JP2019115313A - 自律走行型作業機のための作業領域決定システム、自律走行型作業機、および、作業領域決定プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】境界報知手段をあらかじめ設置する負担が軽減された、自律走行型作業機のための作業領域決定システム、自律走行型作業機、および、作業領域決定プログラムを実現する。【解決手段】本発明に係る作業領域決定システムは、自機位置を示す自機位置情報に基づいて自律制御する自律走行型作業機１のための作業領域決定システムであって、作業領域の決定を行うことができる操作端末２１を備え、前記操作端末２１は、当該操作端末２１の位置を示す端末位置情報を取得する測位装置と、前記端末位置情報に基づいて作業領域１１０を決定する作業領域決定部と、決定された作業領域１１０に関する情報である作業領域情報を出力する作業領域情報出力部と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、自律走行型作業機のための作業領域決定システム、自律走行型作業機、および、作業領域決定プログラムに関する。

庭や公園などの圃場の整備を自動で行う自律走行型作業機の普及が、近年広がっている。自律走行型作業機が自律的に作業を行うためには、当該自律走行型作業機が作業を行うべき領域を認識できる必要がある。

自律走行型作業機に作業領域を認識させる方法としては、たとえば特開２０１３−１６４７４２号公報（特許文献１）には、圃場の中の作業を行うべき領域の外縁に、あらかじめエリアワイヤを敷設して作業領域を規定しておく方法が提案されている。この方法によれば、自律走行型作業機は、搭載する磁気センサによって、給電されている当該エリアワイヤが発生させる磁界を検出した際に、自身が作業を行うべき領域の端部に達したことを認識し、方向転換を行う。これによって、あらかじめワイヤを敷設した領域の内部に限定して、自律走行型作業機に作業を行わせることができる。

他の方法としては、たとえば特開２０１６−１０３８２号公報（特許文献２）には、柵、無線、光などの境界報知手段を配置する方法が提案されている。これらの方法によっても、自律走行型作業機に作業を行うべき領域を認識させることができる。

特開２０１３−１６４７４２号公報 特開２０１６−１０３８２号公報

ところで、特許文献１、２のような技術では、あらかじめ、エリアワイヤ、柵、無線、光などの境界報知手段を配置する必要があった。このような、あらかじめ境界報知手段を配置する必要がある方法は、その配置に手間がかかるおそれがあった。また、あらかじめ境界報知手段を配置した圃場でしか作業を行えないことが課題であった。さらに、自律走行型作業機の導入にあたって境界報知手段を配置する必要があることから、導入費用が高くなるおそれがあった。

そこで、境界報知手段をあらかじめ設置する負担が軽減された、自律走行型作業機のための作業領域決定システム、自律走行型作業機、および、作業領域決定プログラムの実現が望まれる。

本発明に係る作業領域決定システムは、自機位置を示す自機位置情報に基づいて自律制御する自律走行型作業機のための作業領域決定システムであって、作業領域の決定を行うことができる操作端末を備え、前記操作端末は、当該操作端末の位置を示す端末位置情報を取得する測位装置と、前記端末位置情報に基づいて作業領域を決定する作業領域決定部と、決定された作業領域に関する情報である作業領域情報を出力する作業領域情報出力部と、を有する。

また、本発明に係る自律走行型作業機は、走行機体と、自機位置を示す自機位置情報を取得する測位装置と、作業領域を示す作業領域情報を取得する作業領域情報取得部と、前記自機位置情報および前記作業領域情報に基づいて、前記走行機体が前記作業領域内を走行するように前記走行機体の走行を制御する走行制御部と、を備え、前記作業領域情報取得部が、作業領域の決定を行うことができる操作端末であって、当該操作端末の位置を示す端末位置情報を取得する測位装置と、前記端末位置情報に基づいて作業領域を決定する作業領域決定部と、決定された作業領域に関する情報である作業領域情報を出力する作業領域情報出力部と、を有する操作端末からの前記作業領域情報を取得することを特徴とする。

また、本発明に係る作業領域決定プログラムは、自機位置を示す自機位置情報に基づいて自律制御する自律走行型作業機のための作業領域決定プログラムであって、当該作業領域決定プログラムが格納された操作端末の位置を示す端末位置情報を取得する測位機能と、前記端末位置情報に基づいて作業領域を決定する作業領域決定機能と、決定された作業領域に関する情報である作業領域情報を出力する作業領域情報出力機能と、をコンピュータに実行させることを特徴とする。

これら構成によれば、境界報知手段をあらかじめ設置することなく、自律走行型作業機が作業を行う作業領域を決定することができるため、自律走行型作業機の導入に要する手間や費用を低減することができる。

以下、本発明の好適な態様について説明する。ただし、以下に記載する好適な態様例によって、本発明の範囲が限定されるわけではない。

本発明に係る作業領域決定システムは、一態様として、前記操作端末は、前記端末位置情報を記録する端末位置情報記録部と、前記端末位置情報の記録の実行と停止とを制御する記録制御部と、を有し、前記作業領域決定部は、前記端末位置情報記録部に記録された前記端末位置情報の履歴に基づいて前記作業領域を決定することが好ましい。

この構成によれば、操作端末の端末位置情報に基づいて作業領域を決定できるため、作業領域の決定に際して実際の圃場の状態を反映しやすい。

本発明に係る作業領域決定システムは、一態様として、前記操作端末は、前記作業領域を含む領域のマップを表示する表示部を有し、前記作業領域決定部により決定された前記作業領域が、前記マップと重畳的に前記表示部に表示され、前記表示部に表示された前記作業領域に対する使用者による操作に基づいて前記作業領域を修正する作業領域修正部を有することが好ましい。

この構成によれば、表示部に表示されたマップに基づいて作業領域を修正できるため、直感的に操作することができる。また、実際の圃場の状態を反映して作業領域を修正することができる。

本発明に係る作業領域決定システムは、一態様として、前記操作端末が、前記自律走行型作業機に対して着脱可能であることが好ましい。

この構成によれば、操作端末に搭載された測位装置などの構成要素を、作業領域を決定する際だけでなく、自律走行型作業機の運転の際にも使用することができるため、一部の部品を省略できる。

本発明に係る作業領域決定システムは、一態様として、前記自律走行型作業機が、前記操作端末を装着した状態で作業を行い、当該作業中に前記操作端末が有する前記測位装置を用いて前記自機位置情報を取得することが好ましい。

この構成によれば、操作端末が有する測位装置を用いて自律走行型作業機の自機位置情報を取得することができる。

本発明に係る作業領域決定システムは、一態様として、使用者が、前記測位装置による前記端末位置情報の記録を実行する状態の前記操作端末を保持して圃場中の作業を行うべき範囲の外縁を歩行することで、前記作業領域を設定することが好ましい。

この構成によれば、使用者が操作端末を保持して作業領域の外縁を歩くだけ、という直感的かつ簡単な方法により、作業領域を決定することができる。

本発明に係る作業領域決定システムは、一態様として、前記自律走行型作業機は草刈機であることが好ましい。

この構成によれば、自律走行型草刈機の作業領域を簡単に決定することができ、庭園、公園、競技場などの芝生の保守管理を自動化することができる。

本発明に係る作業領域決定システムは、一態様として、前記自律走行型作業機は刈草放出口を備え、前記刈草放出口の向きを、前記自機位置情報および進行方向に基づいて判断し、前記刈草放出口が前記作業領域に向いているときに限り刈草を放出するように前記刈草の放出を制御することが好ましい。

この構成によれば、自律走行型作業機による草刈作業において、許可された領域にのみ刈草を放出することができる。

本発明のさらなる特徴と利点は、図面を参照して記述する以下の例示的かつ非限定的な実施形態の説明によってより明確になるであろう。

本発明に係る作業領域決定システムの第一の実施形態の概略図。 本発明に係る作業領域決定システムの第一の実施形態における作業領域設定の概略図。 本発明に係る作業領域決定システムの第一の実施形態における各構成要素の関係を表す図。 本発明に係る作業領域決定システムの第二の実施形態における自律走行型作業機の一例を示す図。 本発明の他の実施形態（乗用型草刈機）の側面図 本発明の他の実施形態（乗用型草刈機）の上面図

〔第一の実施形態〕
本発明にかかる自律走行型作業機のための作業領域決定システムおよび自律走行型作業機の第一の実施形態について、図１〜３を参照して説明する。本実施形態では、本発明に係る自律走行型作業機のための作業領域決定システムを、自律走行型作業機の一例である自律走行型草刈機１のための作業領域決定システム２に適用した例について説明する。なお、以降の説明において、全地球測位システムをＧＰＳと記載する。

本実施形態では、圃場１００について、自律走行型草刈機１が草刈りを行うべき作業領域１１０を決定する。自律走行型草刈機１は、草刈機制御部１１、走行機体１２、および、草刈部１３を備えるとともに、操作端末２１を着脱可能に備える。草刈機制御部１１は、作業領域情報取得部１１ａと走行制御部１１ｂとを有する。自律走行型草刈機１は操作端末２１と無線通信が可能であり、操作端末２１によってこれらの装置を遠隔操作することができる。

操作端末２１は、端末制御部２１１、表示部として動作するタッチパネル２１２、および、測位装置としてのＧＰＳ２１３、を有する。端末制御部２１１は、作業領域決定部２１１ａ、作業領域情報出力部２１１ｂ、端末位置情報記録部２１１ｃ、記録制御部２１１ｄ、および、作業領域修正部２１１ｅ、を含む。ＧＰＳ２１３は、操作端末２１の位置を示す端末取得情報を取得するための測位装置として機能するとともに、操作端末２１を自律走行型草刈機１に装着した状態においては、自律走行型草刈機１の自機位置を示す自機位置情報を取得するための測位装置として機能する。タッチパネル２１２は、表示部として動作するとともに、使用者による入力の手段としても機能する。

圃場１００には、除外領域１２０として家屋１２１、立木１２２、花壇１２３があり、これらは作業領域１１０から除外する必要がある。本実施形態では、このような圃場１００の中の作業領域１１０を設定し、自律走行型草刈機１を制御する作業領域決定システム２を例として説明する。

作業領域１１０を設定するため、まず使用者は、タッチパネル２１２を操作して操作端末２１に作業領域入力の開始を指示する。この開始指示により、記録制御部２１１ｄはＧＰＳ２１３による端末位置情報の取得を開始し、端末位置情報記録部２１１ｃは当該端末位置情報を連続的に記録する。使用者は、端末位置情報を連続的に記録する状態に設定した操作端末２１を保持した状態で、作業領域１１０の内外の境界１１１に沿って徒歩で移動する。境界１１１を一周したのち、タッチパネル２１２を操作して記録制御部２１１ｄに作業領域入力の終了を指示する。

作業領域入力が完了すると、あらかじめ記録されている圃場１００のマップがタッチパネル２１２上に表示される。次に、使用者が境界１１１を一周するあいだに連続的に記録された端末位置情報に基づいて、圃場１００のマップの上に第一の閉曲線３１を描写する。作業領域決定部２１１ａは、境界１１１に基づいて描写された第一の閉曲線３１の内側を作業領域１１０として自動的に認識する。同時に、第一の閉曲線３１の外側を、除外領域１２０として認識する。

次に、使用者は、上記と同様の手順に従い、立木１２２、花壇１２３のそれぞれの外周を徒歩で移動しながら、操作端末２１に端末位置情報を記録させる。記録が完了すると、圃場１００のマップ上に、立木１２２、花壇１２３の外周を移動する間に連続的に記録された端末位置情報に基づく閉曲線が、それぞれ描写される。作業領域１１０として認識されている第一の閉曲線３１の内側に、立木１２２を表す第二の閉曲線３２、および、花壇１２３を表す第三の閉曲線３３が描写されると、作業領域決定部２１１ａは、第二の閉曲線３２および第三の閉曲線３３の内側を自動的に除外領域１２０に組み込む。なお、それぞれの閉曲線の位置、形状、大きさは、タッチパネル２１２を操作することで変更できる。その操作方法は、たとえば、タッチパネル上に表示された閉曲線を指でなぞって操作する方法であってよい。

作業領域１１０の設定が完了すると、作業領域決定部２１１ａが自律走行型草刈機１の走行ルートを自動的に決定し、作業領域情報出力部２１１ｂが当該作業領域および当該走行ルートを自律走行型草刈機１の作業領域情報取得部１１ａに送信する。その後、使用者は、操作端末２１を用いて自律走行型草刈機１に草刈り作業の開始を指示するとともに、操作端末２１を自律走行型草刈機１に装着する。走行制御部１１ｂは、ＧＰＳ２１３を用いて取得した自律走行型草刈機１の自機位置情報に基づき、走行機体１２を運転して当該走行ルート上に自律走行型草刈機１を案内する。自律走行型草刈機１は、当該走行ルート上を走行しながら、草刈部１３を運転して草刈りを行う。作業領域１１０の全域について草刈りが終了すると、自律走行型草刈機１は充電装置に帰着し、動作を停止するとともに充電を開始する。

以上のように、本実施形態の自律走行型草刈機１のための作業領域決定システム２によると、自律走行型草刈機１の作業領域１１０を決定するにあたり、境界報知手段をあらかじめ設置する負担を軽減できる。

〔第二の実施形態〕
本発明にかかる自律走行型作業機のための作業領域決定システムおよび自律走行型作業機の第二の実施形態について、図４を参照して説明する。本実施形態の自律走行型作業機の一例である自律走行型草刈機１´は、刈草放出口１４を備える。刈草放出口１４は、自律走行型草刈機１´の進行方向に対して右側に開口しており、作業により生じた刈草を自律走行型草刈機１´の進行方向に対して右側に放出することができる。刈草放出口１４は、シャッター１４１により開閉自在である。なお、特に明記しない点に関しては、第一の実施形態と同様であり、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

本実施形態では、圃場１００のマップ上に、刈草放出領域（不図示）を設定することができる。刈草放出領域の設定方法は、除外領域１２０の設定方法と同様に、徒歩による端末位置情報の記録に基づいてもよく、タッチパネル２１２上の表示に基づいても良い。

作業領域１１０および刈草放出領域の設定が完了すると、作業領域決定部２１１ａは自律走行型草刈機１´の走行ルートを自動的に設定する。このとき、刈草放出口１４から放出される刈草が刈草放出領域に向けて放出されるように、走行ルートを設定する。具体的には、刈草は自律走行型草刈機１の進行方向に対して右側に放出されるため、自律走行型草刈機１´の進行方向に対して右側の側面が刈草放出領域に対向するように、走行ルートを設定する。また、家屋１２１や花壇１２３などの、刈草を放出するべきではない箇所に刈草放出口１４が対向しているときは、シャッター１４１を閉止して刈草の放出を一時的に止めるように、自律走行型草刈機１´を制御する。

本実施形態では、自律走行型草刈機１´が刈草放出口１４を備えるため、草刈り作業中に生じた刈草を除去しながら作業を行うディスチャージ方式の草刈り作業を行うことができる。また、ディスチャージ方式に伴う刈草の放出を適切な場所に向けて行うための設定を、簡単に行うことができる。ディスチャージ方式は、刈草をすぐに放出するため、刈草をその場に残すマルチング方式に比べて馬力のロスを少なくすることができる点で有利である。

〔その他の実施形態〕
最後に、本発明にかかる自律走行型作業機のための作業領域決定システムのその他の実施形態について説明する。なお、以下のそれぞれの実施形態で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することも可能である。

上記の実施形態では、操作端末２１が自律走行型草刈機１に着脱可能である構成を例として説明した。しかし、そのような構成に限定されることなく、たとえば、操作端末を自律走行型作業機とは別個の装置として構成してもよい。

上記の実施形態では、自律走行型草刈機１が、装着された操作端末２１のＧＰＳ２１３を用いて自機位置情報を取得する構成を例として説明した。しかし、自律走行型作業機は操作端末とは別個の測位装置を独立して備えていてもよい。

また、本発明に係る作業領域決定システムによって作業領域を決定する自律走行型作業機は、作業者が乗用できる態様であってもよい。そのような自律走行型作業機の例として乗用型草刈機４を図５、６に示した。乗用型草刈機４は、走行機体４２と、草刈部４３と、刈草放出口４４と、を備える。走行機体４２はコクピット４２１を有し、作業者が乗用できるとともに、人為操作により操縦を行うことができる。また、コクピット４２１は作業領域決定システム２を受容可能であり、乗用型草刈機４を作業領域決定システム２によって自律制御することもできる。刈草放出口４４は、走行機体４２の進行方向と略平行に設けられた軸心の周りに揺動することで開閉することができるシャッター４４１を有する。シャッター４４１の開閉は、作業領域決定システム２によって、または、人為操作によって、制御することができ、これによって刈草の放出と停止とを切り替えることができる。

上記の実施形態では、操作端末２１によって連続的に記録された端末位置情報に基づいて作業領域１１０を設定する構成を例として説明した。しかし、そのような構成に限定されることなく、たとえば、作業領域の頂点において端末位置情報を記録し、記録された頂点を結ぶ多角形を作業領域として設定してもよい。

その他の構成に関しても、本明細書において開示された実施形態は全ての点で例示であって、本発明の範囲はそれらによって限定されることはないと理解されるべきである。当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜改変が可能であることを容易に理解できるであろう。したがって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で改変された別の実施形態も、当然、本発明の範囲に含まれる。

本発明は、たとえば自律走行型草刈機のための作業領域決定システムとして利用することができる。

１ ：自律走行型草刈機
１１ ：草刈機制御部
１１ａ ：作業領域情報取得部
１１ｂ ：走行制御部
１２ ：走行機体
１３ ：草刈部
１４ ：刈草放出口
１４１ ：シャッター
２ ：作業領域決定システム
２１ ：操作端末
２１１ ：端末制御部
２１１ａ ：作業領域決定部
２１１ｂ ：作業領域情報出力部
２１１ｃ ：端末位置情報記録部
２１１ｄ ：記録制御部
２１１ｅ ：作業領域修正部
２１２ ：タッチパネル
２１３ ：ＧＰＳ
４ ：乗用型草刈機
４２ ：走行機体
４２１ ：コクピット
４３ ：草刈部
４４ ：刈草放出口
４４１ ：シャッター
１００ ：圃場
１１０ ：作業領域
１１１ ：境界
１２０ ：除外領域
１２１ ：家屋
１２２ ：立木
１２３ ：花壇
３１〜３３ ：閉曲線

Claims (10)

1. 自機位置を示す自機位置情報に基づいて自律制御する自律走行型作業機のための作業領域決定システムであって、
   作業領域の決定を行うことができる操作端末を備え、
   前記操作端末は、当該操作端末の位置を示す端末位置情報を取得する測位装置と、前記端末位置情報に基づいて作業領域を決定する作業領域決定部と、決定された作業領域に関する情報である作業領域情報を出力する作業領域情報出力部と、を有する作業領域決定システム。
2. 前記操作端末は、前記端末位置情報を記録する端末位置情報記録部と、前記端末位置情報の記録の実行と停止とを制御する記録制御部と、を有し、
   前記作業領域決定部は、前記端末位置情報記録部に記録された前記端末位置情報の履歴に基づいて前記作業領域を決定する請求項１に記載の作業領域決定システム。
3. 前記操作端末は、前記作業領域を含む領域のマップを表示する表示部を有し、
   前記作業領域決定部により決定された前記作業領域が、前記マップと重畳的に前記表示部に表示され、
   前記表示部に表示された前記作業領域に対する使用者による操作に基づいて前記作業領域を修正する作業領域修正部を有する請求項１または２に記載の作業領域決定システム。
4. 前記操作端末が、前記自律走行型作業機に対して着脱可能である請求項１〜３のいずれか１項に記載の作業領域決定システム。
5. 前記自律走行型作業機は、前記操作端末を装着した状態で作業を行い、当該作業中に前記操作端末が有する前記測位装置を用いて前記自機位置情報を取得する請求項４に記載の作業領域決定システム。
6. 使用者が、前記測位装置による前記端末位置情報の記録を実行する状態の前記操作端末を保持して圃場中の作業を行うべき範囲の外縁を歩行することで、前記作業領域を設定する請求項１〜５のいずれか１項に記載の作業領域決定システム。
7. 前記自律走行型作業機は草刈機である請求項１〜６のいずれか１項に記載の作業領域決定システム。
8. 前記自律走行型作業機は刈草放出口を備え、
   前記刈草放出口の向きを、前記自機位置情報および進行方向に基づいて判断し、
   前記刈草放出口が前記作業領域に向いているときに限り刈草を放出するように前記刈草の放出を制御する請求項７に記載の作業領域決定システム。
9. 走行機体と、
   自機位置を示す自機位置情報を取得する測位装置と、
   作業領域を示す作業領域情報を取得する作業領域情報取得部と、
   前記自機位置情報および前記作業領域情報に基づいて、前記走行機体が前記作業領域内を走行するように前記走行機体の走行を制御する走行制御部と、を備え、
   前記作業領域情報取得部が、作業領域の決定を行うことができる操作端末であって、当該操作端末の位置を示す端末位置情報を取得する測位装置と、前記端末位置情報に基づいて作業領域を決定する作業領域決定部と、決定された作業領域に関する情報である作業領域情報を出力する作業領域情報出力部と、を有する操作端末からの前記作業領域情報を取得する自律走行型作業機。
10. 自機位置を示す自機位置情報に基づいて自律制御する自律走行型作業機のための作業領域決定プログラムであって、
    当該作業領域決定プログラムが格納された操作端末の位置を示す端末位置情報を取得する測位機能と、
    前記端末位置情報に基づいて作業領域を決定する作業領域決定機能と、
    決定された作業領域に関する情報である作業領域情報を出力する作業領域情報出力機能と、をコンピュータに実行させる作業領域決定プログラム。

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