JP2022068643A - 自律作業システム - Google Patents

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Abstract

【課題】隣接した位置にある複数の隣接作業エリアのそれぞれに対するエリア信号が一致しないように異なる通電モードを設定して、エリア信号の干渉を抑制する方法の提供。【解決手段】自律作業システムは、作業エリアAR1~AR6の外周に配置されたエリアワイヤWR1~WR6への通電により生じるエリア信号の磁界を検出し、磁界に基づいて作業エリアの境界を特定して当該作業エリアで自律的に作業を行う自律作業機を制御する。自律作業システムは、複数の作業エリアの位置情報を記憶するメモリと、位置情報に基づいて、隣接した位置にある複数の隣接作業エリアが存在する場合、複数の隣接作業エリアのそれぞれに対するエリア信号が一致しないように異なる通電モードを設定する処理部と、通電モードに基づいて、複数の隣接作業エリアの外周に配置されたエリアワイヤへ通電する通電部と、を備える。【選択図】図7

Description

本発明は、異なる作業エリアで作業を行う複数の自律作業機を制御する自律作業システムに関する。
特許文献1には、エリアワイヤの周囲に生成されている磁界を検知することによって、エリアワイヤが形成する領域を識別し、領域内を自律走行して作業を行う移動型作業車が開示されている。
特開2016-099895号公報
しかしながら、隣接した位置にある複数の作業エリアで、エリアワイヤへの通電により生じるエリア信号に干渉が生じた場合、各作業エリアで作業する移動型作業車において、自己作業エリアの境界を特定する位置特定精度が低下する場合が生じ得る。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、隣接した位置にある複数の隣接作業エリアのそれぞれに対するエリア信号が一致しないように異なる通電モードを設定して、エリア信号の干渉を抑制することが可能な自律作業技術の提供を目的とする。
本発明の一態様に係る自律作業システムは、作業エリアの外周に配置されたエリアワイヤへの通電により生じるエリア信号の磁界を検出し、前記磁界に基づいて前記作業エリアの境界を特定して当該作業エリアで自律的に作業を行う自律作業機を制御する自律作業システムであって、
複数の作業エリアの位置情報を記憶する記憶手段と、
前記位置情報に基づいて、隣接した位置にある複数の隣接作業エリアが存在する場合、前記複数の隣接作業エリアのそれぞれに対する前記エリア信号が一致しないように異なる通電モードを設定する設定手段と、
前記通電モードに基づいて、前記複数の隣接作業エリアの外周に配置されたエリアワイヤへ通電する通電手段と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、隣接した位置にある複数の隣接作業エリアのそれぞれに対するエリア信号が一致しないように異なる通電モードを設定して、エリア信号の干渉を抑制することが可能になる。
本発明の実施形態を示す添付図面は明細書の一部を構成し、その記述と共に本発明を説明するために用いられる。
実施形態に係る自律作業システムの概要を示す模式図。 (A)は実施形態に係る自律作業機を上方から見た模式図であり、(B)は自律作業機を側方から見た模式図。 実施形態に係る自律作業機を制御する電子制御ユニット(ECU)の入出力関係を示すブロック図。 充電ステーションの構成を示すブロック図。 実施形態に係る情報処理装置の構成を示すブロック図。 実施形態に係る自律作業システムの処理の流れを説明する図。 実施形態に係る複数の作業エリアの配置例を模式的に示す図。 実施形態に係る情報処理端末の表示画面から作業エリアを指定する操作を模式的に示す図。 実施形態に係る情報処理装置のメモリに記憶された作業エリアの位置情報を例示的に示す図。 通電モードに対応したエリア信号の識別パターンを例示する図。 作業スケジュールの重複を説明する図。
以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明に必須のものとは限らない。実施形態で説明されている複数の特徴のうち二つ以上の特徴が任意に組み合わされてもよい。また、同一若しくは同様の構成には同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。
(自律作業システムの概要)
図1は実施形態に係る自律作業システムSTMの概要を示す模式図であり、自律作業システムSTMは、異なる作業エリアで作業を行う複数の自律作業機10と、複数の自律作業機10と通信して各自律作業機を制御することが可能な制御装置(SV、TM)とを有する。制御装置には、ユーザが操作可能な情報処理装置SV(サーバ)やスマートフォン等の携帯型の情報端末装置TMが含まれる。情報処理装置SVおよび情報端末装置TMはネットワークNETを介して、各自律作業機10と通信可能に構成されている。
自律作業システムSTMは、自律作業機10に搭載された電池(バッテリ)を充電するための電力を供給する充電ステーションST1を有し、制御装置(SV、TM)は、充電ステーションST1と通信可能に構成されている。また、自律作業システムSTMは、自律作業機10が作業エリアから帰還可能な帰還ステーションST2を有し、制御装置(SV、TM)は、帰還ステーションST2とも通信可能に構成されている。図1では、充電ステーションST1および帰還ステーションST2の総称として、ステーションSTと図示している。ここで、図1において、一つのステーションST(ST1、ST2)が設けられた例を示しているが、この例に限定されず、複数のステーションST(ST1、ST2)を自律作業システムSTMに設けることが可能である。また、図1の例では、一つのステーションSTが三つの作業エリアAR1、AR2、AR3の各エリアワイヤWR1、WR2、WR3に通電する構成例を示しているが、この例に限定されず、一つのステーションSTは複数の作業エリアのエリアワイヤに対して通電することが可能である。
本実施形態の自律作業システムSTMでは、例えば、一つのステーションSTに対して、N個(Nは整数)の作業エリアの各エリアワイヤが接続する場合に、隣接した位置にある複数の隣接作業エリアのそれぞれに対するエリア信号が一致しないように異なる通電モードを設定して、エリア信号の干渉を抑制する。
図1において、異なる作業エリアAR1、AR2、AR3、・・・において自律作業機10が夫々作業が割り当てられている。作業エリアAR1、AR2、AR3は、エリアワイヤ(電線:WR1、WR2、WR3)によって外周(周縁)部が区画される。各エリアワイヤ(WR1、WR2、WR3)は、作業エリアの外周(周縁)に配置され、地中に埋設されるなどして配置される。自律作業機10は、作業エリアAR1、AR2、AR3の外周(周縁)に配置されたエリアワイヤWR1、WR2、WR3への通電により生じるエリア信号の磁界を検出し、検出した磁界に基づいて作業エリアAR1、AR2、AR3の境界を特定して当該作業エリアで自律的に作業を行う。
ユーザの操作入力に基づいて、制御装置(SV、TM)は、各作業エリアで作業を行うためのスケジュールを生成し、生成した情報を自律作業機10に送信し、生成したスケジュールに基づいて自律作業機10を制御することが可能である。自律作業機10は、生成されたスケジュールに従い、作業エリア内を自律走行しながら作業を行う。
また、自律作業機10には、各種のユーザ設定を入力することが可能なユーザインタフェース70(図3)が設けられている。ユーザは、スケジュールの設定や作業エリアに関する情報、作業エリアに設定された通電モードに対応したエリア信号の識別パターンなどの設定をユーザインタフェース70に入力することも可能である。ユーザインタフェース70から入力された情報はI/O44bを介してメモリ44cに記憶される。
なお、エリア信号の識別パターンに関しては、通電モードを設定した情報処理装置SVの処理部311が通信部313を介して、各作業エリアに配置されている自律作業機10にエリア信号の識別パターンを送信し、設定することも可能である。CPU44aの制御部C1は、メモリ44cに記憶されている情報に基づいて、割り当てられた作業エリアにおける自律作業の実行を制御する。
充電ステーションST1は、例えば、複数の作業エリアの外周(周縁)に配置されたエリアワイヤWR1、WR2、WR3へ通電する通電部(ステーションECU410、信号発生器412:図4)を有しており、通電部は、制御装置(SV、TM)で設定された通電モードに基づいて、各作業エリアのエリアワイヤのそれぞれに対するエリア信号が一致しないように通電のパターンを制御することが可能である。尚、通電部の配置は、充電ステーションST1に限られず、自律作業機10が作業エリアから帰還可能な帰還ステーションST2に配置することも可能である。充電ステーションST1及び通電部の具体的な構成については、後に詳細に説明する。
自律作業機10は、例えば、作業エリア内を自律走行しながら作業する芝刈機、除雪機、又は耕運機等として機能することが可能である。但し、自律作業機の例は一例であり、他の種類の作業機械にも本発明を適用することができる。以下の説明では芝刈機の構成を例に本発明の実施形態を説明する。
(自律作業機の概要)
図2(A)は実施形態に係る自律作業機10を上方から見た模式図であり、図2(B)は自律作業機10を側方から見た模式図である。以下では側面視における自律作業機の進行方向(車長方向:x方向)と、進行方向に直交する横方向(車幅方向:y方向)と、進行方向と横方向に直交する鉛直方向(z方向)とをそれぞれ前後方向、左右方向(水平方向)、上下方向と定義し、それに従って各部の構成を説明する。
図2(A)、(B)に示されるように、自律作業機10は、カメラ11、車体12、ステー13、前輪14、後輪16、ブレード20、作業モータ22、モータ保持部材23、ブレード高さ調節ユニット100、及び並進機構101を備えている。また、自律作業機10は、走行モータ26、各種のセンサ群S、電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)44、充電ユニット30、電池(バッテリ)32、充電端子34、報知部35を備えている。
自律作業機10の外界を撮影するカメラ11は、自律作業機10の周囲の状況を撮影することが可能な複数のカメラ(左側のカメラ11L、右側のカメラ11R)により構成されている。ECU44は、カメラ11から自律作業機10の外界の情報を取得することができる。カメラ11は、撮影範囲として、自律作業機10の前方、または、360度の範囲を撮影することが可能なカメラである。カメラ11(左側のカメラ11L、右側のカメラ11R)は、水平方向の角度(0~360°)を調整するパン角調整機構11bと、上下方向の角度を調整するチルト角調整機構11cとにより保持されている。ECU44は、パン角調整機構11bおよびチルト角調整機構11cのうち、少なくともいずれか一方を制御してカメラ11の角度を制御することが可能である。
自律作業機10の車体12は、シャーシ12aと、該シャーシ12aに取り付けられるフレーム12bとを有する。前輪14(左側の前輪14L、右側の前輪14R)は、前後方向においてシャーシ12aの前側にステー13を介して固定される小径の左右2個の車輪である。後輪16(左側の後輪16L、右側の後輪16R)は、シャーシ12aの後側に取り付けられる大径の左右2個の車輪である。
ブレード20は、シャーシ12aの中央位置付近に取り付けられる芝刈り作業用のロータリブレードである。作業モータ22は、ブレード20の上方に配置された電動モータである。ブレード20は、作業モータ22と接続されており、作業モータ22によって回転駆動される。モータ保持部材23は、作業モータ22を保持する。モータ保持部材23は、シャーシ12aに対して回転が規制されると共に、例えば、ガイドレールと、ガイドレールに案内されて上下に移動可能なスライダとの組み合せにより、上下方向の移動が許容されている。
ブレード高さ調節ユニット100は、接地面GRに対するブレード20の上下方向の高さを調節するためのモータである。並進機構101は、ブレード高さ調節ユニット100と接続されており、ブレード高さ調節ユニット100の回転を上下方向の並進移動に変換するための機構である。並進機構101は、作業モータ22を保持するモータ保持部材23とも接続されている。
ブレード高さ調節ユニット100の回転が並進機構101により並進移動(上下方向の移動)に変換され、並進移動はモータ保持部材23に伝達される。モータ保持部材23の並進移動(上下方向の移動)により、モータ保持部材23に保持されている作業モータ22も並進移動(上下方向の移動)する。作業モータ22の上下方向の移動により、接地面GRに対するブレード20の高さを調節することができる。
走行モータ26(左側の走行モータ26L、右側の走行モータ26R)は、自律作業機10のシャーシ12aに取り付けられている2個の電動モータ(原動機)である。2個の電動モータは、左右の後輪16とそれぞれ接続されている。前輪14を従動輪、後輪16を駆動輪として左右の車輪を独立に正転(前進方向への回転)あるいは逆転(後進方向への回転)させることで、自律作業機10を種々の方向に移動させることができる。
充電端子34は、フレーム12bの前後方向の前端位置に設けられた充電端子であり、充電ステーションST1の対応する充電端子408(図4)と接続することで、充電ステーションST1からの給電を受けることができる。充電端子34は、配線を介して充電ユニット30と接続されており、充電ユニット30は電池(バッテリ)32と接続されている。また、作業モータ22、走行モータ26、ブレード高さ調節ユニット100も電池32と接続されており、電池32から給電されるように構成されている。
ECU44は、回路基板上に構成されたマイクロコンピュータを含む電子制御ユニットであり、自律作業機10の動作を制御する。ECU44の詳細は後述する。報知部35は、自律作業機10に異常が発生したような場合に異常の発生を報知する。例えば、音声や表示により報知することが可能である。或いは、自律作業機10と無線で接続された外部機器に対して、異常の発生を出力することが可能である。ユーザは、外部機器を通じて異常の発生を知ることができる。
(自律作業機10のブロック図)
図3は自律作業機10を制御する電子制御ユニット(ECU)の入出力関係を示すブロック図である。図3に示されるように、ECU44は、CPU44aと、I/O44bと、メモリ44cとを備えている。メモリ44cは、記憶部として機能し、ROM(Read Only Memory)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等により構成される。
メモリ44cには、自律作業機10の作業日程(作業スケジュール)、作業エリアに関する情報や、自律作業機10の動作を制御するための各種プログラム、作業エリアの形状を示すエリアマップなど、設定された作業エリアに関する情報や作業エリアに設定された通電モードに対応したエリア信号の識別パターンなどの情報が記憶されている。自律作業機10は、作業エリアのエリアマップに基づいて、作業エリア内で自律走行しながら所定の作業を行うことが可能である。情報処理装置SVの処理部311が、作業エリアに関する情報や作業エリアに設定された通電モードに対応したエリア信号の識別パターンなどの情報を、自律作業機10に送信(ダウンロード)して、設定することも可能である。また、作業エリアに関する情報や識別パターンなどの情報を、自律作業機10のユーザインタフェース70から設定することも可能である。
CPU44aは、メモリ44cに格納されているプログラムを読み出して実行することにより、本発明を実現するための各処理部として動作することができる。本発明を実現するための各処理部の機能構成として、CPU44aは、制御部C1、通信部C2として機能する。
制御部C1は、各種のセンサ群Sで検出された情報や画像情報の処理結果に基づいて、各種モータ駆動部(作業モータ22、走行モータ26、ブレード高さ調節ユニット100)を制御して、作業エリアにおける自律走行及び作業の実行を制御する。また、制御部C1は、カメラ11により周囲を撮影した画像情報の処理や、後述する通信部C2で取得した通信情報の処理を行う。
自律作業機10の制御部C1は、自律走行するための駆動部(例えば、走行モータ26)を制御し、制御部C1は、作業エリアの位置情報と、識別パターンとに基づいて、駆動部(走行モータ26)を制御する。
ECU44のI/O44bは、通信インタフェースとして機能し、通信部C2は、I/O44bを介して無線でネットワークNET上の制御装置(情報処理装置SV、情報端末装置TM)、ステーションST(充電ステーションST1、帰還ステーションST2)と双方向に通信することが可能である。
ECU44は各種のセンサ群Sと接続されている。センサ群Sは、方位センサ46、GNSSセンサ48、車輪速センサ50、角速度センサ52、加速度センサ54、電流センサ62、及びブレード高さセンサ64、磁気センサ66等を含んで構成されている。
GNSSセンサ48及び方位センサ46は、自律作業機10の位置や向きの情報を取得するためのセンサである。方位センサ46は、地磁気に応じた方位を検出する。GNSSセンサ48は、測位衛星から送信された電波(GNSS信号:Global Navigation Satellite System信号)を受信して自律作業機10の現在位置(緯度、経度)を示す情報を検出する。
車輪速センサ50、角速度センサ52、及び加速度センサ54は、自律作業機10の移動状態に関する情報を取得するためのセンサである。車輪速センサ50は、左右の後輪16の車輪速を検出する。角速度センサ52は、自律作業機10の重心位置の上下方向の軸(鉛直方向のz軸)回りの角速度を検出する。加速度センサ54は、自律作業機10に作用するx,y,z軸の直交3軸方向の加速度を検出する。
電流センサ62は、電池32の消費電流(消費電力量)を検出する。消費電流(消費電力量)の検出結果はECU44のメモリ44cに保存される。予め定められた電力量が消費され、電池32に蓄積されている電力量が閾値以下になった場合、ECU44は、充電のために自律作業機10を充電ステーションST1へ帰着させるように制御する。
ブレード高さセンサ64は、接地面GRに対するブレード20の高さを検出する。ブレード高さセンサ64の検出結果はECU44へ出力される。ECU44の制御に基づいて、ブレード高さ調節ユニット100が駆動され、ブレード20が上下方向に上下して接地面GRからの高さが調節される。
自律作業機10の左右方向において対称となる位置に、磁気センサ66(右側の磁気センサ66R、左側の磁気センサ66L)が配置され、エリアワイヤで発生する磁界を検出し、それぞれ磁界の大きさ(磁界強度)を示す信号をECU44へ出力する。また、外界センサ67は、例えば、光によりの自律作業機10の周囲の物体を検出するライダ(Lidar)検出部や、電波により自律作業機10の周囲の物体を検出するレーダ検出部を含む。
各種センサ群Sの出力は、I/O44bを介してECU44へ入力される。ECU44における制御部C1は、磁気センサ66(右側の磁気センサ66R及び左側の磁気センサ66L)の出力を監視し、検出される磁界強度が所定値となった場合に作業エリアの外周(周縁)と判定する。そして、制御部C1は、作業エリアの外周(周縁)の判定結果に基づいて、走行モータ26(左側の走行モータ26L,右側の走行モータ26R)を制御して、自律作業機10の移動方向を制御する。例えば、制御部C1は、磁気センサ66(66R、66L)で検出される磁界強度を所定値に維持しつつ、エリアワイヤに沿って走行したり、作業エリアの外周(周縁)の近傍位置で移動方向を変更したり、移動方向を反転させるなどの制御を行うことが可能である。制御部C1は、GNSSセンサ48、カメラ11、ライダ(Lidar)検出部やレーダ検出部などを含む外界センサ67等から取得した情報に基づいて、自己位置を推測しながら移動の制御を行い、作業エリアの外周の境界付近の判定をエリアワイヤの磁界に基づいて行い、自律作業機10の移動を制御することも可能である。
また、ECU44における制御部C1は、各種センサ群Sの出力に基づいて、走行モータ26、作業モータ22、ブレード高さ調節ユニット100に対して電池32から電力を供給する。ECU44における制御部C1は、I/O44bを介して制御値を出力して走行モータ26を制御することで、自律作業機10の走行を制御する。また、I/O44bを介して制御値を出力してブレード高さ調節ユニット100を制御することで、ブレード20の高さを調節する。さらに、I/O44bを介して制御値を出力して作業モータ22を制御することで、ブレード20の回転を制御する。
(充電ステーションST1のブロック図)
図4は充電ステーションST1の構成を示すブロック図である。図4に示すように、充電ステーションST1は、コンセント404を介して電源402に接続される。充電ステーションST1は、AC/DC変換器406と、充電端子408と、信号発生器412と、通信部413と、ステーションECU(電子制御ユニット)410と、を有する。ステーションECU(電子制御ユニット)410は、AC/DC変換器406及び信号発生器412の動作を制御するマイクロコンピュータを有する。ステーションECU410及び信号発生器412は、通電部として機能する。
通信部413はネットワークNETを介して、制御装置(情報処理装置SV、情報端末装置TM)、自律作業機10と双方向に通信を行うことが可能である。通信部413が情報処理装置SVから送信された通電モードを受信すると、通電部(410、412)には、複数の隣接作業エリアのそれぞれに対するエリア信号が一致しないように異なる通電モードが設定される。通電部(410、412)は、設定された通電モードに基づいて、複数の隣接作業エリアの外周に配置されたエリアワイヤに通電する。
充電ステーションST1において電源402からコンセント404を通じて送られる交流は、AC/DC変換器406で予め定められた電圧の直流に変換されて充電端子408に送られる。充電ステーションST1に帰還した自律作業機10が、充電ステーションST1の充電端子408と充電端子34とを介して接続(ドッキング)したとき、自律作業機10の電池32は、充電端子408および充電端子34を介して供給される電圧により充電される。
AC/DC変換器406の出力は信号発生器412とステーションECU410に供給される。ステーションECU410はAC/DC変換器406の出力に基づいて、信号発生器412の動作を制御する。
信号発生器412は、ステーションECU410の制御指令に従ってAC/DC変換器406で調整された直流電流を所定の電流信号に変換し、エリアワイヤWR1、WR2、WR3にそれぞれ異なる電流信号を通電する。エリアワイヤWR1、WR2、WR3は、信号発生器212からの電流信号に基づいて、互いに異なる種類(例えば周波数または位相)のエリア信号(電磁波)を発生させる。
自律作業機10のメモリ44cには、割り当てられた作業エリアに関する情報や作業エリアに設定された通電モードに対応したエリア信号の識別パターンなどの情報が記憶されている。
図10は、通電モードに対応したエリア信号の識別パターンを例示する図である。通電モード1(Mod1)には、基本エリア信号(例えば、正弦波信号)として周波数f1が設定されている。また、通電モード2(Mod2)には、周波数f1とは異なる周波数f2が設定されている。同様に、通電モード3(Mod3)、4(Mod4)には、周波数f1、f2とはそれぞれ異なる周波数f3、f4が設定されている。図10の例では、識別パターンとして周波数の例を示したが、通電モード1の基本エリア信号に対して、通電モード2、3、4の識別パターンとして位相や電圧を変えてもよい。処理部311は、エリア信号の周波数、位相及び電圧の少なくともいずれか一つが複数の隣接作業エリアのそれぞれで異なるように通電モードを設定することが可能である。また、通電モードの設定では、周波数及び位相及び電圧の組み合わせてもよい。
例えば、作業エリアAR1には識別パターン1が設定され、作業エリアAR2には識別パターン2が設定され、作業エリアAR3には識別パターン3が設定されている場合、作業エリアAR1で作業を行う自律作業機10の磁気センサ66は、識別パターン1のエリア信号を検出すればよい。同様に、作業エリアAR2で作業を行う自律作業機10の磁気センサ66は、識別パターン2のエリア信号を検出すればよく、作業エリアAR3で作業を行う自律作業機10の磁気センサ66は、識別パターン3のエリア信号を検出すればよい。
これにより、各作業エリアAR1、AR2、AR3に配置された自律作業機10の磁気センサ66は、エリアワイヤのエリア信号(電磁波)を、相互干渉なく区別して検出することができる。
(情報処理装置SVのブロック図)
図5は情報処理装置SV(サーバ)の構成を示すブロック図である。情報処理装置SV(サーバ)は、自律作業機10を制御するサーバとして機能する。情報処理装置SV(サーバ)は、例えば、複数の自律作業機10の情報を管理して制御することが可能である。情報処理装置SV(サーバ)は、処理部311と、メモリ312と、通信部313とを含む。処理部311は、CPUに代表されるプロセッサであり、メモリ312に記憶されたプログラムを実行する。メモリ312は、例えば、ROM(Read Only Memory)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、HDD等の記憶デバイスにより構成される。通信部313はネットワークNETを介して、自律作業機10、情報端末装置TM(携帯端末)、ステーションST(充電ステーションST1、帰還ステーションST2)と通信を行うための通信デバイスである。
メモリ312は複数の作業エリアAR1、AR2,AR3、・・・の位置情報を記憶し、処理部311は、メモリ312から取得した位置情報に基づいて、隣接した位置にある複数の隣接作業エリアが存在する場合、複数の隣接作業エリアのそれぞれに対するエリア信号が一致しないように異なる通電モードを設定する。
処理部311は、設定した通電モードを通信部313を介してステーションST(充電ステーションST1、帰還ステーションST2)に送信し、複数の隣接作業エリアのエリアワイヤに通電する通電部(410、412)に通電モードを設定する。ステーションSTの通信部413は情報処理装置SVから送信された通電モードを受信すると、ステーションSTの通電部(410、412)は、設定された通電モードに基づいて、複数の隣接作業エリアの外周に配置されたエリアワイヤに通電する。
また、処理部311は、複数の隣接作業エリアのそれぞれに設定された通電モードに対応したエリア信号の識別パターンを、通信部313を介して自律作業機10に送信し、複数の隣接作業エリアのそれぞれで作業を行う自律作業機10に識別パターンを設定する。
ここで、処理部311は、エリア信号の周波数が複数の隣接作業エリアのそれぞれで異なるように通電モードを設定する。あるいは、処理部311は、エリア信号の位相が複数の隣接作業エリアのそれぞれで異なるように通電モードを設定する。また、処理部311は、周波数と位相とを組み合わせて、複数の隣接作業エリアのそれぞれでエリア信号が異なるように通電モードを設定することも可能である。
通電部(410、412)は、通電しているエリアワイヤに対応する作業エリアの位置情報、及び通電モードに対応したエリア信号の識別パターン(通電モード)を、一定期間ごとに情報処理装置SV(処理部311)に送信する。情報処理装置SVの処理部311は、通電部(410、412)から送信された作業エリアの位置情報及び識別パターン(通電モード)をメモリ312に記憶する。そして、処理部311は、一定期間の経過後に、作業エリアの位置情報及び識別パターン(通電モード)を通電部(410、412)から受信しない場合、該当する作業エリアの位置情報及び識別パターン(通電モード)をメモリ312から削除する。これにより、例えば、季節的に作業を行わない作業エリアや、長期間作業の対象から除かれる作業エリア等がある場合であっても、一定期間、作業エリアの位置情報、及び識別パターンの送信が無い作業エリアを自律作業システムにより自動的に削除することができる。
また、処理部311は、一定期間の経過後にメモリ312から削除された作業エリアの位置情報及び識別パターン(通電モード)を、通電部(410、412)から再度受信した場合、当該再度受信した作業エリアの位置情報及び識別パターン(通電モード)をメモリ312に再度記憶(再設定)する。処理部311は、識別パターン(通電モード)を再設定する際に、他の隣接作業エリアにおいて既に設定されているエリア信号と一致しないように異なる通電モードを設定する。これにより、長期間作業の対象から除かれた作業エリアが作業対象として復帰した場合に、復帰した作業エリアに関する情報を自律作業システムにより自動的に復旧することができる。
(自律作業システムの処理)
図6は実施形態に係る自律作業システムの処理の流れを説明する図である。まず、ステップS610において、作業エリアの指定を行う。ここで、図7は実施形態に係る複数の作業エリアの配置例を模式的に示す図である。また、図8は実施形態に係る情報処理端末TMの表示画面から作業エリアを指定する操作を模式的に示す図である。情報処理端末TMは、表示部810に表示された複数の作業エリアのうち複数の自律作業機で作業を行う複数の指定作業エリアを指定する。
図7に示すように、作業エリアAR1~AR6が配置されており、各作業エリアで作業を行う自律作業機を10A~10Fで示している。各作業エリアAR1~AR6の外周(周縁)には、エリアワイヤWR1~WR6が配置されている。図7では、二つの充電ステーションST1_A、ST1_Bが配置されている。充電ステーションST1_Aは、エリアワイヤWR1~WR3と接続しており、エリアワイヤWR1~WR3に通電することが可能である。また、充電ステーションST1_Bは、エリアワイヤWR4~WR6と接続しており、エリアワイヤWR4~WR6に通電することが可能である。
図8における情報処理端末TMの表示画面は、図7に示した作業エリアAR1~AR6の配置に対応するものである。ユーザは情報処理端末TMの表示画面にタッチ操作を行い、作業対象とする作業エリアを指定することができる。図8では、作業エリアAR1~AR5が網掛け表示されており、作業対象としてユーザに指定された状態であることを示している。
ステップS620において、情報処理端末TMの表示画面から作業エリアが指定されると、情報処理装置SVの処理部311は指定された作業エリアの位置情報を取得する。情報処理装置SVのメモリ312は複数の作業エリアの位置情報を記憶しており、処理部311は指定された作業エリアの位置情報をメモリ312から取得する。処理部311は、メモリ312から先のステップS610で指定された作業エリアAR1~AR5の位置情報を取得する。
図9は実施形態に係る情報処理装置のメモリに記憶された作業エリアの位置情報を例示的に示す図である。図9の例では、各作業エリアの形状の例を矩形とし、基準となる座標系において、対角の2点の位置座標により作業エリアの位置情報を示しているが、作業エリアの形状や位置情報の設定は、この例に限定されるものではない。また、各作業エリアの形状は、矩形に限定されず任意の形状として設定することが可能である。作業エリアの入力方法としては、例えば、エリアワイヤを敷設する作業員が、地図を表示した情報処理端末TMの表示画面(タッチパネル)上をなぞることで入力してもよい。あるいは、位置情報を取得できる機器(例えば、スマートフォン)を所持して敷設したエリアワイヤ上を移動して、移動したエリアワイヤの位置情報により定められた領域を作業対象の作業エリアとして登録してもよい。
ステップS630において、処理部311は、メモリ312から取得した位置情報に基づいて、情報処理端末TMで指定された複数の指定作業エリアのうち、隣接した位置にある複数の隣接作業エリアが存在するか否かを判定する。ここで、隣接作業エリアとは、各作業エリアの境界の少なくとも一部が接している位置に配置されている作業エリア、または、隣り合う位置に配置されている作業エリアの少なくとも一部が所定の距離以内に接近した位置に配置されている作業エリアをいう。図7では、図示の便宜上、所定の距離を省略して図示している。
図7の配置例では、作業エリアAR1は、作業エリアの外周辺が作業エリアAR2、AR4の外周辺と接している(または所定の距離以内で離間している)。また、図7、図8の配置例では、作業エリアAR1の外周の角部は、作業エリアAR5の外周の角部に接している(または所定の距離以内で離間している)。この場合、処理部311は、作業エリアAR1について、作業エリアAR2、AR4、AR5と隣接していると判定する。
同様に、処理部311は、作業エリアAR2について、作業エリアAR1、AR3、AR4、AR5に隣接していると判定する。このように、指定された各作業エリアについて、隣接している作業エリアが存在するか否かを判定する。隣接している作業エリアが4つ以上存在する場合であっても、いわゆる四色問題のアプローチにより、処理部311は、少なくとも4種類の通電モードの組合せに基づいて設定を行えばよい。
ステップS630の判定処理で、隣接作業エリアが存在しない場合(S630-No)、処理部311は処理をステップS635に進める。ステップS635において、情報処理装置SVの処理部311は、指定された各作業エリアに対して、共通の通電モードを設定する。例えば、処理部311は、図10で説明した、通電モード1(Mod1)を設定する。この場合、処理部311は、通電モード1(Mod1)に対応した基本エリア信号(例えば、周波数f1の正弦波信号)を設定する。
一方、ステップS630の判定処理で、隣接作業エリアが存在する場合(S630-Yes)、処理部311は処理をステップS640に進める。
ステップS640において、処理部311は、情報処理端末TMで指定された複数の指定作業エリアのうち複数の隣接作業エリアが存在する場合に、当該複数の隣接作業エリアのそれぞれに対するエリア信号が一致しないように異なる通電モードを設定する。すなわち、処理部311は、位置情報に基づいて、隣接した位置にある複数の隣接作業エリアが存在する場合、複数の隣接作業エリアのそれぞれに対するエリア信号が一致しないように異なる通電モードを設定する。また、処理部311は、図10に示すように異なる通電モード(Mod1~Mod4)を設定し、設定した通電モードに対応したエリア信号の識別パターン(f1~f4)を設定する。
ステップS650において、処理部311は、設定した通電モードを、通信部313を介してステーションST(充電ステーションST1、帰還ステーションST2)に送信し、複数の隣接作業エリアのエリアワイヤに通電する通電部(410、412)に通電モード(例えば、Mod1~Mod4)を設定する。また、処理部311は、通電モードに対応したエリア信号の識別パターン(例えば、周波数f1~f4)を、通信部313を介して自律作業機10に送信し、複数の隣接作業エリアのそれぞれで作業を行う自律作業機10に識別パターンを設定する。
隣接作業エリアが存在せず(S630-No)、共通の通電モードが設定されている場合(S635)、処理部311は、共通の通電モード(例えば、(例えば、Mod1)を、通信部313を介してステーションSTに送信し、指定された各作業エリアのエリアワイヤに通電する通電部(410、412)に通電モードを設定する。また、処理部311は、共通の通電モードに対応したエリア信号の識別パターン(例えば、周波数f1の正弦波信号)を、通信部313を介して自律作業機10に送信し、指定された各作業エリアのそれぞれで作業を行う自律作業機10に識別パターンを設定する。
ステップS660において、ステーションSTの通電部(410、412)は、設定された通電モード(Mod1~Mod4)に基づいて、複数の隣接作業エリアの外周に配置されたエリアワイヤに通電する。
また、隣接作業エリアが存在せず(S630-No)、共通の通電モードが設定されている場合(S635)、通電部(410、412)は、設定された通電モード(Mod1)に基づいて、指定された各作業エリアの外周に配置されたエリアワイヤに通電する。
<変形例>
先に説明した実施形態では、指定された作業エリアの位置情報に基づいて、隣接作業エリアが存在するか否かを判定し、判定結果に基づいて通電モードを設定する例を説明した。通電モードを設定する際に、位置情報の判定結果と、自律作業機の作業スケジュールの重複の有無の判定結果とに基づいて、通電モードを設定することも可能である。
図11は、作業スケジュールの重複を説明する図である。SST1は作業スケジュールの重複が場合を示し、SST2は作業スケジュールの重複が無い場合を示している。図11では、自律作業機として、作業エリアAR1の自律作業機10Aと、作業エリアAR2の自律作業機10Bの例を示している。
SST1において、自律作業機10Aは時刻T1から時刻T2の間に作業実施予定であり、また、時刻T2から時刻T4までの間は作業なしである。そして、自律作業機10Aは時刻T4から時刻T5の間に作業実施予定である。
また、自律作業機10Bは時刻T1から時刻T3の間に作業実施予定であり、時刻T1から時刻T2の間で作業スケジュールが重複している。
この場合、先に説明した図6のS630で、隣接した位置にある複数の隣接作業エリアが存在し(S630-Yes)、かつ、複数の隣接作業エリアのそれぞれで作業を行う自律作業機の作業スケジュールが重複する場合に、情報処理装置SVの処理部311は、複数の隣接作業エリアのそれぞれに対して、異なる通電モードを設定する(S640)。
一方、SST2おいて、自律作業機10Aの作業スケジュールの設定はSST1と同様であるが、自律作業機10Bの作業スケジュールの設定がSST1の作業スケジュールの設定に対して変更されている。自律作業機10Bは時刻T3Aから時刻T3Bの間に作業実施予定であり、自律作業機10Aと自律作業機10Bとの間で、作業スケジュールの重複はない。
この場合、先に説明した図6のS630で、隣接した位置にある複数の隣接作業エリアが存在した場合でも(S630-Yes)、複数の隣接作業エリアのそれぞれで作業を行う自律作業機の作業スケジュールに重複が生じない場合、情報処理装置SVの処理部311は、処理を図6のS635に進め、指定された各作業エリアに対して、共通の通電モードを設定する。すなわち、隣接した位置にある複数の隣接作業エリアが存在した場合でも、自律作業機の作業スケジュールに重複が生じない場合であれば、エリア信号の干渉による影響はないため、指定された各作業エリアに対して、共通の通電モードを設定すればよい。これにより、通電部(410、412)における各エリアワイヤに対する通電制御に要する処理負荷を低減することが可能になる。
<その他の実施形態>
また、実施形態で説明された自律作業機10、情報処理装置SVの各機能を実現するプログラムは、ネットワーク又は記憶媒体を介して自律作業機10、情報処理装置SVに供給され、自律作業機10、情報処理装置SVのコンピュータにおける1以上のプロセッサは、このプログラムを読み出して実行することができる。
<実施形態のまとめ>
構成1.上記実施形態の自律作業システムは、作業エリアの外周に配置されたエリアワイヤへの通電により生じるエリア信号の磁界を検出し、前記磁界に基づいて前記作業エリアの境界を特定して当該作業エリアで自律的に作業を行う自律作業機(例えば、図1の10)を制御する自律作業システム(例えば、図1のSTM)であって、
複数の作業エリア(例えば、図1のAR1~AR3、図7のAR1~AR6)の位置情報(例えば、図9)を記憶する記憶手段(例えば、図5の312)と、
前記位置情報に基づいて、隣接した位置にある複数の隣接作業エリアが存在する場合、前記複数の隣接作業エリアのそれぞれに対する前記エリア信号が一致しないように異なる通電モード(例えば、図10のMod1~Mod4)を設定する設定手段(例えば、図5の311)と、
前記通電モードに基づいて、前記複数の隣接作業エリアの外周に配置されたエリアワイヤ(例えば、図1のWR1~WR3)へ通電する通電手段(例えば、図4の410、412)と、を備える。
構成1の自律作業システムによれば、隣接した位置にある複数の隣接作業エリアのそれぞれに対するエリア信号が一致しないように異なる通電モードを設定して、エリア信号の干渉を抑制することが可能になる。
構成2.上記実施形態の自律作業システム(STM)では、前記設定手段(311)は、前記複数の隣接作業エリアのそれぞれに設定された前記通電モードに対応したエリア信号の識別パターンを、通信手段(例えば、図5の313)を介して送信し、
前記複数の隣接作業エリアのそれぞれで作業を行う前記自律作業機に前記識別パターンを設定する。
構成2の自律作業システムによれば、複数の隣接作業エリアのそれぞれで作業を行う自律作業機では、エリアワイヤのエリア信号を、相互干渉なく区別して検出して、自律作業を行うことが可能になる。
構成3.上記実施形態の自律作業システム(STM)では、前記設定手段(311)は、前記通電モードを、通信手段(例えば、図5の313)を介して送信し、
前記通電手段(410、412)に前記通電モードを設定する。
構成3の自律作業システムによれば、複数の隣接作業エリアが存在する場合に、互いに異なる種類のエリア信号を発生させることができ、エリア信号の相互干渉を抑制することが可能になる。
構成4.上記実施形態の自律作業システム(STM)では、前記自律作業機(10)は、自律走行するための駆動手段(例えば、図3の26)と、
前記駆動手段を制御する制御手段(例えば、図3のC1)と、を備え、
前記制御手段(C1)は、前記作業エリアの位置情報と、前記識別パターンとに基づいて、前記駆動手段(26)を制御する。
構成4の自律作業システムによれば、複数の隣接作業エリアのそれぞれで作業を行う自律作業機では、識別パターンに基づいてエリアワイヤのエリア信号を相互干渉なく区別して検出して、自律作業を行うことが可能になる。
構成5.上記実施形態の自律作業システム(STM)では、前記設定手段(311)は、前記エリア信号の周波数、位相及び電圧の少なくともいずれか一つが前記複数の隣接作業エリアのそれぞれで異なるように前記通電モードを設定する。
構成6.上記実施形態の自律作業システム(STM)では、前記設定手段(311)は、前記エリア信号の前記周波数および位相および電圧の組合せが前記複数の隣接作業エリアのそれぞれで異なるように前記通電モードを設定する。
構成5及び構成6の自律作業システムによれば、複数の隣接作業エリアが存在する場合に、互いに異なる種類のエリア信号を発生させることができ、エリア信号の相互干渉を抑制することが可能になる。
構成7.上記実施形態の自律作業システム(STM)では、前記自律作業機に搭載されたバッテリ(例えば、図3の32)を充電するための電力を供給する充電手段(例えば、図4のST1)を更に備え、
前記充電手段(ST1)は、前記通電手段(410、412)を有する。
構成7の自律作業システムによれば、自律作業機に搭載されたバッテリを充電するための電力を供給する充電ステーションにおいて、設定された通電モードに基づいて、エリアワイヤへの通電を制御することができる。この構成によれば、別体の通電装置を設けることなく、システム構成を簡素化することが可能になる。
構成8.上記実施形態の自律作業システム(STM)では、表示手段(例えば、図8の810)に表示された前記複数の作業エリアのうち複数の自律作業機で作業を行う複数の指定作業エリアを指定する指定手段(例えば、図1のTM)を更に備える。
構成9.上記実施形態の自律作業システム(STM)では、
前記設定手段(311)は、前記記憶手段(312)から取得した前記位置情報に基づいて、前記指定手段で指定された前記複数の指定作業エリアのうち、隣接した位置にある前記複数の隣接作業エリアが存在するか否かを判定する。
構成10.上記実施形態の自律作業システム(STM)では、
前記設定手段(311)は、前記複数の指定作業エリアのうち複数の隣接作業エリアが存在する場合に、当該複数の隣接作業エリアのそれぞれに対するエリア信号が一致しないように異なる通電モードを設定する。
構成8~構成10の自律作業システムによれば、ユーザは、情報処理端末の表示部の表示により、複数の作業エリアの配置を視覚的に把握することでき、表示部に表示された作業エリアの配置から複数の指定作業エリアを指定することができる。これにより、ユーザの作業負担を低減することが可能になる。また、情報処理端末で指定された複数の指定作業エリアの情報は、ネットワークNETを介して情報処理装置SVに送信される。情報処理装置SVでは、位置情報に基づいた判定処理により、情報処理端末で指定された複数の指定作業エリアのうち、隣接した位置にある複数の隣接作業エリアが存在するか否かを判定することができる。
構成11.上記実施形態の自律作業システム(STM)では、
隣接した位置にある複数の隣接作業エリアが存在し(例えば、図6のS630-Yes)、かつ、前記複数の隣接作業エリアのそれぞれで作業を行う前記自律作業機の作業スケジュールが重複する場合に(例えば、図11のSST1)、前記設定手段(311)は、前記複数の隣接作業エリアのそれぞれに対して、前記異なる通電モードを設定する。
構成11の自律作業システムによれば、隣接した位置にある複数の隣接作業エリアが存在した場合でも、自律作業機の作業スケジュールに重複が生じない場合であれば、エリア信号の干渉による影響はないため、指定された各作業エリアに対して、共通の通電モードを設定することができる。これにより、通電部(410、412)における各エリアワイヤに対する通電制御に要する処理負荷を低減することが可能になる。
構成12.上記実施形態の自律作業システム(STM)では、前記通電手段(410、412)は、通電しているエリアワイヤに対応する作業エリアの位置情報、及び前記通電モードに対応したエリア信号の識別パターンを、一定期間ごとに前記設定手段(311)に送信し、
前記設定手段(311)は、
前記通電手段(410、412)から送信された前記作業エリアの位置情報及び前記識別パターンを前記記憶手段(312)に記憶し、前記一定期間の経過後に、前記作業エリアの位置情報及び前記識別パターンを前記通電手段(410、412)から受信しない場合、前記作業エリアの位置情報及び前記識別パターンを前記記憶手段(312)から削除する。
構成12の自律作業システムによれば、例えば、季節的に作業を行わない作業エリアや、長期間作業の対象から除かれる作業エリア等がある場合であっても、一定期間、作業エリアの位置情報、及び識別パターンの送信が無い作業エリアを自律作業システムにより自動的に削除することができる。
構成13.上記実施形態の自律作業システム(STM)では、前記設定手段(311)は、前記一定期間の経過後に前記記憶手段(312)から削除された前記作業エリアの位置情報及び前記識別パターンを、前記通電手段(410、412)から再度受信した場合、当該再度受信した前記作業エリアの位置情報及び前記識別パターンを前記記憶手段(312)に再度記憶する。
構成13の自律作業システムによれば、長期間作業の対象から除かれた作業エリアが作業対象として復帰した場合に、復帰した作業エリアに関する情報を自律作業システムにより自動的に復旧することができる。
本発明は上記の実施形態に制限されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で、種々の変形・変更が可能である。
STM:自律作業システム、SV:情報処理装置、TM:情報端末装置、制御装置(SV、TM)、10:自律作業機、44c:メモリ(記憶部)、C1:制御部、C2:通信部、66:磁気センサ

Claims (13)

  1. 作業エリアの外周に配置されたエリアワイヤへの通電により生じるエリア信号の磁界を検出し、前記磁界に基づいて前記作業エリアの境界を特定して当該作業エリアで自律的に作業を行う自律作業機を制御する自律作業システムであって、
    複数の作業エリアの位置情報を記憶する記憶手段と、
    前記位置情報に基づいて、隣接した位置にある複数の隣接作業エリアが存在する場合、前記複数の隣接作業エリアのそれぞれに対する前記エリア信号が一致しないように異なる通電モードを設定する設定手段と、
    前記通電モードに基づいて、前記複数の隣接作業エリアの外周に配置されたエリアワイヤへ通電する通電手段と、
    を備えることを特徴とする自律作業システム。
  2. 前記設定手段は、前記複数の隣接作業エリアのそれぞれに設定された前記通電モードに対応したエリア信号の識別パターンを、通信手段を介して送信し、
    前記複数の隣接作業エリアのそれぞれで作業を行う前記自律作業機に前記識別パターンを設定することを特徴とする請求項1に記載の自律作業システム。
  3. 前記設定手段は、前記通電モードを、通信手段を介して送信し、
    前記通電手段に前記通電モードを設定することを特徴とする請求項1または2に記載の自律作業システム。
  4. 前記自律作業機は、
    自律走行するための駆動手段と、
    前記駆動手段を制御する制御手段と、を備え、
    前記制御手段は、前記作業エリアの位置情報と、前記識別パターンとに基づいて、前記駆動手段を制御することを特徴とする請求項2に記載の自律作業システム。
  5. 前記設定手段は、前記エリア信号の周波数、位相及び電圧の少なくともいずれか一つが前記複数の隣接作業エリアのそれぞれで異なるように前記通電モードを設定することを特徴とする請求項1に記載の自律作業システム。
  6. 前記設定手段は、前記エリア信号の前記周波数および位相および電圧の組合せが前記複数の隣接作業エリアのそれぞれで異なるように前記通電モードを設定することを特徴とする請求項5に記載の自律作業システム。
  7. 前記自律作業機に搭載されたバッテリを充電するための電力を供給する充電手段を更に備え、
    前記充電手段は、前記通電手段を有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の自律作業システム。
  8. 表示手段に表示された前記複数の作業エリアのうち複数の自律作業機で作業を行う複数の指定作業エリアを指定する指定手段を更に備えることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の自律作業システム。
  9. 前記設定手段は、前記記憶手段から取得した前記位置情報に基づいて、前記指定手段で指定された前記複数の指定作業エリアのうち、隣接した位置にある前記複数の隣接作業エリアが存在するか否かを判定することを特徴とする請求項8に記載の自律作業システム。
  10. 前記設定手段は、前記複数の指定作業エリアのうち複数の隣接作業エリアが存在する場合に、当該複数の隣接作業エリアのそれぞれに対するエリア信号が一致しないように異なる通電モードを設定することを特徴とする請求項9に記載の自律作業システム。
  11. 隣接した位置にある複数の隣接作業エリアが存在し、かつ、前記複数の隣接作業エリアのそれぞれで作業を行う前記自律作業機の作業スケジュールが重複する場合に、前記設定手段は、前記複数の隣接作業エリアのそれぞれに対して、前記異なる通電モードを設定することを特徴とする請求項1に記載の自律作業システム。
  12. 前記通電手段は、通電しているエリアワイヤに対応する作業エリアの位置情報、及び前記通電モードに対応したエリア信号の識別パターンを、一定期間ごとに前記設定手段に送信し、
    前記設定手段は、
    前記通電手段から送信された前記作業エリアの位置情報及び前記識別パターンを前記記憶手段に記憶し、
    前記一定期間の経過後に、前記作業エリアの位置情報及び前記識別パターンを前記通電手段から受信しない場合、前記作業エリアの位置情報及び前記識別パターンを前記記憶手段から削除することを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の自律作業システム。
  13. 前記設定手段は、前記一定期間の経過後に前記記憶手段から削除された前記作業エリアの位置情報及び前記識別パターンを、前記通電手段から再度受信した場合、当該再度受信した前記作業エリアの位置情報及び前記識別パターンを前記記憶手段に再度記憶することを特徴とする請求項12に記載の自律作業システム。
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