JPH0928115A

JPH0928115A - 移動作業機械

Info

Publication number: JPH0928115A
Application number: JP7184019A
Authority: JP
Inventors: Shintarou Hatsumoto; 慎太郎初本; Kenjiro Fujii; 健二郎藤井; Yuji Matsuda; 有司松田; Noriyuki Kamiya; 敬之神谷; Toshihiro Aono; 俊宏青野; Masami Otobo; 正美乙母; Kenji Kiyono; 憲二清野; Kazuo Kobayashi; 和男小林
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Keiyo Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi KE Systems Ltd
Priority date: 1995-07-20
Filing date: 1995-07-20
Publication date: 1997-02-04

Abstract

(57)【要約】【目的】芝刈り機の作業を無人により実行する作業機
械を提供する。【構成】移動作業機械１は、本体１０のフレーム２０
上にエンジンを載置し、車輪２２，２４を駆動する。フ
レーム２０に支持されたカッティングユニット７０，７
２は、油圧モータにより駆動され、芝刈りを行なう。移
動作業機械１は、光ファイバージャイロ、地磁気セン
サ、車速センサ、操舵角センサ等を備え、自律航法装置
２００は、予め与えられる地図情報に基づいて機械１を
無人で自動走行させる。ＧＰＳセンサ５００は、ＧＰＳ
衛星からの電波を受信して自己の絶対位置を認識し、電
波航法による無人運転を実行する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は各種のセンサを有する自
律航法装置と、ＧＰＳを用いる電波航法装置とを備えた
自動移動作業機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動走行が可能な車両に、角度センサ、
車速センサ等を有する自律航法装置を搭載することによ
って、無人による自動運転が可能となる。また、カーナ
ビゲーション装置でも用いられている、ＧＰＳ衛星から
の電波信号を受信して自己の現在位置を認識する電波航
法装置を利用することによっても無人運転は可能とな
る。いずれの航法装置にあっても、車両が走行する地域
の地図情報を予め用意する必要はある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】自律航法装置は、光フ
ァイバジャイロ等の車両の旋回を検知するセンサと、車
両の移動量を測定するための車速センサが不可欠であっ
て、障害物等を検知するセンサや、車両が障害物に接触
したときに非常停止を行なうセンサ等も必要である。こ
れらのセンサの情報を用いて、予め与えられた地図情報
に基づいて、車両は目的地まで予め与えられた経路に沿
って走行することはできる。

【０００４】しかしながら、この自律航法装置にあって
は、移動経路のスタート位置に車両を正確に位置決めす
るとともに、スタート時の車両の向きを正確に合わせる
必要がある。また、自律航法装置は、スタート位置から
の車両の移動量と、操舵角の変化を累積して現在位置を
推定しつつ走行するので、車速センサの誤差や角度セン
サの誤差が累積されて地図上の予定された現在位置と車
両の実際の現在位置との間に誤差が生ずる。この誤差を
縮めるためには、車両の走行経路上に予め位置を規定さ
れたマーク等を配設し、このマークを検知したときの車
両が認識している現在位置との差を検知して、補正を行
なう必要がある。

【０００５】一方、ＧＰＳを利用する電波航法装置にあ
っては、車両は現在位置を絶対値として検出することが
できる。したがって、車両のスタート位置を地図上で正
確に設定する必要がないが、測位に必要とする全ての衛
星からの電波を受けることができる地形上でないと、機
能しない。また、ＧＰＳによる測位の精度を向上するた
めには、車両が走行するエリアの近傍にＧＰＳの電波を
受信する固定局を設置し、移動する車両はこの固定局か
らの電波を受信し、誤差補正を行なう必要がある。この
ためには、移動車両は固定局からの電波を受信できる地
形に居る必要がある。本発明は、自律航法装置と電波航
法装置とを備え、互いに補完をしつつ正確な走行と作業
を可能とする移動作業機械を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の移動作業機械
は、駆動輪及び操舵輪を有する車両と、車両にとりつけ
られる作業ユニットと、車両に搭載されるエンジンと、
エンジンの動力により、各車輪と作業ユニットを駆動す
る手段と、車両に搭載されるコントローラと、車両に配
設される内界センサの情報と地図情報によって車両を自
動運転する自律航法装置と、ＧＰＳ衛星からの電波と地
上の固定局からの電波を受信する装置を有し、車両を自
動運転する電波航法装置とを備えるものである。

【０００７】

【作用】この移動作業機械は、自律航法装置と電波航法
装置とを備えるので、電波航法装置が利用できない状況
下にあっては、自律航法によって自動運転を行ない、電
波航法装置が利用できるときには、自律航法による現在
地点を補正し、より正確な自動運転を達成する。

【０００８】

【実施例】図１は本発明の移動作業機械の平面図、図２
は側面図である。全体を符号１で示す移動作業機械は、
移動作業機械１０と、本体１０上に搭載されるボディ１
２を有する。移動作業機械本体１０は、例えば芝刈り機
であって、メインフレーム２０と、メインフレーム２０
を支持する２個の前輪２２と１個の後輪２４を有する。
フレーム２０の下部には、芝のカッティングユニット７
０，７２が配設され、フレーム２０の上部にはエンジン
３０が配設される。エンジンは油圧ポンプ４０を駆動
し、油圧ポンプ４０が発生する圧油によって車輪の駆動
及び操舵、カッティングユニットの昇降及びカッターの
駆動等が実行される。

【０００９】フレーム２０の両側には燃料タンク３２、
油圧ポンプの作動油のタンク３４等が配設される。フレ
ーム２０上にはオペレータ用の座席５０とステアリング
６０が配設され、有人運転時には、ボディ１２を開いて
オペレータが乗車し、運転を行なう。座席５０の周囲に
は、有人運転時の操作レバー８０，８２等が配設され
る。

【００１０】この移動作業機械１は原則として無人運転
によって移動及び作業が実行される機械であって、その
ためのコントローラ２００が搭載される。また、移動作
業機械１が自己の位置を搭載するために、ＧＰＳ装置を
搭載し、位置検出の向上のために固定局からのデータを
受信する通信装置を備える。

【００１１】図３は、本移動作業機械のシステム構成を
示すブロック図である。移動作業機械を駆動、操作する
機構としては、エンジン３０により駆動される油圧ポン
プ１００を備え、油圧ポンプから送られる圧油は操作用
シリンダ１１０を介して操舵輪２４の操舵角を制御す
る。操舵制御装置１２０は、操舵制御アクチュエータに
より駆動される操舵制御機構１２４を有し、制御量は操
舵各センサ１２６で検知される。有人運転時にはステア
リング５０で手動操作される。

【００１２】圧油は油圧モータ１３０へ送られ、全ての
車輪２２，２４を駆動する。走行制御装置１４０は、走
行制御アクチュエータ１４２により駆動される駆動制御
機構１４４を有し、制御量は走行制御角度センサ１４６
で検出される。具体的にはアクセル開度の角度が制御、
検出される。有人運転時にはアクセルペダル９０により
手動操作される。

【００１３】圧油により駆動される油圧モータ１５０は
カッターユニット７０，７２のカッターを駆動する。カ
ッター駆動制御装置１６０は、カッター駆動アクチュエ
ータ１６２によって駆動される駆動制御機構１６４を有
し、制御量は動作確認センサ１６６で検知される。有人
運転時には操作レバー８０により手動操作される。圧油
により駆動される油圧シリンダ１７０は、カッターユニ
ット７０，７２を上下動させるカッター上下制御装置１
８０は、カッター駆動アクチュエータ１８２によって駆
動される駆動制御機構１８４を有し、制御量は動作確認
センサ１８６で検出される。有人運転時には操作レバー
８０により手動操作される。

【００１４】コントローラ２００は、地図情報手段２１
０、作業パス生成手段２２０、軌道目標値手段２３０、
位置推定手段２４０、誤差補正手段２５０、目標速度・
方向演算手段２６０を備える。目標速度・方向演算手段
２６０の出力は運転指令手段を介して各機器の制御装置
へ送られる。スイッチボックス３３０のメインスイッチ
によりエンジン制御装置３１０を介してエンジンが始動
される。車体フレーム２０のバンパーに設けたバンパー
スイッチ３２０は、車体が障害物に接したことを検出し
てエンジンを止めて、非常停止を実行する。

【００１５】本移動作業機械は、無人移動、作業を実行
するために、種々のセンサを有する。障害物認識センサ
３４０は、超音波等を用いて周囲の障害物を検知する。
移動作用機械が装備する内界センサ４００は、地磁気セ
ンサ４１０、光ファイバジャイロ４２０、車速センサ４
３０を有し、機械の進行方向や移動量を検知する。操舵
角センサ１２６は操舵角度を検知し、走行制御センサ１
４６はアクセル角度を検知する。移動作業機械１は、こ
れらのセンサの情報と、コントローラが備える地図情報
によって無人運転による自動走行と作業が可能である。

【００１６】本移動作業機械１は、これらの内界センサ
４００に加えて、ＧＰＳセンサ５００を有する。このＧ
ＰＳセンサ５００は、ＧＰＳ衛星からの電波を受信して
現在位置を演算することができる。また、作業エリアの
近傍に設置した固定局からのＧＰＳ用データを受信する
装置５１０を有し、通信インタフェース５２０を介して
このデータをコントローラ２００が受信する。このＧＰ
Ｓシステムを備えることによって、移動作業機械は自己
の現在位置を正確に認識することができる。

【００１７】図４は移動作業機械がＧＰＳ受信装置５０
０のアンテナをボディ１２の頂部に装備されていること
を示し、また、作業エリアの近傍に設置される固定局７
００の構成を示す。固定局７００は、ＧＰＳアンテナ７
１０と、ＧＰＳ受信機７２０と、データ送信用通信機７
３０を有する。固定局７００が受信したＧＰＳのデータ
はアンテナ７３２から発信され、移動作業機械１のアン
テナ５１０で受信されるコントローラ２００のＧＰＳ装
置は、この地上局からのデータによりＧＰＳデータを補
正し、正確な位置検出を行なうことができる。

【００１８】図５は、本発明の移動作業機械を利用し
て、例えばゴルフ場の芝刈り作業に必要とする地図作成
や芝刈り作業を無人運転により実行する際の作業を説明
する平面図、図６は説明図である。図５，図６において
は、ゴルフ場のうち、１番のティーグラウンドＴ₁、１
番のフェアウェイＦ₁、１番のパッティンググリーンＧ₁
と、２番のティーグラウンドＴ₂、２番のフェアウェイ
Ｆ₂、２番のパッティンググリーンＧ₂、３番のティーグ
ラウンドＴ₃、３番のフェアウェイＦ₃、３番のパッティ
ンググリーンＧ₃が示されている。

【００１９】ＧＰＳ用の固定局７００は、例えば、クラ
ブハウス等に設置されている。移動作業機械１は、現在
２番のフェアウェイＦ₂上にあって、４個のＧＰＳ衛星
Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃，Ｓ₄からの電波Ｄ₁，Ｄ₂，Ｄ₃，Ｄ₄を受
信して現在位置を認識するとともに、固定局７００から
の補正データＰ₁を受信して衛星Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃，Ｓ₄の
配列等に起因する誤差を補正して、より正確な現在位置
を把握する。

【００２０】しかしながら、現実のゴルフ場にあって
は、ゴルフ場内に山Ｍ₁や林Ｗ₁等が存在し、移動作業機
械１は４個の衛星Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃，Ｓ₄からの信号Ｄ₁，
Ｄ₂，Ｄ₃，Ｄ₄を同時に受信することができない状態が
発生する。この状態では、移動作業機械１はＧＰＳによ
る現在位置の認識はできない。また、例え、衛星Ｓ₁，
Ｓ₂，Ｓ₃，Ｓ₄からの信号Ｄ₁，Ｄ₂，Ｄ₃，Ｄ₄を受信で
きる状態にあっても、固定局７００と移動作業機械１と
の間に山Ｍ₁との障害物があって、移動作業機械１が固
定局からの補正データＰ₁を受信できない状態にあって
は、現在位置を正確に把握することができない。

【００２１】本発明の移動作業機械は内界センサ４００
を有し、自律航法が可能であるので、ＧＰＳを利用する
電波航法を互いに補正しつつ、正確な移動を確保するこ
とができる。まず、電波航法の誤差要因であるＰＤＯＰ
値（Position Dilution Of Precision）について図７，
図８により説明する。ＰＤＯＰ値は衛星配置と測位精度
の関係を示す指標である。図７に示すように、第１のＧ
ＰＳ衛星Ｓ₁は固有の測位誤差であるレンジエラーＥ₁を
有し、第２のＧＰＳ衛星Ｓ₂も固有のレンジエラーＥ₂を
有する。２つの衛星Ｓ₁，Ｓ₂が図７に示すように接近し
た状態にあって、エリアＥ₁₀で測位を行なうときには、
斜線で示すような誤差特性となる。

【００２２】図８に示すように、衛星Ｓ₁，Ｓ₂がバラン
スよく配置されているときには、測位の誤差特性も補正
のしやすい特性となる。ＧＰＳ衛星の位置は常時演算に
より求めることができるから、地球上でのあるエリアに
おけるＰＤＯＰ値は予測することができる。ＰＤＯＰ値
は、値が小さい程に測位精度が向上する。そこで、この
ＰＤＯＰ値が設定値より小さい状態にのみ、電波航法を
利用することによって、より正確な自己位置の測定をす
ることができる。

【００２３】図９は、移動作業機械が内界センサによる
自律航法とＧＰＳによる電波航法を選択するフローチャ
ートである。ステップＳＴ１でスタートする自己位置モ
ジュールは、ステップＳＴ２でＧＰＳ信号の受信処理を
行なう。ステップＳＴ３で固定局からの補正信号を受信
しているかをチェックし、補正信号を受信している状態
であれば、ステップＳＴ４へ進み、現在のＰＤＯＰ値を
読みとる。現在のＰＤＯＰ値が予め設定した値である６
以下であれば、ＧＰＳ電波航法によっても充分な測位精
度を得ることができので、ステップＳＴ５へ進み、ＧＰ
Ｓデータのフォーマットの変換処理を実行し、ステップ
ＳＴ６で自己位置を測定する。

【００２４】この測定結果に基づいて、ステップＳＴ７
で移動作業機械の運転を制御する。この際に、車載のコ
ントローラのメモリ２３０から目標経路に関する情報を
得て運動を制御する。ステップＳＴ３で判定する固定局
からの補正信号が受信できない状態であったり、ステッ
プＳＴ４で判定するＧＰＳ衛星の配置位置に対応するＰ
ＤＯＰ値が、設定値である６以上である場合には、ステ
ップＳＴ１０へ進み、移動作業機械は自律航法を選択
し、自律航法に必要とする各センサのデータを入力し、
処理する。ステップＳＴ１１でセンサデータのフォーマ
ット変換を実行し、ステップＳＴ６で自律航法による自
己位置測定を実行する。

【００２５】

【発明の効果】本発明の移動作業機械は以上のように自
律航法装置を備え、予め与えられる地図情報に基づき、
軌道を算出して自動走行しつつ無人による作業を実行す
ることができる。そして、この移動作業機械はさらにＧ
ＰＳを利用して電波航法装置も備えるので、電波航法装
置が利用できる状況下にあっては、ＧＰＳによる自動運
転を行なうことができる。ＧＰＳによって得られる現在
地点の正確な情報を自律航法装置に送り、自律航法装置
はこの情報を用いて自己の現在位置を補正して、より正
確な自律航法を達成する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の移動作業機械の平面図。

【図２】本発明の移動作業機械の側面図。

【図３】本発明の移動作業機械の制御回路図。

【図４】本発明の移動作業機械に使用するＧＰＳ固定局
の説明図。

【図５】作業対象となるゴルフ場の平面図。

【図６】作業対象となるゴルフ場の側面図。

【図７】ＧＰＳ衛星の位置とレンジエラーの関係を示す
説明図。

【図８】ＧＰＳ衛星の位置とレンジエラーの関係を示す
説明図。

【図９】制御処理のフロー図。

【符号の説明】

１移動作業機械１０移動作業機械本体２０フレーム２２前輪２４操舵輪３０エンジン６０ステアリングホイール７０，７２カッティングユニット１００油圧ポンプ２００制御装置４００内界センサ５００ＧＰＳセンサ７００固定局

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０５Ｄ 1/02 Ｇ０５Ｄ 1/02 Ｓ (72)発明者松田有司千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号株式会社日立製作所産業機器事業部内 (72)発明者神谷敬之千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号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)発明者清野憲二千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

【特許請求の範囲】

【請求項１】駆動輪及び操舵輪を有する車両と、車両
にとりつけられる作業ユニットと、車両に搭載されるエ
ンジンと、エンジンの動力により、各車輪と作業ユニッ
トを駆動する手段と、車両に搭載されるコントローラ
と、車両に配設される内界センサの情報と地図情報によ
って車両を自動運転する自律航法装置と、ＧＰＳ衛星か
らの電波と地上の固定局からの電波を受信する装置を有
し、車両を自動運転する電波航法装置とを備えてなる移
動作業機械。
【請求項２】車両に配設される内界センサは、車両の
絶対方向を検知する地磁気センサと、車両の旋回を検知
する光ファイバジャイロと、車速センサとを備える請求
項１記載の移動作業機械。
【請求項３】車両に搭載されるコントローラは、地図
情報に基づいて、作業経路を生成し、車両の移動と作業
ユニットを制御する手段とを備える請求項１記載の移動
作業機械。
【請求項４】車両に搭載されるコントローラは、電波
航法装置による運転を優先させ、電波航法装置が利用で
きないと判断したときに、自律航法装置による運転に切
り換える手段を備える請求項１記載の移動作業機械。