DE69123594T2

DE69123594T2 - Kontinuierliche autonome mähvorrichtung

Info

Publication number: DE69123594T2
Application number: DE69123594T
Authority: DE
Inventors: Andre Rixensart Colens
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-09-24
Filing date: 1991-09-23
Publication date: 1997-05-22
Anticipated expiration: 2011-09-24
Also published as: ES2098367T3; WO1992004817A1; BR9106874A; AU653958B2; EP0550473A1; JPH06502528A; ATE146028T1; CA2092294A1; GR3022753T3; KR100189345B1; CA2092294C; JP3632926B2; RU2103860C1; US5444965A; FI931294A0; NO931060L; AU8496191A; NO300751B1; NO931060D0; FI931294A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen autonom arbeitenden Rasenmäher gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Mähvorrichtung ist aus dem Dokument "Machine Design, 31 (1959.02.19)" bekannt. Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist die Vorrichtung vollständig autonom und automatisch. Der Ausdruck 'autonom und automatisch' bedeutet, daß die Vorrichtung keinerlei menschliches Eingreifen während der gesamten oder eines Teils der Mähperiode erfordert und daß sie alle Entscheidungen bezüglich der Beurteilung der Hindernisse, ihrer Umfahrung, der Erkennung des zu mähenden Bereiches, ihres Betriebszustandes und der Erkennung der Grenzen des zu mähenden Bereiches selbst trifft. Vorteilhafterweise benötigt die Vorrichtung keinerlei Versorgung durch eine Energiequelle.
Unter 'kontinuierlicher Unterhaltung von Rasenflächen' erwartet man, daß die Vorrichtung während der gesamten Mähperiode ständig aktivierbar ist in Abhängigkeit von gewissen Parametern, was es unter anderem erlaubt, das Problem des Einsammeins des geschnittenen Grases zu vermeiden.
Man weiß, daß der Rasenmäher einer langen Entwicklung unterworfen waren. Die selbst angetriebenen Modelle, die heutzutage weit verbreitet sind, haben die Arbeit des Benutzers erheblich reduziert. Die Anwesenheit einer menschlichen Person ist dennoch erforderlich. Es wurden auch bereits Versuche unternommen, die Arbeit des Mähens ganz oder teilweise zu automatisieren, aber diese haben bis jetzt nicht zur vollständigen Zufriedenheit geführt.
So beschreibt das US-Patent 4.777.785 ein Modell eines robotergetriebenen Mähers, der die gemähten und nicht gemähten Rasenflächen zu unterscheiden vermag und der es erlaubt, automatisch den Grenzen des schon geschnittenen Rasens zu folgen und automatisch die verbleibende Fläche zu mähen. Das System ist dennoch nicht vollständig automatisch. Es erfordert, daß die Maschine zu jedem Mähvorgang an ihren Platz gebracht wird und daß die Hindernisse manuell umfahren werden.
Aus dem französischen Patent 2 631 466 ist die Verwendung eines vollständig automatischen Systems bekannt, aber dieses erfordert vorab einige wichtige Arbeiten an der zu mähenden Fläche derart, daß eine Reihe von Kabeln spezieller Funktionen plaziert werden müssen, die von Wechselströmen dreier verschiedener Frequenzen durchflossen werden.
Die Mehrzahl der übrigen gleichartigen Systeme, die im Stand der Technik vorgeschlagen werden, erfordern entweder einen menschlichen Eingriff (siehe zum Beispiel die US-Patente 3 425 197, 3 924 389, 4 133 404, 4 545 453) oder aber das Anbringen von Begrenzungskabeln, (US-Patente 3 550 714, 3 570 227). Diese Vorrichtungen sind außerdem schwer, kostspielig und sie sind nicht autonom, was ihre Energieversorgung betrifft.
Man kennt außerdem vorprogrammierbare Maschinen die auf der Rasenfläche einen vorbestimmten Weg beschreiben. Diese können dennoch versehentlich vom vorgegebenen Weg abweichen und außerdem Schäden verursachen. Sie erfordern außerdem eine manuelle Platzierung der Maschine zu Beginn jedes Mähvorgangs.
Schließlich bezieht sich das Dokument Machine Design, 31 Vol 4 1959 auf eine fiktive Mähvorrichtung. Die Vorrichtung ist ferngesteuert, die Grashöhe wird durch ein elektrisches Auge erkannt und eine Batterie wird durch Sonnenenergie aufgeladen, während sich die Mähvorrichtung außer Betrieb befindet. Die Mähvorrichtung arbeitet deshalb in Zyklen und sucht zwischen diesen einen Schutzunterstand auf. Die Leistung dieser fiktiven Vorrichtung ist derart, daß sie in gleicher Weise auch zur Schneeräumung auf verschneiten Flächen eingesetzt werden könnte.
Alle vorgenannten Systeme beziehen sich auf eine punktuelle Mähtechnik - der Rasenmäher arbeitet intensiv während einer vorgegebenen Periode - unterteilt durch Perioden während derer der Rasenmäher untergestellt ist.
Das französische Patent 2 645 700, das nach dem ältesten Prioritätsdatum der vorliegenden Anmeldung veröffentlicht wurde, betrifft eine Robotermähvorrichtung, die mit Sonnenenergie versorgt wird, die jedoch obligatorisch ein Schneidsystem mit dem Effekt des Scherens umfaßt.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, einen automatischen und autonomen Mähvorrichtung bereitzustellen, der keinen der vorgenannten Nachteile aufweist - insbesondere manuellen Eingriff, umfangreiche Infrastruktur, Risiko von Unfällen, Plazieren und Entfernen des Rasenmähers - und die Notwendigkeit des Entfernes des gemähten Grases vermeidet mit der Folge seiner kontinuierlichen Betriebsweise.
Im Gegensatz zu den früheren Systemen bietet der Rasenmäher gemäß der Erfindung eine erhebliche Gewichtseinsparung, erlaubt den Einsatz eines Motors mit geringem Verbrauch und begünstigt so die Betriebssicherheit und arbeitet leise.
Es ist in der Tat festgestellt worden, daß überraschenderweise eine derartige Vorrichtung konzipiert werden kann, die ausschließlich auf einer sehr schwachen Energieversorgung beruht, wodurch eine direkte Versorgung der Vorrichtung aus einer photovoltaischen Quelle möglich ist, die so ausgebildet ist, daß sie von der Mähvorrichtung mitgeführt werden kann. Gemäß einer alternativen Ausbildungsform der Erfindung erfolgt die Versorgung aus photovoltaischen Zellen, wobei die einzige Energiequelle, die benutzt wird, die Sammelenergie ist. Die schwache Leistung der Vorrichtung kann dadurch kompensiert werden, daß der Mähvorgang in einer gleichsam permanenten Art während der gesamten oder eines Teils der Mähperiode erfolgt, wobei die Wiese auf diese Weise ständig gemäht gehalten wird.
Die Erfindung schlägt daher einen autonomen Rasenmäher mit Elektromotor(en) vor, der wenigstens ein Schneidsystem aufweist, ein Antriebsrad, eine elektronische Steuer- und Regeleinrichtung, eine wiederaufladbare Batterie und/oder photovoltaische Zellen, der dadurch gekennzeichnet ist, daß das Schneidsystem einen geringen Verbrauch aufweist, wobei der Verbrauch eine direkte Versorgung des Rasenmähers mit einer photovoltaischen Quelle erlaubt, die geeignet ist, vom Rasenmäher mitgeführt zu werden, daß während des Betriebes der Vorrichtung deren Wegstrecke außerdem durch Reaktionen mit Hindernissen, die sich an den Grenzen der zu mähenden Fläche befinden, und/oder mit Schwachstromkabeln begrenzt wird derart, daß der Mähvorgang während der gesamten oder eines Teils der Mähperiode gleichsam permanent erfolgen kann und die Wiese auf diese Weise gemäht bleibt, und daß in Abhängigkeit vor einem Algorithmus, der in einem Mikroprozessor gespeichert und verarbeitet wird, sich die Vorrichtung entweder in Betrieb oder in einem Warteoder Ladezustand befindet, wobei der Betrieb vom Ladezustand der Batterie und/oder der Sonneneinstrahlung abhängt.
Die Mähvorrichtung, wenn sie benutzt wird, ist daher kontinuierlich aktivierbar und wird insbesondere in Abhängigkeit von diesen letztgenannten Parametern aktiviert.
Im Rahmen der Erfindung versteht man unter 'Mähen' ebenso das Mähen einer Wiese, deren Gras von einer solchen Höhe ist, daß ein Mähvorgang wünschenswert ist, wie ein Mähen, das einfach darin besteht, eine Wiese gemäht zu erhalten. Von ihrer Natur her und von ihren Mitteln ist die Erfindung daher besonders geeignet, eine Wiese im gemähten Zustand zu erhalten. Ein erstmaliger Mähvorgang einer Wiese, deren Gras bereits sehr hoch sein kann könnte nicht eine normale Betriebsweise der Vorrichtung gemäß der Erfindung gestatten, da die Leistung der Vorrichtung von Natur aus begrenzt ist. Ein Rasenmäher ist daher ein geeignetes Mittel zum Mähen der Art, wie es oben definiert ist.
Die Vorrichtung wie sie nachfolgend beschrieben wird, ist insbesondere geeignet für das Mähen einer Rasenfläche. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann der Rasenmäher daher für die Pflege aller anderen bepflanzten Flächen benutzt werden, die durch einen kontinuierliches oder periodisches Schneiden in einer vorgegebenen Höhe, die im allgemeinen weniger als 80 cm, vorzugsweise weniger als 20 cm beträgt gepflegt werden. Der Ausdruck Rasen umfaßt daher zahlreiche andere Pflanzen als Gras.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfaßt der Ausdruck 'Rad' ebenso Raupen wie alle anderen äquivalenten Vortriebsmittel.
Unter 'kontinuierlich aktivierbar' versteht man, daß die Vorrichtung in der Lage ist auf einen Umgebungsparameter oder auf den Ladezustand einer Batterie zu reagieren, wobei auf diese Weise ihre Ingangsetzung ohne den Eingriff einer Bedienungsperson erfolgt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung arbeiten der elektronische Schaltkreis und der Mikroprozessor auch dann, wenn die Vorrichtung sich im Zustand der Ruhe, des Wiederaufladens oder im Wartezustand befindet.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt der Rasenmäher tatsächlich eine wiederaufladbare Batterie, die durch photovoltaische Zellen versorgt werden kann.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die wiederaufladbare Batterie aus einer Versorgungsquelle gespeist werden, die sich auf oder in der Nähe der zu mähenden Fläche befindet, wobei der Rasenmäher sich automatisch gemäß einem vorgegebenen Algorithmus, der unter anderem vom Ladezustand der besagten Batterie abhängt, dorthin bewegt.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist dderRasenmäher dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Leistung zwischen 10 und 120 Watt, vorzugsweise zwischen 15 und 60 Watt liegt.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist der Rasenmäher dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität der wiederaufladbaren Batterie geringer als 5 A/h; vorzugsweise geringer als 2 A/h ist.
Gemäß noch einem anderen Aspekt der Erfindung ist der Rasenmäher dadurch gekennzeichnet, daß er jede Bewegung und jede Mähtätigkeit unterbricht, wenn der Ladezustand der Batterie oder die Sonneneinstrahlung geringer als ein vorgegebener Wert sind, wobei die Vorrichtung sich entweder im Wartezustand oder im Ladezustand befindet.
Gemäß noch einem anderen Aspekt der Erfindung ist der Rasenmäher dadurch gekennzeichnet, daß der Streckenverlauf insbesondere durch eine Messung des Kraftaufwandes vorgegeben ist, der vom Schneidsystem verbraucht wird.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist der Rasenmäher dadurch gekennzeichnet, daß jedem Antriebsrad ein unabhängiger Antriebsmotor zugeordnet ist.
Gemäß noch einem anderen Aspekt der Erfindung ist der Rasenmäher dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Antriebsrad eine Ladekontrolleinrichtung vorgesehen ist.
Gemäß noch einem anderen Aspekt der Erfindung ist der Rasenmäher dadurch gekennzeichnet, daß er die Grenzen des zu mähenden Bereiches, die durch von Schwachstrom durchflossene Kabel festgelegt sind, mittels eines Grenzdetektors, zum Beispiel eines Felddetektors, erkennt, der vor dem genannten Fahrgestell angeordnet ist.
Gemäß noch einem anderen Aspekt der Erfindung, ist der Rasenmäher dadurch gekennzeichnet, daß die Hindernisse durch die Analyse von Relativbewegungen zwischen einer oberen Platte, die gegebenenfalls die photovoltaischen Zellen trägt, und einem unteren Fahrgestell erkannt und umfahren werden.
Man kann in dieser Hinsicht in vorteilhafter Weise ein System zur Stoßanalyse vorsehen, daß es erlaubt, zwischen einem Stoß, der aus der Anwesenheit eines Hindernisses resultiert, und einem solchen, der aus einer Unregelmäßigkeit der Oberfläche (Loch oder Geländeerhebung) resultiert, die eine Umfahrung nicht erforderlich macht, zu unterscheiden. Der vom Mikroprozessor angewandte Algorithmus kann zum Beispiel mittels eines an sich bekannten numerischen Filters in der Tat eventuellen Oszillationen die von einem Stoß an einer Unregelmäßigkeit verursacht werden nicht Rechnung tragen.
Gemäß noch einem anderen Aspekt der Erfindung ist der Rasenmäher dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht der wiederaufladbaren Batterie geringer als 5 kg, vorzugsweise geringer als 1 kg ist.
Die Erfindung betrifft in gleicher Weise eine Methode zum Mähen einer Wiese, die dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Vorrichtung wie vorangehend beschrieben auf ihren Platz verbracht und dort in autonomer Weise während wenigstens mehrerer Tage belassen wird.
Die Methode ist insbesondere geeignet, eine gemähte Wiese zu pflegen, wobei die Vorrichtung auf ihren Platz verbracht und in autonomer Weise dort während wenigstens einiger Tage, gegebenenfalls mehrerer Wochen oder während der Mähperiode, die mehrere Monate dauert, belassen wird.
Die Vorrichtung zum Mähen einer Wiese umfaßt die nachfolgenden Elemente, entweder einzeln oder in Kombination:
- Ein Schneidsystem mit geringem Verbrauch, das eine direkte Versorgung der Vorrichtung mittels einer photovoltaischen Quelle ermöglicht;
- eine Versorgung mittels photovoltaischer Zellen;
- ein elektronisches Kontrollsystem;
- eine Erkennung der zu schneidenden Grasflächen durch eine Messung des vom Schneidsystem zu erbringenden Aufwandes;
- eine Auswahl der zu schneidenden Grasflächen durch die Wechselwirkung eines Vortriebssystems der Vorrichtung, der vorgenannten Detektierungseinrichtung und eines Microcomputers;
- eine Erkennung von Hindernissen durch die Analyse der Relativbewegung zwischen einer oberen Platte der Vorrichtung und ihrem Fahrgestell;
- eine Erkennung der Grenzen der zu mähenden Fläche durch die Analyse des Abstandes zwischen zwei Hindernissen. Sofern die Grenze der zu mähenden Fläche nicht durch natürliche Hindernisse (Pflanzen, Gitter, Mauerwerk, Kante) festgelegt ist, wird sie durch in maximal festgelegten Abständen in den Boden gesetzte Pflöcke oder durch ein gezogenes oder vergrabenes Kabel begrenzt.
- Ein Sicherheitssystem, das auf der Benutzung eines Ladekontrollmeßgerätes an jedem Rad basiert.
- Eine Diebstahlsicherung, die auf der Messung der Entfernung zum Boden und/oder einem Code des Benutzers basiert.
Gemäß eines besonderen Merkmals der Erfindung wird die Vorrichtung zu Beginn der Saison auf die zu mähende Fläche verbracht und beginnt ihre Funktion, sobald die Energie des umgebenden Lichtes eine gewisse Schwelle überschreitet.
Die Vorrichtung kann und wird vorzugsweise wenigstens mehrerer Tage auf der zu mähenden Fläche belassen und kann in autonomer Weise während mehrerer Monate, ja sogar während der vollständigen Mähsaison, dort belassen werden.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform bewegt sich die Vorrichtung während ihres Betriebes fortwährend auf der zu mähenden Fläche, wobei ihr Mähkopf eine Oszillationsbewegung nach links und rechts, bezogen auf die Fortbewegungsachse, beschreibt.
Die Oszillationsbewegung des Kopfes der Vorrichtung erlaubt es, den Abstand zwischen zwei Hindernissen zu erkennen. Wenn die Maschine beispielsweise ein Hindernis auf ihrer linken Seite erkennt, wird sie ihren Kopf nach rechts bewegen und wenn anschließend auf der rechten Seite ein Hindernis in einem Abstand erkannt wird der geringer ist als eine vorgegebene und vorprogrammierte Distanz, wird der Computer daraus schließen, daß es sich um die Grenzen der zu mähenden Fläche handelt und wird eine Kehrtwendung veranlassen.
Außerdem wird gemäß einem anderen bevorzugten Merkmal der Erfindung, sobald die Vorrichtung einen bereits gemähten Bereich erreicht und sich die Beanspruchung des Schneidkopfes verringert, dieses Phänomen vom Kontrollrechner erkannt, der daraufhin mehr Leistung an die Antriebsräder übermittel, so lange bis eine noch nicht gemähte Zone erreicht wird.
Der Algorithmus des Kontrollrechners ermöglicht es, die Effizienz des Suchvorganges zu optimieren und die Mäharbeit zu organisieren. Vorzugsweise wird der Rechner mit einer Zeituhr ausgestattet, der vom Betriebsalgorithmus ein Signal geben wird.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird, sobald ein Hindernis vorhanden ist, die obere Platte, die photovoltaische Zellen trägt, in Kontakt mit diesem Hindernis treten. Die obere Platte ist dabei gelenkig mit der unteren Platte verbunden, sie bewegt sich in Bezug auf diese letztere. Ein Verschiebungssensor erkennt die Relativbewegung und daraus die Lage des Hindernisses vor der Vorrichtung. Diese Information wird an den Öffner übermittelt, der die Antriebsräder so ansteuert, daß sich die Vorrichtung befreit, das Hindernis umfährt oder eine Kehrtwendung vollführt.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Vorrichtung eine wiederaufladbare Batterie, die zum einen beim Mähen von beschatteten Bereichen in Funktion tritt, zum anderen um die photovoltaische Versorgung gegebenenfalls zu glätten und um eine kontinuierliche Versorgung der elektronischen Steuer- und Regeleinrichtung sicherzustellen die es der Vorrichtung erlaubt, ständig funktionsbereit zu sein in Abhängigkeit von einige Parametern, wie dem Ladezustand der Batterie, der Umgebung und der Sonneneinstrahlung.
Ferner können Mittel vorgesehen sein, um Schattenbereiche zu erkennen und den Mähvorgang dementsprechend anzupassen, indem verschiedenen Parametern wie dem Ladezustand der Batterie, der Zeit, der Höhe des Grases etc. Rechnung getragen wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Vorrichtung ein Fahrgestell, an dem vorzugsweise zwei Antriebsräder oder -raupen montiert sind die unabhängig voneinander jede durch einen elektrischen Motor beaufschlagt werden. Die separate Kontrolle der Geschwindigkeit jedes Rades erlaubt dabei ein Steuern der Vorrichtung. Die Vorrichtung umfaßt außerdem ein oder zwei freie Räder an der Vorderseite, die Räder formen dadurch ein Dreieck oder ein Trapez und tragen das Fahrgestell. Ein am Chassis gehalterter Schneidkopf weist einen elektrischen Niederspannungsmotor geringer Leistung und eine Schneidscheibe geringen Durchmessers und hoher Effektivität auf.
Eine Platte, die photovoltaische Zellen trägt, ist gelenkig am Fahrgestell gehaltert.
Die Vorrichtung weist außerdem einen elektronischen Schaltkasten auf, der folgendes umfaßt:
- Einen Kontrollrechner
- einen Bewegungssensor der Platte für die Photozellen
- elektrische Schaltkreise die insbesondere folgendes ansteuern
- den Schneidkopf
- die beiden Antriebsräder
- gegebenenfalls ein Schallsignal
- die Regelung des von den photovoltaischen Zellen gelieferten Stromes
- den Schaltkreis zum Messen der vom Schneidsystem aufgenommenen Energie.
Drei Ladekontrollgeräte (je eines pro Rad) sind vorzugsweise vorgesehen und mit dem elektronischen Schaltkasten verbunden.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung besitzt damit eine sehr leichte Struktur, zum Beispiel etwa 4 kg, verglichen mit 40 kg für einen automatischen batteriebetriebenen Rasenmäher, verbunden mit einer Schneideinheit hoher Effektivität und einem Informationsprogramm, das ein Erkennen der zu mähenden Bereiche, das Erkennen und Umfahren von Schattenbereichen, das Erkennen von Hindernissen, das Erkennen von Grenzen der zu mähenden Fläche, das Erkennen und Bewältigen von Bodenunregelmäßigkeiten ( Neigungen, Hügel) und das Erkennen des Grades der Feuchtigkeit der Wiese.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann damit eine zu mähende Wiese von mehr als 1000 m² in einem Breitengrad der etwa demjenigen Belgiens entspricht, und mit einem Verbrauch, der während des Betriebes geringer als 25 Watt ist, pflegen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Figuren 1 bis 14 erläutert werden, wobei diese lediglich Ausführungsbeispiele darstellen und keine Einschränkung bedeuten.
Figur 1 stellt eine teilweise gebrochene Draufsicht auf eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit ovalem Umriß dar.
Figur 2 stellt einen Längsschnitt durch die Vorrichtung gemäß Figur 1 dar.
Die Figuren 3a, 3b, 3c stellen seitliche Ansichten der Vorrichtung dar und zeigen deren rückwärtige Partie jeweils teilweise heruntergeklappt, in einer Position zum Erklimmen einer Schräge, und in einer Position, bei der diese vollständig um ein querliegendes Scharnier herumgeklappt ist.
Die Figur 4 ist ein anderer Längsschnitt durch den Schneidkopf.
Die Figuren 5a und Sb stellen jeweils eine Draufsicht auf zwei verschiedene Ausführungsformen des Schneidkopfes dar.
Die Figur 6 stellt ein Blockdiagramm dar, welches einige Elemente der Vorrichtung und deren Bezug zu den elektronischen Kontrollsystemen wiedergibt.
Die Figur 7 stellt ein vereinfachtes Blockdiagramm des Kontrollprogramms dar.
Die Figuren 8 bis 11 illustrieren die Schneidalgorithmen, die angewandt werden können.
Die Figuren 12 und 13 illustrieren Beispiele für elektronischen Schaltkreise, die jeweils angewandt werden können, um ein Entladen der Batterie in der Wartestellung sowie elektromagnetische Störungen mittels eines Grenzwertdetektors, zum Beispiel eines Felddetektors zu vermeiden, wenn sich der Motor in Betrieb befindet.
Gemäß den Figuren 1 und 2 trägt ein Rahmenfahrgestell 1 den elektronischen Regelkreis, der nachfolgend näher beschrieben wird, die beiden Antriebsmotoren für die Antriebsräder 15, eine Batterie 18 geringer Kapazität (z.B. 1A/h), die es ermöglicht, den Regelkreis während der Abwesenheit von Licht in einem Wartezustand zu halten und den von dem photovoltaischen Zellen erzeugten Strom zu glätten. Das Fahrgestell 1 trägt eine Platte 9, die mit photovoltaischen Zellen 10 bedeckt ist, die mosaikartig angeordnet sind. Das Fahrgestell 1 trägt außerdem gelenkige Verbindungen 2, die entlang der Achse A-A' der beiden Antriebsräder 15 angeordnet sind und die eine Relativbewegung der Platte 9 ermöglichen.
Gemäß einem besonderen Ausführungsbeispiel werden 34 Zellen von 100 x 100 mm PCS100 H (Kyocera) von 44.2 W (Kamm) verwendet.
Die gelenkigen Verbindungen 2 erlauben eine Längsbewegung der Platte 9 und verhindern eine Querbewegung. Die Vorrichtung bewegt sich rechtwinklig zur Achse A-A'.
Kontakte 3, die zu beiden Seiten der Halterungen 2 angeordnet sind, erlauben das Erkennen von Translationsund Rotationsbewegungen der Platte 9 und erlauben mit Hilfe des Kontrollrechners 19, das Hindernis zu lokalisieren. Die Kontakte können aber auch durch andere elektronische Bewegungs- und Positionsdetektoren ersetzt werden.
Zwei freie Räder 4 sind am Vorderteil des Fahrgestells angeordnet und mechanisch mit diesem verbunden. Der Schneidkopf 5 ist zwischen dem Trägerfahrgestell und den beiden Räder 4 aufgehängt.
Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Schneidkopf an zwei Längsträgern 6 mittels Schraubenbolzen aufgehängt, die eine Einstellung der Schneidhöhe ermöglichen.
Gemäß einer anderen Möglichkeit ist eine Verbindung des Schneidkopfes mit den Längsträgern mittels einer aus Rohren bestehenden Parallelogrammaufhängung (7 Fig. 2) vorgesehen, von der eine Längsseite fest mit dem Fahrgestell verbunden ist, wobei die Ecken Scharniere bilden. Es ist ein Anschlag vorgesehen, der eine Einstellung der Höhe des Schneidkopfes ermöglicht, ohne dessen Vorwärtsbewegung zu behindern.
Diese letztgenannte Anordnung besitzt den Vorteil, daß sich der Schneidkopf im Falle von Bodenunebenheiten selbsttätig anhebt, wenn sich die Vorrichtung in einer Rückwärtsbewegung befindet. Andererseits erleichtert bei einer Vorwärtsbewegung die Aufhängung den Antriebsrädern den Vortrieb der Vorrichtung im Falle eines Widerstandes gegen die Fortbewegung und erleichtert dadurch das Passieren eines Hindernisses, ohne die Notwendigkeit eines Einziehens des Schneidkopfes. Zwischen dem Schneidkopf und der oberen Platte kann eine in der Figur nicht gezeigte mechanische Kupplung derart angebracht sein, daß sie eine automatische Einstellung der Höhe eines vorderen Schutzes 17 der Vorrichtung auf die Schneidhöhe erlaubt.
Am vorderen Bereich der Vorrichtung ist ein Felddetektor 8 montiert.
Alternativ dazu können auch andere Detektoren, zum Beispiel magnetische, optische usw. dort montiert sein.
Die Platte 9, die die photovoltaischen Zellen 10 trägt, ist am Fahrgestellt mittels Halterungen 2 und einer schwenkbaren Halterung 11, die sich am vorderen Bereich befindet, befestigt.
Wie in den Figuren 4 bis 6 deutlicher gezeigt, besteht die Platte 9 aus zwei Teilen, die miteinander über ein Scharnier 12 gelenkig verbunden sind.
Das Vorhandensein einer gelenkigen Platte ermöglicht es, mehrere Probleme zu lösen, die sich bei der praktischen Umsetzung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben.
Die Schwenkbarkeit des hinteren Teils der Platte bietet die Möglichkeit, die Bauhöhe der Vorrichtung zu verringern und zugleich den Zugang zu geneigtem Gelände zu erlauben, eine ausreichende Oberfläche der Platte beizubehalten und eine gleichmäßige Gewichtsverteilung auf die Antriebsräder zu erzielen. Die gute Gewichtsverteilung der Vorrichtung schließt eine beträchtliche Neigung nach Rückwärts ein. Wenn sich die Vorrichtung einen Abhang hinaufbewegt, verschwenkt der rückwärtige Teil der Platte wenn er sich in unmittelbaren Kontakt mit dem Boden befindet, um das Scharnier und ermöglicht so die Fortbewegung der Vorrichtung.
Andererseits kann die Platte um 180 Grad verschwenkt werden und ermöglicht es so, die Längsausdehnung der Vorrichtung auf die Hälfte zu reduzieren, zum Beispiel um sie im ausgeschalteten und nicht benutzten Zustand zu transportieren.
Die Figuren 4 und 5 zeigen jeweils die Stellung der Platte zum Erklimmen eines Abhanges und beispielsweise für den Transport in vollständig zusammengefaltetem Zustand, wobei die Vorrichtung ausgeschaltet und nicht benutzt ist.
Ein Kontakt 14 ist am Schwenklager derart befestigt, daß sich bei Überschreiten eines bestimmten Wertes des Schwenkwinkels der Platte die Vorrichtung selbständig ausschaltet. Bei einem Umschlagen nach vorn oder, im Notfall durch manuelles Anheben der hinteren Partie, hält damit die Vorrichtung automatisch an.
Zusätzlich kann ein Anschlag vorgesehen werden, der die horizontale Bewegung der Platte ermöglicht und der damit die Beanspruchung der Scharniere verringert. Die Halterung des Anschlages 16 kann in vorteilhafter Weise zugleich als Tragegriff benutzt werden.
Am hinteren Teil des Trägerfahrgestells 1 ist eine Kontrollplatte 13 befestigt, die es einem Benutzer ermöglicht, die Vorrichtung vollständig anzuhalten oder aber Befehle in den Kontrollrechner einzugeben (Sicherheitscode , Betriebsparameter).
Die Antriebsräder 15 werden einzeln von Antriebsmotoren angesteuert, die eine nominale Leistung von 2 bis 10 - Watt aufweisen, und sind so ausgebildet, daß sie einen guten Parallel- und Gleichlauf bei der Vorwärtsbewegung aufweisen und daß sie leicht in dazu senkrechter Richtung verschwenkbar sind. Zum Beispiel ermöglicht ihre hohle Form eine starke Gewichtsreduzierung und verhindert zugleich das Schrägstehen der Ausgangsachse des Motorantriebes.
Der Schneidkopf der Vorrichtung gemäß der Erfindung stellt in vorteilhafter Weise eine Lösung der Suche nach einem optimalen Ergebnis in der Relation zu vier verschiedenen Arten des Verbrauchs dar:
- Die Mitnahme des Grases durch die Bewegung des Schneidwerkzeuges,
- die Mitnahme von Luft durch die Bewegung des Schneidwerkzeuges,
- Reibung,
- der Schneidaufwand im engeren Sinne.
Konventionelle Schneidsysteme bewirken das Schneiden des Grases unter der Haube, wobei das geschnittene Gras durch das in Rotation befindliche System mitgenommen wird.
Ein bedeutener Teil der Energie, die beim Mähen mit herkömmlichen Scheidsystemen verbraucht wird, dient deshalb dazu, Bewegungsenergie auf das Gras zu übertragen, das durch die Schneidklingen vorwärtsbewegt wird.
Die nachfolgend beschriebene Anordnung, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt, vermeidet einen großen Teil des Kontaktes des Grases mit dem in Rotation befindlichen System.
Der Schneidkopf besteht im wesentlichen aus einer Platte 20, die über Flansche 21 an der oberen Platte 22 gehaltert ist, wobei deren Form so gewählt ist, daß ein nur geringer Abstand 23 zwischen den beiden Platten vorhanden ist.
Eine Scheibe 24 trägt vorzugsweise wenigstens zwei einziehbare Schneidklingen 25 die um eine Achse 26 schwenkbar gehaltert sind und die in das Innere der Scheibe eingezogen werden können. Wenn, angetrieben vom Motor 27, die Scheibe in Rotation versetzt wird, orientieren sich unter der Einwirkung der Zentrifugalkraft die Klingen und treten durch den Zwischenraum 23 zwischen den beiden festen Platten 20, 22 hindurch nach außen.
Der Teil, der sich bei einer Bewegung in Kontakt mit dem Gras befindet, ist äußerst reduziert, so daß die Mitnahme des Grases durch das rotierende System beträchtlich verringert ist.
Eine Luftzirkulation 28, die durch die Rotation der Scheibe verursacht wird, die aber Dank der Profilgebung der Scheibe und des geringen Abstandes zwischen den festen Platten auf ein Minimum reduziert wird, vermindert den schädlichen Effekt von Luft, die in den Schneidkopf und in das gelenkige System der Schneidklingen eindringt. Die Reibungseffekte auf der zu mähenden Fläche werden durch die untere Scheibe 20 unterdrückt, und die von den Grasresten verursachen Reibungen werden Dank der Luftzirkulation 28 eliminiert.
Die Klingen 25 ermöglichen ein wirkungsvolles Schneiden. Ein Spannsystem kann einen leichten Klingenwechsel erlauben.
Die geringe Trägheit der Klingen, ihr Zurückziehen in das Innere der Scheibe im Fall eines Stoßen und die sehr geringe Leistung des Motors sind Faktoren, die eine besonders vorteilhafte Gebrauchssicherheit erlauben.
Die Figuren 5a und 5b zeigen eine besondere Ausführungsform des Schneidkopfes nach der Erfindung, die sich als besonders Vorteilhaft erwiesen hat. Es hat sich in der Tat gezeigt, daß die Bremswirkung des schon geschnittenen Grases auf die Schneidscheibe ein Minimum erreicht, wenn die Maschine zwischen zwei aufeinanderfolgenden Durchgängen der Klingen 32 eine Wegstrecke zurücklegt die der Länge einer Klinge entspricht. Das Verhältnis zwischen der Geschwindigkeit der Vorrichtung und der Geschwindigkeit der Klingen kann wie folgt festgelegt werden:
Maschinengeschwindigkeit = N x l x n
oder N Anzahl der Umdrehungen pro Sekunde
l = aktive Länge der Klinge
n = Anzahl der Klingen
Dies gilt jedoch nicht, wenn die Achse der Maschine wie in Figur 5a gezeigt, eine klassische Konfiguration einnimmt. Ein Grashalm, der bei A geschnitten wurde, wird sich unter der Platte 30 bei A' befinden, wenn die nachfolgende Klinge vorbeikommt. Demgegenüber wird sich der Grashalm der bei B geschnitten wurde mehrfach unter dem Weg der Messer befinden, bevor er bei B' ankommt und verursacht so eine unnütze Bremswirkung der Messer durch die Berührung ohne nennenswerten Schneideffekt.
Gemäß der oben erwähnten besonderen Ausführungsform, die in Figur 5b näher gezeigt ist, werden untere und obere Scheiben 31 benutzt, die die gleiche Größe aufweisen und an deren Oberfläche ausziehbare Schneidklingen angeordnet sind deren Zentrum um eine Entfernung zurückversetzt ist, die der nutzbaren Länge der Messer entspricht. Die Entfernung, während der sich ein Grashalm in Kontakt mit einer der Schneidklingen befindet wird damit gleichbleibend, unabhängig von seiner Position in Bezug auf die Achse der Maschine.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung stellt die Optimierung der verfügbaren Energie, wie sie mit der oben erwähnten Ausführungsform des Schneidkopfes erzielt wird, einen bedeutsamen Vorteil dar.
Der Schneidkopf wird vorzugsweise von einem bürstenlosen Gleichstrommotor mit einem elektronischen Schalter angetrieben. Diese Wahl ist durch die Anforderungen in Hinblick auf die Lebensdauer und den Wirkungsgrad vorgegeben, die sich aus der Wirkungsweise der Vorrichtung ergeben. Gemäß einer Ausführungsform hat sich ein Motor SEL Alcatel Typ BG29 von 15 W nominal 12 V als besonders geeignet erwiesen.
Der Betrieb des Motors mit elektronischem Schalter kann jedoch sehr abrupte und schwer zu eliminierende Schwankungen des Magnetfeldes hervorrufen. Diese können die Funktion des Grenzdetektors (8) beeinträchtigen, der vorangehend beschrieben wurde.
Ein Schaltkreis (Fig. 13) erlaubt in vorteilhafter Weise den Einfluß der Störungen, die mit dieser Betriebsweise verbunden sind, zu eliminieren. Hierzu sind ein Detektor 120, ein Rauschfilter 121, eine Verbindung zum Controler 122, in Transistor 123 T1, Kondensatoren 124 (C1 und C2) und Verbindungen zur Versorgung für den Schneidmotor vorgesehen.
Das von der Ansteuerung des Motors kommende Signal wird an den Eingang eines Differenziergliedes c1 c2 geführt und so gleichgerichtet, daß bei jeder Stromumkehr des Motors ein positiver Impuls erhalten wird. Diese Impulse wirken auf einen Transistor T1, der das vom Detektor kommende Signal während der Stromumschaltungen des Motors abschneidet. Dieses erlaubt eine Verbesserung des Signal-Rauschverhältnisses um typischerweise einen Faktor 10.
Wie anhand von Figur 7 gezeigt, erfolgt die Ansteuerung der Mähvorrichtung mit Hilfe eines elektronischen Regelkreises, der einen Microcomputer 102 mit einem Speicher umfaßt, in dem das Programm zur Führung der Mähvorrichtung gespeichert ist. Außerdem sind eine Vorrichtung zur Energiekontrolle 103, zur Kontrolle der Motoren 104, photovoltaische Zellen 105 sowie eine Batterie 106 dargestellt.
Der Microcomputer empfängt eine Reihe von Informationen aus der Umgebung (101), z. B.
- Spannung an den Klemmen der photovoltaischen Zellen
- Geschwindigkeit jedes Rades
- vom Schneidkopf aufgenommer Strom oder Rotationsgeschwindigkeit
- von den photovoltaischen Zellen erzeugter Strom
- Registrierung eines äußeren Stoßes
- Stärke des elektrischen Feldes, das sich vor der Vorrichtung befindet
- Feuchtigkeitsdetektor.
und leitet daraus eine Serie von Parametern ab:
- Sonneneinstrahlung: aus der Messung des Stromes und der an den Klemmen der photovoltaischen Zellen anliegenden Spannung kombiniert mit den bekannten Eigenheiten der photovoltaischen Zellen.
- Hügel oder Hindernisse: durch die Messung der Geschwindigkeit der Räder in Bezug auf die abgegebene Leistung.
- Höhe des Grases: durch die Analyse des vom Schneidkopf aufgenommenen Stromes und der Fortbewegungsgeschwindigkeit.
- Abstand in Bezug auf die Grenzen des vorgegebenen Bereiches, die durch ein mit Wechselstrom durchflossenes Kabel oder durch eine metallische Masse (zum Beispiel Kette) vorgegeben sind, und abgeleitet aus der Analyse des an den Klemmen des Detektors 8 gemessenen Signales.
- Schattenzone durch die Analyse der Variation der Sonneneinstrahlung über eine festgelegte durchlaufene Entfernung.
- Zustand des Boden: durch Anlayse von Wasserspritzern die auf einen am Fahrgestell angebrachten Kontakt geworfen werden.
Der Microcomputer schickt seine Befehle an die Einheit zur Überwachung der Energie und an Regelkreise 104, die auf die drei Motoren 107, 108, 109 wirken, welche die Vorrichtung in Betrieb halten.
Ein Beispiel des Kontrollprogramms ist in Figur 7 anhand eines Blockdiagramms gezeigt.
Zwei Hauptschleifen steuern den Ablauf des Programms:
- Eine Schleife, die durch ein Interupsignal, das alle vier Millisekunden von der Hardware des Microprozessors generiert wird, aktiviert wird. Die Schleife erlaubt es, die Geschwindigkeitszähler der zwei unabhängigen Antriebsräder um eins zu erhöhen, die Überwachung zu verifizieren, die Kollisionsdetektoren zu analysieren und die Uhren und Zeiten einzustellen, bevor sie von der Hauptschleife benutzt werden.
- Eine Hauptschleife, die die Erfassung der Umgebungsbedingungen alle 100 Millisekunden aktiviert und die durch die Anlayse der externen Parameter die von der Vorrichtung einzuleitenden Maßnahmen während der unterschiedlichen Zustände kontrolliert:
- Mähfunktion
- Manöver (Zurückweichen, Verschwenken)
- Haltwegen zu schwachen Lichtes
- Haltwegen zu hoher Feuchtigkeit der Wiese
- Haltzwecks Wiederaufladung
Alarm (Vorfall, Blockieren der Räder).
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nachfolgend eine zusätzliche Beschreibung der prinzipiellen Betriebsweisen gegeben.
Zahlreiche Regelsysteme können benutzt werden. Eine Regelung, die sich als besonders vorteilhaft erwiesen hat, basiert auf der Analyse des Schneidaufwandes.
Der vom Schneidkopf aufgebrachte Aufwand wird fortlaufend gemessen und an das Kontrollsystem gemeldet und dient als Indikation für die Dichte und die Höhe des zu schneidenden Grases. Der Microcomputer regelt die Geschwindigkeit der Vorrichtung derart, daß eine optimale Geschwindigkeit eingehalten wird. Wenn der Schneidwiderstand sehr gering ist (bereits gemähter Bereich), leitet der Rechner den Antriebsrädern ein Maximum an Energie zu, um die Vorrichtung schnellstmöglich in eine noch zu mähende Zone zu bewegen. Die Geschwindigkeit kann zwischen z. B. 1 und 5 km/h variieren.
Wie in Figur 8 illustriert, dringt die Vorrichtung 80 gemäß der Erfindung, sofern das Kontrollsystem eine noch nicht gemähte Zone 81 der zu mähenden Fläche 82 detektiert hat, um die Entfernung X in diese Zone ein und beschreibt eine Spirale in der Weise, daß sie so lange wie möglich in der Zone verbleibt, die einen erhöhten Schneidwiderstand bietet (Höhe und Dichte des Grases wichtig). Wenn sie dort eine vorgegebene Entfernung zurückgelegt hat und dabei keinen Widerstand mehr erfahren hat, entfernt sich die Vorrichtung rechtwinklig, wobei sie ein Maximum an Energie auf die Antriebsräder überträgt, bis sie eine neue, weniger gemähte Zone erreicht.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist ein System zur Schattenerkennung 91 vorgesehen ( Fig. 9).
Das System zur Schattenerkennung soll verhindern, daß die Vorrichtung längere Zeit in einer Schattenzone verbleibt. Wenn der Schatten gleichmäßig über den Tag verteilt wandert, entsprechend der jeweiligen Stellung der Sonne, ist es möglich praktisch die gesamte Oberfläche der Wiese 82 zu mähen und dabei ständig in der Sonne zu verbleiben, sofern diese vorhanden ist. Diejenigen Zonen, welche dauernd im Schatten sind, werden entweder während bewölkter Passagen, bei denen Helligkeitskontraste aufgrund von Schatten verwischt sind, überstrichen, oder durch zweitweiliges Eindringen in diese Schattenzonen während des normalen Betriebes.
Das Kontrollsystem, das dem Zweck dient, Schatten zu erkennen, führt eine Bewertung der von den photovoltaischen Zellen abgegebenen Energie in Intervallen durch, die einer festen von der Vorrichtung zurückgelegten Distanz entsprechen, wobei diese Distanz gleich der Größe einer Zelle ist. Es vergleicht in jedem Augenblick die erhaltene Energie mit der im vorangegangenen Zeitintervall erhaltenen. Der Übergang einer Reihe von Zellen aus der Sonne in den Schatten ruft die Registrierung eines Energieabfalls hervor. Wenn dieser Abfall einen vorgegebenen Wert übersteigt, wird dies als ein Signal für den Eintritt in eine Schattenzone gewertet. Die Vorrichtung setzt dann ihre Bewegung um eine Distanz zz' fort um sicherzustellen, daß die Schattenzone nicht zufällig ist. Wenn die erhaltene Energie auf ihrem reduziertem Niveau verbleibt, führt die Vorrichtung eine Kehrtwendung aus, um in eine besonnte Zone zurückzukehren.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein System zur Erkennung von Hindernissen 92 vorgesehen (Fig. 10).
Das System analysiert ständig die Relativbewegung der oberen Platte gegenüber dem Fahrgestell. Sobald mittels der Kontakte 3 und/oder anderer Detektoren gleichartiger Funktionen eine Verschiebung registriert wird, reagiert das System derart, daß es die Vorrichtung anhält und sie ein Ausweichmanöver ausführen läßt, das durch das Regelprogramm definiert ist.
Gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung hält die Vorrichtung an, fährt um eine Distanz xx zurück und führt eine Schwenkbewegung um einen Winkel alpha aus, bevor sie erneut startet.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schwenkt die Vorrichtung in eine Richtung, die der Stoßrichtung entgegengesetzt ist, so daß sie den freien Platz rund um das Hindernis überprüfen kann. Wenn der Platz größer als die Abmessung der Vorrichtung ist, fährt sie wieder an, wenn nicht, schließt sie daraus, daß es sich um einen ausgedehnteres Hindernis, zum Beispiel eine natürliche Begrenzung der zu mähenden Fläche, handelt, weicht zurück und vollführt eine Kehrwendung.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein System zur Erkennung von Gefällen und Bodenunregelmäßigkeiten vorgesehen.
Das System analysiert ständig das Verhältnis zwischen der Energie, die den beiden Antriebsrädern zugeführt wird und deren Geschwindigkeit um daraus den Fortbewegungswiderstand abzuleiten.
Die Kombination aus diesen Parametern und den Vorgaben des Regelprogramms erlaubt es beispielsweise eine Blockade der Räder zu erkennen und eine Reihe von Manövern zur Beseitigung einzuleiten (Änderung der Richtung, Verschwenken ...).
Es ermöglicht es außerdem, eine beträchtliche Steigung zu erkennen, wobei in diesem Fall das Programm die Vorrichtung eine Schwenkbewegung um einen vorgegebenen Winkel ausführen läßt, um die Steigung unter einem schrägen Winkel anzugehen, der den Energiebedarf verringert und so die Verwendung von Antriebsmotoren geringer Leistung und ein Gewicht ermöglicht, das kompatibel ist mit den Prinzipien einer direkten Versorgung aus Sonnenenergie.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung, der in der Figur 11 gezeigt ist, ist ein System zur Erkennung der Grenze des Bereiches vorgesehen, wenn keine natürlichen Hindernisse vorhanden sind.
Wenn die Grenzen des zu mähenden Bereiches nicht durch natürliche Hindernisse definiert sind wie Einfassungen, Zäune, Welle, Pflöcke (Holzpflöcke) usw., kann man einen Draht 93 verwenden, der von einem Wechselstrom (z. B. 5 KHz) geringer Amplitude (einige mA) durchflossen wird und der über den Boden entlang den vorgesehen Grenzen gespannt ist. Diese Technik ist bereits zum Führen von autonomen Vorrichtungen bekannt. Die elektrische Versorgung selbst kann aus fest angeordeten photovoltaischen Zellen stammen, zum Beispiel an den Endpunkten des oder der Drähte, wobei der ursprüngliche Gleichstrom in einen Wechselstrom der vorgesehen Frequenz transformiert wird.
Alternativ dazu ist ein passives System sicherer, da es unabhängig von jedem Versorgungssystem ist und nicht durch ein versehentliches Durchneiden des Drahtes außer Betrieb gesetzt werden kann.
Dabei handelt es sich zum Beispiel um eine metallische Kette, die über den Boden gespannt ist. Der fremdseitig angeordnete Empfänger ermöglicht eine Erkennung der metallischen Masse durch eine Veränderung seiner Induktanz.
In all diesen Fällen reagiert das System bei Annäherung an eine Grenze damit, daß es das Empfängersignal analysiert und den Abstand ermittelt, der die Vorrichtung von der Grenze trennt. Wenn dieser Abstand geringer wird als eine vorprogrammierte Entfernung, verschwenkt die Vorrichtung so weit, bis der Abstand größer wird als der vorprogrammierte.
Für den Fall, daß das Verschwenken in eine Richtung die Vorrichtung der Grenze nähert statt sie von dieser zu entfernen, ändert das Kontrollsystem automatisch die Schwenkrichtung. Wenn sich die Vorrichtung aus dem einen oder anderen Grund der Grenze zu weit genähert hat, setzt das Kontrollsystem die Kollisionsprozedur in Gang in der Weise, wie sie vorangehend beschrieben ist (Zurückweichen gefolgt von einem Verschwenken).
Gemäß einem noch anderen Aspekt der Erfindung ist ein System zur Energieüberwachung vorgesehen.
Die Einheit zur Energieüberwachung, die vom Microcomputer gesteuert wird, hat zwei Funktionen: Überwachung des Ladezustandes der Reservebatterie, Erkennung der Nachtzeit und Versetzen des Systems in einen Wartezustand mit minimalenm Verbrauch.
Die Batterie ist so ausgelegt, daß sie die Funktion der Elektronik bei Dunkelheit gewährleistet, indem sie einige Schaltkreise dauernd unter Spannung hält. Sie ermöglicht zugleich den Betrieb des Rasenmähers in Schattenzonen oder während des Durchzuges von Wolken und glättet die von den photovoltaisch erzeugte Energie während des täglichen Betriebes und bleibt auf diese Weise ständig hinreichend geladen.
Das Kontrollsystem überprüft fortlaufend die Spannung an den Klemmen der Batterie und führt in vorgegebenen Abständen eine arithmetische Mittelwertbildung durch. Wenn die mittlere Spannung unter einen vorgegebenen kritischen Wert absinkt, überprüft das Kontrollsystem, ob sich die Vorrichtung nicht in einer Schattenzone, wie vorangehend beschrieben, befindet. Wenn das nicht der Fall ist, wird die Vorrichtung angehalten und wartet, bis die Spannung wieder auf einen annehmbaren Wert angewachsen ist.
Wenn eine Schattenzone erkannt worden ist, beendet die Vorrichtung ihre Routine zum Verlassen des Schattens, bevor sie anhält.
Bei Einsetzen der Nacht verringert sich der von den photovoltaischen Zellen gelieferte Strom, sinkt auf Null und wird sogar negativ aufgrund der Entladung der Batterie über die photovoltaischen Dioden.
Um dieses Phänomen zu vermeiden, kann eine externe Diode vergesehen werden, die in Serie mit der Batterie der Zellen geschaltet ist und die verhindert, daß sich die Stromrichtung umkehrt.
Die Diode bewirkt ungünstigerweise einen Spannungsabfall der den Wirkungsgrad der Anordnung vermindert.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird dieser Spannungsabfall in der Diode durch Kurzschließen bei Normalbetrieb (während des Tages) mittels eines Unterbrechers (Relais oder Transistor) verhindert, der vom Microcomputer angesteuert wird. Die Figur 12 illustriert folglich diesen Aspekt, indem sie einen Computer 111, einen Analog Digitalwandler 112, einen Kontakt 113, eine Diode 114, eine Kontrolleinheit für den Motor 115, photovoltaische Zellen 116, einen Nebenwiderstand zur Strommessung 117 und eine Batterie 118 vorsieht.
Dieser mißt ständig den Strom, der von den photovoltaischen Zellen erzeugt wird, und wenn er einen Nulldurchgang mißt, öffnet er automatisch den Unterbrecher, der die Zellen und die Versorgungselemente des Batteriestromkreises voneinander trennt. Zugleich versetzt er die Vorrichtung in einen Wartezustand.
Die parallel zum Unterbrecher geschaltete Diode ermöglicht es dem Strom, wieder positiv zu werden, wenn die Spannung der Zellen wieder höher wird als die Batteriespannung, vergrößert um den Spannungsabfall in der Diode. Die Vorrichtung wird wieder in Bewegung gesetzt, und der Microcomputer schließt wieder den Kontakt.
Die Vorrichtung ist zugleich vorzugsweise mit einem an sich bekannten Feuchtigkeitsdetektor versehen. Oberhalb einer gewissen Feuchtigkeitsschwelle wird die Mähvorrichtung in den Wartezustand versetzt. Wenn sich der Feuchtegrad unterhalb einen gewissen vorgegebenen Wert verringert, nimmt die Vorrichtung ihren Betrieb wieder auf, sofern die anderen Parameter dies erlauben. Dies ermöglicht es, einen Betrieb der Vorrichtung bei Regen oder auf einer zu feuchten Wiese zu vermeiden, wo ein Betrieb zu wenig effektiv wäre oder zu Blockieren führen könnte (Schlamm, Wasserpfützen usw...).
Das Führungssystem der Vorrichtung kann verschiedenen Algorithmen folgen und ist nicht auf das vorangehend Beschriebene beschränkt.
Gemäß der Erfindung kann man in der Tat in gleicher Weise auch ein 'mapping' System anwenden, das es der Vorrichtung ermöglicht, die Grenzen des zu mähenden Bereiches, die bereits gemähten Flächen und für jede der vorhergehend gemähten Flächeneinheiten den Schneidaufwand für diese Einheit zu speichern. Dies ermöglicht es der Vorrichtung, nachfolgend die Mähstrecke in der Weise zu optimieren, daß diejenigen Bereiche, in denen das Gras schneller wächst, häufiger durchlaufen werden.
Beim 'mapping' wird jeder Einheit der Oberfläche ein Speicherplatz mit einem Parameter 'Schneidaufwand-begrenzendes Hindernis' zugewiese, der es ihr erlaubt, eine Karte der zu überstreichenden Fläche zu erstellen. Die Vorrichtung kann Dank des vorangegangenen Lernprozesses anhand der Hindernisse im Gelände ihren eigenen Standort ermitteln. Diese Technik ist bereits bekannt.
Die Kenntnis der Geschwindigkeit jedes Antriebsrades erlaubt es so, die Entfernung und die Richtung zu erkennen.
Man kann in gleicher Weise Systeme zur Positionierung oder Repositionierung durch die genaue und wiederholte Lokalisierung von Signalgebern (z.B. optisch, Ultraschall oder Hochfrequenz) die auf dem Gelände verteilt sind, vorsehen.
Beispielhaft sind die nachfolgenden Lssungen für das Problem angewandt worden, eine obere Platte zu schaffen, die hinreichend fest, leicht ist und die einen wirksamen Schutz der photovoltaischen Zellen bietet.
Wie in Figur 14 beschrieben, sind die Zellen auf einem Blech aus einem elastischen Material 41 angeordnet, das sich am Boden einer Form befindet. Die Form und das elastische Blech sind mit Löchern 42 versehen, die unterhalb der Zellen angeordnet sind. Ein Vakuum 43, das unterhalb der Form erzeugt wird, preßt die Zellen 44 gegen das elastische Blech. Die Zellen werden untereinander elektrisch verbunden und das Formmaterial ( fester Polyurethanschaum) wird in die Form 45 gespritzt und tränkt die Zellen mit dem Harz. Nach dem Aushärten und dem Entfernen der Form wird die äußere Oberfläche der Platte, die vorzugsweise leicht gewölbt ist, durch eine transparente Plastikfolie geschützt, die die Zellen gegen jede äußere Einwirkung, insbesondere gegen Regen schützt.
Die Erfindung ist nicht auf ihre vorangehend beschriebene spezielle Ausführungsform beschränkt und kann in ihrer Umsetzung und ihren Einzelheiten in dem durch die Patentansprüche vorgegebenen Rahmen variiert werden.

Claims

1. Autonom arbeitender Rasenmäher mit Elektromotor(en), mit wenigstens einem Schneidsystem, einem Antriebsrad, einer elektronischen Steuer- und Regeleinrichtung, einer wiederaufladbaren Batterie und/oder photovoltaischen Zellen, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneidsystem einen geringen Verbrauch aufweist, der eine direkte Versorgung der Vorrichtung aus einer photovoltaischen Quelle erlaubt, die geeignet ist, von der Vorrichtung mitgeführt zu werden, daß während des Betriebes der Vorrichtung deren Wegstrecke außerdem durch Reaktionen mit Hindernissen, die sich an den Grenzen der zu mähenden Fläche befinden, und/oder mit Schwachstromkabeln begrenzt wird derart, daß der Mähvorgang während der gesamten oder eines Teils der Mähperiode gleichsam permanent erfolgen kann und die Wiese auf diese Weise gemäht bleibt, und daß in Abhängigkeit vor einem Algorithmus, der in einem Mikroprozessor gespeichert und verarbeitet wird, sich die Vorrichtung entweder in Betrieb oder in einem Warte- oder Ladezustand befindet, wobei der Betriebszustand vom Ladezustand der wiederaufladbaren Batterie und/oder der Sonneneinstrahlung abhängt.

2. Autonom arbeitender Rasenmäher mit Elektromotor(en) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens eine Einrichtung zur Erkennung der zu schneidenden Grasflächen durch Messen der vom Schneidsystem aufgenommenen Energie aufweist.

3. Autonom arbeitender Rasenmäher mit Elektromotor(en) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens einen Geschwindigkeitsmesser an jedem Antriebsrad oder Antriebsraupe aufweist.

4. Rasenmher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die wiederaufladbare Batterie durch photovoltaische Zellen gespeist wird.

5. Rasenmäher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die wiederaufladbare Batterie durch eine Versorgungsquelle auf oder in der Nähe der zu mähenden Fläche gespeist werden kann, wobei sich die Vorrichtung automatisch und periodisch gemäß einem Algorithmus, der durch den Ladezustand der genannten Batterie bestimmt wird, dorthin bewegt.

6. Autonom arbeitender Rasenmäher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte von dem oder den genannten Motoren verbrauchte Leistung geringer oder gleich als 120 W ist.

7. Rasenmäher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Leistung geringer als 100 W ist.

8. Rasenmäher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Leistung zwischen 10 und 60 beträgt.

9. Rasenmäher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität der wiederaufladbaren Batterie geringer als 2 A/h ist.

10. Rasenmäher nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß sie jede Bewegung und jede Mähtätigkeit unterbricht, sobald der Ladezustand der Batterie oder die Sonneneinstrahlung unterhalb eines vorgegebenen Wertes liegt und daß die Vorrichtung sich dann in einem Wartezustand oder im Ladezustand befindet.

11. Rasenmäher nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Antriebsrad eine Vorrichtung zur Messung der Ladung zugeordnet ist.

12. Rasenmäher nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens zwei Antriebsräder aufweist und daß jedem Antriebsrad ein unabhängiger Motor zugeordnet ist.

13. Rasenmäher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor besagtem Fahrgestell ein Felddetektor angeordnet ist, der es gestattet, die Grenzen des zu mähenden Bereiches zu erkennen, die durch ein oder mehreren von Schwachstrom durchflossenen Kabeln festgelegt sind.

14. Rasenmäher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hindernisse durch eine Analyse der Relativbewegung zwischen einer oberen Platte, die gegebenenfalls die Photozellen trägt, und einem unteren Fahrgestell detektiert und umfahren werden.

15. Rasenmäher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht der wiederaufladbaren Batterie geringer als 5 kg ist.

16. Rasenmäher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht der wiederaufladbaren Batterie geringer als 1 kg ist.

17. Rasenmäher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem eine Einrichtung zum Erkennen der zu mähenden Rasenflächen durch die Wechselwirkung zwischen dem Antriebssystem der Vorrichtung, dem vorgenannten Detektionssystem und einem Microcomputer aufweist.

18. Rasenmäher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem ein Sicherheitssystem aufweist, das von einem Ladekontrollmeßgerät an jedem Rad Gebrauch macht.

19. Rasenmäher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem einen Algorithmus zur Vermeidung von Schattenbereichen durch eine Analyse der Variation der Sonneneinstrahlung für eine vorgegebene zu durchlaufende Wegstrecke aufweist.

20. Rasenmäher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem einen Feuchtigkeitssensor aufweist, der in Abhängigkeit von Feuchtegrad den Halt und den Anlauf der Vorrichtung veranlaßt.

21. Rasenmäher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneidkopf je eine untere und eine obere kreisförmige Platte gleicher Abmessungen aufweist, deren Oberfläche mit ausfahrbaren Klingen versehen sind, deren Zentrum um einen Abstand zurückgesetzt ist, der der Länge der Messer entspricht.

22. Verfahren zum Mähen einer Wiese, dadurch gekennzeichnet, daß der Rasenmäher gemäß Patentanspruch 1 in Position gebracht und dort für wenigstens mehrere Tage in autonomer Weise belassen wird.

23. Verfahren zur Pflege einer zu mähenden Rasenfläche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 in Position gebracht und dort für wenigstens mehrere Tage in autonomer Weise belassen wird.