JPH0410087B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、車体が往復走行行程を繰り返して作
業地の一端側から他端側に至る間に作業地内の対
地作業を行うように、各行程での処理済作業地と
未処理作業地の境界に沿つて自動走行すべく、前
記境界を検出する倣いセンサーを備えるととも
に、前記倣いセンサーの検出結果に基づいて、前
記車体を前記境界い沿わせるための操向指令、及
び当該走行行程の終了後に次行程へ移行するため
の方向転換指令を、ステアリング操作手段並びに
走行操作手段に対して出力する制御手段を備えた
無人走行作業車に関する。

〔従来の技術〕

従来のこの種の無人作業車においては、走行地
の境界を検出するセンサーを車体側に設けて、こ
のセンサーの境界検出結果に基づいて走行車輪車
輪を所定方向に自動的にステアリングして、この
境界に沿つて所定コースを自動走行すべく倣い走
行制御が行われていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来の構成の走行制御にあ
つては、単にセンサーの処理済み作業地と未処理
作業地との境界の検出結果に基づいて制御する、
所謂バンバン制御を行つて、所定走行コース上を
繰り返し往復走行させていただけであつたため
に、前記センサーが境界を正常に検出できなくな
つた場合や、方向転換への制御の移行が正常に行
われなかつた場合は誤つた走行制御が行われて、
車体が予期しない方向へ暴走して事故を起こす危
険性があるという欠点があつた。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであ
つて、境界検出等が正常に行われなくなつても車
体が予期しない方向へ暴走することを抑制できる
無人走行作業車の提供を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明にかかる無人走行作業車は、上記目的を
達成するために、冒頭構造のものにおいて、 〔イ〕 前記車体の移動距離を検出する距離センサ
ーおよび走行方向を検出する地磁気センサーか
らなる方位センサーを備えている。

〔ロ〕 前記制御手段は、無人作業走行に先立つて
作業地外周部分を人為的に作業走行する際に、
前記距離センサー及び方位センサーにより、作
業地外周をサンプリングし、このサンプリング
情報により作業地概形をテイーチングする作業
地概形テイーチング手段を備えている。

〔ハ〕 前記制御手段は、前記テイーチングされた
作業地概形に基づいて作業地内部を倣い走行す
るための走行コースを算出する走行コース算出
手段を備えている。

〔ニ〕 前記制御手段は、前記距離センサーからの
入力信号に基づいて、各行程の始端から走行距
離を計測し始めるとともに、各行程の終端でリ
セツトする走行コース距離計測手段を備えてい
る。

〔ホ〕 前記制御手段は、前記走行コース算出手段
により算出された予め設定された各行程毎の走
行コース距離に対して前記走行コース距離計測
手段によつて計測される実際の走行距離が前記
設定された走行コース距離以上となつた場合に
自動的に前記車体の走行を非常停止する第１制
御手段を備えている。

〔ヘ〕 前記制御手段は、前記距離センサーからの
信号によつて検出される車体の移動距離を、前
記倣いセンサーが前記境界を離れた時点から検
出し、前記境界を検出したらリセツトするとと
もに、境界を検出するまでの前記移動距離が、
予め設定された所定距離以上となつた場合には
自動的に前記車体の走行を非常停止する第２制
御手段を備えている。

上記〔イ〕〜〔ヘ〕の構成を備えていることを
特徴構成とする。

かかる特徴構成による作用・効果は次の通りで
ある。

〔作用〕

すなわち、距離センサーおよび方位センサーで
のサンプリングによる外周テイーチング結果から
算出され予め設定された走行コースの設定距離と
実際の距離とを比較して、実際の距離が設定距離
以上であることが検出されると第１制御手段によ
つて車体の走行は自動停止される。また、倣いセ
ンサーが境界を検出しなくなつた後の走行距離と
比較して、実際の計測値が前記所定距離を超えた
ことが検出されると第２制御手段によつて車体の
走行は自動停止される。

〔発明の効果〕

従つて、走行コースから離れてしまうような走
行異常が検出されると第１制御手段又は第２制御
手段によつて確実に走行を停止させることができ
るので、車体の暴走を確実に防止できるに至つ
た。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面の記載に基づいて
説明する。

第１図および第２図に示すように、車体１の前
後輪２，３の中間部に芝刈装置４を上下動自在に
懸架するとともに、車体１前方に走行地の境界で
ある芝地の未刈地と既刈地との境界を判別するた
めの後記構成になる倣いセンサー５Ａ，５Ｂを車
体１前方左右夫々に設け、この倣いセンサー５
Ａ，５Ｂの境界検出結果に基いてステアリング制
御されて所定走行コースを自動走行可能な無人走
行作業車としての芝刈作業車を構成してある。
尚、この芝刈作業車は車体１前方に接触式の障害
物感知センサー６Ａおよび非接触式の障害物感知
センサーとしての超音波センサー６Ｂを備えてあ
り、走行コース上に有る障害物を感知可能なよう
に構成されている。

更に、前記車体１には、この車体１の移動距離
を連続的に検出すべく単位走行距離Ｋ当り１回の
バルスを発生する距離センサー７としての第５輪
７Ａを設けるとともに、走行方向を検出する方位
センサーとしての地磁気センサー８を設けてあ
る。

そして、前記前輪２，２は操行車輪として、通
常は前記倣いセンサー５Ａ，５Ｂの境界検出結果
に基いて、油圧シリンダ９によつて左右方向に所
定量ステアリングされるべく構成してある。

前記倣いセンサー５Ａ，５Ｂは、夫々、芝刈装
置４の前方左右両端部分に配置された同一構成に
なる一対の光センサーＳ１，Ｓ２，Ｓ１′，Ｓ
２′によつて構成されている。

前記光センサーＳ１，Ｓ２，S′１，S′２は、第
３図に示すように、各々車体１に対して左右方向
に隣接して配置されたコの字形状のセンサーフレ
ーム１０，１０を前記芝刈装置４に設けたセンサ
ー取付フレーム１１に固着し、このセンサーフレ
ーム１０，１０の内側対向面に夫々発光素子Ｐ
１，Ｐ１′と受光素子Ｐ２，Ｐ２′を一対として設
けた構成となつている。そして、この発光素子Ｐ
１と受光素子Ｐ２との間に、車体１の操行に伴つ
て導入される芝の有無を感知することによつて、
未刈地と既刈地との境界を判別すべく構成してあ
る。

第４図に示すように、前記光センサーＳ１，Ｓ
２より成る倣いセンサー５Ａ、又は、光センサー
Ｓ１′，Ｓ２′より成る倣いセンサー５Ｂの一方が
未刈地１２Ｂ上にある場合は、他方の倣いセンサ
ーの外側に配された光センサーＳ１又は光センサ
ーＳ１′のみが既刈地１２Ｃ上にあるようにステ
アリングされて走行し、芝刈作業地１２Ａ周囲の
回向地１２Ｄに至ると、これまで未刈地１２Ｂ側
にあつた倣いセンサーの方向に回向するように制
御される。尚、回向地１２Ｄは後述するように予
め人為的に既刈地にされてあり、この回向地１２
Ｄに至つたことは倣いセンサー５Ａ，５Ｂを構成
する光センサーＳ１，Ｓ２，Ｓ１′，Ｓ２′全部が
既刈地を検出することによつて判別されるもので
ある。

又、前記倣いセンサー５Ａ，５Ｂは光センサー
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ１′，Ｓ２′を用いるものに限ら
ず、接触式、非接触式を問わず、どのような形式
のセンサーから構成してもよい。

一方、前記障害物感知センサー６Ａは、車体１
前方で左右方向に略作業幅ｄ全体に亘つて配置さ
れ、通常は前方に向かつて不勢されており障害物
が接等すると後方へ移動して接当時の衝撃を吸収
するとともに、その障害物への接当を検出するス
イツチを設けてある。

又、前記超音波センサー６Ｂは、車体１前方に
向けて、超音波を所定時間間隔で発信し、障害物
からの反射波を受信することによつて障害物の
有・無を感知するとともに、前記超音波の発信・
受信の時間差に基いて、障害物までの距離を非接
触で検出すべく構成してある。

前記地磁気センサー８は、第５図に示すように
トロイダルコア８ａに励磁コイルCoを施し、そ
の上から直径方向にお互いに直交した出力コイル
Cx，Cyを巻いてあり、前記励磁コイルCoに交流
電流を流してあるトロイダルコア８ａに外部磁界
（地磁気）が加わると出力コイルCx，Cyにこの
外部磁界に比例した交流信号電圧を発生すべく構
成してある。そして、前記出力コイルCx，Cyに
発生した交流信号電圧を所定のレベルまで増幅し
た後、直流電圧化し、この直流電圧Vx，Vyの比
から方位を判別すべく構成してある。

更に、この地磁気センサー８は、モータ８ｂに
よつて上下軸芯Ｐ周りに360度回転自在に軸支し
てあり、前記出力コイルCx，Cyの方位に対する
検出車体１の相対的な走行方向の方位を検出可能
に構成してあり、前記モータ８ｂによる回転角度
を検出するポテンシヨメータPMを前記軸芯Ｐ上
に設けてある。

一方、前記距離センサー７は、車体１の単位移
動距離Ｋ毎に１回のパルスを発生して、このパル
スを所定回数カウントすることによつて所定移動
距離１ｏを検出すべく構成してある。

以下、前記構成になる各センサー５Ａ，５Ｂ，
６Ａ，６Ｂ，７，８からの情報に基いて、車体１
の走行を制御する制御システムについて説明す
る。

第６図に示すように、制御手段としての制御シ
ステムは、マイクロコンピユータとして構成され
た走行方向と走行距離を監視する第１の制御装置
１３と倣いセンサー５Ａ，５Ｂの境界検出状態を
監視する第２の制御装置１４の２系統の制御装置
を設けてあり、いずれの制御装置１３，１４が異
常を検出した場合にも自動的に走行を停止すべく
構成してある。

前記第１の制御装置１３は、演算装置１５に入
力インターフエース１６を介して前記倣いセンサ
ー５Ａ，５Ｂ、非接触式障害物感知センサーとし
て超音波センサー６Ｂ、距離センサー７、および
地磁気センサー８の各信号が入力され、これら各
センサーからの信号に基いて、電磁バルブ１７を
作動させて、アクチユエータである油圧シリンダ
９を駆動して、前輪２，２と変速措置１８および
電磁ブレーキ１９を操作すべく、出力インターフ
エース２０に演算結果である制御信号を出力すべ
く構成してある。一方、前記第２の制御装置１４
は、前記倣いセンサー５Ａ，５Ｂ、接触式障害物
感知センサー６Ａおよび距離センサー７の各信号
が入力され走行距離の積算および、倣いセンサー
５Ａ，５Ｂの境界検出状態を監視して、異常状態
検出時には走行を停止すべく前記第１の制御装置
１３同様に変速装置１８と電磁ブレーキ１９を操
作する制御信号を出力すべく構成してある。

ここで、前輪２，２、油圧シリンダ９および電
磁バルブ１７はステアリング操作手段を構成する
とともに、前輪２，２、後輪３，３、変速装置１
８および電磁ブレーキ１９は走行操作手段を構成
するものである。

そして、前記制御システムには、後述するよう
に、無人作業走行に先立つて芝地外周部分を人為
的に作業走行する際に、距離センサー７及び地磁
気センサー８により、芝地外周をサンプリング
し、このサンプリング情報により芝地概形をテイ
ーチングする作業地概形テイーチング手段と、テ
イーチングされた作業地概形に基づいて芝地内部
を倣い走行するための走行コースを算出する走行
コース算出手段と、この走行コース算出手段で予
め設定された各行程毎の走行コース距離Ｌに対し
て距離センサー７によつて計測される実際の走行
距離ｌが前記設定距離以上となつた場合に自動的
に車体１の走行を非常停止する第１制御手段と、
倣いセンサー５Ａ，５Ｂが未刈地と既刈地との境
界を検出しなくなつた後の車体１の移動距離ｌが
予め設定された所定距離Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３以上と
なつた場合に自動的に車体１の走行を非常停止す
る第２制御手段とを備えているものである。

以下、各制御装置１３，１４の動作を説明す
る。

前記第４図に示した、芝刈作業地１２Ａにおけ
る芝刈作業を行うに先だつて、回向地１２Ｄ部分
を予め人為的に既刈地とすべく、作業者が運転し
て芝刈作業を行ないながら１行程又は２行程走行
し、この間に、第１の制御装置１３は前記距離セ
ンサー７および地磁気センサー８によつて、作業
地外周をサンプリングし、このサンプリング情報
に基いて作業地概形をテイーチングして、倣い走
行すべき走行コースの各行程毎の距離Ｌを算出す
る。

すなわち、外周テイーチング時の走行に際し
て、適宜定めたスタート地点を基準に、所定移動
距離毎に、前記地磁気センサー８からの方位情報
と、距離センサー７からの走行距離情報とをサン
プリングし、メモリの所定アドレスに記憶する。
そして、作業地外周をテイーチングして、前記ス
タート地点に帰つてくると、前記スタート地点の
近辺に車体１を沿わせて停止し、次の手順でスタ
ート地点に対する座標を算出する。

つまり、スタート地点の座標を基準とし、か
つ、前記方位情報と基準方位とを比較して、走行
方向の象限を判別して、基準方位に対する走行方
向の方位を算出する。この方位と前記所定移動距
離、及び前回のサンプリング地点の座標に基づい
て、各サンプリング地点の座標を算出する。

このようにして求められたサンプリング地点の
座標は、前記スタート地点を基準とする相対的な
距離として算出されるので、前記サンプリング地
点の座標のＸ方向の最大値及び最小値を算出し、
前記作業幅毎に対応したＸ座標での最大値及び最
小値から、各作業幅毎に対応した一行程当たりの
走行予定距離Ｌを算出して、外周テイーチング後
の芝刈作業における自動方向転換に必要な走行コ
ース情報を得る。

その後、第４図に示すようにスタート地点から
矢印で示すように、既刈地１２Ｃと未刈地１２Ｂ
の境界に沿つて未刈地側を自動走行すべく、前記
倣いセンサー５Ａ，５Ｂによつて倣い走行制御を
行なうのであるが、この回向地１２Ｄ間を走行中
に距離センサー７によつて実際の移動距離ｌを積
算して、その行程で回行地１２Ｄに達した時点の
移動距離ｌが前記各行程毎の算出された走行予定
距離Ｌに、その許容誤差（±ΔL）を加味した範
囲内である場合のみ方向転換すべく制御するので
ある。そして、前記倣いセンサー５Ａ，５Ｂが回
向地１２Ｄを検出しないままで、前記移動距離ｌ
が前記行程毎の走行予定距離Ｌに許容誤差（±
ΔL）の上限を加えた距離を超えた場合は、暴走、
もしくは、全走行コースの対地作業が終了したも
のと判断して、前記変速装置１８をニユートラル
状態にして自動的に走行を停止するのである。

又、この倣い走行中に前記超音波センサー６Ｂ
が障害物を感知した場合は、所定距離１１まで接
近した後、走行速度を減速すべく前記変速装置１
８を操作する。そして更に所定距離１２まで接近
しても障害物を検出している場合は、危険防止の
ため走行を停止すべく直ちに変速装置１８と電磁
ブレーキ１９を操作する。

そして、以上いずれの走行停止制御が行なわれ
た場合も、後述する警報装置２１を作動させて作
業者に走行が異常であることを報知するのであ
る。

更に、第２の制御装置１４は、前記第１の制御
装置１３とは別に、前記倣いセンサー５Ａ，５Ｂ
の境界検出状態を監視して、この倣いセンサー５
Ａ，５Ｂが境界を検出しなくなつた後、所定距離
以上走行すると自動的に走行を停止すべく前記変
速装置１８および電磁ブレーキ１９を操作する制
御信号を出力すべく構成してある。

即ち、走行方向に対応して倣いセンサー５Ａ，
５Ｂの一方の光センサーＳ１，Ｓ２の両方が未刈
地を検出した場合に前記距離センサー７からの出
力信号をカウントする第１のカウンタ２３を設け
るとともに、光センサーＳ１，Ｓ２の両方が既刈
地を検出した場合に前記分周器２２からの出力信
号をカウントする第２のカウンタ２４を設けて、
これら第１、第２のカウンタ２３，２４のいずれ
かが予め設定されたカウント値（K1）、（K2）、
（K3）をオーバーすると車体１が暴走していると
判断して前記変速装置１８および電磁ブレーキ１
９を操作する制御信号を出力するとともに、前記
警報装置２１を作動させるのである。ここで、前
記カウント値（K1、K2、K3）は、車体１が境界
より大きく離れない程度に設定してあれば良いの
であり、例えば、倣いセンサー５Ａ，５Ｂが境界
を検出しなくなつて、車体１が未刈地１２Ｂ又は
既刈地１２Ｃを長く走行する場合の夫々のカウン
ト値（K1）、（K2）、は２〜３ｍ程度に設定し、
方向転換で長く走行する場合のカウント値（K3）
は６〜７ｍ程度に走定しておくことが望ましい。

ところが、前記第１、第２のカウンタ２３，２
４の夫々のカウント値のプリセツトは前記光セン
サーＳ１，Ｓ２が境界を検出している状態におい
て、自動的に行なわれるべく構成してある。

尚、前記第２のカウンタ２４は、前述した方向
転換時にも光センサーＳ１，Ｓ２両方が既刈地を
検出するので、前輪２，２の検出ステアリング角
が夫々左右最大となつた場合には、前記予め設定
されるカウント値（K2）、（K3）を自動的に切換
えられるべく構成してある。

又、走行中に前記接触式障害物センサー６Ａが
障害物に接当した場合も自動的に走行を停止させ
るべく変速装置１８および電磁ブレーキ１９を操
作する制御信号を出力すべく構成してある。

尚、前記警報装置２１としては、例えば点滅を
繰返すランプによる可視表示やブザー等による警
告音表示等が考えられる。

又、図面中、RL３は第１、第２の制御装置１
３，１４のいずれかが暴走を検出した場合に作動
するリレーであり、Ｃ１〜Ｃ２はこのリレー作動
時に連動して動作する接点で、Ｓ４はこのリレー
RL３のリセツトスイツチである。

更に又、SWは制御モードの切換えスイツチで
手動・テイーチング、自動走行を選択するもので
ある。

更に又、Ｒ１は前輪２，２の右ステアリング最
大値の設定Ｒ２は左ステアリング最大値の設定、
Ｒ３は通常走行速度の設定、Ｒ４は減速時の速度
設定、を夫々行なうポテンシヨメータで、Ｒ５は
前輪２，２の実際のステアリング角を検出するポ
テンシヨメータで、Ｒ６は変速装置１８の変速位
置を検出するポテンシヨメータである。

更に又、Ｍは変速装置１８を駆動するモータで
AX１，AX２はこのモータの回転方向を切換え
るリレーである。更に又、第７図イは第１の制御
装置１３の動作を示すフローチヤートで、同図ロ
は第２の制御装置１４の動作を示すフローチヤー
トである。

【図面の簡単な説明】

面は本発明に係る無人走行作業車の実施例を示
し、第１図は芝刈作業車の全体側面図、第２図は
芝刈作業車の全体平面図、第３図は倣いセンサー
の要部正面図、第４図は芝刈作用の説明図、第５
図は地磁気センサーの構成を示す概略図、第６図
は制御システムのブロツク図、そして第７図イ，
ロは制御装置の動作を示すフローチヤートであ
る。 １……車体、５Ａ，５Ｂ……倣いセンサー、７
……距離センサー、８……方位センサー、Ｌ……
設定走行距離、ｌ……実際の走行距離、θ０……
設定旋回角、θ……実際の旋回角、Ｋ１，Ｋ２，
Ｋ３……所定距離。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 車体１が往復走行行程を繰り返して作業地の
   一端側から他端側に至る間に作業地内の対地作業
   を行うように、各行程での処理済作業地と未処理
   作業地の境界に沿つて自動走行すべく、前記境界
   を検出する倣いセンサー５Ａ，５Ｂを備えるとと
   もに、前記倣いセンサー５Ａ，５Ｂの検出結果に
   基づいて、前記車体１を前記境界い沿わせるため
   の操向指令、及び当該走行行程の終了後に次行程
   へ移行するための方向転換指令を、ステアリング
   操作手段並びに走行操作手段に対して出力する制
   御手段を備えた無人走行作業車であつて、次の
   〔イ〕〜〔ヘ〕の構成を備えることを特徴とする
   無人走行作業車。 〔イ〕 前記車体１の移動距離を検出する距離セン
   サー７および走行方向を検出する地磁気センサ
   ーからなる方位センサー８を備えている。 〔ロ〕 前記制御手段は、無人作業走行に先立つて
   作業地外周部分を人為的に作業走行する際に、
   前記距離センサー７及び方位センサー８によ
   り、作業地外周をサンプリングし、このサンプ
   リング情報により作業地概形をテイーチングす
   る作業地概形テイーチング手段を備えている。 〔ハ〕 前記制御手段は、前記テイーチングされた
   作業地概形に基づいて作業地内部を倣い走行す
   るための走行コースを算出する走行コース算出
   手段を備えている。 〔ニ〕 前記制御手段は、前記距離センサー７から
   の入力信号に基づいて、各行程の始端から走行
   距離を計測し始めるとともに、各行程の終端で
   リセツトする走行コース距離計測手段を備えて
   いる。 〔ホ〕 前記制御手段は、前記走行コース算出手段
   により算出された予め設定された各行程毎の走
   行コース距離Ｌに対して前記走行コース距離計
   測手段によつて計測される実際の走行距離ｌが
   前記設定された走行コース距離以上となつた場
   合に自動的に前記車体１の走行を非常停止する
   第１制御手段を備えている。 〔ヘ〕 前記制御手段は、前記距離センサー７から
   の信号によつて検出される車体１の移動距離ｌ
   を、前記倣いセンサー５Ａ，５Ｂが前記境界を
   離れた時点から検出し、前記境界を検出したら
   リセツトするとともに、境界を検出するまでの
   前記移動距離ｌが、予め設定された所定距離Ｋ
   １，Ｋ２，Ｋ３以上となつた場合には自動的に
   前記車体１の走行を非常停止する第２制御手段
   を備えている。