JP2016208885A - 自走式草刈機 - Google Patents

Abstract

【課題】草刈機本体の充電ベースへのドッキング時の姿勢の許容度を上げて、充電ベースの送電端子と草刈機本体の受電端子を確実に接触させるようにした自走式草刈機を提供する。【解決手段】充電ベース５０には、草刈機本体（１０）の接近方向に回動可能な２つの送電端子５７、５８が設けられる。２つの送電端子は距離を隔てて配置され、お互い接近する方向に回動部材５５ａ、５５ｂからそれぞれ周方向に伸びるようにし、回転軸に対しては草刈機本体の接近方向とは反対方向に付勢される。草刈機本体のシャーシの先端には凸状の受電部４１が形成され、受電部の両側側面に受電端子４２，４３が設けられる。草刈機本体が充電ベースに接近し、凸状の受電部が２つの送電端子の間に入り込むと送電端子と受電端子が接触することにより充電が行われる。【選択図】図９

Description

本発明は、電動モータを駆動源とし草刈領域内を自律的に走行して草を刈り取る自走式草刈機に関する。

地面に生えた芝生や雑草を刈り取るための草刈機としては、作業者が乗用、あるいは、手押し式ハンドルにて制御を行う手動式の草刈機（芝刈機）が一般的であるが、近年、ワイヤー等で区画された草刈領域内を自動的に走行して草を刈り取るようにした自律走行式（自走式、あるいはロボット式）の草刈機が普及してきた。自走式の草刈機においては、車輪を駆動するための走行用のモータと、草刈用の刈刃を駆動する作業用のモータを設け、これらモータに電力を供給する二次電池が搭載され、自律走行を制御する制御装置が搭載される。

自走式にて草刈作業中に二次電池の充電容量が低下した場合には、草刈機が、送電装置が設けられた充電ステーション（充電ベース）に向けて自動的に帰還走行を行い、充電ステーションにて二次電池への充電が自動的に行われる。二次電池の充電が終了した後は、指定された草刈領域での作業が自動的に再開される。このような自律走行式の草刈機は、充電が必要となる度に作業者が草刈機を充電ステーションに案内することが不要であり、作業者不在のまま長時間草刈りを行うことができる。ここで従来の自走式草刈機の動作の概要を図１３を用いて説明する。図１３は、家屋２８１が建てられた敷地２８０を示す斜視図であって、草刈領域２９０となる芝生の上に草刈機２０１が配置される。家屋２８１を囲む敷地２８０には、道路２８２と池２８４が設けられ、これら以外の箇所は芝生が植えられており、そこが草刈りを行う対象たる草刈領域２９０である。草刈機２０１は、植えられた芝生の草を刈り取るためのロボット型（自律走行式、自走式）であって、草刈領域２９０の内部の芝生の上に配置され、草刈領域２９０には、草刈機２０１を充電するための充電ベース２５０が配置される。充電ベース２５０は商用電源を容易に接続でき、屋根が一体に設けられるが、雨水がかかりにくい場所、例えば家屋に隣接して設けても良い。

草刈機２０１には、車輪が複数設けられ、車輪のうちいくつかは走行用のモータ（図示せず）により駆動される。また、草刈機２０１には下方に突出させた草刈用の刈刃（図示せず）が設けられ、刈刃は、走行用とは独立した作業用のモータ（図示せず）によって回転される。草刈機２０１の内部には、走行用のモータと作業用のモータに電力を供給し、走行制御用の制御装置に電力を供給するための二次電池（図示せず）が設けられる。

草刈機２０１の自律走行を助けるために、敷地２８０の草刈作業を行う領域と他の領域との境界部分には、境界ケーブルや、柵、無線や光等を用いた境界報知手段が予め配置される。この配置は草刈機２０１の使用者が草刈り前に予め行う。ここではループ状に形成された境界ケーブル２８５を敷地２８０の周辺に配置することにより、境界ケーブル２８５を外縁とする内側の領域が、草刈作業が行われる草刈領域２９０として設定される。境界ケーブル２８５には図示しない信号発生器が接続され、境界ケーブル２８５は磁界や電界を発生させる。信号発生器は充電ベース２５０と同一の箇所に設けると良い。草刈機２０１は、境界ケーブル２８５により発生した磁界等の信号を検知することにより、指定された草刈領域２９０の外縁位置を判別し、自動かつ自律的に走行しながら草刈作業を行う。

草刈機２０１は、二次電池の残存容量が、帰還走行に必要な電池残量に基づいて設定された規定値に達すると、充電ベースに向けて帰還走行を行う。草刈機２０１は、充電ステーション（充電ベース２５０）に帰還すると、草刈機２０１の受電端子（図示せず）が充電ベース２５０の送電端子（図示せず）に接触するようにして停止し、充電ベース２５０側から草刈機２０１側への電力の供給が行われ、草刈機２０１は搭載された二次電池の充電を行う。

特開２０１５−１５９２２号公報

特許文献１に記載されるような従来の自走式の草刈機は、草刈機の本体側に受電端子（受電プラグ）が設けられ、充電ベースには受電端子と接触する送電端子（給電コネクタ）が設けられ、これらの受電端子と送電端子を接触させることにより、充電操作が行われる。これらの接触を確実にするためには、接触部の構造を精密に規定することや、草刈機本体の走行方法を正確に制御する必要がある。草刈機本体が充電ベースに対して正確に進入しない場合には、充電を行うことができずに、草刈作業を継続することが不能となる恐れもある。このようなトラブルが発生すると、使用者が草刈機の位置を直すまで、草刈作業や充電作業が停止することになり、草刈作業を円滑に行うことができなくなる。

本発明の目的は、草刈機本体内に搭載された二次電池に対する充電を確実に行うことができるようにした自走式草刈機を提供することにある。
本発明の他の目的は、草刈機本体の充電ベースへのドッキング時の姿勢の許容度を上げることにより、充電ベースの送電端子と草刈機本体の受電端子を確実に導通させるようにした自走式草刈機を提供することにある。

本発明の一つの特徴によれば、車輪を駆動する走行用のモータと、刈刃を駆動する作業用のモータと、モータに電力を供給する二次電池を有し、草刈領域を自立的に走行しながら草を刈りとる草刈機本体と、二次電池を充電する充電ベースを有し、二次電池の残量が少なくなったら草刈機本体を自動的に充電ベースに帰還させるようにした自走式草刈機であって、充電ベースは端部に開口を有する筒状部を有し、筒状部の内部に送電端子を有し、草刈機本体は、走行用のモータと作業用のモータを保持する本体シャーシとこれらを覆う本体カバーを有し、本体カバーの部分に充電ベースの筒状部が入り込むことを許容するための開口部を設け、草刈機本体が充電ベースに接近することにより筒状部が開口部から本体カバーの内部に入り込み、草刈機本体の受電端子が送電端子と接触するように構成した。このように充電ベース側と本体カバー側の双方に開口部を設けて、二重に重なるように送電端子と受電端子を覆うようにしたので、水滴やゴミ等がはいるおそれを大幅に低減することができる。尚、送電端子はバネ性を有する金属板を曲げてリング状にしたものであって、両端部に形成したネジ穴に通されるネジによって回転軸に固定しても良い。

本発明の他の特徴によれば、草刈機本体の本体カバーの内部は、本体シャーシに先端が凸状であって凸状部の側面に受電端子を有し、草刈機本体が充電ベースに接近することにより受電端子が充電ベースの筒状部の内側側部に設けられた送電端子と接触する。この充電ベースは、送電端子を２つ有し、２つの送電端子はお互いが距離を隔てるように離間して配置され、草刈機本体が充電ベースに接近することによって凸状の先端が２つの送電端子の間の空間に入り込むことによって送電端子と受電端子が接触する。充電ベースは、草刈機本体の走行する平面と交差する回転軸を２つ有し、２つの送電端子がお互い接近する方向に回転軸からそれぞれ径方向に延びるように軸支され、送電端子はお互いの可動方向が反対回りとなるように構成される。この送電端子はバネ性を有する金属板であって、片方の端部が回転軸に固定されると良い。

本発明のさらに他の特徴によれば、金属板は細板状のものを２カ所鋭角的に折り曲げ、中央部を受電端子との接触面とし、端部の一方を回転軸に固定し、端部の他方が草刈機本体の接近方向とは反対側に位置するように配置した自由端とした。この構成により、草刈機本体の充電ベースへの進入方向のずれの許容度をさらに上げることができる。充電ベースは、上下方向に延在する立上部と、立上部から水平方向（前から後方向）に延在して端部を筒状部とする水平部を備える。受電端子は草刈機本体の接近方向に先細り状とされる。送電端子は回転軸に対して接近方向とは反対方向に付勢され、草刈機本体が充電ベースに接近することによって凸状の先端と接触して回転軸の周りに回動する。この構成によって、芝の状態や地形等の影響で草刈機本体の充電ベースへの進入方向のわずかなずれが生じた場合でも、そのずれを許容することができ、送電端子と受電端子の接触不良の発生を抑制できる。尚、送電端子と受電端子が導通した際に走行用のモータの回転を停止させる。この構成によって草刈機本体を充電ベースと電気的に接続させることができるので、二次電池を充電することができる。

本発明によれば、草刈作業と充電作業を自動で繰り返すロボット式の芝刈機において、確実に充電を行うことができる。その際、充電ベースへの帰還時の草刈機本体の位置付けと、送電端子と受電端子との電気的な接続を確実に行うことができる。

本発明の実施例に係る草刈機１の斜視図である。 本発明の実施例に係る草刈機１の本体カバー２を外した状態の斜視図である。 本発明の実施例に係る草刈機１の本体カバー２を外した状態の上面図である。 本発明の実施例に係る草刈機１の左右方向の中心線を通る縦断面図である。 本発明の実施例に係る草刈機１の集草部の形状を説明するための上面図である。 本発明の実施例に係る草刈機１を充電ベース５０に位置付けた状態を示す上面図である（一部を断面図にて示す）。 図６のＡ−Ａ部の断面図である。 充電ベース５０の正極側の送電端子５７と負極側の送電端子５８の付近の部分拡大断面図である。 草刈機１が充電ベース５０に理想的に接近移動している状態を示す図であって、（１）は受電部４１が送電端子５７、５８に接触した時点を示し、（２）は草刈機１が所定の充電位置に到達したときの受電部４１と送電端子５７、５８との位置関係を示す図である。 草刈機１が充電ベース５０に斜めに接近移動している状態を示す図であって、（１）は受電部４１が送電端子５７にだけ接触した時点を示し、（２）は草刈機１が所定の充電位置に到達したときの受電部４１と送電端子５７、５８との関係を示す図である。 本発明の実施例に係る草刈機１の本体シャーシ１０に装備される各種機能部品を示すブロック図である。 本発明の第二の実施例に係る充電ベース１５０の送電端子１５７、１５８と、受電部１４１付近の部分拡大断面図である。 従来技術における自走式の草刈機２０１の動作の概要を説明するための図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。なお、以下の図において、同一の部分には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。また、本明細書においては、前後左右、上下の方向は図中に示す方向であるとして説明する。

図１は本発明の実施例に係る草刈機１の斜視図である。草刈機１は、走行方向に沿って転回または揺動可能に設けられる小径の前輪１２ｂと、駆動輪である大径の後輪１３ｂが左右にそれぞれ設けられ、草刈機１は本体カバー２によって下面を除く全体が覆われる。本体カバー２の前方下端２ｃは、地面との間に所定の距離Ｈの隙間を隔てるように構成され、この隙間から本体カバー２の内部に入りこんだ草が、本体シャーシ１０の下側に配置される刈刃（後述）によって刈り取られる。本体カバー２の上側には、前方側の回動軸を中心に開閉可能な開閉カバー３が設けられる。開閉カバーは透明性を有する樹脂部材により構成され、閉じた状態でディスプレイ（後述）の表示内容を確認可能となっている。開閉カバー３を開閉することにより後述するダイヤル２０（図２参照）にアクセス可能となり、また、キーボードの操作を行うことができる。草刈機１の電源は、着脱可能な電池パック（図４で後述）であって、制御回路に含まれるマイクロコンピュータによって走行用のモータ（図示せず）の駆動が制御され、自律的に走行しながら刈刃にて草を刈り取る。本体カバー２の前方には、充電時に充電ベース５０の送電端子と受電部４１を接触させるための開口部５が設けられる。開口部５の内側には、本体シャーシ１０の受電部４１が設けられ、受電部４１の左側側面（及び図示しない右側側面）には受電端子４３が設けられる。本体カバー２の開口部５の左右両側には、前輪１２ａ（図２参照）、１２ｂの上部を覆うためのフェンダー２ａ、２ｂが形成される。本体カバー２の後方側上部には、手動停止用のスイッチレバー４が設けられる。

図２は、本発明の実施例に係る草刈機１の本体カバー２を外した状態の斜視図である。本体シャーシ１０は、図示しない刈刃を回転させるための駆動機構と、駆動輪（後輪１３ａ、１３ｂ）を駆動するための駆動機構を搭載するものであって、前方側左右には取付アーム１１ａ、１１ｂを介して前輪１２ａ、１２ｂが設けられ、後方側には後輪１３ａ、１３ｂが設けられる。ここでは後輪１３ａ、１３ｂに大径の車輪を用いて、それぞれ独立したモータで同期して又は非同期に駆動することにより、操舵制御を可能としている。本体シャーシ１０は上面視で前方側が先細り状に形成され、先細り状の側面部から左右前方に突出して離れるように取付アーム１１ａ、１１ｂが設けられる。取付アーム１１ａ、１１ｂは、本体シャーシ１０から水平方向に延びる水平部と、水平部の先端から下方向に延びる円筒形の鉛直部からなり、鉛直部の下端に前輪１２ａ、１２ｂが操舵軸１５ａ、１５ｂ（図６参照）にて軸支される。前輪１２ａ、１２ｂは、草刈機１の移動方向に応じて車輪の向きが自在に追従可能なように取付アーム１１ａ、１１ｂにそれぞれ保持されるものであって、水平方向に延びる回転軸と、鉛直方向に延びる回転軸の２つの回転軸を有する。

本体シャーシ１０の前方側の先細り状に形成された側面部１０ｃと取付アーム１１ａの前側側面部１１ｃ、及び、側面部１０ｄと取付アーム１１ｂの前側側面部１１ｄは、開放側が前方に向いた所定の角度で対向し、上面視でＶ字状に形成される。これは本体カバー２の内側に至った草（例えば芝）を、Ｖ字状の内面にてＶ字の底に集めるようにして、底部分に位置する刈刃（後述する図３参照）にて効率よく切断するためである。このように本体シャーシ１０と先端形状と取付アーム１１ａ、１１ｂの形状によって、集草効果を実現して刈り取り効果を高めた。さらに、本体シャーシ１０の突起状又は凸状の先端部１０ａの左右両側の斜面に、２つの受電端子４２（図３参照）、４３を設けたので、受電部としての機能を持たせることができる。尚、集草部の形状としてＶ字状としたが、Ｖ字状としては、平坦な両側壁が交差する形状に限られるものではなく、進行方向で間隔の狭くなる案内壁を備え、その後方側に刈刃が位置していればよく、例えば逆台形であったり、曲面を有してＵ字に近い形状であってもよい。

取付アーム１１ａ、１１ｂの水平部の上側には、本体カバー２を支持するために、本体カバー２の内壁部に設けられる板ばね部３４（後述する図４参照）の端部を所定範囲内で移動可能に収容する凹部１７ａ、１７ｂが設けられる。また本体シャーシ１０の中央付近には、図示しない刈刃用のモータを上下方向に移動させることにより刈刃の位置を変更して、刈り取り高さを変えるためのダイヤル２０が設けられる。ダイヤル２０の前方には、本体シャーシ１０と本体カバー２の相対移動等から、草刈機１が障害物への衝突や、本体カバー２の持ち上げ状態、傾斜状態等を検出する検出部３６（図１１で後述する衝突センサ、リフトセンサＳ３、傾斜センサＳ４）が設けられる。検出部３６は、例えばホールセンサを有する基板と、磁石とを備えて構成される。本体シャーシ１０の後方側にはバッテリパック２７（図４にて後述）を収容し、マイクロコンピュータが搭載されるメイン基板２６（図４にて後述）を収容する容器部２２が設けられ、容器部２２の開口部は開閉可能な蓋部２３にて覆われる。容器部２２は、プラスチック等の合成樹脂にて板状の基台部２１と一体成形にて製造され、蓋部２３を開閉するためのヒンジが設けられる。基台部２１は本体シャーシ１０の上部開口部分を覆うようにして固定される。基台部２１は複数のネジ又はファスナー等によって本体シャーシ１０の上部に固定される。

図３は本発明の実施例に係る草刈機１の本体カバー２を外した状態の上面図である。ここでは刈刃３５による刈り取り範囲、特にその外縁位置を２点鎖線にて示している。刈刃の回転軌跡は、前輪１２ａと１２ｂの間であって回転式のダイヤル２０とほぼ同軸に設けられる刈刃用のモータ（図４にて後述）の回転軸を中心に二点鎖線３５のようになる。本体シャーシ１０の先端部１０ａよりも後方側の両側の側面部１０ｃ、１０ｄと、取付アーム１１ａ、１１ｂのなす前方側の側面部１１ｃ、１１ｄの成す形状は、上面視で略Ｖ字状が２つ並んだ略Ｗ字状の形状とされ、このように進行方向から後方に行くにつれて左右の幅が狭くなるように形成される。そして２カ所のＶ字状の谷の底部よりも、刈刃３５の外縁の位置が前側になるように刈刃が配置される。容器部２２の左右両側には、本体シャーシ１０と本体カバー２を固定するための固定部１８ａ、１８ｂが設けられる。

図４は本発明の実施例に係る草刈機１の縦断面図（左右中心位置を通る鉛直断面図）である。本体カバー２は、地面側を除いて本体シャーシ１０のほぼ全体を覆う形状であり、その上側には開閉カバー３が設けられる。前後方向に見て前輪１２ａと後輪１３ａとの間には刈刃３５を回転させるためのモータ３０が設けられる。モータ３０はモータハウジング３２及びモータ基台３３に収容され、回転軸３１が鉛直方向になるように配置される。モータ基台３３はダイヤル２０を回転させる事によって、本体シャーシ１０に対して上下方向に移動可能なように構成される。モータ３０の回転軸３１の下端には回転式の刈刃３５が設けられる。ここではモータ３０の回転軸に対して前方側半分はモータ３０が最上位位置にある状態を示し、刈刃３５も地面からの高さＨ２が高くなる位置にある。一方、回転軸に対して後方側半分はモータ３０が最下位位置にあり刈刃３５’は地面からの高さＨ１が低い位置にある状態を示している。ダイヤル２０の回転力をモータ基台３３の上下昇降運動に変換する機構は、公知の機構を用いれば良いのでここでの詳細説明は省略する。

モータ３０の後方側の容器部２２の内部には、バッテリパック２７が配置される。バッテリパック２７の内部には複数の二次電池のセル２８が収容される。バッテリパック２７は左右ほぼ中央付近に配置されるが、その左右両側には後輪１３ａ、１３ｂを駆動するための走行用のモータ（図示せず）が設けられる。走行用のモータは、右側後輪用と左側後輪用の２つ設けられ、後輪１３ａ、１３ｂを同期して駆動することにより草刈機１が直進し、後輪１３ａ、１３ｂの回転差を生じさせるように駆動することにより所定方向に草刈機１を転回させることができる。容器部２２の上側開口部は蓋部２３が設けられる。蓋部２３には回路基板２４が設けられ、回路基板２４の前方側の上側には液晶表示パネル等のディスプレイ２５が設けられる。蓋部２３の一部には窓部２３ａが設けられ、蓋部２３を開けることなく作業者が窓部２３ａからディスプレイ２５を視認できるとともに、キーボードを操作して草刈りスケジュールの設定等を行えるように構成される。

本体カバー２の前方であって、左右方向に見て前輪１２ａ、１２ｂの間には、受電部４１を外部からアクセス可能なように開口部５が形成される。開口部５の下側縁部には水平の仕切り板５ｂが設けられ、本体カバー２の前方下端２ｃをすり抜けて本体カバー２の内部に到達した草（折り曲げ状態）が、復元力により直立状態に戻った際に受電部４１に触れることを防止できる。仕切り板５ｂの高さ方向の位置は、前輪１２ａ、１２ｂの上端位置よりも上側になるように配置される。開口部５の後側縁部には上下方向に延びる鉛直板５ａが設けられる。

図５は本発明の実施例に係る草刈機１の集草部の形状を説明するための上面図である。本実施例では取付アーム１１ａ、１１ｂと本体シャーシ１０を上側（又は下側）から見た際に、刈刃３５の回転中心よりも前側部分において刈刃３５の一部分が取付アーム１１ａ、１１ｂと本体シャーシ１０よりも外側に露出するように構成した。このように刈刃３５の回転軌跡の一部が本体シャーシ１０の下面よりも外側（特に前側）に露出するような位置関係としたので、草の刈り取り効率を高めることができる。従来の自走式の草刈機においては、回転する刈刃は本体シャーシ１０の下に配置され、刈刃の回転軌跡の外縁が本体シャーシの下側に完全に収まるように構成されるので、本体シャーシの下面よりも高い草を刈る場合は、草を前方や脇に倒すことになる。このとき折れ曲がった草とブレードの回転面が平行に近い状態となるため、草が刈刃から逃げてしまい、刈刃の回転直径通りの刈り込み幅にならないという問題があった。本実施例では、刈刃３５の回転軌跡の一部が本体シャーシ１０よりも外側に露出するので、草が倒れ込む前に効果的に刈り取ることができる。また、本実施例では上面視において、図５の太線で示すように前方から後方にかけて側面の壁が狭くなるＶ字状の案内壁が形成され、そのＶ字状の案内壁の谷底部分４４ａ、４４ｂにおいて刈刃３５が露出するようにした。従って、本体シャーシの下面よりも高い草を効果的に谷底部分４４ａ、４４ｂに集めることができ、集めた状態にて刈刃３５にて切断することができるので、高い集草効果と高い刈り取り効果を得ることができた。尚、本体シャーシ１０の下面より外側に刈刃３５の回転軌跡の一部を露出させている領域は本体カバー２によって覆われる範囲内に位置させることが重要である。また、長い草を本体カバー２の内部に取り込んだ場合、Ｖ字状の案内壁に挟まれる内側の空間にて倒れた草が起き上がれるスペースを十分確保するようにすれば、刈り込み効率が一層高くなる。

図５に示すＶ字状の案内壁は、太線で示す位置に板材を用いて専用の壁を形成するようにしても良いが、本実施例では本体シャーシ１０の先細り状の先端部１０ａの側面部１０ｃ、１０ｄと、取付アーム１１ａ、１１ｂの前側の側面部１１ｃ、１１ｄによって、進行方向の後方に向けて間隔が狭くなるように案内壁を構成した。このように本体シャーシ１０の形状と取付アーム１１ａ、１１ｂの形状を工夫するだけで本体カバー２の内側に入り込んだ草を寄せ集める集草部を形成するようにすれば、別部材を設ける必要が無いので、製造コストの上昇を抑制することができる。尚、案内壁の上下方向の壁は、完全な鉛直状態としなくても、刈刃３５の露出する部分に向けて斜めになるような斜面又は曲面を形成して、刈刃３５で刈り取られる際の草の姿勢が理想的となるように導くようにしても良い。

以上、本実施例においては刈刃３５の回転直径の一部が、本体シャーシの下面よりも外側に出っ張るように、本体シャーシの形状を構成し、その出っ張る部分に倒れた草を誘導するようにしたので、刈り取り効果を大幅に向上させることができた。

図６は本発明の実施例に係る草刈機１を充電ベース５０に位置付けた状態を示す図である。充電ステーションは、草刈機１の下側に位置する非導電性の樹脂マット７０と、樹脂マット７０の端部に設けられる充電ベース５０を含んで構成される。充電ベース５０に草刈機１の受電部４１が連結されることにより、充電ベース５０の送電端子５７、５８と草刈機１の受電端子４２、４３（図３参照）が接触して導通可能状態となる。充電ベース５０には回路基板６０が設けられ、回路基板６０には図示しない送電回路が搭載される。樹脂マット７０は、非導電性の材料で製造し、地面等と草刈機１の非導電状態を完全にするために用いられる。樹脂マット７０は少なくとも４つの車輪１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂを載せるのに十分な大きさとされる。回路基板６０には図示しない整流回路が搭載され、図示しない電源ケーブルを用いて整流回路に商用交流が供給される。整流回路は商用交流を所定の電圧の直流に整流して、直流電圧を正極側の送電端子５７と負極側の送電端子５８を介して草刈機１側へ供給する。

図７は、図６のＡ−Ａ部の断面図である。充電ベース５０は地面に沿って水平に配置される樹脂マット７０の前方側端部から上方に延在する鉛直部５１ａと、鉛直部５１ａの上端から後方にせり出すように延びる水平部５１ｂを含んで構成される。水平部５１ｂは略直方体の筒状になっており、草刈機１に面する側に開口部５２（後述する図８参照）が設けられ、草刈機１が前方側に移動して所定の位置（図６で示す位置）に到達すると、筒状の水平部５１ｂの一部が本体カバー２の開口部５（図１参照）の内部空間に入り込む。本体カバー２の開口部５の内側には、先端形状が凸状に形成された受電部４１が設けられているため、同時に受電部４１が筒状の水平部５１ｂの内部空間に入り込み、送電端子５７、５８との間に位置する。筒状の水平部５１ｂと開口部５が二重に入りこんだ状態で送電端子５７、５８と受電端子４２、４３が導通することにより、草刈機１側のマイコンが充電位置に到達したことを識別し、走行用モータへの給電を止めることにより草刈機１がその位置（充電位置）にて停止する。充電位置においては、草刈機１の受電部４１が筒状の水平部５１ｂにより覆われることになる。また、筒状の水平部５１ｂの一部が本体カバー２の開口部５の内部空間に入り込むので、送電端子５７、５８や受電端子４２、４３が二重に覆われることになる。このような接続構成としたために、送電端子５７、５８と受電端子４２、４３との接触部分にゴミ等の異物や雨水等が入り込むことが抑制され、天候に左右されずに安定した充電を行うことができる。

図８は充電ベース５０の正極側の送電端子５７と負極側の送電端子５８の付近の部分拡大断面図であって、草刈機１が接続していない状態を示す図である。充電ベース５０の水平部５１ｂは、草刈機１の理想的な侵入路の中心となる左右中心線７４に対して左右方向に間隔Ｄの略長方形の開口部５２が設けられる。開口部５２の周囲には凸状の受電部４１が中心位置からずれて充電ベース５０に侵入した際に正しい位置に案内するために、斜めに形成された案内壁５３ａ、５３ｂが形成される。開口部５２よりも内側部分の左右両側には、２つの送電端子５７、５８が設けられる。送電端子５７、５８は細長い金属板を２カ所鋭角的に折り曲げたものであって、一端側をネジ５６ａ、５６ｂによって回動部材５５ａ、５５ｂに固定し、受電部４１が送電端子５７、５８に当接した際に、送電端子５７、５８が十分しなるように構成される。送電端子５７、５８としては、バネ性を持つバネ材を用いるのが好ましい。回動部材５５ａ、５５ｂは上面視で略円管状の部材であって、その断面形状が略円環状の円筒ベース５４ａ、５４ｂによって、所定角度だけ回動可能なように保持される。回動部材５５ａ、５５ｂはそれぞれ、円筒ベース５４ａ、５４ｂの中心軸と同軸であって、草刈機本体の接近方向と直交する鉛直な回転軸を中心として回動可能とされる。ここでは回動部材５５ａ、５５ｂは、図示しない戻りバネ等によって円筒ベース５４ａ、５４ｂに対して矢印の方向に付勢され、送電端子５７、５８の中心側端部が草刈機１の進入方向と反対方向の基準位置に位置するように保持され、お互いが距離を隔てるように離間して配置される。この際の送電端子５７、５８の左右中心線７４に近い位置は、円筒ベース５４ａ、５４ｂの切り欠きによるストッパ部５９ａ、５９ｂによって決定される。送電端子５７、５８の内側間隔たる距離Ｄ１は、草刈機１の受電部４１の形状に合わせて適切な幅に設定される。尚、ストッパ部５９ａ、５９ｂは、回動部材５５ａ、５５ｂに設けられてもよく、すなわち、回動部材５５ａ、５５ｂに所定角度範囲の切り欠きが形成され、円筒ベース５４ａ、５４ｂから内側に延びる突起が切り欠きの範囲内に位置し、これにより角度を規定してもよい。この場合、円筒ベース５４ａ、５４ｂは回動部材５５ａ、５５ｂの基端部分のみを覆う形状であればよい。

図９（１）は、充電ベース５０に草刈機１が接近移動している際の図であって、受電部４１が送電端子５７、５８に接触した時点を示す図である。草刈機１が矢印７２の方向に走行することにより充電ベース５０に接近する。理想的な接近状況では、（１）のように草刈機１の左右中心線７３と充電ベース５０の左右中心線７４が一致する、いわゆる左右対称の状態となる。この接近過程では、図９に示されるように、受電部４１が送電端子５７、５８を押しつけた状態で直進し、充電ベース５０の所定の位置（充電位置）に位置決めされて停止する。本体シャーシ１０の先端部１０ａが送電端子５７、５８の間に入り込むと、送電端子５７、５８を押し曲げながら（２）で示す所定位置（充電位置）まで到達し、草刈機１の移動は停止する。この際、送電端子５７、５８が撓むだけで無く、回動部材５５ａ、５５ｂが図示しない戻りバネの付勢力に抗して矢印の方向に回動する。

図９（２）の状態では草刈機１の左右方向中心線と、充電ベース５０の中心線７４が一致した、理想的な位置になっている。本体シャーシ１０の先端部１０ａは、上面視でみると底辺の長さがＷ２、上辺の長さがＷ１で、高さがＬの台形状の凸状部が形成され、台形の２つの斜面になる本体シャーシ１０の側面部分にそれぞれ受電端子４２、４３が設けられる。この結果、台形状の斜面部が双方の送電端子５７、５８に同時に、同じ角度にてぶつかっている。回動部材５５ａは、送電端子５７から受ける力に反して矢印のように上面視で時計回りに所定角度だけ回転する。この際、送電端子５７から受電端子４２へ所定の面圧が加わり、良好な接触状態が達成される。同様にして、回動部材５５ｂは、送電端子５８から受ける力に反して矢印のように上面視で反時計回りに所定角度だけ回転する。この際、送電端子５８が受電端子４３との良好な接触状態が達成される。

このようにして、送電端子５７、５８が受電端子４２、４３と接触すると充電ベース５０と草刈機１が電気的に導通し、受電端子４２、４３間に所定の電圧が加わる。草刈機１の制御装置は、電圧の印加を検知して草刈機１が所定の充電位置に到達したことを判別し、車輪を駆動する走行用のモータを停止状態として充電を開始する。この際、草刈機１が十分に充電ベース５０の奥まで到達したことを判別するために、送電端子５７、５８が受電端子４２、４３と接触してから走行用のモータを停止状態とするまでには、例えば１秒以内の所定時間を遅延させている。これにより、草刈機１を確実に所定の充電位置まで到達させることができ、送電端子５７、５８による圧力を十分に受けた状態で安定した給電を行うことができる。尚、草刈機１と充電ベース５０の位置を判別するには、送電端子５７、５８が受電端子４２、４３と接触してから、所定の距離を隔てて充電ベース５０と本体カバー２が接触する構成とし、電気的な接触と機械的な接触の両方の検出に基づいて、走行用のモータを停止状態とするようにしてもよい。

次に図１０を用いて、草刈機１が充電ベース５０に対して僅かに斜めに接近移動した際の状況を説明する。図１０（１）は、受電部４１が送電端子５７に接触した時点を示し、（２）は草刈機１が所定の充電位置に到達したときの受電部４１と送電端子５７、５８との関係を示す図である。（１）の状態では草刈機１の進入方向が矢印７５であって、その際の草刈機１の左右方向中心線７３と、充電ベース５０の左右中心線７４が角度θを有するように斜めになっている。この状態では最初に受電部４１の右側が先に送電端子５７に接触するが、もう一方の送電端子５８には接触していない。しかしながら、そのまま草刈機１が前進すると（２）のようになって送電端子５８も受電端子４３と良好に接触するようになる。この際には送電端子５７は受電端子４２と良好に面接触状態となっている。これらは回動部材５５ａ、５５ｂに対する付勢と、送電端子５７、５８がばね材による金属の薄板により構成したことによるものである。尚、充電ベース５０の開口部５２には、斜めに形成される案内壁５３ａ、５３ｂが形成されるので、草刈機１の進入角度θが更に大きい場合であっても、本体シャーシ１０の先端部１０ａが案内壁５３ａ、５３ｂのいずれかに当接することにより、開口部５２の間に案内され、最終的に送電端子５７、５８と受電端子４２、４３と接触状態が達成され、充電が可能となる。尚、回動部材５５ａ、５５ｂの回転軸は、草刈機本体の接近方向に対して交差する方向であれば、直交する方向に対して若干傾斜して設けられていてもよく、草刈機１の充電ベース５０への進入時の左右方向の角度のずれを吸収することができればよい。

図１１は草刈機１の本体シャーシ１０に装備される各種機能部品を示すブロック図である。メイン基板２６には草刈機１の動作を制御する制御回路とバッテリパックへの充放電回路を含む回路部分が搭載される。メイン基板２６には、充電ベース５０の正極側の送電端子５７と負極側の送電端子５８に接続、離脱可能な受電端子４２、４３と、電池取付部に装着されたバッテリパック２７の端子（図示しない出力電圧端子及び識別用端子）と着脱自在に接続する電池ターミナル２９が接続される。メインスイッチＳＷ１は電池ターミナル２９とメイン基板２６の接続線路に挿入されるもので、草刈機１の制御回路やモータ等への電源の供給スイッチである。メイン基板２６には、刈刃用のモータ３０、右車輪モータ１６ａ、左車輪モータ１６ｂに接続され、メイン基板２６から駆動電力が各モータに供給されることにより刈刃３５が回転し、後輪１３ａ、１３ｂが独立して駆動される。メイン基板２６には回路基板２４、ディスプレイ２５が接続されるとともに、第１及び第２ガイドワイヤセンサＳ１，Ｓ２、リフトセンサＳ３、傾斜センサＳ４、ストップスイッチ３７等の各種センサが接続される。

草刈機１の草刈り領域を規定するために充電ベース５０にガイドワイヤ（誘導ワイヤ）が接続されている。このガイドワイヤは充電ベース５０を含む草刈り領域を囲み、草刈機１はガイドワイヤで囲まれた領域の内側を自動走行することが前提となっている。第１及び第２ガイドワイヤセンサＳ１，Ｓ２は例えば本体シャーシ１０の前後に配置されるコイルであり、ガイドワイヤの交流電気信号を受信してメイン基板２６に出力することで、草刈り領域の境界をメイン基板２６に搭載された本体制御用のマイコンで認識し、草刈機１の方向制御等を左車輪のモータ１６ｂと右車輪のモータ１６ａを独立して駆動することにより、草刈機１の前進、後退、及び転回をおこなう。

リフトセンサＳ３は、草刈機１の本体シャーシ１０が持ち上げられたときにこれを検知するものであり、マイコンはモータ１６ａ、１６ｂ、３０を停止させる。傾斜センサＳ４は草刈機１が地面に対して所定角度以上傾斜したときに、これを検知して傾斜面に侵入しないようにするために設けられる。ストップスイッチ３７は手動停止手段であり、本体カバー２の後端側上部の操作しやすい位置にストップ用のスイッチレバー４が設けられ、ユーザは手動操作で自動走行中若しくは草刈り中の草刈機１を停止させることができる。回路基板２４とそれに搭載されるディスプレイ２５は、草刈りに関する情報の入力装置であり、操作者が手動操作可能なように本体シャーシ１０の外面からアクセスできるように配置され、動作開始の指示、タイマ設定、作業領域等の設定を行うものである。ここではディスプレイ２５としてタッチ式の液晶ディスプレイを用いると良いが、ディスプレイ２５とは別に、キーボード等の入力手段を回路基板２４に接続するように構成しても良い。

以上の草刈機１の構成において、本体シャーシ１０の電池取付部にバッテリパック２７を装着し、本体シャーシ１０を充電ベース５０に位置付けて、送電端子４２、４３を充電ベース５０の正極側の送電端子５７と負極側の送電端子５８に接続すれば、充電ベース５０側の制御回路は草刈機１の接続を判別して、図示しない送電回路から充電用の直流電圧を本体シャーシ１０に供給する。充電回路は定格出力電圧にてバッテリパック２７を充電する。充電完了後、マイコンは図示しないリレーを制御する事によりバッテリパック２７を負荷側（モータ等への電力供給側）から、モータ１６ａ、１６ｂ、３０に接続する側に切り替える。その後、草刈機１は充電ベース５０から離脱して回路基板２４上のマイコンにより予め定められた自動走行動作及び草刈り動作を行う。草刈機１は要求された草刈り動作が終了したとき、又はバッテリパック２７の残量が低下したときは充電ベース５０に帰還する。

以上、本実施例によれば弾力ある金属板を送電端子５７、５８とし、受電端子４２、４３に倣うように変形することで、端子同士を良好に接触させることができ、充電作業を確実に行うことができる。特に、芝の状態や地形、天候等の影響で草刈機１がまっすぐに充電ベース５０に入らない場合でも、送電端子５７、５８とし、受電端子４２、４３を接触させることができる。

次に図１２を用いて本発明の第二の実施例を説明する。図１２（１）は、第二の実施例の充電ベース１５０の送電端子付近の形状を示す横断面図であり、（２）は本体シャーシ１１０の受電部１４１と送電端子１５７、１５８との接触状態を示す横断面図である。（１）において、充電ベース１５０の筐体形状は、左右方向幅が狭く、開口部１５２の左右方向の幅が小さくなっている点を除き、基本的な構造は同じである。開口部１５２の左右両側には、斜面状の案内部１５３ａ、１５３ｂが形成される。充電ベース１５０の上下内壁には、円筒形の回動部材１５５ａ、１５５ｂを保持する略円筒形の保持部材たる円筒ベース１５４ａ、１５４ｂが設けられる。回動部材１５５ａ、１５５ｂは円筒ベース１５４ａ、１５４ｂによって所定の角度だけ回動可能であるが、図示しない捻りバネを用いて矢印に示す方向に付勢することにより、送電端子１５７、１５８が開口部１５２の中心付近を向くように配置される。送電端子１５７、１５８は金属の細長い板をリング状にして回動部材１５５ａ、１５５ｂにネジ１５６ａ、１５６ｂで固定したものである。この固定によって、送電端子１５７、１５８は図１２のように断面視で半円状の形状とされる。

図１２（２）は草刈機１０１が所定の充電位置に到達したときの受電部１４１と送電端子１５７、１５８との関係を示す図である。受電部１４１は上面視で上底が狭い台形であって、両方の斜辺に金属の薄い板による受電端子１４２、１４３が設けられる。草刈機１０１が充電ベース１５０に接近すると、受電部１４１が２つの送電端子１５７、１５８の間に入り込み、受電部１４１の斜面部分から送電端子１５７、１５８に押圧力が加わるため、回動部材１５５ａ、１５５ｂは捻りバネの付勢力に抗して（２）に示す矢印の方向に回転する。このようにして送電端子１５７、１５８は受電端子１４２、１４３と良好に面接触するため、充電作業を確実に行うことができる。ここで、送電端子１５７、１５８は半円状、３次元で的に見れば半円筒状に形成されるので、両端部に形成したネジ穴に通されるネジによって回転軸となる回動部材１５５ａ、１５５ｂに固定される。この構成により草刈機１０１が充電ベース１５０に対して多少斜めに接近したとしても、送電端子１５７、１５８と受電端子１４２、１４３を良好に接触させることができる。

以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例えば、受電端子と送電端子において、正極側と負極側を左右両側に配置したが、片側にのみ配置してもよく、例えば各々を共通の回転軸であって軸方向に離間した位置に設けてもよい。また、草刈機１の受電部４１と充電ベース５０の凹凸関係を上述の実施例とは逆に設定し、充電ベース側に凸状部を形成して受電端子４２、４３のような形状の送電端子を設け、草刈側に送電端子５７，５８のような形状の受電端子を設けるようにしても良い。さらに、左右両側に設けられた送電端子の一方のみが回動するようにしてもよい。尚、上述の実施例では自走式草刈機について説明したが、草刈機だけに限られずに、バッテリ駆動の自走式機器とその充電ステーションとの充電機構に本発明を用いることが可能である。

１ 草刈機（本体） ２ 本体カバー
２ａ、２ｂ フェンダー ２ｃ 本体カバーの前方下端
３ 開閉カバー ４ スイッチレバー
５ 開口部 ５ａ 鉛直板
５ｂ 仕切り板 １０ 本体シャーシ
１０ａ 先端部 １０ｃ、１０ｄ 側面部
１１ａ、１１ｂ 取付アーム １１ｃ、１１ｄ 前側側面部
１２ａ、１２ｂ 前輪（従動輪） １３ａ、１３ｂ 後輪（駆動輪）
１５ａ、１５ｂ 操舵軸 １６ａ、１６ｂ モータ
１７ａ、１７ｂ 凹部 １８ａ、１８ｂ 固定部
２０ ダイヤル ２１ 基台部
２２ 容器部 ２３ 蓋部
２３ａ 窓部 ２４ 回路基板
２５ ディスプレイ ２６ メイン基板
２７ バッテリパック ２８ セル
２９ 電池ターミナル ３０ モータ
３１ 回転軸 ３２ モータハウジング
３３ モータ基台 ３４ 板ばね部
３５ 刈刃 ３６ 検出部
３７ ストップスイッチ ４１ 受電部
４２、４３ 受電端子 ４４ａ、４４ｂ 底部（谷底部分）
５０ 充電ベース ５１ａ 鉛直部
５１ｂ 水平部 ５２ 開口部
５３ａ、５３ｂ 案内壁 ５４ａ、５４ｂ 円筒ベース
５５ａ、５５ｂ 回動部材 ５６ａ、５６ｂ ネジ
５７ 送電端子（正極） ５８ 送電端子（負極）
５９ａ、５９ｂ ストッパ部 ６０ 回路基板
７０ 樹脂マット ７１ 滑り止め加工部
７２ 草刈機の移動方向 ７３ 草刈機１の左右方向中心線
７４ 充電ベース５０の左右中心線 １０１ 草刈機
１１０ 本体シャーシ １４１ 受電部
１４２ 受電端子 １５０ 充電ベース
１５１ａ 鉛直部 １５１ｂ 水平部
１５２ 開口部 １５３ａ、１５３ｂ 案内部
１５４ａ、１５４ｂ 円筒ベース １５５ａ、１５５ｂ 回動部材
１５６ａ、１５６ｂ ネジ １５７ 送電端子（正極）
１５８ 送電端子（負極） １５９ａ、１５９ｂ ストッパ
２０１ 草刈機 ２５０ 充電ベース
２８０ 敷地 ２８１ 家屋
２８２ 道路 ２８４ 池
２８５ 境界ケーブル ２９０ 草刈領域

Claims (10)

1. 車輪を駆動する走行用のモータと、刈刃を駆動する作業用のモータと、前記モータに電力を供給する二次電池を有し、草刈領域を自立的に走行しながら草を刈りとる草刈機本体と、
   前記二次電池を充電する充電ベースと、を有し、
   前記二次電池の残量が少なくなったら前記草刈機本体を自動的に前記充電ベースに帰還させるようにした自走式草刈機であって、
   前記充電ベースは端部に開口を有する筒状部を有し、前記筒状部の内部に送電端子を有し、
   前記草刈機本体は、前記走行用のモータと前記作業用のモータを保持する本体シャーシと、これらを覆う本体カバーを有し、前記本体カバーの部分に前記充電ベースの筒状部が入り込むことを許容するための開口部を設け、
   前記草刈機本体が前記充電ベースに接近することにより前記筒状部が前記開口部から前記本体カバーの内部に入り込み、前記草刈機本体の受電端子が前記送電端子と接触することにより前記二次電池への充電が行われることを特徴とする自走式草刈機。
2. 前記草刈機本体の前記本体カバーの内部は、前記本体シャーシに先端が凸状であって凸状部の側面に受電端子を有し、前記草刈機本体が前記充電ベースに接近することにより前記受電端子が前記充電ベースの筒状部の内側側部に設けられた送電端子と接触するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の自走式草刈機。
3. 前記充電ベースは、前記送電端子を２つ有し、前記２つの送電端子はお互いが距離を隔てるように離間して配置され、
   前記草刈機本体が前記充電ベースに接近することによって前記凸状の先端が前記２つの送電端子の間の空間に入り込むことによって前記送電端子と前記受電端子が接触するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の自走式草刈機。
4. 前記充電ベースは前記草刈機本体の走行する平面と交差する回転軸を２つ有し、前記２つの送電端子がお互い接近する方向に前記回転軸からそれぞれ径方向に延びるように軸支され、
   前記送電端子はお互いの可動方向が反対回りとなることを特徴とする請求項３に記載の自走式草刈機。
5. 前記送電端子はバネ性を有する金属板であって、片方の端部が前記回転軸に固定されることを特徴とする請求項４に記載の自走式草刈機。
6. 前記金属板は細板状のものを２カ所鋭角的に折り曲げ、中央部を前記受電端子との接触面とし、端部の一方を前記回転軸に固定し、端部の他方が前記草刈機本体の接近方向とは反対側に位置するように配置した自由端としたことを特徴とする請求項５に記載の自走式草刈機。
7. 前記充電ベースは、上下方向に延在する立上部と、前記立上部から水平方向に延在して端部を前記筒状部とする水平部を備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の自走式草刈機。
8. 前記受電端子は前記草刈機本体の接近方向に先細り状に構成されることを特徴とする請求項２から７のいずれか一項に記載の自走式草刈機。
9. 前記送電端子と前記受電端子が導通した際に走行用のモータの回転を停止させることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の自走式草刈機。
10. 車輪を駆動する走行用のモータと、刈刃を駆動する作業用のモータと、前記モータに電力を供給する二次電池を有し、草刈領域を自立的に走行しながら草を刈りとる草刈機本体と、
    前記二次電池を充電する充電ベースと、を有し、
    前記二次電池の残量が少なくなったら前記草刈機本体を自動的に前記充電ベースに帰還させるようにした自走式草刈機であって、
    前記充電ベースは、前記草刈機本体の接近方向であって、前記草刈機本体の走行する平面と交差する回転軸の周りに回動可能な送電端子を有し、
    前記草刈機本体には、先端が凸状であって前記凸状の側面に受電端子を有し、
    前記送電端子は前記回転軸に対して前記接近方向とは反対方向に付勢され、前記草刈機本体が前記充電ベースに接近することによって前記凸状の先端と接触して前記回転軸の周りに回動するようにしたことを特徴とする自走式草刈機。

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