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技術 自律制御型草刈機

出願人 和同産業株式会社
発明者 花房実美千葉充藤原正寛
出願日 2018年8月10日 (2年4ヶ月経過) 出願番号 2018-151943
公開日 2020年2月20日 (10ヶ月経過) 公開番号 2020-025498
状態 未査定
技術分野 農業機械一般(3)操向 収穫機の構成要素3(刈取部)
主要キーワード 右ワイヤ カッターハウジング ワイヤセンサ 機体長 から草 旋回円 ランダム走行 自律制御
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2020年2月20日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (11)

課題

刈刃エリアワイヤを傷める心配がない自律制御草刈機を提供する。

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、通常運転切り替える。

概要

背景

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。

概要

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。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。(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。(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、通常運転切り替える。

目的

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

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項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。

請求項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。

請求項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。

技術分野

0001

本発明は、無人草刈り作業を行う自律制御草刈機に関する。

背景技術

0002

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)。

0003

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。

0004

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。

0005

特許文献1に開示されている草刈機(1)を、図8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。

0006

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。

0007

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。

0008

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。

0009

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。

0010

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。

0011

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。

0012

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。

先行技術

0013

国際公開第2017/051662号パンフレット

発明が解決しようとする課題

0014

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。

課題を解決するための手段

0015

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。

0016

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。

0017

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。

発明の効果

0018

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。

0019

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。

0020

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。

0021

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。

図面の簡単な説明

0022

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。

0023

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。

0024

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。

0025

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。

0026

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。

0027

図4は、図3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。

0028

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で直進左操右操舵の制御がなされる。

0029

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。

0030

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。

0031

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。

0032

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。

0033

作図都合で、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。

0034

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。

0035

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、通常運転切り替える。

0036

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。

0037

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。

0038

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。

実施例

0039

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。

0040

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。

0041

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。

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