JPH08249062A - 自律走行車の走行制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 衛星利用の測位データと基準位置からの走行
履歴に基づく測位データとを利用して走行及び平行移動
を制御する際、システムの負荷を軽減して高精度な平行
移動を応答性良く行う。 【構成】 車輌の平行移動の際、作業データ蓄積部５７
から読み出した横シフト量から偏向角を計算し、操舵輪
をシフト方向に応じて最大転舵した状態で走行し、車体
角が偏向角θに達すると逆方向に操舵輪を最大転舵して
走行する。そして、車体位置が位置フィードバック領域
に達すると、位置誤差量及び車体角度のずれ量に基づい
て操舵角を計算して操舵輪を制御し、位置誤差量が予め
設定された許容範囲内に入るようフィードバック走行を
行う。これにより、非線形性の強い大舵角時の制御が容
易になるばかりでなく、位置フィードバックによって正
確な位置到達が可能になり、システムの演算負荷を軽減
して制御レスポンスを向上し、しかも高精度な操舵制御
を実現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、衛星からの電波を受信
して車輌の自己位置を測定し、自律走行制御を行なう自
律走行車の走行制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ゴルフ場、河川敷堤防、公園等
の各種フィールドで草刈、芝刈等の作業を無人で行なう
作業車等の自律走行車においては、自己位置を測定する
技術が自律走行を行なう上で重要なものとなり、この自
己位置を測定する技術としては、従来、特開昭６３−２
４７６１２号公報等に開示されているように、測位衛星
から送信される電波を受信して自己位置を測定する技術
や、特開平２−１３２３２１号公報等に開示されている
ように、走行距離と進行方向から車輌の位置を推測する
推測航法による技術がある。

【０００３】しかしながら、前者の技術では、衛星及び
受信機の時計の誤差、衛星の軌道の誤差、電離層による
電波の遅れ、大気圏による電波の遅れ、マルチパス等に
より、比較的狭い領域内を無人で移動する自律走行作業
車に対しては測位精度が不足し、また、後者の技術で
は、走行距離に比例して誤差が累積する。

【０００４】このため、本出願人は、先に、特願平６−
１９６４２号において、既知の地点で衛星からの測位情
報を受信して測位結果に基づく補正情報を送信する第１
の衛星利用測位手段からの補正情報を受信し、この補正
情報及び衛星からの測位情報に基づき車輌の自己位置を
測位する第２の衛星利用測位手段を自律走行車に設ける
ことにより、単独の衛星利用測位手段に比較してはるか
に良好な精度を確保し、さらに、基準位置からの走行履
歴を算出し、この走行履歴に基づいて自車輌の位置を測
位する推測航法測位手段を設け、自車輌が走行中である
か停止中であるかを問わず上記第２の衛星利用測位手段
と上記推測航法測位手段との相互の対応する時刻の両測
位データの差を平均化処理し、この平均化処理した最新
の位置補正値で上記推測航法測位手段による測位データ
を補正することにより、推測航法による測位データを衛
星からの測位データによって常に正確に補正し、効率良
く且つ高精度な自律走行を行なうことのできる技術を提
案している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例え
ば、草刈、芝刈等の作業を無人で行なう作業車等におい
ては、作業走行中に作業領域の境界近辺での平行移動が
必須となる。この極短距離での平行移動の際には、非線
形性の強い大転舵の制御と正確な位置測定とが必要であ
り、高精度の制御を行おうとすれば演算量が増大してシ
ステムの負荷が重くなり、制御レスポンスの低下を招く
ばかりでなく、著しい場合、制御系が収束せずに不安定
となる虞がある。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、衛星利用の測位データと基準位置からの走行履歴に
基づく測位データとを利用して自己位置を測定すること
により走行及び平行移動を制御する際、システムの負荷
を軽減して高精度な平行移動を応答性良く行うことので
きる自律走行車の走行制御装置を提供することを目的と
している。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、既知の地点で
衛星からの測位情報を受信して測位結果に基づく補正情
報を送信する第１の衛星利用測位手段からの補正情報を
受信し、該補正情報及び上記衛星からの測位情報に基づ
き自車輌の位置を測位する第２の衛星利用測位手段と、
基準位置からの走行履歴を算出し、この走行履歴に基づ
いて自車輌の位置を測位する推測航法測位手段と、上記
第２の衛星利用測位手段と上記推測航法測位手段との相
互の対応する時刻の両測位データの差を平均化処理した
値と上記推測航法測位手段による測位データとに基づい
て、自車輌の現在位置データを算出する現在位置算出手
段と、上記現在位置算出手段によって算出された現在位
置に基づいて自車輌の走行及び平行移動を制御し、平行
移動に際しては、予め設定した横シフト量が得られる偏
向角まで操舵系を転舵し、車体角度が上記偏向角に達し
た後、設定領域内に入るよう上記操舵系を逆方向に転舵
し、上記設定領域内で、位置誤差量が許容範囲内となる
よう、上記操舵系をフィードバック制御する自律走行制
御手段とを備えたことを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明では、第２の衛星利用測位手段で、衛星
からの測位情報と第１の衛星利用測位手段からの既知の
地点での測位結果に基づく補正情報とを受信して自車輌
位置を測定するとともに、推測航法測位手段で、基準位
置からの走行履歴を算出し、この走行履歴に基づいて自
車輌位置を測定し、第２の衛星利用測位手段と推測航法
測位手段との相互の対応する測位データの差を平均化処
理した値と推測航法測位手段の測位データによる測位デ
ータに基づいて現在の自車輌の位置を算出して自車輌の
走行及び平行移動を制御する。自車輌を平行移動させる
際には、予め設定した横シフト量が得られる偏向角まで
操舵系を転舵し、車体角度が偏向角に達した後に設定領
域内に入るよう操舵系を逆方向に転舵する。そして、設
定領域内に入ると、位置誤差量が許容範囲内となるよう
操舵系をフィードバック制御することで目的とする位置
に平行移動させる。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図面は本発明の一実施例を示し、図１は制御装置
のブロック図、図２はＤ−ＧＰＳ用移動局を備えた芝刈
作業車及びＤ−ＧＰＳ用固定局を示す説明図、図３は刈
跡境界検出機構の構成を示す説明図、図４は刈跡境界検
出機構の動作を示す説明図、図５は操舵制御系の構成を
示す説明図、図６は走行経路及び作業領域を示す説明
図、図７は車輌横シフトの走行パターンを示す説明図、
図８及び図９は主制御ルーチンのフローチャート、図１
０は作業領域への移動走行制御ルーチンのフローチャー
ト、図１１は平行移動制御ルーチンのフローチャート、
図１２はＤ−ＧＰＳ・推測航法相互補正値算出ルーチン
のフローチャート、図１３は現在位置算出ルーチンのフ
ローチャート、図１４は刈跡境界検出ルーチンのフロー
チャート、図１５はＤ−ＧＰＳ無線通信ルーチンのフロ
ーチャートである。

【００１０】図２の（ａ）において、符号１は無人で自
走可能な自律走行作業車を示し、本実施例においては、
ゴルフ場等の草・芝刈作業を行なう芝刈作業車であり、
エンジン駆動で走行し、前後輪の操舵角を独立して制御
することができるようになっている。この芝刈作業車１
には、衛星からの電波を受信して自己位置を測定するた
めの衛星電波受信機、走行履歴に基づいて現在位置を測
定するための推測航法用センサ、走行障害物を検出する
ためのセンサ、草・芝刈作業領域において刈跡境界に沿
った倣い走行を行なうための刈跡境界を検出するセンサ
等が搭載され、高精度な自律走行を行なうことができる
ようになっている。

【００１１】上記衛星電波受信機は、本実施例において
は、全世界測位衛星システム（Global Positioning Sys
tem；以下、ＧＰＳと略記する）によるＧＰＳ衛星から
の電波を受信して自己位置を測定するためのＧＰＳ受信
機であり、既知の地点に配置された固定局で位置観測を
行なって補正情報（ディファレンシャル情報）を移動局
にフィードバックする、いわゆるディファレンシャルＧ
ＰＳ（以下、Ｄ−ＧＰＳと略記する）用の移動局ＧＰＳ
受信機である。

【００１２】周知のように、ＧＰＳによる測位誤差の要
因としては、衛星及び受信機の時計の誤差、衛星の軌道
の誤差、電離層による電波の遅れ、大気圏による電波の
遅れ、マルチパス等があり、その他に、最も大きな誤差
要因としてセレクタブル・アベイラビリティ（Ｓ／Ａ）
と呼ばれる運用者による意図的な精度劣化がある。これ
らの要因による誤差のうち、同位相の誤差は既知の地点
の固定局で捕捉した各衛星に対応する補正情報を利用す
ることにより除去することができ、移動局での測位精度
を数ｍ程度まで飛躍的に向上することができる。

【００１３】このため、上記芝刈作業車１には、移動局
ＧＰＳ受信機のアンテナ２と、固定局からのディファレ
ンシャル情報を受信するための無線通信機のアンテナ３
とが立設されており、車外の既知の地点には、図２の
（ｂ）に示すように、固定局ＧＰＳ受信機のアンテナ３
１と、移動局ＧＰＳ受信機へディファレンシャル情報を
送信するための無線通信機のアンテナ３２とを備えた固
定局３０が配置されるようになっている。

【００１４】また、上記推測航法用センサとしては、地
磁気センサ４と車輪エンコーダ５とが上記芝刈作業車１
に備えられ、上記障害物検出用センサとしては、超音波
センサあるいは光センサ等の無接触型センサ６ａ，６ｂ
が上記芝刈作業車１の前後部に取付けられるとともに、
マイクロスイッチ等を使用した接触型センサ７ａ，７ｂ
が上記芝刈作業車１の前後端に取付けられている。

【００１５】また、上記芝刈作業車１の車輌本体下部に
は、草・芝刈作業を行うためのモーア等の刈刃機構９
と、草・芝刈作業の刈跡境界を検出するための刈跡境界
検出機構１０とが備えられている。

【００１６】上記刈跡境界検出機構１０は、草・芝高さ
を検出する機構を車体横方向左右に２組並列に配設して
構成され、図３（ａ）の正面図、図３（ｂ）の側面図に
示すように、各機構は、上記芝刈作業車１の車体１ａに
軸１１ａ，１１ｂを介して回動可能に支持される各揺動
部材１２ａ，１２ｂの下端に、草・芝丈に応じて上下す
るそり状の板１３ａ，１３ｂが、それぞれ回動可能に懸
架されて構成されている。上記各揺動部材１２ａ，１２
ｂは、左右の軸１１ａ，１１ｂにぞれぞれ固定されてお
り、左右の軸１１ａ，１１ｂにそれぞれ取付けられた回
転角センサ１４ａ，１４ｂによって各々の回転角が検出
されるようになっている。

【００１７】各揺動部材１２ａ，１２ｂを介して車体１
ａに懸架される各そり状の板１３ａ，１３ｂは、草・芝
を押しつぶさない程度の軽さとなっており、芝刈作業車
１が移動すると、草・芝高さに応じて上下することにな
り、各揺動部材１２ａ，１２ｂが回動して、各々の回動
角が各回転角センサ１４ａ，１４ｂで検出される。

【００１８】さらに、図１に示すように、上記芝刈作業
車１には、マイクロコンピュータ等から構成される制御
装置５０が搭載されており、この制御装置５０にセンサ
・アクチュエータ類が接続されるとともに、移動局ＧＰ
Ｓ受信機１５、固定局３０からのディファレンシャル情
報を受信するための無線通信機１６が接続され、既知の
地点で衛星からの測位情報を受信し、測位結果に基づく
補正情報を送信する第１の衛星利用測位手段としての固
定局３０に対し、上記衛星からの測位情報を受信すると
ともに上記固定局３０からの補正情報を受信し、自車輌
の位置を測位する第２の衛星利用測位手段としての機
能、基準位置からの走行履歴を算出し、この走行履歴に
基づいて自車輌の位置を測位する推測航法測位手段とし
ての機能、上記第２の衛星利用測位手段と上記推測航法
測位手段との相互の対応する時刻の両測位データの差を
平均化処理した値と上記推測航法測位手段による測位デ
ータとに基づいて、自車輌の現在位置データを算出する
現在位置算出手段としての機能、及び、この現在位置算
出手段によって算出された現在位置に基づいて自車輌の
走行及び平行移動を制御し、平行移動に際しては、予め
設定した横シフト量が得られる偏向角まで操舵系を転舵
し、車体角度が上記偏向角に達した後、設定領域内に入
るよう上記操舵系を逆方向に転舵し、上記設定領域内
で、位置誤差量が許容範囲内となるよう、上記操舵系を
フィードバック制御する自律走行制御手段としての機能
を実現するようになっている。

【００１９】詳述すると、上記制御装置５０には、上記
刈跡境界検出機構１０の回転角センサ１４ａ，１４ｂが
接続される刈跡境界検出部５１、上記地磁気センサ４及
び上記車輪エンコーダ５が接続される推測航法位置検出
部５２、上記移動局ＧＰＳ受信機１５及び上記無線通信
機１６が接続されるＤ−ＧＰＳ位置検出部５３、上記無
接触型センサ６ａ，６ｂ及び上記接触型センサ７ａ，７
ｂが接続される障害物検出部５４、これらの各検出部５
１，５２，５３，５４が接続される走行制御部５６、こ
の走行制御部５６によって参照される作業データ・マッ
プが格納されている作業データ蓄積部５７、上記走行制
御部５６からの指示によって車輌制御を行なう車輌制御
部５８が備えられ、さらに、この車輌制御部５８からの
出力に基づいて芝刈作業車１の各機構部を駆動するた
め、駆動制御部５９、操舵制御部６０、及び、刈刃制御
部６１が備えられている。

【００２０】上記刈跡境界検出部５１では、上記刈跡境
界検出機構１０の各回転角センサ１４ａ，１４ｂからの
草・芝丈に応じた回転角信号を処理して草・芝の刈跡境
界位置を検出する。すなわち、草・芝刈作業領域におい
て、図４の（ａ），（ｂ）に示されるように、一方の回
転角センサ１４ａで検出される回動角θ1と他方の回転
角センサ１４ｂで検出される回動角θ2との差が一定値
以上のとき、その位置を既に草・芝が刈り取られた既刈
部と未だ草・芝が刈り取られていない未刈部との刈跡境
界として検出し、刈跡境界の位置データを上記走行制御
部５６に出力する。

【００２１】上記推測航法位置検出部５２では、上記車
輪エンコーダ５によって検出される車速を積分して走行
距離を求め、この走行距離を上記地磁気センサ４により
検出した走行方向の変化に対応させて累積することによ
り、基準地点からの走行履歴を算出して自車輌の現在位
置を測定し、測位データを上記走行制御部５６に出力す
る。尚、上記推測航法位置検出部５２に接続されるセン
サとしては、上記地磁気センサ４及び車輪エンコーダ５
の組合わせに限定されることなく、ジャイロ等を組合わ
せても良い。

【００２２】上記Ｄ−ＧＰＳ位置検出部５３では、上記
移動局ＧＰＳ受信機１５を介して捕捉したＧＰＳ衛星群
（３次元測位の場合には少なくとも４個、２次元測位の
場合には少なくとも３個）７０からの航法メッセージ、
すなわち、衛星の時計補正係数、軌道情報、衛星の暦、
衛星の配置等の測位情報と、無線通信機１６を介して受
信した固定局３０からのディファレンシャル情報とから
自車輌の位置を高精度に測定し、その測位データを上記
走行制御部５６に出力する。

【００２３】上記Ｄ−ＧＰＳ位置検出部５３に対する固
定局３０は、固定局ＧＰＳ受信機３３が接続されるＤ−
ＧＰＳ固定局部３４、このＤ−ＧＰＳ固定局部３４から
のディファレンシャル情報を送信するためのＤ−ＧＰＳ
情報送信部３５、このＤ−ＧＰＳ情報送信部３５に接続
される無線通信機３６等から構成されている。

【００２４】上記Ｄ−ＧＰＳ固定局部３４では、上記固
定局ＧＰＳ受信機３３を介して受信した上記衛星群７０
からの測位情報を処理してディファレンシャル補正デー
タを作成する。このディファレンシャル補正データは、
上記Ｄ−ＧＰＳ情報送信部３５において無線通信のパケ
ットデータに変換され、無線通信機３６を介して送信さ
れる。

【００２５】尚、本実施例においては、Ｄ−ＧＰＳの固
定局３０を、上記芝刈作業車１の移動局を対象とした特
定の装置として設置するようにしているが、ディファレ
ンシャル情報を送信する無線局を備えた既存のＤ−ＧＰ
Ｓ固定局、あるいは、通信衛星を介してディファレンシ
ャル情報を送信する既存のＤ−ＧＰＳ固定局等を利用す
ることも可能である。

【００２６】一方、上記障害物検出部５４は、上記無接
触型センサ６ａ，６ｂ、及び、上記接触型センサ７ａ，
７ｂによって予測できない障害物を検出し、検出信号を
上記走行制御部５６に出力する。

【００２７】上記走行制御部５６では、上記刈跡境界検
出部５１、上記推測航法位置検出部５２、上記Ｄ−ＧＰ
Ｓ位置検出部５３からの各測位データを適宜選択及び処
理し、上記作業データ蓄積部５７の作業データを参照し
て現在位置と目標位置との誤差量を算出して走行経路や
車輌制御指示を決定する。尚、上記障害物検出部５４に
より障害物が検出されたときには、障害物回避あるいは
車輌停止を指示する。

【００２８】芝刈作業車１の自律走行制御は、上記推測
航法位置検出部５２からの推測航法測位データと、上記
Ｄ−ＧＰＳ位置検出部５３からのＤ−ＧＰＳ測位データ
による推測航法測位データに対する補正とを適応的に切
り換えるＤ−ＧＰＳ・推測航法による走行制御と、上記
刈跡境界検出部５１からのデータを使用した作業領域に
おける倣い走行制御とに大別される。

【００２９】Ｄ−ＧＰＳ・推測航法による走行制御下に
おいては、例えば、図６に示すような作業領域内におい
て無人で草・芝刈作業を行なう場合、作業領域への移動
等、目標地点までの移動距離が予め設定された閾値を越
えるときには、Ｄ−ＧＰＳ測位データと推測航法測位デ
ータとの差を平均化処理した値で推測航法測位データを
補正して現在位置を算出し、作業領域内での倣い走行に
おける行程終端点での車体の平行移動等、目標地点まで
の移動距離が予め設定された閾値以下のときには、推測
航法測位データを直接使用して現在位置を算出する。

【００３０】車体の横シフトは、図７に示すように、車
輌の旋回を行わずに前進／後退を切り換えて平行シフト
させる走行パターン（図７（ａ）参照）を基本とし、こ
の基本走行パターンに加え、さらに車輌を１８０°旋回
させて平行シフトさせる走行パターン（図７（ｂ）参
照）があり、採用する走行パターンに応じて横シフト量
Ａあるいは横シフト量Ｂが作業データ蓄積部５７に予め
記憶されている。

【００３１】図７（ａ）に示す基本走行パターンでは、
指定された横シフト量Ａが得られる偏向角θを計算して
車輌を移動させ、図中、円で示す予め設定した位置フィ
ードバック領域内に入るように操舵系を制御し、位置フ
ィードバックバック領域内で車輌位置の誤差が許容範囲
内に入るよう、操舵系をフィードバック制御する。

【００３２】また、図７（ｂ）に示す走行パターンで
は、指定された横シフト量Ｂを旋回直径Ｄから差し引い
た平行シフト量Ｃを求め、この平行シフト量Ｃに対し、
同様に、偏向角を計算して車輌を移動させて円で示す位
置フィードバック領域内に入るように操舵系を制御し、
位置フィードバックバック領域内で車輌位置の誤差が許
容範囲内に入るよう操舵系をフィードバック制御する。
そして、許容範囲内に入ると、車輌を１８０°旋回させ
て目的とする横シフト量Ｂの平行移動を行う。

【００３３】上記作業データ蓄積部５７は、固定データ
が記憶されるＲＯＭエリアと、制御実行中のワークデー
タが記憶されるＲＡＭエリアとから構成され、ＲＯＭエ
リアには、草・芝刈作業を行なう作業領域の地形データ
や複数の作業領域を含む領域全体の地形データ等が予め
格納されており、ＲＡＭエリアには、各センサからの信
号を処理したデータ、Ｄ−ＧＰＳによる測位データ、推
測航法による測位データ、後述するＤ−ＧＰＳ・推測航
法の相互補正値データ、この相互補正値データあるいは
推測航法による測位データに基づいて算出される自車輌
の現在位置データ、及び、上記横シフト量Ａあるいは横
シフト量Ｂ等が記憶されるようになっている。

【００３４】上記車輌制御部５８では、上記走行制御部
５６からの指示を具体的な制御指示量に変換し、駆動制
御部５９、操舵制御部６０、刈刃制御部６１に出力す
る。これにより、駆動制御部５９では、スロットル開度
を調整してエンジン出力を制御するためのスロットルア
クチュエータ、変速アクチュエータ、前後進切換アクチ
ュエータ、ブレーキアクチュエータ等の走行制御アクチ
ュエータ２０を駆動し、また、油圧ポンプ２１を制御し
て各機能部を駆動するための油圧を発生させる。操舵制
御部６０では、前輪舵角センサ２５ａ、後輪舵角センサ
２５ｂからの入力に基づいて前輪操舵用油圧制御弁２２
ａ、後輪操舵用油圧制御弁２２ｂを介して操舵制御（操
舵量フィードバック制御）を行ない、刈刃制御部６１で
は、刈刃制御用油圧制御弁２６を介して刈刃機構９のサ
ーボ制御を行なう。

【００３５】図５に示すように、芝刈作業車１の操舵系
は、エンジン１９によって駆動される上記油圧ポンプ２
１に、上記操舵制御部６０によって制御される前輪操舵
用油圧制御弁２２ａ及び後輪操舵用油圧制御弁２２ｂが
接続されるとともに、各油圧制御弁２２ａ，２２ｂに、
前輪用油圧シリンダ２３ａ、後輪用油圧シリンダ２３ｂ
がそれぞれ接続されており、各油圧シリンダ２３ａ，２
３ｂにより、前輪操舵機構２４ａ、後輪操舵機構２４ｂ
が独立して駆動される構成となっている。

【００３６】そして、各操舵機構２４ａ，２４ｂに取付
けられた各舵角センサ２５ａ，２５ｂより検出された前
後輪の各舵角が上記操舵制御部６０に入力されると、検
出された舵角と目標舵角との偏差をなくすよう、上記操
舵制御部６０によって各油圧制御弁２２ａ，２２ｂを介
して各操舵機構２４ａ，２４ｂが制御される。

【００３７】以下、図６に示すような複数の区画の作業
領域に対し、無人で草・芝刈作業を行なう場合について
説明する。この場合、芝刈作業車１は作業開始に当たっ
て任意の準備位置８０に待機しているものとし、最初の
作業領域８２への移動、この作業領域８２における草・
芝刈作業、作業領域８２から次の作業領域８５への移
動、この作業領域８５における草・芝刈作業、戻り位置
８８への移動が、図８，図９に示す主制御ルーチン、及
び図１０に示す移動走行制御ルーチンに従って自律的に
行われる。

【００３８】まず、図８及び図９に示す主制御ルーチン
では、ステップS101で、Ｄ−ＧＰＳを用いて現在の自己
位置である準備位置８０を計測する。この位置計測は、
経度、緯度等のＤ−ＧＰＳの測位データ（必要に応じて
高度データも加えられる）を、作業データ蓄積部５７に
格納されている測地系のデータに変換することにより行
われる。尚、この測地系へのデータ変換は、Ｄ−ＧＰＳ
位置検出部５３で行なっても良く、あるいは、走行制御
部５６において行なっても良い。

【００３９】次いで、ステップS102へ進むと、作業デー
タ蓄積部５７を参照して最初の作業領域８２の地形デー
タを読出し、計測した準備位置８０から作業開始地点ま
での経路８１を生成してステップS103へ進む。ステップ
S103では、後述する図１０の移動走行制御ルーチンを実
行して作業開始位置へ車輌を移動し、ステップS104で、
刈刃制御用油圧制御弁２６を開弁して刈刃機構９に油圧
を供給し、刈刃を作動させて草・芝刈作業を開始する。
尚、草・芝刈作業は、一定速走行（例えば、３〜６ｋｍ
／ｈ）により行なう。草・芝刈時の走行速度は、あまり
遅いと草・芝刈作業効率が悪化し、また速すぎると刈ム
ラが生じるため、３〜６ｋｍ／ｈ程度が望ましい。

【００４０】そして、ステップS105で、作業１回目か否
かを調べ、作業１回目であるときには、ステップS105か
らステップS106へ進んで、後述する図１３の現在位置算
出ルーチンによって得られるＤ−ＧＰＳ・推測航法によ
る車輌現在位置を作業データ蓄積部５７から読み出した
後、ステップS107で、作業データ蓄積部５７の作業デー
タを参照し、作業領域８２における作業１回目の１行程
（１列）の経路に対する現在位置との誤差量を求める。

【００４１】次に、ステップS108へ進み、上記ステップ
S107で求めた誤差量に応じて前後輪の各目標舵角に対す
る操舵量を決定し、ステップS109で、前輪操舵用油圧制
御弁２２ａ、後輪操舵用油圧制御弁２２ｂを介して、前
輪操舵機構２４ａ、後輪操舵機構２４ｂをそれぞれ駆動
し、前輪舵角センサ２５ａ及び後輪舵角センサ２５ｂに
より前輪舵角及び後輪舵角を検出して目標舵角を得るよ
う制御する。

【００４２】その後、ステップS110で、１行程（１列）
の終端点に達したか否かを調べ、終端点に達していない
とき、前述のステップS106へ戻って草・芝刈作業を続行
し、終端点に達したとき、ステップS118で１区画（現在
の作業対象の作業領域）の作業を終了したか否かを判断
する。

【００４３】この場合、作業１回目であるため、ステッ
プS118から前述のステップS105へ戻って、再び作業１回
目か否かを調べ、作業２回目以降になると、上記ステッ
プS105からステップS111へ分岐し、後述する図１１の平
行移動制御ルーチンを実行して走行制御アクチュエータ
２０を駆動し、刈刃の幅分だけ車体を横シフトさせて次
作業位置へ平行移動させる。尚、この次作業位置への平
行移動の際には、Ｄ−ＧＰＳ・推測航法による車輌位置
が参照されるが、移動距離が極短距離のため、後述する
図１３の現在位置算出ルーチンにおいて、推測航法によ
る測位データを直接使用して現在位置が求められる。

【００４４】そして、上記ステップS111での平行移動が
完了すると、ステップS112以降で刈跡境界に沿った作業
経路８３の倣い走行を行なう。ステップS112では、後述
する図１４の刈跡境界検出ルーチンを実行し、刈跡境界
検出機構１０の回転角センサ１４ａ，１４ｂからの信号
に基づいて前回作業による刈跡境界を検出する。そし
て、ステップS113で、この刈跡境界と車輌位置とを比較
して予め設定された芝刈オーバラップ量を実現するため
の誤差量を求める。

【００４５】次いで、ステップS114へ進み、この誤差量
に応じて前後輪の各操舵量を決定すると、ステップS115
で、前輪操舵用油圧制御弁２２ａ、後輪操舵用油圧制御
弁２２ｂを介して前輪操舵機構２４ａ、後輪操舵機構２
４ｂをそれぞれ駆動し、目標舵角を得るよう制御する。

【００４６】その後、ステップS116で、再度、作業デー
タ蓄積部５７からＤ−ＧＰＳ・推測航法による車輌現在
位置を読み出すと、ステップS117で、１行程終端点に達
したか否かを調べ、１行程終端点に達していないときに
は、前述のステップS112へ戻って刈跡境界に沿った倣い
走行を続け、１行程終端点に達したとき、ステップS118
へ進んで１区画（作業領域８２）の作業を終了したか否
か判断する。

【００４７】そして、１区画（作業領域８２）での作業
を終了するまでステップS105〜S118を繰返し、１区画の
作業を終了したとき、ステップS118からステップS119へ
進んで、全作業を終了したか否かを判断する。ここで
は、まだ、次の作業領域８５での作業を終了していない
ため、前述のステップS102へ戻って、同様の手順で作業
領域８２から作業領域８５への経路８４を生成すると、
図１０の移動走行制御ルーチンに従って次の作業領域８
５に移動し、同様に最初の１行程のみＤ−ＧＰＳ・推測
航法により草・芝刈作業を行ない、２回目以降は経路８
６の倣い走行により草・芝刈作業を行なう。

【００４８】やがて、全作業を終了すると、ステップS1
19からステップS120へ進み、作業データ蓄積部５７を参
照して戻り位置８８への経路８７を生成すると、ステッ
プS121で、図１０の移動走行制御ルーチンに従って戻り
位置８８まで移動し、ルーチンを終了して車輌を停止さ
せる。

【００４９】次に、図１０に示す移動走行制御ルーチン
による経路８１，８４，８７における自律走行について
説明する。尚、前述の主制御ルーチンにおいては、自己
位置の測位データと作業データ蓄積部５７の作業データ
とから経路８１，８４，８７を生成するようにしている
が、経路８１，８４，８７そのものを予め作業データ蓄
積部５７に記憶させておいても良い。

【００５０】Ｄ−ＧＰＳによる自己位置の測定では、単
独のＧＰＳに比較してはるかに良好な精度が得られる
が、衛星の捕捉状態や電波の受信状態等によっては、自
律走行制御時に必要とするタイミングで必要とする精度
が得られない場合がある。従って、本発明では、自車輌
１が走行中であるか停止中であるかに拘らず常にＤ−Ｇ
ＰＳ及び推測航法の両者を含めた相互の位置補正値（相
互補正値）を算出しておき、この相互補正値で推測航法
による測位データを補正して精度を確保するようにして
いる。

【００５１】すなわち、ステップS201で、作業データ蓄
積部５７に記憶されている目標地点、目標軌跡、予め設
定した指定進行速度を読み出すと、ステップS202で、移
動終了か否かを判断し、移動終了ならばステップS203で
車輌を停止してルーチンを抜け、移動終了でない場合に
は、ステップS204へ進む。

【００５２】ステップS204では、車輪エンコーダ５よっ
て検出される芝刈作業車１の移動速度が上記ステップS2
01で読み出した指定進行速度となるよう、走行制御アク
チュエータ２０の１つを構成するスロットルアクチュエ
ータを介してエンジン１９の出力を制御し、ステップS2
05で、後述する図１３の現在位置算出ルーチンによって
求められた自車輌の現在位置を作業データ蓄積部５７か
ら読み出し、ステップS206で、目標地点と現在位置とを
比較し、目標進行方位角を算出する。

【００５３】次に、ステップS207へ進むと、地磁気セン
サ４によって刻々と検出される現在の進行方位角を読み
出し、ステップS208で、目標進行方位角と現在の進行方
位角とから進行方位の誤差量を求め、その誤差量に応じ
て前後輪の操舵量を決定し、ステップS209へ進んで、決
定した前後輪操舵量に応じて前輪操舵用油圧制御弁２２
ａ、後輪操舵用油圧制御弁２２ｂを介して前輪操舵機構
２４ａ、後輪操舵機構２４ｂをそれぞれ駆動し、目標舵
角を得るよう制御する。

【００５４】その後、ステップS210で、現在位置と目標
位置とを比較し、ステップS211へ進んで目標位置に到達
したか否かを判断する。その結果、目標位置に到達して
いないときには、ステップS206へ戻って再び目標進行方
位角を算出して走行を続け、目標位置に到達したとき、
ステップS201へ戻って目標地点、目標軌跡、指定進行速
度を読み出して同様の処理を繰り返す。

【００５５】ここで、作業領域における芝刈作業車１の
平行移動制御について、図１１のフローチャートに従っ
て説明する。本実施例においては、車輌を旋回させない
で平行シフトさせる基本走行パターン（図７（ａ）参
照）を採用し、まず、ステップS251で、作業データ蓄積
部５７から横シフト量Ａを読み出すと、ステップS252
で、この横シフト量Ａから偏向角θを計算する。

【００５６】次いで、ステップS253へ進み、車輌を後退
または前進させ、ステップS254で、操舵輪をシフト方向
に応じて右あるいは左に最大転舵した状態で走行し、ス
テップS255で、地磁気センサ４によって検出される車体
角が上記ステップS252で算出した偏向角θに達したか否
かを調べ、車体角が偏向角θに達していないときには、
最大転舵のまま走行を続けて角度到達を待ち、車体角が
偏向角θに達すると、上記ステップS255からステップS2
56へ進む。

【００５７】ステップS256では、上記ステップS254にお
ける転舵とは逆方向に操舵輪を最大転舵して走行し、ス
テップS257で、Ｄ−ＧＰＳ・推測航法による車体位置が
位置フィードバック領域に達したか否かを調べ、未到達
のときには、走行を続けて到達を待ち、位置フィードバ
ック領域に達すると、ステップS258へ進んで、横シフト
量Ａによる移動制御開始時の位置に対するシフト位置と
現在位置との位置誤差量Ｄｅｒｒ、移動制御開始時の車
体角度と現在の車体角度とのずれ量Ａｅｒｒを求め、実
験あるいは最適制御理論を用いて求めたフィードバック
係数Ｋｄ，Ｋａを、それぞれ、位置誤差量Ｄｅｒｒ、ず
れ量Ａｅｒｒに乗算して操舵角αを計算する（α＝Ｋｄ
×Ｄｅｒｒ＋Ｋａ×Ａｅｒｒ）。

【００５８】その後、ステップS259へ進み、上記ステッ
プS258で計算した操舵角αで操舵輪を制御すると、ステ
ップS260で、位置誤差量Ｄｅｒｒが予め設定された許容
範囲内にあるか否かをチェックし、許容範囲内に無けれ
ば、ステップS258へ戻るフィードバック走行を続け、位
置誤差量Ｄｅｒｒが許容範囲内に入るとルーチンを抜け
て移動制御を終了する。

【００５９】これにより、非線形性の強い大舵角時の制
御が容易になるばかりでなく、位置フィードバックによ
って正確な位置到達が可能になり、システムの演算負荷
を軽減して制御レスポンスを向上することができ、しか
も高精度な操舵制御を実現することができるのである。

【００６０】次に、自車輌の現在位置測定について説明
する。現在位置測定に際しては、図１２のＤ−ＧＰＳ・
推測航法相互補正値算出ルーチンによってＤ−ＧＰＳ・
推測航法の両者を含めた相互補正値を求めておき、図１
３の現在位置算出ルーチンで、目標地点までの移動距離
に応じ、推測航法により現在位置を求めるか、相互補正
値を使用して現在位置を求めるかを決定する。

【００６１】まず、Ｄ−ＧＰＳ・推測航法相互補正値算
出ルーチンについて説明する。このＤ−ＧＰＳ・推測航
法相互補正値算出ルーチンは、タイムシェアリング等に
よりバックグランドで処理され、常に最新の補正値を参
照できるようになっており、ステップS301で、後述する
図１５のＤ−ＧＰＳ無線通信ルーチンからのディファレ
ンシャル演算による測位結果Ｐｇの入力を待ち、このＤ
−ＧＰＳ測位結果Ｐｇが入力されると、ステップS302へ
進んでＤ−ＧＰＳ測位時刻に対応した時刻での推測航法
による位置データＰｓを読み出す。

【００６２】次いで、ステップS303へ進み、Ｄ−ＧＰＳ
による測位結果Ｐｇと推測航法による位置データＰｓと
の差を相互補正値として算出すると（Ｋ＝Ｐｇ−Ｐ
ｓ）、ステップS304で、今回算出した相互補正値Ｋを含
めた過去ｎ点の移動平均値Ｋａを算出して作業データ蓄
積部５７のＲＡＭエリアに記憶されている移動平均値Ｋ
ａを更新し、上記ステップS301へ戻って次のＤ−ＧＰＳ
測位結果Ｐｇの入力を待つ。尚、ｎの値は、推測航法の
精度や累積誤差の大小等により予め最適な値に決定して
おく。

【００６３】以上のようにバックグランドで算出される
最新の平均化された相互補正値Ｋａは、図１３の現在位
置算出ルーチンに読み込まれ、目標地点までの移動距離
が比較的長い場合、推測航法による測位データに相互補
正値Ｋａを適用して現在位置が算出され、極短距離の移
動の場合には、推測航法による測位データによって現在
位置が算出される。

【００６４】まず、ステップS401で、推測航法による現
在位置データＰｓｎを読み出すと、ステップS402で、目
標地点までの移動距離Ｓを、予めシステムの制御性を考
慮して設定された閾値Ｄｆと比較し、Ｓ＞Ｄｆのとき、
ステップS403へ進んで、推測航法による現在位置データ
Ｐｓｎに、前述のＤ−ＧＰＳ・推測航法相互補正値算出
ルーチンによって算出された最新の平均化された相互補
正値Ｋａを加算して現在位置Ｐを求め、このデータを作
業データ蓄積部５７にストアしてルーチンを抜ける。

【００６５】すなわち、常時、Ｄ−ＧＰＳの測位データ
と推測航法の測位データとの差を相互補正値として求め
て蓄積し、移動平均するため、衛星の捕捉状態や電波の
受信状態等によって一時的にＤ−ＧＰＳの測位精度が低
下した場合においても、推測航法の測位データを移動平
均した最新の相互補正値で補正することにより、一定の
地点に自車輌１を停止させて所定時間Ｄ−ＧＰＳの測位
データを蓄積し精度を高めるといった処置をとる必要が
なく、常に正確に現在位置を算出することができる。

【００６６】一方、上記ステップS402においてＳ≦Ｄｆ
であり、目標地点までの移動距離が極短い場合には、上
記ステップS402からステップS404へ分岐し、上記ステッ
プS401で読み出した推測航法による現在位置データＰｓ
ｎを、直接、現在位置Ｐとして渡すため作業データ蓄積
部５７にストアし、ルーチンを抜ける。

【００６７】この推測航法による現在位置データＰｓｎ
をＤ−ＧＰＳによる測位データで補正せずに直接使用す
る状況は、本実施例においては、作業領域における次作
業位置への移動（図８の主制御ルーチンにおけるステッ
プS111、すなわち、図１１の平行移動制御ルーチンでの
自己位置参照）の際に生じ、Ｄ−ＧＰＳの測位精度では
対処困難な極短距離の移動の際に、推測航法の測位デー
タに対するＤ−ＧＰＳの測位データによる補正を中止す
ることにより、制御安定性を向上させることができる。

【００６８】次に、草・芝刈作業領域での倣い走行にお
ける刈跡境界の検出処理について図１４のフローチャー
トに従って説明する。

【００６９】図１４の刈跡境界検出ルーチンでは、ステ
ップS501で、対象となる作業領域における草・芝刈り高
さ等のデータをセットし、ステップS502で、刈跡境界検
出機構１０の各回転角センサ１４ａ，１４ｂからの信号
により、草・芝刈高さに応じて上下する左右のそり状の
板１３ａ，１３ｂを懸架する各揺動部材１２ａ，１２ｂ
の角度を検出する。

【００７０】次いで、ステップS503へ進んで一定時間が
経過したか否かを調べ、一定時間が経過していないとき
には、前述のステップS502へ進んで角度データの蓄積を
行なう。その後、一定時間が経過して角度データが所定
数だけ蓄積されると、ステップS503からステップS504へ
進んで蓄積した左右の角度データを平均化処理し、上記
ステップS501でセットしたデータを参照して左右の草・
芝丈への換算を行なう。

【００７１】そして、上記ステップS504からステップS5
05へ進み、上記ステップS504で換算した左右の草・芝丈
に所定値以上の段差があるか否かを調べ、所定値以上の
段差がない場合には、ステップS506で境界線なしとして
前述のステップS502へ戻り、所定値以上の段差がある場
合、ステップS507へ進んで現在の位置を既刈部と未刈部
との境界線として捕捉し、ルーチンを抜ける。

【００７２】また、Ｄ−ＧＰＳにおける固定局３０と移
動局との間のデータ通信は、図１５に示すＤ−ＧＰＳ無
線通信ルーチンによりパケットデータで行なわれる。こ
のデータ通信では、ステップS601で、移動局ＧＰＳ受信
機１５を初期化し、ステップS602で、固定局ＧＰＳ受信
機３３を、無線通信機１６，３６を介したデータ送信で
初期化すると、ステップS603へ進み、固定局３０からの
ディファレンシャル情報を無線データ通信により得る。

【００７３】次いで、ステップS604へ進むと、Ｄ−ＧＰ
Ｓ位置検出部５３で、固定局３０からのディファレンシ
ャル情報を移動局ＧＰＳ受信機１５から得られる測位デ
ータに適用し、ディファレンシャル演算を行なって自車
輌位置を測定する。そして、その測位情報を走行制御部
５６に送ると、ステップS603へ戻り、次のデータ処理を
繰返す。この場合、固定局３０とのディファレンシャル
演算は、移動局受信機１５固有の機能によって行なって
も良い。

【００７４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、第
２の衛星利用測位手段で、衛星からの測位情報と第１の
衛星利用測位手段からの既知の地点での測位結果に基づ
く補正情報とを受信して自車輌位置を測定するととも
に、推測航法測位手段で、基準位置からの走行履歴を算
出し、この走行履歴に基づいて自車輌位置を測定し、第
２の衛星利用測位手段と推測航法測位手段との相互の対
応する測位データの差を平均化処理した値と推測航法測
位手段の測位データによる測位データに基づいて現在の
自車輌の位置を算出して自車輌の走行及び平行移動を制
御し、平行移動に際しては、予め設定した横シフト量が
得られる偏向角まで操舵系を転舵し、車体角度が偏向角
に達した後に設定領域内に入るよう操舵系を逆方向に転
舵し、設定領域内に入ると、位置誤差量が許容範囲内と
なるよう操舵系をフィードバック制御することで目的と
する位置に平行移動させるため、平行移動の際の非線形
性の強い大転舵の制御と正確な位置測定とに対しても、
システムの負荷を軽減して高精度な制御を応答性良く行
うことができる等優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】制御装置のブロック図

【図２】Ｄ−ＧＰＳ用移動局を備えた芝刈作業車及びＤ
−ＧＰＳ用固定局を示す説明図

【図３】刈跡境界検出機構の構成を示す説明図

【図４】刈跡境界検出機構の動作を示す説明図

【図５】操舵制御系の構成を示す説明図

【図６】走行経路及び作業領域を示す説明図

【図７】車輌横シフトの走行パターンを示す説明図

【図８】主制御ルーチンのフローチャート

【図９】主制御ルーチンのフローチャート（続き）

【図１０】作業領域への移動走行制御ルーチンのフロー
チャート

【図１１】平行移動制御ルーチンのフローチャート

【図１２】Ｄ−ＧＰＳ・推測航法相互補正値算出ルーチ
ンのフローチャート

【図１３】現在位置算出ルーチンのフローチャート

【図１４】刈跡境界検出ルーチンのフローチャート

【図１５】Ｄ−ＧＰＳ無線通信ルーチンのフローチャー
ト

【符号の説明】

１ … 芝刈作業車（自律走行車） ３０ … 固定局（第１の衛星利用測位手段） ５０ … 制御装置（第２の衛星利用測位手段、推測
航法測位手段、現在位置算出手段、自律走行制御手段） Ａ，Ｂ … 横シフト量 偏向角 … θ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 既知の地点で衛星からの測位情報を受信
   して測位結果に基づく補正情報を送信する第１の衛星利
   用測位手段からの補正情報を受信し、該補正情報及び上
   記衛星からの測位情報に基づき自車輌の位置を測位する
   第２の衛星利用測位手段と、 基準位置からの走行履歴を算出し、この走行履歴に基づ
   いて自車輌の位置を測位する推測航法測位手段と、 上記第２の衛星利用測位手段と上記推測航法測位手段と
   の相互の対応する時刻の両測位データの差を平均化処理
   した値と上記推測航法測位手段による測位データとに基
   づいて、自車輌の現在位置データを算出する現在位置算
   出手段と、 上記現在位置算出手段によって算出された現在位置に基
   づいて自車輌の走行及び平行移動を制御し、平行移動に
   際しては、予め設定した横シフト量が得られる偏向角ま
   で操舵系を転舵し、車体角度が上記偏向角に達した後、
   設定領域内に入るよう上記操舵系を逆方向に転舵し、上
   記設定領域内で、位置誤差量が許容範囲内となるよう、
   上記操舵系をフィードバック制御する自律走行制御手段
   とを備えたことを特徴とする自律走行車の走行制御装
   置。