JP2017010161A - 無人作業機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易かつ安価な構成により、気象条件を考慮した作業を屋外で行う無人作業機の制御装置を提供する。【解決手段】無人作業機の制御装置は、作業機１に設けられた作業用のアクチュエータ１３と、予め作業機１のタイムスケジュールを設定する設定手段３２１と、作業地点またはその近傍における現在および未来の気象情報を取得する情報取得手段３２２と、情報取得手段３２２により取得された気象情報に基づいてタイムスケジュールを修正する修正手段３２４と、修正手段３２４により修正されたタイムスケジュールに従い作業機１が作業を行うようにアクチュエータ１３を制御するアクチュエータ制御手段３２５，１２とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、屋外において無人で動作可能な無人作業機の制御装置に関する。

従来より、所定の作業領域を走行して芝刈りなどの作業を行う無人作業機の制御装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載の装置は、作業機に設けられた雨水感測器により現在の気象が降雨状態であるか否かを検知し、降雨状態を検知すると、作業機の作業を中止して作業機を駐車位置に戻す。

特開平３−４６００９号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の装置は、作業機に雨水感測器を設けて現在の降雨状態を検知するため、作業機に防水構造が必要となり、構成が複雑になってコストの上昇を招く。

本発明の一態様は、屋外において無人で動作可能な無人作業機の制御装置であって、作業機に設けられた作業用のアクチュエータと、予め作業機のタイムスケジュールを設定する設定手段と、作業地点またはその近傍における現在および未来の気象情報を取得する情報取得手段と、情報取得手段により取得された気象情報に基づいてタイムスケジュールを修正する修正手段と、修正手段により修正されたタイムスケジュールに従い作業機が作業を行うようにアクチュエータを制御するアクチュエータ制御手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、気象情報に基づいて作業機のタイムスケジュールを修正し、修正後のタイムスケジュールに従い作業用のアクチュエータを制御するので、雨水を検知するセンサ等が不要であり、簡易かつ安価な構成により気象条件を考慮して作業を行うことができる。

本発明の第１の実施形態に係る無人作業機の制御装置の構成を概略的に示す図。 図１の芝刈り機の要部構成を示す側面図。 図１の芝刈り機の作業範囲の一例を示す平面図。 図１の気象情報サーバに格納される気象情報の一例を示す図。 図１の芝刈り機のタイムスケジュールの一例を示す図。 図１の中継装置のＥＣＵで実行される処理の一例を示すフローチャート。 本発明の第２の実施形態に係る無人作業機の制御装置の構成を概略的に示す図。 図７の散水機のタイムスケジュールの一例を示す図。 図８の変形例を示す図。 図１，７の気象予測部における気象予測手法の一例を説明するための図。

−第１の実施形態−
以下、図１〜図６を参照して本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る無人作業機の制御装置の概略構成を示す図である。本発明の制御装置は、屋外において無人で動作可能な種々の無人作業機（以下、単に作業機と呼ぶ場合もある）に適用することができるが、第１の実施形態では、特に自律走行しながら芝刈り作業を行う移動式芝刈り機１に適用する。

図１に示すように、芝刈り機１には、中継装置３が通信可能に接続され、中継装置３には、サーバ装置４が通信可能に接続される。芝刈り機１は敷地内の庭に、中継装置３は同一の敷地内の建物にそれぞれ配置され、両者は無線ＬＡＮ等を介して通信可能である。中継装置３とサーバ装置４とは、インターネット等の通信ネットワークを介して通信可能である。中継装置３は、パーソナルコンピュータや携帯電話端末等により構成することができる。中継装置３は基地局として機能し、中継装置３を介してサーバ装置４と芝刈り機１との間で各種データや制御信号等を含む信号を送受信することができる。

芝刈り機１は、通信ユニット１１と、ＥＣＵ１２と、作業用アクチュエータ１３と、走行用アクチュエータ１４とを有し、予め定められた作業領域内を自律走行可能に構成される。以下、移動式芝刈り機１の構成についてより具体的に説明する。

図２は、芝刈り機１の要部構成を示す側面図である。図２に示すように、芝刈り機１は、シャシ１０１とフレーム１０２とを有する車体１００と、車体１００を接地面ＧＲから走行可能に支持する左右一対の前輪１０３および左右一対の後輪１０４とを備える。シャシ１０１とフレーム１０２とで包囲された芝刈り機１の内部空間１０５には、通信ユニット１１と、ＥＣＵ１２と、作業装置１０６と、作業装置駆動用の作業用アクチュエータ１３（作業モータ）と、後輪駆動用の走行用アクチュエータ１４（走行モータ）と、充電ユニット１０７と、バッテリ１０８とが配置される。ＥＣＵ１２は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ、その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成される。

通信ユニット１１は、送受信アンテナと、送受信アンテナを介して送受信した信号を処理する信号処理回路とを含み、ＥＣＵ１２は、通信ユニット１１を介して中継装置３と通信することができる。作業装置１０６は、回転可能な芝刈り用のブレードを有する。作業装置１０６は、ブレードの中央に設けられた回転軸を上下方向に向けて配置され、作業用アクチュエータ１３によりブレードが回転する。作業用アクチュエータ１３は、電動モータにより構成される。走行用アクチュエータ１４は、左右の後輪１０４の左右内側に配置された一対の電動モータにより構成される。走行用アクチュエータ１４の出力軸は、左右の後輪１０４の回転軸にそれぞれ連結され、走行用アクチュエータ１４は、左右の後輪１０４を互いに独立に回転駆動する。左右の後輪１０４の回転に速度差を生じさせることで、芝刈り機１は任意の方向に旋回することができる。

充電ユニット１０７は、フレーム１０２の前端部に設けられた端子１０９に配線を介して接続されるとともに、バッテリ１０８に配線を介して接続される。バッテリ１０８は、端子１０９が接点を介して充電ステーション６（図３参照）に接続することで、充電される。バッテリ１０８は、配線を介して作業用アクチュエータ１３と走行用アクチュエータ１４とに接続され、各アクチュエータ１３，１４は、バッテリ１０８から供給される電力により駆動する。芝刈り機１の前部には、互いに左右方向に離間した一対の磁気センサ１１０が配置される（図３参照）。磁気センサ１１０は、磁界の大きさ（磁界強度）を示す信号を出力する。

なお、図示は省略するが、芝刈り機１には、さらにＹａｗセンサ、Ｇセンサ、方位センサ、接触センサ、車輪速センサ、および電圧センサ等が設けられる。Ｙａｗセンサは、芝刈り機１の高さ方向の軸線（Ｚ軸）回りに生じる角速度（ヨーレート）を示す信号を出力する。Ｇセンサは、芝刈り機１に作用する直交３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）方向の加速度を示す信号を出力する。方位センサ（地磁気センサ）は、地磁気に応じた信号を出力する。接触センサは、芝刈り機１が障害物等に接近または接触するとオン信号を出力する。車輪速センサは、左右の後輪１０４の車輪速を示す信号をそれぞれ出力する。電圧センサは、バッテリ１０８の残電圧を示す信号を出力する。

以上のように構成された芝刈り機１は、予め定められた作業領域内を自律走行して作業を行う。図３は、作業領域ＡＲの一例を示す平面図である。作業領域ＡＲは、例えば予め庭に敷設（例えば接地面ＧＲから所定深さに埋設）されたエリアワイヤ７によって画定され、エリアワイヤ７により芝刈り機１の走行範囲が規定される。エリアワイヤ７には電流が流され、これにより作業領域ＡＲに磁界が発生する。作業領域ＡＲの磁界強度は、磁気センサ１１０により検出される。

磁界強度は、エリアワイヤ７からの距離に応じて変化する。ＥＣＵ１２は、磁気センサ１１０からの信号により、芝刈り機１がエリアワイヤ７に到達したか否かを判定する。そして、エリアワイヤ７に到達したと判定すると、走行用アクチュエータ１４に制御信号を出力し、図３の矢印に示すように、芝刈り機１を作業領域ＡＲの内側に向けて旋回させる。このようにＥＣＵ１２は、磁気センサ１１０からの信号に応じて走行用アクチュエータ１４に制御信号を出力し、これにより芝刈り機１が作業領域ＡＲ内を自律走行する。このときＥＣＵ１２は、作業用アクチュエータ１３にも制御信号を出力し、作業領域ＡＲ内で芝刈り作業を行わせる。

エリアワイヤ７上には、バッテリ１０８を充電するための充電ステーション６が配置される。作業時に、電圧センサによってバッテリ１０８の電圧不足が検出されると、ＥＣＵ１２は、走行用アクチュエータ１４に制御信号を出力し、例えばエリアワイヤ７に沿って芝刈り機１を充電ステーション６まで帰還させ、バッテリ１０８を充電する。バッテリ１０８の充電が完了すると、ＥＣＵ１２は、走行用アクチュエータ１４に制御信号を出力して芝刈り機１を充電ステーション６から離脱させ、その後、作業用アクチュエータ１３を駆動して作業を再開する。ＥＣＵ１２は、作業終了後にも芝刈り機１を充電ステーション６まで帰還させ、作業を開始するまで充電ステーション６で待機させる。充電ステーション６には、充電ステーション６に位置する芝刈り機１を雨風等から防護するためのカバーが設けられる。なお、充電ステーション６が配置された領域にカバーを設けて雨風等から芝刈り機１を防護してもよい。

中継装置３には、予め芝刈り機１の作業工程を表すタイムスケジュールが設定され、芝刈り機１は、中継装置３からの指令により作業を開始および作業を終了する。すなわち、中継装置３はタイマを有し、タイムスケジュールの作業開始時刻になると、通信ユニットを介して芝刈り機１に作業開始指令を送信し、その後、作業終了時刻になると、作業終了指令を送信する。ＥＣＵ１２は、作業開始指令を受信すると芝刈り作業を開始し、作業終了指令を受信すると芝刈り作業を終了するようアクチュエータ１３，１４を制御する。これにより、予めユーザがタイムスケジュースを設定しておくだけで、所望の時刻になると、芝刈り機１に無人で作業を行わせることができる。

ところで、芝刈り機１は屋外で作業を行うが、機器の損傷を防ぐとともに効率的に作業を行うという観点から、降雨時の芝刈り作業は避けることが好ましい。この点、例えば芝刈り機１に降雨状態を検出するセンサを設け、降雨検出時に作業を終了するように構成すると、芝刈り機１には、ＥＣＵ１２やセンサの周りに、降雨に耐えうる防水構造が必要となる。このため、芝刈り機１の構成が複雑となり、コストが上昇する。一方、ユーザが気象情報を随時確認し、ユーザからの指令によりタイムスケジュールを設定し直す構成は、ユーザにとって煩雑である。そこで、本実施形態では、降雨状態を検出するセンサ等を設けることなく、かつ、タイムスケジュールを設定し直すユーザの手間を省きながら、気象の変化に対応した適切な作業を作業機（芝刈り機１）に行わせるようにするため、以下のように無人作業機の制御装置を構成する。

図１に示すように、中継装置３は、通信ユニット３１と、ＥＣＵ３２と、タイマ３３と、入力部３４と、表示部３５とを有する。通信ユニット３１は、無線ＬＡＮ等の通信方法を介して芝刈り機１と通信可能に接続する通信部と、光通信路等によるインターネット通信を介してサーバ装置４と通信可能に接続する通信部とを含む。ＥＣＵ３２は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ、その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成される。入力部３４は、キーボード、マウス、タッチパネル等の操作部を含み、入力部３４を介して中継装置３に各種情報を入力することができる。表示部３５は、各種情報を表示可能なディスプレイを含む。

サーバ装置４は、地域毎の気象情報を格納する気象情報サーバ４１と、作業機１の作業データを格納する作業データサーバ４２とを有する。気象情報サーバ４１は、現在および未来の気象情報、具体的には、現在から所定時間先までの所定時間毎の気象情報を格納する。気象情報サーバ４１に格納される気象情報は、降水確率、気温、湿度、日の出時刻、日の入り時刻、風速等を含み、これらの気象情報は所定時間毎（例えば５分毎）に更新される。

図４は、気象情報サーバ４１に格納される気象情報の一例である。図４は降水確率（％）のデータを示す。現在は月曜日の午前０時であり、気象情報サーバ４１には、図４に示すように所定地域における１時間毎の１週間分（現在から１週間先まで）の降水確率のデータが記憶される。作業データサーバ４２に格納される作業データは、芝刈り機１が過去に行った作業のデータ（作業履歴データ）と、芝刈り機１を使用するユーザの情報とを含む。作業履歴データは、芝刈り機１の作業終了後に、中継装置３を介してＥＣＵ１２から作業データサーバ４２に送信される。

図１に示すように、中継装置３のＥＣＵ３２は、機能的構成として、設定部３２１と、情報取得部３２２と、気象予測部３２３と、修正部３２４と、出力部３２５とを有する。

設定部３２１は、予め芝刈り機１のタイムスケジュール（作業工程）を設定する。例えば作業予定日、作業開始時刻、作業終了時刻等を設定する。所定周期で作業を行う場合、その周期を設定してもよい。タイムスケジュールは入力部３４を介してユーザが任意に設定することができる。情報取得部３２２により取得された作業データサーバ４２からの情報を参照してタイムスケジュールを設定することもできる。情報取得部３２２により取得された気象情報サーバ４１からの情報（例えば日の出、日の入り時刻等）を用いてタイムスケジュールを自動的に設定してもよい。設定部３２１は、作業を禁止するための気象条件（作業禁止条件）を設定する。例えば降雨時の作業を禁止する場合、作業禁止条件として降雨を設定する。

情報取得部３２２は、通信ユニット３１を介して気象情報サーバ４１から作業地点における現在および未来の気象情報、すなわち現在から所定時間先までの気象情報を取得する。気象情報サーバ４１が作業地点における気象情報を提供していない場合、作業地点の近傍の地点における気象情報を取得する。気象情報を提供する作業地点の近傍の地点が複数ある場合、複数地点の気象情報を取得してもよい。情報取得部３２２は、作業データサーバ４２から作業データも取得する。

気象予測部３２３は、情報取得部３２２により取得した気象情報に基づいて、作業地点における現在から所定時間先までの気象を予測する。予測する気象は、設定部３２１で設定した作業禁止条件に対応した気象であり、例えば降水確率のデータに基づいて作業地点における降雨の有無を予測する。作業地点ではなく、その近傍の地点における気象情報が取得された場合には、その気象情報を用いて作業地点の気象を予測する。

修正部３２４は、気象予測部３２３により予測された気象に応じてタイムスケジュールを修正する。例えば作業禁止条件として降雨が設定され、気象予測部３２３により降雨の発生が予測されると、降雨の発生が予測された時間の作業を禁止するようにタイムスケジュールを修正する。

図５は、修正前および修正後のタイムスケジュールの一例を示す図である。図５では、タイムスケジュールによる作業実行の作業指令をオン、作業停止の作業指令をオフで示す。また、修正前のタイムスケジュールを点線（ＴＳ０）で、修正後のタイムスケジュールを実線（ＴＳ１）で示す。図５の点線に示すように、この例では、予め設定部３２１により時刻ｔ１（日の出）から時刻ｔ２（日の入り）までの時間にわたり作業指令をオンに設定する。すなわち、日の出から日没まで作業を行うようにタイムスケジュール（ＴＳ０）を設定する。よって、季節の変化で日の出および日没の時間が変化するのに合わせて、タイムスケジュールも自動的に変更される。

このとき、気象予測部３２３により時刻ｔ１０から時刻ｔ２０において降雨が予測されると、修正部３２４は、その時間の作業を禁止するため、実線で示すように作業指令をオン（ＴＳ０）からオフ（ＴＳ１）に変更する。特に図５の例では、修正部３２４は、降雨開始予測時刻ｔ１０の所定時間Δｔ１前の時刻ｔ１１から降雨終了予測時刻ｔ２０の所定時間Δｔ２後の時刻ｔ２１まで、作業指令をオフする。

出力部３２５は、修正部３２４で修正されたタイムスケジュール（ＴＳ１）に従い、通信ユニット３１を介して芝刈り機１に作業開始指令および作業終了指令を出力する。すなわち、現在の時刻をタイマ３３で計時し、作業指令がオフからオンとなる時刻に作業開始指令を出力し、オンからオフとなる時刻に作業終了指令を出力する。例えば、図５の時刻ｔ１および時刻ｔ２１に作業開始指令を、時刻ｔ１１および時刻ｔ２に作業終了指令を出力する。出力された作業開始指令および作業終了指令は通信ユニット３１を介して芝刈り機１に送信される。

芝刈り機１のＥＣＵ１２は、中継装置３（出力部３２５）から作業開始指令が出力されると、走行用アクチュエータ１４に制御信号を出力し、芝刈り機１を充電ステーション６から作業領域ＡＲに移動する。その後、作業用アクチュエータ１３および走行用アクチュエータ１４に制御信号を出力し、作業領域ＡＲにおいて芝刈り機１を走行させながら作業を行う。中継装置３から作業終了指令が出力されると、作業用アクチュエータ１３に制御信号を出力して作業を停止させるとともに、走行用アクチュエータ１４に制御信号を出力して芝刈り機１を充電ステーション６に帰還させる。

図６は、中継装置３のＥＣＵ３２で実行される処理の一例を示すフローチャートである。中継装置３は、例えば中継装置３の起動後に制御開始が指令されると、図６の処理を開始する。この処理は、所定時間毎に繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１で、予め設定部３２１で設定されたタイムスケジュール（ＴＳ０）を読み込む。次いで、ステップＳ２で、芝刈り機１のグローバル座標系のＸ座標およびＹ座標の位置（自位置）、すなわち作業地点を検出する。例えば芝刈り機１と中継装置３とが同一の敷地内にある場合には、中継装置３が存在する位置（住所）を芝刈り機１の位置として、作業地点を検出する。芝刈り機１にＧＰＳセンサ等の位置検出センサを設け、位置検出センサからの信号により作業地点を検出してもよい。

次いで、ステップＳ３で、情報取得部３２２での処理により、サーバ装置４（気象情報サーバ４１）から作業地点またはその近傍の気象情報を取得する。ステップＳ３では、全ての気象情報でなく、図４に示すように作業禁止条件（降雨）に対応した所定時間先（１週間先）までの気象情報（降水確率データ）を取得してもよい。取得した気象情報は、随時更新されて中継装置３のメモリに記憶される。

次いで、ステップＳ４で、気象予測部３２３での処理により、作業地点における気象（降雨の有無）を予測する。例えば降水確率が４０％以上のとき、降雨であると予測する。次いで、ステップＳ５で、修正部３２４での処理により、ステップＳ４で予測された気象に基づき、タイムスケジュールの修正の要否を判定する。例えば、作業指令がオンの時間に降雨が予測されると、降雨時の作業を禁止するために、タイムスケジュールを修正する必要があると判定する。

ステップＳ５で肯定されるとステップＳ６に進み、否定されるとステップＳ６をパスしてステップＳ７に進む。ステップＳ６では、修正部３２４での処理により、例えば図５の実線ＴＳ１に示すようにタイムスケジュールを修正する。すなわち、降雨開始予測時刻ｔ１０の所定時間Δｔ１前の時刻ｔ１１から降雨終了予測時刻ｔ２０の所定時間Δｔ２後の時刻ｔ２１までの作業指令をオフする。

ステップＳ７では、出力部３２５での処理により、タイマ３３によって経時される現在の時刻が、作業指令がオフからオンに変化する時刻（図５の時刻ｔ１、ｔ２１）になったか否かを判定する。この場合、ステップＳ６でタイムスケジュールが修正された場合には、修正後のタイムスケジュール（ＴＳ１）を用いて作業指令のオンを判定し、タイムスケジュールが修正されない場合には、初期のタイムスケジュール（ＴＳ０）を用いて作業指令のオンを判定する。ステップＳ７で肯定されるとステップＳ８に進み、出力部３２５での処理により作業開始指令を出力する。この作業開始指令は、通信ユニット３１を介して芝刈り機１のＥＣＵ１２に送信され、これにより芝刈り機１が作業を開始する。

一方、ステップＳ７で否定されるとステップＳ９に進み、出力部３２５での処理により、タイマ３３によって経時される現在の時刻が、作業指令がオンからオフに変化する時刻（図５の時刻ｔ１１、ｔ２）になったか否かを判定する。この場合、ステップＳ６でタイムスケジュールが修正された場合には、修正後のタイムスケジュール（ＴＳ１）を用いて作業指令のオフを判定し、タイムスケジュールが修正されない場合には、初期のタイムスケジュール（ＴＳ０）を用いて作業指令のオフを判定する。ステップＳ９で肯定されるとステップＳ１０に進み、出力部３２５での処理により作業終了指令を出力する。この作業終了指令は、通信ユニット３１を介して芝刈り機１のＥＣＵ１２に送信され、これにより芝刈り機１が作業を終了する。ステップＳ９で否定されると処理を終了する。

第１の実施形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）第１の実施形態に係る無人作業機の制御装置は、屋外において無人で動作可能な無人作業機の制御装置であって、芝刈り機１（作業機の一例）に設けられた作業用のアクチュエータ１３と、予め芝刈り機１のタイムスケジュール（ＴＳ０）を設定する設定部３２１（設定手段の一例）と、作業地点またはその近傍における現在および未来の気象情報を取得する情報取得部３２２（情報取得手段の一例）と、情報取得部３２２により取得された気象情報に基づいてタイムスケジュール（ＴＳ０）を修正する修正部３２４（修正手段の一例）と、修正部３２４により修正されたタイムスケジュール（ＴＳ１）に従い芝刈り機１が作業を行うようにアクチュエータ１３を制御する出力部３２５およびＥＣＵ１２（アクチュエータ制御手段の一例）とを備える。

これにより芝刈り機１に降雨状態を検出するセンサ等を設けることなく、かつ、タイムスケジュールを設定し直すユーザの手間を省きながら、気象の変化に対応した適切な作業を芝刈り機１に行わせることができる。したがって、芝刈り機１が防水構造等、特別な気候に耐えうる構造を備える必要がなく、簡易かつ安価な構成により気象条件を考慮した作業を行うことができる。

（２）情報取得部３２２は、ネットワーク通信を介して気象情報サーバ４１（サーバの一例）から気象情報を取得するので（ステップＳ３）、時々刻々と変化する気象を精度よく予測することができる。したがって、気象情報に応じて芝刈り機１のタイムスケジュールを良好に修正することができ、降雨等の作業禁止条件での作業を確実に禁止することができる。

（３）本実施形態に係る無人作業機の制御装置は、情報取得部３２２により取得された気象情報に基づいて作業地点における現在および未来の気象を予測する気象予測部３２３（気象予測手段の一例）をさらに備え、修正部３２４は、気象予測部３２３により予測された気象に応じてタイムスケジュールを修正する（ステップＳ６）。これにより、例えば気象情報サーバ４１から気象情報として降水確率を取得するのに対し作業禁止条件として降雨を設定する場合、すなわち、取得した気象情報（降水確率）から作業禁止条件に対応した気象（降雨）が直接得られない場合であっても、作業禁止条件に対応した気象を予測できるため、所望の気象に応じたタイムスケジュールの修正が可能である。

（４）気象予測部３２３は、作業地点における降雨の有無を予測し、修正部３２４は、気象予測部３２３により降雨であると予測された時間の芝刈り機１による作業を禁止するようにタイムスケジュールを修正する（ステップＳ６）。したがって、降雨時の芝刈り作業が禁止され、機器の損傷を防ぐとともに、効率的な作業を行うことができる。

（５）気象予測部３２３は、作業地点における降雨開始予測時刻ｔ１０を予測し、修正部３２４は、気象予測部３２３により予測された降雨開始予測時刻ｔ１０の所定時間Δｔ１前から芝刈り機１による作業を禁止するようにタイムスケジュールを修正する（図５）。このため、降雨の前に作業が終了され、降雨時の作業を確実に防止することができる。

（６）気象予測部３２３は、作業地点における降雨の終了時刻ｔ２０を予測し、修正部３２４は、気象予測部３２３により予測された降雨の終了時刻ｔ２０から所定時間Δｔ２経過後まで芝刈り機１による作業を禁止するようにタイムスケジュールを修正する（図５）。このため、降雨が終了して芝が刈りやすい状態となったときに作業を行うようになり、作業効率を高めることができる。

（７）上記実施形態の制御装置は、予め定められた作業領域ＡＲ内を自律走行して芝刈り作業を行う芝刈り機１に適用したので、非作業時に芝刈り機１を雨風の当たらない場所に退避させることができ、機器の損傷を防ぐことができる。

−第２の実施形態−
図７〜９を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。第１の実施形態では、無人作業機として芝刈り機１を用いたが、第２の実施形態では、芝刈り機と散水機とを用いる。図７は、第２の実施形態に係る無人作業機の制御装置の概略構成を示す図である。なお、図１と同一の箇所には同一の符号を付し、以下では第１の実施形態との相違点を主に説明する。

図７に示すように、散水機２は、通信ユニット２１と、ＥＣＵ２２と、作業用アクチュエータ２３とを有する。散水機２は、芝刈り機１および中継装置３と同一の敷地内、例えば作業領域ＡＲ内またはその近傍に配置される。

散水機２は、配管を介して給水源に接続され、散水機２の先端のノズルから屋外の所定領域に散水することができる。作業用アクチュエータ２３は、給水源とノズルとを連通または遮断する電磁バルブであり、電磁バルブの開放時（オン時）に散水作業が行われ、電磁バルブの遮断時（オフ時）に散水作業が停止する。電磁バルブの開閉はＥＣＵ２２により制御される。ＥＣＵ２２は、中継装置３から作業開始指令が出力されると電磁バルブを開放し、作業終了指令が出力されると電磁バルブを閉鎖する。

中継装置３は、散水機２に対しても図６と同様の処理を実行する。すなわち、中継装置３は、気象情報サーバ４１から取得した気象情報により作業地点の気象を予測し、その予測結果に基づきタイムスケジュールを修正し、修正後のタイムスケジュールに従い作業開始指令および作業終了指令を出力する。

図８は、散水機２のタイムスケジュールの一例を示す図である。図８においても、図５と同様、修正前のタイムスケジールを点線（ＴＳ０）で、修正後のタイムスケジュールを実線（ＴＳ１）で示す。図８の点線に示すように、設定部３２１は、時刻ｔ１（日の出）から時刻ｔ２（日の入り）まで作業指令がオンとなるように散水機２の初期のタイムスケジュールを設定する。

このとき、気象予測部３２３により時刻ｔ１０から時刻ｔ２０において降雨が予測されると、修正部３２４は、図８の実線に示すようにその日の作業指令を全てオフにする。すなわち、降雨時には一日を通して散水の必要性が低いため、その日の散水作業を行わないようにタイムスケジュールを修正する。なお、降雨開始から終了までの予測時間が所定時間以上のときに、その日の散水作業を全て禁止し、所定時間未満のときは、降雨時以外に散水作業を行うようにタイムスケジュールを修正してもよい。出力部３２５は、修正後のタイムスケジュールに従い散水機２に作業開始指令または作業終了指令を出力し、これにより散水作業が自動的に行われる。

このように第２の実施形態に係る無人作業機の制御装置は、散水機２（作業機の一例）に設けられた作業用のアクチュエータ２３と、予め散水機２のタイムスケジュール（ＴＳ０）を設定する設定部３２１と、作業地点またはその近傍における現在および未来の気象情報を取得する情報取得部３２２と、情報取得部３２２により取得された気象情報に基づいてタイムスケジュール（ＴＳ０）を修正する修正部３２４と、修正部３２４により修正されたタイムスケジュール（ＴＳ１）に従い散水機２が作業を行うようにアクチュエータ２３を制御する出力部３２５およびＥＣＵ２２とを備える。

これにより第１の実施形態と同様、散水機２に降雨状態を検出するセンサ等を設けることなく、かつ、タイムスケジュールを設定し直すユーザの手間を省きながら、気象の変化に対応した適切な作業を散水機２に行わせることができる。降雨状態を検出するセンサを設けると、少なくともそのセンサ周りを防水構造にする必要があるが、第２の実施形態では、その必要がなく、簡易かつ安価な構成により気象条件を考慮した作業を行うことができる。

なお、第２の実施形態では、中継装置３からの指令により芝刈り機１と散水機２の動作を制御するが、芝刈り機１と散水機２を同時に動作させる場合、いずれか一方のタイムスケジュールに応じて他方のタイムスケジュールを修正するようにしてもよい。例えば、芝刈り機１の作業指令がオンのときに散水機２の作業指令がオフするように、芝刈り機１のタイムスケジュールに応じて散水機２のタイムスケジュールを修正してもよい。または、散水機２の作業指令がオンのときに芝刈り機１の作業指令がオフするように、散水機２のタイムスケジュールに応じて芝刈り機１のタイムスケジュールを修正してもよい。これにより散水作業時に芝刈り作業を行うこと、あるいは芝刈り作業時に散水作業を行うことを防止できる。

上記実施形態では、予め設定されたタイムスケジュールの作業指令を、気象情報を用いてオンからオフに変更することで、タイムスケジュールを修正したが、これとは逆に、作業指令をオフからオンに変更することでタイムスケジュールを修正してもよい。図９は、そのように設定された散水機２のタイムスケジュールの一例を示す図である。なお、図９には、芝刈り機１のタイムスケジュールの一例を併せて示す。

図９では、予め作業指令がオフ（点線ＴＳ２０）となるように散水機２のタイムスケジュールが設定されるとともに、日の出時刻ｔ１から日の入り時刻ｔ２までの作業指令がオン（点線ＴＳ１０）となるように芝刈り機１のタイムスケジュールが設定される。降雨予測がオフの状態で、気象情報サーバ４１から取得した作業地点の気温の予測値が時刻ｔ１２で所定温度Ｔａ（例えば１０℃）以上になると、図の実線ＴＳ２１に示すように、散水機２の作業指令をオンする。

この場合、作業指令をオンし続けるのではなく、作業指令を所定のタイミングで繰り返しオンおよびオフする。例えば、所定時間毎（例えば３０分毎）に最大所定時間（例えば４時間）だけ交互にオンおよびオフする。なお、最大所定時間が経過する前に気温予測値が所定温度Ｔａ未満になるときは、その時点ｔ２２で散水機２の作業指令をオフしてもよい。このように気温予測値が所定温度Ｔａ以上になると散水機２の作業指令をオンするようにタイムスケジュールを修正することで、散水作業をより効率的に行うことができる。例えば、高温状態かつ降雨のない状態が所定時間続いた場合に、散水タイムスケジュールを変更し、積極的に散水させることができる。なお、気温ではなく湿度に応じて作業指令をオンするようにしてもよい。

−変形例−
上記実施形態では、気象予測部３２３での処理により、気象情報サーバ４１から得られた降水確率が所定値（４０％）以上のときに降雨と予測するようにしたが、気象予測の手法はこれに限らない。図１０は、気象予測の他の手法を説明するためのＸＹ平面図である。なお、図１０では、領域の中央に作業機（例えば芝刈り機１）が存在し、この自位置を中心にして所定距離間隔（例えば１０ｋｍ間隔）の格子状のマップが形成される。

この変形例においても、中継装置３は図６と同様の処理を行うが、とくにステップＳ３では、自位置の周囲所定距離内（例えば５０ｋｍ内）の雨雲情報を取得し、図１０のマップにおいて、雨雲ありの領域にＮ＝１を、雨雲なしの領域にＮ＝０を割り当てる。また、ステップＳ４では、自位置から所定範囲（例えば１５ｋｍ）内の第１領域ＡＲ１、およびそれよりも広い所定範囲（例えば２５ｋｍ）内の第２領域ＡＲ２において、それぞれ降雨の有無を判定する。降雨の判定は、第１領域ＡＲ１および第２領域ＡＲ２における所定時間（例えば１時間）内のＮの総和をそれぞれ算出し、第１領域のＮの総和が所定値（例えば３）以上、あるいは第２領域のＮの総和が所定値（例えば６）以上のときに降雨と判定する。

なお、上記第２の実施形態では、芝刈り機１と散水機２にＥＣＵ１２，２２を設け、中継装置３からの指令に応じてＥＣＵ１２，２２が作業用アクチュエータ１３，２３の駆動を制御するようにしたが、ＥＣＵ１２，２２の機能を中継装置３に設け、芝刈り機１および散水機２からＥＣＵ１２，２２を省略してもよい。芝刈り機１および散水機２のいずれか一方からＥＣＵ１２，２２を省略してもよい。

上記第２の実施形態では、芝刈り機１と散水機２を作業機として用いたが、芝刈り機１と散水機２のいずれ一方のみを作業機として用いてもよい。また、芝刈り機１と散水機２に限らず、気象によって作業を許可または禁止する他の作業機についても本発明を同様に適用することができる。したがって、作業機に設けられる作業用のアクチュエータは上述したものに限らない。上記実施形態で中継装置３に設けたタイマ３３や設定部３２１を、芝刈り機１や散水機２などの作業機に設けてもよい。この場合には、中継装置３からタイマ３３や設定部３２１を省略することができる。

上記実施形態では、中継装置３の設定部３２１が作業機１，２のタイムスケジュールを設定するようにしたが、作業機１，２のＥＣＵ１２，２２で設定してもよく、設定手段の構成は上述したものに限らない。上記実施形態では、サーバ装置４に気象情報サーバ４１と作業データサーバ４２を設けたが、サーバの構成はこれに限らない。上記実施形態では、作業地点またはその近傍における所定時間先までの気象情報を情報取得部３２２が気象情報サーバ４１から取得した。すなわち、ネットワーク通信を介してサーバから気象情報を取得するようにしたが、情報取得手段の構成はこれに限らない。例えば情報取得手段としての情報取得部３２２が現在および未来の気象情報だけでなく過去の気象情報も取得し、これら取得された過去、現在および未来の気象情報に基づいて修正部３２４がタイムスケジュールを修正してもよい。これにより、過去の降雨の程度（例えば１時間当たりの降雨量）を考慮してタイムスケジュールを適宜修正することができ、より効率的な作業が可能である。

上記実施形態では、情報取得部３２２により取得された気象情報に基づいて気象予測部３２３が作業地点における所定時間先までの気象を予測し、気象予測部３２３により予測された気象に応じて修正部３２４がタイムスケジュールを修正するようにしたが、情報取得部３２２により取得された気象情報に基づいて修正部３２４がタイムスケジュールを修正してもよい。したがって、気象予測手段としての気象予測部３２３を省略してもよく、修正手段の構成は上述したものに限らない。

上記実施形態では、修正部３２４により修正されたタイムスケジュールに従い出力部３２５が作業開始指令および作業終了指令を出力し、その出力を作業機１，２に送信してアクチュエータ１３，２３を制御するようにした。すなわち作業機１，２と通信する通信部（通信ユニット３１）を介して作業機１，２に制御信号を出力するようにしたが、修正されたタイムスケジュールに従い作業機が作業を行うようにアクチュエータを制御するであれば、アクチュエータ制御手段の構成はいかなるものでもよい。例えば、作業機１，２自体がアクチュエータ制御手段を有してもよい。この場合、アクチュエータ制御手段が通信部を有する必要はない。

上記実施形態（図５）では、気象予測部３２３により予測された降雨開始予測時刻ｔ１０の所定時間Δｔ１前から芝刈り機１による作業を禁止するとともに、降雨終了予測時刻ｔ２０から所定時間Δｔ２経過後まで芝刈り機１による作業を禁止するようにタイムスケジュールを修正したが、気象条件に応じたタイムスケジュールの修正のパターンは上述したものに限定されない。

以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態および変形例の構成要素には、発明の同一性を維持しつつ置換可能かつ置換自明なものが含まれる。すなわち、本発明の技術的思想の範囲内で考えられる他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上記実施形態と変形例の１つまたは複数を任意に組み合わせることも可能である。

１ 芝刈り機、２ 散水機、３ 中継装置、４ サーバ装置、１１ 通信ユニット、１２ ＥＣＵ、１３ 作業用アクチュエータ、３１ 通信ユニット、３２１ 設定部、３２２ 情報取得部、３２３ 気象予測部、３２４ 修正部、３２５ 出力部

Claims (9)

1. 屋外において無人で動作可能な無人作業機の制御装置であって、
   前記作業機に設けられた作業用のアクチュエータと、
   予め前記作業機のタイムスケジュールを設定する設定手段と、
   作業地点またはその近傍における現在および未来の気象情報を取得する情報取得手段と、
   前記情報取得手段により取得された気象情報に基づいて前記タイムスケジュールを修正する修正手段と、
   前記修正手段により修正されたタイムスケジュールに従い前記作業機が作業を行うように前記アクチュエータを制御するアクチュエータ制御手段と、を備えることを特徴とする無人作業機の制御装置。
2. 請求項１に記載の無人作業機の制御装置において、
   前記情報取得手段は、ネットワーク通信を介してサーバから前記気象情報を取得することを特徴とする無人作業機の制御装置。
3. 請求項１または２に記載の無人作業機の制御装置において、
   前記情報取得手段により取得された気象情報に基づいて前記作業地点における現在および未来の気象を予測する気象予測手段をさらに備え、
   前記修正手段は、前記気象予測手段により予測された気象に応じて前記タイムスケジュールを修正することを特徴とする無人作業機の制御装置。
4. 請求項３に記載の無人作業機の制御装置において、
   前記気象予測手段は、前記作業地点における降雨の有無を予測し、
   前記修正手段は、前記気象予測手段により降雨であると予測された時間の前記作業機による作業を禁止するように前記タイムスケジュールを修正することを特徴とする無人作業機の制御装置。
5. 請求項４に記載の無人作業機の制御装置において、
   前記気象予測手段は、前記作業地点における降雨の開始時刻を予測し、
   前記修正手段は、前記気象予測手段により予測された降雨の開始時刻の所定時間前から前記作業機による作業を禁止するように前記タイムスケジュールを修正することを特徴とする無人作業機の制御装置。
6. 請求項４または５に記載の無人作業機の制御装置において、
   前記気象予測手段は、前記作業地点における降雨の終了時刻を予測し、
   前記修正手段は、前記気象予測手段により予測された降雨の終了時刻から所定時間経過後まで前記作業機による作業を禁止するように前記タイムスケジュールを修正することを特徴とする無人作業機の制御装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の無人作業機の制御装置において、
   前記作業機は、予め定められた作業領域内を自律走行して芝刈り作業を行う芝刈り機および散水機の少なくともいずれかであることを特徴とする無人作業機の制御装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の無人作業機の制御装置において、
   前記アクチュエータ制御手段は、前記作業機と通信する通信部を有し、該通信部を介して前記アクチュエータに制御信号を出力することを特徴とする無人作業機の制御装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の無人作業機の制御装置において、
   前記情報取得手段は、前記作業地点またはその近傍における現在および未来の気象情報とともに過去の気象情報を取得し、
   前記修正手段は、前記情報取得手段により取得された過去、現在および未来の気象情報に基づいて前記タイムスケジュールを修正することを特徴とする無人作業機の制御装置。
   

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