが
多い。そこで、第２の特徴構成によれば、上記停止検出
手段が、転輪回転量検出手段の検出情報に基づいて、転
輪が停止しているか否かを判別する。

【００１１】

【発明の効果】上記のように、第１の特徴構成によれ
ば、車体の静止時において地磁気方位センサの周囲の磁
界に変化を与えるゴルフクラブの積み下ろしの如き状態
変化があったときに、処理手段がその状態変化に伴う地
磁気方位センサの検出値の変化分を補正値として記憶
し、その補正値によって以後の地磁気方位センサの検出
値を補正するので、その状態変化による検出精度の悪化
を防止できるものとなった。又、第２の特徴構成によれ
ば、車体の走行距離計測用の検出手段を利用して構成の
複雑化を極力回避しながら、車体の静止状態を良好に検
出することができ、第１の特徴構成を実施する際の好適
な手段が得られる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明をゴルフカートの位置検出に適
用した実施例について、図面に基づいて説明する。図２
に示すように、本実施例のゴルフカート（以下、カート
という）は、一対の後輪１と前輪２を備える三輪構造の
車体に、操縦用ハンドル３、クラブケース４等を付設し
て構成されている。後輪１は走行輪であって走行モータ
により回転駆動される。前輪２は遊転輪であると共に、
操向モータによって操舵角を変更される操向輪である。
両モータはカートに搭載されたバッテリーの電力で駆動
される。

【００１３】ハンドル３は、カートの走行、停止等を操
作するためのものである。グリップ３ａを左右軸芯Ｐ周
りに回すことにより、前進、後進、ニュートラルを切り
換えることができる。又、前進については、低速走行と
高速走行とを切り換えることができる。各切換位置は、
グリップ３ａの左側に設けられたロータリースイッチ３
ｂによって検出される。

【００１４】グリップ３ａを前後軸芯Ｑ周りに回すと操
向モータが操向輪２の操舵角を変更する。例えば、前進
時にグリップ３ａを時計回りに回せばカートは右折し、
反時計回りに回せばカートは左折する。又、回す角度に
応じて回転半径が変化する。つまり、小さく回せば緩や
かなカーブで曲がり大きく回せば急なカーブで曲がる。
回転方向及び回転角度はポテンショメータ３ｃによって
検出される。尚、グリップ３ａを握った手を緩めればグ
リップ３ａは元の状態（直進状態）に戻るように付勢さ
れている。

【００１５】上記のような走行・操向制御は、カートに
搭載されたマイクロコンピュータやその周辺回路等で構
成されるコントローラ５が司る。図１に示すように、コ
ントローラ５に上記のロータリースイッチ３ｂ及びポテ
ンショメータ３ｃからの信号が入力されている。コント
ローラ５は、これらの信号に基づいて、モータ駆動回路
６ａ，７ａを介して走行モータ６及び操向モータ７の駆
動を制御することにより、カートの走行・操向制御を行
なう。尚、バッテリーからコントローラ５等への電源供
給回路を開閉することにより電気系の起動、停止を指令
するための押釦式の電源スイッチ３ｄがグリップ３ａの
右側に設けられている。

【００１６】図２に示すように、ハンドル３の前方にＬ
ＣＤモジュール等からなる表示装置８が付設されてい
る。これは、主にホールの形状等のホール情報を表示さ
せて、プレイヤーの便宜に供するためのものである。表
示装置８は、グラフィックディスプレイ８ａと、画面切
換入力やスコア入力等を行うためのタッチパネル８ｂを
備える。ＬＣＤからなるグラフィックディスプレイ８ａ
の上に、透明電極からなるタッチパネル８ｂが重ねら
れ、両者が一体に構成されている。

【００１７】グラフィックディスプレイ８ａには、例え
ば図３に示すような表示が行われる。図中、９にはホー
ル全体の概略図がグラフィック表示されると共に、後述
のようにして求められるカートの現在位置が９ａに示す
ようにマーク表示され、１０にはワンポイントアドバイ
ス等のメッセージが表示される。１１には、後述のよう
にして算出されるピンまでの概算距離が表示される。

【００１８】画面の右側には、タッチパネルの有効なキ
ーの機能が表示されている。例えば「次のショット」を
押せば、９には第２打地点からグリーンまでの拡大図が
表示される。「スコア記入」を押せば、有効なキーの表
示も含めてスコア記入画面に変わる。画面右下の「ＳＯ
Ｓ」は、何らかの障害が発生したときに、カートに備え
られた通信機能によりクラブハウスに緊急連絡するため
のキーである。

【００１９】図１に示すように、表示装置８には画面制
御やキー入力処理を実行するマイクロプロセッサ８ｄや
着脱自在なメモリカード８ｅが備えられている。一枚の
メモリカード８ｅには一つのゴルフコースの各ホール毎
の表示データが記憶されている。つまり、各ホール毎
に、ホール全体の表示データ、セカンドショット地点か
らグリーンまでのズーム表示データ、グリーン周辺のズ
ーム表示データといった複数の表示データが記憶されて
いる。

【００２０】又、スコア記入データがメモリカード８ｅ
に書き込まれる。プレー終了後に、メモリカード８ｅが
表示装置８から外され、クラブハウスに設置されたコン
ピュータに接続される。そしてスコア記入データが読み
出されて集計される。又、ホール情報の表示データの書
き込みや変更もクラブハウスのコンピュータに接続され
て行われる。

【００２１】ホール毎の表示データの切り換えは、マイ
クロプロセッサ８ｄがタッチパネル８ｂからの切換入力
に基づいて実行する。又、１ホール内での表示の切り換
えは、タッチパネル８ｂからの入力により切り換えるこ
ともできるが、次に述べるようにして求められるカート
の現在位置に基づいてマイクロプロセッサ８ｄが自動的
に実行する。つまり、例えばティーショットを終えてセ
カンドショットの位置近くまでカートを移動させると、
ホール全体の概略図から第２打地点からグリーンまでの
拡大図に自動的に切り換わる。

【００２２】カ−トには、走行距離を検出するためのロ
ータリーエンコーダ１２と、車体の向き（方位）を検出
するための地磁気方位センサ１３が設けられ、これらの
出力信号がコントローラ５に入力されている（図１参
照）。ロータリーエンコーダ１２は、地面と接しながら
転動する転輪である走行輪１の回転量を検出する転輪回
転量検出手段に相当し、走行輪１の回転量（回転数）に
比例するパルス数の信号を出力する。そして、コントロ
ーラ５内に設けられた距離カウンタ５ａがそのパルス数
を積算することにより走行距離に相当する値が得られ
る。

【００２３】地磁気方位センサ１３は、地面に平行な平
面における地磁気の車体前後方向（Ｙ方向）成分とその
直角方向（Ｘ方向）成分とを各別に検出し、その比から
車体の方位を検出するためのものであって、図４に示す
ように構成されている。高透磁率のトロイダルコア１４
に励磁コイル１５を巻回し、その上から互いに直交する
直径方向に巻回した一対の出力コイル１６，１７を設け
たフラックスゲート方式のものであって、軸芯Ｐが鉛直
方向になるようにカートに取り付けられる。

【００２４】尚、地磁気方位センサ１３に金属等、透磁
率の高い物体が近づくと、その影響で地磁気のＸ方向成
分とＹ方向成分とを正確に検出できなくなる。又、近く
に磁気を発生するものがある場合もその影響を受けやす
い。そこで、図２に示すように、地磁気方位センサ１３
を金属フレームからできるだけ遠ざけるべく、カート前
部に非磁性材料製の支柱１３ａにて支持された樹脂製ケ
ース１３ｂを設け、この中に地磁気方位センサ１３を収
納している。又、前輪２の上方に配置される操向モータ
７は、シールドケース７ｂの中に収納されている。

【００２５】図４に示すように、地磁気方位センサ１３
の励磁コイル１５には発振器１８からドライバ１９を介
して十分大きな振幅の交流電流が流されている。その結
果、トロイダルコア１４には、飽和特性により正弦波の
山と谷がクランプされた正負対称波形の交流磁界が発生
している。従って、出力コイル１６，１７には、電圧が
誘起されない。各出力コイルの、トロイダルコア１４の
直径方向の両端側で発生する起電力の向きが逆で大きさ
が等しいからである。

【００２６】しかし、例えば出力コイル１６に直角な方
向（Ｘ方向）から外部直流磁界（地磁気）が加わると、
出力コイル１６の両端側で発生する起電力の大きさのバ
ランスが崩れる。一端側で励磁コイル１５による交流磁
界と地磁気の方向が一致すれば、他端側では方向が逆に
なるので、一端側ではトロイダルコア１４の飽和特性に
よる起電力のクランプ量が大きくなり、他端側ではクラ
ンプ量が小さくなるからである。この結果、出力コイル
１６に交流電圧が誘起される。

【００２７】一方、出力コイル１６と直角方向に設けら
れた出力コイル１７には地磁気の影響は現れないので電
圧が誘起されない。出力コイル１７に直角な方向（Ｙ方
向）から地磁気が加わった場合は、上記とは逆に、出力
コイル１７に交流電圧が誘起され、出力コイル１６には
電圧が誘起されない。一般に、出力コイル１６に直角な
方向（Ｘ方向）と方位角θをなす任意の方向から地磁気
Ｈが加わった場合、出力コイル１６，１７に対して直交
する地磁気Ｈの直交成分Ｈｘ，Ｈｙは、 Ｈｘ＝Ｈｃｏｓθ，Ｈｙ＝Ｈｓｉｎθ となり、出力コイル１６，１７には、Ｈｘ，Ｈｙに比例
する交流電圧が誘起される。誘起された交流電圧は、そ
れぞれのフィルタ増幅器２０及び検波器２１を経て、直
流電圧Ｖｘ，Ｖｙとして取り出される。

【００２８】地磁気方位センサ１３の出力電圧Ｖｘ，Ｖ
ｙは、図１に示すように、コントローラ５に入力され、
コントローラ５内のＡ／Ｄ変換器５ｂにてサンプリング
され、ディジタル値に変換される。以下の説明におい
て、ディジタル値に変換されたものを検出値Ｖｘ，Ｖｙ
という。そして、コントローラ５内の処理手段５ｃが、
地磁気方位センサ１３の検出値Ｖｘ，Ｖｙに基づいて車
体の方位を求める。

【００２９】上記のように、地磁気のＸ方向成分、Ｙ方
向成分の強さは、車体の方位に応じて変化するので、車
体の方位θを３６０度変化させたときの検出値Ｖｘ，Ｖ
ｙの変化は、図５（ａ）に示すように、オフセット電圧
（以下、オフセット値という）Ｖｘ₀ ，Ｖｙ₀ を中心と
する円を描く。従って、車体の方位角θは、次式より求
めることができる。 θ＝ｔａｎ^-1（（Ｖｙ−Ｖｙ₀ ）／（Ｖｘ−Ｖｘ₀ ））

【００３０】尚、オフセット値Ｖｘ₀ ，Ｖｙ₀ は、地磁
気方位センサ１３をカートに取り付けたときに車体フレ
ーム等の影響で生ずるものであって、以下のようにして
求められる。即ち、起動時（安定後）にカート停止状態
において、図４に示すモータＭを回転駆動し、地磁気方
位センサ１３の本体（コア１４、コイル１５，１６，１
７）をブラケットＢごと軸芯Ｐ周りに３６０度回転させ
る。そして、ポテンショメータＰＭにて検出される所定
角度毎に検出値Ｖｘ，Ｖｙを検出し、それぞれの平均値
を求めてオフセット値Ｖｘ₀ ，Ｖｙ₀ としている。

【００３１】しかし、上記オフセット補正を行っても、
クラブの積み下ろしによってオフセット電圧が変化して
しまう。例えば、図５（ｂ）に示すように、クラブを積
んでいない状態でのオフセット値Ｖｘ0 ，Ｖｙ0 が求ま
っているとして、クラブを積んだときに、オフセット値
が（Ｖｘ0 ＋Ｖｘ1 ，Ｖｙ0 ＋Ｖｙ1 ）になるとすれ
ば、このときの車体の方位角θを求める式は次のように
なる。 θ＝ｔａｎ^-1（（Ｖｙ−Ｖｙ0 −Ｖｙ1 ）／（Ｖｘ−Ｖｘ0 −Ｖｘ1 ）

【００３２】つまり、クラブの積み下ろしによってオフ
セット値が変化することにより、車体の方位角θの検出
精度が悪くなる。これを防止すべく、処理手段５ｃは、
カートの停止状態において検出値Ｖｘ，Ｖｙが変化した
場合は、クラブの積み下ろしがあったと判断して、その
変化分ΔＶｘ，ΔＶｙを補正値として記憶し、その後に
おける検出値Ｖｘ，Ｖｙを補正値ΔＶｘ，ΔＶｙによっ
て補正している。つまり、補正値ΔＶｘ，ΔＶｙを積算
したものが、上式におけるＶｘ₁ ，Ｖｙ₁ に相当する。

【００３３】カートが停止しているか否かは、走行輪１
が停止しているか否かにより判別される。即ち、コント
ローラ５内の停止検出手段５ｄが、ロータリーエンコー
ダの検出情報に基づいて、換言すれば、距離カウンタ５
ａの値に変化が有ったか否かに基づいて判別する。上記
の距離カウンタ５ａ、処理手段５ｃ、停止検出手段５ｄ
等は、実際にはコントローラ５のマイクロコンピュータ
のプログラムで構成されている。以下、これら各手段を
含むマイクロコンピュータが実行する位置演算処理につ
いて図６の流れ図に沿って説明を加える。

【００３４】図６は、ホールにおける基準地点（例えば
ティーショット地点）に対するカートの現在値（Ｘ，
Ｙ）を算出する位置演算処理をを示す。先ず、処理
（イ）において、距離カウンタ５ａに変化があるか否か
がチェックされる。具体的には距離カウンタ５ａの値を
一旦記憶しておき、前回の値と今回の値を比較する。変
化が有れば（ロ）以降に示す車体の方位角の算出等の処
理に移行するが、変化が無い場合は、（ハ）以降の補正
値を求める処理に移行し、先ず、地磁気方位センサ１３
の検出値Ｖｘ，Ｖｙが変化したか否かをチェックする。

【００３５】つまり、距離カウンタ５ａに変化がない場
合はカートが停止しているので、通常は地磁気方位セン
サ１３の検出値Ｖｘ，Ｖｙに変化は無いはずであるが、
それにもかかわらず変化が発生したときは、前述のよう
にクラブの積み下ろし変化があったと判断して、その変
化分ΔＶｘ，ΔＶｙを求めて補正値として記憶する（処
理（ニ））。具体的には、検出値Ｖｘ，Ｖｙを一旦記憶
しておき、前回の値と今回の値を比較する。但し、図６
では省略しているが、変化後の値は所定時間（所定回
数）続いて安定したときに有効としている。又、実際に
は、補正値ΔＶｘ，ΔＶｙを積算したＶｘ₁ ，Ｖｙ₁ が
有効な補正値となる。（処理（ホ））。

【００３６】処理（ロ）においては、距離カウンタ５ａ
の値の変化が所定距離Ｌ（例えば１ｍ）に相当する変化
に達したか否かチェックし、達していれば（ヘ）以降の
処理を実行し、達していなければそのまま元のルーチン
に戻る。即ち、所定距離Ｌ毎に（ヘ）以降の処理を実行
する。

【００３７】処理（ヘ）で読み取られたれた検出値Ｖ
ｘ，Ｖｙから、前述のようにして求めたオフセット値Ｖ
ｘ₀ ，Ｖｙ₀ 及び処理（ニ），（ホ）で求めた補正値Ｖ
ｘ₁ ，Ｖｙ₁ が減じられて、その比（Ｖｙ−Ｖｙ₀ −Ｖ
ｙ₁ ）／（Ｖｘ−Ｖｘ₀ −Ｖｘ ₁ ）から車体の方位角θ
が算出される（処理（ト））。上記演算は、検出値Ｖ
ｘ，Ｖｙから先ず補正値Ｖｘ₁ ，Ｖｙ₁ を減じ（て補正
し）、さらにオフセット値Ｖｘ₀ ，Ｖｙ₀ を減じて、そ
の比を求めると言い換えることもできる。

【００３８】方位角θが求まれば、前記所定距離Ｌと方
位角θとからＸ方向の移動量ΔＸ及びＹ方向の移動量Δ
Ｙを算出する（処理（チ））。これらの移動量ΔＸ，Δ
Ｙを各別に積算することにより基準地点（０，０）に対
するカートの現在位置（Ｘ，Ｙ）が求められる（処理
（リ））。

【００３９】現在位置（Ｘ，Ｙ）が求まれば、さらに現
在位置（Ｘ，Ｙ）からピン位置（Ｘ０，Ｙ０）までの距
離を求める。求めた現在位置やピンまでの距離は表示装
置８に与えられ、前述のように表示される。尚、ピン位
置（Ｘ０，Ｙ０）は、前記メモリカード８ｅに記憶され
たホール情報に含まれており、コントローラ５は、ホー
ルが変わったときに現在位置（Ｘ，Ｙ）をリセットする
と共にピン位置（Ｘ０，Ｙ０）を表示装置８から得る。

【００４０】以下、別実施例を列記する。 上記実施例においては、走行輪１を走行距離を計測
するために回転量を検出する対象、及び、地磁気方位セ
ンサの検出値の補正のために停止しているか否かを検出
する対象としたが、操向輪２を上記対象としてもよく、
或いは、上記対象となる専用の転輪をカートに別途付設
してもよい。又、走行距離を計測するための回転量の検
出と、基準値の較正のための停止しているか否かの検出
を同じ転輪（車輪）で行う必要は必ずしもない。

【００４１】 本発明は、上記実施例のようなフラッ
クスゲート方式の地磁気方位センサを用いたものに限ら
ず、例えば磁針等、種々の公知の地磁気方位センサを用
いたものに広く適用できる。

【００４２】 又、本発明は、上記実施例のようなゴ
ルフカートに限らず、例えば芝刈り機等の無人作業車等
にも適用できる。

【００４３】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る車体方位検出装置付ゴル
フカートの制御ブロック図

【図２】ゴルフカートの斜視図

【図３】表示装置によるホール情報表示例を示す図

【図４】地磁気方位センサの構成を示す図

【図５】地磁気方位センサの検出値と補正値を示す図

【図６】位置演算処理の流れ図

【符号の説明】

１ 転輪 ５ｃ 処理手段 ５ｄ 停止検出手段 １２ 転輪回転量検出手段 １３ 地磁気方位センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山中 之史 大阪府堺市石津北町64番地 株式会社ク ボタ 堺製造所内 (72)発明者 横山 幸生 大阪府堺市石津北町64番地 株式会社ク ボタ 堺製造所内 (56)参考文献 特開 平１−185708（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−110717（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G05D 1/00 - 1/12 G01C 17/38

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地磁気に基づいて方位を検出する地磁気
   方位センサ（１３）が車体に付設され、その地磁気方位
   センサ（１３）の検出値に基づいて前記車体の方位を求
   める処理手段（５ｃ）が設けられた車体方位検出装置で
   あって、 前記車体に、前記車体の走行に伴って地面と接しながら
   転動する転輪（１）が停止しているか否かを検出する停
   止検出手段（５ｄ）が設けられ、前記処理手段（５ｃ）
   が、前記転輪（１）の停止状態において前記地磁気方位
   センサ（１３）の検出値が変化したときは、その変化分
   を補正値として記憶し、その後における前記地磁気方位
   センサ（１３）の検出値を前記補正値によって補正する
   ように構成されている車体方位検出装置。
2. 【請求項２】 車体の走行距離を計測するために、前記
   転輪（１）の回転量を検出する転輪回転量検出手段（１
   ２）が設けられ、前記停止検出手段（５ｄ）が、前記転
   輪回転量検出手段（１２）の検出情報に基づいて、前記
   転輪（１）が停止しているか否かを判別するように構成
   されている請求項１記載の車体方位検出装置。