JPH06124119A - 動力芝刈機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 芝刈機において、操作者の走行に伴う操作を
不要にして、無人による芝刈りを実現すること。 【構成】 操舵輪を構成する後輪２１、２２と、原動機
２Ｅにより駆動される駆動輪を構成する前輪２３、２４
と、後輪２１、２２の舵角を制御する操舵手段３と、前
輪２３、２４と後輪２１、２２の間に配設され、上下動
が可能であり原動機２Ｅに連絡した駆動系４Ｄを有し、
芝生を刈り取るカッター４と、車体１の後方に突出させ
た計測車輪５と、計測車輪５の回転量を検出するエンコ
ーダ６と、車体１の前部に配設されたジャイロ７と、予
め記憶させた走行パターンと検出された距離および方位
情報と比較して偏差を求め、偏差を零にする制御信号を
出力する制御用コンピュータで構成されるコントローラ
８と、制御信号に基づき操舵手段３を制御する操舵制御
手段９とから成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ゴルフ場のグリーンそ
の他の標識その他を設置することができない場所での芝
刈りを自動的に行う動力芝刈機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の動力芝刈機（特公平４−３６６４
４）としては、図１０に示されるように、芝刈機の前後
左右に転輪から成る二輪の前輪ＦＷと、後部左右には駆
動輪からなる二輪の後輪ＲＷと、後輪ＲＷを駆動するエ
ンジンＥと、車体下部に配設されエンジンＥにより駆動
されるカッターＣと、車体後部に配設されたハンドルＨ
とから成るものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の動力芝刈機は、
操作者がハンドルＨにより操作して芝刈機の直進走行、
転回を操作する必要があるという技術的課題があった。

【０００４】そこで本発明者らは、動力芝刈機を自律走
行させ、自動的に芝刈りを行うという本発明の技術的思
想に着眼し、更に研究開発を重ねた結果、操作者の走行
に伴う操作を不要にして、無人による芝刈りを実現する
という目的を達成する本発明に到達した。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明（請求項１に記載
の第１発明）の動力芝刈機は、芝刈機を駆動する駆動車
輪を含む走行車輪と、芝刈機の走行方向を制御する操舵
手段と、芝生を刈り取る刈取手段と、走行車輪とは別に
配設した計測車輪と、計測車輪の回転量を検出するエン
コーダにより構成される距離検出手段と、芝刈機内に配
設され方位を検出する方位検出手段と、走行パターンと
検出された距離情報と方位情報とに基づき偏差演算し、
偏差を零にするための制御信号を出力するコントローラ
と、制御信号に基づき操舵制御を行う操舵制御手段とか
ら成るものである。

【０００６】本発明（請求項２に記載の第２発明）の動
力芝刈機は、芝刈機を駆動する駆動車輪を含む走行車輪
と、芝刈機の走行方向を制御する操舵手段と、芝生を刈
り取る刈取手段と、走行車輪とは別に配設した計測車輪
と、計測車輪の回転量を検出するパルスエンコーダによ
り構成される距離検出手段と、芝刈機内に配設された正
三角形音片型振動ジャイロにより構成される方位検出手
段と、予め記憶された走行パターンと検出された距離情
報と方位情報に基づき偏差演算し、偏差を零にするため
の制御信号を出力するコントローラと、制御信号に基づ
き操舵制御を行う操舵制御手段とから成るものである。

【０００７】本発明（請求項３に記載の第３発明）の動
力芝刈機は、芝刈機を駆動する駆動車輪を含む走行車輪
と、芝刈機の走行方向を制御する操舵手段と、芝生を刈
り取る刈取手段と、走行車輪とは別に配設した計測車輪
と、計測車輪の回転量を検出するエンコーダにより構成
される距離検出手段と、芝刈機内に配設され方位を検出
する方位検出手段と、芝生の高さを検出する高さ検出手
段と、刈取手段の高さを調整する高さ調整手段と、高さ
検出手段の出力信号により芝生の高さが違う点に達した
らそれに応じて刈取手段の高さを調整する制御信号を出
力するとともに、更に芝生の高さが違う点に達したら１
８０度方向を転回する制御信号を出力するコントローラ
と、制御信号に基づき操舵制御を行う操舵制御手段とか
ら成るものである。

【０００８】本発明（請求項４に記載の第４発明）の動
力芝刈機は、第２発明に対して、芝生の傾斜を検出する
芝生傾斜センサと、芝刈機の車体の傾斜を検出する車体
傾斜センサと、刈取手段の姿勢を制御する姿勢制御手段
とを付加して、コントローラが芝生傾斜センサが検出し
た芝生傾斜信号と車体傾斜センサが検出した車体傾斜信
号とを比較してその偏差に基づき姿勢制御手段に制御信
号を出力することにより、刈取手段を芝生の傾斜に対応
させて姿勢制御するものである。

【０００９】

【作用】上記構成より成る第１発明の動力芝刈機は、計
測車輪の回転量を距離検出手段のエンコーダにより検出
して、走行距離を演算し、方位検出手段により検出した
芝刈機の方位と情報に基づき、コントローラにより走行
パターンとの偏差を求め、この偏差を零にするための制
御信号を出力し、この制御信号に基づき操舵制御手段に
より芝刈機の操舵制御を行うものである。

【００１０】上記構成より成る第２発明の動力芝刈機
は、計測車輪の回転量を距離検出手段のパルスエンコー
ダにより検出て、走行距離を演算し、方位検出手段の正
三角形音片型波ジャイロにより検出した芝刈機の方位と
情報に基づき、コントローラにより予め記憶されている
走行パターンとの偏差を求め、この偏差を零にするため
の制御信号を出力し、この制御信号に基づき操舵制御手
段により芝刈機の操舵制御を行うものである。

【００１１】上記構成より成る第３発明の動力芝刈機
は、高さ検出手段によりグリーンまわりのエッジ部のよ
うにグリーンより芝生の高さが高い部分に芝刈機が到達
したことを検出したら、第１のコントロール回路が信号
を出力して、この信号に基づき高さ調整手段により刈取
手段の高さをエッジ用の高さに調整し、更に芝生の高さ
が違う点に達したら、第１のコントロール回路がエッジ
部の周辺部と判断して転回信号を出力して、芝刈機の走
行方向を１８０度転回するものである。

【００１２】上記構成より成る第４発明の動力芝刈機
は、コントローラが芝生傾斜センサが検出した芝生傾斜
信号と車体傾斜信号が検出した車体傾斜信号とを比較し
て偏差に基づき制御信号を出力し、この制御信号に基づ
き姿勢制御手段が刈取手段の姿勢を制御するものであ
る。

【００１３】

【発明の効果】上記作用を奏する第１発明の動力芝刈機
は、自律走行を可能にして無人による自動的芝刈りを実
現するという効果を奏する。

【００１４】上記作用を奏する第２発明の動力芝刈機
は、パルスエンコーダにより距離検出するとともに、正
三角形音片型ジャイロにより方位検出するので、第１発
明より精度の高い自律走行を可能にして、無人による自
動的芝刈りを実現するという効果を奏する。

【００１５】上記作用を奏する第３発明の動力芝刈機
は、高さ検出手段により、検出した芝生の高さに応じて
刈取手段の高さを調整するとともに、走行パターンを利
用しないで芝刈機の走行および方向転回も行うことがで
きるので、データの作成および入力の手間が大変な走行
パターンを不要にするという効果を奏する。

【００１６】上記作用を奏する第４発明の動力芝刈機
は、芝生の傾斜信号と車体の傾斜信号との偏差に基づ
き、姿勢制御手段により刈取手段の姿勢を制御するの
で、芝刈機の姿勢が芝生の傾斜に対して差が生じても、
それを補償して芝生の刈り取りを行うことができるとい
う効果を奏する。

【００１７】

【実施例】次に本発明の実施例について、図面を用いて
詳細に説明する。

【００１８】（第１実施例）第１実施例の動力芝刈機
は、第１および第２発明の実施例であり、図１ないし図
３に示すように、芝刈機のベースを構成する車体１と、
車体１に回転可能に配設された操舵輪を構成する後輪２
１、２２と原動機２Ｅに駆動された駆動輪を構成する前
輪２３、２４とで構成される走行車輪２と、後輪２１、
２２の舵角を制御して芝刈機の走行方向を制御する操舵
手段３と、後輪２１、２２と前輪２３、２４の間に配設
され、上下動が可能であり原動機２Ｅの回転に基づく駆
動系４Ｄを有し、芝生を刈り取る刈取手段としてのカッ
ター４と、車体１の後方に突出して配設した計測車輪５
と、計測車輪５の回転量を検出する距離センサとしての
エンコーダ６と、車体１の前部に配設された方位センサ
としてのジャイロ７と、予め記憶させた走行パターンと
検出された距離および方位情報と比較して偏差を求め、
偏差を零にする制御信号を出力する制御用コンピュータ
で構成されるコントローラ８と、制御信号に基づき操舵
手段３を制御する操舵制御手段９とから成る。

【００１９】計測車輪５は、車体１の後方に配置された
地面に突き刺さる多数のスパイクを外周に配設した被動
輪である計測用の第５輪によって構成される。

【００２０】エンコーダ６は、計測車輪５の車軸に配設
されたパルスエンコーダによって構成され、検出した回
転量をコントローラ８に出力する。

【００２１】ジャイロ７は、正三角形音片型振動子を用
いたもので、図２に示すように三角柱の１つの側壁に配
設した励磁用圧電磁器７１と２つの側壁に配設した検出
用圧電磁器７２、７３を配設して、この左右２辺の圧電
磁器７２、７３を駆動用として用い、残る１辺の圧電磁
器７１を帰還用として発振回路７４を形成し、左右２辺
の圧電磁器７２、７３は検出用として兼用し、その出力
を差動増幅器７５に出力し、位相補正回路７６からの出
力も加えて同期検波回路７７により同期検波して、直流
増幅回路７８により直流増幅する構成より成る。

【００２２】コントローラ８は、制御用のマイクロコン
ピュータで構成され、予めティーチングその他により作
成し、入力した各グリーンの走行パターンをメモリ８１
に格納しておき、エンコーダ６およびジャイロ７によっ
て検出された距離および方位情報と上記走行パターンと
をＣＰＵ８０により比較して、偏差を演算して、制御信
号を出力する。

【００２３】メモリ８１に予め格納してある走行制御の
基本フローは、図５に示すように刈り込む高さに応じて
カッターを下げた後、芝刈機は、パターンに基づきグリ
ーンのエンドに到達すると、芝生に触れない高さにカッ
ターを上げた後、方向を１８０度転回して、この動作を
繰り返し行いグリーンの全域に亘り所定の刈り込みが終
了すると、基本フローはエンドとなる。

【００２４】直進制御のフローチャートは、図６に示す
ように、真っ直ぐ直進して走行した場合は、走行パター
ンによる設定方位と芝刈機の走行方位が等しくなる。等
しくならない時は、直進経路から芝刈機が逸脱した場合
で、ジャイロ７から角速度データを取り込んでいる場合
は、その角速度を積分し、角度Ｋに累積させる。累積さ
せた角度Ｋが零でない場合は、右角度かどうかの判断を
し、右角度の場合はハンドルを左修正し、右角度でない
場合はハンドルを右修正する。

【００２５】回転制御のフローチャートは、図７に示す
ように、直進走行での角度ずれがあれば回転角度ＫＫに
セットされ、走行パターンによる設定データが右回転で
あれば、ハンドルを右制御し、そうでない場合はハンド
ルを左制御する。ジャイロ７から新たな角速度データを
取り込んだ場合は角速度を積分し、回転角度ＫＫに累積
する。回転角度が設定角度に等しくなった場合は、ハン
ドルを戻し制御する。

【００２６】上記構成より成る第１実施例の動力芝刈機
は、メモリ８１に記憶された走行パターンに従い、カッ
ター４を下げて直進して、カッター４により刈り取った
芝生は芝刈機内に載置した収納袋内に吸引収納する。そ
の時の計測車輪５の回転量をパルスエンコーダ６により
検出し、コントローラ８により設定距離と検出した走行
距離との比較をするとともに、正三角形音片型振動子を
用いたジャイロ７により角速度が検出されると、コント
ローラ８により積分して角度Ｋを累積し、さらに右角度
か左角度かを検出して、前輪２１、２２を左修正もしく
は右修正するためのコントロール信号を操舵制御手段に
出力して、操舵手段３を制御する。設定距離地点に芝刈
機が到達するとカッター４を上げて、芝刈機の方向を１
８０度転回するもので、以上の動作をグリーンの全域に
亘り繰り返すものである。

【００２７】上記作用を奏する第１実施例の動力芝刈機
は、グリーン内の自律走行を可能にして、自動的芝刈り
を実現するという効果を奏する。

【００２８】また第１実施例の動力芝刈機は、パルスエ
ンコーダ６により正確な距離を検出するとともに、正三
角形音片型ジャイロにより微小な角速度も精確に検出し
て方向修正するので、精度の高い自律走行および自動芝
刈りを可能にするという効果を奏する。

【００２９】（第２実施例）第２実施例の動力芝刈機
は、第３および第４発明の実施例であり、図８および図
９に示すように、車体１の前後に配設された被動の前輪
２１Ｆおよび後輪２１Ｒと、車体１の前後方向中央の左
右に配設されそれぞれ独立にモータＭＲ、ＭＬにより駆
動される駆動輪２３、２４と、モータＭＲ、ＭＬの駆動
回転速度の差により芝刈機の走行方向を制御する操舵手
段３２と、車体１の下面に平行に回転可能に配設され、
上下動を可能にする駆動系４２Ｄを有する円盤状のカッ
ター４２と、左右の駆動輪の外方に同軸的であって回転
自在に配設された左右の計測車輪５Ｒ、５Ｌと、計測車
輪５Ｒ、５Ｌの回転量を検出するエンコーダ６Ｒ、６Ｌ
と、車体の後部に配設された正三角形音片型ジャイロ７
と、芝生の高さを検出する高さセンサ７Ｈと、車体の傾
きを検出する傾きセンサ７Ｂと、検出した走行距離、方
位、芝生の高さ、車体の傾きに基づき、走行方向、カッ
ターの高さ、およびカッターの姿勢制御に関するコント
ロール信号を出力する第１実施例と同様のマイクロコン
ピュータより成るコントローラ８と、操舵手段３２を制
御する操舵制御手段９２と、カッター４の駆動系４２Ｄ
を制御するカッターの高さおよび姿勢制御手段４２Ｃと
から成る。

【００３０】カッター４２は、図９に示すようにカッタ
ー用の駆動モータ４２Ｍの回転を回転軸を介してトリポ
ードジョイントのレース部４２Ｌに連絡し、円盤状のカ
ッター４２の回転軸の先端にトリポードジョイントの上
記レース部４２Ｌに角度および上下動自在に係合するロ
ーラ部４２Ｒを形成するとともに中央に球状の突部４２
Ｓを形成し、油圧シリンダ４ＯＲ、４ＯＬにより独立し
て上下動される球状の凹部４ＶＲ、４ＶＬ内に介挿され
ている。

【００３１】すなわち凹部４ＶＲおよび４ＶＬは、油圧
シリンダ４ＯＲおよび４ＯＬとポンプ４ＯＰとの間に配
置された独立に制御される二方向切換弁により、シリン
ダ内上下室への圧油の供給、排出が制御させることによ
り、カッター４２の姿勢が制御される。また凹部４ＶＲ
および４ＶＬが同じ量だけ上下動されることにより、カ
ッター４２の高さが制御される。

【００３２】上記構成より成る第２実施例の動力芝刈機
は、上記第１実施例と同様の作用効果を奏する他、芝生
の高さを検出して、グリーン部分がグリーンのエッジ部
分か、エッジ部分の外側の部分かを判別して、カッター
４２の高さを制御するとともに、芝刈機の方向変換を行
うことができるので、ティーチング、データの作成およ
び入力に多大の工数が必要になる走行パターンを利用す
ること無く、自律走行および自動刈り取りを可能にする
という作用効果を奏する。

【００３３】また、第２実施例の動力芝刈機は、高さセ
ンサ７Ｈが検出した芝刈機の車幅方向の高さの変化から
芝生の傾斜を検出するとともに、ジャイロ７と同様な正
三角形音片型ジャイロにより構成された傾きセンサ７Ｂ
により車体１の傾きを検出して、グリーン上の地面の設
計上考慮されていない微小な凹凸、芝生の粗密等によ
り、両者に差が生じた場合は、上記油圧シリンダ４ＯＲ
および４ＯＬによる制御によりカッター４２の姿勢を制
御して、刈り取る前の傾きを維持して一定量の芝生を刈
り取ることができるという効果を奏する。

【００３４】さらに本第２実施例は、カッター４２が駆
動輪２３、２４とは独立のモータ４２Ｍで駆動されるも
のであり、芝刈機の走行速度に応じた回転速度で駆動す
ることにより、刈り取った芝生および地面のぬかるみ等
による駆動輪２３、２４がスリップして、走行速度が低
下すると、それに応じてカッター４２の回転速度を低下
させるので、芝生の刈り取り量の変化により、刈り取り
後の芝生高さの不均一化を防止することができるという
効果を奏する。すなわち、カッター４２の回転速度が一
定の場合でも芝刈機の走行速度が変化すると、カッター
４２の刃と芝生との接触回数の差により、刈り取り後の
芝生の高さが不均一になる。走行速度が高くなると刃と
芝生の接触回数が少ないので、刈り取り後の芝生の高さ
が高く、走行速度が低くなると刃と芝生の接触回数が多
くなるので、逆に低くなる。

【００３５】また駆動輪とカッターが連動していると、
駆動輪がスリップして過回転すると、芝刈機は進まない
でしかもカッターも過回転となるので、芝生を予想以上
に低く刈り取ってしまうためグリーン上に予定されてい
ない低い部分を作ってしまうという問題があったが本第
２実施例は、カッター４２を独立のモータ４２Ｍで駆動
するのでこの問題も解決する。

【００３６】上述の実施例は、説明のために例示したも
ので、本発明としてはそれらに限定されるものでは無
く、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記
載から当業者が認識することができる本発明の技術的思
想に反しない限り、変更および付加が可能である。

【００３７】上述の第１実施例においては、走行パター
ンの直進路より逸脱した場合、回転制御により直進路に
復活するまでに余分に走行した距離をエンコーダの出力
に基づく走行距離より相殺して、距離精度を高めること
ができる。また走行パターンを座標で与えて、設定座標
に到達したら終了するようにすれば、上記補正は不要と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例装置の全体を示すシステム
ブロック図である。

【図２】第１実施例のジャイロを示すブロック図であ
る。

【図３】第１実施例の芝刈機を示す側面図である。

【図４】第１実施例の主要機能を達成する構成を示すブ
ロック図である。

【図５】第１実施例装置の基本フローを示すチャート図
である。

【図６】第１実施例装置の直進走行のフローを示すチャ
ート図である。

【図７】第１実施例装置の回転制御のフローを示すチャ
ート図である。

【図８】第２実施例装置の全体を示すシステムブロック
図である。

【図９】第２実施例のカッターの高さおよび姿勢制御機
構を示す断面図である。

【図１０】従来装置を示す側面図である。

【符号の説明】

１ 車体 ２ 走行車輪 ２Ｅ 原動機 ３、３２ 操舵手段 ４、４２ カッター ４Ｄ カッター駆動系 ５、５Ｒ、５Ｌ 計測車輪 ６、６Ｒ、６Ｌ エンコーダ ７ ジャイロ ７Ｈ 高さセンサ ７Ｂ 傾きセンサ ８ コントローラ ９ 操舵制御手段 ２１、２２ 後輪 ２３、２４ 前輪 ４２Ｌ レース部 ４２Ｒ ローラ部 ４２Ｓ 突部 ４ＶＲ、４ＶＬ 凹部 ４ＯＲ、４ＯＬ 油圧シリンダ ７１、７２、７３ 圧電磁器 ７４ 発振回路 ７５ 差動増幅器 ７６ 位相補正回路 ７７ 同期検波回路 ７８ 直流増幅回路 ８０ ＣＰＵ ８１ メモリ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 芝刈機を駆動する駆動車輪を含む走行車
   輪と、 芝刈機の走行方向を制御する操舵手段と、 芝生を刈り取る刈取手段と、 走行車輪とは別に配設した計測車輪と、 計測車輪の回転量を検出するエンコーダにより構成され
   る距離検出手段と、 芝刈機内に配設され方位を検出する方位検出手段と、 走行パターンと検出された距離情報と方位情報とに基づ
   き偏差演算し、偏差を零にするための制御信号を出力す
   るコントローラと、 制御信号に基づき操舵制御を行う操舵制御手段とから成
   ることを特徴とする動力芝刈機。
2. 【請求項２】 芝刈機を駆動する駆動車輪を含む走行車
   輪と、 芝刈機の走行方向を制御する操舵手段と、 芝生を刈り取る刈取手段と、 走行車輪とは別に配設した計測車輪と、 計測車輪の回転量を検出するパルスエンコーダにより構
   成される距離検出手段と、 芝刈機内に配設された正三角形音片型振動ジャイロによ
   り構成される方位検出手段と、 予め記憶された走行パターンと検出された距離情報と方
   位情報に基づき偏差演算し、偏差を零にするための制御
   信号を出力するコントローラと、 制御信号に基づき操舵制御を行う操舵制御手段とから成
   ることを特徴とする動力芝刈機。
3. 【請求項３】 芝刈機を駆動する駆動車輪を含む走行車
   輪と、 芝刈機の走行方向を制御する操舵手段と、 芝生を刈り取る刈取手段と、 走行車輪とは別に配設した計測車輪と、 計測車輪の回転量を検出するエンコーダにより構成され
   る距離検出手段と、 芝刈機内に配設され方位を検出する方位検出手段と、 芝生の高さを検出する高さ検出手段と、 刈取手段の高さを調整する高さ調整手段と、 高さ検出手段の出力信号により芝生の高さが違う点に達
   したらそれに応じて刈取手段の高さを調整する制御信号
   を出力するとともに、更に芝生の高さが違う点に達した
   ら１８０度方向を転回する制御信号を出力するコントロ
   ーラと、 制御信号に基づき操舵制御を行う操舵制御手段とから成
   ることを特徴とする動力芝刈機。
4. 【請求項４】 請求項２に対して、 芝生の傾斜を検出する芝生傾斜センサと、 芝刈機の車体の傾斜を検出する車体傾斜センサと、 刈取手段の姿勢を制御する姿勢制御手段とを付加して、 コントローラが芝生傾斜センサが検出した芝生傾斜信号
   と車体傾斜センサが検出した車体傾斜信号とを比較して
   その偏差に基づき姿勢制御手段に制御信号を出力するこ
   とにより、刈取手段を芝生の傾斜に対応させて姿勢制御
   することを特徴とする動力芝刈機。