JP6710145B2

JP6710145B2 - 自律走行車両

Info

Publication number: JP6710145B2
Application number: JP2016213426A
Authority: JP
Inventors: 松本　拓也; 拓也松本
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2016-10-31
Filing date: 2016-10-31
Publication date: 2020-06-17
Anticipated expiration: 2036-10-31
Also published as: EP3316067A1; JP2018073187A; EP3316067B1

Description

この発明は自律走行車両に関し、より詳しくは障害物との接触を検出する接触センサを備えた自律走行車両に関する。

この種の自律走行車両はシャシに変位可能に取り付けられるカバーのシャシとの間の変位を検知して障害物との接触を検出する接触センサを備えており、本出願人も先に特許文献１において同種の接触センサを提案している。

特許文献１記載の接触センサは、シャシの相互に離間した位置に重力軸方向に平行になると共に、カバーに取り付けられた３個の軸（保持軸）と、軸の基部に収容された磁性体（永久磁石）と、磁性体から所定距離だけ離間した位置に配置される磁気センサとを備えている。

また、それぞれの軸の中央付近には複数枚の円板からなるガイドが設けられ、軸を円板に穿設された貫通孔に挿通させて動きを水平方向に制限するように構成される。

国際出願ＰＣＴ／ＪＰ２０１５／８５９５６号

特許文献１記載の自律走行車両の接触センサは３個の軸を備えることで構成部品数が増加すると共に、動きを水平方向に制限するガイドも必要となって構成が複雑となる不都合があった。

従って、この発明の課題は上記した不都合を解消し、シャシに変位可能に取り付けられるカバーのシャシとの間の変位を検知して障害物との接触を検出する接触センサの構造の簡素化を図るようにした自律走行車両を提供することにある。

上記した課題を解決するため、この発明は、シャシと前記シャシに変位可能に取り付けられるカバーとを備え、前記シャシに取り付けられた駆動輪で自律走行すると共に、前記シャシとカバーの間の変位を検知して障害物との接触を検出する接触センサを備えた自律走行車両において、前記接触センサが、前記カバーに取り付けられる一方、前記シャシに弾性部材を介して取り付けられると共に、前記カバーとシャシの間に重力軸方向と直交する方向に延びるように配置される少なくとも１個のプレートと、前記プレートとシャシの間に配置されて前記プレートとシャシの間の変位を示す出力を生じる検出素子と、前記検出素子に接続され、前記検出素子の出力に基づいて前記障害物との接触を検出する検出部とを備える如く構成した。

この発明に係る自律走行車両にあっては、接触センサが、前記カバーに取り付けられる一方、シャシに弾性部材を介して取り付けられると共に、カバーとシャシの間に重力軸方向と直交する方向に延びるように配置される少なくとも１個のプレートと、プレートとシャシの間に配置されてプレートとシャシの間の変位を示す出力を生じる検出素子と、検出素子に接続され、検出素子の出力に基づいて前記障害物との接触を検出する検出部とを備える如く構成したので、カバーとシャシの間に、３個の軸とガイドに代え、少なくとも１個のプレートを備えるように構成したことで、構成部品点数を減少させることができて構成を簡易にすることができる。

即ち、軸に代え、重力軸方向と直交する方向に延びるプレートを配置すると共に、そのプレートとシャシのいずれかに両者の変位を示す出力を生じる検出素子を設けるように構成したので、プレートの動きを水平方向に制限するガイドが不要となり、よって構成を簡易にすることができる。

この発明の実施形態に係る自律走行車両を全体的に示す概念図である。図１の自律走行車両の上面図である。図１の自律走行車両の作業エリアなどの説明図である。図１の自律走行車両のシャシとプレートの平面図である。図１の自律走行車両のシャシとプレートの側面図である。図４のシャシとプレートを模式的に示す説明図である。同様に図４のシャシとプレートを模式的に示す説明図である。同様に図４のシャシとプレートを模式的に示す説明図である。

図１はこの発明の実施形態に係る自律走行車両を全体的に示す概念図、図２は図１の自律走行車両の上面図、図３は図１の自律走行車両が自律走行する作業エリアの平面図、図４は自律走行車両のシャシとプレートの平面図、図５はその側面図である。

図１などにおいて符号１０は自律走行車両（以下「車両」という）を示す。車両１０は具体的には芝刈り機からなる。車両１０の車体１２はシャシ（車体フレーム）１２ａとシャシ１２ａに変位可能に取り付けられるカバー１２ｂからなる。

車両１０は、前後方向においてシャシ１２ａの前側にステー１２ｃを介して固定される比較的小径の左右２個の前輪１４を備えると共に、後側にシャシ１２ａに直接取り付けられる比較的大径の左右の後輪１６を備える。

車両１０のシャシ１２ａの中央位置付近には芝刈り作業用のブレード（作業機、具体的にはロータリブレード）２０が取り付けられると共に、その上部には電動モータ（原動機。以下「作業モータ」という）２２が配置される。ブレード２０は作業モータ２２に接続され、作業モータ２２によって回転駆動される。

ブレード２０にはユーザの手動操作自在なブレード高さ調節機構２４が連結される。ブレード高さ調節機構２４はユーザの操作可能なハンドル２４ａ（図４と図５に示す）を備え、ユーザがそのハンドル２４ａを手で廻すことでブレード２０の接地面ＧＲからの上下方向の高さが調節可能に構成される。

車両１０のシャシ１２ａには、ブレード２０の後端側で２個の電動モータ（原動機。以下「走行モータ」という）２６Ｌ，２６Ｒが取り付けられる。走行モータ２６Ｌ，２６Ｒは左右の後輪１６に接続され、前輪１４を従動輪、後輪１６を駆動輪として左右独立に正転（前進方向への回転）あるいは逆転（後進方向への回転）させる。ブレード２０と作業モータ２２と走行モータ２６などはカバー１２ｂで被覆される。

この実施形態において、車両１０はユーザが運搬可能な重量と寸法を有し、例えば全長（前後方向長さ）７１ｃｍ程度、全幅５５ｃｍ程度、高さ３０ｃｍ程度の寸法を有する。

車両１０の後部には搭載充電ユニット３０とそれに接続される搭載電池（バッテリ）３２とが格納されると共に、シャシ１２ａには一対の電池充電端子３４が前端位置の前方に突出するように取り付けられる。電池充電端子３４は搭載充電ユニット３０に接続される。作業モータ２２と走行モータ２６も搭載電池３２に接続され、搭載電池３２から通電される。

車両１０において車体１２の前側には左右２個の磁気センサ３６Ｌ，３６Ｒが配置されると共に、後側には１個の磁気センサ３６Ｃが配置され、それぞれ磁界の大きさ（磁界強度）を示す信号を出力する。

また、車体１２には、車両１０が障害物や異物との接触によるカバー１２ｂとシャシ１２ａとの間の変位を検出する接触センサ４０が取り付けられる。接触センサ４０の詳細は後述する。

シャシ１２ａの中央位置付近には収納ボックスが設けられると共に、その内部に収納された回路基板４２上にはＣＰＵと、Ｉ／Ｏと、メモリ（ＲＯＭ，ＥＥＰＲＯＭ，ＲＡＭ）などを備えたマイクロコンピュータからなる電子制御ユニット（Electronic Control Unit。制御装置。以下「ＥＣＵ」という）４４が搭載される。

また、回路基板４２上には、ＥＣＵ４４に近接して車両１０の重心位置のｚ軸（重力軸）回りの角速度（ヨーレート）を示す出力を生じる角速度センサ４６と、車両１０に作用するｘ，ｙ，ｚ軸の直交３軸方向の加速度を示す出力を生じる加速度センサ５０と、地磁気に応じた絶対方位を示す出力を生じる方位センサ５２と、ＧＰＳ衛星からの電波を受信して車両１０の現在位置を示す出力を生じるＧＰＳセンサ５４が設けられる。

また、車両１０の左右の後輪１６の付近には左右の後輪１６の車輪速を示す出力を生じる車輪速センサ５６が配置されると共に、シャシ１２ａとカバー１２ｂの間にはユーザなどによってカバー１２ｂがシャシ１２ａからリフトされたことを検出するリフトセンサ６０が配置される。搭載電池３２には搭載電池３２の消費電流を示す出力を生じる電流センサ６２が配置される。

また、車両１０には、作業の動作開始などを指令するメインスイッチ６４と非常停止を指令する非常停止スイッチ６６がユーザの操作自在に設けられる。さらに、カバー１２ｂは上面で大きく切り欠かれてそこにユーザの指令などの入力のためのキーボードやタッチパネルなどの入力機器６８が設けられると共に、それに隣接してディスプレイ７０が設けられる。入力機器６８とディスプレイ７０はＥＣＵ４４に接続され、ディスプレイ７０にはＥＣＵ４４の指令に応じて作業モードなどの各種の情報が表示される。

磁気センサ３６、接触センサ４０、角速度センサ４６などのセンサ類の出力とメインスイッチ６４などのスイッチ類の出力はＥＣＵ４４に送られる。ＥＣＵ４４は、それらの出力に基づき、搭載電池３２から走行モータ２６に通電すると共に、制御値を出力して走行モータ２６の動作を制御することで車両１０の走行を制御する。

また、ＥＣＵ４４は磁気センサ３６の出力から作業エリア（作業領域）ＡＲを検出（認識）し、それに基づいて作業モータ２２に通電して作業エリアＡＲで作業する。

図３に示す如く、作業エリアＡＲは、その周縁の配置されるエリアワイヤ（電線）７２によって区画される。作業エリアＡＲには車両１０の搭載電池３２を充電するための充電ステーション７４が配置される（図３では車両１０などの大きさを誇張して示す）。

この発明の特徴は上記した構成を備えた車両１０の接触センサ４０の構造にあるので、以下それについて図４以降を参照して説明する。

図４は図１に示す車両１０のシャシ１２ａの平面図、図５はその側面図である。

図示の如く、シャシ１２ａの重力軸方向において上方にはプレート８０が設けられる。プレート８０は取り外し可能な係止部材（図示せず）を介してカバー１２ｂに取り付けられると共に、側面視においてカバー１２ｂとシャシ１２ａの間に重力軸方向と直交する方向に延びるように配置される少なくとも１個の平坦な板材からなる。

図６から図８はプレート８０とシャシ１２ａを模式的に示す説明図である。

尚、この明細書において「重力軸方向」は、図１に示す如く、接触センサ４０が取り付けられた車両１０が接地面ＧＲ上に置かれたときの直交座標系における重力軸方向（鉛直軸方向。ｚ軸方向）を意味する。

図４に示す如く、プレート８０は半円形部と方形部が合体された形状を呈し、半円形部の中央は大きく穿孔され、そこからブレード高さ調節機構２４のハンドル２４ａが突出するように構成される。プレート８０は鉄材などの磁性体からなる。シャシ１２ａとカバー１２ｂは合成樹脂材からなる。尚、プレート８０は磁性体が埋め込まれた樹脂材からなるようにしても良い。

プレート８０とシャシ１２ａのいずれか、より詳しくは図６に示すようにシャシ１２ａのプレート８０との当接面には検出素子８２が配置されると共に、シャシ１２ａには検出素子８２に接続される検出部８４が設けられる。

図４に示す如く、検出素子８２は相互に離間した位置に、車体１２の長軸線１２ＣＬに対して左右対称に複数個（具体的には６個）配置される。

検出素子８２は磁電変換素子、例えばホール効果素子からなり、プレート８０とシャシ１２ａの間の物理的な変位に比例する出力を生じる。検出部８４は検出素子８２の出力に基づいて建造物、敷石、動物、人間などの障害物との接触の有無を検出する。

より具体的には、検出素子８２の出力は検出部８４でアナログ値からデジタル値にＡＤ変換され、変換されたＡＤ値がＥＣＵ４４に送られ、そこで時間当たりの変化量が閾値と比較され、閾値を超えたとき、障害物と接触したなどと判定してオン信号を出力する。

プレート８０は、シャシ１２ａにコイルばね（弾性部材）８６を介して取り付けられる。即ち、プレート８０はコイルばね８６を介してシャシ１２ａに取り付けられ、コイルばね８６によってシャシ１２ａに向けて付勢されるように取り付けられる。

コイルばね８６はプレート８０の周縁に相互に離間した位置に配置される複数個、具体的には車体１２の長軸線１２ＣＬに対して左右対称に複数個、より具体的には重力軸方向において前輪１４の上方付近の長軸線１２ＣＬ上に配置される１個のコイルばね８６ａと後輪１６の上方付近に２個のコイルばね８６ｂ，８６ｃの計３個からなる。

コイルばね８６のそれぞれは一端で固定具８６１を介してプレート８０に固定されると共に、他端でフック８６２（図５に示す）を介してシャシ１２ａに固定される。

また、４個のコイルばね８６の近傍には、複数個の可撓性を有して屈伸自在なワイヤ（弾性部材）９０が配置され、プレート８０をシャシ１２ａに緩やかに接続する。

ワイヤ９０はプレート８０の周縁に相互に離間した位置に配置されると共に、車体１２の長軸線１２ＣＬに対して左右対称に複数個、より具体的には前輪１４側のコイルばね８６の左右に配置される２個のワイヤ９０ａ，９０ｂと、後輪１６側のコイルばね８６ｂ，８６ｃの近傍に配置される２個のワイヤ９０ｃ，９０ｄの計４個からなる。

詳細な図示は省略するが、ワイヤ９０のそれぞれは一端で固定具９０１を介してプレート８０に固定されると共に、他端でフック（図示せず）を介してシャシ１２ａに固定される。

次いで、図６から図８を参照して車両１０の接触センサ４０の検出動作を説明する。尚、図６から図８では車両１０の進行方向を左とする。

図６に示す如く、車両１０の走行時、プレート８０はコイルばね８６によって常にシャシ１２ａに、より詳しくはそこに配置される検出素子８２に向けて押し付けられる（付勢される）。このとき、ワイヤ９０ａ，９０ｂ，９０ｃ，９０ｄは全て屈曲状態にある。

次いで、車両１０が障害物と接触してカバー１２ｂが変位し、図７に想像線で示す如く、プレート８０を後方に距離ｄだけ変位させる力が作用したとする。接触センサ４０の検出素子８２はプレート８０とシャシ１２ａの物理的な変位に比例する出力を生じ、検出部８４（とＥＣＵ４４）は検出された力が閾値を超えるとき、障害物との接触があったと検出（判定）してオン信号を出力する。

そのとき、図７に示す如く、前輪１４側のワイヤ９０ａ，９０ｂが伸張すると共に、後輪１６側のワイヤ９０ｃ，９０ｄが屈曲することで、プレート８０はワイヤ９０ｃ，９０ｄの限界長さ（距離ｄ）まで離間する。

尚、図８に示す如く、車両１０の走行時あるいは停止時、カバー１２ｂがユーザなどによってシャシ１２ａから持ち上げられた場合、前輪１４側のワイヤ９０ａ，９０ｂと後輪１６側のワイヤ９０ｃ，９０ｄが共に伸張することで、カバー１２ｂ（とプレート８０）のシャシ１２ａからの変位は、ワイヤ９０の伸張限界内に制約される。

尚、この場合、プレート８０とシャシ１２ａの物理的な変位は重力軸方向の変位であるため、接触センサ４０に代わり、リフトセンサ６０（とＥＣＵ４４）によってカバー１２ｂのリフトが検出（判定）される。

上記した如く、この実施形態においては、シャシ１２ａと前記シャシ１２ａに変位可能に取り付けられるカバー１２ｂとを備え、前記シャシ１２ａに取り付けられた駆動輪（走行モータ２６で駆動される後輪１６）で自律走行すると共に、前記シャシ１２ａとカバー１２ｂとの間の変位を検知して障害物との接触を検出する接触センサ４０を備えた自律走行車両１０において、前記接触センサ４０が、前記カバーに取り付けられる一方、前記シャシ１２ａに弾性部材（コイルばね）８６を介して取り付けられると共に、前記カバー１２ｂとシャシ１２ａの間に重力軸方向と直交する方向に延びるように配置される少なくとも１個のプレート８０と、前記プレート８０とシャシ１２ａの間に配置されて前記プレート８０とシャシ１２ａの間の変位に比例する出力を生じる検出素子８２と、前記検出素子８２に接続され、前記検出素子８２の出力に基づいて前記障害物との接触を検出する検出部８４とを備える如く構成したので、カバー１２ｂとシャシ１２ａの間に、３個の軸とガイドに代え、少なくとも１個のプレート８０を備えるように構成したことで、構成部品点数を減少させることができて構成を簡易にすることができる。

即ち、軸に代え、重力軸方向と直交する方向に延びるプレート８０を配置すると共に、そのプレート８０とシャシ１２ａのいずれかに両者の変位を示す出力を生じる検出素子８２を設けるように構成したので、プレート８０の動きを水平方向に制限するガイドが不要となり、よって構成を簡易にすることができる。

さらには、プレート８０が弾性部材（コイルばね）８６を介してシャシ１２ａに取り付けられるように構成したので、走行中のカバー１２ｂの振動を抑制することができる。

また、前記検出素子８２が、相互に離間した位置に配置される複数個の検出素子からなる如く構成したので、上記した効果に加え、障害物との接触の検知精度を向上させることができる。

また、前記弾性部材が、前記プレート８０の周縁に配置されて前記プレート８０を前記シャシ１２ａ、より詳しくはそこに配置される検出素子８２に向けて付勢する複数個のコイルばね８６からなる如く構成したので、上記した効果に加え、外力が作用しない初期状態においてプレート８０とシャシ１２ａを所期の位置に保持することができ、よって障害物の検知精度を向上させることができる。

また、前記弾性部材が、複数個のワイヤ９０からなる如く構成したので、上記した効果に加え、プレート８０の離間限界を確実に制限することができる。即ち、ワイヤ９０は外力が作用したときには伸張することでプレート８０の水平方向や重力軸方向の動き（換言すればカバー１２ｂの動作範囲）を伸張限界内に制約することができ、よってカバー１２ｂならびにプレート８０の大幅な変位による他の弾性部材あるいは部品の破損を防ぐことができる。

尚、上記において、車両１０として作業エリアＡＲの周縁に配置されるエリアワイヤ７２の磁界を検出しながら自律走行する自律走行車両を例示したが、車両１０は、その種の自律走行車両に限られるものではない。

また、車両１０を芝刈り車両に適用したが、この発明はそれに限られるものではなく、他の自律走行可能な自律走行車両に適用可能である。

また、検出素子８２として磁電変換素子、例えばホール効果素子を用いたが、それに限られるものではなく、プレート８０とシャシ１２ａとの物理的な変位に比例する出力を生じるものであれば、どのようなものであっても良い。また、検出素子８２の配置位置に樹脂系の弾性部材を配置すると共に、検出素子８２そのものはシャシ１２ａの適宜な位置に配置するようにして良い。

また、プレート８０を１個の板材から構成したが、２個またはそれ以上に分割しても良い。

また、プレート８０をシャシ１２ａに取り付けるためにコイルばね８６とワイヤ９０からなる弾性部材を用いたが、弾性部材はそれらに限られるものではなく、プレート８０をシャシ１２ａに向けて付勢できると共に、プレート８０の限度以上の変位を防止できるものであれば、どのようなものであっても良い。

１０自律走行車両（車両）、１２車体、１２ａシャシ、１２ｂカバー、１４前輪、１６後輪、２０ブレード、２２電動モータ（作業モータ）、２４ブレード高さ調節機構、２６電動モータ（走行モータ）、３０搭載充電ユニット、３２搭載電池、３４電池充電端子、３６磁気センサ、４０接触センサ、４４電子制御ユニット（ＥＣＵ）、４６角速度センサ、５０加速度センサ、５２方位センサ、５４ＧＰＳセンサ、５６車輪速センサ、６０リフトセンサ、６２電流センサ、６８入力機器、７０ディスプレイ、７２エリアワイヤ、７４充電ステーション、８０プレート、８２検出素子、８４検出部、８６コイルばね（弾性部材）、９０ワイヤ（弾性部材）、ＡＲ作業エリア

Claims

シャシと前記シャシに変位可能に取り付けられるカバーとを備え、前記シャシに取り付けられた駆動輪で自律走行すると共に、前記シャシとカバーの間の変位を検知して障害物との接触を検出する接触センサを備えた自律走行車両において、前記接触センサが、
前記カバーに取り付けられる一方、前記シャシに弾性部材を介して取り付けられると共に、前記カバーとシャシの間に重力軸方向と直交する方向に延びるように配置される少なくとも１個のプレートと、
前記プレートとシャシの間に配置されて前記プレートとシャシの間の変位に比例する出力を生じる検出素子と、
前記検出素子に接続され、前記検出素子の出力に基づいて前記障害物との接触を検出する検出部と、を備えることを特徴とする自律走行車両。
前記検出素子が、相互に離間した位置に配置される複数個の検出素子からなることを特徴とする請求項１記載の自律走行車両。
前記弾性部材が、前記プレートの周縁に配置されて前記プレートを前記シャシに向けて付勢する複数個のコイルばねからなることを特徴とする請求項１または２記載の自律走行車両。
前記弾性部材が、複数個のワイヤからなることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の自律走行車両。