JPH06502528A - 連続自動芝刈システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、完全に自律的かつ自動的に作動する芝生保守装置に関する。

ここで自律的かつ自動的という表現は芝刈期間中の全部又は一部に於いて、人手 の介在を必要とせず、かつ障害物の識別、刈り取るへき領域の探索、走行順序の 決定及び刈り取るへき領域の境界の評価を行うことにある。

好都合なことに、この装置はエネルギ源からの燃料補給を必要としない。

芝生の連続的な保守という用語は、この装置が芝刈り期間中、幾つかの機能につ いて、連続的に活動を継続できるということを意味し、そして特に刈り取った草 の収集問題を解決することができる、ということを意味する。

芝刈機は長い発展の歴史を存することが知られている。現在広く受け入れられて いる自動推進モデルは、使用者の労力を大幅に軽減した。然しなから、人間の介 在は必要であった。芝刈作業を部分的に又は全面的に自動化するために様々な試 みがなされたが、現在もなお完全な解決はなされていない。

アメリカ特許第４７７７７８５号は、芝生の刈り取られた部分と、まだ刈り取ら れていない部分を識別し、そして既に刈り取られた芝生の境界に沿って移動し、 また刈り取られていない芝生を自動的に刈り取るロボット芝刈モデルを開示して いる。然しなから、このシステムは完全に自動的なものではない。これは芝刈り の都度機械の置き換えが必要であり、また障害物の回避にも人手を必要とした。

フランス特許第２６３１４６６号は、完全に自動的なシステムを開示している。

然しなから、このシステムを使用するときは、前部って一連の特別な機能ケーブ ルを敷設せねばならず、かなりな工事を必要とする。

先行技術として提案された他の同様なシステムは、人手の介在（アメリカ特許第 ３４２５１９７号、第３９２４３８９号、第４１３３４０４号、第４５４５４５ ３号）、又は、地下ケーブルの埋設（アメリカ特許第３５５０７１４号、第３５ ７７２２７号）のいずれかが必要であった。その上これらの装置は重く、複雑で あり、かつ動力が自動的に供給されないものであった。

更に又、芝生の上の予め定められたルート上を動く、予めプログラムされた装置 が公知である。然しなから、これらは予め与えられたコースから突然に逸脱する ことがあり、その上コースを傷めた。又、これらは芝刈りを開始するときは常に 人手による機械の設定を必要とした。

前述のシステムは全て、予め定められた期間−一芝刈機の休止期間によって区切 られている一一毎の芝刈り操作、規則削正しい芝刈作業を必要とした。

本発明の目的は、前述の不都合がなく、特に大掛かりな地下構築物、事故の危険 性、芝刈機を始動時の設定や取り片付けなどに人手の介在を必要とせず、そして 連続操業が可能である上、刈り取った草を収集する必要のない、自動的かつ自律 的に作動する装置を提供することにある。

本発明に係る芝刈機は、従来公知のシステムに比へると重量が大幅に軽減されて おり、歩容量のモータで駆動でき、そのため安全に作動し、静粛である。

驚くべきことに、この装置は１００Ｗ以下の非常に小さな電源で充分駆動できる ことか確認された。

本発明の望ましい実施例に於いては、電力は光電セルから供給される。用いられ るエネルギの源は、太陽エネルギである。装置か低電力であるために芝刈期間の 全部又は一部に於いて、稼働は殆ど永続的に行われ、そのため芝生は常に刈られ た状態に保たれる。

本発明は、使用するモータによって用いられる全電力が１００Ｗ以下であること 、芝刈りすべき地表の境界にある障害物及び上記の地表の部分的な条件に対応し 、マイクロセッサによって記録され、操作されるアルゴリズムに応じてルートが 決定されること、を特徴とする電気的に操作され、制御されるシステムと、少な くとも一つの駆動車輪とを育し、再充電可能なバッテリの充電状態及び／又は日 照及び／又は芝生の湿り具合に関係する要素によって連続的に活性化されること を特徴とする、自律的に作動する芝刈機を提供する。

本明細書に於いては、芝刈りという用語は、芝刈りを必要とするような高く伸び た草を刈り取ること、及び、芝生を刈り取られた状態に保っておくことの両方の 意味に用いられる。本発明は、その本質及びその手段から、芝生を刈り取られた 状態に保つため、より良く適合せしめられている。

この装置のパワーが極めて限定されたものであるため、芝生の草が既に余りにも 高く成長している芝生の最初の刈り取り作業は、本発明に係る装置の正常な作用 を遅らせる。ある種の芝刈機は上記のような芝刈りを行なうための装置である。

以下に述へる装置は、特に芝生の芝刈りを行うために特に用いられるものである 。本発明の範囲に於いて、芝刈機は、一般的には８ｃｍ以下、望ましくは２ｃｍ 以下の予め定められた高さで、周期的又は連続的に刈り込むことによって保守さ れる他の全ての植物の植えられている場所の手入れに用いられる。本発明に係る 装置は、場合により連続した下生えの刈り取りに応用される。それ故、芝という 用語は、草以外の幾つかの植物を包含する。

本発明の範囲に於いては、“車輪”という用語は、キャタピラや他の全ての同種 の推進手段を包含する。

連続的に活動できるということは、この装置が周囲のパラメータ又はバッテリの 充電状態に対応できるということ、それ故、使用者の介在なしに始動することが できるということを表わす。本発明の望ましい実施例によれば、電気回路及びマ イクロプロセッサは装置が休止状態にあるとき、再充電又は待機の状態にあると きでさえも連続的に稼働しているものである。

望ましいモードによれば、この芝刈機は光電セルによって再充電されるバッテリ を存する。

一つの変更実施例によれば、再充電可能なバッテリは、刈り取られる地表、又は 、その近くに設けられた電源によって充電することができ、芝刈機は予め定めら れたアルゴリズムに従って、前述のバッテリの充電状態に応じて、その回りを自 動的に移動する。

本発明の一つのアスペクトによれば、その芝刈機は、その全所要電力が１０ない し１２０ワツト、望ましくは１５乃至６０Ｗの間にあることによって特徴づけら れる。

本発明の他のアスペクトによれば、その芝刈機は、その再充電可能なバッテリの 容量か５Ａ−ｈ、望ましくは２Ａ−ｈ以下であることによって特徴づけられる。

本発明の他のアスペクトによれば、バッテリの充電状態又は日照が基準値よりも 小さくなったときには、全ての走行と全ての刈取作業が中断され、装置は待機の 状態又は再充電の状態の何れかになる。

本発明の更に他のアスペクトによれば、その芝刈機はカッチインゲンステムによ って発生した力か計測され、その結果により運行ルートか決定されるということ によって特徴づけられる。

本発明の更に池のアスペクトによれば、その芝刈機は、各駆動車輪にそれぞれ一 つの独立したモータが取り付けられていることによって特徴つけられる。

本発明の更に他のアスペクトによれば、その芝刈機は、それぞれの駆動車輪にチ ャージデテクタか取り付けられていることによって特徴づけられる。

本発明の更に他のアスペクトによれば、その芝刈機は、低電流が供給される一本 又は複数本のケーブルによって画定された領域の限界を、シャーシの前部に設け たフィールドデテクタによって検出することにより特徴つけられる。

本発明の更に別のアスペクトによれば、その芝刈機は、望ましくは光電セルを有 する上部プレートと下部シャーシとの相対運動を解析することによって障害物を 検出し、迂回するということによって特徴づけられる。

この衝撃解析システムは、障害物の存在による衝撃と回避する必要のない地表の 凹凸（穴又は突起）によるショックとを簡単に識別できる。マイクロプロセッサ によって実行されるアルゴリズムは、例えば公知の数値スクリーニングによって 、地表の凹凸によるショックに基づく振動の影響を除去し得る。

本発明の他のアスペクトによれば、その芝刈機は、その再充電可能なバッテリの 重量が５ｋｇ以下望ましくは１ｋｇ以下であるという特徴を有する。

本発明は、更に上記の装置を、少なくとも数日の間、芝生上で、自律的作動状態 に置かれることを特徴とする芝生の芝刈方法に関する。

本発明方法は、より具体的には、芝生を常時刈り込んだ状態に保持するために応 用され、装置は少なくとも数日間、若し可能であれば数週間、又は数ケ月に及ぶ 刈込期間中、自律的な作動状態に置かれる。

本発明は、更に下記のエレメントを単独、又は、結合して具備する芝生のための 刈込装置を提供するニー 光電セルからの直接的な電力供給が可能な電力消費の少ないカッティングシステ ム：一 充電セルによる電力供給、− 電子制御システム。

カッティングシステムで発生する力を計測し、刈り取るへき草地を識別すること ニー 装置の推進システムと、前述の検出装置と、マイクロコンピュータの相互作用に よる刈り取るへき草地の探索ニー 装置の上部プレートとそのシャーシとの相対的な運動の解析による障害物の検出 ：− 二つの障害物間の間隔の解析による刈り取るへき地表の境界の検出、本来の障害 物（植物、金網、低い障壁、境界花壇など）によって区画されていない刈り取る へき区域の境界は、一定の最大間隔をおいて地上に設けられたコンタクトスタッ ド、又は、地上又は地下に設けたケーブルによって検出されるニー各駆動車輪毎 に設けたチャージデテクタの使用に基づく安全装置ニーグラウンド及び／又は使 用者の所有する電線からの距離を計測することによる盗難防止装置。

本発明の特に創造的な特徴は、この装置がシーズンの始めに刈り込むべき地表に 設置されるということ、そして周囲の光エネルギが一定のスレッショルドを越え るや否やその作動が開始されるということにある。

そのため、この装置は、少なくとも数日間刈り取るべき地表の上に置かれ、更に 数ケ月又は全刈取期間にわたって自律的に作動し得る。

望ましい実施例に於いては、作動中、この装置は刈り取るべき地表の上を連続的 に移動し、そのカッティングヘッドを進行方向の左右に旋回運動させながら刈り 取るべき地表の上を連続的に移動する。

装置のヘッドの旋回運動により、二つの障害物の間の距離を検出することがで回 させ、そしてその右側にも予めプログラムされた一定の距離以内に一つの障害物 を検出したときは、コンピュータは刈り取るへき地表の境界に達したと判断し、 装置を引き返させる。

本発明の更に池の望ましい特徴は、この装置が既に芝刈り済の領域に達し、その カッティングヘッドの負荷が減少したときには、その減少がコントロールコンピ ュータによって検出され、芝刈りをすべき領域に遭遇するまで、より多くの電力 か駆動車輪に送られることである。

コントロールコンピュータのアルゴリズムは、この探索の効果を可能な限り高く し、かつ刈り取り作業を計画的にする。コンピュータは、望ましくはオペレーテ ィングアルゴリズムをインタロゲイトするクロックを有する。

本発明の実施例の特別なモードでは、障害物に遭遇したとき、装置の光電セルが 取り付けられている上部プレートがその障害物と接触する。上部プレートは、下 部のプレートに相対運動可能なよう柔軟に取り付けられており、下部プレートに 対して相対的に移動する。ムーブメントデテクタは、その相対的運動を検出し、 それから障害物と装置の相対的な位置が検出される。その情報はコンピュータに 送られ、コンピュータは、その駆動車輪を停止させ、障害物を迂回させるか又は 引き返すよう制御する。

本発明に係る装置は、日陰の領域を芝刈りするときや、光電流の供給が途絶する 夜の間中、幾つかのパラメータ、例えばバッテリの充電状態、周囲及び日照の状 態のようなパラメータに応じて装置を連続的に活性化するためのオペレーテイン グシテスムと電子コントロール装置の連続的な電力供給を常時確保するために必 要な、再充電可能なバッテリを有する。

日陰の領域を検出し、そして幾つかのパラメータ、例えば、バッテリの充ｔｔ圧 、時間、草の高さなとの幾つかのパラメータを考慮し、その結果を芝刈りの作業 計画に反映させる装置を有する。

本発明に望ましい実施例によれば、この装置はシャーシを有し、その上にそれぞ れ一つのモータによって駆動される二つの別々の駆動車輪又はキャタピラが設け られる。それぞれの回転速度を別々に制御することによって装置の操縦が行われ る。装置はその前面に一つ又は二つのフリーホイールを有する。これらの車輪は 三角形又は台形に配置され、シャーシを支持する。カッティングヘッドはシャー シに取り付けられ、かつ、低電圧、低容量のモータと、小さな直径と高い回転効 率を存するカッティングディスクとを具備する。

光電セルを支持するプレートは、シャーシにしなやかに取り付けられる。

装置は更に コントロールコンピュータと、 光電セルプレートの動きのセンサと、 カッティングヘッドと、二つの駆動車輪と、音声信号発生器とを制御する電源回 路と、 光電セルからの電流の制御回路と、 カッティング装置に消費されたエネルギを計測する回路と、を具備した電子装置 を有する。

望ましくは、三個のく又は、一つの車輪毎に各−個の）チャージデテクタが上記 の電子装置に結合される。

本発明に係る装置は、４０ｋｇもある公知のバッテリ駆動型自動芝刈機に比べる と遥かに軽量な構造、例えば４ｋｇを示しており、かつ非常に効率の良いカッテ ィングユニット、及び、刈り取るべき領域の探索、日陰の部分の検出と迂回、障 害物の検出、刈り取るべき土地の境界の検出、土地の異常（スロープや）１ンブ ）の処理及び芝の湿度の検出などが可能なデータプロセッシングプログラムと結 合している。

本発明に係る装置は、ベルギーと同し緯度にある１０００ｍ’の面積の芝生を２ ５Ｗの平均消費電力でもって保守することができる。

本発明は、非限定的な実施例を示すここに添付した第１図乃至第１４図によって より詳細に説明される。

第１図は、非円形プロフィルを有する本発明に係る装置の一実施例の一部破断上 面図である。

第２図は、第１図に示した装置の断面図を示す。

第３Ａ、３Ｂ、３０図は、それぞれ、後部が持ち上げられた状態、装置が坂を登 っている状態、及び、ヒンジにより完全に折り畳まれた状態を示す側面図である 。

第４図は、カッティングヘッドの断面図である。

第５Ａ図及び第５Ｂ図は、それぞれカッティングヘッドの二つの実施例を示す上 面図である。

第６１４はこの装置の幾つかのエレメントと電子コントロールシステムとの関係 を示すブロックダイヤグラムである。

第７図は、制御プログラムの簡単なブロックダイヤグラムである。

第８図乃至第」１図は、本発明に応用できるカッティングアルゴリズムを示す平 面図である。

第１２図及び第１３図は、それぞれ待機状懸にあるときのバッテリの放電と、モ ータの作動中、リミットデテクタ、例えばフィールドデテクタのレベルに於ける 磁気的障害とを回避するため用いられる電子回路図である。

第１図及び第２図に於いて、ビームシャーシｌは、以下に詳細に説明される電子 制御回路、駆動車輪１５の二つの駆動モータ、並びに、光が照射されていない間 及び充電セルから電流が供給されていない間、回路を休止状態に保持するような 非常に低容量、（例えば、ＩＡ−ｈ）のバッチ１月８を支持している。シャーシ は光電セル１０かモザイクのように並へられているパネル９を支持している。

シャーシ１は、更にパネル９の相対的な運動ができるように二つの駆動車輪１５ の軸Ａ−Ａ’　に取り付けられるしなやかなコネクタ２を支持している。

この実施例に於いては、４４．２Ｗ（ピーク）の１００ｘｌＯＯｍｍＰ１００ｘ ｌＯＯ京セラ）の電池が３４個用いられている。

しなやかなコネクタ２は、パネル９か長手方向には運動できるか、横方向には運 動できないようにパネル９を支持する。この装置は軸Ａ−Ａ’　に直角な方向に 動く。

コネクタ２の両側に設けられた接弘３は、パネル９の平行移動及び回転運動を検 出し、コントロールコンピュータ１９の授助によって、障害物の位置を決定する 。この接点は、他の電子的な運動及び位置デテクタによって置き換えることがで きる。

二つのフリーホイール４は、ビームシャーシの前面に取付けられ、機械的に結合 される。カッティングヘッド５は、ビームシャーシと二つの車輪の間に懸架され る。

図示されている実施例に於いては、力１．ティングヘッドは草の刈取高さを調整 するためのねじを切ったロッドによって、二つの細長いガーダ６から吊り下げら れる。

他の方法によれば、平行四辺形（第２図の７）か形成されるよう（こ、力・ノテ イングヘッドは一対の中空管状体により細長いガーダに結合される。その上部の 長手方向の一辺は、シャーシの一部品と一体に形成され、角にはヒンジ力（設け られる。装置の前進運動を妨げることなく力・ソテイングへ・ノドの高さを調節 するためにストッパが設けられる。

装置か後進するとき、地面の凹凸に合わせて力・ソテイングへ・ノドが持ち上１ ずられるという利点かある。一方において装置が前進するとき、車輪が阻止され たときには、装置の前部か持ち上がるので、障害物を力・ソテイングへ・ノド（ こ引き込むことなしに障害物を回避することができる。

図面には示されていないが、カッティングへ・ノドと上部にクレーンとの間に機 械的なカップリングを設けることができる。そのようにすると装置のフロントガ ード１７の高さを自動的にカッティング高さに合わせることができる。

装置の前部にはフィールドデテクタ８が設けられる。

このデテクタとして他の形式のもの、例えば磁気的、光学的なものなどを採用す ることができる。

光電池１０の支持するパネル９はコネクタ２及びピボツトコネクタ１１（こよっ てシャーシに取り付けられる。

第４図乃至第６図に示されているように、ノ々ネル９はヒンジ１２ｆこより結合 される二つの部分から成る。

分割型パネルは本発明に係る装置を実際に使用する際発生する幾つ力１の問題、 県を解決する。

このパネルの後部の構造は装置の高さを減少させ、そしてかなりのスロープを乗 り越えさせ、そして充分なパネルの表面積を確保させ、モしてさらζ：駆動車輪 の上の荷重のバランスを適切にする。

装置の適切なバランスは、後部にある片持梁の負荷を軽くする。装置力く傾き始 めたときは、パネルの後部は地面に物理的に接触し、モしてヒンジの周引二回転 するので、装置の通過が可能となる。

さらにパネルは１８０度折り畳めるので、例えば装置の休止状態におｐｓで、装 置を輸送するような場合、装置の長さを半分に減少させることができる。

第３Ｂ図及び＊３Ｃ図は装置がスロープを登るとき及び装置が休止状態にあると き完全に折り畳まれた形でて輸送される間のパネルの位置を示している。

パネルの回転角度が一定の限界に達すると装置か停止するように接点１４が装置 回転レベルに設けられている。

装置の前部が引っ繰り返ったようなとき、又は緊急の場合には、人手によって後 部を持ち」−げられれば、装置は自動的に停止する。

ヒンジのストレスを減少させるために、パネルの垂直運動を妨げないで、周囲の ストレスを減少させるために一つの支柱が設けられる。支柱■６のサポートは運 搬用のハンドルとして用いることができる。

使用者が装置を完全に停止したり、あるいはそのコントロールコンピュータにデ ータ（暗証コード、作業用のパラメータ）等を入力するために用いられるコント ロールパネル１３がビームンヤーシｌの後部に取り付けられる。

駆動車輪１５はそれに垂直な陸によって阻止され、走行方向に対する良好な追従 性能が与えられるような構造を容易し、かつ定格電力２乃至１０Ｗのギアモータ によってそれぞれ別に個別に駆動される。例えばその中空の構造は重量の大幅な 軽減とギアモータの出力軸に対する片持ち梁の負荷を軽減する。

本発明に係る装置のカッティングヘットは、４種類の動力損失に対して最適の解 決を提案する： カンティングツールの動きによる草の運搬カッティングツールの動きによる空気 の吸い込み摩擦 実際のカッティング抵抗。

装置のカッティングシステムは、カバーの下で草を刈り取り、刈り取られた草は システムの回転によって運ばれる。

古典的な刈り取り作業中に用いられるエネルギの大部分はカッティングブレード によって跳ね飛ばされる草の運動エネルギとして消費されるものであった。

以下に説明される本発明の実施態様を形成する装置は、回転するシステムと草と の接触を大幅に減少させる。

実際にはカッティングヘッドはフランジ２１によって上部プレート２２に取り付 けられるプレート２０を有する。そしてその形状は二つのプレートの間に非常に 僅かな間隙２３を残すように形成されている。

ディスク２４はシャフト２６の周りに回転しそしてディスクの内部に戻ることか できる、引込み可能な少なくとも２枚ブレードを有する。モータ２７によって駆 動され、ディスクの回転が始まるとブレードは遠心力にによって動かされ、そし て二枚の固定プレート２０．２２の間の隙間２３を通って飛び出す。

草と接触する可動部分は非常に小さく、システムの回転によって草か運ばれるよ う最小限に構成する。

ディスクの回転に伴って生しる空気の順環２８はディスクのこの形状と二つの固 定プレートの間の間隙が小さいために最小限度に保たれ、そしてカッティングヘ ッドやブレードの間隙部分に空気が入るのを防止する。芝刈りすべき正面の抵抗 は下部のディスク２０によって軽減され、刈り取られた草による抵抗は空気２の サーキュレーションによって低減される。

非常に薄いブレード２５は非常に効率のよい芝刈りを可能とし、スプリングシス テムはその交換を容易にする。

ショックを受けたり、モータのパワーが非常に低下したような場合、ブレードの 慣性が極めて低いのでブレードはたやすくディスクの内部に戻る。これは特に使 用中の安全に寄与する。

第５Ａ図及び第５Ｂ図は特に都合の良い本発明に係るカッティングヘッドの実施 例を示している。ブレードの長さに対応するブレード３２の二つの有効なパス機 械が前進運動するとき、既に刈り取られた草によって引き起こされるカッティン グディスクに及ぼされるブレーキ効果が最小限になるものである。

機械のスピードとブレードのスピードの間の関係は次の式で定められる。

機械のスピード＝Ｎ　Ｎｘ１ｘｎ ここで、Ｎ＝−秒間当たりの回転数 １＝ブレードの有効長さ ｎ＝ブレードの数 である。

第５Ａ図に示された機械の軸の配置は古典的な構成を示している。八において草 を刈り取っているブレードは次のカッティングブレードは通過するときにはプレ ートの下のＢｏにあるであろう。一方、已に於いて草を刈り取っているプレート はＢｏに到達する前にずっと草と接触しており、そのため特に有効な草刈りを行 うことなしに草と接触していてカッタのブレーキになるものである。

より実用的な上記の特別のモードによれば、第５Ｂ図に示されたように、飛び出 したプレートによってカバーされる表面と同じ大きさを有し、かつカッタの有効 な長さと等しい距離たけその中・（、幼く後部にオフセントされた上部及び下部 のサーキュラ−プレート３１か用いられる。

草の葉はカッティングブレードと接触している範囲は機械の軸の相対的な位置に 応して一定となる。

本発明によるときは上記のカッティングヘットの実施例のモートにより実現され たエネルギの効果的な使用が可能となる。

カッティングヘットは好ましくはブラシレスの直流モータにより駆動される。

この選択は、装置の所要動力の寿命及び効率に対する要求によるものである。一 つの実施例によれば定格１２Ｖ、！５ＷのＳＥＬアルカチルモータ、形式ＢＧ２ ９が好適である。

整流子モータの作動は消去することか困難な突然の磁界変動を引き起こす。これ は上記のりミツトデテクタ（８）の作動を妨げる。

回路（第１３図）はこのタイプの使用に伴う騒乱の影響を有効に軽減する。この 目的のために、デテクタ！２０、音響発生回路１２１．制御器１２２への結合端 子、トランジスタ１２３　Ｔｌ、容量（ＣＩ及びＣ２）及びカッティングモータ 用電源か設けられる。

モータ制御器から発信される信号は、差動回路ｃｌ及びＣ２の入力端子に供給さ れ、モータのコミュティシ３ン毎に正のインパルスが得られるように変換される 。これらのインパルスは、モータのコミュティション中は、デテクタからの信号 をカットするトランジスタＴＩに送られる。これによってＳ／Ｎ比通常ＩＯ倍程 度に改善される。

第６図に示す如く、芝刈器の制御は、そのメモリに芝刈器制御プログラムをロー トしたマイクロコントローラ１０２を育する電子制御回路に依って行われる。

更に、＋０３は電源制御装置、１０４はモータ制御装置、１０５は光電セル、１ ０６はバッテリである。

マイクロコントローラは、環境情報（１０１）、即ち、−光電セルの端子電圧− 各車輪の速度− カッティングヘッドの消費電流又は回転速度−外部ショックの記録− 装置の前方の電界強度− 湿り度デテクタの出力− を受入れ、そしてこれらのデータから以下のパラメータ、即ち、−日照：光電セ ルの端子に於ける電圧と電流の計測値により、予め知られた光電セルの特性とに 基づいて− −スロープ又は障害物の存在・所要電力と車輪のスピードの計測により一一草の 高さ：カッティングヘッドの消費電流と前進速度の解析によりｍ−デテクタ８の 端子で計測された信号の解析によって得られる、微弱な交流電流か流されている 電や金属（例えば、チェーン）により決定された土地の区画の境界との間の距離 − 一一定の走行距離走行毎の日照の変化の解析による日陰領域の検知−−地面の状 態：シャーシに設けた接点に対する水はねの解析による−を算出する。

マイクロコントローラは、その指令を電力制御ユニット及び３個のモータ１０７ ．１０８．１０９を駆動する制御回路１０４に送り、装置を稼働させる。

制御プログラムの一例は、ブロックダイヤグラムとして第７図に示されている。

プログラムには二つの基本ループ、即ち、−マイクロプロセッサのハードウェア によって、４ミリセカンド毎に発信される周期的信号によって駆動されるループ 。このループは、二つの駆動車輪のスピードメータを別々にインクリメントし、 　“ウォッチドッグをチェックし、衝突デテクタの出力を解析し、主ループで使 用すべきクロックと遅延を更新する一−１００ミリセカンド毎に環境データを捕 捉し、外部パラメータを解析し、さまざまな状態に於いて装置により実行される 作業、即ち刈り取り作業− 照度が余りにも低いときの作業停止− 草が湿り過ぎているときの作業停止− 再充電のための作業停止− 警報発生（事故、車輪拘束）− を制御する。

本発明は、以下に述へる主な作動モードの追加説明により更に良く理解されよう 。

多数の案内システムを応用し得る。刈り取りに必要な力の解析によるガイダンス は、特に有効であることか証明されている。

カッティングヘッドにより供給される力は、常時計測され、刈り取るへき草の密 度と高さの値が制御システムに送られる。

マイクロコントローラは適切な速度が保持されるよう装置の速度を調節する。

カッティングの抵抗が余りにも微弱であるとき（既に刈り取られた領域内にある とき）は、装置が未だ刈り取られていない領域に速やかに移動できるよう、制御 器は駆動車輪に最大の動力を供給する。速度は例えばｌ乃至５Ｋｍ／ｈの範囲で 変えられる。

第８図に示されているように、制御システムが、刈り取るべき領域８２内の未だ 刈り取られていない領域８１を検出したときは、本発明に係る装置８０は、その 内部に一定の距離Ｘだけ進入し、出来るだけ長い間その高いカッティング抵抗（ 草の相当の高さと密度）を示す領域に留まり得るようスパイラル状に走行する。

装置か強い抵抗と遭遇することなしに予め定められた距離走行したときは、装置 は未だ余り刈り取られていない新しい領域に達する迄、駆動車輪に最大の電力を 供給し、直線ラインを走行する。

本発明の特定のモードによれば、日陰検出システム９１　（第９図）が設けられ 日陰検出システムの目的は、装置か長時間日陰に留まることかないようにするこ とである。日陰は日中太陽の位置に応じて常時移動するので、太陽が出ていれば それに照らされている間に、芝生表面８２の略全域に渡って芝刈りを行うことが できる。度々日陰になるのは、日陰になるため照度のコントラストのない曇天に よるものか、又は通常の作業中の日陰の領域への一時的な進入によるものである 。

制御システムは、影を検出するため、装置が一定の距離、即ち、光電セルの長さ に等しい距離走行する毎に、光電セルが受けるエネルギーの比較を行う。制御シ ステムはその値をその直前の測定値と比較する。一連の光電セルが日向から日陰 に入ると、エネルギーの低下が記録される。この低下が予め定めた値を越えると きは、それは日陰領域に入ったシグナルと考えられる。装置はそれから日の陰り が一時的なものであるのかどうか確認するために距離ＺＺ′の間移動を継続する 。若し受けるエネルギがその低いレベルに留まるときは、装置は陽の当たる領域 に戻るため引き返す。

本発明の他のアスペクトによるときは、障害物検出装置９１（第１θ図）が設け られる。

装置はシャーシに対する上部パネルの相対運動を連続的に解析する。接点３及び ／又は他の同等機能を有するデテクタにより相対運動が記録されると、システム は、装置を停止させ、制御プログラムによって決定された迂回運動を実行すため 後退する。

本発明のこの実施例の独特のモードによれば、装置は停止し、区間ＸＸだけ後退 し、再び前進する前に角度αだけ回転する。

本発明の他のモードによれば、障害物の周囲にフリースペースがあることを確認 するため、装置はショックと反対方向に旋回する。そのスペースが装置の横幅よ り広ければ、装置は再び前進するが、若しそうでないときは、それは連続的な障 害物、例えば芝刈すべき領域の境界であると判断し、後退しそして引き返す。

本発明の他のアスペクトによれば、スロープや地表の凹凸の検出システムが設と 、それらのスピードの相関関係を連続的に解析する。

このパラメータと制御プログラムからのデータの組合せは、駆動車輪に対する障 害を識別し、例えば一連の回避運動（方向転換、旋回・・・）を実行させる。

それは又、大きなスロープを識別する。その場合、プログラムは、必要なエネル ギを軽減するため、装置かスロープを斜めに登撃するように、予め限定された角 度、装置を旋回させる。そして車輪を駆動するモータは光電力の直接供給と同等 の電力と負荷で用いられることになる。

装置の他のアスベク１−によれば、第１１図に示したように、障害を形成する本 来の境界か存在しない場合でも地表の境界を検出し得るシステムか設けられる。

芝刈りすべき土地の境界か、バリアや、フェンス、境界花壇、ポスト（コンタク トスタット）なとの本来の障害物によって仕切られていないときは、所望の境界 線に沿って敷設され、低電圧（数ｍＶ）の交流電流（例えば５ＫＨｚ）が流れて いる電線が用いられる。この技術は自動装置を案内するため良く知られている。

この装置への電力供給は、例えば電線の端末に設けた固定式の光電セルによるこ とができる。充電セルからの直流電流は、所望の周波数の交流に変換される。

その他、電線の不測の切断によるサービス中断か起こり得ないようにするため、 全ての電力供給システムと無関係な、より信頼度の高い受動的システムを採用す ることかできる。

例えば、地上に置かれた金属製のチェーンを用いることができる。前部センサは インダクタンスの変化によって金属製物体の存在を検知する。

全ての場合、システムは、センサのシグナルを解析し、装置と境界の距離を測定 し、境界１こ接近したことが知られると、直ちに引き返す。この障害物との間の 距離が予めプログラムされた距離よりも小さくなると、装置はその距離がプログ ラムされたものより大きくなる迄旋回する。

ある方向まで旋回したとき、装置が境界から遠ざかることなく、境界により近づ くことになる場合には、制御システムは自動的に旋回方向を変える。一つまたは それ以上の理由により、装置か境界に接近し過ぎたときは、制御システムは上記 の衝突回避操作（後退し、旋回する）を始める。

本発明の更に池のアスペクトによれば、エネルギ管理システムか設けられる。

エネルギ管理ユニットは、二つの機能−一即ち、ノリクアップバツテリの充電状 想管理機能、及び、夜間と、装置が最小の電力消費で待機状態に置かれている期 間の検出機能−一を有するマイクロコントローラによって操作される。

バッテリは、闇夜に於いても幾つかの回路を常時作動状態に保持し、電子回路の 作動を可能にするために設けられる。それは、日陰領域や曇天の間でも、日常の 作業中光電セルのエネルギが途絶えたときでも、芝刈機がある程度作動し得るよ うに常時充分に充電されていなければならない。

制御システムはバッテリ端子の電圧を連続的に測定し、所定の期間毎にその平均 値を算出する。平均電圧がプログラムされている最低限界値以下となったときは 、制御システムは上記の如くにして、装置が日陰領域に存在していないことを確 認する。その確認かできない場合は、装置は、電圧が許容し得る値に達するまで 停止され、待機せしめられる。

日陰領域にあることか確認されると、装置は停止することなく予定の作業を切上 げ、日陰領域を脱出する。

充電セルからの電流は、夜になると減少し、暗くなると途絶し、バッテリから逆 流する放電電流によりマイナスにさえなる。

この現象を避けるため、光電セルとバッテリの間に直列に、逆流防止用の外部ダ イオードを挿入することが望ましい。

然しなから、このダイオードは、電圧降下を生じさせ、電力効率の低下をもたら す。

本発明の一つのアスペクトによれば、このダイオードによる電圧降下は、マイク ロコントローラーにより制御され、正常（日中）の作業中は、ダイオードを短絡 するスイッチ（リレー又はトランジスタ）によって解消される。

第１２図には、コントローラ１１１、アナログ／デジタルコンバータ１１２、接 α】１３、ダイオード１１４、モータ制御ユニット＋１５、光電セル１１６、電 流測定用抵抗１１７及びバラ１月１８から成るこのアスペクトが図示されている 。

この回路では、光電セルからの電流が連続的に測定されており、電流が零になっ たことが検出されると、光電セルとバッテリ間に設けられたスイッチが自動的に 遮断される。これは叉、装置を待機状態にする。

光電セルの電圧が再びバッテリの電圧を越え、ダイオードの逆電圧か解消すると 、スイッチに並列に接続されたダイオードか再び導通する。然るときは、装置は 再始動され、マイクロコントローラは接点を閉し、ダイオードを短絡する。

装置には、望ましくは、公知の湿度デテクタを設ける。湿度が一定のスレッショ ルド以上であるときは、芝刈器は待機の状態に置かれる。湿度か一定の限界値以 下に低下すると、他のパラメータの許す範囲で装置の操作が再開される。雨が降 っているときや、芝が湿り過ぎているときは作業が効率的でなく、障害（泥淳、 水たまり）に遭遇しやすいので、そのようなときの作業は回避される。

装置の案内システムは、叙上のものに限定されるものでなく、池とは異なったア ルゴリズムによることを得る。

本発明によるときは、芝刈りすべき地表と既に芝刈りが済んだ領域との境界と、 それぞれの単位領域毎に以前に芝刈りしたときのカッティング力を記憶すること が可能な“マツピングシステム”を設けることが可能である。これにより草がよ り早く成長する領域を、そうてない領域より頻繁に装置を通過させることにより 、芝刈りルートを一層効率的なものにすることが可能となる。

“マツピングにより、各単位領域には、メモリ基準点が割り当てられ、パラメー タ“カッティングカー境界障害物”が記憶され、これによりカバーすべき地表の マツプか作成できるようになる。装置は土地の境界を示す障害物に関する知識を 前もって得ることにより作業経路を見い出すことがてきる。この技術自体は公知 である。各駆動車輪の速度の測定値は、距離と方向を教示する。

又、土地の境界に設けられた発信器（光学的、超音波又は高周波その他）の正確 で定期的な位置測定に基づき、システムの配置や再配置が行われる。

充分に強固で、充電セルに効率的な保護を与える上部パネルを構成する問題の解 決案は、以下に述へる通りである。

第１４図に示す如く、光電セル４４はモールド４５の底部に敷かれた弾性物質か ら成るシート４１の上に配置される。モールド４５と弾性シート４１の、光電セ ルの下側に当たる部位には孔４２が明けられる。光電セル４４を弾性シート４１ に押圧するモールド４５の下側には、キャビティ４３が形成される。光電セルは 相互に電気的に結合され、モールディング材（硬質ポリウレタンフォーム）がモ ールド４５の内部に射出され、充電セルが衝脂の内部に埋め込まれる。硬化と離 型の後、パネルの外面−一多少コンヘソクスとなっていることが望ましいｍ−に は、全ての外部ショック、特に雨滴の衝撃から充電セルを保護するため、透明な プラスチック被覆を施す。

本発明は、上記実施例の特定のモードに限定されるものでなく、その構造と細部 には、自由に計変更を加えることが可能である。

ｆｉｇ　１４ Ａ 主ループ Ｆ９１’ｈ 国際調査報告 瞥・電・・パ゛°電噂ｍ＋Ａ＠声毅電・ｅ１１１＋６．１コＣＴ／ＢＥ９１１０ ００６Ｂ国際調査報告 Ｔ１１ｉｌ獅−１１−誼ｎｗｐｓｌＳＬ１−−６−−ｉ＋ｖｌ＋瞠１５ｇ１・を −一神帽一制書−州鶴−ｅ４ｍ　６−−−樗→−一眸側一−P四１−−賛禦覚伽 ｉ！中− ’ｒｋｚｗｗ鐸１−−！寥ｓｒｔＭｒａｍ−制−ｔｑｖａｔｈｅＥｖｍｐｅｗＰ ｍｅｍｏｌＴｉｅｒＥＤＰＦｄｅ・−１１１６ヱＩ９ス）Ｌ−・ド帥Ｐ剥−ω− １輸紳−ｑ　１ｄｌｅ　１ｗ〜賀−−−劉峠一帽Ｎ晒酊ｅ翳ｆ評−一甲嘴ｄ−− −フロントページの続き （８１）指定図　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、　ＥＳ、　ＦＲ，ＧＢ、　ＧＲ，ＩＴ、　ＬＵ、　ＮＬ、　ＳＥ）、０Ａ （ＢＦ、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、ＣＩ、ＣＭ、ＧＡ、　ＧＮ、　ＭＬ、　ＭＲ，ＳＮ 、　ＴＤ、　ＴＧ）、　ＡＵ、　ＢＢ、　ＢＧ、　ＢＲ，ＣＡ、　Ｃ３，ＦＩ、 　ＨＵ、ＪＰ、　ＫＰ。

ＫＲ，ＬＫ、ＭＣ，Ｎｏ、ＰＬ、ＲＯ，ＳＤ、ＳＯ，Ｕ

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. １．少なくとも一つの駆動車輪と、電子的操作及び制御システムとを具備する電 動式自動芝刈機に於いて、モータによって消費される全電力が１００Ｗ以下であ り、その芝刈経路が芝刈りすべき領域の境界に設けた障害物及び上記領域内の部 分的状態に応じて、かつマイクロプロセッサに記録され操作されるアルゴリズム によって決定され、その芝刈機が連続的に‘活性化’され、再充電可能なバッテ リの充電状態及び／又は日照及び／又は芝生の湿り具合に対応して作動するよう 構成されたことを特徴とする上記の電動式自動芝刈機。
2. ２．再充電可能なバッテリか光電セルにより充電されることを特徴とする請求項 １に記載の芝刈機。
3. ３．再充電可能なバッテリが芝刈すべき領域の上又は近傍に設けた電源により充 電され、芝刈機は、予め定められたアルゴリズムに従い、上記パッテリの充電状 態に応じて、自動的かつ周期的に作動せしめられることを特徴とする請求項１に 記載の芝刈機。
4. ４．所要電力が１０ないし６０Ｗである請求項１ないし３の何れか一に記載の芝 刈機。
5. ５．再充電可能なバッテリの要領が１Ａ／ｈ以下であることを特徴とする請求項 １ないし４の何れか一に記載の芝刈機。
6. ６．バッテリの充電状態又は日照が予め定められた値以下となったときは、如何 なる運動も、芝刈作業も中断され、装置は待機状態又は再充電モードとなること を特徴とする請求項２に記載の芝刈機。
7. ７．ルートが、とりわけカッティングシステムによって消費されるエネルギの計 測により決定されることを特徴とする上記請求項の何れか一に記載の芝刈機。
8. ８．少なくとも二つの駆動車輪が設けられ、独立のモータがそれらの各駆動車輪 にそれぞれ取り付けられていることを特徴とする上記請求項の何れか一に記載の 芝刈機。
9. ９．各車輪にチャージデテクタが設けられていることを特徴とする上記請求項の 何れか一に記載の芝刈機。
10. １０．芝刈りすべき領域の境界が、一本以上のケーブルにより決定され、上記シ ャーシの前部に設けたフィールドデテクタにより検出されることを特徴とする上 記請求項の何れか一に記載の芝刈機。
11. １１．望ましくは光電セルを有する上部パネルと、下部シャーシの相対運動を解 析することにより、障害物が検出され、回避されることを特徴とする上記請求項 の何れか一に記載の芝刈機。
12. １２．再充電可能なバッテリの重量が５ｋｇ以下であることを特徴とする上記請 求項の何れか一に記載の芝刈機。
13. １３．再充電可能なバッテリの重量が１ｋｇ以下であることを特徴とする上記請 求項の何れか一に記載の芝刈機。
14. １４．カッティングシステムにより消費されるエネルギーを計測することにより 、刈り取るべき草地を検出する装置と、−装置の推進装置のと、上記の検出装置 と、マイクロコンピュータの相互作用により、刈り取るべき草地を検出する装置 と、−障害物に当たったとき、装置の上部プレートと下部シャシの相対運動を解 析することにより、紹介物を検出する装置と、−刈り取るべき領域の境界が、本 来の障害物によって決定されておらず、特定の最大間隔で地表に設けられたコン タクトスタッドによって決定されているときに於いて、二つの障害物の距離を解 析することにより刈り取るべき傾城の境界を検出する装置と、− 各車輪毎のチャージデテクタの使用に基づく安全システムー一定の走行距離に対 する日照の変化の解析することにより、日陰領域を回避するアルゴリズムと、− 湿度によって、装置を停止及び発進させる湿度デテクタと−を単独又は組み合わ せて具備することを特徴とする上記請求項の何れか−に記載の芝刈機。
15. １５．カッティングヘッドが、ブレードの存在によりカバーされる地表と同一の 大きさを有し、カッタの有効長に等しい距離だけ中心が後方にオフセットしてい る円板形の下部プレートと、円板形の上部プレートとを具備することを特徴とす る上記請求項の何れか一に記載の芝刈機。
16. １６．請求項１に記載の装置を、少なくとも数日の間、芝生に載置し、自律的に 作動させることを特徴とする芝生の刈り取り方法。
17. １７．請求項１に記載の装置を、少なくとも数日の間、芝生に載置し、自律的に 作動させることを特徴とする芝生を常時刈り取られた状態に保持する方法。