JP2017175948A

JP2017175948A - 自走式作業用ロボット

Info

Publication number: JP2017175948A
Application number: JP2016064003A
Authority: JP
Inventors: 和人前田; Kazuto Maeda; 裕島田; Yutaka Shimada; 敏也木村; Toshiya Kimura; 保紀山本; Yasunori Yamamoto; 健沢田; Takeshi Sawada; 洋地福原; Yoji Fukuhara; 充生豊田; Atsuo Toyoda; 忠雄大野; Tadao Ono; 圭士藤見; Keiji Fujimi; 康弘長澤; Yasuhiro Nagasawa
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc; Energia Solution and Service Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc; Energia Solution and Service Co Inc
Priority date: 2016-03-28
Filing date: 2016-03-28
Publication date: 2017-10-05
Anticipated expiration: 2036-03-28
Also published as: JP6619679B2

Abstract

【課題】広い範囲の作業場所から障害物の多い作業場所まで、作業効率の低下を抑制しながらも、作業を行う自走式作業用ロボットを提供する。【解決手段】一対の駆動輪と作業用ツールが取り付けられた第１機体及び第２機体が、連結して構成され、第１機体に、走行方向前方の障害物を検出する障害物検出手段と、第１機体に対する第２機体の位置又は角度を検出する検出手段と、を備え、障害物検出手段からの信号及び検出手段からの信号に基づいて第１機体及び第２機体の走行を制御する制御部３４は、障害物がない場合に、第１機体が走行方向前方に位置し、第２機体が第１機体に対して走行方向斜め後方に位置した状態で走行させる基準走行手段４０と、障害物がある場合に、第１機体の直後方に第２機体が位置するように制御する障害物回避走行手段３９を備える。【選択図】図６

Description

本発明は、自走して作業対象面を処理する自走式作業用ロボットに関する。

かかる自走式作業用ロボットの一例として、芝や雑草等の草の刈り込みに用いられる自走式草刈り機が挙げられる。この自走式草刈り機は、走行車体に駆動車輪と操舵可能な従動車輪とを備え、走行車体の前方に車幅方向外側にまで突出するように取り付けられた左右一対の突出翼に多数の草刈りユニットが装着されている。

上記構成の自走式草刈り機は、草刈りユニットが走行車体の車幅方向外側にまで配置されているため、草刈り範囲（草刈り幅）が走行車体の車幅よりも大きな範囲になっており、作業効率を高めることができる（特許文献１参照）。

特開２０１４−２１２７１４号公報

ところで、草刈りを行う場所が、例えば太陽光発電所の敷地内等のように、草刈り作業範囲に基礎ブロックや杭等の障害物が多い作業場所では、特許文献１のように大きな草刈り範囲を有している自走式の草刈り機では、小回りが利かない。そのため、刈り残しが発生し易いだけでなく、多くの障害物を避けながらの草刈り作業は、作業効率の低下を招くことがあり、早期改善が要望されている。

そこで、本発明は、上記課題に鑑み、広い範囲の作業場所から障害物の多い作業場所まで、作業効率の低下を抑制しながらも、作業を行うことができる自走式作業用ロボットを提供することを目的とする。

本発明に係る自走式作業用ロボットは、自走して作業対象面を処理する自走式作業用ロボットであって、両側部に駆動可能な一対の駆動輪を備え、下面に機体幅と同等又は機体幅よりも小さな外径を有する作業用ツールが取り付けられた第１機体及び第２機体を含む複数の機体は、該第１機体に備える鉛直方向に沿った縦軸に一端部が枢支連結され、かつ、該第２機体に備える鉛直方向に沿った縦軸に他端部が枢支連結される連結部材により連結して構成され、前記第１機体に、走行方向前方の障害物を検出する障害物検出手段と、前記第１機体に対する前記第２機体の位置又は角度を検出する検出手段と、を備え、前記障害物検出手段からの障害物検出信号及び前記検出手段からの検出信号に基づいて第１機体及び第２機体の位置を調整しながら第１機体及び第２機体の走行を制御する制御部を備え、前記制御部は、前記障害物検出手段が障害物を検出していない場合に、前記連結された第１機体が走行方向前方に位置し、かつ、前記第２機体が該第１機体に対して走行方向斜め後方に位置した状態で該第１機体及び該第２機体を走行させ、該走行中において、前記第１機体の第２機体側端部と前記第２機体の第１機体側端部とが走行方向視で一定の重なり合い状態を維持するように、前記検出手段からの検出信号に基づいて、前記第２機体を位置調整しながら走行させる基準走行手段と、前記障害物検出手段により前記第１機体の前方には障害物がなく前記第２機体の前方に障害物を検出した場合に、障害物に衝突する前に前記第１機体の直後方に前記第２機体が位置するように前記検出手段からの検出信号に基づいて該第２機体を位置調整しながら走行させる障害物回避走行手段と、を備えていることを特徴としている。

上記構成によれば、障害物検出手段が障害物を検出していない場合には、基準走行手段により、第１機体が走行方向前方に位置し、かつ、第２機体が第１機体に対して走行方向斜め後方に位置した状態で第１機体及び第２機体を走行させることによって、作業幅を広げて作業効率の低下を抑制することができる。この走行中に、第１機体の第２機体側端部と第２機体の第１機体側端部とが走行方向視で一定の重なり合い状態を維持するように、第２機体の位置を調整するので、走行方向視において第１機体の作業用ツールの第２機体側端と第２機体の作業用ツールの第１機体側端との間に大きな隙間が発生して、作業の未処理部分が発生することを抑制することができ、作業を良好に行うことができる。また、障害物検出手段により前記第１機体の前方には障害物がなく前記第２機体の前方に障害物を検出した場合には、障害物回避走行手段により、障害物に衝突する前に走行方向前方に位置している第１機体の直後方に第２機体が位置するように検出手段からの検出信号に基づいて第２機体を位置調整しながら走行させるので、小回りを利かせながら障害物との衝突を回避することができる。

また、本発明の自走式作業用ロボットは、前記制御部が、前記第２機体に備える一方の駆動輪の回転数と他方の駆動輪の回転数とを異ならせることによって、該第２機体を位置調整しながら走行させてもよい。

上記のように、制御部が、第２機体に備える一方の駆動輪の回転数と他方の駆動輪の回転数とを異ならせることによって、第２機体を位置調整しながら走行させることができるので、位置調整のための特別な機構（例えば操舵機構）が不要になり、構成の簡素化を図ることができる。

また、本発明の自走式作業用ロボットは、前記制御部は、前記障害物検出手段により前記第１機体の前方に障害物を検出した場合に、障害物に衝突しないように障害物に対して走行方向と直交する幅方向へ移動させる移動距離を演算する移動距離演算手段と、障害物に衝突する前に前記移動距離演算手段で演算された移動距離となるように前記第１機体を走行させるとともに、前記第１機体の直後方に前記第２機体が位置するように前記検出手段からの検出信号に基づいて該第２機体を位置調整しながら走行させる第２の障害物回避走行手段と、を備えていてもよい。

上記のように、障害物検出手段により第１機体の前方に障害物を検出した場合に、第２の障害物回避走行手段により、障害物に衝突する前に移動距離演算手段で演算された移動距離となるように第１機体を走行させるとともに、第１機体の直後方に第２機体が位置するように検出手段からの検出信号に基づいて第２機体を位置調整しながら走行させることができるので、第１機体及び第２機体が障害物に衝突することを確実に回避することができる。

以上のように、本発明によれば、制御部が、障害物回避走行手段と基準走行手段とを備えることによって、広い範囲の作業場所から障害物の多い作業場所まで、作業効率の低下を抑制しながらも、作業を行うことができる自走式作業用ロボットを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る自走式作業用ロボットの概略を示す平面図である。同ロボットを構成する３つの機体を連結する連結部材を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は傾斜した状態の側面図、（ｃ）は平面図である。図２で示した連結部材と縦軸との連結部を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。同ロボットを構成する第１機体の平面図である。第１機体に備える検出手段を示す平面図である。本発明の構成を示すブロック図である。基準走行手段による走行制御を示すフローチャートである。第２機体Ａの前方に障害物がある状態を示す平面図である。図８の状態から障害物を回避した状態を示す平面図である。障害物を回避する走行制御を示すフローチャートである。第３機体の前方にある障害物を回避する走行制御を示すフローチャートである。第１機体の前方にある障害物を回避する走行制御を示すフローチャートである。第１機体の前方にある障害物がある状態を示す平面図である。図１３の状態から右側に移動して障害物を回避した状態を示す平面図である。

以下、本発明に係る自走式作業用ロボットの実施形態について図面を参照して説明する。自走式作業用ロボット１は、太陽光発電所敷地のような除草作業対象面を自動で走行して草刈り作業を行うものである。

図１に示すように、自走式作業用ロボット１は、平面視円形状の複数（ここでは、３つ）の第１機体Ｂ、第２機体Ａ、第３機体Ｃが、連結部材２，３により連結されて構成されている。

第１機体Ｂ、第２機体Ａ、第３機体Ｃの両側部のそれぞれには、一対の駆動輪ａ，ｂを備え、第１機体Ｂ、第２機体Ａ、第３機体Ｃの下面には、作業用ツールとしての円盤状の草刈刃１０，１１，１２が駆動回転可能に取り付けられている。草刈刃１０，１１，１２は、機体幅よりも小さな外径を有しているが、機体幅と同等の外径を有していてもよい。

一対の駆動輪ａ，ｂには、駆動モータ（例えば、ホイールモータ）１３，１４、１５，１６、１７，１８を備えている。これら駆動モータ１３，１４、１５，１６、１７，１８を駆動することによって、第１機体Ｂ、第２機体Ａ、第３機体Ｃを図１に示す姿勢での基準走行や、図９に示す障害物回避走行ができるようにしている。

図２（ｃ）に示すように、第１機体Ｂ、第２機体Ａ、第３機体Ｃの上面の中心部には、鉛直方向に沿った縦軸１９，２０，２１が設けられている。第１機体Ｂの縦軸１９に、連結部材２の一端部を枢支連結し、連結部材２の他端部を第２機体Ａの縦軸２０に枢支連結している。従って、第１機体Ｂに対して第２機体Ａを縦軸１９を中心として回動可能に構成し、第２機体Ａに対して第１機体Ｂを縦軸２０を中心として回動可能に構成している。また、第１機体Ｂの縦軸１９に、連結部材３の一端部を枢支連結し、連結部材３の他端部を第３機体Ｃの縦軸２１に枢支連結している。従って、第１機体Ｂに対して第３機体Ｃを縦軸１９を中心として回動可能に構成し、第３機体Ｃに対して第１機体Ｂを縦軸２１を中心として回動可能に構成している。

各連結部材２又は３は、図２（ａ）に示すように、上下方向に配置された一対の板部材２Ａ，２Ａ又は３Ａ，３Ａから構成されている。一方の一対の板部材２Ａ，２Ａの一端部を、鉛直方向と直交する水平方向に沿ったピンＰ１により縦軸１９に回転自在に外嵌された第１外嵌部材２２から延びる板部２３に連結し、一方の一対の板部材２Ａ，２Ａの他端部を、鉛直方向と直交する水平方向に沿ったピンＰ２により縦軸２０に回転自在に外嵌された第２外嵌部材２４から延びる板部２５に連結している。他方の一対の板部材３Ａ，３Ａの一端部を、鉛直方向と直交する水平方向に沿ったピンＰ３により縦軸１９に回転自在に外嵌された第３外嵌部材２６から延びる板部２７に連結し、一方の一対の板部材３Ａ，３Ａの他端部を、鉛直方向と直交する水平方向に沿ったピンＰ４により縦軸２１に回転自在に外嵌された第４外嵌部材２８から延びる板部２９に連結している。このように連結することによって、自走式作業用ロボット１が例えば高低差のある作業地（図２（ｂ）において左側ほど高くなる段差のある作業地）を走行する際において、左側の連結部材２がピンＰ１，Ｐ２を介して左上がりの傾斜姿勢となるとともに、右側の連結部材３もピンＰ３，Ｐ４を介して左上がりの傾斜姿勢となり、第１機体Ｂ、第２機体Ａ、第３機体Ｃを水平姿勢に維持することができる。

各縦軸２０（他の２つの縦軸も同様である）は、図３（ａ），（ｂ）に示すように、周面に沿って多数の三角形状の係合爪２０Ａが形成されており、これら係合爪２０Ａのうちの特定の係合爪２０Ａに係合及び係合解除するように、電磁ソレノイド３０により出没可能なピン型の係合部材３１を備えている。全ての縦軸１９，２０，２１の係合爪２０Ａ（図３（ａ），（ｂ）では１つの係合爪のみ図示）に係合部材３１（図３（ａ），（ｂ）では１つの係合部材のみ図示）を係合させることによって、第１機体Ｂ、第２機体Ａ、第３機体Ｃを例えば図１の姿勢を維持した状態で走行させることができる。このような姿勢を維持した状態で走行させる場合は、障害物のない作業地で作業を行わせる場合である。

図４に示すように、各機体（図４では第１機体Ｂのみ図示している）には、電源としての２個のバッテリ３２，３２と、草刈刃駆動用モータ３３と、制御基板を有する制御部３４とを備えている。従って、バッテリ３２，３２から駆動モータ１３，１４、草刈刃駆動用モータ３３、制御部３４へ電力供給される。

また、第１機体Ｂには、図５に示すように、走行方向前方の障害物を検出する２つの障害物検出手段３５，３５と、第１機体Ｂに対する第２機体Ａ及び第３機体Ｃの位置又は角度を検出する検出手段３６と、駆動輪ａ，ｂの駆動軸の回転数を検出するための駆動軸回転センサ３７，３８と、を備えている。第２機体Ａ及び第３機体Ｃにも、前記２つの障害物検出手段３５，３５と、前記駆動軸回転センサ３７，３８と、を備えているが、検出手段３６は備えていないが、第２機体Ａ及び第３機体Ｃにも、検出手段３６を備えて実施してもよい。

２つの障害物検出手段３５，３５は、第１機体Ｂの前後に設けられており、第１機体Ｂを図５の前方Ｆへ移動する場合には、前側の障害物検出手段３５を使用し、第１機体Ｂを図５の後方Ｒへ移動する（この場合も第１機体Ｂが進行方向先頭になって移動する）場合には、後側の障害物検出手段３５を使用する。各障害物検出手段３５は、機体の外径の５〜１０倍程度の障害物を検出可能な感度を有し、障害物の有無や大きさを求めるための障害物センサと、機体から障害物までの距離を求めるための距離センサとを備えており、障害物センサ及び距離センサの検出範囲Ｓ１，Ｓ２を、図５の２点鎖線で示している。ここでは、２つの障害物検出手段３５，３５を設けているが、１つの障害物検出手段３５を設けて実施することもできる。

検出手段３６は、第１機体Ｂに対して第２機体Ａ及び第３機体Ｃがどの角度になっているかを求める角度センサ（図５に角度θを検出している状態を示している）と、第１機体Ｂがどの方向を向いているかを求めるための方角センサと、第１機体Ｂが作業面のどこに位置しているかを求める位置センサとを備えている。

前記制御部３４には、図１に示す姿勢で走行させる基準走行手段４０と、図６に示すように、基準走行手段４０で走行させている走行中に、障害物検出手段３５からの障害物検出信号及び検出手段３６からの検出信号に基づいて、障害物を回避するための走行を行うための障害物回避走行手段３９と、基準走行手段４０で走行させている走行中に、障害物検出手段３５により第１機体Ｂの前方に障害物を検出した場合に、障害物に衝突しないように障害物に対して走行方向と直交する幅方向へ移動させる移動距離を演算する移動距離演算手段４１と、移動距離演算手段４１で演算された移動距離に基づいて障害物を回避するための走行を行うための前記障害物回避走行手段３９とは異なる第２の障害物回避走行手段４２と、を備えている。

障害物回避走行手段３９は、基準走行手段４０で走行させている走行中に、障害物検出手段３５により第１機体Ｂの前方には障害物がなく第２機体Ａの前方に障害物を検出した場合に、障害物に衝突する前に第１機体Ｂの直後方に第２機体Ａが位置するように検出手段３６からの検出信号に基づいて第２機体Ａを位置調整しながら走行させる手段である。

基準走行手段４０は、障害物検出手段３５が障害物を検出していない場合に、連結された第１機体Ｂが走行方向前方に位置し、かつ、第２機体Ａが第１機体Ｂに対して走行方向斜め後方に位置した状態で第１機体及び第２機体を走行させ（図１の姿勢での走行）、その走行中に、第１機体Ｂの第２機体側端部と第２機体Ａの第１機体側端部とが走行方向視で一定の重なり合い状態（図１に示す重なり幅Ｈ）を維持するように、かつ、第１機体Ｂの第３機体側端部と第３機体Ｃの第１機体側端部とが走行方向視で一定の重なり合い状態（図１に示す重なり幅Ｈ，Ｈ）を維持するように、検出手段３６からの検出信号に基づいて、第２機体Ａ及び第３機体Ｃを位置調整しながら走行させる手段である。尚、図１に示す重なり幅Ｈは、第１機体Ｂの草刈刃１０の外縁と、第２機体Ａの草刈刃１１の外縁及び第３機体Ｃの草刈刃１２の外縁とが走行方向視で接触している状態であるが、第１機体Ｂの草刈刃１０の外縁と、第２機体Ａの草刈刃１１の外縁及び第３機体Ｃの草刈刃１２の外縁とが走行方向視で重複する状態になるように、重なり幅Ｈを図１よりも広くしてもよい。

第２の障害物回避走行手段４２は、基準走行手段４０で走行させている走行中に、障害物に衝突する前に移動距離演算手段４１で演算された移動距離となるように第１機体Ｂを走行させて障害物を回避するとともに、第１機体Ｂの直後方に第２機体Ａが位置するように検出手段３６からの検出信号に基づいて第２機体Ａを位置調整しながら走行させる手段である。

基準走行手段４０による走行制御を図７のフローチャートに基づいて説明する。まず、作業開始のスイッチ（図示せず）がＯＮ操作されると、制御部３４が自動的に判断して各種動作を行わせるための信号を出力する。最初に、第１機体Ａ（以下、Ａ機という）、第２機体Ｂ（以下、Ｂ機という）、第３機体Ｃ（以下、Ｃ機という）の各作業機用モーター（草刈刃駆動用モータ３３）を起動する（ステップＳ１）とともに、Ａ機、Ｂ機、Ｃ機の駆動輪ａ，ｂを起動する（ステップＳ２）。続いて、各機体Ａ，Ｂ，Ｃの進路に障害物があるかどうかを障害物検出手段３５により確認する（ステップＳ３）。障害物があれば、障害物回避制御（サブフローチャート）に移行し、障害物がなければ、基準走行手段４０による走行制御（フローチャートではライン制御）を開始する。このライン制御が、図１に２点鎖線で示す（ア）ラインに沿って走行する制御と、図１に２点鎖線で示す（イ）ラインに沿って走行する制御とを同時に開始する（ステップＳ４）。（ア）ライン制御では、まず（ア）ラインの重なり幅Ｈ（図１参照）が実際値ｈ（検出手段３６により検出して求めた値）と同一かどうかを判断する（ステップＳ５）。同一でなければ、ラインの重なり幅Ｈ（図１参照）よりも実際値ｈが小さいかどうかを判断する（ステップＳ６）。実際値ｈが小さいと判断すると、駆動軸回転センサ３７の検出信号に基づいて、Ａ機の左側の駆動輪ａの回転数を、走行時の回転数Ｎに予め設定されているΔｎを加えた回転数（走行時の回転数よりも大きな回転数）に変更するとともに、駆動軸回転センサ３８の検出信号に基づいて、Ａ機の右側の駆動輪ｂの回転数を、走行時の回転数Ｎに予め設定されているΔｎを引いた回転数（走行時の回転数よりも小さな回転数）に変更して、所定時間Δｔだけ駆動する（ステップＳ７）。これによって、縦軸１９を回転中心としてＡ機を反時計回りに回転させる。前記所定時間Δｔ駆動した後は、ステップＳ５に戻り、（ア）ラインの重なり幅Ｈ（図１参照）が実際値ｈと同一になっているかどうかを確認して、その結果に応じて処理を行うことになる。ステップＳ６でラインの重なり幅Ｈ（図１参照）よりも実際値ｈが小さくないと判断されると、ステップＳ８に移動し、ラインの重なり幅Ｈ（図１参照）よりも実際値ｈが大きいかどうかを判断する。ラインの重なり幅Ｈ（図１参照）よりも実際値ｈが大きいと判断すると、前記とは反対に、Ａ機の左側の駆動輪ａの回転数を、走行時の回転数Ｎに予め設定されているΔｎを引いた回転数（走行時の回転数よりも小さな回転数）に変更するとともに、Ａ機の右側の駆動輪ｂの回転数を、走行時の回転数Ｎに予め設定されているΔｎを加えた回転数（走行時の回転数よりも大きな回転数）に変更する（ステップＳ９）。これによって、縦軸１９を回転中心としてＡ機を時計回りに回転させる。前記所定時間Δｔ駆動した後は、ステップＳ５に戻り、（ア）ラインの重なり幅Ｈ（図１参照）が実際値ｈと同一になっているかどうかを確認して、その結果に応じて処理を行うことになる。

（イ）ライン制御について説明すれば、Ｃ機を（ア）ライン制御とは逆に動作させる制御になります。まず、ステップＳ１０（ア）において、ラインの重なり幅Ｈ（図１参照）が実際値ｈ（検出手段３６により検出して求めた値）と同一かどうかを判断する。同一でなければ、ラインの重なり幅Ｈ（図１参照）よりも実際値ｈが小さいかどうかを判断する（ステップＳ１１）。実際値ｈが小さいと判断すると、駆動軸回転センサ３７の検出信号に基づいて、Ｃ機の左側の駆動輪ａの回転数を、走行時の回転数Ｎに予め設定されているΔｎを引いた回転数（走行時の回転数よりも小さな回転数）に変更するとともに、駆動軸回転センサ３８の検出信号に基づいて、Ｃ機の右側の駆動輪ｂの回転数を、走行時の回転数Ｎに予め設定されているΔｎを加えた回転数（走行時の回転数よりも大きな回転数）に変更して、所定時間Δｔだけ駆動する（ステップＳ１２）。これによって、縦軸１９を回転中心としてＣ機を時計回りに回転させる。前記所定時間Δｔ駆動した後は、ステップＳ１０に戻り、（イ）ラインの重なり幅Ｈ（図１参照）が実際値ｈと同一になっているかどうかを確認して、その結果に応じて処理を行うことになる。ステップＳ１１でラインの重なり幅Ｈ（図１参照）よりも実際値ｈが小さくないと判断されると、ステップＳ１３に移動し、ラインの重なり幅Ｈ（図１参照）よりも実際値ｈが大きいかどうかを判断する。ラインの重なり幅Ｈ（図１参照）よりも実際値ｈが大きいと判断すると、前記とは反対に、Ｃ機の左側の駆動輪ａの回転数を、走行時の回転数Ｎに予め設定されているΔｎを加えた回転数（走行時の回転数よりも大きな回転数）に変更するとともに、Ｃ機の右側の駆動輪ｂの回転数を、走行時の回転数Ｎに予め設定されているΔｎを引いた回転数（走行時の回転数よりも小さな回転数）に変更する（ステップＳ１４）。これによって、縦軸１９を回転中心としてＡ機を反時計回りに回転させる。前記所定時間Δｔ駆動した後は、ステップＳ１０に戻り、（イ）ラインの重なり幅Ｈ（図１参照）が実際値ｈと同一になっているかどうかを確認して、その結果に応じて処理を行うことになる。

ステップＳ５で（ア）ラインの重なり幅が設定幅になるか、ステップＳ１０で（イ）ラインの重なり幅が設定幅になると、ステップＳ１５に移動し、停止信号が出力されたかどうかを判断し、出力されていなければ、ステップＳ３に戻り、出力されると、Ａ機、Ｂ機、Ｃ機の駆動輪ａ，ｂを停止して（ステップＳ１６）、制御を終了する。

次に、障害物検出手段３５により障害物を検出すると、障害物回避走行手段３９による障害物回避制御に移り、図１０のフローチャートに基づいて説明する。まず、障害物の位置を特定するために、ステップＳ２０でＢ機の進路（前方）に障害物があるかどうかを確認し、Ｂ機の進路（前方）に障害物がある場合には、図１２のフローチャートでの処理となる。また、Ｂ機の進路（前方）に障害物がない場合には、ステップＳ２１に移り、Ａ機の進路（前方）に障害物があるかどうかを確認する。Ａ機の進路（前方）に障害物がない場合には、ステップＳ２２でＣ機の進路（前方）に障害物があるかどうかを確認し、Ｃ機の進路（前方）に障害物がある場合には、図１１のフローチャートでの処理となる。ステップＳ２１でＡ機の進路（前方）に障害物がある場合（図８参照）には、ステップＳ２３でＡ機の制御とＣ機の制御とを開始する。Ｃ機制御の場合には、ステップＳ２４でＡ機とＣ機の角度θ_ｎが設定角度θ_Ｎよりも小さい場合には、Ｃ機の左側の駆動輪ａの回転数を、走行時の回転数Ｎに予め設定されているΔｎを加えた回転数（走行時の回転数よりも大きな回転数）に変更するとともに、駆動軸回転センサ３８の検出信号に基づいて、Ｃ機の右側の駆動輪ｂの回転数を、走行時の回転数Ｎに予め設定されているΔｎを引いた回転数（走行時の回転数よりも小さな回転数）に変更して、所定時間Δｔだけ駆動する（ステップＳ２５）。これによって、縦軸１９を回転中心としてＣ機を反時計回りに回転させることによって、Ｃ機がＡ機側から離間するように移動して両機Ａ，Ｃが衝突することがないようにしている。前記所定時間Δｔ駆動した後は、ステップＳ２６でＣ機が所定角度になった（図９の上側に示したＣ機の角度）かどうかを確認する。Ｃ機が所定角度になっていなければ、ステップＳ２４に戻り、Ｃ機が所定角度になっていれば、次へ移る。

Ａ機制御では、ステップＳ２７でＡ機のＸ軸方向の目標移動距離ＸＧ（図８参照、障害物Ｚに衝突しない距離）を算出し、その目標移動距離ＸＧが実際の計測距離Ｘ_ｎ+１に達しているかどうかを判断し（ステップＳ２７）、達していない場合には、ステップＳ２８で、Ａ機の左側の駆動輪ａの回転数を、走行時の回転数Ｎに予め設定されているΔｎを加えた回転数（走行時の回転数よりも大きな回転数）に変更するとともに、Ａ機の右側の駆動輪ｂの回転数を、走行時の回転数Ｎに予め設定されているΔｎを引いた回転数（走行時の回転数よりも小さな回転数）に変更する（ステップＳ９）。これによって、縦軸１９を回転中心としてＡ機を反時計回りに回転させる。前記所定時間Δｔ駆動した後は、Ａ機がＢ機の後に移動したか（図９上側のＡ機参照）どうかを判断し（ステップＳ２９）、Ａ機がＢ機の後に移動したと判断し、ステップＳ２６でＣ機が所定角度になっている（図９の上側のＡ機、Ｃ機の位置）と判断されると、Ａ機，Ｃ機の駆動輪ａ，ｂの回転数を、走行時の回転数Ｎに戻して（ステップＳ３０）、直進走行（基準走行）させる。尚、図８に示すＡ機から障害物Ｚとの距離Ｌを障害物検出手段３５で検出し、障害物Ｚに衝突する前に、Ａ機がＢ機の後に移動し、かつ、Ｃ機が所定角度になるように、Ａ機及びＣ機の駆動輪ａ，ｂの回転数を設定することになる。

前記Ｃ機の進路（前方）に障害物がある場合を、図１１のフローチャートに基づいて説明する。この場合は、Ａ機の進路（前方）に障害物がある場合とは反対の制御になる。つまり、Ｃ機をＢ機の後に移動させるとともに、移動するＣ機がＡ機に衝突しないようにＡ機をＣ機から離間するように移動させる制御になる。具体的には、Ａ機制御の場合には、ステップＳ３２でＡ機とＣ機の角度θ_ｎが設定角度θ_Ｎよりも小さい場合には、Ａ機の左側の駆動輪ａの回転数を、走行時の回転数Ｎに予め設定されているΔｎを引いた回転数（走行時の回転数よりも小さな回転数）に変更するとともに、駆動軸回転センサ３８の検出信号に基づいて、Ａ機の右側の駆動輪ｂの回転数を、走行時の回転数Ｎに予め設定されているΔｎを加えた回転数（走行時の回転数よりも大きな回転数）に変更して、所定時間Δｔだけ駆動する（ステップＳ２５）。これによって、縦軸１９を回転中心としてＡ機を時計回りに回転させる（ステップＳ３３）ことによって、Ａ機がＣ機側から離間移動して両機Ｃ，Ａが衝突することがないようにしている。前記所定時間Δｔ駆動した後は、ステップＳ３４でＡ機が所定角度になった（図９の上側に示したＣ機の角度）かどうかを確認する。Ａ機が所定角度になっていなければ、ステップＳ３２に戻り、Ａ機が所定角度になっていれば、次へ移る。Ｃ機制御では、ステップＳ３５でＣ機のＸ軸方向の目標移動距離ＸＧを算出し、その目標移動距離ＸＧが実際の計測距離Ｘ_ｎ+１に達しているかどうかを判断し、達していない場合には、ステップＳ３６で、Ｃ機の左側の駆動輪ａの回転数を、走行時の回転数Ｎに予め設定されているΔｎを引いた回転数（走行時の回転数よりも小さな回転数）に変更するとともに、Ｃ機の右側の駆動輪ｂの回転数を、走行時の回転数Ｎに予め設定されているΔｎを加えた回転数（走行時の回転数よりも大きな回転数）に変更する。これによって、縦軸１９を回転中心としてＣ機を時計回りに回転させる。前記所定時間Δｔ駆動した後は、Ｃ機がＢ機の後に移動したかどうかを判断し（ステップＳ３７）、Ｃ機がＢ機の後に移動したと判断し、ステップＳ３４でＡ機が所定角度になっていると判断されると、Ａ機，Ｃ機の駆動輪ａ，ｂの回転数を、走行時の回転数Ｎに戻して（ステップＳ３８）、直進走行（基準走行）させる。この場合も、Ｃ機から障害物との距離を障害物検出手段３５で検出し、障害物に衝突する前に、Ｃ機がＢ機の後に移動し、かつ、Ａ機が所定角度になるように、Ａ機及びＣ機の駆動輪ａ，ｂの回転数を設定することになる。

図１２では、第２の障害物回避走行手段４２による障害物回避制御となる。つまり、Ｂ機の進路（前方）に障害物がある場合の障害物回避制御のフローチャートを示している。まず、Ｂ機に対する障害物の位置を特定する（ステップＳ４０）。これによって、少ない移動距離で効率良く障害物を回避できるのかを決定するためである。つまり、図１３に示すように、Ｂ機体の左右幅方向中央から障害物Ｚの左端までの距離Ｘ_ＬとＢ機体の左右幅方向中央から障害物Ｚの右端までの距離Ｘ_Ｒの大きさを比較し、Ｘ_Ｌ＜Ｘ_Ｒの場合には、左側にＢ機を回避させる制御を行い、Ｘ_Ｌ≧Ｘ_Ｒの場合には、右側にＢ機を回避させる制御を行うことになる。図１４では、右側へＢ機、Ａ機、Ｃ機を回避した場合を示している。

Ｘ_Ｌ＜Ｘ_Ｒの場合には、ステップＳ４１に移行し、Ｂ機の目標移動距離ＸＧ（図１３参照）を演算し、実際の計測距離Ｘ_ｎ+１が目標移動距離ＸＧに達していない場合（ＸＧ＞Ｘ_ｎ+１）には、Ｂ機の左側の駆動輪ａの回転数を、走行時の回転数Ｎに予め設定されているΔｎを引いた回転数（走行時の回転数よりも小さな回転数）に変更するとともに、Ｂ機の右側の駆動輪ｂの回転数を、走行時の回転数Ｎに予め設定されているΔｎを加えた回転数（走行時の回転数よりも大きな回転数）に変更する（ステップＳ４２）。これによって、縦軸２０を回転中心としてＢ機を反時計回りに回転させる。前記所定時間Δｔ駆動した後は、Ｂ機が目標移動距離ＸＧ移動したかどうかを確認し（ステップＳ４３）、移動していない場合には、ステップＳ４１に戻り、移動した場合には、Ｂ機の駆動輪ａ，ｂの回転数を、走行時の回転数Ｎに戻す（ステップＳ４４）。

Ｘ_Ｌ≧Ｘ_Ｒの場合には、ステップＳ４５に移行し、Ｂ機の目標移動距離ＸＧ（図１３参照）を演算し、実際の計測距離Ｘ_ｎ+１が目標移動距離ＸＧに達していない場合（ＸＧ＞Ｘ_ｎ+１）には、Ｂ機の左側の駆動輪ａの回転数を、走行時の回転数Ｎに予め設定されているΔｎを加えた回転数（走行時の回転数よりも大きな回転数）に変更するとともに、Ｂ機の右側の駆動輪ｂの回転数を、走行時の回転数Ｎに予め設定されているΔｎを引いた回転数（走行時の回転数よりも小さな回転数）に変更する（ステップＳ４６）。これによって、縦軸２１を回転中心としてＢ機を時計回りに回転させる。前記所定時間Δｔ駆動した後は、Ｂ機が目標移動距離ＸＧ移動したかどうかを確認し（ステップＳ４７）、移動していない場合には、ステップＳ４５に戻り、移動した場合には、Ｂ機の駆動輪ａ，ｂの回転数を、走行時の回転数Ｎに戻す（ステップＳ４４）。

図１２では、Ｂ機の回避のみを説明するフローチャートを示しているが、Ａ機及びＣ機は、前述したフローチャートにより、Ｂ機が右側へ移動する場合には、Ｂ機の後にＡ機が移動し、Ｂ機が左側へ移動する場合には、Ｂ機の後にＣ機が移動し、移動するＡ機又はＣ機がＣ機又はＡ機に衝突しないようにＣ機又はＡ機を離間移動することになる。例えば図１４に示すように、右側にＢ機が移動する場合には、Ｂ機の後にＡ機が移動し、これとは反対に、左側にＢ機が移動する場合には、Ｂ機の後にＣ機が移動する。尚、図１３のＡ機、Ｂ機、Ｃ機の姿勢のまま障害物を回避できるように、Ａ機又はＣ機の左右の幅も考慮してＢ機を回避させることも可能である。

なお、本発明に係る自走式作業用ロボットは、前記実施形態に限定することなく種々変更することができる。

前記実施形態では、３つの機体Ａ，Ｂ，Ｃを示したが、２つの機体Ａ，Ｂ又はＢ，Ｃであってもよいし、４つ以上の機体を連結して実施することもできる。

また、前記実施形態では、制御部３４を機体に設けたが、例えば、制御部をパソコン等から構成し、機体と無線通信できるように、パソコンと機体の両方に送受信機を備えさせて実施してもよい。

また、前記実施形態では、機体を円形に構成したが、矩形状又は楕円形あるいは多角形状等、どのような形状に構成してもよい。

また、前記実施形態では、検出手段３６を、角度センサと、方角センサと、位置センサとから構成したが、角度センサのみで構成する、又は位置センサのみで構成する、あるいは角度センサと位置センサとで構成してもよい。

また、前記実施形態では、作業用ツールとして、草刈刃１０，１１，１２を示したが、敷地内又は工場内を清掃する清掃装置であってもよい。

１…自走式作業用ロボット、２，３…連結部材、２Ａ，３Ａ…板部材、１０，１１，１２…草刈刃、１３，１４、１５，１６、１７，１８…駆動モータ、１９，２０，２１…縦軸、２０Ａ…係合爪、２２…外嵌部材、２３…板部、２４…外嵌部材、２５…板部、２６…外嵌部材、２７…板部、２８…外嵌部材、２９…板部、３０…電磁ソレノイド、３１…係合部材、３２…バッテリ、３３…草刈刃駆動用モータ、３４…制御部、３５…障害物検出手段、３６…検出手段、３７，３８…駆動軸回転センサ、３９…障害物回避走行手段、４０…基準走行手段、４１…移動距離演算手段、４２…第２の障害物回避走行手段、Ａ…第２機体、Ｂ…第１機体、Ｃ…第３機体、Ｆ…前方、Ｈ…幅、Ｌ…距離、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４…ピン、Ｒ…後方、Ｓ１，Ｓ２…検出範囲、ＸＧ…目標移動距離、Ｘ_Ｌ…距離、Ｘ_Ｒ…距離、Ｚ…障害物、ａ，ｂ…駆動輪、θ…角度

Claims

自走して作業対象面を処理する自走式作業用ロボットであって、
両側部に駆動可能な一対の駆動輪を備え、下面に機体幅と同等又は機体幅よりも小さな外径を有する作業用ツールが取り付けられた第１機体及び第２機体を含む複数の機体は、該第１機体に備える鉛直方向に沿った縦軸に一端部が枢支連結され、かつ、該第２機体に備える鉛直方向に沿った縦軸に他端部が枢支連結される連結部材により連結して構成され、
前記第１機体に、走行方向前方の障害物を検出する障害物検出手段と、前記第１機体に対する前記第２機体の位置又は角度を検出する検出手段と、を備え、
前記障害物検出手段からの障害物検出信号及び前記検出手段からの検出信号に基づいて第１機体及び第２機体の位置を調整しながら第１機体及び第２機体の走行を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記障害物検出手段が障害物を検出していない場合に、前記連結された第１機体が走行方向前方に位置し、かつ、前記第２機体が該第１機体に対して走行方向斜め後方に位置した状態で該第１機体及び該第２機体を走行させ、該走行中において、前記第１機体の第２機体側端部と前記第２機体の第１機体側端部とが走行方向視で一定の重なり合い状態を維持するように、前記検出手段からの検出信号に基づいて、前記第２機体を位置調整しながら走行させる基準走行手段と、前記障害物検出手段により前記第１機体の前方には障害物がなく前記第２機体の前方に障害物を検出した場合に、障害物に衝突する前に前記第１機体の直後方に前記第２機体が位置するように前記検出手段からの検出信号に基づいて該第２機体を位置調整しながら走行させる障害物回避走行手段と、を備えていることを特徴とする自走式作業用ロボット。
前記制御部は、前記第２機体に備える一方の駆動輪の回転数と他方の駆動輪の回転数とを異ならせることによって、該第２機体を位置調整しながら走行させることを特徴とする請求項１に記載の自走式作業用ロボット。
前記制御部は、前記障害物検出手段により前記第１機体の前方に障害物を検出した場合に、障害物に衝突しないように障害物に対して走行方向と直交する幅方向へ移動させる移動距離を演算する移動距離演算手段と、障害物に衝突する前に前記移動距離演算手段で演算された移動距離となるように前記第１機体を走行させるとともに、前記第１機体の直後方に前記第２機体が位置するように前記検出手段からの検出信号に基づいて該第２機体を位置調整しながら走行させる第２の障害物回避走行手段と、を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の自走式作業用ロボット。