JP2018007615A - 作業ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】作業（例えば刈り取り）対象の状態に応じた駆動制御が可能な作業ロボットを提供する。【解決手段】負荷抵抗を伴う所定の作業をモーターの駆動力により行う作業部と、前記作業部を、作業に伴って移動させる駆動部と、前記作業部が置かれた環境に応じて、前記モーターが受け得る負荷抵抗の基準値を複数定める基準設定手段と、前記モーターの回転数または電流値に基づいて、当該モーターが担っている負荷抵抗を判断する負荷判断手段と、前記負荷判断手段の判断結果と前記基準設定手段が定める基準値とを比較する比較手段と、前記比較手段の比較結果に応じて、前記モーターの駆動力を切り替える出力切替手段と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、作業ロボットに関する。

従来、草や芝などを刈り取る装置（刈払（草刈、除草）装置（機）などと呼称される）が用いられている。従来の刈払装置は、刈り取り対象である草などの状態に応じた自動的な駆動制御を行ってはおらず、操作者の手動による駆動制御が行われている。

従来の刈払装置には、乗用タイプや、手押し車タイプなどがある。乗用タイプは、操作者が乗り込んで運転する比較的大型の装置であって、エンジンを備え、ガソリンなどを燃料として駆動する。手押し車タイプは、電動モーターを備え、バッテリーなどの電力で駆動する。

いずれのタイプの刈払装置も、操作者が、目視で判断できる草の有無、密生具合、硬さなどを参考に、手動で駆動条件（モーターの回転数など）を設定するよう構成されている。したがって、操作者の判断が適切でなければ、適切な駆動制御が行われない。また、操作者は、刈り取り対象の状態に対して駆動条件が弱い場合（例：回転数が適切より低い）、刈り取りを遂行できないことから、過剰な駆動条件を設定しがちである（例：回転数が適切より高め）。この場合、燃料や電力が必要以上に消費されることになる点において、好ましくない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、作業（例えば刈り取り）対象の状態に応じた駆動制御が可能な作業ロボットを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の作業ロボットは、負荷抵抗を伴う所定の作業をモーターの駆動力により行う作業部と、前記作業部を、作業に伴って移動させる駆動部と、前記作業部が置かれた環境に応じて、前記モーターが受け得る負荷抵抗の基準値を複数定める基準設定手段と、前記モーターの回転数または電流値に基づいて、当該モーターが担っている負荷抵抗を判断する負荷判断手段と、前記負荷判断手段の判断結果と前記基準設定手段が定める基準値とを比較する比較手段と、前記比較手段の比較結果に応じて、前記モーターの駆動力を切り替える出力切替手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、作業（例えば刈り取り）対象の状態に応じた駆動制御が可能となるという効果を奏する。

図１は、第１実施形態にかかる刈払装置の構成を概略的に示す図である。 図２は、刈取部の構成および動作を示す図である。 図３は、刈払装置のハードウェア構成および機能構成を併せて示すブロック図である。 図４は、アクティブ制御部と協働各部との信号入出力状態を示す図である。 図５は、スイッチバック草刈について説明する図である。

（第１実施形態）
以下に添付図面を参照して、作業ロボットの実施の形態を詳細に説明する。図１は、第１実施形態にかかる刈払装置１の構成を概略的に示す図である。刈払装置１は、作業ロボットの一例である。

刈払装置１は、本体１０、タイヤ１１〜１４、左駆動ギヤ２１、右駆動ギヤ２２、左従動ギヤ２３、右従動ギヤ２４、左タイミングベルト２５、右タイミングベルト２６、左駆動モーター３１、右駆動モーター３２、刈取部４０、金属探知部５１〜５４、センサ６１〜６６、バッテリー７０、および制御部８０を備えている。

本体１０は、四隅をタイヤ１１〜１４で支えられ、タイヤ１１〜１４の回転により移動する。なお、本実施形態ではタイヤ１１〜１４を採用しているが、実施にあたってはタイヤ１１〜１４に代えて例えば無限軌道などを用いてもよい。

本体１０は、左駆動ギヤ２１、右駆動ギヤ２２、左従動ギヤ２３、右従動ギヤ２４、左タイミングベルト２５、右タイミングベルト２６、左駆動モーター３１、右駆動モーター３２、バッテリー７０、および制御部８０等を収納している。

左駆動モーター３１および右駆動モーター３２は、駆動部の一例である。左駆動ギヤ２１は、左駆動モーター３１が発する駆動力を受けて回転する。タイヤ１１は、左駆動ギヤ２１により回転駆動される。右駆動ギヤ２２は、右駆動モーター３２が発する駆動力を受けて回転する。タイヤ１２は、右駆動ギヤ２２により回転駆動される。

左タイミングベルト２５は、左駆動ギヤ２１の回転を左従動ギヤ２３に伝達する。左従動ギヤ２３は、タイヤ１３を回転させる。右タイミングベルト２６は、右駆動ギヤ２２の回転を右従動ギヤ２４に伝達する。右従動ギヤ２４は、タイヤ１４を回転させる。

図２は、刈取部４０の構成および動作を示す図である。刈取部４０は、作業部の一例である。刈取部４０は、カッター４１〜４４、刈取モーター４５、カム４６，４７および回転軸４８を備えている。カッター４１〜４４は、各々、横一列に並んだ複数の山型の刃を備えている。

カッター４１とカッター４２とは、厚さ方向に重なった状態で、長手方向に沿って互いに反対向きに往復移動することにより、バリカンのように機能する。つまり、刈取部４０は、刃と刃に挟まれた草などを切断する。同様に、カッター４３とカッター４４とは、厚さ方向に重なった状態で、長手方向に沿って互いに反対向きに往復移動することにより、バリカンのように機能する。

なお、本実施形態ではバリカンタイプのカッター４１〜４４を採用しているが、実施にあたってはカッター４１〜４４に代えて、例えば回転式など、他の様式のカッターを用いてもよい。具体例としては、チップソー、ハンマーナイフモア、プラスチック樹脂刃などがある。

カッター４１およびカッター４２は、刃を前方に向けており、刈払装置１が前進するときに草を刈り取る。また、カッター４３およびカッター４４は、刃を後方に向けており、刈払装置１が後退するときに草を刈り取る。

カッター４１およびカッター４３は、刃の反対側（峰）で一体化していて、カム４６および回転軸４８を介して刈取モーター４５の駆動力を伝達されることにより、ともに往復運動する。同様に、カッター４２およびカッター４４は、刃の反対側（峰）で一体化していて、カム４７および回転軸４８を介して刈取モーター４５の駆動力を伝達されることにより、ともに往復運動する。

回転軸４８は、刈取モーター４５の駆動力を、カム４６およびカム４７に伝達する。カム４６およびカム４７は、刈取モーター４５の駆動力を回転軸４８経由で受け取り、カッター４１〜４４に伝達する。当該伝達を、カム４６およびカム４７は、カッター４３およびカッター４４が備えるリンク４３ａおよびリンク４４ａ内を回転することで行う。リンク４３ａ内におけるカム４６の位相と、リンク４４ａ内におけるカム４７の位相とは、１８０°ずらして設けられている。これにより、カッター４１およびカッター４３と、カッター４２およびカッター４４とは、左右逆方向に移動する。

センサ６１〜６６は、草に触れて受けた圧力に応じた信号を出力する。センサ６１は、本体１０の前方に配置されている。センサ６２は、本体１０の後方に配置されている。センサ６３は、タイヤ１１の近傍に配置されている。センサ６４は、タイヤ１３の近傍に配置されている。センサ６５は、タイヤ１４の近傍に配置されている。センサ６６は、タイヤ１２の近傍に配置されている。

金属探知部５１〜５４は、本体１０の四方（前後左右）に配置されていて、刈取範囲を囲んで張られた金属ワイヤー２０１〜２０４（後述、図５）の検知に用いられる。

バッテリー７０は、上記各部（左駆動モーター３１、右駆動モーター３２、刈取モーター４５、金属探知部５１〜５４、センサ６１〜６６、および制御部８０）に、電力を供給する。

図３は、刈払装置１のハードウェア構成および機能構成を併せて示すブロック図である。刈払装置１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）８１，ＲＯＭ（Read Only Memory）８２，ＲＡＭ（Random Access Memory）８３、クラウド通信部８４、温湿度センサ９１、ＧＰＳ（Global Positioning System）センサ９２、距離センサ９３、草有無センサ９４、電流センサ９５，９６、エンコーダ９７、モータードライバ９８，９９、アクティブ制御部１００を備えている。

アクティブ制御部１００は、負荷判断部１０１、比較部１０２、出力切替部１０３、およびモータードライバ１０４を備えている。比較部１０２は、草有無判断部１０２ａを備えている。アクティブ制御部１００は、刈取モーター４５の刈り取り中の負荷抵抗を確認し、当該負荷抵抗に適した回転数で刈取モーター４５が駆動するよう制御することによって、過負荷による発熱等の無駄を省き、省電力化を図る。図４は、アクティブ制御部１００と協働各部との信号入出力状態を示す図である。

アクティブ制御部１００が備える比較部１０２に入力される回転数基準（１）〜（４）は、図３に示すクラウド通信部８４が、外部サーバ等（以下クラウドと称する）から取得した回転数の基準値である。

クラウドは、地域別に季節によって生育が予測される雑草の状態（枯れ具合等）をまとめたデータベースと、雑草の状態に適する回転数（回転数基準）を、予め記憶している。クラウドは、クラウド通信部８４からの要求を受けると、要求への応答として、季節や場所から繁茂が推定される草種類や状態に応じた回転数基準を返す。

温湿度センサ９１は、刈払装置１が置かれた環境を示す温度や湿度を測定する。ＧＰＳセンサ９２は、刈払装置１の置かれた場所や進行方向の特定、移動距離の測定などを行う。温湿度センサ９１およびＧＰＳセンサ９２の出力は、クラウド通信部８４がクラウドに回転数基準を要求する際の付加情報として用いられる。

ここで、クラウド、クラウド通信部８４、温湿度センサ９１、およびＧＰＳセンサ９２は、基準設定手段の一例として機能する。

距離センサ９３は、草など刈り取り対象までの距離を検知する。草有無センサ９４は、草の有無を検知する（対象有無判断手段の一例）。距離センサ９３や草有無センサ９４としては、例えば、赤外線や超音波により距離を測定（測距）する方式や、カメラで撮像した画像から距離を推定する画像認識方式などがある。

電流センサ９５は、刈取モーター４５に流れる電流の値を測定する。電流センサ９６は、タイヤ１１〜１４の回転方向を検出する。エンコーダ９７は、タイヤ１１〜１４の回転数や速度を検出する。

モータードライバ９８は、左駆動モーター３１の駆動を制御する。モータードライバ９９は、右駆動モーター３２の駆動を制御する。

ＲＯＭ８２は、読み出し専用の不揮発性の記憶媒体であり、ＣＰＵ８１が実行する各種プログラムとその実行に必要な固定データ等を予め記憶している。

ＲＡＭ８３は、読み書き可能な揮発性の記憶媒体であり、一時的なデータを記憶する。ＲＡＭ８３は、ＣＰＵ８１がプログラムを実行する際のワークエリアとして使用される。

ＣＰＵ８１は、ＲＡＭ８３をワークエリアとしてＲＯＭ８２に記憶されたプログラムを選択的に実行することにより、刈払装置１が備える各部を統括的に制御し、各種機能を実現する。

ＣＰＵ８１がプログラムに従って演算を行うことにより、ソフトウェア制御部が構成される。このようにして構成されたソフトウェア制御部と、ハードウェアとの組み合わせによって、本実施形態に係る刈払装置１の各種機能を実現する機能部が構成される。

ＣＰＵ８１，ＲＯＭ８２，およびＲＡＭ８３は、制御部８０およびアクティブ制御部１００を構成する。制御部８０は、刈払装置１の各部を統括的に制御する。

モータードライバ１０４は、刈取モーター４５の駆動を制御する。モータードライバ１０４は、刈取モーター４５の制御に際し、回転数が、比較部１０２が選択した回転数基準を中央値とした所定の範囲（可動範囲）で推移するように制御する。可変範囲は、予め定められて所定の記憶部が記憶し、比較部１０２等において用いられる。

負荷判断部１０１は、負荷判断手段の一例である。負荷判断部１０１は、電流センサ９５の出力から得られる刈取モーター４５に流れる電流と、エンコーダ９７の出力から得られる刈取モーター４５の回転数とから、刈取モーター４５の負荷を判断する。

刈取モーター４５の負荷は、草の硬さや密生具合を推定する材料となる。草が硬かったり密生していたりして刈取モーター４５の負荷抵抗が大きい場合には、刈取モーター４５の電流値が増え、回転数が低下する。また、負荷抵抗増大は、刈取モーター４５の発熱を引き起こすが、発熱は、過熱や故障に至らずともエネルギーが無駄に消費されて好ましくないので、避けたい。負荷判断部１０１は、草の密度や硬さなどをリアルタイムに監視し、監視結果を、具体的対策に向けて下流の機能部へと出力する。

比較部１０２は、比較手段の一例である。比較部１０２は、クラウド通信部８４が取得した複数（ここでは４種類）の回転数基準と負荷判断部１０１の出力とを比較して、複数の回転数基準のうち最も適する回転数基準を選択し、選択された回転数基準に応じたＰＷＭ（Pulse Width Modulation、パルス幅変調）信号を出力切替部１０３へ出力する。

比較部１０２は、４つの比較器を備え、各比較器１０２１〜１０２４に、４種類の重みづけ量（−１、０、＋１、＋２）に応じた段階的な４種類の回転数基準（クラウド通信部８４経由で取得）を設定している。上記回転数基準の選択は、比較器１０２１〜１０２４の選択によって行われる。

重みづけ量が「０」の回転数基準は、上記クラウドにおいて、季節や場所から繁茂が推定される草種類や状態（枯れ具合等）に最も適するとしている値（狙いの値）である。

重みづけ量が「０」以外の３種類の回転数基準は、狙いの値を基準に、重みづけ量によって幅を持たせられて設定されている。重みづけ量「−１」の回転数基準は、狙いの値よりも低い値である。重みづけ量「＋１」の回転数基準は、狙いの値よりも高い値である。重みづけ量「＋２」の回転数基準は、重みづけ量「＋１」の回転数基準よりもさらに高い値である。

比較部１０２の草有無判断部１０２ａは、「草有り基準値」と負荷判断部１０１の出力とを比較して、草の有無を判断し（対象有無判断手段の一例）、結果を出力切替部１０３へ出力する。つまり、草有無判断部１０２ａは、負荷判断部１０１の出力を「草有り基準値」に照らして、明らかに草がないと判断できる場合に、刈取モーター４５の回転を停止したり、あるいは回転数を低下させたりして、電力消費を抑える。

なお、上記「草有り基準値」は、予めＲＯＭ８２に記憶していてもよいし、クラウド通信部８４がクラウドから取得するのでもよい。

また、上述の草有無に応じた省電力目的での刈取モーター４５の制御等の実施判断は、距離センサ９３の出力（草までの距離）や、草有無センサ９４の出力（草有無信号）、あるいはセンサ６１〜６６による草から受ける圧力（草圧）の検知結果に応じて、行ってもよい。

出力切替部１０３は、出力切替手段の一例である。出力切替部１０３は、比較部１０２からの出力に応じて、モータードライバ１０４に対して、モーター速度可変信号を出力する。これにより、草などの刈り取り対象の状態に応じて刈取モーター４５を制御する。

また、出力切替部１０３は、低速走行指示コマンドまたは高速走行指示コマンドを受けた場合に、モータードライバ９８，９９に対して、速度指示信号を出力する。上述の低速走行指示コマンドおよび高速走行指示コマンドは、例えばＣＰＵ８１から入力される。

このような構成の刈払装置１の動作の例を以下に説明する。図５は、スイッチバック草刈について説明する図である。本例において、刈払装置１は、金属ワイヤー２０１〜２０４で囲まれた刈取範囲の草を刈り取る。

ただし、金属ワイヤー２０１〜２０４は、金属探知部５１〜５４と刈取部４０との設置位置のずれを考慮して設置されている。つまり、図示のように金属探知部５１〜５４の検知位置が、カッター４１〜４４による刈取位置の外側である場合には、所望の刈取範囲より一回り広く金属ワイヤー２０１〜２０４を設置する。

制御部８０は、本体１０の前後左右に備える金属探知部５１〜５４のいずれかが金属を検知していると、金属ワイヤー２０１〜２０４のいずれかを検知しているとして、自装置が刈取範囲の周縁部に位置していると判断する。これを応用し、制御部８０は、本例のスイッチバック草刈において、後方の金属探知部５２および片側方の金属探知部５３が金属を検知した状態からスタートし、金属探知部５３の金属検知状態を保ちながら本体１０を前進させる。

次に、制御部８０は、前方の金属探知部５１による金属検知を契機に、本体１０を斜め後方へ後退させる。この後退により、側方の金属検知（金属探知部５３による）は、なくなる。なお、カッター４１〜４４は、前進時のみならず後退時にも駆動させておく。

ここで、後退時の角度は、次に後方の金属ワイヤー２０２が検知されるときに、刈り取り幅（カッター４１〜４４の長手方向寸法）の例えば半分程度の距離だけ、本体１０が右側へ移動する程度の角度である。

このようにすると、仮に刈取範囲が平坦であれば、カッター４１〜４４は、同じ箇所を複数回（２〜３度）刈り取ることになる。しかしながら、このようにすることによって、例え刈取範囲が凸凹であっても、その状態によらずカッター４１〜４４が通過しない部分がないようにし、刈り残しにくくすることが可能となる。

次に、制御部８０は、後方の金属探知部５２による金属検知を契機に、本体１０を、前回の前進方向と平行な方向へと前進させる。これを繰り返して、制御部８０は、本体１０を、刈取範囲内で、前後に、且つ徐々に側方へとずらしながら、移動させる。

そして、制御部８０は、スタート時に金属検知していた側方と逆側の側方において金属検知し（金属探知部５４による）、且つ、後方（または前方）で金属検知すると（金属探知部５１または金属探知部５２による）、本体１０の移動を終了する。

なお、上記例では、刈取範囲の左側から本体１０をスタートさせたが、右側からスタートさせ左側で刈り終えてもよいことは言うまでもない。この場合、スタート時の側方の金属検知は金属探知部５４が担当し、終了時の側方の金属検知は金属探知部５３が担当する。

上述のような自律走行において、刈払装置１は、刈り取り対象の状態に応じて、刈取モーター４５の回転制御や本体１０の移動速度制御を行う。

まず、刈払装置１の電源がＯＮにされると、ＣＰＵ８１が立ち上がり、ＧＰＳセンサ９２によるＧＰＳ機能とクラウド通信部８４も立ち上がる。これにより、ＧＰＳからの情報収集が可能となり、ＧＰＳの情報に基づいて刈払装置１の位置が特定される。

また、クラウドとの通信が可能となるので、刈払装置１は、自装置の位置と温湿度センサ９１の出力などの情報をクラウドへ連絡する。これを受けたクラウドは、受信した情報とカレンダー情報とに基づき、予めクラウド内に納められた刈り取り領域の地図情報に関連付けられた雑草の種類や季節に応じた成長予測情報から、刈払装置１の現在地における草種類や季節を推定する。そして、刈払装置１への応答として、刈取モーター４５に必要と考えられる電流値や最適と考えられる回転数基準などの情報（重みづけ情報）を返す。

ＣＰＵ８１は、クラウドの応答で得た電流値や回転数基準などの重みづけ情報をＲＡＭ８３に記憶させ、さらに、比較部１０２内の４種類の回転数基準を更新する。

なお、本実施形態では、クラウド通信によって電流値や回転数などの最適値を得ているが、実施にあたっては、これに限らない。例えば、予め、重みづけ情報を刈り取りエリア毎にカセット化し、刈払装置１の不揮発性メモリ（フラッシュＲＯＭやＲＯＭ）などに記憶させておいてもよい。これによれば、通信環境が整っていない場所でも実施可能となる。

ＣＰＵ８１は、比較部１０２への重みづけ情報の設定を終えると、モータードライバ９８，９９，１０４を立ち上げる。この時点では、刈払装置１が刈り取りを実施しておらず、最初の草抵抗の情報が入ってきていないため、モータードライバ１０４は、刈取モーター４５の回転数の初期値として最大値を設定し、スタート信号の入力を待機する。このとき回転数の初期値を最大値とするのは、刈り取り対象が硬かったり密生していたりして高い負荷抵抗を受ける事態に備えるためである。

オペレータが、本体１０に設けられたスタート釦を押下するなどの操作を行うと、ＣＰＵ８１は、スタート信号が入力されたことを認識し、モータードライバ９８，９９，１０４に指示してモーター３１，３２，４５に動作を開始させる。

ここで、図５に示すような自律走行でなく、オペレータからのＲＣ（ラジコン：Radio Control）操作によって刈払装置１を稼働させる場合には、上述のスタート釦押下などの操作があったとき、刈払装置１はＲＣ操作信号の入力待機状態となる。そして、オペレータのＲＣ操作用送信装置（プロポ）が操作信号を発信すると、刈取モーター４５が設定値に従った最大値で駆動開始し、また、本体１０が移動を開始する。なお、ＲＣ操作の場合、刈払装置１は、オペレータが停止信号を送信するまで刈り取り動作を継続する。

モーター３１，３２，４５が動作を開始し、刈り取りが実施されると、刈取モーター４５の電流や回転数の情報が比較部１０２に取り込まれる。すると、比較部１０２は、刈取モーター４５における負荷に応じて、回転数基準を選択し、設定する（回転数の修正）。

その後も、ＣＰＵ８１は、刈り取りを実行することで刈取モーター４５から得られる情報に基づき、草有無判断部１０２ａで草有状態を認識しつつ比較部１０２で回転数基準との比較を行って、草抵抗を判断するとともに、重みづけ量の中心値となる比較器１０２１〜１０２４を選択する。これにより、刈り取り対象の状態に応じた制御を行うことができる。

上述の草抵抗の判断について補足する。草が軟らかい場合には電流ピーク値が低くなり、草が硬い場合には電流ピーク値が高くなる。また、草密度が低い場合は草切断時の単位時間当たりの電流を平均化すると低い値となり、回転数は高くなる。そして、草密度が高い場合は草切断時の単位時間当たりの電流を平均化すると高い値となり、回転数は低くなる（なお、このとき刈取モーター４５は発熱する）。これらを考慮して設定された各回転数基準に基づいて、ＣＰＵ８１は、草抵抗を諧調的に判断し、適する比較器１０２１〜１０２４を選択する。

比較器１０２１〜１０２４の選択後は、選択したものを重みづけ量の中心値とし、刈取モーター４５の回転数が、選択中の比較器１０２１〜１０２４の回転数基準を超えると、次に高い回転数基準のものに選択を変更する。また、刈取モーター４５の回転数が、選択中の比較器１０２１〜１０２４の回転数基準を下回ると、次に低い回転数基準のものに選択を変更する。

このように、本実施形態によれば、刈り取り対象の状態に応じた駆動制御が可能となる。これにより、バッテリー７０が過剰に消費されることがなく、また、刈取モーター４５に過負荷が加わって発熱するなどの不都合を防止することができる。

以下、上記実施形態を補足する変形例について説明する。

（変形例１）
刈り取り中、刈払装置１は移動しているので、刈払装置１の周りの草の種類や密度は変化し、一定ではない。したがって、刈払装置１は、選択されている回転数基準に基づく回転数や電流の可変範囲に適さない草種類や草密度の場所に行く場合がある。

草が硬かったり密生していたりして負荷抵抗が高い場合には、刈り取り対象にカッター４１〜４４が接触する時間を長くすると、刈り取りが可能となる。そこで、負荷抵抗が高い場合には、本体１０の走行速度を、通常速度の３割〜７割程度の低速度にして走行するよう、ＣＰＵ８１が制御する（制御手段）。これにより、過剰な負荷抵抗（過負荷）による発熱を避けての刈り取りが可能となる。

上述の場合、本体１０が低速で走行するだけでなく、第１実施形態で説明したように、比較部１０２において刈取モーター４５の回転数を高くする比較器１０２１〜１０２４が選択される。これにより、刈り取り対象あたりのカッター４１〜４４の作業量が増え、負荷抵抗が高い場合の刈り取りが行いやすくなる。

（変形例２）
刈り取り中、回転数が著しく低下した（所定の閾値に照らして判断する。例えば１０回転以下になった）場合、刈り取りができなくなる。この場合、ＣＰＵ８１は、カッター４１〜４４に草が堆積しているか、あるいはカッター４１とカッター４２との間やカッター４３とカッター４４との間（摺動部）に草や異物が挟まっていると判断する。そして、ＣＰＵ８１は、カッター４１〜４４上に堆積した除去するために移動体を後退させた上で、刈取モーター４５を一定時間回転させて（空転制御）、摺動部に挟まっている異物や草を除去し（詰まり除去手段の一例）、過負荷を低減する。

（変形例３）
変形例２において、摺動部に挟まっている異物や草を除去するために刈取モーター４５を回転させようとしても、挟まり方や詰まり具合によっては摺動部を動かせず、除去できない場合がある。この場合、摺動部の通常の移動方向とは逆の向きに移動させると、摺動部に挟まった異物が落下し除去される可能性が高いことから、ＣＰＵ８１は、刈取モーター４５を逆回転させる。

（変形例４）
変形例２や変形例３において、異物を除去するための駆動時に、ＣＰＵ８１は、刈取モーター４５の回転数や電流を監視し、正常状態時の回転数や電流値が戻ってくるまで回転を継続する。これにより、詰まり除去の確実性を高めることができる。

（変形例５）
変形例４における回転継続を、一定時間実施しても回転数や電流値が正常値に戻らない場合には、ＣＰＵ８１は、刈取モーター４５の焼損を防ぐために停止させ、所定の表示部を介してオペレータに停止理由を通知する。ここで、所定の表示部は、例えば、本体１０に設けた表示灯である。表示灯は、例えば、立てて取り付けられるポールの頂部に設けられ、通知内容に応じて、色の違いや点灯／消灯、点滅などを変化させる。

（変形例６）
変形例２など、刈払装置１が後退する場合、刈払装置１の周囲にオペレータや人などが居ては危険なので、ＣＰＵ８１は、周囲に対する注意喚起として、音声鳴動や表示灯の点灯などを行う（報知手段の一例）。

（変形例７）
上記変形例１〜４の対策をとっても過負荷となる（または草を刈り取れないか詰まりを除去できない）場合、ＣＰＵ８１は刈り取り不可能と判断し、稼働を停止するか、または、回避する（過負荷防止手段の一例）。これにより、カッター４１〜４４を保護する。ここで、上述の回避とは、例えば、刈り取り不可能の箇所の向こう側へ回り込んで、刈り取りを再開することである。

（変形例８）
ＣＰＵ８１は、草など刈り取り対象が存在しないと判断した場合、作業時間を短縮するために本体１０の走行速度を通常よりも速く（例えば通常速度の１．３倍〜１０倍程度で）走行させる。

このとき、消費電力を削減するために、刈取モーター４５の回転を停止してもよい。あるいは、走行中に草が現れた場合に備え、例えばごく低速で刈取モーター４５を回転させておき、刈取モーター４５の回転や電流に急激な変化があれば、草が現れたと判断して刈り取りを開始するようにしてもよい。

（変形例９）
変形例８において、刈取モーター４５を停止させることで電力消費を抑える場合には、センサ６１〜６６が検知する圧力から、草の有無を判断することができる（対象有無判断手段の一例）。

（変形例１０）
上記実施形態では、金属ワイヤー２０１〜２０４で刈取範囲を示しているが、実施にあたっては、例えばレーザーや高周波音を利用して、刈払装置１の誘導するなどにより、所定の範囲内の刈り取りを実現してもよい。

このように、上記実施形態および変形例によれば、刈り取り対象の状態を刈取モーター４５の制御回路にフィードバックすることにより、草の状態等に応じて回転数基準を選択し、該選択された回転数基準に応じて、回転数がほぼ一定で回転するように、刈取モーター４５を制御することが可能となる。そして、これにより、刈取モーター４５の発熱や作業効率の低下を最小限に抑えることが可能となる。

また、一般に草などの刈り取り作業は通年複数回実施されるが、刈払装置１が置かれた場所や稼働環境（温度、湿度など）に応じて予測される草等の刈り取り対象の状態に応じて駆動条件（回転数基準）を選択することにより、季節や地域差による草の種類や草の枯れ状態に応じた最適な駆動条件で、刈取モーター４５を駆動することが可能となる。これにより、省電力の観点でも高効率とでき、バッテリー７０の持続時間を長時間化できる。

１…刈払装置
１０…本体
１１〜１４…タイヤ
３１…左駆動モーター
３２…右駆動モーター
４０…刈取部
４１〜４４…カッター
４３ａ，４４ａ…リンク
４５…刈取モーター
５１〜５４…金属探知部
６１〜６６…センサ
７０…バッテリー
８０…制御部
８１…ＣＰＵ
８２…ＲＯＭ
８３…ＲＡＭ
８４…クラウド通信部
９１…温湿度センサ
９２…ＧＰＳセンサ
９３…距離センサ
９４…草有無センサ
９５…電流センサ
９６…電流センサ
９７…エンコーダ
９８…モータードライバ
９９…モータードライバ
１００…アクティブ制御部
１０１…負荷判断部
１０２…比較部
１０２１〜１０２４…比較器
１０２ａ…草有無判断部
１０３…出力切替部
１０４…モータードライバ
２０１〜２０４…金属ワイヤー

特開平１０−３２００４５号公報 特開２０１２−２４４９５３号公報 特許第５７７７８５５号公報

Claims (11)

1. 負荷抵抗を伴う所定の作業をモーターの駆動力により行う作業部と、
   前記作業部を、作業に伴って移動させる駆動部と、
   前記作業部が置かれた環境に応じて、前記モーターが受け得る負荷抵抗の基準値を複数定める基準設定手段と、
   前記モーターの回転数または電流値に基づいて、当該モーターが担っている負荷抵抗を判断する負荷判断手段と、
   前記負荷判断手段の判断結果と前記基準設定手段が定める基準値とを比較する比較手段と、
   前記比較手段の比較結果に応じて、前記モーターの駆動力を切り替える出力切替手段と、
   を備える作業ロボット。
2. 前記負荷判断手段により判断された負荷抵抗が、前記比較手段により所定の基準値に比べて高いとされた場合に、前記駆動部による前記作業部の移動速度を低速に切り替える制御手段をさらに備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の作業ロボット。
3. 前記負荷判断手段により判断された負荷抵抗が、前記比較手段により所定の基準値に比べて低いとされた場合に、前記駆動部による前記作業部の移動速度を高速に切り替える制御手段をさらに備える
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の作業ロボット。
4. 前記作業部の作業対象の有無を判断する対象有無判断手段をさらに備え、
   前記対象有無判断手段により作業対象が無いと判断された場合に、前記駆動部による前記作業部の移動速度を高速に切り替える制御手段をさらに備える
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の作業ロボット。
5. 前記制御手段は、前記対象有無判断手段により作業対象が無いと判断された場合に、前記モーターを停止または低速回転させる
   ことを特徴とする請求項４に記載の作業ロボット。
6. 前記負荷判断手段により判断された負荷抵抗が、前記比較手段により最大の基準値に比べて高いとされた場合に、前記駆動部および前記作業部に対して、現在地における作業の停止または回避の制御を行う過負荷防止手段をさらに備える
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の作業ロボット。
7. 前記負荷判断手段により判断された負荷抵抗が第１の閾値に比べて高い場合に、前記駆動部に対して、前記作業部を後退させるとともに、前記モーターを駆動させる空転制御を行う詰まり除去手段をさらに備える
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の作業ロボット。
8. 前記詰まり除去手段は、前記空転制御を行った場合であって、前記負荷判断手段の出力から前記モーターが駆動していないか負荷抵抗が第２の閾値に比べて高いと判断した場合に、当該モーターを逆回転させる
   ことを特徴とする請求項７に記載の作業ロボット。
9. 前記詰まり除去手段は、前記負荷判断手段の出力から前記モーターが担う負荷抵抗が前記第２の閾値を下回ると、当該モーターの逆回転を終える
   ことを特徴とする請求項８に記載の作業ロボット。
10. 前記作業部の後退に際して、当該後退を周囲に報知する報知手段をさらに備える
    ことを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の作業ロボット。
11. 前記対象有無判断手段は、作業対象までの測距、作業対象の画像認識、または作業対象から受ける圧力の検知によって、前記モーターが担う負荷抵抗を判断する
    ことを特徴とする請求項４に記載の作業ロボット。

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