JPH10320045A

JPH10320045A - 自走式作業機械の走行制御方法

Info

Publication number: JPH10320045A
Application number: JP9125703A
Authority: JP
Inventors: Shintarou Hatsumoto; 慎太郎初本; Kenjiro Fujii; 健二郎藤井; Noriyuki Kamiya; 敬之神谷; Toshihiro Aono; 俊宏青野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-05-15
Filing date: 1997-05-15
Publication date: 1998-12-04
Anticipated expiration: 2017-05-15
Also published as: JP3454666B2

Abstract

(57)【要約】【課題】作業対象エリア内での切り返し走行操作を要
することなく、必要最小限の予備しろを要するだけで、
必要な作業を行なうことができるようにした自走式作業
機械の走行制御方法を提供すること。【解決手段】ａ×ｂの大きさの芝刈り対象エリア内
で、各直線経路(1)、(3)、……、(13)、(15)を、反転経
路(2)、(4)、……、(12)、(14)で結んで芝刈り作業用の
走行路を形成する際、これら反転経路(2)、(4)、……、
(12)、(14)による各直線経路間での渡りを、２以上の偶
数本の飛ばしによる３以上の奇数本目に移るようにした
もの。すなわち、直線経路(1)の終端部からの反転経路
(2)は、進行方向２本分の直線経路を飛ばして３本目の
直線経路(3)に移り、次もまた２本分の直線経路を飛ば
して３本目の経路(5)に移るＳ字を基本としたパターン
にし、これによりａ×ｂの広さの芝刈り作業対象エリア
に対して、実際に必要になる作業エリアの広さは、(ａ
＋２ｂ)×ｄで済むようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、予め設定してある
所定の制御データにより、ほぼ方形の作業対象区域内を
所定の経路に沿って自動的に走行するようにした自走式
作業機械に係り、特に自走式の芝刈り機に好適な走行制
御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】芝刈りや耕作、地表面の清掃などの作業
では、広い範囲に移動しながら長い時間にわたっての作
業を必要とする場合が多い。そこで、このような作業を
行なう機械として、動力駆動の車輪を備え、自走しなが
ら作業が行えるようにした、いわゆる自走式の作業機械
が従来から用いられている。

【０００３】しかして、このような自走式の機械を用い
たとしても、これを人手によって操作していたのでは、
コスト面や作業者の確保などで問題が多い。そこで、近
年、自律航法による自動走行機能を持たせ、所定の経路
に沿って自走しながら所定の範囲にわたって自動的に必
要な作業が行なえるようにした装置についての提案がな
されており、その一例として、自走式自動芝刈り機があ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、作業
対象区域よりも広い作業可能区域を必要とする点につい
て配慮がされておらず、作業対象区域が限定されている
場合には、自走式の機械として特別な仕様のものを用い
ない限り、その区域内の全ての範囲を対象とした作業が
困難であるという問題があった。この点について、以
下、自走式自動芝刈り機を例にして説明する。

【０００５】まず、従来の自走式自動芝刈り機は、コス
ト面から既存の自走式の芝刈り機を基にしており、従っ
て、その旋回半径は、芝刈り幅分以上になっている場合
が殆どである。また、芝刈り作業では、芝の保護の観点
と、芝刈り面での芝刈り機のタイヤ痕残存防止の観点か
ら、芝刈り機の切り返し走行操作は極力避ける必要があ
り、さらに、このとき、芝刈り方向の反転による模様付
けを要する場合が多い。そうすると、これらを勘案した
場合、従来技術で芝刈り作業を行なう際の作業経路パタ
ーンは、例えば図８に示すようになる。

【０００６】すなわち、いま、芝刈りの対象エリア(区
域)が方形(四角形)であるとすると、芝刈り機１は、通
常、経路(1)から順に経路(15)までの走行路に沿って移
動し、このとき相互に平行になっている直線経路(1)、
(3)、……、(13)、(15)で芝刈りを行って作業を完了す
るのである。ここで、各直線経路(1)、(3)、……、(1
3)、(15)の一方の終端部と他方の始端部を結ぶ経路
(2)、(4)、……、(12)、(14)では芝刈り作業は行なわ
ず、各直線経路間での移動のための反転走行を行なうだ
けなので、以下、この経路を反転経路と呼ぶ。

【０００７】この場合、作業対象エリアの広さは、縦方
向の長さをａとし、横方向の長さをｄとすると、ａ×ｄ
になる。ところが、芝刈り機１の旋回動作などのため、
作業エリアとしてはａ×ｄの広さでは済まず、実際に
は、(ａ＋２ｃ＋２ｂ)×(ｄ＋ｅ)の広いエリアが作業用
として必要になる。ここで、ｂは芝刈り機１の旋回に必
要なエリアで、芝刈り機１の旋回半径で決る大きさとな
り、ｃは芝刈り機１の走行方向を直線の経路に戻すのに
必要なエリア、そしてｅは芝刈り機１の芝刈り作業幅
(車幅)に取られるエリアである。

【０００８】しかして、仮に、芝の保護と、芝刈り面で
のタイヤ痕の残存を考慮せず、作業対象エリア内で切り
返し走行操作を許したとしても、この場合でも、図９に
示すように、大きさがａ×ｂの作業対象エリアに対し
て、(ａ＋２ｂ)×(ｄ＋ｅ)の広さの作業エリアが必要に
なる。

【０００９】従って、従来技術では、図８に示すよう
に、作業対象エリアに対して多くの予備しろ(代)となる
エリアが存在していないと、自走式の芝刈り機による作
業ができないことになり、芝刈り機の適用に大きな制約
が生じてしまうという問題が生じてしまうのである。ま
た、図９に示すように、作業対象エリア内で切り返し走
行操作をした場合には、予備しろとなるエリアを少なく
することができるが、芝に対する悪影響と見栄えの悪化
が免れないので、これも望ましくない。

【００１０】本発明の目的は、作業対象エリア内での切
り返し走行操作を要することなく、必要最小限の予備し
ろを要するだけで、必要な作業を行なうことができるよ
うにした自走式作業機械の走行制御方法を提供すること
にある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的は、ほぼ方形の
作業対象区域内に設定してある走行路に沿って自走式作
業機械を自動的に走行させるようにした自走式作業機械
の走行制御方法において、前記走行路が、複数本の平行
な直線経路の端部を相互に反転経路で結んで形成され、
前記反転経路が、前記直線経路の或るものの一方の端部
から、この直線経路から隣接する少なくとも２以上の偶
数本の直線経路を飛び、少なくとも３以上の奇数本目に
ある直線経路の一方の端部を結んで設けられ、前記直線
経路での前記自走式作業機械の走行方向が、隣接した直
線経路で交互に反対になるようにして達成される。

【００１２】この結果、本来の作業対象エリアの外に必
要となる予備しろエリアを、作業対象エリア内での切り
返し走行操作を要することなく、最小限の広さに抑える
ことができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明による自走式作業機
械の走行制御方法について、図示の実施形態により詳細
に説明する。まず、図２と図３は、本発明を芝刈り機に
適用した場合の一実施形態で、図２は側面図、図３は平
面図である。芝刈り機１は、車体を構成するメインフレ
ーム１０と、このメインフレーム１０を支持する２個の
前輪２４と２個の後輪２２を有する。フレーム１０の下
部には、芝刈り用のユニット７０、７２が配設され、フ
レーム１０の上部にはエンジン３０が設けられている。

【００１４】エンジン３０は油圧ポンプ１００を駆動
し、この油圧ポンプ１００が発生する圧油によって車輪
の駆動及び操舵、芝刈り用のユニットの昇降及びカッタ
ーの駆動など行なわれる。フレーム１０の両側には燃料
タンク３２と、油圧ポンプ１００の作動油のタンク３４
などが設けられている。また、フレーム１０上にはオペ
レータ用の座席５０とステアリング６０が設けられてい
て、有人運転時には、オペレータが乗車して運転できる
ようになっており、このため、座席５０の周辺には、有
人運転時に必要な操作レバー８０やアクセルペダル、ブ
レーキペダルなどが設けられている。

【００１５】芝刈りユニット７０、７２は、油圧モータ
により回転駆動されるカッターブレードを有している。
フレーム１０の前部には、前部バンパー８２が取付けて
あり、これにはバンパースイッチ３２０と障害物センサ
３４０が設けてあり、後部には後部バンパー８４が取付
けてあり、前部バンパー８２と同様に、バンパースイッ
チ３２０と障害物センサ３４０が設けてある。

【００１６】さらにフレーム１０上には制御装置２００
が設けてあり、これには、マイクロコンピュータと所定
の制御データ格納用のメモリが備えられている。そし
て、この制御装置２００は、車速センサ４３０と、制御
装置２００内に設けられているジャイロセンサなど必要
なセンサからの情報を取込んで自律航法制御を行ない、
これにより、上記したメモリに予め記憶してある制御デ
ータで決められる走行経路に沿って芝刈り機１が正しく
走行するように、操舵装置のアクチュエータやエンジン
の絞り弁アクチュエータ、ブレーキアクチュエータなど
を制御し、所定の作業エリア内での芝刈り運転が自動的
に得られるように構成されている。

【００１７】次に、この実施形態による芝刈り作業につ
いて説明する。上記したように、この実施形態による芝
刈り作業は、予め制御装置２００内のメモリに格納して
ある制御データによって決められている走行経路に沿っ
て芝刈り機１を走行させる制御と、芝刈り用ユニット７
０、７２の制御など、その他の制御とにより自動的に遂
行されるようになっているが、走行経路の制御以外は、
従来技術と同じでよいので、以下の説明では、主として
走行経路の制御について説明する。

【００１８】まず、図１は、上記実施形態による芝刈り
作業の一例で、芝の模様付けも兼ねて芝刈り作業を行な
う際の芝刈り作業パターンを示したもので、図示のよう
に、芝刈り機１は、経路(1)から順に経路(16)まで、順
次、各経路を走行し、芝刈り作業を完了するようになっ
ている。そして、この図１の芝刈り作業パターンの特徴
は、或る直線経路の終端部から次の直線経路の始端部に
移る反転経路の渡り配置にある。すなわち、或る直線経
路、例えば直線経路(1)の終端部からの反転経路(2)は、
この直線経路(1)に隣接している直線経路(7)の始端部に
接続されるのではなく、進行方向２本分の直線経路を飛
ばして３本目の直線経路(3)に移り、次もまた２本分の
直線経路を飛ばして３本目の経路(5)に移るＳ字を基本
としたパターンになっている点にある。

【００１９】従って、この実施形態によれば、作業対象
エリア外での芝刈り機１の方向転換に必要な旋回経路
は、この芝刈り機１の最小回転半径と作業幅の半分を加
算した大きさの旋回エリアだけの最小限の広さで済むこ
とになる。すなわち、図１から明らかなように、この実
施形態によれば、ａ×ｂの広さの芝刈り作業対象エリア
に対して、実際に必要になる作業エリアの広さは、(ａ
＋２ｂ)×ｄで済むことになる。そして、このとき、芝
の保護に問題が生じる虞れもなく、また、芝刈り面での
タイヤ痕の残存の虞れも全くない。

【００２０】ところで、図１の実施形態では、作業対象
エリアが、芝刈り作業幅の８本分、つまり４往復分にな
っており、このため、反転経路による渡りが、２本飛ば
しの３本目になっているが、本発明による反転経路の渡
り形式は、これに限らず、とにかく２以上の偶数本の飛
ばしによる３以上の奇数本目に移るようにしてやればよ
く、これにより、どのような作業対象エリアにも適用す
ることができるものであり、以下、この点について、さ
らに説明する。

【００２１】まず図４は、芝刈り作業幅の１４本(７往
復)分の作業対象エリアに本発明を適用した場合の一実
施形態で、この実施形態では、制御装置２００のメモリ
に格納してある制御データにより、作業対象エリア内
に、１４本の直線経路(1)、(3)、……、(25)、(27)を１
３本の反転経路(2)、(4)、……、(24)、(26)で結んだ走
行路が設定されている。そして、芝刈り機１は、この走
行経路に沿って、直線経路(1)から順に直線経路(27)ま
でのＳ字パターンからなる経路を順に走行することによ
り、作業対象エリア内での芝刈り作業を完了するように
なっている。

【００２２】この場合のポイントは、走行経路が、直線
経路(1)から４本の直線経路を飛ばして５本目の直線経
路(3)に移り、次いで再び４本分の直線経路を飛ばして
同じく５本目の直線経路(5)に移るというＳ字を基本と
するパターンになっている点にあり、従って、この実施
形態によっても、芝の保護に問題が生じる虞れや、芝刈
り面でのタイヤ痕残存の虞れがなく、最小限の作業エリ
アで芝刈り作業を行なうことができる。

【００２３】次に、図５は、芝刈り作業幅の２０本(１
０往復)分の作業対象エリアに本発明を適用した場合の
一実施形態で、このため、制御装置２００のメモリに
は、格納してある制御データにより、作業対象エリア内
に、２０本の直線経路(1)、(3)、……、(37)、(39)を１
９本の反転経路(2)、(4)、……、(36)、(38)で結んだ走
行経路を設定するのに必要な制御データが格納されてい
る。

【００２４】この実施形態のポイントは、走行路が、直
線経路(1)から６本分の直線経路を飛ばして、７本目の
直線経路(3)に移り、次いでまた６本の直線経路を飛ば
して７本目の直線経路(5)に移るＳ字の基本パターンに
なっている点である。従って、この実施形態によって
も、芝の保護に問題が生じる虞れや、芝刈り面でのタイ
ヤ痕残存の虞れがなく、最小限の作業エリアで芝刈り作
業を行なうことができる。

【００２５】一方、図６は、図１の作業パターンを２
回、つなげた場合の作業パターンを示したもので、この
作業パターンによれば、１回の芝刈り作業幅８本の２倍
の１６本分を作業対象エリアとすることができる。従っ
て、このように、作業幅８本分の作業対象エリアを基本
単位で考えれば、これをつなげることにより、８の倍数
分の作業幅の作業対象エリアが得られることは容易に理
解できる。

【００２６】同様に、図４に示した作業幅１４本分の作
業単位、或いは図５に示した作業幅２０本分の作業単位
から、それぞれの倍数分の連続からなる作業対象エリア
が得られることも容易に理解でき、さらに、図１と図
４、それに図５で説明した作業パターンを基本単位と
し、これらの組合わせによる作業パターンを用いて、更
に別の作業対象エリアを得ることも容易に理解できる。

【００２７】ところで、以上の実施形態では、図１と図
４、図５、それに図６に示した作業パターンによる芝刈
り機１の走行制御が、制御装置２００内のメモリに格納
した制御データにより得られるようになっている。そし
て、この実施形態では、この制御データが、作業対象エ
リアの大きさと芝刈り機１の仕様から自動的に生成され
るように、制御装置２００が構成されている。

【００２８】図７は、この制御データ(図では動作デー
タ)を生成する際の処理フローを示したもので、この処
理は、制御装置２００内に備えられているマイクロコン
ピュータにより実行されるものである。まず、作業対象
エリアの形状情報となる矩形データＡと、芝刈り機１の
作業幅や旋回半径などの基本性能データＢ、それに、芝
刈り機１の芝刈りユニットのカッターの動作や停止指令
挿入パターンなどの経路生成条件Ｃを入力データとして
用意し、この動作データ生成処理の実行を開始する。

【００２９】まず、Ｓ１(ステップ１)では、矩形データ
Ａから、その作業対象エリアに必要な直線経路の本数を
算出する。次にＳ２では、作業対象エリアを刈り残し少
なく経路生成するための、作業基本単位の最適な組合わ
せを決定する。そして、Ｓ３〜Ｓ６で、決定された組合
せ条件を判定し、その判定結果によりＳ７〜Ｓ９で必要
な処理を実行し、これを繰り返して経路を生成し、経路
生成終了の条件に合致したとき、Ｓ６の判定により経路
生成処理を終了するのである。

【００３０】従って、この図７の実施形態によれば、作
業対象エリアの形状情報と、芝刈り機１の作業幅や旋回
半径などの基本性能などのデータを入力するだけで、必
要な制御データ(動作データ)が自動的に生成されること
になり、作業対象エリアの変更にも容易に対応すること
ができる。

【００３１】ところで、以上の説明では、本発明を芝刈
り機に適用した実施形態を対象にしているが、本発明
は、作業内容を問わず、耕作作業や清掃作業など、任意
の自走式作業機械に適用可能なことはいうまでもない。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、作業対象エリア内での
切り返し走行操作をすることなく、必要最小限の予備し
ろで適用できるので、作業対象エリアに対する適用制限
の少ない汎用性に富んだ自走式作業機械を容易に提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を自走式芝刈り機に適用した一実施形態
における作業経路パターンの一例を示す説明図である。

【図２】本発明が適用された自走式芝刈り機の一例を示
す側面図である。

【図３】本発明が適用された自走式芝刈り機の一例を示
す平面図である。

【図４】本発明の一実施形態による作業幅１４本の芝刈
り経路パターンの一例を示す説明図である。

【図５】本発明の一実施形態による作業幅２０本の芝刈
り経路パターンの一例を示す説明図である。

【図６】本発明の一実施形態による作業幅８本の芝刈り
経路パターンをつなげたパターンの一例を示す説明図で
ある。

【図７】本発明の一実施形態による動作データの自動生
成処理を示す処理フロー図である。

【図８】従来技術による芝刈り経路パターンの一例を示
す説明図である。

【図９】従来技術による芝刈り経路パターンの他の一例
を示す説明図である。

【符号の説明】１芝刈り機１０フレーム２２後輪２４前輪３０エンジン７０、７２芝刈りユニット８２前部バンパー８４後部バンパー２００制御装置３２０…バンパースイッチ３４０…障害物センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者青野俊宏茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ほぼ方形の作業対象区域内に設定してあ
る走行路に沿って自走式作業機械を自動的に走行させる
ようにした自走式作業機械の走行制御方法において、前記走行路が、複数本の平行な直線経路の端部を相互に
反転経路で結んで形成され、前記反転経路が、前記直線経路の或るものの一方の端部
から、この直線経路から隣接する少なくとも２以上の偶
数本の直線経路を飛び、少なくとも３以上の奇数本目に
ある直線経路の一方の端部を結んで設けられ、前記直線経路での前記自走式作業機械の走行方向が、隣接した直線経路で交互に反対になるように制御するこ
とを特徴とする自走式作業機械の走行制御方法。
【請求項２】請求項１の発明において、前記自走式作業機械の走行制御が、予め設定してある制
御データにより実行され、前記制御データが、前記方形の作業対象区域の形状を表わす情報と、前記自
走式作業機械の旋回特性を表わす情報とに基づいて、自
動的に作成されるように構成したことを特徴とする自走
式作業機械の走行制御方法。