JPH08256522A - 無人芝刈りシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 作業領域を自動的に芝刈りするシステムを提
供する。 【構成】 位置センサ１０１０と、ランドマークに書き
込まれている区域番号を読み取るランドマークセンサ１
０２０と、作業領域データを記憶する作業領域記憶部１
０３０と、領域教示を行ない作業領域データを作業領域
記憶部１０３０に書き込む領域モジュール１０４０と、
作業計画記憶部１０５０と、作業領域記憶部１０３０か
ら作業領域データを読み込み作業計画を作成し、作成し
た作業計画を作業計画記憶部１０５０に書き込む作業計
画モジュール１０６０と移動を行なう移動部１１１０、
芝刈部１１２０、制御モジュール１１００、障害物回避
モジュール１２００と、重大障害物センサ１２１０から
なり、自律走行しつつ芝刈りを実行する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自律で走行、作業が可能
な無人操向機械を用いて芝刈りを実行するシステムに関
する。

【０００２】

【従来の技術】例えばゴルフ場等のパッティングリー
ン、フェアウェィ、ラフ等に植え付けられた芝は、定期
的に刈りとって管理する必要があるこの芝刈りには各種
の機械を有人により操作して行われる。ゴルフ場は芝の
植え付け面積も広く、また、利用も多いためにこの芝刈
り作業のための時間をとることが難しい現状にある。こ
の芝刈り作業を自動化することができれば、人件費等の
コストダウンに加えて、夜間の芝刈り作業を行うことに
よって、ゴルフ場の利用効率を向上することができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】自律移動芝刈機が自動
的に動いて芝を刈るには （１）領域教示……どの範囲を刈るのかを芝刈機に教え
ること （２）作業計画作成……どのように刈っていくのか、つ
まり、どこで刈り初めて、どこまで行き、どこで刃をあ
げてターンし、どこでエンジンを切るか、といった入力
された領域に対して作成すること。 （３）制御……作業計画に基づき実際に芝刈機の移動
部、芝刈部を制御することという大きなプロセスの流れ
が必要である。また、安全のため、 （４）障害物回避……池や木、人などが進路上にあると
きは、迂回していくなり停止して人間の指示を待つなり
して事故を防ぐことが必要となる。 本発明は上述した課題を解決するものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、芝刈機に
操作者が乗って芝を刈る領域の周囲をまわることによっ
て領域教示をし、芝刈機で操作者がおおまかな刈方を指
示すると具体的な芝刈の計画を芝刈機のＣＰＵが作成
し、これに基づき芝刈機の移動部と駆動部を制御し自律
移動芝刈を実現し、必要があれば障害物を回避するとい
う４つのプロセスを全て芝刈機上で実現する自律移動芝
刈機のシステムに関する。第２の発明は、領域教示はオ
フライン領域教示装置上でおこない、ここで生成された
作業領域データをフロッピー、ＭＯディスク等の記憶メ
ディアにのせて自律移動芝刈機に与えて、あとの作業計
画作成、制御、障害物回避を自分で行う自律移動芝刈機
のシステムに関する。

【０００５】第３の発明は、芝刈機に操作者が乗って芝
を刈る領域の周囲をまわることによって領域教示をし、
ここで生成された作業領域データを記憶メディアで取り
出しオフライン作業計画作成装置にもって行ってここで
作業計画の作成を行い、できた作業計画は記憶メディア
によって自律移動芝刈機に渡し、あとの制御、障害物回
避を自分で行う自律移動芝刈機のシステムに関する。第
４の発明は、芝刈の領域教示と作業計画の作成はオフラ
インで行い、ここでできた作業計画を芝刈機に記録メデ
ィアを媒介として与え、この作業計画に基づき制御、障
害物回避を行う自律移動芝刈機のシステムに関する。

【０００６】

【作用】本発明は以上の手段を備えることによって無人
により複雑な地形の芝刈りを達成することができる。

【０００７】

【実施例】図１は本発明の無人芝刈りシステムに使用す
る自動芝刈機である走行車両の平面図、図２は側面図で
ある。全体を符号１で示す走行車両は走行車両本体１０
と、走行車両本体１０に外装されるボディ３００を有す
る。走行車両本体１０は、例えば自走式の芝刈り機であ
って、メインフレーム２０は、２個の前輪２２と、１個
の後輪２４で支持される。メインフレーム２０上にはエ
ンジン３０が搭載され油圧ポンプ２００，２５０を駆動
する。この芝刈り機にあっては、走行用の動力や芝のカ
ッティングユニット等の駆動力は油圧により与えられる
エンジン３０の近傍には、燃料タンク３４やバッテリー
３２等が配設される。

【０００８】メインフレーム２０の中央上部には、オペ
レータ用の座席５０がとりつけてあり、座席５０の前方
にはステアリング装置５２が配設してある。座席５０の
周囲には、手動ブレーキレバー５４やカッティングユニ
ットの制御スイッチ８０に加えて、車両の前進ペダルや
後進ペダル（図示せず）が配設されている。この走行車
両本体１０に装架されるボディ３００は、メインフレー
ム２０の周囲を曲面で囲むバンパーボディ３１０を備え
る。バンパーボディ３１０の上部には、エンジン３０の
周囲を覆うエンジンカバー３２０と、車体の前部を覆う
フロントカバー３３０がとりつけられる。これらのボデ
ィは、プラスチック等でつくられ、適宜の塗装が施され
る。

【０００９】この無人運転のために、各種のセンサと制
御装置が搭載される。制御装置のコントローラ１００
は、座席５０の周辺に配設される。センサとしては、車
両の位置や走行方向を検知するための衛星を用いるＧＰ
Ｓ（グローバルポジショニング システム）センサ１２
１や地磁気センサ１２３や光ファイバジャイロ１２４が
装備される。バンパーボディ３１０の前後には、障害物
を検知するための対物センサ１１１や、障害物や人間に
触れたときに車両を停止するための接触センサ１１３が
配設される。また、車両が地面上にあることを検知する
ための地面センサ１１２も配設される。ＧＰＳセンサ１
２１や地磁気センサ１２３を用いることによって、車両
の走行位置を検知することはできる。しかしながら、芝
刈りの作業範囲等をより正確に制御するため、地面に接
触させて車速を検知するための車速センサ１４０を装備
する。

【００１０】図３は、本発明の走行車両のシステム構成
を示す説明図である。エンジン３０は、２つの油圧ポン
プ２００，２５０を駆動する。第１の油圧ポンプ２００
は、芝のカッティングユニットと、ステアリング操作用
の油圧ポンプである。油圧ポンプ２００の出力は、コン
トロールバルブユニット４０Ａを介して、前部カッティ
ングユニット６０の上下動シリンダ６２と、後部カッテ
ィングユニット７０の上下動シリンダ７２に送られ、カ
ッティングユニット６０，７０の上下動を行なう。この
油圧は、各カッティングユニット６０，７０を駆動する
油圧モータ２０２，２０４へ送られ、カッティングユニ
ットを回転駆動する。このカッティングユニット６０，
７０は、固定刃とリール刃とを有するもので、リール刃
を回転駆動することで、固定刃との間で芝を鋭利に刈る
ことができる。

【００１１】コントロールバルブユニット４０Ａの出力
は、ステアリング油圧モータ２１０へも供給される。ス
テアリング油圧モータ２１０は、ステアリング５２に連
結されていて、ステアリング５２が操作されると、油圧
を後輪２４に操舵するシリンダ２１２へ送る。操舵用シ
リンダ２１２は、後輪２４を操舵する。第２の油圧ポン
プ２５０は、トランスミッション用の油圧ポンプであっ
て、その出力はコントロールバルブユニット４０Ｂを介
して、前輪２２の駆動用の油圧モータ２５２と、後輪２
４の駆動用油圧もモータ２５４へ送られる。運転席に設
けられた前進ペダル９０と後進ペダル９２を交互に踏む
ことによって、コントロールバルブユニット４０Ｂを介
して、車両の前進と後進が達成される。後輪２４にはデ
ィスクブレーキ２５が装備されており、手動ブレーキレ
バー５４によって機械的にブレーキがかけられる。

【００１２】ボードコンピュータを備えるコントローラ
１００は、バンパーボディ３１０に装備された障害物認
識センサ１１０からの情報を受ける。障害物認識センサ
１１０は、接触センサ１１１、地面センサ１１２、対物
センサ１１３を有する。また、地磁気センサ１２１、加
速度センサ１２２、ＧＰＳセンサ１２３、光ファイバー
ジャイロ１２４等の車両の走行を検知する各センサから
の情報も入力される。また、車両の現実の位置を検出し
て、その誤差の補正信号１２６もコントローラ１００へ
与えられる。

【００１３】本走行車両１は、無人運転モードと有人運
転モードが選択でき、この運転モードの切換用スイッチ
１０２を有する。無人運転モードと有人運転モードを確
認するために、ドアインターロックスイッチ１３８が設
けられる。無人運転を達成するために、ステアリング用
の油圧モータ２１０を制御するための操舵用モータ２３
０を備え、ステアリング角度センサ１３０の情報に応じ
て、コントローラ１００は操舵用モータ２３０に出力信
号を送る。同様に、前進ペダル９０と後進ペダル９２を
操作するアクチュエータ１３６を備え、アクセル量検知
センサ１３４を介してペダルの踏込み量を制御する。エ
ンジン３０を始動するイグニッションスイッチ３６は、
障害物認識センサ１１０の接触センサ１１１によって直
接に操作され、障害物や人に触れると、イグニッション
スイッチ３６を遮断して、エンジン３０の運転を停止す
る。エンジン３０の回転数は、スロットルレバー３７で
制御される。

【００１４】図４は、図３で示した車両のシステム構成
のうちの制御ブロック図である。車載のコントローラ１
００は、地図情報生成手段１００ａ、作業パス生成手段
１００ｂ、軌道目標値生成手段１００ｃ、車両位置推定
手段１００ｄ、位置誤差補正手段１００ｅ、目標速度・
方向演算手段１００ｆ、運動指令手段１００ｇ等を有す
る。車載のコントローラ１００は、通信手段又はインタ
ーフェース１６０を介してリモートコントロールやスイ
ッチボックス１７０に接続される。車両の位置補正手段
１００ｅは、地上に設置されるレーザー測距センサ１５
０等の外界センサに基づいて自車の現在位置を補正す
る。運動指令手段１００ｅは、操舵制御装置５２Ａと走
行制御装置９０Ａを介して操舵輪２４と駆動輪２２を制
御する。

【００１５】［実施例１］ （領域教示、作業計画作成、制御、障害物回避を全て自
律移動芝刈機で行う場合）芝刈機は、図５にしめすよう
に、芝刈機の位置姿勢を計測する位置センサ１０１０
と、地上に設置されたランドマークを検知しランドマー
クに書き込まれている区域番号を読み取るランドマーク
センサ１０２０と、作業領域データを記憶する作業領域
記憶部１０３０と、領域教示を行ない作業領域データを
作業領域記憶部に書き込む領域教示モジュール１０４０
と、作業計画を記憶する作業計画記憶部１０５０と、作
業領域記憶部から作業領域データを読み込み作業計画を
作成し、作成した作業計画を作業計画記憶部に書き込む
作業計画モジュールと移動を行なう移動部と、芝刈カッ
ターとその昇降手段からなる芝刈部と、作業計画記憶部
または障害対策記憶部から作業計画を読み込み移動部１
１１０と芝刈部１１２０を制御する制御モジュール１１
００と、障害物を検出し、障害物対策を制御部に送る障
害物回避モジュール１２００と、重大な障害物を検出し
たら移動部に働きかけてエンジンを切る重大障害物セン
サ１２１０からなる。また、地図１３００を持つことも
あり、位置センサの位置計測の補正や、作業計画作成の
際の障害物データの提供に用いられる。

【００１６】この実施例における芝刈機のおおまかな動
作の流れは、まず、領域教示モジュール１０４０で作業
領域データを作成し、この作業領域データは作業領域記
憶部１０３０に書き込まれ、次に作業計画モジュール１
０６０が作業領域記憶部１０３０から作業領域データを
読みだし、これを用いて作業計画を作成し、この作業計
画は作業計画記憶部１０５０に書き込まれ、制御部１１
００が作業計画を一つずつ読みだし、移動部１１１０と
芝刈部１１２０を制御する。この流れに並行して、障害
物回避モジュール１２００は障害物の検知を行ない、障
害物を検知した際はその対策を制御部に与える。また、
重大障害物センサ１２１０も並列に働き、重大障害物を
検知した際は即エンジン３０を切る。以下、本プロセス
を、領域教示、作業計画作成、制御、障害物回避の４つ
に分けてそれぞれ説明する。

【００１７】（領域教示 図６〜図１０参照）芝刈機に
のってランドマークＬＭ１を始点として刈りたい領域Ｅ
Ｒ１，ＥＲ２の周りをグルッと１周するとそこは芝を刈
るべき領域として芝刈機は認識する。芝を刈りたい領域
が複数あっても、その領域の周りを図６のように続けて
なぞれば、芝刈機はその位相構造を解析して二つの領域
とその領域を結ぶ経路に分解して認識する。本節では、
芝刈機に乗って領域を教示する際のユーザの操作と芝刈
機の動作について述べるが、これに先だって、領域を教
示する際に芝刈機にて作成され、やり取りされる主なデ
ータの構造について述べる。領域教示のため芝刈機を走
らせると、その経過点が図７に示すような経過点データ
として経過点記憶部に記録される。経過点データは、区
域番号と経過点の座標列からなる。一つの区域にはラン
ドマークＬＭ１が一つあり、ランドマークを通過するこ
とにより区域番号は認識される。

【００１８】この通過点データから作業領域データが作
成される。作業領域データは経過点データを、位相構造
を解析することによって、芝を刈るべき領域と、領域と
領域の間を移動するための経路に分解したものである。
領域の場合の作業領域データは図８，図１０に示すよう
に、「領域」という単語と、区域番号と、領域番号から
なる領域名に続いて、領域の外周の座標列を並べたもの
である。経路の場合の作業領域データは図９に示すよう
に、「経路」という単語と、区域番号と、経路番号から
なる区域名に続いて、領域の外周の座標列を並べたもの
である。この２つのデータが、領域教示の際に生成され
るデータである。

【００１９】図１１は、本発明の芝刈機に乗って領域を
教示する際のユーザの操作と芝刈機の動作を示すフロー
チャートである。まず、ユーザは芝刈機の領域教示入力
装置に領域教示を開始することを入力する。具体的な一
例をあげれば、操作パネルに装備された「領域教示」の
スイッチをｏｎにすることによって領域教示の開始が入
力される。こうすることによって領域教示入力装置は領
域教示開始の入力を受け付けたことになる（ステップＳ
１０）。次に、ユーザは芝刈機をランドマークの上に移
動させる。すると、ランドマークセンサがランドマーク
を検知し（ステップＳ１１）、ランドマークセンサは作
業領域データ作成部に区域番号を送る（ステップＳ１
２）。すると、作業領域データ作成部は経過点記憶部に
区域番号を書き込む（ステップＳ１３）。

【００２０】ユーザが芝刈機を刈りたい領域の外周に沿
って走らせると、位置センサは位置を計測する（ステッ
プＳ１４）．作業領域データ作成部はこの位置を位置セ
ンサから読み込み（ステップＳ１５）、位置を経過点記
憶部に書き込む（ステップＳ１６）。ユーザが芝刈機を
領域教示のため走らせている間、このことは繰り返され
る。ここで、もしランドマークセンサがランドマークを
検知したら（ステップＳ１７）、新たな経過点データの
作成を開始する（ステップＳ１２）。領域の教示を終わ
るにはユーザは芝刈機の領域教示入力装置に領域教示を
終了することを入力する。具体的な一例をあげれば、操
作パネル上の「領域教示」のスイッチをｏｆｆにするこ
とによって領域教示の終了が入力される。こうすること
によって領域教示入力装置は領域教示終了の入力を受け
付けたことになる（ステップＳ１８）。

【００２１】すると、作業領域データ作成部は、各区域
毎に、図６の経過点データを作業領域データに変換する
手順に従い、作業領域データを作成する（ステップＳ１
９）。図６の様な区域に対応する経過点データ（図７）
から作成される作業領域データを図８，図９，図１０に
示す。この作業領域データは、作業領域記憶部に書き込
まれ（ステップＳ２０）、領域教示は終了する。図１２
は経過点のデータを作業領域に変換する手順を示すフロ
ーチャートである。

【００２２】（作業計画作成 図１３，図１４参照）自
動で芝を刈るには、どういう経路で芝を刈って行くの
か、どこでカッターをあげ下げし、どこでカッターの回
転停止を行なうのか、一度すべての動作を教え込んで、
次から芝を刈るときはその動作を単純に繰り返す、とい
う方法が考えられるが、本芝刈機では、領域の周りを一
回りすれば、この領域内をどのような経路で刈っていく
のか、どこでカッターの上げ下げをしどこでカッターの
回転停止をするかという作業計画は自動的に作成される
ようになっている。本節では作業計画を構成するコマン
ドを紹介した後、芝刈機が作業計画を自動的に生成する
ための構成と動作について述べる。

【００２３】作業計画を構成するコマンド ｇｏ＿ｓｔｒ（ｘ，ｙ，ｖ）…点（ｘ，ｙ）に速度ｖで
まっすぐ進め ｇｏ＿ｆｉｔ（ｘ，ｙ，ｖ）…点（ｘ，ｙ）に速度ｖで
前後の拘束条件にあわせて進め ｅｎｇｉｎｅ＿ｏｎ…エンジンを始動する ｅｎｇｉｎｅ＿ｏｆｆ…エンジンを停止する ｕｐ…カッターを上げる ｄｏｗｎ…カッターを下げる ｃｕｔ…カッターを回転させて芝刈りを行う

【００２４】例えば、図１４の（Ｂ）のようにＡからＢ
に移動するときとＣからＤに移動するときには、まっす
ぐ進みたいので、ｇｏ＿ｓｔｒを用い、ＢからＣに移動
するときには、Ｂ，Ｃにおける向きと最小回転半径が拘
束条件となるのでｇｏ＿ｆｉｔを用いる。

【００２５】図１３は芝刈機が作業計画を自動的に生成
するための構成と動作を示すフローチャートである。ま
ず、ユーザが作業パターン選択部にてどのような模様に
芝を刈るかというパターン選択情報を入力する（ステッ
プＳ６０）。具体的な一例を上げると、操作パネル上の
ボタンで芝を刈るパターンのボタンを押す。このパター
ン選択情報は作業計画作成部に送られ（ステップＳ６
１）ると、作業計画部はパターン選択情報に対応する作
業パターンを作業パターン記憶部から読み込む（ステッ
プＳ６３）。作業パターンは、パターン選択情報で選ば
れた模様に刈るための経路を生成するためのプログラム
である。

【００２６】次に、作業計画作成部はどの範囲の芝を刈
ったら良いかという作業領域データを作業領域記憶部か
らを読み込み（ステップＳ６３）、さらに地図を用いる
場合には、地図を読み込む（ステップＳ６４）。地図に
は、スプリンクラーや排水溝等の障害物情報が記載され
ているので、ここで刃を上げるように作業計画を作成す
ればカッターを痛めないようにすることができる。作業
計画作成部は作業パターンと地図に基づき、作業領域で
の作業計画を作成する（ステップＳ６５）。こうして作
成された作業計画は、作業計画記憶部に書き込まれる
（ステップＳ６６）。ここで、ステップＳ６５の、作業
計画作成部が作業パターンに基づいて作業計画を作成す
る手順の一例を、図１４の（イ）を用いて述べる。

【００２７】まず、作業パターンとして、櫛型に領域を
刈っていくパターンが選択されたとする。すると、開始
点Ｏから一定方向に進み、回転に必要な長さだけ外周か
ら手前まで進むようにｇｏ＿ｓｔｒ（Ａ，ｖＡ）が生成
される。次に、ＣからＤまでまっすぐに刈るために、ま
ずｇｏ＿ｆｉｔ（Ｂ，ｖＢ）が生成され、そのあとにｇ
ｏ＿ｓｔｒ（Ｃ，ｖＣ）が作成される。同様に、ｇｏ＿
ｆｉｔ（Ｄ，ｖＤ）でターンしてＤからＥに向かって刈
っていきたいが、途中にＳでスプリンクラーがあるの
で、ｇｏ＿ｓｔｒ（Ｅ，ｖＥ）でＳの手前まで進み、ｕ
ｐでカッターをあげてからｇｏ＿ｓｔｒ（Ｆ，ｖＦ）で
スプリンクラーを乗り越え、ｃｕｔで再び芝刈りを開始
し、ｇｏ＿ｓｔｒ（Ｇ，ｖＧ）で点Ｇに向かう。以下同
様にしてＩまで進んだら、ｅｎｇｉｎｅ＿ｏｆｆでエン
ジンを切る。このように作業計画が生成される。

【００２８】（制御 図１５参照）制御モジュールで
は、作業計画モジュールまたは障害物回避モジュールか
ら作業計画のコマンド（作業計画の部分でコマンドの説
明をしてある）を受けとって、これを用いて移動部と芝
刈部を制御する。移動に関するコマンド、ｇｏ＿ｓｔｒ
またはｇｏ＿ｆｉｔを制御命令作成部が読み込むと（ス
テップＳ８０）、制御命令作成部は位置センサから位置
を読み込む。（ステップＳ８３）。この位置がコマンド
の目標位置に達していれば次のコマンドを読み込みにい
き、達していなければ制御命令作成部はコマンドの目標
位置を現在の位置に基づき、どの方向にどれくらいの速
さで移動すればいいのかという目標速度ベクトルを作成
する（ステップＳ８５）。

【００２９】この目標速度ベクトルは制御量作成部に送
られ、制御量作成部は制御特性記憶部から、目標の向き
に進むにはステアリングをどれくらい切ればいいのか、
目標の速さですすむにはアクセルをどのくらい開けば良
いのかという制御特性データを読み込み、目標速度ベク
トルを実現するための制御量を計算する（ステップＳ８
６）。この制御量は移動部に送られ、移動部はこの制御
量に基づきうごく。このループは目標位置に達するまで
繰り返される。

【００３０】次に、芝刈に関するコマンド、ｕｐ、ｄｏ
ｗｎ、ｃｕｔを制御命令作成部が読み込むと（ステップ
Ｓ８２）、この命令は芝刈部を制御する電気信号に代え
られ、芝刈部はこの電気信号に基づき刃を上げたり下げ
たり、カッターを回して芝を刈ったりする（ステップＳ
８９，Ｓ９０）。エンジンのｏｎ／ｏｆｆに関するコマ
ンドｅｎｇｉｎｅ＿ｏｎ、ｅｎｇｉｎｅ＿ｏｆｆを制御
命令作成部が読み込むと（ステップＳ８２）、制御命令
作成部はエンジンの始動のためのモーターに電流を流し
たり（ステップＳ８７）、エンジンの電気系を遮断した
りする（ステップＳ８８）。これによってエンジンの始
動停止が行われる。

【００３１】（障害物回避 図１６参照）図１６は障害
物回避の処理を示すフローチャートである。障害物セン
サが障害物を検知すると（ステップＳ１００）、その情
報は障害物対策作成部へ送られる（ステップＳ１０
１）。障害物対策作成部は障害物情報に対応する障害物
対策パターンを障害物対策パターン記憶部から読み込み
（ステップ（Ｓ１０２）、障害物対策作成部は障害物対
策パターンと障害物情報に基づき障害物を作成する（ス
テップＳ１０３）。障害物対策作成部は障害物対策を障
害物対策記憶部に書き込み（ステップＳ１０４）、制御
命令作成部は障害対策記憶部から障害対策を一つずつ読
み込む（ステップＳ１０５）。

【００３２】障害対策がすべて終了したかをチェックし
（ステップＳ１０６）、終了していなかったらステップ
Ｓ１０７へ進む。障害対策が移動に関する場合は、ステ
ップＳ１１０以下の処理を実行する。障害物対策がエン
ジンのＯＮ，ＯＦＦに関する場合は、ステップＳ１２０
以下の処理を実行し、ステップＳ１０５へ戻る。障害物
対策が芝刈りに関する場合は、ステップＳ１３０以下の
処理を実行し、ステップＳ１０５へ戻る。

【００３３】［実施例２］ （領域教示をオフラインで行う場合）芝刈機は、図１７
に示すように、芝刈機の位置姿勢を計測する位置センサ
１０１０と、ランドマークを検知しランドマークに書き
込まれている区域番号を読み取るランドマークセンサ１
０２０と作業領域データを記憶する作業領域記憶部１０
３０と、作業領域記憶部から作業領域データを読み込み
作業計画を作成し、作成した作業計画を作業計画記憶部
に書き込む作業計画モジュール１０６０と、作業計画を
記憶する作業計画記憶部１０５０と、作業計画記憶部か
ら作業計画を読み込み移動部と芝刈部を制御する制御モ
ジュール１１００と、移動を行う移動部１１１０と、障
害物を検出し、障害物対策を制御部に送る障害物回避モ
ジュール１２００と、芝刈カッターとその昇降手段から
なる芝刈部１１２０と、重大な障害物を検出したら即移
動部に働きかけてエンジンを切る重大障害物センサ１２
１０からなる。また、地図１３００を持つこともあり、
位置センサの位置計測の補正や、作業計画作成の際の障
害物データの提供に用いられる。

【００３４】この実施例における芝刈機のおおまかな動
作の流れは、まず、オフライン領域教示装置で作成され
作業領域記憶部に記憶されている作業領域データを記憶
メディアによって芝刈機の作業領域記憶部１０３０に移
す。次に、作業計画モジュール１０６０が作業領域記憶
部１０３０から作業領域データを読みだし、これを用い
て作業計画を作成し、この作業計画は作業計画記憶部１
０５０に書き込まれ、制御部１１００が作業計画を一つ
づつよみだし、移動部１１１０と芝刈部１１２０を制御
する。この流れに並行して、障害物回避モジュール１２
００は障害物の検知を行ない、障害物を検知した際はそ
の対策を制御部１１００に与える。また、重大障害物セ
ンサ１２１０も並列に働き、重大障害物を検知した際は
即エンジンを切る。以下、作業計画作成、制御、障害物
回避の３つの手順は［実施例１］に同じである。ここで
はオフライン領域教示装置の構成と働きについて詳細に
説明する。

【００３５】（オフライン領域教示 図１８，図１９参
照）ここでは、芝刈機にのって領域の外周をグルッと回
って領域を教示する方法の代わりに、オフライン領域教
示装置の画面上で領域を教示する方法について述べる。
図１８はシステム構成を示す。図１９は処理のフロー図
を示し、まず、表示／入力制御部が地図記憶部から地図
を読み込み（ステップＳ２００）、表示部に地図を表示
する（ステップＳ２０１）。次に、表示部が区域を選ぶ
ように要求してくるので（ステップＳ２０２）、領域教
示したい区域を区域番号入力部に入力する（ステップＳ
２０３）、具体的方法の一例としては、表示部の画面の
ランドマークをタッチペンで指示する。すると、区域番
号入力部に区域番号が入力されたことになる（ステップ
Ｓ２０３）。

【００３６】すると、表示部には領域を入力したいの
か、それとも領域を刈る順番を入力したいのか、尋ねて
くるので（ステップＳ２０４）、入力モード選択部でど
ちらにするか選択する（ステップＳ２０５）。具体的な
一例としては、表示部の画面の「領域」か「手順」かを
タッチペンで触れる ここで、領域の入力のほうを選ぶと（ステップＳ２０
６）、領域の外周を入力する事が可能となる。領域入力
部に領域の外周上の点を入力すると（ステップＳ２０
７）、表示部にはその点が表示される（ステップＳ２０
８）。具体的には、表示部の画面にて領域の外周をタッ
チペンでなぞって行くと、画面上に領域が表示される。
領域の外周を入力し終わったら、領域入力部に領域入力
が終わったことを伝える（ステップＳ２０９）。具体的
には、表示部からタッチペンを離すなどすればよい。す
ると、領域番号付加部は領域領域番号を付け（ステップ
Ｓ２１０）、表示／入力制御部はこの領域番号と作業領
域データを作業領域記憶部に書き込む（ステップＳ２１
１）。

【００３７】このあと、ステップＳ２０４に戻って、領
域を入力したいのか手順を入力したいのか聞いてくる。
領域を入力したいのならこれまで述べたことを繰り返せ
ばよい。すべての領域を入力し終えて、今度は領域をど
ういう手順で刈るかということを入力することが必要と
なる。そこで、ステップＳ２０６で手順を選択する。す
ると、実行手順入力部にて実行する順番に領域か経路を
指定する（ステップＳ２２０）。具体的な一例として
は、実行順にタッチペンで領域が経路を指す。すると、
領域か経路には指定した順番に番号が付けられる（ステ
ップＳ２２４）。すべての手順を入力し終えたら実行手
順入力部に手順入力の終了を指示すると（ステップＳ２
２２）、具体的な例を挙げれば、画面に表示される「終
了」部分をタッチペンで指せば、手順の入力が終了し、
表示／入力制御部は手順にしたがって作業領域データを
作業領域記憶部に書き換える。このようにして作業領域
はオフラインにて教示される。

【００３８】［実施例３］ （作業計画作成をオフラインで行う場合）芝刈り機は、
図２０に示すように、芝刈り機の位置姿勢を計測する位
置センサ１０１０と、ランドマークを検知しランドマー
クに書き込まれている区域番号を読み取るランドマーク
センサ１０２０と、作業領域データを記憶する作業領域
記憶部１０３０と、領域教示を行ない作業領域データを
作業領域記憶部に書き込む領域教示モジュール１０４０
と、作業計画を記憶する作業計画記憶部１０５０と、作
業計画記憶部または障害対策記憶部から作業計画を読み
込み移動部と芝刈り部を制御する制御モジュール１１０
０と、移動を行なう移動部１１１０と、芝刈カッターと
その昇降手段からなる芝刈部１１２０と、障害物を検出
し、障害物対策を制御部に送る障害物回避モジュール１
２００と、重大な障害物を検出したらそく移動部に働き
かけてエンジンを切る重大障害物センサ１２１０からな
る。また、地図１３００を持つこともあり、位置センサ
の位置計測の補正や、作業計画作成の際の障害物データ
の提供に用いられる。

【００３９】この実施例における芝刈機の大まかな動作
の流れは、まず、領域教示モジュール１０４０で作業領
域データを作成し、この作業領域データは作業領域記憶
部１０３０に書き込まれ、次に記憶メディアによって芝
刈機の作業領域記憶部に記憶されている作業領域データ
を記憶メディアによってオフライン作業計画作成装置の
作業領域記憶部に移し、オフライン作業計画作成装置で
作成した作業計画を芝刈機の作業計画記憶部１０５０の
記憶メディアに移し、制御部１１００が作業計画を一つ
ずつ読みだし、移動部１１１０と芝刈部１１２０を制御
する。この流れに並行して、障害物回避モジュール１２
００は障害物の検知を行ない、障害物を検知した際はそ
の対策を制御部に与える。また、重大障害物センサ１２
１０も並列に働き、重大障害物を検知した際は即エンジ
ンを切る。領域教示、制御、障害物回避の３つの手順は
実施例１に同じである。ここではオフライン作業計画作
業装置の構成と働きについて詳細に説明する。

【００４０】（オフライン作業計画作成 図２１，図２
２参照）領域教示したあとの作業計画の作成をオフライ
ンで行うことによって、人間が作業計画の変更ができる
ようになる。ここでは、オフラインで作業計画を作成す
る方法について述べる。図２１は装置の構成を示すブロ
ック図である。図２２は処理のフローチャートである。
まず、表示／入力制御部は地図を読み込み（ステップＳ
３００）、表示部に地図を表示する（ステップＳ３０
１）。作業領域記憶部からは作業領域データを読み込み
（ステップＳ３０２）、表示部に表示する。ここで、表
示部には作業計画を作成したい領域を選択するように要
求してくるメッセージが表示される（ステップＳ３０
３）。領域選択部にて領域が選択されると（ステップＳ
３０４）、具体的な例としては、表示部の画面で作業計
画を作成したい領域をタッチペンで指すと、選択された
領域は表示／入力制御部に送られる（ステップＳ３０
６）。

【００４１】ここで、もし選択した領域にすでに作業計
画が作成されていれば（ステップＳ３０８）、表示／入
力制御部は図ｐｄ−３のように作業計画の実行状況を表
示する（ステップＳ３０９）。次に、櫛形に刈るのか渦
巻き型に刈るのかといった作業パターンを選択するよう
図ｐｄ−４のような表示が表示部になされ（ステップＳ
３１０）、ユーザは作業パターン選択部にて作業パター
ンを選択する（ステップＳ３１１）。櫛形に刈るとか、
渦巻き型に刈るとか、事前に用意されたパターンにした
がって作業計画を作成する場合には、作業パターンが作
業パターン選択部から作業計画作成部に送られ（ステッ
プＳ３１２）、作業計画作成部はこれに対応する作業パ
ターンを作業パターン記憶部から読み出す（ステップＳ
３１３）。作業計画作成に必要なパラメータ、例えば、
何メートル間隔で刈るのかといった情報をパラメータ入
力装置にて入力する（ステップＳ３１４）。作業計画作
成部は作業容量記憶部から作業領域データを読み込み
（ステップＳ３１５）、地図を読み込み（ステップＳ３
１６）、作業計画を作成し、作業計画記憶部に書き込
み、表示部に表示する（ステップＳ３１９）。

【００４２】作業パターンを選択する際に（ステップＳ
３１１）手動作成が入力された場合について説明する。
作業計画入力部にて実行したいコマンドを選択し（ステ
ップＳ３２２）、コマンドを実行する位置を入力する
と、コマンドが作業計画記憶部に記憶され、表示部に作
業計画の実行状況が表示される（ステップＳ３２５）。
また、作業計画の消去が選択されると（ステップＳ３２
１）、作業計画作成部で消去したいコマンドが入力され
た後（ステップＳ３２６）、該当するコマンドが作業計
画記憶部から消去され（ステップＳ３２７）、表示部に
作業計画の実行状況が表示される（ステップＳ３２
８）。ステップＳ３２０で作業計画の作成の終了が指示
されると、オフライン作業が終了する。

【００４３】［実施例４］ （領域教示、作業計画作成をオフラインで行い、自律移
動芝刈機は作業計画をうけとって制御、障害物回避を行
う場合）芝刈機は、図２３に示すように、芝刈機の位置
姿勢を計測する位置センサ１０１０と、ランドマークを
検知しランドマークに書き込まれている区域番号を読み
取るランドマークセンサ１０２０と、作業計画を記憶す
る作業計画記憶部１０５０と、作業計画記憶部または障
害対策記憶部から作業計画を読み込み移動部と芝刈部を
制御する制御モジュール１１００と、移動を行なう移動
部１１１０と、芝刈カッターとその昇降手段からなる芝
刈部１１２０と、障害物を検出し、障害物対策を制御部
に送る障害物回避モジュール１２００と、重大な障害物
を検出したらそく移動部に働きかけてエンジンを切る重
大障害物センサ１２１０からなる。また、地図１３００
を持つこともあり、位置センサの位置計測の補正や、作
業計画作成の際の障害物データの提供に用いられる。こ
の実施例における芝刈機の大まかな動作の流れは、ま
ず、オフライン領域教示装置で作業領域データを作成
し、この作業領域データを記憶メディアまたはケーブル
によってオフライン作業計画装置に移し、オフライン作
業計画作成装置では作業計画を作成し、オフライン作業
計画作成装置で作成した作業計画を芝刈機の作業計画記
憶部１０５０の記憶メディアに移し、制御部１１００が
作業計画を一つずつ読みだし、移動部１１１０と芝刈部
１１２０を制御する。この流れに並行して、障害物回避
モジュールは障害物の検知を行ない、障害物を検知した
際はその対策を制御部に与える。また、重大障害物セン
サも並列に働き、重大障害物を検知した際はエンジンを
切る。制御、障害物回避の３つの手順は実施例１に同じ
である。また、オフライン領域教示は実施例２に、オフ
ライン計画作成は実施例３に同じである。

【００４４】

【発明の効果】本発明は以上のように、自律走行機能を
備えて無人運転が可能な自動芝刈機にあって、任意の地
形を有する領域を芝刈りする際に、有人運転によって領
域を走行すると、芝刈機がその作業エリアを認識し、作
業計画を作成して自動芝刈りを達成する。この作業領域
の教示は、自動芝刈機以外のオフライン装置上でデータ
を作成し、自動芝刈機に教示することも可能である。自
動芝刈機は障害物を回避しつつ芝刈りを実行することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す自動芝刈機である走行車
両の平面図。

【図２】本発明の実施例を示す自動芝刈機である走行車
両の側面図。

【図３】本発明の自動芝刈機である走行車両のシステム
構成を示す説明図。

【図４】図３で示した車両のシステム構成のうちの制御
ブロック図。

【図５】本発明の第１の実施例のシステム構成を示すブ
ロック図。

【図６】作業領域の説明図。

【図７】作業領域のデータを示す説明図。

【図８】作業領域のデータを示す説明図。

【図９】作業領域のデータを示す説明図。

【図１０】作業領域のデータを示す説明図。

【図１１】領域指示のフローチャート。

【図１２】経過点データを作業領域に変換するフローチ
ャート。

【図１３】作業計画の作成アルゴリズムを示すフローチ
ャート。

【図１４】芝刈り作業領域を示す説明図。

【図１５】自動芝刈機の制御のアルゴリズムを示すフロ
ーチャート。

【図１６】割り込み処理のアルゴリズムを示すフローチ
ャート。

【図１７】本発明の第２の実施例のシステム構成を示す
ブロック図。

【図１８】オフラインによる領域指示装置の構成図。

【図１９】オフラインによる領域のフローチャート。

【図２０】本発明の第３の実施例によるシステム構成を
示すブロック図。

【図２１】オフラインによる経路生成装置の構成図。

【図２２】オフラインによる経路生成のアルゴリズムを
示すフローチャート。

【図２３】本発明の第４の実施例のシステム構成を示す
ブロック図。

【符号の説明】

１ 走行車両 １０ 走行車両本体 ２０ メインフレーム ２２，２４ 車輪 ３０ エンジン ４０ コントロールバルブユニット ５０ 座席 ５２ ステアリング ６０，７０ カッティングユニット １００ コントローラ １１１ 接触センサ １１２ 地面センサ １１３ 対物センサ １２１ 地磁気センサ １２２ 加速度センサ １２３ ＧＰＳセンサ １２４ 光ファイバージャイロ １２６ 受光素子 ２８０ 運転状態表示ランプ ３００ ボディ １０１０ 位置センサ １０２０ ランドマークセンサ １０３０ 作業領域記憶部 １０４０ 領域教示モジュール １０６０ 作業計画モジュール １１００ 制御モジュール １２００ 障害物回避モジュール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０５Ｄ 1/02 Ｇ０５Ｄ 1/02 Ｓ (72)発明者 青野 俊宏 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 三宅 徳久 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両のフレームと、フレーム上に載置さ
   れるエンジンと、エンジンの動力により駆動される車輪
   と、走行操作装置と、走行操作装置を制御する制御装置
   とを有する芝刈機にあって、 芝刈機の位置姿勢を計測する位置センサと、 ランドマークを検知しランドマークに書き込まれている
   区域番号を読み取るランドマークセンサと、 作業領域データを記憶する作業領域記憶部と、 領域教示を行ない作業領域データを作業領域記憶部に書
   き込む領域教示モジュールと、 作業計画を記憶する作業計画モジュールと、 作業領域記憶部から作業領域データを読み込む作業計画
   を作成し、作成した作業計画を作業計画記憶部に書き込
   む作業計画モジュールと、 芝刈機の移動を行う移動部と、 芝刈カッターとその昇降手段からなる芝刈部と、 作業計画記憶部または障害対策記憶部から作業計画を読
   み込み移動部と芝刈部を制御する制御モジュールと、 障害物を検出し、障害物対策を制御部に送る障害物回避
   モジュールと、 重大な障害物を検出すると同時に移動部に働きかけてエ
   ンジンを切る重大障害物センサを備えてなる無人芝刈り
   システム。
2. 【請求項２】 車両のフレームと、フレーム上に載置さ
   れるエンジンと、エンジンの動力により駆動される車輪
   と、走行操作装置と、走行操作装置を制御する制御装置
   とを有する芝刈機にあって、 芝刈機の位置姿勢を計測する位置センサと、 ランドマークを検知しランドマークに書き込まれている
   区域番号を読み取るランドマークセンサと、 作業領域データを記憶する作業領域記憶部と、 作業領域記憶部から作業領域データを読み込み作業計画
   を作成し、作成した作業計画を作業計画記憶部に書き込
   む作業計画モジュールと、 作業計画を記憶する作業計画記憶部と、 作業計画記憶部から作業計画を読み込み移動部と芝刈部
   を制御する制御モジュールと、 芝刈機の移動を行なう移動部と、 芝刈カッターとその昇降手段からなる芝刈部と、 障害物を検出し、障害物対策を制御部に送る障害物回避
   モジュールと、 重大な障害物を検出すると同時に移動部に働きかけてエ
   ンジンを切る重大障害物センサを備えてなる無人芝刈り
   システム。
3. 【請求項３】 車両のフレームと、フレーム上に載置さ
   れるエンジンと、エンジンの動力により駆動される車輪
   と、走行操作装置と、走行操作装置を制御する制御装置
   とを有する芝刈機にあって、 芝刈機の位置姿勢を計測する位置センサと、 ランドマークを検知しランドマークに書き込まれている
   区域番号を読み取るランドマークセンサと、 作業領域データを記憶する作業領域記憶部と、 領域教示を行ない作業領域データを作業記憶部に書き込
   む領域教示モジュールと、 作業計画を記憶する作業計画モジュールと、 作業計画記憶部または障害対策記憶部から作業計画を読
   み込み移動部と芝刈部を制御する制御モジュールと、 芝刈機の移動を行なう移動部と、 芝刈カッターとその昇降手段からなる芝刈部と、 障害物を検出し、障害物対策を制御部に送る障害物回避
   モジュールと、 重大な障害物を検出すると同時に移動部に働きかけてエ
   ンジンを切る重大障害物センサを備えてなる無人芝刈り
   システム。
4. 【請求項４】 車両のフレームと、フレーム上に載置さ
   れるエンジンと、エンジンの動力により駆動される車輪
   と、走行操作装置と、走行操作装置を制御する制御装置
   とを有する芝刈機にあって、 芝刈機の位置姿勢を計測する位置センサと、 ランドマークを検知しランドマークに書き込まれている
   区域番号を読み取るランドマークセンサと、 作業計画を記憶する作業計画記憶部と、 作業計画記憶部または障害物対策記憶部から作業計画を
   読み込み移動部と芝刈部を制御する制御モジュールと、 芝刈機の移動を行なう移動部と、 芝刈カッターとその昇降手段からなる芝刈部と、 障害物を検出し、障害物対策を制御部に送る障害物回避
   モジュールと、 重大な障害物を検出すると同時に移動部に働きかけてエ
   ンジンを切る重大障害物センサを備えてなる無人芝刈り
   システム。