JPH01134606A - 自立走行作業車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野〕 この発明は、所定領域内に３いて、無人により直線走行
、方向転換等を行ないながら自立的に作業を行なう芝刈
ロボット等の自立走行作業車に関する。

［従来の技術］ 一般に、このような無人走行車では、車体の走行を制御
するに際し、車体の位置、方位を検出する手段が不可欠
であるが、この種の検出器は、通常、地磁気センサ、Ｔ
Ｖカメラ等のように外部の情報を取り込む外界センサと
、ジャイロコンパスのように走行車自身の内部情報に基
づく内界センサとに大別される。

そして、外界センサとして、ＴＶカメラ、赤外線、超音
波センサ等を用いる場合、外部の目印となるものを認識
したり、基準点を設けて赤外線や超音波により距離を測
定して位置を検出する方式が用いられているが、芝刈ロ
ボット等のように屋外で使用され、外部に適当な目印や
基準点のない場合や、設置できない場合には対応できず
、しかも、作業の場所や走行経路等の変更の際には、基
準焦の位置関係などシステム的な要素の変更が必要とな
り、容易には変更できない難点がある。

また、特開昭６１−１９３２０９号公報（Ｇｏ　ｓ　Ｄ
　ＩＡ２）には、外部固定点と走行車間をワイヤで連結
し、ワイヤの長さにより、距離情報を得る方式が記載さ
れているが、固定点と走行車間を直線で結べないような
障害物がある場合、この方式を用いることはできない。

さらに、安価な方位センサとして、トロイダルコアを使
用した地磁気センサが用いられることが多いが、この地
磁気センサは、周囲の磁場の影響とともに振動の影響を
大きく受ける難点を有している。

この振動には、車体の走行駆動源となるエンジンのエン
ジン振動のような高周波のものと、凹凸のある路面を走
行した場合に起きるような低周波のものがあるが、特に
後者のように不規則な低周波振動を完全に除去すること
は困難である。

一方、内界センサについて、各種ジャイロの場合、精度
は非常に高いものが得られる反面、地磁気センサと同様
にエンジンや路面の凹凸にょる撮動の影響を受けやすく
、防撮対策が必要であり、かつ、寿命が短かく、周囲温
度による特性の変化を生じ、しかもコストが高い等の欠
点を有している。

ところで、第３回日本ロボット学会学術講演会論文集（
Ｐ２４７〜２４８）には、ロータリーエンコーダを連結
した移動距離計測輪を左右に２個用いて無人車の位置、
方位を検出する方式が記載されている。

しかし、このような計測輪を用いる場合、路面の凹凸等
により計測輪がスリップする等して誤差が生じやすく、
−変化じた誤差は蓄積されるため、正確な走行制御が行
なえなくなる不都合がある。

な２、前記論文集には、計測輪を用いて検出された位置
、方位の累積誤差を、走行コースの定点毎に設けた反射
マークの検出によって補正する技術が開示されているが
、屋外等の補正マークを設定することのできない場所に
は対応できない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この発明は、前記諸点に留意してなされたものであり、
無人により所定領域内を自立走行して作業を行なう自立
走行作業車に２いて、走行する路面が平面でなく、凹凸
や傾斜がある場合でも、特殊高価な防振構造を有するセ
ンサ等を用いることなく、車体の位置、方位を簡単かつ
正確に認識して走行制御し得る手段を提供しようとする
ものである。

［問題点を解決するための手段］ この発明による自立走行作業車は、前述の目的を達成す
るために、車体に設けられ該車体の方向を検出する方位
センサと、前記車体の左右にそれぞれ設けられ走行距離
を検出する距離センサと、該両距離センサによる走行距
離の差を逐次測定して前記車体の方位データを算出する
とともに該算出による方位データに基づいて前記車体の
走行を制御する制御手段とを備え、かつ、前記制御手段
に、一定時間または一定距離の走行毎に前記車体を停止
して前記方位センサによる方位データを測定し、前記算
出による方位データを前記測定による方位データに補正
する機能を有することを特徴としている。

〔作用〕

そして、車体の走行を制御する制御手段では、ある一定
のサンプリング時間毎に車体左右の２個の距離センサに
より走行距離を検出し、その走行距離差により車体の方
位データを算出する。

すなわち、第１因に示すように、あるサンプリング時間
Δｔの間にセンサ間隔りの２個の距謳センサが検出した
走行距離をそれぞれノ８．烏とすると、この時間Δｔの
間の走行に２いて生じた車体の傾き−＋　　ｊ１２−ｊ
！Ｉ すなわち方位ずれ角度θは、θ＝ｔ　ａ　ｎ　　（、Ｌ
　　）で算出でき、車体の方位を知ることができる。

したがって、制御手段は、両距離センサによる走行距離
の差を逐次測定して車体の方位データを算出し、この方
位データに基づいて、車体が目標方位からずれないよう
、車体の方位制御を含めた走行制御を行なう。

ここで、距離センサのみによる走行制御では、路面状況
により誤差が生じ、これが蓄潰していく。

そこで、制御手段は、距離センサによる走行制御により
一定時間または一定距離たけ走行すると、車体を停止し
、振動等の影響のない状態で万位センサにエリ車体の方
位を正確に検出し、この方位データにより前記算出によ
る方位データを補正し、誤差の累積を回避する。

［実施例］ つぎに、この発明を、自動芝刈ロボットに適用した場合
の１実施例を示した第２図ないし第５図とともに詳細に
説明する。

まず、第２図は、自動芝刈ロボットの概略構成を示し、
（１）は車体、１２）は車体（１）の後輪を構成する駆
動輪、（３）は車体ｆｉｌの前輪を構成する（口）転自
在の従動輪、（４）は車体ｉ１１の後部に設けられた回
転式芝刈刃、（５）は単体（１）に搭載されたエンジン
であり、このエンジン（５）の動力が図示しない車輪ク
ラッチをそれぞれ介して両部動輪１２）に伝達されると
ともに、伝達クラッチを介して芝刈刃（４）に伝達され
、さらにエンジン（５）により発電機（６）が回転され
、蓄電池（力を充電する仕組みになっている。

（８）は本体ｉｌ＋の左右に設けられた２個の計測輪で
あり、車体荷重を担わない従動輪であり、路面に対して
常に一定値以上の接地圧全保つ構造になっている。この
両計測輪（８）に対してはそれぞれ、その回転数検出器
としてのロータリエンコーダ（９）が設けられ、２個の
距離センサを構成している。

αＯは車体ｉｌ＋の前面に設けられた超音波センサであ
り、前方障害物検出用である。Ｉｌｌは車体ｉｌ＋の上
部に配役さｎたジンバル構造を有する方位センサであり
、第３図に示すように、支柱ａＺに支持された容器（１
３１にシリコンオイル等の不揮発性で粘性の高い液体（
１４１を封入するとともに、この液体（１４１中に２も
り（１６）をつけたフロート（ＩＧを浮遊させ、該フロ
ー　トｔｈ６１に地磁気センサのセンサ部０η全内装し
てなるものであり、車体（１）が傾斜面上を走行しても
センサｉ＋１７１は常に水平を保ち、正確な方位検出が
行なわれる。ｔ１８１は信号線である。

ここで、前記地磁気センサのセンサ部（Ｉηは、第４図
に示すような構成になっており、トロイダルコア（１９
）に−様に励磁用１次コイル曽を巻き、これに交流を流
すようにするとともに、トロイダルコア（１（３）に互
いに直交するよう２次コイルＣ２＋１　、■を巻く。

したがって、外部に磁場がない場合には、２次コイ／Ｌ
／　Ｑｌｌ　、　１２２　（７）出力（′幅圧）　Ｍｘ
　、　Ｍｙはともに０になるが、地磁気のような磁場が
あると、各２次コイル（２１１，Ｅよりそれに比例した
直焚成分の出力が得られ、これをベクトル的に合成する
ことにより磁場の方向、すなわち地磁気に対する方位を
検出できることになる。

鉋は車体（１）の内面を覆った防磁シートであり、車体
ｆｉｌ内のエンジン（６）やクラッチ等から発生する磁
気に対し、方位センサ（１１）への影響を防止している
。

３４）は車体ｆ１１に搭載されマイクロコンピュータを
内蔵した制御手段としての割？ａ装置であり、蓄′亀池
（７）を電源とし、各センサからの情報ヲ得て走行系８
よび芝刈刃（４）への動力伝達等を制併し、走行３よび
芝刈作業を制御する。

第５図は、制ａｌｌｌｌ装置例による走行側副の概略を
フローチャートで示している。

そして、芝刈作業に先立って、芝を刈る領域の周囲座標
を入力すると、制御装置例は、この周囲座標に基づいて
走行経路を算出して決定するとともに、各径路毎に目標
方位を設定する。

その後、スタート指令が入力されると、制御装置ｔ２４
１は第５図の制御手順に従った動作を開始し、まず、こ
の停止状態で方位センサ（１１１により車体＋１１の方
位データを測定しくステップ■）、これをメモリに格納
したのち、両車輪クラッチを人に制卸して車体１】）の
走行を開始する（ステップ■）。

つぎに、走行開始後、計測輪（８ンとロータリエンコー
ダ（９）とからなる車体左右の２個の距離センサにより
それぞれ走行距離を検出しくステップ■）、この走行距
離差から車体＋１１の頑き、すなわち方位データを算出
しくステップ■）、これを前記メモリの方位データに加
算して現在の方位データとしてメモリの内容全更新する
。

さらに、前記距離センサによる距離データにより車体の
走行距離を積算しくステップ■）、これをメモリに格納
する。この走行距離は、両距離センサによる走行距離の
平均値で得られる。

そして、メモリに格納された方位データが目標方位に対
してずれているかどうかを判断しくステップ■）、ずれ
が生じている場合は、両部動輪（２１のそれぞれのり′
ラッチを人、切削御し、走行しながら目標方位になるよ
う車体（１）の方位を修正していく（ステップ■）。

ここで、車体＋１１の初期方位が目標方位からずれてい
る場合も、このステップ■を経ることにより、修正され
ていく。

つぎに、前記積算走行距離から車体ｉｌ＋の座標が認識
されて芝刈が必要かどうかが判断され（ステップ■）、
必要な場合に伝達クラッチを人にしてエンジン（５）の
動力を芝刈刃（４）に伝達しくステップ■）、不必要な
場合は伝達クラッチを切にする（ステップ＠）。

そして、車°体ｉｌ＋の走行開始からの走行が一定距離
に達したかどうかを判断しくステップ◎）、ＮＯであれ
ば、前記した距離センサによる走行距離の検出から所定
のサンプリング時間Δｔが経過したことを条件にステッ
プ■に戻り、ステップＯの判断でＹＥＳの条件が成立す
るまで前記の動作を繰り返す。

すなわち、制御装置例は、走行開始後、この走行が一定
距離になるまで、サンプリング時間Δを毎に、２個の距
離センサから車体ｆｉ＋の方位を検出し、この方位デー
タを前回の方位データに加算するとともに、この加算に
より更新された方位データに基づいて、車体（１）が目
標方位になるよう走行制御を行なう。

つぎに、車体ｉ１１の積算走行距離が一定距離になると
、ステップＯの判断でＹＥＳの条件が成立するので、側
車輪クラッチ８よび伝達クラッチが切に制御され、車体
（１）が停止されるとともに、芝刈刃（４）の回転も停
止される（ステップ＠〕。

さらに、全行程終了かどうかが判断され（ステップ＠）
、ＮＯであれば、ステップ■に戻り、この車体ｉｌ＋の
停止状態で方位センサＩｌｌの方位データが測定される
。この方位センサｆｉ１１は、前述したように、ジンバ
ル構造をとっているため、車体ｆｉ＋が路面の状況によ
り１頃斜していても、極めて正確な方位検出が行なえる
。

その俊、前述と同様に、方位センサ（１１１による方位
データがメモリに格納され、すなわちそれまでもってい
た方位データが方位センサＩｌｌによる方位データに置
換され、時間Δを毎に更新されていた距離センサの距離
検出による方位データが修正される。

そして、再び車体ｆｌ＋の走行が開始され、以下、サン
プリング時間△を毎に２個の距離センサの定行距離差に
より方位データが算出されて車体ｆ１１の方位データが
更新されるとともに、この方位データが目標方向になる
よう車体ｉｌ＋が走行制御され、車体［＋１の走行開始
（再開）後の走行距離が一定距離になる毎に、車体（１
）が停止されて方位センサ（１１１により正確な方位デ
ータが測定されるとともに、距離センサによる方位デー
タが方位センサ（＋１１による方位データに修正され、
全行程が終了するまで、前述の動作が行なわれる。

この結果、車体ｉ１１の走行中は２個の距離センサによ
る方位データに基づいて走行制御が行なわれるとともに
、一定距離の走行毎に車体＋Ｉ＋が停止され、方位セン
サ山）による正確な方位データにより距離センサによる
方位データが補正されることになり、２個の距離センサ
を用いた場合に生じる欠点、すなわち路面の状況により
生じた誤差が蓄積されて長距離走行の精度が低下すると
いった欠点と、方位センサ（１１）を用いた場合に生じ
る欠点、すなわち撮動や傾斜の影響を大きく受けて正確
な方位検出が行なえないといった欠点とが、互いに補な
われて車体ｉｌ＋が正確に走行制御されることになる。

な８、前記実施例では、車体ｉｌ＋が一定時間走行する
毎に車体］１）全停止させるようにしたが、車体＋１１
が一定時間走行する毎に車体（］）ヲ停止させて方位セ
ンサ（１１）により方位データを測定するようにしても
よい。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の自立走行作業車によると、車
体の走行中は２個の距離センサによって車体の方位を逐
次算出し、この方位データに基ついて車体の走行を制御
するとともに、一定足行毎に車体を停止させて方位セン
サにより車体の方位を正確に測定し、この方位データに
より距離センサによる方位データを補正するようにした
ため、車体の方位情報を得る簡単かつ安価な手段として
の２個の距離センサ旧よび方位センサを用いることがで
きるうえ、両者の欠点を互いに補うことができ、凹凸の
ある路面においても、特殊高価な防撮構造をもつことな
く、車体の方位１位置を正確に認識して走行制御を行な
うことができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の自立走行作業車に２いて距離センサ
により車体方位を算出するときの原理全示す原理説明図
、第２図以下はこの発明の１実施例を示し、第２図（ａ
）８よびｔｂｌは側面図２よびその一部を除去した平面
図、第３図は方位センサの断面図、第４図は方位センサ
の原理説明図、第５図は動作説明用フローチャートであ
る。 ｆｉｌ・・・車体、（８）・・・計測輪、（９）・・・
ロータリエンコーダ、（１１１・・方位センサ、（２４
１・・・制御装置。 代理人　弁理士　藤　１）龍太部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　所定額域内を自立走行しながら作業を行なう自立走
   行作業車において、 車体に設けられ該車体の方向を検出する方位センサと、
   前記車体の左右にそれぞれ設けられ走行距離を検出する
   距離センサと、該両距離センサによる走行距離の差を逐
   次測定して前記車体の方位データを算出するとともに該
   算出による方位データに基づいて前記車体の走行を制御
   する制御手段とをを備え、かつ、前記制御手段は、一定
   時間または一定距離の走行毎に前記車体を停止して前記
   方位センサによる方位データを測定し、前記算出による
   方位データを前記測定による方位データに補正する機能
   を有することを特徴とする自立走行作業車。