JPH02157912A - 自走車の操向制御装置 - 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、自走車の操向制御装置に関し、特に、自動車
、工場内の無人移動搬送装置、農業および土木機械等の
ような自走車の操向制御装置に関する。

（従来の技術） 従来、上記自走車のような移動体の現在位置を検知する
装置として、移動体で発生された光ビームを、移動体を
中心として円周方向に走査する手段と、移動体とは離れ
た少なくとも３箇所に固定され、入射方向に光を反射す
る光反射手段と、該光反射手段からの反射光を受光する
受光手段とを具備した装置が提案されている（特開昭５
９−６７４７６号公報）。

該技術では、前記受光手段で検出された受光信号に基づ
いて移動体を中心とする３つの光反射手段間の開き角を
検出し、その検出した開き角と、あらかじめ設定された
光反射手段の位置情報とに基づいて移動体位置を演算す
るようにしている。

ところで、上記システムにおいては、自走車の傾斜や振
動に起因して光ビームを光反射手段に照射できなかった
り、受光手段が、前記光反射手段以外の物体からの反射
光を受光してしまう場合があった。

このように、受光手段によって光ビームの反射光が確実
に受光されないと、自走車の位置が誤って算出され、そ
の結果、予定されたコースに沿って自走車を走行させら
れなくなる。

これに対して、例えば特開昭５９−１０４５０３号公報
においては、光ビームのスキャン速度およびスキャン角
度を変化させて、光ビームを確実に光反射手段に照射で
きるよう工夫された移動体の位置検出方法が提案されて
いる。

また、特開昭５９−２１１８１６号公報においては、移
動体で発生される照射光を断続的かつ周期的な光とする
ことによって、該照射光と他の光源からの光との区別が
できるように工夫された移動体の位置検出装置が提案さ
れている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記いずれの技術においても、受光手段
等の光センサ系統が故障した場合、および該受光手段等
の光センサ系を回動させる回転テーブル駆動部が故障し
た場合、さらには、演算の基準となるすべての光反射手
段が倒れてしまった状態になっているような場合には自
走車の位置検出が不可能になるという問題点があった。

。 本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、受光
手段の故障等の不測の事態が発生した場合にも、自走車
が誤った方向に走行しないような処置が行える自走車の
操向制御装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段および作用）前記の問題点
を解決し、目的を達成するために、本発明は、受光手段
によって検出される、少なくとも３′か所の基準点から
の光信号に基づいて自走車の自己位置を検出し、その検
出結果に基づいて操向制御を行うように構成された自走
車の操向制御装置において、前記基準点の１つからの光
信号を検出後、予定の時間以上、次の光信号を検出しな
かった場合、自走車の走行を停止させる手段を具備した
点に特徴がある。

上記構成を有する本発明では、予定の時間が経過する間
、基準点からの光信号が全く検出されない場合に、自走
車を停止させることができ、自走車が誤った方向に走行
することが防止できる。

（実施例） 以下に図面を参照して、本発明の一実施例を説明する。

第６図は本発明の制御装置を搭載した自走車、および該
自走車が走行するエリアに配設された光反射器の配置状
態を示す斜視図である。

同図において、自走車１は例えば芝刈り機等の農作業用
自走車である。該自走車１の上部にはモータ５によって
駆動される回転テーブル４が設けられている。そして、
該回転テーブル４には光ビームを発生する発光器２およ
び該光ビームの反射光を受ける受光器３が搭載されてい
る。

前記発光器２は光を発生する発光ダイオードを備え、受
光器３は入射された光を受けて電気的信号に変換するフ
ォトダイオードを備えている（共に図示しない）。また
、ロータリエンコーダ７は回転テーブル４の駆動軸と連
動するように設けられていて、該ロータリエンコーダ７
から出力されるパルスを計数することによって、回転テ
ーブル４の回転角度が検出できる。

自走車１の作業区域の周囲には反射器６が配設されてい
る。該反射器６は入射した光を、その入射方向に反射す
る反射面を具備しており、従来より市販されている、い
わゆるコーナキューブプリズム等が使用できる。

次に、本実施例の制御装置の構成を第１図に示したブロ
ック図に従って説明する。第１図において、発光器２か
ら射出される光ビームは、前記回転テーブル４の回動方
向に走査され、反射器６によって反射される。反射器６
によって反射された光ビームは受光器３に入射される。

カウンタ９では、回転テーブル４の回転に伴ってロータ
リエンコーダ７から出力されるパルス数が計数される。

そして、該パルスの計数値は受光器３において反射光を
受光する毎に識別処理部１１に転送される。

識別処理部１１では反射光の受光毎に転送される前記パ
ルスの計数値に基づいて、自走車１の進行方向に対する
各反射器６の方位角が算出される。

識別処理部１１で検出された方位角は開き角演算部１０
に入力されて、自走車１から見た各反射器６の開き角が
演算される。

位置・進行方位演算部１３では前記開き角に基づき自走
車１の現在の位置座標が演算され、前記方位角に基づき
自走車１の進行方位が演算される。

その演算結果は比較部２５に入力される。比較部２５で
は、走行コース設定部１６に設定されている走行コース
を表すデータと、前記位置・進行方位演算部１３で得ら
れた自走車１の座標および進行方位とが比較される。

この比較結果は操舵部１４に人力され、該比較結果に基
づき自走車の前輪１７に連結された操舵モータ（図示せ
ず）が駆動される。操舵モータによる前輪１７の操舵角
は、自走車１の前輪に設けられた舵角センサ１５で検出
され、操舵部１４にフィードバックされる。

駆動部１８は、エンジン１９の始動・停止の制御、およ
び該エンジン１９の動力を後輪２１に伝達するクラッチ
２０の制御を行う。

フェール検出手段１２には受光器３による受光信号が入
力される。そして前回の受光信号が入力された後、予定
の時間経過しても次の検出信号が人力されなかった場合
、駆動部１８に自走車の走行停止（エンジン停止）のだ
めの指令を発する。

フェール検出手段１２は、予定周期のクロック信号を計
数するカウンタを具備しており、受光器３から人力され
る初回の受光信号に同期して前記クロック信号の計数を
開始し、計数値が予定値に達するまで次の受光信号が入
力されなかった時点で、カウント終了信号を出力する。

該カウント終了信号は駆動部１８に入力され、駆動部１
８は、該信号に応答してエンジン停止信号を出力する。

なお、前記予定値を計数する以前に次の受光信号が入力
された場合には、カウンタの計数値はクリアされる。

一方、前記予定時間の経過は自走車１の走行距離からも
検出することができる。すなわち、予定時間内で自走車
１が走行できる距離を予め設定しておき、該予定走行距
離の走行終了時点をもって、予定時間の経過時点とみな
せる。したがって、自走車１のエンジン停止の指令を発
するための判断を、走行距離によって行う場合は、例え
ば、自走車のメンテナンス時期を判断する目安のために
設けられる公知の走行距離計に入力される信号と同様の
信号によって予定の走行距離を検出する手段を設け、予
定の走行距離だけ走行する間、次の受光信号が入力され
なかった時点で、エンジン停止信号を出力するようにフ
ェール検出手段１２を構成すれば良い。

フェール検出手段１２は、前記時間経過による判断手段
、および走行距離による判断手段のいずれか一方を具備
していれば良いが、両方を具備して、いずれか一方の故
障に対処できるようにしていれば、より望ましい。

なお、第１図に示した構成要素のうち、鎖線で囲まれた
部分はマイクロコンピュータによって構成することがで
きる。

前記識別処理部１１は方位角の検出機能とは別に、該方
位角に基づき、光反射器６の識別および見失い処理を行
う機能を有する。

すなわち、前記方位角に基づいて、次回の走査で検出さ
れるべき光反射器の方位を予測し、次回の走査において
検出された発光源の方位が、予測方位と一致したか否か
によって予定の光反射器を検出したか、あるいは見失っ
たかの判断をし、該判断の結果に応じて予定の処理を行
うようにしている。

該識別処理部１１では、光反射器を連続して見失ったよ
うな場合には、見失い回数が予定の回数に到達したこと
を条件に自走車１の走行を停止するようになっている。

該識別処理部１１の詳細な構成、および該処理部による
識別処理の具体例は、特願昭６３−２６２１９２号に記
載されているので、ここでは説明を省略する。

第４図は、自走車１の作業範囲を指示するための座標系
における自走車１および反射器６の位置を示す。

第４図において、反射器６の配置位置はそれぞれＡ、　
Ｂ、　Ｃ（以下基準点Ａ、　Ｂ、　Ｃという）で示す。

同図において３か所に配置された反射器６の位置は、基
準点Ｂを原点とし、基準点ＢおよびＣを結ぶ線をＸ軸と
するｘ−ｙ座標系で表される。

同図において、自走車１の進行方向を基準にした基準点
Ａ、Ｂ、Ｃの方位角は、それぞれθａ。

θｂ、θＣで示され、自走車１から見た基準点Ａおよび
Ｂ、Ｂおよび０間の開き角はそれぞれα。

βで示される。

自走車１の位置Ｔ　（Ｘ、Ｙ＞および進行方位θｆは、
前記開き角α、βおよび方位角θａ、θｂ。

θＣに基づいて三角１ＤＪｆｆｉの原理に従った算出式
で求められる。該算出式の一例は、特願昭６３−１１６
６８９号および特願昭６３−１４９６１９号に詳細が示
されている。

次に、自走車１の位置および進行方位に基づき、自走車
１の走行方向を制御する操向制御について説明する。第
５図は自走車１の走行コースと基準点との位置関係を示
す図であり、第２図は操向制御のフローチャートである
。

第５図には、基準点Ｂを原点と・し、基準点ＢおよびＣ
を通る線をＸ軸とする座標系で、自走車１の位置および
該自走車１による作業区域２２が示されている。

点Ｒ（Ｘｒｅｔ、Ｙｒｅｔ）は自走車１の戻り位置を示
し、作業区域２２は座標（Ｘｓｔ、Ｙｓｔ）、（Ｘｓ　
ｔ、Ｙｅ）、（Ｘｅ、Ｙｓｔ）、（Ｘｅ、Ｙｅ）で示さ
れる点を結ぶ領域である。

ここでは自走車１の位置Ｔは（Ｘｐ、Ｙｐ）で示す。

なお、第５図においては、説明を簡単にするため、作業
区域２２の４辺をＸ軸またはｙ軸に平行にした例を示し
たが、作業区域２２の周囲に基準点Ａ、　　Ｂ、　Ｃを
配置してあれば、作業区域２２の形状および作業区域２
２の４辺の向きは任意である。

第２図のフローチャートに従って制御手順を説明する。

まず、ステップＳ１では、自走車１を点Ｒから作業開始
位置まで、無線操縦により移動させる。

ステップＳ２では、自走車１を停車させたままで発光器
２．受光器３を回転させ、各基準点Ａ。

Ｂ、Ｃの検出を行うと共に、自走車１から見た各基準点
の方位角を識別処理部１１の記憶手段に記憶させる。

ステップＳ３では、走行コースのＸ座標ＸｎとしてＸｓ
ｔをセットし、走行コースを決定する。

ステップＳ４では、自走車１の走行が開始される。

ステップＳ５では、受光器３が基準点からの反射光を受
光したか否かの判断がなされる。反射光が受光されてい
なければステップ３１８に進んで、前回受光信号検出後
予定の時間が経過した否かの判断がなされる。時間の経
過は前記カウンタの計数値または走行距離検出手段の検
出値で判断される。

経過時間が予定の時間に達していない場合は、反射光が
検出されるまで、ステップＳ５の処理は繰返される。反
射光が検出されると、ステップＳ６に進んで、前記識別
処理部１１で基準点識別処理が実行される。

ステップＳ７では、自走車１の位置（Ｘｐ、Ｙｐ）およ
び進行方位θｆの演算が行われる。

ステップＳ８では、走行コースからのずれ量（ΔＸ（自
走車１のＸ軸方向のずれ）−ｘｐ−ｘｎ、Δθｆ（進行
方位のずれ））が演算され、ステップＳ９では、前記ず
れ量に応じて操舵部１４により操舵角制御が行われる。

ステップＳＩＯでは、自走車１がｙ軸方向において、原
点から遠ざかる方向（行き方向）に走行しているか、原
点に近づく方向（戻り方向）に走行しているかが判断さ
れる。

行き方向であれば、ステップＳｌｌにおいて、−行程が
終了したか（Ｙｐ　＞ｙ　ｅ）否かが判断され、戻り方
向であれば、ステップＳ１２において、−行程終了（Ｙ
ｐ＜Ｙｓ　ｔ）したか否かが判断される。ステップＳｌ
ｌまたはＳ１２において、行程が終了していないと判断
されればステップＳ５に戻る。

ステップＳｌｌまたはＳ１２において、−行程が終了し
たと判断されれば、次はステップ５１３において全行程
が終了した（Ｘｐ＞Ｘｅ）か否かの判断が行われる。

全行程が終了していなければ、ステップ５１３からステ
ップ５１４に移って自走車１のＵターン制御が行われる
。Ｕターン制御は、前記位置・進行方位演算部１３で演
算された自走車１の位置情報を操舵部１４にフィードバ
ックするステップ８７〜Ｓ９の処理によって行われる直
線行程の操向制御とは別の方式で行われる。

すなわち、旋回行程では自走車１の操舵角をあらかじめ
設定された角度に固定して走行させる。

そして、自走車１に対する各基準点Ａ、Ｂ、Ｃの方位角
の少なくとも１つが予定の角度範囲内に合致した時点で
旋回を停止して、ステップ８７〜Ｓ９の処理によりて行
われる直線行程の操向制御に戻るようにしている。

ステップＳ１５では、ＸｎにＸｎ＋Ｌがセットされ、次
の走行コースが設定される。次の走行コースが設定され
ればステップＳ５に戻って、前記処理が繰返される。

全行程が終了したならば、戻り位置Ｒ（Ｘｒｅｔ、Ｙ”
ｒｅｔ）へ戻って（ステップ５１６）、走行が停止され
る（ステップ５１７）。

前記ステップＳ１ｇにおいて、予定時間経過しても受光
信号が検出されなかった場合は、受光器３または該受光
器３の回転テーブル４等の故障、さらには光反射器の倒
れなどの事態が発生していると判断し、ステップＳ１９
に移行してエンジン停止指令が前記駆動部１８に出力さ
れ、自走車１は停止する。

前記フェール検出手段１２は、上述のように、マイコン
制御により処理することができるが、このようなソフト
ウェア処理とは別に、次に説明するようなハードウェア
構成によるバックアップ回路を設けると、フェール検出
および保護を、さらに確実なものとすることができる。

第３図はフェール検出手段にバックアップ回路を併設し
た例を示す。

同図において、前記フェール検出手段１２から出力され
るエンジン停止指令信号ａ１およびタイマ回路２３から
該タイマ回路２３の設定時間経過後に出力される信号す
は、オア回路２４に入力される。したがって、該オア回
路２４に信号ａまたはｂが入力されると、該オア回路２
４から前記駆動回路１８にエンジン停止信号Ｃが出力さ
れる。

受光器３から出力される受光信号は、フェール検出手段
１２に入力されると共に、タイマ回路２３にも入力され
る。タイマ回路２３に受光信号が入力されるとトランジ
スタＴｒｌが導通し、コンデンサＣ１は放電される。

ここで、タイマ回路２３に、コンデンサＣ１および抵抗
Ｒ１〜Ｒ３の値によって設定される時間以上受光信号が
入力されないと、コンデンサＣ１の電位は上昇してトラ
ンジスタＴｒ２が導通し、これに伴ってトランジスタＴ
ｒ３が遮断される。その結果、タイマ回路２３からオア
回路２４に入力される信号すはハイａＨ１に変化して、
オア回路２４からエンジン停止信号Ｃが出力される。

したがって、受光信号がひんばんに入力されている間は
、トランジスタＴｒ２は導通されていて、オア回路２４
の人力信号すはロー“Ｌｏである。

以上の説明のように、本実施例では、受光器３で検出さ
れる信号に基づいて、自走車１の位置および進行方位が
算出され、該算出結果と予め設定された走行コースとを
比較して、そのずれ量を補正するように操舵部１４を駆
動して自走車１の操向制御を行っている。そして、予定
の時間以上、前記受光器３から受光信号がフェール検出
手段１２に入力されなかった場合には、エンジンを停止
して自走車１の走行を中止するようにしている。

その結果、受光器３が全く受光信号を検出されないよう
な場合に、自走車１が予定のコースをはずれて走行する
ことがない。

また、本実施例では、識別処理部１１における基準点の
見失い処理機能によつて、基準点を見失った場合には、
該基準点の方位を推定し、該推定値に基づいて自走車１
の位置を計算し操向制御を行っている。したがって、フ
ェール検出手段１２に設定される予定の時間が経過する
までのある程度の時間は、前記推定値に基づいて自走車
１は操向制御されるので、予定の走行コースを極端には
ずれることない。そして、前記推定による誤差が蓄積さ
れてくると予想される時間を、フェール検出手段に設定
される予定時間として設定しておけば、自走車１の自己
位置の実際値と計算値とがずれが拡大する以前に自走車
の走行を停止させることができる。

さらに、本実施例ではフェール検出手段１２にバックア
ップ回路を併設したのでさらに確実に、不測の事態に対
処して自走車１の走行を停止させることができる。

なお、該バックアップ回路およびフェール検出手段は互
いに併用するだけでなく、単独で用いても良い。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、自走
車の無人操向中、所定時間全く受光信号が検出されなく
なった場合に、走行を停止することができる。したがっ
て、受光手段等の光センサ系統、および該受光手段等光
センサ系の回転手段等の故障、ならびに光反射手段の倒
れ等が発生した場合にも、自走車が自己位置の検出がで
きないまま長時間走行を続けるということを未然に防止
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の　一実施例を示すブロック図、第２図
は操向制御のフローチャート、第３図はバックアップ回
路を併設したフェール検出手段の回路図、第４図は基準
点と自走車の位置および進行方位との関係図、第５図は
走行コースにおける自走車と反射器との配置状態を示す
平面図、第６図は自走車と反射器との配置状態を示す斜
視図である。 １・・・自走車、２・・・発光器、３・・・受光器、６
・・・反射器、７・・・ロータリエンコーダ、９・・・
カウンタ、１０・・・開き角演算部、１１・・・識別処
理部、１２・・・フェール検出手段、１３・・・位置・
進行方位演算部、２３・・・バックアップ回路 代理人　弁理士　平木通人　外１名 Ａｔ 八− ゾ軸 第 図 第 図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）自走車から発生された光ビームを、該自走車を中
   心として円周方向に走査し、少なくとも３か所の基準点
   に配置された光反射手段からの前記光ビームの反射光を
   受光して自走車の位置を検出する自走車の操向制御装置
   において、 前記光反射手段からの反射光の受光間隔に基づき、自走
   車の進行方向に対する各光反射手段の方位角を検出する
   手段と、 該検出方位角に基づき自走車の位置を算出する手段と、 前記光反射手段の１つからの光信号を検出後、予定の時
   間以上、次の光信号を検出しなかった場合、自走車の走
   行を停止させる手段とを具備したことを特徴とする自走
   車の操向制御装置。
2. （２）前記方位角検出手段で検出された方位角に基いて
   、次回の走査で検出されるべき前記光反射手段の方位を
   予測する手段と、 光反射手段の検出位置が、前記予測手段で予測された方
   位にある場合には、該検出方位に基づき自走車の位置を
   算出する手段と、 前記予測方位に光反射手段が検出されなかった場合には
   、検出されなかった光反射手段の方位を推定する手段と
   を具備したことを特徴とする請求項１記載の自走車の操
   向制御装置。
3. （３）前記予定の時間の経過を、カウンタによるクロッ
   ク信号の計数値によって検出することを特徴とする請求
   項１または２記載の自走車の操向制御装置。
4. （４）前記予定の時間の経過を、自走車の予定距離走行
   によって検出することを特徴とする請求項１または２記
   載の自走車の操向制御装置。
5. （５）前記予定の時間の経過を、抵抗とコンデンサとで
   構成される時定数回路を含むタイマ回路で検出すること
   を特徴とする請求項１または２記載の自走車の操向制御
   装置。