JPS63501664A - 作業車輌の自動制御方法及び装置 - 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】 作業車輌の自動制御方法及び装置 本発明は、位置固定の案内構造を設けて、車輌を該案内構造と少なくとも周期的 に作用上相関させて案内することにより作業車輌を平面領域上で自動的に制御す るための方法に係わり且つ少なくとも周期的に有効となる作用結合を車輌と案内 構造との間に設けて、車輌に対し、案内構造に従い操縦及び／または駆動要素に 作用することにより該車輌を制御するための制御装置を設け、平面領域上で作業 車輌を位置固定の案内構造で自動的に制御するための装置に関する。

車輌の自動制御の分野Ｚこおいては、極めて多くの制御技術が知られている。こ れと関連して、本明細書に添付しである表にはこれら従来技術が掲げであること を述べておく。このような技術的発展を考察すれば明らかなように、位置固定の 案内構造を基に車輌を案内すると言う方法及び装置は既に古くから知られている 。このような案内構造の最も単純な例はレールである。車輌は、レールと機械的 に作用結合され、レールによって案内される。

また、例えば、西独特許第２４４５００１号、西独特許第２７２２２２２号、西 独特許願公開公報第３１３４７４９号各明細書から、−膜化されている「レール 」は、案内構造として位置固定的に設けられ、車輌は、光学的成るいは電気的、 例えば誘導によりレールと作用接続されてこのような案内構造により案内される ことも知られている。また、西独特許願公開公報第３１１３０８６号明細書には 、位置固定の案内構造として反射表面を設け、この反射表面に対する車輌の瞬時 位置を光学−電子的（オプトエレクトロニック）手段で測定して、それにより、 車輌と光学的に作用結合されて案内構造としての働きをなす反射面を用いて車輌 を案内するという技術が記述されている。

同様に、西独特許願公開公報第２７０４８５２号明細書には、案内構造として、 電磁波送信器を使用し、車輌には対応の受信器を設けて、該送信器と車輌とを電 磁的に作用結合し、車輌を該送信器で案内するという技術が記述されている。

これら位置固定の案内構造を設けることを基礎とする総ての技術には、以下に述 べるような１つまたは複数の欠点がある。

末成るいは地面のような平面領域にレールのような案内構造を設けるのは操業上 極めて大きな費用が掛かる。このため、こうような方法並びに装置を整備されて いない平面領域に融通性を以て適応することに対しては非常に大きな制約が課せ られる。

案内構造を比較的大きい間隔で位置固定的に地面成るいは床等の平面領域に設置 し、車輌が比較的大きな時間間隔でのみ平面領域上における位置に関し検査する ことできるようにした場合には、このような監視時点間で、車輌が実際に走行し ている軌跡がければならないかまたは車輌に高価な通信設備を設けて、車輌にお ける駆動及び／または操縦装置の運動を上記監視時点間で記録して、この記録に 基づき、車輌の「相対位置」を推定できるようにすることが必要であるが、しか しながら後者の場合には、上記駆動及び／または操縦装置と地面との間において 避けることのできないスリップ（滑り）現象が原因で、上記のような車輌位置の 推定は不正確になり、従って、各監視時点において常にこのような不正確さが生 じているか否かをチェックしなければならない。

例えば、位置固定の案内構造として送信器を設ける場合には、それに関連の送電 ケーブル敷設費用が必要となるばかりではなく、それに加えて、関連の領域に自 由な送信／受信区間を利用できるようにするためには正確な計画を立案しなけれ ばならない。

上述のような自動制御を、地上領域もしくは平面領域の構造物にできるだけ依存 しないようにすると共に、位置固定の案内構造の設置やそのための企画を回避す るための試みとして、西独特許第２３６４００２号明細書から知られているよう に、高速の電気−光学的画像処理方法を用い、それにより、現在検出された画像 情報と記憶されている目標画像情報とにより車輌を空間の「像」として捕らえる ことが提案されている。

上の説明から容易に明らかなように、位置固定の案内構造を利用するという考え 方は、車輌と案内構造との間に作用結合が形成されている限り正確な車輌の案内 を可能にする。従って、上述の作用結合が形成されている状態が長くなればなる 程或いはこのような作用結合を形成しておくことができる期間が長くなればなる 程、車輌が案内構造と動作上結合されていない間に生ずるような上述の滑り等に よる誤差が発生する期間中にも、規定の軌跡上を少なくとも成る程度正確に車輌 を案内できるようにするために車輌自体に要する技術的費用は少なくなる。

従って本発明の目的は、上述の固定案内構造に基づく方法及び装置の利点を保留 しつ＼、この欠点を回避し、また、実質的に大きくされた範囲に亙り車輌との動 作もしくは作用結合を維持することができるように案内構造を良好に利用するこ とにある。

上の目的は、本発明の方法の１つの様相によれば、案内構造に対する車輌間隔を 制御すると共に間隔目標値を制御することにより達成される。この間隔は、車輌 側から、例えば超音波センサにより検出される。

上記の本発明の方法は、案内構造に対する間隔制御において、間隔目標値を制御 下で変更することにより、予め定められた位置固定の案内構造に対する車輌の作 用結合を本質的に長期間に亙って維持することができ、それにより車輌を平面領 域上の軌跡上で正確に案内できるという認識から出発している。これにより、車 輌は１８間隔方向において案内構造と作用結合した状態に留まる。しかしながら 、間隔目標値を変更することにより、車輌は、同じ案内構造を用いて全く異なっ た軌跡に沿い移動することができる。このように、車輌と案内構造との間に間隔 を設けることにより、車輌の運動の１つの自由度は基本的には固定されるが、し かしながら、間隔目標値の新たな設定でこの自由度に対し付加的な自由度が与え られる。

上述の課題を解決するための別の本発明の提案によれば、車輌を用いて、軌跡、 好ましくは作業軌跡を敷設し、この軌跡を案内構造として用いて該軌跡からの車 輌間隔を制御する。

上に述べた本発明による方法の組合せとして、少なくとも周期的に車輌で、軌跡 、好ましくは作業軌跡を敷設し、車輌間隔を、案内構造として機能するこの軌跡 により制御し且つ少なくとも周期的に別の案内構造に対する車輌間隔を制御する ことが提案される。

このようにすれば、最初に、例えば充分に長い軌跡が敷設されるまで、上記側の 位置固定の案内構造からの車輌間隔を制御し、然る後に上記軌跡を案内構造とし て利用することができる。

単純な仕方で、隅部もしくは角部のような構造輪郭を間隔制御下で追従できるよ うにするために、本発明によれば、更に、車輌に対し少なくとも２つの固定の軸 の方向において案内構造に対する間隔を測定し、１つの方向における間隔を制御 のための間隔実測値として用い、別の方向における間隔を車輌の駆動及び／また は操縦装置のための制御量として用いることが提案される。

例えば、車輌が間隔制御下で案内構造に沿って移動しているときに、該案内構造 が引込んだ部分を有している場合には、この引込み部分が１つの方向における急 激な間隔の増加として記録されてしまう。このような引込んだ隅部を追従するの に帰還制御だけで充分である。他方、車輌が間隔制御下で追従している案内構造 の突出している隅部に遭遇すると、上記他方の方向において、突出している案内 構造部分により間隔が急激に減少しこの減少した間隔が記録されて、駆動装置或 いは操縦装置に対する目標値もしくは目標信号として用いられることになり、そ の結果として車輌は対応の旋回を行い、それにより第１の方向において検出され た間隔が実際の検出値として用いられ制御が維持される。この場合には、車輌は 、−側での間隔制御下で移動して、−側における間隔制御により案内構造に追従 する。

更に本発明によれば、車輌において、既に走行した領域が再び走行される時点を 検出することが提案される。

例えば、このことは、閉結している案内構造、例えば平面領域の囲繞外壁を追従 している場合に、間隔目標値を何時変更すべきかを決定する上に重要である。

これと関連して、車輌側で、駆動装置及び／または操縦装置の運動を検出するこ とにより既に走行した軌跡をめ、そしてその結果から、車輌の現在位置と前に一 度車輌が取った位置との一致を確定することが提案される。

これに関連する更に他の実施態様として、車輌に関し予め定められた位置でマー クを記録することにより間隔の検出を行うことが提案される。

そこで、車輌が、既に走行した領域を再び走行し始めｆこことが検出された場合 には、その時点で、上述のように、間隔目標値を変更する。

このように完結もしくは閉じている案内構造を本発明に従い間隔制御下で追従し 、そして既に走行した領域を走行し始める都度間隔目標値を変更される車輌は、 螺旋形の軌跡に沿って走行することになる。このことはまた、本発明の第２の基 本的概念に従い、車輌が前に敷設した軌跡を以後の周行で再び案内構造として利 用する場合にも当て嵌まる。

このようにして間隔制御されている車輌が、前に遭遇したことのない自立してい る妨害物に出合った場合には、このような妨害物に対処するために付加的な制御 プロセスを設けなければならない。このような制御は常に予想されているところ であるので、車輌は、先ず、自立している妨害物であることを認識し妨害物の周 囲に広い作業されていない帯状領域を残さないようにするためには、その時点で の間隔目標値で単に妨害物を迂回して移動するだけでは不充分である。この目的 で、走行した車輌軌跡を記録し、その少なくとも一部分を記憶することが提案さ れる。１つの完結している車輌軌跡のこのような記憶された部分から、少なくと も、それに続いて直ちに走行すべき軌跡の部分が、変更された間隔目標値を用い て算出され、同様に記憶される。それに続いて、車輌が実際に走行した軌跡もし くはその一部分が、予め計算され記憶されている部分から偏差している場合には 、平面領域上に自立している妨害物が存在すると判定される。

別の考慮すべき事例は、例えば２つの広い室領域部分を分離している狭隘部が存 在する場合である。この狭隘部を検出するために、更に、走行した車輌軌跡を検 出し、交差位置及び／または重なり位置を確定し、その結果から狭隘部の存在を 判定することが提案される。

更に、案内構造物の内側の予め選択された部分を制御に有効な案内構造物として 選択し且つ／またはこれら部分を制御上有効にすべき時間シーケンスを設定する ことが提案される。この構成によれば、例えば、妨害物や狭隘部を有している平 面領域の場合に、該平面領域を単純な構成の部分領域に分割し、第１番目の部分 領域を他の部分領域とは関係なく車輌で作業し、次いで第２番目の部分領域に移 送して他の部分領域に関係なくこの領域で作業し、以下同様にして作業を行うこ とが可能となる。

案内構造のどの部分を制御上有効にすべきかを予め選択することにより且つ／ま たはこれら案内部分が制御上有効にされる時間シーケンスを予ぬ定めておくこと により、任意の所定の軌跡を利用することが容品に可能となる。案内構造の内の どの部分を何時制御上有効にすべきかを予め定めることは、車輌で、移送した軌 跡を検出し、誤りを伴い得るこの「相対的」軌跡の所与の点で、車輌に関し何れ かの側で、しかも何れかの間隔フレームもしくはウィンドウ（窓）内に制御に関 与すべき構造物が現れるように制御することにより行われる。案内構造物の認識 後に該案内構造物を制御上を効にすべき場合には、車輌によって検出される軌跡 に誤りがあり得るので、車輌／案内構造物間の間隔の正確な制御は、どの位置に おいて車輌が該構造物を認識したかに関係なく行われる。

上述の形式の自動制御装置は、請求の範囲第１２項、第１３項及び第１４項に記 述されており、その有利な実施態様は請求の範囲第１５項乃至第２２項に記述さ れている。

以下、本発明を図面を参照し例示的に説明する。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明による車輌の構成を略示する図、第２図は、１つの平面領域に おける第１図に示した車輌の本発明による間隔案内もしくは誘導を図解する図、 第３ａ図は、第１図に示した車輌における本発明による制御を機能ブロック・ダ イヤグラムで図解する図、第３ｂ図は、車輌が既に走行した区間で何時再び走行 し始めるかを検出するために本発明により車輌に設けられる３つの異なった手段 を図解する図、 第４図は、車輌が走行した右側の軌跡を用いる本発明による車輌の別の案内方式 を図解する図、第５図は、狭隘部を認識もしくは確定するために本発明による車 輌に軌跡判定基準を設ける方法を図解する図、第６図は、自立している妨害物を 有する平面領域の一部分を用いて、このような自立している妨害物の識別を行う ための本発明の車輌に設けられる性能を図解する図、第７図は、狭隘部及び障害 物に対して見出された判定基準を利用して本発明により車輌を制御するためのシ ステムを略示するブロック・ダイヤグラム、第８ａ図は、複雑な構造の空間領域 及び本発明による簡単な車輌制御を図解する図、 第８ｂ図及び第８ｃ図は、第８ａ図に示した車輌制御を図解するための信号フロ ーチャートを示す図、第９図は、本発明による制御装置を備えた車輌のための本 発明による制御をブロック・ダイヤグラムで図解する図である。

第１図には、車輌１の原理的構造が極く簡略に示しである。この車輌は、この場 合、芝刈り機、床面掃除機、集塵機、路上掃除機、輸送車輌等々とすることがで きる。

従って、機械的構成は用途に従って実現される。車輌１は、例として、前部車輪 ５、後部車輪９及び後部、車輪用の制御可能な駆動部７を備えており、該制御可 能な駆動部７は、可変速度における前進及び後進用の制御人力Ｅ。

を介して制御可能である。操縦車輪として構成されている前部車輪５は、ψで示 すように、操縦制御部３により枢支部１１を介して揺動可能である。駆動部７は 、制御人力Ｅ３を有する操縦制御部３と同様に、例えば電動機として構成するこ とができる。その場合、操縦制御部３としては、対応の電動装置を介して関連の 車輪５もしくは９に作用するリニヤ・モータを利用することができる。車輌１に は、図示はしていないが対応の公知の駆動部を備えた吸引バー、清浄バー、芝刈 り装置等々のような１つまたは複数の略示しである工具１３を設けることができ る。

車輌には更に、超音波センサのような測距装置が設けられており、該測距装置に は、前方向Ｖに作用する間隔センサ１７ｖ並びに左方向に作用する間隔センサ１ ７．が含まれる。センサのこの配列においては、車輌は、左方における間隔制御 が行われるように設計されている。出力Ａ　Ｖ％Ａ、は、車輌に設けられている 制御装置１５に作用し、該制御装置１５は、これら出力信号Ａ１、Ａ、に基づい て操縦制御部３及び駆動部７を制御する。

第２図には、固定の案内構造としての壁１９の形態にある周辺構造によって画定 される部屋領域２１が示しである。

また、破線は、出発点Ｐからの第１図に示した車輌の螺旋形の運動軌跡を示す。

第３ａ図には、第２図に示しである作業軌跡を辿るための第１図に示した制御装 置１５の構成が示しである。

間隔センサ１７の出力信号ＡＩ及びＡ、は比較装置２】に供給され、該比較装置 において、前方に対する間隔が左方に対する制御された間隔より小さいか否かが チェックされる。センサ１７１の信号Ａ１は、制御量もしくは実測値Ｘとして差 発生装置２５に印加される。この差発生装置２５の第２の入力端には、目標間隔 信号もしくは目標値信号Ｗが印加される。制御差信号は、操縦制御部３並びに駆 動部７に印加されて、これら装置を介し、車輌を、制御量Ｘ（実測値）が少なく とも近似的に目標量Ｗ（目標値）に等しくなるように制御する。信号Ａ、は制御 回路において制御量もしくは実測値として作用し、他方、前部センサ１７、の信 号Ａ１、は、装置２１によるチェックで、Ａ１の信号値を下回ると直ちに、制御 信号として操縦制御部３を制御し、左側制御車輌の場合には車輌を右方に偏向す る。尚、Ａ、をＡ、と比較する代わりに、安定なｍＷをＡＶと比較するのが有利 であり得る。目標量制御部２７は、後述する仕方で、制御信号Ｆにより制御され 、そして目標量発生器２９を介し制御信号Ｆの関数として種々な目標量もしくは 目標値信号Ｗを差発生装置２５に供給する。目標量信号Ｗの切換は、第２図に示 した車輌がその周回軌跡を完結する都度行われる。この周回軌跡の完結を検出す るために、第３ｂ図に略示しであるような種々な手段を用いる゛ことができる。

第１番目の可能性は、第２図に示した出発点Ｐにおいて壁１９または床に専用に 設けられたマークを配設するか、成るいは壁１９または床２０の角部のような標 識点を、車輌ｌに設けられているマーク検出器３３により検出することにある。

マーク３１が、車輌１により予め定められた位置ｒにおいて検出される都度、目 標量制御信号Ｆが発生され、それにより、目標量発生器２９における目標量の値 Ｗは変更されて、第２図に示すように増加し、それにより制御される間隔ｄ（ｗ ）も増加する。

第２番目の可能性は、車＠Ｉにより、マークとしてのみ用いられる軌跡３５を形 成することにある。この場合、軌跡は、湿式清浄の場合には、湿潤した軌跡とす ることができ、芝刈り機の場合には、刈り取り軌跡とすることができ、これら２ つの軌跡は良好に検出可能である。作業軌跡の検出が困難である場合１こは、こ の目的で設けられる専用の軌跡を車輌１により敷設することができよう。

例えば、比較的短い時間だけ存在し、しかる後に蒸発するような湿潤軌跡を敷設 することができょう。車輌ｌには、軌跡検出器３７が設けられ、この検出器３７ は、３５ａで示。

すように、既に敷設されている軌跡３５上を車輌が走行するのを検出する。この 検出で、目標量変更信号Ｆが発生２９に大きな目標Ｈｗが与えられる。第３の変 形例においては、操縦及び駆動装置における旋回景ψ及び前進行程Ｘを検知する 検知器３４及び３６が車輌に設けられる。上記量は、好ましくはマイクロコンピ ュータを備えている計算及び記憶装置３９に書き込まれる。計算及び記憶装置３ ９゛は、方向及び距離情報Ｘ、ψから連続して走行した軌跡Ｂをめて記憶する。

車輌の瞬時位置のシーケンスに対応する軌跡データＢカはこの場合、回走の開始 時に先ず軌跡点Ｂ、と比較され、その結果、車輌Ｉが、第２図に示すように周回 軌跡を完結した時に、このことは、回走の開始点において瞬時値Ｂ、と記憶値Ｂ ｐとの一致により検出される。この場合、一致があった時には再び目標量変更信 号Ｆが発生される。

第２図に示すように設定された平面領域２０上で、第３ａ図に示しである制御装 置を備えた車＠Ｉは螺旋形の軌跡に沿って走行する。この車輌は、壁１９に関し 第１回目の回走ａに際して間隔ｄ、に対応する目標信号Ｗ、を受ける。

軌跡ａが完結し、従って目標量変更信号Ｆが発生されると、目標量Ｗは一般にＷ ２に増加し、車輌は、そこで、壁１９から関連の間隔ｄ、で完結している軌跡２ を走行する。この場合、車輌は、引込んでいたり突出している壁領域に追従する 。車輌が隅部Ｅ、内に走入すると、比較装置２１は、第１図に示した前部センサ １７ｖまでの間隔がセンサ１７．までの間隔よりも小さくなったことを検出する 。

それにより操縦制御部３が制御されて右旋回曲線に沿い走行が行われる。センサ １７．で検出される間隔は再び大きくなり、そしてセンサＩＬで検出される間隔 は再び制御量もしくは実測値として入力される。引っ込んでいる隅部Ｅ、におい ては、センサ１７．は、該センサに関連の被制御間隔ｔ３Ｉが突然大きくなった ことを検出し、その結果第３ａ図に示す対応の制御差が生ずる。この制御差を補 償するために、車輌は左旋回を行い、それによって、センサ１７゜により検出さ れる間隔は再び小さくなり最終的には目標値Ｗに調整設定される。

色のコントラスト、材料のコントラスト等々を含む部屋に固有の周壁の構造を案 内構造として使用する代わりに、暫くたつと蒸発する噴霧軌跡のような他の案内 構造を設けることも可能である。この種の軌跡の敷設は少ない費用で実施するこ とができる。と言うのは、本発明による目標間隔制御では、この種の構造を、案 内構造自体の大きさよりも何倍も長い行程区間に沿って車輌を案内するのに利用 することが可能であるからである。即ち、第２図に見られるように、車輌が少な い費用で正確な制御下で走行する走程長は、螺旋の全長であって、これは、所要 の案内構造長、即ち周壁長よりも何倍も長い。

第４図には、案内構造が車輌自体により制御される本発明による制御方式が示し である。初めに、車輌は、例えば前に述べたようにセンサ１７を用いて第１図に 示すように壁１９に沿って予め定められた間隔で案内されるか或いは例えば手動 で案内される。この場合車輌は軌跡４１を描く。第３図と関連して述べた軌跡３ ５とは異なり、その軌跡４１は、この場合、車輌ｌにより少なくとも近似的に敷 設しなければならない。第３図の場合には、軌跡３５は出発位置Ｐの近傍、即ち 第２図に破線で示しである領域Ｇ内にのみに設ければ充分である。この軌跡４１ は作業軌跡、即ち湿式清浄の場合には湿潤軌跡とするのが有利である。車輌の前 部には、いずれの場合にも間隔センサ１？ｖに加えて軌跡センサ４３を及び４３ ．が設けられる。車輌Ｉが湿潤軌跡を描く場合には、これらセンサは水分センサ とする。これら２つのセンサ４３は、車輌の下側に軌跡４１が存在するかしない かを検出する。車輌が、常に案内されて第１回目の周回軌跡を走行したならば、 該車輌は、敷設されｆ二ばかりの軌跡４１に沿って走行し、図示のように、セン サ４３により前回に敷設された軌跡４１に沿って案内される。この実施例におけ る軌跡の追跡は、室の構造、即ち軌跡４１に対する間隔制御で行われるが、しか しながらこの場合には構造物に対する目標間隔制御は行われない。

間隔は、好ましくは、１つの軌跡が他の軌跡に対して密接に或いは重なって位置 するように予め決定される。

以上に述べた制御は、付加的な構造を必要とすることなく、狭隘部及び／または 自立している妨害物の無い平面領域の作業に特に適している。次ぎに、第５図を 参照し狭い通路の場合どのように対処するかを述べ、そして第６図を参照し妨害 物が有る場合にどのよ”うに対処するかに関し説明する。ここで狭隘部とは、車 輌が、−側において間隔制御されつつ少なくとも１回は往復走行することができ るが１つの側において壁に対する間隔が大きくなった場合は第５図に示すように １つの空間領域内に１捕らえられてしまう」ような通路を意味するものと理解さ れたい。狭隘部５０を有するこのような空間を示す第５図を参照するに、車輌は 、最初に軌跡ａ上を走行する。

領域Ｐにおいて、第３図に示す信号Ｆに起因し目標量の値Ｗが大きくなると、車 輌は軌跡す上を走行する。この場合、例えば、狭隘部５０における運動軌跡すは 走行方向が反転している点を除けば走行軌跡ａと同じである。目標信号は増加し 、それに伴ない間隔が増加すると、軌跡Ｃとなり、車輌は壁から左方に向かう制 御間隔が角部Ｅ３で急激に増加するので最初左方に旋回し、そこでセンサ１７、 は狭隘部の前で狭隘通路の角部Ｅ４を検出する。車輌１は、第３ａ図に示しであ る装置２１からの制御信号に応答して、角部、例えば、角部Ｋにおいて再び右方 に回動し、そしてＣＩで示すように、間隔制御下で、左側の部分領域２０゜の壁 １９に追従する。この左側の領域における作業は中心に達するまで続けられる。

狭隘部５０の右手側に位置する右側の部分領域２０ｂでは作業は行われない。こ の問題を以下に述べるような仕方で解決するためには、車輌が、このような狭隘 部を狭隘部として認識し、その結果を制御アルゴリズム、即ち、間隔目標量の調 整に利用できるようにすることが必要である。

この狭隘部という問題を解決するために、１つの周回軌跡、例えば、ｂが２回交 差した場合にはその間の領域Ｍ、及びＭ、内に狭隘部が存在する筈であると言う 事実から出発する。と言うのは、交差は、２つの対向する壁領域からの重なり合 う制御された間隔によってのみ生じ得るものであるからである。従って、軌跡交 差場所並びに極端な場合には重なり合う領域が「狭隘部′」に対する判定基準と して検出され、第３ａ図に示しである目標量制御部２７．２９に対し相応の調整 が行われる。このような交差場所の位置及び数は、室もしくは空間構造の識別、 従って相応の目標量制御を可能にする。

第６図には、自立している妨害物５Ｉが存在する場合の状況が示しである。ここ で自立している妨害物とは、案内構造を基準にして、周壁１９から、該周壁工９ と妨害物５１との間を車輌１が少なくとも１回妨害を受けることなく通過するこ とができるような間隔で主領域２０に存在する妨害物であると定義される。制御 される間隔ｄが逐次増加するに伴い、車輌１は、何時かは、例えば軌跡ｆ上で妨 害物に衝突し、第５図または第２図の室隅部Ｋにおけると同様に、設定され制御 される間隔ｄｒで妨害物を迂回する。従って、妨害物５１の周囲には、作業が行 われない広幅となり得る帯状領域が残存することになる。このような場合にも、 「妨害物」に対する単純な判定基準を見つけることができる。即ち、車輌ｌの現 在走行している軌跡ｆが、新たに加えられた目標値Ｗｔ１従って間隔差ｄｒ　ｄ 。を考慮して前回に走行した軌跡ｅから偏差している場合に自立している妨害物 が存在していると判定する。

軌跡の交差は狭隘部が存在する場合には生ずるが、しかしながら第６図に見られ るように自立している妨害物が存在する場合には生ぜず、然も前回走行した軌跡 と新たに設定された間隔とから計算でめられる軌跡の偏差は、狭隘部が存在する 場合には生ぜず車輌が狭隘部を最早や通過できなくなったときに初めて発生する ので、目標量のための制御アルゴリズム並びに制御コンピュータを、車輌が妨害 物並びに狭隘部に対してそれぞれ適切に応答するように変更しプログラミングす るための判定基準が利用可能である。このような認識に基づいて、上記のように 制御アルゴリズム及び制御コンピュータのプログラムを作成することは当該技術 分野の専門家には容易に可能である。

このような場合に考えられる制御の基本的構成が第７図に示しである。車輌１に おいて、前方向変位Ｘ及び操縦角ψは、対応の検出器５３で検出される。これら の量は計算装置５５に入力される。計算装置５５は、これらの竜から、空間に対 して固定の座標系に関し車輌】の瞬時位置Ｐ（ｔ）を計算でめる。対応のデータ ｐ（ｔＢは、軌跡メモリ５７に書き込まれる。このメモリ５７には、個々の位置 データの全集合Σと共に走行した軌跡が記憶されている。

これら位置データの全集合ΣＰ（ｔ）’、及び現在位置データＰ（ｔ）：から、 計算装置５５は、ブロック５９に略示しであるように、現在走行している軌跡の 交差点Ｐ８並びに現在走行している軌跡が完結する位置Ｐ。をめる。このように してめられた交差点並びに完結点の位置に対応し、特定の規則もしくはルールに 従い目標量制御部６１が制御される。

完結している軌跡の終端点で、更に、計算装置５５には入力量として新たに加え るべき目標量信号Ｗが供給される。計算装置は、メモリ５７に格納されている先 行の走行軌跡Σｐ（ｔ）：から、新たな目標量の値Ｗを考慮して、次に走行すべ き軌跡Σｐ（ｔ＋’ｒＢを計算し、その結果得られるデータを基準軌跡メモリ６ ３にロードする。そこで車輌が新しい軌跡を走行している間に、計算装置５５は 連続的に、Ｘ及びψで与えられる軌跡位置ｐ（を戸を、基準軌跡メモリ６３に記 憶されている基準軌跡データＰ（ｔ＋Ｔ）；と比較する。これら２つのデータ・ セットが互いに偏差している場合には、ブロック６５で示すように妨害物が存在 すると判定され、予め定められているルールもしくは規則に従い目標量制御部６ １が制御される。

次に、上述のように、狭隘部及び妨害物を認識しこのような状況に対処するよう に作成されている制御アルゴリズムを起動する代わりに、複雑な空間領域を単純 な部分領域に分割して１つの部分領域の作業後に車輌を別の部分領域に移送する 手法について説明する。これは、制御を周期的に無効にし、車輌を、極めて単純 な仕方で、誤りを伴う場合があるにしろ、１つの部分領域から他の領域へと実質 的に予め定められている軌跡上で移送することにより達成される。この手法によ れば、平面領域上で１つの個所から他の個所へと任意の予め定められた軌跡に沿 い車輌を自動的に制御することが可能であり、その際、車輌は主たる制御として 間隔に関し制御されると共に、その「視野シに現れる案内構造のうちのいずれの 構築８ａ図には、比較的複雑な構造の空間領域７０が示しである。この空間領域 ７０は、例えば、領域Ａ及びＢに分割することができる。これら分割もしくは部 分領域Ａ及びＢは、狭隘部もしくは隘路Ｃにより接続されている。第８ａ図に見 られるように、車輌がＰで出発するとすると、先ず、破線で示すように、恰も他 の領域が存在しないかのように部分領域Ａで作業し、然る後に、点線で示しであ るように、例えば制御を無効にして領域Ｂに移送し、そこで、再び制御を起動し て恰も領域Ａ及びＣが存在しないかのように、上記領域Ｂで作業を遂行する。

第８ｂ図には、車輌を、狭隘部Ｃ内に走入しないように、即ち、先ず領域Ａだけ について作業をするようにするｆ二めにどのように制御すべきかを図解する信号 フローチャートが示しである。この場合、狭隘部もしくは隘路Ｃの位置に対応す るＺ座標値Ｚ、及びＺ、が車輌に記録されている瞬時値Ｚユと比較される。この 瞬時値は、既に述べたように、車輌の駆動部及び操縦部における距離及び方向検 知信号（Ｘ、ψ）の評価によりめられるものである。

２つの予め与えられている値Ｚ１及び２７間の領域においては、制御は中断され 、車輌は直進すべき旨の単純な指示を受ける。限界値Ｚ、を下回ると、車輌は制 御モードで逆方向に切り換えられて分割領域Ａで作業を行い、狭隘部Ｃ内への走 入は禁止される。

第８ｃ図には、分割領域Ａにおける作業の終了後、車輌を、狭隘部もしくは隘路 Ｃを経て分割領域Ｂに移送するための信号フローヂャー）・が示しである。この 場合には、分割領域Ａに対応する最大間隔目標値Ｗ　ｓ　ａ　ｘがその時点で投 入されている間隔目標値Ｗ１と比較される。一致した場合には、制御は無効にな り、車輌は予め入力されている前進及び旋回運動ｘ　（ｔ）及びψ（ｔ）で制御 される。更に、走行すべき最大前進路程Ｘｍａｘが、車輌駆動部で検出された現 在の前進路程Ｘ、、と比較されて、一致が生じた場合、車輌は再び制御駆動モー ドに投入される。そこで、車輌は再び制御下で分割領域Ｂ内での作業を行う。

第９図には、第８ａ図を参照して説明した動作もしくは運転を実施するための制 御がブロック・ダイヤグラムで示しである。メモリ７２には、平面領域における 選択された位置ＰＦＺＦを特定するデータ集合が格納されている。

比較器７４において、これらの位置値は、先に述べたＸ及びψのための駆動部及 び操縦部検出器から構成することができる車輌に搭載されている検出装置７６に より検知される現在位置値ＰＦｚ＋ａと比較される。現在位置値Ｐｐｚｍが一致 する予め定められた位置値Ｐ　Ｆ２：に依存し、選択装置７８を介して制御部も しくはコントローラが開閉され、路程１は、距離及び操縦角制御量Ｘ及びψによ り帰還制御を伴うことなく制御され、また路程に成るいは例えば車輌の左側に位 置する案内構造物が制御に関与するように検出される。車輌の左側に多数の構造 物が位置している場合には、例えば、５ｍ以内にある構造物が制御に関与するよ うに検出される。このような仕方で、僅な費用で、車輌を空間領域内で任をに走 行させて、その際に本発明による間隔制御方法を案内構造の選択に関し常に利用 することができる。

上の説明から明らかなように、何れの場合にも、本発明は、車輌を、構造物に関 し予め定められた規則もしくはルールに従い間隔制御することから出発するもの である。これにより、空間領域に固有の情報を最適に利用することが可能となる 。尚、ここで言う構造物とは、空間領域自体を画定する構造物である。このよう にして、複雑な空間構造物内で誤りを伴うことなく走行させたい場合にも、単純 な基本的概念から出発して、相対的配位により狭い通路の通過とか妨害物を迂回 するような特殊な事例に対処することが可能となる。これと関連して、当業者に は、上記のような特殊な事例に対処するために種々な可能な制御装置を想到し得 ることは言うまでもない。

募５回 茅江図 算８Ｃ図 多９回 国際調査報告 一轡勅−＾−−ポー”０ＰＣＴ／ＣＨ８６１００１４３ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　’ｉ ’！：Ｅ　ｒＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨＲＥ？ＣＲＴ　ＯＮ

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. １．位置固定の案内構造を設けて、車両を該案内構造と少なくとも周期的に作用 上相関させて案内することにより作業車輌を平面領域上で自動的に制御するため の方法において、 案内構造に対する車輪間隔を制御し且つ間隔目標値を制御することを特徴とする 作業車輌の自動制御方法。
2. ２．位置固定の案内構造を設けて、車輌を該案内構造と少なくとも周期的に作用 上相関させて案内することにより作業車輌を平面領域上で自動的に制御するため の方法において、 前記車輌で、軌跡、好ましくは作業軌跡を車輌で敷設して、車輌間隔を、案内構 造として機能する該軌跡により制御することを特徴とする作業車輌の自動制御方 法。
3. ３．位置固定の案内構造を設けて、車輌を該案内構造と少なくとも周期的に作用 上相関させて案内することにより作業車輌を平面領域上で自動的に制御するため の方法において、 少なくとも周期的に、前記車輌で、軌跡、好ましくは作業軌跡を敷設し、車輌間 隔を、案内構造として機能する前記軌跡により制御すると共に、少なくとも周期 的に別の案内構造に対する車輌間隔を制御することを特徴とする作業車輌の自動 制御方法。
4. ４．少なくとも２つの車輌固定軸線（ｖ、１）の方向において案内構造に対する 間隔を求め、１つの方向における間隔を帰還制御のための間隔実測値（Ｘ）とし て用い、他の方向における間隔を、車輌の駆動及び／または操縦要素のための制 御量（Ｙ）として用いることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第３項の少なく とも１つに記載の方法。
5. ５．車輌が既に走行した領域を再び走行することを車輌で検出することを特徴と する請求の範囲第１項乃至第４項の少なくともいずれか１つに記載戦の方法。
6. ６．車輌が既に走行した軌跡を、駆動要素（ｘ）及び操縦要素（ψ）の連動を検 出することにより求めて、車輌の瞬時位置（Ｂｍ）と、車輌がそれ以前に取った 位置（Ｂｐ）との一致を確定することを特徴とする請求の範囲の内の少なくとも いずれか１つ、例えば請求の範囲第５項に記載の方法。
7. ７．検出を、車輌に関し予め定められた位置（ｒ）にマーク（３１）を記録する ことによって行う請求の範囲の少なくともいずれか１つ、例えば請求の範囲第５ 項に記載の方法。
8. ８．既に作業が行なわれた領域の検出に際しまたは検出後に、間隔目標値を変更 する（２７、２９、６１）ことを特徴とする請求の範囲第５項乃至第７項の少な くともいずれか１つに記載の方法。
9. ９．走行された車輌軌跡を記録してその少なくとも一部を記憶し（５７）、完結 した車輌軌跡の記憶されている部分から、変更した間隔目標値（Ｗ）で直ぐ続い て走行すべき車輌軌跡の部分を計算し且つ記憶し（６３）、しかる後車輌が走行 した軌跡部分が計算された軌跡部分から偏差している場合に、自立している妨害 物（６５）が平面領域上に存在すると判定することを特徴とする請求の範囲第１ 項乃至第８項の少なくともいずれか１つに記載の方法。
10. １０．走行された車輌軌跡を検出し（５５）、交差位置（Ｐｋ）及び／または重 なりを検出して、それに基づき狭隘部（５９）の存在を判定する請求の範囲第１ 項乃至第９項の少なくともいずれか１つにに記載の方法。
11. １１．案内構造の予め選択された部分を帰還制御に関与する案内構造として選択 し且つ／または該案内構造が制御に関与すべき時間シーケンスを設定することを 特徴とする請求の範囲第１項乃至第１０項の少なくともいずれか１つに記載の方 法。
12. １２．少なくとも周期的に有効となる作用結合を車輌と案内構造との間に設けて 、車輌に、案内構造に従い操縦及び／または駆動要素に作用することにより該車 輌を制御するための制御装置を設け、平面領域上で作業車輌を位置固定の案内構 造で自動的に制御するための装置において、 車輪の操縦及び／または駆動装置に作用する制御装置を設けると共に、少なくと も周期的に、車輌と案内構造との間の実際の間隔を求めるための間隔測定装置及 び案内構造からの目標車輌間隔のための制御可能な目標間隔設定装置を設けたこ とを特徴とする作業車輌の自動制御装置。
13. １３．少なくとも周期的に有効となる作用結合を車輌と案内構造との間に設けて 、車輌に、案内構造に従い操縦及び／または駆動要素に作用することにより該車 輌を制御するための制御装置を設け、平面領域上で作業車輌を位置固定の案内構 造で自動的に制御するための装置において、 車輌に、軌跡敷設装置を設けると共に案内構造としての機能をなす敷設された軌 跡に対するセンサ装置を設け、そして車輌の操縦及び／または駆動装置に作用す る制御装置を設けて、目標値設定装置により予め与えられる間隔目標値に従い車 輌を前記軌跡に沿って案内することを特徴とする作業車輌の自動制御装置。
14. １４．請求の範囲第１２項及び第１３項に記載の車輌に設けられる装置。
15. １５．車輌に少なくとも２つの車輌に対し固定の方向に作用する間隔測定要素（ １７ｔ、１７ｖ）を設け、１つの測定要素（１７ｔ）を実測値発生器として制御 装置（２５）の差発生装置と接続し、他方の距離測定要素（１７ｖ）を制御信号 発生器として車輌の駆動及び／または操縦装置（７、３）と作用上接続したこと を特徴とする請求の範囲第１２項乃至第１３項のいずれかに記載の装置。
16. １６．車輌（１）に．予め定められた車輌位置（３１）における予め定められた マークのための検出装置（３３）を設けて、該検出装置が前記マーク（３１）を 検出した時に信号（Ｆ）を発生することを特徴とする請求の範囲第１２項乃至第 １５項のいずれかに記載の装置。
17. １７．マークが車輌外部に設けられたマークであって、検出装置（３３）が、検 出窓（３３ａ）を備え、前記マークが前記窓（３３ａ）内に現れた時に信号（Ｆ ）を発生することを特徴とする請求の範囲第１６項記載の装置。
18. １８．車輌運動距離（３６）及び運動方向（３４）検知器を設け、検知器出力信 号をマークとして記憶するための記憶装置（３９）を設けたことを特徴とする請 求の範囲第１６項記載の装置。
19. １９．検出装置（３３、３７、３９）の出力側（Ｆ）を、目標間隔設定装置の制 御入力端に作用結合した請求の範囲第１６項乃至第１８項のいずれかに記載の装 置。
20. ２０．車輌運動距離（ｘ）及び運動方向（ψ）検知器を設けると共に該検知器の 出力端に計算装置（１５、５５）を接続して、該計算装置で、検知器信号から車 輌（１）の瞬時位置（Ｐ）を計算し、位置（ΣＰ（ｔ））■のための記憶装置（ ５７）を計算装置（５５）と交互接続関係で設け、瞬時車輌軌跡位置（Ｐ（ｔ） ）を記憶装置に記憶されている位置値（５７）と比較するための比較装置を設け て、瞬時車輌位置とそれ以前の車輌位置との一致を求めることを特徴とする請求 の範囲第１２項乃至第１９項のいずれかに記載の装置。
21. ２１．計算装置（５５）と交互接続関係にある基準軌跡記憶装置を設け、計算装 置により、記憶装置（５７）内の位置データ及び爾後的に印加される間隔目標値 （Ｗ）に基づいて、車輌の未来の位置シーケンスを計算して基準軌跡記憶装置（ ６３）に格納し、比較装置を設けて、車輌（１）の瞬時位置と、基準軌跡記憶装 置（６３）に記憶されている位置とを比較して、予め計算されていない予期せぬ 車輌一軌跡偏差を求めることを特徴とする請求の範囲第２０項に記載の装置。
22. ２２．予め設定可能な車輌位置に関する信号を検出するための検出装置を設け、 該検出装置の出力端を、制御装置の駆動モード制御入力端に接続したことを特徴 とする請求の範囲第１２項乃至第２１項のいずれかに記載の装置。