(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原動機と、前記原動機に接続される駆動輪と、作業機とを備え、走行予定領域を前記原動機を駆動して自律走行しつつ前記作業機を介して作業する自律走行作業車の制御装置において、前記作業車に搭載されると共に、前記走行予定領域に埋設された磁石に感応自在なｘ，ｙ，ｚ３軸の出力を有する地磁気センサと、前記作業車の重心位置を通ると共に前記作業車の進行するｘｙ平面と直交するｚ軸回りに生じる角速度を検出する角速度センサと、前記作業車の駆動輪の車輪速を示す出力を生じる車輪速センサと、前記走行予定領域を規定すると共に、前記磁石の埋設位置を座標で示す地図情報を格納する地図情報格納手段と、前記地磁気センサの出力に基づいて絶対方位を検出すると共に、前記地磁気センサの出力を所定の出力パターンと比較して前記磁石に対する前記作業車の接近方向を検出し、前記検出された接近方向と前記地図情報に基づいて前記走行予定領域における前記作業車の位置を検出する絶対方位・位置検出手段と、前記角速度センサの出力に基づいて進行方位を算出すると共に、前記車輪速センサの出力に基づいて走行距離を算出する方位・距離算出手段と、前記検出される絶対方位と前記検出される走行予定領域における前記作業車の位置と前記算出される進行方位と前記算出される走行距離とに基づき、予め定められた作業プログラムに従って前記走行予定領域における前記作業機を介しての作業を制御する作業制御手段とを備えたことを特徴とする自律走行作業車の制御装置。
【請求項２】
前記絶対方位・位置検出手段は、前記地磁気センサのｚ軸の出力をしきい値と比較し、比較結果に応じて前記磁石に対する前記作業車の接近方向を検出することを特徴とする請求項１記載の自律走行作業車の制御装置。
【請求項３】
前記絶対方位・位置検出手段は、前記地磁気センサのｚ軸の出力が前記しきい値を超えるとき、前記地磁気センサのｘ，ｙ，ｚ３軸の出力に基づいて前記磁石に対する前記作業車の接近方向を検出することを特徴とする請求項２記載の自律走行作業車の制御装置。
【請求項４】
前記方位・距離算出手段は、前記絶対方位・位置検出手段によって検出される絶対方位に基づいて前記算出される進行方位を補正することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の自律走行作業車の制御装置。
【請求項５】
前記作業制御手段は、前記作業のとき、前記絶対方位・位置検出手段によって検出される絶対方位の方向に直進走行するように前記原動機の駆動を制御することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の自律走行作業車の制御装置。
【請求項６】
前記絶対方位・位置検出手段は、前記走行予定領域の磁場の変動を検出する磁場変動検出手段を備え、前記検出された磁場の変動に基づいて前記直進走行するときの指示値を補正することを特徴とする請求項５記載の自律走行作業車の制御装置。
【請求項７】
前記作業制御手段は、前記直進走行のときに前記磁石を探索できないとき、旋回するように前記原動機の駆動を制御することを特徴とする請求項５または６記載の自律走行作業車の制御装置。
【請求項８】
前記原動機が電動モータからなり、前記走行予定領域に前記電動モータに電力を充電可能な充電ステーションを備えると共に、前記充電ステーションが前記地図情報において基準位置に設定されることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の自律走行作業車の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は自律走行作業車の制御装置に関し、より具体的には走行予定領域を自律走行して芝刈りなどの作業を行う自律走行作業車の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
走行予定領域を自律走行して芝刈りなどの作業を行う自律走行作業車においては、走行予定領域の境界を検出する必要があることから、下記の特許文献１において境界上に磁石を埋設すると共に、それに感応するセンサを作業車に搭載して検出する技術が提案されている。
【０００３】
特許文献２においては、境界に電線を埋設し、よって生じる磁界を作業車に搭載されたセンサで検出することで境界を検出する技術が提案されている。特許文献３においては、それら磁気誘導技術に加え、ＧＰＳ信号を用いて作業車の位置を検出する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６０−２３９８１２号公報
【特許文献２】特開平８−２８６７３８号公報
【特許文献３】特許第３４６７１３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１，２記載の技術によって走行予定領域の境界を検出することはできるが、作業性を向上させるためには走行予定領域における作業車の位置を検出するのが望ましい。そのため、特許文献３記載の技術にあってはＧＰＳ信号を用いているが、構成が複雑になると共に、コストアップを招くおそれもある。
【０００６】
従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、走行予定領域の境界と走行予定領域における作業車の位置を簡易な構成で検出するようにした自律走行作業車の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、請求項１にあっては、原動機と、前記原動機に接続される駆動輪と、作業機とを備え、走行予定領域を前記原動機を駆動して自律走行しつつ前記作業機を介して作業する自律走行作業車の制御装置において、前記作業車に搭載されると共に、前記走行予定領域に埋設された磁石に感応自在なｘ，ｙ，ｚ３軸の出力を有する地磁気センサと、前記作業車の重心位置を通ると共に前記作業車の進行するｘｙ平面と直交するｚ軸回りに生じる角速度を検出する角速度センサと、前記作業車の駆動輪の車輪速を示す出力を生じる車輪速センサと、前記走行予定領域を規定すると共に、前記磁石の埋設位置を座標で示す地図情報を格納する地図情報格納手段と、前記地磁気センサの出力に基づいて絶対方位を検出すると共に、前記地磁気センサの出力を所定の出力パターンと比較して前記磁石に対する前記作業車の接近方向を検出し、前記検出された接近方向と前記地図情報に基づいて前記走行予定領域における前記作業車の位置を検出する絶対方位・位置検出手段と、前記角速度センサの出力に基づいて進行方位を算出すると共に、前記車輪速センサの出力に基づいて走行距離を算出する方位・距離算出手段と、前記検出される絶対方位と前記検出される走行予定領域における前記作業車の位置と前記算出される進行方位と前記算出される走行距離とに基づき、予め定められた作業プログラムに従って前記走行予定領域における前記作業機を介しての作業を制御する作業制御手段とを備える如く構成した。
【０００８】
請求項２に係る自律走行作業車の制御装置にあっては、前記絶対方位・位置検出手段は、前記地磁気センサのｚ軸の出力をしきい値と比較し、比較結果に応じて前記磁石に対する前記作業車の接近方向を検出する如く構成した。
【０００９】
請求項３に係る自律走行作業車の制御装置にあっては、前記絶対方位・位置検出手段は、前記地磁気センサのｚ軸の出力が前記しきい値を超えるとき、前記地磁気センサのｘ，ｙ，ｚ３軸の出力に基づいて前記磁石に対する前記作業車の接近方向を検出する如く構成した。
【００１０】
請求項４に係る自律走行作業車の制御装置にあっては、前記方位・距離算出手段は、前記絶対方位・位置検出手段によって検出される絶対方位に基づいて前記算出される進行方位を補正する如く構成した。
【００１１】
請求項５に係る自律走行作業車の制御装置にあっては、前記作業制御手段は、前記作業のとき、前記絶対方位・位置検出手段によって検出される絶対方位の方向に直進走行するように前記原動機の駆動を制御する如く構成した。
【００１２】
請求項６に係る自律走行作業車の制御装置にあっては、前記絶対方位・位置検出手段は、前記走行予定領域の磁場の変動を検出する磁場変動検出手段を備え、前記検出された磁場の変動に基づいて前記直進走行するときの指示値を補正する如く構成した。
【００１３】
請求項７に係る自律走行作業車の制御装置にあっては、前記作業制御手段は、前記直進走行のときに前記磁石を探索できないとき、旋回するように前記原動機の駆動を制御する如く構成した。
【００１４】
請求項８に係る自律走行作業車の制御装置にあっては、前記原動機が電動モータからなり、前記走行予定領域に前記電動モータに電力を充電可能な充電ステーションを備えると共に、前記充電ステーションが前記地図情報において基準位置に設定される如く構成した。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に係る自律走行作業車の制御装置にあっては、走行予定領域を規定すると共に、磁石の埋設位置を座標で示す地図情報と、作業車に搭載されると共に、走行予定領域に埋設された磁石に感応自在なｘ，ｙ，ｚ３軸の出力を有する地磁気センサの出力に基づいて絶対方位と磁石に対する作業車の接近方向を検出し、検出された接近方向と磁石の埋設位置を座標で示す地図情報に基づいて走行予定領域における作業車の位置を検出し、角速度センサの出力に基づいて進行方位を算出すると共に、車輪速センサの出力に基づいて走行距離を算出し、よって得られる絶対方位と走行予定領域における作業車の位置と進行方位と走行距離とに基づき、予め定められた作業プログラムに従って走行予定領域における作業機を介しての作業を制御するように構成したので、簡易な構成で走行予定領域の境界と走行予定領域における作業車の位置を検出でき、よって予め定められた作業プログラムに従って走行予定領域における作業機を介しての作業を行うとき、作業時間の短縮化や整然とした作業跡を実現することができ、作業性を向上させることができる。
【００１６】
請求項２に係る自律走行作業車の制御装置にあっては、絶対方位・位置検出手段は、地磁気センサのｚ軸の出力をしきい値と比較し、比較結果に応じて磁石に対する作業車の接近方向を検出する如く構成したので、上記した効果に加え、絶対方位と磁石に対する作業車の位置を精度良く検出することができる。
【００１７】
請求項３に係る自律走行作業車の制御装置にあっては、絶対方位・位置検出手段は、地磁気センサのｚ軸の出力がしきい値を超えるとき、地磁気センサのｘ，ｙ，ｚ３軸の出力に基づいて磁石に対する作業車の接近方向を検出する如く構成したので、上記した効果に加え、磁石に対する作業車の位置を一層精度良く検出することができる。
【００１８】
請求項４に係る自律走行作業車の制御装置にあっては、方位・距離算出手段は、絶対方位・位置検出手段によって検出される絶対方位に基づいて算出される進行方位を補正する如く構成したので、上記した効果に加え、走行予定領域の路面の凹凸や傾斜あるいは滑り、さらにはセンサ出力のサンプリング時間の制約などに起因して算出される進行方位に誤差が生じるときも、検出された方位で補正することで作業車の走行を一層適正に制御することができ、よって作業性を一層向上させることができる。
【００１９】
請求項５に係る自律走行作業車の制御装置にあっては、作業制御手段は、作業のとき、絶対方位・位置検出手段によって検出される絶対方位の方向に直進走行するように原動機の駆動を制御する如く構成したので、上記した効果に加え、予め定められた作業プログラムに従って走行予定領域における作業機を介しての作業を行うとき、絶対方位の方向に直進走行、即ち、南北に直進走行させることで、一層作業時間の短縮化や整然とした作業跡を実現することができ、作業性を一層向上させることができる。
【００２０】
請求項６に係る自律走行作業車の制御装置にあっては、絶対方位・位置検出手段は、走行予定領域の磁場の変動を検出する磁場変動検出手段を備え、検出された磁場の変動に基づいて直進走行するときの指示値を補正する如く構成したので、上記した効果に加え、誤まった指示値を与えるのを回避することができ、一層作業時間の短縮化や整然とした作業跡を実現することができて作業性を一層向上させることができる。
【００２１】
請求項７に係る自律走行作業車の制御装置にあっては、作業制御手段は、直進走行のときに磁石を探索できないとき、旋回するように原動機の駆動を制御する如く構成したので、上記した効果に加え、磁石に対する作業車の位置を確実に検出することができる。
【００２２】
請求項８に係る自律走行作業車の制御装置にあっては、原動機が電動モータからなり、走行予定領域に電動モータに電力を充電可能な充電ステーションを備えると共に、充電ステーションが地図情報において基準位置に設定される如く構成したので、上記した効果に加え、走行予定領域における作業車の位置を一層精度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明の第１実施例に係る自律走行作業車の制御装置を全体的に示す概略図である。
【図２】図１の作業車に搭載されるセンサ、電子制御ユニット、電動モータ（原動機）などの入出力関係を示すブロック図である。
【図３】図１の作業車が走行する走行予定領域を示す平面図である。
【図４】図１の作業車に配置される方位センサ（地磁気センサ）の３軸出力を示す波形図である。
【図５】図１に示す充電ＳＴ（ステーション）での充電を示す説明図である。
【図６】図５に示す充電ＳＴの構成を示すブロック図である。
【図７】図１の作業車に対するユーザの操作機器の構成を示すブロック図である。
【図８】図２に示す制御装置（電子制御ユニット）の動作を機能的に示すブロック図である。
【図９】図８に示す地図情報の説明図である。
【図１０】図１の作業車の制御装置の動作を示すフロー・チャートである。
【図１１】図１０フロー・チャートの磁気ネイル（磁石）の探索処理のサブ・ルーチン・フロー・チャートである。
【図１２】図１の作業車の制御装置によって検出される磁気ネイル（磁石）に対する作業車の位置関係を示す説明図である。
【図１３】図１１フロー・チャートの磁気ネイル（磁石）の検出処理のサブ・ルーチン・フロー・チャートである。
【図１４】この発明の第２実施例に係る自律走行作業車の制御装置の動作を示すフロー・チャートである。
【図１５】この発明の第３実施例に係る自律走行作業車の制御装置の走行予定領域を示す平面図である。
【図１６】図１５の走行予定領域における機器による方位センサの磁場歪を示す、図４と同様の波形図である。
【図１７】第３実施例に係る作業車の制御装置の動作を示すフロー・チャートである。
【図１８】この発明の第４実施例に係る自律走行作業車の制御装置の走行予定領域の平面図である
【図１９】この発明の第５実施例に係る自律走行作業車の制御装置を全体的に示す概略図である。
【図２０】図１９の作業車に搭載されるセンサなどの入出力関係を示すブロック図である。
【図２１】図１９の作業車の制御装置の走行予定領域の平面図である。
【図２２】図１９の作業車の充電ステーションの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、添付図面に即してこの発明に係る自律走行作業車の制御装置を実施するための形態について説明する。
【実施例１】
【００２５】
図１はこの発明の第１実施例に係る自律走行作業車の制御装置を全体的に示す概略図、図２はそれに搭載されるセンサ、電子制御ユニット、電動モータ（原動機）などの入出力関係を示すブロック図、図３は図１の作業車が走行する走行予定領域の平面図、図４は図１に示す方位センサ（地磁気センサ）の３軸出力を示す波形図、図５は図１に示す充電ステーションでの充電を示す説明図、図６は図５に示す充電ステーションの構成を示すブロック図、図７は図１の作業車に対するユーザの操作機器の構成を示すブロック図、図８は図２に示す電子制御ユニット（制御装置）の動作を機能的に示すブロック図、図９は図８に示す地図情報の説明図である。
【００２６】
図１において、符号１０は自律走行作業車（以下「作業車」という）を示す。図１と図２に示す如く、作業車１０には走行用の電動モータ（原動機）１２Ｌ，１２Ｒが２基搭載される。
【００２７】
電動モータ１２Ｌ，１２Ｒは作業車１０のシャシ１０ａの後端側に取り付けられた左右の駆動輪１４Ｌ，１４Ｒ（左側のみ図示）に接続され、駆動輪１４Ｌ，１４Ｒを独立に正転（前進方向への回転）あるいは逆転（後進方向への回転）させる。
【００２８】
作業車１０のシャシ１０ａの前端側には左右の従動輪１６Ｌ，１６Ｒ（左側のみ図示）がステー１０ｂを介して取り付けられる。シャシ１０ａの中央位置付近には、芝刈り作業用のブレード（ロータリブレード。作業機）２０が取り付けられる。
【００２９】
ブレード２０は１基の作業用の電動モータ２２に接続され、電動モータ２２によって回転駆動される。ブレード２０にはユーザの手動操作自在なブレード高さ調整機構２４が接続される。
【００３０】
ブレード高さ調整機構２４はネジ（図示せず）を備え、そのネジをユーザが手で廻すことでブレード２０の接地面ＧＲからの高さが調整可能に構成される。シャシ１０ａには車体フレーム１０ｃが取り付けられ、電動モータ１２，２２、ブレード２０などは車体フレーム１０ｃで被覆される。
【００３１】
作業車１０の後部には充電ユニット（ＡＣ／ＤＣ変換器を含む）２６とバッテリ３０が格納されると共に、フレーム１０ｃには充電端子３２が２個（後で図５に示す）後方に突出するように取り付けられる。
【００３２】
充電端子３２は充電ユニット２６に、充電ユニット２６はバッテリ３０に配線（図示せず）を介して接続される。バッテリ３０は配線（図示せず）を介して電動モータ１２，２２に接続される。
【００３３】
このように、作業車１０は４輪の電動式の無人の芝刈り作業車として構成され、例えば全長５００ｍｍ、全幅３００ｍｍ、高さ３００ｍｍ程度の大きさを備え、図３に示す（作業エリアを含む）走行予定領域Ａを走行するように構成される。
【００３４】
図１の説明に戻ると、作業車１０の前後端には障害物を検出するための超音波センサ３４Ｆ，３４Ｒが配置されると共に、車体フレーム１０ｃには接触センサ３６が取り付けられる。接触センサ３６は、障害物や異物との接触によって車体フレーム１０ｃがシャシ１０ａから外れるとき、オン信号を出力する。
【００３５】
作業車１０の中央位置付近には電子制御ユニット（Electronic Control Unit。制御装置。以下「ＥＣＵ」という）４０が配置される。より具体的には、ＥＣＵ４０はＥＣＵ収納ボックス４０ａに収納された基板上に配置され、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭなどを備えるマイクロコンピュータからなる。
【００３６】
ＥＣＵ収納ボックス４０ａ内の基板上には、ＥＣＵ４０に近接して絶対方位（北）を示す出力を生じる（検出する）方位センサ４２が配置される。図４に示す如く、方位センサ４２はｘ，ｙ，ｚの３軸の出力ｍｘ，ｍｙ，ｍｚを有する３軸構造の地磁気センサからなる。尚、図３において、ｘ：作業車１０の進行方向、ｙ：それに直交する左右方向、ｚ：それに直交する重力軸方向（紙面を貫く方向）である。
【００３７】
またＥＣＵ収納ボックス４０ａ内の基板上には、方位センサ４２に近接して作業車１０の重心位置のｚ軸回りに生じる角速度（ヨーレート）を示す出力を生じる（検出する）Ｙａｗセンサ（角速度センサ）４４と、作業車１０に作用する前後方向（進行方向）加速度Ｇを示す出力を生じる（検出する）Ｇセンサ（加速度センサ）４６が配置される。
【００３８】
駆動輪１４の付近には駆動輪１４の車輪速を示す出力を生じる（検出する）車輪速センサ５０が配置されると共に、作業車１０には操作スイッチ（非常停止スイッチ）５２がユーザの操作自在に設けられる。作業車１０はユーザによって操作スイッチ５２がオンされるとき、走行を停止する。
【００３９】
上記した超音波センサ３４、接触センサ３６、方位センサ４２、Ｙａｗセンサ４４、Ｇセンサ４６、車輪速センサ５０、操作スイッチ５２の出力は、ＥＣＵ４０に送られる。
【００４０】
作業車１０の車体フレーム１０ｃは上面で大きく切り欠かれ、そこにディスプレイ５４が設けられる。ディスプレイ５４はＥＣＵ４０に接続され、ＥＣＵ４０の指令に応じて作業モードなどを表示する。  
【００４１】
前記したＥＣＵ収納ボックス４０ａには受信アンテナ４０ｂが取り付けられると共に、ＥＣＵ収納ボックス４０ａ内の基板上には、受信アンテナ４０ｂに接続される無線機４０ｃが配置される。ＥＣＵ４０には、盗難防止用の認証装置などが接続可能に構成される。
【００４２】
ここで、図３に示す走行予定領域Ａを説明すると、走行予定領域Ａは図示のように略矩形状を呈し、そこには家屋６０、充電ＳＴ（ステーション）６２、作業エリア６４などが配置される。走行予定領域Ａの境界と家屋６０の周囲には磁気ネイル（磁石）６６が埋設される。
【００４３】
磁気ネイル６６は例えばフェライトなどの永久磁石からなり、図示のように＃１から＃１０までの１０個が走行予定領域Ａと家屋６０の境界に埋設される。方位センサ４２は地磁気センサからなることから、磁気ネイル６６に感応する。
【００４４】
前記したように走行予定領域Ａには充電ＳＴ６２が配置され、図５に示す如く、作業車１０は充電ＳＴ６２と充電端子３２を通じて接続され、充電ＳＴ６２から充電されるように構成される。充電ＳＴ６２は、図６に示す如く、商用電源７０にコンセント７２を介して接続される充電装置７４を備える。
【００４５】
充電装置７４は、ＡＣ／ＡＣ変換器７４ａとＡＣ／ＡＣ変換器７４ａの動作を制御するＥＣＵ（電子制御ユニット）７４ｂを備え、充電端子７６を介して作業車１０の充電端子３２と接続可能に構成される。
【００４６】
即ち、充電ＳＴ６２において商用電源７０からコンセント７２を通じて送られる交流は充電装置７４のＡＣ／ＡＣ変換器７４ａで適宜な電圧に降圧され、作業車１０が充電端子３２，７６を介して充電ＳＴ６２に接続されたとき、作業車１０に送られて充電ユニット２６を介してバッテリ３０に貯留されるように構成される。
【００４７】
作業車１０に対するユーザの操作機器として、図７に示す如く、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）８０と、それに接続される無線機８２と、リモートコントローラ（リモコン）８４が用意される。無線機８２とリモートコントローラ８４は送信アンテナ８２ａ，８４ａを備え、作業車１０に配置された受信アンテナ４０ｂと無線機４０ｃを介してＥＣＵ４０に操作指令を送信可能に構成される。
【００４８】
図８に示す如く、ＥＣＵ４０は、走行予定領域Ａを規定すると共に、磁気ネイル（磁石）６６の埋設位置などを座標位置（ｘ、ｙ）で示す地図情報を格納する地図情報格納部４０ｄと、方位センサ４２の出力に基づいて絶対方位を検出すると共に、方位センサ４２の出力に基づいて磁気ネイル６６に対する作業車１０の位置を検出し、検出された位置と地図情報に基づいて走行予定領域Ａにおける作業車１０の位置を検出する絶対方位・位置検出部４０ｅと、Ｙａｗセンサ４４（さらにはＧセンサ４６）の出力に基づいて作業車１０の進行方位を算出すると共に、車輪速センサ５０の出力に基づいて作業車１０の走行距離を算出する方位・距離算出部４０ｆと、検出される絶対方位と検出される走行予定領域Ａにおける作業車１０の位置と算出される進行方位と算出される走行距離とに基づき、予め定められた作業プログラムに従って走行予定領域Ａにおけるブレード（作業機）２０を介しての作業を制御する走行（芝刈り作業）制御部４０ｇと、超音波センサ３４や接触センサ３６の出力に基づいて異常を検知する異常検知部４０ｈを備える。図９は地図情報格納部４０ｄに格納される地図情報の説明図である。
【００４９】
方位・距離算出部４０ｆは具体的には、Ｙａｗセンサ４４によって検出される角速度に基づいて進行方位を算出、必要に応じてＧセンサ４６の出力で算出された進行方位を修正する。
【００５０】
走行制御部４０ｇは、走行モータドライバ１２ａと作業モータドライバ２２ａを介して走行用の電動モータ１２と作業用の電動モータ２２の動作を制御して作業車１０の走行を制御する。尚、走行制御部４０ｇは、異常検知部４０ｈによって異常が検知されたとき、あるいは操作スイッチ５２がオンされたときは作業車１０の走行を停止させる。
【００５１】
図１０はＥＣＵ４０の上記した動作を示すフロー・チャートである。
【００５２】
以下説明すると、Ｓ１０において充電ＳＴ６２から予め定められた作業プログラムに従って走行（芝刈り作業）を開始する。図９に示す如く、地図情報では充電ＳＴ６２の座標位置が原点（０，０）、即ち、基準位置に設定される。
【００５３】
この作業プログラムは、図３に示す如く、走行予定領域Ａの作業エリア６４に設定される走行指示経路に従い、作業車１０が検出される絶対方位の方向に直進走行、換言すれば南北に直進走行するように予め定められる。
【００５４】
尚、図１０に示す処理を行なう前に、走行予定領域Ａの作業エリア６４の芝の生育状況に応じ、ユーザによってブレード２０の高さがブレード高さ調整機構２４を介して手動で調整される。
【００５５】
次いでＳ１２に進み、磁気ネイル６６を探索する。
【００５６】
図１１はその作業を示すサブ・ルーチン・フロー・チャートである。
【００５７】
以下説明すると、Ｓ１００において地図情報上で作業指示経路の末端に位置する２番目の磁気ネイル６６、即ち、磁気ネイル＃２の座標位置（方位）を検索する。
【００５８】
次いでＳ１０２に進み、方位センサ４２のｚ軸出力ｍｚがしきい値ｍｚｌｍｔを超えるか否か判断する。尚、この実施例で使用される方位センサ４２のｚ軸出力ｍｚは、磁気ネイル６６に接近するとマイナス方向の値を示すように特性が設定される。
【００５９】
図１１の説明を続ける前に、図４と図１２を参照してこの実施例の特徴を説明すると、この実施例においては、ＥＣＵ４０は方位センサ４２の出力に基づいて絶対方位（北）を検出すると共に、方位センサ４２の出力に基づいて磁気ネイル６６に対する作業車１０の位置を検出し、検出された位置と地図情報に基づいて走行予定領域Ａにおける作業車１０の位置（絶対位置）を検出する。この「絶対位置」は走行予定領域Ａにおいて座標位置のみで示される作業車１０の位置を意味する。
【００６０】
即ち、図４に示す如く、方位センサ４２のｘ，ｙ軸出力ｍｘ，ｍｙは作業車１０の向き（旋回）によって大きく変化するが、ｚ軸出力ｍｚは走行予定領域Ａの傾斜があるとき、その影響を多少受けるものの、作業車１０の向き（旋回）によっては変化しない。従って、磁気ネイル６６として比較的強い磁力を生じるタイプを用いることで、磁気ネイル６６の埋設位置を検出することができる。
【００６１】
さらに、発明者達は知見を重ねた結果、図４と図１２に示す如く、ｚ軸出力ｍｚのＬ−ｐｋ（センサ出力のマイナス側ピーク（ｐｅａｋ））が出現するとき、ｘ，ｙ軸出力ｍｘ，ｍｙの挙動に基づいて作業車１０の磁気ネイル６６への接近方向（磁気ネイル６６に対する位置）も検出できることを見出した。
【００６２】
即ち、発明者達は、ｍｚのＬ−ｐｋ出現時、ｍｘ，ｍｙ出力のピークあるいは出力の増減を探索することで、作業車１０の磁気ネイル６６への接近方向を検出できることを見出した。図１２にその知見結果を示す。
【００６３】
同図（ａ）は作業車１０の磁気ネイル６６への接近方向（位置）に応じた東西南北についてのセンサｘ，ｙ，ｚ軸出力、同図（ｂ）は作業車１０の磁気ネイル６６への接近方向（位置）を示す説明図である。同図（ｂ）においてＬ−ｐｋ：センサ出力のマイナス側ピーク、Ｕ−ｐｋ：センサ出力のプラス側ピーク、Ｕｐ：センサ出力の上昇、Ｄｏｗｎ：センサ出力の下降を示す。Ｌ−ｐｋあるいはＵ−ｐｋ（ｐｅａｋ。ピーク）発生時が、磁気ネイル６６に最も接近した時点を示す。
【００６４】
図４に示す如く、しきい値ｍｚｌｍｔは方位センサ４２のｍｚ出力のＬ−ｐｋの発生を判別できる程度の値に設定される。
【００６５】
図１１フロー・チャートの説明に戻ると、Ｓ１０２で否定されるときはＳ１０４に進み、方位センサ４２の出力（とＧセンサ４６の出力）に基づき、公知の手法に従って絶対方位、即ち、この実施例においては北を検出する。
【００６６】
次いでＳ１０２に戻り、否定される限り上記の処理を繰り返す一方、肯定されるときはＳ１０６に進み、磁気ネイル６６を検出する。
【００６７】
図１３はその作業を示すサブ・ルーチン・フロー・チャートである。
【００６８】
以下説明すると、Ｓ２００において方位センサ４２のｚ軸出力ｍｚがＬ−ｐｋ（図４に示す）と等しいか（あるいは略等しいか）否か判断する。
【００６９】
Ｓ２００で否定されるときは以降の処理をスキップする一方、肯定されるときはＳ２０２に進み、方位センサ４２のｘ，ｙ，ｚ軸出力ｍｘ，ｍｙ，ｍｚを図１２（ｂ）に示す６つのパターンと照合する。
【００７０】
次いでＳ２０４に進み、方位センサ４２の出力が６つのパターンのいずれかに該当するか否か判断する。
【００７１】
Ｓ２０４で否定されるときは以降の処理をスキップする一方、肯定されるときはＳ２０６に進み、磁気ネイル＃ｎ（この場合＃２）を検出、換言すれば磁気ネイル＃ｎへの接近方向の検出を通じて走行予定領域Ａにおける作業車１０の位置を検出したと判定する。
【００７２】
図１１フロー・チャートの説明に戻ると、次いでＳ１０８に進み、検出された磁気ネイル＃ｎ（この場合＃２）の上に作業車１０を移動（走行）させる。即ち、該当の磁気ネイル６６の上に位置させることで、走行予定領域Ａにおける作業車１０の位置を較正する。尚、作業車１０が既に検出された磁気ネイル＃ｎの上に位置しているときはＳ１０８の処理は省略する。
【００７３】
図１０フロー・チャートの説明に戻ると、次いでＳ１４に進み、検出された磁気ネイル＃２上の位置からその右横に向けて僅かに移動し、右横に到達したと判断されるとＳ１６に進み、その付近をＮ側作業端と設定し、作業車１０を南に向けて旋回させて直進走行させる。
【００７４】
ここで、作業車１０の電動モータ２２の制御について説明すると、左右の駆動輪１４Ｌ，１４Ｒは左右の電動モータ２２Ｌ，２２Ｒで独立して正逆両方向に駆動可能に構成されることから、左右の電動モータ２２Ｌ，２２Ｒを同一回転数で正転させると、作業車１０は直進する一方、異なる回転数で正転させると、回転数が少ない方向に旋回する。
【００７５】
尚、左右の電動モータ２２Ｌ，２２Ｒの一方を正転、他方を逆転させると、左右の駆動輪１４Ｌ，１４Ｒもその方向に回転することから、作業車１０はその場旋回（いわゆる超信地旋回）することも可能である。
【００７６】
次いでＳ１８に進み、算出された走行距離に基づいて作業プログラムで予定される走行距離を走行したか否か判断し、肯定されるときはＳ２０に進み、図１１と図１３の処理に従い、図３で＃３と示す磁気ネイルを探索する。
【００７７】
次いでＳ２２に進み、磁気ネイル＃３の右横に到達したことが確認されると、Ｓ２４に進み、その付近をＳ側作業端と設定し、作業車１０を北に向けて旋回させ、Ｎ側作業端に向けて直進走行させる。
【００７８】
次いでＳ２６に進み、作業プログラムで予定される走行距離を走行したか否か判断し、肯定されるときはＳ２８に進み、南（Ｓ側作業端）に向けて旋回させる。図３に示す走行指示経路に従い、上記した処理を繰り返す。
【００７９】
次いでＳ３０で予定される走行距離を走行したか否か判断し、肯定されるときは図３において＃４と示す磁気ネイル６６の付近を通過し、＃５と示す磁気ネイルの付近まで到達したと判断し、Ｓ３２に進み、図１１と図１３の処理によって＃５と示す磁気ネイルを探索する。
【００８０】
次いでＳ３４に進み、磁気ネイル＃５の右横に到達したことが確認されると、Ｓ３６に進み、その付近を新Ｓ側作業端と設定し、作業車１０を北（Ｎ側作業端）に向けて旋回させる。
【００８１】
次いでＳ３８，Ｓ４０，Ｓ４２と同様の処理を繰り返し、算出される走行距離を積算して得た値などからＳ４４で作業エリア６４の終点に到達したと判断されると、Ｓ４６で充電ＳＴ６２に戻り、走行（作業）を終了する。
【００８２】
以上述べた如く、第１実施例に係る自律走行作業車１０の制御装置にあっては、作業車１０に搭載された、走行予定領域に埋設された磁石に感応自在なｘ，ｙ，ｚ３軸の出力を有する地磁気センサの出力に基づいて絶対方位と磁気ネイル６６に対する作業車１０の接近方向を検出し、検出された接近方向と磁気ネイル６６の埋設位置を座標で示す地図情報に基づいて走行予定領域Ａにおける作業車１０の位置を検出し、Ｙａｗセンサ４４の出力に基づいて進行方位を算出すると共に、車輪速センサ５０の出力に基づいて走行距離を算出し、よって得られる絶対方位と走行予定領域Ａにおける作業車１０の位置と進行方位と走行距離とに基づき、予め定められた作業プログラムに従って走行予定領域Ａにおけるブレード２０を介しての作業を制御するように構成したので、簡易な構成で走行予定領域の境界と走行予定領域における作業車の位置を検出でき、よって予め定められた作業プログラムに従って走行予定領域Ａにおけるブレード２０を介しての作業を行うとき、作業時間の短縮化や整然とした作業跡を実現することができ、作業性を向上させることができる。
【実施例２】
【００８３】
図１４はこの発明の第２実施例に係る自律走行作業車１０の制御装置の動作、より具体的には走行制御部４０ｇの動作を示すフロー・チャートである。
【００８４】
第２実施例に係る自律走行作業車１０の制御装置にあっては、ＥＣＵ４０は作業車１０の走行制御において、Ｙａｗセンサ４４の出力に基づいて算出される進行方位を、図１１フロー・チャートのＳ１０４の処理によって検出される絶対方位に基づいて補正するようにした。
【００８５】
即ち、走行予定領域Ａは平坦とは限らず、路面の凹凸や傾斜あるいは滑りがあり得ると共に、Ｙａｗセンサ出力のサンプリング時間も制約があることから、それらに起因して算出される進行方位に誤差が生じることがある。第２実施例はそれに対策するようにした。
【００８６】
以下説明すると、Ｓ３００においてドライバ１２ａを介して電動モータ１２に旋回指令を与え、Ｓ３０２に進んで作業車１０を所望の角度分（１）（例えば３０度）だけ旋回させる。
【００８７】
次いでＳ３０４に進んで図１１フロー・チャートのＳ１０４で説明した処理によって旋回した後の方位角（２）、即ち、絶対方位に対する作業車１０の角度を算出する。
【００８８】
次いでＳ３０６に進み、所望の角度分（１）と方位角（２）の差が誤差許容値α未満か否か判断し、肯定されるときは以降の処理をスキップする一方、否定されるときはＳ３０８に進み、不足分を算出し、Ｓ３００に戻り、旋回指令値を補正する。
【００８９】
以上述べた如く、第２実施例に係る自律走行作業車１０の制御装置にあっては、Ｙａｗセンサ４４に基づいて算出される進行方位を、図１１フロー・チャートのＳ１０４の処理によって検出される絶対方位で補正するように構成したので、走行予定領域Ａの路面の凹凸や傾斜あるいは滑り、さらにはセンサ出力のサンプリング時間の制約などに起因してＹａｗセンサ４４の出力から算出される進行方位に誤差が生じるときも較正することができ、作業車１０の走行を一層適正に制御することができ、作業性を一層向上させることができる。残余の構成と効果は第１実施例と異ならない。
【実施例３】
【００９０】
図１５はこの発明の第３実施例に係る自律走行作業車１０の制御装置の走行予定領域を示す平面図、図１６は機器による方位センサの磁場歪を示す図４と同様の波形図、図１７は第３実施例に係る自律走行作業車１０のＥＣＵ４０の動作を示すフロー・チャートである。
【００９１】
図１５に示す如く、走行予定領域Ａにエアコンディショナの室外機などの磁場歪みを生じ得る機器９０が存在する場合、方位センサ４２の出力はその影響を受けて歪んでしまう。そこで、第３実施例においてはそれに対策するようにした。
【００９２】
図１７フロー・チャートを参照して説明すると、Ｓ４００において走行（作業）を継続しながら、Ｓ４０２に進み、方位センサ４２で検出される地磁気データに変化があるか否か判断する。
【００９３】
Ｓ４０２で肯定されるときはＳ４０４に進み、旋回指示がなされていないか否か判断し、肯定されるときはＳ４０６に進み、磁場変動データがあるか否か、具体的には走行予定領域Ａに磁場歪みを生じ得る機器９０が存在するか否か判断する。
【００９４】
Ｓ４０６で肯定されるときはＳ４０８に進み、地磁気データの変化分をキャンセル（削除）し、Ｓ４１０に進み、直進走行するときの電動モータ１２への指示値を必要に応じて補正する。尚、Ｓ４０４あるいはＳ４０６で否定されるときはＳ４１２に進み、地磁気データを無視して方位センサ４２の出力をそのまま使用する。
【００９５】
以上述べた如く、第３実施例に係る自律走行作業車１０の制御装置にあっては、走行予定領域Ａの磁場の変動を検出し、検出された磁場の変動に基づいて直進走行するときの指示値を補正する如く構成したので、上記した効果に加え、誤まった指示値を与えるのを回避することができ、一層作業時間の短縮化や整然とした作業跡を実現することができて作業性を一層向上させることができる。残余の構成と効果は第１実施例と異ならない。
【実施例４】
【００９６】
図１８はこの発明の第４実施例に係る自律走行作業車１０の走行を示す走行予定領域Ａの平面図である。
【００９７】
第４実施例においては、目標とする磁気ネイル６６までの予定距離を走行したものの、到達を検出できない場合、地図情報に基づき、作業エリア６４を逸脱しない範囲で走行を変更するように構成した。
【００９８】
例えば、図１８に示す如く、電動モータ１２への指示を直進走行から同心円を描くような旋回走行に変更し、目標とする磁気ネイル６６を探索するようにした。探索後、作業車１０の位置を検出して作業を継続する。
【００９９】
尚、このような走行の変更が繰り返されたときは、作業を中断して充電ＳＴ６２に帰還し、作業車１０の絶対位置に差が生じているときは絶対位置を補正（較正）し、その後、作業に復帰する。また、必要に応じて地図情報の補正（較正）も行なう。
【０１００】
以上述べた如く、第４実施例に係る自律走行作業車１０の制御装置にあっては、直進走行のときに磁気ネイル６６を探索できないとき、旋回するように電動モータ１２の駆動を制御する如く構成したので、上記した効果に加え、磁石に対する作業車１０の位置を確実に検出することができる。残余の構成と効果は第１実施例と異ならない。
【実施例５】
【０１０１】
図１９はこの発明の第５実施例に係る自律走行作業車１０を全体的に示す概略図、図２０はそれに搭載されるセンサなどの入出力関係を示すブロック図、図２１は図１９の作業車１０が走行する走行予定領域Ａの平面図、図２２は充電ＳＴ６２の構成を示すブロック図である。
【０１０２】
第５実施例に係る自律走行作業車１０の制御装置にあっては、図１９から図２１に示される如く、走行予定領域Ａの境界にエリアワイヤ（電線）１００を敷設すると共に、作業車１０の前後に作業エリアセンサ（磁気センサ）１０２Ｆ，１０２Ｒを搭載し、特許文献２に開示されるような公知の手法に従って作業エリアセンサ１０２でエリアワイヤ１００に生じる磁界を検出して走行予定領域Ａの境界と認識するように構成した。
【０１０３】
図２２に示す如く、充電ＳＴ６２にあっては、充電装置７４はエリア信号発生器７４ｃを備える。エリア信号発生器７４ｃは、エリアワイヤ１００に交流を通電する（エリア信号を発生させる）。
【０１０４】
以上述べた如く、第５実施例に係る自律走行作業車１０の制御装置にあっては、エリアワイヤ１００と作業エリアセンサ１０２などを備えるように構成したので、走行予定領域Ａの境界を一層確実に検知することができる。残余の構成と効果は第１実施例と異ならない。
【０１０５】
第１から第５実施例にあっては上記の如く、電動モータ（原動機）１２と、前記電動モータ（原動機）１２に接続される駆動輪１４と、ブレード（作業機）２０とを備え、走行予定領域Ａを前記原動機を駆動して自律走行しつつ前記作業機を介して作業する自律走行作業車１０の制御装置（ＥＣＵ（電子制御ユニット）４０）において、前記作業車１０に搭載されると共に、前記走行予定領域Ａに埋設された磁気ネイル（磁石）６６に感応自在なｘ，ｙ，ｚ３軸の出力を有する方位センサ（地磁気センサ）４２と、前記作業車１０の重心位置を通ると共に前記作業車の進行するｘｙ平面と直交するｚ軸回りに生じる角速度を検出するＹａｗセンサ（角速度センサ）４４と、前記作業車１０の駆動輪１４の車輪速を示す出力を生じる車輪速センサ５０と、前記走行予定領域Ａを規定すると共に、前記磁気ネイル６６の埋設位置を座標で示す地図情報を格納する地図情報格納部（地図情報格納手段）４０ｄと、前記方位センサ４２の出力に基づいて絶対方位を検出すると共に、前記方位センサ４２の出力を所定の出力パターンと比較して前記磁気ネイル６６に対する前記作業車１０の接近方向を検出し、前記検出された接近方向と前記地図情報に基づいて前記走行予定領域Ａにおける前記作業車１０の位置を検出する絶対方位・位置検出部（絶対方位・位置検出手段４０ｅ，Ｓ１２，Ｓ２０，Ｓ３２，Ｓ１００からＳ１０８，Ｓ２００からＳ２０６）と、前記Ｙａｗセンサ４４の出力に基づいて進行方位を算出すると共に、前記車輪速センサ５０の出力に基づいて走行距離を算出する方位・距離算出部（方位・距離算出手段）４０ｆと、前記検出される絶対方位と前記検出される走行予定領域Ａにおける前記作業車１０の位置と前記算出される進行方位と前記算出される走行距離とに基づき、予め定められた作業プログラムに従って前記走行予定領域Ａにおける前記ブレード２０を介しての作業を制御する走行（芝刈り作業）制御部（走行（芝刈り作業）制御手段６０ｇ，Ｓ１０からＳ４６）とを備える如く構成したので、簡易な構成で走行予定領域の境界と走行予定領域における作業車の位置を検出でき、よって予め定められた作業プログラムに従って走行予定領域Ａにおける作業機を介しての作業を行うとき、作業時間の短縮化や整然とした作業跡を実現することができ、作業性を向上させることができる。
【０１０６】
また、前記絶対方位・位置検出部（絶対方位・位置検出手段）４０ｅは、前記方位センサ４２のｚ軸の出力をしきい値と比較し、比較結果に応じて前記磁気ネイル６６に対する前記作業車１０の接近方向を検出する如く構成したので、上記した効果に加え、絶対方位と磁気ネイル６６に対する作業車１０の位置を精度良く検出することができる。
【０１０７】
また、前記絶対方位・位置検出部（絶対方位・位置検出手段）４０ｅは、前記方位センサ４２のｚ軸の出力ｍｚが前記しきい値ｍｚｌｍｔを超えるとき、前記方位センサ４２のｘ，ｙ，ｚ３軸の出力に基づいて前記磁石に対する前記作業車の接近方向を検出する如く構成したので、上記した効果に加え、磁気ネイル６６に対する作業車１０の位置を一層精度良く検出することができる。
【０１０８】
また、前記方位・距離算出部（方位・距離算出手段）４０ｆは、前記絶対方位・位置検出手段によって検出される絶対方位に基づいて前記算出される進行方位を補正する如く構成したので、上記した効果に加え、走行予定領域Ａの路面の凹凸や傾斜あるいは滑り、さらにはセンサ出力のサンプリング時間の制約などに起因してＹａｗセンサ４４の出力から算出される進行方位に誤差が生じるときも、検出された方位で補正することで作業車１０の走行を一層適正に制御することができ、よって作業性を一層向上させることができる。
【０１０９】
また、前記走行（芝刈り作業）制御部（作業制御手段）４０ｇは、前記作業のとき、前記絶対方位・位置検出手段によって検出される絶対方位の方向に直進走行するように前記電動モータ１２の駆動を制御する如く構成したので、上記した効果に加え、予め定められた作業プログラムに従って走行予定領域Ａにおけるブレード２０を介しての作業を行うとき、絶対方位の方向に直進走行、即ち、南北に直進走行させることで、一層作業時間の短縮化や整然とした作業跡を実現することができ、作業性を一層向上させることができる。
【０１１０】
また、前記絶対方位・位置検出部（絶対方位・位置検出手段）４０ｅは、前記走行予定領域Ａの磁場の変動を検出する磁場変動検出手段（Ｓ４０６）を備え、前記検出された磁場の変動に基づいて前記直進走行するときの指示値を補正する如く構成したので、上記した効果に加え、誤まった指示値を与えるのを回避することができ、一層作業時間の短縮化や整然とした作業跡を実現することができて作業性を一層向上させることができる。
【０１１１】
また、前記走行（芝刈り作業）制御部（作業制御手段）４０ｇは、前記直進走行のときに前記磁気ネイル６６を探索できないとき、旋回するように前記電動モータ１２の駆動を制御する如く構成したので、上記した効果に加え、磁気ネイル６６に対する作業車１０の位置を確実に検出することができる。
【０１１２】
また、前記原動機が電動モータ１２からなり、前記走行予定領域Ａに前記電動モータに電力を充電可能な充電ステーション６２を備えると共に、前記充電ステーションが前記地図情報において基準位置（原点）に設定される如く構成したので、上記した効果に加え、走行予定領域Ａにおける作業車１０の位置を一層精度良く検出することができる。
【０１１３】
尚、上記において原動機として電動モータ１２を用いたが、それに限られるものではなく、内燃機関など他の原動機であっても良い。また作業機として芝刈り作業用のブレード２０を示したが、それに限られるものではない。さらに磁石として磁気ネイルを示したが、それ以外の磁石であっても良い。
【符号の説明】
【０１１４】
１０  自律走行作業車（作業車）、１２  電動モータ（原動機）、１４  駆動輪、１６  従動輪、２０  ブレード（作業機）、２２  電動モータ、２４  ブレード高さ調整機構、２６  充電ユニット、３０  バッテリ、３２  充電端子、３４  超音波センサ、３６  接触センサ、４０  ＥＣＵ（電子制御ユニット）、４０ａ  ＥＣＵ収納ボックス、４０ｂ  受信アンテナ、４０ｃ  無線機、４０ｄ  地図情報格納部、４０ｅ  絶対方位・位置検出部、４０ｆ  方位・距離算出部、４０ｇ  走行（芝刈り作業）制御部、４０ｈ  異常検知部、  ４２  方位センサ（地磁気センサ）、４４  Ｙａｗセンサ（角速度センサ）、４６  Ｇセンサ（加速度センサ）、５０  車輪速センサ、５２  操作スイッチ（ＳＷ）、５４  ディスプレイ、６２  充電ＳＴ（ステーション）、６６  磁気ネイル（磁石）、７０  商用電源、７２  コンセント、７４  充電装置、７６  充電端子、８０  パーソナルコンピュータ、８２  無線機、８４  リモートコントローラ（リモコン）、９０  機器、１００  エリアワイヤ（電線）、１０２  作業エリアセンサ，Ａ  走行予定領域
【図１】
0005712097.tif 000002
【図４】
0005712097.tif 000003
【図１２】
0005712097.tif 000004
【図１３】
0005712097.tif 000005
【図１４】
0005712097.tif 000006
【図１９】
0005712097.tif 000007
【図２】
0005712097.tif 000008
【図３】
0005712097.tif 000009
【図５】
0005712097.tif 000010
【図６】
0005712097.tif 000011
【図７】
0005712097.tif 000012
【図８】
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【図９】
0005712097.tif 000014
【図１０】
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【図１１】
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【図１５】
0005712097.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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