(57)【要約】  シャシとカバーの間の変位に比例する出力を生じるセンサ（接触・リフトセンサ）とそのセンサの出力を入力する制御部とを備える自律走行車両において、制御部が、センサの出力の規定時間当たりの変化量が閾値以上か否か判断し（Ｓ１４）、変化量が閾値以上と判断された時間を積算すると共に（Ｓ１６）、算された時間を所定時間（第１所定時間、第２所定時間）と比較し、所定時間との比較結果に基づいて車両が障害物と接触したか、あるいはカバーが前記シャシからリフトされたかを判定する（Ｓ２２からＳ３０）ように構成される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャシと前記シャシに変位可能に取り付けられるカバーと、前記シャシとカバーの間の変位に比例する出力を生じるセンサとを備え、前記センサの出力を入力する制御部を備えると共に、前記シャシに取り付けられた駆動輪で自律走行する自律走行車両において、前記制御部が、
前記センサの出力の規定時間当たりの変化量が閾値以上か否か判断するセンサ出力判断部と、
前記センサ出力判断部によって前記変化量が閾値以上と判断された時間を積算する時間積算部と、
前記時間積算部で積算された時間を所定時間と比較し、前記所定時間との比較結果に基づいて前記車両が障害物と接触したか、あるいは前記カバーが前記シャシからリフトされたかを判定する判定部と、
を備えることを特徴とする自律走行車両。
【請求項２】
前記所定時間が第１所定時間と前記第１所定時間より長い第２所定時間とからなると共に、前記判定部は、前記積算された時間が前記第１所定時間以上で前記第２所定時間未満のとき、前記車両が前記障害物と接触したと判定する一方、前記積算された時間が前記第２所定時間以上のとき、前記カバーが前記シャシからリフトされたと判定することを特徴とする請求項１記載の自律走行車両。
【請求項３】
前記シャシに搭載される原動機の出力軸に連結される作業部を備えると共に、前記判定部は、前記車両が障害物と接触したと判定するとき、前記原動機を停止させずに前記障害物との回避動作を行うことを特徴とする請求項１または２記載の自律走行車両。
【請求項４】
前記シャシに搭載される原動機の出力軸に連結される作業部を備えると共に、前記判定部は、前記カバーが前記シャシからリフトされたと判定するとき、前記原動機を停止させ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車両。
【請求項５】
前記センサが前記カバーの付近に配置される磁性体と前記シャシに配置される磁気感応素子を有する検出部とからなると共に、前記車両の進行方向に平行な車軸線の両側に配置され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車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は自律走行車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
自律走行車両として、シャシとシャシに変位可能に取り付けられるカバーと、シャシとカバーの間の変位に比例する出力を生じるセンサとを備え、シャシに取り付けられた駆動輪で自律走行する車両は知られており、その例として特許文献１記載の技術を挙げることができる。【０００３】
この種の自律走行車両は、通例、建造物、敷石、動物、人間などの障害物との接触を検出する接触センサと、ユーザなどによるカバーのシャシからの上方へのリフトを検出するリフトセンサとを備えるように構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−８１４３４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記載の技術は上記のように２種のセンサを備えることで障害物との接触とカバーのリフトとを確実に検出するように構成しているが、２種のセンサを備えるために構成が複雑となる不都合があった。【０００６】
従って、この発明の課題は上記した不都合を解消し、１種のセンサで障害物との接触とカバーのリフトとを検出するようにした自律走行車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した課題を解決するため、この発明は、シャシと前記シャシに変位可能に取り付けられるカバーと、前記シャシとカバーの間の変位に比例する出力を生じるセンサと、前記センサの出力を入力する制御部とを備えると共に、前記シャシに取り付けられた駆動輪で自律走行する自律走行車両において、前記制御部が、前記センサの出力の規定時間当たりの変化量が閾値以上か否か判断するセンサ出力判断部と、前記センサ出力判断部によって前記変化量が閾値以上と判断された時間を積算する時間積算部と、前記時間積算部で積算された時間を所定時間と比較し、前記所定時間との比較結果に基づいて前記車両が障害物と接触したか、あるいは前記カバーが前記シャシからリフトされたかを判定する判定部とを備える如く構成した。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係る自律走行車両にあっては、シャシとそれに変位可能に取り付けられるカバーと、シャシとカバーの間の変位に比例する出力を生じるセンサと、センサの出力を入力する制御部とを備えると共に、制御部が、センサの出力の規定時間当たりの変化量が閾値以上か否か判断するセンサ出力判断部と、変化量が閾値以上と判断された時間を積算する時間積算部と、積算された時間を所定時間と比較し、その比較結果に基づいて車両が障害物と接触したか、あるいはカバーが前記シャシからリフトされたかを判定する判定部とを備える如く構成したので、１種のセンサで障害物との接触とカバーのリフトとを検出することができ、２種のセンサを必要とする場合に比し、構成を簡易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施形態に係る自律走行車両を全体的に示す概念図である。
【図２】図１の自律走行車両の上面図である。
【図３】図１の自律走行車両の作業エリアなどの説明図である。
【図４】図１の接触・リフトセンサの取り付け位置付近の模式的な断面図である。
【図５】図１の電子制御ユニットの動作を示すフロー・チャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１はこの発明の実施形態に係る自律走行車両を全体的に示す概念図、図２は図１の自律走行車両の上面図、図３は図１の自律走行車両が自律走行する作業エリアの平面図である。
【００１１】
図１などにおいて符号１０は自律走行車両（以下「車両」という）を示す。車両１０は具体的には芝刈り機からなる。車両１０の車体１２はシャシ（車体フレーム）１２ａとシャシに変位可能に取り付けられるカバー１２ｂとからなる。
【００１２】
車両１０は、前後方向においてシャシ１２ａの前側にステー１２ｃを介して固定される比較的小径の左右２個の前輪１４を備えると共に、後側にシャシ１２ａに直接取り付けられる比較的大径の左右の後輪１６を備える。
【００１３】
車両１０のシャシ１２ａの中央位置付近には芝刈り作業用の作業部（ブレード、具体的にはロータリブレード）２０が取り付けられると共に、その上部には電動モータ（原動機。以下「作業モータ」という）２２が配置される。作業部２０は作業モータ２２に接続され、作業モータ２２によって回転駆動される。
【００１４】
作業部２０にはユーザの手動操作自在な作業部高さ調節機構２４が連結される。作業部高さ調節機構２４はユーザの操作可能なハンドルを備え、ユーザがそのハンドルを手で廻すことで作業部２０の接地面ＧＲからの上下方向の高さが調節可能に構成される。
【００１５】
車両１０のシャシ１２ａには、作業部２０の後端側で２個の電動モータ（原動機。以下「走行モータ」という）２６Ｌ，２６Ｒが取り付けられる。走行モータ２６Ｌ，２６Ｒは左右の後輪１６に接続され、前輪１４を従動輪、後輪１６を駆動輪として左右独立に正転（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。作業部２０と作業モータ２２と走行モータ２６などはカバー１２ｂで被覆される。
【００１６】
この実施形態において、車両１０はユーザが運搬可能な重量と寸法を有し、例えば全長（前後方向長さ）７１ｃｍ程度、全幅５５ｃｍ程度、高さ３０ｃｍ程度の寸法を有する。
【００１７】
車両１０の後部には搭載充電ユニット３０とそれに接続される搭載電池（バッテリ）３２とが格納されると共に、シャシ１２ａには一対の電池充電端子３４が前端位置の前方に突出するように取り付けられる。電池充電端子３４は搭載充電ユニット３０に接続される。作業モータ２２と走行モータ２６も搭載電池３２に接続され、搭載電池３２から通電される。
【００１８】
車両１０において車体１２の前側には左右２個の磁気センサ３６Ｌ，３６Ｒが配置されると共に、後側には１個の磁気センサ３６Ｃが配置され、それぞれ磁界の大きさ（磁界強度）を示す信号を出力する。
【００１９】
また、車体１２には、車両１０が建造物、敷石、動物、人間などの障害物と接触したことと、ユーザなどによってカバー１２ｂがシャシ１２ａから上方にリフトされたこととを検出する接触・リフトセンサ４０が取り付けられる。接触・リフトセンサ４０については後述する。
【００２０】
シャシ１２ａの中央位置付近には収納ボックスが設けられると共に、その内部に収納された回路基板４２上にはＣＰＵと、Ｉ／Ｏと、メモリ（ＲＯＭ，ＥＥＰＲＯＭ，ＲＡＭ）などを備えたマイクロコンピュータからなる電子制御ユニット（Electronic Control Unit。制御部。以下「ＥＣＵ」という）４４が搭載される。
【００２１】
また、回路基板４２上には、ＥＣＵ４４に近接して車両１０の重心位置のｚ軸（重力軸）回りの角速度（ヨーレート）を示す出力を生じる角速度センサ４６と、車両１０に作用するｘ，ｙ，ｚ軸の直交３軸方向の加速度を示す出力を生じる加速度センサ５０と、地磁気に応じた絶対方位を示す出力を生じる方位センサ５２と、ＧＰＳ衛星からの電波を受信して車両１０の現在位置を示す出力を生じるＧＰＳセンサ５４が設けられる。
【００２２】
また、車両１０の左右の後輪１６の付近には左右の後輪１６の車輪速を示す出力を生じる車輪速センサ５６が配置される。搭載電池３２には搭載電池３２の消費電流を示す出力を生じる電流センサ６２が配置される。
【００２３】
また、車両１０には、作業の動作開始などを指令するメインスイッチ６４と非常停止を指令する非常停止スイッチ６６がユーザの操作自在に設けられる。さらに、カバー１２ｂは上面で大きく切り欠かれてそこにユーザの指令などの入力のためのキーボードやタッチパネルなどの入力機器６８が設けられると共に、それに隣接してディスプレイ７０が設けられる。入力機器６８とディスプレイ７０はＥＣＵ４４に接続され、ディスプレイ７０にはＥＣＵ４４の指令に応じて作業モードなどの各種の情報が表示される。
【００２４】
磁気センサ３６、接触・リフトセンサ４０、角速度センサ４６などのセンサ類の出力とメインスイッチ６４などのスイッチ類の出力はＥＣＵ４４に送られる。ＥＣＵ４４は、それらの出力を入力し、搭載電池３２から走行モータ２６に通電すると共に、制御値を出力して走行モータ２６の動作を制御することで車両１０の走行を制御する。
【００２５】
また、ＥＣＵ４４は磁気センサ３６の出力から作業エリア（作業領域）ＡＲを検出（認識）し、それに基づいて作業モータ２２に通電して作業エリアＡＲで作業する。
【００２６】
図３に示す如く、作業エリアＡＲは、その周縁の配置されるエリアワイヤ（電線）７２によって区画される。作業エリアＡＲには車両１０の搭載電池３２を充電するための充電ステーション７４が配置される（図３では車両１０などの大きさを誇張して示す）。
【００２７】
この発明の特徴は接触・リフトセンサ４０の出力を入力するＥＣＵ４４において車両１０が障害物と接触したか、あるいはカバー１２ｂがシャシ１２ａからリフトされたかを検出（判定）することにあるので、以下それについて図４以降を参照して説明する。
【００２８】
最初に接触・リフトセンサ４０について説明する。図４は接触・リフトセンサ４０の取り付け位置付近の模式的な断面図である。
【００２９】
図示の如く、この実施形態に係る接触・リフトセンサ４０は、シャシ１２ａとシャシ１２ａに係止部材１２ｂ１を介して変位可能に取り付けられるカバー１２ｂの間に配置される。
【００３０】
より具体的には、接触・リフトセンサ４０は、カバー１２ｂの付近に配置される磁性体４０ａと．シャシ１２ａに配置されるホール効果素子などの磁気感応素子を有する検出部４０ｂとからなる。接触・リフトセンサ４０において検出部４０ｂは、磁性体４０ａとの距離、換言すればシャシ１２ａとカバー１２ｂの間の変位に比例する出力を生じる。
【００３１】
磁性体４０ａは鉄材などの強磁性の素材からなると共に、図１に示す如く、カバー１２ｂの直下に配置される。検出部４０ｂは磁性体４０ａから所定距離離間した位置にねじ４０ｂ１を介して固定されるケース４０ｂ２に収納されて配置される。尚、シャシ１２ａとカバー１２ｂは合成樹脂材からなる。
【００３２】
図２に示す如く、接触・リフトセンサ４０は車両１０の進行方向に平行な車軸線ＣＬ１の両側に１個ずつ配置される。
【００３３】
ＥＣＵ４４は接触・リフトセンサ４０の出力を入力し、１種（１個）の接触・リフトセンサ４０の出力から障害物との接触あるいはカバー１２ｂのリフトを検出（判定）する（即ち、ＥＣＵ４４は、後述する出力判断部、時間積算部、判定部として動作する）。
【００３４】
図５はその動作を示すフロー・チャートである。図示のプログラムはＥＣＵ４４において所定時間、例えばτ０ごとに実行される。
【００３５】
以下説明すると、Ｓ１０（Ｓ：処理ステップ）においてモード（ＭＯＤＥ）を作業モードとする。
【００３６】
この実施形態に係る車両１０は、エリアワイヤ７２への通電で発生される磁界を磁気センサ３６で検出することで認識される作業エリアＡＲにおいて芝刈り作業する作業モードと、そこに配置される充電ステーション７４に帰還して搭載電池３２を充電する帰還モードのいずれかで動作する。尚、それ以外に後述する障害物と接触したと判定されたときの障害物回避モードとカバー１２ｂがリフトされたと判定されたときのリフト検出モードも有する。
【００３７】
次いでＳ１２に進み、モードが作業モードであることを再び確認し、Ｓ１４に進み、センサＯＮ時間か否か判断する。ここで「センサＯＮ時間」は接触・リフトセンサ４０の出力の規定時間当たりの変化量が閾値以上の状態にあることを意味する。
【００３８】
即ち、車両１０は芝生などの不整地を走行することから、接地面から常に振動を受けるため、カバー１２ｂとシャシ１２ａの間には変位させようとする外力が定常的に作用する。そこで、予め実験を通じてセンサ出力の規定時間当たりの変化量の閾値を求めておき、それと比較することで、そのような定常的な外力を排除するようにした。
【００３９】
Ｓ１４で肯定されるときはＳ１６に進み、センサＯＮ時間をカウントアップ（積算）する一方、否定されるときはＳ１８に進んでセンサＯＮ時間を０にリセットし、Ｓ２０に進んでモードを作業モードとし、以降の処理をスキップする。
【００４０】
次回以降のプログラムループにおいてもＳ１４で肯定されてＳ１６と進んだ後、Ｓ２２に進み、カウントアップされたセンサＯＮ時間がτ１（第１所定時間。τ０＜τ１）未満か否か判断する。図示のプログラムはτ０ごとにループすることから、Ｓ１６をループ度にτ０ずつ時間がカウントアップされるが、最初のループでは当然に肯定されて以降の処理を終了する。
【００４１】
尚、Ｓ１４で一旦肯定されてＳ１６に進み、センサＯＮ時間がカウントアップされた後も、次回以降のプログラムループでＳ１４において否定されるときはＳ１８においてそれまでにカウントアップされたセンサＯＮ時間は全てキャンセルされる。
【００４２】
このように、センサＯＮ時間は、車両１０においてカバー１２ｂがシャシ１２ａに対して規定時間当たり閾値以上の変位を継続して受けている（受け続けている）時間を意味する。
【００４３】
Ｓ２２で肯定されるときは以降の処理をスキップし、τ０ごとにプログラムをループする。
【００４４】
何回目かのプログラムループにおいてＳ２２で否定されるときはＳ２４に進み、センサＯＮ時間がτ１（第１所定時間）以上で、τ２（第２所定時間。τ０＜τ１≦τ２）未満か否か判断する。Ｓ２４で肯定されるときはＳ２６に進み、車両１０が障害物と接触したと判定する。
【００４５】
他方、Ｓ２４で否定されるときはＳ２８に進み、センサＯＮ時間がτ２（第２所定時間）以上か否か判断する。
【００４６】
Ｓ２８で否定されるときは以降の処理をスキップし、τ０ごとにプログラムをループする一方、何回目かのプログラムループにおいてＳ２８で肯定されるときはＳ３０に進み、カバー１２ｂがシャシ１２ａからユーザなどによってリフトされたと判定する。
【００４７】
即ち、車両１０が障害物と接触した場合にカバー１２ｂに作用する外力は比較的短時間と予想される反面、カバー１２ｂがシャシ１２ａからリフトされたときは人為的に持ち上げられることから比較的長時間と予想される。
【００４８】
従って、第１、第２所定時間τ１，τ２を適宜設定することで、１種（１個）のセンサ４０によって障害物との接触とカバーのリフトとを効果的に判定（検出）することができる。
【００４９】
尚、車両１０はシャシ１２ａに搭載される作業モータ（原動機）２２の出力軸に連結される作業機（ブレード）２０を備えるが、Ｓ２６において車両１０が障害物と接触したと判定されるとき、作業モータ２２が動作しているときは、障害物回避モードにおいて、それを停止させずに障害物との回避動作を行う障害物回避モードを実行する。
【００５０】
これは障害物と接触しただけでは車両１０は横転したり、逆さになったりする恐れは少なく、車両１０を後退させるなどしてそれ以上の接触を回避させる方が急務と考えられるからである。従って、障害物回避モードにおいては、迅速に回避動作に移行させるため、作業モータ２２が動作しているときはその動作を継続させつつ、回避動作を実行する。
【００５１】
他方、Ｓ３０においてカバー１２ｂがシャシ１２ａからリフトされたと判定されるとき、リフト検出モードにおいて作業モータ２２を停止させる動作を実行する。即ち、カバー１２ｂがリフトされたときは、ユーザなどが車両１０を運搬するためと予想されるので作業モータ２２を停止させる。
【００５２】
上記した如く、この実施形態にあっては、シャシ１２ａと前記シャシ１２ａに変位可能に取り付けられるカバー１２ｂと、前記シャシ１２ａとカバー１２ｂの間の変位に比例する出力を生じるセンサ（接触・リフトセンサ）４０と、前記センサ４０の出力を入力する制御部（ＥＣＵ）４４とを備えると共に、前記シャシ１２ａに取り付けられた駆動輪（走行モータ２６で駆動される後輪１６）で自律走行する自律走行車両１０において、前記制御部が、前記センサの出力の規定時間当たりの変化量が閾値以上か否か判断するセンサ出力判断部（Ｓ１４）と、前記センサ出力判断部によって前記変化量が閾値以上と判断された時間を積算する時間積算部（Ｓ１６）と、前記時間積算部で積算された時間を所定時間（第１所定時間、第２所定時間）と比較し、前記所定時間との比較結果に基づいて前記車両１０が障害物と接触したか、あるいは前記カバー１２ｂが前記シャシ１２ａからリフトされたかを判定する判定部（Ｓ２２からＳ３０）とを備える如く構成したので、１種のセンサ４０で障害物との接触とカバー１６ｂのリフトとを検出することができ、２種のセンサを必要とする場合に比し、構成を簡易にすることができる。
【００５３】
また、前記所定時間が第１所定時間と前記第１所定時間より長い第２所定時間とからなると共に、前記判定部は、前記積算された時間が前記第１所定時間以上で前記第２所定時間未満のとき、前記車両が前記障害物と接触したと判定する一方（Ｓ２４，Ｓ２６）、前記積算された時間が前記第２所定時間以上のとき、前記カバーが前記シャシからリフトされたと判定する（Ｓ２８，Ｓ３０）如く構成したので、１種のセンサ４０で障害物との接触とカバー１６ｂのリフトとを精度良く検出することができる。
【００５４】
また、前記シャシ１２ａに搭載される原動機（作業モータ）２２の出力軸に連結される作業部（ブレード）２０を備えると共に、前記判定部は、前記車両１０が障害物と接触したと判定するとき、前記原動機を停止させずに前記障害物との回避動作を行う如く構成したので、上記した効果に加え、回避動作を迅速に行うことができる。
【００５５】
また、前記シャシ１２ａに搭載される原動機（作業モータ）２２の出力軸に連結される作業部（ブレード）２０を備えると共に、前記判定部は、前記カバー１２ｂが前記シャシ１２ａからリフトされたと判定するとき、前記原動機を停止させる如く構成したので、上記した効果に加え、消費エネルギを節約することができる。
【００５６】
また、前記センサ４０が前記カバー１２ｂの付近に配置される磁性体４０ａと前記シャシ１２ａに配置される磁気感応素子を有する検出部４０ｂとからなると共に、前記車両１０の進行方向に平行な車軸線ＣＬ１の両側に配置される如く構成したので、上記した効果に加え、１種（１個）のセンサとしても構成を簡易にすることができる。
【００５７】
尚、上記において、車両１０として作業エリアＡＲの周縁に配置されるエリアワイヤ７２の磁界を検出しながら自律走行する自律走行車両を例示したが、車両１０は、その種の自律走行車両に限られるものではない。
【００５８】
また、車両１０を芝刈り車両に適用したが、この発明はそれに限られるものではなく、他の自律走行可能な自律走行車両に適用可能である。
【００５９】
また、検出部４０ｂの検出素子として磁電変換素子、例えばホール効果素子を用いたが、それに限られるものではなく、磁性体４０ａとの物理的な変位を検出できるものであれば、どのようなものであっても良い。
【符号の説明】
【００６０】
１０  自律走行車両（車両）、１２  車体、１２ａ  シャシ、１２ｂ  カバー、１２ｂ１  係止部材、１４  前輪、１６  後輪、２０  作業部（ブレード）、２２  電動モータ（作業モータ）、２４  作業部高さ調節機構、２６  電動モータ（走行モータ）、３０  搭載充電ユニット、３２  搭載電池、３４  電池充電端子、３６  磁気センサ、４０  接触・リフトセンサ、４０ａ  磁性体、４０ｂ  検出部、４０ｂ１  ねじ、４０ｂ２  ケース、４４  電子制御ユニット（ＥＣＵ）、４６  角速度センサ、５０  加速度センサ、５２  方位センサ、５４  ＧＰＳセンサ、５６  車輪速センサ、６２  電流センサ、６８  入力機器、７０  ディスプレイ、７２  エリアワイヤ、７４  充電ステーション、ＡＲ  作業エリア
【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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【国際調査報告】
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2018078880.tif 000009