CN108142070B - 自动割草系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种自动割草系统，包括割草机及与割草机通信连接的停靠站，工作区域的边界至少一部分为虚拟边界，虚拟边界上设置有边界线，边界线包括用于输送射频信号的发射状态及用于输送检测信号的完整性检测状态；停靠站用于当接收到边界线输送的检测信号并判断边界线处于完整状态时发出工作指令。本发明中自动割草系统中停靠站将对边界线进行检测，并在检测到边界线处于完整状态时向割草机发出工作指令，割草机只有在接收到该工作指令后将会在工作区域内工作。如此避免在停靠站停电或边界线出现异常时，割草机因感应不到边界线而越过虚拟边界，行走于工作区域外。本发明还提供一种自动割草系统的控制方法。

Description

自动割草系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及电动园林工具，尤其涉及一种自动割草系统及其控制方法。

背景技术

目前自动割草机的工作区域基本由以下两种构成形式：

第一种：工作区域完全由封闭的通电导线构成，封闭区域内外有极性不同的磁场，自动割草机实时能够接收到磁场信号，从而避免走出工作区域外。若通电导线因断电或切断导致磁场信号消失时，自动割草机一旦无法收到导线发出的磁场信号，就会停机，从而保证不越出工作区域。

第二种：工作区域部分由物理边界(墙，篱笆)，另一部分由非封闭边界(发射射频信号的射频信号线缆)构成的工作区域中，自动割草机只有在靠近射频信号线缆(1-2m)时，才能感应到导线发出的射频信号。若通电导线因断电或切断导致射频信号消失时，自动割草机无法实时得知信息，有可能因越过工作区。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够自动检测由部分非封闭边界构成的工作区域边界线是否完整的自动割草系统。

还有必要提供一种自动割草系统的控制方法。

一种自动割草系统，包括在预定的工作区域内工作的割草机及与所述割草机通信连接的停靠站，所述工作区域的边界至少一部分为虚拟边界，所述虚拟边界上设置有边界线，所述边界线包括用于输送射频信号的发射状态及用于输送检测信号的完整性检测状态；所述停靠站用于当接收到所述边界线输送的检测信号并判断所述边界线处于完整状态时发出工作指令。

在其中一个实施例中，所述停靠站用于当未接收到所述边界线输送的检测信号并判断所述边界线处于异常状态时停止发出所述工作指令。

在其中一个实施例中，所述割草机包括第一控制器，所述停靠站包括第二控制器和与所述第二控制器连接的边界线完整检测信号发生器和边界线完整检测信号接收器，所述边界线完整检测信号发生器用于产生所述检测信号，所述边界线用于在所述完整性检测状态时输送所述检测信号，所述边界线完整检测信号接收器用于接收所述检测信号，以判断所述边界线是否处于完整状态；所述第二控制器用于在所述边界线完整检测信号接收器接收到所述检测信号时以预定间隔时间发出所述工作指令，所述第一控制器用于在接收所述工作指令后控制所述割草机在所述工作区域内工作。

在其中一个实施例中，所述第二控制器还在所述边界线完整检测信号接收器未接收到所述检测信号时停止发出所述工作指令，所述割草机在预定间隔时间内未接收到所述工作指令后控制所述割草机停止工作。

在其中一个实施例中，所述割草机包括与所述第一控制器连接的边界射频信号发生器，所述边界射频信号发生器用于在所述发射状态时以预定间隔时间向所述边界线发出所述射频信号，所述第一控制器用于当所述边界射频信号发生器在预设距离内探测到所述边界线输出的所述射频信号时，控制所述割草机转向或前进所述预设距离后转向。

在其中一个实施例中，所述边界线为用于发射射频信号的电缆，当所述边界线处于所述完整性检测状态时，所述电缆的第一端与所述边界线完整检测信号发生器连接，所述电缆的第二端与所述边界线完整检测信号接收器连接以形成信号检测回路。

在其中一个实施例中，当所述边界线处于所述发射状态时，所述电缆的第一端和第二端均与所述边界射频信号发生器连接以形成信号发射回路。

在其中一个实施例中，所述自动割草系统包括切换开关，所述切换开关用于控制所述电缆的第一端和第二端可选择地分别与所述边界线完整检测信号发生器和所述边界线完整检测信号接收器连接所述信号检测回路，或者同时与所述边界射频信号发生器连接形成所述信号发射回路。

在其中一个实施例中，所述工作区域的边界包括围设于所述虚拟边界外周的物理边界，所述割草机包括与所述第一控制器连接的物理边界信号发生器和物理边界信号接收器，所述物理边界信号发生器用于发射物理边界信号，所述物理边界接收器根据反射回来的所述物理边界信号判断是否存在物理边界，所述第一控制器用于当所述割草机接近所述物理边界时控制所述割草机改变行走方向。

在其中一个实施例中，所述第一控制器存储有预定距离值，所述第一控制器在计算得到的所述割草机与所述物理边界之间的距离值大于所述预定距离值时，保持所述割草机的行走方向；所述第一控制器在计算得到的所述割草机与所述物理边界之间的距离值小于或等于所述预定距离值时，判断所述割草机靠近所述物理边界并控制所述割草机转向。

在其中一个实施例中，所述物理边界信号为超声波/红外光/激光/碰撞信号。

在其中一个实施例中，所述物理边界为篱笆、围墙或者房屋的墙壁。

在其中一个实施例中，所述停靠站为向所述割草机提供能量的充电站。

一种自动割草系统的控制方法，所述自动割草系统包括割草机及与所述割草机通信连接的停靠站；其中所述自动割草系统的控制方法包括以下步骤：

切换所述边界线至完整性检测状态，发出检测信号以检测边界线是否处于完整状态；

当接收到所述边界线输送的检测信号并判断所述边界线处于完整状态时，发出工作指令；

切换所述边界线至发射状态，检测是否接收到射频信号；当接收到所述射频信号时，控制所述割草机改变行走方向。

在其中一个实施例中，所述自动割草系统的控制方法还包括以下步骤：

当未接收到所述边界线输送的检测信号并判断所述边界线处于异常状态时停止发出所述工作指令，所述割草机在预定间隔时间内未接收所述工作指令后停止工作。

在其中一个实施例中，当所述割草机在所述工作区域内工作时还包括以下步骤：

检测是否接收到物理边界信号；

在接收到所述物理边界信号时，控制所述割草机改变行走方向，以避免走出所述工作区域；其中所述物理边界信号可为超声波信号、激光信号、边界红外线信号、碰撞信号中一种。

本发明中自动割草系统中停靠站将对虚拟边界上的边界线进行检测，并在检测到边界线处于完整状态时向割草机发出工作指令，割草机只有在接收到该工作指令后将会在工作区域内工作，并在未接收到该工作指令时自动停止。如此避免在停靠站停电或边界线出现异常时，割草机因感应不到边界线而越过虚拟边界，行走于工作区域外。

附图说明

图1为本发明自动割草系统及其工作区域的结构示意图；

图2为图1所示自动割草系统的模块图；

图3a为图1所示自动割草系统中边界件形成信号发射回路的示意图；

图3b为图1所示自动割草系统中边界件形成信号检测回路的示意图；

图3c为图1所示自动割草系统中边界件断开的示意图；

图4为图1所示自动割草系统的控制方法的流程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参照图1，本发明较佳实施例中，自动割草系统100包括割草机10及与割草机通信连接的停靠站30。割草机10用于在预定的工作区域200之中行走并进行割草工作。停靠站30设置于工作区域200内或者其边界上。在本具体实施例中，停靠站30为用于供割草机10在能源不足时返回补充能量或供割草机10避雨及停靠的充电站。可以理解地，在其它一些实施例中停靠站30亦可为其它与割草机10进行通信的外部设备，在此不作限定。

具体地，割草机10与停靠站30通过无线通信模块进行通信连接，例如蓝牙。同时，为了确保不会受到其他无线信号干扰，割草机10与停靠站30进行通信时，还可采用软件握手、校验等方式进行验证。可以理解地，在其它一些实施例中，割草机10与停靠站30的通信方式可以根据需要而定，例如亦可为有线通信方式等，在此不作限定。

工作区域200的边界包括物理边界210及虚拟边界230。其中，物理边界210为篱笆211、围墙212或者房屋的墙壁等现有的物理障碍。虚拟边界230为庭院入口等无物理边界的位置。在本具体实施例中，工作区域200由三边为物理边界210、一边虚拟边界230构成的四边形工作区域。其中，停靠站30设置于物理边界210与虚拟边界230的连接处。

请一并参看图2和图3a-3c，虚拟边界230上设置有边界线231，边界线231包括相互切换的发射状态及完整性检测状态。当边界线231处于发射状态时，其可用于输送射频信号；当边界线231处于完整性检测状态时，其自身形成输送检测信号的回路。

具体地，割草机10包括第一控制器11，停靠站30包括第二控制器31、均与第二控制器31连接的边界线完整检测信号发生器32和边界线完整检测信号接收器33。边界线231为用于发射射频信号的电缆，边界线完整检测信号发生器32和边界线完整检测信号接收器33均设置于停靠站30上。

当边界线231处于完整性检测状态时，电缆的第一端与边界线完整检测信号发生器32连接，电缆的第二端和边界线完整检测信号接收器33连接，从而使电缆、边界线完整检测信号发生器32和边界线完整检测信号接收器33共同形成信号检测回路，以检测边界线231是否处于完整状态。

边界线完整检测信号发生器32用于以预定间隔时间向电缆发出检测信号，并当边界线完整检测信号接收器33接收到对应的检测信号时，则表明电缆正常。第二控制器31用于当边界线231处于完整状态时以预定间隔时间发出工作指令。第一控制器11在接收工作指令时控制割草机10在工作区域内200工作。同时，若停靠站30停电或射频线缆被破坏时，边界线完整检测信号接收器33无法接收到由边界线完整检测信号发生器32发出的检测信号，则表明电缆异常。第二控制器31还用于当边界线231处于异常状态时停止发出工作指令。第一控制器11在预定间隔时间内未接收工作指令后控制割草机10停止工作。

可以理解地，在其它一些实施例中，边界线完整检测信号发生器32产生的检测信号可为电流信号、电压信号或脉冲信号等。此外，边界线完整检测信号发生器32发出检测信号的间隔时间与第二控制器31发出工作指令的间隔时间可以不同，在此不作限定。

进一步地，割草机10包括与第一控制器11连接用于探测边界线231的边界射频信号发生器13。边界射频信号发生器13用于在预设距离内向电缆发出射频信号，第一控制器11用于当边界射频信号发生器13在预设距离内探测到边界线231输出的射频信号时控制割草机10转向或者前进预设距离后转向。其中，预设距离可为预先存储于第一控制器11内的距离值，或者为边界线231以自身为中心向工作区域200内或超出工作区域200外输出的虚拟边界信号的传输距离。

具体地，当边界线231处于发射状态时，电缆的第一端和第二端均与边界射频信号发生器13连接，以使电缆和边界射频信号发生器13形成信号发射回路。当边界线231处于完整状态时，边界射频信号发生器13在接收到由边界线231输出的射频信号后，第一控制器11即判断割草机10达到虚拟边界230区域内。此时，第一控制器11可直接控制割草机10改变行走方向，或者第一控制器11继续前进预设距离直到真正到达边界线231附近后再进行转向，避免走出工作区域。

上述两种控制方式，可以根据割草机10进行割草工作的具体情况而设定，例如，当工作区域200中离边界线231预设距离内无草坪时，因无需进行割草工作，第一控制器11可直接控制割草机10改变行走方向；相反情形时，第一控制器11可继续前进预设距离直到真正到达边界线231或者超出边界线231预设距离后再进行转向，以返回工作区域；在此不作限定。

进一步地，自动割草系统100包括切换开关(图未示)，切换开关用于控制电缆的第一端和第二端可选择地分别与边界线完整检测信号发生器32和边界线完整检测信号接收器33连接以形成信号检测回路，或者同时与边界射频信号发生器13连接形成信号发射回路。其中，切换开关可为模拟开关、继电器等。

进一步地，割草机10包括与第一控制器11连接的物理边界信号发生器15和物理边界信号接收器17。物理边界信号发生器160及物理边界信号接收器170用于感应工作区域200的物理边界210。当割草机10接近物理边界210时，第一控制器11控制割草机改变行走方向，以返回工作区域。

具体地，物理边界信号发生器15用于发射物理边界信号，物理边界信号到达物理边界210后发生反射，此时物理边界信号接收器17接收反射回来的物理边界信号，第一控制器11判断割草机10是否靠近物理边界210。

第一控制器11存储有预定距离值。第一控制器11在计算得到的割草机10与物理边界210之间的距离值大于该预定距离值时，保持割草机10的行走方向；第一控制器11在计算得到的割草机10与物理边界210之间的距离值小于或等于该预定距离值时，判断割草机10靠近物理边界210并控制割草机10转向，以防止割草机10撞向物理边界210，并使得割草机10始终在工作区域200内工作。

具体地，物理边界信号为超声波信号，物理边界信号发生器15为超声波发射器，物理边界信号接收器17为超声波接收器，第一控制器11根据发射与接收超声波信号的时间差计算割草机10与物理边界210之间的距离。

在其中一个实施例中，物理边界信号也可为激光信号，物理边界信号发生器15为激光发射器，物理边界信号接收器17为激光接收器，第一控制器11根据发射与接收激光信号的时间差计算割草机10与物理边界210之间的距离。

在其中另一个实施例中，物理边界信号也可为边界红外线信号，物理边界信号发生器15为第一红外发射器，物理边界信号接收器17为第一红外接收器。由于边界红外线信号在传播过程中衰减较大，当距离物理边界210较远时，第一红外接收器不能有效地识别边界红外线信号。另外用户可根据需要，设定第一红外接收器识别边界红外线信号的距离。如边界红外线信号发射并返回预定的距离后，其光强衰减到预定的光强值，当反射到达第一红外接收器处的边界红外线信号的光强大于或等于该预定的光强值时，第一红外接收器识别边界红外线信号。此时第一控制器11判断割草机10靠近物理边界210并控制割草机10转向。此外，物理边界信号还可为碰撞信号等，在此均不作限定。

请参看图4，本发明还涉及一种自动割草系统的控制方法，提供自动割草系统100，自动割草系统100包括割草机10及与割草机10通信连接的停靠站30。其中自动割草系统的控制方法包括以下步骤：

步骤S10：切换边界线231至完整性检测状态，边界线完整检测信号发生器32发出检测信号以检测边界线231是否处于完整状态；若是，执行步骤S20；若否，执行步骤S30。

具体地，当边界线231处于完整性检测状态时，边界线231(即本具体实施例中电缆)的第一端和第二端分别与边界线完整检测信号发生器32和边界线完整检测信号接收器33连接以形成信号检测回路。此时，边界线完整检测信号发生器32以预定间隔时间向边界线231发出检测信号，并当边界线完整检测信号接收器33接收到对应的检测信号时，则表明电缆完整。在本具体实施例中，边界线231为发射射频信号的电缆，边界线完整检测信号发生器32用于每隔5s向射频线缆发出射频信号。第二控制器31亦每隔5s发出工作指令，割草机10在接收到工作指令后在工作区域200内工作。

步骤S20：当接收到边界线231输送的检测信号并判断边界线231处于完整状态时，第二控制器31发出工作指令，第一控制器11接收工作指令控制割草机10在工作区域200工作。

具体地，当边界线完整检测信号发生器32以预定间隔时间向边界线231发出检测信号并检测边界线231完整时，第二控制器31以预定间隔时间向割草机10发送工作指令，第一控制件11在接收工作指令后控制割草机10在工作区域200工作，并在上述预定间隔时间后接收下一次的工作指令。如此，保证在边界线231完整的情况下割草机10在接收到第二控制器31发出的工作指令后在工作区域200连续工作。

步骤S30：当未接收到边界线231输送的检测信号并判断边界线231处于异常状态时，第二控制器31停止发出工作指令，割草机10在预定间隔时间内未接收到工作指令后停止工作。

具体地，第二控制器31不能在预定间隔时间发出工作指令，割草机10将在执行完最后一个工作指令后停止工作。

进一步地，在上述步骤S20中，还包括以下步骤：

步骤S201：切换边界线231至发射状态，检测是否接收到射频信号，并在接收到射频信号时进入步骤S211，并在未接收到射频信号时继续进行步骤S201。

步骤S211：控制割草机10改变行走方向，避免走出工作区域。

进一步地，在上述步骤S20中，割草机10在工作区域200内工作时还包括以下步骤：

步骤S203：检测是否接收到物理边界信号，并在接收到物理边界信号时进入步骤S213，并在未接收到所述物理边界信号时继续进行步骤S203。在本具体实施例中，物理边界信号可为超声波信号、激光信号、红外线信号、碰撞信号中一种。

步骤S213：控制割草机10改变行走方向，避免走出工作区域。其中在上述步骤S20中，步骤S201和步骤S203可同时存在。

本发明中自动割草系统100中停靠站30将对虚拟边界230上的边界线231进行检测，并在检测到边界线231处于完整状态时向割草机10发出工作指令，割草机10只有在接收到该工作指令后将会在工作区域内200工作，并在未接收到该工作指令时自动停止。如此避免在停靠站30停电或边界线出现异常时，割草机10因感应不到边界线231而越过虚拟边界230，行走于工作区域200外。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (14)

1.一种自动割草系统，其特征在于：包括在预定的工作区域内工作的割草机及与所述割草机通信连接的停靠站，所述工作区域的边界至少一部分为虚拟边界，所述虚拟边界上设置有边界线，所述边界线包括用于输送射频信号的发射状态及用于输送检测信号的完整性检测状态；

所述停靠站用于当接收到所述边界线输送的检测信号并判断所述边界线处于完整状态时发出工作指令；

所述停靠站用于当未接收到所述边界线输送的检测信号并判断所述边界线处于异常状态时停止发出所述工作指令。

2.如权利要求1所述的自动割草系统，其特征在于：所述割草机包括第一控制器，所述停靠站包括第二控制器和与所述第二控制器连接的边界线完整检测信号发生器和边界线完整检测信号接收器，所述边界线完整检测信号发生器用于产生所述检测信号，所述边界线用于在所述完整性检测状态时输送所述检测信号，所述边界线完整检测信号接收器用于接收所述检测信号，以判断所述边界线是否处于完整状态；所述第二控制器用于在所述边界线完整检测信号接收器接收到所述检测信号时以预定间隔时间发出所述工作指令，所述第一控制器用于在接收所述工作指令后控制所述割草机在所述工作区域内工作。

3.如权利要求2所述的自动割草系统，其特征在于：所述第二控制器还在所述边界线完整检测信号接收器未接收到所述检测信号时停止发出所述工作指令，所述割草机在预定间隔时间内未接收到所述工作指令后控制所述割草机停止工作。

4.如权利要求2所述的自动割草系统，其特征在于：所述割草机包括与所述第一控制器连接的边界射频信号发生器，所述边界射频信号发生器用于在所述发射状态时以预定间隔时间向所述边界线发出所述射频信号，所述第一控制器用于当所述边界射频信号发生器在预设距离内探测到所述边界线输出的所述射频信号时，控制所述割草机转向或前进所述预设距离后转向。

5.如权利要求2所述的自动割草系统，其特征在于：所述边界线为用于发射射频信号的电缆，当所述边界线处于所述完整性检测状态时，所述电缆的第一端与所述边界线完整检测信号发生器连接，所述电缆的第二端与所述边界线完整检测信号接收器连接以形成信号检测回路。

6.如权利要求5所述的自动割草系统，其特征在于：当所述边界线处于所述发射状态时，所述电缆的第一端和第二端均与所述边界射频信号发生器连接以形成信号发射回路。

7.如权利要求6所述的自动割草系统，其特征在于：所述自动割草系统包括切换开关，所述切换开关用于控制所述电缆的第一端和第二端可选择地分别与所述边界线完整检测信号发生器和所述边界线完整检测信号接收器连接以形成所述信号检测回路，或者同时与所述边界射频信号发生器连接形成所述信号发射回路。

8.如权利要求2所述的自动割草系统，其特征在于：所述工作区域的边界包括围设于所述虚拟边界外周的物理边界，所述割草机包括与所述第一控制器连接的物理边界信号发生器和物理边界信号接收器，所述物理边界信号发生器用于发射物理边界信号，所述物理边界接收器根据反射回来的所述物理边界信号判断是否存在物理边界，所述第一控制器用于当所述割草机接近所述物理边界时控制所述割草机改变行走方向。

9.如权利要求8所述的自动割草系统，其特征在于：所述第一控制器存储有预定距离值，所述第一控制器在计算得到的所述割草机与所述物理边界之间的距离值大于所述预定距离值时，保持所述割草机的行走方向；所述第一控制器在计算得到的所述割草机与所述物理边界之间的距离值小于或等于所述预定距离值时，判断所述割草机靠近所述物理边界并控制所述割草机转向。

10.如权利要求8所述的自动割草系统，其特征在于：所述物理边界信号为超声波/红外光/激光/碰撞信号。

11.如权利要求8所述的自动割草系统，其特征在于：所述物理边界为篱笆、围墙或者房屋的墙壁。

12.如权利要求1所述的自动割草系统，其特征在于：所述停靠站为向所述割草机提供能量的充电站。

13.一种自动割草系统的控制方法，其特征在于：所述自动割草系统包括割草机及与所述割草机通信连接的停靠站；其中所述自动割草系统的控制方法包括以下步骤：

切换边界线至完整性检测状态，发出检测信号以检测所述边界线是否处于完整状态；

当接收到所述边界线输送的检测信号并判断所述边界线处于完整状态时，发出工作指令；

切换所述边界线至发射状态，检测是否接收到射频信号；当接收到所述射频信号时，控制所述割草机改变行走方向；

当未接收到所述边界线输送的检测信号并判断所述边界线处于异常状态时停止发出所述工作指令，所述割草机在预定间隔时间内未接收所述工作指令后停止工作。

14.如权利要求13所述的自动割草系统的控制方法，其特征在于：当所述割草机在工作区域内工作时还包括以下步骤：

检测是否接收到物理边界信号；

在接收到所述物理边界信号时，控制所述割草机改变行走方向，以避免走出所述工作区域；其中所述物理边界信号为超声波信号、激光信号、边界红外线信号、碰撞信号中一种。

Images