JP2014010810A - 自走式装置による作業システム - Google Patents
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Abstract
【課題】人が所定の経路を歩行しながら操作する必要がある装置において、作業の自動化を実現可能とする作業システムの提供。
【解決手段】操作端末1と、カメラ4と、ロボット用ARタグおよび無線通信装置を備える自走式の作業ロボット3と、作業領域に設置される基準ARタグ2とを備え、操作端末が、撮影した作業領域画像を取得し記憶する手段と、表示された作業領域画像上に作業内容が関連付けられた走行路情報を入力可能とし、入力された走行路情報を記憶する手段と、作業領域画像から基準ARタグを認識し、基準座標情報を取得し記憶する手段と、作業領域画像からロボット用ARタグを認識し、作業ロボットの座標情報を取得し記憶する手段と、記憶された走行路情報を読み出し、作業内容に対応する色で走行路を着色し、読み出した作業領域画像に重畳して表示させる手段とを備える作業システム。
【選択図】図1
【解決手段】操作端末1と、カメラ4と、ロボット用ARタグおよび無線通信装置を備える自走式の作業ロボット3と、作業領域に設置される基準ARタグ2とを備え、操作端末が、撮影した作業領域画像を取得し記憶する手段と、表示された作業領域画像上に作業内容が関連付けられた走行路情報を入力可能とし、入力された走行路情報を記憶する手段と、作業領域画像から基準ARタグを認識し、基準座標情報を取得し記憶する手段と、作業領域画像からロボット用ARタグを認識し、作業ロボットの座標情報を取得し記憶する手段と、記憶された走行路情報を読み出し、作業内容に対応する色で走行路を着色し、読み出した作業領域画像に重畳して表示させる手段とを備える作業システム。
【選択図】図1
Description
本発明は自走式装置による作業システムに関し、例えば、ユーザーの入力した描画図に基づき、ライン引き装置がグラウンド上に描画図を自動で描くことができるシステム(フィールドペインターシステム)に関する。
近年、ロボット技術の進歩は目覚ましく、多種多様なロボットが次々と開発され、産業、介護、医療と様々な分野で活躍している。
例えば、特許文献1には、塗料を貯留するタンクと、塗料を吹き付けるガンと、前記タンクから前記ガンに塗料を供給する供給装置と、前記ガンの両側に設けられて塗装面に接地して回転する一対の規制円板と、前記の一対の規制円板の間の進行方向の前方側に設けられて、前記の規制円板の側面に付着した塗料を除去して前方に流下させるための樋部材と、前記の樋部材を流下した塗料を貯留させるトレイとが、台車に搭載されていることを特徴とするラインマーカーが開示されている。
特許文献2には、石灰貯留部と、動力部としてのバッテリーと、タイヤと、自走動力部と、石灰の放出部と、操作部が装備されていることを特徴とする自律走行型ラインカーが開示されている。
学校や競技場等の現場で、運動会やスポーツの大会が開かれる際に、ライン引きと呼ばれる石灰の白線を引く道具が使用されるが、従来のライン引きでは自分の思った通りのラインを引くことは困難であり、さらに多くの時間や人を必要とする非常に煩雑な作業となる。
また、草刈り装置のように人が所定の経路を歩行しながら操作する必要がある装置においては、作業の自動化が求められていた。
また、草刈り装置のように人が所定の経路を歩行しながら操作する必要がある装置においては、作業の自動化が求められていた。
本発明は、自走式装置による作業の自動化を実現可能とするシステムを提供することを課題とする。
発明者は、自動で作業を行う自走式の作業ロボットを開発することで、例えば、ライン引きの作業を簡単に行うことができ、運動会などにおけるグラウンドの準備を簡易化できると考えた。
また、複数台で競技場等を協調動作しながら絵や文字を描くことで、ただグラウンドに線を引く目的だけをもつ「ライン引き」という作業をアミューズメント性に富んだ新しい表現方法をもつ作業へと昇華することができると考えた。
また、複数台で競技場等を協調動作しながら絵や文字を描くことで、ただグラウンドに線を引く目的だけをもつ「ライン引き」という作業をアミューズメント性に富んだ新しい表現方法をもつ作業へと昇華することができると考えた。
本発明は、以下の技術手段から構成される。
[1]入力装置、記憶装置、表示装置および通信装置を備える操作端末と、操作端末に撮像した画像を送信するカメラと、ロボット用ARタグおよび無線通信装置を備える自走式の作業ロボットと、作業領域に設置される基準ARタグと、を備えた作業システムであって、操作端末が、カメラが撮影した作業領域画像を取得し記憶装置に記憶する手段と、表示装置に表示された作業領域画像上に作業内容が関連付けられた走行路情報を入力装置により入力可能とし、入力された走行路情報を記憶装置に記憶する手段と、記憶装置に記憶した作業領域画像から基準ARタグを認識し、基準座標情報を取得し記憶装置に記憶する手段と、記憶装置に記憶した作業領域画像からロボット用ARタグを認識し、作業ロボットの座標情報を取得し記憶装置に記憶する手段と、記憶装置に記憶された走行路情報を読み出し、作業内容に対応する色で走行路を着色し、記憶装置から読み出した作業領域画像に重畳して表示装置に表示させる手段と、を備えることを特徴とする作業システム。
[2]操作端末が、作業ロボットの軌跡情報を重畳した作業領域画像を表示装置に表示させる手段を備えることを特徴とする[1]の作業システム。
[3]作業ロボットが、複数に区画された粉体収納容器、各収納容器と連通する排出口および各区画と排出口とを連通または遮断する開閉部材を有する筐体と、筐体に付されたロボット用ARタグと、無線通信装置および複数の車輪を有する駆動・制御系と、を備え、駆動・制御系が、操作端末からの命令に基づき入力された走行路情報に基づき走行し、かつ、所定の座標位置で粉体を排出できることを特徴とする[1]または[2]の作業システム。
[4]作業ロボットが、所定の座標位置で2以上の区画から粉体を同時に排出できることを特徴とする[3]の作業システム。
[5]操作端末が、排出される粉体と同じ色で着色した走行路情報を表示装置に表示させる手段を備えることを特徴とする[3]または[4]の作業システム。
[6]作業ロボットが、地面に当接して牽引される整地部材と、整地部材を地面と非接触とし、或いは地面と接触させる駆動装置と、を備え、駆動・制御系が、操作端末からの命令に基づき所定の座標位置で整地部材を地面に当接させることができることを特徴とする[3]、[4]または[5]の作業システム。
[1]入力装置、記憶装置、表示装置および通信装置を備える操作端末と、操作端末に撮像した画像を送信するカメラと、ロボット用ARタグおよび無線通信装置を備える自走式の作業ロボットと、作業領域に設置される基準ARタグと、を備えた作業システムであって、操作端末が、カメラが撮影した作業領域画像を取得し記憶装置に記憶する手段と、表示装置に表示された作業領域画像上に作業内容が関連付けられた走行路情報を入力装置により入力可能とし、入力された走行路情報を記憶装置に記憶する手段と、記憶装置に記憶した作業領域画像から基準ARタグを認識し、基準座標情報を取得し記憶装置に記憶する手段と、記憶装置に記憶した作業領域画像からロボット用ARタグを認識し、作業ロボットの座標情報を取得し記憶装置に記憶する手段と、記憶装置に記憶された走行路情報を読み出し、作業内容に対応する色で走行路を着色し、記憶装置から読み出した作業領域画像に重畳して表示装置に表示させる手段と、を備えることを特徴とする作業システム。
[2]操作端末が、作業ロボットの軌跡情報を重畳した作業領域画像を表示装置に表示させる手段を備えることを特徴とする[1]の作業システム。
[3]作業ロボットが、複数に区画された粉体収納容器、各収納容器と連通する排出口および各区画と排出口とを連通または遮断する開閉部材を有する筐体と、筐体に付されたロボット用ARタグと、無線通信装置および複数の車輪を有する駆動・制御系と、を備え、駆動・制御系が、操作端末からの命令に基づき入力された走行路情報に基づき走行し、かつ、所定の座標位置で粉体を排出できることを特徴とする[1]または[2]の作業システム。
[4]作業ロボットが、所定の座標位置で2以上の区画から粉体を同時に排出できることを特徴とする[3]の作業システム。
[5]操作端末が、排出される粉体と同じ色で着色した走行路情報を表示装置に表示させる手段を備えることを特徴とする[3]または[4]の作業システム。
[6]作業ロボットが、地面に当接して牽引される整地部材と、整地部材を地面と非接触とし、或いは地面と接触させる駆動装置と、を備え、駆動・制御系が、操作端末からの命令に基づき所定の座標位置で整地部材を地面に当接させることができることを特徴とする[3]、[4]または[5]の作業システム。
[7]作業ロボットが、草を刈るための草刈り部と、草収納容器を有する筐体と、筐体に付されたロボット用ARタグと、ステアリング機能を有する走行装置と、無線通信装置を有する駆動・制御系と、を備え、駆動・制御系が、操作端末から送信された走行路情報に基づき走行し、かつ、所定の座標位置で草刈りをすることを特徴とする[1]または[2]の作業システム。
[8]操作端末が、表示装置に表示された作業領域画像上に作業内容が複数台の作業ロボットの関連付けられた走行路情報を入力装置により入力可能とし、入力された走行路情報を記憶装置に記憶する手段を備えることを特徴とする[1]ないし[7]のいずれかの作業システム。
[8]操作端末が、表示装置に表示された作業領域画像上に作業内容が複数台の作業ロボットの関連付けられた走行路情報を入力装置により入力可能とし、入力された走行路情報を記憶装置に記憶する手段を備えることを特徴とする[1]ないし[7]のいずれかの作業システム。
本発明によれば、人手によるライン引き作業の手間を大幅に削減することができる。
また、熟練した作業者によらなくとも、複雑な図形を石灰粉で高精度に自動描画することが可能である。
さらには、一定の走行路に従って行われる草刈等の作業を、自動で実現することが可能となる。
また、熟練した作業者によらなくとも、複雑な図形を石灰粉で高精度に自動描画することが可能である。
さらには、一定の走行路に従って行われる草刈等の作業を、自動で実現することが可能となる。
以下では、本発明の詳細を実施例で説明するが、本発明は何ら実施例に限定されるものではない。
実施例1は、操作用コンピュータに入力したラインや図形を簡単にグラウンド上に自動描画することができるライン描画システムに関する。本実施例のライン描画システムは、最大4色の石灰粉を混ぜ合わせることにより、多様な色彩を表現することが可能である。
ライン描画装置3の位置、傾きの測定には、拡張現実感「AR」の技術を採用した。ARは、コンピュータを用いて現実環境に情報を付加する技術である。例えば、カメラで撮影したタグを認識して位置や傾き、角度などといった座標情報を計算し、それをもとにカメラで撮影した現実の映像とCGなどのグラフィックを合成して表示することが可能である。以下、本実施例のシステムの構成および操作方法を説明する。
ライン描画装置3の位置、傾きの測定には、拡張現実感「AR」の技術を採用した。ARは、コンピュータを用いて現実環境に情報を付加する技術である。例えば、カメラで撮影したタグを認識して位置や傾き、角度などといった座標情報を計算し、それをもとにカメラで撮影した現実の映像とCGなどのグラフィックを合成して表示することが可能である。以下、本実施例のシステムの構成および操作方法を説明する。
[構成]
図1に示すように、本実施例のライン描画システムは、操作用コンピュータ1と、マーカー2および31−A〜31−Eと、ライン描画装置3と、カメラ4を主要な構成要素とする。
図1に示すように、本実施例のライン描画システムは、操作用コンピュータ1と、マーカー2および31−A〜31−Eと、ライン描画装置3と、カメラ4を主要な構成要素とする。
(操作用コンピュータ)
操作用コンピュータ1は、市販のいわゆるパソコンであり、HDD等の記憶装置、液晶ディスプレイ等の表示装置およびマウス・キーボード等の入力装置を備える。
操作用コンピュータ1にはprocessing言語で作成した専用の操作プログラムがインストール(記憶装置に記憶)されている。操作プログラムは、画面上にカメラ4から取得した屋外の画像、作成図形、ライン描画装置3の軌跡等を表示する表示機能と、ユーザーが描画したい任意の図形を画面上で作成することを可能とするペイント機能と、ペイント機能により作成した図形情報を軌跡情報、走行速度、色情報などを含むライン描画命令に変換してライン描画装置3に送信する通信機能を備えている。
操作用コンピュータ1は、市販のいわゆるパソコンであり、HDD等の記憶装置、液晶ディスプレイ等の表示装置およびマウス・キーボード等の入力装置を備える。
操作用コンピュータ1にはprocessing言語で作成した専用の操作プログラムがインストール(記憶装置に記憶)されている。操作プログラムは、画面上にカメラ4から取得した屋外の画像、作成図形、ライン描画装置3の軌跡等を表示する表示機能と、ユーザーが描画したい任意の図形を画面上で作成することを可能とするペイント機能と、ペイント機能により作成した図形情報を軌跡情報、走行速度、色情報などを含むライン描画命令に変換してライン描画装置3に送信する通信機能を備えている。
表示機能は、カメラ4の撮影画像をキャンパスとして画面に表示する。このキャンパス上に、ユーザーは、ペイント機能により図形を作成し、着色の指定をすることができる。また、ユーザーが作成した図形(走行路)を重畳表示し、或いは非表示とすること、撮影画像からライン描画装置3のARタグを認識し、座標情報を取得し、軌跡を重畳表示し、或いは非表示とすることができる。軌跡は、時刻と回転ブラシの動作状況の関連付けに基づき、排出した粉体の色(混色含む)と同じ色で着色することが好ましい。ライン描画装置3の軌跡およびライン描画の様子を画面にリアルタイム表示することで、ユーザーは作成した図形(走行路)と実際の描画のズレを確認することができる。なお、軌跡情報は、作業内容に対応する色で着色して表示することが好ましい。
ペイント機能は、直線、曲線および波線を含む線により図形を描画する手段に加え、円、楕円、半円、扇形、多角形(三角形、四角形、五角形等)、角丸多角形(角丸三角形、角丸四角形、角丸五角形等)、星形を含むスタンプ方式で描画する手段を備えている。
ペイント機能は、直線、曲線および波線を含む線により図形を描画する手段に加え、円、楕円、半円、扇形、多角形(三角形、四角形、五角形等)、角丸多角形(角丸三角形、角丸四角形、角丸五角形等)、星形を含むスタンプ方式で描画する手段を備えている。
操作用コンピュータ1は、LAN等の無線ネットワークに接続されており、無線ネットワークを介してライン描画装置3にライン描画命令を送信する。例えば、ユーザーがペイント機能により図4の画面に表示されたような図形を入力すると、ライン描画命令に変換され、ライン描画装置3に送信される。操作用コンピュータ1とライン描画装置3との通信は、片方向通信で足りるが、センサ部からの信号を受信すべく双方向通信としてもよい。
(マーカー)
ライン描画システムでは、合計6つのマーカーが用いられる。1つの基準マーカー2がグランド上に設置され、5つのマーカー31−A〜31−Eがライン描画装置3に設置される。
基準マーカー2は、カメラ4が撮影した画像の基準座標を設定するためのものである。基準マーカー2は、例えば、図5に示すようなARタグを用いる。基準マーカー2は、描画作業の対象となるグラウンド上の一角にずれないように固定されている(図1参照)。
マーカー31−A〜31−Eは、ライン描画装置3の位置情報を取得可能とするものである。図2および図3に示すように、ライン描画装置3の筐体34の5面(上面および4つの側面)に、5つのマーカー(ARタグ)を設置する。5つのマーカーを設置するのは、筐体上面のマーカーだけではUSBカメラ1の設置場所の高さによってはマーカーが認識できなくなる可能性があるため、USBカメラ1の設置場所の高さによらず、マーカーを認識できるようにするためである。
ライン描画システムでは、合計6つのマーカーが用いられる。1つの基準マーカー2がグランド上に設置され、5つのマーカー31−A〜31−Eがライン描画装置3に設置される。
基準マーカー2は、カメラ4が撮影した画像の基準座標を設定するためのものである。基準マーカー2は、例えば、図5に示すようなARタグを用いる。基準マーカー2は、描画作業の対象となるグラウンド上の一角にずれないように固定されている(図1参照)。
マーカー31−A〜31−Eは、ライン描画装置3の位置情報を取得可能とするものである。図2および図3に示すように、ライン描画装置3の筐体34の5面(上面および4つの側面)に、5つのマーカー(ARタグ)を設置する。5つのマーカーを設置するのは、筐体上面のマーカーだけではUSBカメラ1の設置場所の高さによってはマーカーが認識できなくなる可能性があるため、USBカメラ1の設置場所の高さによらず、マーカーを認識できるようにするためである。
(ライン描画装置)
ライン描画装置3は、操作用コンピュータ1からのライン描画命令に基づき自動走行する四輪型の装置である。ライン描画装置3は、筐体34と、ラインを消すための整地部材(ブラシ32)と、4つの車輪33を有する駆動・制御系(図6)を備える。本実施例では1台のライン描画装置3を用いているが、複数台を連動させることも可能である。なお、ライン描画装置3は、三輪型の装置としてもよい。
ライン描画装置3は、操作用コンピュータ1からのライン描画命令に基づき自動走行する四輪型の装置である。ライン描画装置3は、筐体34と、ラインを消すための整地部材(ブラシ32)と、4つの車輪33を有する駆動・制御系(図6)を備える。本実施例では1台のライン描画装置3を用いているが、複数台を連動させることも可能である。なお、ライン描画装置3は、三輪型の装置としてもよい。
ブラシ32は、後述するブラシ駆動装置により上昇位置および下降置を取ることができ、下降位置において地面をならすことでラインを消す。
筐体34は、その内部に4つに区画された粉収納容器を備えており、複数色の石灰粉を格納できる。粉収納容器は、排出口35と連通している。排出口35は回転ブラシ(図示せず)でふさがれており、回転ブラシの非回転時には石灰粉は排出されず、回転ブラシの回転時にのみ石灰粉が排出される。
筐体34の上面および4つの側面には、前述した5つのマーカー(ARタグ)が貼着されている。また、筐体34には、駆動・制御系が固設されている。
筐体34は、その内部に4つに区画された粉収納容器を備えており、複数色の石灰粉を格納できる。粉収納容器は、排出口35と連通している。排出口35は回転ブラシ(図示せず)でふさがれており、回転ブラシの非回転時には石灰粉は排出されず、回転ブラシの回転時にのみ石灰粉が排出される。
筐体34の上面および4つの側面には、前述した5つのマーカー(ARタグ)が貼着されている。また、筐体34には、駆動・制御系が固設されている。
駆動・制御系は、図6に示すように、車輪駆動装置と、排出部と、ブラシ駆動装置と、制御部と、センサ部を備えて構成される。本実施例の車輪駆動装置は、例えば、前輪用シャーシと、後輪用シャーシと、コントローラとから構成する。
前輪用シャーシは、前輪用車軸33と、制御部からの命令で前輪を操舵するステアリング装置とが配設されている。そして、後輪用シャーシと共用の24Vバッテリーから電力の供給を受ける。前輪用シャーシのステアリング装置は、制御部と信号線で電気的に接続されており、制御部からの命令を受けて方向転換を行う。
後輪用シャーシは、後輪を駆動するインホイールモーターを備えている。このモーターは、前輪用シャーシと共用の24Vバッテリーから電力の供給を受ける。後輪用シャーシは、制御部と信号線で電気的に接続されており、制御部からの命令を受けて後輪を回転させる。
コントローラは、後輪の回転速度とステアリングの制御を行う。後輪の回転速度は、原則としてライン描画装置3が一定の速度で走行するように制御する。一定の速度で走行させることにより、ラインの太さを一定の幅に制御することが容易に実現できるからである。
上記例示の前輪用シャーシは方向転換をするためのものであり前輪は駆動されないが、ステアリング装置に代えて前輪にもインホイールモーターを設け、駆動されない車輪を軸に旋回動作を行うようにしてもよい(なお、調達部品の関係上、試作機では4つのインホイールモーターを用いる構成を採用した)。
前輪用シャーシは、前輪用車軸33と、制御部からの命令で前輪を操舵するステアリング装置とが配設されている。そして、後輪用シャーシと共用の24Vバッテリーから電力の供給を受ける。前輪用シャーシのステアリング装置は、制御部と信号線で電気的に接続されており、制御部からの命令を受けて方向転換を行う。
後輪用シャーシは、後輪を駆動するインホイールモーターを備えている。このモーターは、前輪用シャーシと共用の24Vバッテリーから電力の供給を受ける。後輪用シャーシは、制御部と信号線で電気的に接続されており、制御部からの命令を受けて後輪を回転させる。
コントローラは、後輪の回転速度とステアリングの制御を行う。後輪の回転速度は、原則としてライン描画装置3が一定の速度で走行するように制御する。一定の速度で走行させることにより、ラインの太さを一定の幅に制御することが容易に実現できるからである。
上記例示の前輪用シャーシは方向転換をするためのものであり前輪は駆動されないが、ステアリング装置に代えて前輪にもインホイールモーターを設け、駆動されない車輪を軸に旋回動作を行うようにしてもよい(なお、調達部品の関係上、試作機では4つのインホイールモーターを用いる構成を採用した)。
排出部は、4つの回転ブラシ(図示せず)に連結された4つのDCモーターと、ドライバICと、12Vバッテリーを備える。ドライバICは、制御部からの命令を受け、4つのDCモーターを動作させることにより回転ブラシを回転させることにより石灰粉を排出する。回転ブラシの回転は車輪の回転とは連動しておらず、制御部からの命令を受けて独立回転する。
ブラシ駆動装置は、整地用ブラシ12と連結されたDCモーターと、ドライバICと、12Vバッテリーを備える。ブラシ駆動装置は、図示しないチェーン機構を用いてブラシを上下させることが可能である。ドライバICは、制御部からの命令を受け、DCモーターを動作させることによりブラシを上下させる。
制御部は、センサ部からの信号を受信すると共に、操作用コンピュータ1からの命令を受け、車輪駆動装置、排出部およびブラシ駆動装置を制御する。制御部は、アナログ入出力ポートと、CPUと、無線モジュールと、5Vバッテリーを備えている。本実施例では、Arduino基板にXBee無線モジュールを搭載して制御部を作製した。本実施例の制御部は、無線モジュールにより無線LANを介して操作用コンピュータ1と双方向通信を行うことができる。制御部は、回転ブラシの作動状況を内部クロックから取得した時刻と関連付けて操作用コンピュータ1に送信することができ、この情報を利用することで、操作用コンピュータ1は、軌跡情報を排出された粉体の色と同じ色で着色表示することが可能となる。
センサ部は、デジタルコンパスと、加速度センサを備え、ライン描画命令とライン描画装置3の動作のズレを補正するための計測データを提供する。デジタルコンパスは、車体の方向を取得するためのものである。例えば、グラウンドにぬかるみがあり、描画装置3の方向転換が予定通りに行かなかった場合には、デジタルコンパスが検知して、操作用コンピュータ1に警報を発する。加速度センサは、ライン描画装置3の速度を計測し、動作補正するためのものである。例えば、グラウンドに斜面がある場合、ライン描画装置3の進行速度が遅くなったのを加速度センサが検知して、後輪を駆動するインホイールモーターを制御して目的速度を実現する。
(カメラ)
カメラ4は画素数30万以上の一般的なUSBカメラであり、グラウンド上に設置されたマーカー2が正確に認識できる位置、例えば、建物の窓などに設置する。カメラ4で撮影した画像は、USB延長ケーブルを介して接続されたコンピュータに送信される。なお、図1では、カメラ4を建物に設置しているが、ARタグの撮影が可能であれば、操作用コンピュータ1の近くにカメラ4を設置してもよい。
カメラ4は画素数30万以上の一般的なUSBカメラであり、グラウンド上に設置されたマーカー2が正確に認識できる位置、例えば、建物の窓などに設置する。カメラ4で撮影した画像は、USB延長ケーブルを介して接続されたコンピュータに送信される。なお、図1では、カメラ4を建物に設置しているが、ARタグの撮影が可能であれば、操作用コンピュータ1の近くにカメラ4を設置してもよい。
(石灰)
石灰は、赤、緑、青、黄、白を準備した。混ぜ合わせにより表現できる色は、絵の具の混ぜ合わせと異なる場合が多いので、実験により予め確認しておくことが好ましい。例えば、赤20gと黄20gを混ぜ合わせた場合は橙色ないし柿色の石灰40gが得られたのに対し、赤25gと緑25gを混ぜ合わせた場合は紫の石灰50gが得られ(絵の具の場合は黄)、赤13gと青13gを混ぜ合わせた場合はコバルトブルーの石灰26gが得られた(絵の具の場合は紫)。
石灰は、赤、緑、青、黄、白を準備した。混ぜ合わせにより表現できる色は、絵の具の混ぜ合わせと異なる場合が多いので、実験により予め確認しておくことが好ましい。例えば、赤20gと黄20gを混ぜ合わせた場合は橙色ないし柿色の石灰40gが得られたのに対し、赤25gと緑25gを混ぜ合わせた場合は紫の石灰50gが得られ(絵の具の場合は黄)、赤13gと青13gを混ぜ合わせた場合はコバルトブルーの石灰26gが得られた(絵の具の場合は紫)。
[操作方法]
グラウンド全体を撮影できる位置にUSBカメラ4が設置され、このカメラで撮影できる範囲内のグラウンドの端にマーカー2が設置され、グラウンド上にライン描画装置3が設置されているものとする。
USBカメラ4での撮影を開始すると、操作プログラムは撮影画像の中からマーカー2およびライン描画装置3の任意のマーカー31を検出し、ライン描画装置3の相対的な位置情報を計算する。続いて、操作プログラムは、撮影画像におけるグラウンドの傾き情報と大きさの情報を基に背景画像を作成し、画面上に表示する。
グラウンド全体を撮影できる位置にUSBカメラ4が設置され、このカメラで撮影できる範囲内のグラウンドの端にマーカー2が設置され、グラウンド上にライン描画装置3が設置されているものとする。
USBカメラ4での撮影を開始すると、操作プログラムは撮影画像の中からマーカー2およびライン描画装置3の任意のマーカー31を検出し、ライン描画装置3の相対的な位置情報を計算する。続いて、操作プログラムは、撮影画像におけるグラウンドの傾き情報と大きさの情報を基に背景画像を作成し、画面上に表示する。
ユーザーは画面上に表示されたキャンパスに、ライン描画装置の走行路となる任意の図形を描画する。この図形は一または複数のラインから構成されることが必要である。走行路中、石灰粉を排出しない部分を設けることもできるので、一筆書きで実現できることは必須ではない。この図形は複数の色で着色することができ、着色した色と対応する石灰粉が排出される。描画を完了したユーザーは、画面上に表示された「描画開始」ボタンをクリックすると、キャンパス上に描かれた図形に基づきライン描画命令が生成され、ライン描画装置3に送信される。
ライン描画装置3は、ユーザーが作成した図形(すなわち走行路)に沿って移動する。走行路中の着色が施された箇所では、4つの収納容器にそれぞれ設けられた回転ブラシが回転し、着色指示に対応した色の石灰粉が排出される。石灰粉の排出は単色に限られず、色を混ぜ合わせることも可能である。逆に走行路中の無色とされた箇所では、回転ブラシは回転せず石灰粉は排出されない。
ライン描画装置3の走行中、画面上にはUSBカメラ4の撮影画像がリアルタイム表示される。この撮影画像にユーザーが作成した図形(走行路)および/またはライン描画装置3の軌跡を重畳表示させることもでき、これによりユーザーは、走行路と実際の描画のズレを確認することができる。ライン描画装置3の走行速度および方位は、センサ部からの測定データに基づき自動補正されるが、自動補正にもかかわらず描画のズレが著しい場合には、ライン描画装置3を緊急停止させることができる。そして、その状態で再びペイント機能により図形(走行路)を修正し、ライン描画命令が再生成してもよい。
以上に説明した本実施例のライン描画システムによれば、人手によるライン引き作業のばらつきの問題を解消することができる。また、運動会等における無機質なライン引き作業にとどまらず、グラウンドや競技場などをキャンバスと見立てて、複数色で表現された絵を描くこと、或いは、空中からの視認が可能な巨大文字(例えば、災害時のSOSの文字、広告文字、人文字の立ち位置となる線)を描画することが可能である。
さらには、石灰粉により描画した図形の清掃を自動で行わせることも可能である。
さらには、石灰粉により描画した図形の清掃を自動で行わせることも可能である。
実施例2は、操作用コンピュータに入力した図形に従い、ロボットに自動で草刈りをさせることができる草刈りシステムに関する。ライン描画装置3が草刈りロボット5に置き換えられた点が、実施例1との主な相違点である。従来の草刈り機では人間が本体を支え、進路方向に押し進めることで芝などの草を刈っていたが、本実施例の草刈りシステムを用いれば、最初に芝を刈る作業を指定するだけで自動で草を刈ることが可能となる。
[構成]
本実施例の自動草刈りシステムは、操作用コンピュータ1と、マーカー2および31−A〜31−Eと、草刈りロボット5と、カメラ4を主要な構成要素とする。
また、草刈りロボット5は、図7に示すように、芝刈り機構部分は芝を刈るための草刈り部41と、刈り取った芝をローラーで巻き上げ収納する収納容器42と、装置が移動するための走行装置43(例えば、車輪、キャタピラ)とで構成される。草刈り部41は、基本的に回転鋸を用いるが、草の長さや種類に合わせてアタッチメントを変更することも可能である。
操作用コンピュータ1にはprocessing言語で作成した専用の操作プログラムがインストール(記憶装置に記憶)されている。操作プログラムが、表示機能と、ペイント機能と、通信機能を備えている点は実施例1と同様である。本実施例では、ペイント機能において、走行路の所定の位置において行う作業(例えば、草刈りの有無、刈る草の種類、草刈高、草刈幅など)を指定することができ、作業毎に走行路を異なる色で着色表示できる。
本実施例の自動草刈りシステムは、操作用コンピュータ1と、マーカー2および31−A〜31−Eと、草刈りロボット5と、カメラ4を主要な構成要素とする。
また、草刈りロボット5は、図7に示すように、芝刈り機構部分は芝を刈るための草刈り部41と、刈り取った芝をローラーで巻き上げ収納する収納容器42と、装置が移動するための走行装置43(例えば、車輪、キャタピラ)とで構成される。草刈り部41は、基本的に回転鋸を用いるが、草の長さや種類に合わせてアタッチメントを変更することも可能である。
操作用コンピュータ1にはprocessing言語で作成した専用の操作プログラムがインストール(記憶装置に記憶)されている。操作プログラムが、表示機能と、ペイント機能と、通信機能を備えている点は実施例1と同様である。本実施例では、ペイント機能において、走行路の所定の位置において行う作業(例えば、草刈りの有無、刈る草の種類、草刈高、草刈幅など)を指定することができ、作業毎に走行路を異なる色で着色表示できる。
[操作方法]
グラウンド上の芝を刈る作業の例で説明する。
ユーザーが、刈りたい芝の範囲全体を撮影できる位置にUSBカメラ4を設置し、カメラ4で取得できる範囲内のグラウンドの端にマーカー2を設置する。操作用コンピュータ1は、カメラの映像中のマーカー2および31−A〜31−Eから草刈りロボット5の相対的な位置情報を計算する。同時にコンピュータ1はカメラ4から見たグラウンドの傾き情報と大きさの情報を基に作成された、作業するグラウンドに対応した背景画像をもつキャンパスを作成し表示装置に表示する。ユーザーは、操作プラグラムのペイント機能により、このキャンパスに任意のライン・図形(走行路)を入力する。このライン・図形には、芝を刈る部分と刈らない部分を設定することができる。
グラウンド上の芝を刈る作業の例で説明する。
ユーザーが、刈りたい芝の範囲全体を撮影できる位置にUSBカメラ4を設置し、カメラ4で取得できる範囲内のグラウンドの端にマーカー2を設置する。操作用コンピュータ1は、カメラの映像中のマーカー2および31−A〜31−Eから草刈りロボット5の相対的な位置情報を計算する。同時にコンピュータ1はカメラ4から見たグラウンドの傾き情報と大きさの情報を基に作成された、作業するグラウンドに対応した背景画像をもつキャンパスを作成し表示装置に表示する。ユーザーは、操作プラグラムのペイント機能により、このキャンパスに任意のライン・図形(走行路)を入力する。このライン・図形には、芝を刈る部分と刈らない部分を設定することができる。
ユーザーは画面上に表示されたキャンパスに、芝刈り装置の走行路となる任意の図形を描画する。この図形は一または複数のラインから構成されることが必要である。走行途中、芝を刈らない部分を設けることもできるので、一筆書きで実現できることは必須ではない。描画を完了したユーザーは、画面上に表示された「芝刈り開始」ボタンをクリックすると、キャンパス上に描かれた図形に基づき命令が生成され、芝刈り装置3に送信される。
草刈りロボット5は、ユーザーが作成した図形(すなわち走行路)に沿って移動する。走行中のラインの描画箇所では芝刈り用の刃が回転し、芝を刈り取る。逆に走行路中の無色とされた箇所では、刃は回転せず、芝は刈り取られない。
草刈りロボット5の走行中、画面上にはUSBカメラ4の撮影画像がリアルタイム表示される。この撮影画像にユーザーが作成した図形(走行路)を重畳表示させることもでき、これによりユーザーは、走行路と実際の描画のズレを確認することができる。草刈りロボット5の走行速度および方位は、センサ部からの測定データに基づき自動補正されるが、自動補正にもかかわらず描画のズレが著しい場合には、草刈りロボット5を緊急停止させることができる。そして、その状態で再びペイント機能により図形(走行路)を修正し、ライン描画命令が再生成してもよい。
以上に説明した本実施例のライン描画システムによれば、人手による草刈りの大変な作業を楽にすることができる。また、ただの不要な草を刈る作業にとどまらず、芝生などの草の生えた平面をキャンバスと見立てて、草の有無によって表現された絵や巨大文字を描画することが可能である。
人間の代わりに機械が自動的に線を引くことで きれいで正確な「線を創れる」ようになることが本発明の特色である。既存の手法に比べ、誰でも簡単に複雑な図形を描けるようになることに加え、人員削減などの効果が期待できる。さらに、災害時のSOSなどのメッセージ、グラウンドや競技場などをキャンバスと見立てた新しいアートの実現や巨大な広告を描くことによる広告宣伝などアミューズメント性に富んだ応用が可能である。
1 操作用コンピュータ
2 マーカー(基準座標設定用)
3 ライン描画装置
4 カメラ
5 草刈りロボット
31A〜E マーカー(位置取得用)
32 ブラシ
33 車輪
34 筐体
35 石灰吐出口
2 マーカー(基準座標設定用)
3 ライン描画装置
4 カメラ
5 草刈りロボット
31A〜E マーカー(位置取得用)
32 ブラシ
33 車輪
34 筐体
35 石灰吐出口
本発明は、以下の技術手段から構成される。
[1]入力装置、記憶装置、表示装置および通信装置を備える操作端末と、操作端末に撮像した画像を送信するカメラと、ロボット用ARタグおよび無線通信装置を備える自走式の作業ロボットと、作業領域に設置される基準ARタグと、を備えた作業システムであって、操作端末が、カメラが撮影した作業領域画像を取得し記憶装置に記憶する手段と、表示装置に表示された作業領域画像上に作業内容が関連付けられた走行路情報を入力装置により入力可能とし、入力された走行路情報を記憶装置に記憶する手段と、記憶装置に記憶した作業領域画像から基準ARタグを認識し、基準座標情報を取得し記憶装置に記憶する手段と、記憶装置に記憶した作業領域画像からロボット用ARタグを認識し、作業ロボットの座標情報を取得し記憶装置に記憶する手段と、記憶装置に記憶された走行路情報を読み出し、作業内容に対応する色で走行路を着色し、記憶装置から読み出した作業領域画像に重畳して表示装置に表示させる手段と、を備え、作業ロボットが、複数に区画された粉体収納容器、各収納容器と連通する排出口および各区画と排出口とを連通または遮断する開閉部材を有する筐体と、筐体に付されたロボット用ARタグと、無線通信装置および複数の車輪を有する駆動・制御系と、を備え、駆動・制御系が、操作端末からの命令に基づき入力された走行路情報に基づき走行し、かつ、所定の座標位置で粉体を排出できることを特徴とする作業システム。
[2]操作端末が、作業ロボットの軌跡情報を重畳した作業領域画像を表示装置に表示させる手段を備えることを特徴とする[1]の作業システム。
[3]作業ロボットが、所定の座標位置で2以上の区画から粉体を同時に排出できることを特徴とする[1]または[2]の作業システム。
[4]操作端末が、排出される粉体と同じ色で着色した走行路情報を表示装置に表示させる手段を備えることを特徴とする[1]または[2]の作業システム。
[5]作業ロボットが、地面に当接して牽引される整地部材と、整地部材を地面と非接触とし、或いは地面と接触させる駆動装置と、を備え、駆動・制御系が、操作端末からの命令に基づき所定の座標位置で整地部材を地面に当接させることができることを特徴とする[1]、[2]、[3]または[4]の作業システム。
[1]入力装置、記憶装置、表示装置および通信装置を備える操作端末と、操作端末に撮像した画像を送信するカメラと、ロボット用ARタグおよび無線通信装置を備える自走式の作業ロボットと、作業領域に設置される基準ARタグと、を備えた作業システムであって、操作端末が、カメラが撮影した作業領域画像を取得し記憶装置に記憶する手段と、表示装置に表示された作業領域画像上に作業内容が関連付けられた走行路情報を入力装置により入力可能とし、入力された走行路情報を記憶装置に記憶する手段と、記憶装置に記憶した作業領域画像から基準ARタグを認識し、基準座標情報を取得し記憶装置に記憶する手段と、記憶装置に記憶した作業領域画像からロボット用ARタグを認識し、作業ロボットの座標情報を取得し記憶装置に記憶する手段と、記憶装置に記憶された走行路情報を読み出し、作業内容に対応する色で走行路を着色し、記憶装置から読み出した作業領域画像に重畳して表示装置に表示させる手段と、を備え、作業ロボットが、複数に区画された粉体収納容器、各収納容器と連通する排出口および各区画と排出口とを連通または遮断する開閉部材を有する筐体と、筐体に付されたロボット用ARタグと、無線通信装置および複数の車輪を有する駆動・制御系と、を備え、駆動・制御系が、操作端末からの命令に基づき入力された走行路情報に基づき走行し、かつ、所定の座標位置で粉体を排出できることを特徴とする作業システム。
[2]操作端末が、作業ロボットの軌跡情報を重畳した作業領域画像を表示装置に表示させる手段を備えることを特徴とする[1]の作業システム。
[3]作業ロボットが、所定の座標位置で2以上の区画から粉体を同時に排出できることを特徴とする[1]または[2]の作業システム。
[4]操作端末が、排出される粉体と同じ色で着色した走行路情報を表示装置に表示させる手段を備えることを特徴とする[1]または[2]の作業システム。
[5]作業ロボットが、地面に当接して牽引される整地部材と、整地部材を地面と非接触とし、或いは地面と接触させる駆動装置と、を備え、駆動・制御系が、操作端末からの命令に基づき所定の座標位置で整地部材を地面に当接させることができることを特徴とする[1]、[2]、[3]または[4]の作業システム。
[6]操作端末が、表示装置に表示された作業領域画像上に作業内容が複数台の作業ロボットの関連付けられた走行路情報を入力装置により入力可能とし、入力された走行路情報を記憶装置に記憶する手段を備えることを特徴とする[1]ないし[5]のいずれかの作業システム。
以下では、本発明の詳細を実施例で説明するが、本発明は何ら実施例に限定されるものではない。なお、実施例2は参考例である。
Claims (8)
- 入力装置、記憶装置、表示装置および通信装置を備える操作端末と、
操作端末に撮像した画像を送信するカメラと、
ロボット用ARタグおよび無線通信装置を備える自走式の作業ロボットと、
作業領域に設置される基準ARタグと、を備えた作業システムであって、
操作端末が、
カメラが撮影した作業領域画像を取得し記憶装置に記憶する手段と、
表示装置に表示された作業領域画像上に作業内容が関連付けられた走行路情報を入力装置により入力可能とし、入力された走行路情報を記憶装置に記憶する手段と、
記憶装置に記憶した作業領域画像から基準ARタグを認識し、基準座標情報を取得し記憶装置に記憶する手段と、
記憶装置に記憶した作業領域画像からロボット用ARタグを認識し、作業ロボットの座標情報を取得し記憶装置に記憶する手段と、
記憶装置に記憶された走行路情報を読み出し、作業内容に対応する色で走行路を着色し、記憶装置から読み出した作業領域画像に重畳して表示装置に表示させる手段と、を備えることを特徴とする作業システム。 - 操作端末が、作業ロボットの軌跡情報を重畳した作業領域画像を表示装置に表示させる手段を備えることを特徴とする請求項1の作業システム。
- 作業ロボットが、
複数に区画された粉体収納容器、各収納容器と連通する排出口および各区画と排出口とを連通または遮断する開閉部材を有する筐体と、
筐体に付されたロボット用ARタグと、
無線通信装置および複数の車輪を有する駆動・制御系と、を備え、
駆動・制御系が、操作端末からの命令に基づき入力された走行路情報に基づき走行し、かつ、所定の座標位置で粉体を排出できることを特徴とする請求項1または2の作業システム。 - 作業ロボットが、所定の座標位置で2以上の区画から粉体を同時に排出できることを特徴とする請求項3の作業システム。
- 操作端末が、排出される粉体と同じ色で着色した走行路情報を表示装置に表示させる手段を備えることを特徴とする請求項3または4の作業システム。
- 作業ロボットが、
地面に当接して牽引される整地部材と、
整地部材を地面と非接触とし、或いは地面と接触させる駆動装置と、を備え、
駆動・制御系が、操作端末からの命令に基づき所定の座標位置で整地部材を地面に当接させることができることを特徴とする請求項3、4または5の作業システム。 - 作業ロボットが、
草を刈るための草刈り部と、
草収納容器を有する筐体と、
筐体に付されたロボット用ARタグと、
ステアリング機能を有する走行装置と、
無線通信装置を有する駆動・制御系と、を備え、
駆動・制御系が、操作端末から送信された走行路情報に基づき走行し、かつ、所定の座標位置で草刈りをすることを特徴とする請求項1または2の作業システム。 - 操作端末が、表示装置に表示された作業領域画像上に作業内容が複数台の作業ロボットの関連付けられた走行路情報を入力装置により入力可能とし、入力された走行路情報を記憶装置に記憶する手段を備えることを特徴とする請求項1ないし7のいずれかの作業システム。
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