JP7527856B2 - Working robot - Google Patents

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  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Description

本発明は、自律走行しながら草刈りなどの作業を行う作業ロボットに関するものである。 The present invention relates to a work robot that can navigate autonomously while performing tasks such as mowing grass.

従来、作業領域内を自律走行しながら走行経路に沿って草刈りなどの作業を行う作業ロボットが知られている(例えば、下記特許文献1参照)。 Conventionally, there are known work robots that autonomously navigate within a work area and perform tasks such as weeding along a travel path (see, for example, Patent Document 1 below).

作業ロボットは、GPSなどの衛星測位システムを活用するか、或いは作業現場に設置された電子タグやワイヤなどの基準位置を検知して、現在の自己位置が設定された作業領域内に位置するように自律走行を行う。 The work robot uses a satellite positioning system such as GPS, or detects reference positions such as electronic tags or wires installed at the work site, and navigates autonomously to position itself within the set work area.

特許第5973608号公報Patent No. 5973608

前述した作業ロボットは、機体が作業領域の境界位置に到達すると、機体の進行方向が作業領域内に向くように機体を所定角度ターン(旋回)させる。 When the aforementioned work robot reaches the boundary of the work area, it turns (pivots) the body a specified angle so that the direction of travel of the body faces into the work area.

この際、進行方向を決める機体の向きは、旋回動作の角度カウントや方位センサの検出値によって決められるが、作業現場の路面状態やセンサ誤差などの各種要因で、機体をターンした後の機体の向きと設定された進行方向との間にずれが生じる場合がある。 At this time, the direction of the aircraft, which determines the direction of travel, is determined by the angle count of the turning operation and the detection value of the orientation sensor, but due to various factors such as the road surface conditions at the work site and sensor errors, a discrepancy may occur between the aircraft's orientation after turning and the set direction of travel.

このような方向ずれが生じると、それを修正するように自律走行の制御がなされることになるが、方向ずれが修正されるまでの間、作業ロボットは設定された走行経路から外れた作業を行うことになる。特に、機体を直進させて直線的な作業軌跡を得たい場合などは、ターン後の方向ずれが修正されるまでの間に作業軌跡が蛇行した状態になり、ターン直後の数メートルで安定した直線状の作業軌跡が形成できなくなる。 When such a directional deviation occurs, the autonomous driving control is performed to correct it, but until the directional deviation is corrected, the work robot will be performing work outside of the set driving path. In particular, when trying to obtain a linear work trajectory by moving the robot in a straight line, the work trajectory will become meandering until the directional deviation after the turn is corrected, and a stable, linear work trajectory cannot be formed for several meters immediately after the turn.

また、草刈りなどの作業を行う作業ロボットは、停止状態での作業範囲が円形になるものが多い。このような作業ロボットは、自律走行によって形成される作業軌跡が、端部で円弧状になるので、作業領域の境界位置で機体をターンさせて作業領域内の全体を作業する際に、ターン箇所において、円弧の作業軌跡の外側に未作業箇所(草刈りの場合は刈り残し)が発生してしまう問題があった。 Furthermore, many work robots that perform tasks such as mowing the grass have a circular working range when stopped. With such work robots, the working trajectory formed by autonomous driving becomes arc-shaped at the ends, so when the robot turns at the boundary position of the working area to work the entirety of the working area, there is a problem that unworked areas (in the case of mowing the grass, areas left uncut) are generated outside the arc-shaped working trajectory at the turning point.

このような未作業箇所は、作業領域の外縁に沿って作業ロボットを自律走行させて、追加の作業を行うことで無くすことはできるが、このような追加の作業は、多くの作業軌跡が作業済み箇所と重複した軌跡にならざるを得ず、非効率な作業になってしまう問題があった。 Such unworked areas can be eliminated by having a work robot autonomously navigate along the outer edge of the work area to perform additional work, but this type of additional work inevitably results in many of the work trajectories overlapping with areas that have already been worked on, making the work inefficient.

本発明は、このような問題に対処するために提案されたものである。すなわち、作業ロボットにおいて、設定された走行経路に沿った作業軌跡を形成できるようにすること、また、作業軌跡の外側に残る未作業箇所を効率的に無くすことができるようにすること、などが本発明の課題である。 The present invention has been proposed to address these problems. In other words, the objective of the present invention is to enable a work robot to form a work trajectory that follows a set travel route, and to efficiently eliminate unworked areas that remain outside the work trajectory.

このような課題を解決するために、本発明は、以下の構成を具備するものである。
自律走行可能な走行部を備える機体と、前記機体に設けられ、前記機体の走行経路に沿って作業軌跡を形成する作業部と、前記機体に設けられ前記走行部と前記作業部を駆動する駆動部と、前記走行部が自律走行を行うための制御を行う制御部とを備え、前記制御部は、作業境界位置付近で前記機体の前方向きを作業領域内に向けてターンさせるターン動作に係る制御を行い、前記ターン動作の動作前又は動作後に、前記機体を前記前方向きの逆向きに走行させる後進動作に係る制御を行い、前記後進動作に係る制御は、前記作業部の作業範囲の半径分の移動距離だけ後進動作することで、前記作業軌跡の外側に発生する未作業箇所を無くすことを特徴とする作業ロボット。
In order to solve such problems, the present invention has the following configuration.
a control unit that controls the running unit to run autonomously, wherein the control unit controls a turning operation that turns the forward facing direction of the machine body toward inside a work area near a work boundary position, and controls a reverse operation that causes the machine body to run in a direction opposite to the forward facing direction before or after the turning operation , and the control of the reverse operation involves a reverse operation a distance equal to the radius of the working range of the working unit, thereby eliminating any unworked areas that occur outside the work trajectory .

このような特徴を有する作業ロボットは、ターン動作を繰り返した場合にも、設定された走行経路に沿った作業軌跡を形成することができる。また、このような特徴を有する作業ロボットは、作業軌跡の外側に残る未作業箇所を効率的に無くすことができる。 A work robot with these characteristics can form a work trajectory along a set travel path, even when it repeatedly performs turning movements. In addition, a work robot with these characteristics can efficiently eliminate unworked areas that remain outside the work trajectory.

作業ロボットの機体構成を示す説明図((a)が側面図、(b)が平面図)。1A and 1B are explanatory diagrams showing the body configuration of a working robot ((a) is a side view, and (b) is a plan view). 作業ロボットのシステム構成の一例を示した説明図。FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of a system configuration of a working robot. 作業ロボットのシステム構成のブロック図。FIG. 1 is a block diagram of the system configuration of a work robot. 制御部が実行するプログラム例を示す説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of a program executed by a control unit. 作業ロボットの作業動作例を示す説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of a work operation of the working robot. 作業ロボットが行う基本動作を示す説明図((a)が前進動作、(b)ターン動作、(c)が後進動作)。1A to 1C are explanatory diagrams showing basic movements performed by a working robot ((a) is a forward movement, (b) is a turning movement, and (c) is a backward movement). 作業ロボットが行う基本動作を示す説明図((a)が前進オーバーラン動作、(b)が後進動作、(c)がターン動作)。1A and 1B are explanatory diagrams showing the basic movements of a work robot ((a) is a forward overrun movement, (b) is a backward movement, and (c) is a turning movement). 基本動作を組み込んだ作業動作例の説明図。FIG. 13 is an explanatory diagram of an example of a work operation incorporating a basic operation. 基本動作を組み込んだ作業動作例の説明図。FIG. 13 is an explanatory diagram of an example of a work operation incorporating a basic operation. 基本動作を組み込んだ作業動作例の説明図。FIG. 13 is an explanatory diagram of an example of a work operation incorporating a basic operation. 基本動作を組み込んだ作業動作例の説明図。FIG. 13 is an explanatory diagram of an example of a work operation incorporating a basic operation. 基本動作を組み込んだ作業動作例の説明図。FIG. 13 is an explanatory diagram of an example of a work operation incorporating a basic operation.

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明で、異なる図における同一符号は同一機能の部位を示しており、各図における重複説明は適宜省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals in different drawings indicate parts with the same function, and duplicate descriptions in each drawing will be omitted as appropriate.

図1に示すように、作業ロボット1は、機体10を備えている。機体10には、自律走行可能な走行部2と、走行しながら草刈り作業や散布作業や回収作業などを行う作業部3と、走行部2と作業部3を駆動する駆動部4とが設けられている。また、図1に示した例では、機体10に、走行部2が自律走行を行うための制御を行う制御部5が設けられている。ここでは、制御部5を機体10に搭載している例を示しているが、制御部5は、走行部2の自律走行を遠隔制御するように、機体10から離れたところに設けてもよい。 As shown in FIG. 1, the working robot 1 includes a machine body 10. The machine body 10 includes a running unit 2 capable of autonomous running, a working unit 3 that performs tasks such as mowing, spraying, and collecting while running, and a drive unit 4 that drives the running unit 2 and the working unit 3. In the example shown in FIG. 1, the machine body 10 includes a control unit 5 that controls the running unit 2 to run autonomously. Here, an example is shown in which the control unit 5 is mounted on the machine body 10, but the control unit 5 may be provided away from the machine body 10 so as to remotely control the autonomous running of the running unit 2.

図1に示した例では、走行部2は、前輪走行部2Aと後輪走行部2Bを備えている。走行部2は、設定された作業領域内における任意の方向に向けて機体10を自律走行させることができる装備を備えている。駆動部4は、図1に示した例では、前輪駆動部4Aと後輪駆動部4Bをそれぞれ左右一対備えており、更に、作業部3を駆動する作業駆動部4Cを備えている。また、機体10には、前輪駆動部4A、後輪駆動部4B、作業駆動部4C、制御部5などの電源となるバッテリー11が設けられている。 In the example shown in FIG. 1, the traveling unit 2 includes a front wheel traveling unit 2A and a rear wheel traveling unit 2B. The traveling unit 2 includes equipment that allows the machine body 10 to travel autonomously in any direction within a set working area. In the example shown in FIG. 1, the drive unit 4 includes a pair of front wheel drive units 4A and rear wheel drive units 4B on the left and right, and further includes a work drive unit 4C that drives the working unit 3. The machine body 10 is also provided with a battery 11 that serves as a power source for the front wheel drive unit 4A, rear wheel drive unit 4B, work drive unit 4C, control unit 5, etc.

作業ロボット1において、走行部2が自律走行を行う際の動作は、前進動作と後進動作とターン動作である。作業ロボット1の機体10は、構造上前側10fと後側10bが設定されている。機体10の前側10fに向けて機体10を進行させる走行部2の動作が前進動作であり、機体10の後側10bに向けて機体10を進行させる走行部2の動作が後進動作である。機体10の前側10f(又は後側10b)の向きを機体10の進行を抑えながら変更する走行部2の動作がターン動作(旋回動作)になる。 In the working robot 1, the movements of the running unit 2 when running autonomously are forward movement, backward movement, and turning movement. The body 10 of the working robot 1 is structurally configured with a front side 10f and a rear side 10b. The movement of the running unit 2 that moves the body 10 toward the front side 10f of the body 10 is a forward movement, and the movement of the running unit 2 that moves the body 10 toward the rear side 10b of the body 10 is a backward movement. The movement of the running unit 2 that changes the direction of the front side 10f (or rear side 10b) of the body 10 while suppressing the progress of the body 10 is a turning movement (rotating movement).

制御部5は、走行部2の前進動作と後進動作とターン動作に係る制御を行う。図1に示した例では、制御部5からの制御信号によって、前輪駆動部4Aと後輪駆動部4Bが制御され、これによって、走行部2の前進動作と後進動作とターン動作に係る制御がなされる。また、制御部5は、作業駆動部4Cも合わせて制御する。 The control unit 5 controls the forward, reverse, and turning motions of the traveling unit 2. In the example shown in FIG. 1, the front wheel drive unit 4A and the rear wheel drive unit 4B are controlled by a control signal from the control unit 5, thereby controlling the forward, reverse, and turning motions of the traveling unit 2. The control unit 5 also controls the work drive unit 4C.

制御部5による前進動作の制御は、左右の前輪駆動部4Aと左右の後輪駆動部4Bを制御して、前輪走行部2Aと後輪走行部2Bの車輪周速度が左右全て一致するように動作させることで、直進の前進動作が実行できる。制御部5による後進動作の制御は、前輪走行部2Aと後輪走行部2Bの回転方向を前進動作とは逆向きに回転させる。制御部5によるターン動作の制御は、左右の前輪駆動部4A又は左右の後輪駆動部4Bをそれぞれ独立して制御し、左右の前輪走行部2Aと左右の後輪走行部2Bに周速度差を生じさせる。 The control unit 5 controls the left and right front wheel drive units 4A and the left and right rear wheel drive units 4B to operate the front wheel drive units 2A and the rear wheel drive units 2B so that the wheel circumferential speeds of the left and right wheels are all the same, allowing for straight forward movement. The control unit 5 controls the reverse movement by rotating the front wheel drive units 2A and the rear wheel drive units 2B in the opposite direction to the forward movement. The control unit 5 controls the turn movement by independently controlling the left and right front wheel drive units 4A or the left and right rear wheel drive units 4B, respectively, to create a difference in circumferential speed between the left and right front wheel drive units 2A and the left and right rear wheel drive units 2B.

制御部5が出力する制御信号は、一例としては、制御部5の演算処理によって出力され、他の例としては、後述するように、通信手段を介して制御部5を遠隔制御するサーバー(コンピュータ)からの制御信号(指示信号)に基づいて出力される。 The control signal output by the control unit 5 is, for example, output by calculation processing of the control unit 5, and as another example, is output based on a control signal (instruction signal) from a server (computer) that remotely controls the control unit 5 via a communication means, as described below.

作業部3は、機体10の走行経路に沿って作業軌跡を形成するように各種の作業を行う。以下、草刈り作業を行う作業部3を例にして説明する。図1に示した例では、作業部3は、平面視で円形の作業範囲を有しており、図示省略した草刈り刃を鉛直軸周りに回転することで、作業部3の直下の草を刈払う。これにより、機体10を走行させながら作業部3を駆動すると、機体10の走行経路に沿って、作業部3における平面視の円形作業範囲の直径を横幅とする刈払い作業済みの作業軌跡が形成される。 The working unit 3 performs various tasks to form a work trajectory along the travel path of the machine body 10. The following describes an example of the working unit 3 performing grass cutting work. In the example shown in FIG. 1, the working unit 3 has a circular work range in a plan view, and cuts grass directly below the working unit 3 by rotating a grass cutting blade (not shown) around a vertical axis. As a result, when the working unit 3 is driven while the machine body 10 is traveling, a work trajectory of the completed grass cutting work is formed along the travel path of the machine body 10, with a width equal to the diameter of the circular work range of the working unit 3 in a plan view.

作業ロボット1の機体10には、センサ部6が設けられている。センサ部6には、走行部2を自律走行させるため、或いは作業部3の駆動を制御するために、各種の検出手段が設けられている。センサ部6は機体10の前方に設けられており、センサ部6の検出信号は制御部5に送信される。 The body 10 of the working robot 1 is provided with a sensor unit 6. The sensor unit 6 is provided with various detection means for causing the traveling unit 2 to travel autonomously or for controlling the drive of the working unit 3. The sensor unit 6 is provided in the front of the body 10, and the detection signal of the sensor unit 6 is transmitted to the control unit 5.

図2は、自律走行を行うためのシステム構成の一例を示している。この例では、GPSなどの衛星測位システム(GNSS;Global Navigation Satellite System)を活用して、機体10の現在位置を検知している。 Figure 2 shows an example of a system configuration for autonomous driving. In this example, a satellite positioning system (GNSS: Global Navigation Satellite System) such as GPS is used to detect the current position of the aircraft 10.

この際、機体10のセンサ部6には、GNSS衛星100から発信される電波信号を受信するGNSSセンサ6Aが設けられ、GNSSセンサ6Aが受信した信号が制御部5に送信されている。機体10は、通信部5Aを備えており、ネットワークNTを介して、遠隔地にあるサーバー101や作業現場に居るユーザが所持する携帯情報端末102などが、通信部5Aを介して制御部5に接続可能になっている。 At this time, the sensor unit 6 of the aircraft 10 is provided with a GNSS sensor 6A that receives radio signals transmitted from GNSS satellites 100, and the signal received by the GNSS sensor 6A is transmitted to the control unit 5. The aircraft 10 is equipped with a communication unit 5A, and a server 101 in a remote location and a mobile information terminal 102 carried by a user at the work site can be connected to the control unit 5 via the communication unit 5A via the network NT.

図2に示したシステムの構成例(ブロック図)を図3に示す。機体10の制御部5には、前述した駆動部4とセンサ部6とバッテリー11が接続されていると共に、前述した通信部5A、制御部5に情報を入力する入力部5B、制御部5に入力された情報を記憶する記憶部5Cなどが接続されている。 An example of the configuration (block diagram) of the system shown in Fig. 2 is shown in Fig. 3. The control unit 5 of the machine body 10 is connected to the drive unit 4, sensor unit 6, and battery 11 described above, as well as to the communication unit 5A described above, the input unit 5B that inputs information to the control unit 5, and the memory unit 5C that stores the information input to the control unit 5.

センサ部6には、前述したGNSSセンサ6Aが設けられると共に、機体10の進む方向を検出するための方位センサ6Bや、作業境界位置に設置された電子タグやワイヤを物理的に検知する境界検知センサ6Cなどが設けられている。 The sensor unit 6 is provided with the GNSS sensor 6A described above, as well as a direction sensor 6B for detecting the direction in which the aircraft 10 is moving, and a boundary detection sensor 6C for physically detecting electronic tags and wires installed at the work boundary position.

サーバー101には、制御部50が設けられており、制御部50には、サーバー101をネットワークに接続するための通信部51と、制御部50に情報を入力するための入力部54、制御部50に入力された情報を記憶する記憶部52、制御部50或いは制御部5の制御状況等を表示する表示部53などが接続されている。 The server 101 is provided with a control unit 50, which is connected to a communication unit 51 for connecting the server 101 to a network, an input unit 54 for inputting information to the control unit 50, a memory unit 52 for storing information input to the control unit 50, a display unit 53 for displaying the control status of the control unit 50 or the control unit 5, etc.

機体10に設けた通信部5Aとサーバー101の通信部51がネットワークを介して接続されていることで、機体10に設けた制御部5とサーバー101の制御部50は互いに信号(情報)の送受信が可能な状態になっており、一つの統合された制御部5Uを構成している。 The communication unit 5A provided in the machine 10 and the communication unit 51 of the server 101 are connected via a network, so that the control unit 5 provided in the machine 10 and the control unit 50 of the server 101 can send and receive signals (information) to each other, forming a single integrated control unit 5U.

作業ロボット1の制御は、制御部5Uに、図4に示す機能のプログラムを組み込むことで実行される。図4に示した制御部5Uが実行するプログラムは、機体10に搭載した制御部5にその一部又は全部を組み込むことができ、また、サーバー101の制御部50にその一部又は全部を組み込むことができる。また、図2に示した携帯情報端末102の制御部においても、制御部5Uに組み込まれるプログラムと同様の機能のプログラムを組み込むことができる。 The control of the work robot 1 is executed by incorporating a program with the functions shown in FIG. 4 into the control unit 5U. The program executed by the control unit 5U shown in FIG. 4 can be incorporated in part or in whole into the control unit 5 mounted on the machine body 10, and can also be incorporated in part or in whole into the control unit 50 of the server 101. Also, a program with the same functions as the program incorporated into the control unit 5U can be incorporated into the control unit of the mobile information terminal 102 shown in FIG. 2.

地図情報取得手段P1は、記憶部5C(52)に既に作業現場の地図情報が記憶されている場合には、作業領域を設定するために必要な地図情報を制御部5U(5,50)に取り込む。また、記憶部5C(52)に地図情報が記憶されていない場合には、ネットワークNTを介して必要な地図情報を取り込んで記憶部5C(52)に記憶させる。 When map information of the work site is already stored in the memory unit 5C (52), the map information acquisition means P1 imports the map information required to set the work area into the control unit 5U (5, 50). When map information is not stored in the memory unit 5C (52), the map information acquisition means P1 imports the necessary map information via the network NT and stores it in the memory unit 5C (52).

作業領域設定手段P2は、取り込んだ地図情報と入力された各種情報に基づいて、作業境界線(作業境界位置)で囲まれた作業領域を設定する。 The work area setting means P2 sets a work area surrounded by a work boundary line (work boundary position) based on the imported map information and various input information.

走行経路設定手段P3は、設定された作業領域内において、機体10が走行しながら作業を行う経路を設定する。 The travel route setting means P3 sets a route along which the machine 10 will travel and perform work within the set work area.

機体位置検知手段P4は、GNSSセンサ6Aの受信結果と取得した地図情報に基づいて、作業領域内における機体10の現在位置を検知する。 The aircraft position detection means P4 detects the current position of the aircraft 10 within the working area based on the reception results of the GNSS sensor 6A and the acquired map information.

境界到達検知手段P5は、機体位置検知手段P4で検知された機体10の現在位置が、作業領域設定手段P2にて設定された作業領域の作業境界位置付近に到達したことを検知する。 The boundary arrival detection means P5 detects that the current position of the aircraft 10 detected by the aircraft position detection means P4 has reached the vicinity of the work boundary position of the work area set by the work area setting means P2.

前進動作実行手段P6は、機体位置検出手段P4にて検知された機体10の位置が、走行経路設定手段P3にて設定された走行経路上の前進すべき経路上にあることを認知した場合に、前進動作を実行する。また、作業前に走行経路を設定しないでランダム走行を行う場合には、後述するターン動作の実行後に、機体10を直進走行させる。 The forward movement execution means P6 executes a forward movement when it recognizes that the position of the machine 10 detected by the machine position detection means P4 is on the travel route set by the travel route setting means P3 along which the machine should move forward. In addition, when random travel is performed without setting a travel route before work, the machine 10 is made to travel straight after executing a turn operation described below.

ターン動作実行手段P7は、境界到達検知手段P5によって機体10が作業境界位置付近に到達したことを検知した場合に、所定のタイミングで、機体10の前方向きを作業領域内に向けてターンさせるターン動作を実行する。ターン動作を行う際のターン角度(旋回角度)は、走行経路設定手段P3にて走行経路が設定されている場合は、その経路に機体10の向きが沿うように角度が設定される。作業前に走行経路を設定しないでランダム走行を行う場合には、作業領域内を効率よく作業できるように、ターン動作毎に所定のターン角度を設定する。 When the boundary arrival detection means P5 detects that the machine body 10 has reached the vicinity of the work boundary position, the turn operation execution means P7 executes a turn operation at a predetermined timing to turn the forward direction of the machine body 10 toward the inside of the work area. When a travel route is set by the travel route setting means P3, the turn angle (rotation angle) when performing the turn operation is set so that the direction of the machine body 10 follows the route. When random travel is performed without setting a travel route before work, a predetermined turn angle is set for each turn operation so that work can be performed efficiently within the work area.

後進動作実行手段P8は、ターン動作実行手段P7にてターン動作を行った後又はターン動作を行う前に、後進動作を実行する。後進動作を行う際の移動距離は、必要最小限の距離に設定され、例えば、作業部3の円形作業範囲における直径の1/2(半径)分の移動距離に設定される。 The reverse motion execution means P8 executes a reverse motion after or before the turn motion execution means P7 executes a turn motion. The travel distance when executing a reverse motion is set to the minimum distance required, for example, set to a travel distance of 1/2 the diameter (radius) of the circular working range of the working unit 3.

オーバーラン走行実行手段P9は、後進動作実行手段P8がターン動作の動作前に後進動作を実行する場合に、作業境界位置に到達した機体10の位置を、設定移動距離だけ作業境界位置からオーバーランさせる。オーバーラン時の移動距離は、必要最小限の距離に設定され、例えば、作業部3の円形作業範囲における直径の1/2(半径)分の移動距離に設定される。 When the reverse motion execution means P8 executes a reverse motion before a turn motion, the overrun running execution means P9 causes the machine body 10, which has reached the work boundary position, to overrun the work boundary position by a set movement distance. The movement distance during overrun is set to the minimum distance required, for example, to a movement distance of 1/2 the diameter (radius) of the circular work range of the working unit 3.

作業動作実行手段P10は、機体10の走行に対して所定のタイミングで作業駆動部4Cの駆動を開始し、所定のタイミングで作業駆動部4Cの駆動を停止する。 The work operation execution means P10 starts driving the work drive unit 4C at a predetermined timing relative to the travel of the machine body 10, and stops driving the work drive unit 4C at a predetermined timing.

以下、作業ロボット1の作業動作例を説明する。図5に示す例では、矩形の作業境界線(作業境界位置)Wbで囲まれた作業領域Waを設定し、図示の波線で示す走行経路Drを設定している。そして、機体10を直進走行させて直線状の作業軌跡Wtを形成した後に、作業境界位置付近でのターン動作で機体10の前方向きを略直交向きに変更する動作を繰り返す作業動作を行っている。 Below, an example of the work motion of the work robot 1 is described. In the example shown in FIG. 5, a work area Wa surrounded by a rectangular work boundary line (work boundary position) Wb is set, and a travel path Dr shown by a wavy line is set. Then, the machine body 10 travels straight ahead to form a linear work trajectory Wt, and then a work motion is performed in which the machine body 10 is turned near the work boundary position to change the forward direction of the machine body 10 to a substantially perpendicular direction, and the work motion is repeated.

このような作業動作では、直進の前進動作とターン角度90°のターン動作のみで作業を行うと、作業部3が円形の作業範囲を有していることにより、ターン動作を行う箇所に未作業箇所(刈り残し箇所)Uaが発生する。また、ターン動作直後における直進の前進動作において、ターン動作時に生じる方向ずれが方位センサ6Bの検出によって修正される間に、安定した直線状の作業軌跡が形成できない場合がある。 In this type of work movement, if work is performed only with a straight forward movement and a turning movement with a turn angle of 90°, an unworked area (an area left uncut) Ua will be generated at the turning movement because the working unit 3 has a circular working range. Also, in the straight forward movement immediately after the turning movement, a directional deviation that occurs during the turning movement may not be able to be corrected by the detection of the orientation sensor 6B, and a stable linear work path may not be formed.

このような不具合を解消するために、作業ロボット1は、制御部5U(5,50)による制御で、ターン動作を行う際に、図6又は図7に示す基本動作を行っている。 To eliminate such problems, the work robot 1 performs the basic operations shown in FIG. 6 or FIG. 7 when performing a turning operation under the control of the control unit 5U (5, 50).

図6に示す基本動作は、図6(a)に示すように、機体10における作業部3の作業範囲が作業境界線Wbに到達するまで前進動作を行い、作業部3の作業範囲が作業境界線Wbに到達すると、図6(b)に示すように、作業領域Wa内に向けて所定のターン角度(図示の例では90°)のターン動作を行い、その後、図6(c)に示すように、機体10を作業範囲の半径分の移動距離だけ後進動作を行う。この際の動作は(a),(b),(c)の順に行われる。 The basic operation shown in FIG. 6 is as follows: As shown in FIG. 6(a), the working unit 3 of the machine body 10 moves forward until the working range of the working unit 3 reaches the work boundary line Wb, and when the working range of the working unit 3 reaches the work boundary line Wb, as shown in FIG. 6(b), it turns toward the working area Wa at a predetermined turn angle (90° in the illustrated example), and then, as shown in FIG. 6(c), it moves backwards the machine body 10 a distance equal to the radius of the working range. The operations at this time are performed in the order of (a), (b), and (c).

また、図7に示す基本動作は、図7(a)に示すように、機体10における作業部3の作業範囲が作業境界線Wbに到達するまで前進動作を行い、作業部3の作業範囲が作業境界線Wbに到達すると、更に、機体10を作業範囲の半径分の移動距離だけ前進動作させるオーバーランを行い、その後、図7(b)に示すように、機体10を作業範囲の半径分の移動距離だけ後進動作を行い、その後、図7(c)に示すように、作業領域Wa内に向けて所定のターン角度(図示の例では90°)のターン動作を行う。この際の動作は(a),(b),(c)の順に行われる。 The basic operation shown in FIG. 7 is as follows: As shown in FIG. 7(a), the working unit 3 of the machine body 10 moves forward until the working range of the working unit 3 reaches the working boundary line Wb. When the working range of the working unit 3 reaches the working boundary line Wb, the machine body 10 overruns and moves forward a distance equal to the radius of the working range. Then, as shown in FIG. 7(b), the machine body 10 moves backward a distance equal to the radius of the working range. Then, as shown in FIG. 7(c), the machine body 10 turns toward the working area Wa at a predetermined angle (90° in the illustrated example). The operations are performed in the order of (a), (b), and (c).

作業ロボット1は、作業領域Waでの自律走行中にこのような基本動作を行うことで、図5に示す未作業箇所Uaを効率よく無くすことができる。また、図6に示す基本動作のように、ターン動作の動作後に後進動作を行う場合には、後進動作を行う間に、GNSSセンサ6Aで検出される機体10の位置変動に基づいて、ターン動作時に生じる方向ずれを方位センサ6Bの検出によって修正することができる。これにより、その後に実行する前進動作時には、動作当初から安定した直線状の作業軌跡を形成することができる。 By performing these basic operations while autonomously traveling in the work area Wa, the work robot 1 can efficiently eliminate the unworked area Ua shown in FIG. 5. Furthermore, when performing a reverse movement after a turn movement, as in the basic operation shown in FIG. 6, the direction deviation that occurs during the turn movement can be corrected by detection from the orientation sensor 6B based on the positional fluctuation of the body 10 detected by the GNSS sensor 6A while performing the reverse movement. This allows a stable, linear work trajectory to be formed from the start of the movement when a forward movement is subsequently performed.

図8~図12は、前述した2つの基本動作の一方又は両方を組み込んだ作業動作例を示している。各基本動作は、(a),(b),(c)の順に動作が行われる。図8に示した例は、図6に示した基本動作を組み込むことで、矩形状の作業境界線Wbに囲まれた作業領域Wa内に、作業部3の進行方向が交互に異なる直線縞模様状(straight striping)の作業軌跡を形成している。 Figures 8 to 12 show examples of work movements that incorporate one or both of the two basic movements described above. Each basic movement is performed in the order of (a), (b), and (c). The example shown in Figure 8 incorporates the basic movements shown in Figure 6 to form a straight striping work trajectory in which the moving direction of the working unit 3 alternates within the work area Wa surrounded by the rectangular work boundary line Wb.

図9に示した例は、図7に示した基本動作を組み込むことで、矩形状の作業境界線Wbに囲まれた作業領域Wa内に、作業部3の進行方向が交互に異なる直線縞模様状(straight striping)の作業軌跡を形成している。 The example shown in Figure 9 incorporates the basic operations shown in Figure 7 to form a straight striping work trajectory in which the working unit 3 moves in alternating directions within a work area Wa surrounded by a rectangular work boundary line Wb.

図10に示した例は、図6と図7に示した基本動作を組み込むことで、矩形状の作業境界線Wbに囲まれた作業領域Wa内に、作業部3の進行方向が交互に異なる直線縞模様状(straight striping)の作業軌跡を形成し、作業領域Waの外側も全体的にきれいな模様を形成する。 The example shown in Figure 10 incorporates the basic operations shown in Figures 6 and 7 to form a straight striping work trajectory in which the direction of movement of the working unit 3 alternates within a work area Wa surrounded by a rectangular work boundary line Wb, and also forms a neat overall pattern outside the work area Wa.

図11に示した例は、図7に示した基本動作を組み込むことで、矩形状の作業境界線Wbに囲まれた作業領域Wa内に、旋回ストライプ状の作業軌跡を形成している。 The example shown in Figure 11 incorporates the basic operations shown in Figure 7 to form a rotating stripe-shaped work trajectory within a work area Wa surrounded by a rectangular work boundary line Wb.

図12に示した例は、図7に示した基本動作を組み込み、ターン角度を適宜設定することで、ランダム直進作業の作業軌跡を形成している。 The example shown in Figure 12 incorporates the basic movements shown in Figure 7 and creates a work trajectory for random straight-line work by setting the turn angle appropriately.

なお、前述の説明では、衛星測位システム(GNSS)を活用する例を示して説明しているが、センサ部6におけるGNSSセンサ6Aを省いて、作業現場に設置した電子タグやワイヤを物理的に検知する境界検知センサ6Cのみで、前述した境界到達検知手段P5を実行するようにしてもよい。 In the above explanation, an example is given in which a global navigation satellite system (GNSS) is utilized, but the GNSS sensor 6A in the sensor unit 6 may be omitted, and the aforementioned boundary arrival detection means P5 may be executed using only the boundary detection sensor 6C that physically detects electronic tags and wires installed at the work site.

この際には、作業ロボット1は、機体10の前方に境界検知センサ6Cを設置し、作業ロボット1がワイヤ等に向かう状態を境界検知センサ6Cで検知してオーバーラン走行を実行する。これによると、作業ロボット1は常に前進動作でワイヤ等に接近することになるので、作業ロボット1の後方に境界検知センサ6Cを設ける必要が無い。 In this case, the work robot 1 is provided with a boundary detection sensor 6C in front of the machine body 10, and the boundary detection sensor 6C detects when the work robot 1 is heading toward the wire or the like and performs overrun driving. Since the work robot 1 always approaches the wire or the like by moving forward, there is no need to provide a boundary detection sensor 6C behind the work robot 1.

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to these embodiments, and the present invention includes design changes and the like that do not deviate from the gist of the present invention. In addition, the above-mentioned embodiments can be combined by reusing each other's technologies, as long as there are no particular contradictions or problems in the purpose, configuration, etc.

1:作業ロボット,
2:走行部,2A:前輪走行部,2B:後輪走行部,
3:作業部,
4:駆動部,4A:前輪駆動部,4B:後輪駆動部,
4C:作業駆動部,
5,50,5U:制御部,5A,51:通信部,
5B,54:入力部,5C,52:記憶部,53:表示部,
6:センサ部,6A:GNSSセンサ,
6B:方位センサ,6C:境界検知センサ,
10:機体,10f:前側,10b:後側,
11:バッテリー,
100:GNSS衛星,101:サーバー,102:携帯情報端末,
NT:ネットワーク,
P1:地図情報取得手段,P2:作業領域設定手段,
P3:走行経路設定手段,P4:機体位置検知手段,
P5:境界到達検知手段,P6:前進動作実行手段,
P7:ターン動作実行手段,P8:後進動作実行手段,
P9:オーバーラン走行実行手段,P10:作業動作実行手段
1: Working robot,
2: Running section, 2A: Front wheel running section, 2B: Rear wheel running section,
3: Working section,
4: Drive unit, 4A: Front wheel drive unit, 4B: Rear wheel drive unit,
4C: Work drive unit,
5, 50, 5U: control unit, 5A, 51: communication unit,
5B, 54: input section, 5C, 52: memory section, 53: display section,
6: sensor unit, 6A: GNSS sensor,
6B: orientation sensor, 6C: boundary detection sensor,
10: fuselage, 10f: front side, 10b: rear side,
11: Battery,
100: GNSS satellite, 101: server, 102: mobile information terminal,
NT: Network,
P1: map information acquisition means, P2: work area setting means,
P3: travel route setting means, P4: aircraft position detection means,
P5: boundary arrival detection means, P6: forward motion execution means,
P7: turn operation execution means, P8: reverse operation execution means,
P9: overrun running execution means, P10: work operation execution means

Claims (9)

自律走行可能な走行部を備える機体と、
前記機体に設けられ、前記機体の走行経路に沿って作業軌跡を形成する作業部と、
前記機体に設けられ前記走行部と前記作業部を駆動する駆動部と、
前記走行部が自律走行を行うための制御を行う制御部とを備え、
前記制御部は、作業境界位置付近で前記機体の前方向きを作業領域内に向けてターンさせるターン動作に係る制御を行い、前記ターン動作の動作前又は動作後に、前記機体を前記前方向きの逆向きに走行させる後進動作に係る制御を行い、前記後進動作に係る制御は、前記作業部の作業範囲の半径分の移動距離だけ後進動作することで、前記作業軌跡の外側に発生する未作業箇所を無くすことを特徴とする作業ロボット。
An aircraft equipped with a traveling unit capable of autonomous traveling;
A working unit provided on the machine body and forming a working trajectory along a travel path of the machine body;
A drive unit provided on the machine body and configured to drive the traveling unit and the working unit;
A control unit that controls the traveling unit to perform autonomous traveling,
The control unit controls a turning operation that turns the forward facing of the machine body toward inside the work area near a work boundary position, and controls a reverse operation that causes the machine body to travel in the opposite direction to the forward facing direction before or after the turning operation , and the control related to the reverse operation involves a reverse operation a distance equal to the radius of the work range of the working unit, thereby eliminating unworked areas that occur outside the work trajectory .
前記制御部は、
検出された前記機体の位置変動に基づいて、前記機体の前方向きを進行予定方向に合わせる向き調整を行うために、前記ターン動作の動作後に行われる前記後進動作に係る制御を行うことを特徴とする請求項1記載の作業ロボット。
The control unit is
2. The work robot according to claim 1, wherein the reverse movement performed after the turning movement is controlled in order to adjust the forward direction of the body to match the intended direction of travel based on the detected positional fluctuation of the body.
前記制御部は、
前記ターン動作の動作前に行う前記後進動作に係る制御を、前記機体が作業境界位置をオーバーランした後に行うことを特徴とする請求項1記載の作業ロボット。
The control unit is
2. The working robot according to claim 1, wherein the control relating to the reverse movement, which is performed before the turning movement, is performed after the robot body has overrun a working boundary position.
前記機体の前方には、物理的に作業境界位置を検知するセンサが設けられていることを特徴とする請求項3記載の作業ロボット。 The work robot according to claim 3, characterized in that a sensor that physically detects the work boundary position is provided at the front of the body. 前記制御部は、
前記機体を直進走行させて直線状の前記作業軌跡を形成した後、前記ターン動作で前記前方向きを略直交向きに変更する動作を繰り返すように制御を行うことを特徴とする請求項1~4のいずれか1項記載の作業ロボット。
The control unit is
5. The working robot according to claim 1, wherein the robot is controlled so that the body travels in a straight line to form the linear working trajectory, and then the body is controlled so as to repeatedly change the forward orientation to a substantially perpendicular orientation by the turning motion.
前記制御部は、
前記機体を直進走行させて直線状の前記作業軌跡を形成した後、前記ターン動作で任意の方向に前記前方向きを変更する動作を繰り返すように制御を行うことを特徴とする請求項1~4のいずれか1項記載の作業ロボット。
The control unit is
5. The working robot according to claim 1, wherein the robot is controlled so that the body travels in a straight line to form the linear working trajectory, and then the body is controlled so as to repeatedly change the forward orientation in any direction by performing the turning motion.
前記制御部は、前記機体に搭載されていることを特徴とする請求項1~6のいずれか1項記載の作業ロボット。 The work robot according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the control unit is mounted on the machine body. 前記制御部は、通信手段を介して前記走行部の自律走行を遠隔制御するサーバーに設けられていることを特徴とする請求項1~6のいずれか1項記載の作業ロボット。 The working robot according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the control unit is provided in a server that remotely controls the autonomous driving of the driving unit via a communication means. 前記作業部は、鉛直軸周りに回転する草刈り刃を備えることを特徴とする請求項1~8のいずれか1項記載の作業ロボット。 The working robot according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the working unit is equipped with a grass cutting blade that rotates around a vertical axis.
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