JPH08255018A - 自動走行車両の位置誤差補正装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 各種のセンサによって現在位置を認識して自
動走行が可能な車両にあって、地上の基準位置から発信
される信号によって自車の現在位置を補正する装置を提
供する。 【構成】 走行車両である芝刈り機１は、地磁気セン
サ、速度センサ、ＧＰＳセンサ、光ファイバージャイ
ロ、制御装置等を備え、無人による自立走行が可能であ
るサッカーグランドＳＧ等の芝刈り対象領域Ｅ₁を目標
軌跡Ｐ₁に沿って芝刈りを行なう。フィールドＦに設置
した誤差補正装置１０００は、誤差補正装置Ｌ₁上にレ
ーザー光を照射する。車両１に設けた受光素子は、受光
信号を制御装置へ送り、自車の現在位置の誤差を補正す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は無人運転が可能な作業車
両等の自動走行車両に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、乗用式の芝刈り機等にあって
は、フレーム上に運転座席、エンジン、操作装置等を有
し、車輪の操舵と駆動を制御するとともに、動力駆動さ
れるカッティングユニットを操作して芝刈りを実行す
る。この種の走行車両は、自動制御装置を搭載すること
によって、無人により自律運転が可能となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この種の自動走行車両
にあっては、自車の現在位置，走行方向，走行速度等を
検出するセンサを装備する必要がある。センサとして
は、車輪の回転を検出する速度センサのほかに、地磁気
センサ，加速度センサ，ＧＰＳセンサ，光ファイバージ
ャイロ等のセンサが利用できる。しかしながら、無人運
転中の車両は、上述した各種のセンサで検出する自車の
現在位置に誤差を生ずる場合がある。この誤差は車両の
走行距離に比例して累積される性質をもつ。本発明は、
無人運転時の車両の現在位置を補正する装置を提供する
ものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の自動走行車両の
位置誤差補正装置は、車両のフレームと、フレーム上に
載置されるエンジンと、エンジンの動力により駆動され
る車輪と、走行操作装置と、走行操作装置を制御する制
御装置と、車両に装架されるボディと、ボディの側部に
装備される受光素子と、受光素子が受光した信号を制御
装置に対して出力する手段と、信号の入力を受けて車両
の現在位置の補正を演算する手段と、地上に固定されて
車両に向けてレーザー光を発光する手段を備える。

【０００５】

【作用】自動走行車両は、各種のセンサによって自車の
現在位置を認識しているが、地上の固定位置からの光を
受光したときの位置と、認識している自車位置に誤差が
あるときには、受光位置を基準に自車の現在位置を補正
する。

【０００６】

【実施例】図１は本発明の実施例を示す走行車両の平面
図、図２は側面図である。全体を符号１で示す走行車両
は走行車両本体１０と、走行車両本体１０に外装される
ボディ３００を有する。走行車両本体１０は、例えば自
走式の芝刈り機であって、メインフレーム２０は、２個
の前輪２２と、１個の後輪２４で支持される。メインフ
レーム２０上にはエンジン３０が搭載され油圧ポンプ２
００，２５０を駆動する。この芝刈り機にあっては、走
行用の動力や芝のカッティングユニット等の駆動力は油
圧により与えられるエンジン３０の近傍には、燃料タン
ク３４やバッテリー３２等が配設される。

【０００７】メインフレーム２０の中央上部には、オペ
レータ用の座席５０がとりつけてあり、座席５０の前方
にはステアリング装置５２が配設してある。座席５０の
周囲には、手動ブレーキレバー５４やカッティングユニ
ットの制御スイッチ８０に加えて、車両の前進ペダルや
後進ペダル（図示せず）が配設されている。この走行車
両本体１０に装架されるボディ３００は、メインフレー
ム２０の周囲を曲面で囲むバンパーボディ３１０を備え
る。バンパーボディ３１０の上部には、エンジン３０の
周囲を覆うエンジンカバー３２０と、車体の前部を覆う
フロントカバー３３０がとりつけられる。これらのボデ
ィは、プラスチック等でつくられ、適宜の塗装が施され
る。

【０００８】この無人運転のために、各種のセンサと制
御装置が搭載される。制御装置のコントローラ１００
は、座席５０の周辺に配設される。センサとしては、車
両の位置や走行方向を検知するための衛星を用いるＧＰ
Ｓ（グローバルポジショニング システム）センサ１２
１や地磁気センサ１２３が装備される。バンパーボディ
３１０の前後には、障害物を検知するための対物センサ
１１１や、障害物や人間に触れたときに車両を停止する
ための接触センサ１１３が配設される。また、車両が地
面上にあることを検知するための地面センサ１１２も配
設される。ＧＰＳセンサ１２１や地磁気センサ１２３を
用いることによって、車両の走行位置を検知することは
できる。しかしながら、芝刈りの作業範囲等をより正確
に制御するため、地面に接触させて車速を検知するため
の車速センサ１４０を装備する。

【０００９】図３は、本発明の走行車両のシステム構成
を示す説明図である。エンジン３０は、２つの油圧ポン
プ２００，２５０を駆動する。第１の油圧ポンプ２００
は、芝のカッティングユニットと、ステアリング操作用
の油圧ポンプである。油圧ポンプ２００の出力は、コン
トロールバルブユニット４０Ａを介して、前部カッティ
ングユニット６０の上下動シリンダ６２と、後部カッテ
ィングユニット７０の上下動シリンダ７２に送られ、カ
ッティングユニット６０，７０の上下動を行なう。この
油圧は、各カッティングユニット６０，７０を駆動する
油圧モータ２０２，２０４へ送られ、カッティングユニ
ットを回転駆動する。このカッティングユニット６０，
７０は、固定刃とリール刃とを有するもので、リール刃
を回転駆動することで、固定刃との間で芝を鋭利に刈る
ことができる。

【００１０】コントロールバルブユニット４０Ａの出力
は、ステアリング油圧モータ２１０へも供給される。ス
テアリング油圧モータ２１０は、ステアリング５２に連
結されていて、ステアリング５２が操作されると、油圧
を後輪２４に操舵するシリンダ２１２へ送る。操舵用シ
リンダ２１２は、後輪２４を操舵する。第２の油圧ポン
プ２５０は、トランスミッション用の油圧ポンプであっ
て、その出力はコントロールバルブユニット４０Ｂを介
して、前輪２２の駆動用の油圧モータ２５２と、後輪２
４の駆動用油圧モータ２５４へ送られる。運転席に設け
られた前進ペダル９０と後進ペダル９２を交互に踏むこ
とによって、コントロールバルブユニット４０Ｂを介し
て、車両の前進と後進が達成される。後輪２４にはディ
スクブレーキ２５が装備されており、手動ブレーキレバ
ー５４によって機械的にブレーキがかけられる。

【００１１】ボードコンピュータを備えるコントローラ
１００は、バンパーボディ３１０に装備された障害物認
識センサ１１０からの情報を受ける。障害物認識センサ
１１０は、接触センサ１１１、地面センサ１１２、対物
センサ１１３を有する。また、地磁気センサ１２１、加
速度センサ１２２、ＧＰＳセンサ１２３、光ファイバー
ジャイロ１２４等の車両の走行を検知する各センサから
の情報も入力される。また、車両の現実の位置を検出し
て、その誤差の補正信号１２６もコントローラ１００へ
与えられる。

【００１２】本走行車両１は、無人運転モードと有人運
転モードが選択でき、この運転モードの切換用スイッチ
１０２を有する。無人運転モードと有人運転モードを確
認するために、ドアインターロックスイッチ１３８が設
けられる。無人運転を達成するために、ステアリング用
の油圧モータ２１０を制御するための操舵用モータ２３
０を備え、ステアリング角度センサ１３０の情報に応じ
て、コントローラ１００は操舵用モータ２３０に出力信
号を送る。同様に、前進ペダル９０と後進ペダル９２を
操作するアクチュエータ１３６を備え、アクセル量検知
センサ１３４を介してペダルの踏込み量を制御する。エ
ンジン３０を始動するイグニッションスイッチ３６は、
障害物認識センサ１１０の接触センサ１１１によって直
接に操作され、障害物や人に触れると、イグニッション
スイッチ３６を遮断して、エンジン３０の運転を停止す
る。エンジン３０の回転数は、スロットルレバー３７で
制御される。

【００１３】図１，図２は、走行車両１が無人で運転さ
れる状態を示す。ボディ３００のフロントカバー３３０
と、エンジンカバー３２０は閉じられていて、側面形状
が卵型に形成されている。平面形状も略楕円形状とな
る。バンパーボディ３１０の前部３１２は、前部カッテ
ィングユニット６０のリール刃を覆う形状に形成されて
おり、異物のリール刃へのまき込みを防止する。ステア
リング５２は、必要に応じて折り畳み可能とし、無人運
転時には収容される。この状態で無人運転されると、流
線型のボディは極めて斬新なデザインであって、注目を
集めやすい。フロントカバー３３０、エンジンカバー３
２０は透明なプラスチックで形成してもよく、また適宜
のデザインに着色することができる。

【００１４】図４，図５は本発明の走行車両１を有人で
運転する状態を示す。本実施例の車両にあっては、エン
ジンカバー３２０は、走行車両本体１０のメインフレー
ム２０に固着されたスライドレール３８０上を後方へ摺
動する。フロントカバー３３０はメインフレーム２０に
固定されているので、エンジンカバー３２０を開くこと
によって、フロントカバー３３０との間にスペースＳが
形成される。

【００１５】エンジンカバー３２０のフロントカバー側
には、ヒンジアーム３４０を介して窓３５０が開閉自在
に装備されている。この窓３５０はストッパ３５５で開
いた状態に保持される。運転者Ｄは、スペースＳを利用
して座席５０の乗り込み、ステアリング５２を所定の位
置に戻し、走行車両１を運転する。走行車両本体１０の
構成は、図１〜図３で説明したものであるので、説明は
省略する。

【００１６】図６は本発明の状態表示用の運転ランプを
備えた走行車両の平面図、図７は側面図である。状態表
示用の運転ランプ２８０は、車両のボディ３００の最高
部より前方の窓３５０の上部にとりつけられる。この運
転ランプ２８０は、例えば横長のＬＥＤランプであっ
て、１０個のランプを有する。そして、車両の無人によ
る運転状態に応じて異なる表示を行なう。

【００１７】図８は本発明の自動走行車両の位置誤差の
補正装置を示す説明図である。車両１に装備される位置
誤差の検出装置１２６は、複数の受光素子１２６ａと、
受光素子１２６ａが光を検知して受信する補正信号入力
１２６ｂと、この補正信号入力１２６ｂを保持する補正
信号保持回路１２６ｃを有する。この補正信号保持回路
１２６ｃは、補正信号出力１２６ｅをコントローラ１０
０へ出力するとともに、リセット信号の入力端子１２６
ｄを有し、補正信号をリセットする。

【００１８】一方、全体を符号１０００で示す可搬式の
誤差補正装置は、ハンドル１０１０を有するケーシング
１０２０を備え、ケーシング１０２０は支柱１０３０、
ベース１０４０によってフィールドＦ上に載置される。
ハンドル１０１０によって誤差補正装置１０００を任意
の場所に移動することができる。ケーシング１０２０内
には、電源１１００、レーザー駆動装置１１２０、発行
素子１１３０が装備されており、レーザー光１１５０を
発光する。芝刈り機１に装備される位置誤差検出装置１
２６の受光素子１２６ａは、このレーザー光１０５０を
受光したときに、補正信号１２６ｅを出力する。

【００１９】図９は本発明による自動芝刈り機１の位置
誤差を補正する機構を説明する平面図である。自動芝刈
り機１は、先にも説明したように、地磁気センサ１２
１、加速度センサ１２２、ＧＰＳセンサ１２３、光ファ
イバージャイロ１２４等を備えて自立による走行が可能
である。芝のフィールドＦに、芝刈り対象領域Ｅ₁とし
て、例えば、サッカーグラウンドＳＧを形成し、このサ
ッカーグラウンドＳＧ内の芝を無人運転によって刈る場
合を説明する。

【００２０】サッカーグラウンドＳＧは、サイドライン
ＳＬとエンドラインＥＬで画成される矩形のグラウンド
であって、中央部にセンターラインＣＬが画成される。
このサッカーグラウンドＳＧ上を自動芝刈り機１は目標
軌跡Ｐ₁を設定し、この目標軌跡Ｐ₁に沿って自立走行し
つつ芝刈りを実行する。現在、自動芝刈り機１は、サッ
カーグラウンドＳＧ上を軌跡Ｐ₂に沿って芝刈りを完了
し、センターラインＣＬ上に達したものとする。センタ
ーラインＣＬ上に誤差補正位置Ｌ₁が設定されていて、
誤差補正装置１０００はセンターラインＣＬ上にレーザ
ー光１１５０を照射している。

【００２１】芝刈り機１は、自立走行によって自己の位
置がセンターラインＣＬ上に、達したことを当然に記載
している。したがって、芝刈り機１にとりつけられて、
位置誤差検出装置１２６がレーザー光１１５０を受光し
たときに、自己が認識しているセンターラインＣＬ位置
が一致していれば、自立走行による位置誤差はない。し
かしながら、このタイミングにずれが生じていると、自
立走行の位置認識に誤差が生じているので、この誤差を
キャンセルするように補正する。この補正によって、自
動芝刈り機は誤差の発生と補正量を学習する。したがっ
て、この位置誤差の補正は頻繁に行なう必要はない。

【００２２】本発明にあっては、自動芝刈り機１の車体
の一側にのみ受光素子をとりつけ、装置の簡素化を図っ
ている。また、発光素子１１３０から照射されるレーザ
ー光１１５０は、遠方へ行くに従って拡張されてしま
う。そこで、誤差補正装置１０００と自動芝刈り機１が
できるだけ近傍にあるときに誤差補正の処理を実行する
ことが望ましい。本発明の誤差補正装置１０００は、可
搬式であるので、フィールドＦ上の芝刈り対象領域Ｅ₁
の近傍に設置することができ、制度のよい誤差補正が達
成できる。また、誤差補正のパターンを自動芝刈り機１
が学習した後は、この誤差補正装置１０００をとり除い
ても、自動芝刈り機１は自立によって位置誤差の少ない
走行が可能となる。

【００２３】図１０は位置誤差補正の処理のフロー図で
ある。ステップＳ１０で外部からの信号による誤差補正
の処理がスタートすると、ステップＳ１１で誤差補正信
号はリセットされる。ステップＳ１２で自立航法による
自動運転中である場合には、ステップＳ１３で自動運転
制御を確認し、ステップＳ１４で誤差補正信号入力の有
無を検出する。誤差補正信号をキャッチしたときに、自
立航法による位置とに誤差がある場合には、過去の航法
による累積誤差をキャンセルするとともに、ステップＳ
１６によってこの誤差補正信号をリセットする。

【００２４】

【発明の効果】本発明の走行車両は、地磁気センサ，加
速度センサ，ＧＰＳセンサ，光ファイバージャイロ等を
備えて、自立走行が可能である。しかしながら、上述し
た各種のセンサの信号に基づいて算出する車両の現在位
置は、車両の走行によって誤差を生ずる場合がある。こ
の位置誤差は走行距離に比例して累積される性質を有す
る。本発明にあっては、地上に設定した基準位置に発光
装置を配置し、車両側には受光装置を設け、この光を受
けたときの信号を制御装置に送る。制御装置は、この光
を受けた基準位置によって自車の現在位置を補正する。
車両の位置誤差の発生原因は、走行条件等により変化
し、一定ではない。走行車両は、この基準位置を複数回
通過して、位置補正の処理を実行することで、位置誤差
の傾向を学習し、以後の補正を省略することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の無人運転状態を示す平
面図。

【図２】本発明の第１の実施例の無人運転状態を示す側
面図。

【図３】走行車両のシステムを示す説明図。

【図４】本発明の第１の実施例の有人運転状態を示す平
面図。

【図５】本発明の第１の実施例の有人運転状態を示す側
面図。

【図６】本発明の受光素子を備えた車両の平面図。

【図７】本発明の受光素子を備えた車両の側面図。

【図８】位置誤差補正装置の構成を示す説明図。

【図９】位置誤差補正装置の構成を示す平面図。

【図１０】位置誤差の補正処理のフローチャート。

【符号の説明】

１ 走行車両 １０ 走行車両本体 ２０ メインフレーム ２２，２４ 車輪 ３０ エンジン ４０ コントロールバルブユニット ５０ 座席 ５２ ステアリング ６０，７０ カッティングユニット １００ コントローラ １１１ 接触センサ １１２ 地面センサ １１３ 対物センサ １２１ 地磁気センサ １２２ 加速度センサ １２３ ＧＰＳセンサ １２４ 光ファイバージャイロ １２６ 受光素子 ２８０ 運転状態表示ランプ ３００ ボディ ３５０ 窓 １０００ 可搬式誤差補正装置 １１５０ レーザー光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤井 健二郎 東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地 株式会社日立製作所産業機器事業部内 (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 (72)発明者 三宅 徳久 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 (72)発明者 乙母 正美 千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号 日立京葉エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 小林 和男 東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地 株式会社日立製作所産業機器事業部内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両のフレームと、フレーム上に載置さ
   れるエンジンと、エンジンの動力により駆動される車輪
   と、走行操作装置と、走行操作装置を制御する制御装置
   と、ボディの側部に装備される受光素子と、受光素子が
   受光した信号を制御装置に対して出力する手段と、信号
   の入力を受けて車両の現在位置の補正を演算する手段
   と、地上に固定されて車両に向けてレーザー光を発光す
   る手段とを備えてなる自動走行車両の位置誤差補正装
   置。