WO2022123747A1 - 作業ロボットシステム - Google Patents

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WO2022123747A1
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wire
work robot
work
robot system
area
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French (fr)
Inventor
健太郎 杉
遙 山本
Original Assignee
株式会社やまびこ
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0257—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using a radar
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01D—HARVESTING; MOWING
    • A01D34/00—Mowers; Mowing apparatus of harvesters
    • A01D34/006—Control or measuring arrangements
    • A01D34/008—Control or measuring arrangements for automated or remotely controlled operation

Definitions

  • the present invention relates to a work robot system.
  • a work robot that performs lawn mowing work while performing autonomous driving is known.
  • the boundary of the area is defined, the work is performed in the area, or the activity range is limited to the area.
  • a conductive wire is used to surround the area (work area) where the work robot wants to work.
  • the conductive wire is connected to a power feeding facility that charges the working robot, and when the conductive wire is energized, a magnetic field is emitted around the conductive wire.
  • the work robot detects the magnetic field emitted from the energized conductive wire by the magnetic sensor attached to the front end, recognizes the work area surrounded by the conductive wire, and works in the area (for example,). See Patent Document 1 below).
  • the power feeding equipment connected to the conductive wire may break down due to a lightning strike or the like, and the conductive wire may not be energized, or the energization of the conductive wire may be interrupted in the event of a disconnection or a power failure. be.
  • the conventional work robot described above cannot recognize the boundary line of the work area due to the absence of the magnetic field emitted from the wire, and the work cannot be continued.
  • the work robot is made to recognize the area by using the transmission equipment (beacon), but in this case as well, when the battery of the transmission equipment runs out or a failure occurs, the work robot can recognize the area as well. It will be lost and you will not be able to continue working.
  • the present invention has been proposed to deal with such a problem.
  • the book is to solve the problem that the work robot cannot recognize the area in the event of a failure of the power supply equipment or a power outage, and to enable the work robot to continue working stably. It is a subject of the invention.
  • the working robot system has the following configurations.
  • the work robot includes a work robot that performs work while autonomously traveling, and a non-energized wire that divides the work area or activity area of the work robot.
  • the work robot includes a wire detection unit that detects the wire, and the wire detection.
  • a work robot system comprising a control unit that controls autonomous traveling of the work robot within a region divided by the wire by a detection signal of the unit.
  • the problem that the work robot cannot recognize the area can be solved, and the work of the work robot can be continued stably.
  • Explanatory drawing which showed the work robot system which concerns on embodiment of this invention Explanatory drawing which showed the work robot system which concerns on embodiment of this invention.
  • Explanatory drawing which showed the work robot system which concerns on embodiment of this invention Explanatory drawing of the working robot
  • ((a) is an explanatory view of a side view
  • (b) is an explanatory view of a plan view).
  • Explanatory view showing the wire provided with the detection marker ((a) is an external view, (b) is a sectional view).
  • Explanatory drawing which showed the other embodiment of the work robot system Explanatory drawing which showed the other embodiment of the work robot system.
  • the work robot system S has a work robot 1 that performs work while autonomously traveling and a wire 100 that separates a work area or an activity area of the work robot 1.
  • the work area here is an area for causing the work robot 1 to perform work
  • the activity area is an area for allowing the activity of the work robot 1 including movement within the work area and outside the work area.
  • the work robot 1 works, for example, at a construction site, a weed, a fruit garden, a mountain, a grassland, a garden, a sports practice field, or the like, and the type of work is not particularly limited. It includes mowing work, mowing work such as weeds as a mowing machine, and ball collection work as a ball picker.
  • the wire 100 is a non-energized wire.
  • the term “non-energized” here means that the power is not supplied, and does not require an electrical connection with the power feeding equipment.
  • a charging station (power supply facility) 200 for charging the work robot 1 can be provided in the area surrounded by the wire 100, but even in that case, the wire 100 is electrically connected to the charging station 200. Is not connected to.
  • the wire 100 may be endless as shown in FIG. 1, or may be endless having one end and the other end as shown in FIGS. 2 and 3.
  • one wire 100 can surround one area as shown in FIGS. 1 and 2, and a plurality (at least two) as shown in FIG.
  • An endd wire 100 can also be used to enclose one area.
  • connecting portions 102 may be provided at each end portion, and the end portions may be connected to each other.
  • each end may be fixed by one or more fixing members 101, and as shown in A of FIG. 3, the ends may be spaced close to each other, or shown in B of FIG. As such, the ends may be overlapped.
  • connection portion 102 when the connection portion 102 is provided and the ends are connected, for example, a male screw portion is provided on one connection portion 102A connected to each other and a female screw portion is provided on the other connection portion 102B for connection.
  • one end 102A or the other connection 102B may be clipped and connected, or one end may be inserted from one side of the sleeve-shaped connecting member and the other end may be inserted from the other side. It may be inserted, for example, connected by using a coupler or the like.
  • the wire 100 can be deployed on a flat surface or a slope on the ground where the work robot 1 works. Further, the wire 100 can be partially or wholly deployed underground. When deploying the wire 100, it may be deployed in a non-fixed state so that it can be easily installed, removed, and re-installed, or it may be deployed in a fixed state so that it does not move easily. ..
  • the work robot system S When deploying the wire 100 in a fixed state, the work robot system S includes a fixing member 101 for fixing the wire 100.
  • the fixing member 101 for example, a member that mechanically fixes the wire 100 to the ground or the like can be used.
  • the fixing members 101 are dispersed at predetermined intervals, whereby a part of the wire 100 can be fixed to the ground or the like.
  • the end-shaped wire 100 As shown in FIGS. 2 and 3, it is particularly preferable to fix one end and the other end of the wire 100 with the fixing member 101. According to this, it is possible to solve the problem that the end portion of the wire 100 touches the foot of the administrator and moves, and the distance between the end portions becomes too wide.
  • the fixing member 101 a peg or the like can be used, and if such a fixing member 101 is used, it can be easily removed at the time of removal or re-installation.
  • one end and the other end of the wire 100 may be fixed by a fixing portion 103 different from the fixing member 101.
  • the form of the wire 100 may be any form such as one having flexibility and one having rigidity, but by using the flexible wire 100, the shape of the region surrounded by the wire 100 is formed. Can be set arbitrarily.
  • the wire 100 may be used in a form that is permanently installed in the surrounding area or in a non-installed form that is installed only during work.
  • a relatively narrow work area is set each time, a flexible wire 100 is used, an area to be worked is arbitrarily specified before work, and the wire 100 is deployed there. Then, when the work there is finished, another work area can be arbitrarily specified and the wire 100 can be moved there.
  • the work robot 1 has a conventionally known configuration capable of autonomous traveling, and in addition, has a wire detection unit 2 for detecting the wire 100 described above. Further, the work robot system S includes a control unit 3 that controls autonomous traveling of the work robot 1 within a region divided by the wire 100 by a detection signal of the wire detection unit 2.
  • the work robot 1 is provided with a sensor unit 20 at the tip thereof, and the wire detection unit 2 described above is provided there. Further, as the control unit 3 of the work robot system S, the control unit 30 is provided on the machine body 10 of the work robot 1.
  • the present invention is not limited to this, and the control unit 3 of the work robot system S can be installed at a station that remotely controls the work robot 1 (for example, a charging station 200 or another management station (not shown)).
  • the wire detection unit 2 will be described.
  • the wire detection unit 2 may be any as long as it can make the control unit 3 recognize the existence of the non-energized wire 100.
  • a wire detection sensor that transmits a detection wave toward the wire 100 and receives a reflected wave from the wire 100 can be used.
  • the wire detection sensor is, for example, a sensor that detects a non-energized wire 100 with a radar, and as an example, a sensor that detects a detection wave having a frequency of millimeter waves or higher can be used.
  • the illustrated work robot 1 is provided with a battery 11 in the machine body 10, and is provided with a traveling unit 12 capable of autonomously traveling by supplying power from the battery 11. Further, the machine body 10 is provided with a working unit 13 for performing work along the traveling path of the machine body 10. Further, the work robot 1 includes a control unit 30 that controls the traveling unit 12 and the work unit 13.
  • the traveling unit 12 of the illustrated work robot 1 includes a front wheel traveling unit 12A and a rear wheel traveling unit 12B, and can autonomously drive the machine body 10 in an arbitrary direction within the region surrounded by the wire 100. You can do it.
  • the machine body 10 of the work robot 1 is provided with a traveling unit 12 and a driving unit 14 for driving the working unit 13.
  • the drive unit 14 includes a pair of left and right front wheel drive units 14A and rear wheel drive units 14B, respectively, and further includes a work drive unit 14C that drives the work unit 13.
  • the battery 11 described above serves as a power source for the drive unit 14, the control unit 30, and the like.
  • the work unit 13 of the work robot 1 performs work such as mowing grass and weeds and collecting balls so as to form a work locus along the traveling path of the machine body 10.
  • the working unit 13 for mowing grass and weeds will be described as an example.
  • the working portion 13 has a circular working range in a plan view, and the mowing blade (not shown) is rotated around a vertical axis to mow the grass directly under the working portion 13. pay.
  • a work locus that has been mowed with the diameter of the circular work range in the plan view of the work unit 13 along the travel path of the work robot 1 is formed. It is formed.
  • the work robot system S is, for example, a work robot 1 described above, a charging station 200 provided with a charging device 201, a management server 210, a portable information terminal 220 owned by a worker, or the like.
  • a control system for autonomous driving is constructed.
  • the control unit 30 included in the work robot 1, the control unit 31 included in the charging station 200, and the control unit 32 included in the management server 210 (or the mobile information terminal 220) are the respective communication units 30A.
  • 31A, 32A are provided, and the communication units 30A, 31A, 32A communicate with each other via a network or wireless communication to form an integrated control unit 3 as a work robot system S.
  • the machine body 10 of the work robot 1 is provided with a sensor unit 20 including the wire detection unit 2 described above.
  • the autonomous traveling control of the work robot 1 by the control unit 3 is performed by the detection signal of the wire detection unit 2, the wire detection unit 2 detects the wire 100, and the machine body 10 is in a state close to the wire 100. Then, the control unit 3 outputs a control command for turning the machine body 10 to the traveling unit 12 to control the working robot 1 to autonomously travel in the area surrounded by the wire 100.
  • the sensor unit 20 of the work robot 1 can virtually set the area of autonomous travel performed by the work robot 1 even when the detection signal of the wire 100 does not exist, so that the GNSS sensor 21 and the direction sensor 22 can be set virtually. Etc. can be provided.
  • the virtual autonomous travel area is set by the control unit 3 based on the detection signals of the GNSS sensor 21 and the direction sensor 22 described above and the map information stored in the storage units 30B and 32B.
  • FIG. 6 describes another configuration example of the work robot system S.
  • the wire 100 includes the detection marker 110 as a morphological feature, and the control unit 3 of the working robot system S determines whether the working robot 1 exists inside or outside the area surrounded by the wire 100. You can judge.
  • the wire 100 is provided with a plurality of detection markers 110 along the longitudinal direction.
  • the detection marker 110 is a component made of a material (for example, metal) that can be detected by the wire detection unit 2, and is attached to the outer surface of the wire 100. As shown in FIG. 7, the detection marker 110 is different from A, B, C (for example, A ⁇ B ⁇ C) in each interval between the four continuously arranged detection markers 110.
  • a core material 100A made of a material (for example, metal) that can be detected by the wire detection unit 2 is provided inside the wire 100, if necessary.
  • the wire detection unit 2 included in the working robot 1 has a function of scanning the detection wave in one direction (for example, in the clockwise direction) with respect to the wire 100 provided with such a detection marker 110, for example, this detection.
  • the control unit 3 is the work robot 1. Is determined to exist inside the region surrounded by the wire 100, and the interval between the detected detection markers 110 is (C, B, A), (B, A, C) or (A, C, B). In this case, the control unit 3 determines that the work robot 1 exists outside the area surrounded by the wire 100.
  • the work robot 1 can be autonomously driven by the control flow shown below. That is, as shown in FIG. 8, after the control is started, the control unit 3 of the work robot 1 first turns without performing the predetermined work by the work unit 13 (step S01), and the work robot 1 is the wire detection unit.
  • the detection wave 2 for example, the position a in FIG. 6
  • step S02: YES the detection by the wire detection unit 2 is performed as described above.
  • the wave is scanned, and based on the morphological characteristics of the wire 100, it is determined whether or not the working robot 1 is inside the region surrounded by the wire 100 (step S03).
  • step S06 when the working robot 1 turns to the position where the wire 100 is detected by the detection wave by the wire detection unit 2 (for example, the position a in FIG. 6) and the wire 100 cannot be detected (step S02: NO), a predetermined time is set. The detection of the wire 100 is continued until the elapse (step S07: NO), and when the state in which the wire 100 cannot be detected continues for a predetermined time (step S07: YES), the control unit 3 stops the work robot 1. (Step S06).
  • step S03 determines.
  • the working unit 13 is controlled to perform a predetermined work (step S04), and the control unit 3 controls the traveling unit 12 to turn the working robot 1 at a predetermined angle, for example, at the position a in FIG. As shown by the arrow b of 6, the vehicle travels toward the inside of the region (step S04). If it is determined in step S03 that the work robot 1 is outside the area surrounded by the wire 100 (step S03: NO), the control unit 3 stops the work robot 1 (step S06).
  • the work robot 1 continues the predetermined work until the predetermined work of the work robot 1 is completed or the work robot 1 is stopped by the user (step S05: NO).
  • FIG. 9 shows another configuration in which the control unit 3 is a morphological feature of the wire 100 and determines whether the working robot 1 exists inside or outside the area surrounded by the wire 100.
  • the wire 100 is a combination of a wire 100P having a large diameter and a wire 100Q having a small diameter, one of which is arranged outside the area surrounded by the wire 100 and the other inside the area surrounded by the wire 100.
  • the wire 100Q having a small diameter is arranged on the outside and the wire 100P having a large diameter is arranged on the inside, but the reverse arrangement may be used).
  • the working robot 1 when it is detected that the detection wave transmitted toward the wire 100 is first reflected by the wire 100P having a large diameter and then reflected by the wire 100Q having a small diameter, the working robot 1 It can be determined that it exists inside the region, and conversely, it is detected that the detection wave transmitted toward the wire 100 is first reflected by the wire 100Q having a small diameter and then reflected by the wire 100P having a large diameter. If so, it can be determined that the work robot 1 exists outside the area.
  • the morphological characteristics of the wire 100 are not limited to such an example.
  • morphological features such as unevenness are provided on one of the outer surface of the wire 100 facing the inside of the region and the outer surface of the wire 100 facing the outside of the region.
  • the control unit 3 of the work robot system S can determine whether the work robot 1 is outside or inside the area surrounded by the wire 100.
  • the work robot system S uses the non-energized wire 100 to divide the work area or the active area of the work robot 1, and the work robot 1 uses the non-energized wire.
  • a wire detection unit 2 capable of detecting 100 is provided, and a control unit 3 for controlling autonomous traveling of the working robot 1 within a region divided by the wire 100 by a detection signal of the wire detection unit 2 is provided.
  • the work robot system S can divide the work area and the like by using the wire 100 at an arbitrary position regardless of the power supply equipment and the power supply, and even when a trouble such as a power failure or disconnection occurs. Regardless of that, the work of the work robot 1 can be continued within the area divided by the wire 100.
  • the area setting by the wire 100 can be used in combination with the conventional area setting using a beacon or the virtual area setting using GNSS.
  • the boundary of the activity area that defines the outermost part of the activity range of the work robot 1 is set by a beacon, and one or a plurality of work areas (areas in which the work robot 1 works) set inside the boundary are set by a wire 100. Can be set.
  • the wire detection unit 2 included in the work robot 1 can use a wire detection sensor that transmits a detection wave such as a radar toward the wire 100 and receives a reflected wave from the wire 100.
  • a detection wave such as a radar toward the wire 100 and receives a reflected wave from the wire 100.
  • the frequency of a millimeter wave As an example thereof, the frequency of a millimeter wave.
  • a sensor for example, a millimeter wave sensor
  • the wire 100 can be detected accurately, and even if the detected portion of the wire 100 is made of metal, metal dust or the like existing in the ground is mistaken for the wire 100. It is possible to eliminate false detections that are detected.
  • the wire 100 is not electrically connected to the charging station (power supply facility) 200 that charges the work robot 1. According to this, as long as the terminal connected to the charging equipment for charging the battery 11 of the working robot and the connection terminal of the charging equipment can be connected, anywhere inside or outside the area surrounded by the wire 100. It becomes possible to install a charging facility.
  • the working robot system S can determine whether the working robot 1 exists outside or inside the region surrounded by the wire 100, depending on the morphological characteristics of the wire 100. According to this, since the working unit 13 of the working robot 1 can be driven only in the area surrounded by the wire 100, the working robot 1 can be made to work only in the area where the safety is ensured.
  • the control unit 3 may control the traveling unit 12 only in the area surrounded by the wire 100 to increase the traveling speed of the work robot 1. According to this, the work efficiency in the area where safety is ensured. Can be improved. Further, when managing a plurality of work robots 1 collectively, only the work robot 1 in the work area surrounded by the wire 100 is autonomously driven, and the work robot 1 outside the work area surrounded by the wire 100 is stopped. , Efficient management becomes possible.

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Abstract

給電設備の故障や停電などが発生した場合に作業ロボットが領域を認識できなくなってしまう問題を解消し、作業ロボットの作業を安定的に継続させることができるようにする。　作業ロボットシステムは、自律走行しながら作業を行う作業ロボットと、作業ロボットの作業領域又は活動領域を区分する無通電のワイヤとを備え、作業ロボットは、ワイヤを検出するワイヤ検出部を備え、ワイヤ検出部の検出信号によって作業ロボットの自律走行をワイヤで区分された領域内に制御する制御部を備える。

Description

作業ロボットシステム
　本発明は、作業ロボットシステムに関するものである。
　従来、自律走行を行いながら芝刈り作業を行う作業ロボットが知られている。このような作業ロボットは、領域の境界を定めて、領域内で作業を行う、或いは、活動範囲を領域内に制限することが行われている。
　従来の作業ロボットによると、導電ワイヤを用いて、作業ロボットに作業して貰いたい領域（作業領域）を囲むことが行われている。導電ワイヤは、作業ロボットに対して充電を行う給電設備に接続されており、導電ワイヤに通電することで、導電ワイヤの周囲に磁界が放出される。作業ロボットは、前端に取り付けられた磁気センサによって、通電された導電ワイヤから放出される磁界を検出して、導電ワイヤで囲まれた作業領域を認識し、領域内での作業を行う（例えば、下記特許文献１参照）。
特開２０１３－１６４７４２号公報
　前述した従来技術は、落雷等によって導電ワイヤに接続された給電設備が故障して、導電ワイヤへの通電ができなくなったり、断線や停電時に導電ワイヤへの通電が中断されてしまったりすることがある。このような場合に、前述した従来の作業ロボットは、ワイヤから放出される磁界がなくなることで、作業領域の境界線を認識できなくなってしまい、作業の継続ができなくなる。また、発信設備（ビーコン）を用いて作業ロボットに領域を認識させるものも知られているが、この場合も、発信設備の電池切れや故障が発生すると、同様に、作業ロボットは領域を認識できなくなって作業の継続ができなくなる。
　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、給電設備の故障や停電などが発生した場合に作業ロボットが領域を認識できなくなってしまう問題を解消し、作業ロボットの作業を安定的に継続させる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。
　このような課題を解決するために、本発明による作業ロボットシステムは、以下の構成を具備するものである。
　自律走行しながら作業を行う作業ロボットと、前記作業ロボットの作業領域又は活動領域を区分する無通電のワイヤとを備え、前記作業ロボットは、前記ワイヤを検出するワイヤ検出部を備え、前記ワイヤ検出部の検出信号によって前記作業ロボットの自律走行を前記ワイヤで区分された領域内に制御する制御部を備えることを特徴とする作業ロボットシステム。
　このような特徴を備えた作業ロボットシステムによると、作業ロボットが領域を認識できなくなってしまう問題を解消し、作業ロボットの作業を安定的に継続させることができる。
本発明の実施形態に係る作業ロボットシステムを示した説明図。 本発明の実施形態に係る作業ロボットシステムを示した説明図。 本発明の実施形態に係る作業ロボットシステムを示した説明図。 作業ロボットの説明図（（ａ）が側面視の説明図、（ｂ）が平面視の説明図）。 作業ロボットシステムのシステム構成を示した説明図。 作業ロボットシステムの他の実施形態を示した説明図。 検出マーカーを備えたワイヤを示した説明図（（ａ）が外観図、（ｂ）が断面図）。 作業ロボットシステムの制御フロー例を示した説明図。 作業ロボットシステムの他の実施形態を示した説明図。
　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～図３に示すように、本発明の実施形態に係る作業ロボットシステムＳは、自律走行しながら作業を行う作業ロボット１と、作業ロボット１の作業領域又は活動領域を区分するワイヤ１００を備えている。ここでの作業領域は、作業ロボット１に作業を行わせる領域であり、活動領域は、作業領域内や作業領域外での移動を含めて、作業ロボット１の活動を許容する領域である。
　作業ロボット１は、例えば、工事現場や畔草や果実園や山や草原や庭園やスポーツ練習場などで作業を行うものであり、その作業の種類は特に限定されないが、例えば、芝刈機として芝刈り作業を行うもの、草刈り機として雑草などの草刈り作業を行うもの、ボールピッカーとしてボールの回収作業を行うものなどを含んでいる。
　ワイヤ１００は、無通電のワイヤである。ここでの無通電とは、通電されないことを指しており、給電設備との電気的な接続が不要なものである。ワイヤ１００で囲まれた領域内には、作業ロボット１に対して充電を行う充電ステーション（給電設備）２００を設けることができるが、その場合にも、ワイヤ１００は、充電ステーション２００には電気的に接続がされない。
　ワイヤ１００は、図１に示すように、無端状のものでも良いし、図２及び図３に示すように、一端と他端を有する有端状のものでも良い。ワイヤ１００で領域を囲む際には、図１及び図２に示すように、一本のワイヤ１００で一つの領域を囲むことができるし、図３に示すように、複数（少なくとも２本）の有端状のワイヤ１００を用いて、一つの領域を囲むこともできる。
　有端状のワイヤ１００の端部の繋ぎ方としては、図２に示すように、各端部に接続部１０２（１０２Ａ，１０２Ｂ）を設けて、各端部を互いに接続しても良く、図３に示すように、各端部を一つ以上の固定部材１０１によって固定しても良く、図３のＡで示すように、各端の間隔を空けて近接させたり、図３のＢに示すように、各端をオーバーラップさせたりしても良い。
　図２に示すように、接続部１０２を設けて各端を繋ぐ場合には、例えば、互いに接続される一方の接続部１０２Ａに雄ねじ部を設け、他方の接続部１０２Ｂに雌ねじ部を設けて繋ぐか、又は、一方の接続部１０２Ａ又は他方の接続部１０２Ｂにクリップを設けて繋ぐか、或いは、スリーブ状の接続部材の一方側から一方の端部を挿入し、他方側から他方の端部を挿入する、例えば、カプラーなどを利用して繋いでも良い。
　ワイヤ１００は、作業ロボット１が作業を行う作業面における地上の平面上又は斜面上に配備することができる。また、ワイヤ１００は、その一部又は全体を地中に配備することができる。ワイヤ１００を配備する際には、容易に設置・撤去・再設置が可能なように、固定しない状態で配備しても良いし、容易に移動しないように、固定した状態で配備しても良い。
　ワイヤ１００を固定した状態で配備する際には、作業ロボットシステムＳは、ワイヤ１００を固定するための固定部材１０１を備える。固定部材１０１は、例えば、ワイヤ１００を地面などに機械的に固定するものを用いることができる。無端状のワイヤ１００の場合には、図１に示すように、所定の間隔で分散して固定部材１０１を配備し、これによってワイヤ１００の一部を地面などに固定することができる。
　有端状のワイヤ１００の場合には、図２及び図３に示すように、特にワイヤ１００の一端部と他端部を固定部材１０１で固定することが好ましい。これによると、管理者の足などにワイヤ１００の端部が触れて移動し、端部の間隔が広くなりすぎてしまう不具合を解消することができる。固定部材１０１としては、ペグなどを用いることができ、このような固定部材１０１を用いると、撤去や再設置時の取り外しが容易になる。また、有端状のワイヤ１００の場合に、図２に示すように、ワイヤ１００の一端部と他端部を固定部材１０１とは異なる固定部１０３によって固定しても良い。
　ワイヤ１００の形態としては、可撓性を有するもの、剛性を有するものなど、どうような形態であってもよいが、可撓性を有するワイヤ１００を用いることで、ワイヤ１００で囲む領域の形状を任意に設定することができる。
　ワイヤ１００の使用形態としては、囲む領域に対して常設する形態であってもよいし、作業時のみに設置する非常設の形態であってもよい。使用形態の一例としては、比較的狭い作業領域をその都度設定する場合などでは、可撓性のワイヤ１００を用い、作業を行う領域を作業前に任意に特定して、そこにワイヤ１００を配備し、そこでの作業が終わったら、別の作業領域を任意に特定して、そこにワイヤ１００を移動させる、といった使い方ができる。
　図１～図３にて、作業ロボット１は、自律走行が可能な従来知られた構成を備えており、それに加えて、前述したワイヤ１００を検出するワイヤ検出部２を備えている。また、作業ロボットシステムＳは、ワイヤ検出部２の検出信号によって作業ロボット１の自律走行をワイヤ１００で区分された領域内に制御する制御部３を備えている。
　図示の例では、作業ロボット１は、先端部にセンサ部２０が設けられ、そこに前述したワイヤ検出部２が設けられている。また、作業ロボットシステムＳの制御部３として、作業ロボット１の機体１０に制御部３０を設けている。しかしながら、これに限らず、作業ロボットシステムＳの制御部３は、作業ロボット１を遠隔制御するステーション（例えば、充電ステーション２００や図示省略した他の管理ステーションなど）に設置することができる。
　ワイヤ検出部２について説明する。ワイヤ検出部２は、無通電のワイヤ１００の存在を制御部３に認識させることができるものであればよい。一例としては、ワイヤ１００に向けて検出波を送信し、ワイヤ１００からの反射波を受信するワイヤ検出センサを用いることができる。ワイヤ検出センサは、例えば、レーダで無通電のワイヤ１００を検出するセンサであり、一例としては、ミリ波の周波数以上の検出波で検出するセンサを用いることができる。
　作業ロボット１のより具体的な構成例を図４にて説明する。図示の作業ロボット１は、機体１０にバッテリー１１を備え、バッテリー１１からの給電で自律走行可能な走行部１２を備えている。また、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１３が設けられている。また、作業ロボット１は、走行部１２や作業部１３を制御する制御部３０を備えている。図示の作業ロボット１の走行部１２は、前輪走行部１２Ａと後輪走行部１２Ｂを備えており、ワイヤ１００にて囲まれた領域内の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。
　作業ロボット１の機体１０には、走行部１２と作業部１３を駆動する駆動部１４が設けられている。駆動部１４は、前輪駆動部１４Ａと後輪駆動部１４Ｂをそれぞれ左右一対備えており、更に、作業部１３を駆動する作業駆動部１４Ｃを備えている。前述したバッテリー１１が、駆動部１４と制御部３０などの電源になる。
　作業ロボット１の作業部１３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、芝や雑草などの草刈り作業やボールの回収作業などの作業を行う。以下、芝や雑草などの草刈り作業を行う作業部１３を例にして説明する。図４に示した例では、作業部１３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１３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１３を駆動すると、作業ロボット１の走行経路に沿って、作業部１３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。
　作業ロボットシステムＳは、例えば、図５に示すように、前述した作業ロボット１と、充電装置２０１を備える充電ステーション２００と、管理サーバー２１０、或いは、作業者が所持する携帯情報端末２２０などで、自律走行のための制御システムが構築される。図５に示した例では、作業ロボット１が備える制御部３０と、充電ステーション２００が備える制御部３１と、管理サーバー２１０（或いは携帯情報端末２２０）が備える制御部３２が、それぞれの通信部３０Ａ，３１Ａ，３２Ａを備えており、ネットワークや無線通信を介して、通信部３０Ａ，３１Ａ，３２Ａが互いに情報通信を行うことで、作業ロボットシステムＳとしての統合した制御部３が構成されている。
　作業ロボット１の機体１０には、前述したワイヤ検出部２を備えるセンサ部２０が設けられている。制御部３による作業ロボット１の自律走行制御は、一つには、ワイヤ検出部２の検出信号によってなされ、ワイヤ検出部２がワイヤ１００を検出して、機体１０がワイヤ１００に近接した状態になると、制御部３は、走行部１２に対して機体１０を旋回させる制御指令を出力して、作業ロボット１がワイヤ１００で囲まれた領域内で自律走行するように制御する。
　また、作業ロボット１のセンサ部２０には、ワイヤ１００の検出信号が無い場合であっても、作業ロボット１が行う自律走行の領域を仮想的に設定できるように、ＧＮＳＳセンサ２１や方位センサ２２などを設けることができる。仮想的な自律走行の領域は、前述したＧＮＳＳセンサ２１や方位センサ２２の検出信号と記憶部３０Ｂ，３２Ｂに記憶された地図情報に基づいて、制御部３が設定する。
　図６によって、作業ロボットシステムＳの他の構成例を説明する。この例は、ワイヤ１００が形態的特徴として検出マーカー１１０を備えることで、作業ロボットシステムＳの制御部３は、作業ロボット１がワイヤ１００の囲む領域の内側に存在するか外側に存在するかを判断することができる。
　ワイヤ１００には、長手方向に沿って、複数の検出マーカー１１０が設けられている。検出マーカー１１０は、ワイヤ検出部２によって検出することができる材質（例えば、金属など）で形成された部品であり、ワイヤ１００の外面に取り付けられている。検出マーカー１１０は、図７に示すように、４つの連続配置された検出マーカー１１０間の各間隔が、Ａ，Ｂ，Ｃ（例えば、Ａ＜Ｂ＜Ｃ）と異なっている。そして、ワイヤ１００の内部には、必要に応じて、ワイヤ検出部２で検出することができる材質（例えば、金属）で形成された芯材１００Ａが設けられている。
　このような検出マーカー１１０を備えるワイヤ１００に対して、作業ロボット１が備えるワイヤ検出部２は、検出波を一方向（例えば、時計回り方向）に走査する機能を備えており、例えば、この検出波の走査で検出される検出マーカー１１０の間隔が、（Ａ，Ｂ，Ｃ）、（Ｂ，Ｃ，Ａ）或いは（Ｃ，Ａ，Ｂ）となる場合に、制御部３は、作業ロボット１がワイヤ１００で囲まれた領域の内側に存在すると判断し、検出される検出マーカー１１０の間隔が（Ｃ，Ｂ，Ａ），（Ｂ，Ａ，Ｃ）或いは（Ａ，Ｃ，Ｂ）となる場合に、制御部３は、作業ロボット１がワイヤ１００で囲まれた領域の外側に存在すると判断する。
　このような作業ロボットシステムＳによると、例えば、以下に示す制御フローで作業ロボット１を自律走行させることができる。すなわち、図８に示すように、制御開始後に先ず、作業ロボット１の制御部３は、作業部１３による所定の作業を実施せずに旋回を行い（ステップＳ０１）、作業ロボット１がワイヤ検出部２による検出波によってワイヤ１０を検出する向き（例えば、図６における位置ａ）まで旋回して、ワイヤ１００を検出した場合（ステップＳ０２：ＹＥＳ）に、前述したように、ワイヤ検出部２による検出波の走査を行い、ワイヤ１００の形態的特徴に基づいて、作業ロボット１がワイヤ１００で囲まれた領域の内側に存在するか否かの判断を行う（ステップＳ０３）。
　また作業ロボット１がワイヤ検出部２による検出波によってワイヤ１００を検出する位置（例えば、図６における位置ａ）まで旋回して、ワイヤ１００を検出できない場合（ステップＳ０２：ＮＯ）、所定の時間が経過するまでワイヤ１００の検出を継続し（ステップＳ０７：ＮＯ）、ワイヤ１００を検出できない状態が継続して所定時間経過した場合（ステップＳ０７：ＹＥＳ）に、制御部３は作業ロボット１を停止させる（ステップＳ０６）。
　ワイヤ１００が検出され（ステップＳ０２：ＹＥＳ）、ステップＳ０３にて、作業ロボット１がワイヤ１００で囲まれた領域の内側であると判断した場合には（ステップＳ０３：ＹＥＳ）、制御部３は、作業部１３を制御し、所定の作業を行い（ステップＳ０４）、さらに制御部３は走行部１２を制御し、作業ロボット１を、例えば図６の位置ａで、所定の角度旋回を行い、図６の矢印ｂで示すように、領域内に向けた走行を行う（ステップＳ０４）。また、ステップＳ０３にて作業ロボット１がワイヤ１００で囲まれた領域の外側であると判断した場合には（ステップＳ０３：ＮО）、制御部３は作業ロボット１を停止させる（ステップＳ０６）。
　そして、作業ロボット１の所定の作業が終了するか、又はユーザによって作業ロボット１を停止させるまで、作業ロボット１は所定の作業を継続する（ステップＳ０５：ＮＯ）。
　図９は、制御部３が、ワイヤ１００の形態的特徴で、作業ロボット１がワイヤ１００で囲まれた領域の内側に存在するか外側に存在するかを判別する、他の構成を示している。この例では、ワイヤ１００は、径が太いワイヤ１００Ｐと径が細いワイヤ１００Ｑとの組み合わせになっており、その一方はワイヤ１００が囲む領域の外側に配置され、他方はワイヤ１００が囲む領域の内側に配置されている（図示の例では、外側に径が細いワイヤ１００Ｑを配置し、内側に径が太いワイヤ１００Ｐを配置しているが、その逆の配置であって良い。）。
　図９に示した例では、ワイヤ１００に向けて送信した検出波が先に径が太いワイヤ１００Ｐで反射され、その後径が細いワイヤ１００Ｑで反射されることを検出した場合に、作業ロボット１が領域の内側に存在すると判断することができ、その逆に、ワイヤ１００に向けて送信した検出波が先に径が細いワイヤ１００Ｑで反射され、その後径が太いワイヤ１００Ｐで反射されることを検出した場合に、作業ロボット１が領域の外側に存在すると判断することができる。
　ワイヤ１００の形態的特徴は、このような例に限らない。その他の例としては、ワイヤ１００で領域を囲むに際して、領域の内側に面するワイヤ１００の外表面と領域の外側に面するワイヤ１００の外表面の一方に、凹凸などの形態的な特徴を設けることでも、作業ロボットシステムＳの制御部３は、作業ロボット１がワイヤ１００で囲まれた領域の外側にいるか内側にいるかを判断することができる。
　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Ｓは、無通電のワイヤ１００を用いて、作業ロボット１の作業領域又は活動領域を区分し、作業ロボット１は、無通電のワイヤ１００を検出することができるワイヤ検出部２を備えると共に、ワイヤ検出部２の検出信号によって作業ロボット１の自律走行をワイヤ１００で区分された領域内に制御する制御部３を備えている。
　これによると、作業ロボットシステムＳは、給電設備や電源とは無関係に、任意の位置にワイヤ１００を用いて作業領域などを区分することができ、停電や断線などの不具合が生じた場合にも、それとは無関係に、ワイヤ１００で区分した領域内で作業ロボット１の作業を継続させることができる。
　この際、ワイヤ１００による領域の設定は、従来行っているビーコンを用いた領域設定やＧＮＳＳを活用した仮想的な領域設定と併用することが可能である。例えば、作業ロボット１の活動範囲の最も外側を規定する活動領域の境界をビーコンで設定し、その内側に設定する一つ又は複数の作業領域（作業ロボット１が作業を行う領域）をワイヤ１００で設定することができる。また、それとは逆に、活動領域の境界をワイヤ１００で設定し、その内側に設定する作業領域を、ビーコンやＧＮＳＳを活用した仮想的な領域で設定することもできる。
　作業ロボット１が備えるワイヤ検出部２は、ワイヤ１００に向けてレーダなどの検出波を送信しワイヤ１００からの反射波を受信するワイヤ検出センサを用いることができ、その一例として、ミリ波の周波数以上で検出するセンサ（例えば、ミリ波センサ）を用いることができる。ミリ波センサなどを用いることで、正確にワイヤ１００を検出することができ、ワイヤ１００の被検出部分を金属にした場合であっても、地中に存在する金属ゴミなどをワイヤ１００と間違えて検出してしまう誤検出を排除することができる。
　また、作業ロボットシステムＳは、前述したように、ワイヤ１００は作業ロボット１に対して充電を行う充電ステーション（給電設備）２００には電気的に接続がされない。これによると、作業ロボットのバッテリー１１を充電するために充電設備に接続する端子と、充電設備の接続端子とが接続できる場所であれば、ワイヤ１００で囲まれた領域の内側又は外側のどこにでも充電設備を設置することが可能となる。
　また、作業ロボットシステムＳは、前述したように、ワイヤ１００の形態的な特徴によって、作業ロボット１がワイヤ１００で囲まれた領域の外側に存在するのか内側に存在するのか判断することができる。これによると、ワイヤ１００で囲まれた領域の中でのみ作業ロボット１の作業部１３を駆動することができるため、安全が確保された領域でのみ作業ロボット１を作業させることができる。
　ワイヤ１００で囲まれた領域の中でのみ制御部３が走行部１２を制御し、作業ロボット１の走行速度を早く走行させても良い、これによると、安全が確保された領域での作業効率が良くすることができる。また、複数の作業ロボット１を一括管理する場合に、ワイヤ１００で囲んだ作業領域内の作業ロボット１のみを自律走行させ、ワイヤ１００で囲んだ作業領域の外側にいる作業ロボット１を停止させるなど、効率的な管理が可能になる。
　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，１０：機体，１１：バッテリー，
１２：走行部，１２Ａ：前輪走行部，１２Ｂ：後輪走行部，
１３：作業部，１４：駆動部，１４Ａ：前輪駆動部，１４Ｂ：後輪駆動部，
１４Ｃ：作業駆動部，２：ワイヤ検出部，２０：センサ部，
２１：ＧＮＳＳセンサ，２２：方位センサ，
３，３０，３１，３２：制御部，３０Ａ，３１Ａ，３２Ａ：通信部，
３０Ｂ，３２Ｂ：記憶部，
１００，１００Ｐ，１００Ｑ：ワイヤ，１００Ａ：芯材，
１０１：固定部材，１０２，１０２Ａ，１０２Ｂ：接続部，１０３：固定部，
１１０：検出マーカー，Ｓ：作業ロボットシステム

Claims (16)

  1. 　自律走行しながら作業を行う作業ロボットと、
    　前記作業ロボットの作業領域又は活動領域を区分する無通電のワイヤとを備え、
    　前記作業ロボットは、前記ワイヤを検出するワイヤ検出部を備え、
    　前記ワイヤ検出部の検出信号によって前記作業ロボットの自律走行を前記ワイヤで区分された領域内に制御する制御部を備えることを特徴とする作業ロボットシステム。
  2. 　前記ワイヤ検出部は、前記ワイヤに向けて検出波を送信し前記ワイヤからの反射波を受信するワイヤ検出センサ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。
  3. 　前記ワイヤ検出センサは、レーダで検出するセンサであることを特徴とする請求項２記載の作業ロボットシステム。
  4. 　前記ワイヤ検出センサは、ミリ波の周波数以上で検出するセンサであることを特徴とする請求項３記載の作業ロボットシステム。
  5. 　前記ワイヤは、前記作業ロボットが前記領域内に存在することを判断するための形態的特徴を備え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. 　前記形態的特徴は、前記ワイヤの長手方向に沿って異なる間隔で連続配置された検出マーカーを備えることを特徴とする請求項５記載の作業ロボットシステム。
  7. 　前記ワイヤは、充電ステーションに電気的に接続されていない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システム。
  8. 　前記ワイヤの一端と他端を固定する固定部材を備え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. 　前記固定部材は、前記ワイヤを機械的に固定することを特徴とする請求項８記載の作業ロボットシステム。
  10. 　前記ワイヤは、１本のワイヤで前記作業領域又は活動領域を囲む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. 　前記ワイヤは、少なくとも２本のワイヤで前記作業領域又は活動領域を囲む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. 　前記ワイヤは、地上の平面上又は斜面上に配備されることを特徴とする請求項１～１１のいずれか１項記載の作業ロボットシステム。
  13. 　前記ワイヤは、その一部又は全体が地中に配備されることを特徴とする請求項１～１１のいずれか１項記載の作業ロボットシステム。
  14. 　前記ワイヤは、可撓性を有し、非常設状態で配備され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、工事現場や畔草や果実園や山や草原や庭園やスポーツ練習場で作業を行う請求項１～１４のいずれか１項に記載の作業ロボットシステム。
  16. 　前記作業ロボットは、芝刈機、草刈機およびボールピッカーの少なくとも１つである請求項１５に記載の作業ロボットシステム。
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