自律走行作業車の制御装置
【課題】走行予定領域における作業車の位置を簡易な校正で検出するようにした自律走行作業車の制御装置を提供する。
【解決手段】角速度センサの出力に基づいて算出される進行方位に基づいて原動機を駆動して方位（地磁気）センサの出力に従って走行予定領域の境界を所定の起点から周回走行し、周回走行の間、算出される進行方位と走行距離を複数のビットに分割されてなるビットマップ上に順次記録して走行予定領域の境界線についての走行軌跡を生成し（Ｓ１０からＳ１４）、生成された走行軌跡を地図情報に変換し（Ｓ１８）、地図情報のビットから作業車の位置を特定（検出）し、方位センサの出力から得られる規定方位を基準とし、算出される進行方位と走行距離と検出される位置とに基づき、作業車を直進走行させつつ、作業させる（Ｓ２０）。
【解決手段】角速度センサの出力に基づいて算出される進行方位に基づいて原動機を駆動して方位（地磁気）センサの出力に従って走行予定領域の境界を所定の起点から周回走行し、周回走行の間、算出される進行方位と走行距離を複数のビットに分割されてなるビットマップ上に順次記録して走行予定領域の境界線についての走行軌跡を生成し（Ｓ１０からＳ１４）、生成された走行軌跡を地図情報に変換し（Ｓ１８）、地図情報のビットから作業車の位置を特定（検出）し、方位センサの出力から得られる規定方位を基準とし、算出される進行方位と走行距離と検出される位置とに基づき、作業車を直進走行させつつ、作業させる（Ｓ２０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は自律走行作業車の制御装置に関し、より具体的には走行予定領域を自律走行して芝刈りなどの作業を行う自律走行作業車の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
走行予定領域を自律走行して芝刈りなどの作業を行う自律走行作業車においては、走行予定領域の境界を検出する必要があることから、下記の特許文献１において境界上に磁石を埋設すると共に、それに感応するセンサを作業車に搭載して検出する技術が提案されている。
【０００３】
特許文献２においては、境界に電線を埋設し、よって生じる磁界を作業車に搭載されたセンサで検出することで境界を検出する技術が提案されている。特許文献３においては、それら磁気誘導技術に加え、ＧＰＳ信号を用いて作業車の位置を検出する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６０−２３９８１２号公報
【特許文献２】特開平８−２８６７３８号公報
【特許文献３】特許第３４６７１３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１，２記載の技術によって走行予定領域の境界を検出することはできるが、作業性を向上させるためには走行予定領域における作業車の位置を検出するのが望ましい。そのため、特許文献３記載の技術にあってはＧＰＳ信号を用いているが、構成が複雑になると共に、コストアップを招くおそれもある。
【０００６】
従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、走行予定領域における作業車の位置を簡易な構成で検出するようにした自律走行作業車の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】
【０００７】
上記の目的を達成するために、請求項１にあっては、原動機と、前記原動機に接続される駆動輪と、作業機と、走行予定領域の境界に敷設された電線に生じる磁界を示す出力を生じる磁気センサとを備え、前記磁気センサの出力で検出される境界で規定される前記走行予定領域内を前記原動機を駆動して自律走行しつつ前記作業機を介して作業する自律走行作業車の制御装置において、前記走行予定領域に作用する地磁気を示す出力を生じる地磁気センサと、前記作業車の重心位置の鉛直軸回りに生じる角速度を示す出力を生じる角速度センサと、前記作業車の車輪速を示す出力を生じる車輪速センサと、前記角速度センサの出力に基づいて進行方位を算出すると共に、前記車輪速センサの出力に基づいて走行距離を算出する方位距離算出手段と、前記算出される進行方位に基づいて前記原動機を駆動して前記磁気センサの出力に従って前記走行予定領域の境界を所定の起点から周回走行し、前記周回走行の間、前記算出される進行方位と走行距離を複数のビットに分割されてなるビットマップ上に順次記録して前記走行予定領域の境界線についての走行軌跡を生成する走行軌跡生成手段と、前記生成された走行軌跡を前記ビットマップからなる地図情報に変換する地図情報変換手段と、前記変換された地図情報において前記ビットマップのビットによって前記作業車の位置を特定し、前記地磁気センサの出力から得られる規定方位を基準とすると共に、前記算出される進行方位と走行距離と前記特定される位置とに基づき、前記作業車を直進走行させつつ、前記作業機を介して作業させる走行作業制御手段とを備える如く構成した。
【０００８】
請求項２に係る自律走行作業車の制御装置にあっては、前記地図情報変換手段は、前記周回走行が終了したときの終点と前記起点との離間距離が第１の規定値を超えるか否か判断し、前記離間距離が前記第１の規定値を超えると判断されるとき、前記走行軌跡を再び生成する一方、前記離間距離が前記第１の規定値を超えないと判断されるとき、前記走行軌跡を前記地図情報に変換する如く構成した。
【０００９】
請求項３に係る自律走行作業車の制御装置にあっては、前記地図情報変換手段は、前記離間距離が前記第１の規定値を超えると判断されるとき、前記周回走行が終了したときの終点と前記起点との方位差が第２の規定値を超えるか否か判断し、前記方位差が前記第２の規定値を超えると判断されるとき、前記角速度センサの出力を較正する如く構成した。
【００１０】
請求項４に係る自律走行作業車の制御装置にあっては、前記地図情報変換手段は、前記離間距離が前記第１の規定値を超えると判断されるとき、前記周回走行が終了したときの終点と前記起点との方位差が第２の規定値を超えるか否か判断し、前記方位差が前記第２の規定値を超えないと判断されるとき、前記車輪速センサの出力を較正する如く構成した。
【００１１】
請求項５に係る自律走行作業車の制御装置にあっては、前記作業制御手段は、前記直進走行の間の前記地磁気センサの出力の変化量が第３の規定値未満か否か判断し、前記変化量が前記第３の規定値未満と判断されるとき、前記作業車が直進走行していると判断する如く構成した。
【００１２】
請求項６に係る自律走行作業車の制御装置にあっては、前記作業制御手段は、前記変化量が前記第３の規定値を超えると判断されるとき、前記角速度センサの出力を較正する如く構成した。
【００１３】
請求項７に係る自律走行作業車の制御装置にあっては、前記ビットの単位面積は、前記作業機の作業幅に基づいて設定される如く構成した。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に係る自律走行可能な作業車の制御装置にあっては、角速度センサの出力に基づいて進行方位を算出すると共に、車輪速センサの出力に基づいて走行距離を算出し、算出される進行方位に基づいて磁気センサの出力に従って走行予定領域の境界を所定の起点から周回走行し、その間、算出される進行方位と走行距離を複数のビットに分割されてなるビットマップ上に順次記録して走行予定領域の境界線についての走行軌跡を生成し、生成された走行軌跡を地図情報に変換し、変換された地図情報においてビットによって作業車の位置を特定し、地磁気センサの出力から得られる規定方位を基準とすると共に、算出される進行方位と走行距離と特定される位置とに基づき、作業車を直進走行させつつ、作業機を介して作業させる如く構成したので、簡易な構成で走行予定領域における作業車の位置（絶対位置）を特定、即ち、検出することができ、よって走行経路を最適に設定することが可能となると共に、作業時間の短縮化や整然とした作業跡を実現するなどして作業性を向上させることができる。
【００１５】
請求項２に係る自律走行作業車の制御装置にあっては、周回走行が終了したときの終点と起点との離間距離が第１の規定値を超えるか否か判断し、離間距離が第１の規定値を超えると判断されるとき、走行軌跡を再び生成する一方、第１の規定値を超えないと判断されるとき、走行軌跡を地図情報に変換する如く構成したので、走行予定領域についての地図情報を正確に取得することができ、よって走行予定領域における作業車の位置を精度良く検出することができる。
【００１６】
請求項３に係る自律走行作業車の制御装置にあっては、離間距離が第１の規定値を超えると判断されるとき、周回走行が終了したときの終点と起点との方位差が第２の規定値を超えるか否か判断し、方位差が第２の規定値を超えると判断されるとき、角速度センサの出力を較正する如く構成したので、走行予定領域の路面の凹凸や傾斜あるいは滑りなどに起因して算出される進行方位に誤差が生じるときも、センサ出力を較正することで修正でき、よって走行予定領域についての地図情報を正確に取得することができ、走行予定領域における作業車の位置を精度良く検出することができる。
【００１７】
請求項４に係る自律走行作業車の制御装置にあっては、離間距離が第１の規定値を超えると判断されるとき、周回走行が終了したときの終点と起点との方位差が第２の規定値を超えるか否か判断し、方位差が第２の規定値を超えないと判断されるとき、車輪速センサの出力を較正する如く構成したので、同様に走行予定領域の路面の凹凸や傾斜あるいは滑りなどに起因して算出される走行距離に誤差が生じるときも、センサ出力を適正に較正することで修正でき、よって走行予定領域についての地図情報を正確に取得することができ、走行予定領域における作業車の位置を精度良く検出することができる。
【００１８】
請求項５に係る自律走行作業車の制御装置にあっては、直進走行の間の地磁気センサの出力の変化量が第３の規定値未満か否か判断し、変化量が第３の規定値未満と判断されるとき、作業車が直進走行していると判断する如く構成したので、作業性を一層向上させることができる。
【００１９】
請求項６に係る自律走行作業車の制御装置にあっては、変化量が前記第３の規定値を超えると判断されるとき、角速度センサの出力を較正する如く構成したので、換言すれば走行予定領域のガードレールなどの磁性体の存在などに起因して地磁気センサの出力が疑わしいときも、地磁気センサの出力は較正せず、角速度センサの出力の方を較正するようにしたので、地磁気センサの乱れの影響を受けることがない。
【００２０】
請求項７に係る自律走行作業車の制御装置にあっては、ビットの単位面積は、作業機の作業幅に基づいて設定される如く構成したので、作業車の位置を精度良く検出できると共に、一層整然とした作業跡を実現することができて作業性を一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の実施例に係る自律走行作業車の制御装置を全体的に示す概略図である。
【図２】図１の作業車に搭載されるセンサ、電子制御ユニット、電動モータ（原動機）などの入出力関係を示すブロック図である。
【図３】図１の作業車が走行する走行予定領域を示す平面図である。
【図４】図１に示す充電ＳＴ（ステーション）での充電を示す説明図である。
【図５】図４に示す充電ＳＴの構成を示すブロック図である。
【図６】図１の作業車に対するユーザの操作機器の構成を示すブロック図である。
【図７】図２に示す制御装置（電子制御ユニット）の動作を機能的に示すブロック図である。
【図８】図１の作業車の制御装置の動作を示すフロー・チャートである。
【図９】図８の処理で生成される走行軌跡の一例を示す説明図である。
【図１０】走行奇跡から変換される地図情報を示す説明図である。
【図１１】図８の処理で作業車を直進走行させつつ、作業機を介して作業させる状態を示す説明図である。
【図１２】図８の直進走行制御と平行して実行される図１の作業車の制御装置の動作を示すフロー・チャートである。
【図１３】図８の処理で作業車を直進走行させるときに何等かの理由で作業車の進行方向に歪みが生じている状態を示す説明図である。
【図１４】同様に図８の処理で作業車を直進走行させるときに走行予定領域のガードレールなどの磁性体などの影響で方位センサの出力に歪みが生じて作業車の進行方向に歪みが生じている状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付図面に即してこの発明に係る自律走行作業車の制御装置を実施するための最良の形態について説明する。
【実施例】
【００２３】
図１はこの発明の実施例に係る自律走行作業車の制御装置を全体的に示す概略図、図２はそれに搭載されるセンサ、電子制御ユニット、電動モータ（原動機）などの入出力関係を示すブロック図、図３は図１の作業車が走行する走行予定領域の平面図、図４は図１に示す充電ステーションでの充電を示す説明図、図５は図４に示す充電ステーションの構成を示すブロック図、図６は図１の作業車に対するユーザの操作機器の構成を示すブロック図、図７は図２に示す電子制御ユニット（制御装置）の動作を機能的に示すブロック図である。
【００２４】
図１において、符号１０は自律走行作業車（以下「作業車」という）を示す。図１と図２に示す如く、作業車１０には走行用の電動モータ（原動機）１２Ｌ，１２Ｒが２基搭載される。
【００２５】
電動モータ１２Ｌ，１２Ｒは作業車１０のシャシ１０ａの後端側に取り付けられた左右の駆動輪１４Ｌ，１４Ｒ（左側のみ図示）に接続され、駆動輪１４Ｌ，１４Ｒを独立に正転（前進方向への回転）あるいは逆転（後進方向への回転）させる。
【００２６】
作業車１０のシャシ１０ａの前端側には左右の従動輪１６Ｌ，１６Ｒ（左側のみ図示）がステー１０ｂを介して取り付けられる。シャシ１０ａの中央位置付近には、芝刈り作業用のブレード（ロータリブレード。作業機）２０が取り付けられる。
【００２７】
ブレード２０は１基の作業用の電動モータ２２に接続され、電動モータ２２によって回転駆動される。ブレード２０にはユーザの手動操作自在なブレード高さ調整機構２４が接続される。
【００２８】
ブレード高さ調整機構２４はネジ（図示せず）を備え、そのネジをユーザが手で廻すことでブレード２０の接地面ｇｒからの高さが調整可能に構成される。シャシ１０ａには車体フレーム１０ｃが取り付けられ、電動モータ１２，２２、ブレード２０などは車体フレーム１０ｃで被覆される。
【００２９】
作業車１０の後部には充電ユニット（ＡＣ／ＤＣ変換器を含む）２６とバッテリ３０が格納されると共に、フレーム１０ｃには充電端子３２が２個（後で図４に示す）後方に突出するように取り付けられる。
【００３０】
充電端子３２は充電ユニット２６に、充電ユニット２６はバッテリ３０に配線（図示せず）を介して接続される。バッテリ３０は配線（図示せず）を介して電動モータ１２，２２に接続される。
【００３１】
このように、作業車１０は４輪の電動式の無人の芝刈り作業車として構成され、例えば全長５００ｍｍ、全幅３００ｍｍ、高さ３００ｍｍ程度の大きさを備え、図３に示す走行予定領域（作業エリア）Ａを走行するように構成される。
【００３２】
図１の説明に戻ると、作業車１０の前後端には障害物を検出するための超音波センサ３４Ｆ，３４Ｒが配置されると共に、車体フレーム１０ｃには接触センサ３６が取り付けられる。接触センサ３６は、障害物や異物との接触によって車体フレーム１０ｃがシャシ１０ａから外れるとき、オン信号を出力する。
【００３３】
作業車１０の中央位置付近には電子制御ユニット（Electronic Control Unit。制御装置。以下「ＥＣＵ」という）４０が配置される。より具体的には、ＥＣＵ４０はＥＣＵ収納ボックス４０ａに収納された基板上に配置され、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭなどを備えるマイクロコンピュータからなる。
【００３４】
ＥＣＵ収納ボックス４０ａ内の基板上にはＥＣＵ４０に近接して方位センサ４２が配置される。方位センサ４２はｘ、ｙ、ｚの３軸の出力ｍｘ、ｍｙ、ｍｚを有する３軸構造の地磁気センサからなる。尚、図３において、ｘ：作業車１０の進行方向、ｙ：それに直交する左右方向、ｚ：それに直交する重力軸方向（紙面を貫く方向）である。
【００３５】
またＥＣＵ収納ボックス４０ａ内の基板上には方位センサ４２に近接して作業車１０の重心位置のｚ軸回りに生じる角速度（ヨーレート）を示す出力を生じる（検出する）Ｙａｗセンサ（角速度センサ）４４と、作業車１０に作用する前後方向（進行方向）加速度Ｇを示す出力を生じる（検出する）Ｇセンサ（加速度センサ）４６が配置される。
【００３６】
駆動輪１４の付近には駆動輪１４の車輪速を示す出力を生じる（検出する）車輪速センサ５０が配置されると共に、作業車１０には操作スイッチ（非常停止スイッチ）５２がユーザの操作自在に設けられる。作業車１０はユーザによって操作スイッチ５２がオンされるとき、走行を停止する。
【００３７】
上記した超音波センサ３４、接触センサ３６、方位センサ４２、Ｙａｗセンサ４４、Ｇセンサ４６、車輪速センサ５０、操作スイッチ５２の出力は、ＥＣＵ４０に送られる。
【００３８】
作業車１０の車体フレーム１０ｃは上面で大きく切り欠かれ、そこにディスプレイ５４が設けられる。ディスプレイ５４はＥＣＵ４０に接続され、ＥＣＵ４０の指令に応じて作業モードなどを表示する。
【００３９】
前記したＥＣＵ収納ボックス４０ａには受信アンテナ４０ｂが取り付けられると共に、ＥＣＵ収納ボックスの内部には受信アンテナに接続される無線機４０ｃが配置される。
【００４０】
ここで、図３に示す走行予定領域Ａを説明すると、走行予定領域（作業エリア）Ａは図示のような形状を呈し、そこには充電ＳＴ（ステーション）６２が配置される。走行予定領域Ａの境界にはエリアワイヤ（電線）６４が敷設されると共に、図１に示すように作業車１０の前後には作業エリアセンサ６６Ｆ，６６Ｒが配置される。
【００４１】
作業エリアセンサ６６は磁気センサからなり、後述するように交流が通電される結果、エリアワイヤ６４に生じる磁界を示す出力を生じる。作業エリアセンサ６６の出力もＥＣＵ４０に送出される。
【００４２】
前記したように走行予定領域Ａには充電ＳＴ６２が配置され、図４に示す如く、作業車１０は充電ＳＴ６２と充電端子３２を通じて接続され、充電ＳＴ６２から充電されるように構成される。充電ＳＴ６２は、図５に示す如く、商用電源７０にコンセント７２を介して接続される充電装置７４を備える。
【００４３】
充電装置７４は、ＡＣ／ＡＣ変換器７４ａと、エリアワイヤ６４に交流を通電して磁界（エリア信号）を発生させるエリア信号発生器７４ｂ、それらの動作を制御するＥＣＵ（電子制御ユニット）７４ｃとを備え、充電端子７６を介して作業車１０の充電端子３２と接続可能に構成される。
【００４４】
即ち、充電ＳＴ６２において商用電源７０からコンセント７２を通じて送られる交流は充電装置７４のＡＣ／ＡＣ変換器７４ａで適宜な電圧に降圧され、作業車１０が充電端子３２，７６を介して充電ＳＴ６２に接続されたとき、作業車１０に送られて充電ユニット２６を介してバッテリ３０に貯留される。
【００４５】
作業車１０に対するユーザの操作機器として、図６に示す如く、パーソナルコンピュータ８０と、それに接続される無線機８２と、リモートコントローラ（リモコン）８４が用意される。無線機８２とリモートコントローラ８４は送信アンテナ８２ａ，８４ａを備え、作業車１０に配置された受信アンテナ４０ｂと無線機４０ｃを介してＥＣＵ４０に操作指令を送信可能に構成される。
【００４６】
尚、図２に示す如く、ＥＣＵ４０には盗難防止用の認証装置が接続可能に構成される。
【００４７】
図７に示す如く、ＥＣＵ４０は、Ｙａｗセンサ４４の出力に基づいて作業車１０の進行方位を算出すると共に、車輪速センサ５０の出力に基づいて作業車１０の走行距離を算出する方位距離算出部４０ｄと、算出される進行方位に基づいて走行モータドライバ1２ａを介して電動モータ１２を駆動して作業エリアセンサ（磁気センサ）６６の出力に従って走行予定領域Ａの境界を所定の起点から周回走行し、周回走行の間、算出される進行方位と走行距離を複数のビットに分割されてなるビットマップ上に順次記録して走行予定領域の境界線についての走行軌跡を生成する走行軌跡生成部４０ｅと、生成された走行軌跡を地図情報に変換する地図情報変換部４０ｆと、変換された地図情報においてビットによって作業車１０の位置を特定し、方位センサ（地磁気センサ）４２の出力から得られる規定方位を基準とすると共に、算出される進行方位と走行距離と特定される位置とに基づき、作業車１０を直進走行させつつ、作業モータドライバ２２ａを通じてブレード（作業機）２０を介して作業させる走行（芝刈り作業）制御部４０ｇとを備える。
【００４８】
さらにＥＣＵ４０は、超音波センサ３４や接触センサ３６の出力に基づいて異常を検知したとき、あるいは操作スイッチ５２がオンされたとき、作業車１０を停止させる異常検知部４０ｈを備える。
【００４９】
図８はＥＣＵ４０の上記した動作を示すフロー・チャートである。
【００５０】
以下説明すると、Ｓ１０において充電ＳＴ（所定の起点）６２をスタートし、Ｙａｗセンサ４４の出力と車輪速センサ５０の出力から算出される進行方位に基づいて電動モータ１２を駆動して作業エリアセンサ６６の出力に従ってエリアワイヤ６４上、換言すれば走行予定領域Ａの境界を走行し、Ｓ１４で充電ＳＴ６２に到着するまで周回走行する。
【００５１】
尚、Ｓ１０からＳ１４までの周回走行の間、Ｙａｗセンサ４４と車輪速センサ５０の出力に基づいて算出される進行方位と走行距離を複数のビットに分割されてなるビットマップ上に順次記録し、図９に示す如く、走行予定領域Ａの境界線についての走行軌跡を生成する。
【００５２】
図９に示すビットマップにおいて、個々のビットの単位面積はブレード２２の作業幅に基づいて例えば３００ｍｍ×３００ｍｍなどと設定されるが、それ以外にもユーザの操作機器から設定しても良い。
【００５３】
次いでＳ１６に進み、ビットマップから周回走行が終了したときの終点と起点（充電ＳＴ６２）の座標位置の差の絶対値、即ち、起点と終点の離間距離を算出し、算出値が第１の規定値未満か否か判断する。
【００５４】
図９に示す走行軌跡において走行予定領域Ａの路面に凹凸や傾斜が存在し、あるいは路面が降雨などで摩擦係数が低下して作業車１０に滑りなどが生じると、図示の如く、起点と終点の間に位置ずれが生じる場合がある。
【００５５】
Ｓ１６で肯定されて離間距離が第１の規定値を超えないと判断されるときは起点と終点の間に位置ずれが生じていないと判断してＳ１８に進み、Ｓ１０からＳ１４の処理で生成された走行軌跡を地図情報に変換する。図１０に示す如く、走行軌跡がビットマップ上に示されることから、地図情報も同様にビットマップからなる。
【００５６】
次いでＳ２０に進み、個々のビットについて作業済みか否か判断、換言すればビットから作業車１０の位置を特定（別言すれば検出）し、方位センサ４２の出力から得られる規定方位を基準とし、（方位距離算出部４０ｄで）算出される進行方位と走行距離と（ビットから）特定（検出される）位置とに基づき、図１１に示すように作業車１０を直進走行させつつ、ブレード（作業機）２０を介して作業させる。
【００５７】
尚、個々のビットについての作業済みか否かの判断は同一ビットについて適宜な回数だけ走行を繰り返すことで作業済みと判断するようにしても良い。
【００５８】
図示の如く、方位センサ（地磁気センサ）４２の出力から得られる規定方位が北（絶対方位）であることから、作業車１０は走行予定領域Ａ内を南北に直進走行するように制御される。
【００５９】
他方、Ｓ１６で否定され、周回走行が終了したときの終点と起点との離間距離が第１の規定値を超えると判断されるとき、Ｓ２２に進み、走行軌跡を較正（校正）する。より正確には、Ｓ１６で否定されて離間距離が第１の規定値を超えると判断されるときはＳ２２に進み、周回走行が終了したときの終点と起点との方位差が（絶対値において）第２の規定値を超えるか否か判断する。
【００６０】
Ｓ２２で否定されて方位差が第２の規定値を超えると判断されるときはＳ２４に進み、Ｙａｗセンサ４４の出力を較正する。これはＹａｗセンサ４４の中心値を修正することで行う。
【００６１】
他方、Ｓ２２で肯定されて方位差が第２の規定値を超えないと判断されるときはＳ２６に進み、車輪速センサ５０の出力を較正する。
【００６２】
次いでＳ２８に進み、較正されたＹａｗセンサ４４あるいは車輪速センサ５０の出力に基づき、周回走行を再び実行して走行軌跡を再生成してＳ１６に戻る。即ち、走行軌跡から地図情報への変換は、周回走行が終了したときの終点と起点との離間距離が第１の規定値を超えないと判断されるときのみ、実行される。
【００６３】
図１２は図８のＳ２２で実行される直進走行制御と平行して実行されるＥＣＵ４０の動作、より具体的には走行（芝刈り作業）制御部４０ｇの動作である。
【００６４】
以下説明すると、Ｓ１００において方位センサ４２の出力を読み込み、Ｓ１０２に進み、平均値Ａを算出し、Ｓ１０４に進み、平均値Ａと値Ｂの差の絶対値が第３の規定値未満か否か、換言すれば直進走行の間の方位センサ４２の出力の変化量が第３の規定値未満か否か判断する。値Ｂは周回走行を開始したときの方位センサ４２の出力を意味する。
【００６５】
Ｓ１０４で肯定されて変化量が第３の規定値未満と判断されるとき、作業車１０が直進走行していると判断されることからＳ１０６に進み、直進走行を終了するか否か判断し、肯定されない限り、Ｓ１００に戻る。
【００６６】
他方、Ｓ１０４で否定されて変化量が第３の規定値を超えると判断されるときはＳ１０８に進み、Ｙａｗセンサ４４の出力、より具体的にはその出力の中心値を較正し、次いでＳ１０６に進む。
【００６７】
即ち、この場合、図１３に示すように何等かの理由で作業車１０の進行方向に歪みが生じているか、あるいは図１４に示すように走行予定領域Ａのガードレールなどの磁性体１００などの影響で方位センサ４２の出力に歪みが生じていることから、Ｙａｗセンサ４４の出力を較正する。
【００６８】
換言すれば、方位センサ４２の出力が疑わしいときも、方位センサ４２の出力は較正せず、Ｙａｗセンサ４４の出力の方を較正するようにしたので、方位センサ４２の乱れの影響を受けることがない。
【００６９】
この実施例にあっては上記の如く、電動モータ（原動機）１２と、前記電動モータ（原動機）１２に接続される駆動輪１４と、ブレード（作業機）２０と、走行予定領域Ａの境界に敷設されたエリアワイヤ（電線）６４に生じる磁界を示す出力を生じる作業エリアセンサ（磁気センサ）６６とを備え、前記作業エリアセンサ（磁気センサ）６６の出力で検出される境界で規定される前記走行予定領域Ａ内を前記電動モータ（原動機）１２を駆動して自律走行しつつ前記ブレード（作業機）２０を介して作業する自律走行作業車１０の制御装置（ＥＣＵ（電子制御ユニット）４０）において、前記走行予定領域Ａに作用する地磁気を示す出力を生じる方位センサ（地磁気センサ）４２と、前記作業車１０の重心位置の鉛直軸回りに生じる角速度を示す出力を生じるＹａｗセンサ（角速度センサ）４４と、前記作業車１０の車輪速を示す出力を生じる車輪速センサ５０と、前記Ｙａｗセンサ（角速度センサ）４４の出力に基づいて進行方位を算出すると共に、前記車輪速センサ５０の出力に基づいて走行距離を算出する方位距離算出手段（方位距離算出部４０ｄ）と、前記算出される進行方位に基づいて前記電動モータ（原動機）１２を駆動して前記方位センサ（磁気センサ）４２の出力に従って前記走行予定領域Ａの境界を所定の起点（充電ＳＴ６２）から周回走行し、前記周回走行の間、前記算出される進行方位と走行距離を複数のビットに分割されてなるビットマップ上に順次記録して前記走行予定領域の境界線についての走行軌跡を生成する走行軌跡生成手段（走行軌跡生成部４０ｅ，Ｓ１０からＳ１４）と、前記生成された走行軌跡を前記ビットマップからなる地図情報に変換する地図情報変換手段（地図情報変換部４０ｆ，Ｓ１６，Ｓ１８，Ｓ２２からＳ２８）と、前記変換された地図情報において前記ビットマップのビットによって前記作業車の位置を特定（検出）し、前記地磁気センサの出力から得られる規定方位（絶対方位）を基準とすると共に、前記算出される進行方位と走行距離と前記特定される位置とに基づき、前記作業車１０を直進走行させつつ、前記作業機を介して作業させる走行作業制御手段前記算出される進行方位と走行距離を前記ブレード（作業機）２０を介して作業させる走行作業制御手段（走行（芝刈り作業）制御部４０ｇ，Ｓ２０）とを備える如く構成したので、簡易な構成で走行予定領域Ａにおける作業車１０の位置（絶対位置）を検出することができ、よって走行経路を最適に設定することが可能となると共に、作業時間の短縮化や整然とした作業跡を実現するなどして作業性を向上させることができる。
【００７０】
また、前記地図情報変換手段は、前記周回走行が終了したときの終点と前記起点との離間距離が第１の規定値を超えるか否か判断し（Ｓ１６）、前記離間距離が前記第１の規定値を超えると判断されるとき、前記走行軌跡を再び生成する一方（Ｓ２８）、前記離間距離が前記第１の規定値を超えないと判断されるとき、前記走行軌跡を前記地図情報に変換する（Ｓ１８）如く構成したので、走行予定領域Ａについての地図情報を正確に取得することができ、よって走行予定領域Ａにおける作業車１０の位置を精度良く検出することができる。
【００７１】
また、前記地図情報変換手段は、前記離間距離が前記第１の規定値を超えると判断されるとき、前記周回走行が終了したときの終点と前記起点との方位差が第２の規定値を超えるか否か判断し（Ｓ１６，Ｓ２２）、前記方位差が前記第２の規定値を超えると判断されるとき、前記Ｙａｗセンサ（角速度センサ）４４の出力を較正する（Ｓ２４）如く構成したので、走行予定領域Ａの路面の凹凸や傾斜あるいは滑りなどに起因して算出される進行方位に誤差が生じるときも、センサ出力を較正することで修正でき、よって走行予定領域Ａについての地図情報を正確に取得することができ、走行予定領域Ａにおける作業車１０の位置を精度良く検出することができる。
【００７２】
また、前記地図情報変換手段は、前記離間距離が前記第１の規定値を超えると判断されるとき、前記周回走行が終了したときの終点と前記起点との方位差が第２の規定値を超えるか否か判断し（Ｓ１６，Ｓ２２）、前記方位差が前記第２の規定値を超えないと判断されるとき、前記車輪速センサの出力を較正する（Ｓ２８）如く構成したので、同様に走行予定領域Ａの路面の凹凸や傾斜あるいは滑りなどに起因して算出される走行距離に誤差が生じるときも、センサ出力を適正に較正することで修正でき、よって走行予定領域Ａについての地図情報を正確に取得することができ、走行予定領域Ａにおける作業車１０の位置を精度良く検出することができる。
【００７３】
また、前記作業制御手段は、前記直進走行の間の前記方位センサ（地磁気センサ）の出力の変化量が第３の規定値未満か否か判断し（Ｓ１００からＳ１０４）、前記変化量が前記第３の規定値未満と判断されるとき、前記作業車が直進走行していると判断する（Ｓ１０６）如く構成したので、作業性を一層向上させることができる。
【００７４】
また、前記作業制御手段は、前記変化量が前記第３の規定値を超えると判断されるとき、前記角速度センサの出力を較正する（Ｓ１０８）如く構成したので、換言すれば走行予定領域Ａのガードレールなどの磁性体の存在などに起因して方位センサ（地磁気センサ）４２の出力が疑わしいときも、方位センサ４２の出力は較正せず、Ｙａｗセンサ４４の出力の方を較正するようにしたので、方位センサ４２の乱れの影響を受けることがない。
【００７５】
また、前記ビットの単位面積は、前記作業機（ブレード）２０の作業幅に基づいて設定される如く構成したので、作業車１０の位置を精度良く検出できると共に、一層整然とした作業跡を実現することができて作業性を一層向上させることができる。
【００７６】
尚、上記において原動機として電動モータを用いたが、それに限られるものではなく、内燃機関など他の原動機であっても良い。また作業機として芝刈り作業機を示したが、それに限られるものではない。さらに磁石として磁気ネイルを示したが、それ以外の磁石であっても良い。
【符号の説明】
【００７７】
１０ 自律走行作業車（作業車）、１２ 電動モータ（原動機）、１４ 駆動輪、１６ 従動輪、２０ ブレード（作業機）、２２ 電動モータ、２４ ブレード高さ調整機構、２６ 充電ユニット、３０ バッテリ、３２ 充電端子、３４ 超音波センサ、３６ 接触センサ、４０ ＥＣＵ（電子制御ユニット）、４０ｄ 方位距離算出部、４０ｅ 走行軌跡生成部、４０ｆ 地図情報変換部、４０ｇ 走行（芝刈り作業）制御部、４０ｈ 異常検知部、４２ 方位センサ（地磁気センサ）、４４ Ｙａｗセンサ（角速度センサ）、４６ Ｇセンサ（加速度センサ）、５０ 車輪速センサ、５２ 操作スイッチ（ＳＷ）、５４ ディスプレイ、６２ 充電ＳＴ（ステーション）、６４ エリアワイヤ（電線）、６６ 作業エリアセンサ（磁気センサ）、７０ 商用電源、７２ コンセント、７４ 充電装置、７６ 充電端子、８０ パーソナルコンピュータ、８２ 無線機、８４ リモートコントローラ（リモコン）、Ａ 走行予定領域
【技術分野】
【０００１】
この発明は自律走行作業車の制御装置に関し、より具体的には走行予定領域を自律走行して芝刈りなどの作業を行う自律走行作業車の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
走行予定領域を自律走行して芝刈りなどの作業を行う自律走行作業車においては、走行予定領域の境界を検出する必要があることから、下記の特許文献１において境界上に磁石を埋設すると共に、それに感応するセンサを作業車に搭載して検出する技術が提案されている。
【０００３】
特許文献２においては、境界に電線を埋設し、よって生じる磁界を作業車に搭載されたセンサで検出することで境界を検出する技術が提案されている。特許文献３においては、それら磁気誘導技術に加え、ＧＰＳ信号を用いて作業車の位置を検出する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６０−２３９８１２号公報
【特許文献２】特開平８−２８６７３８号公報
【特許文献３】特許第３４６７１３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１，２記載の技術によって走行予定領域の境界を検出することはできるが、作業性を向上させるためには走行予定領域における作業車の位置を検出するのが望ましい。そのため、特許文献３記載の技術にあってはＧＰＳ信号を用いているが、構成が複雑になると共に、コストアップを招くおそれもある。
【０００６】
従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、走行予定領域における作業車の位置を簡易な構成で検出するようにした自律走行作業車の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】
【０００７】
上記の目的を達成するために、請求項１にあっては、原動機と、前記原動機に接続される駆動輪と、作業機と、走行予定領域の境界に敷設された電線に生じる磁界を示す出力を生じる磁気センサとを備え、前記磁気センサの出力で検出される境界で規定される前記走行予定領域内を前記原動機を駆動して自律走行しつつ前記作業機を介して作業する自律走行作業車の制御装置において、前記走行予定領域に作用する地磁気を示す出力を生じる地磁気センサと、前記作業車の重心位置の鉛直軸回りに生じる角速度を示す出力を生じる角速度センサと、前記作業車の車輪速を示す出力を生じる車輪速センサと、前記角速度センサの出力に基づいて進行方位を算出すると共に、前記車輪速センサの出力に基づいて走行距離を算出する方位距離算出手段と、前記算出される進行方位に基づいて前記原動機を駆動して前記磁気センサの出力に従って前記走行予定領域の境界を所定の起点から周回走行し、前記周回走行の間、前記算出される進行方位と走行距離を複数のビットに分割されてなるビットマップ上に順次記録して前記走行予定領域の境界線についての走行軌跡を生成する走行軌跡生成手段と、前記生成された走行軌跡を前記ビットマップからなる地図情報に変換する地図情報変換手段と、前記変換された地図情報において前記ビットマップのビットによって前記作業車の位置を特定し、前記地磁気センサの出力から得られる規定方位を基準とすると共に、前記算出される進行方位と走行距離と前記特定される位置とに基づき、前記作業車を直進走行させつつ、前記作業機を介して作業させる走行作業制御手段とを備える如く構成した。
【０００８】
請求項２に係る自律走行作業車の制御装置にあっては、前記地図情報変換手段は、前記周回走行が終了したときの終点と前記起点との離間距離が第１の規定値を超えるか否か判断し、前記離間距離が前記第１の規定値を超えると判断されるとき、前記走行軌跡を再び生成する一方、前記離間距離が前記第１の規定値を超えないと判断されるとき、前記走行軌跡を前記地図情報に変換する如く構成した。
【０００９】
請求項３に係る自律走行作業車の制御装置にあっては、前記地図情報変換手段は、前記離間距離が前記第１の規定値を超えると判断されるとき、前記周回走行が終了したときの終点と前記起点との方位差が第２の規定値を超えるか否か判断し、前記方位差が前記第２の規定値を超えると判断されるとき、前記角速度センサの出力を較正する如く構成した。
【００１０】
請求項４に係る自律走行作業車の制御装置にあっては、前記地図情報変換手段は、前記離間距離が前記第１の規定値を超えると判断されるとき、前記周回走行が終了したときの終点と前記起点との方位差が第２の規定値を超えるか否か判断し、前記方位差が前記第２の規定値を超えないと判断されるとき、前記車輪速センサの出力を較正する如く構成した。
【００１１】
請求項５に係る自律走行作業車の制御装置にあっては、前記作業制御手段は、前記直進走行の間の前記地磁気センサの出力の変化量が第３の規定値未満か否か判断し、前記変化量が前記第３の規定値未満と判断されるとき、前記作業車が直進走行していると判断する如く構成した。
【００１２】
請求項６に係る自律走行作業車の制御装置にあっては、前記作業制御手段は、前記変化量が前記第３の規定値を超えると判断されるとき、前記角速度センサの出力を較正する如く構成した。
【００１３】
請求項７に係る自律走行作業車の制御装置にあっては、前記ビットの単位面積は、前記作業機の作業幅に基づいて設定される如く構成した。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に係る自律走行可能な作業車の制御装置にあっては、角速度センサの出力に基づいて進行方位を算出すると共に、車輪速センサの出力に基づいて走行距離を算出し、算出される進行方位に基づいて磁気センサの出力に従って走行予定領域の境界を所定の起点から周回走行し、その間、算出される進行方位と走行距離を複数のビットに分割されてなるビットマップ上に順次記録して走行予定領域の境界線についての走行軌跡を生成し、生成された走行軌跡を地図情報に変換し、変換された地図情報においてビットによって作業車の位置を特定し、地磁気センサの出力から得られる規定方位を基準とすると共に、算出される進行方位と走行距離と特定される位置とに基づき、作業車を直進走行させつつ、作業機を介して作業させる如く構成したので、簡易な構成で走行予定領域における作業車の位置（絶対位置）を特定、即ち、検出することができ、よって走行経路を最適に設定することが可能となると共に、作業時間の短縮化や整然とした作業跡を実現するなどして作業性を向上させることができる。
【００１５】
請求項２に係る自律走行作業車の制御装置にあっては、周回走行が終了したときの終点と起点との離間距離が第１の規定値を超えるか否か判断し、離間距離が第１の規定値を超えると判断されるとき、走行軌跡を再び生成する一方、第１の規定値を超えないと判断されるとき、走行軌跡を地図情報に変換する如く構成したので、走行予定領域についての地図情報を正確に取得することができ、よって走行予定領域における作業車の位置を精度良く検出することができる。
【００１６】
請求項３に係る自律走行作業車の制御装置にあっては、離間距離が第１の規定値を超えると判断されるとき、周回走行が終了したときの終点と起点との方位差が第２の規定値を超えるか否か判断し、方位差が第２の規定値を超えると判断されるとき、角速度センサの出力を較正する如く構成したので、走行予定領域の路面の凹凸や傾斜あるいは滑りなどに起因して算出される進行方位に誤差が生じるときも、センサ出力を較正することで修正でき、よって走行予定領域についての地図情報を正確に取得することができ、走行予定領域における作業車の位置を精度良く検出することができる。
【００１７】
請求項４に係る自律走行作業車の制御装置にあっては、離間距離が第１の規定値を超えると判断されるとき、周回走行が終了したときの終点と起点との方位差が第２の規定値を超えるか否か判断し、方位差が第２の規定値を超えないと判断されるとき、車輪速センサの出力を較正する如く構成したので、同様に走行予定領域の路面の凹凸や傾斜あるいは滑りなどに起因して算出される走行距離に誤差が生じるときも、センサ出力を適正に較正することで修正でき、よって走行予定領域についての地図情報を正確に取得することができ、走行予定領域における作業車の位置を精度良く検出することができる。
【００１８】
請求項５に係る自律走行作業車の制御装置にあっては、直進走行の間の地磁気センサの出力の変化量が第３の規定値未満か否か判断し、変化量が第３の規定値未満と判断されるとき、作業車が直進走行していると判断する如く構成したので、作業性を一層向上させることができる。
【００１９】
請求項６に係る自律走行作業車の制御装置にあっては、変化量が前記第３の規定値を超えると判断されるとき、角速度センサの出力を較正する如く構成したので、換言すれば走行予定領域のガードレールなどの磁性体の存在などに起因して地磁気センサの出力が疑わしいときも、地磁気センサの出力は較正せず、角速度センサの出力の方を較正するようにしたので、地磁気センサの乱れの影響を受けることがない。
【００２０】
請求項７に係る自律走行作業車の制御装置にあっては、ビットの単位面積は、作業機の作業幅に基づいて設定される如く構成したので、作業車の位置を精度良く検出できると共に、一層整然とした作業跡を実現することができて作業性を一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の実施例に係る自律走行作業車の制御装置を全体的に示す概略図である。
【図２】図１の作業車に搭載されるセンサ、電子制御ユニット、電動モータ（原動機）などの入出力関係を示すブロック図である。
【図３】図１の作業車が走行する走行予定領域を示す平面図である。
【図４】図１に示す充電ＳＴ（ステーション）での充電を示す説明図である。
【図５】図４に示す充電ＳＴの構成を示すブロック図である。
【図６】図１の作業車に対するユーザの操作機器の構成を示すブロック図である。
【図７】図２に示す制御装置（電子制御ユニット）の動作を機能的に示すブロック図である。
【図８】図１の作業車の制御装置の動作を示すフロー・チャートである。
【図９】図８の処理で生成される走行軌跡の一例を示す説明図である。
【図１０】走行奇跡から変換される地図情報を示す説明図である。
【図１１】図８の処理で作業車を直進走行させつつ、作業機を介して作業させる状態を示す説明図である。
【図１２】図８の直進走行制御と平行して実行される図１の作業車の制御装置の動作を示すフロー・チャートである。
【図１３】図８の処理で作業車を直進走行させるときに何等かの理由で作業車の進行方向に歪みが生じている状態を示す説明図である。
【図１４】同様に図８の処理で作業車を直進走行させるときに走行予定領域のガードレールなどの磁性体などの影響で方位センサの出力に歪みが生じて作業車の進行方向に歪みが生じている状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付図面に即してこの発明に係る自律走行作業車の制御装置を実施するための最良の形態について説明する。
【実施例】
【００２３】
図１はこの発明の実施例に係る自律走行作業車の制御装置を全体的に示す概略図、図２はそれに搭載されるセンサ、電子制御ユニット、電動モータ（原動機）などの入出力関係を示すブロック図、図３は図１の作業車が走行する走行予定領域の平面図、図４は図１に示す充電ステーションでの充電を示す説明図、図５は図４に示す充電ステーションの構成を示すブロック図、図６は図１の作業車に対するユーザの操作機器の構成を示すブロック図、図７は図２に示す電子制御ユニット（制御装置）の動作を機能的に示すブロック図である。
【００２４】
図１において、符号１０は自律走行作業車（以下「作業車」という）を示す。図１と図２に示す如く、作業車１０には走行用の電動モータ（原動機）１２Ｌ，１２Ｒが２基搭載される。
【００２５】
電動モータ１２Ｌ，１２Ｒは作業車１０のシャシ１０ａの後端側に取り付けられた左右の駆動輪１４Ｌ，１４Ｒ（左側のみ図示）に接続され、駆動輪１４Ｌ，１４Ｒを独立に正転（前進方向への回転）あるいは逆転（後進方向への回転）させる。
【００２６】
作業車１０のシャシ１０ａの前端側には左右の従動輪１６Ｌ，１６Ｒ（左側のみ図示）がステー１０ｂを介して取り付けられる。シャシ１０ａの中央位置付近には、芝刈り作業用のブレード（ロータリブレード。作業機）２０が取り付けられる。
【００２７】
ブレード２０は１基の作業用の電動モータ２２に接続され、電動モータ２２によって回転駆動される。ブレード２０にはユーザの手動操作自在なブレード高さ調整機構２４が接続される。
【００２８】
ブレード高さ調整機構２４はネジ（図示せず）を備え、そのネジをユーザが手で廻すことでブレード２０の接地面ｇｒからの高さが調整可能に構成される。シャシ１０ａには車体フレーム１０ｃが取り付けられ、電動モータ１２，２２、ブレード２０などは車体フレーム１０ｃで被覆される。
【００２９】
作業車１０の後部には充電ユニット（ＡＣ／ＤＣ変換器を含む）２６とバッテリ３０が格納されると共に、フレーム１０ｃには充電端子３２が２個（後で図４に示す）後方に突出するように取り付けられる。
【００３０】
充電端子３２は充電ユニット２６に、充電ユニット２６はバッテリ３０に配線（図示せず）を介して接続される。バッテリ３０は配線（図示せず）を介して電動モータ１２，２２に接続される。
【００３１】
このように、作業車１０は４輪の電動式の無人の芝刈り作業車として構成され、例えば全長５００ｍｍ、全幅３００ｍｍ、高さ３００ｍｍ程度の大きさを備え、図３に示す走行予定領域（作業エリア）Ａを走行するように構成される。
【００３２】
図１の説明に戻ると、作業車１０の前後端には障害物を検出するための超音波センサ３４Ｆ，３４Ｒが配置されると共に、車体フレーム１０ｃには接触センサ３６が取り付けられる。接触センサ３６は、障害物や異物との接触によって車体フレーム１０ｃがシャシ１０ａから外れるとき、オン信号を出力する。
【００３３】
作業車１０の中央位置付近には電子制御ユニット（Electronic Control Unit。制御装置。以下「ＥＣＵ」という）４０が配置される。より具体的には、ＥＣＵ４０はＥＣＵ収納ボックス４０ａに収納された基板上に配置され、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭなどを備えるマイクロコンピュータからなる。
【００３４】
ＥＣＵ収納ボックス４０ａ内の基板上にはＥＣＵ４０に近接して方位センサ４２が配置される。方位センサ４２はｘ、ｙ、ｚの３軸の出力ｍｘ、ｍｙ、ｍｚを有する３軸構造の地磁気センサからなる。尚、図３において、ｘ：作業車１０の進行方向、ｙ：それに直交する左右方向、ｚ：それに直交する重力軸方向（紙面を貫く方向）である。
【００３５】
またＥＣＵ収納ボックス４０ａ内の基板上には方位センサ４２に近接して作業車１０の重心位置のｚ軸回りに生じる角速度（ヨーレート）を示す出力を生じる（検出する）Ｙａｗセンサ（角速度センサ）４４と、作業車１０に作用する前後方向（進行方向）加速度Ｇを示す出力を生じる（検出する）Ｇセンサ（加速度センサ）４６が配置される。
【００３６】
駆動輪１４の付近には駆動輪１４の車輪速を示す出力を生じる（検出する）車輪速センサ５０が配置されると共に、作業車１０には操作スイッチ（非常停止スイッチ）５２がユーザの操作自在に設けられる。作業車１０はユーザによって操作スイッチ５２がオンされるとき、走行を停止する。
【００３７】
上記した超音波センサ３４、接触センサ３６、方位センサ４２、Ｙａｗセンサ４４、Ｇセンサ４６、車輪速センサ５０、操作スイッチ５２の出力は、ＥＣＵ４０に送られる。
【００３８】
作業車１０の車体フレーム１０ｃは上面で大きく切り欠かれ、そこにディスプレイ５４が設けられる。ディスプレイ５４はＥＣＵ４０に接続され、ＥＣＵ４０の指令に応じて作業モードなどを表示する。
【００３９】
前記したＥＣＵ収納ボックス４０ａには受信アンテナ４０ｂが取り付けられると共に、ＥＣＵ収納ボックスの内部には受信アンテナに接続される無線機４０ｃが配置される。
【００４０】
ここで、図３に示す走行予定領域Ａを説明すると、走行予定領域（作業エリア）Ａは図示のような形状を呈し、そこには充電ＳＴ（ステーション）６２が配置される。走行予定領域Ａの境界にはエリアワイヤ（電線）６４が敷設されると共に、図１に示すように作業車１０の前後には作業エリアセンサ６６Ｆ，６６Ｒが配置される。
【００４１】
作業エリアセンサ６６は磁気センサからなり、後述するように交流が通電される結果、エリアワイヤ６４に生じる磁界を示す出力を生じる。作業エリアセンサ６６の出力もＥＣＵ４０に送出される。
【００４２】
前記したように走行予定領域Ａには充電ＳＴ６２が配置され、図４に示す如く、作業車１０は充電ＳＴ６２と充電端子３２を通じて接続され、充電ＳＴ６２から充電されるように構成される。充電ＳＴ６２は、図５に示す如く、商用電源７０にコンセント７２を介して接続される充電装置７４を備える。
【００４３】
充電装置７４は、ＡＣ／ＡＣ変換器７４ａと、エリアワイヤ６４に交流を通電して磁界（エリア信号）を発生させるエリア信号発生器７４ｂ、それらの動作を制御するＥＣＵ（電子制御ユニット）７４ｃとを備え、充電端子７６を介して作業車１０の充電端子３２と接続可能に構成される。
【００４４】
即ち、充電ＳＴ６２において商用電源７０からコンセント７２を通じて送られる交流は充電装置７４のＡＣ／ＡＣ変換器７４ａで適宜な電圧に降圧され、作業車１０が充電端子３２，７６を介して充電ＳＴ６２に接続されたとき、作業車１０に送られて充電ユニット２６を介してバッテリ３０に貯留される。
【００４５】
作業車１０に対するユーザの操作機器として、図６に示す如く、パーソナルコンピュータ８０と、それに接続される無線機８２と、リモートコントローラ（リモコン）８４が用意される。無線機８２とリモートコントローラ８４は送信アンテナ８２ａ，８４ａを備え、作業車１０に配置された受信アンテナ４０ｂと無線機４０ｃを介してＥＣＵ４０に操作指令を送信可能に構成される。
【００４６】
尚、図２に示す如く、ＥＣＵ４０には盗難防止用の認証装置が接続可能に構成される。
【００４７】
図７に示す如く、ＥＣＵ４０は、Ｙａｗセンサ４４の出力に基づいて作業車１０の進行方位を算出すると共に、車輪速センサ５０の出力に基づいて作業車１０の走行距離を算出する方位距離算出部４０ｄと、算出される進行方位に基づいて走行モータドライバ1２ａを介して電動モータ１２を駆動して作業エリアセンサ（磁気センサ）６６の出力に従って走行予定領域Ａの境界を所定の起点から周回走行し、周回走行の間、算出される進行方位と走行距離を複数のビットに分割されてなるビットマップ上に順次記録して走行予定領域の境界線についての走行軌跡を生成する走行軌跡生成部４０ｅと、生成された走行軌跡を地図情報に変換する地図情報変換部４０ｆと、変換された地図情報においてビットによって作業車１０の位置を特定し、方位センサ（地磁気センサ）４２の出力から得られる規定方位を基準とすると共に、算出される進行方位と走行距離と特定される位置とに基づき、作業車１０を直進走行させつつ、作業モータドライバ２２ａを通じてブレード（作業機）２０を介して作業させる走行（芝刈り作業）制御部４０ｇとを備える。
【００４８】
さらにＥＣＵ４０は、超音波センサ３４や接触センサ３６の出力に基づいて異常を検知したとき、あるいは操作スイッチ５２がオンされたとき、作業車１０を停止させる異常検知部４０ｈを備える。
【００４９】
図８はＥＣＵ４０の上記した動作を示すフロー・チャートである。
【００５０】
以下説明すると、Ｓ１０において充電ＳＴ（所定の起点）６２をスタートし、Ｙａｗセンサ４４の出力と車輪速センサ５０の出力から算出される進行方位に基づいて電動モータ１２を駆動して作業エリアセンサ６６の出力に従ってエリアワイヤ６４上、換言すれば走行予定領域Ａの境界を走行し、Ｓ１４で充電ＳＴ６２に到着するまで周回走行する。
【００５１】
尚、Ｓ１０からＳ１４までの周回走行の間、Ｙａｗセンサ４４と車輪速センサ５０の出力に基づいて算出される進行方位と走行距離を複数のビットに分割されてなるビットマップ上に順次記録し、図９に示す如く、走行予定領域Ａの境界線についての走行軌跡を生成する。
【００５２】
図９に示すビットマップにおいて、個々のビットの単位面積はブレード２２の作業幅に基づいて例えば３００ｍｍ×３００ｍｍなどと設定されるが、それ以外にもユーザの操作機器から設定しても良い。
【００５３】
次いでＳ１６に進み、ビットマップから周回走行が終了したときの終点と起点（充電ＳＴ６２）の座標位置の差の絶対値、即ち、起点と終点の離間距離を算出し、算出値が第１の規定値未満か否か判断する。
【００５４】
図９に示す走行軌跡において走行予定領域Ａの路面に凹凸や傾斜が存在し、あるいは路面が降雨などで摩擦係数が低下して作業車１０に滑りなどが生じると、図示の如く、起点と終点の間に位置ずれが生じる場合がある。
【００５５】
Ｓ１６で肯定されて離間距離が第１の規定値を超えないと判断されるときは起点と終点の間に位置ずれが生じていないと判断してＳ１８に進み、Ｓ１０からＳ１４の処理で生成された走行軌跡を地図情報に変換する。図１０に示す如く、走行軌跡がビットマップ上に示されることから、地図情報も同様にビットマップからなる。
【００５６】
次いでＳ２０に進み、個々のビットについて作業済みか否か判断、換言すればビットから作業車１０の位置を特定（別言すれば検出）し、方位センサ４２の出力から得られる規定方位を基準とし、（方位距離算出部４０ｄで）算出される進行方位と走行距離と（ビットから）特定（検出される）位置とに基づき、図１１に示すように作業車１０を直進走行させつつ、ブレード（作業機）２０を介して作業させる。
【００５７】
尚、個々のビットについての作業済みか否かの判断は同一ビットについて適宜な回数だけ走行を繰り返すことで作業済みと判断するようにしても良い。
【００５８】
図示の如く、方位センサ（地磁気センサ）４２の出力から得られる規定方位が北（絶対方位）であることから、作業車１０は走行予定領域Ａ内を南北に直進走行するように制御される。
【００５９】
他方、Ｓ１６で否定され、周回走行が終了したときの終点と起点との離間距離が第１の規定値を超えると判断されるとき、Ｓ２２に進み、走行軌跡を較正（校正）する。より正確には、Ｓ１６で否定されて離間距離が第１の規定値を超えると判断されるときはＳ２２に進み、周回走行が終了したときの終点と起点との方位差が（絶対値において）第２の規定値を超えるか否か判断する。
【００６０】
Ｓ２２で否定されて方位差が第２の規定値を超えると判断されるときはＳ２４に進み、Ｙａｗセンサ４４の出力を較正する。これはＹａｗセンサ４４の中心値を修正することで行う。
【００６１】
他方、Ｓ２２で肯定されて方位差が第２の規定値を超えないと判断されるときはＳ２６に進み、車輪速センサ５０の出力を較正する。
【００６２】
次いでＳ２８に進み、較正されたＹａｗセンサ４４あるいは車輪速センサ５０の出力に基づき、周回走行を再び実行して走行軌跡を再生成してＳ１６に戻る。即ち、走行軌跡から地図情報への変換は、周回走行が終了したときの終点と起点との離間距離が第１の規定値を超えないと判断されるときのみ、実行される。
【００６３】
図１２は図８のＳ２２で実行される直進走行制御と平行して実行されるＥＣＵ４０の動作、より具体的には走行（芝刈り作業）制御部４０ｇの動作である。
【００６４】
以下説明すると、Ｓ１００において方位センサ４２の出力を読み込み、Ｓ１０２に進み、平均値Ａを算出し、Ｓ１０４に進み、平均値Ａと値Ｂの差の絶対値が第３の規定値未満か否か、換言すれば直進走行の間の方位センサ４２の出力の変化量が第３の規定値未満か否か判断する。値Ｂは周回走行を開始したときの方位センサ４２の出力を意味する。
【００６５】
Ｓ１０４で肯定されて変化量が第３の規定値未満と判断されるとき、作業車１０が直進走行していると判断されることからＳ１０６に進み、直進走行を終了するか否か判断し、肯定されない限り、Ｓ１００に戻る。
【００６６】
他方、Ｓ１０４で否定されて変化量が第３の規定値を超えると判断されるときはＳ１０８に進み、Ｙａｗセンサ４４の出力、より具体的にはその出力の中心値を較正し、次いでＳ１０６に進む。
【００６７】
即ち、この場合、図１３に示すように何等かの理由で作業車１０の進行方向に歪みが生じているか、あるいは図１４に示すように走行予定領域Ａのガードレールなどの磁性体１００などの影響で方位センサ４２の出力に歪みが生じていることから、Ｙａｗセンサ４４の出力を較正する。
【００６８】
換言すれば、方位センサ４２の出力が疑わしいときも、方位センサ４２の出力は較正せず、Ｙａｗセンサ４４の出力の方を較正するようにしたので、方位センサ４２の乱れの影響を受けることがない。
【００６９】
この実施例にあっては上記の如く、電動モータ（原動機）１２と、前記電動モータ（原動機）１２に接続される駆動輪１４と、ブレード（作業機）２０と、走行予定領域Ａの境界に敷設されたエリアワイヤ（電線）６４に生じる磁界を示す出力を生じる作業エリアセンサ（磁気センサ）６６とを備え、前記作業エリアセンサ（磁気センサ）６６の出力で検出される境界で規定される前記走行予定領域Ａ内を前記電動モータ（原動機）１２を駆動して自律走行しつつ前記ブレード（作業機）２０を介して作業する自律走行作業車１０の制御装置（ＥＣＵ（電子制御ユニット）４０）において、前記走行予定領域Ａに作用する地磁気を示す出力を生じる方位センサ（地磁気センサ）４２と、前記作業車１０の重心位置の鉛直軸回りに生じる角速度を示す出力を生じるＹａｗセンサ（角速度センサ）４４と、前記作業車１０の車輪速を示す出力を生じる車輪速センサ５０と、前記Ｙａｗセンサ（角速度センサ）４４の出力に基づいて進行方位を算出すると共に、前記車輪速センサ５０の出力に基づいて走行距離を算出する方位距離算出手段（方位距離算出部４０ｄ）と、前記算出される進行方位に基づいて前記電動モータ（原動機）１２を駆動して前記方位センサ（磁気センサ）４２の出力に従って前記走行予定領域Ａの境界を所定の起点（充電ＳＴ６２）から周回走行し、前記周回走行の間、前記算出される進行方位と走行距離を複数のビットに分割されてなるビットマップ上に順次記録して前記走行予定領域の境界線についての走行軌跡を生成する走行軌跡生成手段（走行軌跡生成部４０ｅ，Ｓ１０からＳ１４）と、前記生成された走行軌跡を前記ビットマップからなる地図情報に変換する地図情報変換手段（地図情報変換部４０ｆ，Ｓ１６，Ｓ１８，Ｓ２２からＳ２８）と、前記変換された地図情報において前記ビットマップのビットによって前記作業車の位置を特定（検出）し、前記地磁気センサの出力から得られる規定方位（絶対方位）を基準とすると共に、前記算出される進行方位と走行距離と前記特定される位置とに基づき、前記作業車１０を直進走行させつつ、前記作業機を介して作業させる走行作業制御手段前記算出される進行方位と走行距離を前記ブレード（作業機）２０を介して作業させる走行作業制御手段（走行（芝刈り作業）制御部４０ｇ，Ｓ２０）とを備える如く構成したので、簡易な構成で走行予定領域Ａにおける作業車１０の位置（絶対位置）を検出することができ、よって走行経路を最適に設定することが可能となると共に、作業時間の短縮化や整然とした作業跡を実現するなどして作業性を向上させることができる。
【００７０】
また、前記地図情報変換手段は、前記周回走行が終了したときの終点と前記起点との離間距離が第１の規定値を超えるか否か判断し（Ｓ１６）、前記離間距離が前記第１の規定値を超えると判断されるとき、前記走行軌跡を再び生成する一方（Ｓ２８）、前記離間距離が前記第１の規定値を超えないと判断されるとき、前記走行軌跡を前記地図情報に変換する（Ｓ１８）如く構成したので、走行予定領域Ａについての地図情報を正確に取得することができ、よって走行予定領域Ａにおける作業車１０の位置を精度良く検出することができる。
【００７１】
また、前記地図情報変換手段は、前記離間距離が前記第１の規定値を超えると判断されるとき、前記周回走行が終了したときの終点と前記起点との方位差が第２の規定値を超えるか否か判断し（Ｓ１６，Ｓ２２）、前記方位差が前記第２の規定値を超えると判断されるとき、前記Ｙａｗセンサ（角速度センサ）４４の出力を較正する（Ｓ２４）如く構成したので、走行予定領域Ａの路面の凹凸や傾斜あるいは滑りなどに起因して算出される進行方位に誤差が生じるときも、センサ出力を較正することで修正でき、よって走行予定領域Ａについての地図情報を正確に取得することができ、走行予定領域Ａにおける作業車１０の位置を精度良く検出することができる。
【００７２】
また、前記地図情報変換手段は、前記離間距離が前記第１の規定値を超えると判断されるとき、前記周回走行が終了したときの終点と前記起点との方位差が第２の規定値を超えるか否か判断し（Ｓ１６，Ｓ２２）、前記方位差が前記第２の規定値を超えないと判断されるとき、前記車輪速センサの出力を較正する（Ｓ２８）如く構成したので、同様に走行予定領域Ａの路面の凹凸や傾斜あるいは滑りなどに起因して算出される走行距離に誤差が生じるときも、センサ出力を適正に較正することで修正でき、よって走行予定領域Ａについての地図情報を正確に取得することができ、走行予定領域Ａにおける作業車１０の位置を精度良く検出することができる。
【００７３】
また、前記作業制御手段は、前記直進走行の間の前記方位センサ（地磁気センサ）の出力の変化量が第３の規定値未満か否か判断し（Ｓ１００からＳ１０４）、前記変化量が前記第３の規定値未満と判断されるとき、前記作業車が直進走行していると判断する（Ｓ１０６）如く構成したので、作業性を一層向上させることができる。
【００７４】
また、前記作業制御手段は、前記変化量が前記第３の規定値を超えると判断されるとき、前記角速度センサの出力を較正する（Ｓ１０８）如く構成したので、換言すれば走行予定領域Ａのガードレールなどの磁性体の存在などに起因して方位センサ（地磁気センサ）４２の出力が疑わしいときも、方位センサ４２の出力は較正せず、Ｙａｗセンサ４４の出力の方を較正するようにしたので、方位センサ４２の乱れの影響を受けることがない。
【００７５】
また、前記ビットの単位面積は、前記作業機（ブレード）２０の作業幅に基づいて設定される如く構成したので、作業車１０の位置を精度良く検出できると共に、一層整然とした作業跡を実現することができて作業性を一層向上させることができる。
【００７６】
尚、上記において原動機として電動モータを用いたが、それに限られるものではなく、内燃機関など他の原動機であっても良い。また作業機として芝刈り作業機を示したが、それに限られるものではない。さらに磁石として磁気ネイルを示したが、それ以外の磁石であっても良い。
【符号の説明】
【００７７】
１０ 自律走行作業車（作業車）、１２ 電動モータ（原動機）、１４ 駆動輪、１６ 従動輪、２０ ブレード（作業機）、２２ 電動モータ、２４ ブレード高さ調整機構、２６ 充電ユニット、３０ バッテリ、３２ 充電端子、３４ 超音波センサ、３６ 接触センサ、４０ ＥＣＵ（電子制御ユニット）、４０ｄ 方位距離算出部、４０ｅ 走行軌跡生成部、４０ｆ 地図情報変換部、４０ｇ 走行（芝刈り作業）制御部、４０ｈ 異常検知部、４２ 方位センサ（地磁気センサ）、４４ Ｙａｗセンサ（角速度センサ）、４６ Ｇセンサ（加速度センサ）、５０ 車輪速センサ、５２ 操作スイッチ（ＳＷ）、５４ ディスプレイ、６２ 充電ＳＴ（ステーション）、６４ エリアワイヤ（電線）、６６ 作業エリアセンサ（磁気センサ）、７０ 商用電源、７２ コンセント、７４ 充電装置、７６ 充電端子、８０ パーソナルコンピュータ、８２ 無線機、８４ リモートコントローラ（リモコン）、Ａ 走行予定領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原動機と、前記原動機に接続される駆動輪と、作業機と、走行予定領域の境界に敷設された電線に生じる磁界を示す出力を生じる磁気センサとを備え、前記磁気センサの出力で検出される境界で規定される前記走行予定領域内を前記原動機を駆動して自律走行しつつ前記作業機を介して作業する自律走行作業車の制御装置において、前記走行予定領域に作用する地磁気を示す出力を生じる地磁気センサと、前記作業車の重心位置の鉛直軸回りに生じる角速度を示す出力を生じる角速度センサと、前記作業車の車輪速を示す出力を生じる車輪速センサと、前記角速度センサの出力に基づいて進行方位を算出すると共に、前記車輪速センサの出力に基づいて走行距離を算出する方位距離算出手段と、前記算出される進行方位に基づいて前記原動機を駆動して前記磁気センサの出力に従って前記走行予定領域の境界を所定の起点から周回走行し、前記周回走行の間、前記算出される進行方位と走行距離を複数のビットに分割されてなるビットマップ上に順次記録して前記走行予定領域の境界線についての走行軌跡を生成する走行軌跡生成手段と、前記生成された走行軌跡を前記ビットマップからなる地図情報に変換する地図情報変換手段と、前記変換された地図情報において前記ビットマップのビットによって前記作業車の位置を特定し、前記地磁気センサの出力から得られる規定方位を基準とすると共に、前記算出される進行方位と走行距離と前記特定される位置とに基づき、前記作業車を直進走行させつつ、前記作業機を介して作業させる走行作業制御手段とを備えることを特徴とする自律走行作業車の制御装置。
【請求項２】
前記地図情報変換手段は、前記周回走行が終了したときの終点と前記起点との離間距離が第１の規定値を超えるか否か判断し、前記離間距離が前記第１の規定値を超えると判断されるとき、前記走行軌跡を再び生成する一方、前記離間距離が前記第１の規定値を超えないと判断されるとき、前記走行軌跡を前記地図情報に変換することを特徴とする請求項１記載の自律走行作業車の制御装置。
【請求項３】
前記地図情報変換手段は、前記離間距離が前記第１の規定値を超えると判断されるとき、前記周回走行が終了したときの終点と前記起点との方位差が第２の規定値を超えるか否か判断し、前記方位差が前記第２の規定値を超えると判断されるとき、前記角速度センサの出力を較正することを特徴とする請求項２記載の自律走行作業車の制御装置。
【請求項４】
前記地図情報変換手段は、前記離間距離が前記第１の規定値を超えると判断されるとき、前記周回走行が終了したときの終点と前記起点との方位差が第２の規定値を超えるか否か判断し、前記方位差が前記第２の規定値を超えないと判断されるとき、前記車輪速センサの出力を較正することを特徴とする請求項２または３記載の自律走行作業車の制御装置。
【請求項５】
前記作業制御手段は、前記直進走行の間の前記地磁気センサの出力の変化量が第３の規定値未満か否か判断し、前記変化量が前記第３の規定値未満と判断されるとき、前記作業車が直進走行していると判断することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の自律走行作業車の制御装置。
【請求項６】
前記作業制御手段は、前記変化量が前記第３の規定値を超えると判断されるとき、前記角速度センサの出力を較正することを特徴とする請求項５記載の自律走行作業車の制御装置。
【請求項７】
前記ビットの単位面積は、前記作業機の作業幅に基づいて設定されることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の自律走行作業車の制御装置。
【請求項１】
原動機と、前記原動機に接続される駆動輪と、作業機と、走行予定領域の境界に敷設された電線に生じる磁界を示す出力を生じる磁気センサとを備え、前記磁気センサの出力で検出される境界で規定される前記走行予定領域内を前記原動機を駆動して自律走行しつつ前記作業機を介して作業する自律走行作業車の制御装置において、前記走行予定領域に作用する地磁気を示す出力を生じる地磁気センサと、前記作業車の重心位置の鉛直軸回りに生じる角速度を示す出力を生じる角速度センサと、前記作業車の車輪速を示す出力を生じる車輪速センサと、前記角速度センサの出力に基づいて進行方位を算出すると共に、前記車輪速センサの出力に基づいて走行距離を算出する方位距離算出手段と、前記算出される進行方位に基づいて前記原動機を駆動して前記磁気センサの出力に従って前記走行予定領域の境界を所定の起点から周回走行し、前記周回走行の間、前記算出される進行方位と走行距離を複数のビットに分割されてなるビットマップ上に順次記録して前記走行予定領域の境界線についての走行軌跡を生成する走行軌跡生成手段と、前記生成された走行軌跡を前記ビットマップからなる地図情報に変換する地図情報変換手段と、前記変換された地図情報において前記ビットマップのビットによって前記作業車の位置を特定し、前記地磁気センサの出力から得られる規定方位を基準とすると共に、前記算出される進行方位と走行距離と前記特定される位置とに基づき、前記作業車を直進走行させつつ、前記作業機を介して作業させる走行作業制御手段とを備えることを特徴とする自律走行作業車の制御装置。
【請求項２】
前記地図情報変換手段は、前記周回走行が終了したときの終点と前記起点との離間距離が第１の規定値を超えるか否か判断し、前記離間距離が前記第１の規定値を超えると判断されるとき、前記走行軌跡を再び生成する一方、前記離間距離が前記第１の規定値を超えないと判断されるとき、前記走行軌跡を前記地図情報に変換することを特徴とする請求項１記載の自律走行作業車の制御装置。
【請求項３】
前記地図情報変換手段は、前記離間距離が前記第１の規定値を超えると判断されるとき、前記周回走行が終了したときの終点と前記起点との方位差が第２の規定値を超えるか否か判断し、前記方位差が前記第２の規定値を超えると判断されるとき、前記角速度センサの出力を較正することを特徴とする請求項２記載の自律走行作業車の制御装置。
【請求項４】
前記地図情報変換手段は、前記離間距離が前記第１の規定値を超えると判断されるとき、前記周回走行が終了したときの終点と前記起点との方位差が第２の規定値を超えるか否か判断し、前記方位差が前記第２の規定値を超えないと判断されるとき、前記車輪速センサの出力を較正することを特徴とする請求項２または３記載の自律走行作業車の制御装置。
【請求項５】
前記作業制御手段は、前記直進走行の間の前記地磁気センサの出力の変化量が第３の規定値未満か否か判断し、前記変化量が前記第３の規定値未満と判断されるとき、前記作業車が直進走行していると判断することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の自律走行作業車の制御装置。
【請求項６】
前記作業制御手段は、前記変化量が前記第３の規定値を超えると判断されるとき、前記角速度センサの出力を較正することを特徴とする請求項５記載の自律走行作業車の制御装置。
【請求項７】
前記ビットの単位面積は、前記作業機の作業幅に基づいて設定されることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の自律走行作業車の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−７９０２２（Ｐ２０１２−７９０２２Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２２６４１（Ｐ２０１０−２２２６４１）
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]