JP2802514B2 - 自走車の操向制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、農業および土木作業等に使用される自走車
の操向制御装置に関し、特に、走行区域内に存在する障
害物によって該自走車が正常に走行できなくなった場合
に、そのことを検出して対策を講じることができる自走
車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出す
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カ所に固定され、入射方向に光を反射
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）。

前記自走車はこのような位置検出手段の検出情報に基
づいて走行方向を制御され、予定の作業を行うようにし
ている。

ところで、上記の自走車による作業区域には樹木や、
作業のために必要な道具，自転車等の障害物があって、
そのために自走車の走行に支障をきたすことがある。

このような問題点の対策として、例えば、特開昭60−
47606号に記載されているように、自走車に障害物検出
センサを搭載し、該センサで障害物を検出した場合に
は、これを回避して迂回走行するような自動走行作業車
がある。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上記のような自動走行作業車（自走車）に
設けられている障害物検出センサは、該自走車の走行面
からある程度の高さ以上に突出しているような前記樹木
等の物体は確実に検出できる。しかしながら、自走車の
走行を妨げる他の障害物、例えば窪地や溝等のような走
行面の凹み部分、あるいは背丈の低い障害物、および地
表のわずかな盛上がり部分、ならびに軟泥地等を検出す
るのは容易ではない。

このような障害物を検出できず、自走車がこれらの障
害物を回避することができない場合には、前記盛上がり
部分に乗上げたり、凹み部分に落ちたり、軟泥地でスリ
ップしたりして立ち往生し、走行を継続できなくなると
いう問題点があった。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、自
走車が立ち往生したことを検出して自動的に自走車のエ
ンジンを停止させ、さらに立往生した原因に応じて警報
を発することが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し、目的を達成するために、本発
明は、所定の周期で演算された自走車の最新の自己位置
および前回演算された自己位置の差が基準値より小さい
ときに自走車が移動していないと判断する手段と、自走
車の車輪が回転しているか否かを検出する手段と、車輪
が回転しているにもかかわらず自走車が移動していない
場合には空転警報を発して少なくともエンジンを停止さ
せるための第１の異常検出信号を出力する手段とを具備
した点に第１の特徴がある。

また、本発明は、エンジン停止検出手段と、燃料の有
無を検出する手段と、エンジンが停止している場合に、
前記燃料有無検出手段の出力に応じて燃料切れを示す警
報およびその他の異常原因を示すための警報のいずれか
を発生させる第２の異常検出信号とを具備した点に第２
の特徴がある。

上記構成を有する本発明では、自走車が立ち往生した
場合には自走車が立往生している原因を示す警報を発す
ることができる。また、自走車の車輪が回転していて、
しかも自走車が移動していない場合には警報を発してエ
ンジンを停止できる。

（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
該自走車の作業区域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
に使用される作業車であり、その底面には芝刈り用のカ
ッタブレード（図示しない）が装着されて所定の芝刈り
作業が行われる。また、自走車１にはあらかじめ設定さ
れた走行コースに沿って該自走車１を走行させるための
操向制御装置が搭載される。

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光器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の回転角度を検出できる。

自走車１の作業区域周囲の３カ所には反射器６が配置
され、該反射器６が配置された位置は自走車１の位置お
よび進行方向を検出する際の基準点となる。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、該反射器６としては、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。

前記発光器２で発生された光ビームが光反射器６で反
射されると、その反射光は受光器３で受光される。そし
て、その受光タイミングと前記エンコーダ７のパルス出
力とに基づいて作業区域内を走行する自走車１の位置お
よび進行方向が検出される。

前記自走車１の位置および進行方向の検出結果に基づ
いて自走車１の操向制御を行う制御装置の構成を第２図
に示したブロック図に従って説明する。

第２図において、発光器２から射出される光ビーム
は、前記回転テーブル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、自走車の進行方向に対
する反射器６の方位角を表す情報として検出される。

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の進行方向に対す
る各反射器６の開き角が算出される。

位置・進行方向演算部13では、検出された各反射器
６、つまり各反射器６が配置された３カ所の基準点間の
開き角に基づき、この基準点のうち２つの基準点を結ぶ
直線をｘ軸とするｘ−ｙ座標系における自走車１の座標
および進行方向が演算される。該ｘ−ｙ座標系は予め適
宜の手段によって各基準点の位置を測定し、その位置情
報に基づいて設定される。前記座標および進行方向の具
体的な算出手順およびその算出式は本発明者等が先に出
願した発明（特願昭63−116689号）に詳述されているの
で説明は省略する。

位置・進行方向演算部13で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、位置・進行方向演
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、前記走行コースに対する自走車１の位置差Δｘ
および進行方向の角度差Δθｆが検出される。

これらの位置差Δｘおよび進行方向の角度差Δθｆは
操舵部14に入力され、操舵部14では、これらのデータに
基づいて自走車１の前輪17の操舵角が決定される。

決定された操舵角に基づいて自走車１の前輪17に連結
された操舵モータＭが駆動される。該操舵モータＭ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で検出されて操舵部14にフィードバックされ
る。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。

次に、自走車１が走行不能に陥ったことを検出するた
めの制御装置の構成を第１図を参照して説明する。第１
図において、第２図と同符号は同一または同等部分を示
す。

第１図において、位置・進行方向演算部13で検出され
た自走車１の位置を示すｘ座標は現ｘ座標記憶部23に入
力され、同ｙ座標は現ｙ座標記憶部24に入力される。

前記ｘ座標が現ｘ座標記憶部23に入力されると、前回
のサンプリング時に該記憶部23に記憶された値は、旧ｘ
座標記憶部26に転送される。ｘ方向変位検出部28では、
現ｘ座標記憶部23および旧ｘ座標記憶部26に記憶されて
いる値の差、すなわち予定のサンプリング周期の間に自
走車１がｘ方向に移動した量が検出される。

同様に、ｙ座標が現ｙ座標記憶部24に入力されると、
前回のサンプリング時に該記憶部24に記憶された値は、
旧ｙ座標記憶部27に転送される。そして、ｙ方向変位検
出部29で、現ｙ座標記憶部24および旧ｙ座標記憶部27に
記憶されている値の差、すなわち予定のサンプリング周
期の間に自走車１がｙ方向に移動した量が検出される。

前記ｘ方向変位検出部28およびｙ方向変位検出部29で
の検出値は、それぞれｘ方向変位比較部30およびｙ方向
変位比較部31に入力されて基準値と比較される。

比較の結果、それぞれの比較部30,31に入力された値
が基準値よりも小さい場合は第１異常検出部32、第２異
常検出部33ならびに第３異常検出部34に検出信号a,bが
供給される。

回転検出部35ではエンジン19が回転しているか否かが
検出され、オン・オフ検出部36ではクラッチ20が接続さ
れている（オン）か、切離されている（オフ）かが検出
される。

そして、エンジン19が回転している場合は、第１異常
検出部32に検出信号ｃが供給され、エンジン19が回転し
ていない場合は、第２異常検出部33および第３異常検出
部34に検出信号ｄが供給される。

また、クラッチ20がオンの場合は第１異常検出部32、
第２異常検出部33ならびに第３異常検出部34に検出信号
ｅが供給される。

さらに、燃料タンク37に燃料があるかどうかが燃料有
無検出部38で検出され、燃料がない場合は、第２異常検
出部33に検出信号ｆが供給され、燃料がある場合は、第
３異常検出部34に検出信号ｇが供給される。

上記の検出信号を供給された前記各異常検出部32,33,
34に上記の予定された検出信号が供給されるとそれぞれ
異常検出信号I1,I2,I3を出力する。

前記各異常検出部32,33,34は１つの論理演算部で構成
し、各検出部の入力に基づく演算を行って検出信号I1〜
I3を出力するようにしてもよい。

前記異常検出信号I1はエンジン19、およびエンジン19
にカッタブレード（図示せず）をオン・オフ自在に連結
するカッタブレードクラッチ（図示せず）、ならびにク
ラッチ20の各駆動部に供給されてエンジン19、カッタブ
レードを停止させ、クラッチ20をオフにして車輪の空転
を知らせる第１の警報機（図示せず）を作動させる指示
信号となる。

また、異常検出信号I2はカッタブレードクラッチ、お
よびクラッチ20の各駆動部に供給されてカッタブレード
を停止させ、クラッチ20をオフさせて燃料切れを知らせ
る警報機（図示せず）を作動させる指示信号となる。

さらに、異常検出信号I3は上記回転検出部35、オン・
オフ検出部36、燃料有無検出部38等の検出手段だけでは
特定できないその他の原因、例えば故障およびエンジン
オイル不足等による自走車１の停止を知らせるための第
３の警報機（図示せず）を作動させる指示信号となる。

なお、第１図に示された構成要素、および第２図の構
成要素のうちの、鎖線で示された範囲内の部分は、マイ
クロコンピュータによって構成することができる。

次に、上記構成による本実施例の動作を説明する。第
３図，第４図は本実施例の動作を示すフローチャート、
第５図は自走車１の走行コースと反射器６の配置状態を
示す図である。

第５図において、基準点A,B,Cには反射器６が配置さ
れ、点Ｂを原点とし、点ＢおよびＣを通る線をｘ軸とす
る座標系で自走車１および作業区域22を表している。

点Ｒ（Xret,Yret）は自走車１の戻り位置を示し、作
業区域22は（Xst,Yst）、（Xst,Ye）、（Xe,Yst）、（X
e,Ye）で示される点を結ぶ領域である。自走車１の位置
はＴ（Xp,Yp）で示す。

第５図では説明を簡単にするため、作業区域22の４辺
をｘ軸またはｙ軸に平行にした例を示したが、作業区域
22の周囲に基準点A,B,Cを配置してあれば、作業区域22
の形状および作業区域22の４辺の向きは任意である。

第３図のフローチャートに従って制御手順を説明す
る。

まず、ステップS1では、自走車１の現在位置（戻り位
置）Ｒ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）とに基づいて演算された自走車
１の操舵量に従って前輪17を操舵し、自走車１を作業開
始位置へ移動させる。

ステップS2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設定する。

ステップS3では、自走車１の走行を開始させ、ステッ
プS4では、自走車１の自己位置Ｔ（Xp,Yp）および進行
方向θｆの演算が行われる。

ステップS5では、第４図に関して後述する手順に従っ
て走行不能検出処理が行われる。

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では該ずれ量に
応じ、操舵部14によって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。

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（Yp＞Ye）か否かが判断され、戻り方向であれば、
ステップS10において一行程が終了した（Yp＜Yst）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S4〜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。

全行程が終了していなければステップS12において自
走車１のＵターン制御が行われる。該Ｕターン（旋回行
程）の制御は、例えば次のように行われる。自走車１
を、その操舵角をあらかじめ設定された角度に固定して
走行させ、前記角度検出部10で検出される開き角に基づ
く、自走車１から見た各基準点Ａ〜Ｃの方位角のうち少
なくとも１つが予定の角度範囲内に合致した時点で、旋
回行程の制御を終了して直線行程の操向制御に戻るよう
にする。

ステップS13では、Xnに（Xn＋Ｌ）がセットされて次
の走行コースが設定される。

全行程が終了したならば、戻り位置Ｒへ戻って（ステ
ップS14）、走行が停止される（ステップS15）。

次に、前記ステップS5の走行不能検出処理の動作につ
いて第４図を参照して説明する。

同図において、ステップS50では、自走車１の現在位
置を示すｘ座標を、位置・進行方向演算部13から現ｘ座
標記憶部23に読込む。これに伴なって旧ｘ座標記憶部26
の記憶内容は現ｘ座標記憶部23から転送されるデータで
更新される。

ステップS51では、自走車１の現在位置を示すｙ座標
を、位置・進行方向演算部13から現ｙ座標記憶部24に読
込む。これに伴なって旧ｙ座標記憶部27の記憶内容は現
ｙ座標記憶部24から転送されるデータで更新される。

ステップS52では、前記現ｘ座標記憶部23および旧ｘ
座標記憶部26から自走車１の現在位置を示すｘ座標（現
ｘ座標）および前回演算時の位置を示すｘ座標（旧ｘ座
標）を読出して現ｘ座標と旧ｘ座標との差、つまり自走
車１のｘ方向移動量mxが算出される。

ステップS53では、前記移動量mxが基準値以下か否か
が判断される。該移動量mxが基準値以上の場合は、前記
ステップS6（第３図）に進み、該移動量mxが基準値以下
の場合は、ステップS54に進む。

ステップS54では、前記現ｙ座標記憶部24および旧ｙ
座標記憶部27から自走車１の現在位置を示すｙ座標（現
ｙ座標）および前回演算時の位置を示すｙ座標（旧ｙ座
標）を読出して現ｙ座標と旧ｙ座標との差、つまり自走
車１のｙ方向移動量myが算出される。

ステップS55では、前記移動量myが基準値以下か否か
が判断される。該移動量myが基準値以上の場合は、前記
ステップS6に進み、該移動量myが基準値以下の場合は、
ステップS56に進む。

ステップS56では、前記クラッチ20のオン・オフ状態
が判別される。クラッチ20がオフの場合は前記ステップ
S6に進み、該クラッチ20がオンの場合は、ステップS57
に進む。

ステップS57では、エンジン19の回転数が読込まれ
る。

ステップS58では、読込まれた回転数に基づいてエン
ジン19が停止しているか否かの判別がなされる。

エンジン19が停止していなければ、この時点までの検
出結果、すなわちエンジン19は回転していてクラッチ20
がオンにもかかわらず、自走車１は予定時間内に基準値
以上移動していないことから、車輪が空転していると判
断される。

以上の判断結果に基づき、ステップS59では、前記異
常検出信号I1が出力されてエンジン19およびカッタブレ
ードが停止され、クラッチ20はオフにされる。

ステップS60では、空転を知らせるための警報が出さ
れる。

一方、ステップS58の判断の結果、エンジン19は停止
しているとなれば、今度はステップS61で燃料が有るか
否かが判断され、燃料が無ければ異常検出信号I2が出力
され、該信号I2に応答してステップS62でカッタブレー
ドクラッチおよびクラッチ20はオフにされる。

ステップS63では、燃料切れを知らせるための警報が
出される。

前記ステップS61の判断の結果、まだ燃料が有るとな
れば、自走車１が走行不能に陥っている原因は不明であ
るので、ステップS64で故障を知らせるための警報だけ
を出して処理を終了する。

以上の説明のように、本実施例によれば、位置・進行
方向演算部13で算出される自走車１の位置情報に基づい
て所定時間内における自走車１の移動量を検出でき、こ
の検出結果と、エンジン19の回転検出信号、クラッチ20
のオン・オフ検出信号、燃料の有無検出信号とから総合
的に判断して自走車１が走行不能に陥っているか否かを
確実に検出できる。

また、自走車１が走行不能に陥っている場合には、そ
の原因が、車輪の空転によるものか、燃料切れによるも
のか、その他の原因によるものかに応じて別個の異常検
出信号を出力して各々別の警報を発するようにした。

その結果、自走車１の作業を監視している人が、自走
車１の走行不能を早期に認識できると共に、異常発生原
因を適確に知ることができる。

（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
のような効果が得られる。

（１） 自走車が正常に走行できなくなった時に、これ
を確実に検出してエンジンを停止させることができる。

（２） エンジンを自動的に停止させることができるの
で、燃料をむだに消費することがなくなる。

（３） 車輪の空転を防止できるので芝刈り作業等にお
いてスリップの継続によって芝を傷めることがなくな
る。

（４） 走行不能を警報によって知ることができるの
で、作業者の監視労力の低減が図れる。

（５） 異常発生原因を適確に知ることができるので、
正常な走行へ早期に復帰でき、作業能率が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図，第２図は本発明の一実施例を示すブロック図、
第３図，第４図は実施例の動作を示すフローチャート、
第５図は自走車の走行経路の説明図、第６図は自走車と
反射器ならびに障害物の位置関係を示す斜視図である。 １……自走車、２……発光器、３……受光器、６……反
射器、10……角度検出部、13……位置・進行方向演算
部、14……操舵部、23……現ｘ座標記憶部、24……現ｙ
座標記憶部、25……比較部、26……旧ｘ座標記憶部、27
……旧ｙ座標記憶部、28……ｘ方向変位検出部、29……
ｙ方向変位検出部、30……ｘ方向変位比較部、31……ｙ
方向変位比較部、32……第１異常検出部、33……第２異
常検出部、34……第３異常検出部、35……回転検出部、
36……オン・オフ検出部、38……燃料有無検出部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹田 亨 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式 会社本田技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭59−67476（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−80709（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G05D 1/02 A01B 69/00 303

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】作業に関する区域周辺の少なくとも３カ所
   に設置された基準点に対する自己位置および進行方向を
   検出する検出手段を有し、該検出手段の検出情報に基づ
   いて自走車の走行方向を制御する自走車の操向制御装置
   において、 所定の周期で演算された自走車の最新の自己位置および
   前回演算された自己位置の差が基準値より小さいときに
   自走車が移動していないと判断する手段と、 自走車の車輪が回転しているか否かを検出する手段と、 車輪が回転しているにもかかわらず自走車が移動してい
   ない場合に、少なくともエンジンを停止させるための第
   １の異常検出信号を出力す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。
2. 【請求項２】前記第１の異常検出信号を出力する手段
   が、車輪が空転していることを示す空転警報を発する手
   段をさらに具備していることを特徴とする請求項１記載
   の自走車の操向制御装置。
3. 【請求項３】エンジン停止検出手段と、 燃料の有無検出手段と、 エンジンが停止している場合に、前記燃料の有無検出手
   段の出力に基づき、燃料切れおよびその他の異常原因を
   示す警報のいずれかを発するための第２の異常検出手段
   とを具備したことを特徴とする請求項１又は２記載の自
   走車の操向制御装置。