JPH0937610A

JPH0937610A - 無人芝刈り機の運転方式

Info

Publication number: JPH0937610A
Application number: JP7196271A
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: 1995-08-01
Filing date: 1995-08-01
Publication date: 1997-02-10

Abstract

(57)【要約】【目的】自律走行可能な芝刈り機を用いてグランドの
芝刈りを効率よく実行する。【構成】自動芝刈り機１は、車輪１と駆動系を有し、
光ファイバジャイロや車速センサ等の内界センサを備え
て、自律走行が可能である。芝刈りユニットは芝刈り機
１が前進、後進のいずれの走行にあっても芝刈りが可能
である。第１の芝刈り領域Ｐ₁を前進方向で刈った芝刈
り機１は隣接する領域Ｐ₂を後進方向で刈る。芝刈り機
を横方向に刈り幅Ｃ₁だけ移動するのに、左右にほぼ同
じ量だけ操舵を行うことによって、光ファイバジャイロ
の累積誤差をキャンセルして、正確な運転が実行され
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
律航法装置を備えた自動移動作業機械、特に自動芝刈り
機の運転方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動走行が可能な芝刈り機に、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及び芝刈り機作業が可能
となる。

【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。特に、芝刈
り機の向きを検知するセンサとして使用する光ジャイロ
は、同じ旋回方向へ芝刈り機が操舵されていくと、角度
検出の誤差が累積される特性を有する。

【０００５】本発明は、自律航法装置を備え、作業方向
の精度が高い芝刈り機の運転制御方式を提供するもので
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明が適用される無人
芝刈り機は、前進、後進のいずれの進行方向にあっても
芝刈りを実行できる芝刈りユニットを備える。車両の進
行方向を検知する光ファイバジャイロは、一方向のみに
旋回が続くときには誤差が累積されるが、左右方向に同
じ量だけ交互に旋回がなされる場合の精度は高い特性を
有する。本発明の運転方式にあっては、以上の特性を考
慮して効率のよい芝刈りを達成するものである。

【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、芝刈り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】芝刈りユニット７０は、ハウジング７１
と、ハウジング７１に連結される集草箱７２を有する。
ハウジング７１内に配設されるカッターブレード７３
は、図示しないアクチュエータにより回転駆動され、刈
りとられた芝は、集草箱７２へ収容される。この芝刈り
ユニット７０は、芝刈り機１が前進、後進のいずれの方
向に進行するときにも芝刈りを実行することができる。

【００１１】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が自己の位置を把握するために、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こともできる。

【００１２】図４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。

【００１３】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。

【００１４】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、芝刈りユニッ
ト７０を上下動させるカッター上下制御装置１８０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１
８６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。

【００１５】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。

【００１６】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。
移動作業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。

【００１７】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。

【００１８】図５は芝刈り機１が作業対象領域であるラ
インＦ₁，Ｆ₂の間の領域Ｇの芝刈りを実行する状態を示
す。芝刈り領域Ｇは、例えばサッカーグランドのような
平面のフィールドであって、このグランド上に軌跡
Ｐ₁，Ｐ₂で示すように芝刈り作業領域の芝刈りを行な
う。芝刈り軌跡Ｐ₁，Ｐ₂を幅方向でオーバーラップさせ
ることで、良好なサッカーグランドを形成することがで
きる。芝刈り軌跡の幅寸法Ｄは、カッターブレード７３
の直径寸法に一致する。したがって、芝刈り機１の進行
方向に対する直交方向の移動距離Ｃ₁を制御することに
よって、オーバーラップ量を調整することができる。

【００１９】図６は、本発明による芝刈り機の制御方法
の例を示す平面図である。芝刈り機１は、動作開始点Ｓ
₁にあって、方位Ｎを向いて設定されるものとする。動
作指令を与えられた芝刈り機１は静止状態から加速を開
始し、作業開始点Ｐ₁に向けて速度Ｖ₁で進行する。

【００２０】作業領域Ｆ₁上に設定された作業開始点Ｐ₁
に達すると、芝刈り機１は芝刈りユニット７０を降下さ
せ、前進方向ＦＤに向けて走行しつつ、芝刈りを開始す
る。芝刈り機は作業速度Ｖ₂で方位Ｎ方向に進行し、芝
刈りを実行する。グランドＧの他方の作業領域Ｆ₂上の
地点Ｐ₂に達すると、芝刈りユニット７０の作動を停止
し、遷移速度Ｖ₁₁に切り換えて速度Ｖ₃に変速し、右操
舵と左操舵を行ない地点Ｐ₃に達し、停止する。この状
態では、芝刈り機は方位Ｅ方向に距離Ｃ₁だけ移動した
状態となる。この際に、右操舵と左操舵の角度は等しく
なるので、光ジャイロ誤差はキャンセルされ、正確な角
度計測を行なうことができる。

【００２１】次に、芝刈り機は、後進方向ＲＤに加速を
開始し、速度Ｖ₁で距離Ｌ₁進行し、地点Ｐ₄に達する。
地点Ｐ₄では芝刈りユニットを作動させ、作業速度Ｖ₂で
後進しつつ芝刈りを実行する。地点Ｐ₅に達すると、芝
刈りユニットの作動を停止し、そのままの方位を保ち、
距離Ｌ₂走行し、地点Ｐ₆に停止する。

【００２２】次に、芝刈り機は前進方向ＦＤに走行を開
始し、速度Ｖ₁₂で速度Ｖ₃まで変速し、右操舵に続いて
左操舵を行ない、地点Ｐ₇に達する。この右操舵と左操
舵は操舵角は反対方向で等しくなるので、光ジャイロの
誤差はキャンセルされ、精度の高い旋回が達成できる。
地点Ｐ₇で芝刈りユニットを作動し、速度Ｖ₁₃で作業速
度Ｖ₂まで変速し、方位Ｎを保って地点Ｐ₈へ向かう。こ
の際に、芝刈り機の移動軌跡は、直前の移動軌跡に対し
て方位Ｅ方向に距離Ｃ₁だけ隔てられる。

【００２３】地点Ｐ₈で芝刈りユニットの作動を停止
し、地点Ｐ₉まで進行し、停止する。この行程は、先に
説明した地点Ｐ₂から地点Ｐ₃への行程と同じである。地
点Ｐ₉から芝刈り機は後進を開始し、距離Ｌ₁進行し、地
点Ｐ₁₀から芝刈りを開始する。速度Ｖ₂で後進しつつ芝
刈りを実行し、地点Ｐ₁₁で芝刈りユニットの作動を停止
する。以下、同様の走行パターンをくり返す。以上に説
明した走行パターンにあっては、芝刈り機は前進時にの
み操舵が実行される。

【００２４】図７は、走行パターンの他の例を示す。本
走行パターンにあっても、芝刈り機は動作開始点Ｓ₁か
ら方向Ｎ方向に前進走行を開始し、作業開始点Ｐ₁から
芝刈りユニットを作動させて、地点Ｐ₂へ芝刈りユニッ
トの作動を停止し、地点Ｐ₂へ進む間に右操舵と左操舵
を実行する。地点Ｐ₃から方位Ｓ方向への後進を開始
し、地点Ｐ₄から地点Ｐ₅で芝刈りユニットの作動を停止
し、地点Ｐ₆まで進む間に後進状態での右操舵と左操舵
を実行する。地点Ｐ₆から方位Ｎに向けて前進を開始
し、地点Ｐ₇から芝刈りを実行する。

【００２５】本走行パターンにあっては、遷移速度の種
類が少なくて済み、運転制御が容易となる。また、芝刈
り作業の直前には直進による助走区間を設けることがで
きるので、より均一な芝刈りを達成することができる。

【００２６】

【発明の効果】本発明は以上のように、無人運転可能な
芝刈り機を効率よく運転することによって、芝刈り作業
の作業性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の適用する無人芝刈り機の平面図。

【図２】本発明の適用する無人芝刈り機の側面図。

【図３】図２のＡ矢視図。

【図４】無人芝刈り機の制御のブロック図。

【図５】芝刈り機の作業方法を示す説明図。

【図６】芝刈り機の運転方式を示す説明図。

【図７】芝刈り機の運転方式を示す説明図。

【符号の説明】

１芝刈り機１０車両本体２２前輪２４後輪７０芝刈りユニット７３カッターブレード２００制御装置４００内界センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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
にとりつけられる芝刈りユニットと、車両に搭載される
エンジンと、エンジンの動力により、各車輪と芝刈りユ
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、車両に配設される光ファイバジャイロと車速セン
サを含む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を有し、車両が無人運転によって作業開始地点から作業終了地点
まで前進方向に直進しながら第１の作業領域を芝刈りす
る行程と、作業終了地点で芝刈りユニットの作動を停止した車両が
左右方向にほぼ同じ量の操舵を行いつつ走行して刈り幅
だけ車両を横方向に移動して停止する行程と、車両が後進方向に直進しながら第１の作業領域に隣接す
る第２の作業領域を芝刈りする行程と、作業終了地点で芝刈りユニットの作動を停止した車両が
一定距離更に直進して停止する行程と、車両が前進しながら左右方向にほぼ同じ量の操舵を行い
つつ走行して刈り幅だけ車両を横方向に移動して第２の
作業領域に隣接する第３の作業領域の作業開始地点に移
動する行程と、を備える無人芝刈り機の運転方式。
【請求項２】駆動輪及び操舵輪を有する車両と、車両
にとりつけられる芝刈りユニットと、車両に搭載される
エンジンと、エンジンの動力により、各車輪と芝刈りユ
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、車両に配設される光ファイバジャイロと車速セン
サを含む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を有し、車両が無人運転によって作業開始地点から作業終了地点
まで前進方向に直進しながら第１の作業領域を芝刈りす
る行程と、作業終了地点で芝刈りユニットの作動を停止した車両が
左右方向にほぼ同じ量の操舵を行いつつ走行して刈り幅
だけ車両を横方向に移動して停止する行程と、車両が後進方向に直進しながら第１の作業領域に隣接す
る第２の作業領域を芝刈りする行程と、作業終了地点で芝刈りユニットの作動を停止した車両が
左右方向にほぼ同じ量の操舵を行いつつ走行して刈り幅
だけ車両を横方向に移動して停止する行程と、車両が前進して第２の作業領域に隣接する第３の作業領
域の作業開始地点に移動する行程と、を備える無人芝刈り機の運転方式。