JP6743538B2 - Work robot - Google Patents
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Description
本発明は、作業ロボットに関する。 The present invention relates to a work robot.
従来、草や芝などを刈り取る装置(刈払(草刈、除草)装置(機)などと呼称される)が用いられている。従来の刈払装置は、刈り取り対象である草などの状態に応じた自動的な駆動制御を行ってはおらず、操作者の手動による駆動制御が行われている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a device for cutting grass or lawn (referred to as a mowing (mowing, weeding) device (machine) or the like) has been used. Conventional brush cutters do not automatically perform drive control according to the state of grass or the like to be mowed, but drive control is manually performed by an operator.
従来の刈払装置には、乗用タイプや、手押し車タイプなどがある。乗用タイプは、操作者が乗り込んで運転する比較的大型の装置であって、エンジンを備え、ガソリンなどを燃料として駆動する。手押し車タイプは、電動モーターを備え、バッテリーなどの電力で駆動する。 Conventional brush cutters include a riding type and a wheelbarrow type. The riding type is a relatively large device that an operator gets in and drives, and is equipped with an engine and driven by gasoline or the like as fuel. The wheelbarrow type is equipped with an electric motor and is driven by electric power such as a battery.
いずれのタイプの刈払装置も、操作者が、目視で判断できる草の有無、密生具合、硬さなどを参考に、手動で駆動条件(モーターの回転数など)を設定するよう構成されている。したがって、操作者の判断が適切でなければ、適切な駆動制御が行われない。また、操作者は、刈り取り対象の状態に対して駆動条件が弱い場合(例:回転数が適切より低い)、刈り取りを遂行できないことから、過剰な駆動条件を設定しがちである(例:回転数が適切より高め)。この場合、燃料や電力が必要以上に消費されることになる点において、好ましくない。 Both types of brush cutters are configured so that the operator can manually set the driving conditions (such as the number of rotations of the motor) with reference to the presence/absence of grass, the degree of denseness, the hardness, etc. that can be visually determined. .. Therefore, if the operator's judgment is not appropriate, appropriate drive control is not performed. Also, when the driving condition is weak with respect to the state to be mowed (eg, the rotation speed is lower than appropriate), the operator cannot perform mowing, and thus tends to set excessive driving conditions (eg, rotation speed). The number is higher than appropriate). In this case, fuel and electric power are consumed more than necessary, which is not preferable.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、作業(例えば刈り取り)対象の状態に応じた駆動制御が可能な作業ロボットを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a work robot capable of drive control according to a state of a work (for example, mowing) target.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の作業ロボットは、負荷抵抗を伴う所定の作業をモーターの駆動力により行う作業部と、前記作業部を、作業に伴って移動させる駆動部と、前記作業部が置かれた環境に応じて、前記モーターが受け得る負荷抵抗の基準値を複数定める基準設定手段と、前記モーターの回転数または電流値に基づいて、当該モーターが担っている負荷抵抗を判断する負荷判断手段と、前記負荷判断手段の判断結果と前記基準設定手段が定める基準値とを比較する比較手段と、前記比較手段の比較結果に応じて、前記モーターの駆動力を切り替える出力切替手段と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems and to achieve the object, a work robot of the present invention has a working unit that performs a predetermined work involving load resistance by a driving force of a motor, and the working unit is moved along with the work. A drive unit, a reference setting unit that determines a plurality of reference values of load resistance that the motor can receive according to the environment in which the working unit is placed, and the motor is controlled based on the rotation speed or the current value of the motor. The load judgment means for judging the load resistance, the comparison means for comparing the judgment result of the load judgment means with the reference value defined by the reference setting means, and the drive of the motor according to the comparison result of the comparison means. And an output switching means for switching the force.
本発明によれば、作業(例えば刈り取り)対象の状態に応じた駆動制御が可能となるという効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that drive control can be performed according to a state of a work (for example, mowing) target.
(第1実施形態)
以下に添付図面を参照して、作業ロボットの実施の形態を詳細に説明する。図1は、第1実施形態にかかる刈払装置1の構成を概略的に示す図である。刈払装置1は、作業ロボットの一例である。
(First embodiment)
An embodiment of a work robot will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of the
刈払装置1は、本体10、タイヤ11〜14、左駆動ギヤ21、右駆動ギヤ22、左従動ギヤ23、右従動ギヤ24、左タイミングベルト25、右タイミングベルト26、左駆動モーター31、右駆動モーター32、刈取部40、金属探知部51〜54、センサ61〜66、バッテリー70、および制御部80を備えている。
The
本体10は、四隅をタイヤ11〜14で支えられ、タイヤ11〜14の回転により移動する。なお、本実施形態ではタイヤ11〜14を採用しているが、実施にあたってはタイヤ11〜14に代えて例えば無限軌道などを用いてもよい。
The
本体10は、左駆動ギヤ21、右駆動ギヤ22、左従動ギヤ23、右従動ギヤ24、左タイミングベルト25、右タイミングベルト26、左駆動モーター31、右駆動モーター32、バッテリー70、および制御部80等を収納している。
The
左駆動モーター31および右駆動モーター32は、駆動部の一例である。左駆動ギヤ21は、左駆動モーター31が発する駆動力を受けて回転する。タイヤ11は、左駆動ギヤ21により回転駆動される。右駆動ギヤ22は、右駆動モーター32が発する駆動力を受けて回転する。タイヤ12は、右駆動ギヤ22により回転駆動される。
The
左タイミングベルト25は、左駆動ギヤ21の回転を左従動ギヤ23に伝達する。左従動ギヤ23は、タイヤ13を回転させる。右タイミングベルト26は、右駆動ギヤ22の回転を右従動ギヤ24に伝達する。右従動ギヤ24は、タイヤ14を回転させる。
The
図2は、刈取部40の構成および動作を示す図である。刈取部40は、作業部の一例である。刈取部40は、カッター41〜44、刈取モーター45、カム46,47および回転軸48を備えている。カッター41〜44は、各々、横一列に並んだ複数の山型の刃を備えている。
FIG. 2 is a diagram showing the configuration and operation of the reaping
カッター41とカッター42とは、厚さ方向に重なった状態で、長手方向に沿って互いに反対向きに往復移動することにより、バリカンのように機能する。つまり、刈取部40は、刃と刃に挟まれた草などを切断する。同様に、カッター43とカッター44とは、厚さ方向に重なった状態で、長手方向に沿って互いに反対向きに往復移動することにより、バリカンのように機能する。
The
なお、本実施形態ではバリカンタイプのカッター41〜44を採用しているが、実施にあたってはカッター41〜44に代えて、例えば回転式など、他の様式のカッターを用いてもよい。具体例としては、チップソー、ハンマーナイフモア、プラスチック樹脂刃などがある。
In addition, although the hair
カッター41およびカッター42は、刃を前方に向けており、刈払装置1が前進するときに草を刈り取る。また、カッター43およびカッター44は、刃を後方に向けており、刈払装置1が後退するときに草を刈り取る。
The blades of the
カッター41およびカッター43は、刃の反対側(峰)で一体化していて、カム46および回転軸48を介して刈取モーター45の駆動力を伝達されることにより、ともに往復運動する。同様に、カッター42およびカッター44は、刃の反対側(峰)で一体化していて、カム47および回転軸48を介して刈取モーター45の駆動力を伝達されることにより、ともに往復運動する。
The
回転軸48は、刈取モーター45の駆動力を、カム46およびカム47に伝達する。カム46およびカム47は、刈取モーター45の駆動力を回転軸48経由で受け取り、カッター41〜44に伝達する。当該伝達を、カム46およびカム47は、カッター43およびカッター44が備えるリンク43aおよびリンク44a内を回転することで行う。リンク43a内におけるカム46の位相と、リンク44a内におけるカム47の位相とは、180°ずらして設けられている。これにより、カッター41およびカッター43と、カッター42およびカッター44とは、左右逆方向に移動する。
The
センサ61〜66は、草に触れて受けた圧力に応じた信号を出力する。センサ61は、本体10の前方に配置されている。センサ62は、本体10の後方に配置されている。センサ63は、タイヤ11の近傍に配置されている。センサ64は、タイヤ13の近傍に配置されている。センサ65は、タイヤ14の近傍に配置されている。センサ66は、タイヤ12の近傍に配置されている。
The
金属探知部51〜54は、本体10の四方(前後左右)に配置されていて、刈取範囲を囲んで張られた金属ワイヤー201〜204(後述、図5)の検知に用いられる。
The
バッテリー70は、上記各部(左駆動モーター31、右駆動モーター32、刈取モーター45、金属探知部51〜54、センサ61〜66、および制御部80)に、電力を供給する。
The
図3は、刈払装置1のハードウェア構成および機能構成を併せて示すブロック図である。刈払装置1は、CPU(Central Processing Unit)81,ROM(Read Only Memory)82,RAM(Random Access Memory)83、クラウド通信部84、温湿度センサ91、GPS(Global Positioning System)センサ92、距離センサ93、草有無センサ94、電流センサ95,96、エンコーダ97、モータードライバ98,99、アクティブ制御部100を備えている。
FIG. 3 is a block diagram showing the hardware configuration and the functional configuration of the
アクティブ制御部100は、負荷判断部101、比較部102、出力切替部103、およびモータードライバ104を備えている。比較部102は、草有無判断部102aを備えている。アクティブ制御部100は、刈取モーター45の刈り取り中の負荷抵抗を確認し、当該負荷抵抗に適した回転数で刈取モーター45が駆動するよう制御することによって、過負荷による発熱等の無駄を省き、省電力化を図る。図4は、アクティブ制御部100と協働各部との信号入出力状態を示す図である。
The active control unit 100 includes a
アクティブ制御部100が備える比較部102に入力される回転数基準(1)〜(4)は、図3に示すクラウド通信部84が、外部サーバ等(以下クラウドと称する)から取得した回転数の基準値である。
The rotation speed criteria (1) to (4) input to the
クラウドは、地域別に季節によって生育が予測される雑草の状態(枯れ具合等)をまとめたデータベースと、雑草の状態に適する回転数(回転数基準)を、予め記憶している。クラウドは、クラウド通信部84からの要求を受けると、要求への応答として、季節や場所から繁茂が推定される草種類や状態に応じた回転数基準を返す。 The cloud stores in advance a database that summarizes the states of weeds that are predicted to grow depending on the region (seasonal condition, etc.), and the number of rotations (rotation number basis) that is suitable for the state of the weeds. Upon receipt of the request from the cloud communication unit 84, the cloud returns a rotation speed reference corresponding to the grass type and state in which overgrowth is estimated from the season and place as a response to the request.
温湿度センサ91は、刈払装置1が置かれた環境を示す温度や湿度を測定する。GPSセンサ92は、刈払装置1の置かれた場所や進行方向の特定、移動距離の測定などを行う。温湿度センサ91およびGPSセンサ92の出力は、クラウド通信部84がクラウドに回転数基準を要求する際の付加情報として用いられる。
The temperature/
ここで、クラウド、クラウド通信部84、温湿度センサ91、およびGPSセンサ92は、基準設定手段の一例として機能する。
Here, the cloud, the cloud communication unit 84, the temperature/
距離センサ93は、草など刈り取り対象までの距離を検知する。草有無センサ94は、草の有無を検知する(対象有無判断手段の一例)。距離センサ93や草有無センサ94としては、例えば、赤外線や超音波により距離を測定(測距)する方式や、カメラで撮像した画像から距離を推定する画像認識方式などがある。
The
電流センサ95は、刈取モーター45に流れる電流の値を測定する。電流センサ96は、タイヤ11〜14の回転方向を検出する。エンコーダ97は、タイヤ11〜14の回転数や速度を検出する。
The current sensor 95 measures the value of the current flowing through the reaping
モータードライバ98は、左駆動モーター31の駆動を制御する。モータードライバ99は、右駆動モーター32の駆動を制御する。
The motor driver 98 controls driving of the
ROM82は、読み出し専用の不揮発性の記憶媒体であり、CPU81が実行する各種プログラムとその実行に必要な固定データ等を予め記憶している。 The ROM 82 is a read-only non-volatile storage medium, and stores in advance various programs executed by the CPU 81 and fixed data necessary for the execution.
RAM83は、読み書き可能な揮発性の記憶媒体であり、一時的なデータを記憶する。RAM83は、CPU81がプログラムを実行する際のワークエリアとして使用される。 The RAM 83 is a readable/writable volatile storage medium and stores temporary data. The RAM 83 is used as a work area when the CPU 81 executes a program.
CPU81は、RAM83をワークエリアとしてROM82に記憶されたプログラムを選択的に実行することにより、刈払装置1が備える各部を統括的に制御し、各種機能を実現する。
The CPU 81 collectively executes the programs stored in the ROM 82 by using the RAM 83 as a work area, thereby centrally controlling each unit included in the
CPU81がプログラムに従って演算を行うことにより、ソフトウェア制御部が構成される。このようにして構成されたソフトウェア制御部と、ハードウェアとの組み合わせによって、本実施形態に係る刈払装置1の各種機能を実現する機能部が構成される。
The software control unit is configured by the CPU 81 performing calculation according to the program. The combination of the software control unit configured in this way and the hardware configures a functional unit that implements various functions of the
CPU81,ROM82,およびRAM83は、制御部80およびアクティブ制御部100を構成する。制御部80は、刈払装置1の各部を統括的に制御する。
The CPU 81, the ROM 82, and the RAM 83 constitute the
モータードライバ104は、刈取モーター45の駆動を制御する。モータードライバ104は、刈取モーター45の制御に際し、回転数が、比較部102が選択した回転数基準を中央値とした所定の範囲(可動範囲)で推移するように制御する。可変範囲は、予め定められて所定の記憶部が記憶し、比較部102等において用いられる。
The
負荷判断部101は、負荷判断手段の一例である。負荷判断部101は、電流センサ95の出力から得られる刈取モーター45に流れる電流と、エンコーダ97の出力から得られる刈取モーター45の回転数とから、刈取モーター45の負荷を判断する。
The
刈取モーター45の負荷は、草の硬さや密生具合を推定する材料となる。草が硬かったり密生していたりして刈取モーター45の負荷抵抗が大きい場合には、刈取モーター45の電流値が増え、回転数が低下する。また、負荷抵抗増大は、刈取モーター45の発熱を引き起こすが、発熱は、過熱や故障に至らずともエネルギーが無駄に消費されて好ましくないので、避けたい。負荷判断部101は、草の密度や硬さなどをリアルタイムに監視し、監視結果を、具体的対策に向けて下流の機能部へと出力する。
The load of the reaping
比較部102は、比較手段の一例である。比較部102は、クラウド通信部84が取得した複数(ここでは4種類)の回転数基準と負荷判断部101の出力とを比較して、複数の回転数基準のうち最も適する回転数基準を選択し、選択された回転数基準に応じたPWM(Pulse Width Modulation、パルス幅変調)信号を出力切替部103へ出力する。
The
比較部102は、4つの比較器を備え、各比較器1021〜1024に、4種類の重みづけ量(−1、0、+1、+2)に応じた段階的な4種類の回転数基準(クラウド通信部84経由で取得)を設定している。上記回転数基準の選択は、比較器1021〜1024の選択によって行われる。
The comparing
重みづけ量が「0」の回転数基準は、上記クラウドにおいて、季節や場所から繁茂が推定される草種類や状態(枯れ具合等)に最も適するとしている値(狙いの値)である。 The rotation speed reference of which the weighting amount is “0” is a value (target value) which is considered to be most suitable for the grass type and state (withered state, etc.) in which the overgrowth is estimated from the season and place in the cloud.
重みづけ量が「0」以外の3種類の回転数基準は、狙いの値を基準に、重みづけ量によって幅を持たせられて設定されている。重みづけ量「−1」の回転数基準は、狙いの値よりも低い値である。重みづけ量「+1」の回転数基準は、狙いの値よりも高い値である。重みづけ量「+2」の回転数基準は、重みづけ量「+1」の回転数基準よりもさらに高い値である。 The three types of rotation speed references other than the weighting amount “0” are set with a range depending on the weighting amount with reference to the target value. The rotation speed reference of the weighting amount “−1” is a value lower than the target value. The rotation speed reference of the weighting amount “+1” is a value higher than the target value. The rotation speed reference of the weighting amount “+2” is a value higher than the rotation speed reference of the weighting amount “+1”.
比較部102の草有無判断部102aは、「草有り基準値」と負荷判断部101の出力とを比較して、草の有無を判断し(対象有無判断手段の一例)、結果を出力切替部103へ出力する。つまり、草有無判断部102aは、負荷判断部101の出力を「草有り基準値」に照らして、明らかに草がないと判断できる場合に、刈取モーター45の回転を停止したり、あるいは回転数を低下させたりして、電力消費を抑える。
The grass presence/
なお、上記「草有り基準値」は、予めROM82に記憶していてもよいし、クラウド通信部84がクラウドから取得するのでもよい。 The “grass-containing reference value” may be stored in the ROM 82 in advance, or may be acquired from the cloud by the cloud communication unit 84.
また、上述の草有無に応じた省電力目的での刈取モーター45の制御等の実施判断は、距離センサ93の出力(草までの距離)や、草有無センサ94の出力(草有無信号)、あるいはセンサ61〜66による草から受ける圧力(草圧)の検知結果に応じて、行ってもよい。
In addition, the execution judgment such as the control of the reaping
出力切替部103は、出力切替手段の一例である。出力切替部103は、比較部102からの出力に応じて、モータードライバ104に対して、モーター速度可変信号を出力する。これにより、草などの刈り取り対象の状態に応じて刈取モーター45を制御する。
The
また、出力切替部103は、低速走行指示コマンドまたは高速走行指示コマンドを受けた場合に、モータードライバ98,99に対して、速度指示信号を出力する。上述の低速走行指示コマンドおよび高速走行指示コマンドは、例えばCPU81から入力される。
Further, the
このような構成の刈払装置1の動作の例を以下に説明する。図5は、スイッチバック草刈について説明する図である。本例において、刈払装置1は、金属ワイヤー201〜204で囲まれた刈取範囲の草を刈り取る。
An example of the operation of the
ただし、金属ワイヤー201〜204は、金属探知部51〜54と刈取部40との設置位置のずれを考慮して設置されている。つまり、図示のように金属探知部51〜54の検知位置が、カッター41〜44による刈取位置の外側である場合には、所望の刈取範囲より一回り広く金属ワイヤー201〜204を設置する。
However, the
制御部80は、本体10の前後左右に備える金属探知部51〜54のいずれかが金属を検知していると、金属ワイヤー201〜204のいずれかを検知しているとして、自装置が刈取範囲の周縁部に位置していると判断する。これを応用し、制御部80は、本例のスイッチバック草刈において、後方の金属探知部52および片側方の金属探知部53が金属を検知した状態からスタートし、金属探知部53の金属検知状態を保ちながら本体10を前進させる。
When any of the
次に、制御部80は、前方の金属探知部51による金属検知を契機に、本体10を斜め後方へ後退させる。この後退により、側方の金属検知(金属探知部53による)は、なくなる。なお、カッター41〜44は、前進時のみならず後退時にも駆動させておく。
Next, the
ここで、後退時の角度は、次に後方の金属ワイヤー202が検知されるときに、刈り取り幅(カッター41〜44の長手方向寸法)の例えば半分程度の距離だけ、本体10が右側へ移動する程度の角度である。
Here, with respect to the backward angle, when the
このようにすると、仮に刈取範囲が平坦であれば、カッター41〜44は、同じ箇所を複数回(2〜3度)刈り取ることになる。しかしながら、このようにすることによって、例え刈取範囲が凸凹であっても、その状態によらずカッター41〜44が通過しない部分がないようにし、刈り残しにくくすることが可能となる。
In this way, if the cutting range is flat, the
次に、制御部80は、後方の金属探知部52による金属検知を契機に、本体10を、前回の前進方向と平行な方向へと前進させる。これを繰り返して、制御部80は、本体10を、刈取範囲内で、前後に、且つ徐々に側方へとずらしながら、移動させる。
Next, the
そして、制御部80は、スタート時に金属検知していた側方と逆側の側方において金属検知し(金属探知部54による)、且つ、後方(または前方)で金属検知すると(金属探知部51または金属探知部52による)、本体10の移動を終了する。
Then, the
なお、上記例では、刈取範囲の左側から本体10をスタートさせたが、右側からスタートさせ左側で刈り終えてもよいことは言うまでもない。この場合、スタート時の側方の金属検知は金属探知部54が担当し、終了時の側方の金属検知は金属探知部53が担当する。
In the above example, the
上述のような自律走行において、刈払装置1は、刈り取り対象の状態に応じて、刈取モーター45の回転制御や本体10の移動速度制御を行う。
In the autonomous traveling as described above, the
まず、刈払装置1の電源がONにされると、CPU81が立ち上がり、GPSセンサ92によるGPS機能とクラウド通信部84も立ち上がる。これにより、GPSからの情報収集が可能となり、GPSの情報に基づいて刈払装置1の位置が特定される。
First, when the power of the
また、クラウドとの通信が可能となるので、刈払装置1は、自装置の位置と温湿度センサ91の出力などの情報をクラウドへ連絡する。これを受けたクラウドは、受信した情報とカレンダー情報とに基づき、予めクラウド内に納められた刈り取り領域の地図情報に関連付けられた雑草の種類や季節に応じた成長予測情報から、刈払装置1の現在地における草種類や季節を推定する。そして、刈払装置1への応答として、刈取モーター45に必要と考えられる電流値や最適と考えられる回転数基準などの情報(重みづけ情報)を返す。
Further, since communication with the cloud is possible, the
CPU81は、クラウドの応答で得た電流値や回転数基準などの重みづけ情報をRAM83に記憶させ、さらに、比較部102内の4種類の回転数基準を更新する。
The CPU 81 causes the RAM 83 to store weighting information such as the current value and the rotation speed reference obtained from the cloud response, and further updates the four types of rotation speed reference in the
なお、本実施形態では、クラウド通信によって電流値や回転数などの最適値を得ているが、実施にあたっては、これに限らない。例えば、予め、重みづけ情報を刈り取りエリア毎にカセット化し、刈払装置1の不揮発性メモリ(フラッシュROMやROM)などに記憶させておいてもよい。これによれば、通信環境が整っていない場所でも実施可能となる。
In the present embodiment, the optimum value such as the current value and the rotation speed is obtained by cloud communication, but the implementation is not limited to this. For example, the weighting information may be formed into a cassette for each mowing area and stored in a non-volatile memory (flash ROM or ROM) of the
CPU81は、比較部102への重みづけ情報の設定を終えると、モータードライバ98,99,104を立ち上げる。この時点では、刈払装置1が刈り取りを実施しておらず、最初の草抵抗の情報が入ってきていないため、モータードライバ104は、刈取モーター45の回転数の初期値として最大値を設定し、スタート信号の入力を待機する。このとき回転数の初期値を最大値とするのは、刈り取り対象が硬かったり密生していたりして高い負荷抵抗を受ける事態に備えるためである。
When the CPU 81 finishes setting the weighting information in the
オペレータが、本体10に設けられたスタート釦を押下するなどの操作を行うと、CPU81は、スタート信号が入力されたことを認識し、モータードライバ98,99,104に指示してモーター31,32,45に動作を開始させる。
When the operator performs an operation such as pressing a start button provided on the
ここで、図5に示すような自律走行でなく、オペレータからのRC(ラジコン:Radio Control)操作によって刈払装置1を稼働させる場合には、上述のスタート釦押下などの操作があったとき、刈払装置1はRC操作信号の入力待機状態となる。そして、オペレータのRC操作用送信装置(プロポ)が操作信号を発信すると、刈取モーター45が設定値に従った最大値で駆動開始し、また、本体10が移動を開始する。なお、RC操作の場合、刈払装置1は、オペレータが停止信号を送信するまで刈り取り動作を継続する。
Here, when the
モーター31,32,45が動作を開始し、刈り取りが実施されると、刈取モーター45の電流や回転数の情報が比較部102に取り込まれる。すると、比較部102は、刈取モーター45における負荷に応じて、回転数基準を選択し、設定する(回転数の修正)。
When the
その後も、CPU81は、刈り取りを実行することで刈取モーター45から得られる情報に基づき、草有無判断部102aで草有状態を認識しつつ比較部102で回転数基準との比較を行って、草抵抗を判断するとともに、重みづけ量の中心値となる比較器1021〜1024を選択する。これにより、刈り取り対象の状態に応じた制御を行うことができる。
After that, the CPU 81 compares the grass with the rotation speed reference with the
上述の草抵抗の判断について補足する。草が軟らかい場合には電流ピーク値が低くなり、草が硬い場合には電流ピーク値が高くなる。また、草密度が低い場合は草切断時の単位時間当たりの電流を平均化すると低い値となり、回転数は高くなる。そして、草密度が高い場合は草切断時の単位時間当たりの電流を平均化すると高い値となり、回転数は低くなる(なお、このとき刈取モーター45は発熱する)。これらを考慮して設定された各回転数基準に基づいて、CPU81は、草抵抗を諧調的に判断し、適する比較器1021〜1024を選択する。
The supplementary explanation of the above-mentioned judgment of grass resistance will be made. When the grass is soft, the current peak value is low, and when the grass is hard, the current peak value is high. In addition, when the grass density is low, the current per unit time when cutting the grass has a low value and the rotation speed is high. When the grass density is high, the current per unit time at the time of cutting grass is averaged to have a high value, and the rotation speed is low (the cutting
比較器1021〜1024の選択後は、選択したものを重みづけ量の中心値とし、刈取モーター45の回転数が、選択中の比較器1021〜1024の回転数基準を超えると、次に高い回転数基準のものに選択を変更する。また、刈取モーター45の回転数が、選択中の比較器1021〜1024の回転数基準を下回ると、次に低い回転数基準のものに選択を変更する。
After selecting the
このように、本実施形態によれば、刈り取り対象の状態に応じた駆動制御が可能となる。これにより、バッテリー70が過剰に消費されることがなく、また、刈取モーター45に過負荷が加わって発熱するなどの不都合を防止することができる。
As described above, according to the present embodiment, it is possible to perform drive control according to the state of the mowing target. As a result, the
以下、上記実施形態を補足する変形例について説明する。 Hereinafter, modified examples supplementing the above embodiment will be described.
(変形例1)
刈り取り中、刈払装置1は移動しているので、刈払装置1の周りの草の種類や密度は変化し、一定ではない。したがって、刈払装置1は、選択されている回転数基準に基づく回転数や電流の可変範囲に適さない草種類や草密度の場所に行く場合がある。
(Modification 1)
Since the
草が硬かったり密生していたりして負荷抵抗が高い場合には、刈り取り対象にカッター41〜44が接触する時間を長くすると、刈り取りが可能となる。そこで、負荷抵抗が高い場合には、本体10の走行速度を、通常速度の3割〜7割程度の低速度にして走行するよう、CPU81が制御する(制御手段)。これにより、過剰な負荷抵抗(過負荷)による発熱を避けての刈り取りが可能となる。
When the grass is hard or dense and has a high load resistance, the cutting can be performed by increasing the time during which the
上述の場合、本体10が低速で走行するだけでなく、第1実施形態で説明したように、比較部102において刈取モーター45の回転数を高くする比較器1021〜1024が選択される。これにより、刈り取り対象あたりのカッター41〜44の作業量が増え、負荷抵抗が高い場合の刈り取りが行いやすくなる。
In the above case, not only the
(変形例2)
刈り取り中、回転数が著しく低下した(所定の閾値に照らして判断する。例えば10回転以下になった)場合、刈り取りができなくなる。この場合、CPU81は、カッター41〜44に草が堆積しているか、あるいはカッター41とカッター42との間やカッター43とカッター44との間(摺動部)に草や異物が挟まっていると判断する。そして、CPU81は、カッター41〜44上に堆積した除去するために移動体を後退させた上で、刈取モーター45を一定時間回転させて(空転制御)、摺動部に挟まっている異物や草を除去し(詰まり除去手段の一例)、過負荷を低減する。
(Modification 2)
When the number of rotations is significantly reduced during cutting (judging against a predetermined threshold value, for example, 10 rotations or less), cutting cannot be performed. In this case, the CPU 81 determines that grass is accumulated on the
(変形例3)
変形例2において、摺動部に挟まっている異物や草を除去するために刈取モーター45を回転させようとしても、挟まり方や詰まり具合によっては摺動部を動かせず、除去できない場合がある。この場合、摺動部の通常の移動方向とは逆の向きに移動させると、摺動部に挟まった異物が落下し除去される可能性が高いことから、CPU81は、刈取モーター45を逆回転させる。
(Modification 3)
In the second modification, even if an attempt is made to rotate the reaping
(変形例4)
変形例2や変形例3において、異物を除去するための駆動時に、CPU81は、刈取モーター45の回転数や電流を監視し、正常状態時の回転数や電流値が戻ってくるまで回転を継続する。これにより、詰まり除去の確実性を高めることができる。
(Modification 4)
In
(変形例5)
変形例4における回転継続を、一定時間実施しても回転数や電流値が正常値に戻らない場合には、CPU81は、刈取モーター45の焼損を防ぐために停止させ、所定の表示部を介してオペレータに停止理由を通知する。ここで、所定の表示部は、例えば、本体10に設けた表示灯である。表示灯は、例えば、立てて取り付けられるポールの頂部に設けられ、通知内容に応じて、色の違いや点灯/消灯、点滅などを変化させる。
(Modification 5)
When the rotation speed and the current value do not return to the normal values even if the rotation continuation in the modified example 4 is performed for a certain period of time, the CPU 81 stops the cutting
(変形例6)
変形例2など、刈払装置1が後退する場合、刈払装置1の周囲にオペレータや人などが居ては危険なので、CPU81は、周囲に対する注意喚起として、音声鳴動や表示灯の点灯などを行う(報知手段の一例)。
(Modification 6)
When the
(変形例7)
上記変形例1〜4の対策をとっても過負荷となる(または草を刈り取れないか詰まりを除去できない)場合、CPU81は刈り取り不可能と判断し、稼働を停止するか、または、回避する(過負荷防止手段の一例)。これにより、カッター41〜44を保護する。ここで、上述の回避とは、例えば、刈り取り不可能の箇所の向こう側へ回り込んで、刈り取りを再開することである。
(Modification 7)
If the measures of the above-mentioned
(変形例8)
CPU81は、草など刈り取り対象が存在しないと判断した場合、作業時間を短縮するために本体10の走行速度を通常よりも速く(例えば通常速度の1.3倍〜10倍程度で)走行させる。
(Modification 8)
When the CPU 81 determines that there is no cutting target such as grass, the CPU 81 causes the traveling speed of the
このとき、消費電力を削減するために、刈取モーター45の回転を停止してもよい。あるいは、走行中に草が現れた場合に備え、例えばごく低速で刈取モーター45を回転させておき、刈取モーター45の回転や電流に急激な変化があれば、草が現れたと判断して刈り取りを開始するようにしてもよい。
At this time, the rotation of the reaping
(変形例9)
変形例8において、刈取モーター45を停止させることで電力消費を抑える場合には、センサ61〜66が検知する圧力から、草の有無を判断することができる(対象有無判断手段の一例)。
(Modification 9)
In the modified example 8, when power consumption is suppressed by stopping the mowing
(変形例10)
上記実施形態では、金属ワイヤー201〜204で刈取範囲を示しているが、実施にあたっては、例えばレーザーや高周波音を利用して、刈払装置1の誘導するなどにより、所定の範囲内の刈り取りを実現してもよい。
(Modification 10)
In the above-described embodiment, the cutting range is indicated by the
このように、上記実施形態および変形例によれば、刈り取り対象の状態を刈取モーター45の制御回路にフィードバックすることにより、草の状態等に応じて回転数基準を選択し、該選択された回転数基準に応じて、回転数がほぼ一定で回転するように、刈取モーター45を制御することが可能となる。そして、これにより、刈取モーター45の発熱や作業効率の低下を最小限に抑えることが可能となる。
As described above, according to the above-described embodiment and modification, by feeding back the state of the mowing object to the control circuit of the mowing
また、一般に草などの刈り取り作業は通年複数回実施されるが、刈払装置1が置かれた場所や稼働環境(温度、湿度など)に応じて予測される草等の刈り取り対象の状態に応じて駆動条件(回転数基準)を選択することにより、季節や地域差による草の種類や草の枯れ状態に応じた最適な駆動条件で、刈取モーター45を駆動することが可能となる。これにより、省電力の観点でも高効率とでき、バッテリー70の持続時間を長時間化できる。
Generally, mowing work such as grass is performed multiple times throughout the year, but depending on the place where the
1…刈払装置
10…本体
11〜14…タイヤ
31…左駆動モーター
32…右駆動モーター
40…刈取部
41〜44…カッター
43a,44a…リンク
45…刈取モーター
51〜54…金属探知部
61〜66…センサ
70…バッテリー
80…制御部
81…CPU
82…ROM
83…RAM
84…クラウド通信部
91…温湿度センサ
92…GPSセンサ
93…距離センサ
94…草有無センサ
95…電流センサ
96…電流センサ
97…エンコーダ
98…モータードライバ
99…モータードライバ
100…アクティブ制御部
101…負荷判断部
102…比較部
1021〜1024…比較器
102a…草有無判断部
103…出力切替部
104…モータードライバ
201〜204…金属ワイヤー
DESCRIPTION OF
82... ROM
83... RAM
84...
Claims (11)
前記作業部を、作業に伴って移動させる駆動部と、
前記作業部が置かれた環境に応じて、前記モーターが受け得る負荷抵抗の基準値を複数定める基準設定手段と、
前記モーターの回転数または電流値に基づいて、当該モーターが担っている負荷抵抗を判断する負荷判断手段と、
前記負荷判断手段の判断結果と前記基準設定手段が定める基準値とを比較する比較手段と、
前記比較手段の比較結果に応じて、前記モーターの駆動力を切り替える出力切替手段と、
を備える作業ロボット。 A work unit that performs predetermined work with load resistance by the driving force of the motor,
A drive unit for moving the working unit along with work,
Reference setting means for determining a plurality of reference values of load resistance that the motor can receive according to the environment in which the working unit is placed,
Load determining means for determining the load resistance carried by the motor based on the rotation speed or the current value of the motor,
Comparing means for comparing the judgment result of the load judging means with the reference value set by the reference setting means;
Output switching means for switching the driving force of the motor according to the comparison result of the comparison means,
A work robot equipped with.
ことを特徴とする請求項1に記載の作業ロボット。 And a control unit that switches the moving speed of the working unit by the driving unit to a low speed when the load resistance determined by the load determining unit is higher than a predetermined reference value by the comparing unit. The work robot according to claim 1, wherein:
ことを特徴とする請求項1または2に記載の作業ロボット。 When the load resistance determined by the load determination unit is lower than a predetermined reference value by the comparison unit, the control unit further includes a control unit that switches a moving speed of the working unit by the drive unit to a high speed. The work robot according to claim 1 or 2.
前記対象有無判断手段により作業対象が無いと判断された場合に、前記駆動部による前記作業部の移動速度を高速に切り替える制御手段をさらに備える
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の作業ロボット。 Further comprising a target presence/absence determining means for determining the presence/absence of a work target of the working unit,
The control means for switching the moving speed of the working unit by the drive unit to a high speed when the target presence/absence determining unit determines that there is no work target is further included. The work robot described in the item.
ことを特徴とする請求項4に記載の作業ロボット。 The work robot according to claim 4, wherein the control unit stops or rotates the motor at a low speed when the target presence/absence determining unit determines that there is no work target.
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の作業ロボット。 When the load resistance determined by the load determining unit is higher than the maximum reference value by the comparing unit, the drive unit and the working unit are controlled to stop or avoid the work at the current location. The work robot according to any one of claims 1 to 5, further comprising an overload prevention unit that performs
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の作業ロボット。 When the load resistance determined by the load determining means is higher than a first threshold value, a clogging removing means is provided for performing a slipping control for driving the motor while retracting the working portion with respect to the drive portion. The work robot according to claim 1, further comprising: a work robot.
ことを特徴とする請求項7に記載の作業ロボット。 When the clogging removal means performs the idling control and determines from the output of the load determination means that the motor is not driven or the load resistance is higher than the second threshold value, The work robot according to claim 7, wherein the motor is rotated in a reverse direction.
ことを特徴とする請求項8に記載の作業ロボット。 9. The work robot according to claim 8, wherein the clogging removing unit ends the reverse rotation of the motor when the load resistance of the motor falls below the second threshold value from the output of the load determining unit.
ことを特徴とする請求項7〜9のいずれか1項に記載の作業ロボット。 10. The work robot according to claim 7, further comprising a notifying unit for notifying the surroundings of the retreat of the working unit.
ことを特徴とする請求項4に記載の作業ロボット。 The object presence determination means, work according to claim 4, characterized in that the distance measurement to the work object, by detecting the pressure from the working image recognition of the target, or a work object, and determines the presence or absence of said work object robot.
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