(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
衛星からの電波に基づいて走行車の位置を検出しながら、予め設定された目標位置へ向けた走行を行う自律走行モードと、予め設置された磁気誘導路に沿って走行する磁気誘導走行モードとを有する前記走行車の前記磁気誘導路の設置方法において、
前記自律走行モードの終了から前記磁気誘導走行モードの開始までの間に設定される移行走行モードにおいて、前記自律走行モードにおける最後の目標位置の測位誤差の範囲内にある任意の地点から、前記走行車を予め設定された方向に向けて走行させた場合に、前記走行車の進路が前記磁気誘導路と交差するように前記磁気誘導路を、前記目標位置に対して前記予め設定された方向側に前記測位誤差以上オフセットして設置すると共に、前記進路の方向と前記誘導路上の前記走行車の走行方向とがなす進入角度が鋭角を構成するように、前記磁気誘導路を設置することを特徴とする磁気誘導路の設置方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気誘導走行を行う走行車の磁気誘導路の設置方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自律走行技術を用いて、予め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、測位衛星から送信された電波を受信して、この受信波を用いて自己位置の測位を行う技術である。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、走行車を目標位置に向かって走行させる技術である。
【０００４】
自律走行は以下の手順により実行される。まず、想定した走行経路上に、離散的な目標地点を複数設定しておく。走行車は、ＧＰＳにより、目標地点を絶対位置として測位すると共に、推測航法により、この絶対位置に対する相対位置を測位しながら走行する。このようにして、走行車は最後の目標地点に向けて走行する。
【０００５】
しかしながら、ＧＰＳでは、衛星及び受信機間の時間的誤差、衛星軌道の誤差、電離層や大気圏における電波遅延、及びマルチパス等の影響により、十分な測位精度が得られない。また、推測航法では、走行距離が累積するに従って測定誤差が大きくなってしまう。このような精度的な問題により、比較的狭い領域内を正確に自律走行させることは困難である。
【０００６】
このような自律走行における問題から、走行車を精度よく走行させたい場所では、自律走行から磁気誘導走行に走行モードを切り換えることにより、走行車を走行させる。磁気誘導走行とは、電線や磁石等を地面に埋設した磁気誘導路を設け、この誘導路が発生した磁界を磁気センサで検出することにより、走行車を誘導路に沿って走行させる技術である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来、自律走行から磁気誘導走行への移行時において、移行の確実性の欠如といった問題が指摘されていた。すなわち、自律走行における最後の目標地点から磁気誘導路に、走行車を乗せようとしても、うまく乗らなかったり、乗ったものの誘導路を逆走してしまうケースが生じることがあった。このような不測の事態が生じると、正常な走行を継続することはできず、作業が中断されてしまう。また、予想外の走行によるアクシデントの発生といった危険性もある。
【０００８】
そこで本発明の目的は、自律走行から磁気誘導走行に確実に移行できるような磁気誘導路の設置方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、衛星からの電波に基づいて走行車の位置を検出しながら、予め設定された目標位置へ向けた走行を行う自律走行モードと、予め設置された磁気誘導路に沿って走行する磁気誘導走行モードと、自律走行モードの終了から磁気誘導走行モードの開始までの間に設定される移行走行モードのいずれかにより走行する走行車の前記磁気誘導路の設置方法において、移行走行モードにおいて、自律走行モードにおける最後の目標位置の測位誤差の範囲内にある任意の地点から、走行車を予め設定された方向に向けて走行させた場合に、走行車の進路が磁気誘導路と交差するように磁気誘導路を設置すると共に、進路の方向と誘導路上の走行車の走行方向とが鋭角を構成するように、磁気誘導路を設置する磁気誘導路の設置方法を提供する。
【００１０】
ここで、磁気誘導路を、目標位置に対して予め設定された方向側に測位誤差以上オフセットして設置することが好ましい。
【００１１】
【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。この作業車は、ゴルフ場やグランドといった各種フィールドを自律的に走行し、フィールド上の芝を自動で刈り取ることができる（自律走行モード）。作業車は、ＧＰＳまたはディファレンシャルＧＰＳ（これらを、以下ＧＰＳと呼ぶ）及び推測航法と呼ばれる２つの技術を併用して自律走行を行う。また、フィールド間の移動は磁気誘導走行により行われる（磁気誘導走行モード）。さらに、自律走行モードから磁気誘導走行モードに移行するまでの過渡的なモードとして、移行走行モードがある（３つのモードについては後述）。従って、例えば、多数のホールからなるゴルフ場の芝刈りなどでは、３つの走行モードが混在して実行される。
【００１２】
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。
【００１３】
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り、この回転数から走行車の走行距離を測定することができる。また、車体のリア部には磁気誘導路検出センサ８が取り付けられている。
【００１４】
図２は、磁気誘導路検出センサ８の概略的な構成を示す図である。磁気誘導路検出センサ８は、９個の磁気センサ（Ｓ１からＳ９）が一直線上に配置されており、作業車の走行方向に垂直に設置されている。磁気誘導路検出センサ８は、地面に設置された磁気誘導路が発する磁界を検出する。なお、磁気誘導路は、多数の磁鋼を一定の間隔で配置することによって形成されている。
【００１５】
図３は、３つの走行モードと走行車の走行状態との関係を示した図である。区間Ｘにおいて、作業車は自律走行モードで走行し、区間Ｙでは移行走行モードで走行し、区間Ｚでは磁気誘導走行モードで走行する。また、ノードａ、ｂは自律走行におけるＧＰＳノード（目標地点）である。また、位置ｃは移行走行モードで走行してきた作業車が磁気誘導路と交差する位置である。
【００１６】
作業車４１が目標ノードａを経由して、最後の目標ノードｂに到達すると、自律走行モードが終了し、移行走行モードが開始される。移行走行モードにおいて、作業車は、予め規定された方向に向けて作業車が直進するように制御される。進行方向は、必ずしも直進である必要はないが、本実施例では、最後の目標ノードｂから南東方向に向けて直進させるように規定されているものとする。図３に示したように、作業車は最終ＧＰＳノードｂから図示した矢印ＳＥの方向に直進する。
【００１７】
このような前提において、磁気誘導路の設置にあたっては、以下の２つの条件を具備するように設置しなければならない。
条件１．最後の目標ノードｂに関するＧＰＳの測位誤差
条件２．磁気誘導路上における作業車の走行方向
【００１８】
［条件１］
最後の目標ノードｂから予め設定された方向（本実施例では東南）に向けて作業車を走行させた場合、作業車がＧＰＳの測位誤差を考慮した上で、その進路が磁気誘導路と必ず交差するように設置する。ＧＰＳによる測位は必ず誤差を有している。一般にＧＰＳでは最低でも数十ｍ程度、より精度の高いディファレンシャルＧＰＳでも数ｃｍから数ｍ程度の測位誤差があるといわれている。この測位誤差をｆとすると、最後の目標ノードｂを目標に実際に走行してきた作業車は、図３に示したように、ノードｂを中心とした半径ｆの円領域ｅ内のいずれかの地点（到達地点）に到達する。この円領域ｅを最後の目標ノードに関する誤差領域と呼ぶ。従って、磁気誘導路は、目標ノードに対して東南の方向側に測位誤差以上オフセットして設置する必要がある。
【００１９】
誤差範囲ｅ内の地点から、作業車を南東の方向に直進させた場合、作業車は図３における直線Ｒ１と直線Ｒ２で挟まれた領域内を、これらの直線と平行に走行する。直線Ｒ１及び直線Ｒ２は、ＧＰＳの測位誤差の絶対値が最も大きい場合における移行走行モード時の走行ラインを示している。なお、作業車は地磁気センサ６で南東方向を常に確認しながら走行する。その際、多少の誤差は生じるが、この誤差は極めて小さいので、直線Ｒ１と直線Ｒ２は、ほぼ平行とみてよい。
【００２０】
磁気誘導路は、直線Ｒ１と直線Ｒ２で挟まれた領域内で、作業車の進路と必ず交差するように設置する。例えば、図のＲ３で示した領域のように磁気誘導路を直線的に設置すれば、どの程度の測位誤差が生じても、必ず磁気誘導路と交差する。従って、作業車が磁気誘導路を発見できないということはない。
【００２１】
磁気誘導路と交差したか否かは、磁気誘導路検出センサ８の各磁気センサの出力をモニタリングし、しきい値と比較することにより判断できる。図４は、磁気誘導路検出センサを構成する各磁気センサの出力を示した図である。同図（ａ）は、作業車が磁気誘導路と交差した場合の、磁気センサの各出力を示している。９個のセンサの平均値と最大値とを求め、その差を求める。この差が所定のしきい値より大きければ、交差したと判断する。
【００２２】
一方、図４（ｂ）は、走行車が磁気誘導路と交差していない場合の、各磁気センサの出力を示している。このケースでは、磁気センサの最大値と平均値との差がしきい値よりも小さいので、交差していないと判断する。このように、適切なしきい値を設けておき、出力の最大値を平均値との差を求めることで、作業車が磁気誘導路に交差したか否かを求めることができる。
【００２３】
［条件２］
作業車の進路の方向と磁気誘導路上の作業車の走行方向とが鋭角を構成するように磁気誘導路を設置する必要がある。上記の条件１を具備すれば、作業車は必ず磁気誘導路に乗ることはできる。しかしながら、この誘導路上を所望の方向（図示の方向Ｐ）に向けて進行する保証はなく、逆走してしまう場合もある。そこで、磁気誘導路上の進行方向を特定するための条件が、本条件である。
【００２４】
図示のように、移行走行区間Ｙにおける進路（矢印ＳＥ）と、磁気誘導路区間での走行方向（矢印Ｐ）とがなす角度は、進入角度θとなる。磁気誘導路検出センサ６における磁気センサＳ１が車体の進行方向に対して最も左側に配置されていて、磁気誘導路検出センサＳ９が最も右側に配置されているとするならば、交差時の操舵制御は以下のようになる。進入角度θが鋭角の場合、まず、磁気センサＳ９の出力レベルが上がる。作業車の走行制御機構は、センサＳ５の出力レベルが最も高くなるように操舵機構を制御する。すなわち、誘導路が車体の中心に位置するように制御する。その結果、走行方向に対して右側に操舵しながら誘導路へ進入していくことになる。その後、中心のセンサＳ５を過ぎてより左側のセンサの出力レベルが高くなるため、今度は、左操舵を行う。このような蛇行を繰り返すことで、方向Ｐへと収束していく。最終的に、各磁気センサからの出力は、図４（ａ）のように、磁気センサＳ５の出力が最大となる状態になる。
【００２５】
もし、進入角度θが方向Ｐに対して鈍角をなしていたとすると、上記のような操舵メカニズムにより、作業車は方向Ｐとは逆の方向を走行することになる。従って、作業車を矢印Ｐの方向に進行させたいならば、矢印ＳＥと矢印Ｐとが鋭角を構成するように、磁気誘導路を設置することが必要である。
【００２６】
なお、磁気誘導路は、進入角度θが鋭角である限り、図３のＲ３のように直線とする必要はなく曲線であってもよい。
【００２７】
【発明の効果】
このように本発明では、ＧＰＳ測位の誤差及び磁気誘導路に対する走行車の進入角度を考慮して磁気誘導路を設置することにより、作業車を磁気誘導路に正確に乗せることができる。その結果、自律走行から磁気誘導走行への移行を確実に行うことが可能となるため、作業の停止やアクシデントの発生を有効に防止することができる。
【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】  磁気誘導路検出センサ８の概略的な構成を示す図
【図３】  ３つの走行モードと走行車の走行状態との関係を示した図
【図４】  磁気誘導路検出センサを構成する各磁気センサの出力を示した図
【符号の説明】
１  車体部、２  芝刈り用作業機、３ａ，３ｂ  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、８  磁気誘導路検出センサ
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図３】
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