JPH041812A - 超音波センサーつき自動走行作業車両 - 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】 １］産業上の利用分野〕 本発明は、車体に搭載した超音波センサーで目標物を検
出して、その目標物からの距離を略一定に保持しつつ無
人自動走行できるようにするための制御装置を備えた自
動走行作業車両に関するものである。

〔従来の技術〕

特開昭６２−６１５０９号公報では、芝刈り用の無人作
業車両の車体に搭載したビデオカメラで既作業地と未作
業地との境界線（目標物）を撮像して得られた画像情報
から、前記境界線の仮想線を演算し、この演算結果から
、操舵制御指示量を演算し、走行車体が境界線に略沿う
ように操舵制御することを提案している。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしビデオカメラのような撮像手段をセンサーとして
使用すると、その得られた画像情報を処理する画像処理
手段が複雑になり、コストが高くなるという問題があっ
た。

他方、例えば特開昭５８−２１７０１２号公報では、果
樹園等で使用する薬剤散布機（スピードスプレヤ）等の
無人作業車両において、その車体に搭載した超音波セン
サーによる目標物の検出により、車体前方位置の障害物
を検出して、車両を停止させるように制御することが開
示されているが、この超音波センサーを利用して前記の
撮像手段によるのと同様の操舵制御を実行することは、
今まで考えられていなかった。

本発明は、この問題を解決することを目的とするもので
ある。

〔課題を解決するための手段〕

この目的を達成するため、本発明は、車体に設けた超音
波センサーで目標物を検出して操舵制御を実行する制御
手段を備えて成る自動走行作業車両であって、車体に設
けた左右一対の超音波センサーを、回動駆動手段を介し
てそれぞれ左右回動するように構成し、右側の超音波セ
ンサーにより検出した車体の右側位置の目標物列までの
距離及び方位を演算する演算手段と、左側の超音波セン
サーにより検出した車体の左側位置の目標物列までの距
離及び方位を演算する演算手段とを設け、前記左右の目
標物列までの距離および方位の両データから、操舵制御
指示量を決定する制御手段を備えたものである。

〔発明の作用および効果〕

本発明の構成によれば、超音波センサーにおける送波器
から目標物または障害物に向かって超音波を照射し、目
標物等から反射して受波器まで帰って来る時間を測定す
ることにより、目標物迄の距離が検出できるし、その照
射方向を知れば、超音波センサーに対する目標物または
障害物の方向を検出することができる。

そこで、前記距離及び方向の演算結果から操舵指示量を
演算して操舵制御を実行しようとするのである。

この場合、超音波センサーをその向きを固定して設ける
と、超音波センサーによる照射範囲が狭いいわゆる指向
性がきついものであれば、広い範囲にある目標物を確実
に検出捕捉することができない。

反対に指向性の大きいものであると、目標物と超音波セ
ンサーとの位置関係（方位）を正確に知ることかできな
い。

そこで、指向性のきつい超音波センサーを、レーダーの
ように超音波センサーを左右に回動させて、超音波セン
サーによる検出ゾーン（走査範囲）を、作業車両の前方
の左右に広げて走査することが好ましい。

また、一つの超音波センサーを左右に回動させてその走
査範囲を左右に広げると、その１回当たりの走査時間が
長引くことになり、作業車両が前進しつつ前記走査を実
行する関係上、車体の左右両側に位置する目標物を確実
に捕捉できないおそれが生じ、正確な操舵制御を実行で
きない。

本発明では、左右一対の超音波センサーの各検出範囲を
左右に分担させるべく、車体に設けた左右一対の超音波
センサーを、回動駆動手段を介してそれぞれ左右回動す
るように構成したものである。

そして、右側の超音波センサーにより検出した車体の右
側位置の目標物列までの距離及び方位を演算する演算手
段と、左側の超音波センサーにより検圧した車体の左側
位置の目標物列までの距離及び方位を演算する演算手段
とを設け、複数の目標物の列を一つの仮想線で抽出し、
この仮想線か作業車両の現実の進行方向とどのように食
い違っているかを演算して操舵制御を実行するのである
。

このようにすれば、作業車両前方の左右にわたって広い
範囲を隈なく且つ迅速に検出でき、しかも、簡単な換算
回路で、左右両側またはその一方の目標物列に沿うよう
に正確に操舵できるのである。

〔実施例〕

次に本発明の操舵制御装置を自動走行型の薬剤散布機（
スピードスプレヤ）に適用した実施例について説明する
と、スピードスプレヤである作業車両ｌは、車体２の前
部にハンドル３を備えた運転操作部を有し、車体２の後
部には薬液タンク４とその後部に噴霧部５とを備えてい
る。

噴霧部５は、車体２の下面を除く外周面に適宜間隔で半
径外向きに臨ませた多数の噴霧ノズル６と、その半径外
向きに風を送る送風機（図示せず）が装着され、前記噴
霧ノズル６は車体２の左右及び上面との３区画若しくは
左右２区画ごとに噴霧の作業を実行するように散布制御
できるものである。

符号７，７は左右前輪、符号８，８は左右後輪であり、
これらの４輪はエンジン１３からの動力か走行変速機構
１４を介して各々伝達されて駆動できるいわゆる４輪駆
動型であり、さらに前後４輪とも、前部操舵装置９と後
部操舵装置１０により各々その車輪の向きを左右に回動
変更できるいわゆる４輪操舵型である。

前部操舵装置９とハンドル３とは従来周知のステアリン
グ機構介して連結されている。このステアリング機構は
機械的または油圧系統を含む機構である。

前部操舵装置９は、そのステアリング機構に取付く複動
式の油圧シリンダ１５の作動にて左右前輪７．７の向き
を変更させることができる。

同様に後部操舵装置１０においても、そのステアリング
機構に取付く左右一対の油圧シリンダ１６の作動にて左
右前輪８，８の向きを変更させることができる。

第２図に示す油圧回路１７は油圧ポンプ１８から電磁制
御弁１９を介して前記前部操舵装置９における油圧シリ
ンダ１５に、また電磁制御弁２０を介して後部操舵装置
ＩＯにおける油圧シリンダ１６に各々作動油を送るもの
であり、符号２１は前輪７の操舵角度を検出できる操舵
角度センサー符号２２は後輪８の操舵角度を検出できる
操舵角度センサーである。この場合、左右車輪の向き角
度の平均値を求めて検出しても良い。

符号２３．２３は、車体２の前部に設けた左右一対の超
音波センサーで、その各送波器２３ａ及び受波器２３ｂ
をステップモータ２４に連結し、作業車両１の進行方向
左右両側に首振り回動するように設けである。

そして、車体２の進行方向右側位置にある目標物は、主
として右側の超音波センサー２３で検出し、車体２の左
側位置にある目標物は、主として左側の超音波センサー
２３で検出するように検出範囲を分担するものであり、
右側（左側）の超音波センサー２３は進行方向の右（左
）外向きに略４５度の方向が左右回動の振り分は中心と
なるようにセットしである。また、目標物である樹木の
枝の影響を受けずに幹の部分の位置及び方位を正確に検
出できるように、超音波センサー２３の設置高さを地上
から略３０ｃｍ程度にする。

前記ステップモータ２４は、前記超音波センサー２３に
よる照射方向が適宜ピッチで右または左の方向に移るよ
うに回動駆動するための駆動手段であり、適宜ピッチの
ステップでステップモータ２４を駆動させて超音波セン
サー２３を間欠的に回動させることにより、車体２前方
適宜範囲（中心角度θ０、実施例では１８０度）を走査
するようにしたものである（第３図参照）。

第４図の実施例の制御回路ブロック図における符号２５
は中央コントローラで、読み書き可能メモリ（ＲＡＭ）
　、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）および入出力インタ
ーフェイス等が接続されている。

符号２６は、所定の周波数（高周波）の超音波インパル
スを左右の超音波センサー２３．２３における各送波器
２３ａから発信し、各受波器２３ｂで反射波を受信する
ためのセンサーコントローラで、同期パルス発生器、パ
ルス発信器、増幅器等を備えている。

符号２７は左右の超音波センサー２３．２３に対するス
テップモータ２４，２４の基準位置検出センサーである
。

前記中央コントローラ２５における右側目標物列演算用
の演算回路と左側目標物列演算用の演算回路には、左右
両側の超音波センサーにおける各受波器２３ｂで受けた
多数の検出信号をマルチプレクサを介して所定の方向の
信号を選択し、送波側と同期させた検出信号をそれぞれ
入力する。

この場合、例えば右側の超音波センサー２３の照射方向
を右から左へ移動させて、中心角度θ０だけの一回の走
査（スキャン）ごとに、その検出信号（複数ある）を前
記右側用の演算回路へ送り込む。

前記左右両側の演算回路では、左右の目標物Ｍの列を直
線または曲線の仮想線として抽出する演算を実行し、こ
の仮想線に沿って車体２を操舵するための操舵指示量を
中央コントローラ２５にて演算し、操舵駆動手段である
前記電磁制御弁１９゜２０の電磁ソレノイド２８．２９
に入力するのである。

中央コントローラ２５内の前記演算回路での演算の一例
を、第５図に従って説明すると、車体２の左右に目標物
Ｍ（添字奇数は右側位置の物、添字偶数は左側位置のも
のを指す）が適宜間隔で位置するものとする。

例えば右側位置の超音波センサー２３を左右に回動させ
るとき、各目標物Ｍを検出すると、その超音波の照射方
向θ（添字つきで示す）は、ステップモータ２４に対す
る入力パルス数やステップモータ２４に取りつくポテン
ショメータの検出値で知ることができ、超音波センサー
２３から目標物Ｍまでの距離ｒ（添字つきで示す）は超
音波の送波から反射波の受渡までの所要時間を測定する
ことにより求めることができる。

従って、超音波センサー２３の回転中心を中心とする極
座標で、各目標物Ｍ（添字つきで示す）に対する前記超
音波の照射方向θ（添字つきで示す）および、超音波セ
ンサー２３から目標物Ｍまでの距離ｒ（添字つきで示す
）を、直角座標（Ｘ軸：Ｙ軸）に変換することは至極簡
単である。つまりＸ＝ｒｃｏｓθ、Ｙ＝ｒｓｉｎθとな
る。

この変換で、前記複数の目標物の座標位置は決定される
ので、これらの右側の目標物Ｍ、、Ｍ、、Ｍ５・・・の
列及び左側の目標物Ｍ２．Ｍ、、Ｍ、・・・の列をそれ
ぞれ結ぶ最適の２本の仮想直線ＤＩ、Ｄ２を、例えば最
小二乗法から求めることができる。

このようにして得られた左右一対の仮想線Ｄ１および／
又はＤ２に対して作業車両１の進行方向が略平行状に沿
い、且つ作業車両１の側面と仮想線ＤＩおよび／又はＤ
２とが適宜の距離だけ偏位しつつ走行できるように操舵
指示量を演算すれば良いのであり、そのため、前記仮想
線Ｄ１および／又はＤ２に対する作業車両１の中心線の
横ずれの偏位量や、作業車両の向きの偏位量を中央コン
トローラ２５にて演算するのである。

その一つの実施例では、前記座標において、右側の超音
波センサー２３から右の仮想線ＤＩまでの最短距離（Ｒ
ｒｏ）と、その時のＸ軸からの角度θｒとし、同様に左
側の超音波センサー２３から左の仮想線Ｄ２までの最短
距離（Ｒｌｏ）と、その時のＸ軸からの角度θｌとする
とき、（Ｒｒｏ）　＝（Ｒｌｏ）で、且つθｒ＝θｌと
なるように、車体２の操舵制御指示量を決定し、前記前
後部の操舵装置９，１゜に対する制御弁１９．２０の電
磁ソレノイド２８゜２９を作動させるのである。

このように操舵制御すれば、作業車両ｌは左右両側の目
標物（樹木）の列の略中央位置で、左右に横ずれするこ
とな（、樹木列に沿って進行することができる。

また、左右いずれか一方の樹木の列に近づけつつ、前進
したい場合には、前記一方の最短距離を他方の最短距離
より大きくなるように設定すれば良い。

なお、目標物Ｍから超音波センサー２３ひいては車体２
の前端部迄の距離が所定の距離以内であると中央コント
ローラ２５で判断するときには、車体２に搭載し、又は
遠隔操作装置（図示せず）に設けたブザー等の警報装置
３０を作動させ、これに加えて、ブレーキ駆動手段及び
／又はエンジン停止装置を作動させて作業車両１を緊急
停止させるようにしても良いのである。

その場合、時分割（タイムシャーリング）で同時進行的
に制御を実行すると、単位時間当たりの障害物検出制御
の回数を多く実行できるから、操舵制御を実行しながら
、なおかつ障害物を検出することにより作業車両を緊急
停止させることができるのである。

なお、前部又は後部の操舵装置９，１ｏのみを制御する
ようにしても良い。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は作業車両の斜視
図、第２図は操舵制御の機構と油圧回路を示す図、第３
図は目標物と作業車両との関係を示す平面図、第４図は
制御装置ブロック図、第５図は超音波センサーと目標物
列との幾何学的関係を示す説明図である。 ｌ・・・作業車両、２・・・車体、３・・・ハンドル、
５・・・噴霧部、７・・・前輪、８・・・後輪、９・・
・前部操舵装置、１０・・・後部操舵装置、２３・・・
超音波センサー　２４・・・ステップモータ、２５・・
・中央コントローラ。 特許出願人　　ヤンマー農機株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）、車体に設けた超音波センサーで目標物を検出し
   て操舵制御を実行する制御手段を備えて成る自動走行作
   業車両であって、車体に設けた左右一対の超音波センサ
   ーを、回動駆動手段を介してそれぞれ左右回動するよう
   に構成し、右側の超音波センサーにより検出した車体の
   右側位置の目標物列までの距離及び方位を演算する演算
   手段と、左側の超音波センサーにより検出した車体の左
   側位置の目標物列までの距離及び方位を演算する演算手
   段とを設け、前記左右の目標物列までの距離および方位
   の両データから、操舵制御指示量を決定する制御手段を
   備えたことを特徴とする超音波センサーつき自動走行作
   業車両。