JPH1172336A

JPH1172336A - 移動機の位置計測装置

Info

Publication number: JPH1172336A
Application number: JP9234509A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Aono; 俊宏青野; Kenjiro Fujii; 健二郎藤井; Shintarou Hatsumoto; 慎太郎初本; Noriyuki Kamiya; 敬之神谷
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-08-29
Filing date: 1997-08-29
Publication date: 1999-03-16
Anticipated expiration: 2017-08-29
Also published as: JP3555003B2

Abstract

(57)【要約】【課題】起伏地においても高精度に位置を計る装置を
実現する。【解決手段】車体の垂直軸周りの角速度を計測する光
ファイバジャイロ１、車体の傾きを計る傾斜センサ４、
車速センサ１０、１１と、通信アンテナ２１からの補正
データを受け取ることで高精度な計測をするディファレ
ンシャルＧＰＳ、およびこれらのセンサデータを取込む
ためのコンバータａ〜ｅと、これらのセンサデータから
進行方向を計算する進行角計算機３とセンサの冗長性を
活かして高精度な位置を計算する位置計算機１６などか
らなる。これにより、起伏地での進行角が正しく求めら
れ、２つのＧＰＳにより固定側から移動側に補正データ
を送ることで精度の向上したＧＰＳを用い、各々の長所
を生かすように各誤差の分散に応じて比重を変えて位置
計算するので、自律移動機の制御に十分な精度で位置が
計算でき、しかも比較的安価なセンサの組合せで高精度
な位置計測ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は移動機の位置計測装置に
係り、特に、自律移動機などの制御のため、起伏のある
場所でも位置を高精度に計測するのに好適な移動機の位
置計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の位置を計測する方法としては、特
開平８−６８６５４号公報や特開平７−３０１５４１号
公報などが出願されている。これらは自動車のナビゲー
ション装置の位置センサとして使われることを想定した
もので、ＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉ
ｎｇＳｙｓｔｅｍ；全地球測位システム）、ジャイ
ロ、車速センサなどを用い、カルマンフィルタにより位
置を計算するものである。ＧＰＳだけでも、あるいはジ
ャイロと車速センサだけでも位置を計測できるが、これ
らを組み合わせて使うことにより、位置計測精度の向上
を狙ったものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】例えば、芝刈り機を自
動運転することを考える。グラウンド・ゴルフ場等で
は、芝を刈った跡の見た目の良さが要求されるため、刈
残しは許されない。そこで、隣り合う刈跡をある程度オ
ーバーラップさせることで刈残しを防いでいるが、オー
バーラップ幅が大きくなるほど作業効率は下がる。通常
許容されるオーバーラップ幅は１０〜３０ｃｍ程度であ
ることを考えると、１０ｃｍ程度の精度を目標に制御す
ることが望ましい。また、田や畑で農耕機械を自動運転
することを考えると、農耕機械の作業部分の幅は、多く
の場合１.５〜３ｍ程度であるので、効率よく作業する
には、この１割程度の精度、すなわち１５〜３０ｃｍ程
度の精度で走行する必要がある。高速道路での自動車の
自動運転を考えても、車線からはみ出さずに走行するに
は１０ｃｍの精度が要求される。

【０００４】しかし、上記従来例においては、ＧＰＳの
精度が１００ｍ程度であまりよくなく、ジャイロと車速
センサからのデータを用いてカルマンフィルタ等の方法
で補正しても、せいぜい十数ｍ程度の精度しか実現でき
ず、とうてい１０ｃｍの精度には達しない。１０ｃｍ程
度の精度で位置を計測するには、このような精度が１０
０ｍ程度のＧＰＳを用いてもあまり意味がなく、もっと
精度のいい計測手段を用いる必要がある。

【０００５】また、平坦地をまっすぐに進むときには、
ジャイロによって車体の垂直軸周りの回転角速度を計測
して、この角速度が“０”を保つように走行すればよい
が、起伏地で走行する場合には、車体垂直軸周りの回転
角速度を“０”に保って走行しても、走行軌跡を真上か
ら見おろしたらまっすぐにはなっていない。これは、起
伏によるロール・ピッチが影響するためである。起伏地
において位置を計測するには、上記従来例のような構成
では不十分で、ロール・ピッチを検出して補正すること
が必要である。上記従来例ではロール・ピッチの影響は
考慮されていなかった。

【０００６】また、ＧＰＳを用いるのなら、ＧＰＳのア
ンテナが車体のどこに取り付けられているのかというこ
とも問題になる。これは精度が１００ｍ程度のＧＰＳを
使うのであれば、車体のどこに取り付けようが、それほ
ど問題にはならないが、もっと精度のいい計測手段を用
いて、１０ｃｍの精度を目標に計測するとなると、アン
テナの位置が問題となる。アンテナの位置の影響は、車
体の傾斜・進行方向によって変わってくる。例えば、ゴ
ルフ場の中には傾斜が１０度程度のところもあるが、こ
の場合、２ｍの高さにアンテナがあると仮定すると、水
平位置のずれは３４ｃｍになる。この数値だけで許容さ
れる誤差の範囲を超えてしまっている。上記従来例では
このことは考慮されていない。

【０００７】また、移動体の位置を計測するには、計測
のリアルタイム性が要求されるが、ＧＰＳにおいては、
アンテナが衛星からの電波を受信してから、位置を出力
するのに遅れ時間が発生する。さらに、すべての計測周
期にＧＰＳデータが得られるわけではない。つまり、５
０ｍｓ毎に位置を計測したいとしても、ＧＰＳは１秒に
１回しか位置を出力しないという機種もある。このよう
なＧＰＳデータの不連続性も考慮する必要がある。

【０００８】本発明の目的は、自律移動機の制御におい
て、従来よりもさらに高精度な位置の計算が、例えば起
伏地でも可能となり、しかも、比較的安価なセンサ類の
組み合わせで実現できる移動機の位置計測装置を提供す
ることである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、以下のよう
に達成される。請求項１記載発明の移動機の位置計測装
置は、車体の垂直軸周りの角速度を計測するジャイロ
と、前記車体の地面の起伏による傾斜を計測する傾斜セ
ンサと、前記車体の速度を計測する車速センサと、前記
車体の位置を、ＧＰＳアンテナによって得た衛星からの
信号および補正データに基づいて計算するディファレン
シャルＧＰＳ受信機と、前記ＧＰＳに補正データを提供
する通信機と、前記角速度および傾斜に基づいて車体の
進行角を計算する進行角計算機と、前記車速、前記進行
角、前記傾斜、および前記ディファレンシャルＧＰＳに
よる位置に基づいて、前記車体の正確な位置を計算する
位置計算機とを備えている。ジャイロや各センサによる
計測は、経時的な誤差があるが精密である。ＧＰＳによ
る測定は、精度はラフであるが経時的な影響がない。こ
れらの特性を合わせることにより、例えば起伏地でも、
より正確な位置計算が可能になる。また、請求項２記載
発明の移動機の位置計測装置は、請求項１に記載の位置
計測装置において、前記ＧＰＳのデータの遅れと不連続
性、および前記ＧＰＳアンテナの位置の影響を考慮し、
前記ジャイロと傾斜センサと車速センサとによる内界計
測データと前記ＧＰＳデータに、それぞれの信用度に応
じた重み付けをすることで位置を計算することを特徴と
するので、各データの信用度に応じた加重平均を行うこ
とにより、正確度を向上させることができる。また、請
求項３記載発明の自律移動機は、請求項１または２に記
載の位置計測装置と、車体に積載されたＧＰＳの移動受
信機と、地上に固定されたＧＰＳの固定受信機とからな
り、前記固定受信機から前記移動受信機に補正データを
送信する通信手段と、前記車体の車輪を駆動するアクセ
ル制御手段と、前記車輪の切れ角を調節するステアリン
グ制御手段と、前記位置計測装置で計測された位置をも
とに、前記アクセル制御手段およびステアリング制御手
段を制御する信号を生成する制御コントローラとを備え
ていることを特徴とする。そのため、計測した車体位置
と目標軌道から、目標方向や目標速度を計算し、ステア
リングやアクセルを制御することができる。また、請求
項４記載発明の自律移動作業機は、請求項３に記載の自
律移動機に、前記制御コントローラにより制御される作
業手段が取り付けられていることを特徴とするので、例
えば、起伏地でも、十分な精度で作業が可能になる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照して説明する。「実施形態１：位置計測装置の実施形態」本実施形態の
構成と動作の一例を、まず各センサデータの取り込み方
の観点から、〈車速の計測〉〈車体垂直軸回りの回転速
度の計測〉〈車体の傾斜の計測〉〈ディファレンシャル
ＧＰＳによる位置の計測〉の順で説明し、次にこれらの
センサデータを処理する方法を、〈進行角の計算〉〈冗
長性を利用した位置の計算〉の順で説明する。

【００１１】〈車速の計測〉車速の計測の仕方として
は、車輪にエンコーダを取り付けて車輪の回転量に比例
したパルスを計測して、このパルスの数をカウンタで数
えるという方法がある。このような速度の計測方法をと
る場合、本実施形態における車速センサ１０、１１は、
エンコーダに相当し、コンバータｃ８、９は、パルス数
を数えてディジタル信号として出力するカウンタに相当
する。

【００１２】また、車速を計測する別の方法としては、
ドップラー速度計を車体前方に取り付けて、地面から反
射する波のドップラー効果により速度を計測する方法が
ある。この方法では、ドップラー速度計が出力するアナ
ログ信号をＡ／Ｄ変換して速度を取り込む。このような
方法をとる場合は、本実施形態における車速センサ１
０、１１はドップラー速度計に相当し、コンバータｃ
８、９はＡ／Ｄ変換器に相当する。

【００１３】〈車体垂直軸周りの回転角速度の計測〉車
体垂直軸周りの回転角速度は、光ファイバジャイロ１に
よって計測する。光ファイバジャイロ１は、中心軸が車
体の垂直軸に一致するように取り付けられなくてはなら
ない。これによって、車体の垂直軸周りの回転が検出で
きるようになる。光ファイバジャイロ１は、回転角速度
に比例した電圧を出力することもあるし、回転角速度を
シリアル通信データとして出力することもある。この電
圧またはシリアル通信データは、Ａ／Ｄ変換器またはシ
リアル通信データデコーダによってディジタルデータに
変換される。本実施形態におけるコンバータａ２は、こ
のＡ／Ｄ変換器またはシリアル通信デコーダに相当す
る。

【００１４】〈車体の傾斜の計測〉平坦地を走行するの
であれば、車速と車体垂直軸周りの回転角速度を計測す
れば車体の位置は計測できるが、起伏地を走行する場合
は、車体垂直軸周りの回転角速度を、地球の鉛直軸周り
の回転角速度に投影した成分を求めなくてはならない。
そこで、車体の傾斜を求める必要がある。車体の傾斜は
傾斜センサ４を用いて求める。車両の加速度が十分小さ
いのなら、重力を検知することで車体の傾斜は求まり、
車両の加速度が無視できない場合は、３軸の加速度セン
サと３軸のジャイロを組み合わせることで車体の傾斜は
求まる。この重力センサあるいは３軸加速度センサと、
３軸ジャイロの複合センサが、本実施形態における傾斜
センサ４に相当する。この傾斜センサの出力としては、
ロール・ピッチ姿勢をそれぞれアナログ出力するか、あ
るいはシリアル通信データとして出力する場合が考えら
れる。このときコンバータｂ５は、Ａ／Ｄ変換器あるい
はシリアルデコーダに相当する。

【００１５】〈ディファレンシャルＧＰＳによる位置の
計測〉ＧＰＳは人工衛星からの電波の伝搬時間を用いて
位置を計測するセンサである。カーナビゲーションに使
われるようなものは、人為的に加えられたノイズや、伝
達するまでの電離層などの影響により精度が１００ｍ程
度であるが、ディファレンシャルＧＰＳといって、位置
が既知の固定された場所に、ＧＰＳアンテナ２０とＧＰ
Ｓ受信機１９をおいて位置計測誤差を計算し、この誤差
を移動するシステムのＧＰＳ受信機１３に送信し、移動
システム側のＧＰＳ受信機１３は、この誤差を補正して
位置を計算することにより、高精度の位置を計測できる
システムもある。この精度は最近では１ｍ程度とも言わ
れている。移動体の制御には１０ｃｍ程度の精度で位置
が計測できることが望ましいので、本システムではこの
ディファレンシャルＧＰＳを用いる。多くの場合このデ
ィファレンシャルＧＰＳはシリアル通信の形で出力す
る。

【００１６】コンバータｄ１２は、このシリアル通信の
形の位置データをディジタルに変換する。また、１０ｃ
ｍ程度の精度の計測が要求される際には、ＧＰＳアンテ
ナ１４の傾きによる影響も考慮されなくてはいけない。
ここでは傾斜センサ４で車体の傾斜をはかり、光ファイ
バジャイロ１と傾斜センサ４のデータを基に進行角計算
機３で進行角を計算することにより、ＧＰＳアンテナ１
４の位置を位置計算機１６にて補正する。詳しい補正の
計算方法は後ほど説明される。以上、各センサデータの
取り込み方について説明した。次にこれらのセンサデー
タを処理する方法を、〈進行角の計算〉〈冗長性を利用
した位置の計算〉の順で説明する。

【００１７】〈進行角の計算〉起伏地における進行方向
を計算するには、車体垂直軸周りの回転角速度ωを、地
球の鉛直軸周りの回転角速度に投影した成分を積分する
ことで、進行方向αを求めなくてはならない。そのため
には、車体垂直軸周りの回転角速度と、車体の傾斜（ピ
ッチβ、ロールγ）を計測して、下記の数式１によって
車体の進行角を求めなくてはならない。なお、この計算
は、光ファイバジャイロ１と傾斜センサ４からのデータ
をもとに進行角計算機３で行われ、その結果は位置計算
機１６に送られる。

【００１８】

【数１】

【００１９】〈冗長性を利用した位置の計算〉移動体の
位置（ｘ、ｙ、ｚ）は、光ファイバジャイロ１、傾斜セ
ンサ４から求める進行角α、車体傾き角β、γと、車速
センサ１０、１１により計測される車速ｒから以下の数
式２に基づき計算できる。

【００２０】

【数２】

【００２１】この位置計算の仕方を内界計測という。ま
た、ＧＰＳ１３によっても位置（ξ、η、ζ）は計測で
きる。したがって、この計測系は冗長であるといえる。
内界計測は、短時間であれば高精度であるが、時間が経
つにつれて誤差が累積する。一方、ＧＰＳ１３による位
置計測の精度は時間には依存しないが、移動機を制御す
るには不十分である。そこで、計測の冗長性を活かし
て、時間に関係なく移動体の制御に十分な精度で位置を
計測したい。そのためには、各センサの誤差特性に応じ
て、内界計測データとＧＰＳデータに、各々の信用度に
応じて最適な重み付けをして位置を計算する必要があ
る。ここでは信用度に応じた最適な重み付けの方法を説
明する。なお、以下の説明では信用度のかわりに分散と
いう統計学用語を用いるが、分散が大きいほど信用度が
低いということである。

【００２２】車速の誤差をρ、進行角、ピッチ、ロール
の誤差をθ、φ、ψ、ＧＰＳの誤差を（δ、ε、κ）と
おき、内界計測の中心点から見たＧＰＳのアンテナの位
置を（−Ｓ、０、Ｈ）とし、ＧＰＳがｉ番目のデータを
出力する時間をｃ（ｉ）、このデータが出力されるまで
に要する時間をＤとおくと、観測のモデルは、数式３と
なる。

【００２３】

【数３】

【００２４】ここで、数式４とおくと、数式３は数式５
となる。

【００２５】

【数４】

【００２６】

【数５】

【００２７】この数式５において、下記の数式６は内界
計測による位置の変化を表している。また、数式７はＧ
ＰＳアンテナ１４の傾きによる影響を表す項である。

【００２８】

【数６】

【００２９】

【数７】

【００３０】ところで、ｉ番目までのＧＰＳデータが観
測されているときの、下記数式８の分散行列と推定量を
下記数式９とすると、

【００３１】

【数８】

【００３２】

【数９】

【００３３】ｉ番目までのＧＰＳデータが観測されてい
るときの、下記数式１０の分散行列と推定量は、数式１
１、１２となる。

【００３４】

【数１０】

【００３５】

【数１１】

【００３６】

【数１２】

【００３７】ここで、さらにｉ＋１番目のＧＰＳデータ
が観測されると、数式８の分散は、下記数式１３とな
る。

【００３８】

【数１３】

【００３９】ただし、下記数式１４は、ｉ＋１番目のＧ
ＰＳデータの分散行列である。

【００４０】

【数１４】

【００４１】このとき、前記数式１２に示される、ｉ番
目のＧＰＳデータを観測してからは、内界計測のみで計
算してきた位置と、ｉ＋１番目のＧＰＳによる位置（数
式１５）の最適な重みづけをした位置の推定量は、下記
数式１６で与えられる。

【００４２】

【数１５】

【００４３】

【数１６】

【００４４】ここで求められた推定量（上記数式１６）
は過去のものなので、内界計測のデータによって現在の
位置を求めるために、下記数式１７を計算する。

【００４５】

【数１７】

【００４６】以上より、位置の計算の仕方は、ＧＰＳデ
ータが出力されたときは、数式１１、１２、１３、１
６、１７に基づいて位置を計算し、ＧＰＳデータが出力
されていないときは、数式１７に基づいて計算すればよ
い。この計算は位置計算機１６にて行われる。

【００４７】これは、内界計測とディファレンシャルＧ
ＰＳのそれぞれの誤差の分散を計算して、この分散によ
って内界計測とディファレンシャルＧＰＳへのウェイト
を最適化することで、計算によって求められた位置の誤
差の分散を最小にしようというものである。

【００４８】図１１に、この計算過程のブロック図を示
す。ＧＰＳデータが観測されないときは、図１１で示さ
れるように、内界データをもとに、進行角を計算して、
計算された進行角と計測された速度をもとに位置を更新
していく。ＧＰＳが観測されると、内界計測の分散と、
内界計測とＧＰＳを両方用いたときの分散を計算し、こ
の２つの分散をもとにして、ＧＰＳデータにアンテナ位
置補正を行ったものと内界計測から計算した位置の加重
平均をとる。ここで求められる位置はＧＰＳの遅延時間
の分だけ遅れたデータなので、この遅れをこの間の進行
方向と速度を用いて補正する。

【００４９】〈本実施形態における動作〉以下、本実施
形態における位置計測装置の動作を、図２に示すフロー
チャートと図１１に示す計算プロセスのブロック図を用
いて説明する。コンバータａ２は光ファイバジャイロ１
からの角速度信号を、コンバータｂ５は傾斜センサ４か
らの傾斜角信号を、コンバータｃ８、９は車速センサ１
０、１１からの車速信号を、それぞれディジタル信号に
変換する（ステップ１、２、３、図１１の「内界データ
の収得」）。

【００５０】このディジタル化された角速度信号と傾斜
角信号とを用いて、進行角計算機３は進行角を計算する
（ステップ４、図１１の「進行角計算」）。ここで、Ｇ
ＰＳ受信機１３がＧＰＳアンテナ１４で捕らえた衛星信
号と、通信機１７で受信した位置補正信号とに基づき、
位置を計算し出力したならば（ステップ５、図１１の
「ＧＰＳデータの収得」）、コンバータｄ１２はＧＰＳ
受信機１３からの位置信号をｄｉｇｉｔａｌ信号に変換
し（ステップ９、図１１の「ＧＰＳデータの収得」）、
位置計算機１６は数式１１（図１１の「内界計測の分散
計算」）、数式１２（図１１の「内界計測による位置計
算」）、数式１３（図１１の「ＧＰＳ補正分散計
算」）、数式１６（図１１の「内界計測とＧＰＳによる
位置計算」）、数式１７（図１１の「遅延補正」）に基
づき、進行角と傾斜角と車速とＧＰＳデータから位置を
計算する。

【００５１】ＧＰＳ受信機１３が位置を出力しないなら
（ステップ５）、位置計算機１６は数式１７に基づき進
行角と傾斜角と車速から位置を計算する（ステップ６、
図１１の「遅延補正」に相当）。この計算された位置は
コンバータｅ７により変換されて、アプリケーションシ
ステム６（例えば自律移動機のコントローラ）に出力さ
れる（ステップ７）。計測の周期を一定にするために、
タイマ２２から割り込みが入るのをまち（ステップ
８）、ステップ１に戻る。

【００５２】〈本実施形態の効果〉本実施形態において
は、傾斜によるアンテナの位置も考慮した上で、冗長な
センサを用いて、それぞれのセンサの誤差特性に応じて
最適な重み付けをして位置を計算するので、各センサ情
報の長所が生かされ、ＧＰＳ単独あるいは内界計測単独
で計測したときよりも精度の良い位置が得られる。

【００５３】「実施形態２：本発明の自律移動機への適
用」位置計測装置を起伏地を対象とした自律移動機に搭
載した場合の実施形態を、図３に示すブロック図を用い
て説明する。〈目標軌道の与え方〉自律移動機が通るべき経路は予め
入力しておく。地上を移動する場合は、水平座標を与え
ておけば垂直座標は一意に決定できるので、目標軌道は
水平座標で記述する。すなわち、真上から見おろしたと
きに見える経路を与えるのである。目標軌道は、図５に
示すように、直線（ＬＩＮＥ）か曲線（ＡＲＣ）かの種
類と、始点座標、終点座標、回転中心座標、最低速度、
最高速度、加減速距離からなる。制御用コントローラ５
１はこれを順番に実行していく。

【００５４】〈目標方向の決め方〉この自律移動機は、
位置計測装置５０で計測された位置と目標軌道の位置関
係から目標方向を決め、目標方向に車体の進行方向が一
致するようにステアリング制御機構５３を制御する。目
標方向は、図６に示すように、車体の位置から目標軌道
へおろした垂線ベクトルに、ある係数をかけたものと、
目標軌道の接線ベクトルの和で決められる。このように
目標方向を決めると、車体の位置が目標軌道の上であれ
ば目標方向は目標軌道上をなぞるように決まり、車体の
位置が目標軌道からずれると目標方向は目標軌道に戻る
ように決まる。

【００５５】〈ステアリングとアクセルの制御〉車体方
向が目標方向に追従するようにステアリング制御機構５
３への指令量を制御コントローラ５１はＰＩＤ制御す
る。目標速度は、目標軌道で与えられる最低速度、最高
速度、加減速距離と観測された位置によって、図７に示
すように、制御コントローラ５１にて決められる。車体
速度が目標速度に追従するようにアクセル機構５２への
指令量を制御コントローラ５１はＰＩＤ制御する。自律
移動機に本位置計測装置５０を搭載した場合の動作の流
れを、図４のフローチャートにまとめる。

【００５６】〈本実施形態の効果〉従来技術では、起伏
地における自律移動は十分な精度が得られなかったが、
傾斜センサを用いて起伏に対応できるようにした位置計
測装置で位置を計ることにより、起伏でも十分な精度で
自律移動できるようになる。

【００５７】「実施形態３：本発明の自律移動作業機械
機への適用」前述の実施形態２で述べた自律移動機は、
作業機構を取り付けて、これを制御するようにすれば自
律移動作業機械となる。本実施形態では位置計測装置を
自律移動作業機械に搭載した場合を説明する。

【００５８】図８に、本自律移動作業機械の構成を示
す。これは、上記実施形態２の自律移動機に、作業機構
５５を取り付けて制御できるようにしたものである。こ
の場合の目標軌道のデータ構造を図１０に示す。これは
図５に示した目標軌道に作業情報をつけ加えたものであ
る。作業情報としては、たとえば作業機械が芝刈り機の
場合は、刃の上げ下げ、回転停止であるし、耕うん機の
場合は耕耘部の高さ、回転速さが相当する。また、農薬
散布機の場合は散布する農薬の圧力が作業情報に相当す
る。作業機構５５はこれらの芝刈り刃駆動装置や、耕耘
装置や、農薬散布機構に相当する。

【００５９】図９に、本自律移動作業機械の動作のフロ
ーチャートを示す。これは図５に示す自律移動機のフロ
ーチャートに、ステップ８として制御用コントローラ５
１が目標軌道で与えられている作業情報を作業機構に送
るようにしたものである。

【００６０】〈本実施形態の効果〉従来技術では、起伏
地における自律移動しながらの作業は十分な精度が得ら
れなかったが、傾斜センサを用いて起伏に対応できるよ
うにした位置計測装置で位置を計ることにより、起伏で
も十分な精度で自律移動しながら作業できるようにな
る。

【００６１】

【発明の効果】傾斜センサをつけて起伏地での進行角を
正しく求められるようにし、さらに２つのＧＰＳを用意
して固定側から移動側に補正データを送ることで精度の
良くなったＧＰＳを用いて、それぞれの長所を生かすよ
うに各誤差の分散に応じて比重を変えて位置を計算する
ことで、自律移動機を制御するのに十分な精度で位置が
計算できる。最近では人工衛星からの電波の位相を用い
て位置計測するＧＰＳもあり、この精度は数ｃｍに達し
ているが、非常に高価である。本発明では、このような
非常に高価なＧＰＳを使わなくても、比較的安価なセン
サを組み合わせることで自律移動に十分な高精度な位置
計測ができるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の位置推定装置の一実施形態の構成を示
すブロック図である。

【図２】本発明の位置推定装置の一実施形態のフローチ
ャートである。

【図３】本発明の一実施形態である自律移動機の構成を
示すブロック図である。

【図４】本発明の一実施形態である自律移動機のフロー
チャートである。

【図５】本発明の一実施形態である自律移動機で用いら
れる目標軌道のデータ構造の一例である。

【図６】本発明の一実施形態である自律移動機での目標
方向計算方法の一例である。

【図７】本発明の一実施形態である自律移動機での目標
速度計算方法の一例である。

【図８】本発明の一実施形態である自律移動作業機械の
構成を示すブロック図である。

【図９】本発明の一実施形態である自律移動作業機械の
フローチャートである。

【図１０】本発明の一実施形態である自律移動作業機械
で用いられる目標軌道のデータ構造の一例である。

【図１１】本発明の位置推定装置の一実施形態の処理の
ブロック図である。

【符号の説明】

１光ファイバジャイロ２コンバータａ３進行角計算機４傾斜センサ５コンバータｂ６アプリケーションシステム７コンバータｅ８コンバータｃ９コンバータｃ１０車速センサ１１車速センサ１２コンバータｄ１３ＧＰＳ受信機１４ＧＰＳアンテナ１５通信アンテナ１６位置計算機１７通信機１８通信機１９ＧＰＳ受信機２０ＧＰＳアンテナ２１通信アンテナ２２タイマ５０位置計測装置５１制御コントローラ５２アクセル制御機構５３ステアリング制御機構５４車輪５５作業機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車体の垂直軸周りの角速度を計測するジ
ャイロと、前記車体の地面の起伏による傾斜を計測する
傾斜センサと、前記車体の速度を計測する車速センサ
と、前記車体の位置を、ＧＰＳアンテナによって得た衛
星からの信号および補正データに基づいて計算するディ
ファレンシャルＧＰＳ受信機と、前記ＧＰＳに補正デー
タを提供する通信機と、前記角速度および傾斜に基づい
て車体の進行角を計算する進行角計算機と、前記車速、
前記進行角、前記傾斜、および前記ディファレンシャル
ＧＰＳによる位置等に基づいて、前記車体の正確な位置
を計算する位置計算機とを備えている移動機の位置計測
装置。
【請求項２】請求項１に記載の位置計測装置におい
て、前記ＧＰＳのデータの遅れと不連続性、および前記
ＧＰＳアンテナの位置の影響を考慮し、前記ジャイロと
傾斜センサと車速センサとによる内界計測データと前記
ＧＰＳデータに、それぞれの信用度に応じた重み付けを
することで、車体位置を計算することを特徴とする移動
機の位置計測装置。
【請求項３】請求項１または２に記載の位置計測装置
と、車体に積載されたＧＰＳの移動受信機と、地上に固
定されたＧＰＳの固定受信機とからなり、前記固定受信
機から前記移動受信機に補正データを送信する通信手段
と、前記車体の車輪を駆動するアクセル制御手段と、前
記車輪の切れ角を調節するステアリング制御手段と、前
記位置計測装置で計測された車体の位置に基づいて、前
記アクセル制御手段および前記ステアリング制御手段を
制御する信号を生成する制御コントローラとを備えてい
ることを特徴とする自律移動機。
【請求項４】請求項３に記載の自律移動機に、前記制
御コントローラにより制御される作業手段が取り付けら
れていることを特徴とする自律移動作業機。