JP7458826B2 - 制御装置、作業システム、作業機および制御方法 - Google Patents

制御装置、作業システム、作業機および制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、制御装置、作業システム、作業機および制御方法に関する。
自動制御技術の発展により種々の作業を行う機器が開発されている。所定の作業領域において自律的に移動しながら所定の作業を行う作業機として、例えば、芝刈り機や清掃機などが普及しつつある。作業において作業機の一部の部材は、作業領域の表面に対して一部の部材を作用させる。部材の状態が時間経過により変化することに伴い、作業の仕上がり状態が変化することがある。そのため、部材の状態を検出する機能が提案されてきた。
例えば、特許文献1には、複数の駆動輪と、複数の駆動輪にそれぞれ接続された複数のモータと、環境を繰り返しスキャンしてスキャンごとにセンサデータを出力する外界センサと、センサデータに基づき、移動体の位置および姿勢の推定値を示す第1位置情報を順次生成した出力する第1位置推定装置と、複数の駆動輪の各々の回転速度の計測値または推定値を取得し、計測値または推定値に基づき、移動体の位置および姿勢の推定値を示す第2位置情報を順次生成して出力する第2位置推定装置と、第1位置情報に基づいて計算される移動体の変位と、第2位置情報に基づいて計算される移動体の変位との差に基づき、複数の駆動輪の摩耗判定を行い、摩耗判定の結果を示す信号を出力する演算回路と、を備える移動体について記載されている。
また、特許文献2には、劣化診断に使用する作業プログラムにおける1サイクル再生運転完了のたびに劣化診断に使用するデータとしての特性データ群を記録するロボット制御装置から、特性データ群のデータが更新されるたびに特性データ群を読み込み記憶するデータ蓄積部と、このデータ蓄積部に記憶されている特性データ群を読み込み、これを統計学的手法により解析するデータ解析部と、このデータ解析部における解析結果に基づいてロボットアームの機械的な劣化症状を診断する劣化診断部と、を有するロボット劣化診断装置について記載されている。
特開2019-79171号公報 特開2005-148873号公報
作業領域が広範な場合または短時間で作業を完了させる場合には、一連の共通の作業を複数の機器に分担させることがある。部材の状態は作業機ごとに異なりうるため、作業の仕上がり状態が機器ごとに異なることがあった。そのため、複数の作業機間で仕上がり状態を揃えることが期待されていた。
本発明の態様は上記の点に鑑みてなされたものであり、複数の作業機間で仕上がり状態を揃えることができる制御装置、作業システム、作業機および制御方法を提供することを課題の一つとする。
(1)本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の一態様は、所定の部材を用いて作業を実行する作業機の前記部材の状態を示す個体情報を取得し、前記部材の前記状態を調整する状態調整機構に前記部材の前記状態の調整を指示する制御部、を備え、前記制御部は、他の作業機から該他の作業機の他の部材の他の状態を示す他の個体情報を受信し、受信した前記他の個体情報が示す前記他の部材の前記他の状態を基準値として採用し、前記個体情報が示す前記部材の前記状態と、前記基準値との差分を低減するように前記状態調整機構に前記部材の前記状態の調整を指示する制御装置である。
(2)本発明の他の態様は、(1)の制御装置であって、前記制御部は、前記基準値を与える所定の標識の状態の測定情報を取得し、前記測定情報が示す状態と前記基準値との差分を低減するように、前記状態調整機構に前記個体情報が示す状態の調整を指示してもよい。
(3)本発明の他の態様は、(1)または(2)の制御装置であって、前記制御部は、前記個体情報と前記作業後の作業対象物の状態である対象物状態を示す評価情報との関係を示す評価関連情報を解析し、前記評価関連情報に基づいて、前記他の作業機と共通の所定の対象物状態に対応する前記個体情報が示す状態を前記基準値として定めてもよい。
(4)本発明の他の態様は、(1)から(3)のいずれかの制御装置であって、前記制御部は、前記状態が最後に調整された日時から現時点までの経過時間を少なくとも取得し、前記部材の状態の時間変化を示す特性データを参照して、取得した前記経過時間に対応する前記状態の変化量を定め、定めた前記変化量が所定の変化量の限界値を超えるとき、前記状態調整機構に前記状態の調整を指示してもよい。
(5)本発明の他の態様は、(1)から(4)のいずれかの制御装置であって、前記作業機は、地表面を走行する車輪と前記状態調整機構を設置した車体と、前記状態調整機構が接続されるカッターブレードと、前記状態として前記カッターブレードの高さを検出する高さ検出部と、を備え、前記状態調整機構は、前記高さを調整する高さ調整機構であってもよい。
(6)本発明の他の態様は、複数の前記作業機と、(1)から(5)のいずれかの制御装置と、を備える作業システムであってもよい。
(7)本発明の他の態様は、所定の部材を用いて作業を実行する作業機の前記部材の状態を示す個体情報を取得する制御部と、前記部材の前記状態を調整する状態調整機構と、を備え、前記制御部は、他の作業機から該他の作業機の他の部材の他の状態を示す他の個体情報を受信し、受信した前記他の個体情報が示す前記他の部材の前記他の状態を基準値として採用し、前記個体情報が示す前記部材の前記状態と、前記基準値との差分を低減するように前記状態調整機構に前記部材の前記状態の調整を指示する作業機である。
(8)本発明の他の態様は、制御装置における制御方法であって、所定の部材を用いて作業を実行する作業機の前記部材の状態を示す個体情報を取得するステップと、他の作業機から該他の作業機の他の部材の他の状態を示す他の個体情報を受信するステップと、受信した前記他の個体情報が示す前記他の部材の前記他の状態を基準値として採用し、前記個体情報が示す前記部材の前記状態と、前記基準値との差分を低減するように前記部材の前記状態を調整する状態調整機構に前記部材の前記状態の調整を指示するステップと、を有する制御方法である。
上述した(1)、(6)、(7)または(8)の構成によれば、自機の部材の状態を、他の作業機の部材の状態に近似または合致させることができ、共通の作業を行う複数の作業機間で部材の状態の差異が低減または解消される。そのため、複数の作業機間で作業の仕上がり状態を揃えることができる。
また、(2)の構成によれば、自機の部材の状態を、標識で与えられる基準値に近似または合致させることができる。
また、(3)の構成によれば、複数の作業機間で共通の作業後の作業対象物の状態を本位として部材の状態の基準値が与えられ、その基準値に近似または合致するように部材の状態が調整される。そのため、作業機の構成上の個体差による作業の仕上がり状態の差異をより低減することができる。
また、(4)の構成によれば、時間経過に伴う部材の状態の変化量が所定の変化量の限界値を超えないように、個々の作業機における部材の状態が調整される。そのため、複数の作業機間で部材の状態を限界値で画定される範囲に極力収めることができる。
また、(5)の構成によれば、複数の作業機間でカッターブレードの高さの差異が低減または解消される。そのため、複数の作業機間で作業の仕上がり状態として刈り取り後の芝の長さが揃い、刈りむらが低減または解消される。
第1の実施形態に係る作業システムの例を説明するための説明図である。 第1の実施形態に係る作業機の側面図を示す。 第1の実施形態に係る作業機の平面図を示す。 第1の実施形態に係る作業機のブロック図を示す。 第1の実施形態に係るブレードを示す斜視図である。 第2の実施形態に係る作業機の例を示す側面図である。 第3の実施形態に係る作業機管理装置機能構成を示すブロック図である。 第3の実施形態に係る作業機管理装置のハードウェア構成例を示す概略ブロック図である。
<第1の実施形態>
以下、図面を参照しながら本発明の第1の実施形態について説明する。
図1は、本実施形態に係る作業システムS1の例を説明するための説明図である。図1に示す例では、作業システムS1は、2台の作業機100を備え、個々の作業機100は、特に断らない限り共通の構成を有し、作業機100-1、100-2となどと子番号を付して区別されている。以下の説明では、主に作業機100が四輪の自走式電動芝刈り機として構成される場合を例にする。作業機100は、作業モータ20を駆動して、カッターブレード(以下、ブレード16)を回転させ、回転したブレード16に接した芝など地表面Gr01を覆う芝などの植物を刈り取る。
作業機100は、高さセンサ38を用いて地表面Gr01からブレード16までの高さを測定し、測定した高さと所定の高さの基準値との差を解消するための高さ調整機構22を備える。高さの基準値として、いずれか1台の作業機100における高さが用いられる。図1に示す例では、作業機100-2を基準機とし、作業機100-1の高さの調整対象とする調整機とする。調整機は、自機の部材の状態としてブレード16の高さを基準値に調整する作業機管理装置を兼ね備える。
他方、基準機となる作業機100-2のECU(Electric Control Unit,電子制御ユニット)42は、作業機において測定された高さh02を、通信部64を用いて無線で作業機100-1に送信する。作業機100-1のECU42は作業機100-2から通知された基準値h02に近似または合致するように作業機100-1の高さセンサ38により測定された高さh01を調整する。調整により基準値h02から地表面Gr01からブレード16での高さh01の差分Δhが低減または解消される。
次に、本実施形態に係る作業機100の構成例について説明する。図2は、本実施形態に係る作業機100の側面図を示す。図3は、本実施形態に係る作業機100の平面図を示す。図4は、本実施形態に係る作業機100のブロック図を示す。作業機100は、車体12と車輪14を備える。車体12はシャシ12aとそれに取り付けられるフレーム12bからなる。シャシ12aは、中央よりも長手方向の一端(以下、前端)に近い位置にステー12a1を備え、ステー12a1はシャシ12aの長手方向に対して左右にそれぞれ前輪14aを固定する。シャシ12aは、中央よりも長手方向の他端(以下、後端)に近い位置に、長手方向に対して左右にそれぞれ後輪14bを固定する。後輪14bの径は、前輪14aの径よりも大きい。車輪14は、地表面Gr01に接し、作業機100を支持する。なお、後端から前端に向かう方向を前方、その逆方向を後方と呼ぶ。作業機100の大きさは、任意であるが、典型的には、全長600mm、全幅300mm、高さ300mm程度である。
シャシ12aの中央には、ブレード16が設置され、ブレード16よりも車輪14が地表面Gr01に接した状態で、地表面Gr01から離れた方向(以下、上方または高さ方向)に作業モータ20が配置される。作業モータ20は、電力の供給を受けて回転軸周りで回転することで、自部に接続されたブレード16を回転させる。ブレード16には、高さ調整機構22が接続され、高さ調整機構22は、ECU42から入力される高さ調整信号で指示される基準値に近似または合致するように地表面Gr01からの高さを調整可能とする。高さ調整機構22の構成は、機械式、流体作動式のいずれであってもよい。機械式の高さ調整機構は、高さ方向に回転軸を有し、作業モータ20に接続されたねじ(図示せず)とねじを回転させるためのモータ(図示せず)を有する。ねじは、ECU42の制御に応じて回転軸の周りを回転することで、ブレード16の高さを変化させることができる。流体作動式の高さ調整機構22は、流体を内部に充填し、流体を封止し作業モータ20に接続された可動封止材を一端に備え、流体を封止し流体に圧力を加える加圧材を他端に備えるピストン(図示せず)と、加圧材を押圧するためのアクチュエータ(図示せず)を備える。加圧材は、ECU42の制御に応じた押圧によりピストン内部の流体の圧力を変化させることで、ブレード16の高さを変化させることができる。
高さ調整機構22は、指示される基準値を目標値とし、目標値から観測値との差分値をゼロに再帰的に近似するように制御するための制御回路(図示せず)を備えてもよい。ここで、観測値としてブレード16の高さの測定値が適用される。ブレードの高さの測定値は、高さセンサ38から通知される高さと所定の補正値(後述)の和となる。制御回路は、例えば、PI制御を実行するPI回路、PID制御を実行するPID回路など、目標値と観測値との差分値を最小化する処理を実行できる回路であればよい。
ブレード16の近傍には、高さセンサ38が設置され、作業モータ20を介在して、高さ調整機構22に接続される。高さセンサ38は、地表面Gr01からの高さを測定し、測定した高さを示す高さ測定信号をECU42に出力する。この配置により、ブレード16と高さセンサ38との相対的な位置関係には変動は生じず、ブレード16の高さの変動に応じて高さセンサ38の高さも変動する。ECU42は、測定した高さから予め設定しておいた補正値を加算することにより補正されたブレード16の高さ(以下、測定高さ)として導出する。補正値は、ブレード16の高さから高さセンサ38の高さの差分に相当し、ブレード16と高さセンサ38との位置関係により定まる。以下の説明では、高さセンサ38による高さの測定と、測定した高さと補正値の加算によりブレード16の高さを算出することを併せて、単にブレード16の高さを測定すると呼ぶことがある。
高さセンサ38は、既知の特性を有する波動を基準波として放射する放射部材と、地表面Gr01での反射により生じた反射波との基準波との位相差を検知するための検知部材を備える。高さセンサ38は、検知した位相差と基準波の伝搬速度から地表面Gr01からの高さを取得することができる。高さセンサ38は、赤外線を基準波として用いる赤外線センサ、超音波を基準波として用いる超音波センサ、など、いかなる測定原理を用いたものであってもよい。
自機が基準機となる場合には、ECU42は、自機の測定高さを示す高さ測定信号を、通信部64を用いて、他の作業機に送信する。基準機においては、ECU42は、ブレード16の高さを調整しない。
自機が調整機となる場合には、ECU42は、通信部64を用いて基準機から高さ測定信号を受信する。ECU42は、受信した高さ測定信号が示す高さ(以下、基準高さ)を高さの制御目標として示す高さ調整信号を高さ調整機構22に出力する。これにより、測定高さが基準高さに近似または合致するように調整される。
なお、自機を基準機とするか、調整機とするかは、予めECU42に設定しておいてもよいし、ユーザの操作により設定可能としてもよい。作業機100は、例えば、操作パネル(図示せず)を備え、ECU42は、ディスプレイ62に設定メニューを表示し、操作パネルが受け付けた操作入力に基づいて、自機を基準機とするか、調整機とするかを選択可能とする。操作パネルは、ディスプレイ62と並置された別個の部材であってもよいし、タッチセンサが表示領域に重畳するようにディスプレイ62と一体に構成された部材であってもよい。
シャシ12aの中央よりも後端に近い位置には、走行モータ24が設置されている。走行モータ24は、後輪14bに接続され、電力の供給を受けることで回転軸周りに回転して、接続された後輪14bを駆動輪として回転させる。後輪14bの駆動により、前輪14aを従動輪とし作業機100を走行させることができる。なお、作業モータ20、走行モータ24は、フレーム12bで被覆され、ブレード16は、フレーム12b内のブレードハウジング(図示せず)に収容される。
車体12の後部には、充電ユニット26とバッテリ30が格納される。フレーム12bの前方には、2個の充電端子32が並置されている。2個の充電端子32の内側には、接点32aがそれぞれ設置されている。
充電端子32は、充電ユニット26に導線を用いて接続され、充電ユニット26は、バッテリ30に導線を用いて接続される。作業モータ20と走行モータ24は、それぞれバッテリ30に導線を用いて接続される。
作業機100の前端の左方、右方には、それぞれ磁気センサ34が配置される。フレーム12bには、接触センサ36が配置される。接触センサ36は、例えば、フレーム12bとシャシ12aとの結合状況を検知する。フレーム12bが他の物体と接触すると、シャシ12aから離間する。このとき、接触センサ36は、接触を示す接触検知信号をECU42に出力する。
作業機100の中央付近には収納ボックスが設けられ、収納ボックスの内部に収納された基板40上には、ECU42と通信部64が配置される。ECU42は、作業機100の動作やその他の機能を制御する制御装置である。ECU42は、マイクロコンピュータを含んで構成され、マイクロコンピュータは、プロセッサと記憶媒体を備える。プロセッサは、例えば、CPU(Central Processing Unit)である。記憶媒体として、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)などを備える。プロセッサは、ROMに予め記憶された制御プログラムを読み出し、読み出した制御プログラムに記述された各種の命令(コマンド)で指示される処理を実行して、その作業機100としての機能を発揮するための制御部として機能する。本願では、制御プログラムに記述された命令で指示される処理を実行することを、単に「プログラムを実行する」、「プログラムの実行」などと呼ぶことがある。
収納ボックスには、通信部64、ヨーセンサ44および加速度センサ46が収納される。通信部64は、他の作業機100と所定の通信方式を用いて各種のデータ(高さ測定信号を含む)を送受信可能とする。通信部64は、例えば、通信インタフェースを備える。通信部64は、通信方式として、例えば、IEEE802.11、第4世代移動通信システム、第5世代移動通信システムなどに規定された方式を利用可能とする。
ヨーセンサ44と加速度センサ46は、ECU42に近接して配置される。ヨーセンサ44は、作業機100の重心位置の高さ方向の回転軸周りの角速度(ヨーレート)を検出し、検出したヨーレート信号をECU42に出力する。加速度センサ46は、作業機100に作用する三次元の加速度を検出し、検出した加速度を示す加速度信号をECU42に出力する。
後輪14bの近傍には、後輪14bの回転速度である車輪速を検出する車輪速センサが配置され、車輪速センサは車輪速を示す車輪速信号をECU42に出力する。シャシ12aとフレーム12bの間にはリフトセンサ52が配置される。フレーム12bがシャシ12aから持ち上げられ、シャシ12aから離間すると、リフトセンサ52は、シャシ12aの持ち上げ(リフト)を検知する。リフトセンサ52は、検知した持ち上げを示すリフト信号をECU42に出力する。
バッテリ30には、電流・電圧センサ54が配置され、バッテリ30に蓄積された電力の残量を検出する。電流・電圧センサ54は、検出した残量を示す残量信号をECU42に出力する。また、フレーム12bの表面は全体として切り欠いた形状を有し、メインスイッチ56、非常停止スイッチ60およびディスプレイ62が設置される。メインスイッチ56は、操作により動作の可否(オン/オフ)を指示するためのスイッチである。非常停止スイッチ60は、操作により動作の停止を指示するためのスイッチである。メインスイッチ56は、動作の可否を指示するための動作指示信号をECU42に出力する。非常停止スイッチ60は、動作の停止を指示するための停止指示信号をECU42に出力する。ディスプレイ62は、ECU42から入力される各種の表示情報を表示する。ディスプレイ62には、例えば、その時点で動作中の作業モードを表示する。
作業機100の充電端子32は、充電ステーションに設置された充電器に接続される。充電器は、商用電源に接続され、充電端子32を用いて作業機に充電可能としている。充電ステーションにはエリアワイヤを用いて交流電力を通電し、エリアワイヤの周囲に磁界を生じさせる。
上記の作業機100の作業、即ち芝刈り作業について説明する。メインスイッチ56は、押下が検出されると、動作開始を示す動作開始指示信号をECU42に出力する。ECU42は、メインスイッチ56から動作開始指示信号が入力されるとき動作モードとして作業モードを開始し、所定の作業として芝刈りを行う。芝刈りにおいて、作業対象物は、必ずしも芝に限られず、その他の種別の草などの自然物、人工物を問わずブレード16により刈り取り可能な物体も含まれうる。メインスイッチ56は、自部への押下を検出すると、動作終了を示す動作終了指示信号をECU42に出力する。ECU42は、メインスイッチ56から動作終了指示信号が入力されるとき動作モードとして作業モードを終了し、芝刈りを終了する。
ECU42は作業モードにおいて、車輪速センサ50から検出される車輪速が所定の値となるように通電制御値を算出し、ドライバ24aに算出した通電制御値を出力する。ドライバ24aは、ECU42から入力される通電制御値に応じた電力を走行モータ24に供給する。ドライバ20aは、ECU42から入力される通電制御値に応じた電力を作業モータ20に供給する。これにより、ECU42は、所定の作業領域内で自機の走行を制御することができる。
より具体的には、ECU42は、作業領域内で走行させ、作業を実行させるとともに、磁気センサ34は、エリアワイヤ付近で発生している磁界強度を検出し、検出した磁界強度を示す磁界強度信号をECU42に出力する。ECU42は、磁気センサ34から入力される磁界強度信号に基づいて、所定の作業領域内を走行しているか、その作業領域から退出したか、を判定する。ECU42は、所定の作業領域から退出したと判定するとき。ヨーセンサ44から入力されるヨーレート信号が示す進行方向を所定の角度だけ変更する。これにより、作業機100の進行方向を作業領域内に向けて復帰させる。
なお、上記の説明は、ECU42がエリアワイヤで囲まれる作業領域から脱出しないように作業機100を走行させる場合を例にしたが、これには限らない。作業機100は、自機の位置を取得する位置情報取得部(図示せず)を備え、ECU42に自機に割り当てられた作業領域を示す地図データを予め記憶させておいてもよい。位置情報取得部は、自機の位置を逐次に取得し、取得した位置を示す位置情報をECU42に出力する。ECU42は、地図データを参照し、位置情報取得部から入力される位置情報が示す位置が、地図データに示される作業領域の範囲内であるか否かを判定する。作業領域の範囲内であると判定する場合には、ECU42は、進行方向を変更しない。作業領域の範囲外であると判定する場合には、ECU42は、作業領域内のいずれかの位置(例えば、現時点の位置情報が示す位置(現在位置)からの作業領域の最近接点、作業領域の重心点など、のいずれか)を目標点として特定し、現在位置を基準点とする目標点の方向を進行方向として定める。ECU42は、上記の手法により定めた進行方向で作業機100が走行するようにドライバ24aを制御する。
位置情報取得部は、例えば、GPS(Global Positioning System)、エンコーダのいずれかまたは両者を備える。GPSは、地球の周囲を周回する少なくとも3個以上のGPS衛星からそれぞれ伝送される基準信号間の到達時間差に基づいて自部の位置を示す緯度と経度を計測する。位置情報取得部は、計測された緯度と経度を、地図データが示す地図の座標系の二次元の座標値で表される位置に変換する。
エンコーダは、車輪速センサ50から検出される左右の車輪速に基づいて車速と進行方向を定め、定めた車速を進行方向に沿って既知の基準点から現時点の車速、進行方向に至るまで積分することにより自機の位置を定める。位置情報取得部は、既知の基準点として、GPSを用いて計測された位置を用いてもよい。
左右の後輪14bは、走行モータ24により独立して相互に同一の方向または逆方向に駆動可能とする。例えば、左右の走行モータ24を同一回転数で正転させると、作業機100は前方に直進する。左右の走行モータ24を異なる回転数で正転させると、作業機100は、後輪14bの回転数が少ない方向に旋回する。左右の走行モータ24の一方を正転させ、他方を逆転させると、左右の後輪14bもその方向に回転するため、作業機100は、その場で旋回する。ECU42は、例えば、作業モードにおいて走行しながら、作業領域の外縁をなすエリアワイヤに到達するたびに、自機の進行方向を変更して、作業領域内を走行し、ブレード16を回転させることにより作業させる。
また、ECU42は、作業モードにおいて電流・電圧センサ54から入力される残量信号を監視し、残量信号が示す残量が所定の充電目標値まで低下するとき、動作モードを帰還モードに変更する。帰還モードでは、ECU42は、作業機100をエリアワイヤに沿って、充電ステーションに到着するまで走行させる。但し、充電ステーションは、エリアワイヤ沿いに設置されていると仮定する。ECU42は、充電端子32の接点32aを充電器の充電端子に接触させ、バッテリ30に電力を充電する。ECU42は、接点32aを充電器の充電端子に接触させて電力を検出するとき、帰還モードを終了する。
また、ECU42は、動作モードが作業モードまたは帰還モードであるとき、接触センサ36から接触検知信号が入力されるとき、リフトセンサ52からリフト信号が入力されるとき、非常停止スイッチ60から停止指示信号が入力されるとき、作業モータ20と走行モータ24を停止させ、走行と作業を停止する。
次に、ブレード16と作業モータ20との接続構造について説明する。図5は、本実施形態に係るブレードを示す斜視図である。作業モータ20の駆動軸20bには、接続部材80が接続される。接続部材80は、ブレードディスク82と、ホルダ84とを備える。ブレードディスク82は、円盤状の形状を有し、鉄系金属材からなる。ホルダ84は、ほぼ円筒状の形状を有する。ブレードディスク82の主面の中央部には、ほぼ円錐台状を呈する円錐台部82aが形成され、円錐台部82aの中心には作業モータ20の駆動軸20bを挿通可能な挿通孔82bが穿設される。また、ブレードディスク82において、前記した円錐台部82aの周囲の平坦な部位である平坦部82cには、ファン82dが一体的に形成される。
ホルダ84には、駆動軸20bが挿通可能な挿通孔84aが穿設される。また、駆動軸20bの下端部分には雄ねじが螺刻される。これにより、駆動軸20bをホルダ84の挿通孔84aとブレードディスク82の挿通孔82bに図示しないキーで位置決めしつつ挿通し、ナットで締結固定することで、ブレードディスク82が作業モータ20の駆動軸20bに固定される。個々のブレード16は、ほぼ長方形の形状を有し、ブレードディスク82に取り付けられたときに回転方向Aの端部16aに刃が形成される。また、ブレード16は例えば工具鋼材から製作される。
3枚のブレード16は、ブレードディスク82の外周に等角度間隔に取り付けられる。ブレードディスク82の平坦部82cの円錐台に82aよりも外周に近い位置であって、ファン82dから回転方向Aと反対側に所定距離だけ離間した位置に、雌ねじが螺刻された孔を有するナット部90が形成される。他方、ブレード16には、径がボルト92のねじ部92aのそれよりも大きいボルト孔16bが穿設される。ボルト92をブレード16のボルト孔16bとブレードディスク82のナット部90に挿通して締結固定することで、ブレード16がブレードディスク82に対して回転自在に取り付けられる。
ブレード16および接続部材80が作業モータ20の駆動軸20bによって回転方向Aに回転させられると、その回転による遠心力によってブレード16は外径方向に突出させられつつ回転させられて芝を刈り取ることが可能になる。さらに、接続部材80が回転させられると、ファン82dによって負圧が生じて整流効果を得て、芝を立たせつつ、その芝をブレード16で刈り取ることが可能になる。
従って、ECU42は、他の作業機100から通知されたブレード16の高さを高さの基準値として取得し、自機で測定されたブレードの16の高さが、基準値に近似または合致するように高さ調整機構22に対して調整させることができる。そのため、作業機100間でブレード16の高さの差異が低減または解消されるので、高さの差異による仕上がり状態の差異として、刈り取りむらを抑制または解消することができる。
なお、上記の説明では、作業システムS1は、所定の作業領域内で共通の作業を実行可能とする2台の作業機100を備え、調整機の台数が1台である場合を例にしたが、これには限られない。作業システムS1における作業機100の台数は3台以上となってもよい。これに伴い、調整機の台数は、2台以上となってもよい。
<第2の実施形態>
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。上記の実施形態と共通の構成については同一の符号を付して、特に断らない限り、その説明を援用する。以下の説明では、上記の実施形態との差異点を主とする。本実施形態に係る作業システムS1も、2台以上の作業機100を備えるが、特に基準機を設けなくてもよい。本実施形態では、個々の作業機100は、所定の標識の高さを基準値として用いる。
図6は、本実施形態に係る作業機100の例を示す側面図である。本実施形態に係る作業機100では、高さセンサ38に代えて、または高さセンサ38とともに高さセンサ138を車体12の前端に固定して設置する。高さセンサ138は、基準値の高さs01に表示された所定の標識の高さs01’を測定する。標識は、例えば、作業領域に設置された柱など剛性の高く、水平方向に交差する方向(例えば、鉛直方向)に平行な構造物の表面に表示された所定の模様が利用可能である。高さセンサ138は、例えば、二次元画像を撮影するカメラと、撮影した画像に表された処理の模様とその位置を公知の画像処理技術を用いて特定する画像処理部と、画像上で特定された位置に相当するグローバル座標における高さを定める高さ推定部を備える。高さセンサ138は、測定した高さs01’を示す高さ測定信号をECU42に出力する。
ECU42は、基準値s01から、高さセンサ138から入力される高さ測定信号が示す高さs01’の差分を調整量Δh01として定める。ECU42は、定めた調整量Δh01で高さの調整を指示する高さ調整信号を高さ調整機構22に出力する。本実施形態では、高さ調整機構22は、ECU42から入力される高さ調整信号で指示される調整量Δh01が加算されるようにブレード16の高さを調整する。ここで、高さ調整機構22は、指示された調整量Δh01を目標値とブレード16の高さの観測値との差分の初期値として設定し、その差分を再帰的にゼロに近似するようにブレード16の高さを調整する。
よって、作業領域内で共通の作業を実行可能とする複数の作業機100のそれぞれにおいて、地表面Gr01からのブレード16の高さが標識の高さs01に近似または合致するように調整される。そのため、作業システムS1において、複数の作業機100間で生じうる刈り取りむらが低減または解消する。
<第3の実施形態>
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。上記の実施形態と共通の構成については同一の符号を付して、特に断らない限り、その説明を援用する。以下の説明では、上記の実施形態との差異点を主とする。本実施形態に係る作業システムS1は、2台以上の作業機100と作業機管理装置300とを含んで構成される。
図7は、本実施形態に係る作業機管理装置300の機能構成を示すブロック図である。作業機管理装置300は、制御部320と、記憶部330と、通信部340と、を備える。制御部320は、作業機管理装置300としての機能を発揮するための各種の処理、またはその実行を制御する。制御部320は、個体情報取得部322と、調整指示部324と、を備える。制御部320は、例えば、調整機である作業機100におけるブレード16の高さの調整を支援する。制御部320は、第1の実施形態と同様に調整機におけるブレード16の高さを、基準機におけるブレード16の高さに近似または合致するように調整する。
個体情報取得部322は、個々の作業機100の部材の状態を示す個体情報を取得する。個体情報取得部322は、個体情報の例として作業機100から高さ測定信号を受信し、受信した高さ測定信号が示す高さを記憶部330に記憶する。高さ測定信号には、予め設定しておいた送信元の作業機100を示す作業機識別情報が含まれてもよい。記憶部330には、作業機100ごとに動作モード、パラメータなどの設定情報を記憶させ、設定情報には、自機が基準機であるか否かを示す基準機設定情報が含まれてもよい。作業機100のECU42は、自機の高さセンサ38が測定した高さを示す高さ測定信号を作業機管理装置300に送信する。
調整指示部324は、第1の実施形態と同様に、調整機のブレード16の高さを基準機のブレード16の高さを基準値として調整させることができる。調整指示部324は、例えば、受信した高さ測定信号に含まれる作業機識別情報に基づいて送信元の作業機を特定し、記憶部330に記憶した作業機識別情報を参照して、送信元の作業機100が基準機であるか否かを判定する。送信元の作業機100が基準機であると判定するとき、調整指示部324は、高さ測定信号が示す高さを基準値として定める。他方、送信元の作業機100が基準機ではなく、調整機であると判定するとき、調整指示部324は作業機100について定めた基準値を高さの制御目標として示す高さ調整信号を送信元の調整機である作業機100に送信する。高さ調整信号の送信先となる作業機100のECU42は、作業機管理装置300から受信した高さ調整信号を高さ調整機構22に出力する。
調整指示部324は、高さ調整信号を高さ測定信号の送信元である作業機100に送信することにより、第2の実施形態と同様に、その作業機100のブレード16の高さを、既知の基準値と標識の高さの測定値に基づいて調整させてもよい。その場合には、調整指示部324は、送信元の作業機100が基準機であるか否かを判定する処理を省略してもよいし、作業機100に送信する高さ調整信号にブレード16の高さの基準値を含めなくてもよい。作業機100のECU42は、所定の基準値から高さセンサ138が測定した標識の高さの差分を調整量Δh01として高さの調整を指示する高さ調整信号を高さ調整機構22に出力する。
上記のように、作業機管理装置300は作業機100に対して高さ調整信号を送信する。そのため、本実施形態では、個々の作業機100においてECU42は、自律的にブレード16の高さを調整しなくてもよい。
高さ調整機構22は、上記のいずれかの手法で高さ調整を完了したとき、その完了を示す高さ調整完了情報を作業機100のECU42と通信部64を経由して、作業機管理装置300に送信してもよい。調整指示部324は、作業機100から高さ調整完了情報を受信するとき、受信した高さ調整完了情報とその日時を対応付けて、その作業機100の個体情報に含めて記憶する。
個体情報取得部322は、作業機100の作業に影響するその他の要素を示す要素情報を取得し、これらの要素情報を個体情報に含めて記憶部330に記憶しておいてもよい。個体情報取得部322は、例えば、メンテナンス(例えば、部品の交換、点検、等の管理)の際に、自装置または作業機100に対するユーザの操作に応じて、メンテナンスを行った作業機100の要素情報を取得する。例えば、芝刈りの仕上がりに影響する要件として、車輪14の径、高さ調整機構22に対するブレード16の相対的な高さ、などがある。車輪14、ブレード16をはじめとする消耗品の交換により、地表面からブレード16の高さが変化する可能性がある。そこで、個体情報取得部322は、要素情報の例として消耗品の交換などのメンテナンス日時を示すメンテナンス情報を取得する。かかるメンテナンスは、地表面からブレード16までの高さを有意に変動させる要因となりうる。
調整指示部324は、記憶部330に記憶された個体情報を監視し、最後のメンテナンス後に高さ調整が行われていない作業機100を特定する。調整指示部324は、例えば、最後の管理情報に示される日時が、最後の高さ調整完了情報に対応する日時(以下、最終調整日時)よりも後となる作業機100を特定することができる。調整指示部324は、特定した作業機100に高さ調整信号を送信してもよい。これにより、メンテナンス後に高さの調整が行われる。
個体情報には、個々の作業機100が製造された製造ロット(以下、ロット)を示すロット識別情報が含まれてもよい。ロットは、所定の製品を一度に製造する単位を指す。ロットごとに、作業機100全体または部材の仕様が異なりうるため、ロット識別情報は製造後、未使用時の部材の状態の特定に役立つ。記憶部330には、ロットごとに、作業機100の作業に用いられる部材の特性の時間経過に応じた変化度を示すロット情報が記憶されてもよい。ロット情報には、例えば、そのロットで製造された作業機100の製造時と最終調整日時のうち遅い方の日時(以下、直前調整日時等)から現時点までの経過時間に依存した地表面からのブレード16の高さの変化量を示す特性データが含まれてもよい。一般に、製造時点または直前の調整時点における高さからの変化量は、そのいずれかの時点からの経過時間が長いほど大きくなる傾向がある。
調整指示部324は、作業機100のロットに係る特性データを参照して、最終調整日時等から現時点までの経過時間に対応する変化量を特定する。そして、特定した変化量が所定の変化量の限界値を超えるとき、調整指示部324は、その作業機100に高さ調整信号を送信してもよい。これにより、ユーザによる操作を伴わずに、個々の作業機100について時間経過に応じて生じうるブレード16の高さの変化に対する調整が行われる。この調整において、複数の作業機100間でブレード16の高さの差異を低減または解消することができる。
なお、ブレード16の高さの変化量は、作業機100の作業時間にも依存することがある。そのため、特性データは、経過時間に代えて、または経過時間とともに、直前調整日時等以降現時点までの作業時間にも依存するブレード16の高さの変化量を示すものであってもよい。
そこで、調整指示部324は、作業機100から通知された作業開始情報と作業終了通知情報に基づいて、その作業機100の作業時間を特定する。より具体的には、作業機100のECU42は、メインスイッチ56から動作開始指示信号が入力されるとき、作業開始を示す作業開始情報を作業機管理装置300に送信する。作業機100のECU42は、作業終了を検出するとき、作業終了を示す作業終了情報を作業機管理装置300に送信する。ECU42は、例えば、上記のように動作終了指示信号、リフト信号、停止指示信号または動作終了信号が入力されるとき、または動作モードを作業モードから帰還モードに変更するとき、作業終了を検出することができる。
調整指示部324は、作業機100から作業開始情報を受信するとき、作業開始情報とその時点の日時を対応付けて、その作業機100の個体情報に含めて記録する。また、調整指示部324は、作業機100から作業終了情報を受信するとき、作業終了情報とその時点の日時を対応付けて、その作業機100の個体情報に含めて記録する。調整指示部324は、ある作業開始情報に対応する日時から次の作業終了情報に対応する日時までの期間を各1つの作業期間として特定することができる。そして、調整指示部324は、直前調整日時等から現時点までの各作業期間の総和を作業時間として定めることができる。
特性データが作業時間に依存するブレード16の高さの変化量を示す場合、調整指示部324は、特性データを参照して直前調整日時等から現時点までの経過時間内における作業時間に対応する変位を特定する。特性データが直前調整日時等からの経過時間と作業時間に依存するブレード16の高さの変化量を示す場合、調整指示部324は、特性データを参照して直前調整日時等から現時点までの経過時間と、その経過時間内における作業時間に対応する変位を特定する。そして、特定した変位が所定の変位の限界値を超えるとき、調整指示部324は、その作業機100に高さ調整信号を送信してもよい。これにより、経過時間の他、高さの作業時間に依存性を考慮して高さの調整が行われる。
また、個体情報取得部322は、上記の作業開始の指示とは別個に、個々の作業機100に対して作業を試行させ、試行させた作業状況を示す検出情報を取得してもよい。作業機100には、検出情報を取得するための検出部として、例えば、ブレード16よりも車体12の底面の後端に近い位置にカメラ(図示せず)を備える。
個体情報取得部322は、自装置に対するユーザの操作に応じて、作業機100に高さ調整信号を送信する。作業機100のECU42は、動作モードを作業モードに変更するとともに、カメラに対して走行後の地表面の画像の撮影を開始させる。カメラは、撮影した画像を示す画像信号を検出情報としてECU42を経由して作業機管理装置300に送信する。作業機管理装置300の個体情報取得部322は、作業機100から受信した画像信号に対して公知の画像認識処理を行って、刈り残った芝の地表面からの長さを検出(評価)する。個体情報取得部322は、その作業機100に検出した長さの平均値(以下、平均長)を示す評価情報を、地表面からブレード16の高さと対応付けて個体情報に含めて記録してもよい。個体情報取得部322は、評価情報が示す平均長と個体情報が示すブレードの高さの関連を示す所定の関数(例えば、一次関数、二次関数など)のパラメータを関連パラメータとして算出し、算出した関連パラメータを評価関連情報として記憶部330に記憶してもよい。
調整指示部324は、評価関連情報を参照し、作業機100の共通の所定の平均長さを長さの基準値とし、長さの基準値に対応するブレード16の高さを基準値として定めてもよい。そして、調整指示部324は、定めた基準値を高さの制御目標として示す高さ調整信号を調整機とする作業機100に送信する。長さの基準値は、予め調整指示部324に設定されていてもよいし、ユーザの操作に応じて設定可能としてもよい。この手法によっても、複数の作業機100間で刈り残った芝の長さを揃えることができる。
次に、本実施形態に係る作業機管理装置300のハードウェア構成例について説明する。図8は、本実施形態に係る作業機管理装置300のハードウェア構成例を示す概略ブロック図である。作業機管理装置300は、プロセッサ302、ROM304、RAM306、操作入力部308、表示部310、および入出力部312を含んで構成されるコンピュータである。プロセッサ302、ROM304、RAM306、操作入力部308、表示部310および入出力部312は、相互に接続される。
プロセッサ302は、例えば、ROM304に記憶されたプログラムや各種のデータを読み出し、当該プログラムを実行して、作業機管理装置300の動作を制御する。プロセッサ302は、例えば、CPUである。プロセッサ302は、所定のプログラムを実行して、各機能部、例えば、制御部320の機能を実現してもよい。なお、本願では、プログラムに記述された各種の命令(コマンド)で指示された処理を実行することを、「プログラムの実行」または「プログラムを実行する」などと呼ぶことがある。
ROM304は、例えば、プロセッサ302が実行するためのプログラムを記憶する。RAM306は、例えば、プロセッサ302で用いられる各種データ、プログラムを一時的に保存する作業領域として機能する。なお、上記の記憶部330は、ROM304とRAM306により実現される。操作入力部308は、ユーザの操作を受け付け、受け付けた操作に応じて操作信号を生成し、生成した操作信号をプロセッサ302に出力する入力装置である。操作入力部308は、例えば、マウス、キーボードなどのポインティングデバイスが該当する。本願では、入力される操作信号が示す情報に従って動作することを、単に「操作に応じて動作する」と呼ぶことがある。
表示部310は、例えば、プロセッサ302から入力される画像信号などに基づいて各種の表示情報を表示するためのディスプレイを備える。入出力部312は、例えば、他の機器との間で各種のデータを有線または無線で接続し入力および出力可能とする入出力インタフェースを備える。入出力部312は、有線または無線でネットワークに接続する通信モジュールを備え、ネットワークに接続されたさらに他の機器との間で各種のデータを送信および受信可能とする。上記の通信部340は、入出力部312により実現される。
以上に説明したように、本実施形態に係る制御装置(例えば、ECU42、作業機管理装置300)は、所定の部材(例えば、ブレード16)を用いて作業を実行する作業機(例えば、作業機100)の部材の状態(例えば、ブレード16の高さ)を示す個体情報を取得し、取得した個体情報が示す状態と、他の作業機と共通の状態の基準値との差分を低減するように状態を調整する状態調整機構(例えば、高さ調整機構22)に状態の調整を指示する制御部(例えば、ECU42のプロセッサ、制御部320)を備える。この構成により、共通の作業を行う複数の作業機間で部材の状態の差異が低減または解消される。そのため、複数の作業機間で作業の仕上がり状態を揃えることができる。
また、制御部は、他の作業機(例えば、基準機)から個体情報を受信し、受信した個体情報が示す部材の状態を基準値として採用してもよい。この構成により、自機の部材の状態を、他の作業機の部材の状態に近似または合致させることができる。
また、制御部は、基準値を与える所定の標識の状態の測定情報を取得し、測定情報が示す状態と基準値との差分を低減するように、状態調整機構に個体情報が示す状態の調整を指示してもよい。この構成により、自機の部材の状態を、標識で与えられる基準値に近似または合致させることができる。
また、制御部は、個体情報と作業後の作業対象物の状態である対象物状態(例えば、芝の長さ)を示す評価情報との関係を示す評価関連情報を解析し、解析された評価関連情報に基づいて、他の作業機と共通の所定の対象物状態に対応する個体情報が示す状態を基準値として定めてもよい。この構成により、複数の作業機間で共通の作業後の作業対象物の状態を本位として部材の状態の基準値が与えられ、その基準値に近似または合致するように部材の状態が調整される。そのため、作業機の構成上の個体差による作業の仕上がり状態の差異をより低減することができる。
また、制御部は、部材の状態が最後に調整された日時から現時点までの経過時間を少なくとも取得し、部材の状態の時間変化を示す特性データを参照して、取得した経過時間に対応する状態の変化量(例えば、変位)を定め、定めた変化量が所定の変化量の限界値を超えるとき、状態調整機構に部材の状態の調整を指示してもよい。この構成により、時間経過に伴う部材の状態の変化量が所定の変化量の限界値を超えないように、個々の作業機における部材の状態が調整される。そのため、複数の作業機間で部材の状態を限界値で画定される範囲に極力収めることができる。
また、個々の作業機は、地表面を走行する車輪(例えば、車輪14)と状態調整機構を設置した車体(例えば、車体12)と、状態調整機構が接続されるカッターブレード(例えば、ブレード16)と、部材の状態としてカッターブレードの高さを検出する高さ検出部(例えば、高さセンサ38、138)と、を備え、状態調整機構は、カッターブレードの高さを調整する高さ調整機構である芝刈り機であってもよい。この構成により複数の作業機間でカッターブレードの高さの差異が低減または解消される。そのため、複数の作業機間で作業の仕上がり状態として刈り取り後の芝の長さが揃い、刈りむらが低減または解消される。
以上、図面を参照してこの発明の実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、作業機100のECU42は、作業機100の他の構成部材から着脱可能な制御装置として構成されてもよい。
また、作業機管理装置300は、少なくとも1台の作業機100のECU42と一体化した単一の制御装置として構成され、ECU42のプロセッサが制御部320の機能を有してもよい。その場合、上記のECU42と制御部320との間の各種のデータの送受信は、制御装置内部の入出力となり、一体化により冗長となる構成や処理、例えば、通信部340は省略されてもよい。
また、上記の作業機100は、エリアワイヤで画定される作業領域内を任意に走行する構成を有する自走式芝刈り機である場合を例にしたが、自己位置と周囲の環境を取得して環境地図を作成し、作成した環境地図に基づいて経路計画を行う機能を有してもよい。また、作業機100は、無線または有線で伝達された方向や加減速などの指示に基づいて走行してもよいし、動力を有さずに管理者による手動操作に応じて走行してもよい。
また、作業機100は、所定の作業として芝刈りに限らず、除草を行う除草機、微小な物体を回収、除去するまたは表面を拭き取る掃除機、など、作業機100の部材を作用させて、走行した作業領域の表面における作業対象物の状態に変化をもたらす作業を実行する機器であれば適用可能である。作業に係る部材の状態は、高さなどの位置に限らず、部材の摩耗など、時間経過や作業時間になどにより作業機100間で個体差が生じうるが、その部材に対する調整により、作業後の作業対象物の状態を制御可能とするものであればよい。
S1…作業システム、12…車体、14…車輪、16…ブレード、20…作業モータ、22…高さ調整機構、24…走行モータ、26…充電ユニット、30…バッテリ、32…充電端子、34…磁気センサ、36…接触センサ、38、138…高さセンサ、42…ECU、44…ヨーセンサ、46…加速度センサ、50…車輪速センサ、52…リフトセンサ、54…電流・電圧センサ、56…メインスイッチ、60…非常停止スイッチ、62…ディスプレイ、64…通信部、80…接続部材、82…ブレードディスク、84…ホルダ、92…ボルト、100(100-1、100-2)…作業機、300…作業機管理装置、302…プロセッサ、304…ROM、306…RAM、308…操作入力部、310…表示部、312…入出力部、320…制御部、322…個体情報取得部、324…調整指示部、330…記憶部、340…通信部

Claims (8)

  1. 所定の部材を用いて作業を実行する作業機の前記部材の状態を示す個体情報を取得し
    記部材の前記状態を調整する状態調整機構に前記部材の前記状態の調整を指示する制御部、を備え、
    前記制御部は、他の作業機から該他の作業機の他の部材の他の状態を示す他の個体情報を受信し、
    受信した前記他の個体情報が示す前記他の部材の前記他の状態を基準値として採用し、
    前記個体情報が示す前記部材の前記状態と、前記基準値との差分を低減するように前記状態調整機構に前記部材の前記状態の調整を指示する
    制御装置。
  2. 前記制御部は、前記基準値を与える所定の標識の状態の測定情報を取得し、
    前記測定情報が示す状態と前記基準値との差分を低減するように、前記状態調整機構に前記個体情報が示す状態の調整を指示する
    請求項1に記載の制御装置。
  3. 前記制御部は、
    前記個体情報と前記作業後の作業対象物の状態である対象物状態を示す評価情報との関係を示す評価関連情報を解析し、
    前記評価関連情報に基づいて、前記他の作業機と共通の所定の対象物状態に対応する前記個体情報が示す状態を前記基準値として定める
    請求項1または請求項2に記載の制御装置。
  4. 前記制御部は、
    前記状態が最後に調整された日時から現時点までの経過時間を少なくとも取得し、
    前記部材の状態の時間変化を示す特性データを参照して、取得した前記経過時間に対応する前記状態の変化量を定め、定めた前記変化量が所定の変化量の限界値を超えるとき、
    前記状態調整機構に前記状態の調整を指示する
    請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の制御装置。
  5. 前記作業機は、
    地表面を走行する車輪と前記状態調整機構を設置した車体と、
    前記状態調整機構が接続されるカッターブレードと、
    前記状態として前記カッターブレードの高さを検出する高さ検出部と、を備え、
    前記状態調整機構は、前記高さを調整する高さ調整機構である
    請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の制御装置。
  6. 複数の前記作業機と、
    請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の制御装置と、
    を備える作業システム。
  7. 所定の部材を用いて作業を実行する作業機の前記部材の状態を示す個体情報を取得する制御部と、
    前記部材の前記状態を調整する状態調整機構と、
    を備え、
    前記制御部は、他の作業機から該他の作業機の他の部材の他の状態を示す他の個体情報を受信し、
    受信した前記他の個体情報が示す前記他の部材の前記他の状態を基準値として採用し、
    前記個体情報が示す前記部材の前記状態と、前記基準値との差分を低減するように前記状態調整機構に前記部材の前記状態の調整を指示する
    作業機。
  8. 制御装置における制御方法であって、
    所定の部材を用いて作業を実行する作業機の前記部材の状態を示す個体情報を取得するステップと、
    他の作業機から該他の作業機の他の部材の他の状態を示す他の個体情報を受信するステップと、
    受信した前記他の個体情報が示す前記他の部材の前記他の状態を基準値として採用し、
    前記個体情報が示す前記部材の前記状態と、前記基準値との差分を低減するように前記部材の前記状態を調整する状態調整機構に前記部材の前記状態の調整を指示するステップと、
    を有する制御方法。
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