(57)【要約】【課題】刈取作業を自動で行う自動刈取システムであって、事前作業の手間が軽減される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】自走して刈取作業を行う刈取ロボット１と、上方を飛行する飛行体１００とを備え、前記飛行体１００は、刈取ロボット１の刈取作業を行う範囲である作業範囲Ｅ又は該作業範囲Ｅ内での走行経路Ｒを決定するための外部環境情報を取得する外部環境情報取得手段１１４，１１６を有し、該飛行体１００から前記刈取ロボット１への情報の受渡を可能とする情報受渡手段４８，１１７が設けられ、前記飛行体１００、刈取ロボット１、或いは、これらの何れか一方との間で情報交換可能な制御端末２００は、上記外部環境情報に基づき、上記作業範囲Ｅ又は走行経路Ｒを決定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
刈取作業を自動で行う自動刈取システムであって、
自走して刈取作業を行う刈取ロボットと、
該刈取ロボットの上方を飛行する飛行体とを備え、
前記飛行体は、刈取ロボットの刈取作業を行う範囲である作業範囲又は該作業範囲内での走行経路を決定するための外部環境情報を取得する外部環境情報取得手段を有し、
該飛行体から前記刈取ロボットへの直接的又は間接的な情報の受渡を可能とする情報受渡手段が設けられ、
前記飛行体、刈取ロボット、或いは、該飛行体及び刈取ロボットの少なくとも何れか一方との間で情報交換可能な制御端末は、上記取得された外部環境情報に基づき、上記作業範囲又は走行経路を決定する
ことを特徴とする自動刈取システム。
【請求項２】
前記飛行体は、外部環境情報取得手段によって、作業範囲の少なくとも一部の高低差の情報も取得するように構成され、
前記飛行体、刈取ロボット又は制御端末は、上記走行経路の決定にあたり、前記高低差の情報も利用する
請求項１に記載の自動刈取システム。
【請求項３】
前記飛行体は、外部環境情報取得手段によって、作業範囲における少なくとも一部の障害物の情報も取得するように構成され、
前記飛行体、刈取ロボット又は制御端末は、上記走行経路の決定にあたり、前記障害物の情報も利用する
請求項１又は２の何れかに記載の自動刈取システム。
【請求項４】
前記刈取ロボットは、上記決定された走行経路に沿って上空を飛行している飛行体を追跡する
請求項１乃至３の何れかに記載の自動刈取システム。
【請求項５】
前記刈取ロボットは、上記決定された走行経路に沿って走行する
請求項１乃至３の何れかに記載の自動刈取システム。
【請求項６】
前記飛行体は、上記刈取ロボットが前記走行経路を走行している最中、上空から、外部環境情報取得手段によって、上記作業範囲内に侵入する移動体を検出する
請求項５に記載の自動刈取システム。
【請求項７】
上記取得された外部環境情報によって、前記飛行体の自己位置同定を行う
請求項１乃至６の何れかに記載の自動刈取システム。
【請求項８】
前記飛行体は、刈取ロボットの位置同定が可能なように、該刈取ロボットの形状の少なくとも一部を外部環境情報取得手段によって取得するように構成された
請求項１乃至７の何れかに記載の自動刈取システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、刈取作業を自動で行う自動刈取システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
刈取作業を自動で行う種々の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、作業範囲の外縁に沿って環状に並べ、該複数のマーカーによって囲まれた前記作業範囲の刈取作業を、自動的に行う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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１４９６８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記文献の自動刈取システムでは、作業範囲の各コーナーにマーカーを配置する必要があるので、この作業範囲の平面視形状がコーナー数の多い複雑な形状の場合には設置するマーカーの数が多くなり、事前作業の手間が増大する他、作業範囲の平面視形状がコーナーを有しないような形状の場合には対応が困難なケースがあり、汎用性が低い。
【０００５】
本発明は、刈取作業を自動で行う自動刈取システムであって、事前作業の手間が軽減され且つ汎用性も高い自動刈取システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、刈取作業を自動で行う自動刈取システムであって、自走して刈取作業を行う刈取ロボットと、該刈取ロボットの上方を飛行する飛行体とを備え、前記飛行体は、刈取ロボットの刈取作業を行う範囲である作業範囲又は該作業範囲内での走行経路を決定するための外部環境情報を取得する外部環境情報取得手段を有し、該飛行体から前記刈取ロボットへの直接的又は間接的な情報の受渡を可能とする情報受渡手段が設けられ、前記飛行体、刈取ロボット、或いは、該飛行体及び刈取ロボットの少なくとも何れか一方との間で情報交換可能な制御端末は、上記取得された外部環境情報に基づき、上記作業範囲又は走行経路を決定することを特徴とする。
【０００７】
前記飛行体は、外部環境情報取得手段によって、作業範囲の少なくとも一部の高低差の情報も取得するように構成され、前記飛行体、刈取ロボット又は制御端末は、上記走行経路の決定にあたり、前記高低差の情報も利用するものとしてもよい。
【０００８】
前記飛行体は、外部環境情報取得手段によって、作業範囲における少なくとも一部の障害物の情報も取得するように構成され、前記飛行体、刈取ロボット又は制御端末は、上記走行経路の決定にあたり、前記障害物の情報も利用するものとしてもよい。
【０００９】
前記刈取ロボットは、上記決定された走行経路に沿って上空を飛行している飛行体を追跡するものとしてもよい。
【００１０】
前記刈取ロボットは、上記決定された走行経路に沿って走行するものとしてもよい。
【００１１】
前記飛行体は、上記刈取ロボットが前記走行経路を走行している最中、上空から、外部環境情報取得手段によって、上記作業範囲内に侵入する移動体を検出するものとしてもよい。
【００１２】
上記取得された外部環境情報によって、前記飛行体の自己位置同定を行うものとしてもよい。
【００１３】
前記飛行体は、刈取ロボットの位置同定が可能なように、該刈取ロボットの形状の少なくとも一部を外部環境情報取得手段によって取得するように構成されたものとしてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の刈取システムによれば、刈取ロボットの上方を飛行する飛行体が外部環境情報取得手段によって取得した外部環境情報に基づいて作業範囲又は走行経路を決定するため、事前作業の手間が軽減され、汎用性も高い。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明を適用した自動刈取システムの構成を概念的に示す概念図である。
【図２】図１に示す草刈ロボットの側面図である。
【図３】図１に示す草刈ロボットの平面図である。
【図４】（Ａ）乃至（Ｃ）は、それぞれ草刈ロボットの刈高さ制御の一例を示す説明図である。
【図５】障害物対応制御の一例を示す説明図である。
【図６】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。
【図７】本草刈ロボットに搭載された制御部の構成を示すブロック図である。
【図８】図１に示す飛行体の正面図である。
【図９】図１に示す飛行体の平面図である。
【図１０】本飛行体に搭載された制御部の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明を適用した自動刈取システムの処理手順を示すフロー図である。
【図１２】認識された草刈範囲に基づいて走行経路を生成する一例を説明する平面図である。
【図１３】本発明の別実施形態に係る自動刈取システムの処理手順を示すフロー図である。
【図１４】本発明の別実施形態に係る自動刈取システムの処理手順を示すフロー図である。
【図１５】本発明の別実施形態に係る自動刈取システムの構成を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、本発明を適用した自動刈取システムの構成を概念的に示す概念図である。本発明を適用した自動刈取システムでは、上空を飛行している飛行体１００によって対象範囲の情報（外部環境情報）をセンシング（取得）し、この対象範囲内の少なくとも一部を構成する草刈範囲（作業範囲）Ｅ（図１２参照）を認識し、この草刈範囲Ｅの草（刈取対象物）Ｗを、自走可能な草刈ロボット（刈取ロボット，自動草刈機）１によって自動的に刈取る。
【００１７】
まず、図２乃至図７に基づき、草刈ロボットの構成を説明する。
【００１８】
図２，図３は、図１に示す草刈ロボットの側面図及び平面図である。草刈ロボット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草刈作業（刈取作業）を行う刈取部（作業部）４とを備えている。
【００１９】
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とに掛け回される側面視で環状のクローラ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。
【００２０】
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３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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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の回転方向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が平面視で互いに重複するように、配置構成されている。また、この左右の刈取回転体１４，１４は、互いの間で刈った草Ｗを後方に掻き込む方向（図３における矢印方向）に回転駆動される。
【００２６】
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、直下の刈取回転体１４と同一方向に回転駆動される。すなわち、この左右の搬送回転体１６，１６は、刈った草Ｗを互いの間で後方に掻き込む方向に回転駆動される。さらに詳しく説明すると、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（同一の回転速度で）回転駆動される。ちなみに、各搬送回転体１６に設けられた上記複数の搬送体１８は、該搬送回転体１６の回転方向に並べて配置されている。
【００２７】
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。
【００２８】
さらに、刈取部４の後方には、刈取部４で刈取られて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の回転軸回りに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。
【００２９】
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。なお、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。
【００３０】
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の前端部に支持された切換アーム２３とを備えている。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。
【００３１】
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、動力伝動可能に接続されている。
【００３２】
そして、左右の刈取回転体１４，１４（及び搬送回転体１６，１６）は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、この電動モータを、左右の昇降アーム２２，２２にそれぞれ設置している。
【００３３】
なお、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。また、このような伝動経路の複雑化を防止するため、単一の昇降アーム２２を設け、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、この左右の切換アーム２３，２３を、この分岐筒の軸回りに前後揺動可能に支持させてもよい。
【００３４】
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）。
【００３５】
左右の昇降アーム２２，２２を同一の上下揺動位置を保持して一体的に上下揺動させることによって、刈取部４が昇降される。このように昇降高さが変化した場合でも刈取回転体１４及び搬送回転体１６が一定（具体的には、同一）の姿勢で保持させるように、伸縮アクチュエータ２４の伸縮を制御することが可能である。
【００３６】
このような構造を有する連結機構１２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、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も機能する。
【００３７】
以上のような機械的構成を有する草刈ロボット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、草刈作業を行う。
【００３８】
図４（Ａ）乃至（Ｃ）は、それぞれ草刈ロボットの刈高さ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の昇降高さ（刈高さ）を機械的に制御する。
【００３９】
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、上述の接地輪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の上下揺動位置を図示しない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。
【００４０】
同図（Ｃ）に示す例では、ＬＲＦ（レーザーレンジファインダー）等の距離検出可能なセンサ（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。
【００４１】
図５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（外部情報取得手段）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の前部の中央側と、左側と、右側とには、それぞれ小石等の障害物を検出する検出部２９ａ，２９ｂ，２９ｃが前方突出した状態で設けられている。
【００４２】
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，２９ｃ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，２９ｃ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，２９ｃが検出作動しているかによって、障害物の位置も認識可能である。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。
【００４３】
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，２９ｃ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他、この場合には、上記スペーサを刈取回転体１４の真下側に別途設けてもよい。
【００４４】
図６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、前方側に検出方向を設定したＬＲＦ（外部情報取得手段）３１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Ｅ１と、未刈り地Ｅ２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。
【００４５】
図７は、本草刈ロボットに搭載された制御部の構成を示すブロック図である。本草刈ロボットに搭載する制御部３０は、単一のマイコンによって構成してもよいし、或いは複数のマイコンによって構成してもよい。この複数のマイコン同士はＣＡＮ等で相互接続することが望ましい。
【００４６】
ちなみに、制御部３０を相互通信可能な複数のマイコンによって構成する場合、これらのマイコンを機能別に分類してもよい。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。
【００４７】
この制御部３０は、各種情報を記憶する記憶部３０ａを有し、その入力側には、草刈ロボット１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（具体的には、ロール、ピッチ、コンパス）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（外部情報取得手段）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。
【００４８】
一方、制御部３０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（昇降アーム２２，２２を上下揺動駆動）させる昇降手段４４と、刈取部４の姿勢切換を行う上述の伸縮アクチュエータ（切換手段）２４と、バランスウェイト等の変位によって草刈ロボット１の重心を変更する重心変更手段４６とが接続されている。
【００４９】
さらに、制御部３０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、上述の飛行体１００やパソコンやスマートフォン等の情報端末（制御端末）２００との通信（具体的には無線通信）を行う通信手段４８とが入出力可能に接続されている。
【００５０】
上記手動操作手段３２は、作業者が草刈ロボット１を手動操作する場合に使用するものであり、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う。
【００５１】
ちなみに、制御部３０は、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を中止し、該手動操作を優先するように構成されている。
【００５２】
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２００のタッチパネル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３０側に入力される。
【００５３】
ちなみに、この情報端末２００は、草刈ロボット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、草刈ロボット１からの情報が通信手段４８を介して情報端末２００に送信される。
【００５４】
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３０が認識可能になる。
【００５５】
上記ＧＰＳ３６は、草刈ロボット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３０は、自己位置を、逐次認識可能になる。
【００５６】
上記ジャイロセンサ３７は、草刈ロボット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。
【００５７】
上記カメラ３８は、刈取ロボット１の前方を撮影するものであり、単眼視でもステレオ視でもよく、ステレオ視ではＬＲＦ３１と同様の機能を発揮する。
【００５８】
上記ポテンショメータ３９，４１の一方は昇降アーム２２の上下揺動位置等を検知することにより刈取部４の昇降高さを検出する昇降高さ検出として機能するとともに、他方は伸縮アクチュエータ２４の伸縮長さ等を検知することにより刈取部４の姿勢を検出する姿勢検出手段として機能する。
【００５９】
なお、ＧＰＳ３６、ジャイロセンサ３７、ＬＲＦ３１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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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、電気的な信号で制御可能なクラッチによって構成する必要がある。
【００６３】
上記昇降手段４４は、昇降アーム２２を上下揺動させる伸縮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。
【００６４】
次に、図８乃至図１０に基づき、飛行体１００の構成を説明する。
【００６５】
図８，図９は、図１に示す飛行体の正面図及び平面図である。飛行体１００は、機体１０１と、該機体１０１の上面側に設置された複数（図示する例では４つ）の回転翼（ロータ）１０２とを有する無人且つ小型のマルチコプター（ドローン）である。
【００６６】
複数の回転翼１０２は、平面視で、機体１０１の中心部から円状に所定間隔毎に満遍なく配置されている。一方、機体１０１には、平面視で、中心部分から各回転翼１０２の配置位置に向かって一体的に突出形成された筒状部１０１ａを有している。
【００６７】
上記複数の回転翼１０２毎に電動式の回転翼駆動モータ１０３が個別に設けられている。また、隣接する回転翼１０２同士は、互いの回転トルクを相殺するように、回転方向が逆方向に設定される。さらに、この回転翼駆動モータ１０３は、回転数を変更可能であり、各回転翼１０２の回転数を適切に制御することにより、機体１０１の上昇飛行や下降飛行や前進飛行や後進飛行や左右旋回飛行やホバリングを行う。
【００６８】
また、この機体１０１の下面側からは、着陸時に機体１０１を自立させる脚１０４が下方に向かって突設されている他、該下面の中央部側には、飛行体１００の下方側の外部環境情報を取得する各種センサ類がユニット化されたセンサユニット１０６が設置されている。
【００６９】
図１０は、本飛行体に搭載された制御部の構成を示すブロック図である。飛行体１００に搭載された制御部１０７は、単一のマイコンによって構成してもよいし、或いは複数のマイコンによって構成してもよい。複数のマイコンによって制御部１０７の構成する場合、回転翼駆動モータ１０３毎に設けられたマイコンと、これらのマイコンを統合して管理するマイコンとを設けてもよい。
【００７０】
この制御部１０７は各種情報を記憶する記憶部１０７ａを有している。この制御部１０８の入力側には、飛行体１００を遠隔で手動操作する手動遠隔操作手段１０８と、各種設置を行う設定操作手段１０９と、自己の位置を検出するＧＰＳ（自己位置検出手段）１１０と、飛行体１００に作用する加速度（荷重）を検出する加速度センサ１１１と、自己の姿勢（具体的には、ロール、ピッチ、コンパス）を検出するジャイロセンサ（姿勢検出手段）１１２と、飛行高度を気圧等に基づいて検出する高度計（高度検出手段）１１３と、ＬＲＦ（外部環境情報取得手段）１１４と、カメラ（外部環境情報取得手段）１１６とが接続されている。
【００７１】
一方、制御部１０７の出力側には、各回転翼駆動モータ１０３が回転数を制御可能な状態で接続されている。
【００７２】
さらに、制御部１０７には、前記飛行体１００や情報端末２００との通信（具体的には無線通信）を行う通信手段１１７が入出力可能に接続されている。
【００７３】
上記手動遠隔操作手段１０８は、オペレータが、図示しないリモコン等を用いて、飛行体１００の手動操作を行う際に用いられる。なお、飛行体１００と無線通信可能な情報端末２００をリモコンの代わりに用い、該飛行体１００の手動の遠隔操作を行ってもよい。
【００７４】
上記設置操作手段１０９は、飛行体１００によって、飛行して外部環境情報を取得する前記対象範囲や、飛行高度や、飛行経路等の設定を行う。また、飛行経路は、対象範囲を定めた時点で、自動で生成されるようにしてもよいし、或いは、この対象範囲自体を飛行体１００が上空を飛行して自動的に識別するようにしてもよい。さらに、この設定を情報端末２００によって行ってもよい。
【００７５】
ちなみに、この情報端末２００は飛行体１００の情報をモニタリングするモニタリング端末としても利用することも可能である。この場合、飛行体１００からの情報が通信手段１１７を介して情報端末２００に無線送信される。
【００７６】
上記加速度センサ１１１、ジャイロセンサ１１２及び高度計１１３は、各回転翼１０３の回転制御の用いられ、機体１０１の姿勢や高度が、その飛行形態（具体的には、昇降飛行、前後進飛行、左右旋回飛行、ホバリング等）に応じて、最適に制御される。
【００７７】
上記ＬＲＦ１１４は、飛行体１００の下方における地表Ｇの形状、草Ｗの形状や存在有無、草刈ロボット１の形状や存在の有無等を検出可能（外部環境情報を取得可能）である。
【００７８】
上記カメラ１１６は、飛行体１００の下方を撮影するものであり、単眼視でもステレオ視でもよく、ステレオ視ではＬＲＦ１１４と同様の機能を発揮する。また、このカメラ１１６を用いた画像認識によって、対象範囲内で草Ｗが生えている範囲（すなわち、前記草刈範囲Ｗ）や、草刈ロボット１の存在を識別させることも可能である。
【００７９】
ちなみに、上述のセンサユニット１０６は、ＬＲＦ１１４及びカメラ１１６を含むでいるが、ＬＲＦ１１４又はカメラ１１６の何れか一方は省略可能である。
【００８０】
次に、図１、図７、図１０、図１１及び図１２に基づき、前記草刈ロボット１、飛行体１００及び情報端末２００によって構成される自動刈取システムの処理手順について説明する。
【００８１】
図１１は、本発明を適用した自動刈取システムの処理手順を示すフロー図である。処理が開始されると、ステップＳ１０１に進む。ステップＳ１０１では、飛行体１００（制御部１０７）が対象範囲内に成形された飛行経路を予め定められた所定距離飛行し、ステップＳ１０２に進む。ステップＳ１０２では、飛行体１００が自身のＬＲＦ１１４及びカメラ１１６の一方又は両方によって外部環境情報（本例では、草Ｗ、刈取ロボット１及び地表Ｇの形状等の情報）を取得し、ステップＳ１０３に進む。
【００８２】
ステップＳ１０３では、飛行体１００が上記取得した外部環境情報から対象範囲のマップの一部を作成し、ステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４では、飛行体１００が上記取得した外部環境情報等に基づいて、自己位置同定を行い、ステップＳ１０５に進む。ちなみに、ステップＳ１０３及びステップＳ１０４の２つの処理は略同時に実行され、マップ作成及び自己位置同定を同時に行うＳＬＡＭの処理となる。
【００８３】
ステップＳ１０５では、飛行体１００が、全対象範囲のマップ（環境地図）の作成が完了したか否かを確認し、完了していればステップ１０６に進む一方で、完了していなければステップＳ１０１に処理を戻す。ちなみに、この環境地図の情報は、その作成途中においても、飛行体１００の制御部１０７の記憶部１０７ａに逐次記憶されていく。
【００８４】
このステップＳ１０１→ステップＳ１０２→ステップＳ１０３→ステップＳ１０４→ステップＳ１０５→ステップＳ１０１→・・・のループ処理によって、全対象範囲をカバーする環境地図が作成される。この環境地図の情報中には、草Ｗが生えている範囲や、地表Ｇの形状（高低差や傾斜度合）や、草刈ロボット１の形状の情報が含まれている。
【００８５】
ステップＳ１０６では、飛行体１００が、受信した環境地図情報に含まれる形状の情報等に基づいて、環境地図中での草刈ロボット１を検出し、さらに、これらの情報から草刈ロボット１の位置同定や姿勢の識別を行い、ステップＳ１０７に進む。
【００８６】
ちなみに、環境地図に含まれる形状の情報に基づいて草刈ロボット１を検出するためには、草刈ロボット１の形状の少なくとも一部（好ましくは特徴部分）又は全体の情報を予め記憶部１１７ａに記憶されておき、この情報と、ＬＲＦ１１４又はカメラ１１６によって取得される形状情報とのマッチングを行うことが１つの手段として考えられる。
【００８７】
このステップＳ１０６の処理が完了した時点で、全対象範囲をカバーする環境地図の情報（環境地図情報）と、この対象範囲の何処にどのような姿勢で草刈ロボット１が位置しているのかという情報（草刈位置情報）と、この対象範囲中の何処に飛行体１００が位置しているのかという情報（飛行位置情報）とが揃い、これらの情報は、制御部１０７に記憶部１０７ａに記憶される。
【００８８】
ステップＳ１０７では、飛行体１００が、上記環境地図情報から、全草刈範囲Ｅを認識し、ステップＳ１０８に進む。ちなみに、対象範囲中から草刈範囲Ｅを識別する場合、例えば、対象範囲中の草が生えている範囲を草刈範囲Ｅとして識別する等の手法が考えられる。
【００８９】
ステップＳ１０８では、草刈範囲Ｅの情報（草刈範囲情報）と、刈取位置情報とから、草刈ロボット１の走行経路Ｒ（図１２参照）を生成し、この走行経路Ｒの情報（走行経路情報）を、環境地図情報及び刈取位置情報と共に、草刈ロボット１に送信し、ステップＳ１０９に進む。ちなみに、この走行経路Ｒの生成の詳細については後述する。
【００９０】
ステップＳ１０９では、草刈ロボット１（制御部３０）が、通信手段４８，１１７を介した無線通信によって、飛行体１００から送信されてくる草刈位置情報、走行経路情報及び環境地図情報を受信し、これらの情報を記憶部３０ａに記憶するとともに、これらの情報を利用して、草刈作業を行いながら走行経路Ｒを走行する。
【００９１】
草刈ロボット１が走行経路Ｒを走行している最中、走行の障害になる障害物等はタッチセンサ２９やＬＲＦ３１によって検出し、これらを回避するように走行経路Ｒを補正してもよい。また、草刈ロボット１は、該走行中にＳＬＡＭを実行し、環境地図情報や走行経路情報の補正を行ってもよい。さらに、図６に示すように、ＬＲＦ３１等を利用して、草Ｗの刈残しを防止させてもよい。
【００９２】
一方、このステップＳ１０９での草刈ロボット１による草刈作業の最中、飛行体１００は、草刈範囲Ｅの上空（さらに、具体的には、草刈範囲Ｅにおける内外の境界部分の真上側）を周回飛行又はホバリングし、草刈範囲Ｅ内に侵入しているか、或いは侵入しようとしている人や動物等の移動体をＬＲＦ１１４又はカメラ１１６によって検出し、このような移動体を回避するように補正された走行経路Ｒ、或いは走行停止等の指示を通信手段４８，１１７を介して刈取ロボット１に送信する。
【００９３】
そして、草刈ロボット１は、走行経路Ｒの全経路を走行し終えると、全草刈範囲Ｅでの草刈作業が完了したものとして、処理を終了させる。
【００９４】
図１２は、認識された草刈範囲に基づいて走行経路を生成する一例を説明する平面図である。同図に示す通り、認識された草刈範囲Ｅに対して、その外縁から渦巻状に走行経路Ｒを生成する。さらに詳細に説明すると、最初の最も外側の１週は、草刈範囲Ｅの外周縁に対して草刈ロボットの刈幅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、刈残しが無い走行経路Ｒを成形可能になる。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。
【００９５】
また、環境地図情報には地表Ｇの形状情報が含まれ、これらの形状情報に基づいて高低差や傾斜角度の情報を取得又は算出できるため、これらの情報を加味して、走行経路Ｒを生成してもよい。例えば、図１のように、地表Ｇに凸部Ｇ１が形成されている場合には、草刈ロボット１が該凸部Ｇ１を回避するように前記走行経路Ｒを形成するか、或いは該凸部Ｇ１を登る際若しくは下る際の傾斜が緩くなるように前記走行経路Ｒを形成する。
【００９６】
さらに、ＬＲＦ１１４又はカメラ１１６によって取得される地表Ｇの形状情報に基づいて、環境地図上での障害物の位置や範囲を検出することも可能である。そして、このようにして位置や範囲が認識された障害物が草刈ロボット１で乗越えることが可能な場合、この障害物が走行経路Ｒ上に存在していても問題ないが、乗越えることが不可能な場合、この障害物を回避した走行経路Ｒを生成する。ちなみに、ＬＲＦ１１４又はカメラ１１６によって取得される形状の情報から、障害物を検出するためには、一般的な障害物の形状パターンの情報を記憶部１０７ａに予め記憶させておくことが望ましい。
【００９７】
以上のように構成される自動刈取システムによれば、飛行体１００が対象範囲の上空を飛行することのみによって事前作業が自動的に完了するため、事前作業の手間が軽減される他、外部環境情報の取得を上空からの行うため、様々な形状の草刈範囲Ｅに対応させることが可能であり、汎用性も高い。
【００９８】
また、飛行体１００はＬＲＦ１１４及びカメラ１１６の少なくとも何れか一方によって外部環境情報を取得するが、飛行体１００と地表Ｇとの間に障害物が存在していたとしても、ある程度の精度で外部環境情報を取得可能である。特に、間の障害物がある場合の測定精度はＬＲＦ１１４の方が高くなる。
【００９９】
さらに、対象範囲の上方に障害物が存在する場合に、該障害物の真下側で、飛行体１００を低空飛行させて外部環境情報を高精度に取得してもよい。
【０１００】
ちなみに、飛行体１００の飛行中、その飛行の障害になる物体も、ＬＲＦ１１４及びカメラ１１６によって検出させ、これらの物体を回避して、飛行体１００を飛行させることが可能である。この場合、ＬＲＦ１１４又はカメラ１１６による測定範囲は、真下側のみでなく、上方や前方や後方や左右側方等に広げることも考えられる。
【０１０１】
なお、上述の例では、飛行体１００から草刈ロボット１への情報の受渡を、上述の通信手段１１７，４８を介した直接的な無線通信によって行うが、情報受渡手段はこのような手段に限定されない。例えば、飛行体１００と草刈ロボット１との間に情報端末２００を仲介させて、間接的な無線通信を行ってもよい。この他、草刈ロボット１と、該草刈ロボット１の近くまで飛行して着陸した飛行体１００との間で、通信手段１１７，４８を介した直接的又は間接的な有線通信によって、情報の受渡を行うことも可能であるし、さらには、飛行体１００に着脱可能に装着された外部記憶媒体を取外して、草刈ロボット１に装着することにより、情報の受渡を行ってもよい。ちなみに、各種情報は、相互の無線通信によって、草刈ロボット１と飛行体１００と情報端末２００との間で共有化させてもよい。
【０１０２】
また、飛行体１００側で、障害物や移動体や高低差の識別が可能であるため、草刈ロボット１に外部環境情報取得手段（具体的には、タッチセンサ２９，ＬＲＦ３１、カメラ３８）を設けることは必須ではなく、これらの外部環境情報取得手段２９，３１，３８を省略することも可能である。
【０１０３】
また、ステップＳ１０１〜ステップＳ１０９までの処理において、上空からの外部環境情報の取得は飛行体１００が行う必要があるが、環境地図の作成（マッピング）や、草刈ロボット１及び飛行体１００の位置同定や、草刈範囲Ｅの識別や、走行経路Ｒの生成等は、相互無線通信による情報の共有化によって、草刈ロボット１や情報端末２００に行わせることも可能である。
【０１０４】
さらに、上述の例では、対象範囲から草刈範囲Ｅを識別する処理（ステップＳ１０７の処理）を行っているが、対象範囲を草刈範囲Ｅとみなして（対象範囲＝草刈範囲Ｅ）、ステップＳ１０７の処理を省略し、ステップＳ１０６→ステップＳ１０８と処理が進むようにしてもよい。
【０１０５】
また、本例では、飛行体１００として回転翼１０２を４個設けたが、この個数を３個以上の範囲（望ましくは偶数個）で変更することも可能である他、１つの回転翼からなる小型のヘリコプターや、小型の飛行体によって飛行体１００を構成することも可能である。
【０１０６】
次に、図１３に基づき、本発明の別実施形態について、上述の形態と異なる点を説明する。
【０１０７】
図１３は、本発明の別実施形態に係る自動刈取システムの処理手順を示すフロー図である。同図に示すステップＳ２０１〜ステップＳ２０４の処理は、図１１に示すステップＳ１０１〜ステップＳ１０４の処理と同一又は略同一である。そして、ステップＳ２０５では、ステップＳ２０３でマッピングした対象範囲の一部の環境地図から、草刈ロボット１の位置同定を行い、ステップＳ２０６に進む。
【０１０８】
ステップＳ２０６では、対象範囲の一部の環境地図から、草刈範囲Ｅの一部を識別し、ステップＳ２０７に進む。ステップＳ２０７では、識別された草刈範囲Ｅの一部から走行経路Ｒの一部を生成し、ステップＳ２０８に進む。ステップＳ２０８では、草刈ロボット１が、草刈作業を行いながら、ステップＳ７で成形した走行経路Ｒの一部を走行し、ステップＳ２０９に進む。
【０１０９】
ステップＳ２０９では、草刈作業を完了した範囲が、対象範囲の全てをカバーしているか否かを判定し、カバーしていれば処理を終了する一方で、カバーしていなければステップＳ２０１に処理を戻す。ちなみに、草刈作業を完了した範囲が、対象範囲の全てをカバーしている状態とは、対象範囲全体の環境地図が完成している状態であるとともに、対象範囲中の草刈範囲Ｅの全ての草刈作業が完了した状態である。
【０１１０】
以上のように、全対象範囲をカバーした環境地図の作成している最中に、草刈作業も並行して行うことも可能である。
【０１１１】
次に、図１４に基づき、本発明の別実施形態について、上述の形態と異なる点を説明する。
【０１１２】
図１４は、本発明の別実施形態に係る自動刈取システムの処理手順を示すフロー図である。同図に示すステップＳ３０１〜ステップＳ３０７の処理は、図１１に示すステップＳ１０１〜ステップＳ１０７の処理と同一又は略同一である。
【０１１３】
そして、ステップＳ３０８では、飛行軌跡が平面視で走行経路Ｒと同一又は略同一になるようにして（言換えると、走行経路Ｒに沿って）、飛行体１００を草刈範囲Ｅの真上で飛行させるとともに、この飛行体１００を追跡するようにして、草刈ロボット１を、草刈作業をさせながら走行させる。
【０１１４】
そして、飛行体１００が全走行経路Ｒを飛行し終え、草刈ロボット１が飛行体１００の真下側まで到着すると、草刈範囲Ｅ内の草刈作業が完了したものとして、処理を終了させる。
【０１１５】
以上のような構成によれば、飛行体１００を追跡する草刈ロボット１は、位置同定を行うことなく、結果として走行経路Ｒを走行することになり、処理の負荷が軽減される。
【０１１６】
次に、図１５に基づき、本発明の別実施形態について、上述の形態と異なる点を説明する。
【０１１７】
図１５は、本発明の別実施形態に係る自動刈取システムの構成を説明する説明図である。同図に示す通り、飛行体１００の自己位置同定のために、着色されたポール等のマーカー３００を対象範囲に２個以上設置してもよい。具体的には、周囲に比べて目立つように着色等がされたマーカー３００を、ＬＲＦ１１４やカメラ１１６によって検出することにより、自己位置同定を行う。
【０１１８】
この自己位置同定手段によれば、ＬＲＦ１１４やカメラ１１６によって取得される外部環境情報を利用して自己位置同定を行うよりも高い精度で、飛行体１００の自己位置同定を迅速に行うことが可能になる。
【０１１９】
また、このマーカー３００を、草刈ロボット１の走行経路Ｒの生成や、走行ガイドに利用してもよい。図１５に示す例では、草刈ロボット１の走行経路Ｒの少なくとも一部の始点と終点とを２つのマーカー３００、３００をそれぞれ設置したＱ１地点及びＱ２地点とを結んだ直線と平行な直線状に位置させる。
【０１２０】
刈取ロボット１は、このＱ１地点及びＱ２地点とを結んだ直線と平行な直線状が延びる方向に走行しながら、草刈作業を行う。また、飛行体１００を、Ｑ１地点からＱ２地点に最短距離で直線状に飛行させ、この飛行体１００を追跡するように、草刈ロボット１を走行させてもよい。
【０１２１】
以上のように、マーカー３００を利用することによって、走行経路Ｒの生成の簡略化や、草刈ロボット１の走行ガイドの精度向上や処理の簡略化が可能になる。
【０１２２】
なお、図１５に示す例では、飛行体１００が、２つのマーカー３００，３００及び草刈ロボット１を検出することにより、該草刈ロボット１の２次元的な位置が識別できるとともに、自己位置同定も行い、草刈ロボット１の走行経路Ｒを形成し、この走行経路Ｒを、草刈ロボット１に走行させるか、或いは飛行体１００自身が飛行し、この飛行している飛行体１００を草刈ロボット１に追従させてもよい。このため、飛行体１００が平面視でＱ１地点とＱ２地点とを結んだ直線上を飛行することは必須ではなく、どの位置を飛行させることも可能である。
【符号の説明】
【０１２３】
１  草刈ロボット（刈取ロボット，自動草刈機）
４８  通信手段（情報受渡手段）
１００  飛行体（マルチコプター，ドローン）
１１４  ＬＲＦ（外部環境情報取得手段）
１１６  カメラ（外部環境情報取得手段）
１１７  通信手段（情報受渡手段）
２００  情報端末（制御端末）
Ｅ  草刈範囲（作業範囲）
Ｒ  走行経路
【図１】
2018042477.tif 000003
【図２】
2018042477.tif 000004
【図３】
2018042477.tif 000005
【図４】
2018042477.tif 000006
【図５】
2018042477.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2018042477.tif 000011
【図１０】
2018042477.tif 000012
【図１１】
2018042477.tif 000013
【図１２】
2018042477.tif 000014
【図１３】
2018042477.tif 000015
【図１４】
2018042477.tif 000016
【図１５】
2018042477.tif 000017