(57)【要約】【課題】作業対象に応じて作業を行う作業高さを自動的に変更することが可能な作業車両を提供する。【解決手段】自律走行しながら作業を行う作業車両１は、車輪２を支持するベースフレーム２１と、作業を行う作業ユニット５３を支持するユニットフレーム２２と、ベースフレーム２１とユニットフレーム２２とに亘って、ベースフレーム２１に対するユニットフレーム２２の相対高さを変更可能に設けられるリンクフレーム２３と、作業の対象となる作業対象を示す作業情報に応じて、作業を行う作業地の作業面に対する作業ユニット５３の作業高さを設定する設定部と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自律走行しながら作業を行う作業車両であって、
車輪を支持するベースフレームと、
前記作業を行う作業ユニットを支持するユニットフレームと、
前記ベースフレームと前記ユニットフレームとに亘って、前記ベースフレームに対する前記ユニットフレームの相対高さを変更可能に設けられるリンクフレームと、
前記作業の対象となる作業対象を示す作業情報に応じて、前記作業を行う作業地の作業面に対する前記作業ユニットの作業高さを設定する設定部と、
を備える作業車両。
【請求項２】
前記作業が前記作業地に生えている芝を刈る芝刈り作業であって、
前記芝の草丈と前記芝の密生度とを評価する評価部を更に備え、
前記設定部は、前記評価部の評価結果に応じて前記作業高さを設定する請求項１に記載の作業車両。
【請求項３】
前記作業地を撮像した撮像画像を取得する撮像画像取得部を更に備え、
前記評価部は、前記撮像画像に基づいて、前記草丈と前記密生度とを評価する請求項２に記載の作業車両。
【請求項４】
前記作業地を示すマップを取得する作業地マップ取得部と、
前記作業時の走行経路を示す走行経路情報を取得する経路情報取得部と、
前記マップと前記走行経路情報とに基づいて、現在の場所が前記芝が刈り取られた領域か否かを判定する判定部とを更に備え、
前記評価部は、前記判定部の判定結果に基づいて、前記草丈と前記密生度とを評価する請求項２又は３に記載の作業車両。
【請求項５】
荷重を検出する荷重センサと、
前記荷重センサが装着され、少なくとも前記作業ユニット及び前記車輪を内包するように前記ベースフレームに支持されるバンパー部材と、を更に備え、
前記バンパー部材は、前記ベースフレームに対する前記ユニットフレームの高さが変更された場合であっても、前記作業ユニット及び前記車輪を内包する状態となるように構成されている請求項１から４のいずれか一項に記載の作業車両。
【請求項６】
前記荷重センサが予め設定された値以上の荷重を検出された場合に前記作業ユニットの運転を停止し、前記車輪を、前記予め設定された値以上の荷重を検出された時の前記車輪の回転方向とは反対の方向に回転させる制御部を更に備える請求項５に記載の作業車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自律走行しながら作業を行う作業車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両を自律走行させる技術が利用されてきた。このような自律走行する車両の一例として、例えば広大な圃場で所定の作業（例えば芝刈り）を行いながら自律走行する作業車両がある。この種の技術として例えば特許文献１に記載のものがある。
【０００３】
特許文献１に記載の無人走行作業車は、車体に搭載されてバッテリから通電される電動モータと、車体に搭載される原動機とを備えて構成され、原動機で車輪を駆動して作業エリアを走行しつつ、電動モータで車体に搭載される作業機を駆動して作業を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１６４７４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように特許文献１に記載の技術は、車体に搭載される作業機を駆動して作業を行っている。しかしながら、例えば特許文献１に記載のように作業が草刈り作業である場合には、季節によって草の成長度合いが異なり、草丈が高い程、作業負荷が重くなるので、作業を円滑に進められないことがある。また、作業地によって要求される刈高さが異なっている場合には、ユーザが都度、刈高さを調節する必要がある。
【０００６】
そこで、作業対象に応じて作業を行う作業高さを自動的に変更することが可能な作業車両が求められる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る作業車両の特徴構成は、自律走行しながら作業を行う作業車両であって、車輪を支持するベースフレームと、前記作業を行う作業ユニットを支持するユニットフレームと、前記ベースフレームと前記ユニットフレームとに亘って、前記ベースフレームに対する前記ユニットフレームの相対高さを変更可能に設けられるリンクフレームと、前記作業の対象となる作業対象を示す作業情報に応じて、前記作業を行う作業地の作業面に対する前記作業ユニットの作業高さを設定する設定部と、を備えている点にある。
【０００８】
このような特徴構成とすれば、作業情報に応じて作業高さを自動的に変更することが可能となる。したがって、互いに異なる作業高さからなる複数の作業にも対応することができる。
【０００９】
また、前記作業が前記作業地に生えている芝を刈る芝刈り作業であって、前記作業車両は、前記芝の草丈と前記芝の密生度とを評価する評価部を更に備え、前記設定部は、前記評価部の評価結果に応じて前記作業高さを設定すると好適である。
【００１０】
このような構成とすれば、芝の草丈と密生度とにより作業高さを変更し、芝の草丈及び密生度によっては複数回に分けて芝刈り作業を行うことができるので、作業ユニットに対する負荷を軽減することができる。したがって、作業ユニットを小型化し、低出力化（小馬力化）することも可能となる。
【００１１】
また、前記作業車両は、前記作業地を撮像した撮像画像を取得する撮像画像取得部を更に備え、前記評価部は、前記撮像画像に基づいて、前記草丈と前記密生度とを評価すると好適である。
【００１２】
このような構成とすれば、芝の草丈と密生度とを撮像画像から認識し、作業高さを変更することができる。このため、本構成であっても、作業ユニットに対する負荷を軽減することができ、作業ユニットを小型化し、低出力化（小馬力化）することが可能となる。
【００１３】
また、前記作業車両は、前記作業地を示すマップを取得する作業地マップ取得部と、前記作業時の走行経路を示す走行経路情報を取得する経路情報取得部と、前記マップと前記走行経路情報とに基づいて、現在の場所が前記芝が刈り取られた領域か否かを判定する判定部とを更に備え、前記評価部は、前記判定部の判定結果に基づいて、前記草丈と前記密生度とを評価すると好適である。
【００１４】
このような構成とすれば、芝の草丈と密生度とを作業車両の移動軌跡から認識し、作業高さを変更することができる。このため、本構成であっても、作業ユニットに対する負荷を軽減することができ、作業ユニットを小型化し、低出力化（小馬力化）することが可能となる。
【００１５】
また、前記作業車両は、荷重を検出する荷重センサと、前記荷重センサが装着され、少なくとも前記作業ユニット及び前記車輪を内包するように前記ベースフレームに支持されるバンパー部材と、を更に備え、前記バンパー部材は、前記ベースフレームに対する前記ユニットフレームの高さが変更された場合であっても、前記作業ユニット及び前記車輪を内包する状態となるように構成されていると好適である。
【００１６】
このような構成とすれば、作業高さが変更された場合であっても、バンパー部材と作業面との間隔を一定に維持することができる（バンパー部材と作業面との間において必要以上の隙間が空くことを防止できる）。したがって、不意に作業ユニットに手や足を入れて怪我をすることを防止できる。
【００１７】
また、前記作業車両は、前記荷重センサが予め設定された値以上の荷重を検出された場合に前記作業ユニットの運転を停止し、前記車輪を、前記予め設定された値以上の荷重を検出された時の前記車輪の回転方向とは反対の方向に回転させる制御部を更に備えると好適である。
【００１８】
このような構成とすれば、荷重センサが予め設定された値以上の荷重を検出された場合に、作業ユニットの駆動を停止させ、作業車両をこれまでの進行方向とは反対方向に走行させることができる。したがって、作業車両に人が近付いた場合であっても、怪我をすることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】作業車両の側面図である。
【図２】作業車両の平面図である。
【図３】作業車両の構造を示した構造図である。
【図４】作業装置の機能部を模式的に示したブロック図である。
【図５】作業高さの設定を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明に係る作業車両は、作業対象に応じて作業を行う作業高さを自動的に変更することができるように構成されている。作業車両は、自律走行しながら作業を行うが、以下では、作業車両が行う作業として、作業地に生えている芝を刈る芝刈り作業を例に挙げて説明する。ここで、本実施形態に係る「自律走行」とは、作業車両に搭載されるデバイスの出力（例えばセンサの出力やカメラによる撮像画像等）に基づいて設定された走行経路に沿って、物体（例えば障害物等）を避けながら走行することを言う。このような作業車両は、所謂自律型ロボットに相当する。
【００２１】
図１には、本実施形態に係る作業車両１の側面図が示され、図２には、作業車両１の平面図が示される。図１及び図２に示されるように、作業車両１は、車輪２と機体３（車体の一例）とを備えて構成される。車輪２は、車体の車長方向の一端側の第１車輪２Ａ、及び車長方向の他端側の第２車輪２Ｂから構成される。第１車輪２Ａ及び第２車輪２Ｂは、夫々、車体の幅方向に沿って左右一対で設けられる。本実施形態では、第１車輪２Ａが作業車両１の進行方向後側に設けられる駆動輪且つ操舵輪として構成され、後述する走行制御装置１０によって駆動される。第２車輪２Ｂは作業車両１の進行方向前側に設けられる所謂キャスター輪として構成される。したがって、第１車輪２Ａの左右の車輪が等速で同一方向に回転している場合には直進走行を行い、第１車輪２Ａの左右の車輪が互いに異なる速度で同一方向に回転している場合には、第１車輪２Ａの左右の車輪のうち速度が遅い側に操舵されている状態となる。更には、第１車輪２Ａの左右の車輪が等速で互いに異なる方向に回転している場合には、作業車両１はその場で回転することが可能となる。なお、第１車輪２Ａ及び第２車輪２Ｂは車体の幅方向に沿って左右一対で設けられるとして説明したが、これは一例であり、例えば車体の大きさに応じて、第１車輪２Ａ及び第２車輪２Ｂの夫々の数が異なるように構成することも可能であるし、夫々１つ或いは３つ以上で構成することも可能である。
【００２２】
機体３には、第１車輪２Ａの動力源である一対のモータ４、モータ４及び作業車両１が有する電気機器に電力供給する電力が蓄電されるバッテリ５、作業車両１の走行を制御する走行制御装置１０、バッテリ５から供給される電力に基づき駆動され、芝刈り作業に使用する刈り刃５４を有する芝刈装置５３（作業ユニットの一例）を駆動するモータ６を備えている。
【００２３】
また、機体３には、ＧＮＳＳモジュールとして構成されている衛星測位モジュール９９が設けられている。この衛星測位モジュール９９は、ＧＰＳ信号やＧＮＳＳ信号（本実施形態では「ＧＰＳ信号」とする）を受信するための衛星用アンテナを有している。なお、衛星測位モジュール９９には、衛星航法を補完するために、ジャイロ加速度センサや磁気方位センサを組み込んだ慣性航法モジュールを含めることができる。もちろん、慣性航法モジュールは、衛星測位モジュール９９とは別の場所に設けてもよい。衛星測位モジュール９９により取得されたＧＰＳ信号は、上述した作業車両１の自律走行や、「ＧＰＳによる位置情報」として後述する各機能部に利用される。
【００２４】
図３は、作業車両１の構造をより具体的に示した構造図である。図４は、作業車両１の機能部を模式的に示したブロック図である。図３及び図４に示されるように、作業車両１は、ベースフレーム２１、ユニットフレーム２２、リンクフレーム２３、設定部２４、評価部２５、撮像画像取得部２６、作業地マップ取得部２７、経路情報取得部２８、判定部２９、荷重センサ３０、バンパー部材３１、制御部３２を備えている。
【００２５】
ベースフレーム２１は、車輪２を支持する。上述したように、車輪２は、一対の第１車輪２Ａ及び一対の第２車輪２Ｂから構成される。したがって、ベースフレーム２１は、一対の第１車輪２Ａ及び一対の第２車輪２Ｂを支持する。ベースフレーム２１は、一対の第１車輪２Ａ及び一対の第２車輪２Ｂの夫々の回転軸を支持するように構成すると良い。
【００２６】
ユニットフレーム２２は、芝刈装置５３を支持する。本実施形態では、芝刈装置５３は鉛直方向一方側に作業面と対向して刈り刃５４が設けられる。したがって、芝刈装置５３は、鉛直方向他方側でユニットフレーム２２に支持される。
【００２７】
リンクフレーム２３は、ベースフレーム２１とユニットフレーム２２とに亘って、ベースフレーム２１に対するユニットフレーム２２の相対高さを変更可能に設けられる。ベースフレーム２１とユニットフレーム２２とに亘って設けられるとは、リンクフレーム２３の一方の端部がベースフレーム２１に固定され、リンクフレーム２３の他方の端部がユニットフレーム２２に固定されることを意味する。このようなリンクフレーム２３は、伸縮自在なダンパーを用いて構成すると良い。ダンパーが伸縮することにより、ベースフレーム２１に対するユニットフレーム２２の相対高さを変更することが可能となる。
【００２８】
設定部２４は、作業の対象となる作業対象を示す作業情報に応じて、作業を行う作業地の作業面に対する芝刈装置５３の作業高さを設定する。作業の対象となる作業対象とは、本実施形態では、芝である。作業情報とは、芝の状態を示す情報である。芝の状態とは、芝の草丈や芝の密生度を示す情報である。作業を行う作業地の作業面とは、芝刈り作業を行う作業地の芝が生えている面であり、作業車両１の車輪２の接地面が相当する。芝刈装置５３の作業高さとは、芝刈り作業を行う高さであり、具体的には刈り刃５４の高さを意味する。したがって、設定部２４は、芝の草丈や芝の密生度を示す情報に応じて、作業車両１の車輪２の接地面に対する芝刈装置５３の刈り刃５４の高さを設定する。
【００２９】
本実施形態では、作業車両１に、作業地における作業車両１の進行方向前方を撮像するカメラ（図示せず）が設けられる。撮像画像取得部２６は、カメラが作業地を撮像した撮像画像を取得する。撮像画像取得部２６が取得した撮像画像は後述する評価部２５に伝達される。
【００３０】
評価部２５は、撮像画像取得部２６から伝達された撮像画像に基づいて芝の草丈と、芝の密生度とを評価する。具体的には、評価部２５は撮像画像に画像認識処理を施し、撮像画像に含まれる芝の草丈と、密生度とを評価（算定）する。評価部２５による評価結果は上述した設定部２４に伝達される。
【００３１】
設定部２４は、評価部２５の評価結果に基づいて、芝刈装置５３の刈り刃５４の高さを設定する。具体的には、図５に示されるように、例えば芝の草丈が所定値以下であり、密生度が所定値以下である場合（レベル１）には、作業高さを所定の第１高さとし、例えば芝の草丈が所定値を超えるが、密生度が所定値以下である場合（レベル２）には、作業高さを前記第１高さよりも高い第２高さとする。また、例えば芝の草丈が所定値以下であるが、密生度が所定値を超える場合（レベル３）には、作業高さを前記第１高さとし、例えば芝の草丈が所定値を超え、密生度が所定値を超える場合（レベル４）には、作業高さを第２高さとする。設定部２４はこのように作業高さを設定すると良い。
【００３２】
これにより、作業車両１は、自動的に作業面に対する刈り刃５４の高さを設定することが可能となる。具体的には、設定部２４は、上述した作業高さに応じて芝刈装置５３の作業高さをステップモータで昇降できるように構成すると良い。もちろん、コンプレッサとエアバックとを用いて無段階で昇降可能なように構成することも可能である。
【００３３】
作業地マップ取得部２７は、作業地を示すマップを取得する。作業地は、ユーザにより芝刈り作業を行う前に設定される。作業地マップ取得部２７は、このようなユーザにより設定された作業地を示すマップを取得する。
【００３４】
経路情報取得部２８は、芝刈り作業時の作業車両１の走行経路を示す走行経路情報を取得する。作業車両１は自律走行を行う。この自律走行は走行制御装置１０により制御される。経路情報取得部２８は、走行制御装置１０により制御され、自律走行を行った走行経路を示す走行経路情報を取得する。走行経路は、ＧＰＳによる位置情報を利用して算定すると好適である。
【００３５】
判定部２９は、マップと走行経路情報とに基づいて、現在の場所が芝が刈り取られた領域か否かを判定する。判定部２９には、作業地マップ取得部２７からマップが伝達され、経路情報取得部２８から経路情報が伝達される。判定部２９は、伝達されたマップにおける作業地を複数の領域に区画し、当該区画した作業地に対して走行経路情報に基づき、作業車両１が走行した領域と走行していない領域とに区分けして、現在、作業車両１が存在している領域が芝が刈り取られたか領域であるか否かを判定すると良い。判定部２９による判定結果は、上述した評価部２５に伝達される。
【００３６】
評価部２５は、判定部２９の判定結果に基づいて、芝の草丈と芝の密生度とを評価することも可能である。すなわち、判定部２９により芝刈り作業が行われていないと判定された領域を作業車両１がこれから走行する場合には、刈り刃５４の作業面に対する高さを、図５に示されるような作業高さに設定し、判定部２９により芝刈り作業が行われたと判定された領域を作業車両１がこれから走行する場合には、刈り刃５４の作業面に対する高さを、走行に支障がない作業高さに設定すると良い。評価部２５は、撮像画像により芝の種類を評価し、設定部２４が芝種に応じて作業高さを設定するように構成することも可能である。
【００３７】
図３に戻り、荷重センサ３０は荷重を検出する。本実施形態では、荷重センサ３０は、作業車両１の進行方向前側及び進行方向後側の一対で設けられる。本実施形態では、これらの荷重センサ３０は、後述するバンパー部材３１に装着される。荷重センサ３０は、バンパー部材３１に作用する圧力を検出し、検出結果を走行制御装置１０に伝達する。
【００３８】
バンパー部材３１は、少なくとも芝刈装置５３及び車輪２を内包するようにベースフレーム２１に支持される。芝刈装置５３及び車輪２を内包するとは、作業車両１の上面視において、芝刈装置５３及び車輪２よりも外側に位置するようにバンパー部材３１が設けられることを言う。本実施形態では、バンパー部材３１は一対で設けられ、一方のバンパー部材３１は第１車輪２Ａよりも作業車両１の進行方向後側に設けられ、他方のバンパー部材３１は第２車輪２Ｂよりも作業車両１の進行方向前側に設けられる。これら一対のバンパー部材３１は、ベースフレーム２１に固定される。
【００３９】
また、バンパー部材３１は、ベースフレーム２１に対するユニットフレーム２２の高さが変更された場合であっても、芝刈装置５３及び車輪２を内包する状態となるように構成される。上述したように、ベースフレーム２１に対するユニットフレーム２２の高さは、リンクフレーム２３により変更可能に構成されている。バンパー部材３１は、リンクフレーム２３により上記高さが変更された場合であっても、芝刈装置５３と作業面との間隔を一定に維持し、芝刈装置５３及び車輪２が露出しないように、すなわち、作業車両１の進行方向前側及び進行方向後側から見て芝刈装置５３及び車輪２が見えないように設けられている。これにより、芝刈装置５３に芝以外の物体が噛み込まれたり、車輪２が当該物体に乗り上げたりすることを防止できる。
【００４０】
制御部３２は、荷重センサ３０が予め設定された値以上の荷重を検出された場合に芝刈装置５３の運転を停止し、車輪２を、予め設定された値以上の荷重を検出された時の車輪２の回転方向とは反対の方向に回転させる。荷重センサ３０の検出結果は、制御部３２に伝達される。荷重センサ３０から伝達された検出結果が、予め設定された値以上の荷重の検出を示すものである場合には、制御部３２は芝刈装置５３の運転を停止させる。これにより、芝刈装置５３により荷重センサ３０に圧力を加えた物体が噛み込まれることを防止できる。更に、制御部３２は、走行制御装置１０に対して、荷重センサ３０が前記荷重を検出する前に走行していた方向とは反対方向に走行させるように制御する。これにより、作業車両１は、後退することになるので、車輪２が荷重センサ３０に圧力を加えた物体から退避させることが可能となる。
【００４１】
〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、評価部２５が芝の草丈と芝の密生度とを評価し、設定部２４が評価部２５の評価結果に応じて作業高さを設定するとして説明したが、設定部２４は評価部２５の評価結果に拘らず、作業高さを設定するように構成することも可能である。係る場合には、作業車両１は評価部２５を備えなくても良い。
【００４２】
上記実施形態では、撮像画像取得部２６が作業地を撮像した撮像画像を取得し、評価部２５は撮像画像に基づいて、芝の草丈と芝の密生度とを評価するとして説明したが、設定部２４は撮像画像を用いずに芝の草丈と芝の密生度とを評価するように構成することも可能である。
【００４３】
上記実施形態では、作業地マップ取得部２７が作業地を示すマップを取得し、経路情報取得部２８が作業時の走行経路を示す走行経路情報を取得し、判定部２９がマップと走行経路情報とに基づいて、現在の場所が芝が刈り取られた領域か否かを判定し、評価部２５は、判定部２９の判定結果に基づいて、芝の草丈と芝の密生度とを評価するとして説明した。しかしながら、作業車両１は、作業地マップ取得部２７、経路情報取得部２８、及び判定部２９を備えずに構成することも可能である。
【００４４】
上記実施形態では、荷重センサ３０がバンパー部材３１に装着されているとして説明したが、荷重センサ３０はバンパー部材３１とは別の部材に装着されていても良い。
【００４５】
上記実施形態では、バンパー部材３１が、ベースフレーム２１に対するユニットフレーム２２の高さが変更された場合であっても、芝刈装置５３及び車輪２を内包する状態となるように構成されているとして説明したが、ベースフレーム２１に対するユニットフレーム２２の高さが変更された場合には、バンパー部材３１から芝刈装置５３及び車輪２が露出するように構成しても良い。
【００４６】
上記実施形態では、制御部３２は、荷重センサ３０が予め設定された値以上の荷重を検出された場合に芝刈装置５３の運転を停止し、車輪２を、予め設定された値以上の荷重を検出された時の車輪２の回転方向とは反対の方向に回転させるとして説明したが、制御部３２が、荷重センサ３０が予め設定された値以上の荷重を検出された場合には、芝刈装置５３の運転の停止、及び車輪２の予め設定された値以上の荷重を検出された時の車輪２の回転方向とは反対の方向への回転の少なくともいずれか一方を行うように構成することも可能であるし、上記運転の停止及び上記反対方向への回転の双方を行わないように構成することも可能である。
【００４７】
上記実施形態では、作業が芝刈り作業であるとして説明したが、他の作業であっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、自律走行しながら作業を行う作業車両に用いることが可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１：作業車両
２：車輪
２１：ベースフレーム
２２：ユニットフレーム
２３：リンクフレーム
２４：設定部
２５：評価部
２６：撮像画像取得部
２７：作業地マップ取得部
２８：経路情報取得部
２９：判定部
３０：荷重センサ
３１：バンパー部材
３２：制御部
５３：芝刈装置（作業ユニット）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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