JP2717800B2 - 自走車の操向制御装置 - Google Patents
自走車の操向制御装置Info
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- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
- G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
- G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
- G05D1/0231—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using optical position detecting means
- G05D1/0244—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using optical position detecting means using reflecting strips
-
- G—PHYSICS
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- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
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- G05D1/0268—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using internal positioning means
- G05D1/027—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using internal positioning means comprising intertial navigation means, e.g. azimuth detector
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- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、自走車の操向制御装置に関し、特に、自動
車、工場内の無人移動搬送装置、農業および土木機械等
の自走車を、直進行程および旋回行程が複合された走行
行程に沿って走行させるための操向制御装置に関する。
車、工場内の無人移動搬送装置、農業および土木機械等
の自走車を、直進行程および旋回行程が複合された走行
行程に沿って走行させるための操向制御装置に関する。
（従来の技術） 従来、上記自走車のような移動体の現在位置を検知す
る装置として、移動体で発生された光ビームを、移動体
を中心として円周方向に走査する手段と、移動体とは離
れた少なくとも３箇所に固定され、入射光方向に光を反
射する光反射手段と、該光反射手段からの反射光を受光
する受光手段とを具備した装置が提案されている（特開
昭59−67476号公報）。
る装置として、移動体で発生された光ビームを、移動体
を中心として円周方向に走査する手段と、移動体とは離
れた少なくとも３箇所に固定され、入射光方向に光を反
射する光反射手段と、該光反射手段からの反射光を受光
する受光手段とを具備した装置が提案されている（特開
昭59−67476号公報）。
そして、該技術では、前記受光手段の受光出力に基づ
いて移動体を中心とする３つの光反射手段間の開き角を
検出し、その検出した開き角と、あらかじめ設定された
光反射手段の位置情報とに基づいて移動***置を演算す
るようにしている。
いて移動体を中心とする３つの光反射手段間の開き角を
検出し、その検出した開き角と、あらかじめ設定された
光反射手段の位置情報とに基づいて移動***置を演算す
るようにしている。
しかしながら、受光手段の受光出力に基づいて移動体
の位置を検知し、走行方向の制御を行うようにしている
上記技術では、移動体が大きな角速度で回転した場合に
は、位置演算の結果に大きな誤差が生ずることがある。
したがって、旋回行程のように移動体の向きが急激に変
化するようなコースの走行状態においては操舵制御が困
難になるという問題点があった。
の位置を検知し、走行方向の制御を行うようにしている
上記技術では、移動体が大きな角速度で回転した場合に
は、位置演算の結果に大きな誤差が生ずることがある。
したがって、旋回行程のように移動体の向きが急激に変
化するようなコースの走行状態においては操舵制御が困
難になるという問題点があった。
上記問題点に関しては、移動体の旋回速度を直進行程
の走行速度より大幅に低下させれば、位置演算に大きな
誤差が生ずるおそれはなくなる。しかし、この場合には
移動体が旋回を完了するまでに時間がかかり、作業能率
が低下するという別の問題点がある。
の走行速度より大幅に低下させれば、位置演算に大きな
誤差が生ずるおそれはなくなる。しかし、この場合には
移動体が旋回を完了するまでに時間がかかり、作業能率
が低下するという別の問題点がある。
これに対し、特開昭62−269610号公報において、受光
手段を独立した３つの受光器で形成すると共に、直進行
程用の操向制御手段および旋回行程用の操向手段をそれ
ぞれ別個に設け、特に、該旋回行程用の操向制御手段
を、予め設定記憶された操向制御情報に基づいて操向制
御すると共に、３つの受光器の受光対象を旋回開始時点
と旋回終了時点とで切換え変更した後、次の直進行程に
おける移動体の位置を演算するように構成された制御装
置が提案されている。
手段を独立した３つの受光器で形成すると共に、直進行
程用の操向制御手段および旋回行程用の操向手段をそれ
ぞれ別個に設け、特に、該旋回行程用の操向制御手段
を、予め設定記憶された操向制御情報に基づいて操向制
御すると共に、３つの受光器の受光対象を旋回開始時点
と旋回終了時点とで切換え変更した後、次の直進行程に
おける移動体の位置を演算するように構成された制御装
置が提案されている。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記のシステムでは独立した回動受光
器を３個設けているため、受光器部分が大型かつ高価に
なること、および旋回動作が行われる毎に各光反射手段
に対応する受光器を切換えなければならないという問題
点があった。また、あらかじめ、旋回のための操向位置
情報を設定し、記憶させておく必要があった。
器を３個設けているため、受光器部分が大型かつ高価に
なること、および旋回動作が行われる毎に各光反射手段
に対応する受光器を切換えなければならないという問題
点があった。また、あらかじめ、旋回のための操向位置
情報を設定し、記憶させておく必要があった。
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、１
つの受光器で受光動作を変更することなく直進行程およ
び旋回行程の走行を繰返し継続できると共に、旋回行程
から直進行程へ移行する位置を簡単に検知できる自走車
の操向制御装置を提供することにある。
つの受光器で受光動作を変更することなく直進行程およ
び旋回行程の走行を繰返し継続できると共に、旋回行程
から直進行程へ移行する位置を簡単に検知できる自走車
の操向制御装置を提供することにある。
（課題を解決するための手段および作用） 前記の問題点を解決するために、本発明は、自走車か
ら発生した光ビームを、該自走車を中心として円周方向
に走査させ、該自走車とは離れた位置に設置された複数
の反射手段からの前記光ビームの反射光を、前記自走車
に搭載され、水平面内で回転する受光手段で順番に受光
することにより、該受光手段の受光出力に基づいて自走
車の位置を検知し、該位置情報に基づいて直進行程およ
びこれに連続する旋回行程に沿って自走車を走行させる
ための操向制御装置において、前記自走車から見た各光
反射手段間の開き角検出手段と、前記開き角に基づい
て、直進行程における自走車の操向を制御する手段と、
直進行程から旋回行程への変化点に自走車が位置した時
点で、自走車の操舵角度を予定の操舵角度に固定する手
段と、前記操舵角を固定した後の旋回中も各光反射手段
の方位角を検出し続けることによって自走車から見た前
記各光反射手段の方位角のうちのいずれか１つが予定の
方位角度範囲内に合致したこと、あるいは予定の方位角
度を通過した状態を検出する手段と、該検出手段の検出
信号に応じて前記操舵角の固定を解除して前記直進行程
に自走車を走行させる制御へ切換える切換手段とを具備
した点に特徴がある。
ら発生した光ビームを、該自走車を中心として円周方向
に走査させ、該自走車とは離れた位置に設置された複数
の反射手段からの前記光ビームの反射光を、前記自走車
に搭載され、水平面内で回転する受光手段で順番に受光
することにより、該受光手段の受光出力に基づいて自走
車の位置を検知し、該位置情報に基づいて直進行程およ
びこれに連続する旋回行程に沿って自走車を走行させる
ための操向制御装置において、前記自走車から見た各光
反射手段間の開き角検出手段と、前記開き角に基づい
て、直進行程における自走車の操向を制御する手段と、
直進行程から旋回行程への変化点に自走車が位置した時
点で、自走車の操舵角度を予定の操舵角度に固定する手
段と、前記操舵角を固定した後の旋回中も各光反射手段
の方位角を検出し続けることによって自走車から見た前
記各光反射手段の方位角のうちのいずれか１つが予定の
方位角度範囲内に合致したこと、あるいは予定の方位角
度を通過した状態を検出する手段と、該検出手段の検出
信号に応じて前記操舵角の固定を解除して前記直進行程
に自走車を走行させる制御へ切換える切換手段とを具備
した点に特徴がある。
上記構成を有する本発明では、直進行程の走行に際し
ては、自走車から見た各光反射手段間の開き角に基づい
て自走車と光反射手段との相対位置が検出でき、その検
出結果に基づいて走行方向の制御を行うことができる。
ては、自走車から見た各光反射手段間の開き角に基づい
て自走車と光反射手段との相対位置が検出でき、その検
出結果に基づいて走行方向の制御を行うことができる。
一方、直進行程に続く旋回行程の走行では、操舵角を
固定して旋回させるようにしているので所定の旋回軌跡
で旋回できる。その旋回終了のタイミングは、光反射手
段からの受光信号に基づいて算出される自走車から見た
各反射手段方位角が、予定の方位角度範囲内に合致した
こと、あるいは予定の方位角度を通過した状態を検出し
たことによって得られるので、直進行程における受光信
号読取りと同じ動作のままで簡単に位置検出ができる。
固定して旋回させるようにしているので所定の旋回軌跡
で旋回できる。その旋回終了のタイミングは、光反射手
段からの受光信号に基づいて算出される自走車から見た
各反射手段方位角が、予定の方位角度範囲内に合致した
こと、あるいは予定の方位角度を通過した状態を検出し
たことによって得られるので、直進行程における受光信
号読取りと同じ動作のままで簡単に位置検出ができる。
さらに、直進行程および旋回行程における操向制御の
ための自走車の位置情報は、共に同一の受光手段の受光
出力から得ているので、システムの構成が簡単にでき
る。
ための自走車の位置情報は、共に同一の受光手段の受光
出力から得ているので、システムの構成が簡単にでき
る。
（実施例） 以下に図面を参照して、本発明の一実施例を説明す
る。第６図は本発明の制御装置を搭載した自走車、およ
び該自走車が走行するエリアに配設された光反射器の配
置状態を示す斜視図である。
る。第６図は本発明の制御装置を搭載した自走車、およ
び該自走車が走行するエリアに配設された光反射器の配
置状態を示す斜視図である。
同図において、自走車１は例えば芝刈り機等の農作業
用自走車である。該自走車１の上部にはモータ５によっ
て駆動される回転テーブル４が設けられている。そし
て、該回転テーブル４には光ビームを発生する発生器２
および該光ビームの反射光を受ける受光器３が搭載され
ている。前記発光器２は光を発生する発光ダイオードを
備え、受光器３は入射された光を受けて電気的信号に変
換するフォトダイオードを備えている（共に図示しな
い）。また、ロータリエンコーダ７は回転テーブル４の
駆動軸と連動するように設けられていて、該ロータリエ
ンコーダ７から出力されるパルスを計数することによっ
て、回転テーブル４の回転角度が検出できる。
用自走車である。該自走車１の上部にはモータ５によっ
て駆動される回転テーブル４が設けられている。そし
て、該回転テーブル４には光ビームを発生する発生器２
および該光ビームの反射光を受ける受光器３が搭載され
ている。前記発光器２は光を発生する発光ダイオードを
備え、受光器３は入射された光を受けて電気的信号に変
換するフォトダイオードを備えている（共に図示しな
い）。また、ロータリエンコーダ７は回転テーブル４の
駆動軸と連動するように設けられていて、該ロータリエ
ンコーダ７から出力されるパルスを計数することによっ
て、回転テーブル４の回転角度が検出できる。
６は自走車１の作業エリアの周囲に配設された反射器
である。該反射器６は入射した光を、その入射方向に反
射する反射面を具備しており、従来より市販されてい
る、いわゆるコーナキューブプリズム等が使用できる。
である。該反射器６は入射した光を、その入射方向に反
射する反射面を具備しており、従来より市販されてい
る、いわゆるコーナキューブプリズム等が使用できる。
次に、本実施例の制御装置の構成を第１図に示したブ
ロック図に従って説明する。第１図において、発光器２
から射出される光ビームは、回転テーブル４の回動方向
に走査され、反射器６によって反射される。反射器６に
よって反射された該光ビームは受光器３に入射されて、
車体の進行方向に対する反射器６の位置である方位角を
示す信号として検出される。
ロック図に従って説明する。第１図において、発光器２
から射出される光ビームは、回転テーブル４の回動方向
に走査され、反射器６によって反射される。反射器６に
よって反射された該光ビームは受光器３に入射されて、
車体の進行方向に対する反射器６の位置である方位角を
示す信号として検出される。
カウンタ９では、回転テーブル４の回転に伴ってロー
タリエンコーダ７から出力されるパルス数が計数され
る。そして、該パルスの計数値は受光器３において反射
光を受光する毎に角度検出部10に転送される。角度検出
部10では反射光の受光毎に転送される前記パルスの計数
値（＝方位角）に基づいて、自走車１から見た各反射器
６間に開き角（以下、開き角という）が算出される。
タリエンコーダ７から出力されるパルス数が計数され
る。そして、該パルスの計数値は受光器３において反射
光を受光する毎に角度検出部10に転送される。角度検出
部10では反射光の受光毎に転送される前記パルスの計数
値（＝方位角）に基づいて、自走車１から見た各反射器
６間に開き角（以下、開き角という）が算出される。
位置・進行方位演算部13では自走車１の座標および進
行方位が演算され、その演算結果は比較部25に入力され
る。比較部25では、走行コース設定部16に設定されてい
る走行コースを表すデータと、前記位置・進行方位演算
部13で得られた自走車１の座標および進行方向とが比較
される。この比較結果は操舵部14に入力され、該比較結
果に基づき自走車の前輪17に連結された操舵モータ（図
示せず）が駆動される。該操舵モータによる前輪17の操
舵角は自走車１の前輪に設けられた舵角センサ15で検出
され操舵部14にフィードバックされる。
行方位が演算され、その演算結果は比較部25に入力され
る。比較部25では、走行コース設定部16に設定されてい
る走行コースを表すデータと、前記位置・進行方位演算
部13で得られた自走車１の座標および進行方向とが比較
される。この比較結果は操舵部14に入力され、該比較結
果に基づき自走車の前輪17に連結された操舵モータ（図
示せず）が駆動される。該操舵モータによる前輪17の操
舵角は自走車１の前輪に設けられた舵角センサ15で検出
され操舵部14にフィードバックされる。
予定角度設定部23には予定の算出式に従って計算され
た方位角度が設定される該予定の方位角度と、前記角度
検出部10で得られた開き角に基づく、自走車１から見た
各反射器６の方位角とは比較部24で比較され、比較結果
は操舵部14に入力される。
た方位角度が設定される該予定の方位角度と、前記角度
検出部10で得られた開き角に基づく、自走車１から見た
各反射器６の方位角とは比較部24で比較され、比較結果
は操舵部14に入力される。
前記予定角度設定部23には、予定の方位角度と、各反
射器６のそれぞれの方位角とが一対となって、両者間の
比較ができるように、自走車１の左旋回，右旋回用にそ
れぞれ３種類（この種類の数は反射器６の数に対応す
る。本実施例では反射器６が３箇所に設置されているの
で３種類）、合計６種類の角度算出式に従って計算され
た方位角度が設定される。
射器６のそれぞれの方位角とが一対となって、両者間の
比較ができるように、自走車１の左旋回，右旋回用にそ
れぞれ３種類（この種類の数は反射器６の数に対応す
る。本実施例では反射器６が３箇所に設置されているの
で３種類）、合計６種類の角度算出式に従って計算され
た方位角度が設定される。
前記比較部25における比較の結果、自走車１が直進行
程から旋回行程に移行する位置に到達したことが比較部
25で判断されると、操舵部14は比較部25の検出信号に基
づいて、操舵角を予定の操舵角度に固定するため、予め
設定された固定の操舵角データに基づいて操舵モータの
駆動制御を行う。
程から旋回行程に移行する位置に到達したことが比較部
25で判断されると、操舵部14は比較部25の検出信号に基
づいて、操舵角を予定の操舵角度に固定するため、予め
設定された固定の操舵角データに基づいて操舵モータの
駆動制御を行う。
操舵部14では固定の操舵角データに基づく操舵モータ
の駆動制御に変更後、比較部24から入力される信号を監
視する。自走車１から見た各反射器６の方位角の１つ
が、予定角度設定部23に設定されている、前記方位角と
一対となっている予定方位角度の範囲内に入っていると
判断された場合には検出信号が出力される。該検出信号
が、比較部24から操舵部14に入力されると、操舵部駆14
は固定の操舵角データに基づく操舵モータの動制御を解
除して、直進行程の操向制御に戻す。
の駆動制御に変更後、比較部24から入力される信号を監
視する。自走車１から見た各反射器６の方位角の１つ
が、予定角度設定部23に設定されている、前記方位角と
一対となっている予定方位角度の範囲内に入っていると
判断された場合には検出信号が出力される。該検出信号
が、比較部24から操舵部14に入力されると、操舵部駆14
は固定の操舵角データに基づく操舵モータの動制御を解
除して、直進行程の操向制御に戻す。
駆動部18はエンジン19の始動・停止、および該エンジ
ン19の動力を後輪21に伝達するクラッチ20の動作を制御
する。
ン19の動力を後輪21に伝達するクラッチ20の動作を制御
する。
上記構成の本実施例によって自走車１の位置および進
行方位を検出するための基本的原理を説明する。第２図
および第３図は、自走車１による作業範囲を指示するた
めの座標系における自走車１および反射器６の位置を示
す。
行方位を検出するための基本的原理を説明する。第２図
および第３図は、自走車１による作業範囲を指示するた
めの座標系における自走車１および反射器６の位置を示
す。
第２図および第３図において、該自走車１の作業エリ
アに配置された反射器6a〜6cは、反射器6bを原点とし、
反射器6bおよび6cを結ぶ線をｘ軸とするｘ−ｙ座標系で
表される。自走車１はＴ点にある。なお、同図では反射
器6a〜6cはそれぞれA,B,Cで示す。
アに配置された反射器6a〜6cは、反射器6bを原点とし、
反射器6bおよび6cを結ぶ線をｘ軸とするｘ−ｙ座標系で
表される。自走車１はＴ点にある。なお、同図では反射
器6a〜6cはそれぞれA,B,Cで示す。
同図からわかるように自走車１の位置Ｔは、三角形AT
Bの外接円上に存在すると同時に、三角形BTCの外接円上
に存在する。したがって、三角形ATBおよび三角形BTCの
それぞれの外接円ＱおよびＰの２つの交点を算出するこ
とによって、自走車１の位置が確定できる。ここで反射
器6bは原点になっているので、外接円ＰおよびＱの他方
の交点Ｔを以下の手順に従って算出すれば自走車１の位
置は求められる。
Bの外接円上に存在すると同時に、三角形BTCの外接円上
に存在する。したがって、三角形ATBおよび三角形BTCの
それぞれの外接円ＱおよびＰの２つの交点を算出するこ
とによって、自走車１の位置が確定できる。ここで反射
器6bは原点になっているので、外接円ＰおよびＱの他方
の交点Ｔを以下の手順に従って算出すれば自走車１の位
置は求められる。
まず、三角形BTCの外接円Ｐについて、その中心をＰ
とすると、Ｐは線分BCの垂直２等分線上にあり、中心角
と円周角との関係から BPW′＝βとなる。
とすると、Ｐは線分BCの垂直２等分線上にあり、中心角
と円周角との関係から BPW′＝βとなる。
但し、Ｗ′は線分BCの垂直２等分線上の点であり、直
線BCに対し、点Ｔの反対側の十分遠くにあるものとす
る。
線BCに対し、点Ｔの反対側の十分遠くにあるものとす
る。
ここで三角形BPW（Ｗは線分CAの中点）に着目する
と、 円Ｐの中心の座標は｛xc/2,（xc/2）cotβ｝ 半径は|xc/（2sinβ）｜となり、外接円Ｐは次式で表
される。
と、 円Ｐの中心の座標は｛xc/2,（xc/2）cotβ｝ 半径は|xc/（2sinβ）｜となり、外接円Ｐは次式で表
される。
（ｘ−xc/2）２＋（ｙ−xc/2・ cotβ）２＝（xc/2sinβ）２ さらに、該式を整理すると次式が得られる。
x2−xc・ｘ＋y2 −xc・ｙ・cotβ＝０ ……（１） また、三角形ATBの外接円Ｑについて、その中心をＱ
とすると、Ｑは線分ABの垂直２等分線上にあり、BQV′
＝αとなる。
とすると、Ｑは線分ABの垂直２等分線上にあり、BQV′
＝αとなる。
但し、Ｖ′は線分ABの垂直２等分線上の点であり、直
線ABに対し、点Ｔの反対側の十分遠くにあるものとす
る。
線ABに対し、点Ｔの反対側の十分遠くにあるものとす
る。
ここで三角形BQV（Ｖは線分CBの中点）に着目する
と、円Ｑの中心の座標は ｛xa/2＋（ya/2）cotα， ya/2−（xa/2）cotα｝ となり、外接円Ｑは次式で表される。
と、円Ｑの中心の座標は ｛xa/2＋（ya/2）cotα， ya/2−（xa/2）cotα｝ となり、外接円Ｑは次式で表される。
x2−ｘ（xa＋ya・cotα）＋y2 −ｙ（ya−xa・cotα）＝０ ……（２） 上記（１），（２）式から点Ｔの座標（x,y）は次式
で算出される。
で算出される。
ｘ＝xc｛（１＋ｋ・cotβ／ （１＋k2）｝ ……（３） ｙ＝kx ……（４） 但しｋ＝（xc−xa−ya・cotα）／ （ya−xa・cotα−xc・cotβ） ……（５） であり直線BTの傾きを表している。
また、自走車１の進行方向は次のようにして算出され
る。第３図において、自走車１の進行方向とｘ軸とのな
す角度をθｆとし、該進行方向を基準とした反射器6a,6
b,6c（点a,b,c）までのそれぞれの回転角度をθa,θb,
θｃとした場合、前記線分BTの傾きはｋであるので、 θｆ＝180゜−（θｃ−tan-1k） ……（６） 次に、上記手順によって算出された自走車１の位置情
報に基づく、自走車１の操向制御について説明する。第
４図は自走車１の走行コースと反射器６の配置状態を示
す図であり、第５図は操向制御のフローチャートであ
る。
る。第３図において、自走車１の進行方向とｘ軸とのな
す角度をθｆとし、該進行方向を基準とした反射器6a,6
b,6c（点a,b,c）までのそれぞれの回転角度をθa,θb,
θｃとした場合、前記線分BTの傾きはｋであるので、 θｆ＝180゜−（θｃ−tan-1k） ……（６） 次に、上記手順によって算出された自走車１の位置情
報に基づく、自走車１の操向制御について説明する。第
４図は自走車１の走行コースと反射器６の配置状態を示
す図であり、第５図は操向制御のフローチャートであ
る。
第４図において、A,B,C点は反射器６の配置位置を示
しており、点Ｂを原点とし、点Ｂおよび点Ｃを通る線を
ｘ軸とする座標系で自走車１の位置および作業エリア22
を表している。
しており、点Ｂを原点とし、点Ｂおよび点Ｃを通る線を
ｘ軸とする座標系で自走車１の位置および作業エリア22
を表している。
（Xret,Yret）は自走車１の戻り位置を示し、作業エ
リア22は座標（Xst,Yst）、（Xst,Ye）、（Xe,Yst）、
（Xe,Ye）で示される点を結ぶ領域である。ここでは自
走車１の位置Ｔは（Xp,Yp）で示す。
リア22は座標（Xst,Yst）、（Xst,Ye）、（Xe,Yst）、
（Xe,Ye）で示される点を結ぶ領域である。ここでは自
走車１の位置Ｔは（Xp,Yp）で示す。
なお、第４図においては、説明を簡単にするため、作
業エリア22の４辺をｘ軸またはｙ軸に平行にした例を示
したが、作業エリア22の周囲に反射器６を設けるように
さえしてあれば、作業エリア22の向きは任意である。
業エリア22の４辺をｘ軸またはｙ軸に平行にした例を示
したが、作業エリア22の周囲に反射器６を設けるように
さえしてあれば、作業エリア22の向きは任意である。
第５図のフローチャートに従って制御手順を説明す
る。
る。
まず、ステップS1において、前記位置・進行方位演算
部13で演算された自走車１の現在位置（Xret,Yret）
と、前記走行コース設定部16に設定された作業開始位置
の座標（Xst,Yst）に基づいて、開始位置への移動コー
スを設定する。
部13で演算された自走車１の現在位置（Xret,Yret）
と、前記走行コース設定部16に設定された作業開始位置
の座標（Xst,Yst）に基づいて、開始位置への移動コー
スを設定する。
ステップS2では、駆動部18によってエンジンを始動さ
せ、クラッチをつないで自走車１を走行させ、作業開始
位置へ移動させる。
せ、クラッチをつないで自走車１を走行させ、作業開始
位置へ移動させる。
ステップS3では、走行コースのＸ座標XnとしてXstを
セットし、走行コースを決定する。
セットし、走行コースを決定する。
ステップS4で、自走車１の走行を開始させると、自走
車１は自己位置（Xp,Yp）および進行方位θｆの演算を
行う（ステップS5）。
車１は自己位置（Xp,Yp）および進行方位θｆの演算を
行う（ステップS5）。
ステップS6では走行コースからのずれ量（ΔＸ＝Xp−
Xn、Δθｆ）が演算され、ステップS7では、前記ずれ量
に応じて操舵部14により操舵角制御が行われる。
Xn、Δθｆ）が演算され、ステップS7では、前記ずれ量
に応じて操舵部14により操舵角制御が行われる。
ステップS8では自走車１がｙ軸方向において、原点か
ら遠ざかる方向（行き方向）に走行しているか、原点に
近づく方向（戻り方向）に走行しているかが判断され
る。
ら遠ざかる方向（行き方向）に走行しているか、原点に
近づく方向（戻り方向）に走行しているかが判断され
る。
行き方向であれば、ステップS9において、一行程が終
了したか（Yp＞Ye）否かが判断され、戻り方向であれ
ば、ステップS10において、一行程終了（Yp＜Yst）した
か否かが判断される。ステップS9またはS10において、
一行程が終了していないと判断されればステップS5〜S8
の処理が行われる。
了したか（Yp＞Ye）否かが判断され、戻り方向であれ
ば、ステップS10において、一行程終了（Yp＜Yst）した
か否かが判断される。ステップS9またはS10において、
一行程が終了していないと判断されればステップS5〜S8
の処理が行われる。
ステップS9またはS10において、一行程が終了したと
判断されれば、次はステップS11において全行程が終了
した（Xp＞Xe）か否かの判断が行われる。
判断されれば、次はステップS11において全行程が終了
した（Xp＞Xe）か否かの判断が行われる。
全行程が終了していなければ、ステップS11からステ
ップS12に移って自走車のＵターン制御が行われる。Ｕ
ターン制御は、前記位置・進行方位演算部13で演算され
た自走車１の位置情報を操舵部14にフィードバックする
ステップS5〜S7の処理によって行われる直線行程の操向
制御とは別の方式で行われる。
ップS12に移って自走車のＵターン制御が行われる。Ｕ
ターン制御は、前記位置・進行方位演算部13で演算され
た自走車１の位置情報を操舵部14にフィードバックする
ステップS5〜S7の処理によって行われる直線行程の操向
制御とは別の方式で行われる。
すなわち、旋回行程では自走車１の操舵角をあらかじ
め設定された操舵角度に固定して走行させ、角度検出部
10で検出される開き角に基づく、車両１から見た各反射
器６の方位角が予定の角度範囲内に合致した時点で、ス
テップS5〜S7の処理によって行われる直線行程の操向制
御に戻るようにしている。該旋回行程に沿って自走車を
走行させるＵターン制御の詳細は後述する。
め設定された操舵角度に固定して走行させ、角度検出部
10で検出される開き角に基づく、車両１から見た各反射
器６の方位角が予定の角度範囲内に合致した時点で、ス
テップS5〜S7の処理によって行われる直線行程の操向制
御に戻るようにしている。該旋回行程に沿って自走車を
走行させるＵターン制御の詳細は後述する。
ステップS13では、XnにXn＋Ｌがセットされ、次の走
行コースが設定される。次の走行コースが設定されれば
ステップS5に戻って、前記処理が行われる。
行コースが設定される。次の走行コースが設定されれば
ステップS5に戻って、前記処理が行われる。
全行程が終了したならば、戻り位置（Xret,Yret）へ
戻って（ステップS14）、走行が停止される（ステップS
15）。
戻って（ステップS14）、走行が停止される（ステップS
15）。
次に前記Ｕターン制御について説明する。第７図は操
舵角の固定解除条件の説明をするための、自走車１と反
射器６の位置関係を示す図、第８図は各反射器６の方位
角と比較される設定値の計算式である。
舵角の固定解除条件の説明をするための、自走車１と反
射器６の位置関係を示す図、第８図は各反射器６の方位
角と比較される設定値の計算式である。
同図において、第４図と同一の符号は同一または同等
部分を表している。
部分を表している。
Ｕターンは自走車１が直進行程の走行を終了した時
点、つまり自走車１が位置している点のＹ座標（Yp）
が、（Yp＞Ye）あるいは（Yp＜Yst）になった場合に開
始される。Ｕターンは前輪17の操舵角を予定の操舵角度
に固定するため予め設定された、固定のＵターン操舵角
に従って行われ、この操舵角の固定状態は次に説明する
条件を満足した場合に解除される。
点、つまり自走車１が位置している点のＹ座標（Yp）
が、（Yp＞Ye）あるいは（Yp＜Yst）になった場合に開
始される。Ｕターンは前輪17の操舵角を予定の操舵角度
に固定するため予め設定された、固定のＵターン操舵角
に従って行われ、この操舵角の固定状態は次に説明する
条件を満足した場合に解除される。
Ldrは自走車１がＵターンを終わって戻り方向に走行
を開始する予定位置PRと点ＡとのＹ軸方向の偏差、Ldl
は自走車１がＵターンを終わって行き方向に走行を開始
する予定位置PLのＹ座標を示す。
を開始する予定位置PRと点ＡとのＹ軸方向の偏差、Ldl
は自走車１がＵターンを終わって行き方向に走行を開始
する予定位置PLのＹ座標を示す。
θUAR,θUBR,θUCRは、自走車１が旋回を完了して、
戻り方向に走行を開始する予定位置RRと、点A,B,Cとを
それぞれ結ぶ線および自走車１の予定の進行方向のなす
角度であり、θUAL,θUBL,θUCLは自走車１が旋回を完
了して、行き方向に走行を開始する予定位置PLと、点A,
B,Cとをそれぞれ結ぶ線および自走車１の予定の進行方
向のなす角度である。
戻り方向に走行を開始する予定位置RRと、点A,B,Cとを
それぞれ結ぶ線および自走車１の予定の進行方向のなす
角度であり、θUAL,θUBL,θUCLは自走車１が旋回を完
了して、行き方向に走行を開始する予定位置PLと、点A,
B,Cとをそれぞれ結ぶ線および自走車１の予定の進行方
向のなす角度である。
前記角度θUAR,θUBR,θUCR,θUAL,θUBL,θUCLは第
８図に示した算出式によって求められ、設定値として、
前記予定角度設定部23に設定される。なお、該算出式に
おいては、前記Ldr,Ldlを共にLdで表す。
８図に示した算出式によって求められ、設定値として、
前記予定角度設定部23に設定される。なお、該算出式に
おいては、前記Ldr,Ldlを共にLdで表す。
第９図にＵターン制御のフローチャートの一例を示
す。同図において、ステップS121で自走車１が右旋回す
るのか、または左旋回するのかの判断が行われる。該判
断は（Yp＞Ye）か、または（Yp＜Yet）かの判別によっ
て行われる。
す。同図において、ステップS121で自走車１が右旋回す
るのか、または左旋回するのかの判断が行われる。該判
断は（Yp＞Ye）か、または（Yp＜Yet）かの判別によっ
て行われる。
右旋回であれば、ステップS122に進んで旋回完了条件
の設定値として、θUAR,θUBR,θUCRが演算され予定角
度設定部23にセットされる。
の設定値として、θUAR,θUBR,θUCRが演算され予定角
度設定部23にセットされる。
ステップS123ではＵターンのための操舵角の固定値が
操舵部14にセットされ、ステップS124ではセットされた
操舵角に基づいて前輪17の操舵が行われる。
操舵部14にセットされ、ステップS124ではセットされた
操舵角に基づいて前輪17の操舵が行われる。
ステップS125では操舵角の固定状態を解除して旋回を
完了するか否かの判断が行われる。該判断は自走車１の
位置がＴの場合、自走車１の進行方向と線分TAとのなす
角度θa,線分TBとのなす角度θb,線分TCとのなす角度θ
ｃが、該角度θａに対応するθUAR,θｂに対応するθUB
R,θｃに対応するθUCRとそれぞれ略等しいか否かを順
次比較し、いずれか１つでも等しい場合には肯定とな
る。該判断が肯定ならば操舵角の固定は解除され、第５
図のステップS13に進んで直進行程に沿った走行に移
る。
完了するか否かの判断が行われる。該判断は自走車１の
位置がＴの場合、自走車１の進行方向と線分TAとのなす
角度θa,線分TBとのなす角度θb,線分TCとのなす角度θ
ｃが、該角度θａに対応するθUAR,θｂに対応するθUB
R,θｃに対応するθUCRとそれぞれ略等しいか否かを順
次比較し、いずれか１つでも等しい場合には肯定とな
る。該判断が肯定ならば操舵角の固定は解除され、第５
図のステップS13に進んで直進行程に沿った走行に移
る。
ステップS125の判断が否定の場合はステップS123,S12
4の処理を繰返し、固定の操舵角に基づく操舵制御が行
われる。
4の処理を繰返し、固定の操舵角に基づく操舵制御が行
われる。
左旋回であれば、ステップS126に進んで旋回完了条件
として、θUAL,θUBL,θUCLが演算され予定角度設定部2
3にセットされる。
として、θUAL,θUBL,θUCLが演算され予定角度設定部2
3にセットされる。
以下、ステップS127〜S129はステップS123〜S125と同
様であるので説明を省略する。
様であるので説明を省略する。
なお、本発明は上記実施例に示したように直進行程が
並列になっていて、旋回行程が該並列状態の端部に続く
Ｕターン行程になっている作業範囲に限定されず、直進
行程に続く旋回行程が、該直進行程を直角に方向転換さ
せる直角ターン行程になっているような場合の作業にも
適用できる。その場合は、前記予定角度設定部23に設定
する設定値の算出式を次のように設定しておく。
並列になっていて、旋回行程が該並列状態の端部に続く
Ｕターン行程になっている作業範囲に限定されず、直進
行程に続く旋回行程が、該直進行程を直角に方向転換さ
せる直角ターン行程になっているような場合の作業にも
適用できる。その場合は、前記予定角度設定部23に設定
する設定値の算出式を次のように設定しておく。
第10図は旋回行程が直進行程を直角に方向転換させる
直角ターン行程になっているような場合の、自走車１と
反射器６の位置関係を示す図、第11図は角度検出部10で
得られた各反射器６間の開き角に基づく方位角と比較さ
れる設定値の計算式である。
直角ターン行程になっているような場合の、自走車１と
反射器６の位置関係を示す図、第11図は角度検出部10で
得られた各反射器６間の開き角に基づく方位角と比較さ
れる設定値の計算式である。
同図において、第７図と同一の符号は同一または同等
部分を表している。
部分を表している。
同図において、自走車１は座標値（Xst,Yst）から作
業のための走行を開始し、（Xst,Ye−L0）〜（Xst＋L0,
Ye）でエリアの直角ターンを行い、（Xe−L0,Ye）〜
（Xe,Ye−L0）でエリアの直角ターンを行い、（Xe,Ys
t＋L0）〜（Xe−L0,Yst）でエリアの直角ターンを行
い、（Xst＋1.5L,Yst）〜（Xst＋L0）でエリアの直角
ターンを行う。以下、各ターン毎に距離Ｌずつ直進行程
の走行コースが内側に変更されて作業が進められる。
業のための走行を開始し、（Xst,Ye−L0）〜（Xst＋L0,
Ye）でエリアの直角ターンを行い、（Xe−L0,Ye）〜
（Xe,Ye−L0）でエリアの直角ターンを行い、（Xe,Ys
t＋L0）〜（Xe−L0,Yst）でエリアの直角ターンを行
い、（Xst＋1.5L,Yst）〜（Xst＋L0）でエリアの直角
ターンを行う。以下、各ターン毎に距離Ｌずつ直進行程
の走行コースが内側に変更されて作業が進められる。
θLA1〜θLA4は各エリア〜における、直角ターン
終了予定位置から見た自走車１の進行方向およびＡ点の
開き角、θLB1〜θLB4は各エリア〜における、直角
ターン終了予定位置から見た自走車１の進行方向および
Ｂ点の開き角、θLC1〜θLC4は各エリア〜におけ
る、直角ターン終了予定位置から見た自走車１の進行方
向およびＣ点の開き角を示す。
終了予定位置から見た自走車１の進行方向およびＡ点の
開き角、θLB1〜θLB4は各エリア〜における、直角
ターン終了予定位置から見た自走車１の進行方向および
Ｂ点の開き角、θLC1〜θLC4は各エリア〜におけ
る、直角ターン終了予定位置から見た自走車１の進行方
向およびＣ点の開き角を示す。
上記、各エリアにおける直角ターン終了予定位置から
見たＡ〜Ｃ点の予定の方位角は第11図に示した算出式に
よって求められ、予定角度設定部23に設定される。
見たＡ〜Ｃ点の予定の方位角は第11図に示した算出式に
よって求められ、予定角度設定部23に設定される。
予定角度設定部23に設定された前記予定の方位角の値
は、直角ターンに際して前記Ｕターン制御の場合と同様
に旋回解除の制御に使用される。
は、直角ターンに際して前記Ｕターン制御の場合と同様
に旋回解除の制御に使用される。
なお、第11図において、Ｉの値は自走車１が座標（Xs
t,Yst）から走行を開始した時には“0"であり、走行エ
リアでのターンが完了する度に“1"ずつ加算された値
で更新される。
t,Yst）から走行を開始した時には“0"であり、走行エ
リアでのターンが完了する度に“1"ずつ加算された値
で更新される。
上記実施例では原点Ｂ（0,0）に対する作業開始位置
の座標（Xst,Yst）を、あらかじめ走行コース設定部16
に設定しておく例を示した。この他、自走車１を無線誘
導等によって、任意の位置に誘導し、その位置を作業開
始位置（Xst,Yst）と定義し、走行を開始させることも
可能である。
の座標（Xst,Yst）を、あらかじめ走行コース設定部16
に設定しておく例を示した。この他、自走車１を無線誘
導等によって、任意の位置に誘導し、その位置を作業開
始位置（Xst,Yst）と定義し、走行を開始させることも
可能である。
本実施例では予定角度設定部23に設定する方位角度
を、旋回のつど計算して設定するようにしたが、あらか
じめ各旋回行程における方位角度を設定しておくことも
できる。
を、旋回のつど計算して設定するようにしたが、あらか
じめ各旋回行程における方位角度を設定しておくことも
できる。
以上の説明のように、本実施例では、光ビームを用い
自走車１から見た各反射器６の開き角を検出し、該検出
結果に基づいて直進行程における自走車１の操向制御を
行うようにしている。
自走車１から見た各反射器６の開き角を検出し、該検出
結果に基づいて直進行程における自走車１の操向制御を
行うようにしている。
一方、前記直進行程に続く旋回行程では、前輪17の操
舵角を固定した状態で自走車１を走行させ、各反射器６
間の方位角の１つが予定の方位角度に達した時に旋回を
完了させ、再び直進行程に沿った走行に移行するように
している。
舵角を固定した状態で自走車１を走行させ、各反射器６
間の方位角の１つが予定の方位角度に達した時に旋回を
完了させ、再び直進行程に沿った走行に移行するように
している。
つまり、旋回行程では前記開き角の検出信号は直接的
には自走車１の車輪の操舵制御には利用せず、旋回行程
の終了予定位置を方位角に置き換えて設定してある値と
比較するために利用されるようにしている。
には自走車１の車輪の操舵制御には利用せず、旋回行程
の終了予定位置を方位角に置き換えて設定してある値と
比較するために利用されるようにしている。
その結果、旋回制御は操舵角を予定の角度に固定する
だけなので構成が簡単にでき、操舵角の固定状態の解除
は、反射器６から反射されてきた光ビームの受光信号に
基づいて正確に予定された位置で行われる。
だけなので構成が簡単にでき、操舵角の固定状態の解除
は、反射器６から反射されてきた光ビームの受光信号に
基づいて正確に予定された位置で行われる。
（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、次
のような効果が達成できる。
のような効果が達成できる。
（１）自走車の車輪の操舵角を固定の操舵設定値に基づ
いて制御しているので、旋回中の座標演算誤差による制
御の不安定要素が少なく、ばらつきの少ない安定した旋
回軌跡が描け、芝刈り等の作業の仕上がりがきれいにな
る。
いて制御しているので、旋回中の座標演算誤差による制
御の不安定要素が少なく、ばらつきの少ない安定した旋
回軌跡が描け、芝刈り等の作業の仕上がりがきれいにな
る。
（２）旋回行程においても、直進行程における受光信号
の読取りと同じ発光手段および受光手段の動作のままで
得られる受光手段の受光出力によって、各基準点（反射
器設定位置）の方位角に基づいて旋回行程の終了位置を
簡単に検出でき、そのままの検出動作で直進行程の走行
に移行できる。
の読取りと同じ発光手段および受光手段の動作のままで
得られる受光手段の受光出力によって、各基準点（反射
器設定位置）の方位角に基づいて旋回行程の終了位置を
簡単に検出でき、そのままの検出動作で直進行程の走行
に移行できる。
（３）同一の受光手段の受光出力によって得られる信号
を、直進行程の走行および旋回行程の走行の２通りに別
けて利用しているのでシステムの構成が簡単になる。
を、直進行程の走行および旋回行程の走行の２通りに別
けて利用しているのでシステムの構成が簡単になる。
第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
自走車の位置検出の原理説明図、第３図は自走車の進行
方位検出の原理説明図、第４図は自走車の走行コースと
反射器の配置状態を示す図、第５図は操向制御のフロー
チャート、第６図は自走車と反射器の斜視図、第７図お
よび第10図は旋回行程と直進行程における自走車および
反射器の配置図、第８図および第11図は旋回解除条件の
算出式を示す図、第９図はＵターン制御のフローチャー
トである。 １……自走車、２……発光器、３……受光器、４……回
転テーブル、５……モータ、６……反射器、７……ロー
タリエンコーダ、９……カウンタ、10……角度検出部、
13……位置・進行方位演算部、14……操舵部、23……予
定角度設定部、24,25……比較部
自走車の位置検出の原理説明図、第３図は自走車の進行
方位検出の原理説明図、第４図は自走車の走行コースと
反射器の配置状態を示す図、第５図は操向制御のフロー
チャート、第６図は自走車と反射器の斜視図、第７図お
よび第10図は旋回行程と直進行程における自走車および
反射器の配置図、第８図および第11図は旋回解除条件の
算出式を示す図、第９図はＵターン制御のフローチャー
トである。 １……自走車、２……発光器、３……受光器、４……回
転テーブル、５……モータ、６……反射器、７……ロー
タリエンコーダ、９……カウンタ、10……角度検出部、
13……位置・進行方位演算部、14……操舵部、23……予
定角度設定部、24,25……比較部
Claims (5)
- 【請求項１】自走車から発生した光ビームを、該自走車
を中心として円周方向に走査させ、該自走車とは離れた
位置に設置された少なくとも３箇所の反射手段からの前
記光ビームの反射光を、前記自走車に搭載され、水平面
内で回転する受光手段で順番に受光することにより、該
受光手段の受光出力に基づいて自走車の位置を検知し、
該位置情報に基づいて直進行程およびこれに連続する旋
回行程に沿って自走車を走行させるための操向制御装置
において、 前記自走車から見た各光反射手段間の開き角検出手段
と、前記開き角に基づいて、直進行程における自走車の
操向を制御する手段と、直進行程から旋回行程への変化
点に自走車が位置した時点で、自走車の操舵角を予定の
操舵角度に固定する手段と、この操舵角を固定した旋回
中、前記開き角に基づいて前記各光反射手段の方位角を
検出し続け、前記自走車から見た前記各光反射手段の方
位角のうちのいずれか１つが、該方位角と対比できるよ
うに設定されている予定の方位角度範囲内に合致したこ
とを検出する手段と、該検出手段の検出信号に応じて前
記操舵角の固定を解除して前記直進行程における制御へ
切換える手段とを具備したことを特徴とする自走車の操
向制御装置。 - 【請求項２】自走車から発生した光ビームを、該自走車
を中心として円周方向に走査させ、該自走車とは離れた
位置に設置された少なくとも３箇所の反射手段からの前
記光ビームの反射光を、前記自走車に搭載され、水平面
内で回転する受光手段で順番に受光することにより、該
受光手段の受光出力に基づいて自走車の位置を検知し、
該位置情報に基づいて直進行程およびこれに連続する旋
回行程に沿って自走車を走行させるための操向制御装置
において、 前記自走車から見た各光反射手段間の開き角検出手段
と、前記開き角に基づいて、直進行程における自走車の
操向を制御する手段と、直進行程から旋回行程への変化
点に自走車が位置した時点で、自走車の操舵角を予定の
操舵角度に固定する手段と、この操舵角を固定した旋回
中、前記開き角に基づいて前記各光反射手段の方位角を
検出し続け、前記自走車から見た前記各光反射手段の方
位角のうちのいずれか１つが、該方位角と対比できるよ
うに設定されている予定の方位角度を検出する手段と、
該検出手段の検出信号に応じて前記操舵角の固定を解除
して前記直進行程における制御へ切換える手段とを具備
したことを特徴とする自走車の操向制御装置。 - 【請求項３】前記方位角と対比できるように設定されて
いる予定の方位角度が、旋回行程から直進行程への予定
の変化点における、自走車から見た前記各光反射手段の
方位角であって、予定の算出式によって幾何学的に算出
して得られた値であることを特徴とする請求項１または
２記載の自走車の操向制御装置。 - 【請求項４】自走車が直進行程の走行を完了するつど、
前記予定の方位角度の算出を行って設定するようにした
ことを特徴とする請求項1,2または３記載の自走車の操
向制御装置。 - 【請求項５】各旋回行程における予定の方位角度を自走
車の走行に先立って算出し設定しておくことを特徴とす
る請求項1,2または３記載の自走車の操向制御装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63149619A JP2717800B2 (ja) | 1988-06-17 | 1988-06-17 | 自走車の操向制御装置 |
| US07/362,630 US4947324A (en) | 1988-06-17 | 1989-06-07 | Steering control system for moving vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63149619A JP2717800B2 (ja) | 1988-06-17 | 1988-06-17 | 自走車の操向制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01316808A JPH01316808A (ja) | 1989-12-21 |
| JP2717800B2 true JP2717800B2 (ja) | 1998-02-25 |
Family
ID=15479175
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63149619A Expired - Fee Related JP2717800B2 (ja) | 1988-06-17 | 1988-06-17 | 自走車の操向制御装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4947324A (ja) |
| JP (1) | JP2717800B2 (ja) |
Families Citing this family (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2535213B2 (ja) * | 1988-10-18 | 1996-09-18 | 本田技研工業株式会社 | 自走車の操向位置検出装置 |
| JP2688960B2 (ja) * | 1988-12-12 | 1997-12-10 | 本田技研工業株式会社 | 自走車の操向位置検出装置 |
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