JPS6232806B2 - - Google Patents

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つて
自動走行すべく、前記境界を検出する倣いセンサ
ーを備えた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
に沿つ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処理走行地
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
すべく制御されていたので、以下に示すような欠
点が有つた。

即ち、走行コース途中に作業対象物が存在しな
かつたり障害物があつ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つて、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つたり、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つた。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであ
つて、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つてしまつた場
合でも自動走行が中断されることなく所定方向へ
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無人走行作
業車を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明による無人
走行作業車は、車体の移動距離を検出する距離セ
ンサーおよび走行方向を検出する方位センサー
と、前記作業地の外周テイーチング時に前記距離
センサーによつて検出される所定走行距離毎に前
記方位センサーによつて検出される方位情報をサ
ンプリングし、記憶するサンプリング手段と、こ
の記憶された方位情報と前記所定走行距離とから
前記作業地の概形及び走行基準となる座標を算出
する手段と、算出された作業地概形、座標、及び
所定の作業幅に基づいて各行程毎の走行コース距
離を算出・記憶する手段と、前記各行程毎の実際
の走行距離が前記作業地外周テイーチングによつ
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
ングする手段とを設けてあるという特徴を備えて
いる。

上記特徴構成故に、下記の如き優れた効果が発
揮されるに至つた。

即ち、予め作業地外周をテイーチングすること
によつて、前記作業地範囲を作業していく予定走
行コースを算出・記憶し、この算出・記憶してあ
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てあるから、走
行コース途中で誤つて方向転換するというような
不都合が完全に解消できるに至つたのである。

以下、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２，３の中間部に芝刈装置４を上下動自在に
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１前方左右夫々に設け、この倣いセンサー５
Ａ，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てある。

尚、この芝刈作業車は車体１前方に接触式の障
害物感知センサー６を備えてあり、走行コース上
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ｋ当り１回の
パルスを発生する距離センサー７としての第５輪
７Ａを設けるとともに、走行方向を検出する方位
センサー８を設けてある。

そして、前記前輪２，２は操向車輪として、通
常は前記倣いセンサー５Ａ，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によつて左右方向に所定
量ステアリングされるべく構成してある。

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ーS₁，S₂，S₁′，S₂′によつて
構成されている。

前記光センサーS₁，S₂，S₁′，S₂′は、第３図に
示すように、各々車体１に対して左右方向に隣接
して配置されたコの字形状のセンサーフレーム１
０，１０を前記芝刈装置４に設けたセンサー取付
フレーム１１に固着し、このセンサーフレーム１
０，１０の内側対向面に夫々発光素子P₁，P₁と受
光素子P₂，P₂を一対として設けた構成となつてい
る。そして、この発光素子P₁と受光素子P₂との間
に、車体１の走行に伴つて導入される芝の有無を
感知することによつて、未刈地と既刈地との境界
を判別すべく構成してある。

第４図に示すように、前記光センサーS₁，S₂よ
り成る倣いセンサー５Ａ、又は、光センサー
S₁′，S₂′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、他方の倣いセンサーの
外側に配された光センサーS₁又は光センサー
S₁′のみが既刈地１２Ｃ上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
つ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
至つたことは倣いセンサー５Ａ，５Ｂを構成する
光センサーS₁，S₂，S₁′，S₂′全部が既刈地を検出
することによつて判別されるものである。

又、前記倣いセンサー５Ａ，５Ｂは光センサー
S₁，S₂，S₁′，S₂′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全体に亘つて配置さ
れ、通常は前方に向かつて付勢されており、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，６
ｄ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ツチS₃
……を各基端部６ｅ……に設けた構成となつてい
る。

そして、前記スイツチS₃……の作動位置によつ
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８は、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
Cx，Cyを巻いてあり、前記励磁コイルCoに交流
電流を流して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
成してある。

そして、前記出力コイルCx，Cyに発生した交
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Vx，Vyの比から方位を
判別すべく構成してある。

更に、前記方位センサー８を構成するトロイダ
ルコア８ａは、上下軸芯Ｐ周りに360゜回動自在
に回転機構Ａ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てある。

前記回転機構Ａを構成するに、非磁性体のブラ
ケツト８ｂに前記トロイダルコア８ａを固定する
とともに、このブラケツト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
上にポテンシヨメータPMを設けてある。尚、こ
の方位センサー８としては、前記前輪２，２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７は、車体１の単位移
動距離ｋ毎に１回のパルスを発生して、このパル
スを所定回数カウントすることによつて所定移動
距離l₀を検出すべく構成してある。

尚、前記距離センサー７及び方位センサー８
は、共にサンプリング手段を構成する後述の演算
制御装置１３に入力インターフエイス１４を介し
て接続されている。

以下、前記構成になる各センサー５Ａ，５Ｂ，
６，７，８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
ロコンピユータを主要部とする演算制御装置１３
に入力インターフエース１４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、電磁バルブ１５を作動させて、アクチユータ
である油圧シリンダ９を駆動して、前輪２，２と
変速装置１６を操作すべく、出力インターフエー
ス１７に演算結果である制御信号を出力すべく構
成してある。

そして、前記第４図に示した、芝刈作業地１２
Ａにおける芝刈作業を行うに先だつて、回向地１
２Ｄ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行ないながら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
よび方位センサー８によつて、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
地概形をテイーチングして、倣い走行すべき走行
コースの各行程毎の距離l₁〜ｌ_o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
沿つて未刈地側を自動走行すべく、前記倣いセン
サー５Ａ，５Ｂによつて倣い走行制御を行なうの
であるが、この回向地１２Ｄ間を走行中に距離セ
ンサー７によつて実際の移動距離ｌを積算して、
この移動距離ｌが前記各行程毎の走行予定距離l₁
〜ｌ_oと略一致した場合のみ方向転換すべく制御
するのである。

先ず、作業地外周テイーチング時の走行方向の
方位サンプリングと、そのサンプリング情報に基
いて、その走行コースの各サンプリング点の座標
を算出して、作業地概形を求める手順を、第７図
イ，ロに示すテイーチング概念図および第８図イ
〜ヘ，リに示すフローチヤートに基いて説明す
る。

この作業地概形テイーチングは大略次の３つの
ステツプ，，から構成してある。

即ち、ステツプでは、前記方位センサー８に
よつ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１２Ａの所定方向（スタート地点STか
ら図示上方に向かう方向）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、作業地外周テイーチングに先だつて、車
体停止時にこの方位センサー８を予め360度回転
させて、所定角度θ_p毎に検出される検出電圧
Vx，Vyをサンプリングして、基準方位に対応す
る平均検出電圧，を算出する。

次に、ステツプでは、芝刈作業地１２Ａの外
周すなわち回向地１２Ｄ部分を前記芝刈装置４の
刈幅ｄ分１行程、又は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l₀毎に方位センサー８により検出された
電圧Vx，Vyを前記基準方位電圧，に対する
変位量に変換された方位情報Xn，Ynをサンプリ
ングしてメモリに順次記憶する。

このメモリでは、アドレスで指定される記憶領
域が設定されており、各記憶領域には前記方位情
報を記憶させる。ここでの記憶方式は、前記アド
レスを０以上の整数を示すｎで表し、スタート地
点STではｎ＝０と設定して、所定走行距離l₀走
行する毎に、方位情報のXnをアドレスｎに、Yn
をアドレスｎ＋１に記憶させ、１所定走行距離l₀
走行分のテイーチングが終了する毎にアドレスｎ
をｎ＋２として次の記憶領域を設定するようにな
つている。これらのことは、テイーチング終了ま
で順次行われる。従つて、走行位置情報が所定走
行距離l₀走行した位置毎に検出され、メモリ上で
は、ｎ×l₀で示される前記走行位置情報が方位情
報を記憶した記憶領域のアドレスで表されること
になる。

このようにして、作業地外周をテイーチングし
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
る方位サンプリング地点の各座標xn，ynを算出
する。

即ち、スタート地点STの座標x₀，y₀を予め
０，０と設定し、スタート方向をＹ＋方向と設定
し、そしてスタート地点における基準方位とのス
タート方向角度をθ_０と設定しておいて、第８図
ニに示すように、前記方位情報Xn，Ynと基準方
位電圧，を夫々比較して、走行方向の象限を
判別して第８図ハに示すように、基準方位に対す
る走行方向の方位角θを算出し、求めようとする
各サンプリング地点の座標ｘ_o，ｙ_oを、その直前
のサンプリング地点の座標ｘ_o-1，ｙ_o-1と、前記
方位角θと、前記所定走行距離l₀とに基づいて算
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、外周テイ
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ｘ_o，ｙ_oに変換する。

次に、以上説明した手順によつてスタート地点
STに対する座標系に変換されたテイーチング時
のサンプリング情報は、第７図ロ及び第８図ホに
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つて再度変換され
る。

即ち、前記サンプリング地点の座標ｘ_o，ｙ_oの
ｘ座標の最大ｘ_nax及び最小ｘ_nioを算出し、この
最小ｘ座標ｘ_nioを基準に前記刈幅ｄ分移動した
ｘ座標ｘ_kに対応するｙ座標ｙ_k，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ｘ_o，ｙ_oを記憶してあるメモリの所定アドレス
領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，ｙ_k，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ｘ_k，ｙ_k，
y′_k情報は、前記外周テイ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、ステツプでは、上記刈幅ｄ毎に対応
した座標ｘ_k，ｙ_k，y′_kに基いて、１行程当りの
各走行予定距離l₁〜ｌ_oを前記ｙ座標ｙ_k，y′_kより
算出して概形テイ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つて、倣い走行すべく、倣い
センサー５Ａ，５Ｂの境界検出結果に基いて、前
輪２，２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による検出信号
に基いた倣い走行制御に優先して、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
グして記憶するテイーチングについて説明する。

この走行コーステイーチングは、距離センサー
７によつて、予じめ走行コースのサンプリング間
隔として決定してある所定移動距離l₀毎のパルス
カウントにより発せられる信号によつて最優先で
起動される割込み処理として構成してある。

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
ーS₁，S₂，S₁′，S₂′のいずれかが未刈地を検出し
た時点から開始され、全光センサーS₁，S₂，
S₁′，S₂′が回向地１２Ｄにおいて既刈地を検出し
た時点で終了するように、一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て
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l₀車体１が走行すると、その時点での前記
方位センサー８によつ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１３内に設けてある所定メモ
リ範囲に走行コースをサンプリングしたテイーチ
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l₀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、一
行程毎に走行方向が反転するので、前記前行程で
テイ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
らの信号によつてメモリのアドレスを逆カウント
すべく構成してある。

一方、このように実際の走行コースをテイーチ
ングしながら倣い走行中に、前記倣いセンサー５
Ａ，５Ｂの少なくとも一方が未刈地を検出しなく
なつた場合は、その時点で前行程でテイーチング
してある前行程の走行コース情報ｌ，θを参照し
て、対応する回向地１２Ｄからの現在までの総移
動距離地点での走行方向θと180゜反転した方向
に強制的にステアリングして前進させて、所定の
走行方向へ自動的に走行すべくプレイバツク制御
するのである。

又、走行コース上に芝がはげた部分等があつ
て、前記倣いセンサー５Ａ，５Ｂの両方が未刈地
１２Ｂを検出しなくなつた場合には、その時点で
の出発回向地からの総移動距離ｌと前記概形テイ
ーチング時に予め算出記憶してある１行程当りの
走行予定距離l₁〜ｌ_oとを比較して、この実際の
走行距離ｌが走行予定距離l₁〜ｌ_o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、前行程でテイーチングされた
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５Ａ，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、倣いセンサー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
当りの実際の走行距離ｌが、前記走行予定距離l₁
〜ｌ_o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が自動的に施回して、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ツク制御によつて修正
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。

このようにして一行程毎にテイーチングされた
走行コース情報ｌ，θは、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、現行程で新たにテイーチングさ
れた走行コース情報ｌ，θをブロツク転送して、
記憶内容を順次更新しながら走行地の境界に沿つ
て倣い走行するのである。

尚、第８図イ〜リは以上説明した制御装置１３
の動作を示すフローチヤートである。

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イーチングする構
成に加えて、更に、各行程を実際に走行中も走行
コースをテイ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
のテイーチングを省略して、簡略化してもよい。

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
添付図面の構造に限定されるものではない。

【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３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ツク図、第７図イは外周
テイーチングの概念図、第７図ロは座標変換の概
念図、そして、第８図イ〜リは制御装置の動作を
示すフローチヤートである。 １……車体、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……方位センサー、θ……走行方向の方位情
報、l₀……所定走行距離、l₁〜ｌ_o……各行程の走
行コース距離。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 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
   境界に沿つて自動走行すべく、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
   車であつて、車体１の移動距離を検出する距離セ
   ンサー７および走行方向を検出する方位センサー
   ８と、前記作業地の外周テイーチング時に前記距
   離センサー７によつて検出される所定走行距離l₀
   毎に前記方位センサー８によつて検出される方位
   情報θをサンプリングし、記憶するサンプリング
   手段と、この記憶された方位情報θと前記所定走
   行距離l₀とから前記作業地の概形及び走行基準と
   なる座標を算出する手段と、算出された作業地概
   形、座標、及び所定の作業幅ｄに基づいて各行程
   毎の走行コース距離l₁〜ｌ_oを算出・記憶する手
   段と、前記各行程毎の実際の走行距離が前記作業
   地外周テイーチングによつて算出・記憶された走
   行コース距離l₁〜ｌ_o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
   とを設けてあることを特徴とする無人走行作業
   車。