(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
昇降式作業機を有する自律走行車において、
前記作業機を上昇または降下させるための制御スイッチと、
前記作業機の昇降状態を検出する検出手段と、
前記自律走行車の走行位置を認識する認識手段と、
前記作業機の昇降状態の変化に基づいて、オペレータが実行した昇降制御を、予め用意された複数の異なる動作イベントの内のいずれかに分類する分類手段と、
当該分類された動作イベントを、前記動作イベントの発生時における前記自律走行車の走行位置に対応づけて記憶する記憶手段と、
前記自律走行車の自律走行時において、前記自律走行車が前記記憶手段に記憶された前記走行位置に到達した場合、当該走行位置に対応する前記動作イベントを実行するように、前記作業機を制御する制御手段と
を有することを特徴とする自律走行車。
【請求項２】
前記分類手段は、前記制御スイッチの入力状態に基づいて、オペレータが実行した昇降制御を、予め用意された複数の異なる動作イベントの内のいずれかに分類することを特徴とする請求項１に記載された自律走行車。
【請求項３】
走行モード設定手段をさらに有し、前記走行モード設定手段は、
前記作業機の昇降制御及び前記走行車の走行制御をオペレータの操作により実行するマニュアル走行モードと、自律走行を行いながら前記記憶手段中に記憶された前記動作イベントを実行する自動走行モードとの切り換えを行う
ことを特徴とする請求項１に記載された自律走行車。
【請求項４】
前記認識手段は、
推測航法により前記走行位置を検出する手段と、
測位衛星から発せられた電波に基づいて前記走行位置を検出する手段と
を有することを特徴とする請求項１または２に記載された自律走行車。
【請求項５】
制御スイッチの入力に応じて、自律走行車に対する相対的位置を変更することができる作業機を有し、オペレータの操作により走行するマニュアル走行と自律走行とを切り換えることができる前記自律走行車における、前記作業機の昇降制御をティーチングする方法において、
前記作業機の昇降制御を実行するために、前記マニュアル走行時にオペレータが操作した前記制御スイッチの入力状態を検出するステップと、
前記作業機の昇降状態を検出するステップと、
前記制御スイッチの前記入力状態と前記作業機の前記昇降状態の変化とに基づいて、オペレータが実行した昇降制御に対応する動作イベントを決定するステップと、
自律走行時において前記作業機を自動的に動作させるために、当該決定された動作イベントを、当該動作イベント発生時における前記自律走行車の走行位置に対応づけて記憶するステップと
を有することを特徴とするティーチング方法。
【請求項６】
上記動作イベントを決定するステップにおいて、オペレータが実行した前記昇降制御を、予め用意された複数の異なる動作イベントの内のいずれかに分類することにより、前記動作イベントを決定することを特徴とする請求項５に記載されたティーチング方法。
【請求項７】
前記動作イベントは、前記作業機が上昇した状態であるリフトアップと、前記作業機が下降した状態であるリフトダウンと、前記作業機が前記リフトダウンと前記リフトアップの間に位置した状態であるハーフリフトを少なくとも有することを特徴とする請求項６に記載されたティーチング方法。
【請求項８】
前記制御スイッチは、前記作業機を上昇させる上昇スイッチと、前記作業機を下降させる下降スイッチとを有し、前記上昇スイッチまたは前記下降スイッチを押した時間に応じて、前記作業機の前記相対的位置を制御することを特徴とする請求項７に記載されたティーチング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自律走行車が有する昇降式作業機の昇降制御をティーチングする方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自律走行技術を用いて、所定の作業を無人で行う自律走行車が、様々な分野で実用化されつつある。このような自律走行車が行い得る作業の典型的な例としては、ゴルフ場、グランド、または公園といった各種フィールドにおける芝刈りや草刈り、田畑の耕耘、農薬や肥料の散布、または土木作業等が挙げられる。
【０００３】
一般に、この類の作業車には、作業車に対する相対的位置を変更することができる昇降式作業機が取り付けられている。例えば、芝刈り作業車では、芝刈り用の昇降式カッターユニットが走行車のフロント部に取り付けられている。このカッターユニットの昇降制御は、オペレータが昇降制御スイッチを切り換えることにより行われる。例えば、芝刈り作業時には、カッターユニットが完全に下がるまで（リフトダウン）、昇降制御スイッチを下降側に押し続ける。そして、このカッターユニットを地表の芝に接触させることにより刈り取り作業を行う。また、作業を実行することなく単に走行車を移動させる場合には、ユニットが完全に上がるまで（リフトアップ）、昇降制御スイッチを上昇側に押し続ける。さらに、作業時であっても作業車が旋回する際には、ユニットをリフトアップほどは上げないが、地面に接触しない程度にまで上げておく（ハーフリフト）。旋回時に芝や草を傷めないようにすると共に、カッターユニットがダメージを受けることを防ぐためである。ハーフリフトは、オペレータが昇降制御スイッチを上昇側に適切な時間の間だけ押し続けることにより達成される。
【０００４】
自律走行車は、全地球測位システム(Global Positioning System。以下、ＧＰＳという）や推測航法といった技術を併用することにより無人走行することができる。ＧＰＳは、測位衛星から送信された電波を受信して自己位置を測定する技術である。また、推測航法は、地磁気方位センサにより測定された走行車の進行方向及び車輪エンコーダにより測定された走行距離から、走行車を目標位置に向かって走行させる技術である。
【０００５】
作業用の自律走行車においては、自律走行時に、芝刈り等の作業も自動的に実行されなければならない。これを可能にする方法の一つは、作業を実行するのに必要なすべての手順をプログラマが予め記述しておくことである。上記の芝刈り作業車を例に説明すると、カッターユニットの昇降の指定やカッターの回転の指定などをすべてプログラム言語にて記述しておく。しかしながら、所望の作業を行うために必要なすべての手順を、プログラム言語にて記述しようとすると、記述に多くの時間を要するばかりか、プログラミングに関する専門的なスキルが必要となる。さらに、一旦記述された作業が変更となった場合に、プログラマが現在のプログラムを書き直さなければならないため、プログラムの書き換えにおける柔軟性に欠けるといった問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、作業機の制御手順をプログラマが記述しておく従来の方法では、コストがかかり、専門的知識を要するばかりか、書き換えの柔軟性が欠如しているといった問題があった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、自律走行車が有する作業機の制御手順をシステム中へ記憶させることを、簡単かつ柔軟性をもって行うことである。
【０００８】
また、本発明の別の目的は、自律走行時に作業機の昇降制御を自動的に実行できるようなティーチング方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第１の形態は、昇降式作業機を有する自律走行車において、作業機を上昇または降下させるための制御スイッチと、作業機の昇降状態を検出する検出手段と、自律走行車の走行位置を認識する認識手段と、作業機の昇降状態の変化に基づいて、オペレータが実行した昇降制御を、予め用意された複数の異なる動作イベントの内のいずれかに分類する分類手段と、この分類された動作イベントを、この動作イベントの発生時における自律走行車の走行位置に対応づけて記憶する記憶手段と、自律走行車の自律走行時において、自律走行車が記憶手段に記憶された前記走行位置に到達した場合、この走行位置に対応する動作イベントを実行するように、作業機を制御する制御手段とを有する自律走行車を提供する。
【００１０】
ここで、分類手段は、作業機の昇降状態の変化のみならず、制御スイッチの入力状態をもモニタリングし、これらに基づいて、オペレータが実行した昇降制御を、条件的に合致した動作イベントに分類してもよい。
【００１１】
また、作業機の昇降制御及び走行車の走行制御を、オペレータの操作により行うマニュアル走行モードと、自律走行を行いながら記憶手段中に記憶された動作イベントを実行する自動走行モードとの切り換えを行う走行モード設定手段をさらに設けてもよい。
【００１２】
さらに、上記の認識手段は、推測航法により走行位置を検出する手段と、測位衛星から発せられた電波に基づいて走行位置を検出する手段とを有していることが好ましい。
【００１３】
本発明の第２の形態は、制御スイッチの入力に応じて、自律走行車に対する相対的位置を変更することができる作業機を有し、オペレータの操作により走行するマニュアル走行と自律走行とを切り換えることができる自律走行車における、作業機の昇降制御をティーチングする方法において、作業機の昇降制御を実行するために、マニュアル走行時に、オペレータが操作した制御スイッチの入力状態を検出するステップと、作業機の昇降状態を検出するステップと、制御スイッチの入力状態と作業機の昇降状態の変化とに基づいて、オペレータが実行した昇降制御に対応する動作イベントを決定するステップと、自律走行時において作業機を自動的に動作させるために、この決定された動作イベントを、この動作イベント発生時における自律走行車の走行位置に対応づけて記憶するステップとを有するティーチング方法を提供する。
【００１４】
ここで、上記の動作イベントを決定するステップにおいて、オペレータが実行した昇降制御を、予め用意された複数の異なる動作イベントの内のいずれかに分類することにより、動作イベントを決定してもよい。
【００１５】
また、上記の動作イベントは、作業機が上昇した状態であるリフトアップと、作業機が下降した状態であるリフトダウンと、作業機がリフトダウンとリフトアップの間に位置した状態であるハーフリフトを少なくとも有していることが好ましい。
【００１６】
一方、上記の制御スイッチは、作業機を上昇させる上昇スイッチと、作業機を下降させる下降スイッチとを有し、上昇スイッチまたは下降スイッチを押した時間に応じて、作業機の相対的位置を制御するようにしてもよい。
【００１７】
【作用】
本発明は、自律走行車が有する作業機の昇降制御をシステム中に記憶するために、ティーチング／プレイバックと呼ばれる技術を利用している。マニュアル走行時（ティーチング時）において、オペレータが実際に行った昇降操作のうち特徴的なものは、動作イベントとして抽出され、制御システム中に記憶される。その際、この抽出された動作イベントは、そのイベント発生時における走行位置に対応づけられた上で、そのセットがシステム中に記憶される。自律走行時（プレイバック時）においては、走行車が動作イベントの発生位置に到達したら、対応づけられた動作イベントが実行される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、本実施例における芝刈り作業車を模式的に示した側面図である。この作業車は、ゴルフ場やグランドといった各種フィールドを自律的に走行し、フィールド上の芝を自動で刈り取ることができる。作業車は、ＧＰＳ（後述するＤ−ＧＰＳを含む）及び推測航法と呼ばれる２つの技術を併用して自律走行を行う。芝刈り作業車は、車体部１、車体部１のフロントに付けられた芝刈り用作業機２、及び車輪３ａ、３ｂを有している。車体部１には、ＧＰＳ用の受信アンテナ４、無線通信用の受信アンテナ５及び地磁気センサ６が装着されている。また、芝刈り作業機２は、ブーム２ａと、このブーム２ａに懸架された複数のカッターユニット２ｂを有している。作業機２は、車体部１に対して回動可能な状態で取り付けられることにより、昇降動作が可能である。
【００１９】
車体部１には、ＧＰＳ装置や推測航法装置を含む制御装置が装着されている。また車輪エンコーダ８が車輪の軸部に装着されている。さらに、昇降位置センサ７が、ブーム２ｂの取付け箇所の近辺に装着されている。車輪エンコーダ８は、走行車の走行距離を測定するためのセンサである。また、昇降位置センサ７は、作業機２の昇降位置を検出するために、ブームの回転角を検出するセンサである。本実施例において、昇降センサ７は、ロータリエンコーダ等を含めて様々な構成が考えられるが、本実施例では、異なる位置に配置した２つの近接スイッチを組み合わせたものを用いている。
【００２０】
図２は、ブーム２ａの昇降位置と昇降位置センサ７との関係を示した概念図である。昇降位置センサ７には、２つの近接スイッチが図示したように配置されている。２つの近接スイッチ（近接スイッチＡ及び近接スイッチＢ）は、作業機２の昇降状態、すなわちブーム２ａの昇降位置（回転角θ）に応じて、以下のような３つの出力状態を取る。
0003712249.tif 000002
【００２１】
スイッチＡの出力が変化する回転角θ2 及びスイッチＢの出力が変化する回転角θ1 が予め設定されている。これらのスイッチの出力状態をみれば、作業機の昇降位置が３つの状態のいずれにあるかを特定することができる。この３つの状態とは、作業機が下降した状態（θ＜θ1)、作業機が上昇した状態（θ2 ＜θ）、または作業機が中間的な高さに位置した状態（θ1 ≦θ≦θ2 ）である。オペレータは、昇降制御スイッチを操作することにより、ブームの回転角を無段階の高さに制御することができる。それにも拘わらず、オペレータの昇降制御を単純化して３つの状態に分類する理由は、昇降制御のティーチング時における動作イベント（動作イベントについては後述する）の発生を少なくするためである。もちろん、この位置センサ７としてロータリエンコーダ等を用いて回転角を詳細に検出し、より狭い回転角のレンジごとに動作イベントを設定することも可能である。しかしながら、本実施例における芝刈り作業機は、最低限、芝刈り作業時の状態であるリフトダウン、走行車の移動時の状態であるリフトアップ、及び旋回時の状態であるハーフリフトだけあればよい。そのため、プレイバック時の動作との関係では、それ以上詳細に動作イベントを設定する必要は必ずしもない。また、あまり詳細に設定すると、動作イベントの発生が多くなり、記憶すべき作業データ量も多くなってしまう。
【００２２】
図４は、芝刈り作業車の制御装置のブロック図である。推測航法位置検出部１１及びディファレンシャルＧＰＳ（以下Ｄ−ＧＰＳという）位置検出部１２によって芝刈り作業車の走行位置を認識することができる。推測航法位置検出部１１において、ある基準となる地点からの走行履歴を算出することにより、作業車の現在位置が測定される。この走行履歴は、車輪エンコーダ８により測定された走行距離を、地磁気方位センサ６により測定された走行方向の変化に応じて累積したものである。
【００２３】
Ｄ−ＧＰＳ位置検出部１２において、ＧＰＳ衛星から発せられた電波及び固定局から得られたディファレンシャル情報に基づいて、現在の走行位置が測定される。ＧＰＳ衛星からの電波は、図１に示した受信アンテナ４を介して受信される。一方、固定局からの電波は、受信アンテナ５を介して受信される。周知のように、ＧＰＳ衛星から発せられた電波のみを用いた自己位置の測定は誤差が大きい。そこで、この測定値における同位相成分の誤差を除去するために、既知の地点に設置された固定局において、この地点の位置観測を行う。そして、この位置観測に基づいて得られた補正情報を自律走行車にフィードバックする。例えば、ポジション法を用いた場合、作業車側の受信機と固定局側の受信機の双方が捕捉するＧＰＳ衛星が同一となるように同期をとり、双方から得られた絶対位置に関する情報を引き算する。このＤ−ＧＰＳ制御を行うことで、走行車の自己位置を精度よく測定することができる。
【００２４】
操作パネル１３には、昇降制御スイッチ１４を始めとして、操舵ハンドル、アクセル、ブレーキといった、オペレータが所望の操作を行うのに必要な各種装置が設けられている。昇降制御スイッチ１４は、作業機２を上昇させる上昇スイッチと、下降させる下降スイッチとを有している。そして上昇スイッチまたは下降スイッチが押された時間に応じて、作業機２の位置を制御できる。
【００２５】
制御部１５は、走行モード設定部１８により設定された走行モードに応じて、オペレータが操作パネル１３を操作することにより発生した信号、推測航法位置検出部１１からの信号、またはＤ−ＧＰＳ位置検出部１２からの信号を適宜選択する。そして、これらの信号に応じて、昇降制御部１６及び走行制御部１７を制御する。オペレータの操作によるマニュアル走行モード、または自動で作業を行いながら自律走行を行う自動走行モードのいずれかを、ユーザーは選択することができる。走行モード設定部１８は、ユーザーにより選択されたいずれか一方の走行モードを制御部１５に通知する。
【００２６】
昇降制御部１６は、制御部１５からの制御信号を、それに対応した制御量に変換して、その制御量を昇降用油圧制御弁２０に出力する。油圧制御弁２０は、この制御量に基づいて油圧を作業機２の昇降機構に供給することにより、作業機２を実際に上昇または下降させる。一方、走行制御部１７は、制御部１５からの制御信号を、それに対応した制御量に変換して、その制御量を油圧モータ２１または操舵用油圧制御弁２２に出力する。油圧モータ２１は、この制御量に基づいて回転することにより走行車の駆動力を発生する。また、操舵用油圧制御弁２２は、走行制御部１７からの制御量に応じて、操舵機構を動作させる。
【００２７】
分類部２３は、マニュアル走行モード時にオペレータが行った各昇降制御ごとに、それに対応する動作イベントを決定する。昇降位置センサ７からの出力によって作業機の昇降状態がモニタリングされ、昇降状態の変化に基づいて、予め用意された複数の動作イベントのいずれかに分類される。また、この分類に際しては、必要に応じて昇降制御スイッチ１４の入力状態も考慮される。分類部２３中には、図５に示したような動作イベント及びその分類条件が予め記憶されている。
【００２８】
ここで、動作イベントとしてのリフトダウンは、自律走行時（プレイバック時）に作業機が地面に接するようにブームの回転角をθD に設定することである。また、リフトアップは、作業機が完全に（またはそれに近い状態まで）上昇するようにブームの回転角をθU に設定することである。そして、ハーフリフトは、作業機がリフトダウンとリフトアップとの間に位置するように所定の回転角θH に設定することである。
【００２９】
分類部２３により決定された動作イベントは制御部１５に送られる。分類部２３より動作イベントの発生が通知されると、制御部１５は、この動作イベントが発生した時点における走行位置を特定する。この走行位置は、推測航法位置検出部１１とＤ−ＧＰＳ位置検出部１２の出力を参照することにより決定される。制御部１５は、分類部２３より決定された動作イベントと、このイベント発生時の走行位置を対応づけた上で、このセットは作業データ記憶部１９中に記憶される。
【００３０】
作業機データ記憶部１９中には、オペレータが行った一連の作業により発生した多数の動作イベントが蓄積される。すべての動作イベントは、各イベント発生時における走行位置と対応づけられて記憶される。一方、走行モード設定部１８により自動走行モードが設定された場合、作業車２は自律走行を行い、イベント発生地点への到達時に、対応するイベントを実行する。
【００３１】
図５は、カッターユニットの動作のティーチングを示すフローチャートである。マニュアル走行モードにおいて、このフローは所定の間隔で繰り返し実行される。まず、オペレータにより昇降制御スイッチ１４の操作が行われたか否かが判定される（ステップ４０１）。具体的には、スイッチの電気的な導通状態や物理的な状態をモニタリングすることにより、この判定がなされる。オペレータによる入力がなければリターンまで進み、このフローの再度実行されるのを待つ。入力がある場合は、ステップ４０２に進む。
【００３２】
ステップ４０２において、作業機の昇降状態が検出される。昇降制御スイッチの押し時間に応じて、オペレータは作業機２を無段階に位置制御することが可能である。しかしながら、昇降制御のイベント化、すなわちティーチングとの関係で見ると、この昇降位置は上述した３つの状態のいずれかに分類される。
【００３３】
ステップ４０３において、実行された昇降制御は、作業機の昇降状態の変化に基づいて、いずれかの動作イベントに分類される。図３は、上昇スイッチが押された場合における動作イベントの分類表である。この表からわかるように、原則として、スイッチ入力前に作業機がどの位置にあっても、上昇スイッチが押されれば、リフトアップに分類される。但し、上昇スイッチの入力前におけるブーム２ａの回転角がθ1 より小さく、かつ作業機を上昇させた後の回転角もθ1 より小さいならば、ハーフリフトに分類される。このように、上昇スイッチ入力時における動作イベントは、操作前の作業機の位置及び作業機の上昇の程度によって異なる。
【００３４】
一方、下降スイッチが押された場合、本実施例では、昇降制御スイッチ１４の入力状態に基づいて動作イベントが決定される。すなわち、下降スイッチが押された場合、作業機２がどのような状態にあろうと、リフトダウンに分類される。一般に、オペレータが下降スイッチを押すのは、カッターユニット２ｂを地面に接触させて芝刈り作業を行う場合が大半だからである。なお、下降スイッチが押された場合であっても、上昇時と同様に、作業機の昇降状態の変化に基づいて、動作イベントを決定してもよい。
【００３５】
ステップ４０４において、動作イベントが発生した際における、作業車の走行位置を検出する。マニュアル走行モードにおいて、走行車の走行位置は、Ｄ−ＧＰＳ位置検出部１２及び推測航法位置検出部１１により常にモニタリングされている。
【００３６】
ステップ４０５において、ステップ４０３により決定された動作イベントが、走行車の走行位置に対応づけられた上で、作業データ記憶部１９中に記憶される。例えば、マニュアル走行モードにおいて、オペレータがある地点（Ｘ1,Ｙ1 ）で作業機をリフトダウン（近接スイッチＡ、Ｂ共にオフ）して芝刈り作業を実行し、次の地点（Ｘ2,Ｙ2 ）でハーフリフト（近接スイッチＡがオフ、近接スイッチＢがオン）にして走行車を旋回させた場合、走行位置と動作イベントは以下のように対応づけられて、作業データ記憶部１９中に記憶される。
0003712249.tif 000003
【００３７】
マニュアル走行モードにおける作業機の昇降制御は、上述したフローチャートを一定の間隔で繰り返し実行することにより、システム中にティーチングされる。一方、自動走行モードにおいては、ティーチングにより作業データ記憶部１９に記憶されたデータをプレイバックする。すなわち、自律走行により走行車が所定の位置に到達したならば、その位置に対応づけられた動作イベントを実行すればよい。これにより、自動的に作業を実行しながら自律走行することができる。
【００３８】
上記の実施例からわかるように、本実施例はティーチング／プレイバックを自律走行作業車に応用し、改良を加えたものである。作業機の昇降制御のティーチングにおいて、オペレータが実際に行った一連の作業中の特徴的な動作をイベントとして抽出し、実際の走行位置に対応づけて制御システムに記憶する。ティーチングにより作業イベントがシステム中に一旦記憶されてしまえば、作業車は記憶されたイベントを無人でかつ自動的に実行できる（プレイバック）。作業の自動化を図るために、作業手順のすべてをプログラムにて記述していくことは非常に繁雑な作業であるが、ティーチングを用いることにより、簡単に制御システム中に必要な手順を記憶させることができる。また作業手順を変更するためには、必要な箇所について再度ティーチングを行えばいいので、作業手順の変更を容易に行うことができる。
【００３９】
なお、上記の実施例では、昇降制御スイッチの入力の前後における作業機の位置的変化を基本的分類条件（必要に応じて昇降制御スイッチの入力状態も考慮）として動作イベント決定している。しかしながら、本発明はこれに限定されることなく、昇降制御スイッチの入力状態のみに基づき動作イベントを決定するようにしてもよい。
【００４０】
【発明の効果】
このように、本発明によれば、ティーチングを用いて、オペレータによる作業機の操作をシステム中に記憶させている。従って、作業手順の記憶作業を簡単に行うことができ、かつその変更にも柔軟に対応することができる。また、動作イベントをそのイベント発生時における走行位置に対応づけて記憶しているため、自律走行時に自動的に作業機の昇降制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本実施例における芝刈り作業車を模式的に示した側面図
【図２】  ブームの昇降位置と昇降位置センサの関係を示した概念図
【図３】  上昇スイッチ入力時における動作イベントの分類表
【図４】  芝刈り作業車の制御装置のブロック図
【図５】  カッターユニットの動作のティーチングを示すフローチャート
【符号の説明】
１  車体部、２  作業機、３ａ、３ｂ  車輪、４  ＧＰＳ用受信アンテナ、
５  無線通信用受信アンテナ、６  地磁気方位センサ、
７  昇降位置センサ、８  車輪エンコーダ、１１  推測航法位置検出部、
１２  Ｄ−ＧＰＳ位置検出部、１３  操作パネル、
１４  昇降制御スイッチ、１５  制御部、１６  昇降制御部、
１７  走行制御部、１８  走行モード設定部、１９  作業データ記憶部、
２０  昇降用油圧制御弁、２１  油圧モータ、２２  操舵用油圧制御弁、
２３  分類部
【図１】
0003712249.tif 000004
【図２】
0003712249.tif 000005
【図３】
0003712249.tif 000006
【図４】
0003712249.tif 000007
【図５】
0003712249.tif 000008