JP7218265B2

JP7218265B2 - 自動走行式のロボット作業機

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Publication number: JP7218265B2
Application number: JP2019177044A
Authority: JP
Inventors: 英毅稲葉; 大祐石平; 遥山本
Original assignee: Yamabiko Corp
Current assignee: Yamabiko Corp
Priority date: 2019-09-27
Filing date: 2019-09-27
Publication date: 2023-02-06
Anticipated expiration: 2039-09-27
Also published as: JP2021052614A

Description

本発明は、自動走行式のロボット作業機、例えば、ロボット芝刈機、ロボットゴルフボール収集機等に関する。

所定の走行範囲を自動走行しながら作業を行うロボット作業機が知られている。例えば、ロボット芝刈機では、所定の走行範囲をくまなく自動走行しながら、芝刈を行う。ロボット芝刈機が、木や柵等の障害物に衝突した場合、進行方向を変更して、芝刈を継続することが求められる。また、芝刈中のロボット芝刈機を人が持上げたとき、芝刈カッタが露出するため、ロボット芝刈機を停止させることが求められる。このため、ロボット芝刈機は、障害物に衝突したことを検出する機能と、持上げられたことを検出する機能を有している。具体的には、ロボット芝刈機は、作業本体部とカバー部を有しており、ロボット芝刈機が障害物に衝突したとき、カバー部が作業本体部に対して水平方向（走行面と平行な方向）に移動することを検出する。また、ロボット芝刈機は、それが持上げられたとき、カバー部が作業本体部に対して垂直方向に移動することを検出する。

国際公開第２０１６/１５０５１０号公報

従来のロボット作業機では、ロボット作業機が障害物に衝突したときの衝撃が大きいカバー部が作業本体部に対して水平方向だけでなく垂直方向にも移動することがある。この場合、ロボット作業機は、持上げられたことを検出したと判断し、ロボット作業機を停止させ、作業が中断する。

そこで、本発明は、衝突時と持上げ時を確実に区別することができる新規な構造を有するロボット作業機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明による自動走行式のロボット作業機は、走行可能な作業本体部と、作業本体部を覆うカバー部と、作業本体部とカバー部を連結する連結構造ユニットと、を有し、連結構造ユニットは、カバー部を持上げたとき、カバー部が作業本体部に対して上方向に移動し、ロボット作業機が走行中に障害物に衝突したとき、カバー部が作業本体部に対して実質的に横方向に移動するように構成され、更に、複数組の第１の磁石及び第１の検出部と、複数組の第２の磁石及び第２の検出部と、第１の検出部及び第２の検出部に接続されたコントローラと、を有し、第１の磁石は、作業本体部とカバー部の一方に取付けられ、第１の検出部は、作業本体部とカバー部の他方に取付けられ且つ第１の磁石を検出し、第２の磁石は、作業本体部とカバー部の一方に取付けられ、第２の検出部は、作業本体部とカバー部の他方に取付けられ且つ第２の磁石を検出し、第１の検出部の上下方向の検出範囲は、第２の検出部の上下方向の検出範囲とほぼ等しく、第１の磁石の横方向の寸法は、第２の磁石の横方向の寸法よりも大きく、コントローラは、第１の検出部が第１の磁石を検出し、且つ、第２の検出部が第２の磁石を検出しているとき、カバー部が作業本体部に対する通常位置にあると判断し、コントローラは、複数の第１の検出部及び複数の第２の検出部のうちの隣接した少なくとも２つが第１の磁石及び／又は第２の磁石を検出していないとき、カバー部が作業本体部に対して上方向に移動した位置にあると判断し、コントローラは、第１の検出部が第１の磁石を検出し、且つ、第２の検出部が第２の磁石を検出していないとき、カバー部が作業本体部に対して横方向に移動した位置にあると判断する、ことを特徴とする。

このように構成された自動走行式のロボット作業機では、複数組の第１の磁石及び第１の検出部と、複数組の第２の磁石及び第２の検出部が設けられる。第１の磁石は、作業本体部とカバー部の一方に取付けられ、第１の磁石を検出する第１の検出部は、作業本体部とカバー部の他方に取付けられる。また、第２の磁石は、作業本体部とカバー部の一方に取付けられ、第２の磁石を検出する第２の検出部は、作業本体部とカバー部の他方に取付けられる。第１の検出部の上下方向の検出範囲は、第２の検出部の上下方向の検出範囲とほぼ等しく、第１の磁石の横方向の寸法は、第２の磁石の横方向の寸法よりも大きい。それにより、コントローラは、第１の検出部が第１の磁石を検出し、且つ、第２の検出部が第２の磁石を検出しているとき、カバー部が作業本体部に対する通常位置にあると判断し、複数の第１の検出部及び複数の第２の検出部のうちの隣接した少なくとも２つが第１の磁石及び／又は第２の磁石を検出していないとき、カバー部が作業本体部に対して上方向に移動した位置にあると判断し、第１の検出部が第１の磁石を検出し、且つ、第２の検出部が第２の磁石を検出していないとき、カバー部が作業本体部に対して横方向に移動した位置にあると判断する。このように、第１の検出部が第１の磁石を検出しているか否かと、第２の検出部が第２の磁石を検出しているか否かとの組合せにより、衝突時か持上げ時かを確実に区別することができる。

本発明によるロボット作業機の実施形態において、好ましくは、複数組の第１の磁石及び第１の検出部の各組と複数組の第２の磁石及び第２の検出部の各組は、ロボット作業機の周方向に交互に配置され、第１の検出部のうちの少なくとも１つが第１の磁石を検出しておらず、且つ、それに隣接した第２の検出部が第２の磁石を検出していないとき、カバー部が作業本体部に対して上方向に移動した位置にあると判断する。

このように構成されたロボット作業機では、コントローラは、すべての第１の検出部及びすべての第２の検出部における検出の有無を判断するロジックを採用してもよいし、第１の検出部と第２の検出部が必ず隣接しているため、第１の検出部のうちのいずれかにおいて第１の磁石を検出していないこと及び第２の検出部のうちのいずれかにおいて第２の磁石を検出していないことを判断するロジックを採用してもよい。

ロボット芝刈機の概略的な斜視図である。ロボット芝刈機の断面図である。ロボット芝刈機の平面図である。連結構造ユニット、磁石、検出部の断面図である。通常位置にある連結構造ユニット、磁石、検出部の断面図である。持上げ位置にある連結構造ユニット、磁石、検出部の断面図である。衝突位置にある連結構造ユニット、磁石、検出部の断面図である。

以下、図面を参照して、本発明による自動走行式のロボット作業機の実施形態であるロボット芝刈機を説明する。

図１に示すように、ロボット芝刈機１は、走行可能な作業本体部２と、作業本体部２を覆うカバー部４を有する。

図２に示すように、作業本体部２は、フレーム６と、フレーム６に取付けられた走行部８及び作動部１０を有する。走行部８は、２つの後輪８ａと、２つの前輪８ｂと、後輪８ａを駆動する電気モータ８ｃを有する。作動部１０は、芝刈カッタ１０ａと、芝刈りカッタ１０ａを駆動する電気モータ１０ｂを有する。

カバー部４は、作業本体部２全体を上から覆っており、作業者等が芝刈カッタ１０ａに触れることを防止する。カバー部４と走行面Ｇとの間の隙間ｄ１は、ロボット作業機１を持上げるときに指を入れることができるが、指の先は、芝刈カッタ１０ａには届かないように定められる。

ロボット芝刈機１は、更に、作業本体部２とカバー部４を連結する連結構造ユニット１２を有する。連結構造ユニット１２は、カバー部４を作業本体部２に対して上方向に移動可能に且つ横方向に移動可能に連結するように構成される。本実施形態では、ロボット芝刈機１は、４つの連結構造ユニット１２を有する（図３参照）。図４に示すように、連結構造ユニット１２は、作業本体部２に取付けられる本体連結部１６と、カバー部４に取付けられるカバー連結部１４を有する。

カバー連結部１４は、好ましくは、樹脂等の材料で作られ、上下方向に延びるシャフト部１４ａと、シャフト部１４ａの上端に連結された平板状のブラケット１４ｂと、シャフト部１４ａの下端に連結された半球形状の拡張部１４ｃを含む。シャフト部１４ａと拡張部１４ｃとの間の段差は、環状の上面１４ｄを構成する。

本体連結部１６は、好ましくは、ゴム等の弾性部材で作られ、作業本体部２に固定される底部１６ａと、横方向に弾性変形可能な中間部１６ｂと、シャフト部１４ａを上下方向に摺動可能に受入れる頭部１６ｃを有する。

頭部１６ｃは、比較的剛性である下側の拡径フランジ部１８ａと、比較的弾性である上側のアタッチメント１８ｂを有する。アタッチメント１８ｂは、円錐台形であり、拡張部１４ｃを受入れる部屋１８ｃと、シャフト部１４ａを上下方向に摺動可能に受入れる孔１８ｄを有する。部屋１８ｃは、ブラケット１４ｂが頭部１６ｃに当接するまで下降できる大きさを有する。アタッチメント１８ｂは、更に、環状の上面１４ｄと当接する環状の下面１８ｅを孔１８ｄに隣接して有し、シャフト部１４ａの上方向の移動を制限する（図６参照）。また、カバー連結部１４は、本体連結部１６に取外し可能に取付けられる。具体的には、拡張部１４ｃ及び比較的弾性であるアタッチメント１８ｂは、孔１８ｄを拡張させて、拡張部１４ｃを部屋１８ｃに入れたり部屋１８ｃから出したりすることが可能であるように構成される。好ましくは、アタッチメント１８ｂは、拡張部１４ｃを部屋１８ｃに入れることを容易にする傾斜面１８ｆを孔１８ｄに隣接して有する。

中間部１６ｂは、薄肉の筒状であり、拡径フランジ部１８ａよりも小さい外径を有する。また、中間部１６ｂは、容易に横方向に変形可能であるように比較的弾性である。変形を促進するために、周方向の溝２０ａを設けてもよい。一方、中間部１６ｂが折れ曲がることを防止するために、上下方向に延びるリブ２０ｂを設けてもよい。

底部１６ａは、比較的剛性であり、筒状である。底部１６ａは、拡径フランジ部１８ａと略同じ外径と、雄のネジ山２２ａと、中間部１６ｂと略同じ内径を有する。

作業本体部２は、本体連結部１６の中間部１６ｂの横方向の変形を制限するストッパ又は壁２４を有する。具体的には、作業本体部２は、底部１６ａの雄のネジ山２２ａと螺合する雌のネジ山２６ａと、本体連結部１６を収容する円筒形の空間２６ｂを構成する壁２４を有する。壁２４と拡径フランジ１８ａの間の隙間ｄ２は、拡径フランジ１８ａの横方向の移動を制限するように定められ、それにより、壁２４は、ストッパとして機能する。

ロボット芝刈機１は、更に、図４に示すように、作業本体部２に取付けられた第１の磁石３０及び第２の磁石３２と、カバー部４に取付けられた第１の検出部３４及び第２の検出部３６を有し、第１の検出部３４は、第１の磁石３０を検出し、第２の検出部３６は、第２の磁石３２を検出する。ロボット芝刈機１は、更に、第１の検出部３４及び第２の検出部３６に接続されたコントローラ３８を有する。このコントローラ３８は、電気モータ８ｃ、１０ｂにも接続され、これらの電気モータ８ｃ、１０ｂを制御する。

第１の検出部３４は、上下方向の検出範囲ｄ３１と、横方向の検出範囲ｄ４１を有する。第２の検出部３６は、上下方向の検出範囲ｄ３２と、横方向の検出範囲ｄ４２を有する。第１の検出部３４の上下方向の検出範囲ｄ３１は、第２の検出部３６の上下方向の検出範囲ｄ３２とほぼ等しい。また、第１の検出部３４の横方向の検出範囲ｄ４１は、第２の検出部３６の横方向の検出範囲ｄ４２とほぼ等しい。したがって、第１の検出部３４及び第２の検出部３６を同じ構成要素で構成することができ、例えば、同じ基板４０に搭載される。第１の検出部３４及び第２の検出部３６は、例えば、ホールセンサである。ホールセンサは、３次元センサである必要はなく、上記検出範囲ｄ３１、ｄ３２、ｄ４１、ｄ４２に磁石３０、３２があるかないかを検出できればよい。

また、第１の磁石３０の横方向の寸法ｄ５１は、第２の磁石３２の横方向の寸法ｄ５２よりも大きい。

図３に示すように、複数組の第１の磁石３０及び第１の検出部３４と、複数組の第２の磁石３２及び第２の検出部３６が配置されている。かかる配置は、カバー部４の一部分を持上げたときに、隣接した少なくとも２組の磁石及び検出部において、検出部３４、３６が磁石３０、３２を検出しなくなるように定められるのがよい。かかる２組は、２組の第１の磁石３０及び第１の検出部３４であってもよいし、２組の第２の磁石３２及び第２の検出部３６であってもよいし、１組の第１の磁石３０及び第１の検出部３４と１組の第２の磁石３２及び第２の検出部３６であってもよい。本実施形態では、２組の第１の磁石３０及び第１の検出部３４と２組の第２の磁石３２及び第２の検出部３６が、ロボット芝刈機１の周方向に交互に配置されている。具体的には、２組の第１の磁石３０及び第１の検出部３４が、ロボット芝刈機１の左側及び右側に配置され、２組の第２の磁石３２及び第２の検出部３６が、ロボット芝刈機１の前側及び後側に配置されている。

次に、本発明によるロボット芝刈機の作動を説明する。

通常の作動状態では、すべての連結構造ユニット１２において、図５に示すように、ブラケット１４ｂがアタッチメント１８ｂに当接し、平面視において、頭部１６ｃが空間２６ｂの略中心に位置し、かくして、カバー連結部１４は、本体連結部１６に対する通常位置にある。このとき、すべての（２つの）第１の検出部３４は、それぞれの第１の磁石３０を検出し、すべての（２つの）第２の検出部３６は、それぞれの第２の磁石３２を検出している。それにより、コントローラ３８は、カバー部４が作業本体部２に対する通常位置にあると判断し、芝刈作業を継続する。

カバー部４全体を持ち上げたとき、すべての連結構造ユニット１２において、図６に示すように、ブラケット１４ｂ及びシャフト部１４ａが頭部１６ｃに対して上方向に摺動する。それにより、カバー部４全体は、作業本体部２に対して上方向に移動する。このとき、第１の検出部３４の上下方向の検出範囲ｄ３１が第２の検出部３６の上下方向の検出範囲ｄ４１と等しいので、すべての（２つの）第１の検出部３４は、第１の磁石３０を検出しておらず、また、すべての（２つの）第２の検出部３６は、第２の磁石３２を検出していない。これにより、コントローラ３８は、カバー部４が作業本体部２に対して上方向に移動した位置、すなわち、持上げ位置にあると判断し、すべての電気モータ８ｃ、１０ｂを停止させ、作業者の安全を確保する。

また、カバー部４の一部、例えば前部を持ち上げたとき、持上げ箇所の近くのブラケット１４ｂ及びシャフト部１４ａが頭部１６ｃに対して上方向に摺動する。それにより、カバー部４の前部は、作業本体部２に対して上方向に移動する。その他のブラケット１４ｂはアタッチメント１８ｂに当接したままである。このとき、左側と右側の第１の検出部３４と前側の第２の検出部３６がそれぞれ、左側と右側の第１の磁石３０と前側の第２の磁石３２を検出しなくなる。これにより、コントローラ３８は、カバー部４が作業本体部２に対して上方向に移動した位置、すなわち、持上げ位置にあると判断し、すべての電気モータ８ｃ、１０ｂを停止させ、作業者の安全を確保する。

また、カバー部４の一部、例えば右前部を持ち上げたとき、持上げ箇所の近くのブラケット１４ｂ及びシャフト部１４ａが頭部１６ｃに対して上方向に摺動する。それにより、カバー部４の右前部は、作業本体部２に対して上方向に移動する。このとき、右側の第１の検出部３４と前側の第２の検出部３６がそれぞれ、右側の第１の磁石３０と前側の第２の磁石３２を検出しなくなる。これにより、コントローラ３８は、カバー部４が作業本体部２に対して上方向に移動した位置、すなわち、持上げ位置にあると判断し、すべての電気モータ８ｃ、１０ｂを停止させ、作業者の安全を確保する。

ロボット作業機が走行中に障害物に衝突したとき、すべての連結構造ユニット１２において、図７に示すように、ブラケット１４ｂがアタッチメント１８ｂに当接したまま中間部１６ｂが横方向（走行面Ｇと平行な方向）に弾性変形する。それにより、カバー部４が作業本体部２に対して実質的に横方向に移動する。このとき、第１の磁石３０の横方向の寸法ｄ５１が第２の磁石３２の横方向寸法ｄ５２よりも大きいので、すべての（２つの）第１の検出部３４は、それぞれの第１の磁石３０を検出しているが、すべての（２つの）第２の検出部３６は、それぞれの第２の磁石３２を検出していない。これにより、コントローラ３８は、カバー部４が作業本体部２に対して横方向に移動した位置、すなわち、衝突位置にあると判断し、ロボット芝刈機１の向きを変え、芝刈作業を継続する。このように、コントローラ３８は、第１の検出部３４が第１の磁石３０を検出しているか否かと、第２の検出部３６が第２の磁石３２を検出しているか否かとの組合せにより、カバー部４が作業本体部２に対して衝突位置にあるか否かを判断するロジックを有するのがよい。

上述したように、ばね等を使用しない簡易な２つの構成要素（カバー連結部１４及び本体連結部１６）を用いることにより、衝突時と持上げ時のカバー部４と作業本体部２の相対移動を確実に区別することができる。また、簡易な構造の磁石と検出部の組合せを２種類設けることにより、衝突時と持上げ時のカバー部４と作業本体部２の相対移動を確実に区別して検出することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

上記実施形態では、第１の磁石３０及び第２の磁石３２が作業本体部２に取付けられ、第１の検出部３４及び第２の検出部３６がカバー部４に取付けられていたけれども、第１の磁石３０及び／又は第２の磁石３２がカバー部４に取付けられ、第１の検出部３４及び／又は第２の検出部３６が作業本体部２に取付けられてもよい。

上記実施形態では、第１の磁石３０及び第１の検出部３４の組と第２の磁石３２及び第２の検出部３６の組が、ロボット芝刈機１の周方向に交互に配置されていた。これは、ロボット芝刈機１がどの方向に衝突しても一様な検出を確保するためである。しかしながら、衝突を検出することができれば、連結構造ユニット１２、第１の磁石３０、第２の磁石３２、第１の検出部３４、及び第２の検出部３６の個数及び配置は、任意であり、ロボット作業機１に合わせて適宜定められる。

本実施形態では、自動走行式のロボット作業機は、ロボット芝刈機であったが、ロボットゴルフボール収集機等であってもよい。

連結構造ユニット１２は、上記説明した構成に限られず、作業本体部に対するカバー部の上方向移動と横方向移動が区別できる範囲内で、従来の構成を採用してもよい。

１ロボット作業機
２作業本体部
４カバー部
１２連結構造ユニット
１４カバー連結部
１４ａシャフト部
１６本体連結部
１６ａ底部
１６ｂ中間部
１６ｃ頭部
２４ストッパ
３０第１の磁石
３２第２の磁石
３４第１の検出部
３６第２の検出部
３８コントローラ
ｄ３１第１の検出部の上下方向の検出範囲
ｄ３２第２の検出部の上下方向の検出範囲
ｄ５１第１の磁石の横方向の寸法
ｄ５２第２の磁石の横方向の寸法

Claims

自動走行式のロボット作業機（１）あって、
走行可能な作業本体部（２）と、前記作業本体部（２）を覆うカバー部（４）と、前記作業本体部（２）と前記カバー部（４）を連結する連結構造ユニット（１２）と、を有し、
前記連結構造ユニット（１２）は、前記カバー部（４）を持上げたとき、前記カバー部（４）が前記作業本体部（２）に対して上方向に移動し、前記ロボット作業機（１）が走行中に障害物に衝突したとき、前記カバー部（４）が前記作業本体部（２）に対して実質的に横方向に移動するように構成され、
更に、複数組の第１の磁石（３０）及び第１の検出部（３４）と、複数組の第２の磁石（３２）及び第２の検出部（３６）と、前記第１の検出部（３４）及び前記第２の検出部（３６）に接続されたコントローラ（３８）と、を有し、
前記第１の磁石（３０）は、前記作業本体部（２）と前記カバー部（４）の一方に取付けられ、前記第１の検出部（３４）は、前記作業本体部（２）と前記カバー部（４）の他方に取付けられ且つ前記第１の磁石（３０）を検出し、
前記第２の磁石（３２）は、前記作業本体部（２）と前記カバー部（４）の一方に取付けられ、前記第２の検出部（３６）は、前記作業本体部（２）と前記カバー部（４）の他方に取付けられ且つ前記第２の磁石（３２）を検出し、
前記第１の検出部（３４）の上下方向の検出範囲（ｄ３１）は、前記第２の検出部（３６）の上下方向の検出範囲（ｄ３２）とほぼ等しく、前記第１の磁石（３０）の横方向の寸法（ｄ５１）は、前記第２の磁石（３２）の横方向の寸法（ｄ５２）よりも大きく、
前記コントローラ（３８）は、前記第１の検出部（３４）が前記第１の磁石（３０）を検出し、且つ、前記第２の検出部（３６）が前記第２の磁石（３２）を検出しているとき、前記カバー部（４）が前記作業本体部（２）に対する通常位置にあると判断し、
前記コントローラ（３８）は、隣接した少なくとも２つの前記第１の検出部（３４）及び／又は前記第２の検出部（３６）が、それぞれの前記第１の磁石（３０）及び／又は前記第２の磁石（３２）を検出していないとき、前記カバー部（４）が前記作業本体部（２）に対して上方向に移動した位置にあると判断し、
前記コントローラ（３８）は、前記第１の検出部（３４）が前記第１の磁石（３０）を検出し、且つ、前記第２の検出部（３６）が前記第２の磁石（３２）を検出していないとき、前記カバー部（４）が前記作業本体部（２）に対して横方向に移動した位置にあると判断する、ことを特徴とするロボット作業機（１）。
前記複数組の第１の磁石（３０）及び第１の検出部（３４）の各組と前記複数組の第２の磁石（３２）及び第２の検出部（３６）の各組は、ロボット作業機（１）の周方向に交互に配置され、前記第１の検出部（３４）のうちの少なくとも１つが前記第１の磁石（３０）を検出しておらず、且つ、それに隣接した前記第２の検出部（３６）が前記第２の磁石（３２）を検出していないとき、前記カバー部（４）が前記作業本体部（２）に対して上方向に移動した位置にあると判断する、ことを特徴とする請求項１に記載のロボット作業機（１）。