(57)【要約】【課題】移動体に簡単に搭載することができるとともに、移動体の運動状態を正しく判定することができる運動状態判定装置を提供すること。【解決手段】運動状態判定装置１は農作業車に搭載される。運動状態判定装置１はＧＰＳ３と地磁気センサ５と計算機７とを備えている。ＧＰＳ３により作業車９の地球上の位置を検出する。地磁気センサ５により作業車９の方位を検出する。ＧＰＳ３及び地磁気センサ５の出力に基づいて作業車９の運動状態を判定する。【選択図】        図１
2004301650.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体に搭載される運動状態判定装置において、
前記移動体の地球上の位置を検出する位置検出手段と、
前記移動体の方位を検出する磁気検出型方位検出手段と、
前記位置検出手段及び前記磁気検出型方位検出手段の出力に基づいて前記移動体の運動状態を判定する判定手段と
を備えていることを特徴とする運動状態判定装置。
【請求項２】
前記判定手段は、前記両検出手段の検出した方位に基づいて前記移動体の運動状態が前進であるか後進であるかを判定することを特徴とする請求項１記載の運動状態判定装置。
【請求項３】
前記判定手段は、前記両検出手段の検出した方位の変化に基づいて前記移動体の運動状態が旋回であるか直進であるかを判定することを特徴とする請求項１又は２記載の運動状態判定装置。
【請求項４】
前記判定手段は、前記両検出手段の検出した方位の差の平均値を求め、その値を補正値として前記磁気検出型方位検出手段の検出した方位を補正することを特徴とする請求項１、２又は３記載の運動状態判定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は車両、船舶等の移動体の運動状態を判定する運動状態判定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両の運動状態を判定する装置として下記特許文献に開示されるものが知られている。
【０００３】
この装置は、加速度センサ、距離検出手段、方位検出手段等の各種のセンサ、ナビゲーション制御部等を備える。加速度センサは車両の加速度を検出する。距離検出手段は車両の移動距離を検出する。方位検出手段は車両の進行方向を検出する。ナビゲーション制御部は加速度センサ、距離検出手段、方位検出手段等からの情報に基づいて車両の位置、方位を検出するとともに、移動・停止、前進・後退、加減速・定速、直進・旋回等の車両の運動状態を判定する。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２７７２６６号公報（段落００２３〜２６、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の運動状態判定装置には、車両の運動状態の判定に必要な車両自身の情報（例えばエンジンの動作状態や車輪の速度等）を収集するため、車両のエンジンや動力伝達系等に多くのセンサを取り付けなければならならず、しかもその取付け作業は煩雑であるという問題があった。
【０００６】
また、車両自身の情報を用いて車両の運動状態を判定する技術的構成を採用しているので、移動体の運動状態を正しく判定できないことがあった。
【０００７】
この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題は移動体に簡単に搭載することができるとともに、移動体の運動状態を正しく判定することができる運動状態判定装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため請求項１の発明の運動状態判定装置は、移動体に搭載される運動状態判定装置において、前記移動体の地球上の位置を検出する位置検出手段と、前記移動体の方位を検出する磁気検出型方位検出手段と、前記位置検出手段及び前記磁気検出型方位検出手段の出力に基づいて前記移動体の運動状態を判定する判定手段とを備えていることを特徴とする。
【０００９】
車両自身の情報を用いて車両の運動状態を判定する技術的構成を採用せず、上述のように位置検出手段及び磁気検出型方位検出手段を採用し、これらの出力に基づいて移動体の運動状態を判定する判定手段を採用したので、移動体の運動状態を正しく判定できる。
【００１０】
また、車両自身の情報を収集するための多くのセンサを移動体に取り付ける必要がなくなる。
【００１１】
請求項２の発明の運動状態判定装置は、請求項１記載の運動状態判定装置において、前記判定手段は、前記両検出手段の検出した方位に基づいて前記移動体の運動状態が前進であるか後進であるかを判定することを特徴とする。
【００１２】
上述のように判定手段は、両検出手段の検出した方位に基づいて移動体の運動状態が前進であるか後進であるかを判定するので、加速度で前進・後進を判定する方法に較べ、判定精度が高い。例えば、前進或いは後進中に移動体に横方向へ重力加速度が加わったとき前進・後進の判定を正しく判定できず、前進或いは後進しているにも拘わらず、旋回と判定することがあるが、この実施形態によれば正しく判定できる。
【００１３】
請求項３の発明の運動状態判定装置は、請求項１又は２記載の運動状態判定装置において、前記判定手段は、前記両検出手段の検出した方位の変化に基づいて前記移動体の運動状態が旋回であるか直進であるかを判定することを特徴とする。
【００１４】
上述のように前記両検出手段の検出した方位の変化に基づいて前記移動体の運動状態が旋回であるか直進であるかを判定するので、エンジンの動作状態や車輪の速度等の車両自身の情報を用いて運動状態を判定する従来の運動状態判定装置に較べ、判定精度が高い。例えば、車両の左右の車輪速度から旋回・直進を判定する方法では、車輪がスリップしたとき正しく判定できないが、請求項３の発明の運動状態判定装置によれば正しく判定できる。
【００１５】
請求項４の発明の運動状態判定装置は、請求項１、２又は３記載の運動状態判定装置において、前記判定手段は、前記両検出手段の検出した方位の差の平均値を求め、その値を補正値として前記磁気検出型方位検出手段の検出した方位を補正することを特徴とする。
【００１６】
上述のように判定手段は、両検出手段の検出した方位の差の平均値を求め、その値を補正値として磁気検出型方位検出手段の検出した方位を補正するので、地磁気の乱れや移動体の金属部分によって磁気検出型方位検出手段に狂いが生じても、その狂いがすぐに補正される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１はこの発明の第１実施形態に係る運動状態判定装置の概念図、図２は図１に示す運動状態判定装置を搭載した農作業車を示し、同図（ａ）は前進状態の農作業車の概念図、同図（ｂ）は後進状態の農作業車の概念図、図３は運動状態判定装置のブロック図である。
【００１９】
図１に示すように、この運動状態判定装置１はＧＰＳ（位置検出手段）３と地磁気センサ（磁気検出型方位検出手段）５と計算機（判定手段）７とを備える。
【００２０】
図２に示すように、運動状態判定装置１は遠隔操縦される無人の農作業車（移動体）９に搭載されている。農作業車９は車体９１と車輪９２と耕耘機９３とを備えている。耕耘機９３は車体９１の前部に取り付けられている。図２中に示されているＸ軸は農作業車９の向きを示し、Ｙ軸はＸ軸に直交し、農作業車９の幅方向を示す。
【００２１】
ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）３はＧＰＳ受信機３１とＧＰＳアンテナ３２とを有する。ＧＰＳ受信機３１は計算機７とともに運動状態判定装置１の筐体１ａに収容されている。ＧＰＳ３は農作業車９の地球上の位置（緯度、経度）を所定時間おきに検出する。
【００２２】
地磁気センサ５は２軸の地磁気センサであり、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の地磁気を含めたその場の磁気の強さを所定時間おきに検出する。
【００２３】
図３に示すように、計算機７は状態判定部７１と記憶部（図示せず）と方位計算部７３と補正値演算部７４とを有している。
【００２４】
状態判定部７１は農業作業車９の位置変化、進行方向と向きとの差、速度変化及び方位変化があるかないかを判定し、それらの判定結果に基づいて農作業車９の運動状態を判定する。
【００２５】
記憶部は、状態判定部７１が農作業車９の運動状態を判定するときに必要な位置変化の閾値ｄＰＬｉｍｉｔ、進行方向と向きとの差の閾値ΔΨＬｉｍｉｔ、速度変化の閾値ｄＶＬｉｍｉｔ及び方位変化の閾値ｄΨＬｉｍｉｔを記憶している。これらの閾値はＧＰＳ３及び地磁気センサ５の精度や、運動状態判定装置１が搭載される移動体の種類、移動体が行う作業の内容等により予め決められている。
【００２６】
方位計算部７３は、ＧＰＳ３が今回検出した農作業車９の位置と前回に検出した農作業車９の位置との差から農作業車９が移動した方位（進行方向）を算出する。また、方位計算部７３は地磁気センサ５からの情報に基づいて農作業車９の向きを算出する。更に、方位計算部７３は地磁気センサ５が検出した方位を補正するための補正値を計算する。
【００２７】
補正値演算部７４は地磁気センサ５が検出した方位値から方位計算部７３が算出した補正値を引き、その値を状態判定部７１へ出力する。
【００２８】
次に、運動状態判定装置１の動作について説明する。
【００２９】
計算機７では、ＧＰＳ受信機３１の位置情報及び地磁気センサ５からの方位情報とに基づいて、農作業車９の所定時間における位置変化ｄＰ、農作業車９の進行方向と向きとの差ΔΨ、農作業車９の所定時間における速度変化ｄＶ及び農作業車９の所定時間における方位変化ｄΨを計算する。
【００３０】
位置変化ｄＰは次式で求められる。
【００３１】
ｄＰ＝｜ＰＧＰＳ（ｎ）−ＰＧＰＳ（ｎ−１）｜  （ｎ：１，２，３…）
ここでＰＧＰＳはＧＰＳ３によって検出された農作業車９の位置の座標値である。ｎは検出回数である。
【００３２】
位置変化ｄＰの計算は緯度と経度の両方について行われる。
【００３３】
進行方向と向きとの差ΔΨは次式で求められる。
【００３４】
ΔΨ＝｜ΨＧＰＳ−ΨＴＭＳ｜
ここでΨＧＰＳはＧＰＳ３の情報に基づいて算出された農作業車９の進行方向の方位の値、ΨＴＭＳは地磁気センサ５の情報に基づいて算出された農作業車９の向き（Ｘ軸）の方位の値である。
【００３５】
速度変化ｄＶは次式で求められる。
【００３６】
ｄＶ＝｜ｄＰ（ｎ）−ｄＰ（ｎ−１）｜／｜ｄＴ（ｎ）−ｄＴ（ｎ−１）｜
ここでＴは時間である。
【００３７】
方位変化ｄΨは次式で求められる。
【００３８】
ｄΨ＝｜Ψ（ｎ）−Ψ（ｎ−１）｜
ここでΨは方位の値である。方位の値Ψとしては農作業車９の運動状態により、ΨＧＰＳの値かΨＴＭＳの値が用いられる。
【００３９】
状態判定部７１は位置変化、進行方向と向きとの差、速度変化及び方位変化があるかないかを判定する。
【００４０】
位置変化の有無
ｄＰ≧ｄＰＬｉｍｉｔ  ならば、位置変化あり。
ｄＰ＜ｄＰＬｉｍｉｔ  ならば、位置変化なし。
【００４１】
農作業車９の位置変化があるかないかについては、緯度と経度の両方について行われ、緯度と経度の少なくとも一方に位置変化がある場合は、農作業車９の位置変化ありと判定される。
【００４２】
進行方向と向きとの差の有無（農作業車９の進行方向と農作業車９の向きとの間に所定値以上の差があるかないか、すなわち、後進か前進か。）
ΔΨ≧ΔΨＬｉｍｉｔ  ならば、差あり（後進）。
ΔΨ＜ΔΨＬｉｍｉｔ  ならば、差なし（前進）。
【００４３】
速度変化の有無
ｄＶ≧ｄＶＬｉｍｉｔ  ならば、速度変化あり。
ｄＶ＜ｄＶＬｉｍｉｔ  ならば、速度変化なし。
【００４４】
方位の変化の有無
ｄΨ≧ｄΨＬｉｍｉｔ  ならば、方位変化あり。
ｄΨ＜ｄΨＬｉｍｉｔ  ならば、方位変化なし。
【００４５】
状態判定部７１は、最終的に位置変化の有無、進行方向と向きとの差の有無、速度変化の有無及び方位変化の有無に基づいて、表１に示すように、農作業車９の運動状態を判定し、その判定結果をモニタ等（図示せず）に出力する。
【００４６】
【表１】
2004301650.tif 000003
【００４７】
方位計算部７３ではＧＰＳ３及び地磁気センサ５からの情報に基づいて方位の計算が行われる。
【００４８】
ＧＰＳ方位（農作業車９の進行方向）の値ΨＧＰＳは次式で求められる。
【００４９】
ΨＧＰＳ＝１／ｔａｎ  ［Ｎ（ｎ）−Ｎ（ｎ−１）／Ｅ（ｎ）−Ｅ（ｎ−１）］
ここでＮは緯度（北緯）、Ｅは経度（東経）、ｎは検出回数である。
【００５０】
地磁気センサ５によって検出された補正前の農作業車９の向き（Ｘ軸）の値（計算値）ΨＴＭＳは次式で求められる。
【００５１】
ΨＴＭＳ＝１／ｔａｎ（Ｔｘ／Ｔｙ）
ここでＴｘは地磁気センサ５によって検出されたＸ軸方向の磁気の強さの値、Ｔｙは地磁気センサ５によって検出されたＹ軸方向の磁気の強さの値である。
【００５２】
また、方位計算部７３では、農作業車９の向きの値ΨＴＭＳを補正するための補正値ΔΨＡＶＧが計算される。ΔΨＡＶＧは農作業車９が前進・定速・直進走行しているときに得たＧＰＳ方位の値ΨＧＰＳと地磁気センサ５によって検出された農作業車９の向きの値ΨＴＭＳとの差ΔΨの平均値である。
【００５３】
補正値演算部７４は方位計算部７３から入力した農作業車９の向きの値ΨＴＭＳから補正値ΔΨＡＶＧを引き、その補正された農作業車９の向きの値ΨＴＭＳを状態判定部７１へ出力する。
【００５４】
補正された農作業車９の向きの値ΨＴＭＳは次式で求められる。
【００５５】
ΨＴＭＳ＝ΨＴＭＳ−ΔΨＡＶＧ
【００５６】
次に、この実施形態の効果について説明する。
【００５７】
ＧＰＳ３と地磁気センサ５で取得した情報に基づいて農作業車９の運動状態を判定するようにしたので、エンジンの動作状態や車輪の速度等の車両自身の情報を用いて運動状態を判定する従来の運動状態判定装置に較べ、判定精度が高い。例えば、農作業車９の左右の車輪速度から旋回・直進を判定する方法では、車輪がスリップしたとき正しく判定できないが、この実施形態によれば正しく判定できる。
【００５８】
また、従来の運動状態判定装置では運動状態判定に必要な情報を収集するために農作業車９のエンジンや動力伝達系等に各種のセンサを取り付けなければならず、しかもその取付け作業は煩雑であるが、この実施形態の運動状態判定装置１ではＧＰＳ３のアンテナ３２と地磁気センサ５とを例えば農作業車９の屋根等に取り付けるだけで足り、その取付け作業は簡単である。したがって、運動状態判定装置１を他の車両に移し変えることも簡単にできる。
【００５９】
運動状態判定装置１は農作業車９の進行方向の値ΨＧＰＳと向きの値ΨＴＭＳとの差の大きさに基づいて農作業車９が前進であるか後進であるかを判定するので、加速度で前進・後進を判定する方法に較べ、判定精度が高い。例えば、加速度で前進・後進を判定する方法では、前進或いは後進中に農作業車９に横方向へ重力加速度が加わったときに前進・後進の判定を正しくできず、前進或いは後進しているにも拘わらず、旋回と判定することがあるが、この実施形態によれば正しく判定できる。
【００６０】
また、運動状態判定装置１は農作業車９からの情報を必要としないので、例えば左右の車輪速から旋回・直進を判定する場合に比べると、車輪がスリップしても問題とならず、旋回・直進の判定がより正確に行われる。
【００６１】
また、運動状態判定装置１は地磁気センサを５を備えているので、農作業車９の向きをリアルタイムで計測することができる。したがって、農作業車９がどちらを向いているかリアルタイムで分かる。
【００６２】
また、運動状態判定装置１は農作業車９の運動を正確に判定できるので、例えば、直線的に畑を耕したいとき等に有効である。
【００６３】
また、運動状態判定装置１によって農作業車９の操縦者のナビゲーションを行う場合、バック等、農作業車９の進行方向と農作業車９の向きとが異なるとき、ディスプレイ（図示せず）に操縦者の感覚にあった表示をすることができる。
【００６４】
また、運動状態判定装置１では農作業車９の進行方向及び向きが算出されるので、必要な方を利用できる。例えば、農作業車９の動きとしてディスプレイに農作業車９の進行方向を表示した方が操縦者の感覚に合っていれば、それを利用することができ、農作業車９の進行方向の表示が操縦者の感覚に合っていなければ、農作業車９の動きとしてディスプレイに農作業車９の向きを表示することができる。
【００６５】
また、牽引車（図示せず）と作業車（図示せず）の両方の運動状態判定装置１を搭載すれば、牽引車の運転者は牽引車と作業車の向きの違いが分かる。
【００６６】
また、運動状態判定装置１はそりのような車輪がない移動体でも搭載することができ、表１の判定基準を変更することにより、その移動体の運動状態を判定することができる。
【００６７】
なお、この実施形態ではＧＰＳアンテナ３２と地磁気センサ５とを農作業車９の屋根に取り付けたが、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、ＧＰＳアンテナ３２を地磁気センサ５の筐体５ａの上面に取り付け、このＧＰＳアンテナ３２と地磁気センサ５とを一体化したものを農作業車９に取り付けるようにしてもよい。
【００６８】
また、この実施形態の運動状態判定装置１は無人農作業車用であるが、この発明の運動状態判定装置は農作業車用に限られず、無人有人を問わず、車両、船舶等の移動体全般に適用することができる。
【００６９】
図４はこの発明の第２実施形態に係る運動状態判定装置の概念図である。
【００７０】
第２実施形態の運動状態判定装置２０１は一部を除いて第１実施形態の運動状態判定装置１と同じであるので、同じ部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００７１】
以下、第１実施形態と構成の異なる部分についてだけ説明する。
【００７２】
第１実施形態ではＧＰＳアンテナ３２及び地磁気センサ５は農作業車９の屋根に取り付けられているが、第２実施形態ではＧＰＳアンテナ２３２は運動状態判定装置２０１の筐体２０１ａの上面に取り付けられ、地磁気センサ２０５は筐体２０１ａ内に収容されている。
【００７３】
第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の作用効果を奏するとともに、運動状態判定装置２０１の他の移動体（図示せず）への移し替えをより一層簡単に行える。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１の発明の運動状態判定装置によれば、例えばエンジンの動作状態や車輪の速度等の移動体自身の情報を用いて運動状態を判定する技術的構成を採用していないので、移動体の運動状態を高い精度で判定できる。
【００７５】
また、運動状態判定に必要な情報を収集するために移動体に各種のセンサを取り付けるという煩雑な作業が不要になるので、運動状態判定装置の移動体への搭載や他の移動体への移し変えることが簡単にできる。
【００７６】
請求項２の発明の運動状態判定装置によれば、加速度で前進・後進を判定する方法に較べ、判定精度が高い。例えば、加速度で前進・後進を判定する方法では、前進或いは後進中に移動体に横方向へ加速度が加わったときに前進・後進の判定を正しくできないが、請求項２の発明の運動状態判定装置によれば、正しく判定できる。
【００７７】
請求項３の発明の運動状態判定装置によれば、エンジンの動作状態や車輪の速度等の車両自身の情報を用いて運動状態を判定する方法に較べ、判定精度が高い。例えば、車両の左右の車輪速度から旋回・直進を判定する方法では、車輪がスリップしたとき正しく判定できないが、請求項３の発明の運動状態判定装置によれば、正しく判定できる。
【００７８】
請求項４の発明の運動状態判定装置によれば、地磁気の乱れや移動体の金属部分によって磁気検出型方位検出手段に狂いが生じても、その狂いがすぐに補正されるので、磁気検出型方位検出手段の検出精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はこの発明の第１実施形態に係る運動状態判定装置の概念図である。
【図２】図２は図１に示す運動状態判定装置を搭載した農作業車を示し、同図（ａ）は前進状態の農作業車の概念図、同図（ｂ）は後進状態の農作業車の概念図である。
【図３】図３は運動状態判定装置のブロック図である。
【図４】図４はこの発明の第２実施形態に係る運動状態判定装置の概念図である。
【符号の説明】
１，２０１  運動状態判定装置
３  ＧＰＳ（位置検出手段）
５，２０５  地磁気センサ（磁気検出型方位検出手段）
７  計算機（判定手段）
７１  状態判定部
９  農作業車（移動体）
【図１】
2004301650.tif 000004
【図２】
2004301650.tif 000005
【図３】
2004301650.tif 000006
【図４】
2004301650.tif 000007