JP2022142377A - 自律作業機 - Google Patents

Abstract

【課題】エリアワイヤが地中に設置された場合および地上に設置された場合のいずれにおいても、適正にエリアワイヤの検出が可能であり、エリアワイヤを適正に検出して作業領域での作業を適正に行うことのできる自律作業機を提供する。【解決手段】エリアワイヤ１２への通電により発生する磁界を検知する磁界検出部３０と、磁界検出部３０による磁界検出の基準値を記憶する記憶部４２と、記憶部４２に記憶された基準値と、磁界検出手段により検出した磁界とに基づいて走行経路を制御する制御部４１と、エリアワイヤ１２を地上から第１距離で配置した際に用いる第１基準値、または、地上から第２距離で配置した際に用いる第２基準値の選択を受け付ける入力部４３と、を備え、制御部４１は、入力部４３にて選択された第１基準値または第２基準値に基づいて、走行経路を制御する。【選択図】図４

Description

本発明は、所定の作業領域で自律走行しながら作業を行う自律作業機に関する。

従来から、自律走行しながら作業をする自律走行作業機が知られている。
例えば、特許文献１には、自律走行作業機の一例として、バッテリによって駆動され、芝地領域を自律的に走行し、芝刈り作業を実行する芝刈機が記載されている。

特開２０１７－０１０１６１号公報

特許文献１に記載の芝刈機では、無人で芝刈り作業を実施できる。
この場合に、作業領域を規定するエリアワイヤは、地面に埋め込むことで設置されている。
しかしながら、エリアワイヤを埋設するには、作業に工数および手間がかかる。

そのため、エリアワイヤを空中に設置することが考えられる。
しかしながら、エリアワイヤを空中に設置した場合には、エリアワイヤとエリアワイヤの磁界を検出する磁界検出部との距離が大きくなるため、エリアワイヤの磁界を、地中にエリアワイヤを設置した状態と同様には検出することができない課題がある。
また、エリアワイヤが空中にあると、自律作業機とエリアワイヤとの接触してしまうおそれがある。
本発明は、前記した点に鑑みてなされたものであり、エリアワイヤが地中に設置された場合および地上に設置された場合のいずれにおいても、適正にエリアワイヤの検出が可能であり、エリアワイヤを適正に検出して作業領域での作業を適正に行うことのできる自律作業機を提供することを目的とする。

本発明は、エリアワイヤによって定義されたエリア内で作業する自律作業機であって、前記エリアワイヤへの通電により発生する磁界を検知する磁界検出手段と、前記磁界検出手段による磁界検出の基準値を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された基準値と、前記磁界検出手段により検出した磁界とに基づいて走行経路を制御する制御部と、前記エリアワイヤを地上から第１距離で配置した際に用いる第１基準値、または、地上から第２距離で配置した際に用いる第２基準値の選択を受け付ける入力部と、を備え、前記制御部は、前記入力部にて選択された前記第１基準値または前記第２基準値に基づいて、走行経路を制御することを特徴とする。

前記構成において、前記第１基準値は、前記エリアワイヤが地中にある場合の基準値であり、前記第２基準値は、前記エリアワイヤが地上にある場合の基準値であることを特徴とする。

前記構成において、前記入力部を用いて前記エリアワイヤと前記磁界検出手段との距離を入力し、前記制御部は、入力された前記エリアワイヤと前記磁界検出手段との距離に基づいて、前記第１基準値、または、前記第２基準値を設定することを特徴とする。

前記構成において、前記エリアワイヤと前記磁界検出手段との距離は、前記入力部から数値で入力することを特徴とする。

前記構成において、前記エリアワイヤと前記磁界検出手段との距離を入力する前記入力部は、設定距離を増加させる入力部と、設定距離を減少させる入力部とから構成され、入力した前記エリアワイヤと前記磁界検出手段との距離を表示する表示部をさらに備えていることを特徴とする。

前記構成において、前記入力部を用いて前記エリアワイヤが地中にあるか、地上にあるかを入力し、前記制御部は、入力された前記エリアワイヤの位置に基づいて、前記第１基準値、または、前記第２基準値を設定することを特徴とする。

前記構成において、前記地上にあるエリアワイヤは、地面に設置されたワイヤ支持部材に支持されていることを特徴とする。

前記構成において、前記制御部は、前記第１基準値および前記第２基準値を、前記エリアワイヤと前記磁界検出手段との距離を判断する際の基準として用いることを特徴とする。

前記構成において、前記制御部は、前記エリアワイヤの近傍における走行経路をずらすように設定することを特徴とする。

前記構成において、前記制御部は、前記エリアワイヤが地上にある場合には、前記エリアワイヤが地中にある場合に比較して、前記エリアワイヤからの距離が大きい位置でターンするように走行経路を設定することを特徴とする。

本発明によれば、制御部により、エリアワイヤの設置状態に対応して、作業領域を判断することができ、作業領域内における作業を容易にかつ、適切に行うことができる。

本実施の形態の芝刈りシステムの構成を示す図である。 本実施の形態のエリアワイヤを地上に設置する例を示す概略図である。 本実施の形態の自立芝刈機の構成を示す側面図である。 本実施の形態の自立走行芝刈機の制御構成を示すブロック図である。 エリアワイヤの設置位置と磁界強度との関係を示すグラフである。 エリアワイヤからの距離と磁界強度との関係を示すグラフである。

以下、図面を参照して実施形態について説明する。

図１は、本実施の形態に係る芝刈システムの構成を示す図である。
本実施の形態においては、自律作業機として自律走行により所定のエリアの芝刈りを自動的に行う自律芝刈機を用いた場合の芝刈りシステム１の例を用いて説明する。
芝刈りシステム１は、自律作業機としての自律芝刈機１０と、芝刈り作業を実行する対象である作業領域１１を区画するエリアワイヤ１２と、ステーション１３と、を備える。
自律芝刈機１０は、作業領域１１の中を無人で自律走行しながら芝草を刈る自律走行型の作業機である。
エリアワイヤ１２は磁性を帯びており、自立芝刈機がエリアワイヤ１２の磁気を検出することで作業領域１１の境界を検知する。
また、芝刈システム１が複数台（例えば、２台）の自律芝刈機１０を備える形態でもよい。
ステーション１３は、作業領域１１の中に設置され、自律芝刈機１０の充電などを行う。

所定の作業領域１１の外縁部分には、エリアワイヤ１２が配置されている。エリアワイヤ１２は、地中に設置される場合と、所定間隔に設置されたワイヤ支持部材１４に支持され、空中に浮いた状態で設置される場合とがある。
そして、エリアワイヤ１２で定義された領域が作業領域１１として設定される。この場合に、作業領域１１は、エリアワイヤ１２で囲まれた領域の他、ステーション１３から分岐されて設置される分岐ワイヤ（図示せず）を設置した場合に、分岐ワイヤで囲まれる領域も作業領域として、設定することが可能である。

図２は、エリアワイヤ１２を地上に設置する場合の例を示す概略図である。図２に示すように、いわゆるカラーコーン（登録商標）のようなワイヤ支持部材１４を作業領域１１の境界部分に設置し、このワイヤ支持部材１４の上部にエリアワイヤ１２を支持させる。
なお、ワイヤ支持部材１４としては、地中に埋め込む支柱をワイヤ支持部材１４を用いるようにしてもよい。

図３は、本実施形態に係る自律芝刈機１０の構成の一例を示す側面図である。
図３に示すように、自律芝刈機１０は、走行機能等を有する本体部２０と、本体部２０を覆う車体カバー２１とを備えている。本体部２０の前下部には左右に操向自在な左右の前輪２２が設けられ、本体部２０の後下部には駆動輪として機能する左右の後輪２３が設けられる。本体部２０の中央下部には作業部２４が設けられる。

本体部２０は、左右の後輪２３を個別に駆動する左右の走行用モータ２５を備えている。走行用モータ２５は、左右の後輪２３を個別に駆動することで、自律芝刈機１０を走行駆動する。
作業部２４は、作業部駆動用モータ２６と、円板状のディスクに刈刃が設けられた刈刃ディスク２７とを備え、作業部駆動用モータ２６が刈刃ディスク２７を回転駆動することによって芝草を刈ることができる。

本体部２０は、自律芝刈機１０の各部に動作電力を供給する電源として機能するバッテリ２８と、駆動輪である左右の後輪２３の回転速度を検出する車輪速センサ２９と、エリアワイヤ１２の磁界を検出するための磁界検出手段としての磁界検出部３０と、自律芝刈機１０の各部を制御する制御ユニット４０とを備えている。

次に、自立走行芝刈機の制御構成について説明する。
図４は、本実施の形態の自立走行芝刈機の制御構成を示すブロック図である。
図４に示すように、制御ユニット４０は、自律芝刈機１０の各部の動作を制御する制御部４１を備えている。制御部４１は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のプロセッサと、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶部４２とを有する。
記憶部４２には、作業対象エリアに関するマップデータ、芝刈り作業のスケジュールデータ、及び制御プログラムなどのデータが格納されている。具体的には、制御部４１のプロセッサが制御プログラムを実行することによって、自律芝刈機１０の各部の動作を制御する。

制御部４１は、エリアワイヤ１２の磁界を検出する磁界検出部３０からの検出信号を受信する。
また、制御ユニット４０は、ユーザが所定情報を入力する入力部４３と、所定の情報を表示する表示部４４とを備えている。

記憶部４２には、前述のデータの他、第１基準値と、第２基準値と、が格納される。第１基準値は、エリアワイヤ１２が地中に設置された際の基準値であり、第２基準値は、エリアワイヤ１２が地上に設置された際の基準値である。第１基準値および第２基準値は、共に磁界の強さの値である。

図５は、エリアワイヤ１２の設置位置と磁界強度との関係を示すグラフである。
図５に示すように、エリアワイヤ１２による磁界は、エリアワイヤ１２が設置された位置に対して領域の内側では、プラス側で磁界を検出することができ、領域の外側では、マイナス側で磁界を検出することができる。
そして、エリアワイヤ１２を地中に設置した状態の磁界は、プラス側およびマイナス側に大きな値の磁界として検出することができる。これに対して、エリアワイヤ１２を地上に設置した状態の磁界は、プラス側およびマイナス側における磁界の値が地中に設置された状態の磁界に対して低い値で検出される。
本実施の形態においては、あらかじめ地中に設置されたエリアワイヤ１２による磁界の第１基準値と、地上に設置されたエリアワイヤ１２による磁界の第２基準値と、をあらかじめ記憶部４２に記憶させておく。

ユーザは、入力部４３を介して、エリアワイヤ１２が地中に設置されている場合には、第１基準値に基づいて芝刈り領域を判断させるか、エリアワイヤ１２が地上に設置されている場合には、第２基準値に基づいて芝刈り領域を判断させるか、を入力する。
制御部４１は、第１基準値を選択した場合は、第１基準値に基づいて磁界の強さを判断することで、エリアワイヤ１２を検出し、走行経路を制御する。また、制御部４１は、第２基準値を選択した場合は、第２基準値に基づいて磁界の強さを判断することで、エリアワイヤ１２を検出し、走行経路を制御する。

図６は、エリアワイヤ１２からの距離と磁界強度との関係を示すグラフである。
図６に示すように、磁界の強さは、磁界検出部３０とエリアワイヤ１２との距離によっても変化する。すなわち、磁界検出部３０とエリアワイヤ１２との距離が小さい場合は、磁界の強さは大きくなり、磁界検出部３０とエリアワイヤ１２との距離が大きい場合には、磁界の強さは小さくなる。
そのため、ユーザは、入力部４３から、第１基準値または第２基準値を選択する場合に、磁界検出部３０とエリアワイヤ１２との距離を入力するようにしてもよい。
エリアワイヤ１２を地中に設置した場合には、エリアワイヤ１２と磁界検出部３０との距離は短くなり、エリアワイヤ１２を地上に設置した場合には、エリアワイヤ１２と磁界検出部３０との距離は長くなる。
そのため、距離が小さい場合には、第１基準値が用いられ、距離が大きい場合は、第２基準値が用いられる。

この場合に、操作部に、設定距離を増加させる入力部である（＋）キーと、設定距離を減少させる入力部である（－）キーを設けておき、ユーザが（＋）キーと（－）キーを操作することにより、磁界検出部３０とエリアワイヤ１２との距離を入力させるようにしてもよい。
また、操作部にテンキーを設けておき、磁界検出部３０とエリアワイヤ１２との距離を直接数値で入力するようにしてもよい。
制御ユニット４０に表示部４４を設け、表示部４４に、入力された磁界検出部３０とエリアワイヤ１２との距離を表示させるようにしてもよい。
さらに、入力部４３により、直接、エリアワイヤ１２が地中あるか、地上にあるかを選択させるようにしてもよい。

前述のように、制御部４１は、第１基準値を選択した場合は、第１基準値に基づいて磁界の強さを判断することで、エリアワイヤ１２を検出し、走行経路を制御する。また、制御部４１は、第２基準値を選択した場合は、第２基準値に基づいて磁界の強さを判断することで、エリアワイヤ１２を検出し、走行経路を制御する。
この場合に、エリアワイヤ１２が地中に設置されている場合には、エリアワイヤ１２が設置されている箇所の地面を走行することができるため、エリアワイヤ１２が設置された箇所を走行するオーバーラップ走行を利用した走行経路を設定することができる。
具体的には、磁界検出部３０により、磁界がプラスからマイナスに切り替わることを検出した場合に、ターンするように設定し、自律芝刈機１０は、エリアワイヤ１２の設置箇所の上部を通過する設定となる。

これに対して、第２基準値を選択した場合には、エリアワイヤ１２が地上に設置されているため、エリアワイヤ１２を支持するワイヤ支持部材１４に接近すると、自律芝刈機１０がワイヤ支持部材１４に接触してしまうおそれがある。そのため、制御部４１は、第２基準値が選択された場合には、オーバーラップ走行が生じないように、エリアワイヤ１２の設置箇所に対して所定の距離を確保した状態で、ターンを行うように走行経路が設定される。
また、制御部４１は、エリアワイヤ１２の近傍における走行経路をずらすように設定することが好ましい。エリアワイヤ１２の近傍では、自律作業機の走行やターンが繰り返し行われるため、走行経路をずらすことにより、芝刈り領域に轍が形成されてしまうことを抑制することができる。

前述のように本実施の形態においては、制御部４１は、ユーザにより入力された基準値に基づいて、自律作業機の走行経路を設定する。
第１基準値が選択されている場合には、制御部４１は、自律作業機がエリアワイヤ１２に近づいた際に、自律作業機をオーバーラップ走行をさせるように制御する。
これに対して、第２基準値が選択されている場合には、制御部４１は、自律作業機がエリアワイヤ１２に近づいた際に、自律作業機をオーバーラップ走行をさせないように、エリアワイヤ１２に対して所定の距離を確保した状態で、ターンさせるように制御する。

このように制御することで、エリアワイヤ１２が地中に設置されている場合および地上に設置されている場合のいずれにおいても、自律作業機を適正に制御することができる。
エリアワイヤ１２を地中に設置する作業は極めて手間がかかり、作業領域１１も固定されてしまう。
エリアワイヤ１２を地上にワイヤ支持部材１４を用いて設置することで、容易に作業領域１１を規定することができるため、臨時の作業領域１１を設定することが可能となる。
本実施の形態においては、自律作業機がエリアワイヤ１２が地中にある場合または地上にある場合のいずれにも対応することができるので、作業を容易にかつ、適切に行うことができる。

以上述べたように、本実施の形態においては、エリアワイヤ１２への通電により発生する磁界を検知する磁界検出部３０（磁界検出手段）と、磁界検出部３０による磁界検出の基準値を記憶する記憶部４２と、記憶部４２に記憶された基準値と、磁界検出手段により検出した磁界とに基づいて走行経路を制御する制御部４１と、エリアワイヤ１２を地上から第１距離で配置した際に用いる第１基準値、または、地上から第２距離で配置した際に用いる第２基準値の選択を受け付ける入力部４３と、を備え、制御部４１は、入力部４３にて選択された第１基準値または第２基準値に基づいて、走行経路を制御する。
これにより、制御部４１により、エリアワイヤ１２の設置状態に対応して、作業領域１１を判断することができ、作業領域１１内における作業を容易にかつ、適切に行うことができる。

また、本実施の形態においては、第１基準値は、エリアワイヤ１２が地中ある場合の基準値であり、第２基準値は、エリアワイヤ１２が地上ある場合の基準値である。
これにより、第１基準値および第２基準値を用いることで、自律作業機がエリアワイヤ１２が地中にある場合または地上にある場合のいずれにも対応することができ、作業を容易にかつ、適切に行うことができる。

また、本実施の形態においては、入力部４３を用いてエリアワイヤ１２と磁界検出部３０（磁界検出手段）との距離を入力し、制御部４１は、入力されたエリアワイヤ１２と磁界検出部３０との距離に基づいて、第１基準値、または、第２基準値を設定する。
これにより、入力部４３からエリアワイヤ１２と磁界検出部３０との距離を入力することで、第１基準値および第２基準値を設定することができる。

また、本実施の形態においては、地上にあるエリアワイヤ１２は、に設置されたワイヤワイヤ支持部材１４に支持されている。
これにより、エリアワイヤ１２を地上に容易に設置することができる。

また、本実施の形態においては、制御部４１は、第１基準値および第２基準値を、エリアワイヤ１２と磁界検出部３０（磁界検出手段）との距離を判断する際の基準として用いる。
これにより、第１基準値および第２基準値における磁界の強度を用いることで、エリアワイヤ１２と磁界検出部３０との距離を判断することができ、制御部４１は、エリアワイヤ１２との距離を判断しながら、自律芝刈機１０の走行経路を設定することができる。

また、本実施の形態においては、制御部４１は、エリアワイヤ１２の近傍における走行経路をずらすように設定する。
これにより、エリアワイヤ１２の近傍で走行経路をずらすことにより、芝刈り領域に轍が形成されてしまうことを抑制することができる。

また、本実施の形態においては、制御部４１は、エリアワイヤ１２が地上にある場合には、エリアワイヤ１２が地中にある場合に比較して、エリアワイヤ１２からの距離が大きい位置でターンするように走行経路を設定する。
これにより、自律芝刈機１０がエリアワイヤ１２に近づいた際に、自律芝刈機１０をオーバーラップ走行をさせないように走行経路を設定することができ、自律芝刈機１０と、ワイヤ支持部材１４との接触を回避することができる。

本発明は上記実施形態の構成に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。
例えば、本実施の形態では、自律作業機が自律芝刈機１０である場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、草刈り作業、清掃作業など芝刈り以外の作業にも適用することができる。

１ 芝刈システム
１０ 自律芝刈機
１１ 作業領域
１２ エリアワイヤ
１３ ステーション
１４ ワイヤ支持部材
２４ 作業部
２５ 走行用モータ
２６ 作業部駆動用モータ
２７ 刈刃ディスク
２８ バッテリ
２９ 車輪速センサ
３０ 磁界検出部
４０ 制御ユニット
４１ 制御部
４２ 記憶部
４３ 入力部
４４ 表示部

Claims (10)

1. エリアワイヤによって定義されたエリア内で作業する自律作業機であって、
   前記エリアワイヤへの通電により発生する磁界を検知する磁界検出手段と、
   前記磁界検出手段による磁界検出の基準値を記憶する記憶部と、
   前記記憶部に記憶された基準値と、前記磁界検出手段により検出した磁界とに基づいて走行経路を制御する制御部と、
   前記エリアワイヤを地上から第１距離で配置した際に用いる第１基準値、または、地上から第２距離で配置した際に用いる第２基準値の選択を受け付ける入力部と、を備え、
   前記制御部は、前記入力部にて選択された前記第１基準値または前記第２基準値に基づいて、走行経路を制御することを特徴とする自律作業機。
2. 前記第１基準値は、前記エリアワイヤが地中にある場合の基準値であり、前記第２基準値は、前記エリアワイヤが地上にある場合の基準値であることを特徴とする請求項１に記載の自律作業機。
3. 前記入力部を用いて前記エリアワイヤと前記磁界検出手段との距離を入力し、
   前記制御部は、入力された前記エリアワイヤと前記磁界検出手段との距離に基づいて、前記第１基準値、または、前記第２基準値を設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の自律作業機。
4. 前記エリアワイヤと前記磁界検出手段との距離は、前記入力部から数値で入力することを特徴とする請求項３に記載の自律作業機。
5. 前記エリアワイヤと前記磁界検出手段との距離を入力する前記入力部は、設定距離を増加させる入力部と、設定距離を減少させる入力部とから構成され、
   入力した前記エリアワイヤと前記磁界検出手段との距離を表示する表示部をさらに備えていることを特徴とする請求項３に記載の自律作業機。
6. 前記入力部を用いて前記エリアワイヤが地中にあるか、地上にあるかを入力し、
   前記制御部は、入力された前記エリアワイヤの位置に基づいて、前記第１基準値、または、前記第２基準値を設定することを特徴とする請求項２に記載の自律作業機。
7. 前記地上にあるエリアワイヤは、地面に設置されたワイヤ支持部材に支持されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の自律作業機。
8. 前記制御部は、前記第１基準値および前記第２基準値を、前記エリアワイヤと前記磁界検出手段との距離を判断する際の基準として用いることを特徴とする請求項２に記載の自律作業機。
9. 前記制御部は、前記エリアワイヤの近傍における走行経路をずらすように設定することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の自律作業機。
10. 前記制御部は、前記エリアワイヤが地上にある場合には、前記エリアワイヤが地中にある場合に比較して、前記エリアワイヤからの距離が大きい位置でターンするように走行経路を設定することを特徴とする請求項２から請求項９のいずれか一項に記載の自律作業機。

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