JP2019216673A - 作業車両 - Google Patents

Abstract

【課題】作業車両が走行を継続できなくなることを回避可能な作業車両を提供する。【解決手段】自律走行しながら作業を行う作業車両１は、車体に搭載され、走行駆動機構１０によって駆動される駆動輪ユニット２Ａと、車体に搭載され、作業を行う作業ユニットと、車体に搭載されるバッテリと、バッテリから電力供給が行われ、作業ユニットを駆動するモータと、作業を行っている際に、水平面に対する車体の傾きを検出する傾斜センサ２１と、作業を行っている際に、車体の周囲の情景を撮像した撮像画像を取得する撮像画像取得部２２と、傾斜センサ２１の検出結果及び撮像画像の少なくともいずれか一方に基づいて、自律走行しながらの作業を継続できるか否かを判定する判定部２３と、判定部２３により作業が継続できないと判定された場合に、駆動輪ユニット２Ａの駆動を停止させる停止部２４と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、自律走行しながら作業を行う作業車両に関する。

従来、車両を自律走行させる技術が利用されてきた。このような自律走行する車両の一例として、例えば広大な圃場で所定の作業（例えば芝刈り）を行いながら無人で走行する作業車両がある。この種の技術として例えば特許文献１に記載のものがある。

特許文献１に記載の無人走行作業車は、車体に搭載されてバッテリから通電される電動モータと、車体に搭載される原動機とを備えて構成され、原動機で車輪を駆動して作業エリアを走行しつつ、電動モータで車体に搭載される作業機を駆動して作業を行う。

特開２０１３−１６４７４１号公報

上述したように特許文献１に記載の技術は、車体に搭載される作業機を駆動して作業を行っている。しかしながら、例えば特許文献１に記載のように作業が草刈り作業である場合には、作業車両がユーザの目が届かない場所で作業を行うことがあり、更には周囲にユーザがいない状態で作業を行うこともある。一方、作業地には作業車両の走行を妨げる起伏が存在する可能性があり、ユーザが近くにいない場合には作業車両がこのような起伏に乗り上げてしまい、走行を継続できなくなる可能性もある。

そこで、作業車両が走行を継続できなくなることを回避可能な作業車両が求められる。

本発明に係る作業車両の特徴構成は、自律走行しながら作業を行う作業車両であって、車体に搭載され、走行駆動機構によって駆動される駆動輪ユニットと、前記車体に搭載され、前記作業を行う作業ユニットと、前記車体に搭載されるバッテリと、前記バッテリから電力供給が行われ、前記作業ユニットを駆動するモータと、前記作業を行っている際に、水平面に対する前記車体の傾きを検出する傾斜センサと、前記作業を行っている際に、前記車体の周囲の情景を撮像した撮像画像を取得する撮像画像取得部と、前記傾斜センサの検出結果及び前記撮像画像の少なくともいずれか一方に基づいて、前記自律走行しながらの作業を継続できるか否かを判定する判定部と、前記判定部により前記作業が継続できないと判定された場合に、前記駆動輪ユニットの駆動を停止させる停止部と、を備える点にある。

このような特徴構成とすれば、自律走行している作業車両の走行が継続できないと判定された場合には、作業車両の自律走行を中止させることができる。したがって、作業車両の安全を確保し、作業車両の走行を継続できなくなることを回避することが可能となる。また、作業車両が走行できない場所への進入や走行できない状況を回避することにより、作業車両の各部の故障や破損を防止することが可能となる。

また、前記判定部は、前記傾斜センサにより検出された前記車体の傾きが予め設定された値以上となった場合に、前記作業が継続できないと判定すると好適である。

このような構成とすれば、作業車両の不意な動きが検出された場合に、作業車両を即座に停止させることができる。

また、前記判定部は、前記撮像画像取得部により取得された撮像画像に含まれる物体との距離が予め設定された値以下となった場合に、前記作業が継続できないと判定すると好適である。

このような構成とすれば、作業車両の周囲の障害物を認識し、自動で障害物との衝突を回避することが可能となる。

また、前記判定部は、前記撮像画像取得部により取得された撮像画像に基づいて走行方向前方に位置する走行予定地の勾配を算定し、当該勾配が予め設定された値以上である場合に、前記作業が継続できないと判定すると好適である。

このような構成とすれば、例えば作業車両の前方の勾配が急である場合には、急勾配の場所には進入しないようにすることができる。したがって、作業車両のスタックや転倒を防止することが可能となる。

また、前記自律走行しながら戻る基地局に、予め設定された識別情報を有する前記バッテリのみを充電可能とする充電器が備えられ、前記作業車両は、前記充電器が充電可能なバッテリの前記予め設定された識別情報を取得する識別情報取得部と、前記識別情報取得部により取得された前記予め設定された識別情報が前記車体に搭載されるバッテリの識別情報と一致しているか否かを判定する識別情報判定部と、前記識別情報判定部により前記予め設定された識別情報が前記車体に搭載されるバッテリの識別情報と一致していると判定された場合に前記バッテリに対する充電を許可する許可部と、を更に備えると好適である。

このような構成とすれば、充電器とバッテリとが互いに対応していないもの同士である場合には、バッテリへの充電をできないようにすることができる。したがって、仮に作業車両が盗難された場合であっても、盗難先でバッテリへの充電を行うことができないので、盗難の防止を図ることができる。また、本構成によれば、ユーザが立ち会うことなく、自動的に充電器とバッテリとの認証を行うことができる。

作業車両の側面図である。 作業車両の平面図である。 作業車両の要部の構成を模式的に示したブロック図である。 判定部による判定例を示した図である。 判定部による判定例を示した図である。 判定部による判定例を示した図である。 バッテリの充電について示した図である。

本発明に係る作業車両は、走行を継続できなくなることを回避できるように構成されている。作業車両は、自律走行しながら作業を行うが、以下では、作業車両が行う作業として、芝刈り作業を例に挙げて説明する。ここで、本実施形態に係る「自律走行」とは、作業車両に搭載されるデバイスの出力（例えばセンサの出力やカメラによる撮像画像等）に基づいて設定された走行経路に沿って、物体（例えば障害物等）を避けながら走行することを言う。このような作業車両は、所謂自律型ロボットに相当する。

図１には、本実施形態に係る作業車両１の側面図が示され、図２には、作業車両１の平面図が示される。図１及び図２に示されるように、作業車両１は、車輪２と機体３とを備えて構成される。車輪２は、車体の車長方向の一端側の第１車輪２Ａ（駆動輪ユニットの一例）、及び車長方向の他端側の第２車輪２Ｂから構成される。第１車輪２Ａ及び第２車輪２Ｂは、夫々、車体の幅方向に沿って左右一対で設けられる。本実施形態では、第１車輪２Ａが作業車両１の進行方向後側に設けられる駆動輪且つ操舵輪として構成され、後述する走行制御装置１０によって駆動される。第２車輪２Ｂは作業車両１の進行方向前側に設けられる所謂キャスター輪として構成される。したがって、第１車輪２Ａの左右の車輪が等速で同一方向に回転している場合には直進走行を行い、第１車輪２Ａの左右の車輪が互いに異なる速度で同一方向に回転している場合には、第１車輪２Ａの左右の車輪のうち速度が遅い側に操舵されている状態となる。更には、第１車輪２Ａの左右の車輪が等速で互いに異なる方向に回転している場合には、作業車両１はその場で回転することが可能となる。なお、第１車輪２Ａ及び第２車輪２Ｂは車体の幅方向に沿って左右一対で設けられるとして説明したが、これは一例であり、例えば車体の大きさに応じて、第１車輪２Ａ及び第２車輪２Ｂの夫々の数が異なるように構成することも可能であるし、夫々１つ或いは３つ以上で構成することも可能である。

機体３には、第１車輪２Ａの動力源である一対のモータ４、モータ４及び作業車両１が有する電気機器に電力供給する電力が蓄電されるバッテリ５、作業車両１の走行を制御する走行制御装置１０（走行駆動機構の一例）、バッテリ５から供給される電力に基づき駆動され、芝刈りに使用する刈り刃５４を有する芝刈装置５３（作業ユニットの一例）を駆動するモータ６を備えている。

また、機体３には、ＧＮＳＳモジュールとして構成されている衛星測位モジュール９９が設けられている。この衛星測位モジュール９９は、ＧＰＳ信号やＧＮＳＳ信号（本実施形態では「ＧＰＳ信号」とする）を受信するための衛星用アンテナを有している。なお、衛星測位モジュール９９には、衛星航法を補完するために、ジャイロ加速度センサや磁気方位センサを組み込んだ慣性航法モジュールを含めることができる。もちろん、慣性航法モジュールは、衛星測位モジュール９９とは別の場所に設けてもよい。衛星測位モジュール９９により取得されたＧＰＳ信号は、上述した作業車両１の自律走行に利用される。

図３は、本実施形態の作業車両１の要部の構成を模式的に示したブロック図である。作業車両１は、上述した機能部に加えて、傾斜センサ２１、撮像画像取得部２２、判定部２３、停止部２４の各機能部も備えて構成され、各機能部は、作業車両１の走行制御に係る種々の処理を行うためにＣＰＵを中核部材としてハードウェア又はソフトウェア或いはその両方で構築されている。なお、図３には、上述した走行制御装置１０、モータ４、第１車輪２Ａも示される。

傾斜センサ２１は、作業を行っている際に、水平面に対する車体の傾きを検出する。本実施形態では、作業は芝刈り作業である。水平面に対する車体の傾きとは、水平面に対する車体の傾き度合である。したがって、傾斜センサ２１は、芝刈り作業中に車体の傾き度合を検出する。このような傾斜センサ２１は、例えば公知の加速度センサを用いて構成すると好適である。傾斜センサ２１の検出結果は、後述する判定部２３に伝達される。

撮像画像取得部２２は、作業を行っている際に、車体の周囲の情景を撮像した撮像画像を取得する。車体の周囲の情景を撮像した撮像画像とは、作業車両１から見た周囲の情景を撮影した画像であり、このような撮像画像は、例えば作業車両１の前端部、後端部、及び左右の側端部にカメラを設け、このカメラで周囲の情景を撮像した撮像画像を取得するように構成すると良い。もちろん、単一のカメラで構成することも可能である。このような撮像画像は、静止画であっても良いし、動画であっても良い。撮像画像取得部２２により取得された撮像画像は、後述する判定部２３に伝達される。

判定部２３は、傾斜センサ２１の検出結果及び撮像画像の少なくともいずれか一方に基づいて、自律走行しながらの作業を継続できるか否かを判定する。傾斜センサ２１の検出結果とは、傾斜センサ２１による水平面に対する車体の傾きの検出結果である。撮像画像とは、撮像画像取得部２２により取得された車体の周囲の情景を撮像した画像である。判定部２３は、これらの傾斜センサ２１による水平面に対する車体の傾きの検出結果及び撮像画像取得部２２により取得された車体の周囲の情景を撮像した画像の少なくともいずれか一方に基づいて、今後、継続して芝刈り作業を行いながら自律走行することが可能か否かを判定する。

判定部２３は、傾斜センサ２１により検出された車体の傾きが予め設定された値以上となった場合に、作業が継続できないと判定すると好適である。「予め設定された値」としては、水平面に対して車体が傾くことにより作業車両１の走行が困難となる時の値に基づき設定すると良い。具体的には、例えば図４に示されるように、判定部２３は、水平面に対する車体の傾きが所定の角度θとなった場合に、作業車両１の走行が困難となると判定すると良い。これにより、作業車両１の転倒を防止できる。

また、判定部２３は、撮像画像取得部２２により取得された撮像画像に含まれる物体との距離が予め設定された値以下となった場合に、作業が継続できないと判定することも可能である。撮像に含まれる物体とは、移動物でも静止物でも構わないが、このような物体は、まず、撮像画像取得部２２により取得された撮像画像に物体が含まれているか否かを公知の画像認識処理により判定し、次に、撮像画像に物体が含まれていると判定された場合には、物体と作業車両１との距離を算定すると良い。これにより、図５に示されるように、作業車両１の走行方向前方に例えば小石８９がある場合には、所定距離だけ手前の位置に作業車両１を停車させることが可能となる。

図３に戻り、更に、判定部２３は、撮像画像取得部２２により取得された撮像画像に基づいて走行方向前方に位置する走行予定地の勾配を算定し、当該勾配が予め設定された値以上である場合に、作業が継続できないと判定するように構成することも可能である。走行方向前方に位置する走行予定地の勾配は、撮像画像に含まれ、作業車両１がこれから走行すると予想される作業地の水平面に対する傾きである。このような勾配は、公知に画像認識処理により算定することが可能である。「予め設定された値」とは、上述したように、水平面に対して車体が傾くことにより作業車両１の走行が困難となる時の値に基づき設定すると良い。これにより、図６に示されるように、作業車両１が急勾配の場所に差し掛かる前に停車させ、作業車両１が、車体が傾きすぎて走行できなくなる状況を回避できる。このような判定部２３の判定結果は、後述する停止部２４に伝達される。

停止部２４は、判定部２３により作業が継続できないと判定された場合に、第１車輪２Ａの駆動を停止させる。判定部２３の判定結果は、上述したように、傾斜センサ２１の検出結果及び撮像画像取得部２２により取得された撮像画像の少なくともいずれか一方に基づき判定された結果である。停止部２４は、判定部２３から作業車両１が今後、芝刈り作業を行いながら継続して走行することができないと判定した結果が伝達された場合には、走行制御装置１０に対してモータ４の駆動を停止させるように指示する。この指示によりモータ４が停止し、第１車輪２Ａが停止する。したがって、作業車両１をその場で停止させることが可能となる。

なお、作業車両１が停止した場合、その場でユーザが来るまで動作を保留しても良いし、今後、走行可能である方向を撮像画像に基づいて判定し、当該方向に向けて走行するように構成しても良い。

ここで、作業車両１は、自律走行しながら作業（本実施形態では、芝刈り作業）を行うが、作業開始時には基地局２００（図７参照）から出発し、作業終了後には基地局２００に戻るように構成されている。作業車両１は、基地局２００においてバッテリ５が充電可能に構成されている。以下、バッテリ５の充電について説明する。

図７に示されるように、作業車両１が自律走行しながら戻る基地局２００には、バッテリ５を充電可能な充電器２０１が備えられる。作業車両１の前端部に充電器２０１の端子と接続可能な接続端子７を設け、作業車両１が前進して基地局２００に停車することで充電器２０１の端子と接続端子７とが嵌合するように構成すると好適である。

本実施形態では、作業車両１にバッテリ５が搭載されるが、バッテリ５には、予め固有の識別情報（例えば識別番号）が設定されている。充電器２０１は、どのようなバッテリ５でも充電可能に構成されているのではなく、予め設定された識別情報を有するバッテリ５のみ充電することができるように構成されている。具体的には、バッテリ５に固有の識別情報が記憶され、充電器２０１には当該充電器２０１が充電可能なバッテリ５の識別情報が記憶されるように構成すると良い。

本実施形態では、作業車両１に搭載される識別情報取得部２０２が充電器２０１が充電可能なバッテリ５の予め設定された識別情報を取得する。すなわち、上述したように充電器２０１には当該充電器２０１が充電可能なバッテリ５の識別情報が記憶されているが、識別情報取得部２０２は、充電器２０１に記憶されている、当該充電器２０１が充電可能なバッテリ５の識別情報を取得する。取得した識別情報が後述する識別情報判定部２０３に伝達される。

識別情報判定部２０３は、作業車両１に搭載され、識別情報取得部２０２により取得された予め設定された識別情報が車体に搭載されるバッテリ５の識別情報と一致しているか否かを判定する。識別情報判定部２０３には、上述したように識別情報取得部２０２から充電器２０１に記憶されていた、当該充電器２０１が充電可能なバッテリ５の識別情報が伝達され、また、バッテリ５に設定された固有の識別情報を取得する。識別情報判定部２０３は、２つの識別情報が一致しているか否かを判定する。識別情報判定部２０３に判定結果は、後述する許可部２０４に伝達される。

許可部２０４は、作業車両１に搭載され、識別情報判定部２０３により予め設定された識別情報が車体に搭載されるバッテリ５の識別情報と一致していると判定された場合に充電器２０１に対してバッテリ５に対する充電を許可する。許可部２０４は、識別情報判定部２０３から、充電器２０１に記憶されていた、当該充電器２０１が充電可能なバッテリ５の識別情報と、バッテリ５に設定された固有の識別情報とが一致していることを示す判定結果が伝達された場合に、充電器２０１に対してバッテリ５への充電許可を与える。これによりバッテリ５が充電される。

このように構成することで、バッテリ５の充電に不適切な規格で充電されることを防止できる。また、例えば作業車両１が盗難された場合であっても、盗難先においてバッテリ５を充電することができないので、作業車両１の使用を妨げることができる。したがって、盗難の防止を図ることができる。

〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、作業車両１がモータ４で駆動されるとして説明したが、作業車両１はエンジンにより駆動することも可能であるし、モータ４及びエンジンの双方で駆動することも可能である。

上記実施形態では、識別情報取得部２０２、識別情報判定部２０３、許可部２０４が作業車両１に搭載されるとして説明したが、識別情報取得部２０２、識別情報判定部２０３、許可部２０４は全てが基地局２００に備えられるように構成することも可能であるし、少なくとも一部が基地局２００に備えられるように構成することも可能である。

上記実施形態では、作業が芝刈り作業であるとして説明したが、他の作業であっても良い。

本発明は、自律走行しながら作業を行う作業車両に用いることが可能である。

１：作業車両
２Ａ：第１車輪（駆動輪ユニット）
５：バッテリ
６：モータ
１０：走行制御装置（走行駆動機構）
２１：傾斜センサ
２２：撮像画像取得部
２３：判定部
２４：停止部
５３：芝刈装置（作業ユニット）
２００：基地局
２０１：充電器
２０２：識別情報取得部
２０３：識別情報判定部
２０４：許可部

Claims (5)

1. 自律走行しながら作業を行う作業車両であって、
   車体に搭載され、走行駆動機構によって駆動される駆動輪ユニットと、
   前記車体に搭載され、前記作業を行う作業ユニットと、
   前記車体に搭載されるバッテリと、
   前記バッテリから電力供給が行われ、前記作業ユニットを駆動するモータと、
   前記作業を行っている際に、水平面に対する前記車体の傾きを検出する傾斜センサと、
   前記作業を行っている際に、前記車体の周囲の情景を撮像した撮像画像を取得する撮像画像取得部と、
   前記傾斜センサの検出結果及び前記撮像画像の少なくともいずれか一方に基づいて、前記自律走行しながらの作業を継続できるか否かを判定する判定部と、
   前記判定部により前記作業が継続できないと判定された場合に、前記駆動輪ユニットの駆動を停止させる停止部と、
   を備える作業車両。
2. 前記判定部は、前記傾斜センサにより検出された前記車体の傾きが予め設定された値以上となった場合に、前記作業が継続できないと判定する請求項１に記載の作業車両。
3. 前記判定部は、前記撮像画像取得部により取得された撮像画像に含まれる物体との距離が予め設定された値以下となった場合に、前記作業が継続できないと判定する請求項１又は２に記載の作業車両。
4. 前記判定部は、前記撮像画像取得部により取得された撮像画像に基づいて走行方向前方に位置する走行予定地の勾配を算定し、当該勾配が予め設定された値以上である場合に、前記作業が継続できないと判定する請求項１から３のいずれか一項に記載の作業車両。
5. 前記自律走行しながら戻る基地局に、予め設定された識別情報を有する前記バッテリのみを充電可能とする充電器が備えられ、
   前記充電器が充電可能なバッテリの前記予め設定された識別情報を取得する識別情報取得部と、
   前記識別情報取得部により取得された前記予め設定された識別情報が前記車体に搭載されるバッテリの識別情報と一致しているか否かを判定する識別情報判定部と、
   前記識別情報判定部により前記予め設定された識別情報が前記車体に搭載されるバッテリの識別情報と一致していると判定された場合に前記バッテリに対する充電を許可する許可部と、
   を更に備える請求項１から４のいずれか一項に記載の作業車両。

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