JPH04210503A - 無人走行芝刈機の障害物回避装置 - 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】

［０００１１

【産業上の利用分野］この発明は、各種センサの検出値
に基づいて自動的に作業する無人走行芝刈機に関するも
のであり、特に、障害物回避装置に関するものである。 ［０００２］ 【従来の技術】従来、此種芝刈機はオペレータが車体に
乗って刈り取り操作を行う乗用型芝刈機や、或いはオペ
レータが地上に立って車体を運転しながら刈り取り操作
する歩行型芝刈機が知られている。 ［０００３）

【発明が解決しようとする課題】従来の芝刈機は、オペ
レータが運転及び刈り取りの操作を行っているため人手
を要し、操作に熟練した者が行わなければならない。オ
ペレータが所定の区画を教示すれば、以後は人手を煩わ
すことなく自動的に刈り取り作業を行える無人走行芝刈
機が考えらねるが、走行開始後に該無人走行芝刈機の作
業区画内に立木や岩石等の障害物があったとき、この障
害物を回避しなければならない。　このためには、車体
に障害物センサを設けて障害物の大きさを検出する必要
が生じるが、障害物の横幅及び奥行を計測するには車体
の前方及び側方の複数個所にセンサを設けなくてはなら
ず、コストアップとなる。 ［０００４］そこで、コス１−の上昇を抑えつつ、障害
物の大きさを正確に検出して障害物を回避するために解
決されるべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明
はこの課題を解決することを目的どする。 ［０００５］

【課題を解決するための手段】この発明は上記目的を達
成するために提案されたものであり、移動距離センサ及
び障害物センサを備え、且つ障害物センサ回動モータに
より前記障害物センサを水平方向に回動自在にし、車体
の前方及び側方の障害物を検出して回避するような制御
手段を備えたことを特徴とする無人走行芝刈機の障害物
回避装置を提供するものである。 ［０００６］

【作用】無人走行芝刈機が走行中は、移動距離センサと
障害物センサによって車体の前方を監視し、一定距離内
に障害物があったときは旋回する。そして、圃場の一辺
と障害物との間を折り返し走行しながら刈り取り作業を
行い、障害物の横幅以上を折り返したときは該障害物の
側方を通過する。然るとき、障害物センサ回動モータに
より前記障害物センサを側方へ回動し、障害物の奥行き
を測定する。従って、該障害物の反対側の刈り残し面積
が算出できる。 ［０００７３

【実施例］以下、この発明の一実施例を別紙添付図面に
従って詳述する。図１及び図２は無人走行芝刈機１を示
したものであり、車体２の前部左右位置に駆動輪モータ
３．４を固設し、夫々のモータへ駆動輪５，６を取り付
ける。２等駆動輪モータ３，４は左右別個に駆動するこ
とができ、左右の駆動輪５，６を夫々独立して正転又は
逆転させる。 ［０００８］車体２の中央部にはエンジン７を載設し、
車体２の下面に露出するブレード８を回転させて芝草を
刈り取ると共に、該エンジン７の上部に設けたオルタネ
ータ９を駆動して発電する。該エンジン７の側部に設け
たブレードクラッチ１０はブレードクラッチモータ１】
によ・って作動し、エンジン７からブレード８へ伝わる
動力を「入」　「切」する。 ［０００９３車体２の後部中央位置にはキャスタ１２を
設け、キャスタ回動モータ１３の回転をギヤ１．４によ
って減速し、キャスタ１２を左右へ回向自在に形成する
。 キャスタ１２の回動角度はポテンショメータ１５によっ
て検出する。一方、前記左右の駆動輪５，６の中間位置
には移動距離センサ１−６と、方位センサ］、７並びに
障害物センサ１８を設ける。移動距離センサ１６は地面
に接地して回転自在に形成され、車体２の移動に伴って
該移動距離センサ１６が回転し、その回転数に基づいて
移動距離を算出する。方位センサ１７は、地磁気を感知
することによって車体２が東西南北のどの方位を向いて
いるかを検出する。障害物センサ１８は赤外線や超音波
等を発射してその反射波により障害物を検出するもので
あり、障害物センサ回動モータ１９によって水平方向に
回動すると共に、障害物センサ上下動モータ（図示せず
）により地上からの高さを変更できるように形成する。 障害物センサ１８の回動角度はポテンショメータ２０に
よって検出する。尚、２１は傾斜センサであり、車体２
の左右の傾きを検出する。 ［００１０３図３は前記各モータと各センサとをコンＩ
・ロールする制御部のブロック図であり、受信機から入
力した指令は各センサ及びポテンショメータの検出値に
基づき制御部で判断され、各モータを作動させて前記無
人走行芝刈機１を制御する。図４は操作パネルの外観を
示し、夫々２２は前進、２３は後退、２４は左旋回、２
５は右旋回の操作ボタンである。又、後述するティーチ
ング処理のスタートボタン２６及びスタートボタン２７
、並びに方位補正ボタン２８を設けてあり、液晶表示部
２９に各種メツセージ或いはデータ等が表示される。３
０はアンテナであり、操作パネルの指令はこのアンテナ
３０から発射され、図３に示した受信機で受信する。 ［００１１］図５は圃場を示し、縦横の二辺で形成され
る区間内を、無人走行芝刈機１によって芝刈り作業を行
う。図６はメイン処理ルーチンのフローチャートであリ
、図５を参照しながら説明すれば、先ず圃場の隅部Ｐ１
に無人走行芝刈機１を縦辺に沿う方向にセットする。 そして、方位センサの補正が終了しているか否かをチエ
ツクしくステップ１０１）、補正が済んでいないときは
方位補正を行い（ステップ１０２）、補正が終了してい
るときはティーチングを行ったか否かをチエツクする（
ステップ１０３）。 ［００１２１ここで、ティーチングについて簡単に説明
すると、図５に実線で示した圃場の縦辺３１を無人走行
芝刈機１が隅部Ｐ１から基準方位に向って隅部Ｐ２まで
走行し、移動距離センサにより縦辺距離Ｙを測定する。 そして、隅部Ｐ２で基準方位から図中反時計回りに９０
０旋回し、実線で示した圃場の横辺３２を隅部Ｐ２から
隅部Ｐ３まで走行し、移動距離センサにより横辺距離Ｘ
を測定して、当該無人走行芝刈機１に芝刈りを行うべき
区間の面積を教示する。 ［００１３］ステツプ１０３でティーチングが済んでい
ないときはティーチング処理を行い（ステップ１０４）
、ティーチングが終了しているときは障害物センサによ
って車体周囲の障害物をチエツクする（ステップ１０５
）。もし障害物が発見されれば障害物回避処理を行い（
ステップ１０６）、障害物がなければステップ１０７で
直進すべきか否かをチエツクする。直進可能なときは直
進制御によって車体が蛇行しないようにしくステップ１
０８）、直進不可能であれば旋回するか否かをチエツク
する（ステップ１０９）。旋回するときは旋回制御によ
って車体を９０°旋回させ（ステップ１１０）、刈幅移
動するときはステップ１１１からステップ１１２へ進ん
で刈幅移動処理を行う。 ［００１４］上記処理を経て無人走行が終了したか否か
をチエツクしくステップ１１３）、圃場の指定した区間
を走行終了したときは通常の停止処理を行い（ステップ
１１４）、もし走行が終了していないときはシステム異
常停止処理を行った後（ステップ１１５）、ステップ１
０１へ戻る。次に、ティーチング処理について更に詳述
する。図７の°フローチャートに示すように、ティーチ
ング処理開始時に方位補正済みか否かをチエツクしくス
テップ２０１）、方位補正を行ってからでないと（ステ
ップ２０２）ティーチング処理を開始できない。圃場の
隅部Ｐ１からティーチング処理を開始し、先ず縦辺距離
の測定を行う（ステップ２０５〜２１５）。左右の駆動
輪５．６を双方とも正転させ、ブレードクラッチ１０を
「入」とすれば（ステップ２０７，２０８）、無人走行
芝刈機１は圃場の縦辺３１に沿って前進走行しながら刈
り取り作業を行っていく。このとき、一定距離走行毎に
方位センサ１７によって現在の方位を数回算出し、それ
らの平均値を基準方位とする　（ステップ２０９，２１
０）。そして、基準方位に沿うべく方向修正を行いなが
ら前進しくステップ２１１）、隅部Ｐ２へ至ったときに
縦辺距離Ｙが測定され、メモリーにセーブして縦辺距離
測定を終了する（ステップ２１２〜２１５）。隅部■）
２ではオペレータの操作指令により、ブレードクラッチ
１０を［切ｊにして手動旋回を行う（ステップ２１２，
２１３）。 ［００１５］上記のように、縦辺距離の測定が終了した
後は横辺距離の測定を行う（ステップ２１６〜２２７）
。手動旋回を行った後、車体が前記基準方位に対して＋
９０°　（図５に於て基準方位から反時計回りに９０°
回転した位置）旋回を行うべく旋回制御しくステップ２
１８．２１９）、無人走行芝刈機１は圃場の横辺３２に
沿って前進走行しながら刈り取り作業を行っていく（ス
テップ２２０〜２２２）。そして、一定距離を走行毎に
方位センサ１７によって車体を基準方位モ９０°にすべ
く方向修正を行いながら前進しくステップ２２３）、隅
部Ｐ３へ至ったときに横辺距離Ｘが測定され、メモリー
にセーブして横辺距離測定を終ｒする（ステップ２２４
〜２２７）。 ［００１６］斯くして、縦辺距離Ｙと横辺距離Ｘが計測
され、ブレード８の回転直径によって決定される刈幅移
動距離Ｗも基準参考として、図５に於て鎖線で示すよう
な刈り取り行程の終了までの通常停止ターン回数を算出
する（ステップ２２８）。そして、隅部Ｐ３で車体が基
準方位に対して＋１８０°　（図５に於て基準方位から
反時計回りに１８０°回転した位置、即ち基準方位と反
対方向）旋回を行い、ティーチング処理を終了する（ス
テップ２２９〜２３４）。上記ティーチング処理に於て
、オペレータは当該無人走行芝刈機］−を圃場の隅部Ｐ
１に基準方向へ向けてセラ１〜し、然るのちは自動的に
方位修正を行いつつ、直進制御及び旋回制御を行ってテ
ィーチング処理が為される。尚、ティーチングスターＩ
−後に無人走行芝刈機１が停止したときや、隅部１）２
及びＰ３で旋回するときにはブレードクラッチ１０が−
Ｅ−ｉ「切」となり、同一地点でブレード８が回転を続
けないように制御している。 ［００１７］而して、前述したメイン処理ルーチンでは
、図８に示すように圃場の隅部Ｐ１から隅部Ｉ）　２を
経て隅部Ｐ３までティーチングし、その後隅部Ｐ３から
障害物の有無を検出しながら直進制御と旋回制御を繰り
返していく。図９は直進制御のフローチャートであり、
直進走行中に一定距離毎に方位センサ１７により現在の
方位を測定しくステップ３０１〜３０４）、平均方位を
算出して基準方位又は基準方位＋１８０°に対して方向
修正を行う（ステップ３０５）。この方向修正は左の駆
動輪モータ３又は右の駆動輪モータ４の何れかをオフと
し、該オフとした駆動輪側へ車体を回向させて行う。直
進走行を終了したときはブレードクラッチ１０を［切Ｊ
にして無人走行芝刈機１を停止し、直進制御モードから
旋回制御モードへ移向する（ステップ３０６〜３１０）
。 ［００１８］上記直進制御中に、方向修正を一度に行う
と車体がハンチングを起し、芝の刈り取りが乱れる虞れ
があるので、一定時間又は一定距離だけオンタイム制御
を行う。例えば図１０に示すように、一方の駆動輪モー
タを連続的にオンにし、他方の駆動輪モータは一定距離
ｄ毎に一定時間ｔだけオンタイムにして左右の駆動輪５
．６に回転数差を与え、車体の方向を修正する。又、方
位ずれ角の大小によってオンタイム時間ｔを可変し、方
位ずれ角が大となるに従ってオンタイム時間ｔを短くし
、急激な方向修正を抑えるようにしてもよい。 ［００１９］図１１は旋回制御のフローチャートであり
、無人走行芝刈機１を旋回させるときは、先ず左右の駆
動輪５，６を一旦停止すると共にブレードクラッチ１０
を「切」とし、旋回初回フラグの有無をチエツクする（
ステップ４０１〜４０３）。例えば、図８のＰ４地点に
於ては、旋回初回フラグがまだないのでステップ４０３
からステップ４０６へ進み、旋回用ターン回数のカウン
タが１であるため、ステップ４０７で現在方位が基準方
位−９０°となるまで左の駆動輪を逆転すると共に右の
駆動輪を正転し、車体をＰ５地点に向けて旋回させる。 ［００２０］Ｐ４地点からＰ５地点までは後述する刈幅
移動処理によって移動し、Ｐ５地点に於ては、旋回初回
フラグがあり且つ旋回用ターン回数のカウンタが１であ
るため、ステップ４０３からステップ４１０へ進み、現
在方位が基準方位となるまで左の駆動輪を逆転すると共
に右の駆動輪を正転し、車体をＰ６地点に向けて旋回さ
せる。そして、ティーチング処理で算出した通常停止タ
ーシ回数のカウンタから１を減算しくステップ４１２）
、旋回初回フラグをリセットして直進制御モードへ移向
する（ステップ４１３〜４１５）。 ［００２１］Ｐ５地点からＰ６地点までは前述した直進
制御によって車体を前進させ、Ｐ６地点に於て再び旋回
制御に移向する。同地点に於てはステップ４０１からス
テップ４０３へ進み、再度旋回初回フラグをセットして
旋回用ターン回数のカウンタに１を加算する（ステップ
４０４〜４０５）。従って、旋回用ターン回数のカウン
タは２となり、ステップ４０８で現在方位が基準方位−
９０°となるまで左の駆動輪を正転すると共に右の駆動
輪を逆転し、車体をＰ７地点に向けて旋回させる。 ［００２２］Ｐ６地点からＰ７地点までは刈幅移動処理
によって移動し、Ｐ７地点に於ては、旋回初回フラグが
あり且つ旋回用ターン回数のカウンタが２であるため、
ステップ４０３からステップ４１１へ進み、現在方位が
基準方位＋１８０°となるまで左の駆動輪を正転すると
共に右の駆動輪を逆転し、車体をＰ８地点に向けて旋回
させる。 ［００２３］ここで、旋回地点では左右の駆動輪５，６
を反対方向へ回転させ、車体の略中心部を旋回中心とし
ているため、旋回半径が極めて小であり且つ旋回動作が
迅速に行える。依って、旋回のために移動距離の計測に
誤差を生じることがなく、計測精度が向上する。又、直
進制御中及び旋回制御中に無人走行芝刈機１が一旦停止
するときは、必ずブレードクラッチ１０が「切」となっ
て同一地点で芝を刈り取り過ぎないようにしている。 ［００２４］一方、前述した旋回時に例えばＰ４地点か
らＰ５地点までブレードの刈幅分だけ移動するに当って
は、図１２のフローチャートに従って刈幅移動処理を行
い（ステップ５０１〜５０７）、同処理終了後に再び旋
回制御及び直進制御を行う。そして、図１３のフローチ
ャートに示すように、ティーチング処理で算出した通常
停止ターン回数のカウンタをチエツクし、これが零とな
ったときに左右の駆動輪を停止すると共にブレードクラ
ッチを「切」としくステップ６０１〜６０３）、全制御
モードをクリアして次作業へ移向する（ステップ６０４
〜６０５）。 ［００２５］ここで、図１４に示すように、作業区間内
に障害物３３が存在するときは、障害物回避処理によっ
て無人走行芝刈機１は障害物３３を迂回する。図１５に
障害物回避処理のフローチャートを示すが、障害物セン
サ１８により障害物３３が前方にあるか否かをチエツク
しくステップ７０１〜７０５）、前方に障害物がある場
合は障害物の直前で旋回し、障害物を回避し終えるまで
刈幅移動処理及び直進制御、旋回制御を繰り返す（ステ
ップ７０６〜７１６）。 ［００２６］然るのち、基準方位の前方に障害物３３が
存在しなくなったときは無人走行芝刈機ｌが障害物３３
の側方を通過し、障害物回避移動距離Ｋに相当する分だ
け無人走行芝刈機１の車体を戻すべく障害物回避復帰処
理を行う（ステップ７１７〜７２２）。そして、障害物
回避処理を終了する（ステップ７２３〜７２５）。前記
障害物センサ１８は障害物センサ回動モータ１９によっ
て水平方向に回動すると共に、障害物センサ上下動モー
タにより地上高も変化できるため、当該無人走行芝刈機
１の前方及び側方の障害物を検出できる。従って、移動
距離センサ１６と組み合わせれば、１つの障害物センサ
１８のみで障害物３３の大きさを正確に検出でき、障害
物回避処理を円滑に行うことができる。 ［００２７１図１６はシステム異常停止処理のフローチ
ャートであり、メイン処理ルーチンで無人走行中に異常
が発生した場合には、左右の駆動輪を停止させると共に
ブレードクラッチを「切」として、全制御モードをクリ
アする（ステップ８０１〜８１４）。図１７は旋回時補
正処理のフローチャートであり、左右の駆動輪５，６を
反対方向に回転して９０°旋回する場合、芝の状態や地
形の凹凸等によって駆動輪５，６にスリップを生ずるこ
とがある。斯かる場合には、旋回動作を一旦中断して無
人走行芝刈機１を少し前進又は後進させ、再度旋回動作
を行う（ステップ９０１〜９０８）。然るときに、キャ
スタが一方向固定では該キャスタがブレーキとなって旋
回精度が悪化するが、本発明では図１８のフローチャー
トに示すように、キャスタ回動モータ１３によりキャス
タ１２を左右に回向できるので、車体の右旋回開始時に
はキャスタ１２を左へ回向させ、車体の左旋回開始時に
はキャスタ１２を右へ回向させて（ステップ１００１〜
１００４）、旋回動作を円滑にしている。依って、旋回
制御の精度が向上し、芝を損傷することが防止できる。 旋回動作を終了して直進状態になったときは、図１９の
フローチャートに示すように、キャスタ１２を直進方向
へ復１帰させる（ステップ１０１１〜１０１２）。従っ
て、直進制御中はキャスタ１２が左右に揺動することな
く、直進状態に固定できるので車体２の直進性を向上で
きる。 ［００２８］一方、旋回制御で無人走行芝刈機１を旋回
させるとき、目標方位へ連続的に旋回させると、慣性に
よって車体２が旋回し過ぎることがある。然るときは、
目標方位の少し手前で旋回を一旦停止させ、一定時間待
機した後に再度方位を読み込んで旋回させるように制御
する。図２０は上記旋回制御のフローチャートであり、
図２１の動作図と併わせで説明すれば、例えば、Ｐ４地
点に於ては旋回初回フラグがまだないのでステップ１１
０３から１１０６へ進み、旋回用ターン回数のカウンタ
が１であるため、目標方位（基準方位−９０°）の少し
手前の方位（基準方位−９０°−α）になるまで車体を
旋回させる（ステップ１１０７）。そこで、一定時間ウ
ェイトして車体の慣性を緩和しくステップ１１０８）、
その後目標方位（基準方位−９０°）に達するまで旋回
する（ステップ１１０９）ことにより、旋回精度を向上
させている。他の地点Ｐ５　（ステップ１１１４〜１１
１６）、地点Ｐ６　（ステップ１１１０〜１１１２）、
地点Ｐ７（ステップ１１２１〜１１２３）に於ても同様
にして、目標方位の少し手前で旋回を一旦中断し、車体
の慣性を緩和させるように制御する。 ［００２９］ここで、図２２に示すように、圃場が傾斜
している場合は、無人走行芝刈機１は直進走行中に徐々
に傾斜の低い側（図中右側）へ進行方向がずれてくる。 そこで、車体２に設けた傾斜センサ２１によって傾斜角
度θを検出し、図２３に示す平坦とみなす範囲内の一定
角度＋０１及び−０１　を該傾斜角度θが越えたときに
、図２４のフローチャートに示すような傾斜制御を行う
。 ［００３０１先ず、傾斜センサ２１によって傾斜角度θ
を読み込み、＝０１≦θ≦＋θｌであるときは略平坦で
あると判定し、左右双方の駆動輪モータ３及び４を連続
的にオンにして直進走行を続行する（ステップ１２０１
〜１２０５）。傾斜角度Ｏが＋θｌより大であるときは
、図２２に示したような右傾斜であると判定し、図２５
に示すように右駆動輪モータを連続的にオンにし、左駆
動輪モータは一定時間ｔたけオンタイムにする。　（ス
テップ１２０６〜１２１５）。一方、傾斜角度０が一〇
より小であるときは左傾斜であると判定し、図２６に示
すように右駆動輪モータを一定時間ｔだけオンタイムに
し、左駆動輪モータは連続的にオンにする。　（ステッ
プ１２０７〜１２１１）。上記各オンターイム時間ｔの
長さは、傾斜角度Ｏの大小によって適宜可変する。斯く
して、右傾斜の場合は右駆動輪６の回転数が左駆動輪５
より大となり、車体２を左側へ回向するように作用する
ため、無人走行芝刈機１は傾斜状態のまま直進走行を維
持する。又、左傾斜の場合はこねとは逆に左駆動輪５の
回転数が右駆動輪６より大となり、車体２を右側へ回向
するように作用させて無人走行芝刈機１は直進走行を維
持する。更に、左右の駆動輪モータ５，６のオン・オフ
制御ではなく、モータ自体の回転数を変更してモータ速
度制御を行っても同様の効果をうることができ、傾斜角
度０が限界値を越えたときには転倒防止のために車体を
停止するように制御してもよい。 ［００３］、１尚、この発明は、この発明の精神を逸脱
しない限り種々の改変を為すことができ、そして、この
発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。 ［００３２］

【発明の効果】この発明は上記一実施例に詳述したよう
に、障害物センサを水平方向に回動することにより、１
つの障害物センサで車体の前方及び側方の障害物を検出
でき、障害物の横幅及び奥行を正確に計測することがで
きる。従って、該障害物センサと移動距離センサを組み
合わせることによって、極めて円滑に障害物を回避でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】無人走行芝刈機の平面図。

【図２】無人走行芝刈機の側面図。

【図３】各モータと各センサとをコントロールする制御
部のブロック図。

【図４】操作パネルの正面図。

【図５】圃場の作業区間を示す平面図。

【図６】メイン処理ルーチンのフローチャート。

【図７】ティーチング処理のフローチャート。

【図８】直進制御、旋回制御、刈幅移動処理を説明する
概念図。

【図９】直進制御のフローチャート。

【図１０】直進制御のタイミングチャート。

【図１１】旋回制御のフローチャート。

【図１２】刈幅移動処理のフローチャート。

【図１３】通常停止処理のフローチャート。

【図１４】障害物回避の動作を説明する平面図。

【図１５】障害物回避処理のフローチャート。

【図１６】システム異常停止処理のフローチャート。

【図１７】旋回時補正処理のフローチャート。

【図１８】旋回時キャスタ駆動処理のフローチャーｈ。

【図１９】直進時キャスタ復帰処理のフローチャート。

【図２０】旋回制御の他の実施例のフローチャート。

【図２１】旋回制御の他の実施例を説明する概念図。

【図２２】圃場が傾斜状態である無人走行芝刈機の背面
図。

【図２３】平坦とみなす角度を説明する概念図。

【図２４】傾斜制御のフローチャート。

【図２５】傾斜制御で右傾斜状態のタイミングチャート
。

【図２６】傾斜制御で左傾斜状態のタイミングチャー１
へ。

【符号の説明】

１　　　無人走行芝刈機 ２　　　車体 ５．６　　駆動輪 １２　　　キャスタ １６　　　移動距離センサ １７　　　方位センサ １８　　　障害物センサ

【図６】

【図１１】

【図１７】

【図２５】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】移動距離センサ及び障害物センサを備え、
   且つ障害物センサ回動モータにより前記障害物センサを
   水平方向に回動自在にし、車体の前方及び側方の障害物
   を検出して回避するような制御手段を備えたことを特徴
   とする無人走行芝刈機の障害物回避装置。