(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
衛星から発せられた電波を受信することにより、走行車の現在地点を測位し、この測位に基づいて、目標地点に向けた無人による自律走行を行う自律走行方法において、
前記測位が正常でないと判断された場合、前記目標地点に向けた前記走行車の前記自律走行を中止するステップと、
前記目標地点に向けた前記自律走行を中止した場合、所定の期間、前記走行車を停止させるとともに、前記測位が正常な状態に回復したか否かを判断するステップと、
前記自律走行の中止から所定の期間が経過するまでの間に、前記測位が正常な状態に回復した場合、前記目標地点に向けた前記走行車の前記自律走行を再開するステップと
を有することを特徴とする自律走行方法。
【請求項２】
前記衛星から発せられた電波を受信できなかった場合、前記測位に関する情報が得られなかった場合、前記測位に関する情報は得られたが、当該情報のエラーが検出された場合、または前記測位に必要な数の前記衛星を捕捉できなかった場合の少なくとも１つに該当する場合に、前記測位が正常でないと判断することを特徴とする請求項１に記載された自律走行方法。
【請求項３】
前記測位が正常な状態に回復したか否かを判断するステップは、前記走行車を予め設定された走行状態に設定する異常処理モードの実行中に、行われることを特徴とする請求項１に記載された自律走行方法。
【請求項４】
前記異常処理モードは、予め設定された方向に前記走行車を走行させることを特徴とする請求項３に記載された自律走行方法。
【請求項５】
前記自律走行の中止から所定の期間が経過するまでの間に、前記測位が正常な状態に回復しなかった場合、前記走行車を駆動させる駆動源の動作を停止させるステップをさらに有することを特徴とする請求項１に記載された自律走行方法。
【請求項６】
衛星から発せられた電波を受信することにより、走行車の現在地点を測位し、この測位に基づいて、目標地点に向けた無人による自律走行を行う自律走行車において、
衛星から発せられた電波を受信することにより、前記自律走行車の現在地点を測位する位置検出手段と、
前記測位が正常であるか否かを判断する判断手段と、
前記位置検出手段からの出力と、前記判断手段からの出力とに基づいて、前記目標地点に向けた前記自律走行車の走行を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記測位が正常でないと判断された場合、前記目標地点に向けた前記自律走行車の前記自律走行を中止すると共に所定の期間、前記自律走行車を停止させ、前記自律走行の中止から所定の期間が経過するまでの間に、前記測位が正常な状態に回復した場合、前記目標地点に向けた前記自律走行車の前記自律走行を再開する制御部と
を有することを特徴とする自律走行車。
【請求項７】
前記判断手段は、前記衛星から発せられた電波を受信できなかった場合、前記測位に関する情報が得られなかった場合、前記測位に関する情報は得られたが、当該情報のエラーが検出された場合、または前記測位に必要な数の前記衛星を捕捉できなかった場合の少なくとも１つに該当する場合に、前記測位が正常でないと判断することを特徴とする請求項６に記載された自律走行車。
【請求項８】
前記自律走行車が実際に自律走行を行う作業地域に関するデータを記憶するデータ記憶部をさらに有し、
前記判断手段は、前記位置検出手段により測定された前記自律走行車の現在地点が、前記作業地域に関するデータに対して基準値以上、相違する場合、前記測位に関する情報にエラーがあると判断することを特徴とする請求項７に記載された自律走行車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、捕捉衛星からの測位情報に基づいて、自己の位置を確認しながら走行を行う自律走行車に係り、特に、この測位に異常が発生した場合における走行制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自律走行技術を用いて、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】
この自律走行は、全地球測位システム(Global Positioning System。以下、ＧＰＳという）及び推測航法と呼ばれる２つの技術を併用して行われる。ＧＰＳは、捕捉しているＧＰＳ衛星から発せられる電波を受信して、自己位置を測位する技術である。また、推測航法は、地磁気方位センサ等により測定された走行車の進行方向と、車輪エンコーダ等により測定された走行距離から、走行車を目標地点に向かって走行させる技術である。捕捉衛星に基づいたＧＰＳ測位により、自律走行車の目標地点（絶対位置）が測定され、推測航法により、この目標地点を基準とした相対位置が測定される。
【０００４】
しかしながら、自律走行を行っている最中に、ＧＰＳ測位が正常ではなくなってしまう状態が生じることがある。ＧＰＳ測位に異常が発生する要因としては様々なものが挙げられるが、最も典型的な要因としてマルチパスを含めた電波障害が挙げられる。建物や木々などに電波が反射することによってマルチパスが生じて、電波が複数の経路で自律走行車に到達することがある。このようなマルチパスは、直接波と干渉して受信障害の要因となる。また、捕捉衛星からの電波が、自律走行車周辺の建物や木々に遮られた場合においても、自律走行車はこの測位ができなくなってしまう。さらに、ＧＰＳアンテナの故障やＧＰＳ受信ユニットの故障といったシステム自体の故障が生じた場合にも測位不能となる。
【０００５】
従来の技術では、自律走行による無人作業の実行中に、このようなＧＰＳによる測位に異常が発生した場合、その回復処理を何ら試みることなく、すぐに走行の停止やエンジンの停止を行っている。そして、このような停止が生じると、作業の管理者が、その停止場所に行って通常状態に回復させるのに必要な作業を行い、その後自律走行を再開させるといった措置がとられる。しかしながら、作業に要するコストの観点では、作業は極力続行されることが好ましく、従来のような方法は作業コストを増大させる大きな要因となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の問題点に鑑み、本発明の目的は、測位に異常が発生した場合でも、自律走行を自動で再開できるような制御を行うことで、作業が中止される可能性を低減し、作業効率の向上を図ることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的に鑑み、本発明の第１の形態は、衛星から発せられた電波を受信することにより、走行車の現在地点を測位し、この測位に基づいて自律走行を行う自律走行方法において、測位が正常でないと判断された場合、走行車の自律走行を中止するステップと、測位が正常な状態に回復したか否かを判断するステップと、自律走行の中止から所定の期間が経過するまでの間に、測位が正常な状態に回復した場合、走行車の自律走行を再開するステップとを有する自律走行方法を提供する。
【０００８】
ここで、衛星から発せられた電波を受信できなかった場合、測位に関する情報が得られなかった場合、測位に関する情報は得られたが、測位に関する情報のエラーが検出された場合、または測位に必要な数の衛星を捕捉できなかった場合の少なくとも１つに該当する場合に、測位が正常でないと判断するようにしてもよい。
【０００９】
また、上記自律走行を中止するステップに続き、所定の期間、走行車を停止させるステップをさらに設けてもよい。
【００１０】
上記の測位が正常な状態に回復したか否かを判断するステップは、走行車を予め設定された走行状態に設定する異常処理モードの実行中に行われるようにすることが好ましい。
【００１１】
また、この異常処理モードは、例えば、プログラムされた方向に走行車を前進させるとか、走行履歴に基づいて、その経路を後進させるといったように、予めプログラムされた方向に走行車を走行させるようにすることが好ましい。
【００１２】
さらに、自律走行の中止から所定の期間が経過するまでの間に、測位が正常な状態に回復しなかった場合、走行車を駆動させる駆動源の動作を停止させるステップをさらに設けてもよい。
【００１３】
本発明の第２の形態は、衛星から発せられた電波を受信することにより、走行車の現在地点を測位し、この測位に基づいて自律走行を行う自律走行車において、衛星から発せられた電波を受信することにより、自律走行車の現在地点を測位する位置検出手段と、測位が正常であるか否かを判断する判断手段と、位置検出手段からの出力と、位置検出手段からの出力とに基づいて、自律走行車の走行を制御する制御手段とを有し、この制御手段は、測位が正常でないと判断された場合、自律走行車の自律走行を中止すると共に、自律走行の中止から所定の期間が経過するまでの間に、測位が正常な状態に回復した場合、自律走行車の自律走行を再開する制御部とを有する自律走行車を提供する。
【００１４】
この判断手段は、衛星から発せられた電波を受信できなかった場合、測位に関する情報が得られなかった場合、測位に関する情報は得られたが、この情報のエラーが検出された場合、または測位に必要な数の衛星を捕捉できなかった場合測位が正常でないと判断するようにすることが好ましい。
【００１５】
ここで、自律走行車が実際に自律走行を行う作業地域に関するデータを記憶するデータ記憶部をさらに有し、この判断手段は、位置検出手段により測定された自律走行車の現在地点が、作業地域に関するデータに対して基準値以上、相違する場合、測位に関する情報にエラーがあると判断するようにしてもよい。
【００１６】
【作用】
このような構成において、測位が正常でないと判断されると、自律走行を中止して、正常な状態への回復を一定時間の間だけ待つ。一時的な測位の異常は、この待機により回復することが期待でき、回復したならば、中止された自律走行を再開する。これにより、測位異常が発生しても、それが一時的なものである限り、自律走行を継続することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
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、車体部１、車体部１のフロントに付けられた芝刈り用作業機２、及び車輪３ａ、３ｂを有している。車体部１には、ＧＰＳ用の受信アンテナ４、無線通信用の受信アンテナ５及び地磁気センサ６が装着されている。作業機２は、複数のカッターユニットを有しており、車体部１に対して回動可能な状態で取り付けられることにより、昇降動作が可能である。車体部１には、ＧＰＳ装置や推測航法装置を含む制御装置が装着されている。また車輪エンコーダ７が車輪３ａの軸部に装着されている。車輪エンコーダ７は、車輪の回転を検出するセンサである。
【００１８】
図２は、芝刈り作業車の制御装置のブロック図である。推測航法位置検出部１１及びディファレンシャルＧＰＳ（以下Ｄ−ＧＰＳという）位置検出部１２によって芝刈り作業車の走行位置を認識することができる。推測航法位置検出部１１において、ある基準となる地点からの走行履歴を算出することにより、作業車の現在位置が測定される。この走行履歴は、車輪エンコーダ７により測定された走行距離を、地磁気方位センサ６により測定された走行方向の変化に応じて累積したものである。
【００１９】
Ｄ−ＧＰＳ位置検出部１２において、ＧＰＳ衛星から発せられた電波及び固定局から得られたディファレンシャル情報に基づいて、現在の走行位置が測定される。ＧＰＳ衛星からの電波は、ＧＰＳ用の受信アンテナ４を介して受信される。一方、固定局からの電波は、受信アンテナ５を介して受信される。周知のように、ＧＰＳ衛星から発せられた電波のみを用いた自己位置の測定は誤差が大きい。そこで、この測定値における同位相成分の誤差を除去するために、既知の地点に設置された固定局において、この地点の位置観測を行う。そして、この位置観測に基づいて得られた補正情報を自律走行車にフィードバックする。例えば、ポジション法を用いた場合、作業車側の受信機と固定局側の受信機の双方が捕捉するＧＰＳ衛星が同一となるように同期をとり、双方から得られた絶対位置に関する情報を引き算する。このようなＤ−ＧＰＳ測位を行うことで、走行車の自己位置を精度よく測定することができる。
【００２０】
自律走行モード時において、制御部１３は、Ｄ−ＧＰＳ位置検出部１２及び推測航法位置検出部１１からの検出信号に基づいて、目標地点に向けて走行するように、駆動制御部１４及び操舵制御部１５を制御する。駆動制御部１４は、制御部１３からの制御信号を、それに対応した制御量に変換することにより、図示していないエンジンを駆動源とする油圧モータを制御する。この油圧モータにより走行車の駆動力が発生される。また、操舵制御部１５は、制御部１３からの制御信号を、それに対応した制御量に変換することにより、図示していない操舵機構を動作させる。また、制御部１３は、必要に応じて、データ記憶部１６にアクセスして、所望のデータをデータ記憶部１６から読み出したり、データ記憶部１６中に書き込んだりする。なお、作業機２の昇降制御も制御部１３により行われ、図示していない昇降制御部を介して昇降機構が動作される。
【００２１】
データ記憶部１６中には、作業車を動作させるために必要なプログラムやデータが不揮発性領域（例えば、ＲＯＭ領域）に記憶されている。また、実際の作業フィールドに関する地形データや作業の手順をデータが書き換え可能領域（例えば、ＲＡＭまたはＥＥＰＲＯＭ領域）に記憶されている。
【００２２】
測位情報チェック部１７は、ＧＰＳ（Ｄ−ＧＰＳも含む）による測位が正常であるか否かを判断する。発生した測位異常には、一時的なものと永続的なものとがある。一時的な測位異常は、ある程度の時間が経過すると測位異常が解消される。一時的な異常が発生する典型的なケースは、作業機近辺の建造物等により遮られて衛星を捕捉できない場合である。また、マルチパスによる一時的な測位異常もある。建物などに電波が反射することによってマルチパスが生じて、電波が複数の経路で自律走行車に到達する。このようなマルチパスは、直接波と干渉して受信障害の要因となる。Ｄ−ＧＰＳ位置検出部１２が、直接波ではなく、このような反射波に基づいて測位を行ってしまう場合もある。反射波の経路は直接波よりも長くなるために、測位に大きな誤りが生じてしまう。一方、永続的な測位異常は、一定時間が経過しても回復が望めない異常である。このような異常が発生するケースとしては、ＧＰＳ用の受信アンテナ４の故障やＤ−ＧＰＳ位置検出部１２の故障といったシステム自体の故障がある。
【００２３】
（受信状態のモニタリング）
このような測位異常は、例えば、ＧＰＳ衛星から発せられた電波をＧＰＳ用の受信アンテナ４が有効に受信できなかった場合に発生したものと判断してもよい。建物の遮蔽やマルチパスによる受信障害が行った場合、一時的に受信状況が悪化するので、これをモニタリングすることにより、測位異常を判断することができる。
【００２４】
（出力状態のモニタリング）
上記の受信状態のモニタリングに代えて、Ｄ−ＧＰＳ位置検出部１２からの出力をモニタリングすることで測位異常の発生を判断してもよい。システム自体に故障がある場合、作業機近辺の建造物等により遮られて衛星を捕捉できない場合、または、マルチパスによる受信障害が発生した場合、Ｄ−ＧＰＳ位置検出部１２からは測位情報が出力されない。従って、位置検出部１２からの測位情報の出力状態をモニタリングすることにより、測位異常と判断することができる。
【００２５】
（測位情報のチェック）
Ｄ−ＧＰＳ位置検出部１２より出力された測位情報に異常ある場合に、測位異常が発生したものと判断することも可能である。例えば、マルチパスにより位置検出部１２が反射波に基づいた測位を行ってしまった場合、測位情報は、本来の地点とは大きくかけ離れた地点を示す。そこで、Ｄ−ＧＰＳ位置検出部１２から得られた測位結果が、データ記憶部１６中に記憶されている実際に自律走行が行われる作業地域に関するデータに対して、基準値以上相違する場合に、測位結果にエラーがあると判断してもよい。例えば、ＧＰＳのある目標地点に対して、実際の測位が所定のしきい値以上オフセットしている場合、測位にエラーがあると判断できる。また、実際に測位結果が、その作業領域外の地点を示しており、その地点が作業領域を囲む領域（すなわち外縁）からしきい値以上ずれているならば、測位に異常があると判断できる。また、チェックサム異常のように、測位情報のデータ規則に違反がある場合に測位異常と判断することも、もちろん可能である。
【００２６】
（捕捉衛星数のモニタリング）
この他にも、測位に必要な数だけＧＰＳ衛星が捕捉されない場合に、測位異常が発生したものと判断してもよい。例えば、建造物により遮蔽されて、測位に必要な数だけ衛星を捕捉できない等、捕捉していた衛星数が減少する。
【００２７】
このように測位異常の発生の有無を判断する方法は様々なものがあり、上述した例は最も典型的な例である。なお、測位が正常でなくなった状態をより正確に判断するために、このような判断基準を複数組み合わせて適用してもよい。
【００２８】
測位情報チェック部１７は、上述したような方法に基づいて、測位異常の有無を判断し、異常がある場合は、測位異常を示す信号を制御部１３に対して出力する。
【００２９】
図３は、走行制御のメインフローチャートである。芝刈り作業車は、自律走行モードと、測位が正常でない場合に実行される異常処理モードと、異常発生時における最終的手段としてのエンジン停止という３つのモードを有している。これらのモードは、フラグＧＰＳ及びフラグＳＴＯＰの状態により指定される。フラグの状態と指定されるモードとの関係は以下の通りである。なお、図３のフローは所定間隔で繰り返し実行される。従って、フラグの変化に応じて、現在のモードにおける走行制御が中止され、変更後のモードにおける走行制御が実行される。なお、フラグＳＴＯＰは、初期設定として０が設定されている。
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【００３０】
図４は、自律走行モードの走行制御フローチャートである。フラグＧＰＳが１である限り、このフローチャートは繰り返し実行され、フラグＧＰＳが０になった時点でその実行が中止される。まず、Ｄ−ＧＰＳ位置検出部１２及び推測航法位置検出部１１からの測位情報に基づいて、制御部１３により、作業車の現在位置が算出される（ステップ４０１）。この算出位置は、現在の目標地点と比較され、作業車が目標地点に到達したか否かが判断される（ステップ４０２）。作業車が目標地点に到達していないと判断された場合はステップ４０４に進む。一方、目標地点に到達していると判断された場合には、データ記憶部１６中に作業データとして記憶されている次の目標地点を、新たな目標地点として再設定した上で（ステップ４０３）、ステップ４０４に進む。
【００３１】
ステップ４０４では、目標地点及び算出された現在位置に基づいて、この目標地点に向かって進むべき方向（目標進行方位角）が算出される。そして、地磁気センサ６から作業車の現時点における進行方位角を読み出し（ステップ４０５）、目標進行方位角と現在の進行方位角とに基づいて、操舵機構の操舵量が算出される（ステップ４０６）。操舵制御部１５は操舵機構を動作させることにより、作業車は目標地点に向けて走行する（ステップ４０７）。
【００３２】
以下、ＧＰＳ測位に異常が発生した場合における走行制御について、図５及び図６に基づいて説明する。図５は、モード切り換えの判定フローチャートであり、このフローは所定間隔で繰り返し実行される。また、図６は、異常処理モードの走行制御フローチャートである。
【００３３】
まず、作業車が正常に自律走行をしている間（フラグＧＰＳが１に設定されている間）は、図５のステップ５０１→ステップ５０２→(Return)というパスが繰り返し実行される。自律走行中に、測位に異常が発生した場合（ステップ５０２）、フラグＧＰＳは１から０に変更される（ステップ５０３）。この測位の異常は、設定された判断基準に基づいて測位情報チェック部１７においてチェックされる。
【００３４】
ステップ５０３によりフラグＧＰＳが０（フラグＳＴＯＰは初期設定の０のまま）に変更されると、図３に示したように、自律走行モードによる走行制御が中止され、異常処理モードによる走行制御が開始される。図６の異常処理モードの走行制御フローチャートに示されているように、このモードでは、まず、作業車は停止し（ステップ６０１）、次に予め設定された期間、そのまま待機する（ステップ６０２）。そして、作業車は、所定時間経過後、一定距離予定経路を移動する（ステップ６０３）。このステップ６０３で重要なことは、受信環境を積極的に変えることにより、正常な状態を回復できる可能性を高めることである。従って、作業車を待機地点と異なる地点に、自律走行によることなく強制的に移動させる。この移動のアルゴリズムは様々なものが考えられる。例えば、プログラムされた方向に前進させてもよいし、走行履歴に基づいて、既に走行してきた経路を後進させてもよい。
【００３５】
異常処理モードにおける走行車の停止、待機、移動という一連の走行制御のもとで、図５のモード切り換え判定の判定フローチャートが、所定の間隔で繰り返し実行される。まず、ステップ５０１において、フラグＧＰＳは０であるから、ステップ５０４に進む。ステップ５０４において、測位情報チェック部１７により、発生した測位異常が回復しているか否かが判断される。測位異常が回復している場合には、フラグＧＰＳが０から１に変更される（ステップ５０５）。これにより、異常処理モードは中止され、自律走行モードが再開される。
【００３６】
ステップ５０４において、発生した測位異常が回復しない場合は、ステップ５０６に進む。ステップ５０６において、測位異常が発生してからの経過時間が、制限時間を超えていないか否かが判断される。経過していなければ、(Return)に進み、再度このフローを実行する。一方、ステップ５０６において、経過時間が制限時間を超えた場合は、ステップ５０７により、フラグＳＴＯＰが０（初期設定）から１に変更される。その結果、測位異常を回復させるための異常処理モードが中止され、最終的な手段として、作業車のエンジンが停止される。エンジンが停止してしまった後は、従来技術と同様、作業の管理者が停止場所に行って、状態を回復させるといった復旧作業が必要になる。
【００３７】
以上の説明からわかるように、測位異常が発生した場合、自律走行が中止され、作業車は停止し、所定時間だけ停止場所で待機する。ＧＰＳではＦＭ放送やテレビ放送と違い、電波を送出している衛星が常時移動しているために、マルチパスによる障害が長時間継続しないという傾向がある。従って、待機時間を適切に設定することにより、作業車を単に待機させていても、一時的な測位異常の回復が期待できる。
【００３８】
次に、待機によっても回復しない場合は、作業車の位置を強制的に移動させることにより、測位異常の回復を試みる。例えば、作業車近辺にある建物や木々の遮蔽による一時的な測位不能は、作業車の位置を変えることで解消することができる可能性がある。特に、ゴルフ場で芝刈りを行う場合、低木による遮蔽は極めて局所的であるから、作業車を移動させることにより、測位異常の回復が期待できる。
【００３９】
測位異常が復旧せずに、予め設定された制限時間を超過してしまった場合、最終的な非常手段として、エンジン等の駆動源の動作が停止される。待機時間、待機後の移動方向、或いは制限時間等を適切に設定すれば、かなりの測位異常を回復させることが期待でき、自律走行を最終的に停止させなければならないのは、永続的な測位不能による場合がほとんどであろう。
【００４０】
このように、従来技術では、測位不能が発生した場合、何ら回復処理を行うことなく自律走行が一律に中止され、エンジンが停止されていた。これに対して、本実施例では、エンジン停止に先立ち、異常が回復したかを制限時間の間モニタリングする。そして、異常が回復することなく制限時間が経過した場合に、はじめてエンジンを停止させている。従って、従来技術と比べて、測位異常が発生しても自律走行が最終的に中断される可能性を低減することができ、自律走行における作業効率を向上させることができる。
【００４１】
【発明の効果】
このように、本発明では、測位異常が発生しても、それにより自律走行が最終的に中断される可能性を低減することができる。これにより、自律走行に伴う作業の作業効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  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
【図２】  芝刈り作業車の制御装置のブロック図
【図３】  走行制御のメインフローチャート
【図４】  自律走行モードの制御フローチャート
【図５】  走行モード切り換え判定のフローチャート
【図６】  異常処理モードの制御フローチャート
【符号の説明】
１  車体部、２  芝刈り用作業機、３ａ，ｂ  車輪、
４  ＧＰＳ用の受信アンテナ、５  無線通信用の受信アンテナ、
６  地磁気センサ、７  車輪エンコーダ、１１  推測航法位置検出部、
１２  Ｄ−ＧＰＳ位置検出部、１３  制御部、１４  駆動制御部、
１５  操舵制御部、１６  データ記憶部、１７  測位情報チェック部
【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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【図６】
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