JPH01187015A - 自動操向式の芝刈り作業車 - 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〕 本発明は、モーアと、機体進行方向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、その撮像手段の
撮像情報に基づいて未刈地と既刈地との境界に対する位
置情報を検出する境界°検出手段と、その境界検出手段
の検出情報に基づいて、前記撮像手段の撮像視野の横幅
方向中央側部分を前記境界に追従させるように操向操作
する操向制御手段とが設けられている自動操向式の芝刈
り作業車に関する。

〔従来の技術〕

上記この種の自動操向式の芝刈り作業車においては、機
体進行方向前方側の作業地を二次元方向に亘って撮像し
た撮像情報に基づいて、未刈地と既刈地との境界に沿っ
て自動走行させるように構成されていることから、操向
に伴って、撮像視野が境界と交差する方向に向けて大き
く移動する傾向となる。その結果、境界にうねりがある
ような場合には、境界が視野外に外れて、境界を見失う
状態となる虞れがあることから、撮像視野の横幅方向中
央側部分を境界に追従させるようにしている（本出願人
が先に提案した特願昭６２−１９１３２１号参照）。

但し、従来の芝刈り作業車は、モーアが撮像手段の撮像
視野より後方側に大きく離れた位置となる機体の下腹部
に設けられていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来構成では、モーアが撮像視野より後方側に大きく離
れた位置に設けられていたので、操向操作に伴う撮像視
野の移動軌跡とモーアの移動軌跡とがずれて、撮像視野
の横幅方向中央側部分が境界に対して適正通りに追従す
る状態にあっても、モーアの位置が境界に対して適正に
沿った状態から外れて、刈り残しを生じる虞れがあり、
改善が望まれていた。

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、境界を見失うことがないようにしながら、モ
ーアの境界に対する追従性を改善することにある。

〔課題を解決するための手段〕 本発明による自動操向式の芝刈り作業車の特徴構成は、
以下の通りである。

すなわち、前記モーアは、前記撮像手段の撮像視野より
も後方側で且つ機体の前方側に位置するように設けられ
ている点にある。

〔作　用〕

モーアを、撮像手段の撮像視野よりも後方側で且つ機体
の前方側に位置するように設けであるので、モーアが撮
像視野に接近して位置することになる。

つまり、操向制御手段が、撮像視野の横幅方向中央側部
分を前記境界に追従させるように操向操作するように構
成されていることから、モーアを撮像視野に接近して位
置させることで、操向操作に伴う撮像視野の移動軌跡と
モーアの移動軌跡との差を小さ（できる。

〔発明の効果〕

従って、モーアを撮像手段の撮像視野よりも後方側で且
つ機体の前方側に位置するように設けるという簡単な改
造で、操向操作に伴う撮像視−の移動軌跡とモーアの移
動軌跡との差を小さくできるので、境界を見失うことが
ないようにしながら、モーアの境界に対する追従性を向
上できるに至った。

〔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１図乃至第３図に示すように、操向輪としての左右一
対の前輪（１）及び左右一対の後輪（２）を備えた機体
（Ｖ）の前部に、モーア（３）が設けられ、芝や雑草等
の刈取作業に用いる芝刈り作業車が構成されている。

そして、機体進行方向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（Ｓｔ）
が、前記モーア（３）　の前方側の作業地を斜め下方に
見下ろす状態となるように、前記機体（Ｖ）の前部に取
り付けられている。

つまり、前記モーア（３）は、前記イメージセンサ（Ｓ
１）の撮像視野（Ａ）の後方側で、且つ、前記機体（Ｖ
）の前方側に位置するように設けられているのである。

前記イメージセンサ（Ｓ１）の撮像視野（Ａ）について
説明を加えれば、前記機体（Ｖ）が、未刈地（Ｂ）と既
刈地（Ｃ）との境界（い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、撮像視野（Ａ）の横
幅方向中央に位置する状態（第１図中、Ｌｏで示す）と
なるようにしである。

前記機体（Ｖ）の構成について説明すれば、第４図に示
すように、前記前輪（１）　を操作するステアリング用
油圧シリンダ（４）、及び、その制御弁（５）が設けら
れ、油圧式無段変速装置（６）が、エンジン（Ｂ）に連
動連結され、そして、変速モータ（７）が、前記変速装
置（６）の変速アーム（８）に連動連結されている。

但し、前記変速装置（６）は、前記前後輪（１）。

（２）の両方に連動連結してあり、いわゆる４輪駆動型
に構成されている。

前記変速装置（６）の出力にて回転駆動され、”単位回
転数光たり設定個数のパルス信号を出力する回転数セン
サ（Ｓ２）が設けられ、そのパルス信号に基づいて、前
記機体（Ｖ）の走行距離を検出できるように構成されて
いる。

前記前輪（１）のステアリング角度を検出するステアリ
ング角度検出用ポテンショメータ（Ｒ１）と、前記変速
装置（６〉　の操作状態を検出することにより間接的に
車速を検出する車速検出用ポテンショメータ（Ｒ２）と
が設けられ、それらの検出情報、前記イメージセンサ（
Ｓ１）の撮像情報に基づいて検出される前記境界（Ｌ）
の位置情報、前記回転数センサ（Ｓ２）の検出情報、予
め設定記憶された各種走行制御情報に基づいて、前記機
体（Ｖ）が前記境界（Ｌ）に沿って自動走行するように
操向制御する操向制御手段（１０１）を構成するマイク
ロコンピュータ利用の制御装置（９）が設けられている
。

尚、図中、（Ｈ）は搭乗操縦用のステアリングハンドル
、（Ｒｏ）はその操作位置検出用ポテンショメータ、（
１０）は搭乗操縦用の変速ペダルである。

但し、前記イメージセンサ（Ｓ１）の撮像情報を画像処
理して前記境界（Ｌ）の位置情報を検出するための境界
検出手段（１００）が、前記制御装置（９）を利用して
構成されている。

前記機体（Ｖ）の自動走行について説明すれば、第３図
に示すように、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、前記機体（Ｖ）が作業行程の長さ方向に沿
う側の前記未刈地（Ｂ）と既刈地（Ｃ）　との境界（Ｌ
１）に沿って自動走行するように、前記境界検出手段（
１００）の検出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側の境界（Ｌ２）つ
まり前記未刈地（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させることにより、所定範
囲の芝刈り作業を自動的に行わせることになる。

第５図に示すフローチャートに基づいて説明を加えれば
、走行が開始されると、前記回転数センサ（Ｓ２）の検
出情報に基づいて、設定距離を走行する毎に、前記イメ
ージセンサ（Ｓυによる撮像処理が行われ、その撮像情
報から検出した前記境界（Ｌ）の位置情報に基づいて、
前記機体（ｖ）が前記境界化、）に沿って自動走行する
ように操向制御されることになる。

但し、前記境界（Ｌ）の位置情報に基づいて行う操向制
御において、詳しくは後述するが、前記イメージセンサ
（Ｓ１）の撮像視野（Ａ）の横幅方向中央側部分を前記
境界（Ｌ）に追従させるべく操向操作することになる。

そして、前記回転数センサ（Ｓ２）の検出情報に基づい
て、一つの作業行程の長さに相当する距離に対して設定
範囲内まで走行するに伴って、前記終端側の境界（Ｌ２
）を検出する処理が行われ、それの画像上の位置に基づ
いて、機体（Ｖ）の現在位置に対する終端位置を算出し
、その算出した位置まで走行するに伴って、予め設定記
憶されたターンパターンに基づいて次の作業行程に向け
てターンさせることになる。

ターン後は、例えば、予め設定され行程数を走行したか
否か、あるいは、設定された走行距離に達したか否か等
に基づいて、作業終了か否かを判断して、作業終了でな
い場合には、前述の境界検出処理からの各処理を繰り返
すことになり、作業終了の場合には、前記機体（Ｖ）を
停止させて、全処理を終了することになる。

次に、第６図に示すフローチャートに基づいて、前記境
界検出手段（１００）について説明する。

但し、以下に説明する境界検出の処理は、前記既刈地（
Ｃ）が未刈地（Ｂ）よりも明るく見える現象を利用して
行われるものである。

又、この境界検出の処理を利用して、前記終端側の境界
（し。）も検出するようにしている。

境界検出の処理が起動されるに伴って、前記イメージセ
ンサ（Ｓ、）による撮像処理が行われ、その撮像情報が
前記制御装置（９）に入力されて量子化された後、細か
い明るさ変化を除去する平滑化が行われる。

撮像情報の平滑化が行われた後は、機体横幅方向つまり
Ｘ軸方向における隣接画素間の明るさの差に基づいて微
分処理が行われる。

前記微分処理について説明を加えれば、第７図に示すよ
うに、処理対象となる注目画素（ｅ）の周囲に隣接する
８画素（ａ−ｄ、ｆ％ｉ）を含む９画素を覆う３Ｘ３画
素分のマスクを用いて、゛下記（ｉ）式に基づいて、機
体横幅方向に対応する画像上のＸ軸方向における明るさ
変化の微分値（ＳＸ）を求める処理が、二次元方向に並
ぶ各画素について行われることになる。

５Ｘ（ｅ）　＝（ａ＋ｄ＋ｇ）−（ｃ＋ｆ＋ｉ）　＝（
ｉ＞但し、この微分処理において、前記機体（Ｖ）に対
して前記境界（シ、）が左右何れの側に位置するかに基
づいて、前記微分値（ＳＸ）の符号を判別して、正負い
ずれか一方の符号となる値のみを用いることになる。

つまり、前記式（ｉ）において、画像上左側に位置する
画素の明るさから右側に位置する画素の明るさを減算す
るようにしているので、左側のほうが明るい場合には、
前記微分値（ＳＸ）は正の値となり、右側のほうが明る
い場合には、負の値となる。

尚、前記終端側の境界（Ｌ２）を検出する場合には、明
るさ変化が画像上、上下方向に大きくなることから、上
記（ｉ）式において、上下方向に並ぶ画素間の明るさを
減算することになる。

そ°して、前記微分値（ＳＸ）の絶対値が予め設定され
た閾値以上の大きさとなる画素のみを抽出するように２
値化することにより、明るさ変化が大なる箇所の画素を
抽出する。

次に、ハフ変換処理を利用して、２値化された各画素毎
に、その画素を通る設定角度毎に分割された多数本の直
線を、下記（ｉｉ　）式に基づいて、極座標系における
原点からの距離（ρ）と基準軸に対する傾き（θ）の値
として求め、同一値をとる頻度を二次元ヒストグラムに
とり、そのヒストグラムから、最大頻度となる一つの直
線を、前記原点からの距離（ρ）と基準軸に対する傾き
（θ）として求める。

ｐ＝ｘ＠ｃｏｓθ＋ｙΦｓｉｎθ　　・・・・・・（ｉ
ｉ）そして、求めた値（ρ）、（θ）から、前記イメー
ジセンサ（Ｓ１）の撮像面つまり撮像視野（Ａ）の中心
を基準とする位置に対する機体横幅方向のずれ（χ）と
、その中心を通るｙ軸に対する傾き（ψ）とを、境界（
Ｌ）の位置情報として求める（第８図参照）。

但し、前記イメージセンサ（Ｓ１）は、その撮像方向が
機体進行方向前方側に向かって下方に向かうようになっ
ていることから、その撮像視野（Ａ）内における境界化
）の位置変化は、撮像距離に反比例して、遠方はど小さ
くなる。

従って、撮像視野（Ａ）の中心を基準とする実際の境界
（Ｌ）に対するずれ（χ）及び傾き（ψ）は撮像距離に
応じた値となるように補正されることになる。

もって、上述の境界検出のための一連の処理が、境界検
出手段（１００）に対応することになる。

前記操向制御について説明を加えれば、前記境界検出手
段（１００）にて検出された撮像視野（Ａ）の中心に対
するずれ（χ）及び傾き（ψ）と、前記ステアリング角
度検出用ポテンショメータ（Ｒ１）にて検出される前記
前輪（１）　の現在のステアリング角度（θ）とから、
下記（ｉｉｉ　）式に基づいて、目標ステアリング角度
（θｆ）が設定されるように構成されている。

θｆ−α１χ＋α２・ψ＋α３・θ　・・・・・・（ｉ
ｉｉ）但し、α１．α２．α３は、ステアリング系の特
性に基づいて、予め設定された定数である。

つまり、前記（ｉｉｉ　）式により目標ステアリング角
度（θｆ）を設定する処理が、前記操向制御手段（１０
１）は、前記撮像手段としてのイメージセンサ（Ｓ、）
の撮像面の横幅方向中央側部分を前記境界化）に追従さ
せるべく操向操作するように構成されていることに対応
することになる。

〔別実施例〕

上記実施例では、境界検出手段（１００）を、ハフ変換
処理を利用して、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、具体構成は各種変更できる
。

又、撮像視野（Ａ）の中央側部分とは、撮像視野（Ａ）
の横幅方向中はどの広い部分を意味するものであって、
その広い横幅部分として定義できる中央側部分の特定箇
所を、境界（Ｌ）に追従させるようにすれば、本発明の
目的を達することができるものである。

又、上記実施例では、求めた直線の極座標系における値
から、地面上における傾き（ψ）とずれ（χ）を求め、
その求めた値に基づいて、目標ステアリング角度を設定
するようにした場合を例示したが、境界（Ｌ）が撮像視
野（Ａ）の横幅方向中央側部分に追従するように操向操
作できればよいものであって、例えば、ハフ変換におけ
る極座標系の原点を前記イメージセンサ（Ｓ１）の中心
として設定し、その値（ρ）、（θ）を夫々零にするよ
うに操向操作するようにしてもよい。

又、本発明を実施するに、横幅方向のずれのみを検出さ
せて、そのずれを修正するように操向制御してもよい。

又、上記実施例では、前輪（１）のみを操向操作する２
輪ステアリング形式にて操向操作するようにした場合を
例示したが、前後輪（１）、　（２）の両方を各別にス
テアリング操作可能に構成して、例えば、前記傾き（ψ
）の修正は、前後輪（１）、　（２）を逆方向に向き変
更して旋回させる４輪ステアリング形式を用いて行い、
前記機体横幅方向のずれ（χ）の修正は、前後輪（１）
、　（２）を同方向に向き変更して平行移動させる平行
ステアリング形式を用いて行うようにしたり、又、前記
傾き（ψ）とずれ（χ）に応じて、前後輪（１）。

（２）のステアリング角度に差を付けてステアリング操
作して、傾き（ψ）とずれ（χ）の両方を同時に修正す
るようにしてもよく、操向制御手段（１０１）の具体構
成等、各部の構成は各種変更できる。

又、上記実施例では、撮像手段（Ｓ、）が、その撮像方
向を斜め下方に向かう状態で機体に取付ける場合を例示
したが、撮像方向が鉛直又はそれに近い方向を向かう状
態で機体に取付けてもよい。

尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にするた
めに符号を記すが、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操向式の芝刈り作業車の実施例
を示し、第１図は作業車の全体平面図、第２図は同側面
図、第３図は作業地の説明図、第４図は制御構成のブロ
ック図、第５図は制御作動のフローチャート、第６図は
境界検出のフローチャート、第７図は微分処理の説明図
−第８図は境界検出の説明図である。 （３）・・・・・・モーア、（Ｓ、）・・・・・・撮像
手段、（Ａ）・・・・・・撮像視野、（８）・・・・・
・未刈地、（Ｃ）・・・・・・既刈地−（Ｌ）・・・・
・・境界、（Ｖ）・・・・・・機体、（１００）・・・
・・・境界検出手段、（１０１）・・・・・・操向制御
手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. モーア（３）と、機体進行方向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（Ｓ＿１）と、その撮像
   手段（Ｓ＿１）の撮像情報に基づいて未刈地（Ｂ）と既
   刈地（Ｃ）との境界（Ｌ）に対する位置情報を検出する
   境界検出手段（１００）と、その境界検出手段（１００
   ）の検出情報に基づいて、前記撮像手段（Ｓ＿１）の撮
   像視野（Ａ）の横幅方向中央側部分を前記境界（Ｌ）に
   追従させるように操向操作する操向制御手段（１０１）
   とが設けられている自動操向式の芝刈り作業車であって
   、前記モーア（３）は、前記撮像手段（Ｓ＿１）の撮像
   視野（Ａ）よりも後方側で且つ機体（Ｖ）の前方側に位
   置するように設けられている自動操向式の芝刈り作業車
   。