JP2020025498A - 自律制御型草刈機 - Google Patents

Abstract

【課題】刈刃でエリアワイヤを傷める心配がない自律制御型草刈機を提供する。【解決手段】草刈機１０は、刈刃１９より前輪１１側に左ワイヤセンサ２１Ｌと右ワイヤセンサ２１Ｒとを備えている。図（ａ）に示すように、矢印（１）のように草刈機１０が、エリアワイヤ３８に接近し、左ワイヤセンサ２１Ｌだけがエリアワイヤ３８を検知したとする。このときに、刈刃１９はエリアワイヤ３８からある程度離れているため、刈刃１９でエリアワイヤ３８が切断される心配はない。図（ｂ）に示すように、矢印（３）のように草刈機１０を右旋回させる。一定距離又は一定時間旋回させた後は、通常運転に切り替える。【選択図】図６

Description

本発明は、無人で草刈り作業を行う自律制御型草刈機に関する。

従来、芝刈りを含む草刈り作業は、有人草刈機で実施されてきた。人件費の高騰もあり、作業の無人化が求められ、草刈機が自律的に走向しつつ草刈りを行う自律制御型草刈機が各種提案されてきた（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１の図３に、第１ワイヤセンサ（４５）（括弧付き数字は、特許文献１に記載された符号を示す。以下同様）を備える草刈機（１）が開示されている。この第１ワイヤセンサ（４５）は、前輪（１２ａ）の前に配置されている。
特許文献１の図２によれば、本体シャシ（１０）の前部は船首のように尖っており、この尖った部分が左右の前輪（１２ａ、１２ａ）より前方へ突き出ている。
この尖った部分に、第１ワイヤセンサ（４５）が配置される。

なお、特許文献１の図３によれば、刈刃（３５ｂ）は、前輪（１２ａ）の車軸より前まで延びている。
すなわち、第１ワイヤセンサ（４５）は、刈刃（３５ｂ）より前に配置され、且つ機体幅中央に、１個配置されている。

特許文献１に開示されている草刈機（１）を、図８に掲載する。
図８は従来の草刈機の平面図であり、符号は振り直した。
草刈機１００は、機体１０１に２個の後輪１０２Ｌ、１０２Ｒ（Ｌは左、Ｒは右を示す添え字。以下同じ）と２個の前輪１０３Ｌ、１０３Ｒとを備えている。
機体１０１の下に配置される刈刃１０４は、前輪１０３Ｌ、１０３Ｒの車軸１０５より前まで延びている。
そして、機体１０１の幅方向中央の機体長手軸１０７上に、第１ワイヤセンサ１０６が配置されている。

従来の草刈機１００の作用を図９に基づいて説明する。
自律走向中に、草刈機１００がエリアワイヤ１０８に接近する。
図９（ａ）に示すように、機体長手軸１０７がエリアワイヤ１０８にほぼ直角なるようにして、草刈機１００がエリアワイヤ１０８に接近した場合には、走行を停止し、後進させてから、通常の作業に戻す。

一方、図９（ｂ）に示すように、機体長手軸１０７がエリアワイヤ１０８に斜めになるようにして、草刈機１００がエリアワイヤ１０８に接近することがある。この場合は、刈刃１０４でエリアワイヤ１０８が傷められことがある。

対策として、図８にて、符号１０６Ａの位置に、第１ワイヤセンサを移すことが考えられる。
この対策を講じた場合、図９（ｃ）に示すように、刈刃１０４から第１ワイヤセンサ１０６Ａが離れたために、エリアワイヤ１０８に沿って、刈り残し１０９が発生する。この刈り残し１０９は、別途、人手等で刈り取る必要がある。

また、草刈機１００は、バッテリを搭載しており、このバッテリで走行用モータや刈刃回転用モータへ給電する。バッテリの残量が所定値まで減ったら、充電ステーションへ自走しつつ帰還し、そこで充電を受ける。
すなわち、図１０（ａ）に示すように、閉ループ状のエリアワイヤ１０８の一箇所に充電ステーション１１１を設置しておく。草刈機１００は、エリアワイヤ１０８に沿って充電ステーション１１１に戻る。

ただし、草刈機１００は、ランダムに走行し、図９（ａ）、（ｂ）に示したように、機体長手軸１０７がエリアワイヤ１０８に直角に接近する場合や、斜めに接近する場合がある。
ランダム走行を波形走行と想定すると、図１０（ｂ）に示すように、動線１１２は、波状になる。図１０（ａ）に示す理想的で且つ直線的な動線１１３に比較して、動線１１２は長くなる。

バッテリの残量で、充電ステーション１１１へ帰還する必要があるため、従来の草刈機１００では、残量の所定値を上げる必要がある。所定値を上げると、草刈り作業に使える充電量が減少し、作業時間が短くなる。

このように、従来の草刈機１００は、刈刃でエリアワイヤを傷める心配がある上に、草刈り作業に使える充電量が少ない。これらの対策が求められる。

国際公開第２０１７／０５１６６２号パンフレット

本発明は、刈刃でエリアワイヤを傷める心配がなく、草刈り作業に使える充電量を増やすことができる自律制御型草刈機を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、機体に、旋回する刈刃と、この刈刃より前に配置される前輪と、前記刈刃より後に配置される後輪と、作業エリアを囲うエリアワイヤを検出するワイヤセンサと、前記後輪を回転制御すると共に前記前輪を操舵制御する制御部とを備え、自律走向する自律制御型草刈機において、
前記ワイヤセンサは、前記刈刃より前記前輪側で且つ前記刈刃の旋回円の外側に配置される左ワイヤセンサ及び右ワイヤセンサとからなり、
前記制御部は、前記左ワイヤセンサが前記エリアワイヤを検出したときには前記前輪を右へ操舵し、前記右ワイヤセンサが前記エリアワイヤを検出したときには前記前輪を左へ操舵する制御を実施し、
前記左ワイヤセンサと前記右ワイヤセンサの両方が前記エリアワイヤを検出したときには前記後輪を後進側へ回転する制御を実施することを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１記載の自律制御型草刈機であって、
前記前輪は、機体の幅方向中央に配置される１輪であることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２記載の自律制御型草刈機であって、
前記前輪及び前記後輪は、各々電動モータを備えている、全輪駆動車であることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、刈刃より前輪側に左ワイヤセンサ及び右ワイヤセンサを配置し、左ワイヤセンサがエリアワイヤを検出したときには前輪を右へ操舵し、右ワイヤセンサがエリアワイヤを検出したときには前輪を左へ操舵させるようにした。
左ワイヤセンサ及び右ワイヤセンサは、刈刃の旋回円の外側に配置される。そのため、刈刃でエリアワイヤが傷められる心配はない。

また、バッテリの残量が所定値に達したら、充電ステーションに帰還させるが、このときに左ワイヤセンサ又は右ワイヤセンサがエリアワイヤに沿うようにすることができ、帰還動線が直線的になり短くなる。よって、残量の所定値は十分に下げることができる。下げることで、草刈り作業に当てる充電量を増やすことができる。
本発明により、刈刃でエリアワイヤを傷める心配がなく、草刈り作業に使える充電量を増やすことができる自律制御型草刈機が提供される。

請求項２に係る発明では、前輪は、機体の幅方向中央に配置される１輪とした。１輪であれば、２輪に比較して部品数を半分にすることができる。

請求項３に係る発明では、自律制御型草刈機を全輪駆動車とした。全輪駆動車であれば、凹凸や起伏に富んだ地面を継続して走行させることができ、草刈り作業を継続させることができる。

本発明に係る自律制御型草刈機の正面図である。 本発明に係る自律制御型草刈機の右側面図である。 本発明に係る自律制御型草刈機の底面図である。 本発明に係る自律制御型草刈機の平面視構成図である。 自律制御型草刈機の作用説明図である。 自律制御型草刈機の作用説明図である。 充電ステーションへ帰還する自律制御型草刈機の作用説明図である。 従来の草刈機の平面図である。 従来の草刈機の作用説明図である。 従来の草刈機の作用説明図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

図１に示すように、自律制御型草刈機（以下、草刈機という）１０は、前輪１１と、左後輪１２Ｌと、右後輪１２Ｒを備えている。また、草刈機１０は、カバー１３の前面中央に横長矩形の開口部１４を有している。この開口部１４の奥に、Ｖ字部品（図４、符号３６）が配置される。
図２に示すように、前輪１１と、後輪車軸１５との間に、カッターハウジング１６を有する。

図３に示すように、底面視で、機体１８に、旋回する刈刃１９と、この刈刃１９より前に配置される前輪１１と、刈刃１９より後に配置される後輪１２Ｌ、１２Ｒとを備える草刈機１０において、この草刈機１０は、刈刃１９より前輪１１側に配置される左ワイヤセンサ２１Ｌ及び右ワイヤセンサ２１Ｒを備えている。

左ワイヤセンサ２１Ｌ及び右ワイヤセンサ２１Ｒは、刈刃１９の旋回円２２より外であれば、任意の位置に配置することができる。旋回円２２から前にαだけ離れた位置で、且つ旋回円２２から左に（図では右へ）βだけ離れた位置に左ワイヤセンサ２１Ｌを配置する。同様に、旋回円２２から前にαだけ離れた位置で、且つ旋回円２２から右にβだけ離れた位置に右ワイヤセンサ２１Ｒを配置する。βはαと同じであっても異なっていても差し支えない。

図４は、図３を反転した平面図である。
図４に示すように、刈刃１９は刈刃モータ２４で駆動される。この刈刃モータ２４はバッテリ２５から給電されると共にドライバ２６を介して、制御部２７で回転速度及び正転、停止、逆転が制御される。刈刃モータ２４が過負荷状態になったときには逆転制御される。

前輪１１は前輪モータ２８で駆動される。この前輪モータ２８はバッテリ２５から給電されると共にドライバ２９を介して、制御部２７で回転速度及び正転、停止、逆転が制御される。
前輪１１は操舵輪であり、操舵モータ３１で操舵される。この操舵モータ３１は、バッテリ２５から給電されると共にドライバ３２を介して、制御部２７で直進、左操舵、右操舵の制御がなされる。

左後輪１２Ｌは左後輪モータ３３Ｌで駆動される。この左後輪モータ３３Ｌはバッテリ２５から給電されると共にドライバ３４Ｌを介して、制御部２７で回転速度及び正転、停止、逆転が制御される。
同様に、右後輪１２Ｒは右後輪モータ３３Ｒで駆動される。この右後輪モータ３３Ｒはバッテリ２５から給電されると共にドライバ３４Ｒを介して、制御部２７で回転速度及び正転、停止、逆転が制御される。

ところで、図８で説明した従来の草刈機１００は、全輪駆動車ではない。そのため、何らかの理由（例えば、刈刃１０４を囲うカッターハウジングが瘤に乗り上げるなど）で、駆動輪である後輪１０２Ｌ、１０２Ｒが地面から浮き上がると、走行不能となる。この場合、管理者が草刈機１００まで走っていって、瘤から草刈機１００を離脱させる。

対して、図４に示す本発明の草刈機１０は、全輪駆動車であるため、前輪１１が地面に接していれば、後輪１２Ｌ、１２Ｒが浮いたとしても、自力での離脱が可能となり、走行が継続される。結果、管理者の負担が大幅に軽減される。

また、本発明の草刈機１０では、前輪１１は、左右２輪であってもよいが、実施例では、１輪とした。１輪であれば、前輪モータ２８、ドライバ２９、操舵モータ３１及びドライバ３２の数が半分になり、コストダウンが図れる。

作図の都合で、カバー１３の外に示したバッテリ２５及び制御部２７は、カバー１３内に配置される。
カバー１３の前部に、Ｖ字部品３６が収納され、このＶ字部品３６に充電端子３７が設けられている。充電端子３７を介して、外部からバッテリ２５へ充電される。

また、制御部２７は、左ワイヤセンサ２１Ｌと右ワイヤセンサ２１Ｒから、エリアワイヤ（図５（ｂ）、符号３８）の検知信号を受ける。

以上の述べた草刈機１０の作用を、図５〜図７に基づいて説明する。
図５（ａ）に示すように、草刈機１０は、矢印（１）のように前進し、矢印（２）のように左旋回し、矢印（３）のように右旋回し、矢印（４）のように後進する。
図５（ｂ）に示すように、矢印（１）のように前進する草刈機１０が、エリアワイヤ３８に接近し、このエリアワイヤ３８が発する電磁気を、左ワイヤセンサ２１Ｌと右ワイヤセンサ２１Ｒの両方が検知したときには、制御部（図４、符号２７）は、矢印（４）のように草刈機１０を後進させる。一定距離又は一定時間後進させた後は、通常運転に切り替える。

図６（ａ）に示すように、矢印（１）のように草刈機１０が、エリアワイヤ３８に接近し、左ワイヤセンサ２１Ｌだけがエリアワイヤ３８を検知したとする。このときに、刈刃１９はエリアワイヤ３８からある程度離れているため、刈刃１９でエリアワイヤ３８が切断される心配はない。その上、図９（ｃ）で説明した刈り残し１０９に比較して、図６（ａ）では刈り残しを最小限に留めることができる。
左ワイヤセンサ２１Ｌだけがエリアワイヤ３８を検知したら、図６（ｂ）に示すように、制御部（図４、符号２７）は、矢印（３）のように草刈機１０を右旋回させる。一定距離又は一定時間旋回させた後は、通常運転に切り替える。

図面は省略するが、右ワイヤセンサ２１Ｒだけがエリアワイヤ３８を検知したときには、草刈機１０を左旋回させ、一定距離又は一定時間旋回させた後は、通常運転に切り替える。

また、バッテリ２５の残量が所定値まで減少したときには、制御部（図４、符号２７）は、図７に示すように、左ワイヤセンサ２１Ｌ（又は右ワイヤセンサ２１Ｒ）がエリアワイヤ３８に沿うようにして、草刈機１０を充電ステーション（図１０、符号１１１）へ帰還させる。
このときに、草刈機１０の動線は、図１０（ａ）に示す動線１１３のように、直線状の理想形になる。
無駄な走行をしないため、帰還に必要なバッテリの残量を少なくすることができる。バッテリの残量が少なくて済めば、草刈り作業に使える充電量を増やすことができる。

尚、本発明の草刈機は、芝刈機に適用することは差し支えない。
また、実施例では、前輪１１に、前輪モータ２８を備えたが、前輪モータ２８を省いて前輪１１は従動輪としてもよい。

本発明の草刈機は、起伏に富んだ地面での草刈りに好適である。

１０…自律制御型草刈機（草刈機）、１１…前輪、１２Ｌ…左後輪、１２Ｒ…右後輪、１８…機体、１９…刈刃、２１Ｌ…左ワイヤセンサ、２１Ｒ…右ワイヤセンサ、２２…刈刃の旋回円、２７…制御部、２８…電動モータ（前輪モータ）、３３Ｌ…電動モータ（左後輪モータ）、３３Ｒ…電動モータ（右後輪モータ）、３８…エリアワイヤ。

Claims (3)

1. 機体に、旋回する刈刃と、この刈刃より前に配置される前輪と、前記刈刃より後に配置される後輪と、作業エリアを囲うエリアワイヤを検出するワイヤセンサと、前記後輪を回転制御すると共に前記前輪を操舵制御する制御部とを備え、自律走向する自律制御型草刈機において、
   前記ワイヤセンサは、前記刈刃より前記前輪側で且つ前記刈刃の旋回円の外側に配置される左ワイヤセンサ及び右ワイヤセンサとからなり、
   前記制御部は、前記左ワイヤセンサが前記エリアワイヤを検出したときには前記前輪を右へ操舵し、前記右ワイヤセンサが前記エリアワイヤを検出したときには前記前輪を左へ操舵する制御を実施し、
   前記左ワイヤセンサと前記右ワイヤセンサの両方が前記エリアワイヤを検出したときには前記後輪を後進側へ回転する制御を実施することを特徴とする自律制御型草刈機。
2. 請求項１記載の自律制御型草刈機であって、
   前記前輪は、機体の幅方向中央に配置される１輪であることを特徴とする自律制御型草刈機。
3. 請求項１又は請求項２記載の自律制御型草刈機であって、
   前記前輪及び前記後輪は、各々電動モータを備えている、全輪駆動車であることを特徴とする自律制御型草刈機。

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