JP6718014B2 - 作業システムおよび作業機 - Google Patents

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Description

本発明は、作業システムおよび作業機に関する。
特許文献1には、無人走行作業機(例えば芝刈機)の構造が記載されている。特許文献1によれば、作業機は、作業エリア内で作業(例えば芝刈り)を自動で行う。具体的には、作業エリアは、電磁波を発生するワイヤ(エリアワイヤ)で区画されており、作業機は、エリアワイヤからの電磁波を検出することで作業エリア内を走行し、作業エリア外に出てしまった場合には作業エリア内に戻るように走行する。
特許第5828776号
特許文献1によれば、作業機にはバッテリが内蔵されており、バッテリの残量が基準値より低くなった場合、作業機は、エリアワイヤの電磁波に基づいてステーション(充電器)まで帰還する。作業機がステーションに接続されることで、バッテリの充電が開始される。ここで、作業機は、ステーションの近くまで戻った後、ステーションへの進入姿勢が適切でないと、ステーションとの良好な接続が実現されない可能性がある。
本発明の目的は、ステーションへの作業機の進入姿勢を制御することにある。
本発明の第1側面は、自走式の作業機と、前記作業機の作業エリアを区画するエリアワイヤと、前記作業エリア内に設置され且つ前記作業機が接続されることで該作業機を充電するステーションと、を具備する作業システムであって、前記作業機は、走行部と、前記走行部を制御する走行制御部と、前記ステーションを検出する検出部と、情報取得部と、を備え、前記情報取得部は、ユーザにより入力された入力情報を取得し、前記入力情報は、前記ステーションおよび該ステーション周辺の前記エリアワイヤのレイアウトを示す情報を含んでおり、前記走行制御部は、前記検出部による前記ステーションの検出に応答して、前記走行部の制御パラメータを前記入力情報に基づいて設定することを特徴とする。
本発明によれば、ステーションへの作業機の進入姿勢を制御することができる。
作業機およびステーションを具備する自動作業システムの構成例を説明するための図である。 作業機の構成例を説明するための図である。 ステーションの構成例を説明するための図である。 作業機の走行制御シーケンスを説明するためのフローチャートである。 ステーションの設置態様のいくつかの例を説明するための図である。 ステーションの設置態様のいくつかの例を説明するための図である。
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。なお、各図は、実施形態の構造ないし構成を示す模式図であり、図示された各部材の寸法は必ずしも現実のものを反映するものではない。また、各図において同一の要素には同一の参照番号を付しており、本明細書において重複する内容については説明を省略する。
(作業システム、作業機およびステーションの構成)
図1は、実施形態に係る作業システム1の構成を示す模式図である。作業システム1は、作業機2と、ステーション3と、エリアワイヤ4とを具備する。作業機2は、自走式の無人作業ロボットであり、所定の動作シーケンスに基づいて走行しながら作業を行う。作業機2は、本実施形態では芝刈りを行う芝刈機であるが、他の実施形態として掃除を行う掃除ロボットであってもよい。なお、図中の矢印は、作業機2の進行方向を示す。
ステーション3は、作業機2が接続されることでその作業機2を充電する充電器である。詳細については後述とするが、ステーション3は電磁波(例えば磁界)を発生しており、作業機2は、この電磁波に基づいてステーション3を検出しステーション3に進入することができる。エリアワイヤ4は、作業機2の作業エリア41を区画するワイヤであり、図中にはその一部のみを示すが、環状に一体に配される。エリアワイヤ4は、ステーション3に接続され、ステーション3から電力を受けて電磁波を発生する。作業機2は、エリアワイヤ4の電磁波を検出することで、作業エリア41内で作業(本実施形態では芝刈り)を行い、また、作業エリア41外に出てしまった場合には作業エリア41内に戻るように走行する。エリアワイヤ4は、一般には庭の土の中に埋設されるが、地表に露出していてもよい。
図2Aは、作業機2のシステム構成を示すブロック図である。作業機2は、走行部21と、作業部22と、検出部23と、制御部24と、外部通信インタフェース25とを備える。走行部21は、左後輪211L及び右後輪211R、並びに、それらをそれぞれ駆動するモータ212L及び212Rを含む。作業部22は、芝刈りを行うためのブレード221と、ブレード221を駆動するモータ222とを含む。ブレード221は、作業機2の機体の底部に配されており、作業機2は、モータ222によりブレード221を駆動しながら走行することで芝刈りを行う。
検出部23は、電磁波検出部231と、障害物センサ232と、本体情報センサ233とを含む。電磁波検出部231は、ステーション3およびエリアワイヤ4のそれぞれの電磁波を検出する。ここで、ステーション3の電磁波と、エリアワイヤ4の電磁波とは種類(例えば周波数)が互いに異なり、電磁波検出部231はこれらの電磁波を区別可能に検出する。障害物センサ233は、作業エリア41内の障害物(例えば石)を回避するためのセンサである。本体情報センサ234は、作業機2の姿勢、車速、角速度等、作業機2そのものの状態を検出するためのセンサであり、例えば、Gセンサ、車速センサ、角速度センサ等を含む。なお、ここで例示された各種センサは一例であり、検出部23は他のセンサを更に含みうる。
制御部24は、ECU(電子制御ユニット)であり、CPU(中央演算処理装置)241と、メモリ242とを含む。制御部24の機能は、PLD(プログラマブルロジックデバイス)、ASIC(特定用途向け集積回路)等の半導体集積回路によって実現されるものとするが、他の実施形態としてソフトウェアによって実現されてもよい。即ち、制御部24の機能は、ハードウェア及びソフトウェアの何れによっても実現可能である。
本実施形態では、CPU241は、走行制御部2411、作業制御部2412、及び、情報取得部2413として機能することができる。例えば、CPU241は、走行制御部2411として機能することで走行部21を制御し、作業制御部2412として機能することで作業部22を制御し、また、情報取得部2413として機能することでメモリ242から必要な情報を取得する。以下では説明を容易にするため、制御部24を制御主体として説明する。
外部通信インタフェース25は、ユーザからの入力情報を受け付けるインタフェースである。制御部24は、外部通信インタフェース25で受けた入力情報をメモリ242に記憶させる(格納する)。本実施形態では、入力情報は、ユーザにより携帯端末(例えばスマートフォン等のポータブルタイプの入力端末)を用いて入力されるものとする。これにより、ユーザは、作業機2に直接アクセスすることなく(作業機から離れた場所、遠隔地から)入力情報を入力可能である。他の実施形態として、作業機2は、この入力情報を受け付ける入力端末を更に備えていてもよく、その場合、ユーザは、この入力端末に入力情報を直接入力すればよい。
図2Bは、作業機2の構造を示す模式図である。作業機2の前方左側および前方右側には、走行部21の一部として左前輪213L及び右前輪213Rがそれぞれ配される。前輪213L及び213Rは従動輪である(回転自在である。)。即ち、作業機2の機体は、後輪211L及び211R並びに前輪213L及び213Rの4輪で支持され、それらのうち後輪211L及び211Rがそれぞれモータ212L及び212Rにより互いに独立して駆動される。
例えば、後輪211L及び211Rの双方が+0.1m/s相当の回転速度の場合、作業機2は0.1m/sの速度で直進する(ここで、「+」は前進方向の回転を示す。)。また、例えば、後輪211L及び211Rの双方が−0.05m/s相当の回転速度の場合、作業機2は0.05m/sの速度で後退する(ここで、「−」は後退方向の回転を示す。)。また、例えば、左後輪211Lが+0.1m/s相当の回転速度かつ右後輪211Rが+0.05m/s相当の回転速度の場合、作業機2は右旋回を行う。また、例えば、左後輪211Lが+0.05m/s相当の回転速度かつ右後輪211Rが−0.05m/s相当の回転速度の場合、作業機2はその位置で時計回りに回転する。
作業機2は、更に、バッテリ25と、バッテリ25を充電するためのコネクタ26とを備える。コネクタ26は、作業機2の前方側に設けられ、作業機2は、充電を行う際には前方側からステーション3に進入する。なお、作業機2は、作業開始の際には、先ず、後退してステーション3から離れ、旋回しながら方向転換をした後に前進することで、ステーション3から出発する。
図2Bに示されるように、本実施形態では、電磁波検出部231は作業機2の前方左側および前方右側のそれぞれに配され、即ち、作業機2は計2つの電磁波検出部231を備える。図中では区別のため、前方左側の電磁波検出部231を「電磁波検出部231L」と示し、前方右側の電磁波検出部231を「電磁波検出部231R」と示すが、以下においてこれらを特に区別しない場合には単に「電磁波検出部231」と表現する。制御部24は、2つの電磁波検出部231L及び231Rのそれぞれの検出値に基づいて、エリアワイヤ4に対する作業機2の相対位置を判定することができる。
例えば、電磁波検出部231L及び231Rによるエリアワイヤ4の電磁波の検出値がいずれも正の場合、制御部24は、作業機2が作業エリア41内を走行している、と判定する。また、例えば、電磁波検出部231L及び231Rの一方の検出値が正であり他方の検出値が負の場合、制御部24は、作業機2がエリアワイヤ4上を走行している(作業機2が作業エリア41の区画境界に位置している)、と判定する。また、例えば、電磁波検出部231L及び231Rの検出値がいずれも負の場合、制御部24は、作業機2が作業エリア41外に出たと判定し、作業機2が作業エリア41内に戻るように走行経路を変更する。
また、例えば、電磁波検出部231L及び231Rの検出値がいずれも正であり且つこれらの検出値が互いに異なる場合、制御部24は、作業エリア41内を走行中の作業機2の進行方向に対して何れの側にエリアワイヤ4が位置するのか判定することもできる。例えば、電磁波検出部231Lの検出値が電磁波検出部231Rの検出値より大きい場合、制御部24は、作業機2が、進行方向の左側にエリアワイヤ4が近接した状態で(作業エリア41内において時計回りの方向(CW方向)で)走行している、と判定する。一方、電磁波検出部231Lの検出値が電磁波検出部231Rの検出値より小さい場合、制御部24は、作業機2が、進行方向の右側にエリアワイヤ4が近接した状態で(作業エリア41内において反時計回りの方向(CCW方向)で)走行している、と判定する。
図3は、ステーション3の構造を示す模式図である。ステーション3は、充電用コネクタ31と、ステーションワイヤ32と、ドッキングワイヤ33とを備える。コネクタ31は、エリアワイヤ4が接続されたステーション3の基部側に設けられる。作業機2がステーション3に進入することによって作業機2のコネクタ26とステーション3のコネクタ31とが互いに接続され、これによりバッテリ25の充電が開始される。なお、コネクタ26及びコネクタ31は、互いに挿抜可能に構成されていればよく、いずれが雌コネクタ/雄コネクタであってもよい。
ステーションワイヤ32およびドッキングワイヤ33は、ステーション3に内蔵されており、互いに異なる種類(例えば周波数)の電磁波を発生する。なお、ステーションワイヤ32およびドッキングワイヤ33の電磁波はエリアワイヤ4の電磁波とも種類が異なる。前述のとおり、電磁波検出部231はこれらの電磁波を区別可能に検出する。
例えば、作業機2からステーション3までの距離が所定値より小さくなった場合、電磁波検出部231は、ステーションワイヤ32の電磁波を検出する(厳密には、電磁波検出部231によるステーションワイヤ32の電磁波の検出値が基準値より大きくなる。)。これにより、制御部24は、作業機2がステーション3の近くを走行していると判定する。言い換えると、ステーションワイヤ32は、ステーション3の近くまで走行してきた作業機2に対して、そのことを電磁波により通知する。前述のとおり、作業機2は2つの電磁波検出部231L及び231Rを備えるため、制御部24は、ステーション3に対する作業機2の位置を判定することができる。
また、例えば、作業機2がステーション3に進入した際、電磁波検出部231は、ドッキングワイヤ33の電磁波を検出する。これにより、制御部24は、コネクタ26がコネクタ31に向かって近接するようにステーション3に対する作業機2の進入角度を維持できているか判定することができる。言い換えると、ドッキングワイヤ33は、ステーション3に進入してきた作業機2を、コネクタ26とコネクタ31とが良好に接続されるように、電磁波により導く。前述のとおり、作業機2は2つの電磁波検出部231L及び231Rを備えるため、制御部24は、ステーション3に対する作業機2の進入角度を判定することができる。
以下の説明において、コネクタ26とコネクタ31とを接続してバッテリ25を充電可能な状態にすることを「ドッキング」と表現する場合がある。
なお、本実施形態では、電磁波検出部231は、エリアワイヤ4、ステーションワイヤ32およびドッキングワイヤ33のそれぞれの電磁波を区別可能に検出するが、他の実施形態として、各々の電磁波に対して個別に専用のセンサが設けられてもよい。
(走行制御シーケンス)
図4は、ドッキングを適切に実現するための走行制御シーケンスを示すフローチャートである。本走行制御は、バッテリ25の残量が基準値よりも低くなったこと、作業機2の作業時間が終了したこと等に応答して開始される。なお、残量の基準値としては、例えば、作業機2が作業エリア41のいずれの位置からでもステーション3に帰還可能な値が設定されうる。また、作業時間(例えば、開始時間、実行時間、終了時間など)は、ユーザにより携帯端末を用いて入力されることで予め設定されうる。
本走行制御の概要として、制御部24は、先ず、ステーションワイヤ32の電磁波に基づいて作業機2がステーション3の近くを走行していることを検出し、その後、ステーション3の設置態様に基づいてステーション3への進入経路を決定する。ステーション3の設置態様を示す情報は、作業機2の作業開始前(例えば作業システム1の設置の際)に予めユーザにより入力情報として入力されており、メモリ242に記憶されている。そのため、ステーション3への作業機2の進入姿勢を適切に制御することが可能となり、良好なドッキングを実現することができる。ステーション3の設置態様は、作業エリア41内におけるステーション3のレイアウトを含み、例えば、作業エリア41内におけるステーション3の位置および向き(作業機2が進入可能な方向)、ステーション3近傍の作業エリア41の形状等を含む。
ステップS110(以下、単に「S110」と示す。他のステップについても同様。)では、作業機2は、ステーション3に帰還するため作業エリア41内を走行している。S110は、作業(芝刈り)を中止した状態で実行されてもよいし、作業を行いながら実行されてもよい。
S120では、制御部24は、電磁波検出部231によるステーションワイヤ32の電磁波の検出値(DSTとする。)が基準値(DST_REF1とする。)より大きくなったか否かを判定する。一般に、作業機2とステーション3との間の距離が小さくなるほど、ステーションワイヤ32の電磁波の強度(絶対値)は大きくなる。そのため、検出値DSTが基準値DST_REF1より大きくなった場合、作業機2はステーション3の近くに位置している(作業機2がステーション3の所定距離の範囲内に入った)、と言うことができる。そして、DST>DST_REF1が成立した場合にはS130に進み、そうでない場合にはS110に戻る(作業機2はステーション3の探索を継続することとなる。)。
S130では、制御部24は、ステーション3の設置態様と、エリアワイヤ4の電磁波の検出値とに基づいて、走行部21の制御パラメータを設定する。この制御パラメータは、作業機2の走行経路(ステーション3への進入経路)、及び、付随的に走行速度を決定するためのパラメータである。具体的には、この制御パラメータは、後輪211L及び211Rを駆動するモータ212L及び212Rの駆動力の大きさ、及び、その回転方向を決定する。更なる詳細についてはいくつかの事例を例示しながら後述するが、走行部21の制御パラメータを設定することにより、制御部24は、作業機2がステーション3に更に近付くための好適な走行経路を決定する。この走行経路ないし進入経路は、軌跡と表現されてもよい。
制御部24は、作業機2からエリアワイヤ4までの距離(作業機2がエリアワイヤ4から近いのか又は遠いのか)を、エリアワイヤ4の電磁波の検出値により判定することが可能である。そして、制御部24は、メモリ242に予め記憶されたステーション3の設置態様を示す情報を情報取得部2413により取得し、上記判定の結果と併せて、制御パラメータを設定する(走行経路を決定する)。この制御パラメータは、ステーション3の設置態様に基づいて、例えば、参照テーブルを参照することで設定されてもよいし、所定の演算処理により算出され設定されてもよい。
なお、制御パラメータは、経時的に変化してもよく、例えば所定時間が経過したことに応じて変更されてもよい。これにより、例えば右旋回を行った後に左旋回を行うこと等、ステーション3の多様な設置態様に対応可能な走行経路を実現可能となる。また、走行速度は走行経路に基づいて決められればよく、例えば、旋回半径が小さい場合には走行速度は低くなるように決められてもよい。
S130では、他の実施形態として、制御パラメータを設定するのに、エリアワイヤ4の電磁波の検出値と共に、ステーションワイヤ32の電磁波の検出値(DST)が更に用いられてもよい。前述のとおり、作業機2は2つの電磁波検出部231L及び231Rを備えるため、制御部24は、作業エリア41内におけるステーション3に対する作業機2の位置を判定することができ、この方法によっても適切な制御パラメータを設定することが可能である。
S140では、S110同様に走行を行う。この走行は、S130で設定された制御パラメータで実行され、これにより、作業機2はステーション3の更に近くまで移動する。
S150では、制御部24は、電磁波検出部231によるステーションワイヤ32の電磁波の検出値DSTが基準値(DST_REF2(>DST_REF1)とする。)より大きくなったか否かを判定する。検出値DSTが基準値DST_REF2より大きくなった場合、作業機2はステーション3の更に近くまで移動し、或いは、作業機2のステーション3への進入開始の準備が完了した、と言うことができる。そして、DST>DST_REF2が成立した場合にはS160に進み、そうでない場合にはS140に戻る(作業機2はステーション3に更に近付くための走行を継続する。)。更なる詳細についてはいくつかの事例を例示しながら後述するが、S150では、作業機2は、S130で設定された制御パラメータを用いてステーション3に更に近付くため、ステーション3に対して進入しやすい位置まで移動する。
S160では、制御部24は、ステーション3の設置態様に基づいて、走行部21の制御パラメータを設定する。作業機2は、S150において、ステーション3に更に近付いてステーション3に対して進入しやすい位置まで移動している。よって、制御部24は、作業機2が、その位置からステーション3への進入を開始して良好なドッキングを実現するように、走行部21の制御パラメータを設定する。制御パラメータは、S130同様、ステーション3の設置態様に基づいて、参照テーブルを参照することで設定されてもよいし、所定の演算処理により算出され設定されてもよい。
S170では、S110及びS140同様に走行を行う。この走行は、S160で設定された制御パラメータで実行され、これにより、作業機2は、ステーション3に進入し、前述のドッキングワイヤ33の電磁波により導かれながらステーション3上を走行する。
なお、S170において、制御部24は、例えば他の電磁ノイズの混入等により、ドッキングワイヤ33の電磁波を見失う場合が考えられる。この場合、制御部24は、上記進入を中断し、又は、作業機2をその位置で回転させながら、所定期間にわたってドッキングワイヤ33の電磁波の探索を行ってもよい。作業機2の回転は、例えば、左後輪211Lを+0.05m/s相当で回転させ且つ右後輪211Rを−0.05m/s相当で回転させることで実行される。制御部24は、ドッキングワイヤ33の電磁波が再検出された場合、上記進入を再開すればよい。
S180では、制御部24は、ドッキングが完了したか否かを判定する。ドッキングが完了していない場合にはS170に戻り、ドッキングが完了した場合には本走行制御を終了する。
まとめると、作業機2は、ステーション3の近くまで走行した場合(即ち、DST>DST_REF1の成立に応答して)、ステーション3の設置態様に基づいて決定された経路でステーション3に更に近付いて、ステーション3に進入しやすい位置まで移動する。作業機2は、ステーション3に更に近付いた後(即ち、DST>DST_REF2の成立に応答して)、ステーション3の設置態様に基づいて決定された経路でステーション3への進入を開始する。その後、作業機2は、ドッキングワイヤ33の電磁波に導かれてステーション3上を走行し、これにより良好なドッキングを実現する。ステーション3の設置態様を示す情報は、ユーザにより予め入力され記憶されており、制御部24は、これを参照することでステーション3への作業機2の進入姿勢を制御することができる。
本実施形態では、制御パラメータの設定を、DST>DST_REF1の成立時(S120)、及び、DST>DST_REF2の成立時(S150)の2回行う態様を例示したが、この設定の回数は1回でもよいし3回以上でもよい。また、本実施形態では、ステーションワイヤ32の電磁波の強度(即ち、検出値DST)に基づいて制御パラメータの設定を行う態様を例示したが、この例に限られるものではない。例えば、他の実施形態として、ステーションワイヤ32は、種類が互いに異なる複数の電磁波を出力してもよい。この場合、これら複数の電磁波の出力距離は互いに異なっており、制御部24は、それらを電磁波検出部231により検出したことに応じて制御パラメータを設定すればよい。
(ステーション設置態様について)
図5A〜5Cおよび図6A〜6Cを参照しながら、ステーション3の設置態様のいくつかの例、及び、各例におけるステーション3への進入経路の事例を示す。
‐Case1〜Case2について
図5Aは、ステーション3の標準的な設置レイアウトを示す(標準設置型)。即ち、ステーション3は、エリアワイヤ4の延設方向とは直交する向きで設置されており、作業機2は、エリアワイヤ4の延設方向と実質的に直交する方向にステーション3に進入する。
先ず、事例Case1(以下、単に「Case1」とする。他の事例についても同様。)として、エリアワイヤ4から比較的離れた位置において作業エリア41内をCW方向に走行中の作業機2がステーション3に進入する場合を考える。前述のとおり、作業機2は、2つの電磁波検出部231L及び231Rを備えるため、制御部24は、作業機2がCW方向に走行していることを判定可能である。
動作Act11(以下、単に「Act11」とする。他の動作についても同様。)において、作業機2は、電磁波検出部321によりステーションワイヤ32の電磁波を検出する。このことは厳密にはDST>DST_REF1が成立したこと(図4のS120に対応)を示し、これにより、制御部24は、作業機2がステーション3の近くを走行していることを判定する。そして、これに応答して、制御部24は、ステーション3に更に近付くため、走行部21の制御パラメータを設定する(図4のS130に対応)。
制御パラメータは、メモリ241に予め記憶されたステーション3の設置態様と、エリアワイヤ4の電磁波の検出値(即ち、作業機2からエリアワイヤ4までの距離)とに基づいて設定される。これにより、ステーション3に更に近付くための走行経路が決定され、例えば、作業機2がステーション3に更に近付くための旋回半径、走行速度、旋回中に旋回角を変更する場合にはそのタイミング等が決定される。詳細については後述とするが、Case1では作業機2はエリアワイヤ4から比較的離れた位置を走行しているため、制御パラメータは、作業機2が比較的緩やかに旋回するように決定される。
Act12では、作業部2は、Act11で設定された制御パラメータに従って走行し、ステーション3に更に近付く(図4のS140に対応)。Case1では、作業機2は、エリアワイヤ4から比較的離れた位置を走行しているため、比較的緩やかに旋回することでステーション3の正面付近の位置P1まで移動することが可能である。位置P1は、本例ではステーション3の正面付近の位置であるが、この後のAct13で作業機2が左旋回を行うことで電磁波検出部231がドッキングワイヤ33の電磁波を適切に検出可能となる位置であればよい。
Act13では、DST>DST_REF2の成立に応答して(図4のS150に対応)、制御部24は、作業機2をステーション3に適切な姿勢で進入させるため、走行部21の制御パラメータを設定する(図4のS160に対応)。制御パラメータは、メモリ241に予め記憶されたステーション3の設置態様に基づいて設定される。Case1では、作業機2はステーション3側に向かって(作業機2のコネクタ26とステーション3のコネクタ31とが互いに向かい合うように)旋回する(図4のS170に対応)。その後、作業機2は、ステーション3に進入し、ドッキングワイヤ33の電磁波に導かれながらステーション3上を走行し、ドッキングを完了させる(図4のS180に対応)。
次に、Case2として、エリアワイヤ4の比較的近い位置において作業エリア41内をCW方向に走行中の作業機2がステーション3に進入する場合を考える。前述のCase1では、作業機2は、エリアワイヤ4から比較的離れた位置を走行しているため、比較的緩やかに旋回することでステーション3の正面付近の位置P1まで移動することが可能であった(Act12参照)。これに対し、Case2では、作業機2は、エリアワイヤ4の比較的近い位置を走行しており、ステーション3の正面付近の位置P1まで移動するため、比較的急な旋回を行う必要がある。
Act21では、ステーションワイヤ32の電磁波の検出後、制御部24は、ステーション3に更に近付くため、走行部21の制御パラメータを設定する(図4のS120〜S130に対応)。Case2では、作業機2は、ステーション3の正面側に回り込む必要がある。よって、これを実現可能な制御パラメータが、メモリ241に予め記憶されたステーション3の設置態様と、エリアワイヤ4の電磁波の検出値(即ち、作業機2からエリアワイヤ4までの距離)とに基づいて設定される。具体的には、作業機2の走行経路は、Act22で右旋回を行って走行した後、Act23で左旋回を行うように決定される。これにより、作業機2は、ステーション3の正面付近の位置P1まで移動することができる(図4のS140に対応)。作業機2は、位置P1まで移動した後、Case1のAct13同様の手順でステーション3に進入し、ドッキングを完了させる(図4のS150〜S180に対応)。
まとめると、制御部24は、ステーションワイヤ32の電磁波の検出後(DST>DST_REF1の成立後)、メモリ241に予め記憶されたステーション3の設置態様を参照することで、走行部21の制御パラメータを設定し、ステーション3への進入経路を決定する。これにより、ステーション3に進入する際の作業機2の進入姿勢を制御することを可能にする。本例では、Case1〜Case2のいずれにおいても、作業機2は、ステーションワイヤ32の電磁波の検出後、ステーション3の正面付近の位置P1に移動し、その後、ステーション3正面を向くように旋回してステーション3に進入する。これにより、Case1〜Case2のいずれにおいても、良好なドッキングを実現することができる。
‐Case3〜Case4について
図5Bは、標準設置型(図5A同様)のレイアウトにおいて、CCW方向に走行中の作業機2がステーション3に進入する態様を示す。Case3は、エリアワイヤ4から比較的離れた位置において作業エリア41内をCCW方向に走行中の作業機2がステーション3に進入する場合を示す。Case4は、エリアワイヤ4の比較的近い位置において作業エリア41内をCCW方向に走行中の作業機2がステーション3に進入する場合を示す。
前述のとおり、作業機2は、2つの電磁波検出部231L及び231Rを備えるため、制御部24は、作業機2がCW方向またはCCW方向に走行しているのかを判定可能である。よって、Case3〜Case4は、それぞれ、作業機2がCase1〜Case2とは反対方向に走行していることを除いて、Case1〜Case2同様に考えればよい。即ち、作業機2は、Case3〜Case4のいずれにおいても、ステーションワイヤ32の電磁波の検出後、ステーション3の正面付近の位置P2に移動し、その後、ステーション3正面を向くように旋回してステーション3に進入する。よって、Case3〜Case4のいずれにおいても、良好なドッキングを実現することができる。
‐Case5〜Case6について
図5Cは、ステーション3をエリアワイヤ4の延設方向と平行な向きで設置されたレイアウトを示す(横向き設置型)。本例では、作業機2の進入可能な側は図中の右側となっている。よって、作業機2は、CW方向に走行中の場合、ステーション3の進入可能な側が作業機2の進行方向に対応しているため、比較的容易にステーション3に進入可能である。一方、作業機2は、CCW方向に走行中の場合、ステーション3の進入可能な側が作業機2の進行方向に対応していないため、比較的急な旋回を行う必要がある。
Case5として、作業エリア41内をCW方向に走行中の作業機2がステーション3に進入する場合を考える。ここで、制御部24は、2つの電磁波検出部231L及び231Rにより作業機2がCW方向に走行中であることを判定可能である。よって、Act51では、ステーションワイヤ32の電磁波の検出後、制御部24は、このことと、予め記憶されたステーション3の設置態様(即ち、ステーション3が横向き設置型であること)に基づいて、以下の走行経路を実現する制御パラメータを設定する。前述のとおり、Case5では、ステーション3の進入可能な側が作業機2の進行方向に対応している。よって、ステーションワイヤ32の電磁波の検出後、制御部24は、Act52で、作業機2を比較的容易にステーション3の正面付近の位置P3に移動させることができる。
次に、Case6として、作業エリア41内をCCW方向に走行中の作業機2がステーション3に進入する場合を考える。制御部24は、2つの電磁波検出部231L及び231Rにより作業機2がCCW方向に走行中であることを判定可能である。よって、Act61では、ステーションワイヤ32の電磁波の検出後、制御部24は、このことと、予め記憶されたステーション3の設置態様に基づいて、以下の走行経路を実現する制御パラメータを設定する。前述のとおり、Case6では、ステーション3の進入可能な側が作業機2の進行方向に対応していない。そのため、ステーションワイヤ32の電磁波の検出後、制御部24は、Act62で、ステーション3との距離を維持するように左旋回を行い、ステーション3の側方の位置P4まで移動する。この位置P4は、この後のAct63で作業機2が右旋回を行うことで電磁波検出部231がドッキングワイヤ33の電磁波を適切に検出可能となる許容位置、又は、図中においてそれより右側であればよい。
まとめると、制御部24は、ステーションワイヤ32の電磁波の検出後(DST>DST_REF1の成立後)、メモリ241に予め記憶されたステーション3の設置態様を参照することで、走行部21の制御パラメータを設定し、ステーション3への進入経路を決定する。これにより、ステーション3に進入する際の作業機2の進入姿勢を制御することを可能にする。Case5では、作業機2は、ステーションワイヤ32の電磁波の検出後、ステーション3の正面付近の位置P3に移動する(図4のS120〜S140に対応)。その後、作業機2は、ステーション3正面を向くように旋回してステーション3に進入する(図4のS150〜S180に対応)。Case5によれば良好なドッキングを実現することができる。
一方、Case6では、作業機2は、ステーションワイヤ32の電磁波の検出後、ステーション3との距離を維持しながらステーション3の側方の位置P4に移動する(図4のS120〜S140に対応)。その後、作業機2は、右旋回を行ってステーション3に進入する(図4のS150〜S180に対応)。位置P4は、この右旋回によって電磁波検出部231がドッキングワイヤ33の電磁波を適切に検出可能となる許容位置、又は、それより右側であればよい。よって、Case6によっても作業機2はステーション3に適切に進入することができ、良好なドッキングを実現することができる。
‐Case7〜Case8について
図6Aは、作業エリア41が凸部形状(くぼ地状)に区画された部分を有し、その部分にステーション3が設置されたレイアウトを示す(凸部設置型)。この例では、作業機2の進行方向がCW方向の場合と、CCW方向の場合とは、作業機2の進行方向が反対であることを除いて同様であるため、以下ではCW方向の場合を考える。
Case7として、エリアワイヤ4から比較的離れた位置をCW方向に走行中の作業機2がステーション3に進入する場合を考える。Case7では、ステーション3の設置態様が凸部設置型であることによる影響は比較的小さく、即ち、Case7は、図5Aを参照しながら述べた標準設置型のCase1と同様である。よって、Act71では、ステーションワイヤ32の電磁波の検出後、制御部24は、予め記憶されたステーション3の設置態様と、エリアワイヤ4の電磁波の検出値とに基づいて、以下の走行経路を実現する制御パラメータを設定する。即ち、作業機5は、Act72で、比較的緩やかに左旋回を行ってステーション3の正面付近の位置P5まで移動する。その後、作業機2は、Case1のAct13同様の手順でステーション3に進入し、ドッキングを完了させる。
なお、Case7のAct71でのエリアワイヤ4の電磁波の検出値は、Case1のAct11でのエリアワイヤ4の電磁波の検出値よりも大きい。そのため、Act71で制御パラメータを設定するのに際して、Act11とは異なる参照テーブルが参照され、又は、Act11とは異なる演算処理が為される。
次に、Case8として、エリアワイヤ4の比較的近い位置をCW方向に走行中の作業機2がステーション3に進入する場合を考える。Case8では、ステーション3の設置態様が凸部設置型であることにより、作業機2は、作業エリア41から出ないでステーション3に進入するように、即ち、エリアワイヤ4の角部を回避するように、左旋回を行う必要がある。よって、Act81では、ステーションワイヤ32の電磁波の検出後、制御部24は、予め記憶されたステーション3の設置態様と、エリアワイヤ4の電磁波の検出値とに基づいて、以下の走行経路を実現する制御パラメータを設定する。即ち、作業機5は、Act82で、エリアワイヤ4の延設方向に沿って直進し、エリアワイヤ4の角部を通過して位置P6まで移動する。この位置P6は、本例ではステーション3の正面付近の位置P5より右側であるが、この後のAct83で作業機2が左旋回を行うことで電磁波検出部231がドッキングワイヤ33の電磁波を適切に検出可能となる位置であればよい。
よって、凸部設置型の例においても、制御部24は、ステーションワイヤ32の電磁波の検出後(DST>DST_REF1の成立後)、予め記憶されたステーション3の設置態様を参照することで、ステーション3に進入する際の作業機2の進入姿勢を制御することができる。
‐Case9について
図6Bは、作業エリア41が凹部形状に区画された部分を有し、その部分の近傍にステーション3が設置されたレイアウトを示す(凹部隣接設置型)。この例では、ステーション3の設置態様が凹部隣接設置型であることにより、作業機2は、作業エリア41から出ないでステーション3に進入するように、即ち、作業エリア41の凹部形状を回避するように、迂回する必要がある。
Case9として、ステーション3の左側に凹部形状が設けられた作業エリア41内をCCW方向に走行中の作業機2がステーション3に進入する場合を考える。Act91では、作業機2は、エリアワイヤ4に沿ってCCW方向を走行しており、その後、位置P7に到達して電磁波検出部231によりステーションワイヤ32の電磁波を検出する。これに応答して、制御部24は、予め記憶されたステーション3の設置態様(即ち、ステーション3が凹部隣接設置型であること)に基づいて、以下の走行経路を実現する制御パラメータを設定する。即ち、Act92で左旋回を行って作業エリア41の凹部形状を回避し、この凹部形状を通過した後、Act93で右旋回を行うことでこの凹部形状を迂回する。その後、Act94で、右旋回を行いながらステーション3の正面付近の位置P8まで移動し、そして、Act95で、ステーション3正面を向くように旋回してステーション3に進入する。Act94〜Act95は、前述のCase1のAct12〜Act13と同様の手順で為されればよい。
このように、凹部隣接設置型の例においても、制御部24は、ステーションワイヤ32の電磁波の検出後(DST>DST_REF1の成立後)、予め記憶されたステーション3の設置態様を参照することで、ステーション3に進入する際の作業機2の進入姿勢を制御することができる。
‐Case10について
図6Cは、エリアワイヤ4が折り返すように配置され、エリアワイヤ4における互いに異なる2つの部分が並行に延設されており、それらのうちの一方にステーション3が設置されたレイアウトを示す(折返し部設置型)。この例では、ステーション3の設置態様が折返し部設置型であることにより、作業機2は、折り返されたエリアワイヤ4に対してステーション3の反対側を走行している際に、ステーションワイヤ32の電磁波を検出する場合がある。この場合、作業機2は、作業エリア41内の走行を維持するため、ステーション3に帰還できなくなる可能性がある。
そこで、Case10では、Act101に示されるように、作業機2がステーション3の反対側を走行中の場合には、制御部24は、ステーションワイヤ32の電磁波が検出されても、ステーション3に進入するための走行制御(図4参照)を行わない。作業機2がステーション3の反対側を走行中か否かは、例えば、2つの電磁波検出部231L及び231Rを用いてエリアワイヤ4の電磁波と、ステーションワイヤ32の電磁波とを比較することで判定可能である。例えば、制御部24は、これらの電磁波の検出値に基づいて、折返し部設置型の作業エリア41内における作業機2のステーション3に対する位置を判定し、作業機2がステーション3の反対側を走行中か否かを判定することができる。そして、作業機2がステーション3の反対側を走行中においてステーションワイヤ32の電磁波が検出された場合には、制御部24は上記走行制御をスキップすることを決定すればよい。
なお、作業機2は、CCW方向に走行中の場合には、Act102で、エリアワイヤ4の折返し端を迂回し、ステーション3に向かって走行する。その後、作業機2は、Case2、Case4等と同様の手順で、ステーション3に進入してドッキングを完了させる。
折返し部設置型の例によれば、制御部24は、ステーションワイヤ32の電磁波の検出後(DST>DST_REF1の成立後)、予め記憶されたステーション3の設置態様を参照することで、ステーション3に進入するための走行制御をスキップすることも可能である。
‐その他
ステーション3の設置態様は、いくつかの類型に分けられることで、走行部21の制御パラメータの設定(即ち、ステーション3への進入経路を決定)が容易になる。本実施形態では、標準設置型(図5A〜5B参照)、横向き設置型(図5C参照)、凸部設置型(図6A参照)、凹部隣接設置型(図6B参照)、及び、折返し部設置型(図6C参照)を例示した。これらはステーション3の設置態様の多様な例の一部であり、他の類型が更に追加されうる。
ユーザは、前述の入力情報として、ステーション3の設置態様がこれらの類型の何れに相当するのかを入力すると共に、その具体的な寸法等を更に入力することも可能である。例えば、凸部設置型(図6A参照)の場合、ユーザは、作業エリア41の凸部形状の寸法等を更に入力することができる。例えば、凹部隣接設置型(図6B参照)の場合、ユーザは、作業エリア41の凹部形状の寸法、この凹部形状からステーション3までの距離等を更に入力することができる。これにより、走行部21の制御パラメータをより適切に設定してステーション3への好適な進入経路を決定することが可能となる。
なお、Case1等の上記事例において、制御部24は、電磁波検出部231によりステーションワイヤ32の電磁波を検出した後(DST>DST_REF1の成立後)、他の電磁ノイズの混入等により、ステーションワイヤ32の電磁波を見失う場合も考えられる。この場合、制御部24は、ステーション3に進入するための走行制御を中断し、例えば、所定期間にわたって作業機2をその位置で回転させながらステーションワイヤ32の電磁波の探索を行ってもよい。作業機2の回転は、例えば、左後輪211Lを+0.05m/s相当で回転させ且つ右後輪211Rを−0.05m/s相当で回転させることで実行される。制御部24は、ステーションワイヤ32の電磁波が再検出された場合、上記走行制御を再開すればよい。
(実施形態のまとめ)
第1の態様は、自走式の作業機(例えば2)と、前記作業機が接続されることで該作業機を充電するステーション(例えば3)と、を具備する作業システム(例えば1)であって、前記作業機は、走行部(例えば21)と、前記走行部を制御する走行制御部(例えば24、241、2411)と、前記ステーションを検出する検出部(例えば23、231)と、情報取得部(例えば24、241、2413)と、を備え、前記情報取得部は、ユーザにより入力された入力情報を取得し、前記入力情報は、前記ステーションの設置態様を示す情報を含んでおり、前記走行制御部は、前記検出部による前記ステーションの検出に応答して、前記走行部の制御パラメータを、前記ステーションの前記設置態様に基づいて設定する。
第1の態様によれば、作業機は、予め入力されたステーションの設置態様に基づいて制御パラメータを設定し、即ち、ステーションへの進入経路を決定する。よって、作業機は、ステーションへの進入姿勢を適切に制御しながらステーションに接続可能となる。
第2の態様では、前記ステーションの前記設置態様は、前記作業機の作業エリア(例えば41)内における前記ステーションのレイアウトを含む。
第2の態様によれば、作業機は、作業エリア内におけるステーションのレイアウトに基づいて、上記進入経路を決定する。なお、レイアウトの例として、例えば、作業エリア内におけるステーションの位置、その向き(作業機が進入可能な方向)、作業エリアの形状等が挙げられる。
第3の態様では、前記作業機は芝刈機(例えば2)である。
第3の態様では、作業機は好適な例として芝刈機に適用される。他の適用例として、所定エリア内を自動で掃除する掃除ロボット等が挙げられる。
第4の態様では、前記ステーションは電磁波(例えば磁界)を発生しており、前記検出部は、前記ステーションからの前記電磁波を検出可能に構成されている。
第4の態様によれば、作業機は、検出部により、ステーションからの電磁波に基づいてステーションを検出可能である。このような構成により、作業機は、ステーションを検出し(ステーションの近くまで走行していることを検出し)、それに応答して上記進入経路を決定する。
第5の態様では、前記走行制御部は、更に前記検出部による電磁波の検出値(強度)に基づいて前記走行部の制御パラメータを設定する。
第5の態様によれば、作業機は、電磁波の検出値に基づいて上記進入経路を決定することも可能である。一般に、電磁波の強度はステーションからの距離が大きくなると小さく(弱く)なる。そのため、作業機は、電磁波の検出値、即ち、ステーションまでの距離に基づいて、上記進入経路を決定することができる。
第6の態様では、前記ステーションは複数の種類(例えば周波数)の電磁波を発生しており、前記走行制御部は、前記検出部が前記複数の種類の電磁波のいずれかを検出したことに応答して、前記走行部の制御パラメータを設定する。
第6の態様によれば、作業機は、電磁波の種類に基づいて上記進入経路を決定することも可能である。
第7の態様では、前記作業機の作業エリア(例えば41)を区画するエリアワイヤ(例えば4)を更に具備し、前記エリアワイヤは電磁波を発生しており、前記検出部は、更に、前記エリアワイヤからの前記電磁波を検出可能に構成され、前記走行制御部は、更に、前記検出部により検出された前記エリアワイヤからの前記電磁波の強度に基づいて、前記走行部の前記制御パラメータを設定する。
第7の態様によれば、作業機は、更にエリアワイヤの電磁波の強度、即ち、エリアワイヤから近いか遠いかに基づいて、ステーションへの進入経路を決定することも可能である。
第8の態様では、前記制御パラメータは、前記作業機の前記ステーションまでの走行経路(軌跡)を決定するパラメータである。
第8の態様によれば、作業機は、制御パラメータを用いてステーションまでの走行経路を決定する。なお、付随的に作業機の走行速度も決定される。例えば、ステーションに向かって作業機が旋回する場合、どのような旋回半径で且つどのような速度で旋回するか(具体的には、例えば、旋回半径が小さい場合には走行速度を低くすること等)、が決定される。
第9の態様では、前記走行部は、車輪(例えば211L、211R)と、前記車輪を駆動するモータ(例えば212L、212R)と、を含み、前記制御パラメータは、前記モータの駆動力の大きさと、前記車輪の回転方向と、を含む。
第9の態様によれば、走行部は、車輪およびモータを含む。例えば、上記旋回半径および走行速度は、モータの駆動力(車輪の回転速度)および車輪の回転方向によって決定される。例えば、左車輪(例えば211L)が+0.1m/s相当の回転速度かつ右車輪(例えば211R)が+0.05m/s相当の回転速度の場合、作業機は右旋回を行う。
第10の態様では、前記入力情報は、前記ユーザの携帯端末を用いて入力される。
第10の態様によれば、携帯端末は、例えばスマートフォン等、ポータブルタイプの端末である。これにより、ユーザは、作業機に直接アクセスすることなく(作業機から離れた場所から)、入力情報を入力可能である。なお、ユーザは、ステーションの設置態様を示す情報の他、作業開示時間、作業終了時間等の作業時間を設定することも可能である。
第11の態様は、ステーション(例えば3)に接続されることで充電可能な自走式の作業機(例えば2)であって、前記ステーションの設置態様を示す情報を記憶する記憶手段(例えば242)と、前記作業機を走行させる走行手段(例えば21)と、前記走行手段を制御する制御手段(例えば2411)と、を備え、前記ステーションの前記設置態様は前記記憶手段にユーザにより予め設定されており、前記制御手段は、前記ステーションの前記設置態様に基づいて、前記作業機の前記ステーションに対する進入姿勢を制御する。
第11の態様によれば、作業機が備える記憶手段にはステーションの設置態様が予め設定されており、作業機は、この設置態様に基づいてステーションへの進入姿勢を適切に制御する。よって、作業機のステーションへの良好な接続が実現可能となる。
第12の態様では、前記ステーションの前記設置態様を示す情報をユーザの携帯端末から受信する通信手段(例えば25)を更に備える。
第12の態様によれば、ユーザは、作業機に直接アクセスすることなく、ステーションの設置態様を示す情報を入力可能である。
本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために、以下の請求項を添付する。

Claims (11)

  1. 自走式の作業機と、前記作業機の作業エリアを区画するエリアワイヤと、前記作業エリア内に設置され且つ前記作業機が接続されることで該作業機を充電するステーションと、を具備する作業システムであって、
    前記作業機は、走行部と、前記走行部を制御する走行制御部と、前記ステーションを検出する検出部と、情報取得部と、を備え、
    前記情報取得部は、ユーザにより入力された入力情報を取得し、前記入力情報は、前記ステーションおよび該ステーション周辺の前記エリアワイヤのレイアウトを示す情報を含んでおり、
    前記走行制御部は、前記検出部による前記ステーションの検出に応答して、前記走行部の制御パラメータを前記入力情報に基づいて設定する
    ことを特徴とする作業システム。
  2. 前記作業機は芝刈機である
    ことを特徴とする請求項1に記載の作業システム。
  3. 前記ステーションは電磁波を発生しており、
    前記検出部は、前記ステーションからの前記電磁波を検出可能に構成されている
    ことを特徴とする請求項1又は請求項に記載の作業システム。
  4. 前記走行制御部は、更に前記検出部による電磁波の検出値に基づいて前記走行部の制御パラメータを設定する
    ことを特徴とする請求項に記載の作業システム。
  5. 前記ステーションは複数の種類の電磁波を発生しており、
    前記走行制御部は、前記検出部が前記複数の種類の電磁波のいずれかを検出したことに応答して、前記走行部の制御パラメータを設定する
    ことを特徴とする請求項に記載の作業システム。
  6. 前記エリアワイヤは電磁波を発生しており、
    前記検出部は、更に、前記エリアワイヤからの前記電磁波を検出可能に構成され、
    前記走行制御部は、更に、前記検出部により検出された前記エリアワイヤからの前記電磁波の強度に基づいて、前記走行部の前記制御パラメータを設定する
    ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の作業システム。
  7. 前記制御パラメータは、前記作業機の前記ステーションまでの走行経路を決定するパラメータである
    ことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の作業システム。
  8. 前記走行部は、車輪と、前記車輪を駆動するモータと、を含み、
    前記制御パラメータは、前記モータの駆動力の大きさと、前記車輪の回転方向と、を含む
    ことを特徴とする請求項に記載の作業システム。
  9. 前記入力情報は、前記ユーザの携帯端末を用いて入力される
    ことを特徴とする請求項1から請求項のいずれか1項に記載の作業システム。
  10. エリアワイヤにより区画された作業エリアを作業可能であり且つ前記作業エリア内に設置されたステーションに接続されることで充電可能な自走式の作業機であって、
    前記ステーションおよび該ステーション周辺の前記エリアワイヤのレイアウトを示す情報を記憶する記憶手段と、
    前記作業機を走行させる走行手段と、
    前記走行手段を制御する制御手段と、を備え、
    前記ステーションおよび該ステーション周辺の前記エリアワイヤのレイアウトを示す情報は前記記憶手段にユーザにより予め設定されており、
    前記制御手段は、前記記憶手段に設定された前記情報に基づいて、前記作業機の前記ステーションに対する進入姿勢を制御する
    ことを特徴とする作業機。
  11. 記情報をユーザの携帯端末から受信する通信手段を更に備える
    ことを特徴とする請求項10に記載の作業機。
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