JP6193898B2 - 自律走行作業車の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エリアワイヤによって画定された作業領域を自律走行して芝刈りなどの作業を行う自律走行作業車の制御装置に関する。

この種の自律走行作業車の制御装置として、従来、予めエリアワイヤを流れる電流によって生じる磁界強度を磁気センサで検出しつつエリアワイヤに沿って作業車を走行させ、そのときの作業車の進行変位と走行距離とをＹａｗセンサと車輪速センサとでそれぞれ検出することで、ビットマップ上に走行予定領域（作業領域）の境界線を表す走行軌跡を生成するようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

特許文献１記載の装置は、走行予定領域の境界線を表す走行軌跡を生成した後、Ｙａｗセンサと車輪速センサの検出値に基づきビットマップ上の作業車の位置を特定する。また、特許文献１記載の装置は地磁気センサを備え、所定方位に向けた直進走行作業時に地磁気センサの出力に基づいてＹａｗセンサの出力を較正する。

特開２０１２−７９０２２号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の装置は、Ｙａｗセンサと車輪速センサの検出値に基づき作業車の位置を特定（検出）するため、作業車の位置を精度よく検出できないおそれがある。また、特許文献１記載の装置は、地磁気センサの出力に基づいてＹａｗセンサの出力を較正することで、作業車の直進走行時の位置精度を担保する。しかしながら、地磁気センサ等の位置検出センサは一般に高価であるため、地磁気センサを備える構成は、装置全体の価格上昇を招く。

本発明の一態様は、走行手段を有する作業車に、予め敷設されたエリアワイヤによって画定される作業領域を自律走行させる自律走行作業車の制御装置であって、作業車の車体に車幅方向に互いに離間して配置され、それぞれがエリアワイヤを流れる電流によって発生する磁界強度を検出する一対の磁気センサと、作業車の旋回角を検出する旋回角検出部と、作業車の走行距離を検出する走行距離検出部と、作業車が自律走行により作業を行う作業モードの前のトレースモードにおいて、エリアワイヤに沿って作業車が走行するように一対の磁気センサのうちの一方の磁気センサをエリアワイヤの内側に位置させながら一対の磁気センサのうちの他方の磁気センサの検出値に基づき走行手段を制御するとともに、作業モードにおいて、一対の磁気センサの検出値に基づき作業車が作業領域内を自律走行するように走行手段を制御する走行制御部と、トレースモード時に旋回角検出部により検出された旋回角と走行距離検出部により検出された走行距離とに基づき、作業領域の境界線に沿った走行経路を生成する経路生成部と、トレースモード時に一方の磁気センサにより検出された磁界強度を走行経路に対応付けて記憶する記憶部と、作業モードにおいて、一対の磁気センサにより検出された磁界強度と記憶部に記憶された磁界強度との比較結果に基づき、作業車の位置を特定する位置特定部とを備え、位置特定部は、作業モード時に作業車が境界線に接近して一対の磁気センサにより記憶部に記憶された磁界強度と同一またはほぼ同一の磁界強度が検出されると、作業車の位置を特定することを特徴とする。

本発明によれば、トレースモード時に、エリアワイヤの内側の磁気センサにより検出された磁界強度を記憶し、作業モード時に、この記憶された磁界強度と磁気センサにより検出された磁界強度との比較結果に基づいて作業車の位置を特定する。したがって、地磁気センサ等の位置検出センサを用いることなく、作業車の位置を精度よく検出することができる。

本発明の実施形態に係る自律走行作業車の構成を概略的に示す側面図。 本発明の実施形態に係る自律走行作業車の構成を概略的に示す平面図。 本発明の実施形態に係る自律走行作業車によって作業を行う作業領域の一例を示す図。 エリアワイヤからの距離と磁界強度との関係を示す図。 本発明の実施形態に係る自律走行作業車の制御装置の構成を示すブロック図。 図５のＥＣＵの機能的構成を示すブロック図。 図６の経路生成部による走行経路の生成手順を説明する図。 図６の経路生成部によりトレースモード時に生成されたビットマップ上の走行経路の一例を示す図。 図５のＥＣＵにおいて実行される処理の一例を示すフローチャート。 本発明の実施形態に係る自律走行作業車をトレースモードで走行させたエリアワイヤの配置を示す図。 図１０のエリアワイヤに沿って自律走行作業車を走行させることにより得られた磁気センサの出力を示す図。

以下、図１〜図１１を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る自律走行作業車の構成を概略的に示す側面図であり、図２は平面図である。本発明の自律走行作業車（以下、単に作業車と呼ぶ場合もある）は、種々の作業車に適用することができるが、本実施形態では、特に芝刈り作業を行う芝刈り機に適用する。なお、以下では、平面視における作業車の直進方向（長さ方向）および直進方向に垂直な車幅方向を、それぞれ前後方向および左右方向と定義するとともに、作業車の高さ方向を上下方向と定義し、この定義に従い各部の構成を説明する。

図１，２に示すように、自律走行作業車１は、シャシ１１とフレーム１２とを有する車体１０と、車体１０を接地面ＧＲから走行可能に支持する左右一対の前輪１３および左右一対の後輪１４とを備える。前輪１３は、ステー１１ａを介してシャシ１１の前側に回転可能に取り付けられている。後輪１４は、前輪１３よりも大径であり、シャシ１１の後側に直接、回転可能に取り付けられている。作業車１は、ユーザ自身が搬送可能な重量および寸法を有する。一例を挙げると、作業車１の全長（前後方向長さ）は５００ｍｍ程度、全幅は３００ｍｍ程度、高さは３００ｍｍ程度である。

シャシ１１とフレーム１２とで包囲された作業車１の内部空間１５には、作業機１６と、作業機駆動用の作業モータ１７と、後輪駆動用の走行モータ１８と、充電ユニット１９と、バッテリ２０と、収納ボックス３０とが配置される。

作業機１６は、回転体と回転体に取り付けられた芝刈り用のブレードとを有し、全体が略円盤形状を呈する。作業機１６は、回転体中央の回転軸を上下方向に向けて配置され、高さ調節機構２１により接地面ＧＲからのブレードの高さを調整可能に構成される。高さ調節機構２１は、例えばユーザにより操作可能なねじを備える。作業モータ１７は、作業機１６の上方に配置された電動モータにより構成され、その出力軸が回転体の回転軸に連結され、回転体と一体にブレードを回転駆動する。

走行モータ１８は、左右の後輪１４の左右内側に配置された一対の電動モータ１８Ｌ，１８Ｒにより構成される。走行モータ１８Ｌ，１８Ｒの出力軸は、左右の後輪１４の回転軸にそれぞれ連結され、走行モータ１８Ｌ，１８Ｒは、左右の後輪１４を互いに独立に回転駆動する。すなわち、作業車１は、前輪１３を従動輪、後輪１４を駆動輪として構成され、走行モータ１８Ｌ，１８Ｒは、左右の後輪１４を互いに独立に正転（前進方向への回転）または逆転（後進方向への回転）させる。左右の後輪１４の回転に速度差を生じさせることで、作業車１は任意の方向に旋回することができる。

例えば、左右の後輪１４をそれぞれ正転させた際に、右後輪１４の回転速度が左後輪１４の回転速度よりも速いと、その速度差に応じた旋回角で作業車１は左方に旋回する。一方、左後輪１４の回転速度が右後輪１４の回転速度よりも速いと、その速度差に応じた旋回角で作業車１は右方に旋回する。左右の後輪１４を互いに同一速度で一方を正転、他方を逆転させると、作業車１はその場で旋回する。

充電ユニット１９は、ＡＣ／ＤＣ変換器を含み、フレーム１２の前端部に設けられた充電端子２２に配線を介して接続されるとともに、バッテリ２０に配線を介して接続されている。充電端子２２は、接点２２ａを有し、充電端子２２が接点２２ａを介して充電ステーション３（図３参照）に接続することで、バッテリ２０に充電することができる。バッテリ２０は、配線を介して作業モータ１７と走行モータ１８とに接続され、作業モータ１７と走行モータ１８とは、バッテリ２０から供給される電力により駆動する。なお、バッテリ２０の電圧は、図示しない電圧センサにより検出される。

収納ボックス３０は、作業車１の中央位置付近に配置されている。収納ボックス３０の内部には基板３０ａ（図５参照）が配置され、基板３０ａ上に電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと呼ぶ）３１と、Ｙａｗセンサ３２と、Ｇセンサ３３と、温度センサ３４とが実装されている。

ＥＣＵ３１は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ、その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成されるマイクロコンピュータである。Ｙａｗセンサ３２は、作業車１の高さ方向の軸線（Ｚ軸）回りに生じる角速度（ヨーレート）を示す信号を出力する角速度センサであり、Ｙａｗセンサ３２の出力信号を用いて、作業車１のＺ軸回りの旋回角を算出することができる。Ｇセンサ３３は、作業車１に作用する直交３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）方向の加速度を示す信号を出力する加速度センサである。

さらに作業車１は、接触センサ３６と、一対の車輪速センサ３７と、リフトセンサ３８と、操作スイッチ２５と、ディスプレイ２８と、磁気センサ４０とを備える。

接触センサ３６は、作業車１が障害物等に接触してフレーム１２がシャシ１１から離脱するとオン信号を出力する。一対の車輪速センサ３７は、左右の後輪１４の車輪速を示す信号をそれぞれ出力し、車輪速センサ３７の出力信号を用いて作業車１の走行距離を算出することができる。リフトセンサ３８は、フレーム１２がシャシ１１から持ち上げられたときにオン信号を出力する。操作スイッチ２５は、ユーザにより操作され、作業車１の動作開始等を指令するメインスイッチ２６と、非常停止を指令する非常停止スイッチ２７とを含む。ディスプレイ２８は、ユーザに提供するための各種情報を表示する。磁気センサ４０は、磁界の大きさ（磁界強度）を示す信号を出力する。

本実施形態では、作業車１の前側に左右方向に離間して２個の磁気センサ４０（磁気センサ４０Ｒ，４０Ｌ）が配置されている。より具体的には、図２に示すように、作業車１の車幅方向中心を通り直進方向に向かう中心線ＣＬに対して左右対称に一対の磁気センサ４０Ｒ，４０Ｌが配置されている。したがって、磁気センサ４０Ｒ，４０Ｌ間の距離をｄ０とすると、中心線ＣＬから磁気センサ４０Ｒ，４０Ｌまでの距離ｄ１，ｄ２は互いに等しく、ｄ０／２である。なお、各磁気センサ４０Ｒ，４０Ｌは互いに同一構成であり、同一の磁界が作用した状態で互いに同一の信号を出力する。

以上のように構成された作業車１は、予め定められた作業領域を自律走行する。図３は、作業領域ＡＲの一例を示す図である。作業領域ＡＲは、予め敷設（例えば接地面ＧＲから所定深さに埋設）されたエリアワイヤ２によって画定される。エリアワイヤ２には電流が流され、これにより作業領域ＡＲに磁界が発生する。なお、エリアワイヤ２上には、バッテリ２０を充電するための充電ステーション３が配置される。作業領域ＡＲは、作業車１の走行範囲を規定し、作業予定領域の他、作業を行わない非作業の領域を含んでもよい。

図４は、エリアワイヤ２からの距離ｄと磁界強度Ｈとの関係を示す図である。図４に示すように、磁界強度Ｈは、エリアワイヤ２からの距離ｄに応じて変化する。すなわち、磁界強度Ｈは、エリアワイヤ上において０となり、作業領域ＡＲの内側でプラス、外側でマイナスの値となる。作業領域ＡＲの内側において、磁界強度Ｈはエリアワイヤ２からの距離ｄの増加に伴い右上がりに上昇し、その後、右下がりに低下する。右上がりの範囲（０≦ｄ≦ｄａ）は、磁気センサ４０Ｒ，４０Ｌ間の距離ｄ０よりも短い。

本実施形態では、ＥＣＵ３１からの指令により、作業車１を作業モードとトレースモードとで動作させる。作業モードは、作業車１が作業領域ＡＲ内を自律走行しながら作業（芝刈り作業）を行うモードである。トレースモードは、エリアワイヤ２に沿って作業車１を走行させるモードである。トレースモードは、作業モードの前に実行され、トレースモードで作業領域ＡＲを画定する。

より具体的には、トレースモードにおいて、図３に示すように一対の磁気センサ４０Ｒ，４０Ｌのうち一方の磁気センサ（例えば４０Ｌ）をエリアワイヤ２の内側に位置させた状態で、他方の磁気センサ（例えば４０Ｒ）がエリアワイヤ２上を矢印Ａ方向に移動するように、エリアワイヤ２に沿って作業車１を周回走行させる。すなわち、磁気センサ４０Ｒの出力を監視し、磁気センサ４０Ｒによって検出される磁界強度Ｈが０となるように走行モータ１８を制御する。例えば、磁気センサ４０Ｒによって検出される磁界強度Ｈがプラスになると作業車１を右側に旋回させ、磁界強度Ｈがマイナスになると作業車１を左側に旋回させる。これにより、磁気センサ４０Ｒをエリアワイヤ２に近づけ、磁気センサ４０Ｒにより検出される磁界強度Ｈを０に維持する。この場合、他方の磁気センサ４０Ｌにより検出される磁界強度Ｈは、図４に示すようにエリアワイヤ２からの距離ｄ０に応じたプラスの値Ｈ０となる。

ところで、エリアワイヤ２は屈曲して敷設され、その一部に特徴的な部位を含む。例えば、図３に示すように、障害物を迂回する外回り部Ｐ１や、狭小の作業領域ＡＲを包囲する内回り部Ｐ２や、内回りの角部Ｐ３等を含む。図３において、外回り部Ｐ１，内回り部Ｐ２，角部Ｐ３を構成するエリアワイヤ２をそれぞれワイヤ部２ａ〜２ｆと定義する。

外回り部Ｐ１においては、ワイヤ部２ａによって生じる磁界の向きとこれに対向するワイヤ部２ｂによって生じる磁界の向きとが互いに反対となる。このため、ワイヤ部２ａによって生じる磁界の一部がワイヤ部２ｂによって生じる磁界によって相殺され、磁気センサ４０Ｌにより検出される磁界強度は小さくなる。一方、内回り部Ｐ２においては、ワイヤ部２ｃによって生じる磁界の向きとこれに対向するワイヤ部２ｄによって生じる磁界の向きとが互いに同一となる。このため、ワイヤ部２ｃによって生じる磁界にワイヤ部２ｄによって生じる磁界が加算され、磁気センサ４０Ｌにより検出される磁界強度は大きくなる。角部Ｐ３においても同様に、磁気センサ４０Ｌにより検出される磁界強度は大きくなる。

このように、トレースモードにおいて磁気センサ４０Ｌにより検出される磁界強度は、エリアワイヤ２からの距離が一定（＝ｄ０）であるとしても、作業車１の周囲のエリアワイヤ２の配置パターンに応じて変化する。すなわち、図４の距離ｄ０における磁界強度Ｈ０は、作業車１の周囲の複数のワイヤ部２ａ〜２ｆからの影響を受け、エリアワイヤ上の作業車１の位置に応じて増減する。この点を考慮し、本実施形態では、トレースモード時に磁気センサ４０Ｌにより検出された磁界強度Ｈを記憶することで、後述するように作業モード時における作業車１の位置を特定する。

図５は、本発明の実施形態に係る自律走行作業車の制御装置の構成を示すブロック図である。図５に示すように、基板３０ａには、ＥＣＵ３１と、Ｙａｗセンサ３２と、Ｇセンサ３３と、温度センサ３４と、作業モータドライバ１７ａと、走行モータドライバ１８ａとが実装されている。また、基板３０ａには、接触センサ３６と、車輪速センサ３７と、リフトセンサ３８と、一対の磁気センサ４０Ｒ，４０Ｌと、操作スイッチ２５と、ディスプレイ２８と、充電ユニット１９と、バッテリ２０と、作業モータ１７と、一対の走行モータ１８Ｌ，１８Ｒとが接続されている。

Ｙａｗセンサ３２と、Ｇセンサ３３と、温度センサ３４と、接触センサ３６と、車輪速センサ３７と、リフトセンサ３８と、磁気センサ４０Ｌ，４０Ｒと、操作スイッチ２５とからの信号は、それぞれＥＣＵ３１に入力される。ＥＣＵ３１はこれらからの入力信号に基づき所定の処理を実行し、作業モータドライバ１７ａを介して作業モータ１７に制御信号を出力するとともに、走行モータドライバ１８ａを介して走行モータ１８Ｌ，１８Ｒに制御信号を出力する。

図６は、ＥＣＵ３１の機能的構成を示すブロック図である。ＥＣＵ３１は、モード切換部３１１と、走行制御部３１２と、経路生成部３１３と、記憶部３１４と、位置特定部３１５と、作業済み領域特定部３１６とを有する。

モード切換部３１１は、作業モードとトレースモードとの切換を実行する。操作スイッチ２５（メインスイッチ２６）のオンによる作業車１の動作開始直後は、モード切換部３１１はトレースモードに切り換え、エリアワイヤ２に沿って作業車１を走行（トレース走行）させる。トレースモードにおける所定の処理が終了すると、モード切換部３１１はトレースモードから作業モードに切り換え、作業領域ＡＲを作業車１に自律走行させて作業を行わせる。なお、電圧センサにより検出されるバッテリ２０の電圧が所定値以下になると、作業モードからトレースモードへ切り換え、トレース走行により作業車１を充電ステーション３へ帰還させる。

走行制御部３１２は、トレースモードにおいて、一方の磁気センサ（例えば４０Ｌ）をエリアワイヤ２の内側に位置させながら他方の磁気センサ（例えば４０Ｒ）の検出値に基づき走行モータ１８Ｌ，１８Ｒを制御する。すなわち、磁気センサ４０Ｒにより検出された磁界強度Ｈが０を維持するように、磁気センサ４０Ｒの出力に応じて作業車１の旋回角を調整しながら作業車１を走行させる。これにより、図３に示すように磁気センサ４０Ｒがエリアワイヤ２上を移動し、作業車１がエリアワイヤ２に沿って周回する。

経路生成部３１３は、トレースモード時に検出された作業車１の旋回角θと走行距離Ｌとに基づき、エリアワイヤ２によって画定される作業領域ＡＲの境界線に沿った走行経路ＰＡを生成する。旋回角θは、Ｙａｗセンサ３２により検出される角速度を経路生成部３１３が時間積分することによって取得する。走行距離Ｌは、車輪速センサ３７により検出される車輪速を経路生成部３１３が時間積分することによって取得する。左右の車輪速センサ３７の出力が異なる場合には、その平均値を用いて走行距離Ｌを算出すればよい。

本実施形態では、複数のセルを配列してなるビットマップ上に走行経路ＰＡ（ＰＡｃ）を生成する。図７は、走行経路ＰＡｃの生成手順を説明する図である。図７では、一辺が所定長さａ（例えば２００ｍｍ）の正方形状のセル５１を、Ｘ軸とＹ軸とを含む水平面（ＸＹ平面）内に格子状に配列してビットマップ５０を形成する。各セル５１は所定位置（例えば充電ステーション３）を基準とした位置情報を含む。なお、セル５１の寸法は適宜変更可能であり、作業機１６の作業幅（ブレード最外径）に一致するように寸法を設定してもよい。

走行経路ＰＡｃの生成にあたっては、まず、Ｙａｗセンサ３２からの信号に基づき所定時間Δｔ（例えば１００ｍｓ）毎に基準線（例えばＸ軸）に対する作業車１の旋回角Δθを検出する。さらに、車輪速センサ３７からの信号に基づき所定時間Δｔの間に作業車１が走行した走行距離ΔＬを検出する。

次いで、検出された旋回角Δθと走行距離ΔＬとを用いて、次式(I)により、基準位置（例えば充電ステーション３の位置）に対するＸＹ平面上における所定時間Δｔ毎の作業車１の移動点Ｐの位置座標（Ｘ，Ｙ）を算出する。
Ｘ＝ΔＬ×cosΔθ，Ｙ＝ΔＬ×sinΔθ ・・・(I)

図７に示すように、算出された移動点Ｐを順次直線で結ぶことにより、走行経路ＰＡが得られる。この走行経路ＰＡを含むセル５１ａ（斜線部）がビットマップ上の走行経路ＰＡｃを構成する。このようにしてビットマップ上にセル単位で走行経路ＰＡｃを生成する。走行経路ＰＡ（ＰＡｃ）は作業領域ＡＲの境界線となる。

図８は、作業車１を実際にエリアワイヤ２に沿ってトレース走行させることにより得られたビットマップ上の走行経路ＰＡｃの一例を示す図である。なお、図８は走行経路ＰＡｃの生成途中の状態を示す。図８より明らかなように、エリアワイヤ２と走行経路ＰＡｃ（斜線部）とは良好に対応しており、本実施形態のようにエリアワイヤ２に沿って作業車１を走行させることで、境界線を示す良好な走行経路ＰＡｃが得られる。

記憶部３１４は、トレースモード時に境界線の内側の磁気センサ（例えば４０Ｌ）により検出された磁界強度Ｈを走行経路ＰＡに対応付けて記憶する。とくに本実施形態のように走行経路ＰＡをセル単位で記憶する場合、記憶部３１４は、走行経路ＰＡｃを含むビットマップ上のセル５１ａの属性データとして、走行経路ＰＡｃを識別するための走行経路情報だけでなく磁界強度Ｈも記憶する。なお、走行経路ＰＡｃとなったセル５１ａではなく、その内側のセル５１に対応付けて、磁気センサ４０Ｌにより検出された磁界強度Ｈを記憶するようにしてもよい。例えば、セル寸法が磁気センサ４０Ｌ，４０Ｒ間の距離ｄ０よりも小さい場合には、走行経路ＰＡｃを構成するセル５１ａ上に磁気センサ４０Ｌが存在しない可能性がある。この場合には、走行経路ＰＡｃを構成するセル５１ａよりも内側のセル５１の属性データとして磁界強度Ｈを記憶すればよい。

位置特定部３１５は、作業モードにおいて、予め記憶部３１４に記憶された磁界強度Ｈ（以降、これを記憶済み磁界強度Ｈａと呼ぶ）と一対の磁気センサ４０Ｌ，４０Ｒにより検出された磁界強度Ｈ（以降、これを検出磁界強度Ｈｂと呼ぶ）との比較結果に基づき、作業車１の位置を特定する。すなわち、作業車１が作業領域ＡＲ内を走行してエリアワイヤ２上のセル５１ａに到達すると、磁気センサ４０Ｌ，４０Ｒの少なくとも一方は、記憶済み磁界強度Ｈａと同一ないしほぼ同一の磁界強度Ｈを検出する。したがって、Ｙａｗセンサ３２と車輪速センサ３７からの信号に基づき作業領域ＡＲ内における作業車１のおおよその位置を把握した上で、その位置近傍における記憶済み磁界強度Ｈａの中から、検出磁界強度Ｈｂと一致するものを探索する。

とくに本実施形態では、ビットマップ上のセル５１（５１ａ）に対応付けて、換言すればセル５１の属性データとして磁界強度Ｈを記憶する。したがって、位置特定部３１５は、各セル５１ａに対応する記憶済み磁界強度Ｈａと検出磁界強度Ｈｂとを比較し、両者が一致するセル５１ａを探索し、このセル５１ａの位置情報により作業車１の位置を特定する。これにより、作業領域ＡＲ内に勾配や轍等が存在し、Ｙａｗセンサ３２と車輪速センサ３７からの信号によって把握される作業車１の位置と実際の作業車１の位置との間にずれが生じた場合であっても、作業車１の位置を精度よく検出することができる。

記憶済み磁界強度Ｈａの変化が少ない領域、例えば隣り合うセル５１ａの記憶済み磁界強度Ｈにほとんど差がない領域においては、検出磁界強度Ｈｂと各セル５１ａの記憶済み磁界強度Ｈａとを比較するだけでは、作業車１の位置を精度よく特定できないおそれがある。この場合、作業モード時に走行経路ＰＡの一部を作業車１が一時的に走行（トレース走行）するように走行制御部３１２が走行モータ１８を制御するとともに、複数点の検出磁界強度を取得し、複数の検出磁界強度Ｈｂと記憶済み磁界強度Ｈａとの比較結果に基づき、位置特定部３１６が作業車１の位置を特定してもよい。

例えば、複数の検出磁界強度Ｈｂと複数の記憶済み磁界強度Ｈａとが一致するか否かを判定することにより作業車１の位置を特定してもよい。このように複数のセル５１ａの記憶済み磁界強度Ｈａと検出磁界強度Ｈｂとを比較することで、作業車１の位置検出精度をより一層高めることができる。なお、検出磁界強度Ｈｂと記憶済み磁界強度Ｈａとが一致するか否かではなく、検出磁界強度Ｈｂと記憶済み磁界強度Ｈａとが所定の相関関係を有するか否か、例えば検出磁界強度Ｈｂに所定の係数を乗じた値が記憶済み磁界強度Ｈａに一致するか否かを判定することにより、作業車１の位置を特定してもよい。

作業済み領域特定部３１６は、位置特定部３１５により特定された作業車１の位置に基づき、作業車１が作業を行った作業済み領域、換言すれば作業モードにおいて作業車１が通過した領域（作業済み領域）を特定する。例えば、作業モード時に走行制御部３１２は、作業車１が境界線（走行経路ＰＡ）に到達する度に所定ピッチずつ位置をずらしながら作業領域内で所定方向に沿って作業車１を繰り返し往復走行させ（これをパラレル走行と呼ぶ）、あるいは作業車１が境界線に到達する度に任意に方向を変えながら作業領域内で作業車１をランダムに走行させる（これをランダム走行と呼ぶ）。

この場合、位置特定部３１５は、作業車１が境界線に接近する度に、記憶済み磁界強度Ｈａと検出磁界強度Ｈｂとを比較して作業車１の位置を特定する。作業済み領域特定部３１６は、Ｙａｗセンサ３２と車輪速センサ３７とからの信号および位置特定部３１５により特定された作業車の位置情報に基づいて、作業領域内の作業車１の作業済み走行経路を特定する。本実施形態では、この作業済み走行経路をセル単位で特定し、作業済み走行経路上のセル５１の属性データとして、作業済み領域と未作業領域とを識別する作業済み情報を記憶する。これによりビットマップ上の作業済み領域をセル単位で把握することができる。

図９は、ＥＣＵ３１において実行される処理の一例、とくにトレースモード時の処理を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、例えば充電ステーション３に作業車１が接続された状態で、ユーザにより操作スイッチ２５（メインスイッチ２６）がオンされると開始される。

ステップＳ１では、走行制御部３１２での処理により、走行モータ１８に制御信号を出力し、作業車１を後進走行させる。これにより作業車１が充電ステーション３から離脱する。次いで、ステップＳ２に進む。

ステップＳ２では、走行制御部３１２での処理により、走行モータ１８に制御信号を出力し、一方の磁気センサ（例えば４０Ｌ）がエリアワイヤ２の内側に、他方の磁気センサ（例えば４０Ｒ）がエリアワイヤ２上にそれぞれ位置するとともに、作業車１の直進方向がエリアワイヤ２と平行になるように、作業車１を旋回させる。すなわち、トレース走行の準備をする。次いで、ステップＳ３に進む。

ステップＳ３では、走行制御部３１２での処理により、磁気センサ４０Ｒにより検出された磁界強度Ｈが０となるように、磁気センサ４０Ｒの出力に応じてエリアワイヤ２に沿って作業車１をトレース走行させる。次いで、ステップＳ４に進む。

ステップＳ４では、経路生成部３１３での処理により、Ｙａｗセンサ３２により検出された作業車１の旋回角θと車輪速センサ３７により検出された走行距離Ｌとに基づき、作業領域ＡＲの境界線に沿った走行経路ＰＡを生成する。より具体的には、ビットマップ５０上にセル単位で走行経路ＰＡｃを生成し、走行経路ＰＡｃを含むセル５１ａの位置情報によって走行経路ＰＡｃ（境界線）の位置を特定する。次いで、ステップＳ５に進む。

ステップＳ５では、記憶部３１４での処理により、境界線の内側の磁気センサ４０Ｌにより検出された磁界強度Ｈを走行経路ＰＡに対応付けて記憶する。より具体的には、走行経路ＰＡｃを含むビットマップ上のセル５１ａの属性データとして、走行経路情報とともに磁界強度Ｈを記憶する。次いで、ステップＳ６に進む。

ステップＳ６では、作業車１が充電ステーション３の近傍に位置するか否か、すなわち作業車１がエリアワイヤ２に沿った全周にわたる周回走行を完了したか否かを判定する。この判定は、例えば充電ステーション３に電流を流してその周囲に特有の磁界を発生させ、それを磁気センサ４０Ｌ，４０Ｒで検出することにより行う。ステップＳ６で否定されると、ステップＳ３に戻り、ステップＳ６で肯定されるまで同様の処理を繰り返す。ステップＳ６で肯定されるとステップＳ７に進む。

ステップＳ７では、走行制御部３１２での処理により、作業車１の走行を停止させる。このとき、経路生成部３１３での処理による走行経路ＰＡ（ＰＡｃ）の生成が完了する。次いで、ステップＳ８に進む。

ステップＳ８では、モード切換部３１１での処理によりトレースモードから作業モードに切り換え、走行経路ＰＡｃ（境界線）の内側の作業領域ＡＲで作業を開始させる。なお、ステップＳ７で作業車１の走行を停止させた後に作業車１を充電ステーション３に接続し、作業開始前にバッテリ２０に充電するようにしてもよい。

作業モードにおいては、作業モータ１７により作業機１６を駆動しながら、走行制御部３１２での処理により作業車１をパラレル走行またはランダム走行させ、芝刈り作業を行う。作業モード時には、作業済み領域特定部３１６での処理により、Ｙａｗセンサ３２と車輪速センサ３７からの信号により作業車１の位置を検出することで作業済み領域を特定し、作業車１が作業済み領域よりも未作業領域を優先的に走行するよう、作業車１の走行動作を制御する。これにより作業領域ＡＲ内で効率的に芝刈り作業を行うことができる。

作業モード時に作業車１が境界線に接近すると、位置特定部３１５での処理により検出磁界強度Ｈｂと記憶済み磁界強度Ｈａとを比較し、その比較結果に基づき作業車１の位置を特定する。これにより作業車１の位置を精度よく特定（検出）することができる。したがって、作業予定領域の全域を作業車１に万遍なく走行させることができ、芝刈り作業時の刈り残しを防ぐことができる。また、作業車１を充電ステーション３に帰還させる場合に、未作業領域を選択して作業車１を充電ステーション３に帰還させることができ、充電ステーション３への効率的な帰還が可能である。

本実施形態の効果を検証するため、図１０に示すエリアワイヤ２に沿って作業車１を実際に周回走行させ、そのときのエリアワイヤ２の内側の磁気センサ（例えば４０Ｌ）の出力（電圧Ｖ）を測定した。その結果を図１１に示す。作業車１は図１０の充電ステーション３から走行を開始しており、図１１の横軸は充電ステーション３からの距離Ｌである。図１１に示すように、磁気センサ４０Ｌの出力は、充電ステーション３からの距離Ｌに応じてピーク値を伴って変化した。

特に、作業車１は初めに後進および旋回するため（ステップＳ１、ステップＳ２）、スタート直後に磁気センサ４０Ｌの磁界強度の出力Ｖは低下した（図１１のａ）。その後、作業車１が作業領域ＡＲを内回りする部位（図１０のＰ４、Ｐ５）では、磁気センサ４０の出力が上昇し（図１１のｂ）、作業車１が作業領域ＡＲを外回りする部位（図１０のＰ６）では出力が低下した（図１１のｃ）。このように磁気センサ４０Ｌの出力は、作業車１の周囲のエリアワイヤ２の配置パターンに応じて変化した。したがって、図１１の磁気センサ４０Ｌの出力値を予め記憶し、作業モード時の磁気センサ４０Ｌ，４０Ｒの検出値と比較することで、作業車１の位置を精度よく特定することができる。

本実施形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）走行モータ１８（走行手段の一例）を有する作業車１に、予め敷設されたエリアワイヤ２によって画定される作業領域ＡＲを自律走行させる自律走行作業車の制御装置は、以下のように構成する。すなわち、自律走行作業車の制御装置は、作業車１の車体に車幅方向に互いに離間して配置され、それぞれがエリアワイヤ２を流れる電流によって発生する磁界強度Ｈを検出する一対の磁気センサ４０Ｌ，４０Ｒ（図２）と、作業車１の旋回角θを検出するＹａｗセンサ３２（旋回角検出部の一例）と、作業車１の走行距離Ｌを検出する車輪速センサ３７（走行距離検出部の一例）と、作業車１が自律走行により作業を行う作業モードの前のトレースモードにおいて、エリアワイヤ２に沿って作業車１が走行するように一対の磁気センサ４０Ｌ，４０Ｒのうちの一方の磁気センサ（例えば４０Ｌ）をエリアワイヤ２の内側に位置させながら一対の磁気センサ４０Ｌ，４０Ｒのうちの他方の磁気センサ（例えば４０Ｒ）の検出値に基づき走行モータ１８を制御する走行制御部３１２（ステップＳ３）と、トレースモード時にＹａｗセンサ３２により検出された旋回角θと車輪速センサ３７により検出された走行距離Ｌとに基づき、作業領域ＡＲの境界線に沿った走行経路ＰＡを生成する経路生成部３１３（ステップＳ４）と、トレースモード時に一方の磁気センサ４０Ｌにより検出された磁界強度Ｈを走行経路ＰＡに対応付けて記憶する記憶部３１４（ステップＳ５）と、作業モードにおいて、一対の磁気センサ４０Ｌ，４０Ｒにより検出された磁界強度Ｈ（検出磁界強度Ｈｂ）と記憶部３１４に記憶された磁界強度Ｈ（記憶済み磁界強度Ｈａ）との比較結果に基づき、作業車１の位置を特定する位置特定部３１５とを備える。

すなわち、本実施形態では、エリアワイヤ２の内側の磁界強度Ｈが、エリアワイヤ２からの距離に応じて変化するだけでなく、作業車１の周囲のエリアワイヤ２の配置パターンに応じて変化する点を考慮し、検出磁界強度Ｈｂと記憶済み磁界強度Ｈａとの比較結果に基づき作業車１の位置を特定する。これにより地磁気センサやＧＰＳセンサ等の位置検出センサを用いることなく、作業車１の位置を精度よく検出することができる。また、位置検出センサが不要であるため、装置全体を安価に構成することができる。位置検出センサを設けるためのフレーム構造の見直し等も不要であり、既存の装置にも容易に適用することができる。

（２）とくに、経路生成部３１３は、複数のセル５１を配列してなるビットマップ上に走行経路ＰＡｃを生成し（図８）、記憶部３１４は、走行経路ＰＡｃに対応するビットマップ上のセル５１（５１ａ）に対応付けて磁界強度Ｈを記憶し、位置特定部３１５は、ビットマップ上のセル５１の位置情報により作業車１の位置を特定する。このようにビットマップ５０を用いてセル単位で作業車１の位置を特定する場合、磁気センサ４０Ｌの検出値をセル５１の属性データとして記憶すればよいので、データ処理が容易である。また、その後の作業もセル単位で行うことで、作業モード時における未作業領域の判定も容易である。

（３）自律走行作業車の制御装置は、位置特定部３１５により特定された作業車１の位置に基づき、作業車１が作業を行った作業済み領域を特定する作業済み領域特定部３１６をさらに備える。したがって、作業領域ＡＲ内の未作業領域を精度よく把握することができ、作業領域ＡＲの全域にわたり効率よく作業を行うことができる。

（４）走行制御部３１２は、作業モード時に走行経路ＰＡの一部を作業車１が一時的に走行するように走行モータ１８を制御し、位置特定部３１５が、そのときの検出磁界強度Ｈｂと記憶済み磁界強度Ｈａとの比較結果に基づいて作業車１の位置を特定するように構成した場合、作業車１の位置を一層精度よく特定することができる。すなわち、この場合、作業領域ＡＲ内における連続した複数の記憶済み磁界強度Ｈａを検出磁界強度Ｈｂと比較するため、検出磁界強度Ｈｂと記憶済み磁界強度Ｈａとが一致するか否かを精度よく判定することができ、作業車１の位置検出精度が向上する。

（５）一対の磁気センサ４０Ｌ，４０Ｒは、作業車１の車幅方向中心を通り作業車１の直進方向に向かう中心線ＣＬに対して対称に配置される。このため、エリアワイヤ２に沿って作業車１を時計回りに走行させた場合と反時計回りに走行させた場合とで、エリアワイヤ２の内側の磁気センサ４０Ｌ，４０Ｒは互いに同一の信号を出力する。したがって、作業車１の周回方向を考慮することなく、作業車１を走行させることができる。

−変形例−
上記実施形態は、例えば以下のような変形が可能である。上記実施形態では、モード切換部３１１で作業モードとトレースモードとを切り換えるようにしたが、さらに作業車１を充電ステーション３へ帰還させる帰還モードに切り換え可能としてもよい。これらモードを、モード切換部での処理だけでなく、例えば操作スイッチ２５の操作によりユーザが手動で切換可能としてもよい。

上記実施形態では、左右一対の走行モータ１８Ｌ，１８Ｒにより作業車を走行させるようにしたが、走行手段の構成はこれに限らない。例えば、作業車１に内燃機関を搭載し、内燃機関の動力により作業車１を走行するようにしてもよい。前輪１３あるいは後輪１４を操舵可能なアクチュエータを作業車１に搭載し、アクチュエータの駆動により作業車を旋回させるようにしてもよい。したがって、作業車１の構成は上述したものに限らない。

上記実施形態では、一対の磁気センサ４０Ｌ，４０Ｒを中心線ＣＬに対して左右対称となるように車体１０に配置したが、磁気センサ４０Ｌ，４０Ｒが車体１０に車幅方向に互いに離間して配置されれば、トレースモード時に一方の磁気センサによりエリアワイヤ２の内側の磁気強度Ｈを検出できる。したがって、磁気センサ４０Ｌ，４０Ｒは左右対称に配置しなくてもよく、磁気センサ４０Ｌ，４０Ｒの配置は上述したものに限らない。

上記実施形態では、Ｙａｗセンサ３２により検出された作業車１の旋回角速度をＥＣＵ３１が時間積分して旋回角を検出（算出）したが、旋回角検出部の構成はこれに限らない。例えば旋回角を直接検出するセンサを設けてもよい。上記実施形態では、車輪速センサ３７により検出された左右の後輪１４の車輪速度をＥＣＵ３１が時間積分して走行距離を検出（算出）したが、走行距離検出部の構成はこれに限らない。例えば走行距離を直接検出するセンサを設けてもよい。

上記実施形態では、複数のセル５１を配列してなるビットマップ５０上に走行経路ＰＡｃを生成し、走行経路ＰＡｃに対応するビットマップ５０上のセル５１（５１ａ）に対応付けて磁界強度Ｈを記憶し、ビットマップ５０上のセル５１の位置情報により作業車１の位置を特定したが、ビットマップ５０を用いずに作業車１の位置を特定してもよい。すなわち、トレースモード時に旋回角検出部により検出された旋回角θと走行距離検出部により検出された走行距離Ｌとに基づき、作業領域ＡＲの境界線に沿った走行経路ＰＡを生成し、トレースモード時に一方の磁気センサ（例えば４０Ｌ）により検出された磁界強度を走行経路ＰＡに対応付けて記憶し、作業モードにおいて、一対の磁気センサ４０Ｌ，４０Ｒにより検出された磁界強度Ｈａと記憶された磁界強度Ｈｂとの比較結果に基づき、作業車１の位置を特定するのであれば、自律走行作業車の制御装置の構成はいかなるものでもよい。

上記実施形態は、芝刈り作業車に適用したが、本発明は、これに限らず種々の自律走行作業車に適用可能である。したがって、作業機１６の構成は上述したものに限らない。

以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態および変形例の構成要素には、発明の同一性を維持しつつ置換可能かつ置換自明なものが含まれる。すなわち、本発明の技術的思想の範囲内で考えられる他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上記実施形態と変形例の１つまたは複数を任意に組み合わせることも可能である。

１ 自律走行作業車、２ エリアワイヤ、１８ 走行モータ、３１ ＥＣＵ、３２ Ｙａｗセンサ、３７ 車輪速センサ、４０Ｌ，４０Ｒ 磁気センサ、３１２ 走行制御部、３１３ 経路生成部、３１４ 記憶部、３１５ 位置特定部、ＰＡ 走行経路

Claims (5)

1. 走行手段を有する作業車に、予め敷設されたエリアワイヤによって画定される作業領域を自律走行させる自律走行作業車の制御装置であって、
   前記作業車の車体に車幅方向に互いに離間して配置され、それぞれが前記エリアワイヤを流れる電流によって発生する磁界強度を検出する一対の磁気センサと、
   前記作業車の旋回角を検出する旋回角検出部と、
   前記作業車の走行距離を検出する走行距離検出部と、
   前記作業車が自律走行により作業を行う作業モードの前のトレースモードにおいて、前記エリアワイヤに沿って前記作業車が走行するように前記一対の磁気センサのうちの一方の磁気センサを前記エリアワイヤの内側に位置させながら前記一対の磁気センサのうちの他方の磁気センサの検出値に基づき前記走行手段を制御するとともに、前記作業モードにおいて、前記一対の磁気センサの検出値に基づき前記作業車が前記作業領域内を自律走行するように前記走行手段を制御する走行制御部と、
   前記トレースモード時に前記旋回角検出部により検出された旋回角と前記走行距離検出部により検出された走行距離とに基づき、前記作業領域の境界線に沿った走行経路を生成する経路生成部と、
   前記トレースモード時に前記一方の磁気センサにより検出された磁界強度を前記走行経路に対応付けて記憶する記憶部と、
   前記作業モードにおいて、前記一対の磁気センサにより検出された磁界強度と前記記憶部に記憶された磁界強度との比較結果に基づき、前記作業車の位置を特定する位置特定部とを備え、
   前記位置特定部は、前記作業モード時に前記作業車が前記境界線に接近して前記一対の磁気センサにより前記記憶部に記憶された磁界強度と同一またはほぼ同一の磁界強度が検出されると、前記作業車の位置を特定することを特徴とする自律走行作業車の制御装置。
2. 請求項１に記載の自律走行作業車の制御装置において、
   前記経路生成部は、複数のセルを配列してなるビットマップ上に前記走行経路を生成し、
   前記記憶部は、前記走行経路に対応する前記ビットマップ上のセルに対応付けて前記磁界強度を記憶し、
   前記位置特定部は、前記ビットマップ上のセルの位置情報により前記作業車の位置を特定することを特徴とする自律走行作業車の制御装置。
3. 請求項１または２に記載の自律走行作業車の制御装置において、
   前記位置特定部により特定された前記作業車の位置に基づき、前記作業車が作業を行った作業済み領域を特定する作業済み領域特定部をさらに備えることを特徴とする自律走行作業車の制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の自律走行作業車の制御装置において、
   前記走行制御部は、前記作業モード時に前記走行経路の一部を前記作業車が一時的に走行するように前記走行手段を制御し、
   前記位置特定部は、前記作業車に前記走行経路の一部を一時的に走行させた際に前記一対の磁気センサにより検出された磁界強度と前記記憶部に記憶された磁界強度との比較結果に基づき、前記作業車の位置を特定することを特徴とする自律走行作業車の制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の自律走行作業車の制御装置において、
   前記一対の磁気センサは、前記作業車の車幅方向中心を通り前記作業車の直進方向に向かう中心線に対して対称に配置されることを特徴とする自律走行作業車の制御装置。

Images