(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行車に対する相対的な位置を変更できるように前記走行車に取り付けられた作業機を有し、前記作業機の向きが前記位置に応じて異なる走行作業車において、
検出方向に存在する物体を検出するために前記作業機に設置された第１のセンサと、
検出方向に存在する物体を検出するために前記作業機に設置され、前記第１のセンサとは異なる検出方向を有する第２のセンサと、
前記作業機が第１の位置にある場合には、前記第１のセンサを選択すると共に、前記作業機が前記第１の位置とは異なる第２の位置にある場合には、前記第２のセンサを選択するセンサ制御手段と、
前記制御手段により選択された、前記第１のセンサの出力または前記第２のセンサからの出力に応じて、検出された物体を回避するように前記走行車を制御する回避手段と
を有することを特徴とする走行作業車。
【請求項２】
前記第１のセンサの検出方向は、前記作業機が第１の位置にある場合に、前記検出方向が前記走行車の走行方向と実質的に一致することを特徴とする請求項１に記載された走行作業車。
【請求項３】
前記第２のセンサの検出方向は、前記作業機が前記第２の位置にある場合に、前記走行方向と実質的に一致することを特徴とする請求項２に記載された走行作業車。
【請求項４】
走行車に対する相対的な位置が変更できるように前記走行車に取り付けられた作業機を有し、前記位置によって前記作業機の向きが異なる走行作業車において、
検出方向に存在する物体を検出するために前記作業機に設置され、前記検出方向を変更することができる可動式センサと、
前記作業機の位置に応じて、前記可動式センサの前記検出方向を制御するセンサ制御手段と、
前記可動式センサからの出力に応じて、検出された物体を回避するように前記走行車を制御する回避手段と
を有することを特徴とする走行作業車。
【請求項５】
前記センサ制御手段は、
前記作業機が第１の位置にある場合に、前記可動式センサの前記検出方向が前記走行車の走行方向と実質的に一致するように前記可動式センサを制御すると共に、前記作業機が前記第１の位置とは異なる第２の位置にある場合に、前記検出方向が前記走行方向に実質的に一致するように前記可動式センサを制御することを特徴とする請求項４に記載された走行作業車。
【請求項６】
前記走行車に対する前記作業機の相対的な位置を検出する検出手段をさらに有することを特徴とする請求項１または４に記載された走行作業車。
【請求項７】
前記検出手段は、前記作業機が回動可能な状態で取り付けられる、前記走行作業車における車体部中の回転軸部に設置され、前記作業機の回転角を検出するセンサであることを特徴とする請求項６に記載された走行作業車。
【請求項８】
前記検出手段は、前記作業機の接地部分に設置され、前記作業機が接地しているか否かを検出するスイッチであることを特徴とする請求項６に記載された走行作業車。
【請求項９】
前記可動式センサは、
前記作業機に取り付けられた可動手段と、
前記可動手段に取り付けられたセンサとを有し、
前記可動手段は、前記センサ制御手段の制御に応じて、前記センサの向きを変更することを特徴とする請求項４または５に記載された走行作業車。
【請求項１０】
前記可動式センサは、
光を発射する光学センサと、
前記発射された光を反射する反射手段とを有し、
前記反射手段は、前記センサ制御手段の制御に応じて、前記発射された光の反射方向を変更することを特徴とする請求項４または５に記載された走行作業車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、作業機上に設置されたセンサにより、走行経路上の障害物を検出しながら作業を行う走行作業車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
全地球測位システム（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ。以下、ＧＰＳという）や推測航法による自律走行技術を用いて、所定のプログラムされた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、この類の作業を行う走行車は、昇降式の作業機を有している。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。芝刈り作業時には、カッターユニットを降ろして（リフトダウン）、芝刈り作業を行うが、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、カッターユニットを上げておく（リフトアップ）。また、作業時であっても作業車が旋回する際には、カッターユニットをリフトアップさせておく。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。
【０００４】
ところで、自律走行車では、無人で作業を行うために、多数のセンサが用いられている。障害物センサは、自律走行車における最も重要なセンサの一つであって、車体の様々な方向に対して設置されている。障害物センサがその検出方向、すなわち障害物を有効に検出できる方向において障害物を検出した場合、自律走行車の制御システムは、その障害物を回避すべく走行方向や走行速度を制御する。作業機が車体のフロント部に取り付けられているような走行車において、走行車前方の障害物を検出する障害物センサは、車体本体または作業機のどちらかに取り付けられる。
【０００５】
しかしながら、センサが車体本体または作業機のどちらに取り付けられた場合であっても、作業機の影響により障害物を良好に検出できないという問題がある。まず、センサを車体側に取り付けた場合、センサの前方に存在する作業機により、センサの検出領域の一部が遮蔽されてしまうといった問題がある。この遮蔽領域中に障害物が存在すると、センサが障害物を認識できず、走行車がその障害物に衝突してしまうといった危険性がある。また、センサを作業機側に取り付けた場合、作業機の向きに応じてセンサの検出方向も変動してしまうため、センサの検出方向が走行車の走行方向とずれてしまうことがある。例えば、作業機が、走行車側の軸部に取り付けられていて、この軸部を中心とした回転方向に昇降可能な場合、作業機のリフトダウンとリフトアップとでは、作業機の向きが異なってしまうことがある。センサの検出方向が走行方向を向いていない場合、センサは走行方向にある障害物を検出できず、やはり衝突の危険性がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の技術では、車体のフロント部に取り付けられた作業機の位置や向きによって、センサが前方の障害物を正確に検出することができない場合がある。その結果、障害物に走行車が衝突する危険性を解消することができないという問題があった。
【０００７】
そこで本発明の目的は、作業機の位置や向きに拘わらず障害物を精度よく検出することにより、走行車が障害物に衝突してしまう危険性を抑制することである。
【０００８】
【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、走行車に対する相対的な位置を変更できるように前記走行車に取り付けられた作業機を有し、作業機の向きが前記位置に応じて異なる走行作業車において、検出方向に存在する物体を検出するために作業機に設置された第１のセンサと、検出方向に存在する物体を検出するために作業機に設置され、第１のセンサとは異なる検出方向を有する第２のセンサと、作業機が第１の位置にある場合には、第１のセンサを選択すると共に、作業機が第１の位置とは異なる第２の位置にある場合には、第２のセンサを選択するセンサ制御手段と、制御手段により選択された、第１のセンサの出力または第２のセンサからの出力に応じて、検出された物体を回避するように走行車を制御する回避手段とを有する走行作業車を提供する。
【０００９】
ここで、第１のセンサの検出方向は、作業機が第１の位置にある場合に、検出方向が走行車の走行方向と実質的に一致するようにしてもよい。この場合、第２のセンサの検出方向は、作業機が第２の位置にある場合に、走行方向と実質的に一致するようにすることが好ましい。
【００１０】
本発明の第２の形態は、走行車に対する相対的な位置が変更できるように走行車に取り付けられた作業機を有し、その位置によって作業機の向きが異なる走行作業車において、検出方向に存在する物体を検出するために作業機に設置され、検出方向を変更することができる可動式センサと、作業機の位置に応じて、可動式センサの検出方向を制御するセンサ制御手段と、可動式センサからの出力に応じて、検出された物体を回避するように走行車を制御する回避手段とを有する走行作業車を提供する。
【００１１】
ここで、上記のセンサ制御手段は、作業機が第１の位置にある場合に、可動式センサの検出方向が走行車の走行方向と実質的に一致するように可動式センサを制御すると共に、作業機が第１の位置とは異なる第２の位置にある場合に、検出方向が走行方向に実質的に一致するように可動式センサを制御することが好ましい。
【００１２】
また、上記第１または第２の形態において、走行車に対する作業機の相対的な位置を検出する検出手段をさらに設けてもよい。この場合、検出手段は、回転軸に設置され、作業機の回転角を検出するセンサであってもよく、また、作業機の接地部分に設置され、作業機が接地しているか否かを検出するスイッチであってもよい。
【００１３】
さらに、上記の可動式センサは、作業機に取り付けられた可動手段と、可動手段に取り付けられたセンサとを有し、この可動手段は、センサ制御手段の制御に応じて、センサの向きを変更するようにしてもよい。また、このセンサは、光を発射する光学センサと、発射された光を反射する反射手段とを有し、この反射手段は、センサ制御手段の制御に応じて、発射された光の反射方向を変更するようにしてもよい。
【００１４】
【作用】
本発明では、センサの検出方向を走行車の走行可能に向けるように制御することで、センサの検出精度に関する作業機の位置や向きによる影響を抑制している。すなわち、上記の第１の形態では、検出方向が異なる複数のセンサを作業機上に設置しておき、作業機の位置に応じていずれかのセンサを選択している。また、上記の第２の形態では、作業機の位置に応じて、センサの検出方向を変更している。
【００１５】
【発明の実施の形態】
［第１の実施例］
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。この芝刈り作業車は、ゴルフ場の芝を刈る自律走行作業車で、無人でかつ自動的にゴルフ場の各ホールの芝を刈ることができる。この作業車は、車体部１、車体部１のフロントに取り付けられた芝刈り用作業機２、及び車輪３ａ、３ｂで構成されている。車体部１には、ＧＰＳ装置や推測航法装置をはじめとした各種制御装置が装着されている。また車輪の回転数を測定する車輪エンコーダや障害物センサ等の各種センサも装着されている。これらの制御装置及び各種センサにより、この作業車は自律走行することができる。
【００１６】
作業機２は、懸架機構としてのブーム４と、ブーム４に懸架された複数の回転式カッター５で構成される。ブーム４は、車体部１中の回転軸部６において、車体に回動可能な状態で取り付けられている。同図における作業機２の状態は、作業機２が地面に接した状態、すなわちリフトダウン状態であり、実際に地表の芝を刈り得る状態である。一方、作業を行うことなく作業車が単に移動する場合、或いは作業中であっても作業車が旋回する場合には、作業機２を地面から持ち上げる（リフトアップ状態）。
【００１７】
このように、回転軸部６を中心として作業機２を所定の角度だけ回動させることで、車体部１に対する作業機２の相対的な位置を変更することができる。この際、リフトダウン状態とリフトアップ状態とでは、作業機２の向きがＤ１からＤ２に変わることに留意されたい。
【００１８】
さらに、作業機２はセンサ部７を有している。このセンサ部７は、車体前方に存在する予測できない障害物を検出し、この障害物に関する情報を検出信号として出力する。
【００１９】
図２は、図１に示した芝刈り作業車における制御装置のブロック図である。作業機２におけるセンサ部７は、２つの赤外線センサ１１ａ、１１ｂで構成されている。図３（ａ）に示すように、２つの赤外線センサ１１ａ、１１ｂは、それぞれの検出方向が異なるように設置されている。すなわち、赤外線センサ１１ａは、作業機２がリフトダウン状態にある場合に、作業車の前方に存在する障害物を検出できるように設置されている。すなわち、リフトダウン状態では、赤外線センサ１１ａの検出方向Ｘ１  （センサの検出領域の中央を進む方向）が、作業車が走行可能な方向Ｙ（本芝刈り作業車の場合には地面に水平な方向）に一致するように設置される。但し、検出方向Ｘ１  が走行方向Ｙに完全に一致している必要は必ずしもなく、作業車前方の障害物を検出できる範囲であれば多少ずれていてもよい。
【００２０】
一方、赤外線センサ１１ｂは、作業機２がリフトアップ状態にある場合に、前方の障害物を検出できるように設置されている。すなわち、リフトアップ状態で、赤外線センサ１１ｂの検出方向Ｘ２  が、走行方向Ｙに実質的に一致するよう設置される。
【００２１】
赤外線センサ１１ａ、１１ｂより出力された検出信号は、出力切換部１３に入力される。出力切換部１３は、アングルセンサ１２からの情報に応じて、赤外線センサ１１ａ、１１ｂの内のいずれか一方の検出信号を走行制御部１４に与える。走行制御部１４は、この情報に従い、必要に応じて障害物の回避制御を行うために、駆動制御部１５及び操舵制御部１６を制御する。駆動制御部１５は、作業車の停止や速度制御を行い、操舵制御部１６は、作業車の操舵角の制御を行う。
【００２２】
アングルセンサ１２は、車体部１に対する作業機２の相対的な位置を検出する。アングルセンサ１２としては、例えばロータリエンコーダを用いることができる。この場合、ロータリーエンコーダを回転軸部６に取り付けて、ブーム４の回転角度を検出することにより、作業機２の相対的位置を検出することができる。また、２つの近接スイッチを車体部１に設置してもよい。この場合、一方の近接スイッチをリフトダウン状態におけるブーム４の静止位置近辺に設け、他方の近接スイッチをリフトアップ状態におけるブーム４の静止位置近辺に設けておく。２つの近接スイッチの出力信号により、相対的位置を検出することができる。
【００２３】
図３（ｂ）は、リフトダウン状態（作業機の向きは図１のＤ１  ）におけるセンサの検出方向を説明した図である。この場合、アングルセンサ１２からの出力信号により、出力切換部１３はリフトダウン状態であると判断する。そして、出力切換部１３は赤外線センサ１１ａを選択し、このセンサ１１ａの検出信号を走行制御部１４に与える。通常、リフトダウン状態となるのは芝刈り作業中である。従って、作業中はセンサ１１ａがアクティブになり、この検出信号に基づいて、障害物回避のための走行制御が行われる。赤外線センサ１１ａの検出方向Ｘ１  はリフトダウン時に走行方向Ｙと実質的に一致するので、センサ１１ａの検出信号により、リフトダウン時における障害物の回避を精度よく行うことができる。
【００２４】
一方、図３（ｃ）は、リフトアップ状態（作業機の向きは図１のＤ２  ）におけるセンサの検出方向を説明した図である。この場合、アングルセンサ１２からの出力信号により、出力切換部１３はリフトアップ状態であると判断する。そして、出力切換部１３は、赤外線センサ１１ａから赤外線センサ１１ｂに切り換えて、赤外線センサ１１ｂの検出信号を走行制御部１４に与える。従って、移動や旋回におけるリフトアップ状態では、赤外線センサ１１ｂからの検出信号が障害物回避のための情報として用いられる。
【００２５】
図１に示したように、リフトアップ状態における作業機２の向きＤ２  は、リフトダウン状態における作業機２の向きＤ１  と異なっている。そのため、リフトアップ状態におけるセンサ１１ａの検出方向Ｘ１  （図１の左斜め上方向）は、走行方向Ｙを向いていない。しかしながら、この場合、赤外線センサ１１ｂの検出方向Ｘ２  が走行方向Ｙと実質的に一致している。従って、リフトアップ状態では、赤外線センサ１１ｂの検出信号を走行制御部１４に与えることにより、障害物を精度よく検出することが可能となる。
【００２６】
このように、上記の実施例では、作業機２の位置に応じて障害物検出用のセンサ１１ａ、１１ｂを切り換えている。それにより、作業機２の状態（位置や向き）に依存することなく、走行方向における障害物を良好に検出することができる。
【００２７】
なお、上記の実施例における赤外線センサ１１に代えて、超音波センサやＣＣＤ撮像センサ等の周知の障害物センサを用いてもよいのは当然である。
【００２８】
また、上述したアングルセンサ１２に代えて、作業機２中の接地する箇所にスイッチを設けてもよい。そして、作業機が接地していればスイッチがオンし、それ以外ではオフするように設定する。この場合、オン時には赤外線センサ１１ａを選択し、オフ時にはセンサ１１ｂを選択すればよい。また、アングルセンサ１２に代えて、有人で作業を行う作業車等の場合、オペレータによる作業機２の昇降ボタンの操作に従って赤外線センサ１１ａ、１１ｂの切換を行うように設定することも可能である。
【００２９】
さらに、上記の実施例では、作業機２がリフトダウンとリフトアップという２つの静止状態をとる場合を例に説明した。しかしながら、より多くの静止状態をとり得る作業機においても、本発明を適用することは当然に可能である。例えば、リフトダウンとリフトアップの中間位置に作業機を静止させる状態（ハーフリフト）が加わるような場合である。このような場合、静止状態の数だけセンサを用意し、各センサの検出方向を各静止状態における作業機の向きにより変えればよい。作業機の静止状態の数が増加する従って、静止状態の数と同数のセンサを設置すれば、障害物を精度よく検出することができよう。
【００３０】
作業機が異なる静止状態にある場合でも、１つの障害物センサで車両前方の障害物を有効に検出できるならば（すなわち、センサの検出方向と走行方向との実質的に一致しているならば）、静止状態の数だけ障害物センサを用意する必要は必ずしもないであろう。例えば、作業機がリフトダウン、ハーフリフト、及びリフトアップという３つの静止状態をとる場合、リフトダウン用のセンサとハーフリフト及びリフトアップ用のセンサの２つで、３つの静止状態に対応させることも可能である。障害物センサは、センサからの距離方向に対して放射線状に検出領域を有するため、センサの検出方向と走行方向とが多少ずれていても有効に障害物を検出し得る場合もあるからである。このように、複数の静止状態で一つのセンサを共用させれば、障害物センサの数を減らすことができる。
【００３１】
［第２の実施例］
図４は、第２の実施例における制御装置のブロック図である。本実施例の特徴は、単一の可動式障害物センサを用い、作業機の相対的な位置に応じてセンサの検出方向が変わるように制御する点である。なお、第１の実施例と同様のブロックについては同一の符号を付して説明を省略する。
【００３２】
可動式赤外線センサは、作業機２に固定された可動機構２１と、可動機構２１を台座として、その上に取り付けられた赤外線センサ１１で構成される。赤外線センサ１１の検出方向は、可動機構２１によるセンサ１１自体の向きを調整することにより変えることができる。アングル制御部２２は、アングルセンサ１２からの情報に従って、可動機構２１を制御する。可動機構２１は、その制御に応じて角度分だけセンサ１１の向きを変える。走行制御部１４は、赤外線センサ１１からの検出信号に応じて、障害物回避のための制御を行う。
【００３３】
本実施例においては、作業機の相対的位置への対処が、単一の可動式センサのみで可能となるため、センサの数を減らせるという効果がある。作業機が多くの静止状態をとる場合に、この方法が有効である。
【００３４】
［第３の実施例］
図５は、第３の実施例における制御装置のブロック図である。第２の実施例と同様に、本実施例でも単一の可動式赤外線センサを用いている。但し、動作させる対象がセンサ本体ではなく、センサから発射された光路を制御する光学系である点で相違する。すなわち、固定されたセンサから発射された光を反射ミラーで反射させ、反射光の光路を変えている。
【００３５】
可動式赤外線センサは、作業機２に固定された可動機構３１と、可動機構３１により角度が変えられる反射ミラー３２と、作業機２に取り付けられた赤外線センサ１１で構成される。そして、赤外線センサ１１から発射された光は、可動式の反射ミラー３２により反射され、反射方向に応じて、センサ１１の検出方向が決定される。アングル制御部３３は、アングルセンサ１２からの情報に従って、可動機構３１を制御する。可動機構３１は、その制御に応じた角度分だけ反射ミラー３２の角度を変える。走行制御部１４は、赤外線センサ１１からの検出信号に応じて、障害物回避のための制御を行う。
【００３６】
本実施例においても、第２の実施例と同様に、単一のセンサで作業機の影響をなくせるという効果がある。そして、作業機が多くの静止状態をとる場合に、この方法が有効である。
【００３７】
上述した各実施例では、作業車のフロント部に取り付けられ、作業車の高さ方向に対して相対的に移動可能な昇降式作業機を有する芝刈り作業車を例に説明した。しかしながら、本発明は、作業機が後方や側面に取り付けられた作業車や、作業車の幅方向に相対的に移動可能な作業機を有する作業車を含め広く適用することが可能である。また、本発明は、芝刈りや草刈り用の作業車に限定されることなく、例えば、耕耘、除草、または農薬等の散布用の農用トラクタや、土木作業車等の各種作業車に適用することも当然に可能である。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、作業機に障害物センサが取り付けられた走行車において、作業機の位置や向きの変化に拘わらず、センサの検出方向が走行車の走行方向と実質的に一致するように制御している。従って、障害物センサの検出方向は、作業機の向きの影響を受けることなく、障害物を精度よく良好に検出することができる。それにより、走行車が障害物へ衝突することを回避でき、安全に走行することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】芝刈り作業車を模式的に示した側面図
【図２】第１の実施例における芝刈り作業車の制御装置のブロック図
【図３】第１の実施例における作業機の相対的位置と赤外線センサの切換との関係を説明した概念図
【図４】第２の実施例における制御装置のブロック図
【図５】第３の実施例における制御装置のブロック図
【符号の説明】
１  車体部、２  作業機、３ａ、３ｂ  車輪、４  ブーム、
５  回転式カッター、６  回転軸部、７  センサ部、
１１ａ、１１ｂ  赤外線センサ、１２  アングルセンサ、１３  出力切換部
１４  走行制御部、１５  駆動制御部、１６  操舵制御部
【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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