JPH06168024A - ビーム光利用の作業車誘導装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 互いに平行な複数の作業行程の夫々におい
て、作業行程の一端側から他端側に向けて誘導用のビー
ム光を投射するビーム光投射手段５が設けられ、作業車
１に、ビーム光を受光する受光手段８と、その受光手段
８の受光情報に基づいて、作業車１を作業行程に沿って
自動走行するように制御する制御手段とが設けられてい
るビーム光利用の作業誘導装置において、ビーム光投射
手段５が、複数の作業行程の夫々において、夫々異なる
識別用の情報を重畳してビーム光を投射するように構成
され、制御手段は、識別用の情報に基づいて作業行程を
判別するように構成されている。 【効果】 作業車が作業行程の終端部で旋回して隣接す
る次の行程へ乗り換える動作を識別用の情報に基づいて
的確に行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、互いに平行な複数の作
業行程の夫々において、作業行程の一端側から他端側に
向けて誘導用のビーム光を投射するビーム光投射手段が
設けられ、作業車に、前記ビーム光を受光する受光手段
と、その受光手段の受光情報に基づいて、前記作業車を
作業行程に沿って自動走行するように制御する制御手段
とが設けられているビーム光利用の作業車誘導装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】かかるビーム光利用の作業誘導装置は、
草刈りロボット等の無人作業車を所定の作業行程に沿っ
て誘導するためのものである。長方形の作業区域内にお
いて、所定間隔毎に複数の直線状の作業行程が設定さ
れ、各作業行程はビーム光投射手段が投射するビーム光
によって形成されている。作業車は、作業行程の終端部
で旋回して隣接する次の行程へ乗り換えるようにして作
業区域内の一辺側の作業行程から他辺側の作業行程へ順
次移動していく。従来、各作業行程のビーム光投射手段
から投射されるビーム光は、特に区別されていなかっ
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】作業区域が例えば河川
の堤防のような傾斜地である場合等において、作業行程
の終端部で旋回して隣接する次の行程へ乗り換える際
に、横滑りの発生等に起因して旋回半径が異常に大きく
なる結果、隣接する行程を大きく越えてしまい、その次
の行程まで達してしまう現象がまれに発生することがあ
る。この場合、作業車は、その行程のビーム光を受光手
段が検出するに伴って、そのビーム光に沿って自動走行
する。つまり、作業すべき行程を一つ飛ばしてしまうこ
とになる。

【０００４】本発明は、かかる実情に鑑みて為されたも
のであって、その目的は、作業車が作業行程の終端部で
隣接する次の行程へ的確に乗り換えることができるよう
にすることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によるビーム光利
用の作業誘導装置は、互いに平行な複数の作業行程の夫
々において、作業行程の一端側から他端側に向けて誘導
用のビーム光を投射するビーム光投射手段が設けられ、
作業車に、前記ビーム光を受光する受光手段と、その受
光手段の受光情報に基づいて、前記作業車を作業行程に
沿って自動走行するように制御する制御手段とが設けら
れているものであって、その特徴構成は、前記ビーム光
投射手段が、前記複数の作業行程の少なくとも隣接する
作業行程夫々において、夫々異なる識別用の情報を重畳
して前記ビーム光を投射するように構成され、前記制御
手段は、前記識別用の情報に基づいて作業行程を判別す
るように構成されている点にある。

【０００６】

【作用】上記の特徴構成によれば、複数の作業行程のビ
ーム光は、行程識別用の情報を有する状態で投射され
る。作業車が作業行程の終端部で旋回して次の作業行程
に移る際に、作業車の制御手段は受光手段が受光するビ
ーム光の識別用の情報に基づいて、次に作業すべき正し
い作業行程か否かを判別する。従って、横滑り等に起因
して旋回半径が異常に大きくなり、隣接する行程を飛び
越えて次の行程まで達してしまった場合は、制御手段は
そのことを判別するに伴って、一つ手前の行程まで戻る
制御を実行することになる。

【０００７】尚、識別用の情報を重畳してビーム光を投
射する態様としては、識別用の情報でビーム光を変調す
る等、ビーム光そのものに識別用の情報を重畳する場合
の他、異なる周期で間欠的に投射したり、異なる周期で
ビーム光を走査する等、投射方法を変える場合を含む。
又、識別用の情報は、必ずしも全ての作業行程毎に異な
るものとする必要はなく、隣接する作業行程が識別でき
るように２種類の識別用の情報を交互に用いるようにし
てもよい。

【０００８】

【発明の効果】従って、本発明によれば、作業車が作業
行程の終端部で旋回して隣接する次の行程へ乗り換える
動作を識別用の情報に基づいて的確に行うことができる
ようになった。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図２に示すように、無人草刈りロボットである作
業車１が、作業区域ＡＲ内に所定の間隔で平行に設定さ
れる直線状の作業行程２に沿って往復走行する。作業車
１は、クローラ走行装置３と草刈装置４を備え、作業行
程２に沿って前進しながら草刈作業を実行し、作業行程
２の終端部で旋回して隣接する作業行程２に移動する。

【００１０】作業車１が上記のように自動走行するよう
に誘導するためにビーム光としてのレーザ光線を投射す
るビーム光投射手段（以下、レーザ投光機という）が地
上側に設けられている。即ち、図１に示すように、作業
行程２の一端側から他端側に向けてレーザ光線Ｂ１を投
射するレーザ投光機５が作業区域ＡＲの外にその一辺に
沿って複数並設されると共に、各作業行程２の終端部を
作業車１に知らせるためのレーザ光線Ｂ２を投射するレ
ーザ投光機６が一対設置されている。レーザ投光機５と
レーザ投光機６は、後述する同様の構造を有する。

【００１１】一方、作業車１は、レーザ光線Ｂ１，Ｂ２
を受光する受光手段としての受光センサ８，９を備え
る。作業車１の上部に設けられた前後一対の受光センサ
８は、レーザ光線Ｂ１を受光して作業車１がレーザ光線
Ｂ１に沿って直進するための情報を得る。又、作業車１
の左右側面に設けられた受光センサ９は、レーザ光線Ｂ
２を受光することにより作業車１が作業行程２の終端部
に達したことがわかる。

【００１２】前後一対の受光センサ８を支持する支持枠
８ａは、図１及び図２に示すように、その中央部が縦軸
芯Ｐにて車体に枢着されている。作業車１の進行方向が
レーザ投光機５に対して近づく方向か離れる方向かによ
って、支持枠８ａの車体に対する向きが１８０度異な
る。即ち、作業車１が作業行程２の終端部で旋回して隣
接行程へ移動するに伴って支持枠８ａが縦軸芯Ｐ周りに
１８０度回転し、受光センサ８の受光面が常にレーザ投
光機５の方向を向くようにしている。

【００１３】受光センサ８は、車幅方向に細長い形状
で、長手方向に複数（例えば１６個）の受光素子を並べ
て構成されている。レーザ投光機５からのレーザ光線Ｂ
１が受光センサ８に当たれば、少なくともいずれか（例
えば１〜２個）の受光素子が光を検出する状態となる。

【００１４】従って、例えば端から何番目の受光素子が
光を検出したかによって長手方向（車幅方向）での受光
位置、即ち、作業車１のレーザ光線Ｂ１に対する車幅方
向での位置ずれを検出することができる。又、前後一対
の受光センサ８の受光位置の差から車体のレーザ光線Ｂ
に対する傾き（方位ずれ）を検出することができる。即
ち、図４に示すように、前後の受光センサ８の受光位置
（端からの距離）を夫々Ｘ１，Ｘ２とし、受光センサ８
の端から中央までの距離をＸ０とすれば、ΔＸ＝Ｘ０−
Ｘ１、及びΔＳ＝Ｘ１−Ｘ２をそれぞれ車幅方向での位
置ずれ、及び方位ずれとしている。

【００１５】図５に示すように、マイクロコンピュータ
を用いた制御手段（以下、コントローラという）１０が
作業車１に搭載され、コントローラ１０が受光センサ８
の検出情報に基づいて、上記のようにして位置ずれΔＸ
及び方位ずれΔＳを求める。そして、それらに基づい
て、以下のようにして車体の操向制御を行なうことによ
り、ΔＸ及びΔＳをゼロに近づけるようにする。即ち、
作業車１を作業行程２に沿って自動走行させる。

【００１６】作業車１の左右のクローラ走行装置３は、
各別に油圧式の無段変速装置１１によって変速すること
ができる。つまり、左右のクローラ走行装置３の速度差
により車体を操舵するのである。コントローラ１０は、
左右の無段変速装置１１の油圧ポンプ内の可変斜板の角
度を速度変更用モータ１２を介して各別に変更操作する
ことにより、左右のクローラ走行装置３の速度を各別に
制御する。

【００１７】即ち、上記のΔＸ及びΔＳに基づいて、予
め記憶された変速用テーブルを参照することにより、左
右の速度変更用モータ１２の各別の操作量を求め、その
操作量に基づいて速度変更用モータ１２を駆動すること
になる。これにより、作業車１は、前後一対の受光セン
サ８がレーザ光線Ｂ１を適正に受光する状態、即ち、受
光位置が受光センサ８の長手方向のほぼ中央部になる状
態を維持するように自動走行する。

【００１８】作業車１の左右側面に設けられた受光セン
サ９は、図１及び図３に示すように、作業行程２の終端
部に達するに伴ってレーザ投光機６からのレーザ光線Ｂ
２を受光するだけでよいので、上記受光センサ８に比べ
て小さいものが用いられている。作業車１のコントロー
ラ１０は、左又は右の受光センサ９がレーザ光線Ｂ２を
受光したことを示す信号に基づいて、左右のクローラ走
行装置３の一方を停止することにより左又は右に１８０
度旋回して次の作業行程２に移る。このとき、前述した
ように、受光センサ８の支持枠８ａを縦軸芯Ｐ周りに１
８０度回転する。受光センサ８が次の作業行程２のレー
ザ光線Ｂ１を受光するに伴って、そのレーザ光線Ｂ１に
沿う自動走行に移行することになる。

【００１９】図２、図３に示すように、レーザ投光機
５，６から投射されるレーザ光線Ｂ１，Ｂ２は上下に所
定の角度θ１，θ２の範囲内で走査されている。これ
は、作業区域ＡＲが不整地にあり、作業車１が走行時に
上下移動する場合であっても、受光センサ８，９がレー
ザ光線Ｂ１，Ｂ２を確実に受光することができるように
するためである。

【００２０】レーザ投光機５，６にはレーザ光源である
半導体レーザ装置１３、それから上向きに発射されたレ
ーザ光線を、地面とほぼ平行な方向に反射させる可動ミ
ラー１４、可動ミラー１４を所定の角度範囲で揺動させ
るガルバノスキャナー１５等が備えられている。図６に
示すように、可動ミラー１４はガルバノスキャナー１５
の回動軸１５ａに固着され、ガルバノスキャナー１５は
駆動回路１６にて印加される交流電圧Ｖｏによって駆動
される。従って、可動ミラー１４は軸芯Ｑ周りに揺動す
る。交流電圧Ｖｏの周波数が可動ミラー１４の揺動周波
数、即ちレーザ光線Ｂ１，Ｂ２の走査周波数に相当し、
振幅が可動ミラー１４の揺動角度を決定する。尚、可動
ミラー１４の揺動角度をαとすれば、レーザ光線Ｂ１，
Ｂ２の走査角度θ１，θ２は２αとなる。

【００２１】レーザ投光機５から投射されるレーザ光線
Ｂ１の走査周波数は、作業車１（コントローラ１０）が
隣接する作業行程２を区別できるように異なる周波数と
している。つまり、図１に示すように、５本の作業行程
２に投射される５本のレーザ光線Ｂ１の走査周波数を、
交互にｆ，２ｆ（例えばｆ＝５０Ｈｚ）としている。換
言すれば、レーザ投光機５が作業行程識別用の情報（走
査周波数）を重畳してレーザ光線Ｂ１を投射するように
構成されている。

【００２２】作業車１のコントローラ１０は、受光セン
サ８からの信号に基づいて、現在の作業行程が奇数番目
か偶数番目かを判断することができる。即ち、受光セン
サ８がレーザ光線Ｂ１を受光する繰り返し周期（の平
均）から、その周波数がｆであるか２ｆであるかを判断
する。これにより、前述のように作業行程２の終端部で
次の作業行程２に移るべく左又は右に１８０度旋回した
際に、受光センサ８が新たに受光したレーザ光線Ｂ１が
正しい次の作業行程２のものか否かをチェックしてい
る。

【００２３】即ち、図３に示したように、作業区域ＡＲ
が例えば河川の堤防のような傾斜地である場合等におい
て、作業行程２の終端部で旋回して隣接する次の作業行
程２へ移る際に、横滑りの発生等に起因して旋回半径が
異常に大きくなる結果、隣接する行程を大きく越えてし
まい、その次の行程まで達してしまうことがあるが、上
記のチェックにより、かかる異常状態の有無を検出する
ことができる。つまり、旋回後に受光したレーザ光線Ｂ
１の周波数が旋回前のものと同じであれば、上記異常状
態が発生していることになる。この場合は、一つ手前の
作業行程２まで戻るといった適切な処理を実行すること
になる。

【００２４】作業車１のコントローラ１０には作業行程
カウンタ１０ａが設けられ、コントローラ１０は、受光
センサ９がレーザ光線Ｂ２を受光する毎に、即ち、作業
行程の終端部が検出される毎にその値を１ずつ減算す
る。そして作業行程カウンタ１０ａの値がゼロになれば
作業を終了する。尚、作業行程カウンタ１０ａの初期値
は、例えばダイヤル式の作業行程数設定手段１７にて作
業開始前に手動設定される。

【００２５】以下に別実施例を列記する。 上記実施例では、隣接する作業行程を識別できるよ
うに２種類の走査周波数ｆ，２ｆを交互に用いたが、各
作業行程に対して異なる走査周波数を割り当てててもよ
い。つまり、例えば５本の作業行程のレーザ光線を順次
識別可能な周波数ｆ１，ｆ２，……，ｆ５にて走査し、
作業車１のコントローラ１０が受光センサ８の受光情報
に基づいていずれの周波数か、即ち、何番目の作業行程
かを判別する。従って、この情報から最終作業行程を判
別することも容易にできる。

【００２６】 上記実施例において、各作業行程２の
終端部を作業車１に知らせるための一対のレーザ光線Ｂ
２についても走査周波数を異ならしめ、作業車１のコン
トローラ１０が、受光センサ９の受光情報に基づいてい
ずれの側の終端部かを判別できるようにしてもよい。

【００２７】 作業行程の識別用の情報を重畳してレ
ーザ光線を投射する手段としては、上記実施例のように
ガルバノスキャナーを用いてレーザ光線を設定周波数で
走査するものに限らず、例えば、ポリゴンミラーを用い
て設定周波数で走査するものであってもよい。又、識別
用の情報として走査の周波数を変える方法に限らず、レ
ーザ光線の強度を設定周波数で変化させたり（ＡＭ変
調）、レーザ光線を設定周期で間欠的に投射してもよ
い。

【００２８】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。

【００２９】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る作業車とその誘導装置、
及び作業区域の平面図

【図２】ビーム光投射手段と作業車の側面図

【図３】作業車の背面図

【図４】作業車の位置ずれ及び方位ずれの算出方法の説
明図

【図５】作業車の走行制御に関する制御ブロック図

【図６】ビーム光を走査する手段を示す図

【符号の説明】

１ 作業車 ５ ビーム光投射手段 ８ 受光手段 １０ 制御手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに平行な複数の作業行程の夫々にお
   いて、作業行程の一端側から他端側に向けて誘導用のビ
   ーム光を投射するビーム光投射手段（５）が設けられ、
   作業車（１）に、前記ビーム光を受光する受光手段
   （８）と、その受光手段（８）の受光情報に基づいて、
   前記作業車（１）を作業行程に沿って自動走行するよう
   に制御する制御手段（１０）とが設けられているビーム
   光利用の作業誘導装置であって、 前記ビーム光投射手段（５）が、前記複数の作業行程の
   少なくとも隣接する作業行程夫々において、夫々異なる
   識別用の情報を重畳して前記ビーム光を投射するように
   構成され、前記制御手段（１０）は、前記識別用の情報
   に基づいて作業行程を判別するように構成されているビ
   ーム光利用の作業車誘導装置。