DE2346927A1 - Steering system for self-propelled lawnmower - uses buried cable carrying alternating current for mower magnetic field sensor - Google Patents

Steering system for self-propelled lawnmower - uses buried cable carrying alternating current for mower magnetic field sensor

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Abstract

Steering system for self-propelled lawnmower has a conductor cable supplied with alternating current laid in the ground of the lawn in a uniform distribution, so that the magnetic alternating field which results can be sensed by a feeler on the lawnmower, to guide the lawnmower continuously over the whole lawn surface. Pref. the lawnmower automatically stops on meeting an obstacle, and its drive is stopped if the current fails in the steering cable or if no induced signal is sensed. The feeler consists of two feeler coils mounted forward in the lawnmower, on a crossbeam carried by the steering arm, on both sides and symmetrically to the mowers long axis.

Description

Wolf-Geräte GmbH., Betzdorf/SiegWolf Devices GmbH., Betzdorf / Sieg

Lenksystem und zugehörige Lenkeinrichtung für selbstfahrende Rasenmäher od.dgl.Steering system and associated steering device for self-propelled lawn mowers or the like.

Die Pflege von sehr großen Rasenflächen durch Einsatz eines Rasenmähers wird zwar bei Benutzung eines mit Eigenantrieb ausgestatteten Rasenmähers erleichtert, stößt jedoch wegen des Mangels an geeignetem Personal häufig auf Schwierigkeiten, zumal wenn das Mähen des Rasens mit der gebotenen Häufigkeit durchgeführt werden soll. Dasselbe gilt für den Einsatz von Rasenkehrmaschinen und anderer Rasenpflegemaschinen, wie z.B. Sprühwagen.The maintenance of very large lawns by using a lawnmower is possible when using a self-propelled one equipped lawnmower, but often encounters difficulties due to the lack of suitable personnel especially if the mowing of the lawn is to be carried out with the required frequency. The same goes for the Use of lawn sweepers and other lawn care machines, such as spray trolleys.

Die Erfindung sucht diesem Mangel durch Schaffung eines Lenksystems und der zugehörigen Lenkeinrichtung für den Rasenmäher od.dgl. abzuhelfen, durch welches der selbst- · fahrende Rasenmäher unbemannt zum Mähen des Rasens eingesetzt werden kann, indem er selbsttätig über die betreffende Rasenfläche so hinweggeführt wird, daß diese praktisch lückenlos abgemäht wird.The invention seeks this deficiency by creating a steering system and the associated steering device for the Lawn mower or the like. to remedy by which the self- moving lawn mower can be used unmanned to mow the lawn by automatically over the relevant The lawn is led away so that it is mowed practically without any gaps.

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Zweckmäßig wird dabei dafür gesorgt, daß das selbstfährende Gerät beim Auf treffen auf ein Hindernis oder an einer gewünschten Stelle, insbesondere am Ende der abgemähten Fläche, oder aber auch bei einer Störung oder bei Ausfall der Stromversorgung selbsttätig zum Stillstand kommt.It is expediently ensured that the self-propelled Device when it hits an obstacle or a desired one Place, especially at the end of the mown area, or in the event of a malfunction or failure of the power supply comes to a standstill automatically.

Nach dem Grundgedanken der Erfindung ist im Erdreich der zu bearbeitenden Rasenfläche, in geeignetem Abstand von z.B. 10-15 cm unterhalb der Bodenkante ein mit Wechselstrom gespeistes Leitkabel so verlegt, daß das von ihm erzeugte magnetische Wechselfeld von einer an der Lenkeinrichtung des Rasenmähers angebrachten Fühleranordnung abgetastet werden kann, um den Rasenmäher auf diese Weise nacheinander über die gesamte Rasenfläche hinweg zu führen. Das mit Wechselstrom gespeiste Leitkabel (oder ein Leitdraht) kann zu diesem Zweck beispielsweise nach dem in Fig. 1 gezeigten Schema auf der Rasenfläche verlegt werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel verläuft das aus dem Lichtnetz über einen Transformator T mit Wechselstrom gespeiste Leitkabel 1 zunächst an den Außenkanten der Rasenfläche und sodann nach einem mäanderförmigen Schema 1' quer über die Fläche und zurück nach dem Schema 1", so daß die gesamte Rasenfläche von den im Abstand s verlegten Strängen des Kabels überdeckt wird. Der Rasenmäher kann an dem mit "Start" bezeichneten Punkt in Pfeilrichtung in Gang gesetzt werden und kommt nach Beendigung seiner Arbeit bei dem mit "Stop" bezeichneten Punkt selbsttätig zum Stillstand· According to the basic idea of the invention, in the soil of the lawn area to be worked, at a suitable distance of e.g. 10-15 cm below the edge of the floor, an alternating current-fed guide cable was laid in such a way that the one it generated alternating magnetic field are scanned by a sensor arrangement attached to the steering device of the lawn mower can to guide the lawnmower in this way one after the other over the entire lawn area. That with alternating current The guide cable (or a guide wire) fed to it can for this purpose, for example, according to the scheme shown in FIG. 1 laid on the lawn. In this exemplary embodiment, the light network runs through a transformer T with alternating current fed guide cable 1 first at the outer edges of the lawn and then after a meander-shaped Scheme 1 'across the area and back according to scheme 1 ", so that the entire lawn area from the distance s laid strands of the cable is covered. The lawn mower can at the point marked "Start" in the direction of the arrow be started and comes to a standstill automatically at the point marked with "Stop" after the end of his work.

Die an dem Rasenmäher angebrachte und auf seine Lenkein« richtung einwirkende Fühleranordnung hat die Aufgabe, das von dem Leitkabel erzeugte magnetische Wechselfeld abzu« tasten und den durch Eigenantrieb fortbewegten Rasenmäher entlang dem Leitkabel zu führen. Bei dem in Fig. 2 gezeigtenThe sensor arrangement attached to the lawnmower and acting on its steering device has the task of the alternating magnetic field generated by the guide cable and the self-propelled lawnmower along the guide wire. In the one shown in FIG

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Ausführungsbeispiel ist zu diesem Zweck an dem mit der Vorderachse mechanisch verbundenen Lenkarm 4 ein die beiden Fühlerspulen 2 und 3 tragender Querholm 5 angebracht, und zwar so, daß die beiden von dem Wechselfeld des Leitkabels 1 induzierten FUhlerspulen 2 und 3 sich symmetrisch zum Leitkabel 1 befinden, sofern der Rasenmäher mit seiner Längsachse sich längs des Leitkabels bewegt. Da die Fühlerspulen sich mit der Lenkeinrichtung um den Drehpunkt der Lenkung bewegen, werden in den beiden Spulen unterschiedliche SignaleFor this purpose, the exemplary embodiment is one of the two on the steering arm 4 mechanically connected to the front axle Sensor coils 2 and 3 carrying cross member 5 attached, and in such a way that the two sensor coils 2 and 3 induced by the alternating field of the guide cable 1 are symmetrical to the guide cable 1, provided that the lawnmower moves with its longitudinal axis along the guide cable. Since the sensor coils are With the steering device moving around the pivot point of the steering, different signals are generated in the two coils

.sich.themselves

induziert, sofern/das Fahrzeug zusammen mit der Lenkreinrichtung 4,5 in einem spitzen Winkel zum Leitkabel 1 bewegt, und zwar wird je nach dem, ob das Fahrzeug nach links oder rechts abweicht, in der einen oder anderen Spule ein größeres Signal erzeugt. Erfindungsgemäß werden die in den FUhlerspulen 2,3 erzeugten Signale einem elektromechanischen Stellglied zugeführt, welches die Vorderachse mit dem Lenkerarm 4, 5 so verdreht, daß die beiden Signale wieder gleich sind. Die Signale können in einer durch das Kästchen 8 angedeuteten Elektronikschaltung ausgewertet werden, deren Ausgangsgrößen einem Verstellmotor 6 zugeführt werden, der schließlich über Zahnräder das auf die schwenkbare Vorderachse einwirkende Stellglied 7 antreibt.induced if / the vehicle moves together with the steering device 4, 5 at an acute angle to the guide cable 1, and depending on whether the vehicle is to the left or deviates to the right, a larger signal is generated in one or the other coil. According to the invention, those in the sensor coils 2,3 generated signals an electromechanical actuator supplied, which rotates the front axle with the link arm 4, 5 so that the two signals are the same again. The signals can be evaluated in an electronic circuit indicated by the box 8, their output variables an adjusting motor 6, which finally acts on the pivoting front axle via gears Actuator 7 drives.

Der Rasenmäher ist im übrigen in an sich bekannter Weise ausgebildet und kann für den Fahrantrieb und für das Schneidwerk einen Verbrennungsmotor oder Elektromotor besitzen, wobei der Letztere entweder in bekannter Weise aus dem Lichtnetz oder aus einer mitgeführten Batterie gespeist werden kann. Die Stromversorgung des Lenksystems kann demgemäß aus einer mitgeführten Batterie, aus dem den Elektromotor speisenden Stromnetz oder schließlich aus einem von dem Verbrennungsmotor angetriebenen Stromgenerator (Lichtmaschine) entnommen werden.The lawnmower is otherwise in a known manner designed and can have an internal combustion engine or electric motor for the drive and for the cutting unit, wherein the latter can be fed either in a known manner from the mains or from a battery that is carried along. The power supply for the steering system can accordingly come from an on-board battery that feeds the electric motor Electricity grid or finally taken from a power generator (alternator) driven by the internal combustion engine will.

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Es kann auch für den Antrieb des Schneidwerkzeuges ein Verbrennungsmotor vorgesehen werden, während für den Fahrantrieb ein Elektromotor dient, der aus einer auch für das Lenksystem benutzten Batterie gespeist wird. Der Fahrantrieb kann entweder auf die Vorderräder oder auf die Hinterräder wirken. Es ist jedoch zweckmäßig, den Fahrantrieb über ein Differential auf die Hinterräder einwirken zu lassen, da sich hierbei eine bessere und genauere Steuerung bzw. Lenkung des Mähers erreichen läßt. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind das Schneidwerk sowie dessen Antrieb und der Fahrantrieb nicht näher dargestellt.An internal combustion engine can also be used to drive the cutting tool be provided, while an electric motor is used for the drive, which is also used for the steering system used battery is fed. The drive can either act on the front wheels or on the rear wheels. However, it is advisable to let the drive act on the rear wheels via a differential, since this can achieve better and more precise control or steering of the mower. In the embodiment of FIG. 2 are the cutting unit as well as its drive and the drive are not shown in detail.

Fig. J5 zeigt das Schema eines Ausführungsbeispiels für die in dem Kästchen 8 untergebrachte Elektronikschaltung, welche sich an sich bekannter Schaltungselemente bedient.Fig. J5 shows the scheme of an embodiment for the Electronic circuit housed in box 8, which circuit elements are known per se served.

Danach werden die in den FUhlerspulen 2, 3 durch das koaxiale magnetische Wechselfeld des z.B. von einem Strom von 10 A und 50 Hz durchflossenen isolierten Leitdrahtes 1 induzierten Signale über je einen Verstärker V und Smith-Trigger-Stufen 9 den Eingängen R (Reset) bzw. S (Set) einer Flip-Flop-Stufe 10 zugeführt. Für die Justierung der Trigger-Stufen 9 können Leuchtdioden 9' angeschlossen sein.Then the sensors in the sensor coils 2, 3 are through the coaxial alternating magnetic field of the isolated one through which, for example, a current of 10 A and 50 Hz flows Guide wire 1 induced signals via an amplifier V and Smith trigger stages 9 den Inputs R (reset) and S (set) of a flip-flop stage 10 are supplied. For adjusting the trigger levels 9 light emitting diodes 9 'can be connected.

Die Ausgänge Q von 10 führen zu Bausteinen 12 und 13, welche die Anpassung an die verschiedenen Stromversorgungspegel durchführen und eine Leistungsstufe 14 speisen. Hinter dieser ist ein Schalter 16 zur Wahl der Betriebsart "Hand-Automatik" eingefügt. Wird auf "Automatik" geschaltet, so geht das aus der Stufe 14 kommende Steuersignal in eine Startlogikstufe 18 oder · eine Stoplogikstufe 19. Wird die StartlogikstufeThe outputs Q of 10 lead to blocks 12 and 13, which carry out the adaptation to the various power supply levels and a power stage 14 Food. A switch 16 for selecting the "manual-automatic" operating mode is inserted behind this. Will be on If "automatic" is switched, this is done from level 14 incoming control signal in a start logic stage 18 or · a stop logic stage 19. The start logic stage

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eingeschaltet, so wird die Steuerautomatik in Betrieb gesetzt, die wie folgt arbeitet:switched on, the automatic control system is in operation set, which works as follows:

Wenn sich die Fühlerspulen 2,3 symmetrisch zu dem Leitkabel bewegen, tritt an beiden Eingängen R und S ein Signalimpuls auf, so daß der Stellmotor 6 im Stillstand verbleibt. Je nach dem, ob die eine oder die andere Fühlerspule 2 oder 3 sich näher an dem Leitkabel befindet als die andere, wird an einem der Eingänge R oder S ein Signalimpuls auftreten, am anderen jedoch nicht. Dadurch erhält der Stellmotor 6 einen Befehlsimpuls, der ihn in der einen oder anderen Drehrichtung in Gang setzt, um die Abweichung der Lenkung zu korrigieren. Falls jedoch weder die eine noch die andere Fühlerspule vom Leitkabel induziert wird, sei es daß der Strom im Kabel unterbrochen ist, oder das Leitkabel z.B. am Endpunkt der Anlage rechtwinklig zu dem Lenkarm des Fahrzeuges verläuft, tritt weder bei R noch bei S ein Signalimpuls auf und in diesem Falle tritt die an die Eingänge R und S angeschlossene Überwachungsstufe 11 in Wirkung, um sowohl den Stellmotor 6 als auch den Fahr- und Schneidwerksantrieb stillzusetzen^ Bei dem Schema nach Fig. 3 ist angenommen, daß ein Schneidwerkmotor 24 sowie ein Fahrmotor 25 vorgesehen ist, die über eine Stoplogikstufe 23 beim Ansprechen der Überwachungsstufe 11 ausgeschaltet werden.If the sensor coils 2.3 are symmetrical to the guide wire move, a signal pulse occurs at both inputs R and S, so that the servomotor 6 is at a standstill remains. Depending on whether one or the other sensor coil 2 or 3 is closer to the guide wire than the other, a signal pulse will appear at one of the inputs R or S, am but not others. As a result, the servomotor 6 receives a command pulse that it in one way or the other Direction of rotation starts to correct the deviation in the steering. However, if neither one nor is the other sensor coil induced by the guide cable, be it that the current in the cable is interrupted or the guide wire e.g. at the end point of the system runs at right angles to the steering arm of the vehicle, a signal pulse occurs neither at R nor at S and in this case the one connected to the inputs R and S occurs Monitoring stage 11 in effect to both the servomotor 6 and the drive and cutting unit drive shutdown ^ In the scheme of Fig. 3, it is assumed that a cutter motor 24 and a drive motor 25 is provided, which has a stop logic stage 23 can be switched off when monitoring level 11 is triggered.

Schaltet man bei 16 auf "Hand" so kann man durch die Handschalter 15 und 17 den Stellmotor 6 bei abgeschalteter Automatik nach Belieben steuern.If you switch to "manual" at 16, you can use the manual switches 15 and 17 to control the servomotor 6 when it is switched off Control the automatic at will.

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Durch Betätigung des Stopschalters 19 kann von Hand jederzeit der Stellmotor 6 sowie über die Stoplogikstufe 23 der Antrieb 24 bzw. 25 ausgeschaltet werden.By actuating the stop switch 19, the servomotor 6 and via the stop logic stage can be activated manually at any time 23 the drive 24 or 25 can be switched off.

Das in Fig. 2 angedeutete Gestänge 26 ist vorgesehen, um beim Auflaufen auf ein Hindernis das Fahrzeug stillzusetzen, worauf es nach Beseitigung des Hindernisses wieder selbsttätig in Gang gesetzt wird. Zu diesem Zweck wirkt das Gestänge 26 auf einen Endschalter 21 ein, welcher bei Betätigung durch ein Hindernis ein Signal an die Startlogikstufe 22 und die Stoplogikstufe 23 übermittelt. Dadurch werden die Antriebe 24, 25 abgeschaltet, jedoch wieder eingeschaltet, sobald das Hindernis beseitigt ist.The linkage 26 indicated in FIG. 2 is provided in order to stop the vehicle when it encounters an obstacle, whereupon it is automatically started again after the obstacle has been removed. For this purpose, the linkage 26 acts on a limit switch 21 which, when actuated by an obstacle, transmits a signal to the start logic stage 22 and the stop logic stage 23. As a result, the drives 24, 25 are switched off, but switched on again as soon as the obstacle has been removed.

Die Fühleranordnung 2, 3, 5, die bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel an dem Lenkarm 4 angebracht ist, könnte auch an der Vorderkante des Fahrgestells angeordnet werden. Sie braucht nicht notwendigerweise symmetrisch zur mittleren Längsachse des Fahrzeugs angeordnet zu werden, vielmehr kommt auch eine Anordnung im seitlichen Bereich der Vorderkante des Fahrzeugs in Betracht, wobei wiederum das Leitkabel symmetrisch zur Fühleranordnung abgetastet wird.The sensor arrangement 2, 3, 5, which in the described embodiment is attached to the steering arm 4, could also be arranged on the front edge of the chassis. she does not necessarily need to be arranged symmetrically to the central longitudinal axis of the vehicle, rather it comes an arrangement in the lateral area of the front edge of the vehicle is also possible, with the guide cable again being symmetrical is scanned to the sensor arrangement.

Die nur schematisch dargestellte und beschriebene Elektronikschaltung braucht in den Einzelheiten nicht näher beschrieben zu werden, da diese aus der Steuer- und Regeltechnik bekannt sind.The electronic circuit shown and described only schematically does not need to be described in detail, as these are known from control engineering are.

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Claims (8)

AnsprücheExpectations )j Lenksystem für selbstfahrende Rasenmäher, dadurch gekennzeichnet, daß im Erdreich der zu bearbeitenden Rasenfläche in geringem Abstand von der Erdoberfläche in gleichmäßiger Verteilung ein von Wechselstrom durchflossenes Leitkabel so verlegt ist, daß das von ihm erzeäigte magnetische Wechselfeld von einer an einem selbstfahrenden Rasenmäher angebrachten Fühleranordnung abgetastet werden kann, um den Rasenmäher fortlaufend über die gesamte Rasenfläche hinweg zu führen.) j Steering system for self-propelled lawn mowers, thereby marked that in the ground of too cultivated lawn at a short distance from the surface of the earth in an even distribution of alternating current the guide cable through which it flows is laid in such a way that the alternating magnetic field generated by a sensor arrangement attached to a self-propelled lawnmower can be scanned in order to continuously guide the lawn mower over the entire lawn area. 2) Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorkehrung vorgesehen ist, um den selbstfahrenden Rasenmäher beim Auftreffen auf ein Hindernis selbsttätig stillzusetzen.2) steering system according to claim 1, characterized in that that a precaution is provided to avoid the self-propelled lawn mower when it encounters an obstacle shut down automatically. 3) Lenksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Vorkehrungen getroffen sind, um den Antrieb des Rasenmähers beim Stromausfall im Leitkabel stillzusetzen.3) steering system according to claim 1 or 2, characterized in that precautions are taken to the Shut down the drive of the lawnmower in the event of a power failure in the guide wire. 4) Lenksystem nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3., dadurch gekennzeichnet, daß Vorkehrungen getroffen sind, um den Antrieb des Rasenmähers bei Abwesenheit von in der Fühleranordnung induzierten Signalen selbsttäig stillzusetzen.4) Steering system according to one of claims 1, 2 or 3, characterized in that precautions are taken are to drive the lawnmower in the absence of signals induced in the sensor arrangement shut down. 50981 A/047650981 A / 0476 5) Lenkeinrichtung für einen selbstfahrenden Rasenmäher zur Verwendung bei einem Lenksystem nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühleranordnung aus zwei Fühlerspulen (2,3) besteht, welche vorne am Rasenmäher, zweckmäßig an einem von dem Lenkarm (4) getragenen Querholm (5) beiderseits symmetrisch zur Längsachse des Rasenmähers angebracht sind.5) Steering device for a self-propelled lawnmower Use in a steering system according to one of Claims 1-4, characterized in that the sensor arrangement consists of two sensor coils (2,3), which are attached to the front of the lawnmower, conveniently on one of the steering arm (4) carried cross bar (5) are attached on both sides symmetrically to the longitudinal axis of the lawnmower. 6) Lenkeinrichtung für ein Lenksystem nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzei chnet, daß die Fühleranordnung, insbesondere die Fühlerspulen (2, 3) über eine Elektronikschaltung, insbesondere Binärschaltung, auf den Stellmotor (6) der Lenkeinrichtung und auf den Antrieb des Schneidwerks bzw. Fahrwerks einwirkt.6) steering device for a steering system according to claim 1 or following, characterized gekennzei chnet that the sensor arrangement, in particular the sensor coils (2, 3) over an electronic circuit, in particular a binary circuit, on the servomotor (6) of the steering device and on the Acts drive of the cutting unit or chassis. 7) Rasenmäher für ein Lenksystem nach Anspruch 1 oder folgenden, gekennzei chnet durch ein an der Vorderseite vorgesehenes Gestänge (26) od.dgl., welches beim Auftreffen auf ein Hindernis die Abschaltung des Fahrantriebes bzw. Schneidwerkes bewirkt.7) lawn mower for a steering system according to claim 1 or the following, gekennzei chnet by a on the front provided linkage (26) or the like. Which, when hitting an obstacle, the shutdown of the drive or cutting mechanism causes. 8) Lenksystem nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitkabel am Ende oder an anderer gewünschter Stelle der Leitbahn in großem Winkel, insbesondere in einem Winkel von etwa 90° verläuft.8) Steering system according to claim 1 or the following, characterized in that the guide cable at the end or at another desired point on the interconnect at a large angle, in particular at an angle of approximately 90 °. 5Q98U/04765Q98U / 0476
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