(57)【要約】【課題】  障害物と非障害物の区別の設定が可能で障害物を選択的に検出することができる移動体における障害物検知用接触センサの提供。【解決手段】  その先端を草刈機５における移動方向の走行地面へ向けて突出された触鬚様髭体１の集合体２より成り、集合体２は、その長さ、剛性、反力等の特性を異にする複数種類の触鬚様髭体１の集合より成り、各触鬚様髭体１の基部には触鬚様髭体１の動きを検知するリミットスイッチ３１を備え、リミットスイッチ３１で検知された各触鬚様髭体１の動きから草刈機５の移動方向の障害物情報を得るようにした。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
その先端を移動体における移動方向の走行地面へ向けて突出された触鬚様髭体の集合体より成り、
前記集合体は、その長さ、剛性、反力等の特性を異にする複数種類の触鬚様髭体の集合より成り、
前記各触鬚様髭体の基部には触鬚様髭体の動きを検知する検知手段を備え、
前記検知手段で検知された各触鬚様髭体の動きから移動体移動方向の障害物情報を得るようにしたことを特徴とする障害物検知用接触センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の移動体における障害物検知用接触センサにおいて、
前記検知手段がリミットスイッチであることを特徴とする移動体における障害物検知用接触センサ。
【請求項３】
請求項１に記載の移動体における障害物検知用接触センサにおいて、
前記検知手段が圧力スイッチであることを特徴とする移動体における障害物検知用接触センサ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の移動体における障害物検知用接触センサにおいて、
前記検知手段で検知された各触鬚様髭体の動きから障害物と非障害物の情報を得ることを特徴とする移動体における障害物検知用接触センサ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の移動体における障害物検知用接触センサにおいて、
前記移動体が草刈機であることを特徴とする移動体における障害物検知用接触センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体における障害物検知用接触センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
1.  環境
次のような環境を移動する草刈機（移動体）の自立運動を考える。
S1）果樹園：ある程度規則的ではあるが不規則なパターンで樹木が植えられており、路面も不規則な起伏がある。このような環境において、樹木の直近まで接近しつつ果樹園全体を移動経路が被覆する必要がある。
S2）斜面：大きな障害物は無いが、路面が傾斜していたり、起伏があったり、移動不可能な領域（崖、水面など）との境界が存在する。このような環境においてある定められた領域全体を移動経路が被覆する必要がある。
【０００３】
2.  課題
上述のような環境における草刈りを自立的に行うためには次のような課題をクリアする必要がある。
P1：センサ問題
移動体の周辺に障害物（たとえば、樹木や構造物、走行地面とそれ以外、等）が接近したとき、回避すべきものを検知すると、たとえば、樹木や構造物は回避すべきもので（障害物）、草などは回避すべきものではない（非障害物）、ということを考慮する。
P2：経路問題
限られた区域（移動領域）の中をできるだけランダムに効率よく移動する。路面の凹凸や非回避障害物の存在のもとで、障害物を回避しつつ移動ルートが移動領域を覆い尽くす。
【０００４】
3.  対策
センサ問題と、経路関係について考察する。
3.1  センサ問題
本問題で考慮すべき仕様は以下の点である。
A1) 障害物と非障害物の区別の設定が可能で障害物を選択的に検出できる。
A2) 地面の凹凸や状況に影響されない。
A3) 天候（日照や雨など）に影響されない。
A4) 移動体への移動体における障害物検知用接触センサが容易である。
A5) 対故障に優れている。
A6) 対修理性にすぐれている。
A7) 操作性にすぐれている。
A8) 搬送が容易である。
A9) 制作コストが安価である。
このような仕様を満たすセンサの候補はいつくかある。たとえば、カメラよる計測システム（特許文献１）、レーザレンジファインダによる計測システム（特許文献２）などである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−０７２９４７号公報
【特許文献２】特開２００８−２３４４４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述のセンサにあっては、以下のように実際には有効ではない。
N1) これらのセンサはいずれも非接触なので、目前に障害物の候補が硬いものか柔らかいものかの区別はつかない。すなわち、A1) A2) が満たされていない。
N2) いずれも光を利用しているので、A3) が問題となる。
N3) いずれもキャリブレイションに手間がかかることから、A4) A7) A8) が満足されにくい。
N4) いずれもセンサ個数が少数であることから、A5) A6) が満たされにくい。
N5) いずれも高価なシステムになることから、A9) が満たされない。
【０００７】
そこで、本発明の課題は、これらの課題をクリアし、障害物と非障害物の区別の設定が可能で障害物を選択的に検出することができる移動体における障害物検知用接触センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため請求項１記載の移動体における障害物検知用接触センサは、
その先端を移動体における移動方向の走行地面へ向けて突出された触鬚様髭体の集合体より成り、
前記集合体は、その長さ、剛性、反力等の特性を異にする複数種類の触鬚様髭体の集合より成り、
前記各触鬚様髭体の基部には触鬚様髭体の動きを検知する検知手段を備え、
前記検知手段で検知された各触鬚様髭体の動きから移動体移動方向の障害物情報を得るようにしたことを特徴とする手段とした。
【０００９】
また、請求項２記載の移動体における障害物検知用接触センサは、請求項１記載の移動体における障害物検知用接触センサにおいて、
前記検知手段がリミットスイッチであることを特徴とする手段とした。
【００１０】
また、請求項３記載の移動体における障害物検知用接触センサは、請求項１記載の移動体における障害物検知用接触センサにおいて、
前記検知手段が圧力スイッチであることを特徴とする手段とした。
【００１１】
また、請求項３記載の移動体における障害物検知用接触センサは、請求項１〜３のいずれか１項に記載の移動体における障害物検知用接触センサにおいて、
前記検知手段で検知された各触鬚様髭体の動きから障害物と非障害物の情報を得ることを特徴とする手段とした。
【００１２】
また、請求項４記載の移動体における障害物検知用接触センサは、請求項１〜４のいずれか１項に記載の移動体における障害物検知用接触センサにおいて、
前記移動体が草刈機であることを特徴とする手段とした。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の移動体における障害物検知用接触センサでは、上述のように、その先端を移動体における移動方向の走行地面へ向けて突出された触鬚様髭体の集合体より成り、集合体は、その長さ、剛性、反力等の特性を異にする複数種類の触鬚様髭体の集合より成り、各触鬚様髭体の基部には触鬚様髭体の動きを検知する検知手段を備え、検知手段で検知された各触鬚様髭体の動きから移動体移動方向の障害物情報を得るようにしたことで、障害物と非障害物の区別の設定が可能で障害物を選択的に検出できる。
また、接触センサであるため、地面の凹凸や状況に影響されず、目前に障害物の候補が硬いものか柔らかいものかの区別が可能である。
また、接触センサであるため、天候（日照や雨など）に影響されない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１の障害物検知用接触センサを示す平面図である障害物検知用接触センサ。
【図２】実施例１の障害物検知用接触センサを示す正面図である。
【図３】実施例１の障害物検知用接触センサを示す側面図である。
【図４】実施例１の障害物検知用接触センサを示す斜視図である。
【図５】実施例１の障害物検知用接触センサを装備した草刈機を示す平面図である。
【図６】実施例１の障害物検知用接触センサを装備した草刈機を示す正面図である。
【図７】実施例１の障害物検知用接触センサを装備した草刈機を示す側面図である。
【図８】実施例１の障害物検知用接触センサの要部を示す平面図である。
【図９】実施例１の障害物検知用接触センサの要部を示す左側面図である。
【図１０】実施例１の障害物検知用接触センサの要部を示す右側面図である。
【図１１】実施例１の障害物検知用接触センサの作動状態を示す左側面図である。
【図１２】実施例１の障害物検知用接触センサの作動状態を示す右側面図である。
【図１３】触鬚センサ要素を示す概念図である。
【図１４】超群触鬚様外界センサ処理系を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
先ず、この発明のポイントは、接触センサといえば「接触」かつ「低性能」な「超多数」システムを考えるところである。すなわち、たとえば、昆虫の触鬚（しょくしゅ）のようなものである。
この触鬚は、検出するもので、非常に多くの棒状センサ群から成り。各棒状センサは、その長さ、取り付け角度、感度、役割等が様々である。そしてそれらの様々な検出結果を伝えるようになっている。伝える信号は、障害物があるがどうか、及び障害物の資質（固さ、大きさ等）という情報に加工されたものである。これによって、脳の計算負荷を軽減している。
【００１６】
この触鬚から教わることは、超群センサという観念で以下の物質がえられ得ることが期待できる。
L1) センサには目的がある。物理現象そのもの物理量を測定する場合もあれば、物理現象の中に埋め込まれている情報を取り出すことが目的に成る場合もある。
L2) 目的が明確であれば、ハードウエアで前処理をすることが可能になる。
L3) そのハードウエアは少数高性能なものも有り得るが、超多数低性能の集合で実現できる場合もある。
【００１７】
超群センサへの示唆。
そこで、「超群触鬚様外界センサ系」を提案する。
「超群触鬚様外界センサ系」は、「触鬚センサ要素」の集合である。
以下に、定義とその機能を記す。
１本の「触鬚センサ要素」は、図１３に示すように、「鬚体」、「触鬚センサ群」、「触鬚固定容器」からなっている。「触鬚」の根本にはシンプルなリミットスイッチ群「触鬚センサ群」が付けられている。このような触鬚センサ要素が多数集合して全体で外界系センサを構成する。このとき、各要素の鬚体の長さ、剛性の強さ、太さなどが異なっており、触鬚センサ要素が外界からの刺激に反応する入力が異なってくる。
これらを多数の触鬚センサ要素で移動体を覆うことでセンサ系を構成する。
【００１８】
このとき、図１４に示すように、処理系を構成する必要がある。すなわち、この超群触鬚様外界センサ系への入力は、外界からの様々な刺激であり、本センサ系には様々な刺激が加わる。すなわち、本当に回避すべき障害物がこのセンサ系に接触する場合もあれば、除去すべき草からの刺激も加わる。また、風や移動体の移動に伴う振動などが加わることもある。このように、このようなセンサ信号から有益な情報を引き出す工夫が不可欠になる。この役割を果たす要素が「介在ユーロン様フィルタである。このフィルタは全ての触鬚センサ要素からの信号を取り込み適切な演算を施すことで本システムにとって有益な情報を出力する要素である。この情報は車体制御系に渡され、運動制御に利用される。
【００１９】
すなわち、介在ニューロン様フィルタが満たすべき性能は以下のようなものだと考えられます。
１）N入力M出力の写像を構成する。
Nは髭センサの数、Mは必要な情報の数を表す。
例えば、N本の髭に加わる様々な刺激（何か障害物が触った、風が吹いた、車体の振動が伝わった・・・）を入力、それらからどのような情報を取り出したいかを出力とする（障害物の種類，相対速度，車体の加速度・・・）。
最終的には、様々な入力と出力との対応関係がついた入出力写像を構成することが目標になる。
２）上の写像はすぐにはできないので、学習によって獲得する。
具体的には、何度も様々な「既知な」入力を髭に加え、そのときの出力（すなわち，どんな刺激が加わったかの答え）を取り出し、正解していたか、間違っていたかを判断する。そして間違っていたら、ニューロンのシナプス結合の重みを修正し、段々と正しい入出力関係を学習させる。
３）２）の学習は、例えば、教師有り学習の典型であるバックプロパゲーション法などが使われる（その場合、多層のニューラルネットワークで構成されているとする）。
【００２０】
そこで、この実施例１の移動体における障害物検知用接触センサでは、図５〜７に示すように、触鬚様髭体（「鬚体」）１の集合体（「多数の触鬚センサ要素」）２と、各触鬚様髭体１の動きを検知する検知手段３を構成するリミットスイッチ（「触鬚センサ群」）３１と、センサ基台（「触鬚固定容器」）４で構成する。
そして、この障害物検知用接触センサは、そのセンサ基台４を草刈機（移動体）５の上部に水平方向回転自在に取り付けた状態で用いられる。
【００２１】
さらに詳述すると、図１〜４に示すように、前記触鬚様髭体１の集合体２は、先端を草刈機５における移動方向の走行地面へ向けて撓み状態に突出されたそれぞれその長さ、剛性、反力等の特性を異にする複数種類の触鬚様髭体１の集合体より成っている。
【００２２】
各触鬚様髭体１の先端には、検知物に接触する球状の接触部１１を備えている。
また、図８〜１０に示すように、各触鬚様髭体１の基部は、センサ基台４の先端部に固定されたブラケット３２に対し枢軸３３を中心として上下回動自在に取り付けられ、復元スプリング３４により下方へ向けて所定のトルクが与えられている。
前記リミットスイッチ３１はブラケット３２に備えており、復元スプリング３４のトルクを上回る上向きのトルクが生じると、リミットスイッチ３１が作動するようになっている。
【００２３】
そして、図１４に示すように、前記各リミットスイッチ３１で検知された各触鬚様髭体１の動きを、センサ基台４に備えた介在ニューロン様フィルタで、障害物か、非障害物か、等の障害物情報を得、この情報に基づき、草刈機５に備えた車体制御系において車体制御を行うことができる。
すなわち、検知物が柔らかい草等の場合は、図９、１０に示すように、その部分の触鬚様髭体１に動きはなく、リミットスイッチ３１は作動しないので、非障害物と判断することができ、検知物が硬い石や樹木等の場合は、図１１、１２に示すように、その部分の触鬚様髭体１が上方へ湾曲してリミットスイッチ３１が作動するので、障害物と判断することができる。
なお、図５〜７において、６は位置情報を受信する受信アンテナ、７は車輪を示す。
【００２４】
次に、この実施例１の作用・効果を説明する。
この実施例１の移動体における障害物検知用接触センサでは、上述のように、その先端を草刈機５における移動方向の走行地面へ向けて突出された触鬚様髭体１の集合体２より成り、集合体２は、その長さ、剛性、反力等の特性を異にする複数種類の触鬚様髭体１の集合より成り、各触鬚様髭体１の基部には触鬚様髭体１の動きを検知するリミットスイッチ３１を備え、このリミットスイッチ３１で検知された各触鬚様髭体１の動きから草刈機５の移動方向の障害物情報を得るようにしたことで、障害物と非障害物の区別の設定が可能で障害物を選択的に検出することができるようになるという効果が得られる。
また、接触センサであるため、地面の凹凸や状況に影響されず、目前に障害物の候補が硬いものか柔らかいものかの区別が可能である。
また、接触センサであるため、天候（日照や雨など）に影響されない。
【００２５】
以上本実施例を説明してきたが、本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
【００２６】
例えば、実施例では、検知手段としてリミットスイッチを用いた例を示したが、圧力センサ、角度センサ等、触鬚様髭体の動きを検知可能であればよい。
【００２７】
また、実施例では、移動体として草刈機を例にとって説明したが、その他の作業車等、走行可能であればよい。
【００２８】
また、実施例では、介在ニューロン様フィルタの例を示したが、同じ作用を有するものであればよい。
【符号の説明】
【００２９】
１  触鬚様髭体
１１  球状の接触部
２  触鬚様髭体の集合体
３  検知手段
３１  リミットスイッチ
３２  ブラケット
３３  枢軸
３４  復元スプリング
４  センサ基台
５  草刈機
６  受信アンテナ
７  車輪
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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