JPH01161402A - 自動走行作業車の撮像式操向制御装置 - 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］ 本発明は、設定時間間隔で、走行前方側の未処理作業地
と処理済作業地との境界に対応する箇所を二次元方向に
亘って繰り返し撮像する撮像手段と、その撮像手段の撮
像情報に基づいて車体に対する前記境界の位置を検出す
る境界位置検出手段と、その境界位置検出手段の検出情
報に基づいて、前記境界に対する車体横幅方向のずれ又
は傾きを検出するずれ検出手段と、そのずれ検出手段の
検出情報に基づいて、前記車体が前記境界に沿って自動
走行するように、前記ずれが大なるほど又は前記傾きが
大なるほど大なる操向角で操向輪を自動的に操向操作す
る操向制御手段と、前記車体が設定車速で走行するよう
に車速を制御する車速制御手段とが設けられた自動走行
作業車の撮像式操向制御装置に関する。

〔従来の技術〕

上記この種の自動走行作業車の撮像式操向制御装置は、
設定時間間隔で、車体の走行前方側の未処理作業地と処
理済作業地との境界に対応する箇所を二次元方向に亘っ
て繰り返し撮像しながら、その撮像情報に基づいて、車
体を境界に沿って自動走行させるようにしたものである
。

但し、従来では、撮像間隔が一定の距離となるように、
一定の車速で走行させるようにしてあった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、未処理作業地と処理済作業地との境界に
うねりがあるような場合には、境界に対する車体横幅方
向のずれや傾きが大きくなることから、大きな操向角で
操向操作されることになり、その結果、撮像手段の撮像
視野が境界に交差する方向となる車体横幅方向に大きく
振られる状態となる。

そして、一定の車速で走行していることがら、操向角が
大きい場合には操向角が小さい場合よりも、現在の撮像
地点から次の撮像地点に移動する間の距離変化が大きく
なり、その結果、境界が撮像視野外に外れて、境界を見
失う虞れがある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、そ
の目的は、大きく操向する場合にも、境界を見失うこと
がないようにすることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明による自動走行作業車の撮像式操向制御装置の特
徴構成は、前記操向角が大なるほど前記車速が遅くなる
ように、前記操向角に応じて前記設定車速を変更設定す
る車速変更手段が設けられている点にあり、その作用並
びに効果は以下の通りである。

〔作　用〕

つまり、操向輪の操向角が大きくなって、撮像手段の車
体横幅方向での撮像視野の位置変化が大きくなる場合に
は車速を遅くすることにより、今回の撮像範囲に対する
次回の撮像範囲の位置変化が小さくなるようにして、境
界が撮像視野外に外れることを防止するのである。

〔発明の効果〕

従って、大きく操向しても境界を見失わないようにでき
るので、境界にうねりがあるような場合にも、その境界
に対して適正通りに追従させることができるに至った。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第４図乃至第６図に示すように、未処理作業地としての
未刈地（Ｂ）と処理済作業地としての既刈地（Ｃ）との
境界（Ｌ）に沿って自動走行する芝刈り用の作業車の車
体（Ｖ）の前部に、走行前方側の作業地を二次元方向に
亘って撮像する撮像手段としてのイメージセンサ（Ｓ１
）が、前記境界（Ｌ）に対応する箇所を斜め上方から撮
像するように設けられている。

尚、第５図中、（１）は前輪、（２）は後輪、（３）は
芝刈り装置、（Ｈ）は搭乗操縦用のステアリングハンド
ルである。

但し、前記前輪（１）及び後輪（２）は、その何れもが
操向輪としても駆動輪としても機能するように、いわゆ
る４輪ステアリング式で且つ４輪駆動式に構成されてい
る。

前記イメージセンサ（ｓｒ）の撮像視野について説明を
加えれば、第４図に示すように、前記車体（Ｖ）が、前
記未刈地（Ｂ）と前記既刈地（Ｃ）との境界（Ｌ）に対
して適正状態に沿っている状態において、前記境界（Ｌ
）が、前記イメージセンサ（Ｓ１）の地表面における撮
像視野（Ａ）の横幅方向中央を、車体進行方向に沿う方
向に向けて通る基準線（Ｌｏ）に一致する状態となるよ
うにしである。

つまり、第６図に示すように、前記作業車は、周囲を既
刈地（Ｃ）で囲まれた四角状の未刈地（Ｂ）の−辺から
対辺に至る部分を一つの作業行程として、前記車体（Ｖ
）が作業行程の長さ方向に沿う側の未刈地（Ｂ）と前記
既刈地（Ｃ）との境界（Ｌ）に沿って自動走行するよう
に、前記イメージセンサ（Ｓ１）の撮像情報から検出さ
れる前記境界（Ｌ）の位置情報に基づいて、操向制御さ
れることになり、そして、一つの作業行程の終端部すな
わち前記未刈地（Ｂ）の対辺に達するに伴って、その作
業行程に交差する方向の次の作業行程の始端部に向けて
自動的にターンさせることを繰り返すことにより、いわ
ゆる回り刈り形式で所定範囲の芝刈り作業を自動的に行
うことになる。

但し、前記各作業行程では、前記前輪（１）のみを操向
する２輪ステアリング形式を用いて走、　　行させると
共に、ターンさせる時には、前記前後輪（１）　、　（
２）を逆位相で操向する４輪ステアリング形式を用いて
走行させるようにしである。

前記作業車を自動走行させるための制御構成について説
明すれば、第１図に示すように、前記イメージセンサ（
Ｓ＋）の撮像情報から前記境界（Ｌ）の位置を検出する
ための手段や、その検出された境界位置情報に基づいて
、前記車体（Ｖ）が前記境界（Ｌ）に沿って自動走行す
るように制御する手段の夫々を構成するマイクロコンピ
ュータ利用の制御装置（１０）が設けられている。

尚、図中、（４）は前記前輪（１）の操向用油圧シリン
ダ、（５）は前記後輪（２）の操向用油圧シリンダ、（
６）はエンジン（Ｅ）の出力を変速して前記前後輪（１
）　、　（２）を駆動する油圧式無段変速装置であって
、前後進切り換え自在で且つ前後進ともに変速自在に構
成されている。（７）はその変速用モータ、（８）は前
記前輪用油圧シリンダ（４）の制御弁、（９）は前記後
輪用油圧シリンダ（５）の制御弁、（Ｓ２）は前記変速
装置（６）の出力回転数に基づいて前記車体（Ｖ）の走
行距離を検出する距離センサ、（Ｒ１）は前記前輪（１
）の操向角（θ）を検出する操向角検出用ポテンショメ
ータ、（Ｒ２）は後輪用の操向角検出用ポテンショメー
タ、（Ｒ３）は前記変速装置（６）の操作状態に基づい
て車速（ｖ）を間接的に検出する車速検出用ポテンショ
メータである。

つまり、前記制御装置（１０）を利用して、撮像手段と
しての前記イメージセンサ（Ｓ１）の撮像情報に基づい
て前記車体（Ｖ）に対する前記境界（Ｌ）の位置を検出
する境界位置検出手段（１００）、その境界位置検出手
段（１００）の検出情報に基づいて前記境界（Ｌ）に対
する車体横幅方向のずれ（δ）又は傾き（ψ）を検出す
るずれ検出手段（１０１）、そのずれ検出手段（１０１
）の検出情報に基づいて、前記車体（Ｖ）が前記境界（
Ｌ）に沿って自動走行するように、前記ずれ（δ）が大
なるほど又は前記傾き（ψ）が大なるほど大なる操向角
（θｆ）で操向軸としての前記前輪（１）を自動的に操
向操作する操向制御手段（１０２）、前記車体（Ｖ）が
設定車速（Ｖ″′）で走行するように車速を制御する車
速制御手段（１０３）、及び、前記操向角（θｆ）が大
なるほど前記車速が遅くなるように、前記操向角（θｆ
）に応じて前記設定車速（ｖ２）を変更設定する車速変
更手段（１０４）の夫々が構成されることになる。

次に、第２図に示すフローチャートに基づいて、前記制
御装置（１０）の動作を説明する。

先ず、前記イメージセンサ（Ｓｌ）による撮像情報に基
づいて前記車体（Ｖ）に対する前記境界（Ｌ）の位置を
検出し、且つ、前記境界（Ｌ）に対する車体横幅方向の
ずれ（δ）及び傾き（ψ）を検出す゛る境界位置検出処
理が行われた後、前記ずれ（δ）及び前記傾き（ψ）が
大なるほど大なる操向角となるように前記前輪（１）の
目標操向角（θｆ）を求める目標操向角演算処理が行わ
れる。

説明を加えれば、前記ずれ（δ）、傾き（ψ）、及び、
前記前輪用の操向角検出用ポテンショメータ（Ｒ３）に
て検出される検出操向角（θ）の夫々に基づいて、下記
（ｉ）式から、前記前輪（１）の目標操向角（θｆ）を
求めることになる。

θｆ　＝　Ｋ　、’　、δ＋に２・ψ＋に３・θ　・・
・・・・（ｉ）但し、Ｋｌ、ＫＺ、に３は、操向系にお
ける制御応答の特性に対応して、予め設定された係数で
ある。

従って、前記前輪（１）は前記ずれ（δ）又は前記傾き
（ψ）が大なるほど大なる操向角で操白されることにな
る。

次に、前記目標操向角（θｆ）に基づいて、前記設定車
速（ｖ’″）を変更設定する車速変更設定処理を行う。

説明を加えれば、前記目標操向角（θｆ）の値、及び、
予め設定記憶しである設定車速（ｖｌ）の値を読み込ん
だ後、下記（ｉｉ　）式に基づいて、前記目標操向角（
θｆ）が大なるほど車速か遅くなるように、前記設定車
速（Ｖ＊）の値を補正することになる。

ｖ”＝ｖ”・（１−Ｋ・ｌθｆ　ｌ　）　−＝・（ｉｉ
）但し、Ｋは定数であって、１より小の値に設定しであ
る。

つまり、この車速変更設定処理が、車速変更手段（１０
４）に対応することになる。

そして、前記車体（Ｖ）が変更設定された前記設定車速
（ν１）で走行するように、前記車速検出用ポテンショ
メータ（Ｒ２）の検出情報に基づいて前記変速用モータ
（７）を操作する車速制御が行われることになる。

車速制御を行った後は、前記前輪用の操向角検出用ポテ
ンショメータ（Ｒυにて検出される前記前輪（１）の操
向角（θ）が前記目標操向角（θｆ）となるように操向
操作する操向制御の処理を行って、前記車体（Ｖ）が前
記設定車速（Ｖ＊）で走行し、且つ、前記境界（Ｌ）に
対して適正状態に沿うようにする。

つまり、前記車速検出用ポテンショメータ（Ｒ３）の検
出情報に基づいて前記変速用モータ（７）を操作する処
理が、車速制御手段（１０３）に対応し、そして、前記
前輪（１）の操向角（θ）が前記目標操向角（θｆ）と
なるように操向操作する処理が、操向制御手段（１０２
）に対応することになる。

但し、前記前輪（１）の操向角（θ）及び前記目標操向
角（θｆ）の夫々は、前記車体（Ｖ）が直進状態となる
操向中立状態に対応する値を零として、右に操向する場
合を正の値として設定し、且つ、左に操向する場合を負
の値として設定するようにしである。

次に、前記距離センサ（Ｓ２）の検出情報に基づいて、
前記作業行程の長さに基づいて設定された基準値と比較
して作業行程の終端に接近したか否かを判別する。

作業行程の終端に近づいていない場合には、設定時間経
過したか否かを判別して、設定時間経過するに伴って、
前記境界位置検出処理以降の処理を繰り返すことになる
。

つまり、設定時間間隔で、前記イメージセンサ（Ｓ＋）
による撮像処理が行われ、その撮像情報に基づいて境界
位置が繰り返し検出されるのである。

作業行程の終端に近づいた場合には、前記イメージセン
サ（Ｓ１）の撮像情報及び前記境界位置検出処理を利用
して、現在の車体位置に対する終端位置を検出する終端
検出処理が行われ、その検出情報に基づいて終端に達し
たか否かを判別する。

終端に達するに伴って、前述の如く、前記車体（Ｖ）を
次の作業行程の始端部に向けて略９０度ターンさせるこ
とになる。

ターンが完了するに伴って、予め設定された作業行程数
に対応したターン回数等に基づいて、作業終了か否かを
判別し、作業終了である場合には、前記車体（Ｖ）を停
止させて作業を終了させることになる。

但し、作業終了でない場合には、前述の境界検出処理以
降の各処理を繰り返すことになる。

次に、各処理について詳述する。

先ず、第３図に示すフローチャートに基づいて、前記境
界位置検出の処理について説明する。

尚、以下に説明する境界位置検出の、処理は、前記未刈
地（Ｂ）よりも既刈地（Ｃ）のほうが明るくみえる現象
を利用して、前記境界（Ｌ）の位置を検出するようにし
ている。

すなわち、設定時間間隔で、撮像処理が行われるに伴っ
て、前記イメージセンサ（Ｓｌ）の撮像情報に基づいて
、予め設定された３２　Ｘ　３２画素の画素密度に対応
して各画素の明るさレベルが量子化される。

次に、処理対象となる画素の周囲に隣接する８近傍画素
夫々の値に基づいて、画像上のＸ軸方向における明るさ
を微分した値の絶対値を微分値として求める処理が、二
次元方向に並ぶ各画素について行われる。

但し、この境界位置検出処理を利用して、前記作業行程
の終端を検出する場合には、未刈地（Ｂ）と既刈地（Ｃ
）との明るさ変化が前後方向となることから、前記Ｘ軸
に交差するｙ軸方向での明るさの微分値を求めることに
なる。

そして、各画素の微分値が予め設定された設定闇値以上
となる画素を抽出することにより、明るさ変化が設定値
以上となる画素を抽出して画像情報を２値化する。

画像を２値化した後は、ハフ変換を利用して前記抽出さ
れた画素を通り、且つ、複数段階に設定された傾きとな
る複数本の直線を求める。

但し、ハフ変換では、抽出された画素を通る複数本の直
線を、下記（ｉｉｉ）式に基づいて、前記Ｘ軸に対して
０度乃至１８０度の範囲において、予め複数段階に設定
された極座標系における基準線としてのＸ軸に対する傾
き（θ）と、原点つまり画面中央（ｘ＝１６．ｙ・１６
の点）からの距離（ρ）との組み合わせとして求めるこ
とになる（第７図参照）。

ρ”’　ｘ−ｃｏｓθ＋ｙ−ｓｉｎθ　・旧・・（山）
そして、一つの画素について、前記複数段階に設定され
た傾き（θ）の値が１８０度に達するまで、求めた各直
線の頻度を計数するための二次元ヒストグラムを加算す
る処理を繰り返した後、抽出された全画素を通る複数種
の直線の頻度を、各抽出画素毎に計数することになる。

抽出された全画素に対する直線の頻度の計数が完了した
後は、前記二次元ヒストグラムに加算された値から、最
大頻度となる前記傾き（θ）と原点からの距離（ρ）の
組み合わせを求めることにより、最大頻度となる一つの
直線（Ｌｘ）　（第７図参照）を決定し、その直線（Ｌ
ｘ）を、前記イメージセンサ（Ｓｌ）の撮像面における
前記境界（Ｌ）に対応する直線として求めることになる
。

次に、予め実測した地表面での前記イメージセンサ（Ｓ
１）の撮像視野（Ａ）の形状と大きさの記憶情報と、前
記直線（Ｌｘ）が通る撮像面での画素の位置（ａ、ｂ、
ｃ）（第７図参照）とに基づいて、地表面における前記
境界（Ｌ）に対応する直線に補正する。

すなわち、第４図及び第５図にも示すように、前記境界
（Ｌ）に交差する方向となる撮像視野（八）の前後２辺
の長さ（ｆｆ＋）、（ｆｆ：ｌ□）と、視野中央を撮像
する画素の位置（ｘ＝１６．ｙ・１６）における前記撮
像視野（Ａ）の横幅方向の長さ（ｐｚ１）と、前記前後
２辺間の距離（ｈ）とを、予め実測して前記制御装置（
５）に記憶させておくことになる。

そして、前記最大頻度となる直線（Ｌｘ）として求めら
れる極座標系における原点からの距離（ρ）と傾き（θ
）夫々の値に基づいて、前記最大　。

頻度となる直線（Ｌｘ）が、前記撮像視野（八）の前後
２辺と交差する箇所（ａ、ｂ）　（ｙ＝Ｌ３２となる位
置）に位置する画素のＸ座標の値（Ｘ、、Ｘ３□）、及
び、撮像視野中央（ｙ・１６となる位置）でのＸ座標の
値（ｘ、６）の夫々を、前記（ｉｉｉ　）弐を変形した
下記（ｉｖ）式から求める。

但し、ｉ＝１．１６．３２である。

つまり、上記（ｉｖ）式にて求められたＸ軸での座標値
（ＸＩ　、　Ｌ　ｂ、Ｘ：＋ｚ）　（Ｄ夫々を、前記境
界（Ｌ）ノ位置情報として検出することになり、このＸ
軸テノ座標値（Ｘ　＋　、　Ｘ　＋　ｂ　、　Ｘ　３□
）の値を求めるための一連の処理が、前記境界位置検出
手段（１００）に対応することになる。

次に、上記（ｉｖ）式にて求められたＸ軸での座標値（
ＸＩ、ＸＩ６．Ｘ３□）に基づいて、地表面での前記基
準線（Ｌｏ）に対する横幅方向でのずれ（δ）を、下記
（ｖ）式に基づいて算出すると共に、前記基準線（Ｌｏ
）に対する傾き（ψ）を、下記（Ｖｌ）式に基づいて算
出する（第４図参照）。

尚、前記ずれ（δ）及び傾き（ψ）の値は、前記前輪（
１）の目標操向角（θｆ）の符号に対応させて、前記基
準線（Ｌｏ）に対するずれがない状態を零として、右に
ずれている場合゛を正の値に、且つ、左にずれている場
合を負の値に、夫々設定することになる。

つまり、前記基準線（Ｌｏ）に対する車体横幅方向のず
れ（δ）と傾き（ψ）とを求める処理が、ずれ検出手段
（１０１）に対応することになる。

〔別実施例〕

上記実施例では、撮像情報に基づいて境界位置を検出す
るに、ハフ変換を利用して境界（Ｌ）に対応する直線を
求めるようにした場合を例示したが、例えば、最小二乗
法を用いて近似直線を求める等、境界位置検出手段（１
００）の具体構成は各種変更できる。

又、上記実施例では、車体（Ｖ）が境界（Ｌ）に対して
適正状態に沿っている状態として設定した基準線（Ｌｏ
）に対する検出境界の横幅方向の距離（δ）と傾き（θ
）との両方に基づいて、目標操向角（θｆ）を求めるよ
うにした場合を例示したが、距離（δ）と傾き（θ）の
何れか一方のみに基づいて目標操向角（θｆ）を求める
ようにしてもよく、ずれ検出手段（１０１）の具体構成
は各種変更できる。

又、上記実施例では、前輪（１）のみを操向するように
した場合を例示したが、例えば、前記基準線（Ｌｏ）に
対する検出境界の横幅方向の距離（δ）を前記前後輪（
１）　、　（２）を同位相で操向する平行ステアリング
形式で修正させ、且つ、前記傾き（ψ）を前記前後輪（
１）　、　（２）を逆位相で操向する４輪ステアリング
形式で修正させるようにしてもよく、操向制御手段（１
０２）の具体構成は各種変更できる。

又、上記実施例では、油圧式無段変速装置（６）を用い
て車速を無段階に変更できるようにした場合を例示した
が、車速を段階的に変更する有段式の変速装置を用いて
もよい。又、目標操向角（θｆ）に代えて検出操向角（
θ）に基づいて設定車速（νつを変更させるようにして
もよく、操向輪の操向角が大なるほど車速が遅くなるよ
うに設定車速（Ｖつを変更する車速変更手段（１０４）
、及び、車体（Ｖ）が設定車速（Ｖ＊）で走行するよう
に制御する車速制御手段（１０２）の具体構成は各種変
更できる。

又、上記実施例では、本発明を芝刈り用の作業車に適用
して、回り刈り形式で自動走行させるようにした場合を
例示したが、本発明は各種の作業車に適用できるもので
あって、未処理作業地及び処理済作業地の形態、境界（
Ｌ）の形態、走行形態、並びに、作業車各部の構成等の
具体構成は各種変更できる。

尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にする為
に符号を記すが、該記入により本発明は添付図面の構造
に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る自動走行作業車の撮像式操向制御装
置の実施例を示し、第１図は制御構成のブロック図、第
２図は制御作動のフローチャート、第３図は境界位置検
出処理のフローチャート、第４図は撮像視野の平面図、
第５図は同側面図、第６図は作業地の説明図、第７図は
ハフ変換の説明図である。 （１）・・・・・・操向輪、（Ｖ）・・・・・・車体、
ＣＢ）・・・・・・未処理作業地、（Ｃ）・・・・・・
処理済作業地、（Ｌ）・・・・・・境界、（Ｓ１）・・
・・・・撮像手段、（θｆ）・・・・・・操向角、（δ
）・・・・・・ずれ、（ψ）・・・・・・傾き、（Ｖ＊
）・・・・・・設定車速、（１００）・・・・・・境界
位置検出手段、（１０１）・・・・・・ずれ検出手段、
（１０２）・・・・・・操向制御手段、（１０３）・・
・・・・車速制御手段、（１０４）・・・・・・車速変
更手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 設定時間間隔で、走行前方側の未処理作業地（Ｂ）と処
   理済作業地（Ｃ）との境界（Ｌ）に対応する箇所を二次
   元方向に亘って繰り返し撮像する撮像手段（Ｓ＿１）と
   、その撮像手段（Ｓ＿１）の撮像情報に基づいて車体（
   Ｖ）に対する前記境界（Ｌ）の位置を検出する境界位置
   検出手段（１００）と、その境界位置検出手段（１００
   ）の検出情報に基づいて、前記境界（Ｌ）に対する車体
   横幅方向のずれ（δ）又は傾き（ψ）を検出するずれ検
   出手段（１０１）と、そのずれ検出手段（１０１）の検
   出情報に基づいて、前記車体（Ｖ）が前記境界（Ｌ）に
   沿って自動走行するように、前記ずれ（δ）が大なるほ
   ど又は前記傾き（ψ）が大なるほど大なる操向角（θｆ
   ）で操向輪（１）を自動的に操向操作する操向制御手段
   （１０２）と、前記車体（Ｖ）が設定車速（Ｖ＾＊）で
   走行するように車速を制御する車速制御手段（１０３）
   とが設けられた自動走行作業車の撮像式操向制御装置で
   あって、前記操向角（θｆ）が大なるほど前記車速が遅
   くなるように、前記操向角（θｆ）に応じて前記設定車
   速（Ｖ＾＊）を変更設定する車速変更手段（１０４）が
   設けられている自動走行作業車の撮像式操向制御装置。