CN108605516A - 一种能分区割草的智能割草机及其分区控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能分区割草的智能割草机及其分区控制方法。智能割草机包括主机及盖在主机上的外壳，主机上设有一个标记设置按键和无线测距单元，主机的驱动轮上安装有一个码盘，标记设置按键、码盘及无线测距单元分别和主机内的主控电路相连。通过标记设置按键事先设置好多个割草区域边界线上的标记点；开始割草时，割草机从充电座出发沿某个割草区域的边界线骑线行驶，当码盘所测轨迹距离及无线测距单元所测直线距离分别与该区域标记点的记录值相符时，则割草机离开边界线进入该区域进行割草，完成后返回充电座，继续寻找下一区域。本发明能记忆和识别多个工作区域，自动完成多区域的割草任务，无需人工搬移割草机到所需作业区域，省时省力。

Description

一种能分区割草的智能割草机及其分区控制方法

技术领域

本发明涉及一种全自动智能割草机，尤其涉及一种能分区割草的智能割草机及其分区控制方法。

背景技术

智能割草机能自主完成修剪草坪的工作，无须人为直接控制和操作。一般包括行走驱动模块和切割驱动模块，能在设定的电子围栏内自动行走并完成割草任务，还有防碰撞功能，并能自动返回充电。适合庭院、公共绿地等场所进行草坪修剪维护。但目前的智能割草机只能在一个工作区域内自动完成草坪修剪任务，而庭院中存在多个绿化区域的情况普遍存在，目前需要通过人力将智能割草机移至下一个所需作业区域，亦或使用多台智能割草机，才能完成多区域的割草作业，因此使用非常不便，既费时费力，也增加成本。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供一种能分区割草的智能割草机及其分区控制方法，其能记忆多个工作区域，自动完成多区域的割草任务，无需人工搬移割草机到所需作业区域，使用方便，省时省力，也减少成本。

本发明另一目的是，提供一种能分区割草的智能割草机，其有精确的碰撞检测机构，使得割草机水平方向360°均能感应到障碍物，而且大大提高碰撞发生方位检测的精确性，从而能使割草机达到很好的避障效果，顺利地、高效率地完成割草任务。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明的能分区割草的智能割草机，包括主机及盖在主机上的外壳，主机内设有主控电路，所述的主机上设有一个标记设置按键及能测量割草机和充电座之间的直线距离的无线测距单元，主机的其中一个驱动轮上安装有一个码盘，标记设置按键、码盘及无线测距单元分别和所述的主控电路相连。码盘安装在驱动轮的轮轴上，通过光栅测量驱动轮转动角度，综合驱动轮周长可以计算出割草机从充电座到区域标记点的骑线行走的行走距离。无线测距单元和充电座相匹配使用，通过无线通讯，测得信号往返时间，计算出割草机和充电座之间的直线距离。标记设置按键用于事先设置好割草机在n个割草区域的边界线上的标记点，由主控电路记录割草机在n个割草区域的标记点处的轨迹距离及割草机和充电座之间的直线距离。边界线是一根通长的线，其两端从充电座出发，框定各个区域。割草任务开始，割草机从充电座出发，先沿某个割草区域的边界线骑线行驶，码盘实时记录割草机从充电座出发在该区域边界线上行驶的轨迹距离，无线测距单元实时测量割草机和充电座之间的直线距离，并输送给主控电路，由主控电路进行分析和计算，当实际行驶过程中码盘轨迹距离及割草机和充电座之间的直线距离分别与该区域标记点处记录的值相同时，则说明割草机已到达该区域的标记点，则主控电路发出信号控制割草机离开边界线进入该区域进行割草，完成后割草机返回充电座。接着，同理，割草机继续完成下一工作区域的割草任务。本发明能记忆多个工作区域，自动完成多区域的割草任务，无需人工搬移割草机到所需作业区域，使用方便，省时省力，也减少成本。

作为优选，所述的无线测距单元为超宽带测距单元、红外线测距单元、超声波测距单元或蓝牙测距单元。无线测距单元和充电座相匹配使用，只要能无线测出割草机和充电座之间的直线距离，都是可以的。

作为优选，所述的主控电路包括中央处理单元、显示屏、边界感应单元、轮子驱动单元和切割驱动单元，所述的标记设置按键、码盘、无线测距单元、显示屏、边界感应单元、轮子驱动单元及切割驱动单元分别和中央处理单元相连。中央处理单元是控制核心，通过轮子驱动单元控制割草机轮子的转向和转速，实现割草机的自动行驶。切割驱动单元完成草坪的切割、修剪。边界感应单元用于感应由充电座设置的割草区域边界线，也叫电子围栏。边界感应单元包括两组电感，以割草机前进方向为中轴线对称地设置于中轴线的左右两侧。当割草机在割草区域内工作时，如果行进至边界附近，电感感应到边界线信号则割草机执行后退转向指令。当割草机在边界线上行驶时，如从充电座出发去工作区域或割草后回航充电时都要进行骑线行驶，需要比较左右两组电感所感应到的信号。如果两侧信号一致，则认为割草机骑线居中行驶，正常；反之，则认为骑线行驶有偏离，控制轮子驱动单元进行校正。

作为优选，所述的主机内安装有一块水平设置的线路板，线路板上安装有四个以上的霍尔传感器，霍尔传感器围成一圈并且等间距间隔分布，霍尔传感器和主机内的主控电路相连，所述的外壳的背面安装有一个磁块，磁块位于霍尔传感器围成的圈的中心的上方，所述的外壳和所述的主机通过弹性件相连。正常工作时，所有霍尔传感器通以相同的电流，由于和磁块的间距相等，故霍尔传感器输出的电压也是相同的，主控电路接收到的四个传感信号是相等的。当割草机在行走或割草的过程中遇到障碍物而发生碰撞时，由于外壳和主机是通过弹性件相连的，因此外壳受碰撞后会发生一定的位移，此时磁块和霍尔传感器的间距都会发生变化，则霍尔传感器受到磁块的磁场感应大小就不同，故霍尔传感器输出的电压也发生变化，主控电路根据这些变化，通过分析及计算就能精确地判断出发生碰撞的障碍物位于割草机的哪个方向，再发出信号驱动轮子，使割草机得以准确地避开障碍物。由于外壳悬浮似地罩在主机上，故无论哪个方向发生碰撞，外壳都会发生位移，实现割草机水平方向360度无死角的碰撞检测。霍尔传感器至少设置四个，根据需要，也可设置为6个或8个，甚至更多。霍尔传感器设置得越多，碰撞检测越精确。本发明结构简单，实现方便，使得割草机水平方向360°均能感应到障碍物，而且大大提高碰撞发生方位检测的精确性，从而能使割草机达到很好的避障效果，顺利地、高效率地完成割草任务。

作为优选，所述的弹性件为弹簧，所述的主机的左侧、右侧各设有两个前后分布的安装耳，安装耳内安装有弹簧，弹簧的一端和安装耳相连，弹簧的另一端和所述的外壳的背面相连。使得外壳既能和主机牢固连接，又能悬浮似地罩在主机上，一发生碰撞就能产生位移，提高碰撞检测的精确性和可靠性。

作为优选，所述的外壳的背面设有一个朝下伸出的安装柱，所述的磁块嵌装在所述的安装柱内。安装方便且牢固，使得磁块既和霍尔传感器在垂直方向上有间距，又非常靠近霍尔传感器，提高感应的精确性。

作为优选，所述的外壳的顶面上嵌装有上盖，所述的标记设置按键及显示屏安装在上盖，上盖上铰接有一个翻盖，显示屏位于翻盖的下方。标记设置按键也是急停按钮，当割草机发生工作异常情况时，工作人员按下急停按钮，可以立即关停割草机，便于及时作出相应处理。

本发明能分区割草的智能割草机的分区控制方法为：通过所述的标记设置按键事先设置好割草机在n个割草区域的边界线上的标记点，所述的主控电路获取割草机在n个割草区域的标记点处的轨迹距离Xn及割草机和充电座之间的直线距离Yn；割草任务开始，割草机从所述的充电座出发，先沿第一割草区域的边界线骑线行驶，所述的码盘实时记录割草机从充电座出发在边界线上行驶的轨迹距离x’，所述的无线测距单元实时测量割草机和充电座之间的直线距离 y’，并输送给所述的主控电路，由主控电路进行分析和计算，当x’＝X1且y’＝Y1时，说明割草机已到达第一割草区域的标记点，则主控电路发出信号控制割草机离开边界线进入第一割草区域进行割草，完成后割草机返回充电座；接着，割草机从所述的充电座出发，沿第二割草区域的边界线骑线行驶，当 x’＝X2且y’＝Y2时，说明割草机已到达第二割草区域的标记点，则主控电路发出信号控制割草机离开边界线进入第二割草区域进行割草，完成后割草机返回充电座；依次类推，割草机自动完成n个割草区域的割草任务。边界线是一根通长的线，其两端从充电座出发，框定各个区域。实际使用中，由于码盘、无线测距单元会存在测量误差，因此在判断割草机是否到达标记点时，允许割草机的轨迹距离x’、直线距离y’和标记点的轨迹距离Xn、直线距离Yn之间存在误差。如允许x’为Xn的±3％、允许y’为Yn的±0.2％时，可以判断为割草机到达第n割草区域的标记点。根据所用测距设备不同，允许的误差也会不同，通过实际测量获得。本发明能记忆多个工作区域，自动完成多区域的割草任务，无需人工搬移割草机到所需作业区域，使用方便，省时省力，也减少成本。

作为优选，根据需要，通过设置，第n割草区域和第n+1割草区域之间可以连续进行割草任务，也可以在完成第n割草区域的割草任务后间隔一段时间再进行第n+1割草区域的割草任务。使用灵活且方便。

作为优选，根据需要进行设置，可以使割草机在n个割草区域中有选择地执行其中一个或多个割草区域的割草任务。使用灵活且方便，满足使用者的不同需要。

本发明的有益效果是：通过设置码盘和无线测距单元，能记忆和识别多个工作区域，自动完成多区域的割草任务，无需人工搬移割草机到所需作业区域，使用方便，省时省力，也减少成本。通过设置四个以上的霍尔传感器，使得割草机水平方向360°均能感应到障碍物，大大提高碰撞发生方位检测的精确性，从而能使割草机达到很好的避障效果，顺利地、高效率地完成割草任务。

附图说明

图1是本发明中主控电路的一种电路原理连接结构框图。

图2是本发明分两个割草区域完成割草的一种分区结构示意图。

图3是本发明的一种立体分解结构示意图。

图4是本发明的一种局部剖视结构示意图。

图5是本发明中霍尔传感器和磁块分布位置的一种俯视结构示意图。

图中1.主机，2.外壳，3.线路板，4.霍尔传感器，5.安装柱，6.磁块，7. 弹簧，8.安装耳，9.上盖，10.标记设置按键，11.显示屏，12.翻盖，13.前盖， 14.信号处理单元，15.中央处理单元，16.轮子驱动单元，17.切割驱动单元，18. 边界感应单元，19.码盘，20.无线测距单元，21.割草机，22.充电座，23.第一割草区域，24.第一割草区域的标记点，25.第二割草区域，26.第二割草区域的标记点。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的一种能分区割草的智能割草机，如图3、图4、图5所示，包括主机1及盖在主机上的外壳2，主机内安装有一块水平设置的线路板3，线路板的背面安装有四个霍尔传感器4，四个霍尔传感器围成一圈并沿圆周方向均匀分布，四个霍尔传感器分别和主机内的主控电路相连，外壳的背面有一个朝下伸出的安装柱5，安装柱内嵌装有一个磁块6，磁块位于安装柱的下端头，并且磁块位于四个霍尔传感器围成的圈的中心的上方。磁块和霍尔传感器处于不同水平位置，两者在垂直方向上有间距，四个霍尔传感器到磁块的距离相等。外壳和主机通过弹性件相连，即外壳不是固定安装在主机上的，外壳受到外力时在水平方向会发生位移。本实施例中，弹性件采用弹簧7，主机的左侧、右侧各有两个前后分布的安装耳8，安装耳内安装有弹簧，弹簧的一端和安装耳相连，弹簧的另一端和外壳的背面相连。主机内安装有能测量割草机和充电座之间的直线距离的无线测距单元20，如红外线测距单元，主机的其中一个驱动轮的轮轴上安装有一个码盘19。外壳的顶面上嵌装有上盖9，上盖上装有一个兼作急停按钮的标记设置按键10和一个显示屏11，上盖上还铰接有一个翻盖12，显示屏位于翻盖的下方。外壳的前部还连接有前盖13。如图1所示，主控电路包括显示屏11、边界感应单元18、信号处理单元14、中央处理单元15、轮子驱动单元16和切割驱动单元17，四个霍尔传感器4分别经信号处理单元14和中央处理单元15相连，标记设置按键10、码盘19、无线测距单元20、显示屏11、边界感应单元18、轮子驱动单元16及切割驱动单元17分别和中央处理单元15 相连。

码盘安装在驱动轮的轮轴上，通过光栅测量驱动轮转动角度，综合驱动轮周长可以计算出割草机从充电座到区域标记点的骑线行走的行走距离。无线测距单元和充电座相匹配使用，通过无线通讯，测得信号往返时间，计算出割草机和充电座之间的直线距离。标记设置按键用于事先设置好割草机在n个割草区域的边界线上的标记点，由主控电路记录割草机在n个割草区域的标记点处的轨迹距离及割草机和充电座之间的直线距离。割草机从充电座出发骑线行驶，通过码盘和无线测距单元的实时测试数据，判断割草机是否到达标记点，如果到达标记点，则割草机离开边界线进入工作区域进行割草，完成割草任务后，返回充电座，继续寻找下一工作区域的标记点，完成下一工作区域的割草任务。

正常工作时，四个霍尔传感器通以相同的电流，由于和磁块的间距相等，故四个霍尔传感器输出的电压也是相同的，中央处理单元接收到的四个传感信号是相等的。当割草机在行走或割草的过程中遇到障碍物而发生碰撞时，由于外壳和主机是通过弹簧相连的，因此外壳受碰撞后会发生一定的位移，此时磁块和四个霍尔传感器的间距都会发生变化，四个间距不再相等，则四个霍尔传感器受到磁块的磁场感应大小就不同，故四个霍尔传感器输出的电压也发生变化，中央处理单元根据这些变化，通过分析及计算就能精确地判断出发生碰撞的障碍物位于割草机的哪个方向，再发出信号给轮子驱动单元，使割草机得以准确地避开障碍物。

当然，根据需要，也可设置两个磁块和八个霍尔传感器，构成两组碰撞检测机构。其中，一个磁块和四个霍尔传感器构成一组碰撞检测机构，位于割草机的前部；还有一个磁块和四个霍尔传感器构成另一组碰撞检测机构，位于割草机的后部。八个霍尔传感器安装在同一块线路板的背面。采用两组碰撞检测机构，进一步提高感应碰撞、检测碰撞方向的精确性。两组碰撞检测机构前后分布，更能准确地感应前方发生的碰撞和后方发生的碰撞，有利于更精确地判断出碰撞方向，使得割草机能更准确地避开障碍物。

上述能分区割草的智能割草机的分区控制方法为：通过标记设置按键事先设置好割草机在n个割草区域的边界线上的标记点，主控电路获取割草机在n 个割草区域的标记点处的轨迹距离Xn及割草机和充电座之间的直线距离Yn，如图2所示，粗线所示为第一割草区域的标记点24到充电座的轨迹距离X1，虚线所示为第一割草区域的标记点24和充电座之间的直线距离Y1；割草任务开始，割草机21从充电座22出发，先沿第一割草区域23的边界线骑线行驶，码盘实时记录割草机从充电座出发在边界线上行驶的轨迹距离x’，无线测距单元实时测量割草机和充电座之间的直线距离y’，并输送给中央处理单元，由中央处理单元进行分析和计算，当x’＝X1且y’＝Y1时，说明割草机已到达第一割草区域的标记点24，则中央处理单元发出信号控制割草机离开边界线进入第一割草区域进行割草，完成后割草机返回充电座；接着，割草机从充电座出发，沿第二割草区域25的边界线骑线行驶，当x’＝X2且y’＝Y2时，说明割草机已到达第二割草区域的标记点26，则中央处理单元发出信号控制割草机离开边界线进入第二割草区域进行割草，完成后割草机返回充电座；依次类推，割草机自动完成n个割草区域的割草任务。

根据需要，通过设置，第n割草区域和第n+1割草区域之间可以连续进行割草任务，也可以在完成第n割草区域的割草任务后间隔一段时间再进行第n+1 割草区域的割草任务。如通过设置使割草机可以完成定制工作计划：早8:00前往第一割草区域工作1小时，下午2:00前往第二割草区域工作1小时。那么早8:00割草机从充电座骑线出发，行驶至第一割草区域的标记点A时，进入第一割草区域下线作业1小时，而后寻找边界线，骑线返回至充电座。等待至下午2:00再从充电座出发行驶至第二割草区域的标记点B时，进入第二割草区域下线作业1小时，而后寻找边界线，返航回充电座。

根据需要进行设置，还可以使割草机在n个割草区域中有选择地执行其中一个或多个割草区域的割草任务。

Claims (10)

1.一种能分区割草的智能割草机，包括主机及盖在主机上的外壳，主机内设有主控电路，其特征在于所述的主机上设有一个标记设置按键及能测量割草机和充电座之间的直线距离的无线测距单元，主机的其中一个驱动轮上安装有一个码盘，标记设置按键、码盘及无线测距单元分别和所述的主控电路相连。

2.根据权利要求1所述的一种能分区割草的智能割草机，其特征在于所述的无线测距单元为超宽带测距单元、红外线测距单元、超声波测距单元或蓝牙测距单元。

3.根据权利要求1或2所述的一种能分区割草的智能割草机，其特征在于所述的主控电路包括中央处理单元、显示屏、边界感应单元、轮子驱动单元和切割驱动单元，所述的标记设置按键、码盘、无线测距单元、显示屏、边界感应单元、轮子驱动单元及切割驱动单元分别和中央处理单元相连。

4.根据权利要求1所述的一种能分区割草的智能割草机，其特征在于所述的主机内安装有一块水平设置的线路板，线路板上安装有四个以上的霍尔传感器，霍尔传感器围成一圈并且等间距间隔分布，霍尔传感器和所述的主控电路相连，所述的外壳的背面安装有一个磁块，磁块位于霍尔传感器围成的圈的中心的上方，所述的外壳和所述的主机通过弹性件相连。

5.根据权利要求4所述的一种能分区割草的智能割草机，其特征在于所述的弹性件为弹簧，所述的主机的左侧、右侧各设有两个前后分布的安装耳，安装耳内安装有弹簧，弹簧的一端和安装耳相连，弹簧的另一端和所述的外壳的背面相连。

6.根据权利要求4所述的一种能分区割草的智能割草机，其特征在于所述的外壳的背面设有一个朝下伸出的安装柱，所述的磁块嵌装在所述的安装柱内。

7.根据权利要求4或5或6所述的一种能分区割草的智能割草机，其特征在于所述的外壳的顶面上嵌装有上盖，所述的标记设置按键及显示屏安装在上盖，上盖上铰接有一个翻盖，显示屏位于翻盖的下方。

8.一种如权利要求1所述的能分区割草的智能割草机的分区控制方法，其特征在于通过所述的标记设置按键事先设置好割草机在n个割草区域的边界线上的标记点，所述的主控电路获取割草机在n个割草区域的标记点处的轨迹距离Xn及割草机和充电座之间的直线距离Yn；割草任务开始，割草机从所述的充电座出发，先沿第一割草区域的边界线骑线行驶，所述的码盘实时记录割草机从充电座出发在边界线上行驶的轨迹距离x’，所述的无线测距单元实时测量割草机和充电座之间的直线距离y’，并输送给所述的主控电路，由主控电路进行分析和计算，当x’＝X1且y’＝Y1时，说明割草机已到达第一割草区域的标记点，则主控电路发出信号控制割草机离开边界线进入第一割草区域进行割草，完成后割草机返回充电座；接着，割草机从所述的充电座出发，沿第二割草区域的边界线骑线行驶，当x’＝X2且y’＝Y2时，说明割草机已到达第二割草区域的标记点，则主控电路发出信号控制割草机离开边界线进入第二割草区域进行割草，完成后割草机返回充电座；依次类推，割草机自动完成n个割草区域的割草任务。

9.根据权利要求8所述的能分区割草的智能割草机的分区控制方法，其特征在于根据需要，通过设置，第n割草区域和第n+1割草区域之间可以连续进行割草任务，也可以在完成第n割草区域的割草任务后间隔一段时间再进行第n+1割草区域的割草任务。

10.根据权利要求8或9所述的能分区割草的智能割草机的分区控制方法，其特征在于根据需要进行设置，可以使割草机在n个割草区域中有选择地执行其中一个或多个割草区域的割草任务。