JP7410150B2 - 自律作業機、自律作業機の制御方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、自律作業機、自律作業機の制御方法及びプログラムに関するものである。

特許文献１は、マーカを認識したら、ロボット車両に格納されたマーカの位置情報を読み出して、ロボット車両の現在位置を把握することを開示している。

米国特許第９４９７９０１号明細書

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、複数のマーカのそれぞれが区別可能な異なるマーカを用意する必要があり、マーカの調達コストが増大するという課題がある。

本発明は、上記課題の認識を契機として為されたものであり、個々に区別することが不要なマーカを使用して作業機を制御するための技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る自律作業機は、
作業エリア内で作業する自律作業機であって、
前記作業エリアを規定するために配置された複数のマーカを検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された前記複数のマーカの中から２つのマーカを隣接マーカとして特定する隣接マーカ特定手段と、
前記検出手段の検出結果に基づいてマーカ情報を特定する特定手段と、
前記特定手段により特定された前記マーカ情報に基づいて、前記複数のマーカのうち、前記隣接マーカ特定手段により前記隣接マーカとして特定された前記２つのマーカ間を結ぶ仮想ラインを設定する設定手段と、
前記設定手段により設定された前記仮想ラインよりも奥の領域へ前記自律作業機が逸脱しないように前記自律作業機を制御する制御手段と、
を備え、
各マーカは、隣接するマーカが存在する方向を指示する指標を備えており、
前記隣接マーカ特定手段は、第１のマーカの前記指標が指示する方向に存在する第２のマーカを前記隣接マーカとして特定することを特徴とする。

本発明によれば、個々に区別することが不要なマーカを使用して作業機を制御することが可能となる。

本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照とした以下の説明により明らかになるであろう。なお、添付図面においては、同じ若しくは同様の構成には、同じ参照番号を付す。

添付図面は明細書に含まれ、その一部を構成し、本発明の実施の形態を示し、その記述と共に本発明の原理を説明するために用いられる。
本発明の一実施形態に係る自律走行可能な作業機の外観図である。 本発明の一実施形態に係る作業機を側方から観察した図である。 本発明の一実施形態に係る制御システムの構成例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る仮想ラインの設定方法及び隣接マーカの判定方法の説明図である。 本発明の一実施形態に係る隣接マーカの判定方法の説明図である。 本発明の一実施形態に係る隣接マーカの判定方法の説明図である。 本発明の一実施形態に係る隣接マーカの判定方法の説明図である。 本発明の一実施形態に係る隣接マーカの判定方法の説明図である。 本発明の一実施形態に係る隣接マーカの判定方法の説明図である。 本発明の一実施形態に係る隣接マーカの判定方法の説明図である。 実施形態１に係る自律作業機が実施する処理手順を示すフローチャートである。 実施形態１に係る自律作業機が実施する処理手順を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る仮想ラインまでの距離の求め方の説明図である。 本発明の一実施形態に係る撮影画像の一例を示す図である。 実施形態２に係る自律作業機が実施する処理手順を示すフローチャートである。 実施形態２に係る自律作業機が実施する処理手順を示すフローチャートである。 実施形態３に係るマーカ位置をプロットした地図情報の一例を示す図である。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、各図面を通じて同一の構成要素に対しては同一の参照符号を付している。

（実施形態１）
図１は、本発明の一実施形態に係る自律走行可能な自律作業機の外観図である。以下では側面視における自律作業機の進行方向（車長方向）と、進行方向に直交する横方向（車幅方向）と、進行方向と横方向に直交する鉛直方向とを、それぞれ前後方向、左右方向、上下方向と定義し、それに従って各部の構成を説明する。

＜自律作業機の構成＞
図１において、符号１０は自律作業機（以下「作業車」という）を示す。作業車１０は、具体的には自律走行する芝刈機として機能する。但し、芝刈機は一例であり、他の種類の作業機械にも本発明を適用することができる。作業車１０は、複数のカメラ（第１のカメラ１１ａ、第２のカメラ１１ｂ）を含むカメラユニット１１を備えており、視差ある第１のカメラ１１ａ、第２のカメラ１１ｂにより撮影された画像を用いて、前方に存在する物体と、作業車１０との距離情報を算出して取得する。そして、撮影された画像と、予め保持されている物体認識モデルとに基づいて、作業車１０の動作を制御する。

図２は、該作業車１０を横方向（車幅方向）から観察した図である。図２に示されるように、作業車１０は、カメラユニット１１、車体１２、ステー１３、前輪１４、後輪１６、ブレード２０、作業モータ２２、モータ保持部材２３、ブレード高さ調節モータ１００、及び並進機構１０１を備えている。また、作業車１０は、走行モータ２６、各種のセンサ群Ｓ、電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）４４、充電ユニット３０、電池（バッテリ）３２、充電端子３４、通信部３５を備えている。

作業車１０の車体１２は、シャーシ１２ａと、該シャーシ１２ａに取り付けられるフレーム１２ｂとを有する。前輪１４は、前後方向においてシャーシ１２ａの前側にステー１３を介して固定される小径の左右２個の車輪である。後輪１６は、シャーシ１２ａの後側に取り付けられる大径の左右２個の車輪である。

ブレード２０は、シャーシ１２ａの中央位置付近に取り付けられる芝刈り作業用のロータリブレードである。作業モータ２２は、ブレード２０の上方に配置された電動モータである。ブレード２０は、作業モータ２２と接続されており、作業モータ２２によって回転駆動される。モータ保持部材２３は、作業モータ２２を保持する。モータ保持部材２３は、シャーシ１２ａに対して回転が規制されると共に、例えば、ガイドレールと、ガイドレールに案内されて上下に移動可能なスライダとの組み合せにより、上下方向の移動が許容されている。

ブレード高さ調節モータ１００は、接地面ＧＲに対するブレード２０の上下方向の高さを調節するためのモータである。並進機構１０１は、ブレード高さ調節モータ１００と接続されており、ブレード高さ調節モータ１００の回転を上下方向の並進移動に変換するための機構である。当該並進機構１０１は、作業モータ２２を保持するモータ保持部材２３とも接続されている。

ブレード高さ調節モータ１００の回転が並進機構１０１により並進移動（上下方向の移動）に変換され、並進移動はモータ保持部材２３に伝達される。モータ保持部材２３の並進移動（上下方向の移動）により、モータ保持部材２３に保持されている作業モータ２２も並進移動（上下方向の移動）する。作業モータ２２の上下方向の移動により、接地面ＧＲに対するブレード２０の高さを調節することができる。

走行モータ２６は、作業車１０のシャーシ１２ａに取り付けられている２個の電動モータ（原動機）である。２個の電動モータは、左右の後輪１６とそれぞれ接続されている。前輪１４を従動輪、後輪１６を駆動輪として左右の車輪を独立に正転（前進方向への回転）あるいは逆転（後進方向への回転）させることで、作業車１０を種々の方向に移動させることができる。

充電端子３４は、フレーム１２ｂの前後方向の前端位置に設けられた充電端子であり、充電ステーション（例えば、図３を参照して後述する充電ステーション３００）の対応する端子と接続することで、充電ステーションからの給電を受けることができる。充電端子３４は、配線を介して充電ユニット３０と接続されており、当該充電ユニット３０は電池（バッテリ）３２と接続されている。また、作業モータ２２、走行モータ２６、ブレード高さ調節モータ１００も電池３２と接続されており、電池３２から給電されるように構成されている。

ＥＣＵ４４は、回路基板上に構成されたマイクロコンピュータを含む電子制御ユニットであり、作業車１０の動作を制御する。ＥＣＵ４４の詳細は後述する。通信部３５は、作業車１０と有線又は無線で接続された外部機器（例えば、後述する充電ステーションや、ユーザが所持する通信端末、作業車１０を操作するためのリモートコントローラなど）に対して情報を送受信することができる。

図３は、本発明の一実施形態に係る制御システムの構成例を示す図である。制御システム１は、作業車１０と、充電ステーション３００とを含んで構成されている。なお、後述するユーザが所持する通信端末や作業車１０を操作するためのリモートコントローラをさらに含んでもよい。

図３に示されるように、作業車１０が備えるＥＣＵ４４は、ＣＰＵ４４ａと、Ｉ／Ｏ４４ｂと、メモリ４４ｃとを備えている。Ｉ／Ｏ４４ｂは、各種情報の入出力を行う。メモリ４４ｃは、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒy）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等である。メモリ４４ｃには、撮影画像、作業車１０の作業日程、作業エリアに関する地図情報や、作業車１０の動作を制御するための各種プログラムなどが記憶されている。ＥＣＵ４４は、メモリ４４ｃに格納されているプログラムを読み出して実行することにより、本発明を実現するための各処理部として動作することができる。

ＥＣＵ４４は各種のセンサ群Ｓと接続されている。センサ群Ｓは、方位センサ４６、ＧＰＳセンサ４８、車輪速センサ５０、角速度センサ５２、加速度センサ５４、電流センサ６２、及びブレード高さセンサ６４を含んで構成されている。

方位センサ４６及びＧＰＳセンサ４８は、作業車１０の向きや位置の情報を取得するためのセンサである。方位センサ４６は、地磁気に応じた方位を検出する。ＧＰＳセンサ４８は、ＧＰＳ衛星からの電波を受信して作業車１０の現在位置（緯度、経度）を示す情報を検出する。なお、ＧＰＳセンサ４８及び方位センサ４６に加えて、或いは、これらに代えて、オドメトリ、慣性計測装置（ＩＭＵ：Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）を備えていてもよい。

車輪速センサ５０、角速度センサ５２、及び加速度センサ５４は、作業車１０の移動状態に関する情報を取得するためのセンサである。車輪速センサ５０は、左右の後輪１６の車輪速を検出する。角速度センサ５２は、作業車１０の重心位置の上下方向の軸（鉛直方向のｚ軸）回りの角速度を検出する。加速度センサ５４は、作業車１０に作用するｘ，ｙ，ｚ軸の直交３軸方向の加速度を検出する。

電流センサ６２は、電池３２の消費電流（消費電力量）を検出する。消費電流（消費電力量）の検出結果はＥＣＵ４４のメモリ４４ｃに保存される。予め定められた電力量が消費され、電池３２に蓄積されている電力量が閾値以下になった場合、ＥＣＵ４４は、充電のために作業車１０を充電ステーション３００へ帰還させる帰還制御を行う。なお、メモリ４４ｃに日毎の作業スケジュールを保存しておき、その日に行うべき作業が完了したことに応じて帰還制御を行ってもよい。

ブレード高さセンサ６４は、接地面ＧＲに対するブレード２０の高さを検出する。ブレード高さセンサ６４の検出結果はＥＣＵ４４へ出力される。ＥＣＵ４４の制御に基づいて、ブレード高さ調節モータ１００が駆動され、ブレード２０が上下方向に上下して接地面ＧＲからの高さが調節される。

各種センサ群Ｓの出力は、Ｉ／Ｏ４４ｂを介してＥＣＵ４４へ入力される。ＥＣＵ４４は、各種センサ群Ｓの出力に基づいて、走行モータ２６、作業モータ２２、高さ調節モータ１００に対して電池３２から電力を供給する。ＥＣＵ４４は、Ｉ／Ｏ４４ｂを介して制御値を出力して走行モータ２６を制御することで、作業車１０の走行を制御する。また、Ｉ／Ｏ４４ｂを介して制御値を出力して高さ調節モータ１００を制御することで、ブレード２０の高さを調節する。さらに、Ｉ／Ｏ４４ｂを介して制御値を出力して作業モータ２２を制御することで、ブレード２０の回転を制御する。ここで、Ｉ／Ｏ４４ｂは、通信インタフェースとして機能することができ、ネットワーク１５０を介して有線又は無線で他の装置と接続することが可能である。

充電ステーション３００は、作業車１０のバッテリ（電池３２）を充電するための充電装置として機能する。作業エリアに設置されており、作業車１０は、充電ステーション３００へ帰還して、充電端子３４を充電ステーション３００と接続することにより充電を行うことができる。

＜仮想ラインの設定方法＞
図４Ａを参照して、本実施形態に係る仮想ラインの設定方法を説明する。仮想ラインとは、作業エリアを規定するために配置されたマーカ間を結ぶ仮想的な線である。図４Ａにおいて、４００は、作業車１０が作業を行う作業エリア（例えば庭）を含む領域（例えばユーザの所有する敷地全体）を示す。４０１ａ～４０１ｎは本実施形態に係るマーカである。これらのマーカ４０１ａ～４０１ｎにより囲まれるエリアが作業エリアとなる。作業車１０は、仮想ラインよりも奥の領域に逸脱しないように制御を行うことで、この作業エリアから逸脱しないように作業を行う。なお、地面に埋め込むタイプの既存のエリアワイヤを用いて敷地全体を区画し、敷地の一部にマーカを配置して非侵入のエリアを設けることにより、作業エリアを規定してもよい。すなわち、既存のエリアワイヤとマーカとを組み合わせて作業エリアを規定する場合にも本発明を適用することができる。

４０２は作業車１０の進行方向を示し、４０３は作業車１０がカメラユニット１１により認識可能な範囲（例えば画角範囲）を示す。図示の例では、認識可能な範囲にマーカ４０１ａ～４０１ｄの４つのマーカが含まれている。作業車１０は、マーカを認識したら、隣接する２つのマーカ間に仮想ライン（バーチャルワイヤ）を設定する。図示の例では、マーカ４０１ａとマーカ４０１ｂとの間に仮想ライン４１１を、マーカ４０１ｂとマーカ４０１ｃとの間に仮想ライン４１２を、マーカ４０１ｃとマーカ４０１ｄとの間に仮想ライン４１３を設定する。なお、例えばマーカ４０１ｂとマーカ４０１ｄとは隣接するマーカではないので仮想ラインを設定しない。

ここで、仮想ラインは直線に限定されるものではない。例えば、マーカ４０１ｉとマーカ４０１ｊとの間に設定された仮想ライン４３１のように滑らかな曲線であってもよい。

＜隣接マーカの判定方法１：マーカ間の距離＞
２つのマーカが隣接するマーカであるかどうかは、マーカを所定距離間隔で配置することを前提とした場合、マーカ間の距離に基づいて判定することができる。マーカ間の距離が所定距離範囲（例えば２．５ｍ～３．５ｍ）内であれば、隣接するマーカであると判定し、所定距離範囲外である場合には隣接するマーカではないと判定してもよい。図４Ａにおいて、ライン４１４の長さ（例えば４ｍ）は所定距離範囲外であるので、仮想ラインとして設定されることはない。これにより、マーカ４０１ｂ、マーカ４０１ｃ、マーカ４０１ｄを結ぶ三角形の領域で作業が行われないことを防止することができる。

このように、判定方法１によれば、複数のマーカのうち、マーカ間の距離が所定距離範囲内である２つのマーカを隣接マーカとして特定する。また、所定距離範囲は、例えば２．５ｍ以上、３ｍ以上、３ｍ以下、３．５ｍ以下など、上限値や下限値を設けなくてもよい。

＜隣接マーカの判定方法２：指標の利用＞
なお、２つのマーカが隣接するマーカであるかどうかを判定する方法はマーカ間の距離を用いる方法に限定されるものではない。例えば、図４Ａのマーカ４０１ｍのように、隣接するマーカが存在する方向を指示するための指標（例えば４３１、４３２）を備えたマーカを用いることで、各指標を検出し、指標４３１、４３２が指し示す方向に存在する近傍のマーカを隣接するマーカであると判定してもよい。図示の例では、指標４３１により指示される方向に存在するマーカ４０１ｌとマーカ４０１ｍとの間に仮想ライン４２１を設定し、マーカ４０１ｎとマーカ４０１ｎとの間に仮想ライン４２２を設定する。この場合、各マーカが４０１ｍと同様に少なくとも２つの方向を示す指標を備えて構成されてもよい。

このように、判定方法２によれば、各マーカは、隣接するマーカが存在する方向を指示する指標を備えており、第１のマーカの指標が指示する方向に存在する第２のマーカを隣接マーカとして特定することができる。なお、第１のマーカの指標が指示する方向に複数のマーカが存在する場合には、最も近傍に存在するマーカを隣接マーカとして特定してもよい。また、判定方法１と組み合わせて、指標が指示する方向かつ所定距離範囲（例えば２．５ｍ～３．５ｍ）内にあるマーカを隣接マーカとして特定してもよい。また、指標が指示する向きはユーザが自在に変更できてもよい。例えば回転機構などを用いて指標の向きを調整可能に構成してもよい。

＜隣接マーカの判定方法３：奥にマーカを検出＞
判定方法１の場合、３つのマーカが所定距離（例えば３ｍ）間隔で正三角形状に配置されていたり、或いは、４つのマーカが所定距離（例えば３ｍ）間隔で正方形状に配置されているような場合には、正三角形、正方形の内部の領域に進入することができず、それらの領域内で作業を行うことができなくなってしまう可能性がある。

ここで、図４Ｂは、正三角形や正方形の領域が形成される作業エリアにおける隣接マーカの判定方法の説明図である。４５０は、作業車１０が作業を行う作業エリア（例えば庭）を含む領域（例えばユーザの所有する敷地全体）を示す。４５１ａ～４５１ｐは本実施形態に係るマーカである。これらのマーカ４５１ａ～４５１ｐにより囲まれるエリアが作業エリアとなる。作業車１０はこの作業エリアから逸脱しないように作業を行う。

各マーカ４５１ａ～４５１ｐは所定距離（例えば３ｍ）間隔で配置されている。この作業エリアには、マーカ４５１ｂ、マーカ４５１ｃ、マーカ４５１ｄの３つのマーカにより正三角形の領域が形成されている。同様に、マーカ４５１ｌ、マーカ４５１ｍ、マーカ４５１ｎ、マーカ４５１ｏの４つのマーカにより正方形の領域が形成されている。このような領域があると、判定方法１を用いると、作業車１０は、マーカ４５１ｂとマーカ４５１ｃとを結ぶ仮想ライン、マーカ４５１ｌとマーカ４５１ｏとを結ぶ仮想ラインを超えて奥の領域へ移動することができなくなるため、これらの領域内で作業を行うことができなくなる。

そこで、２つのマーカよりも奥に、他のマーカが検出された場合には、２つのマーカを隣接するマーカではないと判定してもよい。図示の例では、マーカ４５１ｂと、マーカ４５１ｄとの２つのマーカが検出されて、その２つのマーカよりも奥にさらに他のマーカ４５１ｃが検出されるので、マーカ４５１ｂと、マーカ４５１ｄとの２つのマーカを隣接するマーカではないと判定する。同様に、マーカ４５１ｌと、マーカ４５１ｏとの２つのマーカが検出されて、その２つのマーカよりも奥にさらに他のマーカ４５１ｍ、４５１ｎが検出されるので、マーカ４５１ｌと、マーカ４５１ｏとの２つのマーカを隣接するマーカではないと判定する。

これにより、マーカ４５１ｂとマーカ４５１ｃとの間、マーカ４５１ｌとマーカ４５１ｏとの間に仮想ラインが設定されず、そのため、作業車１０は正三角形の領域や正方形の領域に進入して作業を行うことが可能となる。

このように、判定方法３によれば、２つのマーカを結ぶラインよりも奥の領域に、他のマーカが存在する場合、２つのマーカは隣接するマーカではないと特定する。ただし、判定方法３を適用する場合、２つのマーカから遠く離れた位置にある他のマーカを検出してしまった場合、誤って奥の領域に進んでしまう可能性がある。そこで、他のマーカまでの距離を算出して当該算出した距離が所定距離（例えば４ｍ）以下である場合、または、他のマーカが手前の２つのマーカのいずれかと隣接するマーカであると判定した場合にのみ、奥の領域へ移動可能に構成してもよい。これにより、本来進入すべきではない領域へ進入してしまうことを抑制することができる。

＜隣接マーカの判定方法４：マーカを予めトレース＞
図４Ｃは、隣接マーカの判定方法の一例の説明図である。４６０は、作業車１０が作業を行う作業エリア（例えば庭）を含む領域（例えばユーザの所有する敷地全体）を示す。４６１ａ～４６１ｍは本実施形態に係るマーカである。これらのマーカ４６１ａ～４６１ｍにより囲まれるエリアが作業エリアとなる。作業車１０はこの作業エリアから逸脱しないように作業を行う。

作業車１０による作業を開始する前に、ユーザ４６２がリモートコントローラ４６３を操作して直接作業車１０を制御し、各マーカに沿って作業車１０を１周移動させる。リモートコントローラ４６３からの操作信号は、作業車１０の通信部３５を介して受信される。

また、作業車１０はＧＰＳセンサ４８を有しており、リモートコントローラ４６３の操作信号に従って各マーカを順にトレースしていった軌跡を作業エリアの軌跡情報として記憶する。これにより、作業開始前に、作業エリアの軌跡情報を把握することができるので、作業開始後に、軌跡に沿っていないマーカ同士は隣接しないマーカであると判定するように構成することで、２つのマーカが隣接するマーカであるかどうかを判定することが可能となる。

このように、判定方法４によれば、配置された各マーカに沿って作業車１０を走行させることにより作業車１０の軌跡情報を取得する。これにより、複数のマーカのうち、軌跡情報と整合する２つのマーカを隣接マーカとして特定することができる。

＜隣接マーカの判定方法５：通信端末で地図上に作業エリア境界を書き込む＞
図４Ｄは、ユーザが所持する通信端末上に表示された作業エリアに関する地図への書き込み例を示す図である。４７０は、ユーザの通信端末であり、例えばタブレットやスマートフォンなどである。４７１は、ユーザの手である。４７２は、通信端末４７０の表示画面上に表示された作業エリアに関する地図情報である。図示の例では、ユーザの自宅及び庭を含む敷地を上空から俯瞰して見た地図が表示されている。４７３はユーザの自宅の屋根であり、４７４は、ユーザの自宅の敷地内にある樹木スペースである。ここで、図４Ｅは、図４Ｄの地図情報に対応するユーザの自宅を含む敷地の一部の外観図である。

図４Ｄにおいて、４７５は、ユーザが手４７１の指を用いて、地図上でトレースしている境界を示す。同様に、４７６は、ユーザが手４７１の指を用いて、樹木スペースの周囲をトレースした境界を示す。樹木スペース４７４は作業エリアから除外されるアイランドである。なお、指を用いてトレースするのではなく、指でポイント指した位置をつなげることにより境界を指定してもよい。

このように、通信端末４７０に表示した地図上で作業エリアの境界を指定し、指定した境界情報（境界線の位置を示す情報）を作業車１０へ送信する。これにより、作業車１０は、ユーザ操作により指定された境界情報を取得できるので、作業車１０は、ＧＰＳセンサ４８及び方位センサ４６を使用して自己位置及び方位を認識し、自己位置及び方位と境界情報とを用いて、検出された２つのマーカが隣接するマーカであるかどうかを判定することが可能となる。図４Ｅの例では、作業車１０は、取得した境界情報からマーカ４８１とマーカ４８２とは隣接するマーカではないと判定することができる。なお、ＧＰＳセンサ４８及び方位センサ４６に代えて、オドメトリ、慣性計測装置（ＩＭＵ：Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）を用いて自己位置及び方位を認識してもよい。

なお、境界をトレースする方法は、ユーザが手４７１の指を用いてなぞる方法に限定されない。図４Ｄの黒丸４７７に示されるように、ユーザが手４７１の指を用いて、境界に沿って各マーカの位置を複数地図上で順次ポイント指定することで、マーカの配置情報を境界情報として取得してもよい。そして、その境界情報を通信端末４７１から作業車１０へ送信する構成であってもよい。

各マーカの位置をポイント指定する場合も、自己位置及び方位と境界情報（マーカの配置情報）とを用いて、検出された２つのマーカが隣接するマーカであるかどうかを判定することが可能となる。例えば、図４Ｅの例では、作業車１０は、境界情報（マーカの配置情報）から、マーカ４８１とマーカ４８２とは隣接するマーカではないと判定することができる。

このように、判定方法５によれば、作業エリアを含む地図上で指定された当該作業エリアの境界情報（例えば、作業エリアの境界に配置された複数のマーカの配置情報（ポイント指定された位置情報）、又は、作業エリアの境界を示す境界線（指でなぞった線）の情報）を取得する。これにより、複数のマーカのうち、境界情報と整合する２つのマーカを隣接マーカとして特定することができる。

＜隣接マーカの判定方法６：アイランドを別の種類のマーカで囲む＞
図４Ｆに、２種類のマーカを使用する方法の例を示す。作業エリアの境界上に配置される各マーカと、作業エリアから除外されるアイランドとなる樹木スペース４７４の周囲に配置される各マーカとで、異なる種類（例えば異なる色、異なる形状など）のマーカを使用する。これにより、作業車１０は、撮影画像から抽出されるマーカの特徴から異なる種類のマーカを判別することが可能となり、作業車１０は、撮影画像から、マーカ４８３とマーカ４８４とは隣接するマーカではないと判定することができる。

なお、２種類のマーカに限定されるものではなく、複数のアイランドが存在する場合には、アイランドごとに異なる種類のマーカを使用してもよい。従って、３種類以上のマーカを使用する場合にも適用可能である。

このように、作業エリアの外縁を規定する複数の第１の種類のマーカと、外縁の内部に含まれ且つ作業エリアから除外される内部領域（アイランド）を規定する複数の第２の種類のマーカとを使用する。これにより、第１の種類のマーカと、第２の種類のマーカとは隣接するマーカではないとして特定することができる。

＜隣接マーカの判定方法７：距離ごとに異なる種類のマーカを使用＞
図４Ｇは、入り組んだ形状の領域に、短い間隔でマーカを配置する例を示す図である。４９１ａ～４９１ｅは、それぞれ第１の距離（例えば３ｍ）間隔用のマーカである。４９２ａ～４９２ｆは、それぞれ第２の距離（例えば１ｍ）間隔用のマーカである。第１の距離間隔用の第１の種類のマーカと、第２の距離間隔用の第２の種類のマーカとは、例えば色、形状、大きさなどが異なっている異なる種類のマーカである。

図示の例では、マーカ４９１ｂ、マーカ４９１ｃ、マーカ４９１ｄが正三角形状になっており、また、マーカ４９１ｃ、マーカ４９１ｄ、マーカ４９１ｅも正三角形状になっている。このような入り組んだ形状でマーカ４９１ａ～４９１ｅだけが配置されていた場合を考える。判定方法３のように２つのマーカよりも奥に他のマーカが検出された場合には２つのマーカを隣接するマーカではないと判定すると、例えば作業車がマーカ４９１ｃ及びマーカ４９１ｄとの間に向かって走行していた場合、奥にマーカ４９１ｅが検出されるため、マーカ４９１ｃ及びマーカ４９１ｄとを結ぶ作業エリアの境界を超えて奥に、マーカ４９１ｅへ近づく方向へ走行してしまうことがある。

そこで、入り組んだ形状となる場所に、マーカ４９２ａ～４９２ｆをさらに配置する。これにより、作業車１０は、マーカ４９１ｃとマーカ４９１ｄとを結ぶライン上にマーカ４９２ｃとマーカ４９２ｄとをさらに検出することになるため、２つのマーカ（マーカ４９１ｃ及びマーカ４９１ｄ）は隣接するマーカであると判定することができる。よって、作業車１０がマーカ４９１ｃ及びマーカ４９１ｄを結ぶ作業エリアの境界を超えて奥の領域に逸脱してしまうことを防止することができる。なお、図示の例ではマーカ４９２ｃとマーカ４９２ｄとの２つのマーカが検出される場合を示したが、マーカ４９１ｃとマーカ４９１ｄとを結ぶライン上にマーカ４９２ｃまたはマーカ４９２ｄの何れか一方が検出された場合に２つのマーカ（マーカ４９１ｃ及びマーカ４９１ｄ）は隣接するマーカであると判定してもよい。

このように、判定方法７によれば、第１の距離間隔で配置される複数の第１の種類のマーカと、第１の距離間隔よりも短い第２の距離間隔で配置される複数の第２の種類のマーカとを使用する。これにより、複数の第１の種類のマーカのうち、２つの第１の種類のマーカの間に第２の種類のマーカが１つ以上存在する場合には、２つの第１の種類のマーカを隣接マーカとして特定することができる。

＜処理＞
続いて、図５Ａ及び図５Ｂのフローチャートを参照しながら、本実施形態に係る作業車１０が実施する処理の手順を説明する。本実施形態に係る作業車１０は、マーカ間に仮想ラインを設定し、その仮想ラインよりも奥の領域へ作業車１０が逸脱しないように制御を行う。

ステップＳ５０１において、ＣＰＵ４４ａは、カメラユニット１１により撮影されたステレオ画像を取得する。

ステップＳ５０２において、ＣＰＵ４４ａは、ステレオ画像に基づいて距離画像を取得する。

ステップＳ５０３において、ＣＰＵ４４ａは、カメラユニット１１を構成する第１のカメラ１１ａ又は第２のカメラ１１ｂの一方の画像をトリミングする。本実施形態では第２のカメラ１１ｂの画像を使用する。

ステップＳ５０４において、ＣＰＵ４４ａは、トリミングされた画像を用いて物体認識処理を実行する。機械学習により人物、マーカを含む物体の特徴を予め学習させておき、その学習結果と照らし合わせることにより物体を認識する。

ステップＳ５０５において、ＣＰＵ４４ａは、ステップＳ５０４での物体認識処理の結果、マーカが認識されたか否かを判定する。マーカが認識されたと判定された場合、ステップＳ５０６へ進む。一方、マーカが認識されていないと判定された場合、ステップＳ５１７へ進む。

ステップＳ５０６において、ＣＰＵ４４ａは、画像中のマーカの重心位置を取得する。重心位置は、例えば予め保持しておいたマーカの重心位置の情報に基づいて、マーカの特定の位置を重心位置として特定する。なお、重心位置はあくまでも一例であり、重心位置に限定されない。マーカの頂部の位置であってもよいし、マーカと地面とが接する接地位置であってもよい。

ステップＳ５０７において、ＣＰＵ４４ａは、ステップＳ５０２で取得された距離画像を用いて、マーカ情報として、作業車１０からマーカの重心位置までの距離情報を取得する。

ステップＳ５０８において、ＣＰＵ４４ａは、ステップＳ５０５で認識されたマーカが複数存在するか否かを判定する。複数のマーカが認識されている場合、ステップＳ５０９へ進む。一方、単一のマーカが認識されている場合、ステップＳ５１５へ進む。

ステップＳ５０９において、ＣＰＵ４４ａは、複数のマーカに含まれる２つのマーカが隣接するマーカであるか否かを判定する。本実施形態では、２つのマーカ間の距離が所定距離範囲内であるか否かを判定し、距離が所定距離範囲内である場合に隣接するマーカであると判定する。本実施形態では、マーカが３ｍ間隔で設置されることを想定するが、必ずしも３ｍずつ等間隔にマーカが配置されているとは限らず、多少ずれが生じている可能性もあるため、所定距離範囲、例えば２．５ｍ～３．５ｍの範囲であれば隣接するマーカであると判定するようにする。隣接するマーカであると判定された場合、ステップＳ５１０へ進む。一方、隣接するマーカではないと判定された場合、ステップＳ５１１へ進む。なお、隣接するマーカであるか否かの判定方法は、図４Ａ～図４Ｇを参照して説明した他の判定方法を用いてもよい。

ステップＳ５１０において、ＣＰＵ４４ａは、隣接するマーカであると判定された２つのマーカ間に仮想ラインを設定する。

ステップＳ５１１において、ＣＰＵ４４ａは、複数のマーカのうち、２つのマーカの全部の組み合わせに対して判定を完了したか否かを判定する。全部の組み合わせに対して判定が完了した場合、ステップＳ５１２へ進む。一方、まだ判定を行っていない組み合わせが残っている場合、ステップＳ５０９に戻って、新たな２つのマーカの組み合わせに対して判定を行う。

ステップＳ５１２において、ＣＰＵ４４ａは、作業車１０の進行方向と、進行方向の先に位置する仮想ラインとに基づいて、作業車１０から当該作業車１０の進行方向の先に位置する仮想ラインまでの距離を算出する。図４Ａの例では、進行方向４０２の先に位置する仮想ライン４１１との交点までの距離を算出する。

ここで、図６を参照しながら、進行方向４０２の先に位置する仮想ライン４１１との交点までの距離の算出方法の一例を説明する。図６において、地点Ｏは作業車１０の現在位置である。地点Ａは図４Ａのマーカ４０１ａに対応し、地点Ｂは図４Ａのマーカ４０１ｂに対応する。求める距離をＸとするとＸは線ＯＣの長さである。ここで、線ＯＡの長さと、線ＯＢの長さは距離画像より求めることができる。また、角度α、角度βについても、カメラユニット１１の撮影方向（通常は進行方向４０２と同一方向）及び視野角と、地点Ａ及び地点Ｂの方向とから求めることができる。そして地点Ａから線ＯＣに垂線を下ろしてその交点をＤとし、同様に地点Ｂから線ＯＣの延長線上に垂線を下ろしてその交点をＥとする。このとき、三角形ＡＣＤと三角形ＢＣＥは相似なので、ＡＤ：ＢＥ＝ＣＤ：ＣＥとなる。そしてＡＤとＢＥとの比は、撮影画像の一例を表す図７に示されるように、カメラユニット１１により撮影された一方のカメラの画像の中心線７０１からの距離の比（すなわちＡＧとＢＨとの長さの比）により求めることができる。

図６において、ＡＤ＝ＯＡｓｉｎα、ＢＥ＝ＯＢｓｉｎβ、ＣＤ＝ＯＣ－ＯＡｃｏｓα、ＣＥ＝ＯＢｃｏｓβ－ＯＣであるから、
ＡＤ：ＢＥ＝ＣＤ：ＣＥ
⇔ＯＡｓｉｎα：ＯＢｓｉｎβ＝ＯＣ－ＯＡｃｏｓα：ＯＢｃｏｓβ－ＯＣ
⇔ＯＣ＝ＯＡＯＢ×（ｓｉｎαｃｏｓβ＋ｃｏｓαｓｉｎβ）／（ＯＢｓｉｎβ＋ＯＡｓｉｎα）
＝ＯＡＯＢｓｉｎ（α＋β）／（ＯＢｓｉｎβ＋ＯＡｓｉｎα）
＝Ｘ
として地点Ｃまでの距離Ｘを求めることができる。

ステップＳ５１３において、ＣＰＵ４４ａは、作業車１０から、当該作業車１０の進行方向の先に位置する仮想ラインまでの距離が閾値（例えば０．１ｍ）以下であるか否かを判定する。距離が閾値以下であると判定された場合、Ｓ５１４へ進む。一方、距離が閾値よりも大きい場合、ステップＳ５１７へ進む。

ステップＳ５１４において、ＣＰＵ４４ａは、仮想ラインに基づいて回避動作を実行する。具体的には、作業車１０が仮想ラインから閾値（例えば０．１ｍ）まで近づいたら停止、後退、又は旋回する。これにより、作業車１０が仮想ラインよりも奥の領域に逸脱してしまうことを防止できる。例えば、作業車１０は、図４Ａに示した進行方向４１５に存在する仮想ライン４１１と、進行方向４１５へ延ばしたライン４１５との交点位置を超えて奥の領域に逸脱しないように、作業車１０から仮想ライン４１５までの距離が閾値以下となった場合、作業車１０を停止、後退、又は旋回する。これにより、作業車１０は作業エリアから逸脱しないように作業を行うことが可能となる。ここで、旋回とは作業車１０の進行方向を変更することであり、敷地上方から見た場合に放物線状の軌跡に沿って移動すること、ある地点で停止した後にその場で回転して進行方向を変えてから進むこと、仮想ラインにより区画された領域に進入しないように回り込むことも含む。

なお、仮想ラインまでの距離が別の閾値（例えば１．５ｍ）以下となった場合に、仮想ライン４１５へ向かう作業車１０の走行速度を減速させる制御をさらに行ってもよい。停止、後退、又は旋回といった回避動作を行う手前で、予め減速しておくことで、急停止、急停止からの急後退、或いは、急旋回といった急な動作を抑制することが可能となる。

ステップＳ５１５において、ＣＰＵ４４ａは、作業車１０からマーカまでの距離が閾値以下であるか否かを判定する。ここでの閾値は例えば０．５ｍとするが、この値に限定されない。距離が閾値以下であると判定された場合、Ｓ５１６へ進む。一方、距離が閾値よりも大きい場合、ステップＳ５１７へ進む。

ステップＳ５１６において、ＣＰＵ４４ａは、回避動作を実行する。具体的には、作業車１０がマーカから閾値距離（例えば０．５ｍ）まで近づいた際に停止、後退、又は旋回する。当該回避動作は、マーカが１つしか検出されていないため、仮想ラインとは無関係に行う回避動作である。その後、ステップＳ５１７へ進む。

ステップＳ５１７において、ＣＰＵ４４ａは、一連の処理を終了するかどうかを判定する。例えば、バッテリ残量が閾値以下となり、充電ステーション３００へ帰還する必要が生じた場合や、作業開始から所定の時間が経過した場合、さらには、作業エリア内での作業が完了した（例えば作業エリア内の芝を刈り終わった）場合などである。また、ユーザが作業車１０の電源をオフに操作した場合も該当する。一連の処理を終了しないと判定された場合、ステップＳ５０１に戻る。一方、一連の処理を終了すると判定された場合、図５Ａ及び図５Ｂの処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態では、２つのマーカを検出し、それらのマーカ間に仮想ラインを設定する。そして、仮想ラインを超えて奥の領域へ作業車が逸脱しないように回避動作を実行する。これにより、同一種類のマーカを使用して作業機を制御することが可能となり、複数のマーカのそれぞれが区別可能なように個々に特徴が異なるマーカを用意する必要がなくなる。従って、マーカの導入費用を低減することも可能となる。また、仮想ライン（バーチャルワイヤ）を設定するため、作業エリアを規定するためのエリアワイヤ（例えば地中に埋め込まれるワイヤ）を設ける必要が無くなるので、コストを削減することが可能となる。なお、前述したように既存のエリアワイヤとマーカとを組み合わせて作業エリアを規定してもよく、その場合には一部の領域についてエリアワイヤを設けずに済むことから、コストを削減することが可能となる。そして、マーカを自由に配置することができるため、作業エリアの形状を柔軟に変更することが可能となる。例えば、庭の一部でユーザ自身が何か作業する場合には、当該領域に作業車が進入して欲しくない場合がある。その場合に、当該領域をマーカで囲むように規定することで、一時的に作業車が進入しないエリアを容易に作り出すことができる。

[変形例]
なお、充電ステーション３００へ帰還する必要が生じた場合や、どこか所定の位置へ移動する必要が生じた場合には、ＣＰＵ４４ａは、作業車１０の走行経路を設定し、設定した走行経路に従って走行する。その際、走行経路上に仮想ラインが存在しないように走行経路を設定する。これにより、仮想ラインよりも奥に逸脱して走行することを防止することができる。

また、ステップＳ５１１では、検出された全部のマーカについての２つのマーカの組み合わせを考えて処理を行う例を説明したが、作業車１０の進行方向に基づいて、進行方向に沿ったラインの左右にあるマーカ同士を処理する対象としてもよい。例えば、図４Ａの例では、マーカ４０１ａ～４０１ｄの４個のマーカの組み合わせ（６通り）の全てを処理するのではなく、進行方向４１５に沿ったライン４１５の左右にあるマーカ同士のみを処理対象としてもよい。この場合、マーカ４０１ａとマーカ４０１ｂ、マーカ４０１ａと、マーカ４０１ｃ、マーカ４０１ａとマーカ４０１ｄの３個を処理対象とし、マーカ４０１ｂとマーカ４０１ｃ、マーカ４０１ｂとマーカ４０１ｄ、マーカ４０１ｃとマーカ４０１ｄの３個を処理対象から除外してもよい。これにより、処理を高速化することが可能となる。

また、本実施形態では、ステップＳ５１３で作業車１０から仮想ラインまでの距離が閾値よりも大きい場合に、ステップＳ５１７を経てステップＳ５０１に戻り、再びステレオ画像を取得する例を説明した。しかし、常に撮影をし直す場合、作業車１０が進行して仮想ラインに近づくにつれて、複数のマーカが検出されなくなることがある。そのため、必ずしもステップＳ５０１に戻って再び撮影をし直すのではなく、作業車１０の走行速度に基づいて、作業車１０から仮想ラインまでの距離が閾値以下になるタイミングを推定し、そのタイミングが到来したら回避動作を実行するように制御してもよい。或いは、ある地点から仮想ラインまでの距離を算出し、その後、当該地点から進んだ移動距離をオドメトリ、慣性計測装置（ＩＭＵ：Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）等で常時計測する。そして、算出した距離と、計測中の移動距離とに基づいて作業車１０の動作を制御してもよい。例えば、計測中の移動距離が「当該地点から仮想ラインまでの距離」に達したことに応じて回避動作を実行してもよい。

また、ステップＳ５１２及びＳ５１３では、作業車１０と仮想ラインとの距離に基づいて回避動作を制御する例を説明したが、距離に限定されない。例えば、作業車１０が仮想ライン４１１に到達するまでに要する時間を算出し、その時間に基づいて仮想ラインに到達したかを判定してもよい。例えば、作業車１０の走行速度と、作業車１０から仮想ライン４１１までの距離とに基づいて当該時間を算出してもよい。そして、当該時間と経過時間との差異が閾値以下となった場合に、回避動作を実行するように制御してもよい。同様に、ステップＳ５１５では、作業車１０とマーカとの距離に基づいて回避動作を制御する例を説明したが、距離に限定されない。例えば、作業車１０がマーカに到達するまでに要する時間を算出し、その時間に基づいてマーカに到達したかを判定してもよい。

また、ステップＳ５０１に戻って処理を繰り返すことと並行して、作業車１０から仮想ラインまでの距離が閾値以下になるタイミングが到来したら回避動作を別途実行するように制御してもよい。

（実施形態２）
実施形態１では、マーカ情報として、検出されたマーカまでの距離情報を取得し、当該距離情報を使用して作業車から仮想ラインまでの距離や作業車が仮想ラインに到達するまでの時間を算出して回避動作を行う例を説明した。これに対して、実施形態２では、マーカ情報として、マーカの位置座標を示すマーカ位置情報を取得し、当該マーカ位置情報と、作業車の自己位置情報及び方位情報とを使用して作業車から仮想ラインまでの距離や作業車が仮想ラインに到達するまでの時間を算出して回避動作を行う例を説明する。

システム構成及び自律作業機の構成については実施形態１で説明した構成と同様であるため、説明を省略する。

＜処理＞
続いて、図８Ａ及び図８Ｂのフローチャートを参照しながら、本実施形態に係る作業車１０が実施する処理の手順を説明する。本実施形態に係る作業車１０は、マーカ間に仮想ラインを設定し、その仮想ラインよりも奥の領域へ作業車１０が逸脱しないように制御を行う。図５Ａ及び図５Ｂのフローチャートと同じ処理を行うステップについては同一の参照符号を付してある。以下、図５Ａ及び図５Ｂとの差異を中心に説明を行う。

ステップＳ８０１において、ＣＰＵ４４ａは、ＧＰＳセンサ４８及び方位センサ４６を使用して自己位置及び方位の情報を取得する。

ステップＳ８０２において、ＣＰＵ４４ａは、マーカ情報として、検出されたマーカのマーカ位置情報（位置座標）を取得する。マーカ位置情報は、例えば、実施形態１で図４Ｄを参照して説明したように、予め地図情報としてメモリ４４ｃに記憶しておき、参照できるようにしておく。作業車１０は、ＧＰＳセンサ４８及び方位センサ４６を使用して自己位置及び方位を認識し、カメラユニット１１により撮影された画像から検出されたマーカが、地図情報に含まれるどのマーカであるかを特定し、検出されたマーカのマーカ位置情報を取得する。

或いは、カメラユニット１１により撮影された画像の風景情報から、マーカ位置情報を特定することも可能である。例えば、予め、画像に含まれる風景情報及びマーカと、その風景のときに距離計測されたマーカまでの距離情報とを対応付けて記憶しておく。そして、作業車１０を作業エリア内で走行させながら、様々な場所で対応付けを行い学習情報として記憶する。そして、この学習情報を参照することで、ＧＰＳセンサ４８及び方位センサ４６を使用して認識された自己位置及び方位を用いて、カメラユニット１１により撮影された画像から検出されたマーカの位置座標を、マーカ位置情報として取得することができる。

或いは、作業車１０は、ＧＰＳセンサ４８及び方位センサ４６を使用して自己位置及び方位を認識するとともに、カメラユニット１１により撮影された画像から検出されたマーカまでの距離情報（距離画像）を、視差のある画像に基づいて取得する（Ｓ５０１及びＳ５０２）。さらに、撮影された画像の画像中心に対するマーカの位置から、カメラユニット１１の撮影方向に対するマーカが存在する角度（例えば図６の角度αや角度β）を求める。そして、作業車１０の方位と、求めた角度とから、マーカが存在する方向を特定し、その方向に沿った、取得された距離情報が示す距離だけ先の位置座標をマーカ位置情報として取得してもよい。

ステップＳ８０３において、ＣＰＵ４４ａは、複数のマーカに含まれる２つのマーカが隣接するマーカであるか否かを判定する。本実施形態でも、判定方法は実施形態１と同様であるため、詳細な説明は省略する。

ステップＳ８０４において、ＣＰＵ４４ａは、作業車１０の進行方向と、進行方向の先に位置する仮想ラインとに基づいて、作業車１０から当該作業車１０の進行方向の先に位置する仮想ラインまでの距離を算出する。図４Ａの例では、進行方向４０２の先に位置する仮想ライン４１１との交点までの距離を算出する。

ここで、再び図６を参照しながら、図４Ａの進行方向４０２の先に位置する仮想ライン４１１との交点までの距離算出方法の一例を説明する。図６において、地点Ｏは作業車１０の現在位置である。地点Ａは図４Ａのマーカ４０１ａに対応し、地点Ｂは図４Ａのマーカ４０１ｂに対応する。求める距離をＸとするとＸは線ＯＣの長さである。ここで、線ＯＡの長さと、線ＯＢの長さは、地点Ａの位置座標及び地点Ｂの位置座標、地点Ｏの位置座標（自己位置）が既知なので、これらから求めることができる。以降は実施形態１で説明した手順と同様の手順により、作業車１０から当該作業車１０の進行方向の先に位置する仮想ライン４１１までの距離を算出する。

その他のステップは図５Ａ及び図５Ｂで説明した処理と同様である。

以上説明したように、本実施形態では、マーカ情報として、マーカの位置座標を示すマーカ位置情報を取得し、当該マーカ位置情報と、作業車の自己位置情報及び方位情報とを使用して作業車から仮想ラインまでの距離や作業車が仮想ラインに到達するまでの時間を算出して回避動作を行う。

これにより、マーカの位置座標を示すマーカ位置情報及び作業車の自己位置、方位を用いて作業車の動作を制御することができる。

（実施形態３）
実施形態３では、作業エリアを規定するために配置されたマーカの位置情報を含む地図情報を作成し、ユーザへ提示する例を説明する。

システム構成及び自律作業機の構成については実施形態１で説明した構成と同様であるため、説明を省略する。

作業車１０は、ＧＰＳセンサ４８及び方位センサ４６を使用して自己位置及び方位の情報を取得しながら、カメラユニット１１により撮影された画像から検出されたマーカまでの距離情報を取得する。マーカまでの距離は実施形態１で説明した通り、視差のある画像に基づいて取得することができる。さらに、図７に示したような撮影画像の画像中心に対するマーカの位置から、カメラユニット１１の撮影方向に対するマーカが存在する角度（例えば図６の角度αや角度β）を求める。そして、作業車１０の方位と、求めた角度とから、マーカが存在する方向を特定し、その方向に沿って、取得された距離情報が示す距離だけ先の位置座標をマーカ位置情報として取得する。作業車１０は、作業を行いながら、マーカを検出するたびに、自己位置及び方位の情報と、マーカまでの距離情報及びマーカが存在する方向とを用いて、マーカの位置情報（位置座標）を算出する。そして、算出されたマーカの位置情報を地図上にプロットしていく。これにより、作業エリアを規定するために配置されたマーカの位置情報を含む地図情報を作成することができる。

図９は、マーカの位置情報がプロットされた地図の一例である。９０１は地図であり、格子状に区切られた格子エリアとして規定されている。９０１ａ～９０１ｗは、それぞれプロットされたマーカの位置情報である。作業車１０は、作業を行いながら、或いは、作業開始前に走行しながら、このような地図情報を作成して地図データベースとして記憶する。また、作成した地図情報をユーザへ提示してもよい。ユーザへの提示方法としては、作業車１０に表示部が設けられている場合には、当該表示部に表示させることで提示してもよい。或いは、作業車１０が、ユーザが所持する通信端末（例えばタブレットやスマートフォンなど）へ地図情報を送信し、通信端末の表示画面上で提示するようにしてもよい。

以上説明したように、本実施形態では、作業エリアを規定するために配置されたマーカ位置を含む地図情報を作成し、ユーザへ提示する。これにより、ユーザは手作業で配置されたマーカに関する地図情報を取得することができる。従って、マーカの配置位置を後から手作業で調整して、より適切な作業エリアを規定し直すことも可能となる。

なお、本実施形態の処理は、実施形態１や実施形態２と並行して行ってもよいし、これらとは独立して単独で実施してもよい。並行して行う場合、実施形態１や実施形態２の処理により取得された仮想ラインの情報と、実施形態３の処理により取得されたマーカの位置情報との少なくとも一方を地図情報に反映させ、それをユーザへ提示するようにしてもよい。

上述の各実施形態では、自律作業機の一例として、芝刈機を例に説明を行ったが、芝刈機に限定されるものではない。例えば、自律型の除雪機、ゴルフボールの回収機、船外機など、他の種類の自律作業機に対しても本発明を適用することができる。

＜実施形態のまとめ＞
１．上記実施形態の自律作業機（例えば１０）は、
作業エリア内で作業する自律作業機であって、
前記作業エリアを規定するために配置された複数のマーカ（例えば４０１ａ～４０１ｎ）を検出する検出手段（例えば１１、４４ａ）と、
前記検出手段の検出結果に基づいてマーカ情報を特定する特定手段（例えば４４ａ）と、
前記特定手段により特定された前記マーカ情報に基づいて前記複数のマーカを結ぶ仮想ライン（例えば４１１、４１２、４１３）を設定する設定手段（例えば４４ａ）と、
前記設定手段により設定された前記仮想ラインよりも奥の領域へ前記自律作業機が逸脱しないように前記自律作業機を制御する制御手段（例えば４４ａ）と、
を備える。

この実施形態によれば、個々に区別することが不要なマーカを使用して作業機を制御することが可能となる。例えば同一種類のマーカを使用して作業機を制御することが可能となる。

２．上記実施形態の自律作業機（例えば１０）では、
前記制御手段は、前記自律作業機が前記仮想ラインに到達するまでに要する時間を算出し、前記算出された前記時間に基づいて前記自律作業機を制御する。

この実施形態によれば、仮想ラインに到達するまでに要する時間が到来する前に、回避動作を行うことが可能となる。また、自己位置を認識するためのＩＭＵやＧＰＳセンサを使用せずに、逸脱を防止することができる。

３．上記実施形態の自律作業機（例えば１０）では、
前記制御手段は、前記自律作業機の速度と、前記自律作業機から前記仮想ラインまでの距離とに基づいて前記時間を算出する。

この実施形態によれば、仮想ラインに到達するまでに要する時間が到来する前に、回避動作を行うことが可能となる。また、自己位置を認識するためのＩＭＵやＧＰＳセンサを使用せずに、逸脱を防止することができる。

４．上記実施形態の自律作業機（例えば１０）では、
前記自律作業機の移動距離を計測する計測手段（例えばＩＭＵ、オドメトリ）をさらに備え、
前記制御手段は、
前記マーカ情報に基づいて前記自律作業機から前記仮想ラインまでの距離を算出し、
当該算出された距離と、当該距離が算出された前記自律作業機の位置からの前記移動距離とに基づいて、前記自律作業機を制御する。

この実施形態によれば、途中でマーカが検出されなくなった場合であっても、自律作業機を制御することが可能となる。

５．上記実施形態の自律作業機（例えば１０）では、
前記マーカ情報は、前記自律作業機からマーカまでの距離を示す距離情報を含み、
前記設定手段は、前記距離情報に基づいて前記仮想ラインを設定する。

この実施形態によれば、マーカまでの距離を示す距離情報を用いて仮想ラインを設定するので、マーカの位置情報が分からなくても仮想ラインを設定することが可能となる。

６．上記実施形態の自律作業機（例えば１０）では、
前記マーカ情報は、マーカの位置座標を示すマーカ位置情報を含み、
前記設定手段は、前記マーカ位置情報に基づいて前記仮想ラインを設定する。

この実施形態によれば、マーカ位置情報を用いて仮想ラインを設定するので、マーカまでの距離情報を別途取得しなくても、仮想ラインを設定することが可能となる。

７．上記実施形態の自律作業機（例えば１０）では、
マーカの特徴情報を格納する格納手段（例えば４４ｃ）をさらに備え、
前記特定手段は、前記格納手段に格納されたマーカの前記特徴情報と、前記検出手段により検出されたマーカの特徴とに基づいて、前記マーカ情報を特定する。

この実施形態によれば、マーカを認識し、そのマーカについてマーカ情報を取得することができる。

８．上記実施形態の自律作業機（例えば１０）では、
前記制御手段は、前記自律作業機から前記仮想ラインまでの距離が第１の閾値以下となった場合、前記自律作業機を停止、後退、又は旋回させる。

この実施形態によれば、自律作業機が仮想ラインを超えて奥の領域へ逸脱することを防止できる。

９．上記実施形態の自律作業機（例えば１０）では、
前記制御手段は、前記自律作業機から前記仮想ラインまでの距離が前記第１の閾値よりも大きい第２の閾値以下となった場合、前記仮想ラインへ向かう前記自律作業機を減速させる。

この実施形態によれば、停止、後退、又は旋回の動作を行うよりも前の段階で、予め減速しておくことで、急停止、急停止からの急後退、或いは、急旋回といった急な動作を抑制することが可能となる。

１０．上記実施形態の自律作業機（例えば１０）では、
前記検出手段により検出された前記複数のマーカの中から２つのマーカを隣接マーカとして特定する隣接マーカ特定手段（例えば４４ａ）をさらに備え、
前記制御手段は、前記隣接マーカ特定手段により前記隣接マーカとして特定された前記２つのマーカ間に仮想ラインを設定する。

この実施形態によれば、本来隣接しないマーカ同士の間に仮想ラインが設定されないので、作業が行われない領域の発生を防止することができる。

１１．上記実施形態の自律作業機（例えば１０）では、
前記隣接マーカ特定手段は、前記複数のマーカのうち、マーカ間の距離が所定距離範囲内である２つのマーカを前記隣接マーカとして特定する。

この実施形態によれば、マーカ間の距離が遠いマーカ同士を隣接するマーカと判定してしまうことを防止できる。

１２．上記実施形態の自律作業機（例えば１０）では、
前記隣接マーカ特定手段は、前記２つのマーカ（例えば、４５１ｂ、４５１ｄ）を結ぶラインよりも奥の領域に、前記検出手段により検出された他のマーカ（例えば４５１ｃ）が存在する場合、前記２つのマーカは前記隣接マーカではないと特定する。

この実施形態によれば、本来隣接しないマーカ同士の間に仮想ラインが設定されないので、作業が行われない領域の発生を防止することができる。

１３．上記実施形態の自律作業機（例えば１０）では、
各マーカは、隣接するマーカが存在する方向を指示する指標（例えば４３１、４３２）を備えており、
前記隣接マーカ特定手段は、第１のマーカ（例えば４０１ｍ）の前記指標が指示する方向に存在する第２のマーカ（例えば４３１又は４３２）を前記隣接マーカとして特定する。

この実施形態によれば、本来隣接しないマーカ同士の間に仮想ラインが設定されることを防止できる。

１４．上記実施形態の自律作業機（例えば１０）では、
配置された各マーカに沿って前記自律作業機を走行させることにより前記自律作業機の軌跡情報（例えば図４Ｃの矢印に沿った軌跡）を取得する取得手段をさらに備え、
前記隣接マーカ特定手段は、前記複数のマーカのうち、前記軌跡情報と整合する２つのマーカを前記隣接マーカとして特定する。

この実施形態によれば、軌跡情報と整合しない本来隣接しないマーカ同士の間に仮想ラインが設定されることを防止できる。

１５．上記実施形態の自律作業機（例えば１０）では、
前記作業エリアを含む地図上で指定された前記作業エリアの境界情報（例えば４７５、４７６）を取得する取得手段をさらに備え、
前記隣接マーカ特定手段は、前記複数のマーカのうち、前記境界情報と整合する２つのマーカを前記隣接マーカとして特定する。

この実施形態によれば、境界情報と整合しない本来隣接しないマーカ同士の間に仮想ラインが設定されることを防止できる。

１６．上記実施形態の自律作業機（例えば１０）では、
前記境界情報は、前記作業エリアの境界に配置された複数のマーカの配置情報（例えば４７６）、又は、前記作業エリアの境界を示す境界線の情報（例えば４７５）である。

この実施形態によれば、地図上で指定されたマーカの配置情報や境界線の情報を取得することができる。

１７．上記実施形態の自律作業機（例えば１０）では、
前記複数のマーカは、前記作業エリアの外縁を規定する複数の第１の種類のマーカ（例えば４８３）と、前記外縁の内部に含まれ且つ前記作業エリアから除外される内部領域を規定する複数の第２の種類のマーカ（例えば４８４）とを含み、
前記隣接マーカ特定手段は、前記第１の種類のマーカと、前記第２の種類のマーカとを前記隣接マーカではないとして特定する。

この実施形態によれば、外縁を規定するマーカと、内部領域（アイランド）を規定するマーカとの間に仮想ラインが設定されることを防止できる。

１８．上記実施形態の自律作業機（例えば１０）では、
前記複数のマーカは、第１の距離間隔で配置される複数の第１の種類のマーカ（例えば４９１ａ～４９１ｅ）と、前記第１の距離間隔よりも短い第２の距離間隔で配置される複数の第２の種類のマーカ（例えば４９２ａ～４９２ｆ）とを含み、
前記隣接マーカ特定手段は、前記複数の第１の種類のマーカのうち、２つの第１の種類のマーカの間に前記第２の種類のマーカが存在する場合には、前記２つの第１の種類のマーカを前記隣接マーカとして特定する。

この実施形態によれば、入り組んだ形状の領域においても、自律作業機が作業エリア外へ逸脱してしまうことを防止することができる。

１９．上記実施形態の自律作業機（例えば１０）では、
前記自律作業機の走行経路を設定する経路設定手段をさらに備え、
前記経路設定手段は、前記走行経路上に前記仮想ラインが存在しないように前記走行経路を設定する。

この実施形態によれば、どこか所定の位置へ向かう必要がある場合に、自律作業機が作業エリア外へ逸脱してしまうことを防止することができる。

２０．上記実施形態の自律作業機（例えば１０）では、
前記走行経路は、ステーションまで帰還するための走行経路である。

この実施形態によれば、自律作業機がステーションに帰還する際に、自律作業機が作業エリア外へ逸脱してしまうことを防止することができる。

２１．上記実施形態の自律作業機（例えば１０）では、
前記自律作業機の現在位置を特定する位置特定手段（例えば４８）をさらに備え、
前記制御手段は、前記仮想ラインの情報と、前記位置特定手段により特定された前記自律作業機の前記現在位置とに基づいて、前記自律作業機を制御する。

この実施形態によれば、自律作業機が仮想ラインを超えて奥の領域に逸脱してしまうことを防止することができる。

２２．上記実施形態の自律作業機（例えば１０）では、
前記制御手段は、前記マーカ位置情報（例えば９０１ａ～９０１ｗ）と前記仮想ラインの情報との少なくとも一方を、前記作業エリアの地図情報（例えば９００）へ反映させる。

この実施形態によれば、マーカ位置情報や仮想ラインの情報を反映した地図情報を作成することができる。

２３．上記実施形態の自律作業機（例えば１０）では、
前記制御手段は、前記マーカ位置情報と前記仮想ラインの情報との少なくとも一方が反映された前記地図情報をユーザへ提示する。

この実施形態によれば、作成した地図情報をユーザが認識することができる。

２４．上記実施形態の自律作業機（例えば１０）では、
前記制御手段は、前記マーカ位置情報と前記仮想ラインの情報との少なくとも一方が反映された前記地図情報をユーザの通信端末（例えば４７０）へ送信する。

この実施形態によれば、ユーザが所持する通信端末を介して、作成された地図情報を用意に確認することが可能となる。

２５．上記実施形態の自律作業機（例えば１０）の制御方法は、
作業エリア内で作業する自律作業機の制御方法であって、
前記作業エリアを規定するために配置された複数のマーカを検出する検出工程と、
前記検出工程での検出結果に基づいてマーカ情報を特定する特定工程と、
前記特定工程で特定された前記マーカ情報に基づいて前記複数のマーカを結ぶ仮想ラインを設定する設定工程と、
前記設定工程で設定された前記仮想ラインよりも奥の領域へ前記自律作業機が逸脱しないように前記自律作業機を制御する制御工程と、
を有する。

この実施形態によれば、個々に区別することが不要なマーカを使用して作業機を制御することが可能となる。例えば同一種類のマーカを使用して作業機を制御することが可能となる。

２６．上記実施形態のプログラムは、
コンピュータを、上記実施形態の自律作業機として機能させるためのプログラムである。

この実施形態によれば、本発明に係る自律作業機をコンピュータにより実現することができる。

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 (25)

1. 作業エリア内で作業する自律作業機であって、
   前記作業エリアを規定するために配置された複数のマーカを検出する検出手段と、
   前記検出手段により検出された前記複数のマーカの中から２つのマーカを隣接マーカとして特定する隣接マーカ特定手段と、
   前記検出手段の検出結果に基づいてマーカ情報を特定する特定手段と、
   前記特定手段により特定された前記マーカ情報に基づいて、前記複数のマーカのうち、前記隣接マーカ特定手段により前記隣接マーカとして特定された前記２つのマーカ間を結ぶ仮想ラインを設定する設定手段と、
   前記設定手段により設定された前記仮想ラインよりも奥の領域へ前記自律作業機が逸脱しないように前記自律作業機を制御する制御手段と、
   を備え、
   各マーカは、隣接するマーカが存在する方向を指示する指標を備えており、
   前記隣接マーカ特定手段は、第１のマーカの前記指標が指示する方向に存在する第２のマーカを前記隣接マーカとして特定することを特徴とする自律作業機。
2. 前記制御手段は、前記自律作業機が前記仮想ラインに到達するまでに要する時間を算出し、前記算出された前記時間に基づいて前記自律作業機を制御することを特徴とする請求項１に記載の自律作業機。
3. 前記制御手段は、前記自律作業機の速度と、前記自律作業機から前記仮想ラインまでの距離とに基づいて前記時間を算出することを特徴とする請求項２に記載の自律作業機。
4. 前記自律作業機の移動距離を計測する計測手段をさらに備え、
   前記制御手段は、
   前記マーカ情報に基づいて前記自律作業機から前記仮想ラインまでの距離を算出し、
   当該算出された距離と、当該距離が算出された前記自律作業機の位置からの前記移動距離とに基づいて、前記自律作業機を制御することを特徴とする請求項１に記載の自律作業機。
5. 前記マーカ情報は、前記自律作業機からマーカまでの距離を示す距離情報を含み、
   前記設定手段は、前記距離情報に基づいて前記仮想ラインを設定することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の自律作業機。
6. 前記マーカ情報は、マーカの位置座標を示すマーカ位置情報を含み、
   前記設定手段は、前記マーカ位置情報に基づいて前記仮想ラインを設定することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の自律作業機。
7. マーカの特徴情報を格納する格納手段をさらに備え、
   前記特定手段は、前記格納手段に格納されたマーカの前記特徴情報と、前記検出手段により検出されたマーカの特徴とに基づいて、前記マーカ情報を特定することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の自律作業機。
8. 前記制御手段は、前記自律作業機から前記仮想ラインまでの距離が第１の閾値以下となった場合、前記自律作業機を停止、後退、又は旋回させることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の自律作業機。
9. 前記制御手段は、前記自律作業機から前記仮想ラインまでの距離が前記第１の閾値よりも大きい第２の閾値以下となった場合、前記仮想ラインへ向かう前記自律作業機を減速させることを特徴とする請求項８に記載の自律作業機。
10. 前記隣接マーカ特定手段は、前記複数のマーカのうち、マーカ間の距離が所定距離範囲内である２つのマーカを前記隣接マーカとして特定することを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の自律作業機。
11. 前記隣接マーカ特定手段は、前記２つのマーカを結ぶラインよりも奥の領域に、前記検出手段により検出された他のマーカが存在する場合、前記２つのマーカは前記隣接マーカではないと特定することを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の自律作業機。
12. 配置された各マーカに沿って前記自律作業機を走行させることにより前記自律作業機の軌跡情報を取得する取得手段をさらに備え、
    前記隣接マーカ特定手段は、前記複数のマーカのうち、前記軌跡情報と整合する２つのマーカを前記隣接マーカとして特定することを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の自律作業機。
13. 前記作業エリアを含む地図上で指定された前記作業エリアの境界情報を取得する取得手段をさらに備え、
    前記隣接マーカ特定手段は、前記複数のマーカのうち、前記境界情報と整合する２つのマーカを前記隣接マーカとして特定することを特徴とする請求項１乃至１２の何れか１項に記載の自律作業機。
14. 前記境界情報は、前記作業エリアの境界に配置された複数のマーカの配置情報、又は、前記作業エリアの境界を示す境界線の情報であることを特徴とする請求項１３に記載の自律作業機。
15. 前記複数のマーカは、前記作業エリアの外縁を規定する複数の第１の種類のマーカと、前記外縁の内部に含まれ且つ前記作業エリアから除外される内部領域を規定する複数の第２の種類のマーカとを含み、
    前記隣接マーカ特定手段は、前記第１の種類のマーカと、前記第２の種類のマーカとを前記隣接マーカではないとして特定することを特徴とする請求項１乃至１４の何れか１項に記載の自律作業機。
16. 前記複数のマーカは、第１の距離間隔で配置される複数の第１の種類のマーカと、前記第１の距離間隔よりも短い第２の距離間隔で配置される複数の第２の種類のマーカとを含み、
    前記隣接マーカ特定手段は、前記複数の第１の種類のマーカのうち、２つの第１の種類のマーカの間に前記第２の種類のマーカが存在する場合には、前記２つの第１の種類のマーカを前記隣接マーカとして特定することを特徴とする請求項１乃至１５の何れか１項に記載の自律作業機。
17. 前記自律作業機の走行経路を設定する経路設定手段をさらに備え、
    前記経路設定手段は、前記走行経路上に前記仮想ラインが存在しないように前記走行経路を設定することを特徴とする請求項１乃至１６の何れか１項に記載の自律作業機。
18. 前記走行経路は、ステーションまで帰還するための走行経路であることを特徴とする請求項１７に記載の自律作業機。
19. 前記自律作業機の現在位置を特定する位置特定手段をさらに備え、
    前記制御手段は、前記仮想ラインの情報と、前記位置特定手段により特定された前記自律作業機の前記現在位置とに基づいて、前記自律作業機を制御することを特徴とする請求項１乃至１８の何れか１項に記載の自律作業機。
20. 前記制御手段は、前記マーカ位置情報と前記仮想ラインの情報との少なくとも一方を、前記作業エリアの地図情報へ反映させることを特徴とする請求項６に記載の自律作業機。
21. 前記制御手段は、前記マーカ位置情報と前記仮想ラインの情報との少なくとも一方が反映された前記地図情報をユーザへ提示することを特徴とする請求項２０に記載の自律作業機。
22. 前記制御手段は、前記マーカ位置情報と前記仮想ラインの情報との少なくとも一方が反映された前記地図情報をユーザの通信端末へ送信することを特徴とする請求項２０に記載の自律作業機。
23. 前記指標が指示する向きは、回転機構を用いてユーザが自在に変更可能であることを特徴とする請求項１乃至２２の何れか１項に記載の自律作業機。
24. 作業エリア内で作業する自律作業機の制御方法であって、
    前記作業エリアを規定するために配置された複数のマーカを検出する検出工程と、
    前記検出工程で検出された前記複数のマーカの中から２つのマーカを隣接マーカとして特定する隣接マーカ特定工程と、
    前記検出工程での検出結果に基づいてマーカ情報を特定する特定工程と、
    前記特定工程で特定された前記マーカ情報に基づいて、前記複数のマーカのうち、前記隣接マーカ特定工程で前記隣接マーカとして特定された前記２つのマーカ間を結ぶ仮想ラインを設定する設定工程と、
    前記設定工程で設定された前記仮想ラインよりも奥の領域へ前記自律作業機が逸脱しないように前記自律作業機を制御する制御工程と、
    を有し、
    各マーカは、隣接するマーカが存在する方向を指示する指標を備えており、
    前記隣接マーカ特定工程では、第１のマーカの前記指標が指示する方向に存在する第２のマーカを前記隣接マーカとして特定することを特徴とする自律作業機の制御方法。
25. コンピュータを、請求項１乃至２３の何れか１項に記載の自律作業機として機能させるためのプログラム。

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