JP7288416B2 - 自律作業システム、自律作業設定方法、およびプログラム - Google Patents
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Description
例えば、複数のトラクタに圃場で自律作業させる場合に、作業台数の変更に応じて作業様態と作業経路を変更するシステムが提案されている(例えば特許文献1参照)。
(2)によれば、複数の作業機の性能に基づいて合わせるようにしたので、複数の作業機で作業を行う際に作業効率を最大化することができる。
(3)によれば、作業領域に障害物が存在した場合に、複数の作業機の作業領域を変更するようにしたので、複数の作業機で作業を行う際に作業効率を最大化することができる。
(4)によれば、複数の作業機の性能に基づいて作業領域を設定するようにしたので、複数の作業機で作業を行う際に作業効率を最大化することができる。
自律作業システム1の構成例を説明する。
図1は、本実施形態に係る自律作業システム1の構成例を示すブロック図である。図1のように、自律作業システム1は、第1の作業機2-1(第1作業機)、第2の作業機2-2(第2作業機)、撮影装置3、およびサーバー4(設定装置)を備えている。なお、以下の説明において、第1の作業機2-1、第2の作業機2-2のうち、いずれかを特定しない場合は、作業機2という。自律作業システム1は、少なくとも2つの作業機2を備えている。なお、自律作業システム1は、スマートフォンまたはタブレット端末等の端末5を備えていてもよい。
次に、作業機2について説明する。
作業機2は、芝草を刈るように自主的に走行可能な無人走行式芝刈機(いわゆる、ロボット式芝刈機)である。以下の説明では、第1の作業機2-1の方が、第2の作業機2-2より作業能力が大きい例を説明する。第1の作業機2-1は、例えば、障害物が少なく、変形領域がない作業領域の中心領域の作業に適している。第2の作業機2-2は、小回りがきくため、例えば、作業領域の周辺領域や、障害物がある領域等の作業に適している。
なお、センサ202は、カメラを備えていてもよい。
制御部205は、位置検出部204が検出した位置情報を、通信部203とネットワークNWを介して、サーバー4に送信するようにしてもよい。
次に、撮影装置3について説明する。
撮影装置3は、例えば、ドローン、または衛星カメラである。撮影装置3がドローンの場合、撮影装置3は、不図示のプロペラ、モータ、駆動部等も備えている。
次に、サーバー4について説明する。
サーバー4は、撮影装置3が撮影した画像に基づいて作業領域の地図情報を作成する。サーバー4は、地図情報と作業機2に関する作業機情報を用いて、作業機2それぞれの作業情報を作成して、作成した作業情報を作業機2に送信する。なお、作業機情報には、例えば、作業機2の使用可能時間または電源が有するバッテリの容量、芝刈性能(最大作業エリア、刈り取れる芝高さ範囲、刈り取れる刈幅、最大登坂能力等)が含まれている。
次に、作業機の外観例を説明する。図2は、本実施形態に係る作業機2の側面図である。
図2のように、作業機2は、フレーム252bと、シャーシ252aと、シャーシ252aの前部に備えた左右の前輪209aと、シャーシ252aの後部に備えた左右の後輪209bと、センサ202と、制御部205と、車輪駆動用モータ208aと、ブレードカッター駆動用モータ208bと、ブレードカッター210と、を含む。
次に、作業領域の例を説明する。
図3は、全作業領域500の例を示す図である。全作業領域500は、例えば公園である。図3に示すように、全作業領域500は、横長の形状であり、中心部501と、長手方向に凹凸があり突起部502~508を有している。
また、中心部501には、樹木511が植えられている。
まず、撮影装置3が行う作業手順例を説明する。
図5は、本実施形態に係る撮影装置3が行う作業手順のフローチャートである。
(ステップS2)GPS受信機34は、所定の時間間隔毎に位置情報を取得する。
(ステップS4)制御部32は、所定の時間間隔毎に画像に位置情報と検出値を関連付けた撮影情報を、通信部31とネットワークNWを介してサーバー4へ送信する。
図6は、撮影された画像の変換を説明するための図である。
撮影部33で撮影された画像は、撮影部33が有するレンズの中心を視点とする中心投影(g12)の画層g11である。このため、レンズの中心から対象物までの距離の違いにより、画像上の像に位置ズレが生じる。g12のように画像に写る対象物が地面から高いほど、また画像の中心から周縁部に向かうほど、この位置ズレは大きくなる。ドローンによって上空から撮影した空中写真では、土地の起伏(高低差)による位置ズレが生じる。
(ステップS11)制御部42は、撮影装置3が撮影した撮影情報を、ネットワークNWと通信部41を介して取得し、取得した画像情報を記憶部43に記憶させる。
次に、サーバー4が行う作業機2毎の作業領域の設定方法例を説明する。
なお、以下の説明では、作業機2が2つ(第1の作業機2-1、第2の作業機2-2)の例を説明する。図8は、本実施形態に係るサーバー4が行う作業機2毎の作業領域の設定手順のフローチャートである。
制御部42は、第2の作業領域R2を、第2の作業領域R21と第3の作業領域R22に分割する。制御部42は、第2の作業領域R21の作業を第2の作業機2-21に割り当て、第3の作業領域R22の作業を第3の作業機2-22に割り当てる。
制御部42は、第1の作業領域R1に対する第1の作業機2-1による第1の作業時間T1を算出する。制御部42は、第2の作業領域R21に対する第2の作業機2-21による第2の作業時間T21を算出し、第3の作業領域R22に対する第3の作業機2-22による第3の作業時間T22を算出する。
なお、複数の作業機2が、例えば3つの場合、3つの作業機2それぞれの性能は異なっていてもよい。このような場合、制御部42は、例えば刈幅が大きい順に作業領域を割り当てるようにしてもよく、刈幅が小さい順に作業領域を仮に割り当てるようにしてもよい。
時刻t0において、第1の作業機2-1と第2の作業機2-2それぞれは、サーバー4が送信した作業情報を、ネットワークNWを介して受信する。なお、作業情報には、送信相手を識別するための識別情報が含まれ、識別情報は、第1の作業機2-1の記憶部206-1が記憶し、第2の作業機2-2の記憶部206-2が記憶している。そして、制御部205-nは、受信した作業情報に含まれる識別子に基づいて自装置に対する作業情報を取得する。
公園などの芝刈り作業は、例えば芝刈り業者に委託する場合がある。このような場合、業者は、作業に必要な芝刈機を、例えばトラックで搬送する。業者は、所有している芝刈機を有効活用したい。このため、第1の作業機2-1と第2の作業機2-2を公園へ搬送した場合、例えば第1の作業機2-1が先に作業が終了した場合に、委託を受けている他の公園等に第1の作業機2-1だけを搬送するのは効率が悪い。第1の作業機2-1と第2の作業機2-2の作業がほぼ同時に終了すれば、業者は2つの作業機2を一緒に他の公園等へ搬送して、作業を行うことができる。
このため、本実施形態では、複数の作業機2の作業時間をほぼ同じ時刻にするように作業領域を設定する。これにより、本実施形態によれば、複数の装置で作業を行う際に作業効率を最大化することができる。
以下では、実施形態の変形例を説明する。
作業領域内には、例えばドローンによって撮影した画像に基づいて地図を作成する際には無かった障害物(落とし物等)が作業時に存在する場合もありえる。このような場合、作業機2は、センサ202によって検出した検出値を、ネットワークNWを介してサーバー4へ送信するようにしてもよい。
サーバー4は、作業機2からこのような障害物に関する情報を受信した場合、作業領域を修正し、作業情報も修正するようにしてもよい。そして、サーバー4は、修正した作業情報を、ネットワークNWを介して作業機2へ送信するようにしてもよい。
これにより、本実施形態によれば、地図作製後に障害物の増加等の作業領域に変化が生じた場合であっても、作業領域を適切に設定することができる。
本実施形態では、例えば撮影装置3がドローン等である例を説明したが、これに限らない。撮影装置3は、例えば第1の作業機2-1と第2の作業機2-2のうち少なくとも1つが備えていてもよい。この場合、作業機2は撮影した画像に位置情報を関連付けて、ネットワークNWを介してサーバー4へ送信するようにしてもよい。そして、サーバー4は、例えばHector SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)法(例えば参考文献1参照)を用いて、二次元地図情報の生成を行うようにしてもよい。
地図作成機能や作業能力の割り当て作業をサーバー4が行う例を説明したが、これに限らない。地図作成機能や作業能力の割り当て作業は、例えば作業機2の親機、例えば第1の作業機2-1が行うようにしてもよい。この場合、第1の作業機2-1が、地図作成機能や作業能力の割り当て作業を行い、作業情報を他の作業機2に送信するようにしてもよい。
サーバー4は、芝の種類、芝の生育状態、季節、天候なども加味して、作業機2の作業時間の算出するようにしてもよい。
上述した例では、作業に用いる作業機2の台数を予め設定している例を説明したが、これに限らない。例えば、2つの作業機2を用いて、午前中にA公園の芝刈りを行い、午後にB公園の芝刈りを行うとする。A公園で作業を開始した後、障害物が増えていたり、または芝の生育状態が想定より成長していて刈る量が多い場合もある。このような場合、2つの作業機2では、午前中に作業を終えられない場合もある。
このような場合、作業機2それぞれは、位置検出部204が検出した位置情報を、作業時に所定の時間後とまたは所定時刻に、ネットワークNWを介して、サーバー4に送信するようにしてもよい。位置情報は、例えば障害物の存在する位置を示す障害物情報であってもよい。
これにより、作業の管理者または作業者は作業の終了予定時間または作業にかかる時間を確認することができるので、作業機2で行う作業のスケジュール設定(例えば午前中で作業が終了する場合、午後から別の作業のスケジュールを組む)が容易になる。
また、作業機2は、所定の領域を複数の作業機で作業を行う装置であってもよい。例えば、作業機2は、自走式の清掃ロボットであってもよく、工場内の自走式の搬送装置であってもよく、自走式の監視装置等であってもよい。
2,2-1,2-1,2-21,2-22,・・・,2-m…作業機、
3…撮影装置、
4…サーバー、
5…端末、
NW…ネットワーク、
31…通信部、32…制御部、33…撮影部、34…GPS受信部、35…センサ、
41…通信部、42…制御部、43…記憶部、
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223,223-1,223-2,・・・,223-n…リフトセンサ、
224,224-1,224-2,・・・,224-n…ジャイロセンサ、
R1,R2,R21,R22…作業領域、
T1,T2,T21,T22…作業時間
Claims (6)
- 第1作業機と、
第2作業機と、
設定装置を備え、
前記設定装置は、
全作業領域のうちの一部を前記第1作業機の作業を行う第1作業領域として設定し、前記第1作業機が前記第1作業領域の作業にかかる第1作業時間を算出し、
前記全作業領域のうちの第1作業領域以外を前記第2作業機が作業を行う第2作業領域として設定し、前記第2作業機が前記第2作業領域の作業にかかる第2作業時間を算出し、
前記第1作業時間と前記第2作業時間との差が所定値以内となるように、前記第1作業領域と前記第2作業領域を変更し、
変更した前記第1作業領域に関する情報を前記第1作業機に送信し、
変更した前記第2作業領域に関する情報を前記第2作業機に送信する、
自律作業システム。 - 前記設定装置は、
前記第1作業機の作業能力と、前記第2作業機の作業能力を比較し、作業能力が大きい方を前記第1作業機に設定し、
前記第1作業機の作業能力に基づいて、前記第1作業領域の面積を設定する、
請求項1に記載の自律作業システム。 - 前記設定装置は、
前記第1作業機と前記第2作業機のうち少なくとも1つから障害物の位置を示す障害物情報を取得し、取得した障害物情報に基づいて、前記第1作業領域と前記第2作業領域を変更する、
請求項1または請求項2に記載の自律作業システム。 - 前記第1作業機と、前記第2作業機は、芝刈機であり、
前記設定装置は、
前記第1作業機の作業能力が、前記第2作業機の作業能力より大きい場合、少なくとも前記全作業領域の境界部を前記第2作業領域に設定する、
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の自律作業システム。 - 全作業領域のうちの一部を第1作業機の作業を行う第1作業領域として設定し、前記第1作業機が前記第1作業領域の作業にかかる第1作業時間を算出し、
前記全作業領域のうちの第1作業領域以外を第2作業機が作業を行う第2作業領域として設定し、前記第2作業機が前記第2作業領域の作業にかかる第2作業時間を算出し、
前記第1作業時間と前記第2作業時間との差が所定値以内となるように、前記第1作業領域と前記第2作業領域を変更し、
変更された前記第1作業領域に関する情報を前記第1作業機に送信し、
変更された前記第2作業領域に関する情報を前記第2作業機に送信する、
自律作業設定方法。 - コンピュータに、
全作業領域のうちの一部を第1作業機の作業を行う第1作業領域として設定させ、
前記第1作業機が前記第1作業領域の作業にかかる第1作業時間を算出させ、
前記全作業領域のうちの第1作業領域以外を第2作業機が作業を行う第2作業領域として設定させ、
前記第2作業機が前記第2作業領域の作業にかかる第2作業時間を算出させ、
前記第1作業時間と前記第2作業時間との差が所定値以内となるように、前記第1作業領域と前記第2作業領域を変更させ、
変更された前記第1作業領域に関する情報を前記第1作業機に送信さえ、
変更された前記第2作業領域に関する情報を前記第2作業機に送信させる、
プログラム。
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