JP3467136B2 - 自律走行車の走行制御装置 - Google Patents

自律走行車の走行制御装置

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JP3467136B2 JP28888395A JP28888395A JP3467136B2 JP 3467136 B2 JP3467136 B2 JP 3467136B2 JP 28888395 A JP28888395 A JP 28888395A JP 28888395 A JP28888395 A JP 28888395A JP 3467136 B2 JP3467136 B2 JP 3467136B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気誘導走行と自
律走行とを自動的に切り換える自律走行車の走行制御装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、ゴルフ場、河川敷堤防、公園等
の各種フィールドで草刈、芝刈等の作業を無人で行なう
作業車等の自律走行車においては、自己位置を測定する
技術が自律走行を行なう上で重要なものとなる。
【0003】この自己位置を測定する技術としては、電
線や磁石等を地下に埋設した磁気誘導路を部分的に設
け、この磁気誘導路から発する磁界を磁気センサで検出
して誘導走行を行う技術が従来から提案されており、ま
た、近年では、特開昭63−247612号公報等に開
示されているように、測位衛星から送信される電波を受
信して自己位置を測定する技術や、特開平2−1323
21号公報等に開示されているように、走行距離と進行
方向から車輌の位置を推測する推測航法による技術が提
案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、衛星を
利用して自己位置を測定する技術では、衛星及び受信機
の時計の誤差、衛星の軌道の誤差、電離層による電波の
遅れ、大気圏による電波の遅れ、マルチパス等により、
比較的狭い領域内を無人で移動する自律走行作業車に対
しては測位精度が不足し、また、推測航法による技術で
は、走行距離に比例して誤差が累積する。
【0005】従って、障害物や起伏の多い地点を走行し
たり、正確な位置決めが必要な場合等に、精度の高い無
人走行を行うためには、上記磁気誘導路のように確実な
誘導が得られることが必要であるが、ゴルフ場、河川敷
堤防、公園等の各種フィールドで草刈、芝刈等の作業を
無人で行なう自律走行作業車等のように、自律走行領域
が広大な場合、領域の地下全てに電線を埋設することは
困難であり、設置費用も大きなものとなる。
【0006】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、衛星利用の測位データあるいは基準位置からの走行
履歴に基づく測位データでは精度確保が困難な障害物や
起伏の多い地形を走行する場合においても、走行経路に
設けられた磁気誘導路の存在を自動的に検出して正確な
位置決めを可能とし、走行経路から逸脱することなしに
目標地点に確実に到達することのできる自律走行車の走
行制御装置を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
図1の基本構成図に示すように、衛星からの測位情報
と、この測位情報に対する補正情報とに基づいて、自車
輌の位置を測位する衛星利用測位手段と、基準位置から
の走行履歴に基づいて自車輌の位置を測位する推測航法
測位手段と、走行誘導のための磁界を発生する磁気誘導
路からの磁界を検出して上記磁気誘導路の存在を判断
し、上記磁気誘導路における自車輌の位置を測位する磁
気誘導測位手段と、上記衛星利用測位手段からの測位デ
ータあるいは上記推測航法測位手段からの測位データに
基づいて自律走行を制御する自律走行制御手段と、上記
磁気誘導測位手段からの測位データに基づいて上記磁気
誘導路に沿った走行を制御する磁気誘導走行制御手段
と、上記自律走行制御手段による自律走行中に、上記磁
気誘導測位手段によって自車輌が上記磁気誘導路に到達
したと判断されたとき、上記自律走行制御手段による自
律走行から上記磁気誘導走行制御手段による磁気誘導走
行に切換える走行制御切換手段とを備えた自律走行車の
走行制御装置であって、上記自律走行制御手段は、上記
推測航法測位手段の測位データによる現在の自車輌位置
から目標位置までの移動距離を設定値と比較し、上記移
動距離が上記設定値以下のとき、上記推測航法測位手段
の測位データに基づいて自律走行を制御し、上記移動距
離が上記設定値を越えるとき、上記衛星利用測位手段と
上記推測航法測位手段との相互の対応する時刻の両測位
データの差を平均化処理した値で上記推測航法測位手段
による測位データを補正して自車輌の現在位置を新たに
算出し、自律走行を制御することを特徴とする。
【0008】請求項2記載の発明は、衛星からの測位情
報と、この測位情報に対する補正情報とに基づいて、自
車輌の位置を測位する衛星利用測位手段と、基準位置か
らの走行履歴に基づいて自車輌の位置を測位する推測航
法測位手段と、走行誘導のための磁界を発生する磁気誘
導路からの磁界を検出して上記磁気誘導路の存在を判断
し、上記磁気誘導路における自車輌の位置を測位する磁
気誘導測位手段と、上記衛星利用測位手段からの測位デ
ータあるいは上記推測航法測位手段からの測位データに
基づいて自律走行を制御する自律走行制御手段と、上記
磁気誘導測位手段からの測位データに基づいて上記磁気
誘導路に沿った走行を制御する磁気誘導走行制御手段
と、上記自律走行制御手段による自律走行中に、上記磁
気誘導測位手段によって自車輌が上記磁気誘導路に到達
したと判断されたとき、上記自律走行制御手段による自
律走行から上記磁気誘導走行制御手段による磁気誘導走
行に切換える走行制御切換手段とを備えた自律走行車の
走行制御装置であって、上記磁気誘導測位手段は、自車
輌の車体幅方向に取り付けた複数の磁気センサからの出
力の最大値と平均値との差が設定値以上のとき、自車輌
が上記磁気誘導路上であると判断し、最大値を示す磁気
センサ及び隣接する磁気センサの設置位置に基づいて上
記磁気誘導路における自車輌の位置を測位することを特
徴とする。
【0009】
【0010】すなわち、請求項1記載の発明では、衛星
からの測位情報と、この測位情報に対する補正情報とに
基づいて自車輌の位置を測位した衛星利用測位データ、
あるいは、基準位置からの走行履歴に基づいて自車輌の
位置を測位した推測航法測位データに基づいて自律走行
を制御中に、自車輌が磁気誘導路に到達したと判断され
ると、磁気誘導路における自車輌の位置データに基づ
き、磁気誘導路に沿った走行制御に切り換える。
【0011】ここで、自律走行を制御する際、推測航法
測位データによる現在の自車輌位置から目標位置までの
移動距離を設定値と比較し、移動距離が設定値以下のと
き、推測航法測位データに基づいて自律走行を制御し、
移動距離が設定値を越えるとき、衛星利用測位データと
推測航法測位データとの相互の対応する時刻の両測位デ
ータの差を平均化処理した値で推測航法測位データを補
正して自車輌の現在時刻を新たに算出し、自律走行を制
御する。
【0012】請求項2記載の発明は、磁気誘導路におけ
る自車輌の位置を測位する際、自車輌の車体幅方向に取
り付けた複数の磁気センサからの出力の最大値と平均値
との差が設定値以上のとき、自車輌が磁気誘導路上にあ
ると判断し、最大値を示す磁気センサ及び隣接する磁気
センサの設置位置に基づいて自車輌の位置を測位する。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の形
態を説明する。図2〜図17は本発明の実施の一形態を
示し、図2は制御装置のブロック図、図3はD−GPS
用移動局を備えた芝刈作業車及びD−GPS用固定局を
示す説明図、図4は磁気センサ部の構成を示す説明図、
図5は刈跡境界センサ部の構成を示す説明図、図6は磁
気センサ群の出力に基づく磁鋼検出の説明図、図7は刈
跡境界センサ部の動作を示す説明図、図8は操舵制御系
の構成を示す説明図、図9は走行経路及び作業領域を示
す説明図、図10及び図11は主制御ルーチンのフロー
チャート、図12及び図13は移動走行制御ルーチンの
フローチャート、図14はD−GPS・推測航法相互補
正値算出ルーチンのフローチャート、図15は現在位置
算出ルーチンのフローチャート、図16は刈跡境界検出
ルーチンのフローチャート、図17はD−GPS無線通
信ルーチンのフローチャートである。
【0014】図3の(a)において、符号1は無人で自
走可能な自律走行作業車を示し、本形態においては、ゴ
ルフ場等の草・芝刈作業を行なう芝刈作業車である。こ
の芝刈作業車は、エンジン駆動で走行し、前後輪の操舵
角が独立に制御されて高精度の自律走行が可能となって
おり、この高精度の自律走行のため、衛星からの電波を
受信して自己位置を測定するための衛星電波受信機、走
行履歴に基づいて現在位置を測定するための推測航法用
センサ、走行障害物を検出するためのセンサ、草・芝刈
作業領域において刈跡境界に沿った倣い走行を行なうた
めの刈跡境界検出用センサ等を搭載し、さらに、障害物
が多い場合や起伏の激しい地形などにおいて精密な位置
決めが必要な場合に対処するため、走行誘導のための磁
界を発生する磁気誘導路からの磁界を検出するセンサ等
が搭載されている。
【0015】上記衛星電波受信機は、本形態において
は、全世界測位衛星システム(GlobalPositioning Syst
em;以下、GPSと略記する)によるGPS衛星からの
電波を受信して自己位置を測定するためのGPS受信機
であり、既知の地点に配置された固定局で位置観測を行
なって補正情報(ディファレンシャル情報)を移動局に
フィードバックする、いわゆるディファレンシャルGP
S(以下、D−GPSと略記する)用の移動局GPS受
信機である。
【0016】周知のように、GPSによる測位誤差の要
因としては、衛星及び受信機の時計の誤差、衛星の軌道
の誤差、電離層による電波の遅れ、大気圏による電波の
遅れ、マルチパス等があり、その他に、最も大きな誤差
要因としてセレクタブル・アベイラビリティ(S/A)
と呼ばれる運用者による意図的な精度劣化がある。これ
らの要因による誤差のうち、同位相の誤差は既知の地点
の固定局で捕捉した各衛星に対応する補正情報を利用す
ることにより除去することができ、移動局での測位精度
を数m程度まで飛躍的に向上することができる。
【0017】このため、上記芝刈作業車1には、移動局
GPS受信機のアンテナ2と、固定局からのディファレ
ンシャル情報を受信するための無線通信機のアンテナ3
とが立設されており、車外の既知の地点には、図3の
(b)に示すように、固定局GPS受信機のアンテナ3
1と、移動局GPS受信機へディファレンシャル情報を
送信するための無線通信機のアンテナ32とを備えた固
定局30が配置されるようになっている。
【0018】また、上記推測航法用センサとしては、地
磁気センサ4と車輪エンコーダ5とが上記芝刈作業車1
に備えられ、上記障害物検出用センサとしては、超音波
センサあるいは光センサ等の無接触型センサ6a,6b
が上記芝刈作業車1の前後部に取付けられるとともに、
マイクロスイッチ等を使用した接触型センサ7a,7b
が上記芝刈作業車1の前後端に取付けられている。
【0019】また、磁気誘導路からの磁界を検出するセ
ンサとして、車体前端の上記接触型センサ7aの後側に
位置する部位に、複数の磁気センサを連装したセンサ部
8が設けられている。本形態においては、磁化された鋼
材(以下、磁鋼と称する)を磁石として埋設した磁気誘
導路に対し、図4に示すように、車体の幅方向に設置さ
れた横長の非磁性材料からなるマウントベース8aに、
9個の磁気センサ8b#0〜8b#8が感度方向を地面に向
けて取り付けられ、上記センサ部8が構成されている。
【0020】一方、上記芝刈作業車1の車輌本体下部に
は、草・芝刈作業を行うためのモーア等の刈刃機構9、
及び、草・芝刈作業の刈跡境界を検出するための刈跡境
界センサ部10が設けられている。
【0021】上記刈跡境界センサ部10は、草・芝高さ
を検出する機構を車体横方向左右に2組並列に配設して
構成され、図5(a)の正面図、図5(b)の側面図に
示すように、各機構は、上記芝刈作業車1の車体1aに
軸11a,11bを介して回動可能に支持される各揺動
部材12a,12bの下端に、草・芝丈に応じて上下す
るそり状の板13a,13bが、それぞれ回動可能に懸
架されて構成されている。上記各揺動部材12a,12
bは、左右の軸11a,11bにぞれぞれ固定されてお
り、左右の軸11a,11bにそれぞれ取付けられた回
転角センサ14a,14bによって各々の回転角が検出
されるようになっている。
【0022】この場合、上記各揺動部材12a,12b
を介して車体1aに懸架される上記各そり状の板13
a,13bは、草・芝を押しつぶさない程度の軽さとな
っており、芝刈作業車1が移動すると、草・芝高さに応
じて上下することになり、各揺動部材12a,12bが
回動して、各々の回動角が各回転角センサ14a,14
bによって検出される。
【0023】以上の構成による芝刈作業車1には、図2
に示すように、マイクロコンピュータ等から構成される
制御装置50が搭載されており、この制御装置50に上
述の各センサ類や後述するアクチュエータ類が接続され
るとともに、移動局GPS受信機15、固定局30から
のディファレンシャル情報を受信するための無線通信機
16が接続されて、衛星利用測位手段、推測航法測位手
段、磁気誘導測位手段、自律走行制御手段、磁気誘導走
行制御手段、及び、走行制御切換手段としての機能を実
現するようになっている。
【0024】以下、上記制御装置50の詳細について説
明する。上記制御装置50には、上記磁気センサ部8の
各磁気センサ8b#0〜8b#8が接続される埋設磁鋼検出
部51、上記刈跡境界センサ部10の回転角センサ14
a,14bが接続される刈跡境界検出部52、上記地磁
気センサ4及び上記車輪エンコーダ5が接続される推測
航法位置検出部53、上記移動局GPS受信機15及び
上記無線通信機16が接続されるD−GPS位置検出部
54、上記無接触型センサ6a,6b及び上記接触型セ
ンサ7a,7bが接続される障害物検出部55、これら
の各検出部51,52,53,54,55が接続される
走行制御部56、この走行制御部56によって参照され
る作業データ・マップが格納されている作業データ蓄積
部57、上記走行制御部56からの指示によって車輌制
御を行なう車輌制御部58が備えられ、さらに、この車
輌制御部58からの出力に基づいて芝刈作業車1の各機
構部を駆動するため、駆動制御部59、操舵制御部6
0、及び、刈刃制御部61が備えられている。
【0025】上記埋設磁鋼検出部51では、磁気誘導路
に埋設された磁鋼からの磁力線を検出し、磁鋼の埋設位
置を算出する。すなわち、各磁気センサ8b#0〜8b#8
の各出力から、その平均値AVEと最大値MAXとを求
め、平均値AVEと最大値MAXとの差が設定値以上で
あればセンサ下部の地中に磁鋼が埋設されていると判断
し、地面に対して横方向に設置された各磁気センサ8b
#0〜8b#8の位置から磁鋼位置を算出する。
【0026】例えば、図6に示すように、各磁気センサ
8b#0〜8b#8の出力とセンサ位置との関係を、各セン
サに対応する#0〜#8の位置を横軸とし、各センサの
出力を縦軸として表すと、図6(a)に示すように、磁
気センサ8b#4に対応する#4の位置で最大値MAXが
得られ、この最大値MAXと各磁気センサ8b#0〜8b#
8の出力の平均値AVEとの差が設定値以上である場
合、センサ出力が最大を示す#4の位置に隣接する#3
から#5の位置の間に磁鋼が埋設されていると判断し、
線形補間演算によって磁鋼の位置を#4.5と推定す
る。
【0027】一方、図6(b)に示すように、磁気セン
サ8b#1に対応する#1の位置でセンサ出力の最大値M
AXが得られ、この最大値MAXと各磁気センサ8b#0
〜8b#8のセンサ出力の平均値AVEとの差が設定値よ
り小さい場合には、センサ下部の地中に磁鋼は存在しな
いと判断する。
【0028】次に、上記刈跡境界検出部52では、上記
刈跡境界センサ部10の各回転角センサ14a,14b
からの草・芝丈に応じた回転角信号を処理して草・芝の
刈跡境界位置を検出する。すなわち、草・芝刈作業領域
において、図7の(a),(b)に示されるように、一
方の回転角センサ14aで検出される回動角θ1と他方
の回転角センサ14bで検出される回動角θ2との差が
一定値以上のとき、その位置を既に草・芝が刈り取られ
た既刈部と未だ草・芝が刈り取られていない未刈部との
刈跡境界として検出し、刈跡境界の位置データを上記走
行制御部56に出力する。
【0029】上記推測航法位置検出部53では、上記車
輪エンコーダ5によって検出される車速を積分して走行
距離を求め、この走行距離を上記地磁気センサ4により
検出した走行方向の変化に対応させて累積することによ
り、基準地点からの走行履歴を算出して自車輌の現在位
置を測定し、測位データを上記走行制御部56に出力す
る。尚、上記推測航法位置検出部53に接続されるセン
サとしては、上記地磁気センサ4及び車輪エンコーダ5
の組合わせに限定されることなく、ジャイロ等を組合わ
せても良い。
【0030】上記D−GPS位置検出部54では、上記
移動局GPS受信機15を介して捕捉したGPS衛星群
(3次元測位の場合には少なくとも4個、2次元測位の
場合には少なくとも3個)70からの航法メッセージ、
すなわち、衛星の時計補正係数、軌道情報、衛星の暦、
衛星の配置等の測位情報と、無線通信機16を介して受
信した固定局30からのディファレンシャル情報とから
自車輌の位置を高精度に測定し、その測位データを上記
走行制御部56に出力する。
【0031】上記D−GPS位置検出部54に対する固
定局30は、固定局GPS受信機33が接続されるD−
GPS固定局部34、このD−GPS固定局部34から
のディファレンシャル情報を送信するためのD−GPS
情報送信部35、このD−GPS情報送信部35に接続
される無線通信機36等から構成されている。
【0032】上記D−GPS固定局部34では、上記固
定局GPS受信機33を介して受信した上記衛星群70
からの測位情報を処理してディファレンシャル補正デー
タを作成する。このディファレンシャル補正データは、
上記D−GPS情報送信部35において無線通信のパケ
ットデータに変換され、無線通信機36を介して送信さ
れる。
【0033】尚、本形態においては、D−GPSの固定
局30を、上記芝刈作業車1の移動局を対象とした特定
の装置として設置するようにしているが、ディファレン
シャル情報を送信する無線局を備えた既存のD−GPS
固定局、あるいは、通信衛星を介してディファレンシャ
ル情報を送信する既存のD−GPS固定局等を利用する
ことも可能である。
【0034】一方、上記障害物検出部55は、上記無接
触型センサ6a,6b、及び、上記接触型センサ7a,
7bによって予測できない障害物を検出し、検出信号を
上記走行制御部56に出力する。
【0035】上記走行制御部56では、上記埋設磁鋼検
出部51、上記刈跡境界検出部52、上記推測航法位置
検出部53、及び、上記D−GPS位置検出部54から
の各測位データを適宜選択及び処理し、上記作業データ
蓄積部57の作業データを参照して現在位置と目標位置
との誤差量を算出して走行経路や車輌制御指示を決定す
る。尚、上記障害物検出部55により障害物が検出され
たときには、障害物回避あるいは車輌停止を指示する。
【0036】ここで、芝刈作業車1の走行制御は、主と
して、上記推測航法位置検出部53からの測位データ
と、この推測航法測位データに対して上記D−GPS位
置検出部54からのD−GPS測位データによって補正
したデータ(相互補正値データ)とを適応的に切り換え
るD−GPS・推測航法による自律走行制御と、上記埋
設磁鋼検出部51からのデータに基づく磁気誘導走行制
御と、上記刈跡境界検出部52からのデータに基づく作
業領域における倣い走行制御とに分けられる。
【0037】この場合、比較的障害物や起伏の少ない通
常の地形を広範囲に自律走行する場合には、後述するよ
うに、D−GPS・推測航法に基づいて目標地点までの
移動距離の大小に応じてD−GPSによる測位データと
推測航法による測位データとを切り換えて自律走行する
が、障害物や起伏の多い地形では、D−GPS・推測航
法による自律走行のみでは正確な位置決めが困難であ
る。このため、既設の磁気誘導路からの磁界を検出し、
自動的にD−GPS・推測航法による自律走行から磁気
誘導走行に切り換え、磁気誘導路において検出した磁鋼
の位置が常に自車輌の中心となるよう、前後輪の操舵を
指示して走行を行う。
【0038】上記作業データ蓄積部57は、固定データ
が記憶されるROMエリアと、制御実行中のワークデー
タが記憶されるRAMエリアとから構成され、ROMエ
リアには、草・芝刈作業を行なう作業領域の地形データ
や複数の作業領域を含む領域全体の地形データ、この領
域全体の地形に含まれる磁気誘導路の位置データ等が予
め格納されており、RAMエリアには、各センサからの
信号を処理したデータ、D−GPSによる測位データ、
推測航法による測位データ、後述するD−GPS・推測
航法の相互補正値データ、この相互補正値データあるい
は推測航法による測位データに基づいて算出される自車
輌の現在位置データ、及び、磁気誘導路における磁鋼検
出位置データ等が記憶されるようになっている。
【0039】上記車輌制御部58では、上記走行制御部
56からの指示を具体的な制御指示量に変換し、駆動制
御部59、操舵制御部60、及び、刈刃制御部61に出
力する。これにより、駆動制御部59では、スロットル
開度を調整してエンジン出力を制御するためのスロット
ルアクチュエータ、変速アクチュエータ、前後進切換ア
クチュエータ、ブレーキアクチュエータ等の走行制御ア
クチュエータ20を駆動し、また、油圧ポンプ21を制
御して各機構部を駆動するための油圧を発生させる。
【0040】操舵制御部60では、前輪舵角センサ25
a、後輪舵角センサ25bからの入力に基づいて前輪操
舵用油圧制御弁22a、後輪操舵用油圧制御弁22bを
介して操舵制御(操舵量フィードバック制御)を行な
い、刈刃制御部61では、刈刃制御用油圧制御弁26を
介して刈刃機構9のサーボ制御を行なう。
【0041】図8に示すように、芝刈作業車1の操舵系
は、エンジン19によって駆動される上記油圧ポンプ2
1に、上記操舵制御部60によって制御される前輪操舵
用油圧制御弁22a及び後輪操舵用油圧制御弁22bが
接続されるとともに、各油圧制御弁22a,22bに、
前輪用油圧シリンダ23a、後輪用油圧シリンダ23b
がそれぞれ接続されており、各油圧シリンダ23a,2
3bにより、前輪操舵機構24a、後輪操舵機構24b
が独立して駆動される構成となっている。
【0042】そして、各操舵機構24a,24bに取付
けられた各舵角センサ25a,25bより検出された前
後輪の各舵角が上記操舵制御部60に入力されると、検
出された舵角と目標舵角との偏差をなくすよう、上記操
舵制御部60によって各油圧制御弁22a,22bを介
して各操舵機構24a,24bが制御される。
【0043】以下、図9に示すような複数の区画の作業
領域に対し、無人で草・芝刈作業を行なう例について説
明する。本形態では、芝刈作業車1は作業開始に当たっ
て任意の準備位置80に待機しているものとし、図中、
破線で示すように、準備位置80から作業領域82に通
じる経路81の一部、及び、作業領域85から戻り位置
88に通じる経路87の一部が障害物や起伏の多い地形
となっており、それぞれに磁鋼を埋設した磁気誘導路8
1a,87aが設けられているものとする。
【0044】そして、準備位置80から最初の作業領域
82への移動、作業領域82における草・芝刈作業走
行、作業領域82から次の作業領域85への移動、作業
領域85における草・芝刈作業走行、及び、戻り位置8
8への移動が、図10及び図11に示す主制御ルーチ
ン、図12及び図13に示す移動走行制御ルーチンに従
って自律的に行われる。
【0045】まず、図10及び図11に示す主制御ルー
チンでは、ステップS101で、D−GPSを用いて現在の
自己位置である準備位置80を計測する。この位置計測
は、経度、緯度等のD−GPSの測位データ(必要に応
じて高度データも加えられる)を、作業データ蓄積部5
7に格納されている測地系のデータに変換することによ
り行われる。尚、この測地系へのデータ変換は、D−G
PS位置検出部54で行っても良く、あるいは、走行制
御部56において行っても良い。
【0046】次いで、ステップS102へ進むと、作業デー
タ蓄積部57を参照して最初の作業領域82の地形デー
タを読出し、計測した準備位置80から作業開始地点ま
で、磁気誘導路81aを含む経路81を生成し、ステッ
プS103へ進む。ステップS103では、後述する図12及び
図13の移動走行制御ルーチンを実行し、経路81を通
って作業開始位置へ車輌を移動する。この経路81の移
動に際しては、D−GPS・推測航法による自律走行中
に磁気誘導路81aの存在を検出すると、自動的に磁気
誘導路に沿った走行に切換えられる。
【0047】そして、上記ステップS103からステップS1
04へ進み、刈刃制御用油圧制御弁26を開弁して刈刃機
構9に油圧を供給すると、刈刃を作動させて草・芝刈作
業を開始する。尚、草・芝刈作業は、一定速走行(例え
ば、3〜6km/h)により行なう。草・芝刈時の走行
速度は、あまり遅いと草・芝刈作業効率が悪化し、また
速すぎると刈ムラが生じるため、3〜6km/h程度が
望ましい。
【0048】続くステップS105では、作業1回目か否か
を調べ、作業1回目であるときには、ステップS105から
ステップS106へ進んで、後述する図15の現在位置算出
ルーチンによって得られるD−GPS・推測航法による
車輌現在位置を作業データ蓄積部57から読み出した
後、ステップS107で、作業データ蓄積部57の作業デー
タを参照し、作業領域82における作業1回目の1行程
(1列)の経路に対する現在位置との誤差量を求める。
【0049】次に、ステップS108へ進み、上記ステップ
S107で求めた誤差量に応じて前後輪の各目標舵角に対す
る操舵量を決定し、ステップS109で、前輪操舵用油圧制
御弁22a、後輪操舵用油圧制御弁22bを介して、前
輪操舵機構24a、後輪操舵機構24bをそれぞれ駆動
し、前輪舵角センサ25a及び後輪舵角センサ25bに
より前輪舵角及び後輪舵角を検出して目標舵角を得るよ
う制御する。
【0050】その後、ステップS110で、1行程(1列)
の終端点に達したか否かを調べ、終端点に達していない
とき、前述のステップS106へ戻って草・芝刈作業を続行
し、終端点に達したとき、ステップS118で1区画(現在
の作業対象の作業領域)の作業を終了したか否かを判断
する。
【0051】この場合、作業1回目であるため、ステッ
プS118から前述のステップS105へ戻って、再び作業1回
目か否かを調べ、作業2回目以降になると、上記ステッ
プS105からステップS111へ分岐し、走行制御アクチュエ
ータ20を駆動して刈刃の幅分だけ車体を横シフトさせ
て次作業位置へ移動させ、ステップS112以降で刈跡境界
に沿った作業経路83の倣い走行を行なう。
【0052】尚、この次作業位置への移動は、D−GP
S・推測航法による車輌位置に基づいて行われるが、移
動距離が極短距離のため、後述する図15の現在位置算
出ルーチンにおいて、推測航法による測位データを直接
使用して現在位置が求められる。
【0053】ステップS112では、後述する図16の刈跡
境界検出ルーチンを実行し、刈跡境界センサ部10の回
転角センサ14a,14bからの信号に基づいて前回作
業による刈跡境界を検出する。そして、ステップS113
で、この刈跡境界と車輌位置とを比較して予め設定され
た芝刈オーバラップ量を実現するための誤差量を求め
る。
【0054】次いで、ステップS114へ進み、この誤差量
に応じて前後輪の各操舵量を決定すると、ステップS115
で、前輪操舵用油圧制御弁22a、後輪操舵用油圧制御
弁22bを介して前輪操舵機構24a、後輪操舵機構2
4bをそれぞれ駆動し、目標舵角を得るよう制御する。
【0055】その後、ステップS116で、再度、作業デー
タ蓄積部57からD−GPS・推測航法による車輌現在
位置を読み出すと、ステップS117で、1行程終端点に達
したか否かを調べ、1行程終端点に達していないときに
は、前述のステップS112へ戻って刈跡境界に沿った倣い
走行を続け、1行程終端点に達したとき、ステップS118
へ進んで1区画(作業領域82)の作業を終了したか否
か判断する。
【0056】そして、1区画(作業領域82)での作業
を終了するまでステップS105〜S118を繰返し、1区画の
作業を終了したとき、ステップS118からステップS119へ
進んで、全作業を終了したか否かを判断する。ここで
は、まだ、次の作業領域85での作業を終了していない
ため、前述のステップS102へ戻って、同様の手順で作業
領域82から作業領域85への経路84を生成すると、
図12及び図13の移動走行制御ルーチンに従って次の
作業領域85に移動し、同様に最初の1行程のみD−G
PS・推測航法により草・芝刈作業を行ない、2回目以
降は経路86の倣い走行により草・芝刈作業を行なう。
【0057】やがて、全作業を終了すると、ステップS1
19からステップS120へ進み、作業データ蓄積部57を参
照して、作業領域85から戻り位置88まで磁気誘導路
87aを含む経路87を生成すると、ステップS121で、
図12及び図13の移動走行制御ルーチンに従って戻り
位置88まで移動し、ルーチンを終了して車輌を停止さ
せる。
【0058】次に、図12及び図13に示す移動走行制
御ルーチンによる経路81,84,87における走行制
御について説明する。尚、前述の主制御ルーチンにおい
ては、自己位置の測位データと作業データ蓄積部57の
作業データとから経路81,84,87を生成するよう
にしているが、経路81,84,87そのものを予め作
業データ蓄積部57に記憶させておいても良い。
【0059】このルーチンでは、ステップS201で、作業
データ蓄積部57に記憶されている目標地点、目標軌
跡、予め設定した指定進行速度を読み出すと、ステップ
S202で、移動終了か否かを判断し、移動終了ならばステ
ップS203で車輌を停止してルーチンを抜け、移動終了で
ない場合には、ステップS204へ進む。
【0060】ステップS204では、車輪エンコーダ5よっ
て検出される芝刈作業車1の移動速度が上記ステップS2
01で読み出した指定進行速度となるよう、走行制御アク
チュエータ20の1つを構成するスロットルアクチュエ
ータを介してエンジン19の出力を制御し、指定進行速
度で走行した後、ステップS205で、磁気誘導走行が許可
されているか否か、すなわち、磁気誘導路(本形態で
は、経路81に含まれる磁気誘導路81aあるいは経路
87に含まれる磁気誘導路87a)の開始点が当面の目
標地点であり、磁気誘導走行へ切換えるための準備が許
可されているか否かを調べる。
【0061】そして、磁気誘導走行が許可されていると
きには、上記ステップS205からステップS206以降へ進ん
で埋設磁鋼の検出位置に基づく走行制御を行い、磁気誘
導走行が許可されていないとき、上記ステップS205から
ステップS211以降へ進んで、D−GPS及び推測航法に
よる走行制御を行う。
【0062】まず、磁気誘導走行が許可状態となって上
記ステップS205からステップS206へ進んだ場合について
説明する。ステップS206では、磁気センサ8b#0〜8b
#8からの出力を調べて埋設磁鋼が検出されたか否かを判
断し、埋設磁鋼が検出されないときには、磁気誘導路
(磁気誘導路81aあるいは磁気誘導路87a)に達し
ていないと判断してD−GPS及び推測航法による自己
位置検出を実行すべくステップS211以降へ進み、埋設磁
鋼が検出されたとき、磁気誘導路に達したと判断してス
テップS207へ進む。
【0063】ステップS207では、磁気センサ8b#0〜8
b#8の情報から磁鋼の埋設位置を計算し、ステップS208
で磁鋼検出位置が車体の中心となるよう前後輪の各操舵
量を計算すると、ステップS209で前輪操舵用油圧制御弁
22a、後輪操舵用油圧制御弁22bを介して前輪操舵
機構24a、後輪操舵機構24bをそれぞれ駆動し、目
標舵角を得るよう制御する。
【0064】その後、ステップS210へ進み、磁気誘導走
行路の終端点を示す終了マークとなる磁鋼を検出したか
否かを調べる。例えば、磁気誘導路がN極の磁鋼で構成
されている場合、この磁気誘導路の終端点にS極の磁鋼
を終了マークとして埋設しておくことにより、極性の異
なる磁鋼を検出したとき、磁気誘導路の終端点に達した
と判断することができる。
【0065】そして、終了マークの磁鋼が検出されない
ときには、ステップS207へ戻って埋設磁鋼の検出による
磁気誘導路(磁気誘導路81aあるいは磁気誘導路87
a)に沿った走行制御を続行し、終了マークの磁鋼を検
出したとき、ステップS201へ戻り、D−GPS・推測航
法によって自律走行する新たな目標地点に向けての処理
を行う。
【0066】これにより、D−GPS・推測航法による
自律走行中に、障害物や起伏の多い地形に達したとき、
予め設けられている磁気誘導路からの磁界を検出して自
動的に磁気誘導走行に切り換えるため、障害物や地形の
起伏に拘わらず正確な位置決めが可能となり、走行経路
から逸脱することなしに目標地点に確実に到達すること
ができる。しかも、通常はD−GPS・推測航法による
自律走行を行い、精密な位置決めが必要な場合にのみ磁
気誘導路による誘導走行を行うため、磁気誘導路の設置
を必要最小限として設置費用を抑えることができる。
【0067】一方、ステップS211以降のD−GPS及び
推測航法による走行制御では、ステップS211で、後述す
る図15の現在位置算出ルーチンによって求められた自
車輌の現在位置を作業データ蓄積部57から読み出す
と、ステップS212で、目標地点と現在位置とを比較し、
目標進行方位角を算出する。
【0068】次に、ステップS213へ進むと、地磁気セン
サ4によって刻々と検出される現在の進行方位角を読み
出し、ステップS214で、目標進行方位角と現在の進行方
位角とから進行方位の誤差量を求め、その誤差量に応じ
て前後輪の操舵量を決定し、ステップS215へ進んで、決
定した前後輪操舵量に応じて前輪操舵用油圧制御弁22
a、後輪操舵用油圧制御弁22bを介して前輪操舵機構
24a、後輪操舵機構24bをそれぞれ駆動し、目標舵
角を得るよう制御する。
【0069】その後、ステップS216で、現在位置と目標
位置とを比較し、ステップS217へ進んで目標位置に到達
したか否かを判断する。その結果、目標位置に到達して
いないときには、ステップS212へ戻って再び目標進行方
位角を算出して走行を続け、目標位置に到達したとき、
ステップS201へ戻って目標地点、目標軌跡、指定進行速
度を読み出して同様の処理を繰り返す。
【0070】ここで、D−GPS・推測航法による自車
輌の現在位置測定について説明する。D−GPSによる
自己位置の測定では、単独のGPSに比較してはるかに
良好な精度が得られるが、衛星の捕捉状態や電波の受信
状態等によっては、自律走行制御時に必要とするタイミ
ングで必要とする精度が得られない場合がある。このた
め、図14のD−GPS・推測航法相互補正値算出ルー
チンでは、自車輌1が走行中であるか停止中であるかに
拘らず常にD−GPS及び推測航法の両者を含めた相互
の位置補正値(相互補正値)を算出しておき、図15の
現在位置算出ルーチンにより、目標地点までの移動距離
が予め設定された設定値を越えるとき、D−GPS測位
データと推測航法測位データとの差を平均化処理した値
で推測航法測位データを補正して現在位置を算出し、目
標地点までの移動距離が上記設定値以下のときには、推
測航法測位データを直接使用して現在位置を算出する。
【0071】以下、D−GPS・推測航法相互補正値算
出ルーチンについて説明する。このD−GPS・推測航
法相互補正値算出ルーチンは、タイムシェアリング等に
よりバックグランドで処理され、常に最新の補正値を参
照できるようになっており、ステップS301で、後述する
図17のD−GPS無線通信ルーチンからのディファレ
ンシャル演算による測位結果Pgの入力を待ち、このD
−GPS測位結果Pgが入力されると、ステップS302へ
進んでD−GPS測位時刻に対応した時刻での推測航法
による位置データPsを読み出す。
【0072】次いで、ステップS303へ進み、D−GPS
による測位結果Pgと推測航法による位置データPsと
の差を相互補正値として算出すると(K=Pg−P
s)、ステップS304で、今回算出した相互補正値Kを含
めた過去n点の移動平均値Kaを算出して作業データ蓄
積部57のRAMエリアに記憶されている移動平均値K
aを更新し、上記ステップS301へ戻って次のD−GPS
測位結果Pgの入力を待つ。尚、nの値は、推測航法の
精度や累積誤差の大小等により予め最適な値に決定して
おく。
【0073】以上のようにバックグランドで算出される
最新の平均化された相互補正値Kaは、図15の現在位
置算出ルーチンに読み込まれ、目標地点までの移動距離
が比較的長い場合、推測航法による測位データに相互補
正値Kaを適用して現在位置が算出され、極短距離の移
動の場合には、推測航法による測位データによって現在
位置が算出される。
【0074】まず、ステップS401で、推測航法による現
在位置データPsnを読み出すと、ステップS402で、目
標地点までの移動距離Sを、予めシステムの制御性を考
慮して設定された設定値Dfと比較し、S>Dfのと
き、ステップS403へ進んで、推測航法による現在位置デ
ータPsnに、前述のD−GPS・推測航法相互補正値
算出ルーチンによって算出された最新の平均化された相
互補正値Kaを加算して現在位置Pを求め、このデータ
を作業データ蓄積部57にストアしてルーチンを抜け
る。
【0075】すなわち、常時、D−GPSの測位データ
と推測航法の測位データとの差を相互補正値として求め
て蓄積し、移動平均するため、衛星の捕捉状態や電波の
受信状態等によって一時的にD−GPSの測位精度が低
下した場合においても、推測航法の測位データを移動平
均した最新の相互補正値で補正することにより、一定の
地点に自車輌1を停止させて所定時間D−GPSの測位
データを蓄積し精度を高めるといった処置をとる必要が
なく、常に正確に現在位置を算出することができる。
【0076】一方、上記ステップS402においてS≦Df
であり、目標地点までの移動距離が極短い場合には、上
記ステップS402からステップS404へ分岐し、上記ステッ
プS401で読み出した推測航法による現在位置データPs
nを、直接、現在位置Pとして渡すため作業データ蓄積
部57にストアし、ルーチンを抜ける。
【0077】この推測航法による現在位置データPsn
をD−GPSによる測位データで補正せずに直接使用す
る状況は、本形態においては、作業領域における次作業
位置への移動(主制御ルーチンにおけるステップS111;
図10参照)の際に生じ、D−GPSの測位精度では対
処困難な極短距離の移動の際に、推測航法の測位データ
に対するD−GPSの測位データによる補正を中止する
ことにより、制御安定性を向上させることができる。
【0078】次に、草・芝刈作業領域での倣い走行にお
ける刈跡境界の検出処理について図16のフローチャー
トに従って説明する。
【0079】図16の刈跡境界検出ルーチンでは、ステ
ップS501で、対象となる作業領域における草・芝刈り高
さ等のデータをセットし、ステップS502で、刈跡境界セ
ンサ部10の各回転角センサ14a,14bからの信号
により、草・芝刈高さに応じて上下する左右のそり状の
板13a,13bを懸架する各揺動部材12a,12b
の角度を検出する。
【0080】次いで、ステップS503へ進んで一定時間が
経過したか否かを調べ、一定時間が経過していないとき
には、前述のステップS502へ進んで角度データの蓄積を
行なう。その後、一定時間が経過して角度データが所定
数だけ蓄積されると、ステップS503からステップS504へ
進んで蓄積した左右の角度データを平均化処理し、上記
ステップS501でセットしたデータを参照して左右の草・
芝丈への換算を行なう。
【0081】そして、上記ステップS504からステップS5
05へ進み、上記ステップS504で換算した左右の草・芝丈
に所定値以上の段差があるか否かを調べ、所定値以上の
段差がない場合には、ステップS506で境界線なしとして
前述のステップS502へ戻り、所定値以上の段差がある場
合、ステップS507へ進んで現在の位置を既刈部と未刈部
との境界線として捕捉し、ルーチンを抜ける。
【0082】また、D−GPSにおける固定局30と移
動局との間のデータ通信は、図17に示すD−GPS無
線通信ルーチンによりパケットデータで行なわれる。こ
のデータ通信では、ステップS601で、移動局GPS受信
機15を初期化し、ステップS602で、固定局GPS受信
機33を、無線通信機16,36を介したデータ送信で
初期化すると、ステップS603へ進み、固定局30からの
ディファレンシャル情報を無線データ通信により得る。
【0083】次いで、ステップS604へ進むと、D−GP
S位置検出部54で、固定局30からのディファレンシ
ャル情報を移動局GPS受信機15から得られる測位デ
ータに適用し、ディファレンシャル演算を行なって自車
輌位置を測定する。そして、その測位情報を走行制御部
56に送ると、ステップS603へ戻り、次のデータ処理を
繰返す。この場合、固定局30とのディファレンシャル
演算は、移動局受信機15固有の機能によって行なって
も良い。
【0084】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1記載の発
明によれば、衛星からの測位情報と、この測位情報に対
する補正情報とに基づいて自車輌の位置を測位した衛星
利用測位データ、あるいは、基準位置からの走行履歴に
基づいて自車輌の位置を測位した推測航法測位データに
基づいて自律走行を制御中に、自車輌が磁気誘導路に到
達したと判断されると、磁気誘導路における自車輌の位
置データに基づき、磁気誘導路に沿った走行制御に切り
換えるため、衛星利用測位データや推測航法測位データ
では精度確保が困難な障害物や起伏の多い地形において
も、正確な位置決めが可能となり、走行経路から逸脱す
ることなしに目標地点に確実に到達することができる。
しかも、精密な位置決めが必要な場合にのみ磁気誘導路
による誘導走行に自動的に切り換えるため、磁気誘導路
の設置を必要最小限として設置費用を抑えることができ
る。
【0085】ここで、自律走行を制御する際、推測航法
測位データによる現在の自車輌位置から目標位置までの
移動距離を設定値と比較し、移動距離が設定値以下のと
き、推測航法測位データに基づいて自律走行を制御し、
移動距離が設定値を越えるとき、衛星利用測位データと
推測航法測位データとの相互の対応する時刻の両測位デ
ータの差を平均化処理した値で推測航法測位データを補
正して自車輌の現在時刻を新たに算出し、自律走行を制
御するため、移動距離に応じて測位データの補正を適応
的に切り換えて自律走行における制御安定性を向上する
ことができる。
【0086】また、請求項記載の発明では、磁気誘導
路における自車輌の位置を測位する際、自車輌の車体幅
方向に取り付けた複数の磁気センサからの出力の最大値
と平均値との差が設定値以上のとき、自車輌が磁気誘導
路上にあると判断し、最大値を示す磁気センサ及び隣接
する磁気センサの設置位置に基づいて自車輌の位置を測
位するため、自律走行制御から磁気誘導路に沿った走行
制御へ円滑に移行して正確な位置決めを可能とすること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の基本構成図
【図2】制御装置のブロック図
【図3】D−GPS用移動局を備えた芝刈作業車及びD
−GPS用固定局を示す説明図
【図4】磁気センサ部の構成を示す説明図
【図5】刈跡境界センサ部の構成を示す説明図
【図6】磁気センサ群の出力に基づく磁鋼検出の説明図
【図7】刈跡境界センサ部の動作を示す説明図
【図8】操舵制御系の構成を示す説明図
【図9】走行経路及び作業領域を示す説明図
【図10】主制御ルーチンのフローチャート
【図11】主制御ルーチンのフローチャート(続き)
【図12】移動走行制御ルーチンのフローチャート
【図13】移動走行制御ルーチンのフローチャート(続
き)
【図14】D−GPS・推測航法相互補正値算出ルーチ
ンのフローチャート
【図15】現在位置算出ルーチンのフローチャート
【図16】刈跡境界検出ルーチンのフローチャート
【図17】D−GPS無線通信ルーチンのフローチャー
【符号の説明】
1 … 芝刈作業車(自律走行車) 8b#0〜8b#8 … 磁気センサ 50 … 制御装置(衛星利用測位手段、推
測航法測位手段、磁気誘導測位手段、自律走行制御手
段、磁気誘導走行制御手段、走行制御切換手段) 81a,87a … 磁気誘導路 S … 移動距離 Df … 設定値 MAX … 最大値 AVE … 平均値
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G05D 1/02

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】衛星からの測位情報と、この測位情報に対
    する補正情報とに基づいて、自車輌の位置を測位する衛
    星利用測位手段と、基準位置からの走行履歴に基づいて
    自車輌の位置を測位する推測航法測位手段と、走行誘導
    のための磁界を発生する磁気誘導路からの磁界を検出し
    て上記磁気誘導路の存在を判断し、上記磁気誘導路にお
    ける自車輌の位置を測位する磁気誘導測位手段と、上記
    衛星利用測位手段からの測位データあるいは上記推測航
    法測位手段からの測位データに基づいて自律走行を制御
    する自律走行制御手段と、上記磁気誘導測位手段からの
    測位データに基づいて上記磁気誘導路に沿った走行を制
    御する磁気誘導走行制御手段と、上記自律走行制御手段
    による自律走行中に、上記磁気誘導測位手段によって自
    車輌が上記磁気誘導路に到達したと判断されたとき、上
    記自律走行制御手段による自律走行から上記磁気誘導走
    行制御手段による磁気誘導走行に切換える走行制御切換
    手段とを備えた自律走行車の走行制御装置であって、 上記自律走行制御手段は、上記推測航法測位手段の測位
    データによる現在の自車輌位置から目標位置までの移動
    距離を設定値と比較し、上記移動距離が上記設定値以下
    のとき、上記推測航法測位手段の測位データに基づいて
    自律走行を制御し、上記移動距離が上記設定値を越える
    とき、上記衛星利用測位手段と上記推測航法測位手段と
    の相互の対応する時刻の両測位データの差を平均化処理
    した値で上記推測航法測位手段による測位データを補正
    して自車輌の現在位置を新たに算出し、自律走行を制御
    することを特徴とする自律走行車の走行制御装置。
  2. 【請求項2】衛星からの測位情報と、この測位情報に対
    する補正情報とに基づいて、自車輌の位置を測位する衛
    星利用測位手段と、基準位置からの走行履歴に基づいて
    自車輌の位置を測位する推測航法測位手段と、走行誘導
    のための磁界を発生する磁気誘導路からの磁界を検出し
    て上記磁気誘導路の存在を判断し、上記磁気誘導路にお
    ける自車輌の位置を測位する磁気誘導測位手段と、上記
    衛星利用測位手段からの測位データあるいは上記推測航
    法測位手段からの測位データに基づいて自律走行を制御
    する自律走行制御手段と、上記磁気誘導測位手段からの
    測位データに基づいて上記磁気誘導路に沿った走行を制
    御する磁気誘導走行制御手段と、上記自律走行制御手段
    による自律走行中に、上記磁気誘導測位手段によっ て自
    車輌が上記磁気誘導路に到達したと判断されたとき、上
    記自律走行制御手段による自律走行から上記磁気誘導走
    行制御手段による磁気誘導走行に切換える走行制御切換
    手段とを備えた自律走行車の走行制御装置であって、 上記磁気誘導測位手段は、自車輌の車体幅方向に取り付
    けた複数の磁気センサからの出力の最大値と平均値との
    差が設定値以上のとき、自車輌が上記磁気誘導路上であ
    ると判断し、最大値を示す磁気センサ及び隣接する磁気
    センサの設置位置に基づいて上記磁気誘導路における自
    車輌の位置を測位することを特徴とする自律走行車の走
    行制御装置。
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