JPH0397012A - 自走型作業ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、自走型作業ロボットに関し、特に、屋外作業
中に詩雨があった場合、゛雨量に応じて作業を継続する
かψ断ずるかを判断できるようにした自走型作業ロボッ
トに関する。

（従来の技術） 近年、公園やゴルフ場などの広大な区域の芝や草を自動
的に刈取るための自走型ロボットが提案されている。特
開昭６０−６２９０７号公報において提案されている芝
刈ロボットはその一例である。該芝刈ロボットは、磁気
センサあるいは超音波センサ等の検知器によって芝刈区
域の境界に配置されたマーカを検出し、該検出地点でロ
ボットをＵターンさせて前記芝刈区域内を走行し、芝刈
作業を行うものである。

また、移動体を中心として該移動体で発生された光ビー
ムを円周方向に走査し、前記移動体とは離れた少なくと
も３カ所の基準点に配置された反射手段で反射された前
記先ビームの反射光を受光するように構成された装置が
ある（特開昭５９一６７４７６号公報）。該装置では前
記光ビームの反射光の受光タイミングに基づいて前記反
射手段に対する移動体の位置を検出するようにしている
。

移動体の自己位置を検出できる前記装置を、カッタ等の
作業用機具が装着された作業ロボットに搭載することに
より、前記位置検出結果に基づいて予定作業区域内で作
業ロボットを走行させて自動的に各種作業を行なうこと
ができる。

（発明が解決しようとする課題） ところで、屋外での農作業および土木作業等を上記作業
ロボットに行なわせるような場合、天候、特に降雨によ
って作業ロボットの動作に影響が現れることがある。

例えば、降雨によって水分を含んだ芝を芝刈ロボットで
刈取る場合は、乾燥芝を刈取る場合に比べて芝刈ロボッ
トにかかる負荷が非常に大きくなる。したがって、晴天
時か降雨時かによらず同一の、ｒｌｔ位時間あたりの作
業ｊｌｉｌＬ（以下、作業能率という）で前記芝刈り作
業を行なったのでは、作業がうまくいかないという問題
点があった。

特に、作業の途中から雨が降出したような場合は作業中
に負荷の状態が変化するようになり、降雨前の作業能早
を持続することが困難になってくる。また、降雨量が増
大すると、前述のように作業ロボットの位置検出を光ビ
ームの検出出力に基づいて行っている場合に、位置検出
誤差が生じるおそれもある。

このような不具合は、芝刈り作業に限らず、雨天時にお
いて水を含んだ土を糾すことになる耕うんロータリ作業
においても同様である。

以上のような不具合は降雨量が比較的多い場合には大き
い問題となるが、小雨の時は作業能率を落すなどの対策
を講じれば問題にならないことが多い。しかし、降雨量
を判断するためには作業中の降雨量の変化を監祖してい
なくてはならないことから、降雨特には作業を開始させ
ないのが一般的であった。

また、作業中に雨が降り出したときには前記降雨量の判
断に基づく作業中止の決定がロボットを操作するオペレ
ータによって行われていたので、操作者の監視労力が増
大するという問題点もあった。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、降雨
時において作業を継続するか中止するかの決定、および
作業継続の場合に降雨前の作業能率を維持するか否かの
決定を行えるようにし、その結果、雨模様の天候でも操
作者をわずらわすことなく作業を行なわせることができ
るようにすることによって稼動率の向上と操作者の監視
労力低減とを達成できる自走型作業ロボットを提供する
ことにある。

（課題を解決するための手段および作用）前記の問題点
を角ｑ決し、目的を達成するために、本発明は、降雨量
の検出手段と、該降雨量検出手段で検出された降雨量に
応じてその後の作業形態を決定する手段とを具備した点
に特徴がある。

上記構成をＨする本発明では、降雨量に応じて作業形態
を決定できるので、作業中に雨が降り出しても例えば降
雨量が少ない場合には、単位時間あたりの芝刈り量ある
いは単位時間あたりの耕うん童を変更するなどの作業能
率変換処置をとれるので、小雨の場合には作業能率を変
更して作業を継続することができる。

（丈施例） 以下、図面を参照して本発明の一尖施例を説明する。本
火施例では、自走型作業ロボットによって芝刈作業を行
う場合の例を示す。

第４図は自走型芝刈りロボット、および該ロボットが芝
刈作業を行う区域の周辺に配設された光反射器の配置状
態を示す斜担図である。

同図において、自走型芝刈ロボット１（以下、ｔ１ｔに
ロボットという）の下面には、芝刈用のカツタブレード
を装着するためのカッタデッキ８が付設される。図示し
ないカツタブレードで刈取られた芝は、カッタデッキ８
から図中点線で示されるシュータ９ｂを介して収草容器
９に送込まれ蓄積される。

ロボット１の上部にはモータ５によって駆動される回転
テーブル４が設けられている。そして、該回転テーブル
４には光ビームを発生する発光器２および該光ビームの
反射光を受ける受光器３が搭載されている。前記発光器
２は光を発生する発光ダイオードを備え、受光器３は入
射された光を受け、これを電気的信号に変換するフォト
ダイオードを備えている（共に図示しない）。また、ロ
ータリエンコーダ７は回転テーブル４の支持軸と連動す
るように設けられていて、該ロータリエンコーダ７から
出力されるパルスを計数することによって、回転テーブ
ル４の回転角度が検出できる。

前記発光器２から発力｛された光ビームを、その人射方
向に反射するための反射器６が、ロボット１の作業区域
の周囲の予定された３か所の位置に配置されている。該
反射器６の配置位置は、ロボット１の位置および方向検
出の際と走行コースを設定する際との基嘲点となる。反
射器６に設けられている反射面としては、従来より市販
されている、いわゆるコーナキューブプリズム等が使用
できる。

次に、本実施例のロボットの位置および走行方向を制御
する制御装置の構成を第１図に示したブロック図に従っ
て説明する。第１図において、発光器２から射出される
光ビームは、前記回転テーブル４の回動方向に走査され
、反１・１器６によって反射される。反射器６によって
反射された該光ビームは受光器３に入射されて、ロボッ
ト１の進行方向に対する反射′Ｊ：Ａ６の方位角を示す
信号として検出される。

カウンタ１０では、回転テーブル４の回転に伴ってロー
タリエンコーダ７から出力されるパルス数が計数される
。そして、該パルスの計数値は受光器３において反射光
を受光する毎に角度検出部１１に転送される。角度検出
部１１では反射光の受光毎に転送される前記パルスの計
数値（一方位角）に基づいて、ロボット１から見た各反
射器６間の開き角（以下、開き角という）が算出される
。

位置・進行方向演算部１３では、前記角度検出部１１の
検出結果および各反射器６間の距離に基づき、反射器６
が配置された基準点のうち２つの基準点を結ぶ直線をＸ
軸とするｘ−ｙ座標系におけるロボット１の位置を示す
座標および進行方向が算出される。

該ｘ−ｙ座標系は予め適立の手段によって各褪準点の位
置を測定し、その位置情報に基づいて設定される。前記
座標および進行方向の具体的な算出手順およびその算出
式は本発明者等が先に出願した発明（特願昭６３−１１
６６８９号）に詳述されているので説明は省略する。

走行コース設定部１６には、芝刈作業のための走行コー
スが予め設定される。該走行コース設定部１６に設定さ
れた走行コースを示すデータは比較部２５に供給される
。比較部２５では、前記位置・進行方向演算部１３で算
出されたロボット１の現（〔位置の、前記走行コースに
対するずれ瓜（ΔＸ，Δθｆ）が得られる。

操舵部１４では、前記ずれ量（ΔＸ，Δθｆ）に基づい
て車輪１７の操舵角が決定され、該操舵角に基づいて、
自走車の前輪１７に連結された操舵モータＭが駆動され
る。該操舵モータＭによって駆動された前輪１７の操舵
量は、該前輪１７に設けられた舵角センサ１５で検出さ
れ操舵部１４にフィードバックされる。

駆動制御部１８はエンジン１９の始動・停止、および該
エンジン１９の動力を後輪２１に伝達する変速機２０ａ
の動作を制御する。さらに、エンジン１９は芝刈用のカ
ツタブレード１２に対してクラッチ２０ｂを介して連粘
されていて、前記駆動制御部１８は該クラッチ２０ｂの
制御も行う。

將雨量検出部２３は、降雨量を２段階で検出できるよう
１こ構成される。例えば、ロボット１に搭載された降雨
溜め（図示せず）に溜まった雨が第１の予定量に達した
場合に検出信号を出力する第１の光センサと、溜まった
雨が前記第１の予定量より多い第２の予定量に達した場
合に検出信号を出力する第２の光センサとを設け、該２
つの光センサの出力に基づき、降雨量に応じて少降雨量
検出信号ａ１および多降雨量検出信号ｂが出力されるよ
うにしておく。

すなわち、降雨量が第１の予定量より少ない場合には検
出信号ａ，ｂは出力されないが、降雨量がある程度多く
なって第１の光センサから検出信号が出力されると、こ
れに伴って少降両量検出信号ａが出力され、該検出信号
ａに基づいてロボツト１にかかる負荷を軽減するための
作業能率を低下させるための処置が施される。

また、降雨量が第２の予定降雨量より多い場合には、２
つの光センサから共に検出信号が得られ、これらの検出
信号に基づいて多降雨量検出信号ｂが出力される。該検
出信号ｂが出力されると、これに基づいて作業を中断す
るための処理が行われる。

少降雨ユ検出信号ａは、駆動制御部１８および走行コー
ス設定部１６の少なくとも一方に供給され、多降雨量検
出信号ｂは、駆動制御部１８および位置・進行方向演算
部１３に供給される。

駆動制御部１８では、前記降雨量検出信号ａ，　　ｂに
従ってエンジン１９、変速機２０ａおよびクラッチ２０
ｂに対して制御指令が出力される。

駆動制御部ｌ８では前記少降雨量検出信号ａが供給され
ると、これに応答してエンジン出力軸の回転速度を低下
するための信号が出力される。

走行コース設定部１６では、少降雨量検出信号ａが供給
されると、これに応答して走行コースの変更が行われる
。すなわち、一行程の走行が終わった時点で隣接する次
のコースを設定するための、後述するコースシフトＥｉ
ｌＬを、雨が降っていない場合に比べて小さい値にする
ための処理が行われる。

なお、前記少降雨量検出ｆ＝号ａを駆動制御部１８およ
び走行コース設定部１６の双方に供給するか一方に供給
するかの選択は、切換手段を設けることによってあらか
じめ設疋しておくことができる。要は、少雨の場合にロ
ボット１の走行速度を低下させるか、前記コースシフト
ｆｍＬを通常より少なくして、作業能率を低下させるこ
とにより、ロボット１の負荷を軽減するように設定して
おけばよい。

一方、前記多降雨量検出信号ｂが供給されると、駆動制
御部１８からは、該検出信号ｂに応答してカツタブレー
ド１２の回転を停止するためのクラッチ２０ｂの切離し
信号が出力される。さらに、降雨量検出信号ｂに応答し
て位置・進行方向演算部１３で算出されたロボット１の
位置および進行方向を示すデータが記憶部２４に供給さ
れる。

該記憶部２４に格納されたデータは、作業を中断した際
のロボット１の位置および進行方向を表しているので、
雨が止んだ後は、このデータに基づいてロボット１を作
業中断位置に戻し、そこから再び作業を開始させること
ができる。

なお、第１図に示された構或要索のうち、鎖線で示され
た範囲の部分は、マイクロコンピュータによって構成す
ることができる。

次に、上記のように構威されたロボット１の走行方向を
制御する操向制御について説明する。第３図はロボット
１の走行コースと基準点との位置関係を示す図であり、
第２図は操向制御のフローチャートである。

第３図には、基準点Ｂを原点とし、基準点ＢおよびＣを
通る線をＸ軸とする座標系で、ロボット１の位置および
作業区域２２が示されている。点Ｒ　（Ｘｒｅｔ，Ｙｒ
ｅｔ）はロボット１の戻り位置を示し、作業区域２２は
座標（Ｘｓｔ，Ｙｓ　ｔ）、（Ｘｓ　ｔ，Ｙｅ）、（Ｘ
ｅ，Ｙｓｔ）、（Ｘｅ，Ｙｅ）で示される点を結ぶ領域
である。

ここではロボット１の位置Ｔは（Ｘｐ，Ｙｐ）で示す。

ロボット１は走行コースＣＬに沿って芝刈り作業を行い
、１つの直線行捏つまり一行程の走行を終えると旋回行
程を経て隣接する直線行程に移行スる。この時のコース
シフト量を記号Ｌで示す。

第３図においては、説明を簡ｌｉｔにするため、作業区
域２２の４辺をＸ軸またはｙ軸に平行な例を示したが、
作業区域２２の周囲に基準点Ａ，　　Ｂ，Ｃを配置して
あれば、作業区域２２の各辺の向きおよび作業区域２２
の形状は任意である。

第２図のフローチャートに従って制御手順を説明する。

まず、ステップＳ１では、位置・進行方向演算部１３で
演算されたロボット１の現在位置すなわち戻り位置Ｒ　
（Ｘｒｅｔ，Ｙｒｅｔ）と、前記走行コース設定部１６
に設定された作業開始位置の座標（Ｘｓ　ｔ，　Ｙｓ　
ｔ）とに基づいて、操舵部１４においてロボット１の前
輪１７の操舵量を演算する。

ステップＳ２では、ステップＳ１で算出された操舵量に
よって決定される方向に、操舵部１４によって前輪１７
が操舵され、かつ駆動制御部１８によってエンジンを始
動させ、変速機２０ａを夷行状態にしてロボット１を走
行させ、作業開始位置へ移動させる。

ステップＳ３では、走行コースのＸ座標ＸｎとしてＸｓ
ｔをセットし、走行コースを決定する。

ステップＳ４で、ロボット１の走行を開始させると共に
、クラッチ２０ｂがつながれてカツタブレード１２が始
動される。

ステップＳ５では、降雨量検出部２３において降雨量が
予定の少降雨量Ｖａ以上か否かの判別がなされる。雨が
降っていないか、降っていても予定降雨ｆｉＶａ以下の
降雨量の場合はステップＳ６に進み、ロボット１の自己
位置（Ｘｐ，Ｙｐ）および進行方向θｆの演算が行われ
る。

ステップＳ７では走行コースからのずれ量（ΔＸｍＸｐ
−Ｘｎ，Δθｆ）が演算され、ステップＳ８で該ずれ量
に応じて操舵部１４により操舵角制御が行われる。

ステップＳ９ではロボット１がｙ軸方向において、原点
から遠ざかる方向（行き方向）に走行しているか、原点
に近づく方向（戻り方向）に走行しているかが判断され
る。

行き方向であれば、ステップＳＩＯにおいて、一行程が
終了したか（Ｙｐ＞Ｙｅ）否かが判断され、戻り方向で
あれば、ステップＳｌｌにおいて、一行程終了（Ｙｐ＜
Ｙｓ　ｔ）　したか否かが判断される。ステップＳ１０
またはＳｌｌにおいて、一行程が終了していないと判断
されればステップ８５〜Ｓ９の処理が行われる。

ステップＳＩＯまたはＳｌｌにおいて、一行捏が終了し
たと判断されれば、次はステップＳ１２において全行程
が終了した（Ｘｐ＞Ｘｅ）か否かの判断が行われる。

全行程が終了していなければ、ステップＳ１２からステ
ップＳ１３に移ってｎ走車のＵターン制御が行われる。

Ｕターン制御は、前記位置・進行方向演算部１３で演算
されたロボット１の位置情報を撮舵部１４にフィードバ
ックする直線行程の撮向制御とは別の方式で行われる。

すなわち、旋同行程ではロボット１の操舵角をあらかじ
め設定された角度に固定して旋回させる。

そして、前記角度検出部１１で検出される開き角に基づ
く、ロボット１から見た各基準点Ａ，　　Ｂ，Ｃの方位
角が、予定の角度範囲内に合致した時点で旋回を停止し
て、直線行程の操向制御に戻るようにしている。

ステップＳ１４では、ＸｎにＸｎ十Ｌカ《セットされ、
次の走行コースが設定される。次の走行コースが設定さ
れればステップＳ５に戻る。

全行程が終了したならば、戻り位置Ｒ（Ｘｒｅｔ，Ｙｒ
　ｅ　ｔ）へ戻って（ステップＳ１５）、走行が停止さ
れる（ステップＳ１６）。

前記ステップＳ５の判断で砕雨量がＶａ以上であれば、
ステップＳ１７に移行し、今度は降雨量がｐ定の多降雨
量ｖｂ以上か否かの判別がなされる。

降雨量が予定降雨量ｖｂ以下の小雨であれば、ステップ
３１８に進んでロボット１の走行速度を落とすか、前記
コースシフトｍＬを小さくするか、または両方の処理を
施すかしてロボット１による作業能率を低くする。

降雨量が予定降雨Ｈｖｂ以上であれば、ステップＳ１９
に進んでカツタブレード１２を停止させ、さらに、ステ
ップＳ２０では、ロボット１の自己位置（Ｘｐ．Ｙｐ）
および進行方向θｆの演算が行われる。

ステップＳ２０で算出されたロボット１の現在位置およ
び進行方向は、ステップＳ２１において前記記憶部２４
に記憶される。

ロボット１の現在位置および進行方向を記憶させた後は
ステップＳ１５に進んで、ロボットは戻り位置Ｒに移動
される。

以上の説明のように、本実施例では、芝刈作業において
、降雨量が予定の少降雨量ｖａを超過していて、予定の
多降雨Ｈｖｂ以下の小雨の場合は作業を停１１ユさせず
、作業能串を落として作業を継続するようにした。

そして、降雨量が予定降雨ｆｎ　Ｖ　ｂ以上になった場
合は、雨が止んだ後で作業中断位置から作業を再開でき
るように、ロボット１の現在位置を記憶した後、カツタ
ブレード１２を停止させてロボット１を戻り位置Ｒに戻
すようにした。

以上の説明では芝刈り作業の例を示したが、本発明はそ
の他の草刈り作業および耕うん作業などに対しても上記
実施例と同様に実施できるのはもちろんである。

なお、本実施例において、雨量を光センサの出力に基づ
いて検出するようにしたが、このような降雨センサに眼
定されず、雨量の多少を一定時間内の降雨重量に基づい
て判断するようなセンサ、およびその他公知の降雨セン
サを使用しても本実施例と同様の効果を奏することがで
きる。

また、本実施例では降雨によって作業を中断した後、ロ
ボットｌを戻り位置に退避させるようにしたが、作業中
断位置にロボット１をそのまま停止させておき、雨が止
んだ時点で、その位置から作業を再開するようにしても
よい。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、次の
ような効果が達成できる。

（１）ロボットを自走させて作業を行わせている途中で
雨が降出した場合、その後の作業を中止するか、あるい
は作業形態を変更して作業を継続するかを、ロボット自
体が判断できるので操作者の監祖労力を削減できる。

（２）作業を中断した場合には、該作業中断位置を記憶
できるようにしたので、中断位置から容易に作業を再開
させることができる。

（３〉小雨の場合には作業を中断することがないのでロ
ボットの稼動率を高めることができる。

（４）光ビームの反射光に基づいて位置検出をし、その
結果によりロボットの操向制御を行っているような構或
において、降雨に起因する検出信号の乱れによる操向制
御への悪影響が出る前に作業を中断できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
操向制御のフローチャート、第３図は芝刈ロボットの走
行コースと基準点の配置状態を示す図、第４図は芝刈ロ
ボットと反射器との斜視図である。 １・・・芝刈ロボット、２・・・発光器、３・・・受光
器、６・・・反射器、７・・・ロータリエンコーダ、１
１・・・角度検出部、１３・・・位置・進行方向演算部
、１４・・・撮舵部、１６・・・走行コース設定部、２
２・・・作業区域、２３・・・降雨量検出部、２４・・
・記憶部、２５・・・比較部

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも３か所に設置された基準点に対する自
   己位置および進行方向の検出情報に基づいて作業ロボッ
   トの走行方向を制御する制御装置を具備した自走型作業
   ロボットにおいて、 降雨量の検出手段と、 該降雨量検出手段で検出された降雨量が予定の降雨量以
   上の場合、その後の作業を中断させる手段とを具備した
   ことを特徴とする自走型作業ロボット。
2. （２）作業を中断させた後、所定の戻り位置にロボット
   を移動させる手段を具備したことを特徴とする請求項１
   記載の自走型作業ロボット。
3. （３）作業を中断させた後、該中断位置にロボットを停
   止させておくことを特徴とする請求項１記載の自走型作
   業ロボット。
4. （４）ロボットの自己位置および進行方向を記憶する手
   段を具備し、 作業を中断した場合は、その中断時点におけるロボット
   の自己位置および進行方向を記憶させた後、所定の戻り
   位置にロボットを移動させることを特徴とする請求項２
   記載の自走型作業ロボット。
5. （５）少なくとも３か所に設置された基準点に対する自
   己位置および進行方向の検出情報に基づいて作業ロボッ
   トの走行方向を制御する制御装置を具備した自走型作業
   ロボットにおいて、 降雨量の検出手段と、 該降雨量検出手段で検出された降雨量が予定の降雨量以
   下の場合、それまでの作業能率を低下させて作業を継続
   させる手段とを具備したことを特徴とする自走型作業ロ
   ボット。
6. （６）ロボットの走行速度を低下させる手段、および走
   行コース更新のためのコースシフト量を変更させる手段
   の少なくともいずれかの手段を具備し、該手段によって
   ロボットの作業能率を低下させることを特徴とする請求
   項５記載の自走型作業ロボット。
7. （７）前記作業ロボットの走行方向を制御する制御装置
   が、 ロボットから発生した光ビームを該ロボットを中心とし
   て円周方向に走査する手段と、 前記基準点に設置され、入射方向に光を反射する光反射
   手段と、 ロボットに設けられ、前記光反射手段の反射光を検出す
   る受光手段と、 ロボットから見た前記各光反射手段間の開き角検出手段
   と、 該開き角検出手段によって検出された開き角および前記
   光反射手段が設置された基準点の位置情報に基づいてロ
   ボットの自己位置および進行方向を算出する演算手段と
   を具備したことを特徴とする請求項１、２、３、４、５
   または６記載の自走型作業ロボット。