JP6929190B2 - 自律走行型作業機のための作業領域決定システム - Google Patents
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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、作業を行うべき領域を、当該自律走行型作業機自身が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。
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。
本発明に係る自律走行型作業機のための作業領域決定システムは、作業領域を含む所定領域の一部の画像を複数の地点から撮影して、前記所定領域の全体を構成する複数の撮影画像を取得する撮影装置と、前記画像が撮影された位置を示す位置情報を取得する測位装置と、前記撮影画像および前記位置情報に基づいてマップを生成するマップ生成部と、前記マップを表示する表示部と、前記表示部に表示された前記マップに対する領域指定に基づいて前記自律走行型作業機が作業を行う作業領域を決定する作業領域決定部と、無人飛行体と、前記所定領域内の任意の位置に設置可能な指標部と、を備え、前記撮影装置および前記測位装置が前記無人飛行体に設けられ、前記撮影装置は傾斜センサを備え、前記撮影画像に、前記撮影画像を撮影したときの前記位置情報と、前記撮影画像を撮影したときの前記撮影装置の傾斜情報とを付与し、前記マップ生成部が、前記撮影画像中に存在する前記指標部と、前記撮影画像に付与された前記位置情報および傾斜情報とに基づいて、複数の前記撮影画像を合成して１つの前記マップを生成する
また、上記構成において、前記作業領域決定部は、前記撮影画像に基づいて、作業領域から除外すべき除外物の位置を識別し、前記作業領域から除外すると好適である。
また、本発明に係る作業領域決定プログラムは、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、傾斜センサを備える撮影装置により作業領域を含む所定領域の一部の画像を複数の地点から撮影して、前記所定領域の全体を構成する複数の撮影画像を取得する画像取得機能と、前記画像が撮影された位置を示す位置情報を取得する撮影位置取得機能と、前記撮影画像に、前記撮影画像を撮影したときの前記位置情報と、前記撮影画像を撮影したときの前記撮影装置の傾斜情報とが付与されており、前記撮影画像中に存在する指標部と、前記撮影画像に付与された前記位置情報および傾斜情報とに基づいて、複数の前記撮影画像を合成して１つのマップを生成するマップ生成機能と、前記マップを表示部に表示する表示機能と、前記表示機能によって表示された前記マップに対する領域指定に基づいて前記自律走行型作業機が作業を行う作業領域を決定する作業領域決定機能と、を端末制御部に実行させ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、撮影装置により撮影された作業領域を含む所定領域の画像を取得する画像取得機能と、前記画像が撮影された位置を示す位置情報を取得する撮影位置取得機能と、前記撮影画像および前記位置情報に基づいてマップを生成するマップ生成機能と、前記マップを表示部に表示する表示機能と、前記表示機能によって表示された前記マップに対する領域指定に基づいて前記自律走行型作業機が作業を行う作業領域を決定し、前記撮影画像に基づいて、作業領域から除外すべき除外物の位置を識別し、前記作業領域から除外する作業領域決定機能と、を端末制御部に実行させ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、撮影装置により撮影された作業領域を含む所定領域の画像を取得する画像取得機能と、前記画像が撮影された位置を示す位置情報を取得する撮影位置取得機能と、前記撮影画像および前記位置情報に基づいてマップを生成するマップ生成機能と、前記マップを表示部に表示する表示機能と、前記表示機能によって表示された前記マップに対する領域指定に基づいて前記自律走行型作業機が作業を行う作業領域を決定し、前記撮影画像に基づいて、作業領域から除外すべき除外物の位置を識別し、前記作業領域から除外する作業領域決定機能と、を端末制御部に実行させることを特徴とする。
これらの構成によれば、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。
また、これらの構成によれば、撮影画像中に写った指標部を手掛かりに画像を合成できるため、生成されるマップの精度を高めることができる。
また、これらの構成によれば、各撮影画像が撮影された際の撮影角度をマップ生成の際に参酌できるため、生成されるマップの精度を高めることができる。
また、これらの構成によれば、撮影画像中に写った指標部を手掛かりに画像を合成できるため、生成されるマップの精度を高めることができる。
また、これらの構成によれば、各撮影画像が撮影された際の撮影角度をマップ生成の際に参酌できるため、生成されるマップの精度を高めることができる。
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。
この構成によれば、上空から俯瞰した撮影画像に基づいてマップを生成できるため、生成されるマップの精度を高めることができる。
この構成によれば、高所から俯瞰した撮影画像に基づいてマップを生成できるため、生成されるマップの精度を高めることができる。
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。
〔第一の実施形態〕
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の第一の実施形態について、図面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の第一の実施形態について、図面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、草刈部１３、および、測位装置としての草刈機用ＧＰＳ１４を備える。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。作業領域１１０を決定するための作業領域決定システム２は、操作端末２１と、無人飛行体としてのドローン２２を備える。自律走行型草刈機１、および、ドローン２２は、いずれも操作端末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、および、表示部として動作するタッチパネル２１２、を有する。端末制御部２１１は、マップ生成部２１１ａと作業領域決定部２１１ｂとを含む。端末制御部２１１およびタッチパネル２１２により、操作端末２１は、使用者に情報を提供し、また、使用者からの入力を受け付けることができる。なお、操作端末２１としては、タブレット端末やスマートフォンなどの汎用機器を用いてもよく、専用機器を用いてもよい。
ドローン２２は、ドローン制御部２２１、撮影装置としてのカメラ２２２、測位装置としてのドローン用ＧＰＳ２２３、および、傾斜センサ２２４、を有する。ドローン制御部２２１は、情報取得部２２１ａと飛行制御部２２１ｂとを含む。ドローン２２は、撮影位置情報および傾斜情報が付与された撮影画像を取得することができる。
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、圃場１００の中の任意の地点に、マップ生成を補助するための旗１１１（指標部の一例）を設置する。旗１１１は、簡単に取り除ける態様で設置されることが好ましい。次に使用者は、操作端末２１を用いてドローン２２を操作し、ドローン２２を圃場１００の上空に飛翔させる。ドローン２２が撮影地点１０１ａの上空に到達したのち、操作端末２１を用いてドローン２２に撮影指示を送信する。撮影指示を受信したドローン２２は、カメラ２２２による撮影画像を撮影する。このとき同時に、ドローン用ＧＰＳ２２３による撮影位置情報、および、傾斜センサ２２４による傾斜情報を取得し、これらを組み合わせて、撮影位置情報および傾斜情報が付与された撮影画像３ａを取得する。その後、ドローン２２は、撮影画像３ａを操作端末２１に送信する。
撮影画像３ａを受信したのち、再び操作端末２１を操作し、ドローン２２を撮影地点１０１ｂの上空に移動させ、撮影地点１０１ａの場合と同様に撮影画像３ｂを取得する。同様の手順を繰り返し、撮影地点１０１ｃ、１０１ｄの上空において、撮影画像３ｃ、３ｄを取得し、その後、ドローン２２を着陸させる。なお、すべての撮影画像３を取得した後、旗１１１は取り除いてよい。
操作端末２１のマップ生成部２１１ａは、撮影画像３ａ〜３ｄを合成して圃場１００のマップを生成する。このとき、撮影画像３ａ〜３ｄに写った旗１１１の位置、撮影画像３ａ〜３ｄそれぞれの撮影位置情報、および、撮影画像３ａ〜３ｄそれぞれの撮影時における傾斜情報が、当該合成を行うための参照情報として利用される。生成されたマップはタッチパネル２１２に表示され、使用者はタッチパネル２１２を操作して当該マップ上に作業領域１１０を設定する。設定方法は、たとえば、タッチパネル２１２に表示されたマップのうち、作業領域１１０に該当する領域の外周を指でなぞる方法であってよい。このとき、作業領域決定部２１１ｂは、撮影画像３ａ〜３ｄに基づいて家屋１２１、立木１２２の位置を自動的に認識し、これらを除外領域１２０に組み込む。また、花壇１２３のように、画像認識により除外領域１２０に組み込むことが難しい箇所は、使用者の入力により除外領域１２０に組み入れることができる。
作業領域１１０の設定が完了すると、操作端末２１は、自律走行型草刈機１の走行ルートを自動的に設定し、これ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。操作端末２１を用いて自律走行型草刈機１に草刈りの開始を指示すると、走行制御部１１ｂは、草刈機用ＧＰＳ１４を用いて取得した自律走行型草刈機１の現在地情報に基づき、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。
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〕
本発明に係る自律走行型作業機のための作業領域決定システムの第二の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態の作業領域決定システム２´は、ドローン２２に替えて棒部材２３を備える点で第一の実施形態の作業領域決定システム２とは異なっている。棒部材２３は、棒部材制御部２３１を有するとともに、その先端部にカメラ２３２、棒部材用ＧＰＳ２３３、および、傾斜センサ２３４、を有する。棒部材制御部２３１はマップ生成部２３１ａと作業領域決定部２３１ｂとを含む。棒部材２３は、ドローン２２と同様に、撮影位置情報および傾斜情報が付与された撮影画像を取得することができる。
以下、本実施形態の自律走行型作業機のための作業領域決定システムについて、主に第一の実施形態との相違点について説明する。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の第二の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態の作業領域決定システム２´は、ドローン２２に替えて棒部材２３を備える点で第一の実施形態の作業領域決定システム２とは異なっている。棒部材２３は、棒部材制御部２３１を有するとともに、その先端部にカメラ２３２、棒部材用ＧＰＳ２３３、および、傾斜センサ２３４、を有する。棒部材制御部２３１はマップ生成部２３１ａと作業領域決定部２３１ｂとを含む。棒部材２３は、ドローン２２と同様に、撮影位置情報および傾斜情報が付与された撮影画像を取得することができる。
以下、本実施形態の自律走行型作業機のための作業領域決定システムについて、主に第一の実施形態との相違点について説明する。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。
第一の実施形態においては、ドローン２２を圃場１００の上空に飛翔させて撮影画像３を取得するが、本実施形態では、圃場１００の任意の地点に位置する使用者が、カメラ２３２などを有する棒部材２３の先端を頭上に掲げ、当該頭上から撮影画像３を取得する。
〔その他の実施形態〕
最後に、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。
最後に、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、自律走行型草刈機１と作業領域決定システム２が、それぞれ別個のＧＰＳを有する構成を例として説明した。しかし、無人飛行体または棒部材が測位装置を着脱可能に備え、当該測位装置を自律走行型作業機にも着脱可能に搭載できるように構成してもよい。
上記の実施形態では、ドローン２２または棒部材２３を備える作業領域決定システム２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、圃場を俯瞰できる位置から撮影画像を取得できる方法であれば、任意の方法を採用することができる。たとえば、撮影装置および測位装置を有するユニットを保持した使用者が、脚立などの足場を用いて高所に上がり、足場の上から撮影画像を取得するように構成してもよい。
上記の実施形態では、旗１１１の位置を参照して撮影画像３を合成し、圃場１００のマップを生成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、指標部の形態や設置位置は任意の形態にすることができる。たとえば、作業領域の境界線上に紐状の指標部を設置する形態であってよい。また、旗などの指標部を設ける替わりに、圃場に存在する家屋や立木などの固定物を、指標部として用いてもよい。
図１、２では、旗１１１が１本である構成を例示した。しかし、そのような構成に限定されることなく、複数の指標部を設置してもよい。複数の指標部を設置する場合は、たとえば互いに異なる色の着色を施すなど、それぞれの指標部を相互に識別できるような手段を講じることが好ましい。また、全ての撮影画像に少なくとも１つの指標部が写るように指標部の数および設置位置を設定すると、撮影画像の合成の精度が向上するため好ましい。
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
２ ：作業領域決定システム
３ ：撮影画像
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 ：草刈機用ＧＰＳ
２１ ：操作端末
２１１ ：端末制御部
２１１ａ ：マップ生成部
２１１ｂ ：作業領域決定部
２１２ ：タッチパネル
２２ ：ドローン
２２１ ：ドローン制御部
２２１ａ ：情報取得部
２２１ｂ ：飛行制御部
２２２ ：カメラ
２２３ ：ドローン用ＧＰＳ
２２４ ：傾斜センサ
２３ ：棒部材
２３１ ：棒部材制御部
２３１ａ ：マップ生成部
２３２ｂ ：作業領域決定部
２３２ ：カメラ
２３３ ：棒部材用ＧＰＳ
２３４ ：傾斜センサ
１００ ：圃場
１０１ ：撮影地点
１１０ ：作業領域
１１１ ：旗
１２０ ：除外領域
１２１ ：家屋
１２２ ：立木
１２３ ：花壇
２ ：作業領域決定システム
３ ：撮影画像
１１ ：草刈機制御部
１１ａ ：作業領域情報取得部
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１３ ：草刈部
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２２２ ：カメラ
２２３ ：ドローン用ＧＰＳ
２２４ ：傾斜センサ
２３ ：棒部材
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２３４ ：傾斜センサ
１００ ：圃場
１０１ ：撮影地点
１１０ ：作業領域
１１１ ：旗
１２０ ：除外領域
１２１ ：家屋
１２２ ：立木
１２３ ：花壇
Claims (2)
- 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、
作業領域を含む所定領域の一部の画像を複数の地点から撮影して、前記所定領域の全体を構成する複数の撮影画像を取得する撮影装置と、
前記画像が撮影された位置を示す位置情報を取得する測位装置と、
前記撮影画像および前記位置情報に基づいてマップを生成するマップ生成部と、
前記マップを表示する表示部と、
前記表示部に表示された前記マップに対する領域指定に基づいて前記自律走行型作業機が作業を行う作業領域を決定する作業領域決定部と、
無人飛行体と、
前記所定領域内の任意の位置に設置可能な指標部と、
を備え、
前記撮影装置および前記測位装置が前記無人飛行体に設けられ、
前記撮影装置は傾斜センサを備え、
前記撮影画像に、前記撮影画像を撮影したときの前記位置情報と、前記撮影画像を撮影したときの前記撮影装置の傾斜情報とを付与し、
前記マップ生成部が、前記撮影画像中に存在する前記指標部と、前記撮影画像に付与された前記位置情報および傾斜情報とに基づいて、複数の前記撮影画像を合成して１つの前記マップを生成する作業領域決定システム。 - 前記作業領域決定部は、前記撮影画像に基づいて、作業領域から除外すべき除外物の位置を識別し、前記作業領域から除外する請求項１に記載の作業領域決定システム。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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