JP6038990B2 - 無人作業車の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、作業領域を自律走行して芝刈りなどの作業を行う無人作業車の制御装置に関する。

従来、エリアワイヤによって画定された作業領域を自律走行しつつ作業を行うように無人作業車の走行動作を制御する装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載の装置は、作業車に複数の磁界検出手段を設け、複数の磁界検出手段により検出された磁界強度の差に基づいて作業車が一対のエリアワイヤによって挟まれた狭路を走行可能となるように構成する。

国際公開第２０１２／０４４２２０号

ところで、例えば第１領域と第２領域とが狭路を介して接続され、第１領域に位置する作業車により第２領域で作業を行わせる場合、作業効率の観点からは、第１領域から第２領域へと作業車を迅速に移動させることが好ましい。しかしながら、上記特許文献１は、単に磁界検出手段の検出値に基づいて狭路走行する技術を記載するだけであり、上記特許文献１記載の技術では、第１領域から第２領域へと作業車を迅速に移動させることが困難である。

本発明の一態様は、エリアワイヤによって画定され、かつ、狭路を介して接続された第１領域と第２領域とを含む作業領域を自律走行するように走行手段を有する作業車を制御する無人作業車の制御装置であって、エリアワイヤを流れる電流によって生じる磁界を検出する磁界検出手段と、作業車の位置を検出する位置検出手段と、トレースモードにおいて、磁界検出手段により検出された磁界に基づきエリアワイヤに沿って作業車が走行するように走行手段を制御する第１走行制御手段と、第１走行制御手段によりトレースモードで作業車を走行させたときの位置検出手段によって検出された作業車の位置に基づき、狭路の位置を特定する狭路特定手段と、第１領域に位置する作業車を第２領域に移動させるとき、狭路特定手段により特定された狭路の入口に向けて作業車が直進走行するように、位置検出手段により検出された作業車の位置に基づき走行手段を制御する第２走行制御手段と、第１走行制御手段によりトレースモードで作業車を走行させたときの位置検出手段によって検出された作業車の位置に基づき、複数のセルを配列してなる前記作業領域のマップを生成するマップ生成手段とを備え、狭路特定手段は、トレースモード時に作業車が通過するマップ上のセルの位置情報を記憶するとともに、作業車の進行方向の所定範囲内に位置情報が既に記憶されたセルがあるとき、このセルと作業車が位置するセルとをそれぞれ狭路セルとして、この狭路セルの位置情報に基づいて狭路の位置を特定することを特徴とする。

本発明によれば、トレースモードで作業車を走行させたときの作業車の位置に基づいて狭路の位置を特定し、狭路の入口に向けて作業車を直進走行させるようにしたので、第１領域から第２領域へと狭路を介して作業車を迅速に移動させることができる。

本発明の実施形態に係る無人作業車の構成を概略的に示す側面図。 本発明の実施形態に係る無人作業車の構成を概略的に示す平面図。 本発明の実施形態に係る無人作業車の制御装置の構成を示すブロック図。 本発明の実施形態に係る無人作業車によって作業を行う作業領域の一例を示す図。 エリアワイヤからの距離と磁界強度との関係を示す図。 作業領域マップの一部を拡大して示す図。 図４の作業領域に対応する作業領域マップの一例を示す図。 図３の狭路特定部により特定される狭路セルの一例を示す図。 作業車の進行方向と狭路セルを特定するための検索範囲との関係を示す図。 図３のＥＣＵで実行される処理の一例を示すフローチャート。

以下、図１〜図１０を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る無人作業車の構成を概略的に示す側面図であり、図２は平面図である。本発明の制御装置は、種々の無人作業車（以下、単に作業車と呼ぶ場合もある）に適用することができるが、本実施形態では、特に芝刈り作業を行う移動式芝刈り機に適用する。なお、以下では、平面視における作業車の直進方向（長さ方向）および直進方向に垂直な車幅方向を、それぞれ前後方向および左右方向と定義するとともに、作業車の高さ方向を上下方向と定義し、この定義に従い各部の構成を説明する。

図１，２に示すように、無人作業車１は、シャシ１１とフレーム１２とを有する車体１０と、車体１０を接地面ＧＲから走行可能に支持する左右一対の前輪１３および左右一対の後輪１４とを備える。前輪１３は、ステー１１ａを介してシャシ１１の前側に回転可能に取り付けられる。後輪１４は、前輪１３よりも大径であり、シャシ１１の後側に直接、回転可能に取り付けられる。作業車１は、ユーザ自身が搬送可能な重量および寸法を有する。一例を挙げると、作業車１の全長（前後方向長さ）は５００ｍｍ程度、全幅は３００ｍｍ程度、高さは３００ｍｍ程度である。

シャシ１１とフレーム１２とで包囲された作業車１の内部空間１５には、作業機１６と、作業機駆動用の作業モータ１７と、後輪駆動用の走行モータ１８と、充電ユニット１９と、バッテリ２０とが配置される。

作業機１６は、回転体と回転体に取り付けられた芝刈り用のブレードとを有し、全体が略円盤形状を呈する。作業機１６は、回転体中央の回転軸を上下方向に向けて配置され、高さ調節機構２１により接地面ＧＲからのブレードの高さを調整可能に構成される。高さ調節機構２１は、例えばユーザにより操作可能なねじを備える。作業モータ１７は、作業機１６の上方に配置された電動モータにより構成され、その出力軸が回転体の回転軸に連結され、回転体と一体にブレードを回転駆動する。

走行モータ１８は、左右の後輪１４の左右内側に配置された一対の電動モータ１８Ｌ，１８Ｒにより構成される。走行モータ１８Ｌ，１８Ｒの出力軸は、左右の後輪１４の回転軸にそれぞれ連結され、走行モータ１８Ｌ，１８Ｒは、左右の後輪１４を互いに独立に回転駆動する。すなわち、作業車１は、前輪１３を従動輪、後輪１４を駆動輪として構成され、走行モータ１８Ｌ，１８Ｒは、左右の後輪１４を互いに独立に正転（前進方向への回転）または逆転（後進方向への回転）させる。左右の後輪１４の回転に速度差を生じさせることで、作業車１は任意の方向に旋回することができる。

例えば、左右の後輪１４をそれぞれ正転させた際に、右後輪１４の回転速度が左後輪１４の回転速度よりも速いと、その速度差に応じた旋回角で作業車１は左方に旋回する。一方、左後輪１４の回転速度が右後輪１４の回転速度よりも速いと、その速度差に応じた旋回角で作業車１は右方に旋回する。左右の後輪１４を互いに同一速度で一方を正転、他方を逆転させると、作業車１はその場で旋回する。

充電ユニット１９は、ＡＣ／ＤＣ変換器を含み、フレーム１２の前端部に設けられた端子２２に配線を介して接続されるとともに、バッテリ２０に配線を介して接続される。端子２２は、接点２２ａを有し、端子２２が接点２２ａを介して充電ステーション３（図４参照）に接続することで、バッテリ２０に充電することができる。バッテリ２０は、配線を介して作業モータ１７と走行モータ１８とに接続され、作業モータ１７と走行モータ１８とは、ドライバを介してバッテリ２０から供給される電力により駆動する。

作業車１の前部には、左右方向に離間して一対の磁気センサ５１（磁気センサ５１Ｌ，５１Ｒ）が配置される。より具体的には、図２に示すように、作業車１の車幅方向中心を通り、かつ、直進方向に向かう中心線ＣＬに対して左右対称に、一対の磁気センサ５１Ｌ，５１Ｒが配置される。

図３は、本発明の実施形態に係る無人作業車の制御装置の構成を示すブロック図である。図３において、作業車１に搭載されたＥＣＵ（電子制御ユニット）４０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ、その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成されるマイクロコンピュータである。

ＥＣＵ４０には、作業車１の各種状態を検出するセンサ群５０と、充電ユニット１９と、バッテリ２０と、入力部２５と、表示部２６と、作業モータ１７と、左右一対の走行モータ１８（１８Ｌ，１８Ｒ）とが接続される。センサ群５０は、左右一対の磁気センサ５１（５１Ｌ，５１Ｒ）と、Ｙａｗセンサ５２と、Ｇセンサ５３と、方位センサ５４と、ＧＰＳセンサ５５と、接触センサ５６と、左右一対の車輪速センサ５７（５７Ｌ，５７Ｒ）と、電圧センサ５８とを含む。

磁気センサ５１は、磁界の大きさ（磁界強度）を示す信号を出力する。Ｙａｗセンサ５２は、作業車１の高さ方向の軸線（Ｚ軸）回りに生じる角速度（ヨーレート）を示す信号を出力する角速度センサであり、Ｙａｗセンサ５２からの信号により作業車１のＺ軸回りの旋回角を検出することができる。Ｇセンサ５３は、作業車１に作用する直交３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）方向の加速度を示す信号を出力する。方位センサ５４は、地磁気に応じた信号を出力する２軸または３軸構造の地磁気センサであり、方位センサ５４からの信号により所定方位（例えば北）に対する作業車１の向きを検出することができる。

ＧＰＳセンサ５５は、ＧＰＳ衛星からの電波を受信し、作業車１の現在位置（緯度、経度）を検出する。接触センサ５６は、作業車１が障害物等に接近または接触するとオン信号を出力する。車輪速センサ５７Ｌ，５７Ｒは、左右の後輪１４の車輪速を示す信号をそれぞれ出力し、車輪速センサ５７からの信号により、作業車１の走行距離を算出することができる。電圧センサ５８は、バッテリ２０の残電圧を検出する。

入力部２５は、ユーザにより操作される各種スイッチ、例えば作業車１の動作開始等を指令するメインスイッチおよび非常停止を指令する非常停止スイッチと、ユーザにより操作されるテンキーおよびカーソルキーとを含む。表示部２６は、ユーザに提供するための各種情報を表示するディスプレイにより構成される。

以上のように構成された作業車１は、予め定められた作業領域内を自律走行して作業を行う。図４は、作業領域ＡＲの一例を示す図である。作業領域ＡＲは、予め敷設（例えば接地面ＧＲから所定深さに埋設）されたエリアワイヤ２によって画定され、エリアワイヤ２は作業領域ＡＲの境界線Ｌ０に相当する。エリアワイヤ２には電流が流され、これにより作業領域ＡＲに磁界が発生する。なお、エリアワイヤ２上には、バッテリ２０を充電するための充電ステーション３が配置される。作業領域ＡＲは、作業車１の走行範囲を規定し、作業予定領域の他、作業を行わない非作業の領域を含んでもよい。

図４に示す作業領域ＡＲは、第１領域ＡＲ１と第２領域ＡＲ２とを含む。第１領域ＡＲ１と第２領域ＡＲ２とは狭路ＡＲ３を介して接続され、作業車１は、第１領域ＡＲ１と第２領域ＡＲ２との間を行き来することができる。充電ステーション３は、第１領域ＡＲ１に配置される。なお、狭路ＡＲ３とは、作業領域ＡＲの幅、すなわち互いに対向する一対のエリアワイヤ２間の距離Ｌが所定値以下の領域をいう。一例を挙げると、狭路ＡＲ３の幅（距離Ｌ）は、作業車１の幅以上かつ２ｍ以下である。

図５は、エリアワイヤ２からの距離ｄと磁界強度Ｈとの関係を示す図である。図５に示すように、磁界強度Ｈは、エリアワイヤ２からの距離ｄに応じて変化する。すなわち、磁界強度Ｈは、エリアワイヤ２上において０となり、作業領域ＡＲの内側でプラス、外側でマイナスの値となる。作業時には、ＥＣＵ４０が磁気センサ５１Ｌ，５１Ｒからの検出値を読み込み、検出値がマイナスになると、例えばＹａｗセンサ５２の検出値に基づき作業車１を作業領域ＡＲの内側に向けてランダムな角度に旋回させる。これにより作業領域ＡＲの内側で作業車１を走行（例えばランダムに直進走行）させながら作業を行うことができる。

本実施形態では、ＥＣＵ４０からの指令により、作業車１を作業モードとトレースモードと帰還モードとで動作させる。作業モードは、作業車１が作業領域ＡＲ内を自律走行しながら作業を行うモードである。帰還モードは、バッテリ２０への充電が必要になったときに、作業車１を充電ステーション３まで帰還させるモードである。トレースモードは、エリアワイヤ２に沿って作業車１を走行させるモードである。トレースモードは、作業モードの前に実行され、トレースモードにおいて作業領域ＡＲを把握する。作業領域ＡＲを把握した後は、作業モードの度にトレースモードを実行する必要はない。

図４に示すように、トレースモードにおいては、一対の磁気センサ５１Ｒ，５１Ｌのうち一方の磁気センサ（例えば５１Ｌ）をエリアワイヤ２の内側に位置させた状態で、他方の磁気センサ（例えば５１Ｒ）がエリアワイヤ２上を矢印Ａ方向に移動するように、ＥＣＵ４０の指令によりエリアワイヤ２に沿って作業車１を周回走行させる。すなわち、ＥＣＵ４０が磁気センサ５１Ｒの出力を監視し、磁気センサ５１Ｒによって検出される磁界強度Ｈが０となるように走行モータ１８Ｌ，１８Ｒを制御する。

例えば、磁気センサ５１Ｒによって検出される磁界強度Ｈがプラスになると、右側の走行モータ１８Ｒを減速かつ左側の走行モータ１８Ｌを増速させ、作業車１を右側に旋回させる。一方、磁気センサ５１Ｒによって検出される磁界強度Ｈがマイナスになると、右側の走行モータ１８Ｒを増速かつ左側の走行モータ１８Ｌを減速させ、作業車１を左側に旋回させる。これにより、磁気センサ５１Ｒをエリアワイヤ２に近づけ、磁気センサ５１Ｒにより検出される磁界強度Ｈを０に維持する。

トレースモードは、作業車１の端子２２が充電ステーション３の端子に接続した状態から開始され、作業車１がエリアワイヤ２に沿って周回走行した後、端子２２が再度端子に接続したときに終了する。なお、トレースモード時の作業車１の周回方向（Ａ方向）は予め定められ、本実施形態では反時計回りであるが、時計回りとしてもよい。トレース走行開始から終了までの作業車１の位置は、ＧＰＳセンサ５５により検出される。ＥＣＵ４０は、ＧＰＳセンサ５５からの信号に基づき、充電ステーション３を基準（原点）とした作業領域ＡＲの境界線Ｌ０の位置座標を特定する。

作業モードにおいては、第１領域ＡＲ１と第２領域ＡＲ２とで作業を行うが、いずれか一方の領域で優先的に作業を行わせたい場合がある。この場合、いずれか他方の領域に位置する作業車１を、狭路ＡＲ３を介していずれか一方の領域に移動させる。例えば、作業車１の現在位置が図４の位置Ｐ１であり、これに対し第２領域ＡＲ２の目標位置Ｐ２で作業を行わせる場合、狭路ＡＲ３を介して作業車１を第１領域ＡＲ１から第２領域ＡＲ２まで走行させる。

このとき、トレースモード時と同様に作業車１をエリアワイヤ２に沿って走行（トレース走行）させれば、作業車１を第２領域ＡＲ２まで移動することができる。しかしながら、この場合には第２領域ＡＲ２までの道のりが長くなるため、目標位置Ｐ２において迅速に作業を行うことができず、作業効率が低下する。そこで、本実施形態では、狭路ＡＲ３を介した一方の領域（第１領域ＡＲ１）から他方の領域（第２領域ＡＲ２）への効率的な走行を実現するため、以下のように無人作業車の制御装置を構成する。

図３に示すように、ＥＣＵ４０は機能的構成として、マップ生成部４１と、狭路特定部４２と、位置設定部４３と、走行制御部４４とを有する。走行制御部４４は、第１走行制御部４４１と第２走行制御部４４２とを有する。

マップ生成部４１は、トレースモードにおいて作業車１をトレース走行させた際のＧＰＳセンサ５５の検出値に基づき、作業領域ＡＲのマップ（作業領域マップＭＰ）を生成する。作業領域マップＭＰは、複数のセルを配列してなるビットマップにより構成される。なお、トレースモードによる走行は、エリアワイヤ２を敷設した後に一度だけ行えばよい。

図６は、作業領域マップＭＰの一部を拡大して示す図である。図６では、一辺が所定長さａ（例えば２００ｍｍ）の正方形状のセル６を、Ｘ軸とＹ軸とを含む水平面（ＸＹ平面）内に格子状に配列して作業領域マップＭＰが構成される。各セル６は所定位置（例えば充電ステーション３）を基準（原点）とした位置情報を含む。なお、セル６の寸法は適宜変更可能であり、例えば作業機１６の作業幅（ブレード最外径）に一致するように寸法を設定してもよい。

マップ生成部４１は、トレースモード時に作業車１が通過した作業領域マップＭＰ上のセル６を特定し、ＥＣＵ４０の記憶部（メモリ）に記憶する。例えば、トレース走行時にＧＰＳセンサ５５が取得した位置情報を用いて作業車１の走行軌跡ＰＡ０を算出し、走行軌跡ＰＡ０を含むセル６０（斜線部）を特定し、記憶する。このようにして特定されたセル６０は、作業領域ＡＲの境界線Ｌ０上のセルであり、以下、これを境界セルと呼ぶ。ＧＰＳセンサ５５ではなく、Ｙａｗセンサ５２と車輪速センサ５７からの信号により境界セル６０を特定することもできる。

その場合、まず、Ｙａｗセンサ５２からの信号に基づき所定時間Δｔ（例えば１００ｍｓ）毎に基準線（例えばＸ軸）に対する作業車１の旋回角Δθを検出する。さらに、車輪速センサ５７からの信号に基づき所定時間Δｔの間に作業車１が走行した走行距離ΔＬを検出する。次いで、検出された旋回角Δθと走行距離ΔＬとを用いて、次式(I)により、基準位置（例えば充電ステーション３の位置）に対するＸＹ平面上における所定時間Δｔ毎の作業車１の移動点Ｐの位置座標（Ｘ，Ｙ）を算出する。
Ｘ＝ΔＬ×cosΔθ，Ｙ＝ΔＬ×sinΔθ ・・・(I)
算出された移動点Ｐを順次直線で結ぶことにより、図６に示すようにエリアワイヤ２に沿った走行軌跡ＰＡ０が得られる。この走行軌跡ＰＡ０を含むセル６０（斜線部）が境界セル６０を構成する。

図７は、図４の作業領域ＡＲに対応する作業領域マップＭＰを示す図である。図には、各境界セル６０の中心点６００を順次結んだ線分経路ＰＡ１が示されている。この線分経路ＰＡ１は、作業領域ＡＲの境界線Ｌ０（図４）の形状にほぼ等しく、境界線Ｌ０に対応する。

狭路特定部４２は、マップ生成部４１により特定された境界セル６０の中心点６００の位置座標を算出し、境界セル６０の位置情報として、この位置座標をメモリに記憶する。さらに、境界セル６０のうちの狭路ＡＲ３を構成する狭路セルを特定し、狭路セルの識別情報をメモリに記憶する。具体的には、作業車１の進行方向における所定範囲内のセル６に、既に位置情報が記憶されたセル６、すなわちトレースモード時に作業車１が通過済みのセル６があるとき、その通過済みのセル６と作業車１が現在位置するセル６とが狭路セルとなる。

図８は、狭路セル６１の一例を示す図である。図８において、作業車１がエリアワイヤ２上を矢印Ａ１方向に走行すると、作業車１が通過した境界セル６０（これを特に通過済みセル６０ａと呼び、斜線で示す）の位置情報がメモリに記憶される。その後、作業車１がエリアワイヤ２上を矢印Ａ２方向に走行し、現在位置が図８の位置Ｐ１になると、狭路特定部４２は、位置Ｐ１から所定範囲内に通過済みセル６０ａが存在するか否かを判定する。所定範囲（検索範囲）は作業車１の進行方向に応じて定められる。

図９は、作業車１の進行方向と検索範囲ＡＲ４との関係を示す図である。本実施形態では、作業車１が反時計方向に走行するため、進行方向の右側に通過済みセル６０ａは存在しない。したがって、進行方向とその左側に検索範囲ＡＲ４を設定する。具体的には、図９に示すように作業車１の現在位置（斜線部）に対し、進行方向およびその左側の５セル分を検索範囲ＡＲ４とする。なお、作業車１が時計回りに走行する場合には、進行方向とその右側に検索範囲ＡＲ４を設定する。すなわち、作業車１から見て作業領域ＡＲが存する方向の所定範囲内に検索範囲ＡＲ４を設定する。なお、所定範囲は、狭路ＡＲ３を定義する作業領域ＡＲの幅を考慮して決定する。例えば、作業領域ＡＲの幅が２ｍ以下のものを狭路ＡＲ３と定義する場合、所定範囲は例えば２ｍにする。

図９に示すように検索範囲ＡＲ４を設定した状態において、図８の位置Ｐ１に作業車１が到達すると、検索範囲ＡＲ４内の位置Ｐ２に通過済みセル６０ａが存在する。よって、狭路特定部４２は、位置Ｐ１と位置Ｐ２のセル６をそれぞれ狭路セル６１とし、これらセル６（狭路セル６１）に他の境界セル６０と識別するための識別情報を付加してメモリに記憶する。したがって、メモリに記憶されるセル情報として、境界セル６０は固有の位置情報を含むが、狭路セル６１はこれに加えて識別情報も含む。

位置設定部４３は、作業車１の移動の目標位置を設定する。目標位置は、例えば入力部２５を介してユーザが手動で入力することができる。作業車１が帰還モードで充電ステーション３に帰還した場合、帰還前の最終作業位置を目標位置として設定してもよい。例えば作業車１が、図４の位置Ｐ２からバッテリ２０の充電のために充電ステーション３に帰還したとき、位置Ｐ２が最終作業位置となり、バッテリ２０の充電後にこの最終作業位置Ｐ２を、狭路ＡＲ３を介した目標位置としてもよい。

走行制御部４４は、走行モータ１８に制御信号を出力し、作業車１の走行動作を制御する。とくに第１走行制御部４４１は、トレースモード時の作業車１の走行動作を制御する。すなわち、トレースモードにおいて、磁気センサ５１により検出された磁界強度Ｈに基づきエリアワイヤ２に沿って作業車１が走行するように走行モータ１８を制御する。

一方、第２走行制御部４４２は、作業モードにおいて作業車１が狭路ＡＲ３を走行する必要があるときに、作業車１の走行動作を制御する。すなわち、第１領域ＡＲ１に作業車１が位置する状態で、位置設定部４３により第２領域ＡＲ２に目標位置（最終目標）が設定されたときに、走行モータ１８に制御信号を出力し、作業車１の走行動作を制御する。

この場合、第２走行制御部４４２は、まず狭路特定部４２により特定された狭路ＡＲ３の入口に第１目標位置を設定する。そして、ＧＰＳセンサ５５により作業車１の現在位置を検出し、かつ、方位センサ５４により作業車１の向きを検出しながら、第１目標位置に向けて作業車１を直進走行させる。第１目標位置は、例えば第１領域ＡＲ１に隣接する狭路セル６１のうち、第２領域ＡＲ２から最も遠い狭路セル６１の中心点６００に設定する。

次いで、第２走行制御部４４２は、狭路特定部４２により特定された狭路ＡＲ３の出口に第２目標位置を設定する。そして、例えば磁気センサ５１の検出値に基づき、第２目標位置に向けて作業車１に狭路ＡＲ３内を走行させる。第２目標位置は、例えば第２領域ＡＲ２に隣接する狭路セル６１のうち、第１目標位置が設定された線分経路ＰＡ１の延長上の狭路セル６１の中心点６００に設定される。したがって、第１目標位置から第２目標位置まで、作業車１はエリアワイヤ２上を走行（トレース走行）する。

最後に、第２走行制御部４４２は、ＧＰＳセンサ５５により作業車１の位置を検出し、かつ、方位センサ５４により作業車１の向きを検出しながら、最終目標位置に向けて作業車１を直進走行させる。これにより作業車１は狭路ＡＲ３を介した最短ルートで最終目標位置まで辿り着くことができ、作業効率が向上する。なお、狭路セル６１の中心点６００ａの第１目標位置および中心点６００ｂの第２目標位置と境界線Ｌ０（エリアワイヤ２の位置）との間にずれがあり、第１目標位置から第２目標位置までトレース走行を良好に行うことができない場合、中心点６００ａ，６００ｂではなく狭路セル６１ａの境界線Ｌ０上の点に、第１目標位置と第２目標位置を設定してもよい。

図１０は、ＥＣＵ４０で実行される処理、主に第２走行制御部４４２で実行される処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、トレースモードでの走行完了後、作業モードにおいて作業車１が充電ステーション３に接続された状態から開始する。トレース走行が完了しているため、マップ生成部４１での作業領域マップＭＰの生成、狭路特定部４２での狭路セル６１の特定かつ位置情報および識別情報の記憶、および位置設定部４３での目標位置の設定が既に完了している。図７の例では、領域ＡＲ５（点線）内の境界セル６０が狭路セル６１に設定される。以下、図７を参照して図１０のフローチャートを説明する。

まず、ステップＳ１で、作業車１の現在位置（例えば図の位置Ｐ１）から目標位置（例えば図の位置Ｐ２）までの目標走行経路を演算する。具体的には、まず、作業領域マップＭＰのセル６の中から識別情報が付されたセル６、すなわち狭路セル６１を探索する。次いで、第１領域ＡＲ１に隣接する狭路セル６１（図７の狭路セル６１ａ）のうち、第２領域から最も遠い狭路セル６１の中心点６００（図７の中心点６００ａ）に第１目標位置を設定する。さらに、第２領域ＡＲ２に隣接する狭路セル６１（図７の狭路セル６１ｂ）のうち、第１目標位置が設定された線分経路ＰＡ１の延長上の狭路セル６１の中心点６００（図７の中心点６００ｂ）に第２目標位置を設定する。

そして、ステップＳ１では、充電ステーション３から離脱した離脱位置（図７の点Ｐ３）から第１目標位置（中心点６００ａ）までを直線で結んだ第１経路ＰＡ１１と、第１目標位置から第２目標位置（中心点６００ｂ）までの境界線Ｌ０（エリアワイヤ２）に沿った第２経路ＰＡ１２と、第２目標位置から最終目標位置Ｐ２までを直線で結んだ第３経路ＰＡ１３とにより、目標走行経路ＰＡ１０を設定する。

次いで、ステップＳ２で、走行モータ１８に制御信号を出力し、作業車１を後退、すなわち充電ステーション３から離脱させる。次いで、ステップＳ３で、ＧＰＳセンサ５５および方位センサ５４からの信号を読み込み、作業車１の位置および方向の情報（まとめて位置情報と呼ぶ場合もある）を取得する。次いで、ステップＳ４で、走行モータ１８に制御信号を出力し、作業車１を第１目標位置に向けて旋回させた後、第１経路ＰＡ１１に沿って作業車１を直進走行させる。

次いで、ステップＳ５で、ＧＰＳセンサ５５の検出値に基づき、作業車１が第１目標位置まで到達したか否かを判定する。なお、磁気センサ５１の検出値に基づいて作業車１がエリアワイヤ２に到達したか否かを判定することで、第１目標位置への作業車１の到達の有無を判定してもよい。ステップＳ５で肯定されるとステップＳ６に進み、否定されるとステップＳ３に戻る。

ステップＳ６では、磁気センサ５１の検出値に基づき走行モータ１８に制御信号を出力し、作業車１に第２経路ＰＡ１２に沿ってエリアワイヤ２上をトレース走行させる。次いで、ステップＳ７で、ＧＰＳセンサ５５の検出値に基づき作業車１が第２目標位置に到達したか否かを判定する。ステップＳ７で肯定されるとステップＳ８に進み、否定されるとステップＳ６に戻る。

ステップＳ８では、ＧＰＳセンサ５５および方位センサ５４からの信号を読み込み、作業車１の位置および方向の情報を取得する。次いで、ステップＳ９で、走行モータ１８に制御信号を出力し、作業車１を最終目標位置Ｐ２に向けて旋回させた後、第３経路ＰＡ１３に沿って作業車１を直進走行させる。

次いで、ステップＳ１０で、ＧＰＳセンサ５５の検出値に基づき、作業車１が目標位置Ｐ２まで到達したか否かを判定する。ステップＳ１０で肯定されるとステップＳ１１に進み、否定されるとステップＳ８に戻る。ステップＳ１１では、走行モータ１８に制御信号を出力し、作業車１の走行を停止させる。次いで、ステップＳ１２で、作業モータ１７に制御信号を出力して作業機１６を駆動し、目標位置Ｐ２で作業を開始させる。以降、作業車１は、第２領域ＡＲ２をランダム走行しながら作業を行う。

本実施形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）エリアワイヤ２によって画定され、かつ、狭路ＡＲ３を介して接続された第１領域ＡＲ１と第２領域ＡＲ２とを含む作業領域ＡＲを自律走行するように走行モータ１８（走行手段の一例）を有する作業車１を制御する無人作業車の制御装置は、エリアワイヤ２を流れる電流によって生じる磁界（磁界強度Ｈ）を検出する磁気センサ５１（磁界検出手段の一例）と、作業車１の位置を検出するＧＰＳセンサ５５（位置検出手段の一例）と、トレースモードにおいて、磁気センサ５１により検出された磁界に基づきエリアワイヤ２に沿って作業車１が走行するように走行モータ１８を制御する第１走行制御部４４１（第１走行制御手段の一例）と、第１走行制御部４４１によりトレースモードで作業車１を走行させたときのＧＰＳセンサ５５によって検出された作業車１の位置に基づき、狭路ＡＲ３の位置を特定する狭路特定部４２（狭路特定手段の一例）と、第１領域ＡＲ１に位置する作業車１を第２領域ＡＲ２に移動させるとき、狭路特定部４２により特定された狭路ＡＲ３の入口（第１目標位置）に向けて作業車１が直進走行するように、ＧＰＳセンサ５５により検出された作業車１の位置に基づき走行モータ１８を制御する第２走行制御部４４２（第２走行制御手段の一例）とを備える。

このようにトレースモードにおける作業車１の位置に基づき狭路ＡＲ３の位置を特定し、作業モード時に狭路ＡＲ３の入口に向けて作業車１を直進走行させることで、作業車１を最短距離で狭路ＡＲ３の入口まで移動させることができる。したがって、第１領域ＡＲ１の現在位置Ｐ１から第２領域ＡＲ２の目標位置Ｐ２まで作業車１を迅速に移動させることができ、作業効率が向上する。

（２）無人作業車の制御装置は、第１走行制御部４４１によりトレースモードで作業車１を走行させたときのＧＰＳセンサ５５によって検出された作業車１の位置に基づき、複数のセル６を配列してなる作業領域ＡＲのマップＭＰ（図７）を生成するマップ生成部４１（マップ生成手段の一例）をさらに備える。狭路特定部４２は、トレースモード時に作業車１が通過するマップＭＰ上のセル（境界セル６０）の位置情報を記憶するとともに、作業車１の進行方向の所定範囲内に位置情報が既に記憶されたセル（通過済みセル６０ａ）があるとき、その通過済みセル６０ａと作業車１が位置するセル６とをそれぞれ狭路セル６１として、狭路セル６１の位置情報に基づいて狭路ＡＲ３の位置を特定する（図８）。

このようにマップＭＰを用いて所定範囲内に通過済みセル６０ａがあるか否かを判定することによって狭路セル６１を特定することで、狭路ＡＲ３の特定が容易となる。また、各セル６に関連付けて狭路セル６１の情報（位置情報、識別情報）を記憶すればよいので、記憶容量を節約できるとともに、狭路セル６１の検索時間が短く、目標走行経路ＡＲ１０の演算速度が速くなる。

（３）第２走行制御部４４２は、狭路特定部４２により特定された狭路ＡＲ３の入口（第１目標位置）から出口（第２目標位置）までエリアワイヤ２に沿って作業車１が走行するように、磁気センサ５１により検出された磁界（磁界強度Ｈ）に基づき走行モータ１８を制御する（ステップＳ６）。これにより作業車１は狭路ＡＲ３を確実に通り抜けることができる。

（４）無人作業車の制御装置は、第２領域ＡＲ２における作業車１の目標位置Ｐ２を設定する位置設定部４３（位置設定手段の一例）をさらに備える。第２走行制御部４４２は、狭路ＡＲ３の出口から位置設定部４３により設定された目標位置Ｐ２まで作業車１が直進走行するように、ＧＰＳセンサ５５により検出された作業車１の位置に基づき走行モータ１８を制御する。これにより作業車１を目標位置Ｐ２まで最短ルートで移動させることができ、狭路ＡＲ３を介して隣接する領域での作業を迅速に行うことができる。

（５）第２走行制御部は、第１領域ＡＲ１に隣接する狭路セル６１ａのうち、第２領域ＡＲ２から最も遠い狭路セル６１ａの中心点６００ａに第１目標位置を設定するようにしたので、現在位置Ｐ１から第１目標位置までの第１経路ＰＡ１１はエリアワイヤ２と交差せず、作業車１を第１経路ＰＡ１１に沿って第１領域ＡＲ１内で直進走行させることができる。

なお、本実施形態では、第２領域ＡＲ２から最も遠い狭路セル６１ａの中心点６００ａに第１目標位置を設定したが、狭路ＡＲ３の入口におけるどの狭路セル６１ａに第１目標位置を設定するかは、作業領域マップＭＰの形状を考慮して決定される。このため、第２領域ＡＲ２から最も近い狭路セル６１ａの中心点６００ａに第１目標位置を設定することもできる。なお、第１経路ＡＲ１１と境界線Ｌ０とが交差する場合には、その交差部の近傍かつ第１領域ＡＲ１内に中間目標位置を別途設定し、中間目標位置を経由して現在位置Ｐ１から第１目標位置まで作業車１を走行させてもよい。

−変形例−
上記実施形態は、例えば以下のような変形が可能である。上記実施形態では、第１領域ＡＲ１に充電ステーション３を配置したが、第２領域ＡＲ２に充電ステーション３を配置してもよい。第２領域ＡＲ２に充電ステーション３を配置した場合、充電ステーション３の位置を目標位置Ｐ２に設定してもよい。これにより帰還モード時に、狭路ＡＲ３を介して作業車１を迅速に充電ステーション３まで帰還させることができる。したがって、本発明は、作業モードだけでなく、帰還モードにも有効である。すなわち、本発明は、特定のモードに限らずに、狭路を介して行き来する無人作業車に対し有効に適用できる。

上記実施形態では、作業車１に一対の磁気センサ５１Ｌ，５１Ｒを設けてエリアワイヤ２を流れる電流によって生じる磁界の強度Ｈを検出するようにしたが、作業車１に単一の磁気センサ５１を設けたのでもよく、磁界検出手段の構成は上述したものに限らない。また、磁界検出手段は、磁界の強度を検出するのではなく、磁界の方向を検出するものでもよく、磁界の強度と方向の両方を検出するものであってもよい。上記実施形態では、ＧＰＳセンサ５５により作業車１の位置を検出したが、Ｙａｗセンサ５２と車輪速センサ５７との検出値により作業車１の位置を検出することもでき、位置検出手段の構成は上述したものに限らない。

上記実施形態では、ＥＣＵの狭路特定部４２が、トレースモード時に作業車１が通過する作業領域マップＭＰ上のセル（境界セル６０）の位置情報を記憶するとともに、作業車１の進行方向の所定範囲内に位置情報が既に記憶されたセル（作業済みセル６０ａ）があるとき、そのセル６０ａと作業車１が位置する境界セル６０とをそれぞれ狭路セル６１として、狭路セル６１の位置情報に基づいて狭路ＡＲ３の位置を特定するようにしたが、マップＭＰを用いずに狭路ＡＲ３の位置を特定してもよい。すなわち、トレースモードで作業車１を走行させたときの作業車１の位置に基づき、狭路ＡＲ３の位置を特定するのであれば、狭路特定手段の構成はいかなるものでもよい。

上記実施形態では、ＥＣＵ４０のマップ生成部４１が、トレースモードで作業車１を走行させたときの作業車１の位置検出値に基づき、複数のセル２００を配列してなる作業領域ＡＲのマップＭＰを生成したが、マップ生成手段の構成はこれに限らない。上記実施形態では、ＥＣＵ４０の位置設定部４３が、第２領域ＡＲ２における作業車１の目標位置Ｐ２を設定するようにしたが、位置設定手段の構成はこれに限らない。上記実施形態では、トレースモードにおいて磁気センサ５１の検出値に基づいてエリアワイヤ２に沿って作業車１が走行するように走行モータ１８を制御したが、第１走行制御手段としての第１走行制御部４４１の構成はこれに限らない。すなわち、磁気センサ５１等の磁界検出手段により検出された磁界（磁界の強度、方向、あるいはこれら両方）に基づいて、エリアワイヤ２に沿って作業車が走行するように走行モータ１８等の走行手段を制御するのであれば、第１走行制御手段の構成はいかなるものでもよい。

上記実施形態では、ＥＣＵの４０第２走行制御部４４２が、狭路特定部４２により特定された狭路ＡＲ３の入口から出口までエリアワイヤ２上を作業車１が走行するように、磁気センサ５１の検出値に基づいて走行モータ１８を制御したが、例えばエリアワイヤ２の所定距離だけ内側を作業車１が走行するように走行モータ１８を制御してもよい。すなわち、エリアワイヤ２に沿って作業車１が走行するのであれば、第２経路ＰＡ１２をエリアワイヤ２上以外に設定してもよい。上記実施形態では、磁気センサ５１により検出された磁界強度Ｈに基づいて走行モータ１８を制御し、作業車１に狭路ＡＲ３を走行させるようにしたが、ＧＰＳセンサ５５等の位置検出手段により検出された作業車１の位置に基づいて、作業車１が狭路ＡＲ３を走行するよう走行モータ１８を制御してもよい。

上記実施形態では、狭路ＡＲ３の出口（第２目標位置）から位置設定部４３により設定された目標位置Ｐ２まで作業車１が直進走行するように作業車１の位置に基づいて走行モータ１８を制御したが、第２目標位置から目標位置Ｐ２までの第３経路ＰＡ１３の設定はこれに限らない。すなわち、第１領域ＡＲ１に位置する作業車１を第２領域ＡＲ２に移動させるとき、狭路特定部４２により特定された狭路ＡＲ３の入口に向けて作業車１が直進走行するようにＧＰＳセンサ５５等の位置検出手段により検出された作業車１の位置に基づき走行モータ１８を制御するのであれば、第２走行手段としての第２走行制御部４４２の構成はいかなるものでもよい。

上記実施形態では、左右一対の走行モータ１８Ｌ，１８Ｒにより作業車１を走行かつ旋回させるようにしたが、走行手段の構成はこれに限らない。例えば、前輪１３あるいは後輪１４を操舵可能なアクチュエータを作業車１に搭載し、アクチュエータの駆動により作業車（前輪１３、後輪１４）を旋回させるようにしてもよい。したがって、作業車１の構成は上述したものに限らない。

上記実施形態は、芝刈り作業車に適用したが、本発明は、これに限らず種々の無人作業車に適用可能である。したがって、作業機１６の構成は上述したものに限らない。

以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態および変形例の構成要素には、発明の同一性を維持しつつ置換可能かつ置換自明なものが含まれる。すなわち、本発明の技術的思想の範囲内で考えられる他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上記実施形態と変形例の１つまたは複数を任意に組み合わせることも可能である。

１ 無人作業車、２ エリアワイヤ、１８ 走行モータ、４０ ＥＣＵ、４１ マップ生成部、４２ 狭路特定部、４３ 位置設定部、４４ 走行制御部、４４１ 第１走行制御部、４４２ 第２走行制御部、５１ 磁気センサ、５４ 方位センサ、５５ ＧＰＳセンサ、６０境界セル、６１ 狭路セル、ＭＰ 作業領域マップ

Claims (3)

1. エリアワイヤによって画定され、かつ、狭路を介して接続された第１領域と第２領域とを含む作業領域を自律走行するように走行手段を有する作業車を制御する無人作業車の制御装置であって、
   前記エリアワイヤを流れる電流によって生じる磁界を検出する磁界検出手段と、
   前記作業車の位置を検出する位置検出手段と、
   トレースモードにおいて、前記磁界検出手段により検出された磁界に基づき前記エリアワイヤに沿って前記作業車が走行するように前記走行手段を制御する第１走行制御手段と、
   前記第１走行制御手段により前記トレースモードで前記作業車を走行させたときの前記位置検出手段によって検出された前記作業車の位置に基づき、前記狭路の位置を特定する狭路特定手段と、
   前記第１領域に位置する前記作業車を前記第２領域に移動させるとき、前記狭路特定手段により特定された前記狭路の入口に向けて前記作業車が直進走行するように、前記位置検出手段により検出された前記作業車の位置に基づき前記走行手段を制御する第２走行制御手段と、
   前記第１走行制御手段により前記トレースモードで前記作業車を走行させたときの前記位置検出手段によって検出された前記作業車の位置に基づき、複数のセルを配列してなる前記作業領域のマップを生成するマップ生成手段とを備え、
   前記狭路特定手段は、前記トレースモード時に前記作業車が通過する前記マップ上のセルの位置情報を記憶するとともに、前記作業車の進行方向の所定範囲内に位置情報が既に記憶されたセルがあるとき、該セルと前記作業車が位置するセルとをそれぞれ狭路セルとして、該狭路セルの位置情報に基づいて前記狭路の位置を特定することを特徴とする無人作業車の制御装置。
2. 請求項１に記載の無人作業車の制御装置において、
   前記第２走行制御手段は、前記狭路特定手段により特定された前記狭路の入口から出口まで前記エリアワイヤに沿って前記作業車が走行するように、前記磁界検出手段により検出された磁界または前記位置検出手段により検出された前記作業車の位置に基づき前記走行手段を制御することを特徴とする無人作業車の制御装置。
3. 請求項２に記載の無人作業車の制御装置において、
   前記第２領域における前記作業車の目標位置を設定する位置設定手段をさらに備え、
   前記第２走行制御手段は、前記狭路の出口から前記位置設定手段により設定された前記目標位置まで前記作業車が直進走行するように、前記位置検出手段により検出された前記作業車の位置に基づき前記走行手段を制御することを特徴とする無人作業車の制御装置。

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