JP6824866B2 - 草刈機自動走行システム - Google Patents

Description

本発明は、法面上に予め設定された走行エリア内を自動草刈走行する草刈機の自動走行システムに関する。

例えば特許文献１に、機体の進行方向前面に備えられた物体検出部（文献では「距離検出手段１２」）と、走行用の各種パラメータ（目的地を含む）及び走行領域の地図を記憶する記憶部（文献では「記憶手段１１」）と、記憶部に記憶された情報に基づいて走行するための経路を設定する走行経路設定部（文献では「経路生成手段１４」）と、走行経路設定部の設定した経路に基づいて目的地まで走行する制御指示部（文献では「走行制御手段１６」）と、が備えられた自律移動装置が開示されている。物体検出部は、壁や塀、フェンス、種々の設置物などの物体によって構成される境界線（文献では符号「３」）を検出し、走行経路設定部は、境界線に基づいて物体を回避するように経路を設定ことによって、制御指示部による制御が可能となる。

特開２００９−２６５９４１号公報

しかし、例えば走行対象領域が、例えば圃場の法面等のように、物体検出部が検出可能な物体が存在しない場合がある。このような場合、例えば走行対象領域の周囲に囲枠や反射板等の物体を設置する必要があり、更に走行後にこれらの物体を撤去する場合も考えられ、物体の設置及び撤去に労力を要する。また、同一の法面であっても、法面上の傾斜角度が一様でなかったり、法面上に凹凸があったりする場合、機体の急激な傾き等によって物体検出部が物体を見失う虞がある。

上述の実情に鑑みて、本発明の目的は、同一法面において、法面上の傾斜角度が一様でなかったり、法面上に凹凸があったりする場合であっても、物体検出部が精度良く物体を追従可能な草刈機自動走行システムを提供することにある。

本発明の草刈機自動走行システムは、
法面上に予め設定された走行エリア内を自動草刈走行する草刈機の自動走行システムであって、
法面の最上端に設けられ、検出信号を送信し、前記検出信号に対する反射信号を取得して物体を検出する物体検出部と、
前記草刈機における前記物体検出部の位置する側の側面に設けられ、前記物体検出部により検出される反射部と、
前記物体検出部と前記草刈機との夫々に設けられた通信部と、
前記走行エリアのエリア情報と、前記草刈機の作業履歴情報と、を記憶する記憶部と、
前記草刈機の走行経路を設定する走行経路設定部と、
前記草刈機に指示信号を送信する制御指示部と、
が備えられ、
前記物体検出部は、前記反射部を追従するように構成され、
前記制御指示部は、前記物体検出部が取得した反射信号に基づいて前記草刈機の走行軌跡を算出して前記草刈機の走行軌跡と前記走行経路との誤差を算出し、前記誤差を減少させるように前記指示信号を生成し、
前記草刈機は、前記指示信号によって前記走行経路に沿って自動草刈走行するように構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、物体検出部が法面の最上端に設けられ、草刈機の側面に反射部が設けられる構成となっている。物体検出部は定点位置に固定され、物体検出部の検出目標物を草刈機とすることができるため、物体検出部が草刈機に設けられる構成と比較して、物体検出部が安定した状態で草刈機の反射部を検出可能となる。このことから、法面上の凹凸等によって草刈機が急激に傾く場合であっても、物体検出部は、法面上の凹凸等の影響を受けることなく草刈機の反射部を検出可能となる。これにより、同一法面において、法面上の傾斜角度が一様でなかったり、法面上に凹凸があったりする場合であっても、物体検出部が精度良く物体を追従可能な草刈機自動走行システムが実現される。

本構成において、
前記草刈機に、前記草刈機の傾斜角度を検出する傾斜センサが備えられ、
前記物体検出部に、前記傾斜センサが検出した傾斜角度と一致するように、前記物体検出部の角度調整を行う傾斜補正制御部が備えられていると好適である。

草刈機の傾斜センサによって検出される傾斜角度は、法面の傾斜角度に沿う場合が多い、このことから、本構成であれば、物体検出部が、傾斜補正制御部によって法面の傾斜角度に沿って傾斜する。これにより、異なる法面毎に人為操作による物体検出部の傾斜調整作業をする必要が無くなり、物体検出部が、多種多様な法面角度に対応して、草刈機の反射部を追従し易くなる。

本構成において、
前記反射部に、横長の反射シートが上下に並ぶ状態で複数備えられ、
夫々の前記反射シートは、互いに長手方向の長さが異なると好適である。

本構成であれば、物体検出部が横方向に沿って走査するときに、物体検出部は横長の反射シートの長さを検出可能である。複数の反射シートで夫々長さが異なる構成であるため、物体検出部は、反射シートの長さに基づいて、反射部の上側寄り又は下側寄りの何れを追従しているかを判定可能となる。これにより、物体検出部は反射部の上下中央箇所を追従することが可能となり、法面上の凹凸等によって草刈機が急激に上下に動く場合であっても、物体検出部は反射部を好適に追従できる。

本構成において、
夫々の前記反射シートは、機体下側に位置するほど長手方向の長さが長いと好適である。

本構成であれば、複数の反射シートのうち、最も上側に位置する反射シートの長さと、最も下側に位置する反射シートの長さと、が最も大きく異なる。このため、物体検出部は、反射部の上側寄り又は下側寄りの何れを追従しているかを判定し易くなり、誤判定の虞を軽減できる。

本構成において、
法面の最上端に前記物体検出部を固定する取付治具が設けられ、
前記物体検出部は、前記取付治具に着脱可能なように構成されていると好適である。

本構成であれば、法面の最上端に取付治具を固定し、物体検出部は持ち運び可能なように構成できるため、全ての走行エリアに物体検出部を設置固定する必要が無い。このため、全ての走行エリアに物体検出部を設置固定する構成と比較して、草刈機自動走行システムを安価に構築できる。

本構成において、
前記記憶部は、前記取付治具に設けられ、
前記物体検出部が前記取付治具に固定された状態で、前記エリア情報及び前記作業履歴情報が、前記記憶部から前記物体検出部に読み出し可能なように構成されていると好適である。

本構成であれば、自動草刈走行するための必要な情報が記憶部に記憶され、物体検出部を取付治具に装着するだけで、エリア情報及び作業履歴情報が、物体検出部に読み出し可能なように構成されている。このため、物体検出部は、自動草刈走行するための必要な情報を取得するために、例えば遠隔地の管理コンピュータに接続する必要も無ければ、ＷＡＮ（Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等に接続する必要も無い。その結果、異なる法面毎に、エリア情報及び作業履歴情報を、物体検出部に容易に読み出すことができる。

本構成において、
前記エリア情報及び前記作業履歴情報が、前記物体検出部から前記記憶部に記憶可能なように構成されていると好適である。

本構成であれば、自動草刈走行時のエリア情報及び作業履歴情報が更新されたとき、これらの更新された情報が記憶部に記憶されるため、次回の自動草刈走行時に、同一の物体検出部でなくても、最新のエリア情報及び作業履歴情報が読み出し可能となる。また、自動草刈走行時の作業履歴情報に基づいて、次回の自動草刈走行時に角度の変動等を事前に予測できるため、過去の自動草刈走行よりも安定した自動草刈走行が可能となる。

本構成において、
前記走行経路設定部は、前記草刈機の人為操作によるティーチング走行軌跡に基づいて、前記ティーチング走行軌跡に平行な複数のライン走行経路を生成すると好適である。

本構成によると、ライン走行経路がティーチング走行軌跡に基づいて複数生成される。このため、自動草刈走行の作業対象において、一部の作業対象領域のみの人為操作によって、ライン走行経路が生成され、ライン走行経路に基づく自動走行が可能となる。

本構成において、
前記複数のライン走行経路は、前記ティーチング走行軌跡よりも法面の下方側に、平行に並んだ状態で位置すると好適である。

物体検出部は法面の上端に設けられることから、本構成であれば、法面の上手側から下手側に向かって順番に自動草刈走行が行われる。このため、物体検出部と草刈機との間は、常に刈取後の地面となり、物体検出部は未刈草に邪魔されることなく好適に草刈機の反射部を追従できる。

本構成において、
前記ティーチング走行軌跡及び前記複数のライン走行経路は、前記記憶部に前記作業履歴情報として記憶され、
前記走行経路設定部は、前記作業履歴情報に基づいて前記ティーチング走行軌跡を前記ライン走行経路として再現可能であり、かつ、前記複数のライン走行経路を再現可能であると好適である。

本構成であれば、同一の法面における次回の自動草刈走行では、ティーチング走行を行う必要が無く、人為操作の労力を軽減できる。

草刈機自動走行システムの構成を示す平面図である。 物体検出部と地面に設置された取付治具とを示す側面図である。 草刈機の構成を示す側面図である。 旋回状態の草刈機を示す平面図である。 直進状態の草刈機を示す平面図である。 制御ユニットを表すブロック図である。 法面上の走行経路を示す斜視図である。 物体検出部１の傾斜を説明するための説明図である。 反射部を示す図である。 反射シートの長さの計測を説明するための説明図である。 法面上の走行経路の別実施形態を示す斜視図である。 反射部の別実施形態を示す草刈機の側面図である。

〔草刈機自動走行システムの基本構成〕
本発明による草刈機自動走行システムについて、その実施形態を図面に基づいて説明する。
図１乃至図３に示されているように、本実施形態における草刈機自動走行システムに、物体検出部１と、取付治具２と、草刈機３と、が備えられている。物体検出部１は法面の上端部に設置され、法面を走行する草刈機３の位置を検出するように構成されている。物体検出部１は、取付治具２に取り付けて使用される。物体検出部１に、距離センサ１１と、回転制御機構１２と、取付部１３と、が備えられている。物体検出部１の内部に、例えばマイクロコンピュータに組み込まれた状態で制御ユニットが備えられている。距離センサ１１は物体検出部１の上部に設けられている。回転制御機構１２は多自由度で回動可能であり、物体検出部１の下部に設けられている。取付部１３は回転制御機構１２の下端に設けられ、取付治具２に対して物体検出部１を取り付けるための取付箇所である。

取付治具２は、例えば法面の最上端に固定される状態で設置される。取付治具２の上端部に物体検出部１の取付部１３が着脱自在な状態で係止されることにより、取付治具２に物体検出部１が取り付けられて定点位置に固定される。つまり、物体検出部１は、取付治具２に着脱可能なように構成されている。なお、取付部１３の着脱構造や着脱方法は公知の構造や方法を適宜選択可能である。取付治具２に、例えばＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）タグ等の記憶部２１が設けられ、物体検出部１に備えられた制御ユニットとデータの通信によって、草刈機３が草刈走行するためのエリア情報や草刈機３の作業履歴情報等が、記憶部２１に記憶される。つまり、エリア情報や作業履歴情報が、物体検出部１から記憶部２１に記憶可能なように構成されている。

物体検出部１が取付治具２に装着された時、物体検出部１は取付治具２の記憶部２１にアクセスし、記憶部２１にエリア情報や作業履歴情報が有るかどうかを確認する。記憶部２１にエリア情報や作業履歴情報が有れば、例えば物体検出部１に備えられた不図示のＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）に、当該エリア情報や当該作業履歴情報が読み込まれる。また、自動草刈走行時のエリア情報及び作業履歴情報が更新されたとき、これらの更新された情報が、物体検出部１のＲＡＭから記憶部２１に記憶される。これにより、次回の自動草刈走行時に、物体検出部１が同一のものでなくても、最新のエリア情報及び作業履歴情報が、当該異なる物体検出部１に読み出し可能となる。

草刈機３は、物体検出部１から送信される指示信号Ｔｃに基づいて、法面上に予め設定された走行経路としてのライン走行経路Ｌに沿って、自動的に未刈草ＧＮを刈り取りながら走行するように構成されている。草刈機３に、走行機体３１と、第一車輪３２Ａと、第二車輪３２Ｂと、草刈装置３３と、反射部３４と、が備えられている。第一車輪３２Ａは、走行機体３１における長手方向の一端側に左右一対で設けられている。第二車輪３２Ｂは、走行機体３１における長手方向の他端側に左右一対で設けられている。草刈装置３３は、走行機体３１の下部における第一車輪３２Ａと第二車輪３２Ｂとの間に設けられている。草刈機３の上部に、送信機４（図４参照）や物体検出部１と通信可能なアンテナ３５が立設されている。

図示はしないが、走行機体３１に、エンジンＥの動力を、第一車輪３２Ａと第二車輪３２Ｂに伝達すると共に、草刈装置３３に伝達する伝動機構が備えられている。伝動機構は、第一車輪３２Ａ及び第二車輪３２Ｂと、草刈装置３３と、に対する動力伝達を断続できるように構成されている。エンジンＥの動力が、第一車輪３２Ａ及び第二車輪３２Ｂと、草刈装置３３と、に伝達されることで、機体を走行させながら草刈作業を行うことができる。第一車輪３２Ａに第一操向モータ３２Ｃが設けられ、第一車輪３２Ａは第一操向モータ３２Ｃの駆動力により縦軸芯周りで揺動してステアリング操作自在なように構成されている。また、第二車輪３２Ｂに第二操向モータ３２Ｄが設けられ、第二車輪３２Ｂは第二操向モータ３２Ｄの駆動力により縦軸芯周りで揺動してステアリング操作自在なように構成されている。図４及び図５に示されているように、第一車輪３２Ａ及び第二車輪３２Ｂは夫々、直進用姿勢、右向き揺動姿勢、並びに、左向き揺動姿勢の夫々に向き変更操作可能である。

距離センサ１１は、例えば、ＬＲＦ（Ｌａｓｅｒ Ｒａｎｇｅ Ｆｉｎｄｅｒ）やＬＩＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）であって、例えばレーザー光や超音波や電波のような空中伝搬する信号を検出信号ＴＷとして送信する。検出信号ＴＷが検出対象物に照射されると、検出信号ＴＷは検出対象物の表面で反射する。そして、距離センサ１１は、検出対象物の表面で反射した検出信号ＴＷを、反射信号ＲＷとして取得する。つまり、距離センサ１１は、距離センサ１１の検出用範囲に向けて検出信号ＴＷを送信し、かつ、検出信号ＴＷに対する反射信号ＲＷを取得する。そして、距離センサ１１は、検出信号ＴＷを送信してから反射信号ＲＷを取得するまでの時間に基づいて、距離センサ１１と検出対象物との距離を算出するように構成されている。距離センサ１１が検出信号ＴＷを送信し、かつ、反射信号ＲＷを取得する処理を、以下「走査」と称する。

図１に示されているように、距離センサ１１は、平面視で、数十メートルに亘る半径の範囲で、例えば２７０度の走査角度で走査可能なように構成されている。このことから、取付治具２が複数設置される場合、距離センサ１１の走査範囲に対応して間隔を空けて設置される。

反射部３４は、距離センサ１１によって照射される検出信号ＴＷを反射する被検知体である。反射部３４は、検出信号ＴＷが入斜した方向と同じ方向に反射信号ＲＷを反射するように構成されている。つまり、反射部３４は、どの角度から距離センサ１１の検出信号ＴＷを受けても、距離センサ１１に向けて反射信号ＲＷを反射するように構成されている。このため、反射部３４は、草刈機３の左右横側面のうち、距離センサ１１の位置する側の側面に設けられ、反射部３４と距離センサ１１とは常に対向する。この構成によって、反射部３４は、他の物体よりも強い強度で反射信号ＲＷを距離センサ１１に反射するように構成されている。このため、距離センサ１１は、予め設定された強度の閾値よりも強い強度の反射信号ＲＷを検知することによって、反射部３４を検出するように構成されている。なお、反射部３４は、草刈機３の左右横側面の片側のみならず、両側に設けられていても良い。

〔制御構成について〕
図６に示されているように、草刈機３の自動草刈走行は、物体検出部１の制御ユニットと、草刈機３の制御ユニットと、の連係処理に基づいて行われる。物体検出部１の制御ユニットに、通信部１５と、走行経路設定部１６と、制御指示部１７と、が備えられている。通信部１５は、取付治具２の記憶部２１に対してデータのアクセスを行ったり、草刈機３とデータや信号のやり取りを行ったりするための通信機器である。走行経路設定部１６は、草刈機３が自動走行を行うための走行経路としてライン走行経路Ｌを設定する。制御指示部１７は、ライン走行経路Ｌに沿って草刈機３が走行するように指示信号Ｔｃを出力し、指示信号Ｔｃは通信部１５を介して草刈機３に送信される。

通信部１５に、遠距離通信部１５ａと近距離通信部１５ｂとが備えられている。遠距離通信部１５ａは、例えば百メートル程度の範囲で通信可能な通信機器である。また、遠距離通信部１５ａは、草刈機３に上述した指示信号Ｔｃを送信したり、草刈機３から機体の状態や草刈の進捗状況等を受信したりすることができる。近距離通信部１５ｂは、例えば数十センチメートル程度の範囲で通信可能な通信機器である。物体検出部１が取付治具２に取り付けられた状態で、近距離通信部１５ｂは、記憶部２１からエリア情報や作業履歴情報のデータを読み込んだり、記憶部２１に対してエリア情報や作業履歴情報の更新データ等を書き込んだりすることができる。

草刈機３の制御ユニットに、通信部３６と、走行制御部３７と、が備えられている。通信部３６は、物体検出部１の通信部１５とデータや信号のやり取りを行うための通信機器である。また、通信部３６は、送信機４とデータや信号のやり取りが可能である。走行制御部３７は、物体検出部１の制御指示部１７が出力する指示信号Ｔｃに基づいて草刈機３の自動草刈走行を行う。また、走行制御部３７は、自動走行モードと手動走行モードとに切替可能なように構成され、自動走行モードでは当該自動草刈走行が行われる。手動走行モードの場合、走行制御部３７は、送信機４の人為操作に基づく指示信号が、通信部３６を介して走行制御部３７に出力され、走行制御部３７は、当該指示信号に基づく制御を行う。

草刈機３に傾斜センサ３８が備えられ、傾斜センサ３８で検出される傾斜角度Ｉが通信部３６を介して物体検出部１に送信される。傾斜センサ３８は、例えば慣性センサの一例であるＩＭＵ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）であるが、振り子式やフロート式の傾斜角検出器であったり、ジャイロセンサであったり、加速度センサであったりしても良い。

送信機４は、操作者が持ち運びしながら草刈機３を人為操作可能なように構成されている。送信機４は、例えば操作者が手元で操作するプロポーショナル方式のコントローラによる操作であったり、タッチパネル方式の表示画面を有する携帯端末機器による操作であったりしても良い。

物体検出部１に備えられた距離センサ１１に、信号出力部１１ａと、信号入力部１１ｂと、デコード部１１ｃと、が備えられている。信号出力部１１ａは検出信号ＴＷを出力し、検出信号ＴＷが、草刈機３の反射部３４で反射信号ＲＷとして反射して、反射信号ＲＷが信号入力部１１ｂで受信される。距離センサ１１の走査によって測距データが得られ、デコード部１１ｃは、測距データと走査角度とに基づいて、測距データを草刈機３の位置する座標を示す位置情報Ｎに変換する。なお、位置情報Ｎは、二次元の座標であっても良いし、三次元の座標であっても良い。デコード部１１ｃによって変換された位置情報Ｎは制御指示部１７に出力される。制御指示部１７は、ライン走行経路Ｌと、位置情報Ｎに基づく走行軌跡と、の誤差を減少させるように指示信号Ｔｃを出力する。

回転制御機構１２を制御する制御モジュールとして、傾斜補正制御部１８が物体検出部１に備えられている。後述するが、傾斜補正制御部１８は、草刈機３の傾斜角度Ｉに基づいて補正量αを算出し、回転制御機構１２は、補正量αに基づいて回動することで、物体検出部１を傾斜させる。これにより、距離センサ１１も連動して傾斜して、法面を走行する草刈機３を好適に追従可能となる。

〔走行経路〕
草刈機３が自動草刈走行を行うためのライン走行経路Ｌは、走行経路設定部１６によって予め設定される。図７に示されているように、法面上で自動走行を行うための走行経路として、直線状のライン走行経路Ｌが複数設定されている。本実施形態では、法面の上端部に取付治具２が固定された状態で設定され、取付治具２に対して物体検出部１が着脱自在な状態で取り付けられる。この状態で、物体検出部１は、法面の上端部から左右方向に亘って走査が可能なように構成されている。本実施形態では、夫々のライン走行経路Ｌは、走行経路設定部１６によって、以下の手順で生成される。

まず、法面の上端縁部に沿って、手動走行モードでティーチング走行が行われる。ティーチング走行は、送信機４を操作者が操作することによる人為操作に基づいて行われる。本実施形態では、始点位置Ｔｓに草刈機３が位置する状態で、操作者が送信機４で始点設定操作を行う。そして、操作者が始点位置Ｔｓから終点位置Ｔｆまで直線形状に沿って草刈機３を走行させ、始点位置Ｔｓに草刈機３が位置する状態で、操作者が送信機４で終点設定操作を行う。これにより、ティーチング処理が実行される。つまり、始点位置Ｔｓにおいて距離センサ１１の走査によって取得された位置情報Ｎと、終点位置Ｔｆにおいて距離センサ１１の走査によって取得された位置情報Ｎと、から始点位置Ｔｓと終点位置Ｔｆとを結ぶティーチング走行軌跡Ｔが設定される。

ティーチング走行中の草刈機３の位置情報Ｎは、距離センサ１１の走査によって、物体検出部１に逐次取得される。このとき、位置情報Ｎが、物体検出部１のＲＡＭ（不図示）に記憶される構成であっても良い。この構成であれば、ティーチング走行の始点位置Ｔｓとティーチング走行の終点位置Ｔｆとに亘る位置情報Ｎの集合から、草刈機３のティーチング走行軌跡Ｔが得られる。この構成は、ティーチング走行の走行軌跡が曲線状である場合に、特に有用である。

ライン走行経路Ｌは、ティーチング走行軌跡Ｔと平行な走行経路として、法面の下手側に向かって等間隔で複数生成される。本実施形態では、法面のティーチング走行軌跡Ｔよりも下手側に、ティーチング走行軌跡Ｔに沿うライン走行経路Ｌ（１）〜Ｌ（１０）が、等間隔で生成されている。なお、草刈機３による草刈り作業幅を考慮し、刈残しが生じないように作業幅が少し重なる状態で、夫々のライン走行経路Ｌは設定される。

夫々のライン走行経路Ｌ（１）〜Ｌ（１０）に、始点位置Ｌｓと終点位置Ｌｆとが割り当てられ、始点位置Ｌｓから終点位置Ｌｆに向かう方向が、草刈機３の進行方向となるように、夫々のライン走行経路Ｌ（１）〜Ｌ（１０）は構成されている。また、草刈機３が夫々のライン走行経路Ｌ（１）〜Ｌ（１０）を順番に走行するための順路が設定され、本実施形態では、法面の上手側から下手側に折り返しながら、草刈機３が直線往復走行を繰り返す順路が設定されている。つまり、ライン走行経路Ｌ（１）〜Ｌ（９）の何れか一つのライン走行経路Ｌ（ｎ）における終点位置Ｌｆの法面下手側に、次の順路が割り当てられたライン走行経路Ｌ（ｎ＋１）の始点位置Ｌｓが隣り合って位置するように、ライン走行経路Ｌが設定されている。

草刈機３は、ライン走行経路Ｌに沿って草刈りしながら自動走行する。例えば、草刈機３が、一つのライン走行経路Ｌ（１）の終点位置Ｌｆに到達すると、草刈機３は、次の順路が割り当てられたライン走行経路Ｌ（２）の始点位置Ｌｓに移動する。このとき、例えば、草刈機３の第一車輪３２Ａ及び第二車輪３２Ｂが正転と逆転とを繰り返すように、スイッチバック走行が行われると好適である。当該スイッチバック走行であれば、草刈機３の向きが変わらず、反射部３４と距離センサ１１とが常に対向するため、物体検出部１が草刈機３の反射部３４を好適に追従できる。

終点位置Ｌｆから次の始点位置Ｌｓへの移動は、自動走行モードによって行われても良いし、手動走行モードによって行われても良い。手動走行モードの場合、草刈機３が次の始点位置Ｌｓに移動した後、手動走行モードから自動走行モードへの切換は、人為操作によって行われても良いし、自動的に行われても良い。

草刈機３がライン走行経路Ｌ（２）の始点位置Ｌｓに到達し、草刈機３の進行方位がライン走行経路Ｌ（２）の進行方向に沿うと、草刈機３は、ライン走行経路Ｌ（２）に沿って草刈自動走行する。更に、ライン走行経路Ｌ（３），Ｌ（４），Ｌ（５），Ｌ（６），Ｌ（７），Ｌ（８），Ｌ（９），Ｌ（１０）の順番で、草刈機３の草刈自動走行が行われる。

夫々のライン走行経路Ｌ（１）〜Ｌ（１０）が、法面の上手側から下手側に順番に設定される構成である。このため、物体検出部１と草刈機３との間は、常に刈取後の地面となり、距離センサ１１は、未刈草ＧＮ（図１参照）に邪魔されることなく草刈機３の反射部３４を好適に追従できる。

ティーチング走行軌跡Ｔと夫々のライン走行経路Ｌとは、記憶部２１に作業履歴情報として記憶される。このため、走行経路設定部１６は、記憶部２１の作業履歴情報に基づいてティーチング走行軌跡Ｔと夫々のライン走行経路Ｌとを再現可能なように構成されており、次回の自動草刈走行時にティーチング走行が行われずに自動草刈走行が可能となる。これにより、次回の自動草刈走行時に使用する物体検出部１が同一のものでなくても、ティーチング走行軌跡Ｔ及びライン走行経路Ｌを再現できる。また、制御指示部１７は、記憶部２１に記憶された過去の作業履歴情報から、草刈機３の傾斜角度Ｉの変動等を事前に予測可能なように構成されている。例えば、過去に草刈機３が大きく傾斜した個所で、制御指示部１７は減速指示を出力する。これにより、過去の自動草刈走行よりも安定した自動草刈走行が可能となる。

〔傾斜補正制御〕
本実施形態では、草刈機３は法面の上手側から下手側に順番に自動草刈走行を行うように構成されている。距離センサ１１は、法面の上端から左右方向に亘って広範囲に走査する構成であるため、上下方向の走査範囲を大きくすると、距離センサ１１による反射部３４の検出に時間が掛かり、制御指示部１７による指示信号Ｔｃの出力がリアルタイム性を損なう虞がある。この不都合を回避するため、上下方向の走査範囲は、例えば１０度程度の狭い走査角度になりがちとなる。このため、草刈機３が、距離センサ１１の走査範囲よりも上方又は下方に移動すると、距離センサ１１が草刈機３の反射部３４を追従できなくなる虞がある。このことから、図８に示されているように、本実施形態では、法面の傾斜角度Ｉに対応して距離センサ１１を傾斜させるように構成されている。これにより、距離センサ１１と反射部３４とが好適に対向する。

距離センサ１１は、傾斜補正制御部１８によって傾斜するように構成されている。なお、物体検出部１が全体的に傾斜することによって距離センサ１１が傾斜する構成であっても良いし、物体検出部１のうち、距離センサ１１のみが傾斜する構成であっても良い。傾斜補正制御部１８による距離センサ１１の傾斜は、以下の手順で行われる。

上述したティーチング走行において、草刈機３に設けられた傾斜センサ３８によって、ティーチング走行時における草刈機３の傾斜角度Ｉが経時的に検出され、草刈機３の通信部３６と、物体検出部１の通信部１５と、を介して傾斜補正制御部１８に送信される。ティーチング走行時における傾斜角度Ｉの平均値（又は中央値）が法面の基準傾斜角度として用いられ、傾斜補正制御部１８は、傾斜角度Ｉに基づいて補正量αを算出し、回転制御機構１２に補正量αを出力する。回転制御機構１２は、補正量αに基づいて回動し、距離センサ１１は法面の傾斜面と平行に傾斜する。つまり、傾斜補正制御部１８は、傾斜センサ３８が検出した傾斜角度Ｉと一致するように、物体検出部１の角度調整を行う。これにより、距離センサ１１は、法面の傾斜に対応して、法面の全体的な範囲に亘って走査可能となる。

このとき、例えば取付治具２が既に傾いている場合には、物体検出部１も当然に傾くことから、傾斜補正制御部１８による補正量αの算出に、物体検出部１の傾きが考慮される。取付治具２の正確な傾き角度が記憶部２１に記憶されている場合、傾斜補正制御部１８は、記憶部２１から読み出された当該傾き角度を考慮して、補正量αを算出する構成であっても良い。また、物体検出部１にＩＭＵが備えられている場合、傾斜補正制御部１８は、物体検出部１のＩＭＵによって検出された傾き角度を考慮して補正量αを算出する構成であっても良い。なお、傾斜補正制御部１８は、自動草刈走行の開始後においても、必要に応じて傾斜角度Ｉに基づいて補正量αを算出するように構成されている。

自動草刈走行が開始された後、物体検出部１は、草刈機３がライン走行経路Ｌに沿って自動草刈走行を行うように指示信号Ｔｃを出力し、距離センサ１１の走査によって草刈機３の反射部３４を追従する。しかし、法面の角度が一様でなく、法面上に凹凸が存在する場合も考えられ、この場合に草刈機３が急激に傾くことによって、物体検出部１が草刈機３を見失う虞がある。このため、草刈機３が急激に傾く場合であっても、物体検出部１が草刈機３をしっかりと追従可能なようにするために、反射部３４は下記のように構成されている。

図９に示されているように、反射部３４に複数の反射シート３９が備えられ、反射部３４の上端側から順に、横棒状の反射シート３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄ，３９ｅが、上下に並ぶ状態で備えられている。夫々の反射シート３９は、検出信号ＴＷが入斜した方向と同じ方向に反射信号ＲＷを反射するように構成されている。夫々の反射シート３９は、草刈機３の前後方向を長手方向として、夫々の反射シート３９の長手方向の長さが異なるように構成されている。本実施形態では、反射シート３９の長手方向の長さは、下側に位置する反射シート３９ほど、長くなるように構成されている。最も上側に位置する反射シート３９ａの長手方向の長さが、反射シート３９の中で最も短く、最も下側に位置する反射シート３９ｅの長手方向の長さが、反射シート３９の中で最も長い。

図１０に示されているように、距離センサ１１は、走査角度をΔθずつ変化させながら走査することによって、反射シート３９から複数の反射信号ＲＷを取得する。当該複数の反射信号ＲＷと走査角度とに基づいて三角関数等で反射シート３９の長手方向の長さの近似値が算出可能である。このため、夫々の反射シート３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄ，３９ｅにおける長手方向の長さの違いは、デコード部１１ｃによって算出可能なように構成されている。つまり、傾斜補正制御部１８は、夫々の反射シート３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄ，３９ｅを識別可能なように構成されている。

複数の反射シート３９のうち、最も上側に位置する反射シート３９ａの長さと、最も下側に位置する反射シート３９ｅの長さと、が最も大きく異なる。このため、傾斜補正制御部１８は、反射部３４の上側寄り又は下側寄りの何れを追従しているかを判定し易くなり、誤判定の虞を軽減できる。

傾斜補正制御部１８は、デコード部１１ｃによって算出された反射シート３９の長さから、夫々の反射シート３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄ，３９ｅのうち、どの反射シート３９であるかを識別する。本実施形態では、反射シート３９ｃが上下方向の中央に位置するため、反射シート３９ｃの位置する箇所が、上下方向の目標位置となる。反射シート３９ａ又は反射シート３９ｂが識別される場合、距離センサ１１の上下方向における走査範囲が草刈機３の上方寄りであることが、傾斜補正制御部１８によって判定される。このとき、傾斜補正制御部１８は、距離センサ１１が、より下向きに傾斜するように回転制御機構１２に対して補正量αを出力する。反射シート３９ｄ又は反射シート３９ｅが識別される場合、距離センサ１１の上下方向における走査範囲が草刈機３の下方寄りであることが、傾斜補正制御部１８によって判定される。このとき、傾斜補正制御部１８は、距離センサ１１が、より上向きに傾斜するように回転制御機構１２に対して補正量αを出力する。

このように、傾斜補正制御部１８は、夫々の反射シート３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄ，３９ｅにおける長手方向の長さの違いを識別し、上下方向における走査の中心位置が反射シート３９ｃとなるように、補正量αを算出する。これにより、距離センサ１１が反射部３４の上下方向中心を常に走査可能となり、草刈機３が急激に傾く場合であっても、物体検出部１が草刈機３を好適に追従できる。

また、傾斜補正制御部１８は、記憶部２１に記憶された過去の作業履歴情報から、草刈機３の傾斜角度Ｉの変動等を事前に予測可能なように構成されている。例えば、傾斜補正制御部１８は、過去に反射部３４が上下に大きく揺れた箇所で、補正量αをバイアス加算又はバイアス減算する。これにより、物体検出部１が、過去の自動草刈走行よりも好適に反射部３４を追従できる。

〔別実施形態〕
本発明は、上述の実施形態に例示された構成に限定されるものではなく、以下、本発明の代表的な別実施形態を例示する。

〔１〕上述した実施形態において、反射部３４は、草刈機３の側面に一つ設けられているが、反射部３４は、草刈機３の側面に二つ以上設けられる構成であっても良い。例えば、草刈機３の側面の前後端に反射部３４が夫々設けられる構成であっても良い。この構成であれば、前後夫々の反射部３４の位置座標に基づいて機体の進行方向や旋回方向の特定が可能になる。

〔２〕上述した実施形態において、反射部３４は、草刈機３の側面に設けられているが、反射部３４の前面又は後面に設けられる構成であっても良い。また、反射部３４が、前面及び後面と左右両側面とに設けられる構成であっても良い。この構成であれば、草刈機３が何れの方向を向いていても、物体検出部１は草刈機３の反射部３４を追従可能になる。

〔３〕上述した実施形態において、草刈機３は法面を自動草刈走行するように構成されているが、例えば、草刈機３は法面の下方の平坦状の地面を自動草刈走行する構成であっても良い。

〔４〕上述した実施形態において、記憶部２１は取付治具２に備えられ、物体検出部１が取付治具２に固定された状態で、物体検出部１は、記憶部２１からエリア情報及び作業履歴情報を読み出し可能であるが、上述した実施形態に限定されない。例えば、記憶部２１は不図示の管理コンピュータに備えられ、物体検出部１が、ＷＡＮ等を介してエリア情報及び作業履歴情報を読み出し可能な構成であっても良い。この構成によって、エリア情報の一元管理が容易になる。また、記憶部２１は、ＲＦＩＤタグに限定されず、半導体式記憶装置であったり、磁気式記憶装置であったり、光学式記憶装置であったりしても良い。

〔５〕上述した実施形態では、夫々の反射シート３９は、機体下側に位置するほど長手方向の長さが長い構成であるが、上述した実施形態に限定されず、例えば、夫々の反射シート３９は、機体上側に位置するほど長手方向の長さが長い構成であっても良い。

〔６〕上述した実施形態では、夫々のライン走行経路Ｌは、直線状のティーチング走行軌跡Ｔに基づいて設定されているが、曲線状のティーチング走行軌跡Ｔに基づいて設定されても良い。例えば図１１に示されているように、曲線状のティーチング走行軌跡Ｔに基づいて、ティーチング走行軌跡Ｔと平行な曲線状のライン走行経路Ｌが、等間隔に夫々設定される構成であっても良い。

〔７〕上述した実施形態では、反射部３４は、横長の反射シート３９が複数備えられているが、上述した実施形態に限定されない。例えば、図１２に示されているように、反射部３４が、草刈機３における物体検出部１の位置する側の側面から突出する状態で、円錐状に形成される構成であっても良い。円錐状の反射部３４は、機体水平方向の断面直径が上下方向で異なり、機体下側に位置するほど当該断面直径が大きい。このことから、距離センサ１１が機体水平方向に沿って走査したとき、円錐状の反射部３４のうち、走査した個所における当該断面直径が検出される構成であって良い。

〔８〕上述の実施形態では、草刈機３が草刈りを行いながら自動走行するものとして説明したが、草刈機３に限定されず、芝刈機やモアであっても良い。

本発明は、法面上に予め設定された走行エリア内を自動草刈走行する草刈機の自動走行システムに適用可能である。

１ ：物体検出部
２ ：取付治具
３ ：草刈機
１５ ：通信部
１６ ：走行経路設定部
１７ ：制御指示部
１８ ：傾斜補正制御部
２１ ：記憶部
３４ ：反射部
３６ ：通信部
３８ ：傾斜センサ
３９ ：反射シート
Ｉ ：傾斜角度
Ｌ ：ライン走行経路（走行経路）
Ｔ ：ティーチング走行軌跡
ＴＷ ：検出信号
ＲＷ ：反射信号

Claims (10)

1. 法面上に予め設定された走行エリア内を自動草刈走行する草刈機の自動走行システムであって、
   法面の最上端に設けられ、検出信号を送信し、前記検出信号に対する反射信号を取得して物体を検出する物体検出部と、
   前記草刈機における前記物体検出部の位置する側の側面に設けられ、前記物体検出部により検出される反射部と、
   前記物体検出部と前記草刈機との夫々に設けられた通信部と、
   前記走行エリアのエリア情報と、前記草刈機の作業履歴情報と、を記憶する記憶部と、
   前記草刈機の走行経路を設定する走行経路設定部と、
   前記草刈機に指示信号を送信する制御指示部と、
   が備えられ、
   前記物体検出部は、前記反射部を追従するように構成され、
   前記制御指示部は、前記物体検出部が取得した反射信号に基づいて前記草刈機の走行軌跡を算出して前記草刈機の走行軌跡と前記走行経路との誤差を算出し、前記誤差を減少させるように前記指示信号を生成し、
   前記草刈機は、前記指示信号によって前記走行経路に沿って自動草刈走行するように構成されている草刈機自動走行システム。
2. 前記草刈機に、前記草刈機の傾斜角度を検出する傾斜センサが備えられ、
   前記物体検出部に、前記傾斜センサが検出した傾斜角度と一致するように、前記物体検出部の角度調整を行う傾斜補正制御部が備えられている請求項１に記載の草刈機自動走行システム。
3. 前記反射部に、横長の反射シートが上下に並ぶ状態で複数備えられ、
   夫々の前記反射シートは、互いに長手方向の長さが異なる請求項１又は２に記載の草刈機自動走行システム。
4. 夫々の前記反射シートは、機体下側に位置するほど長手方向の長さが長い請求項３に記載の草刈機自動走行システム。
5. 法面の最上端に前記物体検出部を固定する取付治具が設けられ、
   前記物体検出部は、前記取付治具に着脱可能なように構成されている請求項１から４の何れか一項に記載の草刈機自動走行システム。
6. 前記記憶部は、前記取付治具に設けられ、
   前記物体検出部が前記取付治具に固定された状態で、前記エリア情報及び前記作業履歴情報が、前記記憶部から前記物体検出部に読み出し可能なように構成されている請求項５に記載の草刈機自動走行システム。
7. 前記エリア情報及び前記作業履歴情報が、前記物体検出部から前記記憶部に記憶可能なように構成されている請求項６に記載の草刈機自動走行システム。
8. 前記走行経路設定部は、前記草刈機の人為操作によるティーチング走行軌跡に基づいて、前記ティーチング走行軌跡に平行な複数のライン走行経路を生成する請求項１から７の何れか一項に記載の草刈機自動走行システム。
9. 前記複数のライン走行経路は、前記ティーチング走行軌跡よりも法面の下方側に、平行に並んだ状態で位置する請求項８に記載の草刈機自動走行システム。
10. 前記ティーチング走行軌跡及び前記複数のライン走行経路は、前記記憶部に前記作業履歴情報として記憶され、
    前記走行経路設定部は、前記作業履歴情報に基づいて前記ティーチング走行軌跡を前記ライン走行経路として再現可能であり、かつ、前記複数のライン走行経路を再現可能である請求項８又は９に記載の草刈機自動走行システム。

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