JPH09128044A

JPH09128044A - 走行作業機械の半自動制御方式

Info

Publication number: JPH09128044A
Application number: JP7285826A
Authority: JP
Inventors: Shintarou Hatsumoto; 慎太郎初本; Kenjiro Fujii; 健二郎藤井; Yuji Matsuda; 有司松田; Noriyuki Kamiya; 敬之神谷; Toshihiro Aono; 俊宏青野; Masami Otobo; 正美乙母; Kenji Kiyono; 憲二清野; Kazuo Kobayashi; 和男小林
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Keiyo Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Keiyo Engineering Co Ltd
Priority date: 1995-11-02
Filing date: 1995-11-02
Publication date: 1997-05-16

Abstract

(57)【要約】【課題】自律航法装置を備えて自動運転が可能な走行
作業機械において、オペレータによる手動運転と自動運
転とを適宜に選択する制御方式を提供する。【解決手段】芝刈り機１はエンジン３０で駆動される
操舵輪２４と駆動輪２２を有し、カッターユニット７
０，７２で芝刈りを行なう。車体１０には、車体のヨー
角を検知する光ファイバジャイロを含む各種のセンサと
制御装置が搭載され、予め与えられる地図情報に基づ
き、自律走行が可能である。また、車体１０の運転席５
０にオペレータが搭乗し、ステアリング６０による操舵
及びアクセルワークと、レバー８０によるカッターユニ
ット７０，７２の操作ができる。直線走行作業等の経路
維持が容易な作業を自動運転により行ない、旋回動等を
手動に切り替えて行なうことによって作業能率を向上す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は各種のセンサを有す
る自律航法装置を備えた走行作業機械、特に自動芝刈り
機の半自動制御方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ゴルフ場等の芝生を刈る場合
に、操舵輪と駆動輪を有する車体に芝刈りユニットを装
備して、マニュアルにより運転する走行作業機械が用い
られている。この種の走行作業機械に車体のヨー角度を
検知する光ジャイロセンサを装備し、車速センサをはじ
めとして各種のセンサとコントローラを有する自律航法
装置を搭載することによって無人による自動走行が実現
できる。この種の無人走行作業機械は本出願人によって
既に提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この種の自律航法装置
は、走行するエリアの地図情報を必要とし、地図情報に
基づいて走行すべき経路を演算し、無人による自動運転
を実行する。しかしながら、完全な無人運転のためには
複雑な制御方式を必要とし、センサや制御装置を大型で
複雑なものが必要となる。例えば、ゴルフ場のような比
較的平坦でかつ単純で広範囲な作業エリアを対象とする
芝刈り作業にあっては、直進経路に沿う芝刈り作業が多
くの部分を占め、直進経路の終点での車体の旋回や、待
機位置から作業エリアへの往復運転時に複雑な運転が必
要となるだけである。そこで、本発明は、ステアリング
装置を手動と自動の双方で選択に操作可能な走行作業機
械における半自動制御方式を提供するものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明が適用される走行
作業機械は、操舵輪と駆動輪を有する車体と、操舵輪を
操作するステアリングと、ステアリングを手動又は自動
により操作する手段と、車体に装備される作業ユニット
と、車体のヨー角度を検知するセンサと、車体の進行速
度を検知するセンサと、予め与えられる地図情報に基づ
いて車体の移動経路をプログラム制御する自律航法装置
と、手動運転と自動運転の選択スイッチと、ヨー角度の
センサのデータを補正するオフセットスイッチを有する
車載の操作パネルを備える。そして、車載の操作パネル
の選択スイッチによって手動運転と自動運転が任意に選
択される。

【０００５】また、本発明が適用される走行作業機械
は、ラジコンによっても操作を行なうことができ、ラジ
コンの操作パネルの選択スイッチによって手動運転と自
動運転が任意に選択されるとともに、ラジコンによって
手動運転されるものである。操舵輪と駆動輪を有する車
体と、車体に装備される作業ユニットと、車体のヨー角
度を検知するセンサと、車体の進行速度を検知するセン
サと、予め与えられる地図情報に基づいて車体の移動経
路をプログラム制御する自律航法装置と、ＧＰＳアンテ
ナを有するＧＰＳ航法装置とを備えるものであれば、車
体が起伏地上の経路を通過する際には、地図情報から得
られる進行経路方向のヨー角、ピッチ角およびロール角
の車体の傾斜角度情報と車体の速度および距離データと
ＧＰＳデータに基づいて、動作制御を演算し、車体の動
作を制御するものである。

【０００６】

【発明の実施の形態】図１は本発明の移動作業機械の平
面図、図２は側面図、図３はステアリングの操作機構を
示すブロック図、図４は操作パネルの概要を示す説明
図、図５はラジコン操作パネルの概要を示す説明図、図
６，図７はシステム構成を示す説明図である。移動作業
機械１は、例えば芝刈り機であって、車体を構成するメ
インフレーム１０と、メインフレーム１０を支持する２
個の前輪２４と２個の後輪２２を有する。フレーム１０
の下部には、芝のカッティングユニット７０，７２が配
設され、フレーム１０の上部にはエンジン３０が配設さ
れる。エンジンは油圧ポンプ１００を駆動し、油圧ポン
プ１００が発生する圧油によって車輪の駆動及び操舵、
芝刈りユニットの昇降及びカッターの駆動等が実行され
る。

【０００７】フレーム１０の両側には燃料タンク３２、
油圧ポンプの作動油のタンク３４等が配設される。フレ
ーム１０上にはオペレータ用の座席５０とステアリング
６０が配設され、有人運転時には、オペレータが乗車
し、運転を行なう。座席５０の周囲には、有人運転時の
操作レバー８０やアクセルペダル、ブレーキペダル等が
配設される。

【０００８】芝刈りユニット７０は、カッターブレード
を有し、図示しないアクチュエータにより回転駆動され
る。

【０００９】フレーム１０の前部には、前部バンパー８
２がとりつけてあって、バンパスイッチ３２０と障害物
センサ３４０が設けてある。フレーム１０の後部には後
部バンパー８４がとりつけてあって、バンパスイッチ３
２０と障害物センサ３４０が設けてある。車輪２２，２
４には車速センサ４３０がとりつけてあって、各車輪の
回転数に基づいて車速を検出する。

【００１０】エンジン３０は油圧ポンプ１００を駆動
し、油圧ポンプ１００は、各車輪にとりつけた油圧モー
タを駆動する。また、芝刈りユニット７０，７２の上下
動も油圧シリンダにより操作され、芝刈りユニットにと
りつけたカッターも油圧モータで駆動される。ステアリ
ング６０やアクセルの操作も、マニュアル運転と自動運
転が選択でき、自動運転時には、油圧アクチュエータに
よってステアリングとアクセルワークが操作される。

【００１１】この移動作業機械１は自律による自動運転
に必要とする各種のセンサを装備する。まず、姿勢計測
センサは、機械の現在のピッチ角及びロール角を検知す
る。光ファイバージャイロは、機械のヨー角度を検知
し、操舵角センサは、ステアリングの操舵角を検知し
て、操舵輪の角度を算出する。車速センサは各車輪の回
転数から車速を算出し、走行制御角度センサは、機械の
制御角度を検出する。

【００１２】その他にも、自動運転中に機械の周囲の障
害物を認識するセンサ４５０や機械のバンパが障害物に
触れたときに機械を非常停止するためのバンパースイッ
チ３２０も設けてある。この移動作業機械は、以上の各
センサからの情報を処理するコントローラ２００を搭載
し、自律航法によって無人による自動運転と芝刈り作業
等を実行することができる。

【００１３】また、必要に応じて、ＧＰＳの受信装置を
装備して、ＧＰＳを利用した航法も実行する機能を有す
る。フレーム１０上に起立するＧＰＳアンテナ５００は
宇宙空間のＧＰＳ衛星からの電波を受信し、フレーム上
に設置したＧＰＳの移動局装置へ送る。移動局装置は受
信したＧＰＳ信号から移動局の現在位置を絶対値として
算出する。このアンテナポストを利用して、光学的なサ
インポスト５０５を設けることができる。この自律作業
機械が稼働するエリアの近傍にＧＰＳの固定局を配置
し、この固定局からの信号電波を受信することで、現在
位置を補正し、精度を向上することができる。

【００１４】図３は、ステアリング６０の操作機構を示
すブロック図である。ステアリングホイール６０は、ク
ラッチ６１を介して操舵輪の操舵用シリンダに連結され
ている。マニュアルモードの操作にあっては、クラッチ
６１を切断して、ステアリングホイール６０の回転をそ
のまま操舵用シリンダに伝達する。ラジコン制御時に
は、クラッチ６１を接続すると、リモートコントロール
されるＤＣモータ６３が減速機６２を介して操舵用のサ
ーボドライバ１２２を操作することができる。自動運転
モード時には、制御装置２００からの指令により操舵さ
れる。操舵量は光ファイバジャイロ４２０で検知される
車体のヨー角を基に演算され、操舵輪２２の角度はセン
サ１２６で検知される。操舵輪２２の回転速度はセンサ
４３０で検知される。

【００１５】図４は走行作業機械の運転席近傍に装備さ
れる操作パネルの概要を示す説明図である。オペレータ
が乗車して操作するパネル７００は、手動運転モードの
ボタン７４０と、自動運転モードのボタン７４２を有す
る。手動運転モードを選択すると、ステアリングやアク
セルは手動により操作される。自動運転モードを選択す
ると、オペレータは乗車していても、ステアリング操作
は自動で行われ、アクセルはオペレータが操作する。パ
ネル７００は芝刈りのカッタユニットを操作するスイッ
チ類が配置されており、スイッチ７２２はカッタユニッ
トの上下動を操作し、スイッチ７２４はカッタを刈込み
方向の回転と、カッタの回転停止と、カッタを刈込み方
向とは反対方向に回転させてカッタの研磨を行なう操作
を選択するスイッチである。

【００１６】パネル７１０内に配設される非常停止ボタ
ン７１２は、非常時にエンジンを停止させるボタンであ
って、ボタン７１４は非常停止状態から復帰させるボタ
ンである。パネル７３０内に配設されるボタンスイッチ
７３２，７３４は、自動運転中の経路が目的の方向とず
れている場合に、光ファイバジャイロのデータに対して
プラス又はマイナスのオフセット値を加算し、ずれを補
正するためのボタンである。

【００１７】オフセット量はボタンの押下回数により設
定でき、左右方向に０〜９までの１０ランクのオフセッ
トが設定できる。例えば、１ランクはヨー角で０．５度
の補正量とし、ランクが大きくなる程に補正量は増加す
る。この補正を与えることで、光ファイバジャイロのデ
ータを用いて目標の直線経路に沿って自動走行すること
ができる。

【００１８】図５は、ラジコン操作用のパネル７５０の
概要を示す。ラジコン操作パネル７５０は、オン・オフ
スイッチ７５２を有し、ラジコン時にはスイッチ７５２
をオンとする。スティックスイッチ７５４はアクセルワ
ークを操作するもので、車体の前進、後進とその速度を
制御する。スティックスイッチ７５６はステアリングを
操作するもので、ステック７５６を左右に傾動すること
によって操舵角が制御される。カッタ操作パネル７６
０、オフセット量設定パネル７７０の構成は、図４のパ
ネルと同様である。また、手動運転モード選択スイッチ
７８０、自動運転モード選択スイッチ７８２を備えるこ
とも先のパネルと同様である。

【００１９】図６は、本移動作業機械のシステム構成を
示すブロック図である。移動作業機械を駆動、操作する
機構としては、エンジン３０により駆動される油圧ポン
プ１００を備え、油圧ポンプから送られる圧油は操作用
シリンダ１１０を介して操舵輪２４の操舵角を制御す
る。操舵制御装置１２０は、操舵制御アクチュエータに
より駆動される操舵制御機構１２４を有し、制御量は操
舵各センサ１２６で検知される。有人運転時にはステア
リング６０で手動操作される。

【００２０】圧油は油圧モータ１３０へ送られ、全ての
車輪２２，２４を駆動する。走行制御装置１４０は、走
行制御アクチュエータ１４２により駆動される駆動制御
機構１４４を有し、制御量は走行制御角度センサ１４６
で検出される。具体的にはアクセル開度の角度が制御、
検出される。有人運転時にはアクセルペダル９０により
手動操作される。

【００２１】圧油により駆動される油圧モータ１５０は
カッターユニット７０，７２のカッターを駆動する。カ
ッター駆動制御装置１６０は、カッター駆動アクチュエ
ータ１６２によって駆動される駆動制御機構１６４を有
し、制御量は動作確認センサ１６６で検知される。有人
運転時には操作レバー８０により手動操作される。圧油
により駆動される油圧シリンダ１７０は、芝刈りユニッ
ト７０を上下動させるカッター上下制御装置１８０は、
カッター駆動アクチュエータ１８２によって駆動される
駆動制御機構１８４を有し、制御量は動作確認センサ１
８６で検出される。有人運転時には操作レバー８０によ
り手動操作される。

【００２２】コントローラ２００は、地図情報手段２１
０、作業パス生成手段２２０、軌道目標値手段２３０、
位置推定手段２４０、誤差補正手段２５０、目標速度・
方向演算手段２６０を備える。目標速度・方向演算手段
２６０の出力は運転指令手段を介して各機器の制御装置
へ送られる。スイッチボックス３３０のメインスイッチ
によりエンジン制御装置３１０を介してエンジンが始動
される。車体フレーム２０のバンパーに設けたバンパー
スイッチ３２０は、車体が障害物に接したことを検出し
てエンジンを止めて、非常停止を実行する。

【００２３】本移動作業機械は、無人移動、作業を実行
するために、種々のセンサを有する。障害物認識センサ
３４０は、超音波等を用いて周囲の障害物を検知する。
移動作業機械が装備する内界センサ４００は、姿勢計測
センサ４１０、光ファイバジャイロ４２０、車速センサ
４３０を有し、機械の進行方向や移動量を検知する。操
舵角センサ１２６は操舵角度を検知し、走行制御センサ
１４６はアクセル角度を検知する。移動作業機械１は、
これらのセンサの情報と、コントローラが備える地図情
報によって無人運転による自律走行と自動作業が可能で
ある。

【００２４】図７は、ラジコンによる制御装置のブロッ
ク図である。図６で説明した制御装置のステアリング操
作６０Ｒ、アクセル操作９０Ｒ、カッターユニットの上
下動操作及びカッターの駆動操作８０Ｒがラジコンによ
り操作される以外は、手動操作の制御ブロック図と同様
である。

【００２５】図８は走行作業機械を用いて半自動制御装
置によって芝刈り作業を実行する場合の説明図である。
ゴルフコースは、ティーグランドＴ₁、フェアウェイ
Ｆ₁、パッティンググリーンＧ₁等を有し、ハザード
Ｈ₁，Ｈ₂等が配設されているいま、このゴルフコースの
フェアウェイＦ₁に隣接する作業エリアＬ₁の芝生を刈る
作業を行なうものとする。

【００２６】作業機械１は始動位置Ｃ₁から作業開始Ｃ₂
までマニュアルモードで運転され、光ファイバジャイロ
のヨー角データを調整した後に、操作パネルの自動運転
ボタン７４２を押し、自動運転モードに切り替えて直線
経路Ｐ₁上を自動走行する。この間に、オペレータは操
作パネル７００のカッタ操作スイッチを操作して芝刈り
を行なう。直線経路Ｐ₁の終点Ｃ₃に達すると、オペレー
タは、手動運転ボタン７４０を押してマニュアルモード
に切り替え、ステアリングホイールを操作して車体を１
８０度旋回させる。ポイントＣ₄において、自動運転ボ
タン７４２を押して自動運転モードに切り替え、直線経
路Ｐ₂を自動走行する。

【００２７】以下、順次、例えば直線経路等の自動運転
が容易な経路は、自動運転にまかせ、旋回動等の操舵が
複雑な経路は、マニュアルモードによってオペレータが
手動運転することにより、オペレータの負担を軽減し、
芝刈り作業の能率を向上することができる。

【００２８】図９はパッティンググリーンＧ₁に近接す
る作用エリアＬ₁を拡大して示す平面図、図１０は地形
の断面図である。作業エリアＬ₁が特に傾斜面の場合に
は、直進経路Ｐ₁を進む走行作業機械１が傾斜によるド
リフトの影響を受けて、直進経路から外れようとする要
因が作用する。このような場合には、ヨー角センサのデ
ータに、操作パネルのオフセットボタン７３２，７３４
を用いて補正を加えて、直進経路を維持することができ
る。

【００２９】図１１は半自動運転のフロー図である。ス
テップＳＴ１０でスタートした半自動運転は、ステップ
ＳＴ１１で手動モードに切り替えられ、ステップＳＴ１
２で手動運転によって自動運転開始位置へ移動する。ス
テップＳＴ１３でオペレータは自動モードボタンを押し
て自動モードに切り替えて、ステップＳＴ１４で自動運
転を実行する。自動運転中に直進経路から外れるような
ときには、ステップＳＴ１５で光ジャイロセンサのデー
タのオフセットの必要性をチェックし、必要に応じて、
オフセットボタンを押下してオフセット量を決定する
（ステップＳＴ１６）。

【００３０】ステップＳＴ１７で自動運転の実行終了を
確認し、ステップＳＴ１８で手動モードに切り替えて、
マニュアル運転を行なう。ステップＳＴ１９で次の自動
運転の予定をチェックし、必要になるステップＳＴ２０
で手動運転によって次の自動運転位置へ移動し、ステッ
プＳＴ１３以下の処理をくり返す。ステップＳＴ２１で
手動運転によって退避位置へ戻り、ステップＳＴ２２で
半自動運転を終了する。

【００３２】以上に説明した半自動運転の手動運転は、
オペレータが走行作業機械１上に搭乗して操作すること
も、あるいは、ラジコン操作装置を用いて遠隔操作によ
って手動運転を行なうことができる。

【００３３】

【発明の効果】本発明は以上のように、車体のヨー角度
のみを検知するセンサを備えて、予め与えられる地図情
報に基づいて無人移動しつつ作業を実行することが可能
な機械にあって、有人による手動運転モードと自動運転
モードとを任意に切り替えることができる構造を備え
る。そして、例えば直進しつつ芝刈り作業を行なうよう
な比較的単純な経路を走行する場合には自動運転モード
を選択してオペレータの負担を軽減する。操作パネルに
は、光ファイバジャイロ等のヨー角センサを補正するス
イッチが装備されていて、ヨー角センサの誤差に起因す
るデータを補正して直線走行を達成することができる。

【００３４】車体を旋回走行させたり、又は複雑な経路
に沿って走行する場合等には、手動運転モードに切り替
えてオペレータが手動運転する。以上のような半自動制
御方式を採用することによって、比較的簡単な制御装置
によって作業能率の良い走行作業機械を得ることができ
る。また、ラジコン制御装置を備えることによって、遠
隔操作によって手動運転と自動運転を達成することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の適用する芝刈り機の平面図。

【図２】本発明の適用する芝刈り機の側面図。

【図３】ステアリングの操作機構を示すブロック図。

【図４】操作パネルの概要を示す説明図。

【図５】ラジコン操作パネルの概要を示す説明図。

【図６】システム構成を示す説明図。

【図７】システム構成を示す説明図。

【図８】芝刈り作業を実行する場合の説明図。

【図９】パッティンググリーンに近接する作用エリアを
拡大して示す平面図。

【図１０】地形の断面図。

【図１１】半自動運転のフロー図。

【符号の説明】

１芝刈り機１０車体２２後輪２４前輪３０エンジン７０，７２芝刈りユニット２００制御装置４００内界センサ７００車載操作パネル７５０ラジコン操作パネル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松田有司千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号株式会社日立製作所産業機器事業部内 (72)発明者神谷敬之千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号株式会社日立製作所産業機器事業部内 (72)発明者青野俊宏茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者乙母正美千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号日立京葉エンジニアリング株式会社内 (72)発明者清野憲二千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号日立京葉エンジニアリング株式会社内 (72)発明者小林和男東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地株式会社日立製作所産業機器事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】操舵輪と駆動輪を有する車体と、操舵輪
を操作するステアリングと、ステアリングを手動又は自
動により操作する手段と、車体に装備される作業ユニッ
トと、車体のヨー角度を検知するセンサと、車体の進行
速度を検知するセンサと、予め与えられる地図情報に基
づいて車体の移動経路をプログラム制御する自律航法装
置と、手動運転と自動運転の選択スイッチと、ヨー角度
のセンサのデータを補正するオフセットスイッチを有す
る車載の操作パネルとを備えた走行作業機械の半自動制
御方式であって、車載の操作パネルの選択スイッチによって手動運転と自
動運転が任意に選択される走行作業機械の半自動制御方
式。
【請求項２】操舵輪と駆動輪を有する車体と、操舵輪
を操作するステアリングと、ステアリングを手動又は自
動により操作する手段と、車体に装備される作業ユニッ
トと、車体のヨー角度を検知するセンサと、車体の進行
速度を検知するセンサと、予め与えられる地図情報に基
づいて車体の移動経路をプログラム制御する自律航法装
置と、手動運転と自動運転の選択スイッチと、ヨー角度
のセンサのデータを補正するオフセットスイッチを有す
るラジコンの操作パネルとを備えた走行作業機械の半自
動制御方式であって、ラジコンの操作パネルの選択スイッチによって手動運転
と自動運転が任意に選択されるとともに、ラジコンによ
って手動運転される走行作業機械の半自動制御方式。