(57)【要約】      （修正有）【課題】刈り残しを防ぎつつ、作業対象領域を最小経路で走行し、かつ、操舵の自由度が高い芝刈り機を提供する。【解決手段】芝刈り機１に搭載される制御装置１０が、作業対象領域の複数の直線経路のうち、互いに隣合いかつ走行方向が逆となる一対の直線経路と外周経路との交点を特定し、隣合う交点同士を結ぶ芝刈り機の後進を含むターン動作内容を設定ファイルに設定（記録）する。そして、作業時にこの設定ファイルの記録情報を読み出して、芝刈り機を、上記交点以外では外周経路及び直線経路を走行させ、走行中いずれかの交点に達したときは設定したターン動作内容でターン動作させる。【選択図】図１
2013228821.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業対象領域を走行しながら所定作業を行う作業機械の挙動及び現在位置を検出する検出手段と、
前記作業対象領域の外周に沿う外周経路と前記外周で囲まれた領域をそれぞれ直線的に分割して得られる複数の直線経路とをそれぞれ設定する経路設定手段と、
前記複数の直線経路のうち、互いに隣合いかつ前記作業機械の走行方向が逆となる一対の直線経路と前記外周経路との交点を特定し、特定した隣合う交点同士を結ぶ当該作業機械の後進を含むターン動作内容を設定するターン動作設定手段と、
前記作業対象領域を走行する前記作業機械の挙動、現在位置及びこれらの変化情報に基づいて、当該作業機械を、前記外周経路と前記複数の直線経路との交点以外では前記経路設定手段で設定した外周経路及び直線経路を走行させ、走行中いずれかの交点に達したときは前記ターン動作設定手段で設定したターン動作内容でターン動作させるための走行制御信号を出力し、この走行制御信号により前記作業機械が備える走行駆動機構を制御する制御手段と、を備えて成る、
作業機械制御装置。
【請求項２】
前記ターン動作設定手段は、予め記録されている前記作業機械の機体サイズ、作業幅、旋回時に描く曲線の形状を含む属性情報と前記地形とに基づいて、
前記一対の直線経路のうち一方の直線経路となる第１直線経路を経て当該第１直線経路と前記外周経路との交点を通過した後、他方の直線経路となる第２直線経路の延長線に向けて前進しながら旋回し、該第２直線経路の延長線との交点で前記第１直線経路の延長線まで直線的にバックした後、前記第２直線経路と前記外周経路との交点まで前進しながら旋回することにより、直線経路間を方向転換する第１ターン動作内容と、
前記第１直線経路を経て当該第１直線経路と前記外周経路との交点を通過し、所定距離だけ当該第１直線経路の延長線上を前進した後、前記第２直線経路の延長線に向けてバックしながら旋回し、該第２直線経路の延長線との交点で前記第１直線経路の延長線まで直線的に前進した後、前記第２直線経路の延長線までバックしながら旋回することにより、直線経路間を方向転換する第２ターン動作内容と、
前記第１直線経路を経て当該第１直線経路と前記外周経路との交点を通過した後、前記第２直線経路の方向と逆方向に前進しながら旋回し、一旦停止した後、前記第１直線経路の延長線との交点まで直線的にバックし、そのまま第２直線経路の延長線に向けてバックしながら旋回することにより、直線経路間を方向転換する第３ターン動作内容と、の少なくともいずれかを選択可能な態様で設定する、
請求項１記載の作業機械制御装置。
【請求項３】
前記旋回時に前記作業機械の描く曲線が、前記作業機械が旋回可能な最小回転半径の１／４の円弧である、
請求項２記載の作業機械制御装置。
【請求項４】
前記経路設定手段は、前記外周経路及び前記直線経路に加え、前記作業機械の現在の存在位置を中心として、所定距離走行後のチェック位置までの長さのｎ（ｎは自然数）倍を半径とする円を設定し、前記存在位置から前記チェック位置までを繋ぐ線分が前記円上で交差する位置のうち目的地に最も近い位置を選択して、これを新たな前記存在位置として前記円を再設定する作業を、前記新たな存在位置が前記目的地に近づくまで繰り返すことにより、前記目的地に至るつなぎ経路を設定する、
請求項１，２又は３記載の作業機械制御装置。
【請求項５】
前記目的地は、前記作業機械がいずれかの前記直線経路から当該作業機械が旋回可能な最小回転半径だけ前記作業対象領域の外方に離れた位置であり、当該作業機械が作業を開始させることができる位置である、
請求項４記載の作業機械制御装置。
【請求項６】
前記経路設定手段は、さらに、前記直線経路（Ｌ１７）における作業終了位置（Ｒ１４）から、当該直線経路（Ｌ１７）の延長線上で、前記作業終了位置から直線経路離脱マージン分だけ離れた第１位置（Ｃ１）を特定するとともに、前記外周経路での作業開始位置（Ｓ１）と当該外周経路の次の作業位置（Ｓ２）とを繋ぐ直線の傾きで、前記外周経路の外方に向かう延長線（Ｌ２７）上で、前記作業開始位置（Ｓ１）から刈刃下げマージン分だけ離れた第２位置（Ｃ２）を特定し、さらに、第１位置（Ｃ１）と第２位置（Ｃ２）とを繋ぐ線分の中点となる第３位置（Ｃ３）から第１位置（Ｃ１）と第２位置（Ｃ２）の法線上に外周経路進入マージン分だけ離れた第４位置（Ｄ３）と、この第４位置（Ｄ３）を含み、かつ第１位置（Ｃ１）と第２位置（Ｃ２）とを結ぶ線分と平行の直線が、前記直線経路（Ｌ１７）の延長線と交差する第５位置（Ｄ１）と前記延長線（Ｌ２７）と交差する第６位置（Ｄ２）とを特定することにより、
前記直線経路（Ｌ１７）を経て作業終了位置（Ｒ１４）を通過した前記作業機械が、第５位置（Ｄ１）、第４位置（Ｄ３）、第６位置（Ｄ２）をこの順に経て前記外周経路の作業開始位置（Ｓ１）に至るつなぎ経路を設定する、
請求項５記載の作業機械制御装置。
【請求項７】
前記制御手段は、予め前記外周経路、前記直線経路、前記つなぎ経路を、前記作業対象領域のマップと関連付けて所定のメモリに記録しておき、前記作業対象領域の作業開始時に前記メモリより読み出した記録情報と前記現在位置とに基づいて、前記走行制御信号を出力する、
請求項４、５又は６記載の作業機械制御装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記ターン動作設定手段で設定された内容のターン動作の開始前及び完了前に、所定マージンサイズの分だけ、走行中の作業を休止させるための作業制御信号を出力し、この作業制御信号により前記作業機械が備える作業駆動機構を制御する、
請求項１乃至７のいずれかの項記載の作業機械制御装置。
【請求項９】
作業対象領域を走行しながら所定作業を行う作業機械であって、
前記作業機械の挙動及び現在位置を検出する検出手段；
前記作業対象領域の外周に沿う外周経路と前記外周で囲まれた領域をそれぞれ直線的に分割して得られる複数の直線経路とを設定する経路設定手段；
前記複数の直線経路のうち、互いに隣合いかつ自己の走行方向が逆となる一対の直線経路と前記外周経路との交点を特定し、特定した隣合う交点同士を結ぶ自己の後進を含むターン動作内容を設定するターン動作設定手段；
前記検出手段で検出した挙動、現在位置及びこれらの変化情報に基づいて、前記外周経路と前記複数の直線経路との交点以外では前記経路設定手段で設定された外周経路及び直線経路を走行するための走行制御信号を出力し、走行中いずれかの交点に達したときは前記ターン動作設定手段で設定されたターン動作内容でターン動作するための走行制御信号を出力する制御手段；を備えた制御装置と、
この制御装置から出力される走行制御信号に基づいて自己の走行を駆動する駆動機構と、
を備えて成る、作業機械。
【請求項１０】
前記制御装置は、予め前記外周経路、前記直線経路、前記つなぎ経路を、前記作業対象領域のマップと関連付けて所定のメモリに記録しておき、前記作業対象領域の作業開始時に前記メモリより読み出した記録情報と前記現在位置とに基づいて、前記走行制御信号を出力することにより、自走による作業を可能にする、
請求項９記載の作業機械。
【請求項１１】
作業対象領域を走行しながら所定作業を行う作業機械に搭載されるコンピュータ装置を、制御装置として動作させるためのコンピュータプログラムであって、
前記コンピュータ装置を、
前記作業機械の挙動及び現在位置を検出する検出手段、
前記作業対象領域の外周に沿う外周経路と前記外周で囲まれた領域をそれぞれ直線的に分割して得られる複数の直線経路とをそれぞれ設定する経路設定手段、
前記複数の直線経路のうち、互いに隣合いかつ前記作業機械の走行方向が逆となる一対の直線経路と前記外周経路との交点を特定し、特定した隣合う交点同士を結ぶ当該作業機械の後進を含むターン動作内容を設定するターン動作設定手段、
前記作業対象領域を走行する前記作業機械の挙動、現在位置及びこれらの変化情報に基づいて、当該作業機械を、前記外周経路と前記複数の直線経路との交点以外では前記経路設定手段で設定した外周経路及び直線経路を走行させ、走行中いずれかの交点に達したときは前記ターン動作設定手段で設定したターン動作内容でターン動作させるための走行制御信号を出力し、この走行制御信号により前記作業機械が備える走行駆動機構を制御する制御手段、として機能させる、
コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばゴルフ場、サッカー場等の競技場や河川の堤防、公園緑地、庭園で利用される芝刈り機や清掃車両のような作業機械及びその構成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば複数のコースを有するゴルフ場では、年間に数回の芝刈りが行われている。芝刈りは、グリーン又はフェアウエイを人間が芝刈り機を実際に走行させて行うか、あるいは、有線または無線の遠隔操縦装置を取り付けた芝刈り機を遠隔操縦する。
【０００３】
ゴルフ場では、芝の植え付け面積も広い。特に、グリーンでは、芝の刈残しを防ぎながらも正確かつ均一な状態に刈り取っていく必要がある。そのため、芝刈り機を遠隔操縦する場合、操縦者は、通常、芝刈り機の実際の動きを目で監視しながらコントロール装置を操作して作業範囲や進路の決定を行う。そのため、操縦者が作業範囲付近についている必要がある。また、同一地点を何回かトレースする必要がある場合、操縦者の記憶と感覚に頼るのでは、正確な再現が困難であり、さらには操縦者が目視できない夜間では、これらの作業が行えない等の問題点がある。
【０００４】
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もできる。
【０００５】
この種の作業における省力化手段としては、専ら遠隔操縦装置が用いられている。例えば、特許文献１に開示された自律走行可能な芝刈り機では、自律航法装置と電波航法装置とを備えている。電波航法装置が利用できない場合には自律航法によって自動運転を行なう。他方、電波航法装置が利用できる場合は自律航法による現在地点を補正する。芝刈り機の向きを検知するセンサの角度検出の誤差が累積されるため、一方向に芝刈り機の旋回が続かないように、左右方向に同じ量だけ交互に旋回させる。その結果、より正確な自動運転を達成することができる。
【０００６】
特許文献２に開示された自動走行機械（芝刈り機）では、オフラインのパソコンを用い、自動走行機械が作業対象エリアを走行することによって得られる測量データに基づいて地図データを作成する。そして、この地図データに基づいて自動走行機械の作業対象エリア内での走行経路と作業の動作データを作成する。作業対象エリア内に起伏地が存在する場合には、起伏地の傾斜によるオーバーラップ幅の変化を算出し、設定されたオーバーラップ幅を確保する経路間隔を生成する。その結果、起伏地であっても、傾斜角に応じて経路間隔を変えて経路を生成することで芝の刈残しを防止することができるようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−３７６１０号公報
【特許文献２】特開２００１−３４４０１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に開示された芝刈り機では、走行の向きを検知するセンサの角度検出の誤差の累積が防止される。そのため、角度検出の精度を高めることはできる。しかし、この芝刈り機は、前進時にのみ右操舵と左操舵の角度が等しくなるように操舵することによって芝刈り機を刈り幅だけ横方向に移動させるものであり、後進時についての考察が無い。しかも、角度検出の誤差の累積を防止するために操舵の仕方や作業対象領域が限定的であることから、作業の自由度が制限されるという問題がある。また、作業開始地点と作業終了地点での刈り跡が必ず半円形状となるため、芝の刈残しが生じるおそれがある。
【０００９】
この点、特許文献２に開示された芝刈り機は、芝の刈残しを防止することはできる。しかし、この芝刈り機は、直線経路の終点で、半円弧の経路に沿って走行して折り返すため、刈刃の幅の大小にかかわらず、芝刈り機の最小回転半径よりも小さな経路は採用することができない。
【００１０】
特許文献１，２に開示された芝刈り機についての上記事情は、農作業におけるトラクター等の耕作機械の運転，清掃ロボットの運転等においても同様である。
【００１１】
本発明は、後進を含むターン動作を含む作業経路を設定可能にすることで作業対象領域の最小の経路で走行させることができ、しかも、操舵の仕方や作業対象領域がフレキシブルとなる作業機械及びその構成装置を提供することを、その課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明は、作業機械制御装置、作業機械及びコンピュータプログラムを提供する。
（１）本発明の作業機械制御装置は、以下の機能を有する装置である。
（１−１）作業対象領域を走行しながら所定作業を行う作業機械の挙動及び現在位置を検出する検出手段。
（１−２）前記作業対象領域の外周に沿う外周経路と前記外周で囲まれた領域をそれぞれ直線的に分割して得られる複数の直線経路とをそれぞれ設定する経路設定手段。
（１−３）前記複数の直線経路のうち、互いに隣合いかつ前記作業機械の走行方向が逆となる一対の直線経路と前記外周経路との交点を特定し、特定した隣合う交点同士を結ぶ当該作業機械の後進を含むターン動作内容を設定するターン動作設定手段。
（１−４）前記作業対象領域を走行する前記作業機械の挙動、現在位置及びこれらの変化情報に基づいて、当該作業機械を、前記外周経路と前記複数の直線経路との交点以外では前記経路設定手段で設定した外周経路及び直線経路を走行させ、走行中いずれかの交点に達したときは前記ターン動作設定手段で設定したターン動作内容でターン動作させるための走行制御信号を出力し、この走行制御信号により前記作業機械が備える走行駆動機構を制御する制御手段。
【００１３】
（２）本発明の作業機械は、作業対象領域を走行しながら所定作業を行う作業機械であって、制御装置と、この制御装置から出力される走行制御信号に基づいて自己の走行を駆動する駆動機構とを備えたものである。制御装置は、以下の機能を有する。
（２−１）前記作業機械の挙動及び現在位置を検出する検出手段；
（２−１）前記作業対象領域の外周に沿う外周経路と前記外周で囲まれた領域をそれぞれ直線的に分割して得られる複数の直線経路とを設定する経路設定手段；
（２−２）前記複数の直線経路のうち、互いに隣合いかつ自己の走行方向が逆となる一対の直線経路と前記外周経路との交点を特定し、特定した隣合う交点同士を結ぶ自己の後進を含むターン動作内容を設定するターン動作設定手段；
（２−３）前記挙動、現在位置及びこれらの変化情報に基づいて、前記外周経路と前記複数の直線経路との交点以外では前記経路設定手段で設定された外周経路及び直線経路を走行するための走行制御信号を出力し、走行中いずれかの交点に達したときは前記ターン動作設定手段で設定されたターン動作内容でターン動作するための走行制御信号を出力する制御手段。
【００１４】
（３）本発明のコンピュータプログラムは、作業対象領域を走行しながら所定作業を行う作業機械に搭載されるコンピュータ装置を、制御装置として動作させるためのコンピュータプログラムであって、前記コンピュータ装置を、以下のように機能させるものである。
（３−１）前記作業機械の挙動及び現在位置を検出する検出手段、
（３−２）前記作業対象領域の外周に沿う外周経路と前記外周で囲まれた領域をそれぞれ直線的に分割して得られる複数の直線経路とをそれぞれ設定する経路設定手段、
（３−３）前記複数の直線経路のうち、互いに隣合いかつ前記作業機械の走行方向が逆となる一対の直線経路と前記外周経路との交点を特定し、特定した隣合う交点同士を結ぶ当該作業機械の後進を含むターン動作内容を設定するターン動作設定手段、
（３−４）前記作業対象領域を走行する前記作業機械の挙動、現在位置及びこれらの変化情報に基づいて、当該作業機械を、前記外周経路と前記複数の直線経路との交点以外では前記経路設定手段で設定した外周経路及び直線経路を走行させ、走行中いずれかの交点に達したときは前記ターン動作設定手段で設定したターン動作内容でターン動作させるための走行制御信号を出力し、この走行制御信号により前記作業機械が備える走行駆動機構を制御する制御手段。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、互いに隣合いかつ作業機械の走行方向が逆となる一対の直線経路と外周経路との交点同士を結ぶ後進を含むターン動作内容が設定され、作業機械が、外周経路と複数の直線経路との交点以外では外周経路及び直線経路を走行し、走行中いずれかの交点に達したときは上記ターン動作内容でターン動作するように制御されるので、作業の残しを防ぎつつ、作業対象領域を最小経路で走行し、かつ、操舵の自由度が高い作業機械を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】芝刈り作業に必要となる装置類の全体概要図。
【図２】（ａ）は本発明を適用した芝刈り機の側面外観図、同（ｂ）は上面外観図。
【図３】（ａ）はゴルフ場での作業領域設定と外周経路の説明図、同（ｂ）は交点の説明図、同（ｃ）は外周経路の境界線を拡大することの説明図。
【図４】（ａ）は基準線の設定を説明するための図、（ｂ）はこの基準線に基づく直線経路の設定を説明するための図。
【図５】（ａ）、（ｂ）は直線経路の調整を説明するための一例図。
【図６】（ａ）、（ｂ）は芝刈り機のターン動作の一例を説明するための図。
【図７】（ａ）、（ｂ）は芝刈り機のターンの別例を説明するための図。
【図８】（ａ）、（ｂ）は芝刈り機の刈刃上げ、刈刃下を説明するための図。
【図９】（ａ）、（ｂ）は芝刈り機が移動開始地点から最初の直線経路まで移動する際のつなぎ経路の設定を説明するための図。
【図１０】芝刈り機が直線経路から外周経路へと移動する際のつなぎ経路の設定を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の作業機械を、ゴルフ場の芝刈りを行う芝刈り機に適用した場合の実施の形態例を説明する。一般的な芝刈り機は、前進しながら芝刈り作業を行うように設計されている。ゴルフ場のグリーン又はフェアウエイ（以下、グリーン等と称する。）の芝を刈る場合、ライン状に芝が刈られた後の隣り合うラインの芝目がそれぞれ逆方向となるように芝刈り機に規則的に芝刈り作業を行わせることが望まれる。グリーン等とラフとの境界についても、なるべく滑らかになるように芝刈り作業を行うことが望まれる。
そのため、本実施形態では、芝刈対象領域であるグリーン等の周縁の芝を刈るための外周経路、及び、グリーン等の芝を規則的に刈るための直線経路を芝刈り機に走行させ、それぞれの経路で芝刈り作業させる場合の例を説明する。
なお、直線経路での作業が終了した後に外周経路での芝刈り作業を開始するか、外周経路での芝刈り作業を先行させるかは任意であるが、本実施形態では、前者の例を説明する。
【００１８】
［第１実施形態］
＜全体概要＞
芝刈り作業に必要となる装置類の全体概要を図１に示す。本実施形態では、基地局２からのデファレンシャルＧＰＳ方式（Differential ＧＰＳ：相対測位方式）のＧＰＳデータと通信情報とを用いて、現在位置の計測を行いながらゴルフ場の芝刈り作業を行う芝刈り機１の例を示す。
基地局２は、デファレンシャルＧＰＳの基準局に相当するＧＰＳ受信装置２１及び送受信装置２２と、ＧＰＳアンテナ２５と、通信アンテナ２６とを備えている。基地局２は、その経度、緯度、高さが既知の地点に設置される。ＧＰＳ受信装置２１は、芝刈り機１の位置情報の誤差を補正するための補正情報を生成する。この補正情報は、送受信装置２２及び通信アンテナ２６を通じて、芝刈り機１へ適宜送信される。補正情報の送信タイミングは、例えば、芝刈り機１が要求するタイミングであったり、所定の間隔（例えば１分毎）であったりする。
【００１９】
芝刈り機１は、制御装置１０、車速センサ１１、方位角速度センサ１２、駆動制御部１３、ＧＰＳアンテナ１５、通信アンテナ１６を備えている。
制御装置１０は、本発明の作業機械制御装置の一例となるもので、通信機能、ストレージ機能（内部及び外部記録装置）及び表示機能（ディスプレイ）を備えたコンピュータ装置と、所定のコンピュータプログラムとで構成される。このコンピュータプログラムは、コンピュータ装置を、ＧＰＳ受信部１０１、送受信部１０２、地図情報記録部１０３、カード装着機構１０４、車両情報受信部１０５、駆動指令部１０６、制御情報生成部１０７、作業領域設定部１０８、経路設定部１０９、ターン設定部１１０、動作設定部１１１、主制御部１１２として機能させる。主制御部１１２は、各部の動作を統括的に制御する。このコンピュータ装置は、時刻データと制御動作の同期クロックとを出力するＲＴＣ（Real Time Clock）モジュールを備えたものである。制御装置１０の詳細については後述する。
【００２０】
車速センサ１１は、芝刈り機１の前進又は後退する際の走行速度を検出する。方位角速度センサ１２は、三次元軸線回り（ロール、ピッチ、ヨー）の角速度により芝刈り機１の傾き、旋回、ふらつき等の挙動（動態）を検出する。方位角速度センサ１２で計測すべきデータを加速度計で代用しても良い。また、芝刈り機１が備える各種計器の計測結果を取り込むことで、センサ１１，１２を代用することもできる。
【００２１】
駆動制御部１３は、後述する作業制御信号に基づいて芝刈り機１が備える刈刃の昇降及び作動等を駆動する作業駆動機構を制御したり、後述する走行制御信号に基づいて芝刈り機１の右左折、前進、後退等を駆動する走行駆動機構を制御する。この駆動制御部１３は、図示されるように、制御装置１０とは別に設けても良いが、制御装置１０の一機能として実現しても良い。
ＧＰＳアンテナ１５は、基地局２のＧＰＳアンテナ２５から送信されたＧＰＳデータを受信する位置検出センサとして機能するものである。通信アンテナ１６は、基地局２の通信アンテナ２６との間の通信を可能にする。この通信は、芝刈り機１のオペレータとの通信や芝刈り機１の遠隔操作のための信号の送信に使用される。
【００２２】
＜芝刈り機＞
芝刈り機１の外観を図２（ａ）、（ｂ）に示す。図２（ａ）は芝刈り機１を側面から見た外観図、同（ｂ）は上面から見た外観図である。上述した制御装置１０、車速センサ１１、方位角速度センサ１２、駆動制御部１３、及び走行駆動機構及び作業駆動機構は、芝刈り機１の機体に内蔵されている。
【００２３】
方位角速度センサ１２は、芝刈り機１の挙動が正しく伝達される位置に設置される。ＧＰＳアンテナ１５は、芝刈り機１の機体のほぼ中心部位、すなわち機体の長さ方向と幅方向それぞれのほぼ中心となるように備えられる。また、通信アンテナ１６は、芝刈り機１の機体の後方表面から突出するように取り付けられる。
【００２４】
芝刈り機１は、芝を刈るための一対の刈刃１８、１９を備えている。前方の刈刃１８は、走行方向と直交する方向の作業幅Ｗ［ｍ］のうち、経路の左右端の芝を刈り取る。後方の刈刃１９は、作業幅Ｗ［ｍ］のうち、経路中央部の芝を刈り取る。この作業幅Ｗ［ｍ］が、芝刈り機１の１回の走行、作業で芝を刈りとることができる作業幅となる。ＧＰＳアンテナ１５の設置部位から地面方向に降ろした垂線と地面との接する位置からＨ［ｍ］離れた刈刃１８の地面と接する位置が、芝刈り機１が行う芝刈り作業のマージンを定める基準位置となる。
【００２５】
＜制御装置＞
図１に戻り、制御装置１０のＧＰＳ受信部１０１は、ＧＰＳアンテナ１５で受信したＧＰＳデータに基づいて芝刈り機１の現在位置を表す位置情報を制御情報生成部１０７へ出力する。送受信部１０２は、通信アンテナ１６を介して、制御情報生成部１０７と基地局２との間の通信を可能にする。
地図情報記録部１０３は、芝刈り機１に芝刈り作業をさせるゴルフ場の地形（形状、傾斜、周縁外部の構造を含む）を表すマップを、コンピュータ装置が読み取り可能な所定の記録装置の設定ファイルに記録しており、このマップを必要に応じて読み出して、芝刈り機１の走行を制御するための走行制御信号と、芝刈り作業の内容を制御するための作業制御信号を生成する際の正確な位置情報を特定する際に、参照可能にする。マップに基づいて位置情報を参照する手法は、マップマッチング方式と呼ばれる公知の技術により実現が可能である。
カード装着機構１０４は、芝刈り機１を運転ないし遠隔操作するオペレータの権限情報等を記録したＩＣカードを離脱自在に装着する。また、装着時にはＩＣカードの記録情報を読み取ったり、ＩＣカードへの情報書き込みを行う。
【００２６】
車両情報受信部１０５は、車速センサ１１及び方位角速度センサ１２から、芝刈り機１の走行速度、方位、挙動を表す検知情報を取得する。取得した情報がアナログデータの場合には、それらをデジタルデータに変換して出力する。その際、必要に応じて、方位角速度センサ１２の出力からオフセット成分及びドリフト成分の除去処理等を施すデータ補正を行う。車両情報受信部１０５の出力情報は、現在時刻データと関連付けて、図示しない不揮発性メモリ（バッファ）等に記録される。バッファは、データ書き込み位置を示すポインタが最終の記録アドレスの次に最初の記録アドレスに戻る循環式のリングバッファであることが望ましいが、そのようなものでなければならないというものではない。バッファに記録された情報の一部又は全部は、主制御部１１２を通じて、カード装着機構１０４に装着されたＩＣカードにも記録される。
【００２７】
駆動指令部１０６は、制御情報生成部１０７の出力情報（走行制御信号／作業制御信号）に基づいて、芝刈り機１を走行制御あるいは作業制御するために走行駆動機構あるいは作業駆動機構の制御内容を定めた情報を駆動制御部１３へ出力する。駆動制御部１３は、この情報をもとに、芝刈り機の走行駆動機構あるいは走行駆動機構を制御する。これにより、芝刈り機１による芝刈り作業が可能となる。
【００２８】
制御情報生成部１０７は、主制御部１１２が読み取り可能な記録装置に予め記録されている芝刈り機１の機体サイズ、作業幅、旋回時に描く曲線の形状を含む属性情報と上記地形とに基づき、作業領域設定部１０８、経路設定部１０９、ターン設定部１１０、動作設定部１１１と協働して、走行制御信号及び作業制御信号を生成する。
【００２９】
作業領域設定部１０８及び経路設定部１０９は経路設定手段、ターン設定部１１０はターン動作内容設定手段として機能するもので、設定した内容を作業対象領域であるホールのマップと関連付けて、作業時に読み出される設定ファイルに記録しておき、ホールの作業開始時に設定ファイルより読み出した記録情報とＧＰＳデータや各種センサ１１等より取得した現在位置とに基づいて、走行制御信号あるいは作業制御信号を出力することにより、自走による作業を可能にする。
【００３０】
作業領域設定部１０８は、芝刈り機１が芝刈り作業を行う対象領域の外縁を設定する。本実施形態では、図３（ａ）に示すように、ゴルフ場の各ホール毎に、芝刈対象領域であるグリーン等と芝を刈らないラフとの境界を表す外周経路５０を設定ファイルに設定（記録）する。外周経路５０は、例えば予め記録されたグリーン等のマップ（地形、障害物の有無、傾斜等を含む）に基づき、あるいは、芝刈り機１に実際の作業対象領域の周縁部をテスト走行させることで、ＧＰＳデータ等から取得した位置情報を時系列毎に集めたものであり、図３（ｂ）に例示するように、座標Ｓ１、Ｓ２、・・・、Ｓｎと表すことができる。
この外周経路５０の隣り合う座標の各々を繋いだものを設定ファイルに設定（記録）する。このとき、グリーン等とラフとの境界は、刈刃１８の刈り幅Ｗを考慮すると、実際には、外周経路５０からＷ／２［ｍ］だけ外側となるが、本実施形態では、便宜上、外周経路５０として表す。外周経路上のいずれを座標Ｓ１とするかは任意である。
【００３１】
作業領域設定部１０８は、グリーン等とラフとの境界をより正確に調整するため、外周経路５０を中心線として作業幅の分だけ内側あるいは外側となる点の集合として算出し、算出した結果を新たな外周経路として設定することもできる。これにより、改めて芝刈り機１にグリーン等の周縁をテスト走行させることなく、季節や芝の成長具合に応じて、グリーン等とラフとの境界を任意に設定することが可能となる。
例えば、図３（ｃ）に示すように、外周経路５０上の連続する座標Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２に対して、ベクトル［Ｐ０、Ｐ２］に垂直で、かつ、グリーン等から座標Ｐ１を通過する線分上にあり、座標Ｐ１からＮ［ｍ］だけ離れた座標Ｐ１’を算出する。このような座標Ｐ１’を外周経路５０を構成するそれぞれの座標について算出することで、新たな外周経路を導出することができる。
【００３２】
経路設定部１０９は、外周経路５０に基づいて、直線経路を設定するとともに、後述するつなぎ経路をも設定する。つまり、設定ファイルに芝刈り機１が走行すべき経路を設定（記録）する。
直線経路を設定するときは、図４（ａ）に示すように、外周経路５０をＸＹ座標上に投影し、Ｘ座標上での最大値（max Ｘ）と最小値（min Ｘ）、Ｙ座標上での最大値（max Ｙ）と最小値（min Ｙ）とを、それぞれ算出する。
また、Ｘ座標上の最小値（min Ｘ）から最大値（max Ｘ）、Ｙ座標上の最小値（min Ｙ）から最大値（max Ｙ）のそれぞれの間を所定のパラメータ値（例えば０．１）ずつ推移させて外周経路５０と交わる線分の中点を算出する。この中点の集合の平均点を外周経路５０の中心点とする。また、上記中点の集合に対して例えば最小二乗法により算出した回帰直線を、外周経路５０の基準線とする。
【００３３】
この基準線と平行する複数の直線で、かつ、上記の基準線を含む隣り合うそれぞれの直線間の距離が所定の値、例えば刈り幅Ｗ［ｍ］から、刈り取りのオーバーラップ量を差し引いた値だけ離れて生成された直線群の中から、外周経路５０との交点を持つものを選択して、その交点につながる線分を直線経路とする。その際、外周経路５０は、隣り合う座標それぞれを線分でつなぎ、その線分の集合とみなす。
【００３４】
例えば、図４（ｂ）に示すように、線分の集合とみなした外周経路５０と直線経路との交点のうち、基準線から見て一番左下の交点（座標）をＲ１とする。また、外周経路５０を挟んで交点（座標）Ｒ１と対向する交点（座標）をＲ２とする。さらに、交点（座標）Ｒ２に対して反時計回り方向で隣接する交点（座標）をＲ３、外周経路５０を挟んで交点（座標）Ｒ３と対向する交点（座標）をＲ４とする。以下同様に、交点（座標）Ｒ５から交点（座標）Ｒ１４まで、順番に番号を割り当てていく。このように、複数の交点（座標）に対して１から順番に番号を割り当てていく作業をラベリングといい、番号をラベルという。ラベリングの順番が、芝刈り機１が直線経路を走行する際に通過する、外周経路５０との交点（座標）の順番となる。
つまり、芝刈り機１は、交点（座標）Ｒ１から交点（座標）Ｒ２に向かって直線経路を走行し、その後、交点（座標）Ｒ３から交点（座標）Ｒ４に方向転換して、順次、直線経路を走行する。交点（座標）Ｒ５以降についても同様となる。
【００３５】
経路設定部１０９は、直線経路を設定する際に、基準線の傾きを水平に対して０度とした場合に、この基準線−９０度から＋９０度の範囲内で、任意の角度、例えば図５（ａ）の例では２０度だけすべての直線経路を傾かせてから外周経路５０との交点を持つものを選択することもできる。このようにすべての直線経路を傾かせて設定させることで、季節の変化による芝の成長方向の変化や所望のライン模様を考慮した芝刈り作業が可能となる。
なお、このときの傾きの値（角度）は、例えば直線経路の数が最小となるように、つまり、直線経路と外周経路５０との交点数が最小となるように設定するように構成することもできる。
【００３６】
経路設定部１０９は、基準線の垂直方向に所定マージンサイズ、図５（ｂ）の例では１［ｍ］だけすべての直線経路をシフトさせてから外周経路５０との交点を持つものを選択することもできる。例えば、直線経路の数が最小となるように、つまり、直線経路と外周経路５０との交点数が最小となるように、設定することもできる。
【００３７】
ターン設定部１１０は、予め記録されている芝刈り機１の機体サイズ、作業幅、旋回時に描く曲線の形状を含む属性情報と地形とに基づいて、一つの直線経路（第１直線経路）を走行し終えた芝刈り機１が隣り合う次の直線経路（第２直線経路）へと方向転換するためのターン動作の内容を、設定ファイルに設定（記録）する。
図６（ａ）は、ある直線経路Ｌ１での芝刈り作業が交点（座標）Ｒ１で終了した後、次の直線経路Ｌ２へと方向転換し、交点（座標）Ｒ２から芝刈り作業を再開する場合のターン動作例を示している。
【００３８】
図６（ｂ）は、図６（ａ）におけるターン動作時の芝刈り機１の走行軌跡を示す図である。ターン設定部１１０は、直線経路Ｌ１と外周経路５０との交点（位置）座標Ｒ２を通過した芝刈り機１が、直線経路Ｌ１の延長線まで旋回する際に描く円弧で前進左方向（反時計回り）に旋回を始めるときの位置（座標）Ｒ２ｂと、旋回した芝刈り機１が次の直線経路Ｌ２の延長線と交わる位置（座標）Ｒ３ｃと、この位置（座標）Ｒ３ｃを起点として、芝刈り機１が直線経路Ｌ２と垂直方向にバックする直線と直線経路Ｌ１の延長線と交わる位置（座標）Ｒ２ｃと、芝刈り機１がこの位置（座標）Ｒ２ｃを起点として、前進左方向に旋回を開始して次の直線経路Ｌ２に達する際に描く円弧と当該直線経路Ｌ２とが交わる位置（座標）Ｒ３ｂと、この位置（座標）Ｒ３ｂを起点として芝刈り機１が直線経路Ｌ２を通過する際の位置（座標）Ｒ３とを設定する。このように設定された内容のターン動作を「スイッチバック」と呼ぶ。
スイッチバックにより、直線経路の終点で半円弧の経路に沿って走行して折り返す従前の芝刈り機（例えば特許文献１，２に開示された芝刈り機）よりも、走行距離を著しく短くすることができる。
【００３９】
スイッチバックでは、Ｒ３ｃ−Ｒ２ｃ、Ｒ３ｂ−Ｒ２ｂは、それぞれ直線経路Ｌ１，Ｌ２に対して垂直となる。また、円弧は、Ｒ３ｂ−Ｒ２ｂ間の直線距離を半径とし、Ｒ２ｂ又はＲ３ｂを中心とする１／４円の円弧となる。Ｒ３から直線経路Ｌ２の延長線と垂直方向に延びる直線と直線経路Ｌ１の延長線と交わる位置（座標）Ｒ２ａとＲ２ｂとの距離を「ターンマージン」と呼ぶ。ターンマージンは、図２（ａ）に示したＨ［ｍ］である。このターンマージンにより、スイッチバック時に、芝刈り機１が直線経路Ｌ１，Ｌ２の途中から芝刈り作業を開始してしまうこと、つまり芝を刈り残してしまうことを防止することができる。なお、このターンマージンは、Ｈ［ｍ］より大きい値であっても良い。
【００４０】
ターン設定部１１０で設定された各位置（座標）に基づいて、制御情報生成部１０７は、芝刈り機１に走行させるためのコースを定める走行制御信号と、走行中の刈刃１８，１９の昇タイミングを定める作業制御信号とを生成する。例えば、上述したスイッチバックのときの走行制御信号及び作業制御信号は、以下の内容となる。
直線経路Ｌ１での芝刈り作業をＲ２で終えた芝刈り機１の刈刃１８，２９を作業制御信号により地面から上げさせ（離させ）、その状態で、走行制御信号により、芝刈り機１をＲ２ｂまでさらに前進走行させる。その後、芝刈り機１をＲ２ｂからＲ３ｃに向けて、最小回転半径の円の１／４分だけ前進左方向に旋回させ、停止した位置（座標）Ｒ３ｃからＲ２ｃまで直線的に後退させる。そして、Ｒ２ｃから座標Ｒ３ｂに向けて最小回転半径の円の１／４分だけ前進左方向に旋回させる。これにより、芝刈り機１のターン動作を完了させる。その後、作業制御信号により、交点（座標）Ｒ３から刈刃１８，１９を降ろさせ（地面に接触させ）、直線経路Ｌ２の走行と芝刈り作業とを再開させる。
【００４１】
なお、直線経路Ｌ１での芝刈り作業が終了し、直線経路Ｌ２へと芝刈り機１が方向転換する場合の例で説明したが、例えば直線経路Ｌ２からＬ１へ方向転換する場合（これもスイッチバックである）も同様の手順で設定する。
【００４２】
ターン設定部１１０により設定されるターン動作の別例を図７（ａ）、（ｂ）に示す。図７（ａ）のターン動作と図６（ｂ）のスイッチバックとの違いは、芝刈り機１が旋回する際の走行方向が異なる点である。すなわち、スイッチバックでは、芝刈り機１が前進左方向に旋回を開始するが、図７（ａ）に示すターン動作では、芝刈り機１がバック右方向（時計回り）に旋回するように設定する。このようなターン動作を「反転スイッチバック」と呼ぶ。便宜上、直線経路Ｌ１，Ｌ２と外周経路５０とが交わる座標Ｒ２、Ｒ３は、図６（ｂ）に示したスイッチバックの場合と同じとする。
【００４３】
ターン設定部１１０は、交点（座標）Ｒ２を通過した芝刈り機１が、直線経路Ｌ１の延長線上で旋回を始めるときの位置（座標）Ｒ２ｂと、芝刈り機１がバック旋回を開始して次の直線経路Ｌ２に達する際に描く円弧と当該直線経路Ｌ２とが交わる位置（座標）Ｒ３ｃと、この位置（座標）Ｒ３ｃを起点として芝刈り機１が直線経路Ｌ２と垂直方向に前進する直線と直線経路Ｌ１の延長線と交わる座標Ｒ２ｃと、この座標Ｒ２ｃを起点として芝刈り機１がバック旋回を開始して描く円弧と直線経路Ｌ２とが交わる座標Ｒ３ｂとを設定する。このように設定された内容のターン動作を「反転スイッチバック」と呼ぶ。
なお、直線経路Ｌ１での芝刈り作業が終了し、直線経路Ｌ２へと芝刈り機１が方向転換する場合の例で説明したが、例えば直線経路Ｌ２からＬ１へ方向転換する場合も同様の手順で設定する。
【００４４】
反転スイッチバックもまた、直線経路の終点で半円弧の経路に沿って走行して折り返す従前の芝刈り機（例えば特許文献１，２に開示された芝刈り機）よりも、走行距離を著しく短くすることができる。特に、ゴルフ場のラフ領域が狭かったり、立木等の障害物がある場合に有効となる。反転スイッチバックでは、また、ターンマージンをも考慮した芝刈り機１のターン動作を実現することが可能になる。
【００４５】
図７（ｂ）のターン動作は、スイッチバックや反転スイッチバックとは、芝刈り機１が旋回ないし走行する回数及びコースが異なる。図７（ｂ）のターン動作は、直線経路Ｌ１１と外周経路５０との交点の座標Ｒ２１から座標Ｒ２１ａを経て上記のターンマージンだけ進んだ座標Ｒ２１ｂを芝刈り機１の一回目の旋回（前進右旋回）の開始点とし、この座標Ｒ２１ｂから芝刈り機１の最小回転半径ｒで前進右旋回を開始して描く円弧の終点の座標Ｒ２１ｃを算出する。この円弧は、座標Ｒ２１ｃと座標Ｒ２１ｂとの交点の座標Ｒ２１ｄを中心とする１／４円となる。座標Ｒ２１ｃを芝刈り機１の一回目の旋回の終点とし、当該芝刈り機１がバックを開始する始点として設定する。
【００４６】
次に、この座標Ｒ２ｃから直線経路Ｌ１１の延長線の方向へバックで向かう直線が交わる座標Ｒ２１ｅを算出する。この座標Ｒ２１ｅを二回目の旋回（バック右旋回）の開始点とし、この座標Ｒ２１ａから芝刈り機１の最小回転半径ｒでバック右旋回を開始して描く円弧の終点の座標Ｒ３１ｃを算出する。この円弧は、座標Ｒ２１ｅを通る直線経路Ｌ１１の延長線と座標Ｒ３１ｃとの交点の座標Ｒ２１ｆを中心とする１／４円となる。
この座標３１ｃでターン動作を終了し、ここから直線経路Ｌ１２に向けて前進を開始する。そして、座標Ｒ３ｂを経て、外周経路５０と直線経路Ｌ１２とが交わる座標Ｒ３１から芝刈り作業を開始する。このようなターン動作を「偏極ターン」と呼ぶ。
なお、直線経路Ｌ１１での芝刈り作業が終了し、直線経路Ｌ１２へと芝刈り機１が方向転換する場合の例で説明したが、例えば直線経路Ｌ１２からＬ１１へ方向転換する場合も同様の手順で設定する。
【００４７】
偏極ターンは、隣り合う直線経路の間隔を十分に取れない場合であっても、芝刈り機１の最小回転半径ｒでの旋回よりもコンパクトにターン動作させることができる。
【００４８】
ターン設定部１１０は、スイッチバック、反転スイッチバック、偏極ターンのいずれかを選択的に設定することができる。これにより、芝刈り作業の対象となるホールの形状に柔軟に対応することができる。  
【００４９】
動作設定部１１１は、芝刈り機１の走行中あるいは停止中の刈刃１８，１９の昇降動作や刈刃１８，１９の回転の起動又は停止などを含む芝刈り作業に係る各種設定を行う。以下、刈刃１８，１９の昇降動作に係る刈刃上げ指示位置、並びに、刈刃下げ指示位置の設定を中心に、図８（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。
【００５０】
刈刃上げ指示位置、並びに、刈刃下げ指示位置の設定では、前述のターン設定部１１０におけるターンマージンにおける芝刈り機１の刈刃１８，１９が地面と接する位置と当該芝刈り機１の位置情報の基準となる位置との距離に加え、刈刃１８，１９の幅も考慮された設定が行われる。つまり、作業領域内の芝を刈り残してしまうことや、作業領域外の芝まで刈ってしまうことを防止するため、刈刃１８，１９の地面との接触、及び、地面との離脱のそれぞれが、外周経路における刈り幅Ｗ（例えば、刈刃１８の幅Ｗ［ｍ］）の範囲内で行われるように設定される。
【００５１】
図８（ａ）を参照すると、動作設定部１１１は、直線経路Ｌ１を中心として、それぞれ直線経路Ｌ１から平行してＷ／２ずつ離れた刈り幅Ｗの両端Ｌ１ａ、Ｌ１ｂと、外周経路５０を中心として、それぞれ外周経路５０からＷ／２ずつ離れた刈り幅Ｗの外周側の境界線５０ａと内周側の境界線５０ｂとを設定する。この外周側の境界線５０ａと両端Ｌ１ａ，Ｌ１ｂとの交点を算出し、その中から座標Ｒ２までの距離が短いものを選択する。
選択された交点が図８（ａ）に示す座標Ｓ１であり、この座標Ｓ１が、刈刃上げマージンの起点となる。刈刃上げマージンとは、走行中の作業を中止させる距離であり、その距離は、予め設定されている。刈刃上げマージンは、例えば上述したＨ［ｍ］以上であり、かつ、Ｈ［ｍ］に刈刃１８の幅Ｗ［ｍ］を加えた値以下で設定される。これにより、芝刈り機１が直線経路の途中で作業を終了してしまうことや、外周経路での刈り幅の外側まで作業を続けてしまうことを防止することができる。
【００５２】
動作設定部１１１は、選択した座標Ｓ１から外周経路５０の内方に向けて離れている直線経路Ｌ１の一方の端部Ｌ１ａ上の座標Ｓ２を算出する。この座標Ｓ２から直線経路Ｌ１に向かう法線と直線経路Ｌ１との交点を算出し、算出された交点を刈刃上げ指示位置ＳＵとして設定する。これにより、刈刃上げ指示位置ＳＵに達した芝刈り機１は、刈刃を上げるよう指示される。
【００５３】
動作設定部１１１による刈刃下げ指令位置の設定は、図８（ｂ）に示すように、直線経路Ｌ２に平行してＷ／２だけ離れた刈り幅Ｗの両端Ｌ２ａ、Ｌ２ｂのそれぞれと、外周経路５０と相似し、外周方向にＷ／２の距離で拡大した外周経路での刈り幅Ｗの外周側の境界線５０ａとの交点を算出する。そして、その中から座標Ｒ３までの距離が短いものを選択する。選択された交点が座標Ｓ１であり、この座標Ｓ１が刈刃下げマージンの起点となる。刈刃下げマージンとは、予め設定されている値であり、例えば上述したＨ［ｍ］から刈刃１８の幅Ｗ［ｍ］を差し引いた値以上、かつ、Ｈ［ｍ］以内で設定される。
これにより、芝刈り機１が外周経路での刈り幅の外側から作業を開始してしまうことや、直線経路の途中から作業を開始してしまうことを防止することができる。
【００５４】
動作設定部１１１は、座標Ｓ１から刈刃下げマージンの値分外周経路５０の外方に向けて離れているＬ２ｂ上の座標Ｓ２から直線経路Ｌ２の延長線上に向かう法線と直線経路Ｌ２との交点を算出し、算出された交点を刈刃上げ指示位置ＳＤとして設定する。これにより、刈刃下げ指示位置ＳＤに達した芝刈り機１は刈刃を下げ、芝刈り作業を再開する。
【００５５】
次に、つなぎ経路について説明する。例えば、芝刈り機１が停止している場所（車庫や直前に作業したホール等）から、ある直線経路の作業開始位置までの走行経路、全ての直線経路での作業が終了した位置から外周経路の作業開始位置までの走行経路、外周経路の作業終了位置から任意に設定された場所（車庫や次に作業するホール等）までの走行経路が、「つなぎ経路」である。
以下、経路設定部１０９によるつなぎ経路の生成手順を図９（ａ）、（ｂ）及び図１０を参照して説明する。
【００５６】
図９（ａ）、（ｂ）は、経路設定部１０９が、芝刈り機１の現在の存在位置Ａ１を中心として、所定距離走行後のチェック位置までの長さのｎ（ｎは自然数）倍を半径とする円ｒＡを設定し、Ａ１からチェック位置までを繋ぐ線分が円ｒＡ上で交差する位置のうち目的地Ａｎに最も近い位置を選択して、これを新たな存在位置Ａ２として円ｒＡを再設定する作業を、新たな存在位置が目的地Ａｎに近づくまで繰り返すことにより、目的地Ａｎに至るつなぎ経路を設定する場合の例を示している。
目的地Ａｎは、芝刈り機１が直線経路Ｌ１の傾きに合わせて、外周経路５０と直線経路Ｌ１との交点Ｒ１から作業を開始させることができる位置である。
【００５７】
経路設定部１０９は、まず、Ａ１からＡｎまでの経路を以下の手順で生成する。すなわち、Ａ１を中心として、次に前進する方向に向かって、所定距離だけ離れたＡ１ａまでの長さの２倍を半径とする円ｒＡを描く。そして、ベクトル（Ａ１、Ａ１ａ）の２倍以上の長さで、連続して所定角度例えば１０度ずつ傾けた線分が交差する円ｒＡ上で、Ａｎを指し示す方向のもの、具体的には、円ｒＡ上にある座標で、Ａｎからの距離が最も近くなるものを選択する。図９（ａ）の例ではＡ２が選択されている。Ａ２は、Ａ１と共に芝刈り機１のつなぎ経路の途中位置を示す座標となり、円ｒＡの半径は、これらの座標間の距離となる。次に、Ａ１ａを中心に、前述と同じ半径の円ｒＡと、ベクトル（Ａ１ａ、Ａ２）の２倍以上の長さで、前述と同様、連続して例えば１０度ずつ傾けた線分が交差する円ｒＡ上の座標でＡｎを指し示す方向のものを選択する。この手順を繰り返す。
【００５８】
図９（ｂ）は、上記手順を４回目まで繰り返した様子を模式的に示している。Ａ１、Ａ２、Ａ３は、既に芝刈り機１のつなぎ経路に含まれる位置（座標）として選択されている。図９（ｂ）の例では、Ａ３を中心に、前述と同じ半径の円ｒＡを描き、ベクトル（Ａ３、Ａ３ａ）の２倍以上の長さで、連続して例えば１０度ずつ傾けた線分が交差する円ｒＡ上の座標Ａ４が、Ａｎを指し示す方向のものとして選択されている。この手順を、新たに選択された座標とＡｎとの距離が円ｒＡの半径の１／２になるまで繰り返す。
【００５９】
このようにして、Ａ１からＡｎを含み、選択された座標を順番に繋ぐことで、芝刈り機１が停止している位置Ａ１から目的地Ａｎ及び作業開始位置Ｒ１までのつなぎ経路を生成することができる。
【００６０】
外周経路の作業終了位置から任意に設定された場所までの移動のためのつなぎ経路も同様にして生成することができる。例えば、作業終了位置を上記の座標Ｒ１とし、任意に設定された場所を上記のＡ１として、上記の手順を繰り返せば良い。
【００６１】
図１０は、全ての直線経路での作業が終了した位置から外周経路の作業開始位置までのつなぎ経路を生成する様子を示している。
経路設定部１０９は、直線経路Ｌ１７における作業終了位置Ｒ１４から、当該直線経路Ｌ１７の延長線上で、作業終了位置から直線経路離脱マージン分だけ離れた位置Ｃ１を特定する。直線経路離脱マージンは、例えば外周経路５０の内方で、芝刈り機１がターン動作を開始しないようにするために、芝刈り機１の機体の全長の値［ｍ］に設定される。
【００６２】
また、外周経路５０での作業開始位置Ｓ１と外周経路５０の次の作業位置Ｓ２とを繋ぐ直線の傾きで、外周経路５０の外方に向かう延長線Ｌ２７上で、作業開始位置Ｓ１から刈刃下げマージン分だけ離れたＣ２を特定する。さらに、Ｃ１とＣ２とを繋ぐ線分の中点となるＣ３からＣ１とＣ２の法線上に外周経路進入マージン分だけ離れたＤ３と、このＤ３を含み、かつＣ１とＣ２とを結ぶ線分と平行の直線が、直線経路Ｌ１７の延長線と交差するＤ１と延長線Ｌ２７と交差するＤ２とを特定する。外周経路進入マージンは、芝刈り機１が外周経路での作業を開始する際の進入角度を滑らかにするためのものであり、予め設定された長さである。これにより、直線経路Ｌ１７を経て作業終了位置Ｒ１４を通過した芝刈り機１が、Ｄ１、Ｄ３、Ｄ２をこの順に経て外周経路５０の作業開始位置Ｓ１に至るつなぎ経路を設定することができる。
【００６３】
以上の説明の通り、本実施形態の制御装置１０では、走行センサ１１及び方位角速度センサ１２により検出される芝刈り機１の挙動、ＧＰＳアンテナ１５及びＧＰＳ受信部１０１により検出される芝刈り機１の現在位置、及びこれらの変化情報に基づいて、作業対象領域に対して外周経路５０及び複数の直線経路を設定するとともに、複数の直線経路のうち、互いに隣合いかつ芝刈り機１の走行方向が逆となる一対の直線経路Ｌ１，Ｌ２と外周経路５０との交点を特定し、特定した隣合う交点同士を結ぶ当該作業機械の後進を含むターン動作内容を設定ファイルに設定（記録）し、作業時にこの設定ファイルの記録情報を読み出して、芝刈り機１を、上記交点以外では外周経路５０及び直線経路Ｌ１，Ｌ２を走行させ、走行中いずれかの交点に達したときは設定したターン動作内容でターン動作させるための走行制御信号を出力し、この走行制御信号により走行駆動機構を制御するようにしたので、芝を刈る対象領域や操舵のフレキシブル性を確保した上で、芝刈り機１を作業対象領域の最小の経路で走行させることができる。そのため、作業時間を従前よりも短縮することができ、燃費上も有利となる。
また、上記の各種設定機能を有するので、作業対象領域について芝刈り機１を予めテスト走行させて挙動、現在位置及びその変化情報に基づいて、走行経路を設定ファイルに設定し、実作業ではこの設定ファイルから読み出した情報により芝刈り作業を自動実施させることができるので、無人による夜間の芝刈り作業も可能となる。
【００６４】
本実施形態では、また、ターン設定部１１０で、予め記録されている芝刈り機１の機体サイズ、作業幅、旋回時に描く曲線の形状を含む属性情報と地形とに基づいて、左右方向のスイッチバック、左右方向の反転スイッチバック、左右方向の偏極ターンの少なくともいずれかを選択可能な態様で設定可能にしたので、芝刈りを行う領域外の地形、傾斜、障害物の有無に応じて、ターン動作の内容を任意に設定することができ、作業のフレキシブル性を高めることができる。
特に、旋回時に芝刈り機１の描く曲線が当該芝刈り機１が旋回可能な最小回転半径の１／４の円弧であるので、操舵を目一杯左右方向に回転させるだけで最小の経路でターン動作できるので、操舵性が向上する。
【００６５】
本実施形態では、また、経路設定部１０９が、図９又は図１０に示したつなぎ経路を設定することにより、芝刈り機１を次の作業対象領域の作業開始位置まで容易に誘導することができる。また、予め外周経路５０、直線経路Ｌ１、Ｌ２等、つなぎ経路を、作業対象領域のマップと関連付けて設定ファイルに記録しておき、作業対象領域の作業開始時に設定ファイルより読み出した記録情報とＧＰＳ受信部１０１で取得した現在位置とに基づいて、走行制御信号を出力することで、自走式の芝刈り機１を容易に実現することができる。
【００６６】
本実施形態の制御装置１０は、ターン設定部１１０で設定された内容のターン動作の開始前及び完了前に、所定マージンサイズの分だけ、走行中の作業を休止させるための作業制御信号を出力し、この作業制御信号により芝刈り機１が備える作業駆動機構を制御するようにしたので、芝の刈りすぎあるいは刈り残しを有効に防止することができる。
【００６７】
上記の制御装置１０と、走行制御信号及び作業制御信号に基づいて走行駆動及び作業駆動を行う駆動機構を備えることで、従前よりも作業効率を格段に高めた芝刈り機１を実現することができる。特に、制御装置１０は、予め外周経路５０、直線経路Ｌ１，Ｌ２等、つなぎ経路を、作業対象領域のマップと関連付けて設定ファイルに記録しておき、作業対象領域の作業開始時に設定ファイルより読み出した記録情報とＧＰＳ受信部１０１より取得した現在位置とに基づいて走行制御信号を出力することにより自走による作業を可能にするので、夜間でも芝刈り作業を実施することができ、操作性に優れた芝刈り機１を実現することができる。
【００６８】
＜変形例＞  
本実施形態は以上の通りであるが、本発明は上述した実施の形態例に限ることなく、種々の形態での実施が可能である。
例えば、予め測定した芝刈り機１の機体サイズ、作業幅、旋回時に描く曲線の形状を含む属性情報と地形とに基づいて、地図情報記録部１０３に作業マップを記録しておき、走行、作業時にこの作業マップに従って芝刈り機１を走行、作業させることで、外周経路５０等の設定を行わずに芝刈り機１に作業を行わせることができるようにすることも可能である。
また、ＧＰＳアンテナ１５を芝刈り機１の機体フレームの位置測定中心から、左右又は前後の等間隔の位置に複数設置することで、傾斜に応じた位置情報の補正を行うように構成しても良い。このような構成では、走行精度を高める他、地形や樹木あるは建物等の影響により、１個のＧＰＳアンテナで電波を捉えられない場合においても、残りのＧＰＳアンテナで電波を捉えることができるので、ＧＰＳによる位置測定を確保することができ、芝刈り作業をより精度良く実施することができる。
本実施形態の制御装置１０は、芝刈り機１以外の農業機械その他の作業機械に搭載することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１・・・芝刈り機、１０・・・制御装置、１１・・・車速センサ、１２・・・方位角速度センサ、１３・・・駆動制御部、１５・・・ＧＰＳアンテナ、１６・・・通信アンテナ、
１０１・・・ＧＰＳ受信部、１０２・・・送受信部、１０３・・・地図情報記録部、１０４・・・カード装着機構、１０５・・・車両情報受信部、１０６・・・駆動指令部、１０７・・・制御情報生成部、１０８・・・作業領域設定部、１０９・・・経路設定部、１１０・・・ターン設定部、１１１・・・動作設定部、１１２・・・主制御部、２・・・基地局、２１・・・ＧＰＳ受信装置、２２・・・送受信装置、２５・・・ＧＰＳアンテナ、２６・・・通信アンテナ。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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