JPH03286310A - 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
よび土木機械等の自走車を、予定の走行コースに沿って
走行させるための自走車の操向制御装置に関し、特に、
前記走行コース上に障害物があることを検出した時に、
これを回避して走行させたり、自動的に走行を停止させ
たり、警報を発したりするための操向制御装置に関する
。

（従来の技術） 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カ所に固定され、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５９−６７４
７６号公報）。

この種の装置を有する自走車では、光反射手段と自己と
の相対位置を計算しながら走行するため、走行コース上
にガイド物体を設けることなく走行コースに沿って誘導
される。ところで、走行コース上に障害物が存在してい
る場合には、これを回避したり、走行停止させたりする
ためのなんらかの障害物検出手段が必要となる。

これに対し、従来から、前記自走車によって芝刈り作業
や運搬作業を行わせるに際し、予定の走行コース上に障
害物がある場合に備え、障害物を検出するための非接触
センサを搭載し、該センサで障害物を検知した場合に予
定の回避パターンに従って回避動作を行わせたり、自動
的に走行を停止させたりすることが種々提案されている
（例えば、特願平１−１９３２１２号）。

（発明が解決しようとする課題） 自走車に障害物検出のための非接触センサを装着する場
合、非接触センサでの検出範囲を拡大するため、自走車
の周囲に多数の非接触センサを設けたり、非接触センサ
を回動させる回動装置およびその回動角度の検出装置等
を新たに設けたりする必要があり、構成が複雑化すると
共に生産コストが非常に高いものになる。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点に対し、自走車
の位置検出用のセンサシステムとして備えられている光
ビーム走査機能を活用して障害物検出のためのセンサ部
分を構成することにより、構造の簡素化およびコストの
低減が図れようにした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、光ビーム
発生手段と、前記光ビーム発生手段から反射物体に照射
された光ビームの反射光を受光してその受光信号を出力
する、受光指向角の小さい第１受光手段と、前記光ビー
ム発生手段に近接し、かつ前記第１受光手段の受光光路
から外れた位置に設けられ、該第１受光手段より受光指
向角の大きい第２受光手段と、前記光ビーム発生手段、
第１および第２受光手段を１組として回動させることに
より前記自走車を中心として前記光ビームを円周方向へ
走査する回動手段と、前記第１受光手段の出力に基づい
て自走車の位置を検出する手段と、第２受光手段の出力
に基づいて障害物の有無を判別する手段とを具備した点
に特徴がある。

上記の構成を有する本発明では、障害物に照射された光
ビームの反射光を第２受光手段で検出することによって
走行コース上の障害物を検出できる。

すなわち、第１受光手段は受光指向角を小さくして予定
範囲外からの光を検出しないようにしであるので、障害
物での反射光のような散乱した光、つまり広角度に反射
する光は検出されない。これに対し、第２受光手段は第
１受光手段より受光指向Ｕ１を大きくしであるので受光
値度か鈍くなっていて、比較的遠くか与ン射する光咬ｑ
１ｆ、段の反射光の強さでは検出受光レベルに至らない
反ｉｉ、Ｎ害物からの反射光のように散乱した反射光で
あっても所定の強さ以上になれば検出することができる
。すｔｉわち、障害物からの反射光は、自走車と障害物
とが接近した場合にのみ検出される。

（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２図は発光器、受光器およびその回動装置からなる検
出ヘッドの部分断面図である。該検出ヘッドは自走車の
上部に搭載される。

同図において、回動部３１は、発光器２および位置検出
用受光器（以下、単に受光器という）３を有している。

発光器２は筒状本体の底部に設けられた発光ダイオード
２ａと、該筒状本体開放端部に取付けられた凸レンズ２
ｂとで指向性の鋭い光ビームを投射できるように構成さ
れている。

一方、受光器３は筒状本体の底部に取付けられたフォト
ダイオード３ａと、該筒状本体開放端部に取付けられた
集光用の凸レンズ３ｂとて構成されており、所定の平行
光がレンズ３ｂに照射されている時のみ、この平行光を
フォトダイオード３ａ部分に集光するように構成されて
いる。

前記発光器２の上部には障害物検出用の第２の受光器（
以下、障害物センサとい−５）８が取付けられる。該障
害物センサ８は前記受光器３と同様、フォトダイオード
８ａを有しているが、該フォトダイオード８ａの前方に
集光用のレンズは設けられていない。すなわち、該障害
物センサ８は前記受光器３よりも受光指向角が大きく、
かつ集光性が低い状態で取付けられている。

前記発光器２、受光器３および障害物センサ８に関する
信号の人出力は処理部４で処理される。

発光ダイオード２ａは処理部４を介して印加される電圧
によって発光する。該発光ダイオード２ａの光は、凸レ
ンズ２ｂを通して、略平行光である指向性の鋭い光ビー
ムとなって射出される。

受光器３に照射される光のうち凸レンズ３１とフォトダ
イオード３ａの受光中心線に対して略平行な光は、凸レ
ンズ３ｂを介してフォトダイオード３ａに集光して受光
され、受光出力は処理部４に入力される。障害物センサ
８のフォトダイオード８ａに対する入射光の受光出力も
処理部４に入力される。

回動部３１は、その軸３２が軸受３０に挿入されること
によって、ベース２３に対して回転自在に支持される。

軸３２の端部にはプーリ２４が取付けられ、該プーリ２
４とモータ５の軸に取付けられた他方のプーリ２５との
間にはベルト２６が掛けられる。モータ５の回転はベル
ト２６を介して軸３２に伝達され、同動部３１が回動さ
れる。

さらに、前記軸３２には自在継手２７を介してロータリ
エンコーダ７が連結されていて、該ロータリエンコーダ
７からは、同動部３１の回動に伴って予定間隔毎にパル
スが発生される。該パルスを計数することによって回動
部３１の回転角度を検出できる。

回動部３１には、電源供給端子Ｖ　ＣＣ，グランド端子
ＧＮＤおよび信号端子５ＩＣＩ、５ＩＧ２が設けられ、
これらの端子はブラシ支持板１１のブラシ２９に接続さ
れる。前記プラン支持板１１は、連結ロッド２８で回動
部３１と！！！結されていて、回動部３１０回転に伴っ
て回転する。

一方、ベース２３には、スリップリング１２か取付けら
れていて、該スリップリング１２とブラシ２９とが摺動
接触して電気的接続が維持される。

次に、上記の検出ヘッドを搭載した自走車の操向制御の
例を説明する。第４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の走行区域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、ｎ定型１は例えば芝刈り機等の農作業用
自走車であり、あらかじめ設定された走行コースＣＬに
沿って走行するように自動制御される。該走行コースＣ
Ｌは、例えば、旧道行程およびこれに連続する旋回行程
からなる走行コースである。

自走車１の上部には前記検出ヘットが搭載されている。

検出ヘッドの回動部３１の回動に従って発光器２で発生
された光ビーム２Ｅは矢印１ｏの方向に走査される。

作業区域の周囲には複数の基準点が設定され、そこには
、入射した光をその入射方向に反射する反射面を具備す
るコーナキューブプリズム等周知の光反射手段からなる
反射器６８〜６ｃが設置される。矢印１０の方向に走査
された光ビーム２Ｅはこれらの反射器６ａ〜６ｃで順番
に反射され、反射光２Ｒは受光器３によって順番に受光
される。

前記発光器２の上部に設けられた障害物センサ８は、障
害物ＯＢによって反射される前記光ビーム２Ｅの反射光
２Ｓを検出して自走車１の周囲に存在する障害物を検出
する。該障害物センサ８は走行コースＣＬ上に存在する
障害物ＯＢ等を検出した場合、その検出信号を自走車１
の操向制御装置に供給する。

上記の構成により、順番に検出される反射光２Ｒに基づ
いて自走車１から見た各反射器６ａ〜６ｃの方位角（以
下、単に方位角という）が算出される。そして、その結
果によって各反射器６ａ〜６Ｃが設置された基準点に対
する自走車１の自己位置が検出され、該自走車１の位置
情報に基づいて操向制御が行われる。

次に、第１図に示したブロック図を参照して本実施例の
制御装置の機能構成を説明する。

第１図において、前記反射器６ａ〜６Ｃによって反射さ
れた前記光ビームの反射光２Ｒは受光器３で受光される
。カウンタ９では、前記回動部３１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が計数される。

該パルスの計数値は受光器３において光を検出する毎に
角度検出部１７に転送される。角度検出部１７では、供
給されたパルス数（一方位角）に基づいて自走車１から
見た各反射器６ａ〜６Ｃ相互間の開き角か算出される。

位置・進行方向演算部１３では、検出された各反射器６
ａ〜６Ｃ相互間の開き角、つまり反射器６８〜６ｃが配
置された基準点相互間の開き角に基づき、この基準点の
うち２つの基準点を結ぶ直線をＸ軸とするｘ−ｙ座標系
における自走車１の座標および進行方向が演算される。

該ｘ−ｙ座標系は予め適宜の手段によって測定された各
基準点の位置情報に基づいて設定される。前記自走車１
の座標および進行方向の具体的な算出手段およびその算
出式は本出願人が先に出願した発明（特開平１−２８７
４１５号）に詳述されているので説明を省略する。

位置・進行方向演算部１３での演算結果は比較部３３に
人力される。比較部３３ては、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、位置・進行
方向演算部１３で得られた自走車１の座標および進行方
向とが比較され、走行コースに対する自走車１の偏位量
ΔＸおよび進行方向のすれ角度Δθが検出される。

これら偏位置ΔＸおよびずれ角度Δθは切換部３４を介
して操舵部１４に人力され、操舵部１４において、これ
らのデータに基づいて自走車１の操舵輪（図示せず）の
操舵角が決定される。決定された操舵角に従い、操舵モ
ータ２１か付勢されて操舵輪が駆動される。操舵輪の操
舵角は、舵角センサ１５で検出されて操舵Ｍ］４にフィ
ードバックされる。駆動制御部１８はエンジン１９の始
動・停止、および該エンジン１９の動力を自走車１の駆
動輪に伝達するクラッチ２０の動作を制御する。

障害物センサ８で光２Ｓが検出されると、その検出信号
ａは迂回制御部３５および切換部３４に入力される。切
換部３４は該信号ａに応答し、操舵部１４に対する比較
部３３側との接続を迂回制御部３５側との接続に切換え
る。該切換部３４は検出信号ａが一旦入力されると、自
走車１が迂回走行を終了して走行コースへ戻ったことか
検出されるまで迂回制御部３５側に切換方向を維持する
機能を有する。

自走車１が迂回を終１′シて走行コースへ１にっだこと
は走行コースからの偏位ＳΔＸに基づいて判断する。す
なわち、障害物センサ８から障害物検出信号ａが出力さ
れ、かっ偏位量ΔＸが“０′になった場合に走行コース
へ自走車１が戻ったと判断する。

そのために、比較部３３から迂回制御部３５に偏位量Δ
Ｘが供給され、迂回制御部３５は、この偏位量ΔＸが“
０°になった時点で切換部３４にリセント信号すを出力
する。切換部３４はリセント信号すに応答し、操舵部１
４に′ｉｊする迂回制御部３５との接続を比較部３３と
の接続に切換える。

なお、迂回制御部３５は、障害物ＯＢとの鉗離（間隔）
を略一定にして自走車１が迂回できるように、前記検出
信号ａの有無に応して一方向およびその反対方向に操舵
方向を切換えるための信号を切換部３４を介して操舵部
１４に供給する機能を有する。

次に、上記構成による本実施例の動作を説明する。第５
図は本実施例の動作を示すフローチャート、第６図は自
走車１の迂回経路の説明図である。

第６図に示したように、自走車１は走行コース上ＣＬに
ある障害物ＯＢとの距離を略一定に保持しながら迂回す
る。ここで、一定に保持される障害物ＯＢと自走車１と
の距離は障害物センサ８の、受光検出レベルのしきい値
で決定された検出能力（検出距離ｄ）による。

自走車１は前記検出距離ｄ内で障害物ＯＢを検出した後
の迂回コースは図示のとおりである。

第５図において、ステップＳ１では、クラッチ２０をつ
ないで自走車ｌの走行を開始する。

ステップＳ２では、角度検出部１７の出力をもとに位置
・進行方向演算部】３で自走車１の位置および進行方向
が算出される。

ステップＳ３では、障害物センサ８の出力信号ａの有無
に基づいて障害物ＯＢが検出されたか否かが判別される
。

障害物ＯＢが存在しＡい場合は、ステップＳ４に進んで
操舵角の制御が行われる。該操舵角制御では、ステップ
Ｓ２で算出された自走車１の位置および進行方向と、走
行コースＣＬとの偏位量ΔＸに基づき、該偏位量ΔＸを
０゛にするような操舵角が決定される。

ステップＳ５では自走車１が予定の走行コースの全行程
を走行したか否かが判断され、全行程の走行が終了する
まではステップＳ２に戻る。

一方、障害物ＯＢを検出したと判断された場合は、ステ
ップＳ６に進み、自走車１を右方向に操舵する。

ステップＳ７では、障害物ＯＢが検出されているか否か
を再び判断する。障害物ＯＢの検出信号ａが出力されて
いる場合は、ステップＳ８に進んで自走車１を右方向に
操舵する。

障害物センサ８の検出能力範囲を超えて右方向に走行し
た場合は、検出信号ａが出力されなくなるので、ステッ
プＳ７の判断は否定となり、ステップＳ９に移行して自
走車１を左方向に操舵する。

ステップＳＩＯでは、自走車１の位置を算出する。

ステップＳｌｌでは、ステップＳ１０で算出された自走
車ｌのＸ方向座標Ｘｐと予定の走行コスＣＬのＸ方向座
標Ｘｎとが一致したか、つまり前記偏位量ΔＸが“０”
になったか否かを判定して、自走車１が迂回走行を終え
て予定の走行コスＣＬに戻ったか否かを判断する。

予定の走行コースＣＬに戻ったと判断されるまではステ
ップ８７〜Ｓｌｌの処理が繰返され、予定の走行コース
ＣＬに戻ったと判断されるとステップＳ２に戻り、走行
コースＣＬに沿って自走車１を走行させる通常の操向制
御が再開される。

以上の説明のように、本実施例によれば、走行コースＣ
Ｌ上で障害物を検出した場合に、迂回走行を行う。本実
施例に示した迂回走行では、障害物検出信号ａの有無に
応答して右方向または左方向へ交互に操舵することによ
り、障害物ＯＢとの距離を一定に保ちながら自走車１を
迂回させるようにした。本実施例では障害物ＯＢを右に
迂回したが、迂回方向は任意に決定できるのはもちろん
である。

なお、本実施例ではｖＪＩ害物害物検出信号有無で障害
物が存在していると判断し、即座に迂回のための走行を
行うようにした。しかし、走行コースを物体が横切った
場合などに一時的に検出信号ａが出力されることもある
ので、検出信号ａが予定時間以上継続して出力されてい
るか、または検出信号ａが予定回数以上連続して検出さ
れたかによって障害物か固定されたものだと判断し、迂
回走行のための制御に切換えるようにしてもよい。

また、できるだけ短距離の迂回コースをとるには、自走
車１と障害物ＯＢとの距離を小さく保持しつつ迂回する
のが望ましく、そのためには障害物センサ８の検出部Ｍ
ｄを小さくしておくのがよい。しかしながら、そうする
ことにより、障害物ＯＢを検出した時点での自走車１と
障害物ＯＢとの距離が接近しすぎ、障害物ＯＢの検出後
、前進しながら操舵して障害物ＯＢを回避するのが困難
な場合が有り得る。そのために、−書物ＯＢ検出時まで
の一書物センサ８の検出距離ｄを大きくし、迂回走行中
にはこれを小さくするように切換手段を設けてもよい。

上記の、障害物が固定的なものか移動物かの判断手段、
および障害物センサ８の最大検出距離ｄの切換手段を採
用した迂回操向の例は、本出願人が先に出願した特願平
１−１９３２１２号に詳細に記載されている。

次に、自走車１に搭載される検出ヘッドの他の例を説明
する。第３図は発光ダイオードで発生した光ビームと、
その反射光とが同一のコリメータレンズを通過するよう
に構成された１眼式検出ヘッドの断面図を示す。同図に
おいて、第２図と同符号は同一または同等部分を示す。

同図において、発光ダイオード２ａで発生した光は、コ
リメータレンズ３７および３６を通ってミラー３８によ
って反射される。反射方向は該ミラー３８の傾きに応じ
て決定される。該ミラー３８によって反射されて外部に
射出された光ビーム２Ｅのうち、反射器６ａ〜６ｃの反
射光２Ｒは該検出ヘッドに戻る。反射光２Ｒはミラー３
８で反射されてレンズ３６および３７を通り、反射プリ
ズム３９に当たって屈折し、フォトダイオード３ａに入
る。フォトダイオード３ａで受光した光は電気信号に変
換され、該電気信号に基づいて反射器６８〜６Ｃからの
反射光が受光されたことが検出される。

前記ミラー３８はその一端に設けられた切欠き部に嵌挿
されたピン４０の回転によって、軸４１を中心にして矢
印４２の方向に揺動される。すなわち、ビン４１は揺動
用モータ４３の軸に偏心して取付けられており、その偏
心量に応じてミラー３８が揺動される。ミラー３８の揺
動に従って光ビーム２Ｅは上下方向（矢印４４方向）に
走査される。

ヘッド固定部５０の、前記コリメータレンズ３６の上方
には障害物検出用のフォトダイオード８ａが補助アーム
４５を介して取付けられる。該フォトダイオード８ａは
、コリメータレンズ３６および３７の前方（図中では上
方）に設けられているので、反射光受光用のフォトダイ
オード３ａより集光性が低い。すなわち、障害物に接近
した場合に該障害物で反射されて散乱する光ビームの反
射光を検出できるようにしている。

ヘッド回転部４７のプーリ４８は軸受４９を介して固定
部５０に取付けられており、ベルト５１によって図示し
ないモータの回転が該プーリ４８に伝達される。

角度センサ２２はスリット板４６のスリットを検出し、
その検出信号に基づいてスリット板４６の回転角度、す
なわちヘッド回転部４７の回転角度を検出する。角度セ
ンサ２２の出力信号は第１図に示した前記カウンタ９に
供給され、前記エンコーダ７からの出力信号と同様に取
扱われる。

（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、次の
ような効果を得ることができる。

■障害物センサを自走車の位置検出用の光ビーム発生手
段および受光手段と一体的に配設てきるので障害物セン
サ配設用に広いスペースを確保する必要がない。

■障害物センサ専用の回動手段およびその回動角度の検
出装置などを設けなくても、位置検出用のセンサシステ
ムとして備えられている光ビーム走査機能を活用して自
走車から見た全方位の障害物の検出が可能である。

■超音波センサより安価なフォトダイオードを障害物セ
ンサとして使用して、自走車から見た全方位の障害物の
検出が可能であるので安価な障害物検出システムを実現
できる。

■２種類の光反射物体のそれぞれを、同一の光発生手段
から投射された光ビームの反射光に基づいて検出できる
ので、検出装置を小型化できる。

【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図お
よび第３図は検出ヘッドの部分断面図、第４図は自走車
および反射器ならびに障害物の位置関係を示す斜視図、
第５図は実施例の動作を示す操向制御のフローチャート
、 の迂回走行経路の説明図である。 第６図は自走車 １・・・自走車、２・・・発光器、２ａ・・・発光ダイ
オード、３・・・受光器、３ａ、ｇａ・・・フォトダイ
オード、８・・・障害物センサ、１３・・・位置・進行
方向演算部、１７・・・角度検出部、３１・・・回動部
、３３・・・比較部、３４・・・切換部、３５・・・迂
回制御部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）自走車を中心として光ビームを円周方向に走査し
   、前記自走車から離れた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から見た
   前記光反射手段の方位角を測定し、この結果に基づいて
   自走車を走行させるための自走車の操向制御装置におい
   て、 自走車に設けられた光ビーム発生手段と、 前記光反射手段での前記光ビームの反射光を受光してそ
   の受光信号を出力する、受光指向角の小さい第１受光手
   段と、 前記光ビーム発生手段に近接し、かつ第１受光手段の受
   光光路から外れた位置に設けられ、該第１受光手段より
   受光指向角の大きい第２受光手段と、 前記光ビーム発生手段、第１および第２受光手段を１組
   として回動させることにより前記自走車を中心として光
   ビームを円周方向に走査する回動手段と、 第１受光手段の出力に基づいて自走車の位置を検出する
   手段と、 前記光ビームの反射光を第２受光手段で検出し、この受
   光信号に基づいて障害物の有無を判別する手段とを具備
   したことを特徴とする自走車の操向制御装置。
2. （２）前記光ビームは前記回動手段によって円周方向へ
   回動走査され、複数箇所に配設された前記光反射手段か
   らの反射光を前記第１受光手段によって順番に受光し、
   この受光結果に基づいて自走車の位置を算出して予定の
   コースに沿って該自走車を走行させるように構成したこ
   とを特徴とする請求項１記載の自走車の操向制御装置。