WO2021256003A1 - 作業ロボットシステム - Google Patents

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WO2021256003A1
WO2021256003A1 PCT/JP2021/006389 JP2021006389W WO2021256003A1 WO 2021256003 A1 WO2021256003 A1 WO 2021256003A1 JP 2021006389 W JP2021006389 W JP 2021006389W WO 2021256003 A1 WO2021256003 A1 WO 2021256003A1
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WO
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work
priority
unit
work robot
robot system
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/006389
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Inventor
陽一 布施
和弘 金子
幸一 中次
Original Assignee
株式会社やまびこ
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Publication date
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    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01D—HARVESTING; MOWING
    • A01D2101/00—Lawn-mowers

Definitions

  • the present invention relates to a work robot system that performs work such as mowing while autonomously traveling.
  • a work robot that autonomously travels in a work area and performs work such as mowing along a travel path.
  • the work robot uses a satellite positioning system such as GPS, or detects the reference position of electronic tags, wires, etc. installed at the work site, and positions the current work robot within the set work area. Autonomous driving is performed.
  • the control device of the work robot divides the work area into a plurality of areas via a virtual boundary line designated in advance by the user, thereby creating a priority work area in the work area. It controls the traveling means of the aircraft so that it will autonomously travel within the set priority work area, and if it is determined that the detected position of the aircraft has reached the virtual boundary line, the aircraft will be prioritized. It controls turning toward the work area.
  • the user sets a virtual boundary line that divides the priority work area, which imposes a heavy setting burden on the user before the work.
  • the user may not know the current possible work time of the work robot at the time of setting, and the work of the work robot in the partitioned priority work area may stop halfway.
  • the partitioned priority work area is too large to complete the work within a desired time, and the work in the partitioned priority work area cannot be completed efficiently.
  • the present invention has been proposed to deal with such a problem. That is, in the work robot, it is possible to reduce the user's setting burden before the work, eliminate the situation where the work in the set work area is not completed, and efficiently complete the work in the priority work area. Etc. are the subjects of the present invention.
  • the work robot includes a work robot and a setting unit for setting a work area in which the work robot works.
  • a unit, a drive unit that drives the traveling unit and the work unit, and a battery that serves as a power source for the drive unit are provided.
  • a work robot system characterized by setting a work boundary line that divides a priority work area in which work can be completed in consideration of work capacity.
  • the present invention with such a feature, it is possible to reduce the burden on the user who sets the priority work area before the work by the work robot. Further, according to the present invention, the work in the priority work area can be efficiently completed.
  • Explanatory drawing of the work robot system Explanatory drawing of the working robot ((a) is an explanatory view of a side view and (b) is an explanatory view of a plan view).
  • Block diagram of the work robot system Explanatory diagram of the control unit.
  • An explanatory diagram showing a setting example of the setting unit ((a) is an input example of a priority place (in the case of point input), and (b) is an output example of a work boundary line).
  • An explanatory diagram showing a setting example of the setting unit ((a) is an input example of a priority place (in the case of line input), and (b) is an output example of a work boundary line).
  • An explanatory diagram showing a setting example of the setting unit ((c) is an input example of a priority place (when there is a line input direction), and (d) is an output example of a work boundary line).
  • An explanatory diagram showing a setting example of the setting unit ((a) is an input example of a priority place and a non-priority place, and (b) is an output example of a work boundary line and a non-work area).
  • An explanatory diagram showing a setting example of the setting unit ((a) is an input example of the first, second, and third priority locations and an output example of the priority work area for the first priority location, and (b) is an output example for the second priority location.
  • Priority work area output example is an input example of the first, second, and third priority locations and an output example of the priority work area for the first priority location
  • Priority work area output example is an input example of the second, and third priority locations and an output example of the priority work area for the first priority location
  • Priority work area output example
  • Explanatory drawing which shows an example of the control flow of a control part.
  • Explanatory drawing of the work mode ((a) is a random run within the work boundary line, (b) is a random run within the enlarged work boundary line).
  • Explanatory drawing of working mode (working mode of swirling stripe).
  • Explanatory drawing of working mode (working mode of parallel stripes).
  • the work robot system 1S is composed of a work robot 1 and a management facility for managing the work robot 1.
  • the management equipment includes a server 101, a mobile information terminal 102 owned by the user, a charging base 103, and the like, and each equipment can transmit and receive signals to and from the work robot 1 via the network NT.
  • the work robot 1 includes a machine body 10 and a traveling unit 2 capable of autonomously traveling, and the machine body 10 is provided with a working unit 3 that performs work along the traveling path of the machine body 10. Further, the work robot 1 includes a control unit 5 that controls the traveling unit 2 and the work unit 3. A communication unit 5A for transmitting and receiving signals is connected to the control unit 5 with the above-mentioned management equipment via the network NT.
  • control unit 5 utilizes a satellite positioning system (GNSS; Global Navigation Satellite System) such as GPS as an example, and a radio signal transmitted from the GNSS satellite 100 in order to detect the current position of the aircraft 10.
  • GNSS Global Navigation Satellite System
  • the GNSS sensor 6A that receives the signal is connected.
  • a radio signal is received at a place such as a fixed charging base 103, and the position of the work robot 1 is determined, the position of the moving work robot 1 is more accurate. It is measurable.
  • FIG. 2 shows an example of the configuration of the work robot 1.
  • the traveling unit 2 of the illustrated work robot 1 includes a front wheel traveling unit 2A and a rear wheel traveling unit 2B, and as shown in FIG. 1, in an arbitrary direction in the priority work area Wa set in the work site T.
  • the aircraft 10 can be autonomously driven toward it.
  • the priority work area Wa here is partitioned by a virtual work boundary line Wb that the work robot 1 can recognize on the map information.
  • the machine body 10 of the work robot 1 is provided with a traveling unit 2 and a driving unit 4 for driving the working unit 3.
  • the drive unit 4 includes a front wheel drive unit 4A and a rear wheel drive unit 4B, respectively, on the left and right sides, and further includes a work drive unit 4C for driving the work unit 3.
  • the work robot 1 includes a battery 11 that serves as a power source for the drive unit 4, the control unit 5, and the like.
  • the work unit 3 of the work robot 1 performs work such as mowing work, spraying work, and collection work so as to form a work locus along the traveling path of the machine body 10.
  • the work unit 3 for mowing the grass will be described as an example.
  • the working unit 3 has a circular working area in a plan view, and the mowing blade (not shown) is rotated around a vertical axis to mow the grass directly under the working unit 3. pay.
  • a work locus that has been mowed is formed along the travel path of the machine body 10 with the diameter of the circular work range in the plan view of the work unit 3 as the width. Will be done.
  • the body 10 of the work robot 1 is provided with a sensor unit 6.
  • the sensor unit 6 is provided with various detection means such as the GNSS sensor 6A described above in order to autonomously drive the traveling unit 2 or control the driving of the working unit 3.
  • the sensor unit 6 is provided in front of the machine body 10, and the detection signal of the sensor unit 6 is transmitted to the control unit 5.
  • FIG. 3 shows a configuration example (block diagram) of the work robot system 1S.
  • the control unit 5 of the work robot 1 is connected to the drive unit 4, the sensor unit 6, and the battery 11 described above, and the communication unit 5A, the input unit 5B, and the control unit 5 for inputting information to the control unit 5 described above.
  • a storage unit 5C or the like for storing the information input to is connected.
  • the sensor unit 6 is provided with the above-mentioned GNSS sensor 6A, an orientation sensor 6B for detecting the traveling direction of the machine body 10, and a boundary detection for physically detecting an electronic tag or a wire installed at a work boundary position.
  • a sensor 6C or the like is provided.
  • the server 101 is provided with a control unit 50, and the control unit 50 includes a communication unit 51 for connecting the server 101 to a network, an input unit 54 for inputting information to the control unit 50, and a control unit.
  • a storage unit 52 that stores information input to the 50, a display unit 53 that displays the control status of the control unit 50 or the control unit 5, and the like are connected.
  • the mobile information terminal 102 possessed by the user has the same function as the server 101.
  • the charging base 103 includes a charging device 103A connected to the battery 11.
  • the charging device 103A for example, converts the commercial AC power 103B into DC power to charge the battery 11.
  • the charging base 103 can also be provided with a control unit 60 and a communication unit 61 connected to the control unit 60.
  • the control unit 5 and the server provided in the work robot 1 are connected.
  • the control unit 50 of the 101 or the mobile information terminal 102 and the control unit 60 provided in the charging base 103 are in a state of being able to transmit and receive signals (information) to each other, and constitute one integrated control unit 5U. There is.
  • the control of the work robot system 1S is executed by incorporating the program of the function shown in FIG. 4 into the control unit 5U.
  • the program executed by the control unit 5U can be partially or completely incorporated into the control unit 5 mounted on the work robot 1, and the part or all thereof can be incorporated into the control unit 50 of the server 101 or the mobile information terminal 102. It is possible to incorporate a part or all of the control unit 60 provided in the charging base 103.
  • the equipment in which the essential program is not incorporated in the work robot system 1S can be omitted as appropriate.
  • the traveling motion control unit P1 selects a work mode to be described later, and controls the work robot 1 to autonomously travel within the set priority work area.
  • the current position of the work robot 1 is detected by the output of the sensor unit 6, and it is determined whether or not the current position has reached the vicinity of the set work boundary line.
  • the machine 10 is turned so that the forward direction of the machine 10 faces within the priority work area, and then the machine 10 is moved forward again.
  • the work operation control unit P2 controls the work drive unit 4C that drives the work unit 3 so that a desired work operation can be obtained.
  • ON-OFF control of the working unit 3, rotation speed control of the cutting blade in the working unit 3, energy saving mode control of the operation of the working unit 3, and the like are performed.
  • the setting unit P3 basically sets a work area in which the work robot 1 works. More specifically, based on the position information of the priority work place set and input by the input unit 54 (5B), the work boundary for dividing the priority work area where the work can be completed is considered in consideration of the work ability of the work robot 1. Controls to set the line.
  • the working ability of the working robot 1 here depends on the charging of the battery, the processable area, the capacity of the internal memory provided in the working robot 1, and the like, and the setting unit P3 determines the working ability of the working robot 1.
  • the work boundary line that divides the priority work area where the work can be completed is set according to the battery charge capacity, the workable area capacity, the storage unit capacity, etc., which are determined in advance.
  • the storage unit capacity is determined by the battery charge capacity and the workable area capacity, and stores the map of the priority work area. Since the work robot 1 does not need to store the map of the entire work area, the capacity of the storage unit 5C can be small. For example, the charging base 103 and the server 101 store all the maps, and the work robot 1 takes in the map of only the priority work area into the storage unit 5C.
  • the setting unit P3 divides the priority work area where the work can be completed based on the position information of the priority place set and input by the input unit 54 (5B) and considering the current work ability status of the work robot 1. Controls to set work boundaries.
  • the setting unit P3 includes a work time timing means P10, a battery charge remaining amount calculation means P11, a work area calculation means per unit time P12, and the like in order to grasp the work ability status of the work robot 1 at the present time.
  • the work time timing means P10 measures the work time of the work performed in the previous stage and calculates the remaining work time with respect to the set work time.
  • the battery charge remaining amount calculation means P11 calculates what percentage of the battery charge remaining amount at the present time is at the end of the work performed in the previous stage.
  • the work area calculation means P12 per unit time calculates the work area that can be worked per unit time from the work area (the area of the priority work area at that time) and the work time in the work performed in the previous stage. By calculating the work area per unit time, the processable area for the remaining time of the set work time can be grasped as the current work capacity status.
  • the working area per unit time differs depending on the working speed (running speed) set by the running motion control unit P1 and the work operation mode (energy saving mode, normal mode, power mode, etc.) set by the work motion control unit P2. , When these settings are changed, the calculated value is corrected according to the setting change.
  • the work boundary line setting means P13 grasps the current work ability status of the work robot 1 by each of the above-mentioned means, and then sets and inputs the position information of the priority work place, the position information of the non-priority place, and the set work time. For, a work boundary line is set to divide the priority work area where the work can be completed.
  • a setting example of the work area setting means P13 will be specifically described.
  • the user selects a place where he / she wants to preferentially perform work on the map information of the work site T, and inputs the priority place.
  • the priority location is input as point information on the map information.
  • an input unit 54 capable of touch input or cursor input is provided on the display unit 53, and the map information of the work site T is displayed as shown in FIG. 5A. Enter the position information of the priority location by touch input or cursor input on the display screen.
  • the input method is not limited to this, and the coordinates of the position information may be input numerically by a keyboard or the like.
  • the setting unit P3 sets, for example, a priority work area in which the work can be completed in consideration of the work ability status of the work robot 1 at the present time, and the work boundary for partitioning the priority work area.
  • the work boundary line here is a virtual line on the map information that can be recognized by the work robot 1.
  • the set work boundary line is superimposed and displayed on the map information of the work site T displayed on the display unit 53. May be good.
  • the priority work area is set to include the location of the entered priority location. As an example, the priority work area is set so that the input priority location is in the center of the area.
  • the priority location set by the user is input as line information on the map information.
  • an input unit 54 capable of touch input is provided for the display unit 53, and the user is displayed on the display screen in which the map information of the work site T is displayed as shown in FIG. 6A (a).
  • the position information of the priority place can be input as a line.
  • the form of the line input at this time may be any line such as a straight line or a curved line. Further, the input line may be a line with both ends open as shown in FIG. 6A (a) or an enclosing line with both ends closed.
  • the priority place is input as line information on the map information as shown in FIG. 6A (a)
  • the priority work is correspondingly included so as to include the input priority place as shown in FIG. 6A (b).
  • the area is set and output on the display screen.
  • the setting unit P3 sets the temporary work boundary line input by the user. Modify to set work boundaries that partition the priority work areas where work can be completed.
  • the priority work area may be set sequentially. At this time, for example, when the work of one priority work area partitioned on the first work boundary line initially set is completed and the work robot 1 returns to the charging base 103, the next second work is performed. It can be set at any time along the direction of the line so that the priority work area partitioned by the boundary line is set.
  • a non-priority location is input in addition to the priority location as the position information input from the input unit 54 (5B).
  • the non-priority place refers to the place where the work is not performed in this priority work.
  • the setting unit P3 sets the work boundary line so as to remove the periphery of the non-priority place from the priority work area as shown in FIG. 7B.
  • the position information of the non-priority place input at this time may be point input, line input, or enclosing line input.
  • a non-work area is set around the non-work area, and the priority work area is partitioned so as to remove the set non-work area. Set work boundaries.
  • a plurality of places are set and input as priority places.
  • the setting unit P3 sequentially sets the priority work area according to the priority of the plurality of priority places, but each time the work of one priority work area is completed, the work capacity of the work robot at the present time is completed. Since the situation (for example, the remaining battery charge) changes, the priority work area for the position information of the other priority place is set after the work in the priority work area set by the position information of one priority place is completed. do.
  • FIG. 9 shows an example of the control flow in the control unit 5U (5, 50, 60). From the start of control, the above-mentioned priority location and setting work time are input in the input steps S01 and S02.
  • step S03 the remaining battery charge of the working robot 1 at the present time is confirmed.
  • step S04 the necessity of charging is determined. If the battery charge remaining amount of the work robot 1 at the present time is equal to or less than the set threshold value, it is determined that charging is required (step S04: YES), and running operation control for moving the work robot 1 to the charging base 103 is executed. (Step S20). When the charging at the charging base 103 is completed, the battery charging state at that time is confirmed (step S21).
  • step S21 After step S21 or when it is determined in step S04 that charging is unnecessary (step S04: NO), the highest priority place among the input priority places (first) in consideration of the current remaining battery charge.
  • a priority work area is set for (1 priority place) as described above, and a work boundary line for partitioning the priority work area is set (step S05).
  • step S06 After that, the work mode described later is selected (step S06), the selected work mode is adopted, and the work in the set work area is started (step S07). During the work (step S08: NO), the work time is timed (step S22).
  • step S08 When the work of one set priority work area is completed (step S08: YES), the map information of the priority work area for which the work is completed is stored in the storage unit 52 (5C).
  • the area of the priority work area worked is divided by the work time measured until the end of the work, and the work area per unit time is calculated (step S09). Further, the remaining work time is calculated by subtracting the timed work time from the input set work time (step S10).
  • the remaining work time and the work area per unit time obtained here are indicators for obtaining the processable area for the remaining work time when the next work is performed.
  • step S11 If the priority location input in step S01 has the next priority location (step S11: YES), the steps following step S03 are repeated. At this time, when setting the priority work area for the next priority place, not only the confirmation of the remaining battery charge in step S03, but also the work area per unit time obtained in step S09 and the remaining work time obtained in step S10 are checked. In consideration of this, the work boundary line is set in step S05 except for the work-completed priority work area stored in the storage unit 52 (5C). If there is no next priority location in step S11, the control is terminated.
  • FIGS. 10 to 12 exemplify the work mode described above.
  • the example shown in FIG. 10 is a work mode of random running, and when the working robot 1 makes a straight forward running and reaches the vicinity of the set work boundary line Wb, the work robot 1 makes an arbitrary direction in the priority work area Wa. Turn to and go straight forward again.
  • a striped work locus is formed while swirling from the outside to the inside along the circumference of the work boundary line Wb with respect to the work boundary line Wb set in a rectangular shape.
  • a forward operation (a) and a reverse operation (b) that partially overrun the work boundary line Wb are performed.
  • the operation combined with the turn operation (c) having a turn angle of 90 ° is performed.
  • a striped work locus parallel to the work boundary line Wb set in a rectangular shape is formed. Also in this case, in the illustrated example, when the work robot 1 reaches the work boundary line Wb and performs a turn operation, a forward operation (a) and a reverse operation (b) that partially overrun the work boundary line Wb are performed. ) And the turn operation (c) with a turn angle of 90 ° are combined.
  • the work unit 3 having a work range having a circular shape in a plan view it is possible to avoid the occurrence of work residue (cutting residue) at the time of turning.
  • the user can set the priority work area required for the work by simply inputting the priority place. Further, the priority work area to be set takes into consideration the current work ability status of the work robot 1, and the area where the work can be completed is set, so that the work in the priority work area does not stop halfway. , Work in the priority work area can be completed efficiently.
  • the priority work area for the next priority location is set after the work in one priority work area is completed, so the area where the work has been completed is surely excluded.
  • the following priority work areas can be set. This makes it possible to eliminate duplicate work.

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Abstract

作業前におけるユーザーの設定負担を軽減すること、設定された作業領域内での作業が完了しない事態を無くして、優先作業領域内での作業を効率的に完了させること。　作業ロボットシステムは、作業ロボットと、作業ロボットが自律走行しながらその内側で作業を行う作業領域を設定する設定部とを備え、作業ロボットは、自律走行可能な走行部を備える機体と、機体の走行経路に沿って作業を行う作業部と、走行部と作業部を駆動する駆動部と、駆動部の電源となるバッテリーとを備え、設定部は、設定入力された優先場所の位置情報に基づき、作業ロボットの作業能力を考慮して、作業完了可能な優先作業領域を区画する作業境界線を設定する。

Description

作業ロボットシステム
　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システムに関するものである。
　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。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、現在の作業ロボットの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。
　下記の特許文献１に記載された従来技術は、作業ロボットの制御装置が、予めユーザーが指定した仮想境界線を介して作業領域を複数領域に分割することで、作業領域内に優先作業領域を設定し、設定された優先作業領域内を機体が自律走行するように、機体の走行手段を制御するものであり、検出された機体の位置が仮想境界線に到達したと判断すると、機体を優先作業領域内に向けて旋回する制御を行っている。
特許第５９７３６０８号公報
　前述した従来技術によると、ユーザーが優先作業領域を区画する仮想境界線を設定していることで、作業前にユーザーに対して大きな設定負担を強いる問題があった。また、ユーザーは、設定時に現在の作業ロボットの可能作業時間などを把握していない場合があり、区画された優先作業領域内での作業ロボットの作業が、中途半端な状態で止まってしまったり、区画された優先作業領域が広すぎて、所望の時間内に作業が完了できなかったりして、区画された優先作業領域内での作業を効率的に完了させることができない問題があった。
　また、作業前に複数の作業領域を設定して、その優先順位をスケジューリングすることが考えられるが、そのような場合には、前述した問題がより顕在化することになる。すなわち、１つの作業領域の作業を終了した時点での作業ロボットの作業能力は、複数の作業領域を設定する際には事前に把握することができないので、複数の作業領域の作業を優先順位に応じて進めるに際して、１つの作業領域内では作業が完了できたとしても、次の作業領域内での作業が完了できない事態が生じる問題があった。
　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、作業前におけるユーザーの設定負担を軽減すること、設定された作業領域内での作業が完了しない事態を無くして、優先作業領域内での作業を効率的に完了させること、などが本発明の課題である。
　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。
　作業ロボットと、前記作業ロボットが作業を行う作業領域を設定する設定部とを備え、前記作業ロボットは、自律走行可能な走行部を備える機体と、前記機体の走行経路に沿って作業を行う作業部と、前記走行部と前記作業部を駆動する駆動部と、前記駆動部の電源となるバッテリーとを備え、前記設定部は、設定入力された優先場所の位置情報に基づき、前記作業ロボットの作業能力を考慮して、作業完了可能な優先作業領域を区画する作業境界線を設定することを特徴とする作業ロボットシステム。
　このような特徴による本発明によると、作業ロボットによる作業前に、優先作業領域を設定するユーザーの負担を軽減することができる。また、本発明によると、優先作業領域内での作業を効率的に完了させることができる。
作業ロボットシステムの説明図。 作業ロボットの説明図（（ａ）が側面視、（ｂ）が平面視の説明図）。 作業ロボットシステムのブロック図。 制御部の説明図。 設定部の設定例を示した説明図（（ａ）が優先場所の入力例（点入力の場合）、（ｂ）が作業境界線の出力例）。 設定部の設定例を示した説明図（（ａ）が優先場所の入力例（線入力の場合）、（ｂ）が作業境界線の出力例）。 設定部の設定例を示した説明図（（ｃ）が優先場所の入力例（線入力方向ありの場合）、（ｄ）が作業境界線の出力例）。 設定部の設定例を示した説明図（（ａ）が優先場所と非優先場所の入力例、（ｂ）が作業境界線と非作業領域の出力例）。 設定部の設定例を示した説明図（（ａ）が第１，第２，第３優先場所の入力例と第１優先場所に対する優先作業領域の出力例、（ｂ）が第２優先場所に対する優先作業領域の出力例）。 制御部の制御フローの一例を示す説明図。 作業モードの説明図（（ａ）が作業境界線内のランダム走行、（ｂ）が拡大作業境界線内のランダム走行）。 作業モードの説明図（旋回ストライプの作業モード）。 作業モードの説明図（平行ストライプの作業モード）。
　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。
　図１に示すように、作業ロボットシステム１Ｓは、作業ロボット１とこの作業ロボット１を管理する管理設備によって構成されている。管理設備としては、サーバー１０１、ユーザーが所持する携帯情報端末１０２、充電基地１０３などがあり、各設備は、ネットワークＮＴを介して作業ロボット１との信号送受信が可能になっている。
　作業ロボット１は、機体１０と自律走行可能な走行部２を備えており、機体１０には、機体１０の走行経路に沿って作業を行う作業部３が設けられている。また、作業ロボット１は、走行部２や作業部３を制御する制御部５を備えている。制御部５には、ネットワークＮＴを介して前述した管理設備と信号送受信を行うための通信部５Ａが接続されている。
　また、制御部５には、一例として、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の現在位置を検知するために、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が接続されている。この場合に、ＲＴＫ－ＧＰＳシステムを採用して、固定された充電基地１０３のような場所で電波信号を受信し、作業ロボット１の位置を決定すれば、移動する作業ロボット１の位置がより正確に測定可能である。
　図２に作業ロボット１の一構成例を示す。図示の作業ロボット１の走行部２は、前輪走行部２Ａと後輪走行部２Ｂを備えており、図１に示すように、作業現場Ｔ内に設定される優先作業領域Ｗａ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ようになっている。ここでの優先作業領域Ｗａは、作業ロボット１が地図情報上で認識することができる仮想の作業境界線Ｗｂによって区画されている。
　作業ロボット１の機体１０には、走行部２と作業部３を駆動する駆動部４が設けられている。図２に示した例では、駆動部４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、作業ロボット１は、駆動部４と制御部５などの電源となるバッテリー１１を備えている。
　作業ロボット１の作業部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、草刈り作業や散布作業や回収作業などの作業を行うものである。以下、草刈り作業を行う作業部３を例にして説明する。図２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。
　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、前述したＧＮＳＳセンサ６Ａ等、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。
　作業ロボットシステム１Ｓの構成例（ブロック図）を図３に示す。作業ロボット１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。
　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。
　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。なお、ユーザーが所持する携帯情報端末１０２は、サーバー１０１と同等の機能を有している。
　充電基地１０３は、バッテリー１１に接続される充電装置１０３Ａを備えている。充電装置１０３Ａは、例えば、商用交流電力１０３Ｂを直流電力に変換してバッテリー１１を充電する。また、充電基地１０３にも制御部６０とこれに接続される通信部６１を設けることができる。
　作業ロボット１の通信部５Ａとサーバー１０１や携帯情報端末１０２の通信部５１と充電基地１０３の通信部６１がネットワークを介して接続されていることで、作業ロボット１に設けた制御部５とサーバー１０１や携帯情報端末１０２の制御部５０と充電基地１０３に設けた制御部６０は、互いに信号（情報）の送受信が可能な状態になっており、１つの統合された制御部５Ｕを構成している。
　作業ロボットシステム１Ｓ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。制御部５Ｕが実行するプログラムは、作業ロボット１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、サーバー１０１や携帯情報端末１０２の制御部５０にその一部又は全部を組み込むことができ、充電基地１０３に設けた制御部６０にその一部又は全部を組み込むことができる。なお、サーバー１０１、携帯情報端末１０２、充電基地１０３などの管理設備において、作業ロボットシステム１Ｓに必須のプログラムが組み込まれていない設備は、適宜省略することができる。
　走行動作制御部Ｐ１は、後述する作業モードの選択を行って、設定された優先作業領域内で作業ロボット１を自律走行させる制御を行う。この際、センサ部６の出力によって作業ロボット１の現在位置を検知し、この現在位置が設定された作業境界線付近に到達したか否かの判断を行う。作業ロボット１の前進動作に対して、作業ロボット１が作業境界線付近に到達すると、機体１０の前進方向が優先作業領域内に向くように機体１０をターンさせ、その後再び前進走行を行う。
　作業動作制御部Ｐ２は、作業部３を駆動する作業駆動部４Ｃを制御して、所望の作業動作が得られるようにする。具体例としては、作業部３のＯＮ－ＯＦＦ制御、作業部３における刈刃の回転速度制御、作業部３の動作の省エネモード制御などを行う。
　設定部Ｐ３は、基本的には、作業ロボット１が作業を行う作業領域を設定する。より具体的には、入力部５４（５Ｂ）にて設定入力された優先作業場所の位置情報に基づき、作業ロボット１の作業能力を考慮して、作業完了可能な優先作業領域を区画する作業境界線を設定するための制御を行う。
　ここでの作業ロボット１の作業能力は、バッテリーの充電に関するもの、処理可能面積、作業ロボット１が備える内部メモリの容量に依存するものなどであり、設定部Ｐ３は、作業ロボット１の作業能力を把握して、予め決められた、バッテリー充電容量、作業可能面積容量、記憶部容量などにより、作業完了可能な優先作業領域を区画する作業境界線を設定する。
　記憶部容量は、バッテリー充電容量や作業可能面積容量により決められて、優先作業領域のマップを記憶する。作業ロボット１は、作業領域すべてのマップを記憶する必要がないので、記憶部５Ｃの容量は小さくて済む。例えば、充電基地１０３やサーバー１０１がすべてのマップを記憶しておいて、作業ロボット１は、優先作業領域のみのマップを記憶部５Ｃへ取り入れる。
　また、設定部Ｐ３は、入力部５４（５Ｂ）にて設定入力された優先場所の位置情報に基づき、現時点の作業ロボット１の作業能力状況を考慮して、作業完了可能な優先作業領域を区画する作業境界線を設定するための制御を行う。
　設定部Ｐ３は、現時点での作業ロボット１の作業能力状況を把握するために、作業時間計時手段Ｐ１０、バッテリー充電残量算出手段Ｐ１１、単位時間当たり作業面積算出手段Ｐ１２などを備えている。
　作業時間計時手段Ｐ１０は、前段階で行われた作業の作業時間を計時して、設定された作業時間に対して残りの作業時間を算出する。
　バッテリー充電残量算出手段Ｐ１１は、前段階で行われた作業の終了時等に、現時点でのバッテリー充電残量が何％になっているかを算出する。
　単位時間当たり作業面積算出手段Ｐ１２は、前段階で行われた作業における作業面積（その際の優先作業領域の面積）と作業時間とから、単位時間当たりに作業できる作業面積を算出する。単位時間当たりの作業面積を算出することで、設定作業時間の残り時間に対する処理可能面積を、現時点での作業能力状況として把握することができる。
　単位時間当たりの作業面積は、走行動作制御部Ｐ１で設定される作業速度（走行速度）と作業動作制御部Ｐ２で設定される作業動作モード（省エネモード、ノーマルモード、パワーモードなど）によって異なるので、これらの設定が変えられた場合には、その設定変更に応じて算出値を補正する。
　作業境界線設定手段Ｐ１３は、前述した各手段で作業ロボット１の現時点での作業能力状況を把握した上で、設定入力された優先作業場所の位置情報、非優先場所の位置情報、設定作業時間に対して、作業完了可能な優先作業領域を区画する作業境界線を設定する。
　作業領域設定手段Ｐ１３の設定例を具体的に説明する。図５（ａ）に示すように、ユーザーは、作業現場Ｔの地図情報に対して優先的に作業を行いたい箇所を選択して優先場所を入力する。図５（ａ）に示した例では、優先場所は、地図情報上の点情報として入力されている。
　この際の入力方式としては、例えば、表示部５３に対してタッチ入力或いはカーソル入力が可能な入力部５４を設け、作業現場Ｔの地図情報が図５（ａ）に示すように表示されている表示画面へのタッチ入力又はカーソル入力によって、優先場所の位置情報を入力する。入力方式はこれに限らず、キーボード等によって位置情報の座標を数値入力するようにしてもよい。
　優先場所が入力されると、設定部Ｐ３は、例えば、現時点での作業ロボット１の作業能力状況を考慮して、作業完了可能な優先作業領域を設定し、その優先作業領域を区画する作業境界線を設定する。ここでの作業境界線は、作業ロボット１が認識できる地図情報上の仮想線である。
　作業境界線が設定されると、図５（ｂ）に示すように、表示部５３に表示している作業現場Ｔの地図情報上に、設定された作業境界線を重ねて表示するようにしてもよい。優先作業領域は、入力された優先場所の位置を含むように設定される。一例としては、入力された優先場所が領域の中心部になるように、優先作業領域が設定される。
　図６Ａ（ａ）に示した例では、ユーザーが設定する優先場所が地図情報上の線情報として入力されている。この際の入力方式としては、表示部５３に対してタッチ入力が可能な入力部５４を設け、作業現場Ｔの地図情報が図６Ａ（ａ）に示すように表示されている表示画面に、ユーザーが指等でトレースを行うことで、優先場所の位置情報を線として入力することができる。
　この際に入力される線の形態は、直線、曲線等、どのような線であってもよい。また、入力される線は、図６Ａ（ａ）に示すような両端が開いた線であっても、両端が閉じられた囲み線であってもよい。図６Ａ（ａ）に示すように優先場所が地図情報上の線情報として入力されると、それに応じて、図６Ａ（ｂ）に示すように、入力された優先場所を含むように、優先作業領域が設定され表示画面上に出力される。
　前述したように優先場所として囲み線が入力された場合には、ユーザーが仮の作業境界線を入力したことになるが、この場合、設定部Ｐ３は、ユーザーが入力した仮の作業境界線を修正して、作業完了可能な優先作業領域を区画する作業境界線を設定する。
　また、優先場所を地図情報上で線情報として入力する場合には、図６Ｂ（ｃ）に示すように、入力された線の方向を認識して、ユーザーが指等でトレースした方向に沿って、図６Ｂ（ｄ）に示すように、順次優先作業領域を設定するようにしてもよい。この際には、例えば、最初に設定された第１作業境界線に区画された１つの優先作業領域の作業が完了し、作業ロボット１が充電基地１０３に戻った際に、次の第２作業境界線に区画された優先作業領域が設定されるように、線の方向に沿って随時設定されていくようにすることができる。
　図７（ａ）に示した例では、入力部５４（５Ｂ）から入力される位置情報として、優先場所に加えて、非優先場所を入力している。非優先場所は、今回の優先作業では作業を行わない場所を指している。設定部Ｐ３は、非優先場所の位置情報が入力された場合には、図７（ｂ）に示すように、非優先場所の周囲を優先作業領域から外すように、作業境界線を設定する。
　この際入力される非優先場所の位置情報は、点入力であっても、線入力であっても、囲み線入力であってもよい。非優先場所の位置情報が入力されると、図７（ｂ）に示すように、その周囲に非作業領域を設定して、設定された非作業領域を外すように、優先作業領域を区画する作業境界線を設定する。
　図８に示した例では、優先場所として複数の場所を設定入力している。このような場合には、設定部Ｐ３は、複数の優先場所の優先順位に従って順次優先作業領域を設定するが、１つの優先作業領域の作業が終了する毎に、現時点での作業ロボットの作業能力状況（例えば、バッテリー充電残量）は代わってくるので、１つの優先場所の位置情報によって設定された優先作業領域内の作業が終了した後に、他の優先場所の位置情報に対する優先作業領域を設定する。
　すなわち、図８（ａ）に示すように、３つの優先場所（第１優先場所，第２優先場所，第３優先場所）が設定入力された場合には、先ず、第１優先場所に対して優先作業領域を区画する作業境界線を出力して、その優先作業領域での作業を行う。そして、図８（ｂ）に示すように、第１優先場所に対する優先作業領域の作業が完了した後に、第２優先場所に対して優先作業領域を区画する作業境界線を出力する。
　図９に、制御部５Ｕ（５，５０，６０）における制御フローの一例を示す。制御開始から、入力ステップＳ０１，Ｓ０２で、前述した優先場所、設定作業時間の入力がなされる。
　次に、ステップＳ０３にて、現時点での作業ロボット１のバッテリー充電残量の確認がなされる。そして、ステップＳ０４では、充電の要否判断が行われる。現時点での作業ロボット１のバッテリー充電残量が設定された閾値以下の場合には、充電要と判断され（ステップＳ０４：ＹＥＳ）、作業ロボット１を充電基地１０３まで移動させる走行動作制御が実行される（ステップＳ２０）。充電基地１０３での充電が終了すると、その時点でのバッテリー充電状態を確認する（ステップＳ２１）。
　ステップＳ２１の後、又は、ステップＳ０４にて充電不要と判断された場合（ステップＳ０４：ＮＯ）、現時点でのバッテリー充電残量を考慮に入れ、入力された優先場所のうち最優先の場所（第１優先場所）に対して、前述したように優先作業領域を設定し、それを区画する作業境界線を設定する（ステップＳ０５）。
　その後、後述する作業モードの選択がなされ（ステップＳ０６）、選択された作業モードを採用して、設定された作業領域内の作業を開始する（ステップＳ０７）。作業中（ステップＳ０８：ＮＯ）は、作業時間の計時を行う（ステップＳ２２）。
　設定された１つの優先作業領域の作業が終了すると（ステップＳ０８：ＹＥＳ）、作業を終了した優先作業領域の地図情報は記憶部５２（５Ｃ）に記憶される。
　そして、作業した優先作業領域の面積を作業終了まで計時した作業時間で除して、単位時間当たりの作業面積を計算する（ステップＳ０９）。また、入力された設定作業時間から計時した作業時間を差し引いて、残り作業時間を計算する（ステップＳ１０）。ここで求めた残り作業時間と単位時間当たりの作業面積は、次の作業を行う際に、残り作業時間に対する処理可能面積を求めるための指標となる。
　ステップＳ０１にて入力された優先場所に次の優先場所がある場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、ステップＳ０３以下のステップを繰り返す。この際、次の優先場所に対する優先作業領域の設定に際しては、ステップＳ０３におけるバッテリー充電残量の確認だけでなく、ステップＳ０９で求めた単位時間当たりの作業面積やステップＳ１０で求めた残り作業時間を考慮し、記憶部５２（５Ｃ）に記憶された作業済みの優先作業領域を除いて、ステップＳ０５における作業境界線の設定が行われる。ステップＳ１１にて、次の優先場所が無い場合には、制御を終了する。
　図１０～図１２は、前述した作業モードを例示している。図１０に示した例は、ランダム走行の作業モードであり、作業ロボット１は、直進の前進走行を行って、設定された作業境界線Ｗｂ付近に到達すると、優先作業領域Ｗａ内の任意の方向にターンして、再び直進の前進走行を行う。
　図１０（ａ）に示す例は、作業ロボット１が作業境界線Ｗｂに到達したと判断してターン動作を行っているが、図１０（ｂ）に示す例は、設定した作業境界線Ｗｂの外側に拡大作業境界線Ｗｂ’を設定して、作業ロボット１が拡大作業境界線Ｗｂ’に到達したと判断してターン動作を行っている。図１０（ｂ）に示すように、拡大作業境界線Ｗｂ’を設定することで、作業境界線Ｗｂ内での作業残し（刈り残し）を無くすことができる。
　図１１に示す例は、矩形状に設定した作業境界線Ｗｂに対して、作業境界線Ｗｂの周囲に沿って外側から内側に向けて旋回しながらストライプ状の作業軌跡を形成している。この際、図示の例では、作業ロボット１が作業境界線Ｗｂに到達してターン動作を行う際に、作業境界線Ｗｂを一部オーバーランする前進動作（ａ）と、後進動作（ｂ）と、ターン角度９０°のターン動作（ｃ）を組み合わせた動作を行っている。これによって、平面視円形の作業範囲を有する作業部３において、ターン時に作業残し（刈り残し）が生じることを回避している。
　図１２に示す例は、矩形状に設定した作業境界線Ｗｂに対して、平行なストライプ状の作業軌跡を形成している。この際にも、図示の例では、作業ロボット１が作業境界線Ｗｂに到達してターン動作を行う際に、作業境界線Ｗｂを一部オーバーランする前進動作（ａ）と、後進動作（ｂ）と、ターン角度９０°のターン動作（ｃ）を組み合わせた動作を行っている。これによって、平面視円形の作業範囲を有する作業部３において、ターン時に作業残し（刈り残し）が生じることを回避している。
　以上説明したように、本発明の実施形態にかかる作業ロボットシステム１Ｓによると、ユーザーは、優先場所を簡易に入力するだけで、作業に必要な優先作業領域の設定が可能になる。また、設定される優先作業領域は、作業ロボット１の現時点での作業能力状況が考慮されており、作業が完了できる領域が設定されるので、優先作業領域の作業が中途半端に止まることが無く、優先作業領域内での作業を効率的に完了させることができる。
　また、複数の優先場所が設定入力される場合には、１つの優先作業領域の作業が終了してから次の優先場所に対する優先作業領域を設定するので、作業が終了した領域を確実に除いて、次の優先作業領域を設定することができる。これによって、重複作業を排除することができる。
　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。
１：作業ロボット，１Ｓ：作業ロボットシステム，
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，
５，５０，６０，５Ｕ：制御部，５Ａ，５１，６１：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，１１：バッテリー，
１００：ＧＮＳＳ衛星，１０１：サーバー，１０２：携帯情報端末，
１０３：充電基地，１０３Ａ：充電装置，１０３Ｂ：商用交流電力，
ＮＴ：ネットワーク，Ｗａ：優先作業領域，Ｗｂ：作業境界線，
Ｐ１：走行動作制御部，Ｐ２：作業動作制御部，Ｐ３：設定部，
Ｐ１０：作業時間計時手段，Ｐ１１：バッテリー充電残量算出手段，
Ｐ１２：単位時間当たり作業面積算出手段，
Ｐ１３：作業境界線設定手段

Claims (15)

  1. 　作業ロボットと、前記作業ロボットが作業を行う作業領域を設定する設定部とを備え、
    　前記作業ロボットは、
    　自律走行可能な走行部を備える機体と、
    　前記機体の走行経路に沿って作業を行う作業部と、
    　前記走行部と前記作業部を駆動する駆動部と、
    　前記駆動部の電源となるバッテリーとを備え、
    　前記設定部は、
    　設定入力された優先場所の位置情報に基づき、前記作業ロボットの作業能力を考慮して、作業完了可能な優先作業領域を区画する作業境界線を設定することを特徴とする作業ロボットシステム。
  2. 　前記作業能力が、前記バッテリーの充電に関することを特徴とする請求項１記載の作業ロボットシステム。
  3. 　前記作業能力が、処理可能面積であることを特徴とする請求項１記載の作業ロボットシステム。
  4. 　前記作業能力が、前記作業ロボットが備える内部メモリの容量に依存することを特徴とする請求項１記載の作業ロボットシステム。
  5. 　前記設定部は、非優先場所の位置情報が入力された場合に、前記非優先場所の周囲を前記優先作業領域から外すように、前記作業境界線を設定する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システム。
  6. 　前記優先場所の位置情報は、点情報として入力されることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項記載の作業ロボットシステム。
  7. 　前記優先場所の位置情報は、線情報として入力されることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項記載の作業ロボットシステム。
  8. 　前記優先場所の位置情報は、地図情報が表示された表示画面へのタッチ入力又はカーソル入力でなされることを特徴とする請求項１～７のいずれか１項記載の作業ロボットシステム。
  9. 　前記設定部は、前記優先場所の位置情報が複数設定された場合に、１つの前記優先場所の位置情報によって設定された優先作業領域内の作業が終了した後に、他の前記優先場所の位置情報に対する優先作業領域を設定す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システム。
  10. 　前記設定部は、前記作業ロボットに搭載されていることを特徴とする請求項１～９のいずれか１項記載の作業ロボットシステム。
  11. 　前記設定部は、前記作業ロボットとネットワークを介して接続されたサーバーに設けられていることを特徴とする請求項１～９のいずれか１項記載の作業ロボットシステム。
  12. 　前記設定部は、前記バッテリーを充電する充電基地に設けられていることを特徴とする請求項１～９のいずれか１項記載の作業ロボットシステム。
  13. 　前記優先場所の位置情報をユーザーが仮の作業境界線によって入力した場合に、前記設定部は、前記仮の作業境界線を修正して前記作業境界線を設定することを特徴とする請求項１～１２のいずれか１項記載の作業ロボットシステム。
  14. 　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１～１３のいずれか１項記載の作業ロボットシステム。
  15. 　前記作業ロボットは、前記優先作業領域内で選択された作業モードで作業を行うことを特徴とする請求項１～１４のいずれか１項記載の作業ロボットシステム。
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