JPS5911410A - 無人走行作業車 - 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】 本発明は無人走行作業車、詳しくは、往復走行工程を繰
り返して作業地の一端側から他端側に至る間に作業地内
の対地作業を行うように、各行程での処理済作業地と未
処理作業地の境界に沿って自動走行すべく、前記境界を
検出する倣いセンサーを備えだ無人走行作業車に関する
。

従来のこの種の無人走行作業車においては、走行地の境
界を検出するセンサーを車体に設けて、このセンサーの
境界検出結果に基いて操向車輪を所定方向に自動的にス
テアリングして、この境界に沿って所定コースを自動走
行すべく倣い走行制御が行なわれていた。

しかしながら、かかる従来の倣い走行制御では、前行程
での作業処理済走行地と未娠理走行地との境界を次行程
での倣い走行すべき走行地の境界として、前行程で作ら
れた走行コースの境界に順次倣い走行しながら所定作業
地範囲を自動走行すぺ〈制御されていたので、以下に示
すような欠点が有った。

即ち、走行コース途中に作業対象物が存在しなかったり
障害物があったりして走行地の境界が中断されているよ
うな場合には、前記倣いセンサーのみでは走行方向を転
換するための回向地部分の境界と判別できなくなって、
正常な倣い走行制御が行なわれなくなり、その結果、所
定の走行コースから大幅に走行方向がずれてしまったり
、あるいは自動走行が中断されてしまうというような不
都合を生じる欠点が有った。

本発明は、ト記実情に鑑みてなされたものであって、そ
の目的は、たとえ走行コース途中で、走行コースの境界
を検出できなくなってしまった場合でも自動走行が中断
されるととなく所定方向へ自動的に走行できるようにす
るととも、回向地部分でのみ確実に自動的に方向転換す
るヒ記目的を達成するために、木発Ｆ３Ａｖｃよる無人
走行作業車は、車体の移動距離を検出する距る所定走行
距離毎に前記方位センサーによって検出される方位情報
をサンプリングすることによシ前記作業地外周のティー
チングが行なわれ、このティーチング時にサンプリング
された方位情報と前記所定走行距離および一走行工程に
おける作業幅に基いて各行程毎の走行コース距離を算出
・記憶し、前記各行程毎の実際の走行距離が前記作業地
外聞ティーチングによって算出・記憶された走行コース
距離に略一致した場合のみ走行方向を自動的に転換すべ
くステアリングする手段を設けである、という特徴を備
えている。

ヒ記特徴構成故に、下記の如き優れた効果が発揮される
に至った。

υ（Ｊち、予め作業地外周をティーチングするととによ
って、算出・記憶しである走行コース情報に基いて、方
向転換のための制御の禁止・解除を行なうようにしであ
るから、走行コース途中で誤って方向転換するというよ
うな不都合が完老に解消できるに至ったのである。

以ド、本発明の実施例を図面に基いて説明する。

第１図および第２図に示すように、車体（１）の前後輪
＋２１　、　＋３１の中間部に芝刈装置（４）をｈＦ動
自在ＶＣ懸架するとともに、車体（１）前方に走行地の
境界である芝地の未刈地と既刈地との境界を判別するた
めの後記構成になる倣いセンサー（５Ａ）。

（５Ｂ）を車体は）前方左右夫々に設け、この倣い省ン
サー（５Ａ）、　（５Ｂ）の境界検出結果に基いてステ
アリング制御されて所定走行コースを自動走行可能な無
人走行作業車としての芝刈作業車を構成しである。

尚、この芝刈作業車Ｖｉ畢休体１）前方に接触式の障害
物感知センサー（６）を備えてあり、走行コースにに有
る障害物を感知可能なように構成されている。

更に、前記車体（１）には、この車体（１）の移動距離
を連続的に検出すべく単位走行距離（ｋｌ当ｐ１回のパ
ルスを発生する距離センナ−（７）としての第５輪（７
Ａ）を設けるとともに、走行方向を検出する方位センサ
ー（８）を設けである。

そして、前記前輪＋２１　、　＋２１は操向車輪として
、通常は前記倣いセンサー（５Ａ）ｖ（５Ｂ）の境界検
出結果または障害物感知センサー（６）の障害物感知結
果に基いて、油圧シリンダ（９）によって左右力向に所
定量ステアリングされるべく構成しである。

前記倣いセンサー（５Ａ）、（５Ｂ）は、夫々、芝刈装
置（４）の前方左右両端部分に配置された同一構成にな
る一対の光センサ−（ｓ、、ｓ、　）　＊　（ｓ：、　
ｓ：）によって構成されている。

前記光センサ−（ｓ、、　ｓｊ　、　（Ｓ？、　Ｓζ）
は、第８図に示すように、各々車体（１］に対して左右
力向に隣接して配置されたコの字形状のセンサー７レー
ム００．０αを前記芝刈装置（４）に設けたセンツー−
取付７１ノーム（ＩＩＪに固着し、このセンサー７レー
ムでいる。　そして、この発光素子（Ｐ、）と受光素子
（Ｐ２）との間に、車体（１）の走行に伴って導入され
る芝の有無を感知することによって、未刈地上既刈地と
の境界を判別すべく構成しである。

第４図（で示すように、前記光センサ−（Ｓ、、Ｓ、）
より成る倣いセンサー（５Ａ）、又は、光センサ−（Ｓ
’、、Ｓ’、）より成る倣いセンサー（５Ｂ）の一方が
未刈地（１２Ｂ）上にある場合は、能力の倣いセンサー
の外側に配された光センサ−（Ｓｌ）又は光センサ−（
５４）のみが既刈地（１２Ｃ）ヒにあるようにステアリ
ングされて走行し、芝刈作業地（１２Ａ）周囲の回向地
（１２Ｄ）に至ると、これまで未刈地（１２Ｂ）側にあ
った倣いセンサーの方向に回向するように制御される。

　尚、回向地（１２Ｄ）は後述するように予め人為的に
既刈地にされてあり、この回向地（１２Ｄ）に至ったこ
とは倣いセンサー（５Ａ）。

（５Ｂ）を構成する光センサ−（Ｓ、）　、　（Ｓ、）
　、　（Ｓ：）　、（Ｓ’、）全部が既刈地を検出する
ことによって判別されるものである。

又、前記倣いセンサー（５Ａ）、（５Ｂ）は光センサ−
（Ｓ、、Ｓ、）　、　（Ｓｊ、Ｓ参を用いるものに限ら
ず、接触式、非接触式を問わず、どのような形式のセン
サーから構成してもよい。

一方、前記障害物感知センサー（６）は、車体（１）前
方で左右方向に略作業幅（ｄ）全体に亘って配置され、
通常ｆｉ前方に向かつて付勢されておシ、障害物が接当
すると夫々個別に後方へ回動するように構成された４つ
の接触部材（６ａ）、（６ｂ）＝（６ｃ）、（６ｄ）を
設けるとともに、この接触部材（６ａ）、（６ｂ）、（
６ｃ）、（６ｄ）の後方への回動を検出するスイッチ（
Ｓ、）・・を各基端部（６ｅ）・・に設けた構成となっ
ている。

そして、前記スイッチ（Ｓ、）・・の作動位置によって
、障害感知センサー（６）への障害物接当位置範囲を４
分割して感知可能に構成されている。

前記方位センサーｆ８１　＃−１、第５図に示すように
トロイダルコア（８ａ）に励磁コイル（Ｃｏ）を施し、
その上から直径方向にお互いに直交した出力コイル（Ｃ
ｘ）、（Ｃｙ）を巻いてあり、前記励磁コイル（Ｃｏ）
ｖｃ交流電流を流しであるトロイダルコア（８ａ）に外
部磁界（地磁気）が加わると出力コイル（Ｃｘ）　、　
（Ｃｙ）にこの外部磁界に比例した交流信号電圧を発生
すべく構成しである。

そして、前記出力コイル（Ｃｘ）、（Ｃｙ）　ＶＣ発生
した交流信号電圧を所定のレベルまで増幅した後、直流
電圧化し、この直流電圧ｆｆｘ）、（Ｖｙ）の比から方
位を判別すべく構成しである。

更に、前記力位センサー（８）を構成するトロイダルコ
ア（８ａ）は、上下軸芯ＣＰ）周りに８６０°回動自在
に回転機構図を設けてあり、前記出力コイル（Ｃｘ）、
（Ｃｙ）の方位に対する検出磁気感度差を補正するとと
もに、所定方位に対する車体（１）の相対的な走行方向
の方位を検出すべく構成しである。

前記回転機構（Ａ）を構成するに、非磁件体のブラケッ
ト（８ｂ）に前記トロイダルコア０８ａ）を固定すると
ともに、このブラケット（８ｂ）を左右方向に回転自在
にモータ（８ｃ）を設け、その回転角度（θ）を検出す
るセンサー回転角度検出装置としてその軸芯（Ｐ）　Ｅ
にポテンショメータ（ＰＭ）を設ケである。　尚、この
方位センサー（８）としては、前記前輪＋２１　、　＋
２１のステアリング角又は、前記距離センサー（７）と
しての第５輪（７Ａ）の走行方向角を検出して、走行方
向を検出するような他の形式のセンサーを用いてもよい
。

一方、前記距離センサー＋７１　ｔｒｉ、車体（１）の
単位移動用Ｍ　（ｋ）毎に１回のパルスを発生して、こ
のパルスを所定回数カクントすることによって所定移動
距離（ｌ。）を検出すべく構成しである。

以下、前記構成になる各センサー（５Ａ）、（５Ｂ）。

＋６１．＋７＋、　＋８１からの情報に基いて、車体（
１）の走行を制御する制御システムについて説明する。

第６図に示すように、制御システムは、マイクロコンピ
ュータを主要部とする演算制御装置（１３に入力インタ
ーフェース（１４１を介して前記倣いセンサー（５Ａ）
　、　（５Ｂ）、障害物感知センサー（６）、距離セン
サー（７）、及び方位センサー（８）の各信号が入力さ
れてあり、これら各センサーからの信号に基いて、電磁
パルプ（１５１を作動させて、アクチエータである油圧
シリンダ（９）を駆動して、前輪＋２１　、　［２１と
変速装置（１０を操作すべく、出力インターフエ、−ス
（１７１に演算結果である制御信号を出力すべく構成し
である。

そして、曲記第４図に示した、芝刈作業地（１２Ａ）に
おける芝刈作業を行うに先だって、回向地（１２Ｄ）部
分を予じめ人為的に既刈地とすべく、作業者が運転して
芝刈作業を呑ないながら１行程又は２行程走行し、この
間に、前記距離センサー（７）および力位センサー（８
）によって、作業地外周をサンプリングし、このサンプ
リング情報に基いて作業地概形をティーチングして、倣
い走行すべき走行コースの各行程毎の距離（１，〜／Ｈ
）を算出するのである。

その後、既刈地（１２Ｃ）と未刈地（’１２Ｂ）の境界
に沿って未刈他側を自動走行すべく、前記倣いセンサー
（８Ａ）、（８Ｂ）によって倣い走行制御ｔ　行なうの
であるが、この回向地（１２Ｄ）間を走行中に距離セン
サー（７）によって実際の移動距離（Ｉりを積算して、
この移動距離（１）、が前記各行程毎の走行予定距離（
／、〜ｌ、）と略一致した場合のみ方向転換すべく制商
１するのである。

先ず、作業地外ＩＭティーチング時の走行方向の方位丈
ンプリングと、そのサンプリング情報に基いて、その走
行コースの各丈ンズリング点の座標を算出して、作業地
概形を求める手１頃を、第７図ＫＪ　、　（口ＩＶＣ示
すティーチング概念図および第８図（イ）〜（へ）、（
ワ）に示す７０−チャートに基いて説明する。

この作業地概形ティーチングは大路次の８つのステップ
（１１、（ＩＩ）　、　（Ｉｌｌ）から構成しである。

即ち、ステップ（１）では、前記力位センサー（８）に
よって検出される地磁気の全方位に対する検出感度を補
正するとともに、検出された絶対的な方位を作業地（１
２Ａ）の所定方向（スタート地点（ＳＴ）から図示ヒ方
に向かう方向）に対して車体（１）の相対的な走行方向
の方位変化としてサンプリングするために、作業地外周
ティーチングに先りって、車体停止時にこの方位センサ
ー（８）を予め８６０度回転させて、所定角度（θｐ）
毎に検出される検出電圧（Ｖｘ）、（ｖｙンをサンプリ
ングして、基準方位に対応する平均検出電圧（Ｘ）、（
Ｙ）を算出する。

次に、ステップ（１１）では、芝刈作業地（１２Ａ）　
ノ外周すなわち回向地（１２Ｄ）部分を前記芝刈装置（
４）の刈幅（ｄＪ分１行程、父は２行程（刈幅（２ｄ）
分）人為的に芝刈作業を行ないながら走行する。

そして、この走行中に、スタート地点（ＳＴ）を基準に
、所定移動距離（ｌ。）毎に方位センサー（８１Ｋより
検出された電圧（Ｖｘ　）　、　（ｖｙ　）を前記基準
方位電圧（Ｘ）、（Ｙ）に対する変位数に変換された方
位情報（Ｘｎ）ｅ（Ｙｎ）をサンプリングしてメモリの
所定アドレス領域に順次記憶する。

とのようにして、作業地外周をティーチングした後は、
前記スタート地点（ＳＴ）、若しくはこのスタート地点
の近辺に車体（１）を一端停止させて、以下に示す手順
により前記スタート地点（ＳＴ）に対する方位サンプリ
ン地点の各座標（Ｘｌ。

ｙｎ）を算出する。

即ち、前記力位情報（Ｘｎ＋Ｙｎ）と基準方位電圧（ｘ
、ｙ）を夫々比較して、走行力向の象限を判別して基準
方位に対する走行方向の方位（θ）を算出し、この方位
（θ〕と前記所定移動距離（ｌ。）、および前回のサン
プリング地点の座標（ｘｎ−１，ｙｌ−１）に基いて、
各サンプリング点の座標（ｘｎｑｙｎ）を算出して、前
記方位情報（Ｘｎ、Ｙｎ）を記憶していたメモリの同一
アドレスに順次記憶させて、外周ティーチング時に検出
した方位情報（Ｘｎ、Ｙｎ）を作業地外周の座標情報（
ｘｎｑｙｎ）ＶＣ変換する。

尚、スタート地点（ＳＴ）の座標（ｘｎｑｙｎ）　Ｉｒ
ｉ予め座標（０，０）としてあシ、その池のサンプリン
グ地点の座標（ｘｎ、ｙｎ）　Ｊ”ｊこの基準座標（ｏ
、ｏ）からの相対的な距離として算出されるものである
。

次に、以上説明し九手順によってスタート地点（ＳＴ）
に対する座標系に変換されたティーチング時のサンプ・
リング情報は、第７図ｔｏ）ＶＣ示すように、前記芝刈
装置（４）の刈幅（ｄ）に対応する座標系に、以下に示
す手順によって再度変換される。

即ち、前記サンプリング地点の座標（ｘｎｅｙｎ）のＸ
座標の最大（ｘｒｒｌａｘ）及び最小（ｘｍｉｎ）を算
出し・この最小Ｘ座標（ｘｍｉｎ）を基準に前記刈幅（
ｄＪ分移動したＸ座標（ｘｋ）に対応するＸ座標（Ｙｋ
。

ｙ′ｋ）を補間法に基いて順次算出して、前記サンプリ
ング地点の座標（ｘｎ　ｖ　ｙｎ　）を記憶しであるメ
モリの所定アドレス＠域に有るデータと総入換えして、
芝刈作業に直接対応可能な座標（ｘ　ｋ。

ｙｋ、ｙ′ｋ）として作業地概形を算出・記憶する。

このようにして、算出された座標（Ｘ２．ｙ′に、ｙ′
ｋ）情報は、前記外周ティーチング時に記憶されるサン
プリング情報に要するメモリの使用量に比較してより少
ないメモリ領域で記憶可能であるから最終的にメモリ使
用量が少なくてすむのである。

そして、ステップθＩｌ＋では、Ｅ記刈幅（ｄｌ毎に対
応した座標（ｘｋ嘗ｙｋ、ｙ′ｋ）に基いて、１行程光
りの各走行予定距離（１，〜／ｎ）を前記Ｘ座標（Ｖｋ
　、　Ｙ’ｋ　）より算出して概形ティーチング後の芝
刈作業における走行コース情報として記憶させるのであ
る。

その後は、前記第４図に示すように、前記スタート地点
（ＳＴ）近辺の回向地（１２Ｄ）部分より未刈地と既刈
地の境界に沿って、倣い走行すべく、倣いセンサー（５
Ａ）、（５Ｂ）の境界検出結果に基いて、前ｆｉｌ＆＋
２１　、　＋２１をステアリングして、倣い走行制御が
開始されて、所定方向に順次自動走行するのである。

一方、この倣い走行中に、前記回向地（１２Ｄ）間の走
行コース上に障害物（１２Ｅ）が有り、前記障害物感知
センサー（６）がこの障害物（１２Ｅ）を感知すると、
前記倣いセンサー（５Ａ）、（５Ｂ）　Ｋよる検出信号
に基いた倣い走行制御１＋Ｉ先して、障害物回避制御が
行なわれるべく構成されている。

次に、前記倣い走行制御および障害物回避制御の際に夫
々走行した走行コース情報をサンプリングして記憶する
たイーチングについて説明する。

この走行コースティーチングは、距離センサー（７）に
よって、予じめ走行コースのサンプリング間隔として決
定しである所定移動距離（ｊ、）毎のパルス力クントに
より発せられる信号によって最優先で起動される割込み
娠理として構成しである。

尚、このプログラムは、前記第４図に示した、回向地（
１２Ｄ）から未刈地（１２Ｂ）へ車体（１）が進入して
、倣いセンサー（５Ａ）　、　（５Ｂ）を構成する光セ
ンサ−（Ｓｌ）、（Ｓ、）、（Ｓｌ）、（Ｓｚ）ノイス
レカカ未刈地ヲ検出した時点から開始され、全光センサ
ー（Ｓ、）。

（Ｓ、）　、　（Ｓ？）　、　（Ｓ’、）が回向地（１
２Ｄ　）において既刈地を検出した時点で終了するよう
に、−行程毎の走行コース情報をサンプリングして記憶
するように構成しである。

即ち、未刈地（１２Ｂ）の回向地（１２Ｄ）の一端から
倣い走行が開始されると同時に前記距離センサー（７）
からのパルス信号をカウント開始して、所定移動距離（
１０）車体（１）が走行すると、その時点での前記力位
センサー（８）によって検出された走行方向（θ）と、
前記カウント開始時からの現在までの総移動距離（／ｌ
とを制御装置（１３１内に設けてめる所定メモリ範囲に
走行コー尤ケンプリングしたティーチング情報として記
憶するのである。

この走行コース情報のサンプリングは、前記障害物回避
制御時にも行なわれるもので、その際に走行した所定移
動距離（１０）毎のステアリング角、すなわち走行方向
（θ）も同様にして記憶する。

そして、次行程では、第４図に示すように、−行程毎に
走行方向が反転するので、ｌａ記前行程でティーチング
した走行コース情報を記憶した順序とは逆方向から読出
すべく前記距離センサー（７）からの信号によってメモ
リのアドレスを逆カクントすべく構成しである。

一方、このように実際の走行コースをティーチングしな
がら倣い走行中に、前記倣いセンサー　（５Ａ）、（５
Ｂ）の少なくとも一方が未刈地を検出しなくなった場合
は、その時点で前行程でティーチングしである前行程の
走行コース情報（１゜θ）を参照して、対応する回向地
（１２Ｄ）からの現在までの総移１１距離地点での走行
方向（θ）と１８００反転した方向に強制的にステアリ
ングしてｎａ進させて、所定の走行方向へ自動的に走行
すべくプレイバンク制御するのである。

又、走行コース上に芝がはげた部分等があって、前記倣
いセンサー（５Ａ）、（５Ｂ）の両方が未刈地（１２Ｂ
）を検出しなくなった場合には、その時点での出発回向
地からの総移動用Ｍ　Ｉｔ）と前記概形ティーチング時
に予め算出記憶しである１行程光りの走行予定距Ｈ（ｔ
＋〜Ｉｎ）とを比較して、この実際の走行距離（１）が
走行予定距離（ｌＩ−ｉｎ　）に対して誤差範囲を含め
て尚少ない場合は、前記同様に前行程での走行方向情報
（ｌ！、θ）を参照して、強制的にステアリング制御し
て、所定方向に自動的に走行させるのである。

尚、この場合に、前行程でティーチングされた情報に基
いてステアリングさせるのではなく、倣いセンサー（５
Ａ）、（５Ｂ）のいずれか、又は両方が未刈地（１２Ｂ
）を検出するまで、単に直進すべく倣い走行制御を禁止
するように簡略化してもよい。

そして、倣いセどサー（５Ａ）、（５Ｂ）の両方が既刈
地すなわち回向地（１２Ｄ　）を検出し、かつ、１行程
当シの実際の走行距離（１）が、前記走行予定距離（ｌ
、〜ｉｎ）に略一致した場合のみ、回向地（１２Ｄ）に
おいて、自動的に方向転換すべく最大限にステアリング
されて、車体（１）が自動的に旋回して、次行程の倣い
制御が開始されるのである。

又、倣い制御による自動走行中に障害物回避制御が行な
われた際にも、障害物（１２Ｅ）を迂回後の走行コース
が前記プレイバック制御によって修正され、自動的に所
定走行コース上に復帰すべくステアリングされるのであ
る。

このようにして−行程毎にティーチングされた走行コー
ス情報（ｌｌθ）け、回向地（１２Ｄ）において、車体
（１）が方向転換する際に、前行程で記憶したメモリ範
囲へ、現行程で新たにティーチングされた走行コース情
報（ｌ、θ）をブロック転送して、記憶内容を順次更新
しながら走行地の境界に沿って倣い走行するのである。

尚、第８図げ】〜（！、ＩＪ　ｉｊ以上説明した制御装
置（１３１〕！ＩＩＩＪ作を示すフローチャートである
。

ところで、本実施例においては、作業地概形を算出する
ために作業地外周をティーチングする構成（−、で加え
て、更に、各行程を実際に走行中も走行コースをティー
チングする構成としたが、作業地の状態が良い場合等は
この各行程での走行コースのティーチングを省略して、
簡略化してもよい。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る無人走行作業車の実施例を示し、第
１図は芝刈作業車の全体側面図、第２図は芝刈作業車の
全体平面図、第８図は倣いセンサーの要部正面図、第４
図は走行コースの説明図、第５図は方位センサーの構成
を示す概略図、第６図は制御システムのブロック図、第
７図イ）は外周ティーチングの概念図、第７図呻）は座
標変換の概念図、そして、第８図ビ）〜（す１Ｖｉ。 制御装置の動作を示すフローチャートである。 （１）・・・・・・＄１．　　（５Ａ）、（５Ｂ）・・
・・・・倣いセンサー、（６）・・・・・・障害物感知
センサー、（７）・・・・・・距離センサー、（８）・
・・・・・方位センサ−１（θ）・・・・・・走行方向
の力位情報、（１，）・・・・・・所定走行距離、（１
１）〜（ｉｎ）・・・・・・各行程の走行コース距離。 第２図 第３図 １ 第４図 第７　図 （イ） （ロ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 往復走行工程を繰り返して作業地の一端側から熊端側に
   至る間に作業地内の対地作業を行うように、各行程での
   処理済作業地と未処理作業地の境界に沿って自動走行す
   べく、前記境界を検出する倣いセンサー（５Ａ）　、　
   （５Ｂ）を備えた無人走行作業車であって、車体（１）
   の移動距離を検出する距離セン”ｊ　−＋７）および走
   行方向を検出する方位センサ−（８）を設け、前記距離
   センサー（７）によって検出される所定走行用ｆ＃１　
   （１，：）毎に前記力位センサー＋８）　Ｋよって検出
   される方位情報（θ）をブ゛ンプリングすることにより
   前記作業地外周のティーチングが行なわれ、このティー
   チング時にテンブリングされた方位情報（のと前記所定
   走行用ｍ（１，）および−走行工程における作業幅（ｃ
   ｌ）に基いて各行程毎の走行コース距離（１，〜ｉｎ）
   を算出・記憶し、ｎＱ記各行程毎の実際の走行距離が前
   記作業地外周ティーチングによって算出・記憶された走
   行コース距離（１，〜ｉｎ）に略一致した場合のみ走行
   方向を自動的に転換すべくステアリングする手段を設け
   であることを特徴とする無人走行作業車。