JPH06141614A - 無人走行芝刈機 - Google Patents

無人走行芝刈機

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JPH06141614A
JPH06141614A JP2401352A JP40135290A JPH06141614A JP H06141614 A JPH06141614 A JP H06141614A JP 2401352 A JP2401352 A JP 2401352A JP 40135290 A JP40135290 A JP 40135290A JP H06141614 A JPH06141614 A JP H06141614A
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vehicle body
turning
sensor
control
obstacle
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Hiroyoshi Ono
弘喜 小野
Shinji Ninomiya
伸治 二宮
Takashi Nagai
永井  隆
Akihiko Oka
昭彦 岡
Takashi Yano
貴士 矢野
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Iseki and Co Ltd
Iseki Agricultural Machinery Mfg Co Ltd
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Iseki and Co Ltd
Iseki Agricultural Machinery Mfg Co Ltd
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  • Guiding Agricultural Machines (AREA)
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  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圃場の一定区間を自動的に芝刈り作業し、省
力化を図る。 【構成】 車体2の前部に設けた駆動輪5,6は、駆動
輪モータ3,4により夫々独立して正転又は逆転する。
車体2には移動距離センサ16と方位センサ17と障害
物センサ18を設け、車体2の後部中央に回向自在なキ
ャスタ12を設ける。各センサの検出値に基づき、直進
制御及び旋回制御を行って芝刈り作業を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、オペレータが教示し
た区間を各種センサの検出値に基づいて直進制御及び旋
回制御を行い、自動的に作業する無人走行芝刈機に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】従来、此種芝刈機はオペレータが車体に
乗って操作を行う乗用型芝刈機や、或いはオペレータが
地上に立って車体を操作する歩行型芝刈機が知られてい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の芝刈機は、オペ
レータが運転及び刈り取りの操作を行っているため人手
を要し、操作に熟練した者が行わなければならない。そ
こで、オペレータが所定の区画を教示すれば、以後は人
手を煩わすことなく自動的に作業を行えるようにするた
めに解決されるべき技術的課題が生じてくるのであり、
本発明はこの課題を解決することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】この発明は上記目的を達
成するために提案されたものであり、車体前部の左右位
置に夫々独立したモータによって駆動される駆動輪を設
け、之等駆動輪の中間位置には地面に接地して回転自在
なる移動距離センサと、車体の進行方向を検出する方位
センサと、車体の周囲の障害物を検出する障害物センサ
とを設けると共に、車体後部の中央位置に左右に回向自
在なるキャスタを設け、オペレータが教示した二辺で形
成される区間を、直進制御と旋回制御を行いながら作業
する制御手段を備えたことを特徴とする無人走行芝刈機
を提供するものである。
【0005】
【作用】左右の駆動輪は独立したモータによって夫々別
個に駆動され、車体を前後進させると共に左右への旋回
を行う。車体の進行方向は方位センサによって検出し、
制御手段の指令により車体の進行方向を修正する。車体
の移動距離は移動距離センサの回転数に基づいて算出さ
れ、オペレータが教示した区間の夫々の辺の一端部から
他端部までを走行した地点で車体は旋回する。そして上
記区間内に障害物があれば、障害物センサによって車体
周囲の障害物を検出し、障害物の直前で車体は旋回す
る。
【0006】斯くして、前記教示した区間を無人走行し
ながら芝刈り作業を行っていく。
【0007】
【実施例】以下、この発明の一実施例を別紙添付図面に
従って詳述する。図1及び図2は無人走行芝刈機1を示
したものであり、車体2の前部左右位置に駆動輪モータ
3,4を固設し、夫々のモータへ駆動輪5,6を取り付
ける。之等駆動輪モータ3,4は左右別個に駆動するこ
とができ、左右の駆動輪5,6を夫々独立して正転又は
逆転させる。
【0008】車体2の中央部にはエンジン7を載設し、
車体2の下面に露出するブレード8を回転させて芝草を
刈り取ると共に、該エンジン7の上部に設けたオルタネ
ータ9を駆動して発電する。該エンジン7の側部に設け
たブレードクラッチ10はブレードクラッチモータ11
によって作動し、エンジン7からブレード8へ伝わる動
力を「入」「切」する。
【0009】車体2の後部中央位置にはキャスタ12を
設け、キャスタ回動モータ13の回転をギヤ14によっ
て減速し、キャスタ12を左右へ回向自在に形成する。
キャスタ12の回動角度はポテンショメータ15によっ
て検出する。一方、前記左右の駆動輪5,6の中間位置
には移動距離センサ16と、方位センサ17並びに障害
物センサ18を設ける。移動距離センサ16は地面に接
地して回転自在に形成され、車体2の移動に伴って該移
動距離センサ16が回転し、その回転数に基づいて移動
距離を算出する。方位センサ17は、地磁気を感知する
ことによって車体2が東西南北のどの方位を向いている
かを検出する。障害物センサ18は赤外線や超音波等を
発射してその反射波により障害物を検出するものであ
り、障害物センサ回動モータ19によって水平方向に回
動すると共に、障害物センサ上下動モータ(図示せず)
により地上からの高さを変更できるように形成する。障
害物センサ18の回動角度はポテンショメータ20によ
って検出する。尚、21は傾斜センサであり、車体2の
左右の傾きを検出する。
【0010】図3は前記各モータと各センサとをコント
ロールする制御部のブロック図であり、受信機から入力
した指令は各センサ及びポテンショメータの検出値に基
づき制御部で判断され、各モータを作動させて前記無人
走行芝刈機1を制御する。図4は操作パネルの外観を示
し、夫々22は前進、23は後退、24は左旋回、25
は右旋回の操作ボタンである。又、後述するティーチン
グ処理のスタートボタン26及びストップボタン27、
並びに方位補正ボタン28を設けてあり、液晶表示部2
9に各種メッセージ或いはデータ等が表示される。30
はアンテナであり、操作パネルの指令はこのアンテナ3
0から発射され、図3に示した受信機で受信する。
【0011】図5は圃場を示し、縦横の二辺で形成され
る区間内を、無人走行芝刈機1によって芝刈り作業を行
う。図6はメイン処理ルーチンのフローチャートであ
り、図5を参照しながら説明すれば、先ず圃場の隅部P
1に無人走行芝刈機1を縦辺に沿う方向にセットする。
そして、方位センサの補正が終了しているか否かをチェ
ックし(ステップ101)、補正が済んでいないときは
方位補正を行い(ステップ102)、補正が終了してい
るときはティーチングを行ったか否かをチェックする
(ステップ103)。
【0012】ここで、ティーチングについて簡単に説明
すると、図5に実線で示した圃場の縦辺31を無人走行
芝刈機1が隅部P1から基準方位に向って隅部P2まで
走行し、移動距離センサにより縦辺距離Yを測定する。
そして、隅部P2で基準方位から図中反時計回りに90
°旋回し、実線で示した圃場の横辺32を隅部P2から
隅部P3まで走行し、移動距離センサにより横辺距離X
を測定して、当該無人走行芝刈機1に芝刈りを行うべき
区間の面積を教示する。
【0013】ステップ103でティーチングが済んでい
ないときはティーチング処理を行い(ステップ10
4)、ティーチングが終了しているときは障害物センサ
によって車体周囲の障害物をチェックする(ステップ1
05)。もし障害物が発見されれば障害物回避処理を行
い(ステップ106)、障害物がなければステップ10
7で直進すべきか否かをチェックする。直進可能なとき
は直進制御によって車体が舵行しないようにし(ステッ
プ108)、直進不可能であれば旋回するか否かをチェ
ックする(ステップ109)。旋回するときは旋回制御
によって車体を90°旋回させ(ステップ110)、刈
幅移動するときはステップ111からステップ112へ
進んで刈幅移動処理を行う。
【0014】上記処理を経て無人走行が終了したか否か
をチェックし(ステップ113)、圃場の指定した区間
を走行終了したときは通常の停止処理を行い(ステップ
114)、もし走行が終了していないときはシステム異
常停止処理を行った後(ステップ115)、ステップ1
01へ戻る。次に、ティーチング処理について更に詳述
する。図7のフローチャートに示すように、ティーチン
グ処理開始時に方位補正済みか否かをチェックし(ステ
ップ201)、方位補正を行ってからでないと(ステッ
プ202)ティーチング処理を開始できない。圃場の隅
部P1からティーチング処理を開始し、先ず縦辺距離の
測定を行う(ステップ205〜215)。左右の駆動輪
5,6を双方とも正転させ、ブレードクラッチ10を
「入」とすれば(ステップ207,208)、無人走行
芝刈機1は圃場の縦辺31に沿って前進走行しながら刈
り取り作業を行っていく。このとき、一定距離走行毎に
方位センサ17によって現在の方位を数回算出し、それ
らの平均値を基準方位とする(ステップ209,21
0)。そして、基準方位に沿うべく方向修正を行いなが
ら前進し(ステップ211)、隅部P2へ至ったときに
縦辺距離Yが測定され、メモリーにセーブして縦辺距離
測定を終了する(ステップ212〜215)。隅部P2
ではオペレータの操作指令により、ブレードクラッチ1
0を「切」にして手動旋回を行う(ステップ212,2
13)。
【0015】上記のように、縦辺距離の測定が終了した
後は横辺距離の測定を行う(ステップ216〜22
7)。手動旋回を行った後、車体が前記基準方位に対し
て+90°(図5に於て基準方位から反時計回りに90
°回転した位置)旋回を行うべく旋回制御し(ステップ
218,219)、無人走行芝刈機1は圃場の横辺32
に沿って前進走行しながら刈り取り作業を行っていく
(ステップ220〜222)。そして、一定距離を走行
毎に方位センサ17によって車体を基準方位+90°に
すべく方向修正を行いながら前進し(ステップ22
3)、隅部P3へ至ったときに横辺距離Xが測定され、
メモリーにセーブして横辺距離測定を終了する(ステッ
プ224〜227)。
【0016】斯くして、縦辺距離Yと横辺距離Xが計測
され、ブレード8の回転直径によって決定される刈幅移
動距離Wも基準参考として、図5に於て鎖線で示すよう
な刈り取り行程の終了までの通常停止ターン回数を算出
する(ステップ228)。そして、隅部P3で車体が基
準方位に対して+180°(図5に於て基準方位から反
時計回りに180°回転した位置、即ち基準方位と反対
方向)旋回を行い、ティーチング処理を終了する(ステ
ップ229〜234)。上記ティーチング処理に於て、
オペレータは当該無人走行芝刈機1を圃場の隅部P1に
基準方向へ向けてセツトし、然るのちは自動的に方位修
正を行いつつ、直進制御及び旋回制御を行ってティーチ
ング処理が為される。尚、ティーチングスタート後に無
人走行芝刈機1が停止したときや、隅部P2及びP3で
旋回するときにはブレードクラッチ10が一旦「切」と
なり、同一地点でブレード8が回転を続けないように制
御している。
【0017】而して、前述したメイン処理ルーチンで
は、図8に示すように圃場の隅部P1から隅部P2を経
て隅部P3までティーチングし、その後隅部P3から障
害物の有無を検出しながら直進制御と旋回制御を繰り返
していく。図9は直進制御のフローチャートであり、直
進走行中に一定距離毎に方位センサ17により現在の方
位を測定し(ステップ301〜304)、平均方位を算
出して基準方位又は基準方位+180°に対して方向修
正を行う(ステップ305)。この方向修正は左の駆動
輪モータ3又は右の駆動輪モータ4の何れかをオフと
し、該オフとした駆動輪側へ車体を回向させて行う。直
進走行を終了したときはブレードクラッチ10を「切」
にして無人走行芝刈機1を停止し、直進制御モードから
旋回制御モードへ移向する(ステップ306〜31
0)。
【0018】上記直進制御中に、方向修正を一度に行う
と車体がハンチングを起し、芝の刈り取りが乱れる虞れ
があるので、一定時間又は一定距離だけオンタイム制御
を行う。例えば図10に示すように、一方の駆動輪モー
タを連続的にオンにし、他方の駆動輪モータは一定距離
d毎に一定時間tだけオンタイムにして左右の駆動輪
5,6に回転数差を与え、車体の方向を修正する。又、
方位ずれ角の大小によってオンタイム時間tを可変し、
方位ずれ角が大となるに従ってオンタイム時間tを短く
し、急激な方向修正を抑えるようにしてもよい。
【0019】図11は旋回制御のフローチャートであ
り、無人走行芝刈機1を旋回させるときは、先ず左右の
駆動輪5,6を一旦停止すると共にブレードクラッチ1
0を「切」とし、旋回初回フラグの有無をチェックする
(ステップ401〜403)。例えば、図8のP4地点
に於ては、旋回初回フラグがまだないのでステップ40
3からステップ406へ進み、旋回用ターン回数のカウ
ンタが1であるため、ステップ407で現在方位が基準
方位−90°となるまで左の駆動輪を逆転すると共に右
の駆動輪を正転し、車体をP5地点に向けて旋回させ
る。
【0020】P4地点からP5地点までは後述する刈幅
移動処理によって移動し、P5地点に於ては、旋回初回
フラグがあり且つ旋回用ターン回数のカウンタが1であ
るため、ステップ403からステップ410へ進み、現
在方位が基準方位となるまで左の駆動輪を逆転すると共
に右の駆動輪を正転し、車体をP6地点に向けて旋回さ
せる。そして、ティーチング処理で算出した通常停止タ
ーン回数のカウンタから1を減算し(ステップ41
2)、旋回初回フラグをリセットして直進制御モードへ
移向する(ステップ413〜415)。
【0021】P5地点からP6地点までは前述した直進
制御によって車体を前進させ、P6地点に於て再び旋回
制御に移向する。同地点に於てはステップ401からス
テップ403へ進み、再度旋回初回フラグをセットして
旋回用ターン回数のカウンタに1を加算する(ステップ
404〜405)。従って、旋回用ターン回数のカウン
タは2となり、ステップ408で現在方位が基準方位−
90°となるまで左の駆動輪を正転すると共に右の駆動
輪を逆転し、車体をP7地点に向けて旋回させる。
【0022】P6地点からP7地点までは刈幅移動処理
によって移動し、P7地点に於ては、旋回初回フラグが
あり且つ旋回用ターン回数のカウンタが2であるため、
ステップ403からステップ411へ進み、現在方位が
基準方位+180°となるまで左の駆動輪を正転すると
共に右の駆動輪を逆転し、車体をP8地点に向けて旋回
させる。
【0023】ここで、旋回地点では左右の駆動輪5,6
を反対方向へ回転させ、車体の略中心部を旋回中心とし
ているため、旋回半径が極めて小であり且つ旋回動作が
迅速に行える。依って、旋回のために移動距離の計測に
誤差を生じることがなく、計測精度が向上する。又、直
進制御中及び旋回制御中に無人走行芝刈機1が一旦停止
するときは、必ずブレードクラッチ10が「切」となっ
て同一地点で芝を刈り取り過ぎないようにしている。
【0024】一方、前述した旋回時に例えばP4地点か
らP5地点までブレードの刈幅分だけ移動するに当って
は、図12のフローチャートに従って刈幅移動処理を行
い(ステップ501〜507)、同処理終了後に再び旋
回制御及び直進制御を行う。そして、図13のフローチ
ャートに示すように、ティーチング処理で算出した通常
停止ターン回数のカウンタをチェックし、これが零とな
ったときに左右の駆動輪を停止すると共にブレードクラ
ッチを「切」とし(ステップ601〜603)、全制御
モードをクリアして次作業へ移向する(ステップ604
〜605)。
【0025】ここで、図14に示すように、作業区間内
に障害物33が存在するときは、障害物回避処理によっ
て無人走行芝刈機1は障害物33を迂回する。図15に
障害物回避処理のフローチャートを示すが、障害物セン
サ18により障害物33が前方にあるか否かをチェック
し(ステップ701〜705)、前方に障害物がある場
合は障害物の直前で旋回し、障害物を回避し終えるまで
刈幅移動処理及び直進制御、旋回制御を繰り返す(ステ
ップ706〜716)。
【0026】然るのち、基準方位の前方に障害物33が
存在しなくなったときは無人走行芝刈機1が障害物33
の側方を通過し、障害物回避移動距離Kに相当する分だ
け無人走行芝刈機1の車体を戻すべく障害物回避復帰処
理を行う(ステップ717〜722)。そして、障害物
回避処理を終了する(ステップ723〜725)。前記
障害物センサ18は障害物センサ回動モータ19によっ
て水平方向に回動すると共に、障害物センサ上下動モー
タにより地上高も変化できるため、当該無人走行芝刈機
1の前方及び側方の障害物を検出できる。従って、移動
距離センサ16と組み合わせれば、1つの障害物センサ
18のみで障害物33の大きさを正確に検出でき、障害
物回避処理を円滑に行うことができる。
【0027】図16はシステム異常停止処理のフローチ
ャートであり、メイン処理ルーチンで無人走行中に異常
が発生した場合には、左右の駆動輪を停止させると共に
ブレードクラッチを「切」として、全制御モードをクリ
アする(ステップ801〜814)。図17は旋回時補
正処理のフローチャートであり、左右の駆動輪5,6を
反対方向に回転して90°旋回する場合、芝の状態や地
形の凹凸等によって駆動輪5,6にスリップを生ずるこ
とがある。斯かる場合には、旋回動作を一旦中断して無
人走行芝刈機1を少し前進又は後進させ、再度旋回動作
を行う(ステップ901〜908)。然るときに、キャ
スタが一方向固定では該キャスタがブレーキとなって旋
回精度が悪化するが、本発明では図18のフローチャー
トに示すように、キャスタ回動モータ13によりキャス
タ12を左右に回向できるので、車体の右旋回開始時に
はキャスタ12を左へ回向させ、車体の左旋回開始時に
はキャスタ12を右へ回向させて(ステップ1001〜
1004)、旋回動作を円滑にしている。依って、旋回
制御の精度が向上し、芝を損傷することが防止できる。
旋回動作を終了して直進状態になったときは、図19の
フローチャートに示すように、キャスタ12を直進方向
へ復帰させる(ステップ1011〜1012)。従っ
て、直進制御中はキャスタ12が左右に揺動することな
く、直進状態に固定できるので車体2の直進性を向上で
きる。
【0028】一方、旋回制御で無人走行芝刈機1を旋回
させるとき、目標方位へ連続的に旋回させると、慣性に
よって車体2が旋回し過ぎることがある。然るときは、
目標方位の少し手前で旋回を一旦停止させ、一定時間待
機した後に再度方位を読み込んで旋回させるように制御
する。図20は上記旋回制御のフローチャートであり、
図21の動作図と併わせて説明すれば、例えば、P4地
点に於ては旋回初回フラグがまだないのでステップ11
03から1106へ進み、旋回用ターン回数のカウンタ
が1であるため、目標方位(基準方位−90°)の少し
手前の方位(基準方位−90°−α)になるまで車体を
旋回させる(ステップ1107)。そこで、一定時間ウ
エイトして車体の慣性を緩和し(ステップ1108)、
その後目標方位(基準方位−90°)に達するまで旋回
する(ステップ1109)ことにより、旋回精度を向上
させている。他の地点P5(ステップ1114〜111
6)、地点P6(ステップ1110〜1112)、地点
P7(ステップ1121〜1123)に於ても同様にし
て、目標方位の少し手前で旋回を一旦中断し、車体の慣
性を緩和させるように制御する。
【0029】ここで、図22に示すように、圃場が傾斜
している場合は、無人走行芝刈機1は直進走行中に徐々
に傾斜の低い側(図中右側)へ進行方向がずれてくる。
そこで、車体2に設けた傾斜センサ21によって傾斜角
度θを検出し、図23に示す平坦とみなす範囲内の一定
角度+θ1 及び−θ1 を該傾斜角度θが越えたときに、
図24のフローチャートに示すような傾斜制御を行う。
【0030】先ず、傾斜センサ21によって傾斜角度θ
を読み込み、−θ1 ≦θ≦+θ1 であるときは略平坦で
あると判定し、左右双方の駆動輪モータ3及び4を連続
的にオンにして直進走行を続行する(ステップ1201
〜1205)。傾斜角度θが+θ1 より大であるとき
は、図22に示したような右傾斜であると判定し、図2
5に示すように右駆動輪モータを連続的にオンにし、左
駆動輪モータは一定時間tだけオンタイムにする。(ス
テップ1206〜1215)。一方、傾斜角度θが−θ
1 より小であるときは左傾斜であると判定し、図26に
示すように右駆動輪モータを一定時間tだけオンタイム
にし、左駆動輪モータは連続的にオンにする。(ステッ
プ1207〜1211)。上記各オンタイム時間tの長
さは、傾斜角度θの大小によって適宜可変する。斯くし
て、右傾斜の場合は右駆動輪6の回転数が左駆動輪5よ
り大となり、車体2を左側へ回向するように作用するた
め、無人走行芝刈機1は傾斜状態のまま直進走行を維持
する。又、左傾斜の場合はこれとは逆に左駆動輪5の回
転数が右駆動輪6より大となり、車体2を右側へ回向す
るように作用させて無人走行芝刈機1は直進走行を維持
する。更に、左右の駆動輪モータ5,6のオン・オフ制
御ではなく、モータ自体の回転数を変更してモータ速度
制御を行っても同様の効果をうることができ、傾斜角度
θが限界値を越えたときには転倒防止のために車体を停
止するように制御してもよい。
【0031】尚、この発明は、この発明の精神を逸脱し
ない限り種々の改変を為すことができ、そして、この発
明が該改変されたものに及ぶことは当然である。
【0032】
【発明の効果】この発明は上記一実施例に詳述したよう
に、圃場の端部に無人走行芝刈機をセットし、芝刈りを
行う区間の二辺をオペレータが教示するのみで、当該無
人走行芝刈機は前記区間内を自動走行しながら芝刈りを
行う。教示後の作業は自動化されているためオペレータ
は不要であり、省力化に寄与できる発明である。
【図面の簡単な説明】
【図1】無人走行芝刈機の平面図。
【図2】無人走行芝刈機の側面図。
【図3】各モータと各センサとをコントロールする制御
部のブロック図。
【図4】操作パネルの正面図。
【図5】圃場の作業区間を示す平面図。
【図6】メイン処理ルーチンのフローチャート。
【図7】ティーチング処理のフローチャート。
【図8】直進制御、旋回制御、刈幅移動処理を説明する
概念図。
【図9】直進制御のフローチャート。
【図10】直進制御のタイミングチャート。
【図11】旋回制御のフローチャート。
【図12】刈幅移動処理のフローチャート。
【図13】通常停止処理のフローチャート。
【図14】障害物回避の動作を説明する平面図。
【図15】障害物回避処理のフローチャート。
【図16】システム異常停止処理のフローチャート。
【図17】旋回時補正処理のフローチャート。
【図18】旋回時キャスタ駆動処理のフローチャート。
【図19】直進時キャスタ復帰処理のフローチャート。
【図20】旋回制御の他の実施例のフローチャート。
【図21】旋回制御の他の実施例を説明する概念図。
【図22】圃場が傾斜状態である無人走行芝刈機の背面
図。
【図23】平坦とみなす角度を説明する概念図。
【図24】傾斜制御のフローチャート。
【図25】傾斜制御で右傾斜状態のタイミングチャー
ト。
【図26】傾斜制御で左傾斜状態のタイミングチャー
ト。
【符号の説明】
1 無人走行芝刈機 2 車体 5,6 駆動輪 12 キャスタ 16 移動距離センサ 17 方位センサ 18 障害物センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡 昭彦 愛媛県伊予郡砥部町八倉1番地 井関農機 株式会社技術部内 (72)発明者 矢野 貴士 愛媛県伊予郡砥部町八倉1番地 井関農機 株式会社技術部内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 車体前部の左右位置に夫々独立したモー
    タによって駆動される駆動輪を設け、之等駆動輪の中間
    位置には地面に接地して回転自在なる移動距離センサ
    と、車体の進行方向を検出する方位センサと、車体の周
    囲の障害物を検出する障害物センサとを設けると共に、
    車体後部の中央位置に左右に回向自在なるキャスタを設
    け、オペレータが教示した二辺で形成される区間を、直
    進制御と旋回制御を行いながら作業する制御手段を備え
    たことを特徴とする無人走行芝刈機。
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