JP5669998B1 - 作業機械、作業機械の走行経路生成のための装置、方法、プログラム、プログラムを記録した記録媒体、作業機械の走行制御装置 - Google Patents

Abstract

作業対象領域において、少なくとも複数の略平行な経路の端部を反転経路を介して相互に連結して形成された経路を走行しながら所定作業を行う作業機械の走行経路を生成する装置であって、前記端部は、前記経路と前記作業対象領域の外周との交点付近に位置し、前記作業対象領域の外周及び前記作業対象領域の外部の進入禁止領域の外周を設定する領域設定部と、前記反転経路の各々について、前記作業対象領域の外周と前記進入禁止領域の外周との位置関係に応じて、前記作業機械が反転経路に前記作業対象領域の外側方向に進入する外側反転経路ではなく、前記作業機械が反転経路に前記作業対象領域の内側方向に進入する内側反転経路を前記走行経路として選択する経路生成部と、を含む走行経路生成装置。

Description

本発明は、例えばゴルフ場、サッカー場等の競技場や河川の堤防、公園緑地、庭園で利用される芝刈り機や清掃車両のような作業機械、作業機械の走行経路生成のための装置、方法、プログラム、プログラムを記録した記録媒体、作業機械の走行制御装置に関する。

芝刈り、耕作、清掃などの作業に対して、作業対象領域を、互いに平行な複数の直線経路の端部を反転経路を介して相互に連結して形成された経路を走行する自走式の作業機械が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。

特許第３３１８１７０号公報 特開２０１３−２２８８２１号公報

しかしながら、上記特許文献１、２に記載されているような従来の作業機械においては、作業対象領域の外部に、作業機械の進入が禁止される領域（例えばゴルフ場の芝刈りにおいて、グリーン又はフェアウエイ（以下、「グリーン等」という）の外側の崖、バンカー、岩、立木などの存在のために進入が禁止される領域）があることが考慮されておらず、走行経路は、作業機械が直線経路の外側でターンを行うようなものであった。

このような作業機械が直線経路の外側でターンを行う走行経路においては、作業対象領域の外周と進入禁止領域の外周との位置関係によっては、例えば作業対象領域の外周と進入禁止領域の外周が接近している場合には、反転経路上を走行する作業機械と進入禁止領域の外周との間に干渉が生じる場合がある。そのため、これを避けるためには、作業対象領域の外周よりも内側でターン動作を開始する必要があり、実際の作業領域が作業対象領域よりも小さくなってしまう。

そこで、本発明は、作業対象領域の外周と進入禁止領域の外周との位置関係によらず、例えば作業対象領域の外周と進入禁止領域の外周が接近していても、作業対象領域の全域にわたって作業を行うことを可能とする作業機械の走行経路を生成することを目的の１つとする。

また、本発明は、そのように生成された走行経路を作業機械に自動走行させることを目的の１つとする。

本発明の１つの態様は、作業対象領域において、少なくとも複数の略平行な経路の端部を反転経路を介して相互に連結して形成された経路を走行しながら所定作業を行う作業機械の走行経路を生成する装置であって、前記端部は、前記経路と前記作業対象領域の外周との交点付近に位置し、前記作業対象領域の外周及び前記作業対象領域の外部の進入禁止領域の外周を設定する領域設定部と、前記反転経路の各々について、前記作業対象領域の外周と前記進入禁止領域の外周との位置関係に応じて、前記作業機械が反転経路に前記作業対象領域の外側方向に進入する外側反転経路ではなく、前記作業機械が反転経路に前記作業対象領域の内側方向に進入する内側反転経路を前記走行経路として選択する経路生成部と、を含む走行経路生成装置を提供するものである。

前記経路生成部は、前記反転経路の各々を走行する前記作業機械が、前記進入禁止領域の外周に干渉しないように、前記内側反転経路、前記外側反転経路、のいずれかを前記走行経路として選択することができる。

前記作業対象領域の外周及び前記作業対象領域の外部の進入禁止領域の外周は、測量により得られた、前記作業対象領域の外周及び前記作業対象領域の外部の進入禁止領域の外周に関するデータに基づいて設定されることができる。

前記複数の略平行な経路は直線状の経路とすることができる。

本発明の１つの態様は、前記走行経路生成装置により生成された走行経路を記憶する記憶部と、前記作業対象領域を走行しながら所定作業を行う前記作業機械の挙動及び現在位置を検出する検出手段と、前記作業対象領域を走行する前記作業機械の現在位置及び前記記憶部に記録された前記走行経路に少なくとも基づいて、前記作業機械に前記走行経路を走行させるための走行制御信号を出力することにより、前記作業機械が備える走行駆動機構を制御する制御手段と、を含む作業機械制御装置を提供するものである。

本発明の１つの態様は、作業機械制御装置と、前記作業機械制御装置から出力される前記走行制御信号に基づいて自己の走行を駆動する走行駆動機構と、を含む作業機械を提供するものである。

本発明の１つの態様は、作業対象領域において、少なくとも複数の略平行な経路の端部を反転経路を介して相互に連結して形成された経路を走行しながら所定作業を行う作業機械の走行経路を生成する方法であって、前記端部は、前記経路と前記作業対象領域の外周との交点付近に位置し、前記作業対象領域の外周、及び前記作業対象領域の外部の進入禁止領域の外周を設定するステップと、前記反転経路の各々について、前記作業対象領域の外周と前記進入禁止領域の外周との位置関係に応じて、前記作業機械が反転経路に前記作業対象領域の外側方向に進入する外側反転経路ではなく、前記作業機械が反転経路に前記作業対象領域の内側方向に進入する内側反転経路を前記走行経路として選択するステップと、を含む走行経路生成方法を提供するものである。

前記選択するステップは、前記反転経路の各々を走行する作業機械が、前記進入禁止領域の外周に干渉しないように、前記内側反転経路、前記外側反転経路、のいずれかを前記走行経路として選択することができる。

前記作業対象領域の外周及び前記作業対象領域の外部の進入禁止領域の外周は、測量により得られた、前記作業対象領域の外周及び前記作業対象領域の外部の進入禁止領域の外周に関するデータに基づいて設定されることができる。

前記複数の略平行な経路は直線状の経路とすることができる。

本発明の１つの態様は、前記走行経路生成方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを提供するものである。

本発明の１つの態様は、前記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供するものである。

上記構成を有する本発明によれば、作業対象領域の外周と進入禁止領域の外周との位置関係によらず、例えば作業対象領域の外周と進入禁止領域の外周が接近していても、作業対象領域の全域にわたって作業を行うことを可能とする作業機械の走行経路を生成することができ、また、そのように生成された走行経路を作業機械に自動走行させることができる。

芝刈り作業に必要となる装置類の全体概要図。 芝刈り作業に必要となる装置類の全体概要図。 （ａ）は本発明を適用した芝刈り機の側面外観図、同（ｂ）は上面外観図。 （ａ）はゴルフ場での作業領域の外周の設定と進入禁止領域の外周の設定の説明図。 走行経路生成処理のフローチャート。 直線経路の設定を説明するための図。 反転経路のタイプを説明するための図。 生成される走行経路の一例図。 生成される走行経路の別例図。

以下、本発明の作業機械、作業機械の走行経路生成のための装置、方法、作業機械の走行制御のための装置、方法を、ゴルフ場の芝刈りを行う芝刈り機に適用した場合の実施の形態例を説明する。一般的な芝刈り機は、前進しながら芝刈り作業を行うように設計されている。ゴルフ場のグリーン等の芝を刈る場合、ライン状に芝が刈られた後の隣り合うラインの芝目がそれぞれ逆方向となるように芝刈り機に規則的に芝刈り作業を行わせることが望まれる。グリーン等とラフとの境界についても、なるべく滑らかになるように芝刈り作業を行うことが望まれる。

そのため、本実施形態では、芝刈対象領域であるグリーン等の周縁の芝を刈るための外周経路、及び、グリーン等の芝を規則的に刈るための反転経路を介して相互に連結された略平行な直線経路を芝刈り機に走行させ、それぞれの経路で芝刈り作業させる場合の例を説明する。ここで、本実施形態は、隣接する直線経路が反転経路を介して連結して形成され、芝刈り機が隣接する直線経路を順次逆方向に走行する例を説明するが、例えば特許第３４５４６６６号に示されるように、ある直線経路が、いくつかの隣接する直線経路を飛ばした直線経路に反転経路を介して連結して形成された経路（以下、「飛ばし経路」ともいう。）を走行経路の一部又は全部としてもよい。また、略平行な直線経路に替えて、略平行な曲線経路としてもよい。

なお、直線経路での作業が終了した後に外周経路での芝刈り作業を開始するか、外周経路での芝刈り作業を先行させるかは任意であるが、本実施形態では、前者の例を説明する。

＜全体概要＞
芝刈り作業に必要となる装置類の全体概要を図１ａ、１ｂに示す。本実施形態では、ＲＴＫ−ＧＰＳ方式（Real Time Kinematic GPS：干渉測位方式）を用いて、現在位置の計測を行いながらゴルフ場の芝刈り作業を行う芝刈り機１の例を示す。

基地局２は、ＲＴＫ−ＧＰＳの基準局に相当するＧＰＳ受信装置２１及び送受信装置２２と、ＧＰＳアンテナ２５と、通信アンテナ２６とを備えている。基地局２は、その経度、緯度、高さが既知の地点に設置される。ＧＰＳ受信装置２１は、芝刈り機１の位置情報の誤差を補正するための補正情報を生成する。この補正情報は、送受信装置２２及び通信アンテナ２６を通じて、芝刈り機１へ適宜送信される。補正情報の送信タイミングは、例えば、芝刈り機１が要求するタイミングであったり、所定の間隔（例えば１００ｍｓ毎）であったりする。

本実施形態においては、測位方式として、ＲＴＫ−ＧＰＳ方式を用いているが、デファレンシャルＧＰＳ方式（Differential ＧＰＳ：相対測位方式）を用いてもよい。

芝刈り機１は、制御装置１０、車速センサ１１、方位角速度センサ１２、駆動制御部１３、ＧＰＳアンテナ１５、通信アンテナ１６を備えている。

制御装置１０は、本発明の作業機械制御装置の一例となるもので、ＣＰＵ、通信機能、ストレージ機能（内部記録媒体並びに外部記録媒体に対するドライブユニット及び／又は入出力インタフェース）及び表示機能（ディスプレイ）を備えたコンピュータ装置と、所定のコンピュータプログラムとで構成される。このコンピュータプログラムは、コンピュータ装置を、ＧＰＳ受信部１０１、送受信部１０２、車両情報受信部１０５、駆動指令部１０６、制御情報生成部１０７、記憶部１０８、リムーバブル記録媒体インタフェース部１０９、主制御部１１２として機能させる。主制御部１１２は、各部の動作を統括的に制御する。このコンピュータ装置は、時刻データと制御動作の同期クロックとを出力するＲＴＣ（Real Time Clock）モジュールを備えたものである。芝刈り機が方位角速度センサを備えていない等の場合のために、制御装置１０が、方位角速度センサを備えてもよい。制御装置１０の詳細については後述する。

車速センサ１１は、芝刈り機１の前進又は後退する際の走行速度を検出する。方位角速度センサ１２は、三次元軸線回り（ロール、ピッチ、ヨー）の角速度により芝刈り機１の傾き、旋回、ふらつき等の挙動（動態）を検出する。方位角速度センサ１２で計測すべきデータを加速度計で代用しても良い。また、芝刈り機１が備える各種計器の計測結果を取り込むことで、センサ１１，１２を代用することもできる。

駆動制御部１３は、後述する作業制御信号に基づいて芝刈り機１が備える刈り刃の昇降及び作動等を駆動する作業駆動機構を制御したり、後述する走行制御信号に基づいて芝刈り機１の右左折、前進、後退等を駆動する走行駆動機構を制御する。この駆動制御部１３は、図示されるように、制御装置１０とは別に設けても良いが、制御装置１０の一機能として実現しても良い。

ＧＰＳアンテナ１５は、ＧＰＳ衛星から送信されたＧＰＳデータを受信する位置検出センサとして機能するものである。通信アンテナ１６は、基地局２の通信アンテナ２６との間の通信を可能にする。この通信は、上記の芝刈り機１の位置情報の誤差を補正するための補正情報、芝刈り機１のオペレータとの通信、芝刈り機１の遠隔操作のための信号等の送受信に使用される。

走行経路生成装置３は、本発明の走行経路生成装置の一例となるもので、ＣＰＵ、通信機能、ストレージ機能（内部記録媒体並びに外部記録媒体に対するドライブユニット及び／又は入出力インタフェース）、入力機能（キーボード、マウス等）、表示機能（ディスプレイ）を備えたコンピュータ装置と、所定のコンピュータプログラムとで構成される。このコンピュータプログラムは、コンピュータ装置を、領域設定部３０１、経路生成部３０２、動作設定部３０３、主制御部３０４を含む制御部３０、操作入力部３１、表示部３２、記憶部３３、リムーバブル記録媒体インタフェース部３４、送受信部３５として機能させる。主制御部３０４は、各部の動作を統括的に制御する。走行経路生成装置３の詳細については後述する。

＜芝刈り機＞
芝刈り機１の外観を図２（ａ）、（ｂ）に示す。図２（ａ）は芝刈り機１を側面から見た外観図、同（ｂ）は上面から見た外観図である。上述した制御装置１０、車速センサ１１、方位角速度センサ１２、駆動制御部１３、及び走行駆動機構及び作業駆動機構は、芝刈り機１の機体に内蔵されている。

方位角速度センサ１２は、芝刈り機１の挙動が正しく伝達される位置に設置される。ＧＰＳアンテナ１５は、芝刈り機１の機体のほぼ中心部位、すなわち機体の長さ方向と幅方向それぞれのほぼ中心となるように備えられる。また、通信アンテナ１６は、ＧＰＳアンテナ１５の受信の障害にならないように芝刈り機１の機体の後方表面から突出するように取り付けられる。

芝刈り機１は、芝を刈るための一対の刈り刃１８、１９を備えている。前方の刈り刃１８は、走行方向と直交する方向の刈り幅Ｗ［ｍ］のうち、左右端の芝を刈り取る。後方の刈り刃１９は、刈り幅Ｗ［ｍ］のうち、中央部の芝を刈り取る。この刈り幅Ｗ［ｍ］が、芝刈り機１の１回の走行、作業で芝を刈りとることができる作業幅となる。

＜制御装置＞
図１ａに戻り、制御装置１０のＧＰＳ受信部１０１は、ＧＰＳアンテナ１５で受信したＧＰＳデータを制御情報生成部１０７へ出力する。送受信部１０２は、通信アンテナ１６を介して、制御情報生成部１０７と基地局２との間の通信を可能にし、通信アンテナ１６で受信した芝刈り機１の位置情報の誤差を補正するための補正情報を制御情報生成部１０７に出力する。制御情報生成部１０７は、ＧＰＳアンテナ１５で受信したＧＰＳデータと通信アンテナ１６で受信した芝刈り機１の位置情報の誤差を補正するための補正情報に基づいて、芝刈り機１の現在位置を表す位置情報を生成する。また、送受信部１０２は、有線若しくは無線、又はＬＡＮ（Local Area Network）若しくは公衆通信回線を問わず任意のネットワークに接続されることができる。

車両情報受信部１０５は、車速センサ１１及び方位角速度センサ１２から、芝刈り機１の走行速度、方位、挙動を表す検知情報を取得する。取得した情報がアナログデータの場合には、それらをデジタルデータに変換して出力する。その際、必要に応じて、方位角速度センサ１２の出力からオフセット成分及びドリフト成分の除去処理等を施すデータ補正を行う。車両情報受信部１０５の出力情報は、現在時刻データと関連付けて、記憶部１０８に記録される。

駆動指令部１０６は、制御情報生成部１０７の出力情報（走行制御信号／作業制御信号）に基づいて、芝刈り機１を走行制御あるいは作業制御するために走行駆動機構あるいは作業駆動機構の制御内容を定めた情報を駆動制御部１３へ出力する。駆動制御部１３は、この情報をもとに、芝刈り機の走行駆動機構あるいは作業駆動機構を制御する。これにより、芝刈り機１による芝刈り作業が可能となる。

記憶部１０８は、後述の走行経路生成装置３により生成された走行経路及び動作データや所定のコンピュータプログラム等を記録することができる。記憶部１０８は、ハードディスクや半導体メモリ等の任意の数の記憶部品から構成されるが、これらに限定されるものではない。

リムーバブル記録媒体インタフェース部１０９には、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ等の光ディスク、ＵＳＢメモリ、ＳＤメモリカード等のリムーバブル記録媒体４０が着脱自在に装着することができる。また、リムーバブル記録媒体インタフェース部１０９は、装着されたリムーバブル記録媒体４０に記録されたデータを読み出したり、リムーバブル記録媒体４０にデータを書き込んだりすることができる。リムーバブル記録媒体インタフェース部１０９は、例えばリムーバブル記録媒体４０がＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ等の光ディスクであれば専用のリーダ／ライタ等であり、ＵＳＢメモリであればＵＳＢポート等であり、ＳＤメモリカードであればカードスロット等であるが、これらに限定されるものではない。

後述の走行経路生成装置３により生成された走行経路及び動作データが、記憶部１０８又はリムーバブル記録媒体インタフェース部１０９に装着されたリムーバブル記録媒体４０に記録されており、制御情報生成部１０７は、その走行経路及び動作データとＧＰＳデータや各種センサ１１等より取得した現在位置とに基づいて、走行制御信号及び作業制御信号を生成し、出力する。これにより自動走行による作業を可能にする。

＜走行経路生成装置＞
芝刈り機１が走行するための走行経路は、走行経路生成装置３によって生成される。図１ｂを参照して、操作入力部３１は、キーボードやマウス等から構成されるが、これらに限定されるものではない。表示部３２は、ＣＲＴや液晶ディスプレイ等から構成されるが、これらに限定されるものではない。

記憶部３３は、後述の走行経路生成装置３により生成された走行経路及び動作データや所定のコンピュータプログラム等を記録することができる。記憶部３３は、ハードディスクや半導体メモリ等の任意の数の記憶部品から構成されるが、これらに限定されるものではない。

リムーバブル記録媒体インタフェース部３４には、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ等の光ディスク、ＵＳＢメモリ、ＳＤメモリカード等のリムーバブル記録媒体４０が着脱自在に装着することができる。また、リムーバブル記録媒体インタフェース部１０９は、装着されたリムーバブル記録媒体４０に記録されたデータを読み出したり、リムーバブル記録媒体４０にデータを書き込んだりすることができる。リムーバブル記録媒体インタフェース部１０９は、例えばリムーバブル記録媒体４０がＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ等の光ディスクであれば専用のリーダ／ライタ等であり、ＵＳＢメモリであればＵＳＢポート等であり、ＳＤメモリカードであればカードスロット等であるが、これらに限定されるものではない。

送受信部３５は、有線若しくは無線、又はＬＡＮ（Local Area Network）若しくは公衆通信回線を問わず任意のネットワークに接続されることができる。送受信部３５は、例えば、後述の走行経路生成装置３により生成された走行経路及び動作データをネットワークを介して制御装置１に送信することができる。

制御部３０は、領域設定部３０１、経路生成部３０２、動作設定部３０３を有する。領域設定部３０１は、芝刈り機１が芝刈り作業を行う作業対象領域の外周５０、及び崖、バンカー、岩、立木などの存在のために芝刈り機１の進入が禁止である進入禁止領域５１の外周の設定を行う。

具体的には、領域設定部３０１は、図３（ｂ）に、座標Ａ１、Ａ２、・・・、Ａｎ、座標Ｉ１１、Ｉ１２、Ｉ１３、・・・、座標Ｉ２１、Ｉ２２、Ｉ２３、・・・として例示されるような、ＧＰＳデータ等を用いる公知の測量装置によって実際に測量された作業対象領域の外周５０及び進入禁止領域の外周５１についての離散的な位置情報の集合が記録された記録媒体の情報をリムーバブル記録媒体インタフェース部を介して読み出し、作業対象領域の外周５０及び進入禁止領域の外周５１についての離散的な位置情報の隣り合う座標の各々を繋いだものを作業対象領域の外周５０及び進入禁止領域の外周５１として記憶部３３に記録する。測量装置はＧＰＳデータ等を用いるものに限定されず、任意のものを用いることができる。また、作業対象領域の外周５０及び進入禁止領域の外周５１についての緯度経度などを操作入力部３１を介して直接入力してもよい。設定された作業対象領域の外周５０及び進入禁止領域の外周５１を任意の方法で修正することができるようにしてもよい。

経路生成部３０２は、領域設定部３０１によって設定された作業対象領域の外周５０に基づいて外周経路Ｃを生成する。経路生成部３０２は更に、後述のとおり、生成された外周経路Ｃに基づいて、直線経路を生成するとともに、例えば、任意に設定された自動走行開始位置から、ある直線経路の作業開始位置までの走行経路、全ての直線経路での作業が終了した位置から外周経路の作業開始位置までの走行経路、外周経路の作業終了位置から任意に設定された自動走行終了位置までの走行経路である「つなぎ経路」をも生成する。つまり、芝刈り機１が走行すべき経路を記憶部３３に記録する。

経路生成部３０２は、操作入力部３１を介して入力された芝刈り機１の機体サイズ、刈り刃の刈り幅、最小旋回半径や旋回時に描く曲線の形状等の旋回特性を含む属性情報、隣接する直線経路間の間隔と、作業対象領域の外周５０と進入禁止領域の外周５１との位置関係とに基づいて、一つの直線経路（第１直線経路）を走行し終えた芝刈り機１が次の直線経路（第２直線経路）へと方向転換するための反転経路のタイプを、少なくとも反転経路上を走行する芝刈り機１が進入禁止領域の外周５１に干渉しないように選択し、第１及び第２直線経路に連結し、走行経路として記憶部３３に記録する。

動作設定部３０３は、経路生成部３０２によって生成された走行経路と関連づけられた、芝刈り機１の走行中あるいは停止中の刈り刃１８，１９の昇降動作や刈り刃１８，１９の回転の起動又は停止などを含む芝刈り作業に係る各種設定、芝刈り機１の速度や反転経路走行時の進行方向（前進又は後進）を含む動作データを生成する。

以上の装置構成を前提に、本発明の一実施形態に係る走行経路生成装置の走行経路生成処理の例を図４に示すフローチャート、図７に示す生成される走行経路等を参照して、以下に説明する。なお、説明の便宜上、図７における、作業対象領域の外周５０、進入禁止領域の外周５１、直線経路、反転経路の各々の縮尺や形状は一部正確ではない。

ステップＳ１において、上述のように、領域設定部３０１は、図３（ｂ）に、座標Ａ１、Ａ２、・・・、Ａｎ、座標Ｉ１１、Ｉ１２、Ｉ１３、・・・、座標Ｉ２１、Ｉ２２、Ｉ２３、・・・として例示されるような、ＧＰＳデータ等を用いる公知の測量装置によって実際に測量された作業対象領域の外周５０及び進入禁止領域の外周５１についての離散的な位置情報の集合が記録された記録媒体の情報をリムーバブル記録媒体インタフェース部を介して読み出し、作業対象領域の外周５０及び進入禁止領域の外周５１についての離散的な位置情報の隣り合う座標の各々を繋いだものを作業対象領域の外周５０及び進入禁止領域の外周５１として記憶部３３に記録する。

ステップＳ２において、操作入力部３１を介して、芝刈り機１の機体サイズ、速度特性、刈り刃の刈り幅、最小旋回半径や旋回時に描く曲線の形状等の旋回特性を含む属性情報、隣接する直線経路間の間隔が入力される。入力される情報の一部又は全部は、記憶部３３に予め記憶しておき、これを読み出す方式としてもよい。ここで、隣接する直線経路間の間隔は、刈り刃の刈り幅に基づいて、隣接する直線経路での刈り幅のオーバーラップ量を考慮して決められるものであり、入力された刈り刃の刈り幅に基づいて経路生成部３０２が自動計算をしてもよい。

ステップＳ３において、外周経路Ｃは、刈り刃１８の刈り幅Ｗを考慮すると、作業対象領域の外周５０から約Ｗ／２［ｍ］だけ内側となるので、経路生成部３０２は、作業対象領域の外周５０から外周経路Ｃを生成する。

ステップＳ４において、経路生成部３０２は、生成された外周経路Ｃに基づいて直線経路を生成する。まず、直線経路の作業開始位置Ｐｌｓと作業開始位置Ｐｌｓに対向する直線経路の端部Ｐ１が操作入力部３１を介して指定される。この作業開始位置Ｐｌｓと端部Ｐ１を通過する直線とステップＳ２で入力された隣接する直線経路間の間隔だけ離れて生成された直線群の中から、外周経路Ｃとの交点を持つものを選択して、その交点につながる線分を直線経路とする。

例えば、図５に示すように、外周経路Ｃと直線経路との交点のうち、作業開始位置Ｐｌｓである交点（座標）をＰ０とする。また、外周経路Ｃを挟んで交点（座標）Ｐ０（Ｐｌｓ）と対向する交点（座標）がＰ１となる。さらに、交点（座標）Ｐ１に対して反時計回り方向で隣接する交点（座標）をＰ２、外周経路Ｃを挟んで交点（座標）Ｐ２と対向する交点（座標）をＰ３とする。以下同様に、交点（座標）Ｐ４から交点（座標）Ｐ１９（Ｐｌｅ）まで、順番に番号を割り当てていく。このように、複数の交点（座標）に対して０から順番に番号を割り当てていく作業をラベリングといい、番号をラベルという。ラベリングの順番が、芝刈り機１が直線経路を走行する際に通過する、外周経路Ｃとの交点（座標）の順番となる。

つまり、芝刈り機１は、交点（座標）Ｐ０（Ｐｌｓ）から交点（座標）Ｐ１に向かって直線経路を走行し、その後、交点（座標）Ｐ２から交点（座標）Ｐ３に方向転換して、順次、直線経路を走行する。交点（座標）Ｐ４以降についても同様となる。

設定された作業対象領域の外周５０と進入禁止領域の外周５１、生成された直線経路は表示部３２に表示され、ユーザは操作入力部３１を介した入力によって、生成された直線経路の位置や方向、隣接する直線経路間の間隔等の修正を行うことができる。

本実施形態では、略平行な経路を直線経路としたが、任意の曲線経路としてもよい。

本実施形態では、直線経路の作業開始位置Ｐｌｓに対して、作業開始位置Ｐｌｓに対向する直線経路の端部Ｐ１を指定することによって直線経路の傾きを決定したが、直線経路の作業開始位置Ｐｌｓを指定した後に、経路生成部３０２が、記憶部３０に記憶されたユーザが予め設定した規則に基づいて、直線経路の傾き（曲線経路の場合は曲線経路の方向）を自動的に決定してもよい。ユーザが予め設定する規則としては、例えば、指定された直線経路の作業開始位置Ｐｌｓを通過する直線及びその直線に基づく直線群を、直線経路の作業開始位置Ｐｌｓを中心として回転させ、外周経路Ｃとの交点につながる線分群において最大の長さの線分が得られる傾きを直線経路の傾きとすることが考えられる。

本実施形態では作業領域は一つの方向の直線で刈り込んだ一つの面で構成されるが、ゴルフ場でのドックレッグコースのような場合では、全体を同じ方向に刈り込まず、コースをいくつかの部分に分けて、その各部分について刈り込む方向を一つの方向に揃える場合がある。そのような場合には、各部分の領域を、例えば操作入力部３１を介して指定し、各部分について、ステップＳ４以下の処理をそれぞれ実施すればよい。

ステップＳ５において、経路生成部３０２は、入力された属性情報と隣接する直線経路間の間隔に基づいて、図６に示すような水滴型、右半水滴型、左半水滴型、スイッチバック型の反転経路を、それぞれの反転経路のタイプに対応する所定のアルゴリズムを用いて生成し、記憶部３３に記録する。本実施形態では、各タイプの反転経路は各１つ生成されるが、各タイプの反転経路について、曲率の異なる複数の反転経路を生成してもよい。ここで、例えば最小旋回半径が大きい等、芝刈り機１の旋回性能によっては、隣接する直線経路間の間隔が小さい場合、水滴型、右半水滴型、左半水滴型のいずれかが生成禁止である場合がある。

水滴型の反転経路の特徴は、左右の両側で急激なカーブがないため、運転性(drivability)がよいが、作業対象領域の外周５０と進入禁止領域の外周５１が接近している場合に、反転経路上を走行する芝刈り機１と進入禁止領域の外周５１との間に干渉が生じたり、芝刈り機１の最小旋回半径が大きい場合所定の値よりも小さい隣接する直線経路間の間隔に対応できない。また、反転経路の曲率が大きい場合は、芝を傷めやすい。

右半水滴型の反転経路の特徴は、反転経路の左側について進入禁止領域の外周５１への干渉を避けやすいことが挙げられる。左半水滴型の反転経路についても同様に、反転経路の右側について進入禁止領域の外周５１への干渉を避けやすい。

スイッチバック型の反転経路は、図６に示されるように、２つのスイッチバック点（切り返し点）を有し、始点と第１のスイッチバック点、第１のスイッチバック点と第２のスイッチバック点、第２のスイッチバック点と終点はそれぞれ緩和曲線であるクロソイド曲線をベースとしている。スイッチバック型の反転経路の特徴は、隣接する直線経路間の間隔が小さい場合も対応できることが挙げられる。また、反転経路が緩和曲線であるクロソイド曲線をベースとして構成されているので、芝を傷めにくい。一方、反転には時間がかかる。

また、反転経路の方向のタイプは、芝刈り機１が反転経路に作業対象領域の外側方向に進入する外側反転経路と、芝刈り機１が反転経路に作業対象領域の内側方向に進入する内側反転経路が用意されている。外側反転経路においては、芝刈り機１は反転経路に前進で進入することになり、内側反転経路においては、芝刈り機１は反転経路に後進で進入することになる。

ステップＳ６において、水滴型、右半水滴型、左半水滴型、スイッチバック型の順で、隣接する一対の直線経路の端部に外側反転経路として接続された反転経路上を走行する芝刈り機１が進入禁止領域に干渉するか否かを判定し、進入禁止領域に干渉しないタイプの反転経路が発見された時点で、ステップＳ７において、そのタイプの反転経路を走行経路として選択し、隣接する一対の直線経路の端部に連結する。このとき、通常、生成された反転経路の始点又は終点のいずれかと隣接する一対の直線経路の端部にいずれかとの間に間が空くので、その直線経路に重なるか又はその直線経路の延長となる直線を補充して連結する。

例えば、図７において、生成された水滴型の反転経路を外側反転経路として、隣接する一対の直線経路Ｌ３、Ｌ４の端部である交点（座標）Ｐ５、Ｐ６に接続してみると、その反転経路上を走行する芝刈り機１は進入禁止領域に干渉する。そこで、次に生成された右半水滴型の反転経路を外側反転経路として、交点（座標）Ｐ５、Ｐ６に接続してみると、なお進入禁止領域に干渉する。そこで、生成された左半水滴型の反転経路を外側反転経路として、交点（座標）Ｐ５、Ｐ６に接続してみると、進入禁止領域に干渉しなくなるので、この左半水滴型の反転経路を走行経路Ｒ３として選択する。そして、左半水滴型の反転経路の終点を交点（座標）Ｐ６に連結すると、左半水滴型の反転経路の始点と交点（座標）Ｐ５との間に間が空くので、直線経路Ｌ３の延長となる直線を補充して、左半水滴型の反転経路を交点（座標）Ｐ５に連結する。

ステップＳ８において、いずれのタイプの反転経路を外側反転経路として接続しても反転経路上を走行する芝刈り機１が進入禁止領域の外周５１に干渉する場合は、同様に水滴型、右半水滴型、左半水滴型、スイッチバック型の順で、隣接する一対の直線経路の端部に内側反転経路として接続された反転経路上を走行する芝刈り機１が進入禁止領域に干渉するか否かを判定し、進入禁止領域に干渉しないタイプの反転経路が発見された時点で、ステップＳ９において、そのタイプの反転経路を走行経路として選択し、隣接する一対の直線経路の端部に連結する。このとき、通常、生成された反転経路の始点又は終点のいずれかと隣接する一対の直線経路の端部にいずれかとの間に間が空くので、その直線経路に重なるか又はその直線経路の延長となる直線を補充して連結する。

例えば、図７において、隣接する一対の直線経路Ｌ１、Ｌ２の端部である交点（座標）Ｐ１、Ｐ２については、いずれのタイプの反転経路についても外側反転経路として接続した場合は、反転経路上を走行する芝刈り機１は進入禁止領域に干渉する。そこで、生成された水滴型の反転経路を内側反転経路として、交点（座標）Ｐ１、Ｐ２に接続してみると、進入禁止領域に干渉しなくなるので、この左半水滴型の反転経路を走行経路Ｒ１として選択する。そして、水滴型の反転経路の始点を交点（座標）Ｐ１に連結すると、水滴型の反転経路の終点と交点（座標）Ｐ２との間に間が空くので、直線経路Ｌ２と重なる直線を補充して、水滴型の反転経路を交点（座標）Ｐ２に連結する。

なお、グリーン等の内部にバンカーや池等が存在する等の理由によって、ステップＳ９において、適切なタイプの反転経路が発見されなかった場合は、表示部３２や図示されていない音声出力部を用いてその旨をユーザに知らせる。芝刈り機１が、走行経路を生成しながら遠隔操縦されている場合は、送受信部３５を介して遠隔操縦しているユーザに知らせてもよい。そして、ユーザは、反転経路の形状を操作入力部３１を介して指定するようにする。

ステップＳ１０において、ステップＳ６〜Ｓ９を、隣接する一対の直線経路のすべてについて終了するまで繰り返す。

ステップＳ１１において、操作入力部３１を介して、走行開始位置Ｐｔｓ、走行終了位置Ｐｔｅを指定する。

ステップＳ１２において、経路生成部３０２は、指定された走行開始位置Ｐｔｓ、走行終了位置Ｐｔｅ、ステップＳ３で入力された属性情報に基づいて、走行開始位置Ｐｔｓから、ある直線経路の作業開始位置Ｐｌｓまでの走行経路Ｊ１、全ての直線経路での作業が終了した位置Ｐｌｅから外周経路の作業開始位置Ｐｃｓまでの走行経路Ｊ２、外周経路の作業終了位置Ｐｃｅから走行終了位置Ｐｔｅまでの走行経路であるつなぎ経路Ｊ３を所定のアルゴリズムにより生成する。これにより、走行開始位置、反転経路を介して直線経路が相互に連結して形成された走行経路、外周経路、走行終了位置が、つなぎ経路により接続され、全走行経路が生成される。

設定された作業対象領域の外周５０と進入禁止領域の外周５１、生成された全走行経路は表示部３２に表示され、ユーザは操作入力部３１を介した入力によって、走行経路の修正を行うことができる。例えば、ある選択された反転経路を、既に生成された水滴型、右半水滴型、左半水滴型、スイッチバック型の反転経路の１つに置き換えることができる。また、例えば、直線経路の位置や方向、隣接する直線経路間の間隔、反転経路の形状をユーザの指定のものに変更することもできる。

ステップＳ１３において、経路生成部３０２は、生成された全走行経路を記憶部３３又はリムーバブル記録媒体インタフェース部３４に装着されたリムーバブル記録媒体４０に記録する。

ステップＳ１４において、動作設定部３０３は、操作入力部３１を介して入力された芝刈り機１属性情報に基づいて、芝刈り機１の走行中あるいは停止中の刈り刃１８，１９の昇降動作や刈り刃１８，１９の回転の起動又は停止などを含む芝刈り作業に係る各種設定、芝刈り機１の速度、芝刈り機１の反転経路走行時の進行方向（前進又は後進）を、経路生成部３０２によって生成された走行経路と関連づけて行い、動作設定データを生成する。

芝刈り機１の反転経路走行時の進行方向（前進又は後進）については、デフォルトの設定が前進であるので、内側反転経路である場合に後進とする。

ステップＳ１５において、動作設定部３０３は、生成された動作データを記憶部３３又はリムーバブル記録媒体インタフェース部３４に装着されたリムーバブル記録媒体４０に記録する。

生成された走行経路及び動作データは、リムーバブル記録媒体４０を介して制御装置１０に移すことができる。また、生成された走行経路及び動作データは、走行経路生成装置３の送受信部３５及び制御装置１０の送受信部１０２によって任意のネットワークを介して制御装置１０にダウンロードしてもよい。例えば、芝刈り機１に乗車しているオペレータが持っているタブレット型のコンピュータで走行経路生成装置３を構成し、無線ＬＡＮ経由で制御装置１０にダウンロードすることが考えられる。また、基地局に経路生成装置３を設け、基地局から直接制御装置１０に、又は基地局からタブレット型のコンピュータのような任意のコンピュータ装置に一旦ダウンロードし、更にそのタブレット型のコンピュータのような任意のコンピュータ装置から制御装置１０にダウンロードすることも考えられる。

本実施形態によれば、作業対象領域の外周と進入禁止領域の外周が接近していても、作業対象領域の全域にわたって作業を行うことを可能とする作業機械の走行経路を生成することができる。

上記の実施形態においては、全走行経路は自動生成されたが、走行経路及び／又は動作データの一部又は全部をユーザの指定により生成してもよい。例えば、直線経路の位置や方向、反転経路の形状や方向、隣接する直線経路間の間隔、つなぎ経路、芝刈り機１の速度、刈り刃１８，１９の昇降動作は、ユーザが、表示部３２に表示された作業対象領域の外周５０、進入禁止領域の外周５１、生成中の走行経路を参照して、指定する構成とすることができる。

上記の実施形態においては、ステップＳ６において、水滴型、右半水滴型、左半水滴型、スイッチバック型の順で、外側反転経路として、次いで内側反転経路として、直線経路の端部に接続された反転経路上を走行する芝刈り機１が進入禁止領域に干渉するか否かを判定し、進入禁止領域に干渉しないタイプの反転経路が発見された時点で、そのタイプの反転経路を走行経路として選択した。しかしながら、作業対象領域の外周と進入禁止領域の外周との位置関係によっては、進入禁止領域の外周とは干渉しない水滴型、右半水滴型、又は左半水滴型の外側反転経路はあるが、その反転経路の曲率が大きく芝を傷める可能性があり、一方でスイッチバック型の外側反転経路では反転経路上を走行する芝刈り機１が進入禁止領域の外周と干渉してしまう場合が考えられる。したがって、水滴型、右半水滴型、又は左半水滴型の外側反転経路の曲率が所定の値よりも大きく、スイッチバック型の外側反転経路では反転経路上を走行する芝刈り機１が進入禁止領域の外周と干渉する場合、スイッチバック型の内側反転経路を選択する、すなわち、作業対象領域の外周と進入不可領域の外周との位置関係に応じて、外側反転経路ではなく、内側反転経路を走行経路として選択するように構成してもよい。

また、作業対象領域の外周や進入禁止領域の外周以外の地形データ（例えば、傾斜データ）を更に記憶部３３に記録しておき、作業対象領域の外周や進入禁止領域の外周以外の地形データも参照して、走行経路が生成されるようにしてもよい。例えば、傾斜がある場合、平面上に投影された刈り幅は、刈り刃の刈り幅Ｗよりも小さくなる。そこで、作業対象領域の外周５０付近に刈り残しが生じないように、傾斜を考慮して、外周経路Ｃを作業対象領域の外周５０のＷ／２内側から補正して設定されるようにしてもよい。また、傾斜を考慮して、隣接する直線経路での刈り幅のオーバーラップ量が所定の値以上確保されるように直線経路が生成されるようにしてもよい。また、作業対象領域の外周や進入禁止領域の外周以外の地形データも参照して、反転経路のタイプが選択されるようにしてもよい。

上記の実施形態においては、隣接する直線経路が反転経路を介して連結して形成され、芝刈り機が隣接する直線経路を順次逆方向に走行する例を説明したが、上述の飛ばし経路を用いる場合は、反転経路のタイプとして更に図６に示される盆型の反転経路を生成するアルゴリズムを用意し、ステップＳ６において、盆型、水滴型、右半水滴型、左半水滴型、スイッチバック型の順で、外側反転経路として、次いで内側反転経路として、直線経路の端部に接続された反転経路が進入禁止領域に干渉するか否かを判定し、進入禁止領域に干渉しないタイプの反転経路が発見された時点で、そのタイプの反転経路を走行経路として選択し、直線経路の端部に連結すればよい。図８に、飛ばし経路を一部に用いた走行経路の生成例を示す。図８の走行経路においては、飛ばし経路に関連して反転経路Ｒ３、Ｒ５、Ｒ７について盆型の反転経路が選択されている。図８の盆型の反転経路Ｒ３、Ｒ５、Ｒ７は、図７の反転経路Ｒ３、Ｒ５、Ｒ７に比べて、距離も短く、またその形状から芝刈り機１はより大きな速度で走行でき、かつ芝も傷めにくい。したがって、この場合、全体として作業が短時間で、芝を傷めにくい走行経路を実現することができる。

上記の実施形態においては、走行経路生成装置は、走行制御装置とは別個のものであったが、走行制御装置に走行経路生成装置を組み入れてもよい。

なお、上記の実施形態の方法を実現するコンピュータプログラムを記録した記録媒体を、走行経路生成装置３や制御装置１０に対して供給してもよい。この場合、走行経路生成装置３や制御装置１０のコンピュータが、記録媒体に記録されたコンピュータプログラムを読み取り、実行することによって、本発明の目的を達成することができる。したがって、記録媒体から読み取られたコンピュータプログラム自体が本発明の方法を実現するため、そのコンピュータプログラムが本発明を構成する。

上記の実施形態においては、本発明を芝刈り機に適用した例を説明したが、本発明は、農業機械や清掃機械等の任意の作業機械に適用可能である。

以上、本発明について、例示のためにいくつかの実施形態に関して説明してきたが、本発明はこれに限定されるものでなく、本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、形態及び詳細について、様々な変形及び修正を行うことができることは、当業者に明らかであろう。

１・・・芝刈り機
１０・・・制御装置
１１・・・車速センサ
１２・・・方位角速度センサ
１３・・・駆動制御部
１５・・・ＧＰＳアンテナ
１６・・・通信アンテナ
１０１・・・ＧＰＳ受信部
１０２・・・送受信部
１０５・・・車両情報受信部
１０６・・・駆動指令部
１０７・・・制御情報生成部
１０８・・・記憶部
１０９・・・リムーバブル記録媒体インタフェース部
１１２・・・主制御部
２・・・基地局
２１・・・ＧＰＳ受信装置
２２・・・送受信装置
２５・・・ＧＰＳアンテナ
２６・・・通信アンテナ
３・・・走行経路生成装置
３０・・・制御部
３１・・・操作入力部
３２・・・表示部
３３・・・記憶部
３４・・・リムーバブル記録媒体インタフェース部
３５・・・送受信部
３０１・・・領域設定部
３０２・・・経路生成部
３０３・・・動作設定部
３０４・・・主制御部
４０・・・リムーバブル記録媒体
５０・・・作業対象領域の外周
５１・・・進入禁止領域の外周

Claims (12)

1. 作業対象領域において、少なくとも複数の略平行な経路の端部を反転経路を介して相互に連結して形成された経路を走行しながら所定作業を行う作業機械の走行経路を生成する装置であって、
   前記端部は、前記経路と前記作業対象領域の外周との交点付近に位置し、
   前記作業対象領域の外周及び前記作業対象領域の外部の進入禁止領域の外周を設定する領域設定部と、
   前記反転経路の各々について、前記作業対象領域の外周と前記進入禁止領域の外周との位置関係に応じて、前記作業機械が反転経路に前記作業対象領域の外側方向に進入する外側反転経路ではなく、前記作業機械が反転経路に前記作業対象領域の内側方向に進入する内側反転経路を前記走行経路として選択する経路生成部と、
   を含む走行経路生成装置。
2. 前記経路生成部は、前記反転経路の各々を走行する前記作業機械が、前記進入禁止領域の外周に干渉しないように、前記内側反転経路、前記外側反転経路、のいずれかを前記走行経路として選択する請求項１に記載の走行経路生成装置。
3. 前記作業対象領域の外周及び前記作業対象領域の外部の進入禁止領域の外周は、測量により得られた、前記作業対象領域の外周及び前記作業対象領域の外部の進入禁止領域の外周に関するデータに基づいて設定される請求項１又は２に記載の走行経路生成装置。
4. 前記複数の略平行な経路は直線状の経路である請求項１〜３のいずれか１項に記載の走行経路生成装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の走行経路生成装置により生成された走行経路を記憶する記憶部と、
   前記作業対象領域を走行しながら所定作業を行う前記作業機械の挙動及び現在位置を検出する検出手段と、
   前記作業対象領域を走行する前記作業機械の現在位置及び前記記憶部に記録された前記走行経路に少なくとも基づいて、前記作業機械に前記走行経路を走行させるための走行制御信号を出力することにより、前記作業機械が備える走行駆動機構を制御する制御手段と、を含む作業機械制御装置。
6. 請求項５に記載の作業機械制御装置と、
   前記作業機械制御装置から出力される前記走行制御信号に基づいて自己の走行を駆動する走行駆動機構と、
   を含む作業機械。
7. 作業対象領域において、少なくとも複数の略平行な経路の端部を反転経路を介して相互に連結して形成された経路を走行しながら所定作業を行う作業機械の走行経路を生成する方法であって、
   前記端部は、前記経路と前記作業対象領域の外周との交点付近に位置し、
   前記作業対象領域の外周、及び前記作業対象領域の外部の進入禁止領域の外周を設定するステップと、
   前記反転経路の各々について、前記作業対象領域の外周と前記進入禁止領域の外周との位置関係に応じて、前記作業機械が反転経路に前記作業対象領域の外側方向に進入する外側反転経路ではなく、前記作業機械が反転経路に前記作業対象領域の内側方向に進入する内側反転経路を前記走行経路として選択するステップと、
   を含む走行経路生成方法。
8. 前記選択するステップは、前記反転経路の各々を走行する前記作業機械が、前記進入禁止領域の外周に干渉しないように、前記内側反転経路、前記外側反転経路、のいずれかを前記走行経路として選択する請求項７に記載の走行経路生成方法。
9. 前記作業対象領域の外周及び前記作業対象領域の外部の進入禁止領域の外周は、測量により得られた、前記作業対象領域の外周及び前記作業対象領域の外部の進入禁止領域の外周に関するデータに基づいて設定される請求項７又は８に記載の走行経路生成方法。
10. 前記複数の略平行な経路は直線状の経路である請求項７〜９のいずれか１項に記載の走行経路生成方法。
11. 請求項７〜１０のいずれか１項に記載の走行経路生成方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
12. 請求項１１に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

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