CN103650753A - 智能割草机及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种智能割草机，包括：机身；切割模块，包括切割件，所述切割件位于机身下方，且位于机身的外侧壁内；行走模块；控制模块，电连接所述切割模块和所述行走模块，以控制所述切割模块和行走模块工作；还包括人体感应模块，与控制模块通信，用于监测人体感应模块附近一定范围内是否存在人体并将信息发送给控制模块，当监测到人体感应模块附近一定范围内存在人体后，控制模块控制切割模块停止工作。与现有技术相比，本发明的有益效果是：当智能割草机附近存在人体时，停止切割工作，降低了智能割草机误伤人类的可能，提高了安全性。本发明还提供了一种智能割草机的控制方法。

Description

智能割草机及其控制方法

技术领域

本发明涉及智能机器人领域，特别是涉及一种智能割草机和一种智能割草机的控制方法。

背景技术

随着计算机技术和人工智能技术的不断进步，类似于智能机器人的智能割草机已经开始慢慢的走进人们的生活。其中，全自动吸尘器通常体积小巧，集成有环境传感器、  自驱系统、吸尘系统、电池和充电系统，能够无需人工操控，  自行在室内巡航，在能量低时自动返回充电站，对接并充电，然后继续巡航吸尘。智能割草机能够自动在用户的草坪中割草、充电，无需用户干涉。这种自动工作系统一次设置之后就无需再投入精力管理，将用户从清洁、草坪维护等枯燥且费时费力的家务工作中解放出来。

为了减小草面和机身的摩擦带来的行走阻力，智能割草机的机身底端距离地面会有一段距离，这段距离使得人的脚能够伸入到机身下方并接近作为切割件的刀条等。为了保证人类的安全，智能割草机不得不将切割件的最外侧设置到机身外侧壁的距离设置的较大，例如，大于30cm。这样，即使人脚伸入机身下方，也接触不到切割件。这样的设置方式导致智能割草机永远也切割不到工作区域的最外侧30cm左右的草坪，这部分草坪仍然需要人工维护，大大的降低了智能割草机的使用体验。

发明内容

本发明的目的在于提供一种安全性高的智能割草机以及一种安全性高的智能割草机控制方法。

本发明提供了一种智能割草机，用于在工作区域内自动行走和进行切割工作，包括：机身；切割模块，包括切割马达和由所述切割马达驱动以进行切割工作的切割件，所述切割件位于机身下方，且位于机身的外侧壁内；行走模块，包括行走马达和由所述行走马达驱动以带动智能割草机行走的轮组；控制模块，电连接所述切割模块和所述行走模块，以控制所述切割模块和行走模块工作；人体感应模块，与控制模块通信，用于监测人体感应模块附近一定范围内是否存在人体并将信息发送给控制模块，当监测到人体感应模块附近一定范围内存在人体后，控制模块控制切割模块停止工作。

优选的，所述人体感应模块或控制模块识别人体到人体感应模块的距离，当人体到人体感应模块的距离小于预设距离时，控制模块判断人体感应模块附近一定范围内存在人体。

优选的，所述预设距离为1米。

优选的，所述人体感应模块为红外感应模块。

优选的，所述红外感应模块通过监测波长为8μm至12μm的红外线检测人体。

优选的，所述人体感应模块为图像感应模块。

优选的，还包括状态监测单元，所述状态监测单元连接人体感应模块，用于监测人体感应模块是否处于正常工作状态，当状态监测单元监测到人体感应模块未处于正常工作状态时，控制模块控制切割模块停止工作。

优选的，所述切割件相对其自身中心的最外侧到机身的外侧壁的最短距离小于30厘米。

优选的，所述切割模块包括由切割马达驱动旋转的输出轴，所述切割件连接在所述输出轴上，由所述输出轴带动旋转，所述输出轴偏心的设置于机身上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：当智能割草机附近存在人体时，智能割草机停止切割工作，降低了智能割草机误伤人类的可能，提高了安全性。

本发明还提供了一种智能割草机的控制方法，所述智能割草机用于在工作区域内自动行走和进行切割工作，智能割草机的控制方法包括以下步骤：提供一种人体感应模块，通过其监测人体感应模块附近一定范围内是否存在人体；当监测到人体感应模块附近一定范围内存在人体后，控制智能割草机停止切割工作。

优选的，还包括以下步骤：监控人体感应模块是否正常工作；当人体感应模块未处于正常工作状态时，控制智能割草机停止切割工作。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：当智能割草机附近存在人体时，该控制方法指令智能割草机停止切割工作，降低了智能割草机误伤人类的可能，提高了安全性。

附图说明

图1是本发明具体实施方式的自动工作系统示意图。

图2是本发明具体实施方式的智能割草机的整体示意图。

图3是本发明具体实施方式的智能割草机的模块图。

图4是本发明一种具体实施方式的智能割草机的底部示意图。

图5是本发明另一种具体实施方式的智能割草机的底部示意图。

图6是本发明具体实施方式的流程图。

图7是本发明的具有红外感应模块的智能割草机示意图。

图8是本发明的具有图像感应模块的智能割草机示意图。

1智能割草机          3边界                5停靠站

7工作区域            11机身               12外侧壁

13行走模块           15切割模块           17控制模块

19人体感应模块       191红外感应模块      192图像感应模块

20感应范围           21故障监测单元       23轮组

25切割件             10纵向中轴线

具体实施方式

以下结合附图详细叙述本发明的具体实施方式。

如图1，本具体实施方式的智能割草机1为自动工作系统的一部分。自动工作系统还包括边界3和停靠站5。其中边界3用于限制自动工作系统的工作区域7，智能割草机1在边界3之中行走并工作，停靠站5用于供智能割草机1停泊，尤其是供智能割草机1在能源不足时返回补充能量。

参照图2和图3，智能割草机1至少包括机身11、行走模块13、切割模块15、控制模块17、人体感应模块19。其中，行走模块13包括设置在机身11上的轮组23以及驱动轮组23的行走马达，具体形式在后描述。切割模块15至少包括直接切割草皮的切割件以及驱动切割件运动的切割马达，切割模块15的具体结构和设置方式将在后文详述。控制模块17电性连接行走模块13、切割模块17和其他控制智能割草机所需的部件或模块。人体感应模块19能够遥感识别其自身一定范围内人体。人体感应模块19与控制模块17之间通信，将含有自身一定范围内是否存在人体的信息发送给与控制模块17。除了上述模块，智能割草机1还包括供使用者操作的控制面板、电池包等电源模块、各种环境传感器，例如湿度传感器或温度传感器或加速度传感器或光线传感器等，这些部件均与控制模块电性连接。

智能割草机1还可以包括故障监测单元21。在本具体实施方式中，故障监测单元21同时连接控制模块17和人体感应模块19，用于监测人体感应模块19是否处于正常工作状态，并将人体感应模块19的工作状态信息传递给控制模块。需要指出，故障监测单元21的形式可以有多种，其可以为一个单独的检测电路，监控人体感应模块19的工作参数，如电压是否正常，信号传递是否正常，人体感应模块19中的监控外部人体的传感器是否故障等等；但其也可以为控制模块17中的一个逻辑块，通过分析人体感应模块19是否正常传递状态信号来判断人体感应模块19是否正常工作。其他本领域技术人员习知的故障监测单元21具体形式不再赘述。

行走模块13用于带动智能割草机1在工作区域7内行走，通常包括安装在智能割草机1上的轮组23和驱动轮组行走与转向的行走马达。轮组包括连接行走马达的驱动轮和主要起辅助支撑作用的辅助轮，优选的，在本发明的具体实施方式中，行走马达的数量为两个，分别连接于两个驱动轮上，辅助轮的数量为一个或两个，位于智能割草机1的前部，辅助轮没有连接行走马达，但会在支撑智能割草机1行走时被带动滚动行走，在本具体实施方式中，辅助轮有两个，位于智能割草机1的前部两侧。通过上述的结构设置，智能割草机1可以由控制模块17控制，灵活的在工作表面上行走和转向。在正常行走时，两个行走马达输出相同的转速，直接驱动或者通过如齿轮或皮带传递结构间接驱动智能割草机1移动，而辅助轮也跟随滚动；在转向时，两个行走马达输出不同的转速，智能割草机1会朝转速较低的驱动轮一侧、或方向对应为后退的驱动轮一侧转向。行走模块8还可以有其他的变化形式，在此不再赘述。

控制模块17用于控制智能割草机1自动的行走、工作、补充能量，按照既定的程序，或根据侦测到的环境执行相应的指令，是智能割草机1的核心部件。它执行的功能包括控制工作模块启动工作或停止，生成行走路径并控制行走模块8依照该路径行走，判断能量模块的电量并及时指令智能割草机1返回停靠站5并且自动对接充电，在本实施方式中，尤为重要的，当人体感应模块19检测到其附近一定范围内存在人体时，将指令切割模块15停止工作等等。

停靠站5通常位于界线3边或界线3上，和市电或其它电能提供系统连接，供智能割草机1返回充电，停靠站5上设有充电电极片，用于和智能割草机1的相应的电极片对接。

通过以上各个模块的配合，智能割草机1在由边界3围绕的工作区域7内巡航并进行割草工作，在正常状况下，智能割草机1直线行走，直到撞到界线3。若智能割草机1遇到边界3，它将转向折返回到工作区域7内继续直线行走，直到再次遇到边界3。通过上述的在边界3内不断折返的方式，覆盖全部工作区域7进行工作。当智能割草机1电量低至预设程度、或者发生其他情形需要返回停靠站5时，控制模块9控制智能割草机1寻找边界3，然后沿边界3行走，由于停靠站5位于边界3上，因此智能割草机1将沿着界线3走回停靠站5中，然后对接充电或停泊于停靠站5。

以下参照图2、图4、图5介绍智能割草机1的切割模块15的设置。

见图2，机身11具有外侧壁12，切割件25(图2中未示出)位于机身11的下方，机身11外侧壁12内。为了避免和草面产生太大的摩擦，影响行走效率，机身11的外侧壁12的最底端到轮组23的底端有一段间隔，这段间隔可能允许人类的脚向机身内伸入，产生潜在的受伤危险。同时，在本实施方式中，为了避免在工作区域7的边缘留下不能切割的部分，切割模块15的切割件25的相对自身中心的最外侧到外侧壁12的最短距离小于30厘米，优选的小于20厘米。

在本发明的一种实施方式中，切割件25的中心位于智能割草机1的纵向中轴线10(图2中未示出)上，这种设置方式相当于增加了切割件25的切割范围。

见图4，在本发明的另一种实施方式中，以智能割草机1的物理前部所指的方向为前，则图中的纵向中轴线10左侧方向为相应为左，纵向中轴线10右侧方向为相应为右，智能割草机1后方向相应为后。切割模块15的切割件25具体为一个偏心的设置在机身11上的刀条，切割件25连接在被切割马达驱动旋转的输出轴上，并被输出轴带动同步旋转以切割草坪。该输出轴偏离智能割草机1的纵向中轴线10设置，即相对于机身偏心设置。这样，当切割件25旋转切割时，形成的切割区域靠近纵向中轴线10的一侧的外侧壁12而远离纵向中轴线10的另一侧的外侧壁12。优选的，该切割区域偏置于机身11的右侧，切割件25的最外侧到外侧壁12，到右侧外侧壁12的的最短距离短于30厘米，优选的短于20厘米。容易理解，因为智能割草机1只能够在工作区域7内行走和切割，且智能割草机1在切割时通常是向前行走的，因此，切割件25距离机身11的右外侧壁12越近，则能够切割到的边界3附近的草越多，因此，通过这样的设置，智能割草机1能够切割到距离边界3更近的草，但并没有增加切割能耗，也没有降低切割效率。

见图5，在本发明的另一种实施方式中，切割模块15的切割件25设有3个，成三角形形式布置在机身11下方，每个切割件25均连接到一个相应的输出轴上。第一个切割件25居中设置在机身11下的前方，位于纵向中轴线10上。而另外两个切割件25并排设置在第一个切割件25后，并且它们的输出轴分别偏心的设置在中轴线10的两侧。这样，居后的两个切割件25同样比常规的切割件25靠近智能割草机1纵向上的两侧。在进行切割时，能够切割到的边界3附近的草较多。

只要保证切割件25能够到达的最外侧距离外侧壁12的最短距离小于30厘米，切割件25的设置方式不局限于上述所列出的具体实施方式。例如，切割件25可以不由驱动轴直接驱动旋转，而是可自由旋转的设置在一个刀盘上。具体为，切割马达驱动驱动轴旋转，驱动轴驱动一个刀盘同步旋转，刀盘本身不能切割草坪，但其圆周上均匀设置有多个切割件安装部位，切割件25可自由旋转的装在其上，当刀盘高速旋转时，切割件25在离心力作用下切割草坪。

以上的设置方式虽然增大了智能割草机1的切割范围，能够有效切割边界3附近的草坪，但由于存在前述的外侧壁12底部到轮组23底端的间隔，人脚伸入机身11底部受伤的可能性也相应的增大了。

以下详述本发明具体实施方式中，智能割草机1涉及到避免上述潜在危险的相应工作流程和结构。

如图6，智能割草机1的工作流程如下。首先，进入开始步骤S0，该步骤内智能割草机1进行初始化等工作；开始步骤S0完成后，进入步骤S2，智能割草机1进行切割工作；在工作中，智能割草机1执行步骤S4，即判断人体感应模块19是否正常工作，具体为由控制模块17监测来自于故障监测单元21的信号，如果故障监测单元21发送了代表人体感应模块19处于非正常工作状态的信号，或者故障监测单元21未能正常发送信号到控制模块17，则流程转入步骤S8，智能割草机1停止切割工作，若故障监测单元21发送了代表人体感应模块19处于正常工作状态的信号，则流程转入步骤S6；在步骤S6中，判断人体感应模块19是否感应到附近一定范围内存在人体，具体由控制模块17监测来自于人体感应模块19的信号，若人体感应模块19发送了代表其附近一定范围内未发现人体的信号，则智能割草机1继续进行切割工作，若人体感应模块19发送了代表其附近一定范围内发现了人体的信号，则流程转入步骤S8，智能割草机1停止切割工作。

在上述流程中，步骤S4是可取消的，即智能割草机1在进行切割工作时，取消检测人体感应模块19的工作状态，而只检测人体感应模块19发送的信号，当信号代表机身一定距离内存在人体则停止切割，否则继续切割。

在上述流程中，智能割草机1停止切割工作后，可以同时停机，也可以转向离开人体，待检测到机身一定范围内没有人体后，继续开始切割。

以下介绍人体感应模块19的设置方式。

如图7，在本发明的一种可选的实施方式中，人体感应模块19具体为红外感应模块191，红外感应模块191能够感应其自身附近一定范围内的红外线。由于人体的体温范围大致在37℃左右，会发射出波长在10μm左右的红外线，当红外感应模块191感应到这种红外线后，即可判断其一定范围内存在人体。为了避免环境热源、室外阳光等干扰因素的影响，可以设定红外感应模块191在感应到波长在8μm到12μm之间红外线后，判断一定范围内存在人体。

红外感应模块191能监测其附近一定范围内是否存在人体，并将信息传递给控制模块17。即在本实施方式中所述的附近一定范围为红外感应模块191的监测范围，监测范围同时包括监测距离和监测角度。监测距离可以通过调节红外感应模块191的灵敏度来进行设置，当将红外感应模块191的灵敏度设置的较高时，则监测距离相应的较大，灵敏度设置的较低时，则监测距离相应的较小。在本实施方式的场景中，将红外感应模块191的监测距离设置在0.5米到2米之间比较合适，优选为1米，这样既能保证用户的安全，也不会带来过多的停机事件发生。需要指出，由于该实施方式中红外感应模块191不能精确测定距离，而是根据调节灵敏度来设定感应范围，因此红外感应模块191的感应距离并不是一个精确的值。

红外感应模块191监测角度之外的红外线并不能被其检测到。如图7，在本实施方式中，红外感应模块191设有两个，接收角均在150度左右，分别面向智能割草机1的左侧和右侧。因而当智能割草机1的左侧和右侧一定距离内存在人体时，红外感应模块191能够检测到并发送信号到控制模块17，而在正前方和正后方存在一定的检测死角。这样设置是因为智能割草机通常为长形，因此前方和后方的外侧壁12距离切割件25的最外侧的距离较大，已经足够保护人类的安全，而左右两侧的外侧壁12距离切割件25的距离较小，因而通过额外的人体感应模块19进一步的保护人类安全。

在其他的可选的实施方式中，红外感应模块191的数量可以为3个或4个，分布在机身11的外周，其监测角度叠加起来可以覆盖机身11周围的360度范围。

如图8，在本发明的又一可选实施方式中，人体感应模块为图像感应模块192，其包括一个含有CCD感光元件的摄像头。摄像头优选的设置在机身的顶部，能够监测智能割草机1附近的区域。在这种实施方式中，人体感应模块19将监控的信息传递给控制模块17，而由控制模块17经过计算判断人体感应模块19附近一定范围是否存在人体。当然，若图像感应模块192内置有单独的硬件控制模块，也可直接由图像感应模块192判断其附近一定范围内是否存在人体，并将结果传递给控制模块17。

摄像头的具体设置方式具有多种，如可以设置多个摄像头，分别监视几个子区域，也可仅设置一个广角摄像头，还可以设置可旋转的摄像头，通过摄像头自身转动来覆盖智能割草机1周围的待监测区域。

在一种可选实施方式中，图像感应模块192将拍摄的图像发送给控制模块17后，控制模块17提取该图像的特征值，如形状或步态、面部特征等，并和预设的人体特征模板，如形状特征模板，步态特征模板、面部特征模板等相比对，判断摄像头的监控区域内是否出现了人体。

因为摄像头的监控区域较广，因而，需要进一步判断监控区域内的人体是否处于人体感应模块附近一定范围，以避免智能割草机1失误停机。通常，该判断通过计算监控区域内的人体到人体感应模块的距离来实现，即当人体到人体感应模块的距离在预设范围内时，控制模块17控制切割模块停止切割工作，和前面的实施例类似，该距离在0.5至2米，优选在1米较为合适。如前所述的，距离计算可以由控制模块17根据人体感应模块19发送的信号来执行，也可以由人体感应模块19执行。

一种可选实施方式中，图像感应模块192选用3D摄像头，监控区域的各个部分均通过两个间隔一定距离设置的子摄像头进行拍摄，以通过3D成像技术获得监控区域的立体图像，进而判断人体距离图像感应模块192的距离。当人体到图像感应模块192的距离小于预设距离时，控制模块发送信号以通知控制模块17，控制模块17相应指令切割模块15停止工作，以此实现遥感检测图像感应模块192附近一定范围内是否存在人体。

可替代的，判断监控区域内的人体是否处于人体感应模块附近一定范围也可以不通过距离计算实现，例如，当图像感应模块192为普通摄像头时，控制模块17或图像感应模块192也可以简单通过近大远小的原则，大略判断人体是否位于图像感应模块192附近一定范围之内，进而相应控制切割模块15继续工作或停止工作。

Claims (11)

1.一种智能割草机，用于在工作区域内自动行走和进行切割工作，包括：

机身；

切割模块，包括切割马达和由所述切割马达驱动以进行切割工作的切割件，所述切割件位于机身下方，且位于机身的外侧壁内；

行走模块，包括行走马达和由所述行走马达驱动以带动智能割草机行走的轮组；

控制模块，电连接所述切割模块和所述行走模块，以控制所述切割模块和行走模块工作；其特征在于，还包括：

人体感应模块，与控制模块通信，用于监测人体感应模块附近一定范围内是否存在人体并将信息发送给控制模块，当监测到人体感应模块附近一定范围内存在人体后，控制模块控制切割模块停止工作。

2.根据权利要求1所述的智能割草机，其特征在于，所述人体感应模块或控制模块识别人体到人体感应模块的距离，当人体到人体感应模块的距离小于预设距离时，控制模块判断人体感应模块附近一定范围内存在人体。

3.根据权利要求2所述的智能割草机，其特征在于：所述预设距离为1米。

4.根据权利要求1所述的智能割草机，其特征在于，所述人体感应模块为红外感应模块。

5.根据权利要求4所述的智能割草机，其特征在于，所述红外感应模块通过监测波长为8μm至12μm的红外线检测人体。

6.根据权利要求1所述的智能割草机，其特征在于：所述人体感应模块为图像感应模块。

7.根据权利要求1所述的智能割草机，其特征在于：还包括状态监测单元，所述状态监测单元连接人体感应模块，用于监测人体感应模块是否处于正常工作状态，当状态监测单元监测到人体感应模块未处于正常工作状态时，控制模块控制切割模块停止工作。

8.根据权利要求1所述的智能割草机，其特征在于，所述切割件相对其自身中心的最外侧到机身的外侧壁的最短距离小于30厘米。

9.根据权利要求8所述的智能割草机，其特征在于：所述切割模块包括由切割马达驱动旋转的输出轴，所述切割件连接在所述输出轴上，由所述输出轴带动旋转，所述输出轴偏心的设置于机身上。

10.一种智能割草机的控制方法，所述智能割草机用于在工作区域内自动行走和进行切割工作，其特征在于，包括以下步骤：

提供一种人体感应模块，通过其监测人体感应模块附近一定范围内是否存在人体；

当监测到人体感应模块附近一定范围内存在人体后，控制智能割草机停止切割工作。

11.根据权利要求10所述的智能割草机的控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：

监控人体感应模块是否正常工作；

当人体感应模块未处于正常工作状态时，控制智能割草机停止切割工作。

Images