CN105979767A - 所要求保护的发明涉及用于保持工具的板簧、工具、工具保持件、机器人工作工具以及机器人工作工具系统 - Google Patents

Abstract

一种机器人工作工具系统200包括机器人工作工具100，所述机器人工作工具100包括工具保持架160，该工具保持架例如为盘状、多边形的形式或包括多个臂，该工具保持架适于保持至少一个工具162并适于布置在机器人工作工具100中，工具保持架160包括至少一个工具附接装置164和至少一个弹簧附接装置160a、160b、160c，其中每个工具附接装置164均在工具保持架160的半径上被定位在相应弹簧附接装置160a、160b、160c外部。工具保持架160是圆盘形的、多边形的或包括至少一个转动臂，并为每个工具162配备有两个独立的附接装置。通过为工具保持架提供弹簧附接装置，板簧可附接至工具保持架，作为用于工具的另一附接装置，其能够快速转换工具。与图3一起公布。

Description

所要求保护的发明涉及用于保持工具的板簧、工具、工具保持 件、机器人工作工具以及机器人工作工具系统

技术领域

本申请涉及将工具，诸如刀具，紧固至机器人工作工具。具体地，本发明涉及用于将旋转刀具保持在机器人割草机上的紧固装置。

背景技术

传统地，割草机用于切割花园中的草坪的草。在由电动机操作的割草机上，旋转刀具通常布置在割草机的电动机下方。这样的旋转刀具具有两个切削刃，该切削刃在草坪上方扫过以切割草。

当代机器人割草机已经在现代园艺中流行。它们被构造为或多或少恒定地在草坪上操作，并且通常由太阳能电池板供电。为了使机器人割草机自动地且不断地行驶，它们要被设计有较轻的重量和小旋转质量。例如，一个单个大型旋转刀具会消耗过大能量。典型代替地，多个刀片安装在旋转盘上，例如沿盘的周缘每120度的三个刀片，并且该盘由塑料或任何其它轻质材料制成。刀片可通过固定元件(诸如螺钉)旋转地固定到盘。刀片设置有孔。通过穿过每个孔安装螺钉，刀片将可旋转地固定至盘，即，刀片将安装至盘，但可自由地围绕孔旋转。在刀片撞击物体的情况下，刀片会围绕螺钉转动，这样使得切削刃将转动远离物体。由此，切削刃会免受可能导致降锋利度的损坏。此外，无意地撞击物体可免于被切割。螺钉将被调节成使得与草秸秆的撞击不会产生刀片的转动。通常，由于割草机的持续操作，将不允许草生长过长且草的阻力会很小。

刀片在一定时间段后失去其锋利度且例如由于切割运动或在石头和沙子偶尔撞击后可被移除以进行更换。然后在移除固定螺钉之后移除用过的刀片。

然而，刀片的移除和新刀片的安装需要工具，例如螺丝刀、内六角扳手或扳手，且操作员需要在操作期间使用特定工具。刀片也需要进行适当调节，即，螺钉将被拧紧，使得刀片将通过与物体的意外接触但不是与草秸秆接触而转动。此外，机器人割草机可配备有相当大量的刀片，且因此进行刀片的更换可能耗时。

因此，需要对机器人割草机的刀片的更换的简化和高效过程。

发明内容

本申请的教导的目的是通过提供一种板簧来克服上面列出的问题，该板簧适于将工具保持到工具保持架，其中，所述工具保持架适于布置在机器人工作工具中。板簧包括：第一部分，其适于将板簧固定至工具保持架；以及第二部分，其适于将工具保持至所述工具保持架。中间部分将第一部分连接至第二部分。孔布置在第二部分的与工具保持架的工具附接装置的位置对应的位置处，使得当板簧的第二部分在远离工具保持架的方向上被拉动时，工具附接装置被暴露，且当板簧的第二部分被释放时，孔被拉动到工具附接装置的第一端之上。在一个实施例中，第一部分可适于通过工具保持架的弹簧附接装置被保持至工具保持架。板簧的第一部分可包括孔、凹槽和销中的至少一个。在一个实施例中，板簧可与工具保持架成一体且可在制造工具保持架期间例如通过层压安装至工具保持架。工具保持架可以是圆盘形的、多边形的，或形成为适于与多个工具附接装置一起旋转的一个或几个臂。

本申请的教导的目的还在于通过提供一种工具来克服上面列出的问题，该工具适于通过板簧保持至工具保持架。工具包括位于一位置上的孔，该位置使得当孔被拉动到工具保持架的工具附接装置的第一端之上并且工具在工具保持架的径向方向上被拉动时，工具附接装置的第一端将工具能枢转地附接至工具保持架。在一个实施例中，工具被实施为刀片。

本申请的教导的目的还在于通过提供一种工具保持架来克服上面列出的问题，该工具保持架适于保持至少一个工具并且还适于布置在机器人工作工具中。工具保持架包括至少一个工具附接装置和至少一个弹簧附接装置，其中，至少一个工具附接装置中的每个均沿工具保持架的周缘定位，并且至少一个弹簧附接装置中的相应一个被定位在工具保持架处，使得当板簧附接至至少一个弹簧附接装置中的相应一个时，板簧将工具保持至工具保持架。

本申请的教导的目的还在于通过提供包括根据上面定义的目的中的任一所述的工具保持架、至少一个工具和至少一个板簧的机器人工作工具来克服上面列出的问题。工具保持架布置在机器人工作工具的下表面处，使得当工具通过工具附接装置固定至工具保持架时，板簧被固定至工具保持架并保持工具，且机器人工作工具能够使工具在地面上方扫动。在一个实施例中，工具保持架是圆盘形的、多边形的，或实施为适于旋转的一个或多个臂，并通过多个工具附接装置和相应的弹簧附接装置提供。在另一实施例中，机器人工作工具是机器人割草机、农耕设备、真空吸尘器、地板清洁剂器、街道清扫器、除雪工具、高尔夫球猎犬型机器人、清洁机器人、扫叶机器人、叶收集机器人、扫雪机器人或扫雷机器人。

本申请的教导的目的还在于通过提供包括根据上面定义的目的中的任一所述的工具保持架的机器人工作工具系统来克服上面列出的问题。

本发明的发明人已经意识到，在本发明和有见地的推理之后，即由于盘的离心力将引导刀片在操作期间离开盘，使得刀片的切削刃切割草(即使它们在孔中的螺钉的周围暂时成角度)，相同离心力可用于将刀片保持在销周围的适当位置或延伸穿过刀片中的孔，这是因为离心力可用于推动刀片抵靠销。

通过下面的详细公开、所附从属权利要求以及附图将使所公开的实施例的其它特征和优点显而易见。通常，除非本文另有明确定义，否则权利要求中使用的所有术语将根据它们在技术领域中的普通含义来解释。除非明确说明，否则对“一个(a)/一个(a)/该(the)[元件、装置、组件、装置、步骤等]”的所有引用将被开放地解释为指的是元件、装置、组件、装置、步骤等中的至少一种情况。除非明确声明，否则本文所公开的任何方法的步骤不必以所公开的特定顺序进行。

附图说明

将通过示例性实施例的方式并参考附图更详细地描述解决方案，附图中：

图1是根据本文的教导的一个实施例的机器人工作工具的示意概览图；

图2是根据本文的教导的一个实施例的机器人工作工具系统的示意概览图；

图3是根据本文的教导的一个实施例的机器人工具的部件的示意图；和

图4是根据本文的教导的一个实施例的机器人工具的部件的示意图。

具体实施方式

现在将参考附图在下文中更充分地描述所公开的实施例，其中示出本发明的某些实施例。然而，本发明可以体现为许多不同形式且不应被解释为限于这里阐述的实施例；相反，这些实施例通过示例的方式来提供，使得本公开将是彻底的和完整的，并且将本发明的范围充分地传达至本领域技术人员。相同的标号指代相同的元件。

图1示出具有主体140和多个轮子130的机器人工作工具100的示意概览图。在图1的示例性实施例中，机器人工作工具100具有4个轮子130，两个前轮130'和两个后轮130”。至少一些轮子130被可驱动地连接到至少一个电动机150。应指出，即使这里的描述聚焦在电动机上，但内燃机可替代地或另外地可能与电动机组合使用。

在图1的实例中，后轮130”与每个电动机150相互连接。这允许彼此独立地驱动后轮130”，这例如可实现急转弯(steep turning)。

机器人工作工具100还包括控制器110。控制器110可使用指令来实施，该指令可例如通过在通用或专用处理器中使用可执行计算机程序指令(其可存储在计算机可读存储介质(磁盘、存储器等)120上以由这样的处理器来执行)来实现硬件功能。控制器110被配置为从存储器120读取指令并执行这些指令来控制机器人工作工具100的操作。控制器110可使用任何合适的且公开可用的处理器或可编程逻辑电路(PLC)来实施。存储器120可使用用于计算机可读存储器(诸如ROM、RAM、SRAM、DRAM、FLASH、DDR、SDRAM)的任何通常已知技术或一些其它存储器技术来实施。

机器人工作工具100还可具有至少一个传感器170，在图1的实例中，具有两个传感器170，该传感器布置为检测磁场(未示出)。传感器连接到控制器110且控制器110被配置为处理从传感器170接收的任何信号。传感器信号可由通过边界线发射的控制信号引起的磁场而引起(对于充电站、控制信号和边界线的更多细节，参见以下参考图2的描述)。这使控制器110能够确定机器人工作工具100是在边界线包围的区域的内部还是在其外部。

控制器110连接到电动机150以用于控制机器人工作工具100的推进，这使机器人工作工具100能够在不离开该区域的情况下对封闭区域服务。

机器人工作工具100还包括工作工具160，该工作工具可以是割草装置，诸如由切割器电机165驱动的旋转刀片160。切割器电机165连接到控制器110，这使控制器110能够控制切割器电机165的操作。在一个实施例中，机器人工作工具100是割草机器人。在一个实施例中，机器人工作工具100是农耕设备。在一个实施例中，机器人工作工具100是高尔夫球收集工具。

机器人工作工具100也可以是真空吸尘器、地板清洁器、街道清扫器、除雪工具、扫雷机器人或需要以有条理和系统或位置导向的方式在工作区中操作的任何其它机器人工作工具。

机器人工作工具100还具有(至少)一个电池180，以用于向电机150和切割器电机165提供电力。可替代地或额外地，机器人作业工具可具有用于向任何其它类型的发动机150供应燃料的燃料箱180。

图2示出了机器人工作工具系统200的示意图，该机器人工作工具系统包括充电站210和边界线250，该边界线布置为包围工作区205，工作区205不一定是机器人工作工具系统200的一部分，机器人工作工具100应在工作区中提供服务。充电站210具有耦接到(在本实施例中)两个充电板230的充电器220。充电板230被布置为与对机器人工作工具100的电池180充电的机器人工作工具100的对应充电板(未示出)配合。充电站210还具有或可耦接至信号发生器240，以用于提供待通过边界线250发送的控制信号(未示出)。如本领域中已知的，控制信号将在边界线250周围产生磁场，机器人工作工具100的传感器170将检测到该磁场。在机器人工作工具100(或更精确地，是传感器170)跨越边界线250时，磁场的方向会改变。因此，机器人工作工具100将能够确定出已经跨越边界线。可选地，充电站210还具有用于使机器人工作工具能够找到充电站210的入口的导引线缆260。

图3示出根据一个示例性实施例的工具保持架160的示意图。工具保持架160适于安装到机器人工作工具100并包括三个工具附接装置164和三个弹簧附接装置160a、160b、160c。应指出，虽然图3示出三个弹簧附接装置和三个工具附接装置，但本申请的教导也可与其它数量的弹簧附接装置和工具附接装置一起使用。工具保持架160是圆盘形的且工具附接装置164和弹簧附接装置160a、160b、160c成对地定位在工具保持架160上，使得每个工具附接装置164沿工具保持架160的半径定位在一个对应弹簧附接装置160a、160b、160c的外部。换言之，弹簧附接装置160a、160b、160c定位在比对应工具附接装置164更靠近工具保持架160的中心处。通过布置沿工具保持架160的周界均匀分布地设置工具附接装置164，旋转轴线在操作期间将较少受振动的影响且将实现工作工具100的更平滑运动。在本实施例中，工具附接装置164被实施为适于获得安装有相应螺钉或螺栓的工具保持架160中的螺纹孔。当工具162附接到工具保持架160时，工具162的孔被拉动到工具附接装置164的第一端之上(即，在螺钉或螺栓的头部之上)。工具附接装置在下文中将被称为螺钉，但应注意，也可使用其它形式(例如螺栓)。然后工具162在工具保持架160的半径的方向上被拉动。由此，螺钉的头部将工具162保持到工具保持架160，即，螺钉的头部将作为第一工具附接装置。

工具162当附接到工具保持架160时将能够围绕螺钉的轴线旋转，即，工具162将可枢转地附接至工具保持架(160)。通常情况下，在操作期间，离心力将工具162从工具保持架引导出来，但在工具保持架160的旋转期间与物体无意撞击时，工具将能够围绕螺钉的轴线旋转。由此，工具162和物体可免受损坏。作为螺纹孔实现的工具附接装置164的一个优点是安装的螺钉可由新螺钉来替换。由此，磨损的螺钉可在损坏之前被更换，这防止工具162从工具保持架160上松开并提高安全性。然而，其它替代工具附接装置164(例如旋钮或销)可代替来在本发明的概念内实施。

弹簧附接装置160a、160b、160c被布置为将板簧168接收并保持到工具保持架160。如在图中看出，弹簧附接装置160a、160b、160c可以几种方式来实施，例如，用于胶合160a、焊接或熔接160c的区域、狭槽160b、用于螺纹连接或铆接的孔等。可替换地，板簧168可与工具保持架160成一体。例如，当制造工具保持架160时，板簧168可通过层压、胶合或模制安装到工具保持架160。工具保持架或胶合物的材料然后形成弹簧附接装置160a、160b、160c。

当板簧168附接到工具保持架160时，它们将工具162保持到工具保持架160并用作第二工具附接装置，这将在下文中结合另一个示例性实施例一起进一步讨论。如上所述，“保持”在这里是指工具162可枢转地附接到工具保持架160，即，工具162保持在工具保持架160的位置处，但能够围绕工具162的轴线旋转。

应注意，即使上述工具保持架160包括三个工具附接装置和三个弹簧附接装置，但本发明概念不限于此。在实施工具保持架160时，设计者可选择任何适当数量的工具附接装置和弹簧附接装置。此外，弹簧附接装置160a、160b、160c在所公开概念内可替代地布置在工具保持架160上。例如，弹簧附接装置160a、160b、160c可放置在工具保持架160的旋转方向上的相应的工具附接装置164之前或之后。一个弹簧附接装置160a、160b、160c还可适于在工具保持架160的不同位置处附接两个工具162。例如，这种多个工具弹簧附接装置可布置在工具保持架160的两个从动工具附接装置164之间的位置处。

即使工具保持架160在图中被示为一个盘状件，但概念也不限于此，设计者可与适当数量的工具附接装置164自由地在所公开的概念内例如作为椭圆形、多边形，或作为臂而不同地实施工具保持架160。

图4a-b示出了根据一个示例性实施例的板簧168、工具162和工具保持架160的示意图。

板簧168包括三部分。板簧168的第一部分168a适于被固定到工具保持架160。板簧168的第二部分168c适于保持工具162抵靠工具保持架160。板簧168的中间部分168b连接第一部分168a和第二部分168c。工具附接装置164被实施为工具保持架160中的螺纹孔。图中进一步示出了引入螺纹孔中的螺钉。在引入时，螺钉的头部然后构成工具附接装置164的第一端164a。

图4a示出了当第二部分168c在远离工具保持架160的方向上被拉动时的情况。螺钉的头部然后被暴露，且可通过将工具162的孔162a拉动到螺钉的头部之上使工具162附接到工具保持架160。

图4b示出了当第二部分168c被释放并已返回到工具保持架160时的情况。此外，在图4a中示出工具162已经在沿工具保持架160的半径的方向上被从工具保持架160的中心拉出，使得工具162由螺钉的头部朝向工具保持架160的表面保持。换言之，孔162的中心与螺钉的轴线偏移一距离。如上所述，这可被看作是第一附接装置。当释放板簧168的第二端168c时，板簧168的孔168d被拉动到螺钉或螺栓的头部之上(即，工具附接装置164的第一端164a)，并由此获得朝向工具保持架160的工具162上的压紧力。压紧力的大小将足够大以实现在释放时板簧168的第二端168c弹回，但不会阻碍工具162枢转。当进行实践时，工具162不会过于邻接保持架160，而是将在其间具有小间隙，这有助于工具162的枢转。应注意，即使在本示例性实施例中，板簧168的第二端168c朝向工具保持架160对工具162施加压紧力，但设计者也可替换地在所公开概念内自由地实现第二端168c。例如，他/她可将板簧168实现为使得第二端168c压靠工具附接装置164，并且仅将工具162保持到工具保持架160。此外，当进行实践时且为了促进工具162的枢转，板簧168施加压紧力

如上所述，这可被看作是第二工具附接装置。通过向工具保持架160提供第一和第二工具附接装置，可实现工具附接的增加可靠性，这会引起机器人工作工具的安全操作。

在本实施例中，板簧168由例如弹簧钢的材料构成，这样使得中间部分168b是弹性的且使第二端168c能够在从工具保持架160的方向上被拉动，并且在释放时第二端168c返回到工具保持架160。

通过使工具162和板簧168两者设置有孔162a、168d，可在没有使用外部工具(例如，螺丝刀、内六角扳手、扳手等)的情况下更换工具162，且由此实现了工具162在机器人工作工具上的方便快速转换。应注意，在所公开概念内，设计者不限于形成板簧168的孔168d，相反，其它替代装置(诸如凹槽或凹部)可形成于板簧168中。然而，孔168d实现了其它优点：工具附接装置164将可用于在工具162的更换之后进行调节。此外，孔168d不限于圆形。在适当时，设计者可在概念内例如以椭圆形、方形、狭槽等替换地实现该孔。

已经参考几个实施例主要描述了本发明。然而，如本领域的技术人员很容易理解的，除上面公开的实施例之外的其它实施例同样可能在本发明的如由所附专利权利要求所限定的范围内。

Claims (15)

1.一种板簧(168)，所述板簧适于将工具(162)保持到工具保持架(160)，其中，所述工具保持架(160)适于布置在机器人工作工具(100)中，所述板簧(168)包括：

·第一部分(168a)，所述第一部分适于将所述板簧(168)固定至所述工具保持架(160)，

·第二部分(168c)，所述第二部分适于将所述工具(162)保持至所述工具保持架(160)，以及

·中间部分(168b)，所述中间部分将所述第一部分(168a)连接至所述第二部分(168c)，

其中，孔(168d)布置在所述第二部分(168c)的与所述工具保持架(160)的工具附接装置(164)的位置对应的位置处，使得当所述板簧(168)的所述第二部分(168c)在远离所述工具保持架(160)的方向上被拉动时，所述工具附接装置(164)被暴露出，且当所述板簧(168)的所述第二部分(168c)被释放时，所述孔(168d)被拉动到所述工具附接装置(164)的第一端(164a)之上。

2.根据权利要求1所述的板簧(168)，其中，所述中间部分(168c)和所述第二部分(168b)中的至少一个包括弹簧钢。

3.根据权利要求1或2所述的板簧(168)，其中，所述第一部分(168a)适于通过所述工具保持架(160)的弹簧附接装置(160a、160b、160c)被保持至所述工具保持架(160)，所述板簧(168)的所述第一部分(168a)包括孔、凹槽和销中的至少一个。

4.一种适于通过根据权利要求1至3中任一项所述的板簧(168)保持至工具保持架(160)的工具(162)，所述工具包括位于一位置上的孔(162a)，该位置使得当所述孔(162a)被拉动到所述工具保持架(160)的工具附接装置(164)的第一端之上并且所述工具在所述工具保持架(160)的径向方向上被拉动时，所述工具附接装置(164)的所述第一端164a将所述工具(162)能枢转地附接至所述工具保持架(160)。

5.根据权利要求4所述的工具(162)，其中，所述孔(162a)的直径大于所述工具附接装置(164)的所述第一端的直径。

6.根据权利要求4或5所述的工具(162)，所述工具被实施为刀片并包括至少一个切削刃。

7.一种适于保持至少一个工具(162)并适于布置在机器人工作工具(100)中的工具保持架(160)，所述工具保持架(160)包括至少一个工具附接装置(164)和至少一个弹簧附接装置(160a、160b、160c)，其中，至少一个所述工具附接装置(164)中的每个均沿所述工具保持架(160)的周缘定位，并且至少一个所述弹簧附接装置(160a、160b、160c)中的相应一个被定位在所述工具保持架(160)处，使得当板簧(168)附接至至少一个所述弹簧附接装置(160a、160b、160c)中的所述相应一个时，所述板簧将所述工具(162)保持至所述工具保持架(160)。

8.根据权利要求7所述的工具保持架(160)，其中，至少一个所述工具附接装置(164)被实施为适于接收螺钉或螺栓的螺纹孔，诸如当所述螺钉或螺栓被接收时，所述螺钉或螺栓的头部构成所述工具附接装置(164)的第一端。

9.根据权利要求7所述的工具保持架(160)，其中，至少一个所述工具附接装置(164)被实施为旋钮，其中，所述旋钮的头部构成所述工具附接装置(164)的第一端。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的工具保持架(160)，其中，至少一个所述弹簧附接装置(160a、160b、160c)被实施为凹口、狭槽和螺纹孔中的至少一个，并且其中，至少一个所述弹簧附接装置(160a、160b、160c)中的每个均适于接收和保持相应的所述板簧(168)的第一端。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的工具保持架(160)，其中，所述工具保持架(160)是圆盘形的并设置有多个所述工具附接装置(164)和相应的所述弹簧附接装置(160a、160b、160c)。

12.根据权利要求7至10中任一项所述的工具保持架(160)，其中，所述工具保持架(160)是多边形的并设置有多个所述工具附接装置(164)和相应的所述弹簧附接装置(160a、160b、160c)。

13.根据权利要求7至10中任一项所述的工具保持架(160)，其中，所述工具保持架(160)形成为适于围绕一轴线旋转的至少一个臂并设置有多个所述工具附接装置(164)和相应的所述弹簧附接装置(160a、160b、160c)。

14.一种包括根据权利要求6至10中任一项所述的工具保持架(160)、至少一个根据权利要求4至6中任一项所述的工具(162)和至少一个根据权利要求1至3中任一项所述的板簧(168)的机器人工作工具(100)，其中，所述工具保持架(160)布置在所述机器人工作工具(100)的下表面处，使得当所述工具(162)通过所述工具附接装置(164)固定至所述工具保持架(160)时，所述板簧(168)被固定至所述工具保持架(160)并保持所述工具(162)，所述机器人工作工具(100)能够使所述工具(162)在地面上方扫动。

15.一种机器人工作工具系统(200)，包括根据权利要求14所述的机器人工作工具(100)。