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技術 農作業用装置および農作業用装置の制御方法

出願人 株式会社リコー
発明者 鈴木拓也
出願日 2016年4月11日 (4年7ヶ月経過) 出願番号 2016-079137
公開日 2017年9月14日 (3年2ヶ月経過) 公開番号 2017-158532
状態 特許登録済
技術分野 自動車の製造ライン・無限軌道車両・トレーラ 農業機械一般(3)操向 移動体の位置、進路、高度又は姿勢の制御
主要キーワード 作業区画 くま手 ミスト機 移植ごて 中山間地域 方向転換動作 ウィンドワイパ 自動車用ヒータ
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (18)

課題

不整地の網羅的な走行を比較的低出力の駆動系を用いて可能とする。

解決手段

制御部は、胴体を、第1の距離を前進した後、第1の経路に沿って第1の距離および第2の距離を後退し、後退した第1の位置から、第2の距離を第1の経路に沿って進み且つ第1の経路と直角の方向に第3の距離だけ進んだ場合の第2の位置まで移動させ、第2の位置から、第1の経路と平行な第2の経路に沿って第1の距離を前進させるように駆動部を制御する。

概要

背景

草刈り耕作農薬散布などの作業を行う場合、作業対象エリア土地が広ければ、トラクターなどの大型作業機械を用いる場合が多い。さらに、近年では、作業者負荷低減人手不足解消のために、自律航法による自動走行機能を作業機械に装備させ、所定のエリア経路に従って自動的に作業を実行可能とした自律走行装置の開発が進められている。このような自律走行装置の走行方法を適用した例として、特許文献1に開示されている自動芝刈り機非特許文献1に開示されている水田小型除ロボットがある。

ところで、トラクターなどの大型作業機械は、作業対象エリアが狭い場合には機械進入が困難であり、特に、作業区画あたりの面積が狭い中山間地域においては、未だに人手による作業が必要とされる。この問題を解消し、さらに、作業対象エリアの広さ、形状に関わらず作業を可能とするために、従来の作業機械を小型化、軽量化した小型作業機械を用意することが考えられる。

概要

不整地の網羅的な走行を比較的低出力の駆動系を用いて可能とする。制御部は、胴体を、第1の距離を前進した後、第1の経路に沿って第1の距離および第2の距離を後退し、後退した第1の位置から、第2の距離を第1の経路に沿って進み且つ第1の経路と直角の方向に第3の距離だけ進んだ場合の第2の位置まで移動させ、第2の位置から、第1の経路と平行な第2の経路に沿って第1の距離を前進させるように駆動部を制御する。

目的

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、不整地の網羅的な走行を比較的低出力の駆動系を用いて可能とすることを目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

胴体を該胴体の長さ方向に移動させるために該胴体の幅方向に設けられた少なくとも1対の移動部材を駆動する駆動部と、前記駆動部による前記移動部材の駆動を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記胴体を、第1の経路に沿って第1の距離を前進した後、該第1の経路に沿って該第1の距離および第2の距離を後退し、後退した第1の位置から、該第2の距離を該第1の経路に沿って進み且つ該第1の経路と直角の方向に第3の距離だけ進んだ場合の第2の位置まで移動させ、該第2の位置から、該第1の経路と平行な第2の経路に沿って該第1の距離を前進させるように前記駆動部を制御する農作業用装置。

請求項2

前記第1の距離は、前記胴体の長さに応じた距離である請求項1に記載の農作業用装置。

請求項3

前記胴体に、前記幅方向の長さを持つ器具を取り付けるための取付部をさらに備え、前記第3の距離は、前記器具の前記幅方向の長さに応じた距離である請求項1または請求項2に記載の農作業用装置。

請求項4

予め定められたマーカを検知するセンサをさらに備え、前記制御部は、前記センサによる前記マーカの検知結果に基づき前記駆動部を制御する請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の農作業用装置。

請求項5

前記マーカは、前記第1の経路の方向に対して前記第1の距離に対応する長さの辺を有する矩形領域の少なくとも3の頂点に配置され、前記制御部は、前記センサによる前記マーカの検知結果に基づき前記胴体の位置を検出する請求項4に記載の農作業用装置。

請求項6

前記センサは、前記胴体上に設置され、水平360°の方向を同時に撮像する全方位カメラである請求項4または請求項5に記載の農作業用装置。

請求項7

前記制御部は、前記第1の経路と前記第1の位置から前記第2の位置に向けた方向とがなす角度よりも小さい角度で複数回の方向変換を行って、前記胴体を該第1の位置から該第2の位置に移動させるように前記駆動部を制御する請求項1乃至請求項6の何れか1項に記載の農作業用装置。

請求項8

前記胴体の自己位置を検出する位置検出部と、前記自己位置を示す位置情報を記憶する記憶制御部とをさらに備え、前記記憶制御部は、前記胴体の移動動作中断された場合に、該移動動作の中断を示す中断情報と、前記位置情報とを関連付けて記憶する請求項1乃至請求項7の何れか1項に記載の農作業用装置。

請求項9

前記制御部は、前記記憶制御部により記憶された前記位置情報に前記中断情報が関連付けられている場合に、前記胴体が該位置情報に示される位置に移動するように前記移動部材の駆動を制御する請求項8に記載の農作業用装置。

請求項10

前記記憶制御部は、前記胴体の移動中に一定の時間間隔で前記位置情報を記憶する請求項8または請求項9に記載の農作業用装置。

請求項11

前記記憶制御部は、前記胴体の移動中に、予め定められた、前記胴体の位置に基づく条件を満たす場合に前記位置情報を記憶する請求項8または請求項9に記載の農作業用装置。

請求項12

前記第1の経路の方向に対して前記第1の距離に対応する長さの辺を有する矩形領域の少なくとも3の頂点により規定される矩形領域における、前記胴体の移動の進捗率を、前記記憶制御部により記憶された前記位置情報と、該位置情報に関連付けられた前記中断情報とに基づき算出する進捗計算部をさらに備える請求項8乃至請求項11の何れか1項に記載の農作業用装置。

請求項13

胴体を該胴体の長さ方向に移動させるために該胴体の幅方向に設けられた少なくとも1対の移動部材を駆動する駆動部による該移動部材の駆動を制御する制御ステップを備え、前記制御ステップは、前記胴体を、第1の経路に沿って第1の距離を前進した後、該第1の経路に沿って該第1の距離および第2の距離を後退し、後退した第1の位置から、該第2の距離を該第1の経路に沿って進み且つ該第1の経路と直角の方向に第3の距離だけ進んだ場合の第2の位置まで移動させ、該第2の位置から、該第1の経路と平行な第2の経路に沿って該第1の距離を前進させるように前記駆動部を制御する農作業用装置の制御方法

技術分野

0001

本発明は、農作業用装置および農作業用装置の制御方法に関する。

背景技術

0002

草刈り耕作農薬散布などの作業を行う場合、作業対象エリア土地が広ければ、トラクターなどの大型作業機械を用いる場合が多い。さらに、近年では、作業者負荷低減人手不足解消のために、自律航法による自動走行機能を作業機械に装備させ、所定のエリア経路に従って自動的に作業を実行可能とした自律走行装置の開発が進められている。このような自律走行装置の走行方法を適用した例として、特許文献1に開示されている自動芝刈り機非特許文献1に開示されている水田小型除ロボットがある。

0003

ところで、トラクターなどの大型作業機械は、作業対象エリアが狭い場合には機械進入が困難であり、特に、作業区画あたりの面積が狭い中山間地域においては、未だに人手による作業が必要とされる。この問題を解消し、さらに、作業対象エリアの広さ、形状に関わらず作業を可能とするために、従来の作業機械を小型化、軽量化した小型作業機械を用意することが考えられる。

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、従来の作業機械をそのまま小型化して小型作業機械とした場合、走行駆動する駆動系の出力も小型化に伴い低くなる。また、作業エリアは、多くの場合、不整地であり、駆動系は、平地走行する場合に比べて大きな出力を必要とする。そのため、例えば作業エリアを網羅的に走行させるために急旋回をさせた場合に、旋回動作中にスタックしてしまい、走行不能に陥るおそれがある。

0005

この旋回動作中のスタックを回避するために、特許文献1では、旋回半径を大きくとり、緩やかに旋回する走行方法が記載されている。また、非特許文献1では、作業エリアの両端に切り返し動作を行うためのエリアを設ける走行方法が記載されている。しかしながら、これらの走行方法では、旋回および切り返しを行うためのエリアが作業エリアを挟んで2箇所必要となり、作業可能な作業エリアに制限が生じる場合がある。

0006

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、不整地の網羅的な走行を比較的低出力の駆動系を用いて可能とすることを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、胴体を胴体の長さ方向に移動させるために胴体の幅方向に設けられた少なくとも1対の移動部材を駆動する駆動部と、駆動部による移動部材の駆動を制御する制御部とを備え、制御部は、胴体を、第1の経路に沿って第1の距離を前進した後、第1の経路に沿って第1の距離および第2の距離を後退し、後退した第1の位置から、第2の距離を第1の経路に沿って進み且つ第1の経路と直角の方向に第3の距離だけ進んだ場合の第2の位置まで移動させ、第2の位置から、第1の経路と平行な第2の経路に沿って第1の距離を前進させるように駆動部を制御する。

発明の効果

0008

本発明によれば、不整地の網羅的な走行が比較的低出力の駆動系を用いて可能となるという効果を奏する。

図面の簡単な説明

0009

図1は、第1の実施形態に適用可能な農作業用装置の一つとしての除草装置の一例の構成を概略的に示す図である。
図2は、第1の実施形態に適用可能な除草装置とマーカとを概略的に示す図である。
図3は、第1の実施形態に適用可能な制御部の一例のハードウェア構成を概略的に示すブロック図である。
図4は、第1の実施形態に係る除草装置における制御部の機能を説明するための一例の機能ブロック図である。
図5は、全方位カメラ撮像された撮像画像の例を示す図である。
図6は、第1の実施形態に係る、撮像画像に基づく位置算出方法について説明するための図である。
図7は、第1の実施形態に係る自己位置検出方法の別の例について説明するための図である。
図8は、第1の実施形態に係る除草装置の走行制御方法を示す一例のフローチャートである。
図9は、第1の実施形態に係る除草装置の走行制御の例をより具体的に示す図である。
図10は、第1の実施形態に係る除草装置の走行制御における方向転換方法の例を示す図である。
図11は、第2の実施形態に適用可能な制御部の一例のハードウェア構成を概略的に示すブロック図である。
図12は、第2の実施形態に係る制御部の機能を説明するための一例の機能ブロック図である。
図13は、第2の実施形態に係る位置情報テーブルの例を示す図である。
図14は、第2の実施形態に適用可能な作業の進捗率計算方法を概略的に説明するための図である。
図15は、第2の実施形態に係る除草装置の走行制御方法を示す一例のフローチャートである。
図16は、第3の実施形態に係る制御部の機能を説明するための一例の機能ブロック図である。
図17は、第3の実施形態に係る除草装置の走行制御方法を示す一例のフローチャートである。

実施例

0010

以下に添付図面を参照して、農作業用装置および農作業用装置の制御方法の第1の実施形態を詳細に説明する。図1は、第1の実施形態に適用可能な農作業用装置の一つとしての除草装置の一例の構成を概略的に示す。なお、図1は、除草装置1を上方から見下ろしたように示してある。

0011

図1において、除草装置1は、胴体10に、タイヤ車輪である車輪11RF、11RR、11LFおよび11LRが設けられる。胴体10は、全長1m〜1.5m程度、全幅70cm〜1m程度、全高1m以内程度の比較的小型なものとして構成され、移動部材としての車輪11RF、11RR、11LFおよび11LRにより移動面を移動させられる。なお、胴体10のサイズは、この例に限定されるものではなく、さらに大型でもよいし、より小型でもよい。

0012

除草装置1は、アンテナ22を備え、アンテナ31を備える操縦装置30との間で無線通信を行うことで、操縦装置30から遠隔操作により操縦することができる。なお、除草装置1は、胴体10の、車輪11RFおよび11LFが設けられている側の面を正面とし、車輪11RRおよび11LRが設けられている側の面を背面とする。

0013

除草装置1は、胴体10に対して、モータ12Rおよび12Lと、制御部20と、通信部21と、バッテリ23と、除草駆動部40と、センサ50とを含んで構成される。制御部20は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)および各種のインタフェースを含み、ROMに予め記憶されたプログラムに従い、除草装置1の全体の動作を制御する。

0014

バッテリ23は、除草装置1の各部(モータ12Rおよび12L、制御部20、通信部21、除草駆動部40、センサ50など)に電源を供給する。バッテリ23は、充電可能であることが好ましく、例えばリチウムイオン二次電池を適用することができる。また、バッテリ23は、除草装置1に対して着脱可能としてもよい。

0015

操縦装置30は、ユーザの操作に応じた除草装置1の操作命令変調して無線信号としてアンテナ31から送信する。この無線信号は、除草装置1においてアンテナ22により受信され、通信部21に供給される。通信部21は、アンテナ22から供給された信号を復調して操作命令を取り出し、制御部20に渡す。制御部20は、プログラムに従い、この操作命令に応じてモータ12Rおよび12L、ならびに、除草駆動部40を制御する。

0016

モータ12Rは、除草装置1の右側の車輪11RFおよび11RRを駆動する。また、モータ12Lは、除草装置1の左側の車輪11LFおよび11LRを駆動する。制御部20は、モータ12Rおよび12Lを駆動するためのドライバを含み、ドライバを制御してモータ12Rおよび12Lをそれぞれ駆動することで、除草装置1の移動速度および移動方向を制御できる。すなわち、モータ12Lおよび12Rと、車輪11LF、11LR、11RFおよび11RRと、制御部20の一部の機能とにより、除草装置1の胴体10を移動面(例えば地面)に対して移動させるための移動部を構成する。

0017

この例では、制御部20は、除草装置1を直進により前進または後退させる場合には、モータ12Rおよび12Lを、車輪11RFおよび11RRと車輪11LFおよび11LRとが同一方向に同速度で回転するように駆動する。ここでは、除草装置1が、図1中に矢印Aで示す方向に進む場合を、前進とする。また、制御部20は、モータ12Rおよび12Lのうち一方を駆動し、他方を停止させて除草装置1を信地旋回させることで、移動方向を変更することができる。さらに、制御部20は、モータ12Rおよび12Lを、車輪11RFおよび11RRと車輪11LFおよび11LRとが互いに逆方向に回転するように制御して超信地旋回をさせることも可能である。

0018

なお、図1の例では、除草装置1が2個のモータ12Rおよび12Lを備え、これらモータ12Rおよび12Lがそれぞれ左右の車輪を2個ずつ駆動しているが、これはこの例に限定されない。例えば、除草装置1は、車輪の数に応じたモータを備え、各車輪を互いに独立に駆動してもよい。さらに、上述では、除草装置1は、信地旋回により方向転換を行うように説明したが、これはこの例に限定されない。例えば、前側の車輪11RFおよび11LF、または、後側の車輪11RRおよび11LRの角度を変更することで除草装置1の方向転換を行うステアリング方式を採用してもよい。さらにまた、上述では、除草装置1が移動手段としてタイヤ車輪を装備しているように説明したが、これはこの例に限定されず、除草装置1は、移動手段として無限軌道を装備していてもよいし、多脚走行機構を適用してもよい。

0019

除草駆動部40は、制御部20の制御に従い、除草を行うための除草機構を駆動する。除草機構としては、例えば鋼材回転刃であるチップソーを用いる方式や、重ねた2枚の櫛型の刃のうち一方を、櫛歯に交差する方向に交互に移動させるバリカン方式などを適用できる。この場合、除草駆動部40は、モータと、回転刃や櫛型刃などの刃部分と、モータ軸の回転を刃部分に伝達するための伝達機構とを含む。なお、刃部分は、着脱可能とし、異なる種類の刃部分を伝達機構に対して共通して取り付けることも可能である。また、除草機構は、上述のような、植物を切断して除草する方式に限らず、例えば電磁気力を用いて除草する方式なども適用可能である。

0020

センサ50は、除草装置1に係る状況を検知する。センサ50の検知出力は、制御部20に渡される。制御部20は、センサ50の検知出力に応じて除草駆動部40の駆動制御や、モータ12Rおよび12Lの駆動制御を行う。

0021

センサ50は、除草装置1の周囲すなわち除草装置1の水平方向の360°を撮像可能な全方位カメラを適用することができる。これに限らず、センサ50は、180°以下の画角を有する複数のカメラを、それぞれ異なる撮像範囲を撮像可能に設置して構成してもよい。

0022

センサ50として、さらに、例えば除草装置1の直前の植物の量を推測するための圧力センサを含んでいてもよいし、除草装置1の内部のメンテナンスを行うための扉部の開閉状態を検知するセンサを含んでいてもよい。また、センサ50は、除草装置1の傾きなどの姿勢を検知するためのセンサをさらに含んでいてもよい。さらに、センサ50は、これら複数の種類のセンサを含めてもよい。制御部20は、センサ50の検知出力を解析し、解析結果に基づきモータ12Rおよび12Lや、除草駆動部40を制御することができる。

0023

(第1の実施形態)
次に、第1の実施形態に係る除草装置1について説明する。第1の実施形態に係る除草装置1は、センサ50としての全方位カメラにより撮像された撮像画像から、作業エリアの所定位置に対して予め設置したマーカの画像を抽出し、抽出されたマーカ画像に基づき現在位置を求め、作業ラインに従った自律走行を行う。自律走行において、除草装置1は、作業エリアの一端側でのみ作業ラインの変更動作を行う。作業ラインの変更動作の際に、除草装置1は、後退および前進を利用して、旋回半径を可能な限り大きく取るように制御される。

0024

図2は、第1の実施形態に適用可能な除草装置1とマーカ110とを概略的に示す。なお、図2において、上述した図1と共通する部分には同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。

0025

図2において、除草装置1は、側面からの概略図として示され、図中の右側が前面とされている。除草装置1は、胴体10の上面に、所定の高さで全方位カメラ100が設置される。全方位カメラ100は、例えば雑草などにより画角が遮られない程度の高さに設置することが好ましい。また、図2の例では、除草装置1は、前面に除草機構101が取り付けられている。

0026

また、図2において、マーカ110は、支柱111により所定の高さに設置される。マーカ110は、例えば除草装置1の全方位カメラ100の高さに応じた高さに設置されることが好ましい。マーカ110は、全方位カメラ100による撮像画像において容易に認識可能な色や形状を有することが好ましい。例えば、マーカ110は、自然界には存在しない人工物であり、既知の形状、サイズ、色とすることで、撮像画像からの認識を容易とすることができる。

0027

一例として、除草装置1が農耕地の除草目的で用いられる場合、マーカ110は、周囲の植物と混じらない明確な色(青色など)で、直径50cm程度の円形などとすることが考えられる。また、マーカ110は、平板的な形状に限らず、立体的な形状(例えば球状)であってもよい。

0028

図3は、第1の実施形態に適用可能な制御部20の一例のハードウェア構成を概略的に示す。制御部20は、CPU(Central Processing Unit)2000と、ROM(Read Only Memory)2001と、RAM(Random Access Memory)2002と、データI/F2003と、ドライバI/F2004とを含み、これら各部がバス2010により互いに通信可能に接続される。CPU2000は、ROM2001に予め記憶されたプログラムに従い、RAM2002をワークメモリとして用いて動作して、この除草装置1の全体の動作を制御する。

0029

データI/F2003は、全方位カメラ100を含むセンサ50と制御部20との間のデータの入出力を行う。センサ50が全方位カメラ100である場合には、データI/F2003は、全方位カメラ100から出力された撮像画像を、例えばバス2010を介してCPU2000に供給する。

0030

ドライバI/F2004は、制御部20と、モータ12Lおよび12Rをそれぞれ駆動するためのドライバ204Lおよび204Rとの間のデータの入出力を行う。

0031

図4は、第1の実施形態に係る除草装置1における制御部20の機能を説明するための一例の機能ブロック図である。なお、図4では、制御部20の各機能のうち、第1の実施形態に関わりの深い部分を示し、他を省略している。

0032

図4において、制御部20は、画像処理部200と、位置算出部201と、障害物検出部202と、駆動制御部203と、ドライバ204Lおよび204Rとを含む。これらのうち、画像処理部200、位置算出部201、障害物検出部202および駆動制御部203は、CPU2000上で動作するプログラムにより実現される。これに限らず、画像処理部200、位置算出部201、障害物検出部202および駆動制御部203の一部または全部を、互いに協働して動作するハードウェア回路により構成してもよい。

0033

図4において、画像処理部200は、全方位カメラ100から出力された撮像画像が入力される。画像処理部200は、入力された撮像画像に対して所定の画像処理を施し、画像処理が施された撮像画像を位置算出部201および障害物検出部202にそれぞれ供給する。

0034

位置算出部201は、画像処理部200から供給された撮像画像に基づき、除草装置1の現在位置(自己位置)を検出する。すなわち、位置算出部201は、画像処理部200から供給された撮像画像を解析して、例えば撮像画像に含まれるマーカ110の画像を検出する。位置算出部201は、検出されたマーカ110の画像に基づき、基準位置に対する自己位置の相対的な座標を算出し、自己位置の検出を行う。位置算出部201による位置検出方法の具体的な例については、後述する。

0035

例えば、画像処理部200は、入力された撮像画像に対して、例えば、マーカ110の色を強調する色強調処理を施す。位置算出部201は、撮像画像に含まれる、マーカ110の色に対応する部分を抽出する。これに限らず、位置算出部201は、入力された撮像画像に対して、マーカ110の形状に基づき既存の技術により画像マッチングを行って、撮像画像に含まれるマーカ110の部分を抽出してもよい。この場合、マーカ110は、周囲のどの方向から見ても形が変わらない形状(例えば球状)とすることが考えられる。

0036

障害物検出部202は、画像処理部200から供給された撮像画像に基づき、除草装置1の移動の障害となり得る障害物の画像を検出する。すなわち、障害物検出部202は、画像処理部200から供給された撮像画像を解析して、例えば、撮像画像の除草装置1の移動方向における所定の大きさ以上の形状を検出する。障害物検出部202は、当該形状を検出した場合に、当該形状が移動の障害となり得る障害物であると判定し、当該障害物の、自己位置に対する相対位置と、大きさ(座標範囲)とを算出する。障害物検出部202は、障害物の相対位置および大きさを、撮像画像300内の当該障害物の画像に基づき、上述した位置算出部201による位置算出方法と同様にして算出することができる。

0037

駆動制御部203は、ドライバ204Lおよび204Rをそれぞれ制御して、モータ12Lおよび12Rを駆動し、除草装置1の移動制御を行う。例えば、駆動制御部203は、除草装置1を直進による前進または後退で移動させる場合、ドライバ204Lおよび204Rがモータ12Lおよび12Rを同一の回転方向および回転速度で駆動するように、ドライバ204Lおよび204Rを制御する。

0038

また、駆動制御部203は、ドライバ204Lおよび204Rをそれぞれ制御して、モータ12Lおよび12Rそれぞれの出力および出力差を調整して、除草装置1の移動方向を制御する。例えば、除草装置1が信地旋回で方向転換を行う場合、駆動制御部203は、モータ12Lおよび12Rのうち、移動方向側のモータを停止させ、移動方向と対向する側のモータを移動方向に回転させる駆動を行うように、ドライバ204Lおよび204Rを制御する。例えば、除草装置1が信地旋回にて右方向に方向転換を行う場合、駆動制御部203は、右側のモータ12Rを停止させ、左側のモータ12Lを移動方向に従い回転駆動するように、ドライバ204Lおよび204Rを制御する。

0039

さらに、駆動制御部203は、位置算出部201から供給される自己位置を示す情報に基づき、除草装置1が所定の移動方向に向けて移動するように、ドライバ204Lおよび204Rを制御する。例えば、除草装置1が基準位置を原点とする2次元平面(XY平面)上を、Y軸方向に直進する場合、駆動制御部203は、自己位置のX座標の値の変動が所定範囲内に収まるように、ドライバ204Lおよび204Rを制御する。

0040

さらにまた、駆動制御部203は、障害物検出部202から供給される障害物の位置を示す情報に基づき、障害物を回避するための移動を行うように、ドライバ204Lおよび204Rを制御する。

0041

例えば、駆動制御部203は、障害物検出部202から供給される障害物の位置を示す情報に基づきドライバ204Lおよび204Rを制御してモータ12Lおよび12Rの出力および出力差を調整し、障害物に接触しないよう適宜方向転換を行い障害物を回避しつつ障害物の裏側まで除草装置1を移動させる。駆動制御部203は、除草装置1の自己位置が、障害物回避動作直前のX座標に再び達したか否かを判定し、達したと判定した場合に、障害物回避動作直前の経路に復帰したと見做し、通常の走行へと移行させる。

0042

また、駆動制御部203は、障害物検出部202から障害物の位置を示す情報が供給された場合、この位置情報を、領域400の情報と関連付けて記憶しておくことができる。さらに、駆動制御部203は、何らかの理由で作業が中断された場合に、位置算出部201から供給された位置情報を記憶しておくことができる。作業の中断により記憶された位置情報は、例えば作業の進捗率を示す情報として利用できる。

0043

(第1の実施形態に適用可能な位置算出方法)
次に、位置算出部201による除草装置1の位置検出処理について説明する。位置算出部201は、全方位カメラ100で撮像された撮像画像から検出されたマーカ110の、撮像画像内での位置に基づき、除草装置1の位置を算出することで、自己位置の検出を行う。全方位カメラ100としては、特許文献2の図2に示される構成のものを適用できる。

0044

図5は、全方位カメラ100で撮像された撮像画像の例を示す。図5に示されるように、全方位カメラ100で撮像された撮像画像300は、全方位カメラ100の位置を中心301とした円形の画像となる。撮像画像300は、撮像位置から見た対象物方位角度は、正確な計測が可能である。

0045

例えば、図5において、全方位カメラ100の周囲に対象物310、311および312が存在する場合について考える。なお、各対象物310、311および312は、互いに同じ高さに位置しているものとする。中心301を通る方向Bを基準(角度0°)として、各対象物310、311および312は、それぞれ角度θ1、θ2およびθ3の位置にある。各対象物310、311および312が同じ高さに位置している場合、各対象物310、311および312の、撮像画像300内での画像310’、311’および312’は、撮像画像300の中心301から同一の半径の同心円上における、それぞれ方向Bを基準とした角度θ1、θ2およびθ3の位置に表示される。対象物の高さや距離が変わると、撮像画像300内での対応する画像は、角度を変えずに、高さや距離に応じて半径方向の位置が変化する。

0046

図6を用いて、第1の実施形態に係る、撮像画像300に基づく位置算出方法について説明する。図6において、領域400は、例えば除草装置1の作業対象となる作業エリアである。領域400は、それぞれ既知の長さの幅および奥行き(それぞれ距離W、距離Lとする)を持つ矩形領域である。後述するように、除草装置1は、領域400内を、領域400の1辺(この例ではY軸方向の辺)に平行な経路に沿って移動する。以下、図6中で領域400の左下の頂点P1を原点とした2次元平面で説明する。

0047

各頂点P1〜P4は、原点であるP1が座標(0,0)として表され、以下、それぞれ座標(W,0)、(0,L)および(W,L)として表される。各頂点P1〜P4には、それぞれマーカ110が配置される。また、除草装置1の中心すなわち全方位カメラ100の位置Qを、座標(X,Y)で示す。

0048

位置算出部201は、全方位カメラ100により撮像された撮像画像300から各マーカ110の画像を検出し、検出した各マーカ110の撮像画像300内での位置を求める。位置算出部201は、検出した各マーカ110の撮像画像300内での位置に基づき、位置Qを基準位置として、2つのマーカ110、例えば頂点P1およびP3に配置された各マーカ110との、除草装置1の移動方向に対する角度を求めることができる。また、頂点P1およびP3間の距離は既知であるため、三角測量により位置Qの相対的な座標を得る
ことができる。

0049

頂点P1およびP3間の距離を距離L、頂点P1および位置Qを結ぶ直線と、領域400のY軸とのなす角度を角α、頂点P3および位置Qを結ぶ直線と、Y軸とのなす角度を角βとする。この場合、未知数X(位置QのX座標)と、距離Lとの関係は、下記の式(1)により表される。

0050

0051

式(1)から、未知数Xは、下記の式(2)により表される。

0052

0053

ここで、下記の式(3)および式(4)に示す各三角関数を上述の式(2)に適用することで、未知数Xを下記の式(5)により表すことができる。式(5)によれば、未知数Xは、それぞれ既知の値である距離L、角αおよびβにより求めることができる。

0054

0055

0056

0057

同様にして、未知数Y(位置QのY座標)も求めることができる。この場合には、位置算出部201は、例えば頂点P1およびP2に配置された各マーカ110に着目して、未知数Yの算出を行う。

0058

頂点P1およびP2間の距離を距離W、頂点P1および位置Qを結ぶ直線と、領域400のX軸とのなす角度を角ψ、頂点P2および位置Qを結ぶ直線と、X軸とのなす角度を角ωとする。この場合、未知数Y(位置QのY座標)は、下記の式(6)により表される。

0059

0060

このように、位置算出部201は、既知の値である距離LおよびWと、撮像画像300内に含まれる各マーカ110の画像の撮像画像300内の位置とに基づき、除草装置1の領域400内での相対的な座標(自己位置)を算出することができる。なお、上述したように、自己位置の算出のためには、マーカ110は、領域400の4つの頂点のうち少なくとも3つの頂点に配置されていればよい。

0061

なお、測定精度を高めるために、自己位置を、各マーカ110のうち除草装置1により近いマーカ110の画像を選択して算出してもよいし、周囲全てのマーカ110の画像を用いて算出してもよい。また、上述では、自己位置の算出を、除草装置1の走行中に一定の時間間隔で実行するように説明したが、これはこの例に限定されない。例えば、自己位置の算出を常時行わずに、何らかの理由で除草装置1による作業を中断する場合や、障害物を回避した後の作業ライン復帰時などに行うようにしてもよい。このようにすることで、自己位置算出に係るCPU2000の負荷を軽減することが可能である。

0062

図7を用いて、第1の実施形態に係る、位置算出部201における自己位置の検出方法の別の例について説明する。図7(a)および図7(b)は、領域400における、除草装置1が移動する経路の一端および当該一端に対向する他端を検出する方法をそれぞれ示す。なお、図7(a)および図7(b)において、上述した図5および図6に対応する部分には同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。

0063

図7(a)および図7(b)において、各画像1101’〜1104’は、撮像画像300における、各頂点P1〜P4に配置された各マーカ110の画像を示している。ここで、上述した、領域400における除草装置1が移動する経路の一端は、図6を参照して、領域400の頂点P3およびP4を結ぶ辺であり、他端は、頂点P1およびP2を結ぶ辺である
ものとする。

0064

図7(a)は、除草装置1が、領域400のY軸方向を向き、領域400の一端の辺である第1の辺上にある場合の撮像画像300の例を示す。この場合、除草装置1の位置Q(X,Y)に対して、第1の辺上の各頂点P3およびP4の座標は、それぞれ座標(0,Y)および(W,Y)である。したがって、各頂点P3およびP4に対応する各マーカ110の画像1103’および1104’は、撮像画像300内において、自己位置(除草装置1の位置)を中心として180°離れた位置、すなわち、自己位置を中心とした、移動方向と直角をなす直径上に存在する。

0065

一方、領域400の他端側の辺である第2の辺上の各頂点P1およびP2の座標は、それぞれ座標(0,0)および(W,0)である。したがって、各頂点P1およびP2に対応する各マーカ110の画像1101’および1102’は、撮像画像300内において、当該直径の、除草装置1の移動方向とは逆方向の側に存在する。

0066

図7(b)の、除草装置1が、領域400のY軸方向を向き、領域400の第2の辺上にある場合の撮像画像300の例についても同様である。この場合には、第2の辺上の各頂点P1およびP2に対応する各マーカ110の画像1101’および1102’は、撮像画像300内において、自己位置(除草装置1の位置)を中心とした、移動方向と直角をなす直径上に存在する。一方、領域400の第1の辺上の各頂点P3およびP4に対応する各マーカ110の画像1103’および1104’は、撮像画像300内において、当該直径の、除草装置1の移動方向側に存在する。

0067

このように、位置算出部201は、各頂点P1〜P4にそれぞれ配置された各マーカ110の撮像画像300内における各画像1101’〜1104’を検出する。そして、位置算出部201は、検出された各画像1101’〜1104’について、移動方向と直角をなす直径上に存在するか否か、および、当該直径に対して除草装置1の移動方向の何れの側に存在するかを判定する。これにより、位置算出部201は、除草装置1の自己位置が領域400の第1の辺または第2の辺上にあるか否かを検出することができる。この場合、上述したような、三角測量による自己位置の算出が必要無い。

0068

(第1の実施形態に係る走行制御)
次に、図8図10を用いて、第1の実施形態に係る除草装置1の走行制御について説明する。図8は、第1の実施形態に係る除草装置1の走行制御方法を示す一例のフローチャートである。また、図9は、第1の実施形態に係る除草装置1の走行制御の例をより具体的に示す。さらに、図10は、第1の実施形態に係る除草装置1の走行制御における方向転換方法の例を示す。

0069

図8のフローチャートによる処理の実行に先立って、除草装置1は、所定の初期位置に、所定の初期方向に向けて配置される。図9を用いて、除草装置1の配置と、除草装置1が作業の対象とする作業エリアとについて説明する。なお、図9において、上述した図6などと共通する部分には同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。

0070

図9において、作業エリアである矩形の領域400の各頂点P1〜P4に、それぞれマーカ110が配置される。座標は、領域400における左下のマーカ110に対応する頂点P1を原点とし、頂点P1から頂点P3に向かう線がY軸、頂点P1から頂点P2に向かう線がX軸とする。

0071

また、図9において、領域400の、頂点P1と頂点P2とを結ぶ辺の外側に、領域401が設けられる。詳細は後述するが、領域401は、除草装置1が方向転換を行う際の方向転換動作エリア(以下、予備代と呼ぶ)である。領域401は、Y軸方向の長さが、例えば車輪11RFおよび11RR間の長さ(長さRとする)の2倍とされる。

0072

除草装置1の初期方向は、図9の例では、Y軸の方向に沿って領域401から領域400内に向かう方向とされる。図9の例では、除草装置1の除草機構101の幅を幅Wdとして、初期位置410は、領域401内の、座標(Wd/2,−R)の位置とされている。

0073

初期位置410は、この例に限定されず、除草装置1が直進で領域400内に進入できる任意の位置とすることができる。また、初期方向も、この例に限定されず、任意の向きとすることができる。初期位置410および初期方向を任意とした場合であっても、位置算出部201による自己位置の算出結果と、撮像画像300に含まれる各マーカ110の画像とを用いて、除草装置1の初期位置410への移動と、初期方向への方向転換を実行することが可能である。

0074

また、除草装置1は、領域400内を経路420に沿って移動しながら、例えば除草作業を行う。以下、除草装置1が領域400内で移動する経路420を、適宜、作業ラインと呼ぶ。図9に例示されるように、第1の実施形態に係る除草装置1は、領域400内を、例えばY軸方向に沿った作業ラインに従い第1の距離だけ移動し、さらに、作業ラインをX軸方向に所定の間隔毎にシフトさせて、除草作業を行う。

0075

図8のフローチャートにおいて、除草装置1は、例えば操縦装置30から送信された所定の操作命令に応じて動作が開始される。除草装置1において、駆動制御部203は、この操作命令に従いドライバ204Lおよび204Rを制御して、除草装置1を作業ライン420(第1の経路)に沿って前進動作させる(ステップS100)。

0076

次のステップS101で、駆動制御部203は、位置算出部201の位置検出結果に基づき、除草装置1の自己位置が、前方の境界、すなわち、領域400の頂点P3およびP4を結ぶ辺に達したか否かを判定する。この判定は、自己位置を示す座標に基づき行ってもよいし、図7(a)を用いて説明した方法を用いて行ってもよい。駆動制御部203は、自己位置が前方の境界に達していないと判定した場合(ステップS101、「No」)、処理をステップS100に戻す。一方、駆動制御部203は、自己位置が前方の境界に達したと判定した場合(ステップS101、「Yes」)、処理をステップS102に移行する。

0077

ステップS102で、駆動制御部203は、除草装置1を、ステップS100の前進動作の作業ラインを辿って後退動作させるように、ドライバ204Lおよび204Rを制御する。このとき、駆動制御部203は、除草装置1の方向を変えずに、移動方向のみを、ステップS100における移動方向に対して逆行させる。ステップS102の後退動作の間、および、上述したステップS100の前進動作の間、駆動制御部203は、既に説明したように、位置算出部201で算出された自己位置に基づきドライバ204Lおよび204Rを制御して、X方向の座標が所定の範囲内に収まるように走行制御する。

0078

次のステップS103で、駆動制御部203は、位置算出部201の位置検出結果に基づき、除草装置1の自己位置が、後方の境界、すなわち、領域400の頂点P1およびP2を結ぶ辺に達したか否かを判定する。駆動制御部203は、自己位置が後方の境界に達していないと判定した場合(ステップS103、「No」)、処理をステップS102に戻す。一方、駆動制御部203は、自己位置が後方の境界に達したと判定した場合(ステップS103、「Yes」)、処理をステップS104に移行する。

0079

ステップS104で、駆動制御部203は、位置算出部201から供給された自己位置のX座標と、領域400のX方向(作業ラインのシフト方向)の端の座標とに基づき、次の作業ライン側の領域400内の幅(距離)を測定する。次のステップS105で、駆動制御部203は、ステップS104で測定された、次の作業ライン側の領域400の幅が、所定の幅以上であるか否かを判定する。例えば、所定の幅を除草機構101の幅Wdの1/2であるとした場合、駆動制御部203は、次の作業ライン側の領域400の幅が、除草装置1に装着された除草機構101の幅Wdの1/2以上であるか否かを判定する。

0080

ステップS105で、駆動制御部203は、次の作業ライン側の領域400の幅が、所定の幅未満であると判定した場合(ステップS105、「No」)、領域400内での作業が終了したとして、図8のフローチャートによる一連の処理を終了させる。

0081

一方、駆動制御部203は、ステップS105で次の作業ライン側の領域400の幅が、所定の幅以上であると判定した場合(ステップS105、「Yes」)、処理をステップS106に移行させる。ステップS106で、駆動制御部203は、除草装置1を次の作業ラインに移動させるための移動動作を行うよう、ドライバ204Lおよび204Rを制御する。このステップS106での制御は、後述する方向転換の制御に加え、微小切り返し制御も含む。

0082

除草装置1が位置423(図9参照)に到達し、次の作業ラインに移動されると、処理はステップS107に移行する。ステップS107で、駆動制御部203は、位置算出部201から供給される自己位置を示す情報に基づき、除草装置1が次の作業ライン(第2の経路)に乗ったか否かを判定する。駆動制御部203は、除草装置1が次の作業ラインに乗っていないと判定した場合(ステップS107、「No」)、処理をステップS106に戻す。

0083

一方、駆動制御部203は、除草装置1が次の作業ラインに乗ったと判定した場合(ステップS107、「Yes」)、処理をステップS100に戻し、次の作業ラインにおける移動を開始する。

0084

ステップS106およびステップS107の移動動作について、図9および図10を用いて、詳細に説明する。一例として、除草装置1が作業ラインである経路420に沿って後退し、後方の境界である位置421に達したものとする。駆動制御部203は、ドライバ204Lおよび204Rを制御して、この位置421からさらに長さRに対応する距離(第2の距離)だけ除草装置1を後退させる。この後退位置を位置422とする。

0085

次に、駆動制御部203は、除草装置1が、この位置422から、位置421に対してX軸方向に幅Wdだけシフトさせた位置423に向かって方向転換するように、ドライバ204Lおよび204Rを制御する。なお、位置423は、換言すれば、位置422から位置421まで直進し、さらに、位置421から幅Wd分(第3の距離)だけX軸方向に移動した位置である。

0086

ここで、除草装置1の作業エリアである領域400内の地面は、凹凸濘のある不整地である可能性がある。このような場合、除草装置1を急速に方向転換させると、除草装置1がスタックしてしまうおそれがあり、また、スタックから脱出するためには、多くの電力を必要とし、モータ12Lおよび12Rを駆動するためのバッテリ23がバッテリ切れになるおそれもある。

0087

そこで、第1の実施形態では、位置422における除草装置1の方向転換を、より小さな角度による方向転換を組み合わせることで実行する。図10を用いて、第1の実施形態に係る方向転換の一例の方法について、より詳細に説明する。なお、図10において、上述した図9と共通する部分には同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。また、図10において、煩雑さを避けるため、除草装置1が省略されている。

0088

図10において、位置422と位置421とを結ぶ線と、位置422と位置423とを結ぶ線とが角φをなすものとする。駆動制御部203は、この角φより小さな角度による方向転換を繰り返して、除草装置1を位置422から位置423に移動させる。図10の例では、駆動制御部203は、角(φ/2)の方向転換を繰り返すことで除草装置1を「S」字状に移動させる。

0089

駆動制御部203は、位置422において、除草装置1を、位置422と位置421とを結ぶ線に対して角(φ/2)だけ方向転換させて、位置R1まで移動させる。なお、この位置R1および後述する位置R2〜R4は、長さRおよび幅Wdが既知であれば、予め算出できる。駆動制御部203は、予め求めた位置R1〜R4の座標と、位置算出部201による自己位置の算出結果に基づきドライバ204Lおよび204Rを制御して、除草装置1を移動させる。

0090

除草装置1が位置R1に達すると、駆動制御部203は、位置422から位置R1までの移動方向に対して角(φ/2)だけ位置423側に方向転換させて、位置R2まで除草装置1を移動させる。次に、駆動制御部203は、位置R1から位置R2までの移動方向に対して角(φ/2)だけ位置423側に方向転換させて、位置R3まで除草装置1を移動させる。このとき、除草装置1は、位置422および423で定義される矩形の中心点Rcを通過する。次に、駆動制御部203は、位置R2から位置R3までの移動方向に対して角(φ/2)だけ位置421側に方向転換させて、位置R4まで除草装置1を移動させる。そして、駆動制御部203は、位置R3から位置R4までの移動方向に対して角(φ/2)だけ位置421側に方向転換させて、位置423まで除草装置1を移動させる。

0091

上述では、角φに対して1/2の角(φ/2)の方向転換としているが、これは一例であって、この例に限定されない。すなわち、方向転換の角度は角(φ/2)よりも小さくてもよいし、角(φ/2)を超え角φ未満でもよい。また、図10の例では、位置R1〜R4での方向転換を全て等しい角度で行っているが、これはこの例に限定されず、それぞれの位置で異なる角度で方向転換を行ってもよい。

0092

このように、方向転換をより小さな角度で行うことで、領域400を網羅的に移動する場合でもスタックの発生を抑制することができ、これにより、モータ12Lおよび12Rによる消費電力を抑制することが可能である。また、方向転換の角度が小さいため、車輪11RF、11RL、11LFおよび11LRへの負担を軽減させることができ、モータ12Lおよび12Rへの負荷も軽減可能である。さらに、地面を荒らす度合いも少なくできる。

0093

また、第1の実施形態では、除草装置1の方向転換を、領域400の1つの辺側でのみ行っているため、除草装置1の方向転換に必要な予備代を小さくすることができ、作業可能範囲を広く設定することが可能である。

0094

(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態について説明する。第2の実施形態は、上述した第1の実施形態に係る除草装置1に対して、現在の位置と時刻とを関連付けて記憶する例である。第2の実施形態に係る除草装置1は、現在の位置と時刻とを関連付けて記憶することで、何らかの理由により除草装置1による処理が中断された場合に、後に、中断された位置から作業を再開することが容易となる。また、第2の実施形態に係る除草装置1は、現在の位置と時刻とを関連付けて記憶するため、作業の進捗状況を容易に確認することが可能である。

0095

なお、第2の実施形態では、図1を用いて説明した除草装置1の構成を適用可能であるので、ここでの装置構成の説明は、省略する。

0096

図11は、第2の実施形態に適用可能な、図1の制御部20に対応する制御部20aの一例のハードウェア構成を概略的に示す。なお、図11において、上述した図3と共通する部分には同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。

0097

図11に示される制御部20aは、図3の制御部20に対して、バス2010に接続されるストレージ2005が追加されている。ストレージ2005は、不揮発性記憶媒体であって、ハードディスクドライブや、フラッシュメモリを用いることができる。CPU2000は、プログラムに従い、ストレージ2005に対する情報の記憶、ストレージ2005からの情報の読み出しを行う。

0098

また、図11では、ストレージ2005が制御部20aに内蔵されるように示されているが、これはこの例に限定されない。すなわち、ストレージ2005は、制御部20aに対して着脱可能としてもよい。この場合、ストレージ2005として、例えば、USB(Universal Serial Bus)メモリやフラッシュメモリのメモリカードを適用することが可能である。

0099

図12は、第2の実施形態に係る制御部20aの機能を説明するための一例の機能ブロック図である。なお、図12において、上述した図4と共通する部分には同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。図12に示される制御部20aは、図4の制御部20に対して、記憶制御部210と、記憶部211と、進捗計算部212とが追加されている。

0100

記憶部211は、図11のストレージ2005に対応し、後述する、位置情報と、時間情報と、中断情報とが関連付けて格納される位置情報テーブルが記憶される。

0101

記憶制御部210は、記憶部211に対するデータの書き込みと、記憶部211からのデータの読み出しを制御する。例えば、記憶制御部210は、位置算出部201から供給される自己位置を示す座標(位置情報)と、位置情報が取得された時刻を示す時間情報とを関連付けて、記憶部211内の位置情報テーブルに格納する。例えば、位置算出部201は、自己位置を検出した時刻を示す時間情報を、自己位置を示す位置情報に付加して記憶制御部210に供給する。

0102

記憶制御部210は、また、上述の位置情報テーブルに対して、外部から供給される中断指示に応じて、中断指示が供給された時刻に対応する時間情報と、その時点の自己位置を示す位置情報と、中断指示を示す中断情報とを関連付けて、位置情報テーブルに格納する。

0103

中断指示は、例えば、操縦装置30からの作業中断の操作命令に応じて、通信部21から制御部20aに供給される。中断指示は、制御部20aの外部からの供給に限定されない。例えば、障害物検出部202が、除草装置1が介して移動を継続することが困難な障害物、例えば所定以上の大きさの障害物を検出した場合に、中断指示を出力するようにできる。また、駆動制御部203が、ドライバ204Lおよび204Rの駆動制御状態や、位置算出部201の自己位置検出結果などに基づき、除草装置1が一定時間以上、同一位置に留まっていると判定した場合に、中断指示を出力してもよい。

0104

図13は、第2の実施形態に係る、記憶部211に記憶される位置情報テーブルの例を示す。図13の例では、位置情報テーブルは、「x座標」、「y座標」、「時刻」および「中断フラグ」の各項目を関連付けるレコードを含む。項目「x座標」および「y座標」は、位置算出部201から供給された自己位置を示す座標情報が格納される。項目「時刻」は、自己位置を取得した時刻を示す時間情報が格納される。項目「中断フラグ」は、中断情報が格納される。この例では、中断情報は、そのレコードの位置情報および時間情報が中断指示に対応する場合に値「1」、対応しない場合に値「0」と設定されるフラグとして、位置情報テーブルに格納される。

0105

進捗計算部212は、記憶部211に記憶される位置情報テーブルに格納される位置情報と、時間情報と、中断フラグとを用いて、作業の進捗率Prを計算する。

0106

図14を用いて、第2の実施形態に適用可能な作業の進捗率の計算方法について、概略的に説明する。なお、図14において、上述した図9と共通する部分には同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。除草装置1の作業エリアである領域400は、それぞれ既知の長さの幅(距離W)および奥行き(距離L)を持つ矩形領域であり、領域400の、それぞれ座標(0,0)、(W,0)、(0,L)および(W,L)である各頂点P1〜P4に、マーカ110がそれぞれ配置される。除草装置1の中心すなわち全方位カメラ100の位置Qを、座標(X,Y)で示す。

0107

図14において、除草装置1は、領域400内を、領域400の例えばY軸方向の辺に平行な経路(作業ライン)に沿って移動する。除草装置1は、さらに、作業ラインを、X軸方向に、除草装置1における除草機構101の幅Wd毎にシフトさせて移動する。

0108

一例として、除草装置1は、図14中に斜線を付して示されるように、頂点P1に最も近い作業可能位置から作業を開始し、作業ラインをx軸方向に4回シフトさせつつ連続的に作業を実行しているものとする。さらに、除草装置1は、4回めにシフトされた位置Q(X,Y)を含む作業ラインの位置Q(X,Y)の位置において例えば操縦装置30から中断指示を受信し、作業を中断したものとする。この場合、記憶制御部210は、記憶部211内の位置情報テーブルの各項目「x座標」、「y座標」、「時刻」および「中断フラグ」に、それぞれ値「X」、「Y」、「t」および「1」を格納する。

0109

なお、図14において、領域400内において斜線を付して示した領域が、作業が完了した完了エリアであり、斜線が付されていない領域が、作業が未完了の未完了エリアである。

0110

進捗計算部212は、例えば、除草装置1の、作業開始から中断指示を受信するまでに移動した移動距離の和である移動距離ΣMbkを算出する。進捗計算部212は、算出した移動距離Mbkと、中断指示が無く領域400の全域を移動したと仮定した場合の移動距離の和である移動距離ΣMとを比較して、進捗率Prを求める。

0111

進捗計算部212は、例えば、進捗率Prを下記の式(7)により計算する。
Pr=ΣMbk/ΣM …(7)

0112

なお、移動距離ΣMおよびΣMbkは、下記の式(8)および(9)により計算できる。このとき、式(8)において、記号「÷」は、除算の商を求めるものとする。また、式(9)において、値Sは、作業ラインのX軸方向のシフト回数を示す。
ΣM=(W÷Wd)×L …(8)
ΣMbk=L×S+Y …(9)

0113

進捗計算部212は、算出した進捗率Prを、記憶制御部210を介して記憶部211に記憶させることができる。これに限らず、進捗計算部212は、進捗率Prを通信部20により操縦装置30に送信するようにもできる。

0114

図12の説明に戻り、駆動制御部203’は、記憶部211に記憶される位置情報テーブルに格納される位置情報に示される位置に、除草装置1を移動させることができる。より具体的な例として、駆動制御部203’は、記憶制御部210を介して記憶部211に記憶される位置情報テーブルを参照し、項目「中断フラグ」が値「1」であるレコードを検索する。駆動制御部203’は、該当するレコードが複数検索された場合には、例えば、項目「時刻」に基づき最新のレコードを選択する。

0115

駆動制御部203’は、検索されたレコードの項目「x座標」および「y座標」の各値を読み込む。駆動制御部203’は、位置算出部201から供給される位置情報に基づき、位置情報テーブルから読み込んだ項目「x座標」および「y座標」の各値が示す位置まで除草装置1を移動させる。除草装置1は、移動されたこの位置から作業を開始することで、前回作業が中断された位置から、作業を再開することができる。

0116

また、駆動制御部203’は、中断指示に従い、除草装置1の移動を停止させるように、ドライバ204Lおよび204Rをそれぞれ制御する。

0117

(第2の実施形態に係る走行制御)
図15は、第2の実施形態に係る除草装置1の走行制御方法を示す一例のフローチャートである。なお、図15のフローチャートにおいて、上述した図8のフローチャートと共通する処理には同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。

0118

除草装置1の制御部20aにおいて、駆動制御部203’は、例えば操縦装置30から送信された操作命令に従いドライバ204Lおよび204Rを制御して、除草装置1を作業ライン420(図9参照)に沿って前進動作させる(ステップS100)。

0119

次のステップS200で、位置算出部201は、自己位置を検出し、自己位置を示す位置情報と時間情報とを求める。記憶制御部210は、位置算出部201から供給される位置情報と時間情報とを記憶部211内の位置情報テーブルに格納する。次のステップS201で、制御部20aにおいて、記憶制御部210は、中断指示が供給されたか否かを判定する。記憶制御部210は、中断指示が供給されたと判定した場合(ステップS201、「Yes」)、処理をステップS202に移行させる。ステップS202で、記憶制御部210は、記憶部211内の位置情報テーブルにおける項目「中断フラグ」の値を、中断を示す値「1」に設定する。

0120

駆動制御部203’は、ステップS202で記憶制御部210により項目「中断フラグ」の値が「1」に設定されると、ドライバ204Rおよび204Lを制御して、除草装置1の動作を停止させ、図15のフローチャートによる一連の処理を終了させる。

0121

一方、ステップS201で、中断指示が供給されていないと判定した場合(ステップS201、「No」)、記憶制御部210は、処理をステップS101に移行させる。ステップS101で、駆動制御部203’は、除草装置1の自己位置が、前方の境界に達したか否かを判定する。駆動制御部203’は、自己位置が前方の境界に達していないと判定した場合(ステップS101、「No」)、処理をステップS100に戻し、達したと判定した場合(ステップS101、「Yes」)、処理をステップS102に移行する。

0122

ステップS102で、駆動制御部203’は、除草装置1を、ステップS100の前進動作の作業ラインを辿って後退動作させるように、ドライバ204Lおよび204Rを制御する。

0123

次のステップS203およびステップS204の処理は、上述したステップS200およびステップS201の処理と同様である。すなわち、ステップS203で、位置算出部201は、自己位置を検出して位置情報と時間情報とを求め、記憶制御部210は、位置算出部201から供給された位置情報および時間情報を記憶部211内の位置情報テーブルに格納する。次のステップS204で、記憶制御部210は、中断指示が供給されたか否かを判定し、供給されたと判定した場合(ステップS204、「Yes」)、処理を上述したステップS202に移行させ、供給されていないと判定した場合、処理をステップS103に移行させる。

0124

ステップS103で、駆動制御部203’は、除草装置1の自己位置が、後方の境界に達したか否かを判定する。駆動制御部203’は、自己位置が後方の境界に達していないと判定した場合(ステップS103、「No」)、処理をステップS102に戻し、達したと判定した場合(ステップS103、「Yes」)、処理をステップS104に移行する。ステップS104以降の処理は、図8のフローチャートにおけるステップS104以降の処理と何ら変わるところが無いため、説明を省略する。

0125

上述したステップS200および上述したステップS203に示されるように、第2の実施形態では、位置算出部201による自己位置の検出処理は、除草装置1の作業中(移動中)は、常時、実行される。実際には、自己位置の検出処理は、ステップS100〜ステップS101、ならびに、ステップS102〜ステップS103における各ループ処理のタイミングに応じて実行される。この場合、自己位置の検出処理は、一定の時間間隔で実行されることになる。

0126

また、上述した式(8)および(9)で用いる、作業エリアの奥行きの距離Lは、既知の値を用いることに限定されない。すなわち、進捗計算部212は、図15のフローチャートにおけるステップS200で記憶された位置情報の、直前に記憶された位置情報に対する差分を累積した値を、距離Lとして用いてもよい。これにより、除草装置1が実際に移動した距離をより高精度に求めることができる。

0127

このように、第2の実施形態では、除草装置1に対する作業の中断指示に応じて、中断指示を示す情報と、位置情報および時間情報とを記憶するようにしている。そのため、作業エリア内において作業が中断された位置に基づき作業の進捗率Prを求めることができ、次の作業を効率的に実行することが可能となる。

0128

また、バッテリ23を充電するために、充電ステーションなどのドック帰還する機能を除草装置1に搭載することも可能である。この場合においても、除草装置1の自己位置を示す位置情報や、作業の進捗状況を把握できるため、例えば満充電を待たずして、残り作業に必要最小限のエネルギの充電を行った後、速やかに作業再開することにも活用できる。

0129

さらに、従来では、除草装置1の自己位置の位置情報を取得し記憶する方法としては、GNSS(Global Navigation Satellite System)を用いた方法や、車輪の回転を示すエンコーダ情報を用いていた方法が知られている。これに対して、第2の実施形態では、全方位カメラ100により撮像された画像に基づき取得した位置情報を用いて、進捗率を計算している。そのため、第2の実施形態による除草装置1を用いることで、GNSSの利用が困難な中山間地域や、エンコーダ情報に誤差が生じ易い不整地においても作業の中断、再開を高精度に実行可能である。

0130

すなわち、例えば農業分野においては、既存の従事者高齢化女性農業参入者の増加などの要因により、より扱い易い小型軽量の装置が求められている。また、従来のガソリン駆動の大型重機は、新規参入者には取り扱いにくい点、臭いや騒音の点などから、敬遠される傾向にある。

0131

これに対し、バッテリ駆動による小型軽量に構成された装置であれば、より容易に取り扱うことが可能となる。一方で、バッテリ駆動の場合、広範囲の作業エリアを作業を完了可能な容量を持つバッテリは、大型且つ重量も大きく、装置を小型軽量に構成することが困難となる。

0132

また、従来では、バッテリ切れなどの要因により作業を中断した場合に、中断位置を把握するようには構成されておらず、自動で中断位置から作業を再開させることが困難であった。そのため、従来のバッテリ駆動の装置は、1度の充電(1個のバッテリ)で作業を完了できる範囲よりも広範囲での利用が困難であった。これに対して、第2の実施形態に係る除草装置1は、バッテリ23の充電あるいは交換は必要とするものの、記憶された中断位置からの作業の再開が容易であるため、バッテリ駆動による装置の課題であった広範囲の作業が可能となる。

0133

例えば、農業分野で用いる電動草刈機は、リチウムイオン二次電池を用いた事例が多いが、この場合、100乃至200m2程度の面積しか作業を行えない。したがって、リチウムイオン二次電池を用いてバッテリ駆動される小型の電動草刈機を開発した場合、100乃至200m2程度の面積の土地でしか使用できないことになる。

0134

一方、第2の実施形態に係る除草装置1は、作業が中断された位置を示す位置情報が記憶され、記憶された位置情報に基づき、当該位置情報が示す位置から作業を再開可能とされている。そのため、時間がかかっても良いならば、作業エリアが1個のリチウムイオン二次電池の充電容量で駆動可能な面積よりも大きくても、作業を遂行することが可能となる。このように、第2の実施形態に係る除草装置1は、作業者の年齢性別問わず扱い易い、バッテリ駆動による小型軽量の装置を実現するために必要な機能を有している。

0135

また、第2の実施形態によれば、複数台の除草装置1を用いる場合において、作業が中断された位置を示す位置情報に基づき、作業が完了した完了エリアと、未完了の未完了エリアとを複数台の除草装置1間で共有することができる。これにより、各除草装置1において効率的に作業を実行でき、大型重機の作業効率に劣らない性能を発揮できる。

0136

(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態について説明する。上述した第2の実施形態では、位置情報の算出を一定の時間間隔で実行していた。これに対して、第3の実施形態では、位置情報の算出を、除草装置1が所定の位置に達した場合に実行するようにしている。

0137

より具体的には、第3の実施形態に係る除草装置1は、除草装置1が作業エリアにおいて作業ライン420(図9参照)の端に達した場合に、位置情報を算出し、算出した位置情報と時間情報とを記憶する。また、第3の実施形態に係る除草装置1は、作業ライン420を移動中に、回避困難な障害物などを検知し作業が中断された場合にも、位置情報を算出し、算出した位置情報と時間情報とを記憶する。

0138

図16は、第3の実施形態に係る制御部20bの機能を説明するための一例の機能ブロック図である。なお、図16において、上述した図4および図12と共通する部分には同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。図16に示される制御部20bは、図12の制御部20aに対して、判定部220が追加されている。

0139

記憶制御部210は、記憶部211に対するデータの書き込みと、記憶部211からのデータの読み出しとを、判定部220の判定結果に応じて実行する。例えば、記憶制御部210は、判定部220の判定結果に応じて、位置算出部201から供給される自己位置を示す座標(位置情報)と、位置情報が取得された時刻を示す時間情報とを関連付けて、記憶部211内の位置情報テーブルに格納する。記憶制御部210は、また、上述の位置情報テーブルに対して、判定部220の判定結果に応じて、位置情報テーブルの項目「中断フラグ」の値を設定する。

0140

判定部220は、位置算出部201から位置情報および時間情報が供給される。また、判定部220は、障害物検出部202から、障害物の検出結果が供給される。なお、第3の実施形態では、障害物検出部202は、障害物の相対位置および大きさを示す情報(障害物情報と呼ぶ)を、障害物の検出結果として出力するものとする。さらに、判定部220は、外部から中断指示が供給される。

0141

判定部220は、位置算出部201から供給された位置情報と、障害物検出部202から供給された障害物情報と、中断指示とに基づき、位置算出部201による自己位置の座標(位置情報)の算出処理を実行するか否か、および、位置算出部201から出力される位置情報および時間情報を記憶部211内の位置情報テーブルに格納するか否かを判定する。

0142

判定部220は、例えば、以下の条件(A)〜(C)のうち少なくとも1つを満たすと判定した場合に、自己位置の座標を算出するように位置算出部201に指示し、位置算出部201で算出された自己位置の座標を、位置情報として、時間情報と共に記憶部211内の位置情報テーブルに格納するように、記憶制御部210に指示する。

0143

(A)位置情報が作業エリアにおける移動方向の端の位置を示す場合。
(B)障害物情報に含まれる障害物の大きさを示す情報が、予め定められた値を超えた大きさを示している場合。
(C)中断指示が供給された場合。

0144

さらに、判定部220は、上述の条件(B)および(C)のうち少なくとも一方を満たすと判定した場合には、位置情報テーブルにおける項目「中断フラグ」の値を、中断を示す値「1」に設定する。なお、障害物の大きさは、障害物の、自己位置に対する相対位置における座標範囲により示されるものであり、条件(B)は、除草装置1の位置に基づく条件である。

0145

駆動制御部203’は、上述した第2の実施形態に係る駆動制御部203’と同様に、記憶部211に記憶される位置情報テーブルに格納される位置情報に示される位置に、除草装置1を移動させることができる。また、駆動制御部203’は、判定部220が条件(B)または(C)を満たすと判定した場合に、除草装置1の移動を停止させるように、ドライバ204Lおよび204Rをそれぞれ制御する。

0146

進捗計算部212は、上述した第2の実施形態に係る進捗計算部212と同様に、記憶部211に記憶される位置情報テーブルに格納される位置情報と、時間情報と、中断フラグとを用いて、上述した式(7)〜(9)に従い、作業の進捗率Prを計算する。ここで、第3の実施形態に係る進捗計算部212は、式(8)および(9)で用いる、作業エリアの奥行きの距離Lとして、作業エリアにおける移動方向の一端および他端の位置情報の差分を用いることができる。これに限らず、距離Lを既知の値としてもよい。

0147

(第3の実施形態に係る走行制御)
図17は、第3の実施形態に係る除草装置1の走行制御方法を示す一例のフローチャートである。なお、図17のフローチャートにおいて、上述した図8のフローチャートと共通する処理には同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。

0148

除草装置1の制御部20bにおいて、駆動制御部203’は、例えば操縦装置30から送信された操作命令に従いドライバ204Lおよび204Rを制御して、除草装置1を作業ライン420(図9参照)に沿って前進動作させる(ステップS100)。

0149

次のステップS300で、制御部20bにおいて、判定部220は、中断指示が供給されたか否かを判定する。判定部220は、中断指示が供給されたと判定した場合(ステップS300、「中断」)、処理をステップS302に移行させる。

0150

ステップS302で、判定部220は、記憶制御部210に対し、記憶部211内の位置情報テーブルにおける項目「中断フラグ」の値を、中断を示す値「1」に設定するよう指示する。次のステップS303で、判定部220は、位置算出部201に対し、自己位置の座標(位置情報)を算出するよう指示し、記憶制御部210に対し、位置算出部201から供給される位置情報と時間情報とを記憶部211内の位置情報テーブルに格納するよう指示する。なお、ステップS302およびステップS303の処理は、順序が逆でも構わない。

0151

駆動制御部203’は、ステップS302およびステップS303の処理が完了すると、ドライバ204Rおよび204Lを制御して、除草装置1の動作を停止させ、図17のフローチャートによる一連の処理を終了させる。

0152

ステップS300で、判定部220は、中断指示が供給されていないと判定した場合(ステップS300、「続行」)、処理をステップS101に移行させる。ステップS101で、判定部220は、除草装置1の自己位置が、前方の境界に達したか否かを判定する。ここでは、判定部220は、図7(a)を用いて説明した方法を用いてこの判定を行うものとする。すなわち、ステップS101では、位置算出部201は、自己位置を示す座標の算出処理を実行していない。判定部220は、自己位置が前方の境界に達していないと判定した場合(ステップS101、「No」)、処理をステップS100に戻し、達したと判定した場合(ステップS101、「Yes」)、処理をステップS301に移行する。

0153

ステップS301で、判定部220は、位置算出部201に対して自己位置の座標を計算するよう指示し、位置算出部201は、この指示に応じて自己位置の座標(位置情報)を算出する。判定部220は、記憶制御部210に対し、位置算出部201で算出された位置情報を、時間情報と共に記憶部211内の位置情報テーブルに格納するよう指示する。

0154

次のステップS102で、駆動制御部203’は、除草装置1を、ステップS100の前進動作の作業ラインを辿って後退動作させるように、ドライバ204Lおよび204Rを制御する。

0155

次のステップS304〜ステップS305の処理は、上述したステップS300〜ステップS301の処理と同様である。すなわち、ステップS304で、判定部220は、中断指示が供給されたか否かを判定し、供給されたと判定した場合(ステップS304、「中断」)、処理を上述したステップS302に移行させる。

0156

一方、判定部220は、ステップS304で、中断指示が供給されていないと判定した場合(ステップS304、「続行」)、処理をステップS103に移行させる。ステップS103で、判定部220は、除草装置1の自己位置が後方の境界に達したか否かを判定する。ここでも、上述のステップS101と同様に、判定部220は、図7(a)を用いて説明した方法を用いてこの判定を行うものとする。すなわち、ステップS103においても、位置算出部201は、自己位置を示す座標の算出処理を実行していない。

0157

判定部220は、自己位置が後方の境界に達していないと判定した場合(ステップS103、「No」)、処理をステップS102に戻し、達したと判定した場合(ステップS103、「Yes」)、処理をステップS305に移行する。

0158

ステップS305で、判定部220は、位置算出部201に対して自己位置の座標(位置情報)を計算するよう指示する。判定部220は、記憶制御部210に対し、指示に応じて位置算出部201で算出された位置情報を、時間情報と共に記憶部211内の位置情報テーブルに格納するよう指示する。

0159

ステップS305で位置情報および時間情報が位置情報テーブルに格納されると、処理がステップS104に移行される。ステップS104以降の処理は、図8のフローチャートにおけるステップS104以降の処理と何ら変わるところが無いため、説明を省略する。

0160

ステップS301、ステップS303およびステップS305に示されるように、第3の実施形態では、自己位置の座標の算出処理が除草装置1の作業中(移動中)の所定の条件を満たす場合に、実行される。すなわち、第3の実施形態では、自己位置の座標の算出処理を、上述した第2の実施形態と比較してより限られた条件において実行する。そのため、座標の算出に関する処理に対するCPU2000の負荷が軽減され、他の処理を高速化することが可能である。

0161

(第4の実施形態)
次に、第4の実施形態について説明する。第4の実施形態に係る除草装置1は、上述した第2の実施形態に係る処理と、上述した第3の実施形態に係る処理とを切り替え可能とするものである。より具体的には、位置算出部201における自己位置の座標の算出処理を、一定の時間間隔で実行するか、予め定められた条件を満たす場合に実行するかを切り替え可能とする。

0162

自己位置の座標の算出処理を一定の時間間隔で実行する場合は、位置情報をより高精度に取得、記憶できるため、作業エリア内における未作業領域の発生を抑制できる。一方、自己位置の座標の算出処理を予め定められた条件を満たす場合に実行する場合は、座標の算出に係る負荷が軽減され、他の処理を高速化できる。そのため、作業の高速化が可能である。自己位置の座標の算出処理を一定の時間間隔で実行するか、予め定められた条件を満たす場合に実行するかは、作業者が例えば操縦装置30の操作により設定できる。

0163

第4の実施形態は、例えば、図17に示した制御部20bにおける判定部220の判定条件を、自己位置の座標の算出処理を一定の時間間隔で実行するか、予め定められた条件を満たす場合に実行するかに応じて変更することで実現可能である。

0164

なお、上述では、各実施形態が除草装置1に適用された例について説明したが、これはこの例に限定されない。例えば、各実施形態に係る装置を、地表面を清掃する清掃装置や、除雪を行う除雪装置などに適用することも可能である。

0165

なお、上述の各実施形態は、本発明の好適な実施の例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変形による実施が可能である。

0166

各実施形態の除草装置は、下記のような用途にも利用可能である。

0168

(2)農業用整地機
農業用トラクター動力耕運機、動力耕運機用プラウ、動力耕運機用うね立て機、動力耕運機用耕運刀、くわ

0170

(4)収穫調整用機具
刈取り結束機、刈取り結束機用結束機、刈取り機用刃、ばれいしよ掘取り機コンバイントマト収穫機、かま、脱穀機もみすり機唐箕選穀機果実選別機穀物乾燥機牧草用乾燥機。

0171

(5)わら打ち機
わら打ち機、なわない機、編み機、わら用押し切り芝刈り機、じようろ、植木鉢植木鉢カバー

0172

1除草装置
10胴体
11LF,11LR,11RF,11RR車輪
12L,12Rモータ
20 制御部
21通信部
30操縦装置
40除草駆動部
100全方位カメラ
101除草機構
110 マーカ
201位置算出部
202障害物検出部
203駆動制御部
204L,204Rドライバ
300撮像画像
400 領域

0173

特開平10−320045号公報
特許第3494075号公報

先行技術

0174

田畑克彦、外4名、水田用小型除草ロボット(アイガモロボット)の開発 −自律走行のためのハードウェア検討−、岐阜県情報技術研究所報告、平成20年、第10号

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