JPH08278817A - 自律走行車の走行制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 自律走行車の車輌の旋回を伴う往復走行を制
御する上で、路面の影響による地磁気センサの誤差の影
響を排除し、走行軌跡の平行性を高精度に保つ。 【構成】 芝刈作業車が１回目（第１列）の終端点位置
に達したとき、車輌を一旦停止させ、左右の車輪エンコ
ーダからの走行距離パルスをカウントしながら車輌を旋
回させる。やがて、車体が１８０°回転すると旋回を停
止し、このときの地磁気センサ３の出力値を指定回転方
位θREFとして作業データ蓄積部に記憶する。そして、
この指定回転方位θREFにより、以後の往復走行を制御
することにより、走行軌跡の平行性を高精度に保つこと
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地磁気センサにより進
行方位を検出し、車輌を旋回させて往復走行を行う自律
走行車の走行制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ゴルフ場、河川敷堤防、公園等の
各種フィールドで行う草刈、芝刈作業等を無人で行なう
ことのできる自律走行車が開発されている。このような
自律走行車においては、地磁気センサを用いて方位を検
出し、自律走行を制御するシステムを搭載するものがあ
り、例えば、特開昭５９−１０５１１２号公報には、各
目標地点における前の目標地点との距離、地磁気方向と
走行方向との角度である基準方位角、走行方向と次の目
標地点の方向との角度である進行方位角を予め設定記憶
させておき、実際の走行時に設定位置を読み出しながら
走行する技術が開示されている。

【０００３】また、自律走行車では、作業の関係上、所
定の領域で車体の旋回を伴った往復走行を行う場合があ
り、特開平３−１３５６０８号公報には、圃場作業車の
往復作業において、往、復の２方位の基準方位の設定
を、任意の１行程あるいは複数行程を任意時間マニュア
ル走行するティーチングによって行う技術が開示されて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、地磁気セン
サを使用して車輌の旋回を伴う往復走行を制御する場
合、地磁気センサの初期設定をいかに精度良く行うかが
重要であり、この初期設定によってその後の制御精度が
決定されると言っても過言ではない。すなわち、車体に
地磁気センサを固定した状態で、水平且つ平らな路面上
で一回転することにより、図７(a)に示すＸ出力とＹ出
力との合成ベクトルである出力円（図７（ｂ）参照）の
本来の中心を求め、走行方位ａを検出可能とする必要が
ある。

【０００５】しかしながら、実際の路面状態は、水平且
つ平らな理想的状態にあるものは極めて少なく、路面の
凹凸によって車輌旋回時に車体振動が生じ、図７（ｂ）
に示すように、出力円の中心点が本来の中心点からずれ
て、誤差を含んだ方位ｂが検出されることになる。

【０００６】このため、車輌旋回を伴う往復走行におい
ては、図８の破線で示す正規の走行経路に対し、同図に
実線で示すように走行経路の平行性が損なわれることに
なり、例えば、草・芝刈り作業を無人で行う自律走行作
業車では草・芝の刈り残しが生じる、田植えを無人で行
う自律走行作業車においては苗が不揃いになる等の不具
合が生じる。

【０００７】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、自律走行車の車輌の旋回を伴う往復走行を制御する
上で、路面の影響による地磁気センサの誤差の影響を排
除し、走行軌跡の平行性を高精度に保つことのできる自
律走行車の走行制御方法を提供することを目的としてい
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、地磁気センサ
により進行方位を検出し、車輌を旋回させて往復走行を
行う自律走行車の走行制御方法において、往復走行にお
ける最初の直進走行からの旋回を左右の車輪の回転差に
基づいて制御するとともに、最初の旋回完了時に上記地
磁気センサの出力値を基準値として記憶し、上記基準値
による方位と平行になるよう、２回目以降の旋回及び直
進走行を制御することを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明では、自律走行車を車輌の旋回を伴う往
復走行させる際、往復走行における最初の直進走行から
の旋回を左右の車輪の回転差に基づいて制御し、そのと
きの最初の旋回完了時に地磁気センサの出力値を基準値
として記憶する。そして、この基準値による方位と平行
になるよう、２回目以降の旋回及び直進走行を制御す
る。

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１〜図６は本発明の一実施例に係わり、図１及
び図２は走行制御ルーチンのフローチャート、図３は自
律走行車の一例を示す外観図、図４は制御系のブロック
図、図５は操舵制御系の構成を示す説明図、図６は走行
パターンを示す説明図である。

【００１１】図３において、符号１は無人で自律走行が
可能な自律走行車を示し、本実施例においては、草・芝
刈り作業を無人で行うことのできる芝刈作業車である。
この芝刈作業車１は、エンジン駆動で走行し、前後輪の
操舵角を独立して制御することができるようになってお
り、車輌本体下部に、草・芝刈作業を行うためのモーア
等の刈刃機構部２を備えるとともに、基準位置からの走
行履歴に基づいて現在位置を測定するための推測航法用
センサ、走行障害物を検出するための障害物検出用セン
サを備え、さらに、後述する走行及び操舵制御のための
各種センサ・アクチュエータ類を備えている。

【００１２】上記推測航法用センサは、上記芝刈作業車
１の後部に備えられた地磁気センサ３、及び、左右の後
輪に備えられた車輪エンコーダ４ａ，４ｂからなり、上
記障害物検出用センサとしては、超音波センサあるいは
光センサ等からなる無接触型センサ５ａ，５ｂが上記芝
刈作業車１の前後部に取り付けられるとともに、スイッ
チ式の接触型センサ６ａ，６ｂが上記芝刈作業車１の前
後端に取り付けられている。

【００１３】上記芝刈作業車１の自律走行は、図４に示
す車載の制御装置２０によって制御される。この制御装
置２０は、例えば複数のマイクロコンピュータからな
り、上記地磁気センサ３及び上記車輪エンコーダ４ａ，
４ｂが接続される推測航法位置検出部２１、上記無接触
型センサ５ａ，５ｂ及び上記接触型センサ６ａ，６ｂが
接続される障害物検出部２２、各検出部２１，２２から
の信号に基づいて芝刈作業車１の自律走行を制御する走
行制御部２３、この走行制御部２３によって参照される
作業データ・マップが格納されている作業データ蓄積部
２４、上記走行制御部２３からの指示によって車輌制御
を行なう車輌制御部２５等が備えられ、さらに、この車
輌制御部２５からの出力に基づいて芝刈作業車１の各機
構部を駆動するため、駆動制御部２６、操舵制御部２
７、刈刃制御部２８等が備えられている。

【００１４】上記推測航法位置検出部２１では、上記車
輪エンコーダ４ａ，４ｂからの出力パルスを積算して走
行距離を求め、この走行距離を上記地磁気センサ３で検
出した走行方向の変化に対応させて累積することによ
り、基準地点からの走行履歴を算出して自車輌の現在位
置を測定する。また、上記障害物検出部２２は、無接触
型センサ５ａ，５ｂ及び接触型センサ６ａ，６ｂによっ
て予測できない障害物を検出し、検出信号を上記走行制
御部２３に出力する。

【００１５】上記走行制御部２３では、上記推測航法位
置検出部２１からの情報に基づいて、作業データ蓄積部
２４のマップ（作業内容及び草・芝刈り作業を行う作業
領域の地形データ等の走行用地図）を参照して自己の現
在位置と目標位置との誤差量を算出し、この誤差量分を
補正すべく走行経路指示や車輌制御指示を決定し、上記
車輌制御部２５に出力する。また、上記障害物検出部２
２からの信号により、障害物が検出されたときには、障
害物回避あるいは車輌停止を指示する。

【００１６】具体的には、上記走行制御部２３における
自律走行制御は、図６に示すような所定の作業領域内に
おいて、行程終端で車体を１８０°旋回させながら往復
走行させるものであり、最初に車体を１８０°旋回させ
る際に、左右の車輪の回転差に基づいて旋回を行い、こ
の最初の１８０°旋回を完了した時点での地磁気センサ
の方位データを基準値として記憶しておく。そして、こ
の基準値を以後の往復動作で用いることにより、地磁気
センサ３の方位検出誤差を排除して走行軌跡の平行性を
高精度に保つようになっている。

【００１７】上記作業データ蓄積部２４は、草・芝刈作
業を行なう作業領域の地形データ等が記憶されるエリア
と、各センサからの信号を処理したデータ、推測航法に
よる測位データ等の制御実行中のワークデータが記憶さ
れるエリアから構成されている。

【００１８】上記車輌制御部２５では、上記走行制御部
２３からの指示を具体的な制御指示量に変換し、この制
御指示量を上記駆動制御部２６、操舵制御部２７、刈刃
制御部２８に出力する。

【００１９】これにより、上記駆動制御部２６では、ス
ロットル開度を調整してエンジン出力を制御するための
スロットルアクチュエータ、変速アクチュエータ、前後
進切換アクチュエータ、ブレーキアクチュエータ等の走
行制御アクチュエータ８を駆動し、また、油圧ポンプ９
を制御して各機能部を駆動するための油圧を発生させ
る。

【００２０】上記操舵制御部２７では、操舵系に備えら
れた前輪舵角センサ１３ａ、後輪舵角センサ１３ｂから
の入力に基づいて前輪操舵用油圧制御弁１０ａ、後輪操
舵用油圧制御弁１０ｂを介して操舵制御（操舵量フィー
ドバック制御）を行ない、刈刃制御部２８では、刈刃制
御用油圧制御弁１４を介して刈刃機構２のサーボ制御を
行なう。

【００２１】図５に示すように、芝刈作業車１の操舵系
は、エンジン７によって駆動される上記油圧ポンプ９
に、上記操舵制御部２７によって制御される前輪操舵用
油圧制御弁１０ａ及び後輪操舵用油圧制御弁１０ｂが接
続されるとともに、各油圧制御弁１０ａ，１０ｂに、前
輪用油圧シリンダ１１ａ、後輪用油圧シリンダ１１ｂが
それぞれ接続されており、各油圧シリンダ１１ａ，１１
ｂにより、前輪操舵機構１２ａ、後輪操舵機構１２ｂが
独立して駆動される構成となっている。

【００２２】そして、各操舵機構１２ａ，１２ｂに取付
けられた各舵角センサ１３ａ，１３ｂによって検出され
た前後輪の各舵角が上記操舵制御部２７に入力される
と、検出された舵角と目標舵角との偏差をなくすよう、
上記操舵制御部２７によって各油圧制御弁１０ａ，１０
ｂを介して各操舵機構１２ａ，１２ｂが制御される。

【００２３】以下、図６に示すような作業領域に対し、
無人で草・芝刈作業を行なう場合について説明する。こ
の場合、芝刈作業車１は、作業開始に当たって、予め任
意の準備位置３０から作業領域３１の草・芝刈作業の開
始点３２に有人運転により移動させられているものと
し、作業領域３１における草・芝刈作業が図１及び図２
のフローチャートに示すプログラムに従って自律的に行
われる。そして、作業終了後には、作業終了点３３から
待機位置３４に再び有人運転により移動させられる。

【００２４】図１及び図２は走行制御部２３で実行され
る走行制御ルーチンであり、この走行制御ルーチンで
は、まず、ステップS101で、地磁気センサ３の初期設定
を行って方位が検出可能な状態とし、ステップS102で、
走行方位を指定すると、ステップS103で、刈刃制御用油
圧制御弁１４を開弁して刈刃機構部２に油圧を供給し、
刈刃を作動させて草・芝刈り作業を開始する。

【００２５】次に、ステップS104へ進み、芝刈作業が１
回目であるか否かを調べ、作業一回目の第１の行程（第
１列）であればステップS105へ進み、また２回目以後の
第２列以後であればステップS115へ分岐する。

【００２６】まず、作業一回目では、ステップS105で、
指定方位に対する前後輪の操舵量を決定し、続くステッ
プS106で、前輪操舵用油圧制御弁１０ａ、後輪操舵用油
圧制御弁１０ｂを介して前輪操舵機構１２ａ、後輪操舵
機構１２ｂをそれぞれ駆動し、目標舵角を得るよう制御
する。

【００２７】次いで、ステップS107へ進むと、車輪エン
コーダ４ａ，４ｂからの出力パルス（走行距離パルス）
をカウントしながら走行し、ステップS108で、地磁気セ
ンサ３の出力によって得られる走行方位が指定方位にな
っているか否かを調べ、車体の向きが指定方位からずれ
ているときには上記ステップS108から前述のステップS1
05へ戻って操舵系を修正し、車体が指定方位に向いてい
るとき、ステップS109へ進み、指定された距離を進んで
１行程の終端点に達したか否かを走行距離パルスの積算
値によって調べる。

【００２８】そして、上記ステップS109で、芝刈作業車
１が１回目（第１列）の終端点位置に達していないと
き、前述のステップS105へ戻って草・芝刈作業を続行
し、終端点に達したとき、ステップS110へ進んで、車輌
を一旦停止させると、ステップS111以降で、車体を旋回
させて次作業位置へ移動させる。

【００２９】すなわち、ステップS111で、車輌の旋回を
開始するとともに左右の車輪エンコーダ４ａ，４ｂから
の走行距離パルスのカウントを開始し、ステップS112
で、左右の車輪エンコーダ４ａ，４ｂからのパルスのカ
ウント値の差による実回転差が指定した回転差に達する
まで旋回を続け、指定した回転差に達して車体が１８０
°回転すると、ステップS113で、旋回を停止する。尚、
各車輪エンコーダ４ａ，４ｂは、旋回の際の短距離の移
動に対しても十分な精度が得られる分解能を有してい
る。

【００３０】次に、ステップS114へ進んで旋回停止時の
地磁気センサ３の出力値を読み出し、この値を基準値と
しての指定回転方位θREFとして作業データ蓄積部２４
に記憶すると、前述のステップS104へ戻って作業回数の
判定を行い、作業２回目以後、ステップS104からステッ
プS115へ分岐する。

【００３１】ステップS115では、上記ステップS114で作
業データ蓄積部２４に記憶した指定回転方位θREFに対
する前後輪の操舵量を決定し、ステップS116で、前輪操
舵機構１２ａ、後輪操舵機構１２ｂをそれぞれ駆動して
目標舵角を得るよう制御し、ステップS117で、車輪エン
コーダ４ａ，４ｂからの走行距離パルスをカウントしな
がら走行し、ステップS108で、地磁気センサ３からの走
行方位が先に作業データ記憶部２４に記憶した指定回転
方位θREFに一致するか否かを調べる。

【００３２】そして、車体の向きが指定回転方位θREF
からずれているときには上記ステップS118から前述のス
テップS115へ戻って操舵系を修正し、車体が指定回転方
位θREFに向いているとき、ステップS119へ進んで、指
定された距離を進んで芝刈作業車１が２回目以後（第２
列以後）の終端点位置に達したか否かを走行距離パルス
の積算値から調べる。

【００３３】そして、終端点位置に達していないときに
は、ステップS119から前述のステップS115へ戻って芝刈
走行を続け、２回目以後（第２列以後）の終端点位置に
達すると、ステップS119からステップS120へ進んで、作
業領域３１の草・芝刈作業が終了したか否かを判断す
る。

【００３４】その結果、作業領域３１の草・芝刈作業が
終了しているときには、この走行制御ルーチンによる草
・芝刈作業を終了して車輌を停止させ、草・芝刈作業が
終了していないとき、ステップS120からステップS121へ
進んで次作業位置（次の列）へ移動すべく車輌の旋回を
開始し、ステップS122で、作業データ蓄積部２４に記憶
した指定回転方位θREFに達したか否かを調べ、指定回
転方位θREFに達していないときには旋回を続け、指定
回転方位θREFに達すると、ステップS123で旋回を停止
して前述のステップS104へ戻る。

【００３５】すなわち、往復走行における最初の直進走
行からの旋回時、作業領域３１における路面の影響によ
る地磁気センサ３の出力誤差を避けるため、左右の車輪
エンコーダ４ａ，４ｂによる回転差に基づいて１８０°
の回転を認識し、このときの地磁気センサ３の出力値を
基準値として用いることにより、往復走行における走行
軌跡の平行性を高精度に保つことができるのである。し
かも、最初の旋回時のみ車輪回転差に基づいて制御する
ため、車輪回転差の累積誤差は無視できる。

【００３６】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、往復
走行における最初の直進走行からの旋回を左右の車輪の
回転差に基づいて制御するとともに、そのときの最初の
旋回完了時に地磁気センサの出力値を基準値として記憶
し、この基準値による方位と平行になるよう、２回目以
降の旋回及び直進走行を制御するため、自律走行車の車
輌の旋回を伴う往復走行を制御する上で、路面の影響に
よる地磁気センサの誤差の影響を排除し、走行軌跡の平
行性を高精度に保つことができる等優れた効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】走行制御ルーチンのフローチャート

【図２】走行制御ルーチンのフローチャート（続き）

【図３】自律走行車の一例を示す外観図

【図４】制御系のブロック図

【図５】操舵制御系の構成を示す説明図

【図６】走行パターンを示す説明図

【図７】地磁気センサの出力特性を示す説明図

【図８】従来の往復走行における走行軌跡を示す説明図

【符号の説明】

１ … 芝刈作業車（自律走行車） ３ … 地磁気センサ ４ａ，４ｂ … 車輪エンコーダ θREF … 指定回転方位（基準値）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地磁気センサにより進行方位を検出し、
   車輌を旋回させて往復走行を行う自律走行車の走行制御
   方法において、 往復走行における最初の直進走行からの旋回を左右の車
   輪の回転差に基づいて制御するとともに、最初の旋回完
   了時に上記地磁気センサの出力値を基準値として記憶
   し、 上記基準値による方位と平行になるよう、２回目以降の
   旋回及び直進走行を制御することを特徴とする自律走行
   車の走行制御方法。