JP2017091246A - 刈取ロボット及びそれを用いた自動刈取システム - Google Patents

Abstract

【課題】刈取範囲の刈取作業を自動的に行う刈取ロボット及びそれを用いた自動刈取システムであって、コストが安価な刈取ロボット及びそれを用いた自動刈取システムを提供することを課題とする。【解決手段】走行部２を有する走行機体３と、該走行機体２側に支持されて刈取作業を行う刈取作業部４と、刈取範囲Ｒの外縁Ｒ１に沿って環状に並べられた複数のマーカーＭの位置をセンシング又は画像認識によって検出する対象位置検出手段３１，３８と、前記走行機体３の走行を制御する制御部２５とを備え、該制御部２５は、前記対象位置検出手段３１，３８によって各マーカーＭの位置を検出し、検出された各マーカーＭの位置から上記環状の外縁Ｒ１を認識し、該環状の外縁Ｒ１によって囲まれた領域を、上記刈取範囲Ｒと認識する。【選択図】図７

Description

この発明は、刈取ロボット及びそれを用いた自動刈取システムに関する。

予め定めた刈取範囲の刈取作業を自動的に行う種々の刈取ロボット及びそれを用いた自動刈取システムが開発され、公知になっている。例えば、複数のマーカーを、刈取範囲の外縁に沿って環状に並べ（さらに具体的には、刈取範囲の各コーナーにマーカーを配置し）、該複数のマーカーによって囲まれた前記刈取範囲の刈取作業を、自動的に行う刈取ロボット及びそれを用いた自動刈取システムが公知になっている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１４−１４９６８２号公報

上記文献の刈取ロボット及びそれを用いた自動刈取システムでは、マーカーから発信した電磁波を受信した刈取ロボットが、その受信角度から、自己の位置を算出するため、各マーカーに電磁波発信手段を設ける必要があるとともに、刈取ロボットにも、マーカーからの電磁波を受信角度検出可能に受信するアンテナを設ける必要があり、コスト高になる。

本発明は、刈取範囲の刈取作業を自動的に行う刈取ロボット及びそれを用いた自動刈取システムであって、コストが安価な刈取ロボット及びそれを用いた自動刈取システムを提供することを課題とする。

本発明の刈取ロボットは、予め定められた刈取範囲の刈取作業を自動的に行う刈取ロボットであって、走行駆動される走行部を有する走行機体と、該走行機体側に支持されて刈取作業を行う刈取作業部と、前記刈取範囲の外縁に沿って環状に並べられた複数のマーカーの位置をセンシング又は画像認識によって検出する対象位置検出手段と、前記走行機体の走行を制御する制御部とを備え、該制御部は、前記対象位置検出手段によって各マーカーの位置を検出し、検出された各マーカーの位置から上記刈取範囲を囲む環状の外縁を認識し、該環状の外縁によって囲まれた領域を、上記刈取範囲と認識することを特徴とする。

前記刈取作業部は、該走行機体側に回転可能に支持された左右一対の刈取回転体と、各刈取回転体の真上側に回転可能に支持された搬送回転体とを有し、該左右一対の刈取回転体及び搬送回転体は、刈取作業中、刈取対象物を後方に掻き込むように構成され、前記刈取回転体及び搬送回転体の後方には、該刈取回転体及び搬送回転体によって後方に掻き込まれた刈取対象物を、さらに後方搬送するように回転駆動される左右方向の排出ロータが設けられたものとしてもよい。

前記刈取回転体を昇降可能に走行機体側に支持する昇降機構と、前記刈取回転体の姿勢切換を可能とする切換機構とを備えたものとしてもよい。

また、本発明の自動刈取システムは、予め定められた刈取範囲の刈取作業を自動的に行う自動刈取システムであって、前記刈取範囲の外縁に沿って環状に並べられた複数のマーカーと、該複数のマーカーによって囲まれた前記刈取範囲の刈取作業を自動的に行う刈取ロボットとを備え、前記刈取ロボットは、走行駆動される走行部を有する走行機体と、該走行機体側に支持されて刈取作業を行う刈取作業部と、前記マーカーの位置をセンシング又は画像認識によって検出する対象位置検出手段と、前記走行機体の走行を制御する制御部とを有し、該制御部は、前記対象位置検出手段によって検出された複数のマーカーの位置を検出し、検出された各マーカーの位置から上記刈取範囲を囲む環状の外縁を認識し、該環状の外縁によって囲まれた領域を、上記刈取範囲と認識することを特徴とする。

前記制御部は、上記対象位置検出手段による検出結果を用いて、各マーカーの位置と、自己の位置を同定するものとしてもよい。

前記刈取ロボットは、自己位置を検出する自己位置検出手段を有するものとしてもよい。

前記環状に並べられた複数のマーカーから、刈取範囲の環状の外縁を、一義的に認識させる認識手段を備えたものとしてもよい。

本発明は、対象位置検出手段によって検出された各マーカーの位置情報に基づいて刈取範囲を認識し、この刈取範囲の刈取作業を行うため、マーカー又は刈取ロボット側に特殊な通信装置やセンサ類を設置することは必須では無く、コストを安価に抑えることが可能になる。

本発明の適用した刈取ロボットの側面図である。 本発明の適用した刈取ロボットの平面図である。 （Ａ）乃至（Ｃ）は、それぞれ刈取制御の一例を示す説明図である。 障害物対応制御の一例を示す説明図である。 刈残し防止制御又は障害物対応制御の一例を示す説明図である。 制御部の構成を示すブロック図である。 走行制御の処理手順を示すフロー図である。 範囲認識工程の概略を説明する説明図である。 マーカー認識の構成を説明する説明図である。 周縁認識の一例を説明する説明図である。 周縁認識の一例を説明する説明図である。 周縁認識の一例を説明する説明図である。 周縁認識の一例を説明する説明図である。 周縁認識の一例を説明する説明図である。 経路生成工程の一例を説明する説明図である。 走行工程の一例を説明する説明図である。 マーカーの一例を示す正面図である。

図１，図２は、本発明の適用した刈取ロボットの側面図及び平面図である。自動草刈機（刈取ロボット）１は、左右一対のクローラ式走行装置（走行部）２を有する走行機体３と、該走行機体３の前側に昇降可能に連結されて刈取作業（草刈作業）を行う刈取部（刈取作業部）４とを備えている。

上記クローラ式走行装置２は、前後に配置された駆動スプロケット６及び従動スプロケット７と、この駆動スプロケット６と従動スプロケット７とに掛け回される環状のクローラ８とを備え、駆動スプロケット６からの動力によって、走行駆動される。

左右のクローラ式走行装置２，２を、各別に設けられた専用の動力源（具体的には、電動モータ等）によって、個別に走行駆動させる。この構成によって、走行機体の直進・旋回制御、前後進切換制御、走行速度制御等の走行制御を行うことが可能になる。

なお、左右のクローラ式走行装置２，２を、単一の動力源によって、まとめて走行駆動させてもよいが、この場合には、左右のクローラ式走行装置２，２への動力伝動を個別に断続できる構造や、左右のクローラ式走行装置２，２の駆動速度を個別に調整できる構造を、該動力源から各クローラ走行装置２，２への動力伝動経路の途中に設ける必要がある。

また、この左右のクローラ式走行装置２，２の直上に機体本体３ａが設置され、これによって走行機体３が構成されている。この機体本体３ａの上面前側には、各種センサ類をユニット化したセンサユニット９が設けられ、この機体本体３ａの後端側からは、後方側斜め上方に向かって操作ハンドル１１が延設されている。

操作ハンドル１１は、平面視で、前方が開放されたコの字状に成形され、その左右の前端部が、機体本体３ａに取付けられ、これによって、該前端部を支点に上下揺動可能に機体本体３ａに支持されている。この操作ハンドル１１は、この上下揺動によって、図１に仮想線で示す下方位置揺動姿勢である未使用姿勢と、同図に実線で示す上方位置揺動姿勢である使用姿勢とに姿勢切換可能に構成される。

上記刈取部４は、連結機構１２によって、走行機体３の前部に昇降可能に連結されている。この刈取部４は、左右一対の刈取回転体１４，１４と、左右の刈取回転体１４，１４の直上にそれぞれ配置される搬送回転体１６，１６とを有している。

各刈取回転体１４は、自身の回転中心から放射状に突出形成された刈刃１７を複数有し、この複数の刈刃１７は、刈取回転体１４の回転中心回りに並べて配置されている。この左右の刈取回転体１４，１４は、刈刃１７の回転軌跡Ｄが、平面視で重複するように、互いの距離が設定され、互いの回転中心の間で、刈取対象物（雑草の草）Ｗ（図４参照）を、後方に掻き込む方向に回転駆動される。

各搬送回転体１６は、自身の回転中心から放射状に突出形成された搬送体１８を複数有し、この複数の搬送体１８は、搬送回転体１６の回転中心回りに並べて配置され、対応する刈刃１７の真上側にそれぞれ位置している。この左右の搬送回転体１６，１６は、直下の刈取回転体１４，１４の上面に一体的に取付けられ、該刈取回転体１４，１４と一体で回転駆動される。すなわち、該左右の搬送回転体１６，１６は、互いの回転中心の間で、草Ｗを、後方に掻き込む方向に回転駆動される。

また、各搬送回転体１６の上側には、カバー体１９が設置され、この左右のカバー体１９，１９によって、左右の刈取回転体１４，１４及び搬送回転体１６，１６の真上側全体及び周囲の一部（具体的には、左右外側）がそれぞれ各別に覆われて保護される。

さらに、刈取部４の後方には、刈取部４で刈取られ後方に掻き込まれる草Ｗを、さらに後方に排出する左右方向の排出ロータ２１が回転駆動可能に配置されている。この排出ロータ２１は、左右のクローラ式走行装置２，２における駆動スプロケット６，６の間に位置し、回転径方向に突出し且つ軸方向に延びる羽根２１ａを複数有している。この羽根２１ａは、排出ロータ１２の回転軸回り所定間隔毎に複数並べて配置され、回転駆動中、上記草Ｗを後方に排出する。

ちなみに、上記排出ロータ２１の回転軸心と、左右のクローラ式走行装置２，２の駆動スプロケット６，６の回転軸心とは、同一軸心をなし、この左右のクローラ式走行装置２，２の何れか一方の走行動力を利用して、回転駆動されることが容易な構造になっている。ただし、この排出ロータ２１専用の電動モータ等の動力源を別途設けてもよい。

連結機構１２は、機体本体３ａから前方側に突出し且つ後端部を支点に上下揺動可能に機体本体３ａに支持された左右一対の昇降アーム２２，２２と、左右の各昇降アーム２２から下方に延出され且つ上端部を支点に前後揺動可能に該昇降アーム２２に支持された切換アーム２３とを備えており、この左右の各切換アーム２３の下端部に、上記刈取回転体１４及び搬送回転体１６が一体回転可能に支持されている。

昇降アーム２２及び切換アーム２３は、中空の筒状に成形され、内部に伝動機構が収容されている。ちなみに、昇降アーム２２内の伝動系統と、切換アーム２３内の伝動系統とは、切換アーム２３の昇降アーム２２に対する相対的な前後揺動を許容する構造で、接続されている。

そして、左右の刈取回転体１４，１４（及び搬送回転体１６，１６）は、電動モータ等の動力源によって、同一速度で、回転駆動される。このため、左右の刈取回転体１４，１４毎に、個別に電動モータ等の動力源を設けてもよいが、単一の動力源によって、左右の刈取回転体１４，１４を、左右の搬送回転体１６，１６と共にまとめて回転駆動させてもよい。

この場合には、単一の動力源からの回転動力を、左右の昇降アーム２２，２２側に分岐させる機構が必要になるが、これを避けるため、昇降アーム２２を１つにまとめ、この単一の昇降アーム２２の前端部に左右方向の分岐筒（図示しない）を設け、この分岐筒の左右の各端部に、切換アーム２３の上端部に連接し、左右の切換アーム２３，２３を、この分岐筒の軸回りに前後揺動可能に構成してもよい。

昇降アーム２２の中途部と、切換アーム２３の中途部とは、電動シリンダ等の伸縮アクチュエータ２４によって連結され、この伸縮アクチュエータ２４の伸縮によって、切換アーム２３の前後揺動位置が変更される（刈取回転体１４及び搬送回転体１６の姿勢が切換えられる）。

左右の昇降アーム２２，２２を一体的に上下揺動させることによって、刈取部４は、昇降されるが、この昇降の際、伸縮アクチュエータ２４の伸縮によって、刈取回転体１４及び搬送回転体１６の姿勢を一定（さらに、具体的には、同一）に保持させることが可能になる。

このような構造を有する連結機構１２の各昇降アーム２２は、刈取回転体１４及び搬送回転体１６（刈取部４）を昇降させる昇降機構として機能するとともに、伸縮アクチュエータ２４は、刈取回転体１４及び搬送回転体１６（刈取部４）の姿勢切換を行う切換機構として機能する。

以上のような機械的構成を有する自動草刈機１は、クローラ式走行装置２，２による前進直進走行中又は前進旋回走行中、刈取部４を下降させて刈取駆動させ、草Ｗの刈取作業を行う。

また、この自動草刈機１による自動での草刈作業を可能にするため、該自動草刈機１等を含む自動刈取システムを構築する。

この自動刈取システムでは、まず、自動刈取機１が刈取作業を行う範囲である刈取範囲Ｒ（図７参照）を予め定め、この刈取範囲Ｒ内を走行する走行制御を、自動草刈機１に内蔵のマイコン等から構成される制御部２５（図５参照）によって実行する。また、この走行制御の実行中、刈高さ及び刈取姿勢を最適に制御する刈取制御を実行して刈取作業効率を向上させるとともに、未刈り地（既刈り地）を認識して刈残しを防止する刈残し防止制御を実行する。この他、刈取作業中に、小石等の障害物があった場合に、これを回避等して対応する障害物対応制御も実行する。

図３（Ａ）乃至（Ｃ）は、それぞれ刈取制御の一例を示す説明図である。同図（Ａ）に示す例では、回転自在な接地輪２６を接地させることによって、刈取回転体１４及び搬送回転体１６の高さを機械的に制御する。

同図（Ｂ）に示す例では、刈取回転体１４及び搬送回転体１６側（具体的には、カバー体１９）に上下揺動可能に支持された検出アーム２７の先端側に、接地輪２６を、回転自在に設置し、該接地輪２６を接地させた状態での検出アーム２７の上下揺動位置をポテンショメータ等で検知することにより、刈取回転体１４及び搬送回転体１６の対地高さを検出し、該検出結果を利用して、刈高さを最適に制御する。

同図（Ｃ）に示す例では、ＬＲＦ等の距離を検出可能なセンサ（対地高さ検出手段）２８によって、対地高さを検出し、この検出結果を、上述の場合と同様に利用して、刈高さを最適に制御する。

また、同図（Ａ）乃至（Ｃ）の何れかの場合でも、刈取回転体１４及び搬送回転体１６の姿勢は、刈取りに適した姿勢に最適に制御される。

図４は、障害物対応制御の一例を示す説明図である。同図に示す例では、タッチセンサ２９を、各刈取回転体１４の真上又は真下側に設けて、対象物検出手段として機能させている。このタッチセンサ２９には、小石等の障害物を検出する検出部２９ａ，２９ｂ，２９ａが、自身の前部左側と、中央側と、右側とに別々に設けられている。

そして、タッチセンサ２９は、走行中、草が通過する際には、草自体が変形して各検出部２９ａ，２９ｂ，２９ｂが検出作動しない一方で、小石等の障害物が通過する際には、検出部２９ａ，２９ｂ，２９ｂが押し操作されて検出作動するように構成されている。どの検出部２９ａ，２９ｂ，２９ｂが検出作動しているかによって、障害物の位置もある程度正確に認識可能である。ちなみに、障害物が検出された際には、その障害物を回避して走行してもよいし、走行は続行しつつ、刈取部４の駆動を停止させてもよい。

また、タッチセンサ２９を刈取回転体１４の真下側に設けた場合、該タッチセンサ２９は、地面と刈取回転体１４との間にスペースを形成するスペーサとして機能する。一方、タッチセンサ２９を刈取回転体１４の真上側に設け、検出部２９ａ，２９ｂ，２９ｂの感度を高く設定することにより、走行中の草Ｗの検出を可能としてもよい。

図５は、刈残し防止制御又は障害物対応制御の一例を示す説明図である。同図に示す例では、ＬＲＦ３１を対象物検出手段として機能させることによって、草を検出することにより、既刈り地Ｅ_１と、未刈り地Ｅ_２と、その境界ＢＬとを判別している。また、このＬＲＦ３１によって、上記障害物を検出することも可能である。

図６は、制御部の構成を示すブロック図である。上述した制御部２５は、単一のマイコンによって、構成してもよいが、機能別に複数のマイコンを設け、この複数のマイコンをＣＡＮ等で、相互接続して、制御部２５を構成してもい。ちなみに、機能別にマイコンを設ける場合、例えば、走行系を制御するマイコンと、刈取系を制御するマイコンと、後述する自己位置同定用のセンサ類を制御するマイコンと、それらを総合するマイコンとを設け、この統合のマイコンに、操作系の各部材を接続させてもよい。

この制御部２５の入力側には、自動草刈機を手動で操作する手動操作手段３２と、各種設置を行う設定操作手段３３と、左右のクローラ式走行装置２，２の駆動速度を各別に検出する２つの回転センサ（走行検出手段）３４，３４と、自己の位置を検出するＧＰＳ（自己位置検出手段）３６と、自己の姿勢（向いている方向）を検出するジャイロセンサ（姿勢検出手段）３７と、上述したタッチセンサ２９と、上述した２種類のＬＲＦ２８，３１と、カメラ３８と、刈取部４の昇降位置や姿勢を検出する複数のポテンショメータ３９，４１とが接続されている。

一方、制御部２５の出力側には、左右のクローラ式走行装置２，２の駆動の入切及び駆動速度を各別に検出する２つの走行駆動手段４２，４２と、刈取部４を刈取駆動させる刈取駆動手段４３と、刈取部４を昇降駆動させる昇降手段４４と、刈取部４の姿勢切換を行う切換手段４６とが接続されている。

さらに、制御部２５には、種々の情報を表示するとともにタッチ操作も可能なタッチパネル４７と、パソコン等の情報端末Ｔと通信を行う通信手段４８とが入出力可能に接続されている。

上記手動操作手段３２は、作業者が自動草刈機１を手動操作で使用する場合であり、操作ハンドル１１等に設置されている。具体的には、操作ハンドル１１によって操向操作を行い、操作ボタンや操作レバー等を複数備えた手動操作具手段３２によって、刈取部４の昇降や姿勢切換による調整を行うとともに、刈取部４の刈取駆動の入切や、クローラ式走行装置２の走行駆動の入切を行い、適宜、刈取作業を行う。

ちなみに、このような手動操作が行われている間は、自動刈取のための制御の中止され、手動操作が優先される。

上記設置操作手段３３は、自動刈取時の各種制御（例えば、刈高さや刈取姿勢の設置、刈取範囲の認識の準備や補助、走行経路生成の準備や補助等）を行う。この際、タッチパネル４７を介して、この設置操作を行ってもよいし、或いは、情報端末Ｔに設けられた設置操作手段Ｔ１や、タッチパネルＴ２を用いて、上記設置を行ってもよく、この場合には、通信手段４８を介して、その設定情報が、制御部２５側に入力される。

ちなみに、この情報端末Ｔは、自動草刈機１の情報をモニタリングするモニタリング端末として、利用することも可能であり、この場合には、自動草刈機１からの情報を、通信手段４８を介して、情報端末Ｔに送信される。

上記２つの回転センサ３４，３４は、エンコーダ等から構成され、左右のクローラ式走行装置２，２の駆動スピードや、移動量を検出する。これによって、走行速度や、走行方向の変化や、走行距離等を、制御部２５が認識可能になる。なお、この回転センサ３４，３４は、必須のものではなく、省略可能である。

上記ＧＰＳ３６は、自動草刈機１の位置（自己位置）を検出する自己位置検手段として機能し、これによって、制御部２５は、自己位置を、逐次認識可能になるが、このＧＰＳ３６も必須のものではなく、省略可能である。

上記ジャイロセンサ３７は、自動草刈機１の向いている方角や、左右傾斜角や、前後傾斜角を検出するものであるが、必ずしも必須のものではなく、省略可能である。

上記タッチセンサ２９，ＬＲＦ２８，３１については、上述した通りであるが、ＬＲＦ３１は、後述するマーカーＭ等の対象物の位置（対象位置）を検出する対象位置検出手段としても機能する。

上記カメラ３８も、マーカーＭ等の対象物の位置（対象位置）を検出する対象位置検出手段としても機能する。ちなみに、このＬＲＦ３１及びカメラ３８の何れか一方は、必ず設ける必要があるが、両方を設けることは必須ではなく、他方を省略してもよい。そして、このＬＲＦ３１及びカメラ３８の一方又は両方は、センシング又は画像認識によって対象物の位置を検出する対象物位置検出手段として機能する。

上記ポテンショメータ３９，４１の一方は、昇降アーム２２の上下揺動位置から、刈高さを検出する刈高さ検出手段として機能するとともに、他方は、伸縮アクチュエータ２４の伸縮長さから、刈取姿勢を検出する刈取姿勢検出手段として機能する。

なお、ＧＰＳ３６、ジャイロセンサ３７、ＬＲＦ２８，３１及びカメラ３８等の少なくとも一部（本例では全部）は、ユニット化され、上述したセンサユニット９の少なくとも一部を構成している。

上記２つの走行駆動手段４２，４２は、左右のクローラ式走行装置２，２を駆動させる電動モータ等のアクチュエータ自体又はそのコントローラであってもよいが、左右のクローラ式走行装置２，２への動力伝動を断続する電気制御可能なクラッチ等であってもよい。ちなみに、本例では、電動モータ等のアクチュエータ自体及びそのコントローラから構成され、駆動速度（走行速度）も制御可能である。

上記刈取駆動手段４３は、刈取部４を駆動させる電動モータ等のアクチュエータ自体及びそのコントローラであってもよいが、刈取部４への動力伝動を断続する電気制御可能なクラッチ等であってもよい。

上記昇降手段４４は、昇降アーム２２を上下揺動させる電動シリンダ等の電気制御可能なアクチュエータによって構成されている。

上記切換手段４６は、電気制御可能な電動シリンダ等からなる伸縮アクチュエータ２４によって、少なくともその一部が構成されている。

なお、動力源を単一のエンジンで構成し、この動力を各部に伝動する構造では、出力側の各種手段４２，４３は、電気制御可能なクラッチによって構成する必要がある。

図７は、走行制御の処理手順を示すフロー図である。制御部２５が行う走行制御では、まず、上記刈取範囲Ｒを認識する範囲認識工程Ｓ１を行い、続いて、その認識された刈取範囲Ｒ内での走行経路Ｋ（図１４参照）を生成する経路生成工程Ｓ２を実行し、その生成された走行経路Ｋに沿って刈取作業を行いながら走行する走行工程Ｓ３を実行する。なお、同図に仮想線で示すように、経路生成工程Ｓ２と、走行工程Ｓ３とは、並行して実行してもよく、この場合には、刈取作業走行中に、リアルタイムに走行経路Ｋが生成されていく。

図８は、範囲認識工程の概略を説明する説明図である。まず、草Ｗを刈りたい場所ある場合、ポールやコーン等からなるマーカーＭを、その刈取範囲Ｒの環状の外縁（刈取範囲周縁）Ｒ１に沿って複数並べて配置する。さらに具体的には、このマーカーＭを、刈取範囲周縁Ｒ１の各コーナーに配置している。ちなみに、この刈取範囲Ｒの形状は、方形状や、円状や、楕円状等の特定の形状に限定されない。

自動草刈機１は、この環状に配置された複数のマーカーＭの位置を、自己位置との関係で、認識するマーカー認識を行い、続いて、該マーカー認識により認識された各マーカーＭの位置から、上記刈取範囲周縁Ｒ１を認識する周縁認識（認識手段）を行い、最後に、該周縁認識によって認識された刈取範囲周縁Ｒ１に基づいて、刈取範囲Ｒを認識する。

図９は、マーカー認識の構成を説明する説明図である。マーカー認識を行う際、まず、初期位置（図９においてＰ_０で示された位置）を、ｘｙ軸の平面上でのグローバル座標の原点（０，０）とし、その際の姿勢（向いている方角）を基準姿勢（φ＝０）とする。この位置Ｐ_０の近くに位置し且つ互いが隣接する一対のマーカーＭ（ここでは、図９においてＱ_０，Ｑ_１で示された２つのマーカーＭであり、以下、単に「Ｑ_０」、「Ｑ_１」と表記）を選び、この２つのマーカーＭ（Ｑ_０，Ｑ_１）の位置を、ＬＲＦ３１及びカメラ３８の一方又は両方（本例では、両方）によって構成された対象位置検出手段によって検出する。

この検出値は、自動草刈機１からの相対位置であるため、通常は、グローバル座標そのものではないが、この検出の時点では、グローバル座標の原点である初期位置Ｐ_０に自動草刈機１が位置し且つ基準姿勢をなしているため、検出される位置は、グローバル座標として、そのまま使用することが可能である。

続いて、自動草刈機１は、次の位置（図９においてＰ_１で示された位置）まで移動する。この際、グローバル座標が把握され且つ自身に最も近い２つのマーカーＭ（Ｑ_０，Ｑ_１）の相対位置を、対象位置検出手段３１，３８によって検出する。この２つのマーカーＭ（Ｑ_０，Ｑ_１）のグローバル座標と、該検出された相対位置とから、自動草刈機１の位置Ｐ_１でのグローバル座標（Ｘ_１、Ｙ_１）と、その姿勢（φ_１）を求めることが可能になる。

すなわち、グローバル座標が判明している２つのマーカーＭの相対位置を、対象位置検出手段３１，３８によって検出できれば、自動刈取機１のその時点でのグローバル座標及び姿勢を求めることが可能になる。

続いて、自動草刈機１は、任意のマーカーＭ（ここでは、図９においてＱ_２で示されたマーカーＭであり、以下、単に「Ｑ_２」と表記）の近くの位置（図９においてＰ_２で示された位置）まで移動し、その位置Ｐ_２での自動草刈機１のグローバル座標（Ｘ_２，Ｙ_２）及び姿勢（φ_２）を、上述と同じ手段によって把握する。なお、次のマーカーＭは、望ましくは、上記２つのマーカーＭ（Ｑ_０，Ｑ_１）に隣接する次のマーカーＭがよく、上記例ではそのようにしている。

続いて、この次のマーカーＭ（Ｑ_２）の相対位置を、対象位置検出手段３１，３８によって検出し、位置Ｐ_２での自動草刈機１のグローバル座標（Ｘ_２，Ｙ_２）及び姿勢（φ_２）から、このマーカーＭ（Ｑ_２）のグローバル座標を求める。

すなわち、対象位置検出手段３１，３８によって相対位置が検出されたマーカーＭのグローバル座標は、その検出を行った際の自動草刈機１のグローバル座標及び姿勢から求めることが可能である。

以下、同様の要領によって、残りのマーカーＭ（具体的には、同図においてＱ_３，Ｑ_４，Ｑ_５，Ｑ_６示されたマーカーＭ）についても、グローバル座標を求め、各マーカーＭに対して、自己位置の同定（自己位置同定）を行う（言換えると、各マーカーＭのグローバル座標を求める）。この自己位置同定によって、ＧＰＳ３６や、回転センサ３４，３４や、ジャイロセンサ３７は、必須のものではなくなる。

なお、上述の例は、自己位置同定の一例であり、この手段に限定されるものではなく、各マーカーＭの位置を検出可能な種々の手段が採用可能である。

また、ＧＰＳ３６及びジャイロセンサ３７を用いる場合、自動草刈機１のグローバル座標をＧＰＳ３６によって検出するとともに、姿勢をジャイロセンサ３７によって検出する。ちなみに、この場合でも、自動刈取機１の姿勢は、グローバル座標が既知となった２つのマーカーＭから検出可能であるため、ジャイロセンサ３７は、省略可能である。

さらに、左右の回転センサ３４，３４を用いる場合でも、移動量や姿勢変化は、左右の回転センサ３４，３４の値を経時的に把握していれば、算出可能であるため、初期位置及び初期姿勢を基準とすれば、それ以降は、自己のグローバル座標及び姿勢は、算出可能である。ちなみに、これらを適宜組合せて、マーカーＭの位置検出の精度や、自己位置及び姿勢の検出精度を高めてもよい。

以上のようにして、マーカー認識を行った後は、前記した通り、周壁認識を行うが、この際、複数のマーカーＭから、刈取範囲周縁Ｒ１が一義的に認識できない場合がある（例えば、図７にバツ印で示す通り、正しい周縁認識ができないケースがある）。

このため、本自動刈取システムでは、設置した全マーカーＭから、刈取範囲周縁Ｒ１が、一義的に認識されるように、上記した周縁認識を構成する。ちなみに、以上のようなマーカー認識の際の走行は、自動走行を想定しているが、手動操作によって、走行させることにより、マーカー認識をさせることも勿論可能である。

図１０は、周縁認識の一例を説明する説明図である。同図に示す例では、番号順にマーカー同士を繋ぐと刈取範囲周縁Ｒ１が形成されるように、各マーカーＭに番号を付し、各マーカーの番号を、自動草刈機１に画像認識等で認識させることにより、該刈取範囲周縁Ｒ１を一義的に認識させるものである。

ちなみに、マーカーＭへのナンバリングは、各マーカーＭに番号を印刷してもよいし、番号情報を記憶したタグ等を、各マーカーＭに取付け、このタグの情報を、自動草刈機１に読込ませてもよく、この場合には、タグの情報を読取るリーダーを、自動草刈機１に設ける必要があるが、この役割を通信手段４８に担わせてもよい。

図１１は、周縁認識の一例を説明する説明図である。同図に示す例では、刈取範囲周縁Ｒ１の同一の環状ラインＬを、紐やテープ等で、物理的に形成し、この環状ラインＬを、自動草刈機１に画等認識等で認識させる。この環状ラインＬによって、刈取範囲周縁Ｒ１は一義的に認識可能になる。

図１２は、周縁認識の一例を説明する説明図である。同図に示す例では、刈取範囲周縁Ｒ１上を全周に亘り、自動草刈機１で、作業者の手動操作により、一度、走行させ、これによって、該刈取範囲周縁Ｒ１を強制的に認識させている。

図１３は、周縁認識の一例を説明する説明図である。同図に示す例では、マーカーＭ同士を結んで刈取範囲周縁Ｒ１を認識させるが、この際、一義的に刈取範囲周縁Ｒ１が定まるように、隣接するマーカーＭ同士の間隔を狭くする。

具体的には、１つのマーカーＭは必ず他の２つのマーカーＭと接続されるというルールのもと、マーカーＭ同士を、順次結んでいく際に、あるマーカーＭと結ばれるマーカーＭを選択するにあたり、自身と繋がっていないマーカーＭのうち、最も近いマーカーＭを選択すれば、必ず正しいマーカーＭが選ばれるように、環状に並べるマーカーＭ同士の間隔を設定する。

図１４は、周縁認識の一例を説明する説明図である。同図に示す例では、刈取範囲周縁Ｒ１の概略図Ｒ１´を、上述の２種類の何れかのタッチパネル４７，Ｔ２によって、入力し、この概略図Ｒ１´と、各マーカーＭの位置情報とから、刈取範囲周縁Ｒ１の情報を認識させる。

以上のように構成された図９乃至図１３の何れかの認識手段又はこれらを組合せて、各マーカーＭの位置情報から、刈取範囲周縁Ｒ１を認識させる。

図１５は、経路生成工程の一例を説明する説明図である。同図に示す経路生成工程Ｓ２では、認識された刈取範囲Ｒに対して、その外縁から渦巻状に走行経路Ｋを生成する。この走行経路Ｋは、最初の１週は、刈取範囲周縁Ｒ１に対して、自動草刈機１の刈幅Ｄの半分（Ｄ／２）だけ内側にずらした位置に生成し、それ以降は、１週毎に、刈幅Ｄだけ内側にずらした位置に生成してく。これによって、刈残し無く、１週毎に距離が減少する走行経路Ｋが形成され、短い走行距離で、効率的に、刈取範囲Ｒの全ての刈取作業を完了させることが可能になる。

なお、生成される走行経路Ｋは、上記した例に限定されず、長手方向に往復させ、その交差方向の準備ずれていくもの等、周知・慣用されている様々な経路パターンを採用可能である。

図１６は、走行工程の一例を説明する説明図である。走行工程Ｓ３では、走行経路Ｋの所定間隔毎に通過ポイントＫ１を配置し、その時点で目指している通過ポイントＫ１に所定以上近づくと（同図に示す例では、仮想線の範囲内に入ると）、次の通過ポイントＫ１を目指し、これによって、効率的な作業走行を可能とする。

以上のように構成される自動刈取システムは、自動刈取機１及びマーカーＭを用いることにより、事前の準備負担を軽減しつつ、低コストで、自動での刈取作業を可能とするものであり、メリットが大きい。

また、刈取られた草Ｗは、後方に排出され、走行の邪魔になることが防止されるため、自動走行をスムーズに行うことが可能になる。ちなみに、この草Ｗの後方排出は、刈取部４自体でも行われるが、さらに、排出ロータ２１も用いるため、その効率性は高い。

なお、各マーカーＭに、自動草刈機１と、上記通信手段４８を介して通信を行う通信手段を設け、マーカーＭから自動草刈機１に各種情報を送信し、補助をさせてもよい。例えば、マーカーＭ自体の位置情報や番号情報を送信すること等が考えられる。

図１７は、マーカーの一例を示す正面図である。マーカーＭは、地面に設置される土台Ｍ１と、該土台Ｍ１から上方に立設された支柱Ｍ２と、該支柱Ｍ２の上端側に形成された球状の目印Ｍ３とから構成され、全体に、黄色等の目立つ色を塗装してもよい。

また、球状の目印Ｍ３を、透光性を有する材料（さらに具体的には、透明な材料）によって中空状に形成し、目印Ｍ３内には、太陽電池Ｍ３ａと、該太陽電池Ｍ３ａによってチャージされる図示しないバッテリと、該バッテリからの電力供給によって点灯する発光ダイオード等の光源Ｍ３ｂとが設けられている。そして、周囲が暗くても目印として機能するように、光源Ｍ３ｂを点灯させ、夜間の刈取範囲Ｄの認識や刈取作業を可能とする。

１ 自動草刈機（刈取ロボット）
２ クローラ式走行装置（走行部）
３ 走行機体
４ 刈取部（刈取作業部）
１４ 刈取回転体
１６ 搬送回転体
２１ 排出ロータ
２２ 昇降アーム（昇降機構）
２４ 伸縮アクチュエータ（切換機構）
２５ 制御部（マイコン）
３１ ＬＲＦ（対象位置検出手段，対象物検出手段）
３６ ＧＰＳ（自己位置検出手段）
３８ カメラ（対象位置検出手段）
Ｄ 回動軌跡
Ｍ マーカー（ポール，コーン）
Ｒ 刈取範囲
Ｒ１ 刈取範囲周縁（外縁）
Ｗ 草（刈取対象物）

Claims (7)

1. 予め定められた刈取範囲の刈取作業を自動的に行う刈取ロボットであって、
   走行駆動される走行部を有する走行機体と、
   該走行機体側に支持されて刈取作業を行う刈取作業部と、
   前記刈取範囲の外縁に沿って環状に並べられた複数のマーカーの位置をセンシング又は画像認識によって検出する対象位置検出手段と、
   前記走行機体の走行を制御する制御部とを備え、
   該制御部は、前記対象位置検出手段によって各マーカーの位置を検出し、検出された各マーカーの位置から上記刈取範囲を囲む環状の外縁を認識し、該環状の外縁によって囲まれた領域を、上記刈取範囲と認識する
   ことを特徴とする刈取ロボット。
2. 前記刈取作業部は、該走行機体側に回転可能に支持された左右一対の刈取回転体と、各刈取回転体の真上側に回転可能に支持された搬送回転体とを有し、
   該左右一対の刈取回転体及び搬送回転体は、刈取作業中、刈取対象物を後方に掻き込むように構成され、
   前記刈取回転体及び搬送回転体の後方には、該刈取回転体及び搬送回転体によって後方に掻き込まれた刈取対象物を、さらに後方搬送するように回転駆動される左右方向の排出ロータが設けられた
   請求項１に記載に刈取ロボット。
3. 前記刈取回転体を昇降可能に走行機体側に支持する昇降機構と、
   前記刈取回転体の姿勢切換を可能とする切換機構とを備えた
   請求項２に記載の刈取ロボット。
4. 予め定められた刈取範囲の刈取作業を自動的に行う自動刈取システムであって、
   前記刈取範囲の外縁に沿って環状に並べられた複数のマーカーと、
   該複数のマーカーによって囲まれた前記刈取範囲の刈取作業を自動的に行う刈取ロボットとを備え、
   前記刈取ロボットは、走行駆動される走行部を有する走行機体と、該走行機体側に支持されて刈取作業を行う刈取作業部と、前記マーカーの位置をセンシング又は画像認識によって検出する対象位置検出手段と、前記走行機体の走行を制御する制御部とを有し、
   該制御部は、前記対象位置検出手段によって検出された複数のマーカーの位置を検出し、検出された各マーカーの位置から上記刈取範囲を囲む環状の外縁を認識し、該環状の外縁によって囲まれた領域を、上記刈取範囲と認識する
   ことを特徴とする自動刈取システム。
5. 前記制御部は、上記対象位置検出手段による検出結果を用いて、各マーカーの位置と、自己の位置を同定する
   請求項４に記載の自動刈取システム。
6. 前記刈取ロボットは、自己位置を検出する自己位置検出手段を有する
   請求項４又は５の何れかに記載の自動刈取システム。
7. 前記環状に並べられた複数のマーカーから、刈取範囲の環状の外縁を、一義的に認識させる認識手段を備えた
   請求項４乃至６の何れかに記載の自動刈取システム。

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