JPH0779A - 作業車の走行制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 左右一対の走行装置の各走行速度から対地速
度への変換率を求め、その変換率の情報に基づいて左右
の走行装置の各走行速度を作業地の状況等に応じて適切
に設定して、所定の経路に沿って作業車を的確に走行さ
せる。 【構成】 左右一対の走行装置の各走行速度を検出する
走行速度検出手段１９と、車体方位角の変化速度を検出
する角速度検出手段１８とが設けられ、左右一対の走行
装置の走行速度を各別に制御する制御手段１０が、走行
速度検出情報及び角速度検出情報並びに左右一対の走行
装置の車体横方向の間隔情報より、左右一対の走行装置
夫々の走行速度から対地速度への変換率を求め、この変
換率の情報に基づいて左右一対の走行装置の各走行速度
を設定する。特に、左右一対の走行装置の両対地速度が
等しくなるように、変換率の情報に基づいて左右一対の
走行装置の各走行速度を設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、左右一対の走行装置
と、前記左右一対の走行装置の走行速度を制御する制御
手段とが設けられた作業車の走行制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の作業車の走行制御装置は、例え
ば、草刈りロボット等の無人の作業車が所定形状の作業
区域内を走行してその作業区域の草刈り作業を行うよう
にするためのものであるが、従来では、作業区域内に設
定された所定の経路に沿って例えば直進走行させる場合
において、左右の走行装置の走行速度を等しく設定して
走行をスタートさせると共に、上記経路からの車体方位
角のずれや位置ずれ等の情報に基づいて、それらのずれ
が小さくなるように左右の走行装置の走行速度を上記設
定速度から各別に変更制御するようにしていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、作業区
域が例えば河川の堤防のような傾斜地であって車体が左
右に傾斜した状態で走行するような場合においては、左
右の走行装置のうちで傾斜の下側に位置する走行装置の
方が傾斜の上側に位置する走行装置よりもスリップし易
い、即ち、走行速度から実際の対地速度への変換率が小
さくなる。そのため、上記従来技術のように、左右の走
行装置の走行速度を等しく設定して走行させると、車体
が傾斜の下側に向かって走行して上記経路から傾斜の下
側に大きく位置ずれすると共に、設定経路へ復帰するよ
うに走行速度を変更するまでに比較的長い時間を要し、
作業区域内の正規の経路に沿って走行させることができ
なくなる。その結果、刈り残しを生じたり、あるいは、
既に刈取った場所を再び刈取る等の無駄な作業を発生す
る不具合があった。

【０００４】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
であって、その目的は、左右一対の走行装置の各走行速
度から対地速度への変換率を求め、その変換率の情報に
基づいて左右の走行装置の各走行速度を作業地の状況等
に応じて適切に設定し、上記従来技術の不具合を解消さ
せることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明による作業車の走
行制御装置の第１の特徴構成は、前記左右一対の走行装
置の各走行速度を検出する走行速度検出手段と、車体方
位角の変化速度を検出する角速度検出手段とが設けら
れ、前記制御手段は、前記走行速度検出手段及び前記角
速度検出手段の検出情報並びに前記左右一対の走行装置
の車体横方向の間隔情報より前記左右一対の走行装置夫
々の走行速度から対地速度への変換率を求め、この変換
率の情報に基づいて前記左右一対の走行装置の各走行速
度を設定するように構成されている点にある。

【０００６】又、第２の特徴構成は、前記制御手段は、
前記左右一対の走行装置の両対地速度が等しくなるよう
に、前記変換率の情報に基づいて前記左右一対の走行装
置の各走行速度を設定するように構成されている点にあ
る。

【０００７】

【作用】本発明の第１の特徴構成によれば、左右一対の
走行装置の各走行速度と車体方位角の変化速度とが検出
され、それらの両検出情報と左右一対の走行装置の車体
横方向の間隔情報とに基づいて、左右一対の走行装置夫
々の走行速度から対地速度への変換率が求められる。そ
して、この変換率の情報に基づいて、作業車を例えば所
定の経路に沿って走行させるように、左右一対の走行装
置の各走行速度が設定される。

【０００８】又、第２の特徴構成によれば、上記のよう
にして求めた変換率の情報に基づいて、左右一対の走行
装置の両対地速度が等しくなるように左右一対の走行装
置の各走行速度が設定され、これにより、作業車を例え
ば所定の経路に沿って直進走行させる。

【０００９】

【発明の効果】従って、本発明の第１の特徴構成によれ
ば、例えば、車体が左右に傾斜した状態で走行するよう
な場合にも、左右一対の走行装置夫々の走行速度から対
地速度への変換率に基づいて左右一対の走行装置の各走
行速度が設定されるので、左右の走行装置の走行速度を
等しく設定して走行させる従来技術のように、車体が作
業区域内に設定された所定の走行経路から傾斜の下側に
大きく位置ずれすることもなく、作業区域内を正規の経
路に沿って走行させることができるようになり、その結
果、刈り残しを生じたり、あるいは、既に刈取った場所
を再び刈取る等の無駄な作業を発生することもなく、走
行信頼性に優れた作業車の走行制御装置を得るに至っ
た。

【００１０】又、第２の特徴構成によれば、例えば、車
体が左右に傾斜した状態で走行するような場合において
も、作業車を所定の経路に沿って直進走行させることが
でき、もって、例えば所定形状の作業区域に対して走行
用の経路を容易に設定できる利点を有しながら、第１の
特徴構成による効果を実現することができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図２に示すように、無人草刈りロボットである作
業車１が、作業区域ＡＲ内に所定の間隔で平行に設定さ
れた直線状の作業行程２に沿って往復走行する。作業車
１は、左右一対の走行装置としてのクローラ走行装置３
と草刈装置４とを備え、作業行程２に沿って前進しなが
ら草刈作業を実行し、作業行程２の終端部で旋回して隣
接する作業行程２に移動する。尚、左右のクローラ走行
装置３の車体横方向の間隔は、左右のクローラの横幅中
心間の距離でＷに設定されている（図４参照）。

【００１２】作業車１が上記のように自動走行するとき
の誘導用ビーム光となるレーザ光線を投射するビーム光
投射手段が地上側に設けられている。即ち、作業行程２
の一端側から他端側に向けてレーザ光線Ｂ１を投射する
レーザ投光機５が作業区域ＡＲの外にその一辺に沿って
複数並設されると共に、各作業行程２の終端部を作業車
１に知らせるためのレーザ光線Ｂ２を投射するレーザ投
光機６が作業行程２の両端部に設置されている。

【００１３】図３及び図４に示すように、レーザ投光機
５，６から投射されるレーザ光線Ｂ１，Ｂ２は上下に所
定の角度θ１，θ２の範囲内で走査されている。これ
は、作業区域ＡＲが不整地にあり、作業車１が走行時に
上下移動する場合であっても、作業車１側の受光センサ
８，９がレーザ光線Ｂ１，Ｂ２を確実に受光することが
できるようにするためである。レーザ投光機５，６に
は、レーザ光源である半導体レーザ装置１３、この半導
体レーザ装置１３から上向きに発射されたレーザ光線を
地面とほぼ平行な方向に反射させる可動ミラー１４、可
動ミラー１４を所定の角度範囲で揺動させるガルバノス
キャナー１５等が備えられている。

【００１４】作業車１の上部には、作業行程２に沿って
投射されるレーザ光線Ｂ１を受光する受光センサ８が前
後一対設けられ、この受光センサ８の受光情報より、作
業車１がレーザ光線Ｂ１に沿って直進するための情報が
得られる。又、作業車１の左右側面には、作業行程２の
終端部を示すレーザ光線Ｂ２を受光する受光センサ９が
設けられ、この受光センサ９の受光情報より、作業車１
が作業行程２の終端部に達したことの情報が得られる。

【００１５】図２及び図３に示すように、前後一対の受
光センサ８を支持する支持枠８ａが、その中央部箇所を
縦軸芯Ｐ周りに回動自在な状態で車体に枢着され、作業
車１の進行方向がレーザ投光機５に対して近づく方向か
離れる方向かによって、支持枠８ａの車体に対する向き
が１８０度異なるようになっている。即ち、作業車１が
作業行程２の終端部で旋回して隣接行程へ移動するに伴
って支持枠８ａが縦軸芯Ｐ周りに１８０度回転し、受光
センサ８の受光面が常にレーザ投光機５の方向に向くよ
うになっている。

【００１６】各受光センサ８は、車幅方向に細長い形状
で、その長手方向に沿って複数（例えば１６個）の受光
素子を並べて構成され、レーザ投光機５からのレーザ光
線Ｂ１が受光センサ８に当たれば、少なくともいずれか
の受光素子が光を検出する状態となる。従って、端から
何番目の受光素子が光を受光したかによって長手方向
（車幅方向）での受光位置、即ち、作業車１のレーザ光
線Ｂ１に対する車幅方向での位置ずれを検出することが
できる。又、前後一対の受光センサ８の受光位置の差か
ら車体のレーザ光線Ｂ１に対する傾き（方位ずれ）を検
出することができる。即ち、図５に示すように、前後の
受光センサ８の受光位置（端からの距離）を夫々Ｘ１，
Ｘ２とし、受光センサ８の端から中央までの距離をＸ
０、前後の受光センサ８の前後方向の距離をｄとすれ
ば、ΔＸ＝Ｘ１−Ｘ０が車幅方向での位置ずれになり、
φ＝ｔａｎ^-1〔（Ｘ２−Ｘ１）／ｄ〕が車体の方位ずれ
になる。従って、位置ずれΔＸがプラスの値であれば作
業車１は基準位置（レーザ光線Ｂ１の投射位置）よりも
左側にずれていることになり、方位ずれφがプラスの値
であれば作業車１は基準方位（レーザ光線Ｂ１の投射方
向）よりも左側に傾いていることになる。

【００１７】図１に示すように、マイクロコンピュータ
を利用したコントローラ１０が作業車１に設けられ、こ
のコントローラ１０に、前記受光センサ８，９の受光情
報が入力されている。又、車体方位角の変化速度を検出
する角速度検出手段としてのレーザジャイロ１８が作業
車１に搭載されると共に、左右一対のクローラ走行装置
３の各走行速度を検出する走行速度検出手段としての左
右一対の回転数センサ１９が左右のクローラ駆動用の各
回転軸に設けられており、このレーザジャイロ１８及び
左右の回転数センサ１９からの検出情報もコントローラ
１０に入力されている。

【００１８】又、手動操縦用の指令情報を作業車１に送
信する送信機２１が設けられ、この送信機２１からの送
信情報を受信するように作業車１に搭載された受信機２
０からの情報がコントローラ１０に入力されている。送
信機２１には、操縦を自動操縦と手動操縦とに切り換え
る自動手動切換スイッチ２１ａと、手動操縦において作
業車１の車速を高速及び低速の２段及び停止状態に択一
的に切換える変速用スイッチ２１ｂと、操向方向を左右
に変更するボリューム式の操向操作スイッチ２１ｃとが
備えられている。尚、操向操作スイッチ２１ｃは非操作
時は直進方向に復帰付勢されている。

【００１９】左右のクローラ走行装置３の走行速度は、
油圧式の無段変速装置１１によって各別に変速すること
ができるようになっており、コントローラ１０は、左右
の無段変速装置１１の油圧ポンプ内の可変斜板の角度を
変速用モータ１２によって各別に変更操作することによ
り、左右のクローラ走行装置３の走行速度を各別に設定
する。従って、コントローラ１０が、左右一対のクロー
ラ走行装置３の走行速度を各別に制御する制御手段を構
成する。

【００２０】そして、前記制御手段即ちコントローラ１
０は、左右の回転数センサ１９の検出情報（即ち左右の
各クローラ走行装置３の走行速度）及びレーザジャイロ
１８の検出情報（即ち車体方位角の変化速度）並びに左
右一対のクローラ走行装置３の車体横方向の間隔情報
（即ち左右のクローラの横幅中心間の距離Ｗ）より左右
一対のクローラ走行装置３夫々の走行速度から対地速度
への変換率を求め、この変換率の情報に基づいて左右一
対のクローラ走行装置３の両対地速度が等しくなるよう
に、左右一対のクローラ走行装置３の各走行速度を設定
するように構成されている。以下具体的に説明する。

【００２１】図６に示すように、左右のクローラ走行装
置３の各走行速度を夫々ＶL,ＶR に設定して走行させた
ときに、左右のクローラ走行装置３夫々の走行速度から
対地速度への変換率が夫々ＫL,ＫR であれば、左右のク
ローラ走行装置３の各対地速度は夫々ＫL ×ＶL 、ＫR
×ＶR となる。そして、この両対地速度が同じであれば
車体方位角は変化せず車体は直進するが、両対地速度に
差があれば対地速度が小さい側に車体が傾くように車体
方位角が変化し、そのときの車体方位角の変化速度ωは
下式（１）にて求められる。尚、上方からみて車体が右
回りする方をプラスに設定している。

【００２２】

【数１】 ω＝（ＫL ×ＶL −ＫR ×ＶR ）／Ｗ………（１）

【００２３】上記式において、車体方位角の変化速度ω
及び左右のクローラ走行装置３の各走行速度ＶL,ＶR は
検出値として求められ、又、左右のクローラの横幅中心
間の距離Ｗは定数として求められる。そこで、クローラ
走行装置３の走行速度から対地速度への変換率ＫL,ＫR
に仮の値を設定し、その仮の変換率ＫL,ＫR の値から計
算される両対地速度の差（ＫL ×ＶL −ＫR ×ＶR ）の
計算値とその実測値（ω×Ｗ）との誤差Ｅを下式（２）
のように求め、その計算値と実測値との誤差Ｅが小さく
なるように変換率ＫL,ＫR の値を逐次修正し、その誤差
Ｅが十分小さい値になったときの変換率ＫL,ＫR の設定
値を変換率ＫL,ＫR として求める。

【００２４】

【数２】 Ｅ＝（ＫL ×ＶL −ＫR ×ＶR ）−（ω×Ｗ）………（２）

【００２５】実際には、上記誤差Ｅの２乗の値Ｅ²/２が
小さくなるように、修正前の変換率ＫL,ＫR から修正後
のＫL', ＫR'の変換率を下式（３）にて逐次修正する。
尚、式中のｋは所定大きさのプラスの係数である。この
式より、例えば、上記誤差Ｅがプラスである場合つまり
両対地速度の差（ＫL ×ＶL −ＫR ×ＶR ）の計算値が
実測値（ω×Ｗ）よりも大きい場合は、左側のクローラ
走行装置３の走行速度から対地速度への変換率ＫL の値
は小さくなる方向に修正される一方、右側のクローラ走
行装置３の走行速度から対地速度への変換率ＫR の値は
大きくなる方向に修正されるために、両対地速度の差
（ＫL ×ＶL −ＫR ×ＶR ）の計算値が小さくなるよう
に修正され、上記誤差Ｅは０に近づくことになる。

【００２６】

【数３】 ＫL'＝ＫL −ｋ×ｄ（Ｅ²/２）／ｄＫL ＝ＫL −ｋ×Ｅ×ＶL ＫR'＝ＫR −ｋ×ｄ（Ｅ²/２）／ｄＫR ＝ＫR ＋ｋ×Ｅ×ＶR ………（３）

【００２７】又、コントローラ１０は、作業車１の左側
面又は右側面の受光センサ９がレーザ光線Ｂ２を受光し
たことを示す信号に基づいて、左右のクローラ走行装置
３の一方を停止することにより、左又は右に１８０度旋
回して次の作業行程２に移る。このとき、前述したよう
に、受光センサ８の支持枠８ａを縦軸芯Ｐ周りに１８０
度回転する。受光センサ８が次の作業行程２のレーザ光
線Ｂ１を受光するに伴って、そのレーザ光線Ｂ１に沿う
自動走行に移行することになる。

【００２８】又、コントローラ１０は、受光センサ９が
レーザ光線Ｂ２を受光する毎に、即ち、作業行程２の終
端部が検出される毎に、予め記憶している作業行程数の
値を１ずつ減算する。そして、その作業行程数の値がゼ
ロになれば作業を終了する。尚、作業行程数の初期値
は、例えばダイヤル式の作業行程数設定手段１７にて作
業開始前に手動設定される。

【００２９】次に、図７に示すフローチャートに基づい
て、作業車１を直進走行させる場合を例にして、前記コ
ントローラ１０の前記変換率ＫL,ＫR の推定処理及び自
動走行制御について説明する。

【００３０】先ず、制御がスタートすると、車速Ｖの目
標値を設定すると共に、前記走行速度から対地速度への
変換率ＫL,ＫR に仮の値を設定する。この変換率ＫL,Ｋ
R の値としては、例えば、図４に示すような右側に傾斜
している斜面を走行する場合は、左側のクローラ走行装
置３の方が右側よりもスリップし易いので、例えばＫL
＝０．８、ＫR ＝０．９のように設定する。又、基準方
位（レーザ光線Ｂ１の投射方向）からの車体の方位ずれ
φ、及び、車体横幅方向の基準位置（レーザ光線Ｂ１の
投射位置）からの位置ずれΔＸを検出する。そして、こ
れらに基づいて、左右のクローラ走行装置３の各走行速
度ＶL,ＶR を下式のように設定し、その設定した走行速
度ＶL,ＶR で作業車１を走行させる。尚、式中のα、β
はプラスのゲイン係数である。

【００３１】

【数４】ＶL ＝Ｖ＋α×φ＋β×ΔＸ ＶR ＝Ｖ−α×φ−β×ΔＸ………（４）

【００３２】次に、車体方位角の変化速度ωを検出し、
この検出値から求められる左右のクローラ走行装置３の
両対地速度の差の実測値（ω×Ｗ）と、その計算値（Ｋ
L ×ＶL −ＫR ×ＶR ）との誤差Ｅ（式（２））を計算
する。そして、その誤差Ｅが十分に小さくなければ前記
式（３）に従って変換率ＫL,ＫR の値を修正した後、上
記誤差Ｅが十分に小さくなるまで、前述の車体の方位ず
れφ及び位置ずれΔＸの検出からのフローを繰り返す。
上記誤差Ｅが十分に小さくなれば、そのときの変換率Ｋ
L,ＫR の値に基づいて、作業車１を直進走行させるため
の左右のクローラ走行装置３の各走行速度ＶL,ＶR を下
式（５）のように設定し、その設定された走行速度ＶL,
ＶR で作業が終了するまで走行させる。尚、図４に示す
ように左右に傾斜した斜面を往復走行させる場合には、
行きと帰りとで上記求めた変換率ＫL,ＫR の値を入れ換
えて使用する。

【００３３】

【数５】 ＶL ＝Ｖ／ＫL ，ＶR ＝Ｖ／ＫR ………（５）

【００３４】尚、図示しないが、上記式（５）にて設定
された走行速度ＶL,ＶR で走行させているときに、作業
車１が直進走行状態から大きく外れた場合は、割り込み
処理によって、作業者等が前記送信機２１によって作業
車１を手動操縦して直進走行状態の戻した後、操縦を自
動操縦に復帰させるようにしている。そして、この自動
操縦への復帰に伴い、前述の自動走行制御の処理が実行
される。

【００３５】〔別実施例〕上記実施例では、車体方位角
の変化速度の情報と左右一対の走行装置の車体横方向の
間隔情報とから左右一対の走行装置の対地速度の差を実
測し、この左右一対の走行装置の対地速度の差の情報と
左右一対の走行装置の各走行速度の情報とに基づいて、
左右一対の走行装置夫々の走行速度から対地速度への変
換率ＫL,ＫR を求めるように構成したものを示したが、
上記変換率ＫL,ＫR を求める具体構成はこれに限るもの
ではない。

【００３６】又、上記実施例では、前記両変換率ＫL ，
ＫR を共に逐次修正等しながら求めるものを示したが、
これ以外に、例えば一方の変換率を所定値に設定し、他
方の変換率のみを逐次修正等して求めるようにすること
もできる。

【００３７】又、上記実施例では、左右一対の走行装置
３の両対地速度が等しくなるように、即ち、作業車１を
直進走行させるように、変換率ＫL,ＫR の情報に基づい
て左右一対の走行装置３の各走行速度を設定する場合に
ついて例示したが、左右一対の走行装置３の両対地速度
を異ならせて所定の曲線状の経路に沿って作業車１を走
行させるようにする場合にも適用できる。

【００３８】又、上記実施例では、左右一対の走行装置
３をクローラ走行装置によって構成したが、これ以外
に、車輪式に構成するものでもよい。

【００３９】又、上記実施例では、左右一対の走行装置
３の走行速度の両方を各別に制御するように構成した
が、これ以外に、例えば一方の走行装置３の走行速度を
基準速度に固定するとともに、他方の走行装置３の走行
速度の前記基準速度に対する相対比率を変更制御するよ
うにしてもよい。

【００４０】又、上記実施例では、左右一対の走行装置
３の各走行速度を検出する手段１９を、左右のクローラ
駆動用の各回転軸に設けた一対の回転数センサ１９によ
って構成したが、これ以外に、クローラを案内する遊転
軸に設けた回転数センサ１９でもよく、あるいは、クロ
ーラ自体の移動速度を直接検出する光電式のセンサ等で
もよい。

【００４１】又、上記実施例では、車体方位角の変化速
度を検出する角速度検出手段１８をレーザジャイロによ
って構成したが、これに限るものではない。

【００４２】又、上記実施例では、本発明を無人草刈り
ロボットである作業車１に適用したものを例示したが、
これ以外の種々の作業車に適用することができる。

【００４３】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にする為に符号を記すが、該記入により本発明は添
付図面の構成に限定されるものではない。

【００４４】

【図面の簡単な説明】

【図１】制御構成のブロック図

【図２】作業車とその誘導装置、及び作業区域の平面図

【図３】作業車の側面図

【図４】作業車の背面図

【図５】作業車の位置ずれ及び方位ずれ検出の説明図

【図６】走行速度から対地速度への変換率の算出の説明
図

【図７】制御作動のフローチャート

【符号の説明】

３ 走行装置 １０ 制御手段 １９ 走行速度検出手段 １８ 角速度検出手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒岩 良三 大阪府堺市石津北町64番地 株式会社クボ タ堺製造所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 左右一対の走行装置（３）と、前記左右
   一対の走行装置（３）の走行速度を制御する制御手段
   （１０）とが設けられた作業車の走行制御装置であっ
   て、 前記左右一対の走行装置（３）の各走行速度を検出する
   走行速度検出手段（１９）と、車体方位角の変化速度を
   検出する角速度検出手段（１８）とが設けられ、 前記制御手段（１０）は、前記走行速度検出手段（１
   ９）及び前記角速度検出手段（１８）の検出情報並びに
   前記左右一対の走行装置（３）の車体横方向の間隔情報
   より前記左右一対の走行装置（３）夫々の走行速度から
   対地速度への変換率を求め、この変換率の情報に基づい
   て前記左右一対の走行装置（３）の各走行速度を設定す
   るように構成されている作業車の走行制御装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段（１０）は、前記左右一対
   の走行装置（３）の両対地速度が等しくなるように、前
   記変換率の情報に基づいて前記左右一対の走行装置
   （３）の各走行速度を設定するように構成されている請
   求項１記載の作業車の走行制御装置。