JP2944814B2 - 障害物センサ付き自動走行車両 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、走行経路に沿って無人
自動走行できるようにするための操舵制御装置を備え、
且つ車体に搭載した左右一対の超音波センサ等の障害物
センサのうち少なくともいずれか一方で障害物までの距
離を検出して、その距離が一定以下のときには緊急停止
するようにした自動走行車両に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、先に本出願人が実開平２−７０
２１０号公報等で開示したように、果樹園等で使用する
薬剤散布機（スピードスプレヤ）等の無人作業車両にお
いて、果樹園の樹木列の間に敷設した電磁誘導ケーブル
から発生する磁界を、車体に搭載した左右一対の磁気セ
ンサで検出し、該誘導ケーブルに略沿うように操舵制御
する無人走行車両は公知である。

【０００３】また、例えば特開昭６０−２３４５０７号
公報では、果樹園等で使用する薬剤散布機（スピードス
プレヤ）等の無人走行車両において、その車体の前部に
前向きに搭載した超音波センサにより障害物（対象物）
までの距離を検出し、この距離が緊急停止設定範囲内に
なると、「障害物有り」と判断して、車体を停止させる
ように制御することが開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記樹木列
の端部で次の樹木列に走行車両を回行制御する場合、車
輪の操舵角度は回行方向に向いているが、車体の前面は
回行方向より外側に向いているのが一般的である。その
場合、旋回外側に位置する柵等の対象物に旋回しようと
する車体が接触（衝突）するおそれが無い場合であって
も、車体前部に前向きに設けられた左右一対の超音波セ
ンサのうち、旋回外側に設けられた超音波センサの位置
からその旋回外側に位置した対象物（障害物）までの距
離が、旋回内側の超音波センサの位置からその旋回内側
に位置した対象物（障害物）までの距離よりも短くなる
場合が多いため、旋回外側に配置された超音波センサか
ら対象物までの距離が前記緊急停止設定範囲内となり、
「障害物有り」と判断して、緊急停止制御してしまうと
いう問題があった。

【０００５】本発明は、この問題を解決することを目的
とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明では、走行経路を検出するセ
ンサと、操舵角度センサと、これらセンサの検出結果に
基づいて操舵制御を実行する制御手段とを備えてなる自
動走行車両において、車体の前部に設けた左右一対の超
音波センサ等の障害物センサのうち、少なくとも左右い
ずれか一方のセンサから障害物までの距離データから、
緊急停止を決定する制御手段を備える一方、前記一対の
障害物センサによる障害物までの設定危険距離を、旋回
外側での障害物センサのものが旋回内側での障害物セン
サのものより短くなるように設定する制御手段を設けた
ものである。

【０００７】

【発明の作用・効果】本発明の構成によれば、車体の前
部に搭載した超音波センサまたは赤外線センサ等の障害
物センサにおける送波器から目標物または障害物に向か
って超音波（赤外線）を照射し、目標物等から反射して
受波器まで帰って来る時間を測定することにより、目標
物迄の距離が検出できる。これにより、通常の略直線状
の走行経路においては、当該走行経路中に進入したもの
が車体前方から一定距離以内（設定危険距離範囲内）に
あると判別すると、緊急停止させる。

【０００８】他方、旋回中では、その車体の前部及び旋
回外側の部位に対してかなり近い位置に存在する物（対
象物）があっても、通常、その物と車体とは接触したり
衝突することがない。しかるに、旋回経路中では、車体
の向きは少なくとも旋回経路の円弧の接線よりも外側を
向いていることが多く、その場合、車体の前方に当該車
体の前後方向軸線と略平行状に向けた左右一対の障害物
センサのうち、旋回外側に位置する障害物センサから対
象物までの距離が、前記設定危険距離の範囲内に入って
しまうことになり、正常な旋回中に障害物ありとして緊
急停止する。

【０００９】そこで、請求項１に記載の発明のように、
旋回外側に位置する障害物センサによる障害物までの設
定危険距離を、旋回内側での障害物センサのものより短
くなるように設定すると、旋回動作に邪魔にならない旋
回外側箇所の対象物を障害物として検出することを防止
できる結果、不必要な緊急停止を起こさずに済み、円滑
な旋回作業を実行できるという効果を奏する。

【００１０】また、旋回内側に位置する障害物センサで
旋回内側より部位に位置する対象物を検出できるので、
そのセンサとの距離が所定の危険距離内になれば緊急停
止することができるという効果を奏する。

【００１１】

【実施例】次に本発明の操舵制御装置を自動走行型の薬
剤散布機（スピードスプレヤ）に適用した実施例につい
て説明すると、スピードスプレヤである作業車両１は、
車体２の前部にハンドル３を備えた運転操作部を有し、
車体２の後部には薬液タンク４とその後部に噴霧部５と
を備えている。

【００１２】噴霧部５は、車体２の下面を除く外周面に
適宜間隔で半径外向きに臨ませた多数の噴霧ノズル６
と、その半径外向きに風を送る送風機５ａが装着され、
前記噴霧ノズル６は車体２の左右及び上面との３区画若
しくは左右２区画ごとに噴霧の作業を実行するように散
布制御できるものである。

【００１３】符号７，７は左右前輪、符号８，８は左右
後輪であり、これらの４輪はエンジン１３からの動力が
走行変速機構１４を介して各々伝達されて駆動できるい
わゆる４輪駆動型であり、さらに前後４輪とも、前部操
舵装置９と後部操舵装置１０により各々その車輪の向き
を左右に回動変更できるいわゆる４輪操舵型である。

【００１４】前部操舵装置９とハンドル３とは従来周知
のステアリング機構介して連結されている。このステア
リング機構は機械的または油圧系統を含む機構である。

【００１５】前部操舵装置９は、そのステアリング機構
に取付く複動式の油圧シリンダ１５の作動にて左右前輪
７，７の向きを変更させることができる。

【００１６】同様に後部操舵装置１０においても、その
ステアリング機構に取付く左右一対の油圧シリンダ１６
の作動にて左右前輪８，８の向きを変更させることがで
きる。

【００１７】図３に示す油圧回路１７は油圧ポンプ１８
から電磁制御弁１９を介して前記前部操舵装置９におけ
る油圧シリンダ１５に、また電磁制御弁２０を介して後
部操舵装置１０における油圧シリンダ１６に各々作動油
を送るものであり、符号２１は前輪７の操舵角度を検出
できる操舵角度センサ、符号２２は後輪８の操舵角度を
検出できる操舵角度センサである。この場合、左右車輪
の向き角度の平均値を求めて検出しても良い。

【００１８】符号２３，２４は、車体２の前部に設けた
障害物センサとしての左右一対の超音波センサで、その
各送波器２３ａ，２４ａ及び受波器２３ｂ，２４ｂをス
テップモータ２５，２５に連結し、作業車両１の進行方
向左右両側に首振り回動するように設けてある。また各
ステップモータ２５または超音波センサ２３，２４に関
連させてその向きを検出するためのロータリエンコーダ
２６，２６を設ける。

【００１９】そして、車体２の進行方向左側位置にある
対象物（障害物）は、主として左側の超音波センサ２３
で検出し、車体２の右側位置にある対象物（障害物）
は、主として右側の超音波センサ２４で検出するように
検出範囲を分担するものである。なお、障害物センサと
して、赤外線センサを使用しても良い。

【００２０】車体２の前部等に下面側に左右一対の磁気
センサ２７，２７を設ける。この磁気センサ２７，２７
は、電気導体をコイル状に巻いたピックアップコイルで
あっても良いし、ホール素子、ホールＩＣ、磁気抵抗素
子、磁気トランジスタであっても良い。図示しない交流
電流発生装置に接続して立木等の対象物Ｗの列間の走行
経路に沿って地中に埋設した誘導ケーブル２８から発生
する磁界の強度を、前記一対の磁気センサ２７，２７に
て検出し、その強度差から、誘導ケーブル２８と左右一
対の磁気センサ２７，２７との距離の差、ひいては誘導
ケーブル２８の軸線と車体２の中心線との横ずれ偏位及
びその横ずれ方向を後述のマイクロコンピュータ等の中
央処理装置（ＣＰＵ）２９にて演算する。

【００２１】図４の実施例の制御回路ブロック図におけ
る中央処理装置２９には、後述の制御のためのプログラ
ムを記憶させた読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）３０、各
種データを一時的に記憶する随時読み書き可能メモリ
（ＲＡＭ）３１、および入出力インターフェイス３２を
備え、該入出力インターフェイス３２には次ものを接続
する。即ち、磁気センサ２７，２７、操舵角度センサ２
１，２２、ロータリエンコーダ２６，２６及び前記各超
音波センサ２３，２４における受波器２３ｂ，２４ｂに
各々接続したボリューム等の危険距離設定器３３，３３
を接続し、これらの各入力信号を入出力インターフェイ
ス３２を介して中央処理装置２９に入力する。前記危険
距離設定器３３，３３では、各超音波センサ２３，２４
から対象物Ｗまでの距離が一定値以下になると危険であ
るとして、ブレーキ作動、燃料供給カット等にて車体を
緊急停止させるための、前記距離の大小を作業者等が変
更設定できるものである。

【００２２】また、中央処理装置２９からの信号を入出
力インターフェイス３２を介してステップモータ２５，
２５に対する駆動回路３４，３４、各超音波センサ２
３，２４における送波器２３ａ，２４ａの出力調節回路
３５，３５に所定の信号を送る。各出力調整回路３５の
調節により、各超音波センサ２３，２４が出力する超音
波の最大限届く範囲を大小調節できる。

【００２３】また入出力インターフェイス３２に、舵取
り用油圧シリンダ１５，１６の電磁制御弁１９，２０に
対する電磁ソレノイド等の駆動回路３６，３７及びブレ
ーキ手段作動のための駆動回路３８、エンジン１４への
燃料供給をカットする閉止弁のための駆動回路３９を各
々接続する。

【００２４】次に、中央処理装置２９にて、前記超音波
センサ２３，２４の向きを旋回方向に向けるための制御
と、そのとき旋回外側に位置する超音波センサの設定危
険距離の変更制御について説明する。

【００２５】図５の示すように走行経路に沿って配置し
た誘導ケーブル２８に沿って車体が走行するように、左
右一対の磁気センサ２７，２７にて前記誘導ケーブル２
８からの磁界の強さを検出し、その両検出値の差異等か
ら誘導ケーブル２８の軸線に対する車体２の中心線の横
ずれ偏位量及びその横ずれ方向を演算にて求め、前記偏
位量が所定の許容値以下になるように車体２の操舵制御
指示量を決定し、前記前後部の操舵装置９，１０に対す
る制御弁１９，２０の駆動回路３６，３７を作動させる
のである。このように操舵制御すれば、作業車両１は左
右両側の対象物Ｗ（樹木）の列の略中央位置で、左右に
横ずれすることなく、樹木列に沿って進行することがで
きる。そして、前記操舵制御に応じて向きが変わる前輪
７及び後輪８の操舵角度は操舵角度センサ２１，２２に
て検出することができる。

【００２６】直線状の走行経路における操舵角度は微小
であると考えられ、その状態では、図６に示すように、
前記障害物センサとしての左右一対の超音波センサ２
３，２４の向きは車体２の中心線２ａと略平行状になる
ように、ステップモータ２５，２５を駆動する。前記両
超音波センサ２３，２４の向きはロータリエンコーダ２
６，２６の検出値により判別できる。

【００２７】図７に示すごとく、旋回箇所においては、
直線状の走行経路における操舵角度に比べて大きい角度
になるように操舵制御指示量を決定する。その場合の操
舵角度及び操舵方向（右または左）を操舵角度センサ２
１，２２にて検出して中央処理装置２９に入力し操舵角
度が設定値により大きい場合には、前記車体２ａに対す
る左右両超音波センサ２３，２４の向き（角度θＲ，θ
Ｌ）が所定の値（前輪７が旋回方向に略向かう角度）に
なるように、ステップモータ２５，２５を駆動させる。
前記（角度θＲ，θＬ）はロータリエンコーダ２６，２
６の検出値により読取る（検出）することができ、フィ
ードバック制御する。なお、前記左右両超音波センサ２
３，２４の向き（角度θＲ，θＬ）は、操舵角度が大き
くなるにつれて比例的に増大するように制御しても良い
し、左右の角度θＲとθＬとは同一でなく、θＲ＞θＬ
となるように設定しても良い。

【００２８】さらに、前記旋回箇所においては、図７に
示すように旋回外側に位置する障害物センサである超音
波センサ２３にて障害物Ｗ１ありと判断すべき設定危険
距離ＳＲを旋回内側における超音波センサ２４の設定危
険距離ＳＬより短くなるように設定する。この場合、操
舵角度が大きくなるのに略比例して、ＳＲ／ＳＬの比率
を小さくするように制御しても良い。その一実施例を、
図８に示す。横軸は各超音波センサ２３，２４の車体軸
線に対する傾き角度で０°のときが超音波センサの向き
と車体軸線とが平行であることを示し、縦軸に設定危険
距離を採る。

【００２９】図７の実施例では、旋回時、障害物センサ
の向きの制御と、設定危険距離の変更制御とを同時に実
行しているが、障害物センサの向きの制御だけ、設定危
険距離の変更制御だけであっても良い。

【００３０】このようにして障害物Ｗ１から超音波セン
サ２３または２４ひいては車体２の前端部迄の距離が所
定の設定危険距離以内であると中央処理装置２９で判断
するときには、車体２に搭載し、又は遠隔操作装置（図
示せず）に設けたブザー等の警報装置を作動させ、これ
に加えて、ブレーキ駆動手段及び／又はエンジン停止装
置を作動させて走行車両１を緊急停止させるのである。

【００３１】なお、前記設定危険距離は危険距離設定器
３３で変更させても良いが、安全のため、随時読み書き
可能メモリ（ＲＡＭ）に予め設定値を記憶させ、作業者
がみだりに変更できないようにしても良い。走行経路に
沿うように制御するセンサは、車体２の左右両側面に外
向きに設けた超音波センサや赤外線センサであっても良
い。また、前部又は後部の操舵装置９，１０のみを操舵
制御する形式であっても良いし、操舵時に前後車輪７，
８が同時に同じ向きになるように変更させる形式であっ
ても良い。さらに、前記障害物センサの回動角度（向き
角度）の変更調節は、前部操舵装置９とリンク機構等に
て機械的に連動する構成であっても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】走行車両の平面図である。

【図２】同じく側面図である。

【図３】操舵装置の概略説明図である。

【図４】制御装置ブロック図である。

【図５】超音波センサと対象物列との位置関係を示す平
面図である。

【図６】直線状走行時の車体の向きと障害物センサの向
きとの関係を示す説明図である。

【図７】旋回時における車体の向きと障害物センサの向
きとの関係を示す説明図である。

【図８】障害物センサと設定危険距離との関係を示す図
である。

【符号の説明】

１ 走行車両 ２ 車体 ５ 噴霧部 ７ 前輪 ８ 後輪 ９ 前部操舵装置 １０ 後部操舵装置 ２１，２２ 操舵角度センサ ２３，２４ 超音波センサ ２５ ステップモータ ２６ ロータリエンコーダ ２７ 磁気センサ ２８ 誘導ケーブル ２９ 中央処理装置 ３６，３７，３８，３９ 駆動回路

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 走行経路を検出するセンサと、操舵角度
   センサと、これらセンサの検出結果に基づいて操舵制御
   を実行する制御手段とを備えてなる自動走行車両におい
   て、車体の前部に設けた左右一対の超音波センサ等の障
   害物センサのうち、少なくとも左右いずれか一方のセン
   サから障害物までの距離データから、緊急停止を決定す
   る制御手段を備える一方、前記一対の障害物センサによ
   る障害物までの設定危険距離を、旋回外側での障害物セ
   ンサのものが旋回内側での障害物センサのものより短く
   なるように設定する制御手段を設けたことを特徴とする
   障害物センサ付き自動走行車両。