CN107404841B - 机器人作业工具的改善的抗冲击性 - Google Patents

Abstract

一种适于由设置在机器人作业工具(100)中的工具保持器(160)承载的工具(802)，该工具(802)包括狭缝(801；901)，狭缝被布置成接收用于将所述工具(802)附接到所述工具保持器(160)的销(804)，其中所述工具(802)能移动，这样使得销(804)可在狭缝(801；901)内移位，并且其中狭缝相对于工具的长度和宽度中的至少一个对称地位于工具(802)内。

Description

机器人作业工具的改善的抗冲击性

技术领域

本申请涉及将工具(诸如刀)紧固到机器人作业工具上。其特别涉及用于将旋转刀保持在机器人割草机上的紧固装置。

背景技术

传统上，割草机被用来切割花园中的草坪的草。在由马达操作的割草机上，旋转刀通常布置在割草机的马达下方。此旋转刀具有两个切割刃，它们在草坪上扫过以切割草。

当割草机移动到待切割的草上时，切割刀片有时会碰撞障碍物，例如岩石。在这种情况下，重要的是刀片不受损坏。硬化刀片不符合标准IEC 60335-2-107，因为它变脆，并且可能无法处理在没有制动的情况下来自被撞击的障碍物的冲击。使用较软的刀片将弯曲并且可以处理来自障碍物的冲击，但不会保持锋利。

在现有技术中，冲击的问题例如通过不同的紧固方法解决，其一个示例是将弹簧结合在结构中，其吸收来自冲击的能量并且保护切割刀片。

在US 8186135 B2中公开切割刀片布置的一个示例，该示例包括电动两轮割草、修剪和修边设备。旋转切割头部悬挂在轮的前方，电池设置在轮后面以作为切割头部的配重。电池下方的脚轮允许容易的机动性，并准许在角落修剪。切割头部包含金属切割刀片和细丝线二者，并且操作者基于要切割的叶子的类型选择他想要的切割工具。切割头部容易从水平旋转到竖直，允许设备用作边缘修剪器。

WO 1998057533 A1中公开现有技术切割刀片布置的另一个示例，该示例包括植物切割工具，诸如割灌机、割草机等，其包括用于安装在割灌机的旋转轴上的轮毂和经由枢轴链接安装到其上的刀片。在使用中，刀片由铆钉保持，具有扩大的偏心头部，其被接收在刀片中的锁眼形狭缝中。因此，可通过首先旋转刀片然后相对于轮毂平移刀片而在不使用工具的情况下无困难地移除刀片。刀片的宽度可朝向其远侧端部扩大，其以比切割圆的半径更小的半径呈辐射状。

US 8186135 B2中描述的结构包括用作阻尼器的弹簧。在WO 1998057533A1中，该结构包括若干接头和枢轴。结构包括的机械部件越多，则结构越脆弱。现有技术中描述的弹簧和枢轴导致较不坚固的结构。因此，需要与现有技术相比改善的切割刀片布置。

发明内容

本发明的目的是，通过提供一种关于机器人作业工具的工具，其结构耐用并且简单，来消除或减轻至少一些上述问题。

在一个方面，提供适于由设置在机器人作业工具中的工具保持器承载的工具。该工具包括狭缝，该狭缝被布置成接收用于将所述工具附接到所述工具保持器的销，其中所述工具是可移动的，这样使得销可在狭缝内移位，并且其中所述狭缝相对于工具的长度和宽度中的至少一个对称地位于工具内。

该工具比现有技术的工具更耐用，因为它可能远离障碍物，从而不被毁坏。

在第二方面，提供包括工具保持器和至少一个工具的机器人作业工具。

在第三方面，提供包括工具保持器和至少一个工具的机器人作业工具。

在第四方面，提供包括机器人作业工具的机器人作业工具系统。

所公开的实施例的其他特征和优点将从以下详细公开、从所附的从属权利要求以及附图中显现。通常，权利要求中使用的所有术语均应根据技术领域的普通含义进行解释，除非本文另有明确定义。所有对“一个(a)/一个(an)/该(the)【元件、设备、部件、装置、步骤等】”的引用被公开地解释为指代元件、设备、部件、装置、步骤等的至少一个实例，除非另有明确说明。除非明确说明，否则本文公开的任何方法的步骤不必以所公开的确切顺序执行。

附图的简要说明

将参考附图更详细地描述本发明，其中：

图1是根据本发明的一个实施例的机器人作业工具的示意图。

图2是根据本发明的一个实施例的机器人作业工具的示意图。

图3是根据本发明的一个实施例的机器人作业工具的零件的示意图。

图4是根据本发明的一个实施例的机器人作业工具的零件的示意图。

图5是根据本发明的一个实施例的机器人作业工具的零件的示意图。

图6是根据本发明的一个实施例的机器人作业工具的零件的示意图。

图7是根据本发明的一个实施例的机器人作业工具的零件的示意图。

图8是根据本发明的一个实施例的机器人作业工具的零件的示意图。

图9是根据本发明的一个实施例的机器人作业工具的零件的示意图。

图10是根据本发明的一个实施例的机器人作业工具的零件的示意图。

图11是根据本发明的一个实施例的机器人作业工具的零件的示意图。

图12是根据本发明的一个实施例的机器人作业工具的零件的示意图。

图13是根据本发明的一个实施例的机器人作业工具的零件的示意图。

图14是根据本发明的一个实施例的机器人作业工具的零件的示意图。

图15是根据本发明的一个实施例的机器人作业工具的零件的示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述所公开的实施例，本发明的特定实施例在附图中示出。然而，本发明可以许多不同的形式实现，并且不应被解释为限于本文所提出的实施例；而是通过示例提供这些实施例，使得本公开将是彻底和完整的，并且将向本领域技术人员充分地传达本发明的范围。相同的数字自始至终表示相同的元件。

图1示出具有主体140和多个轮130的机器人作业工具100的示意图。在图1的示例性实施例中，机器人作业工具100具有四个轮130，两个前轮130’和两个后轮130”。至少一些车轮130可驱动地连接到至少一个电动马达150。应当注意，即使本文的描述集中在电动马达上，内燃机也可另选地或另外地与电动马达组合使用。

在图1的示例中，后轮130”各自连接到一个电动马达150。这允许彼此独立地驱动后轮130”，从而例如能够进行急转弯。

机器人作业工具100还包括控制器110。控制器110可以使用能够实现硬件功能的指令来实现，例如通过使用在通用或专用处理器中的可执行计算机程序指令来实现，该计算机程序指令可存储在将由这样的处理器执行的计算机可读存储介质(盘、内存等)120上。控制器110被配置为从内存120读取指令并且执行这些指令以控制机器人作业工具100的操作。控制器110可使用任何合适的公开可用的处理器或可编程逻辑电路(PLC)来实现。内存120可使用用于诸如ROM、RAM、SRAM、DRAM、FLASH、DDR、SDRAM或一些其他内存技术的计算机可读内存的任何普遍已知的技术来实现。

机器人作业工具100还可具有至少一个传感器170，在图1的示例中，存在布置成检测磁场(未示出)的两个传感器170。传感器连接到控制器110，并且控制器110被配置为处理从传感器170接收的任何信号。传感器信号可由磁场引起，而该磁场是由通过边界线传输的控制信号引起(关于充电站、控制信号和边界线的更多细节，参见下面参考图2的描述)。这使得控制器110能够确定机器人作业工具100是在由边界线包围的区域的内部还是外部。

控制器110连接到马达150，用于控制机器人作业工具100的推进，其使得机器人作业工具100能够在不离开区域的情况下服务被包围的区域。

机器人作业工具100还包括作业工具160，其可为割草设备，例如保持由切割机马达165驱动的一个或多个刀片的旋转主体160。切割机马达165连接到控制器110，这使得控制器110能够控制切割机马达165的操作。在一个实施例中，机器人作业工具100是割草机器人。机器人作业工具100也可为具有将会受益于减振布置的旋转作业工具的任何其他机器人作业工具。

机器人作业工具100还具有(至少)一个用于向马达150和切割机马达165提供电力的电池180。另选地或另外地，机器人作业工具可以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示出机器人作业工具系统200的示意图，该机器人作业工具系统200包括充电站210和布置成包围作业区域205的边界线250，作业区域205不一定是机器人作业工具系统200的一部分，机器人作业工具100应该在其中服务。充电站210具有在该实施例中耦接到两个充电板230的充电器220。充电板230布置成与机器人作业工具100的对应的充电板(未示出)配合，用于对机器人作业工具100的电池180充电。充电站210还具有或可耦接到信号发生器240，用于提供待通过边界线250传输的控制信号(未示出)。如本领域已知的，控制信号将在边界线250周围产生磁场，机器人作业工具100的传感器170将检测该磁场。随着机器人作业工具100(或更准确地说，传感器170)越过边界线250，磁场的方向将改变。因此，机器人作业工具100将能够确定已经越过边界线。任选地，充电站210还具有引导电缆，用于使机器人作业工具能够寻找充电站210的入口。

图3示出根据一个示例性实施例的旋转刀片保持器160的示意图。刀片保持器160包括盘300，并且适于安装到图1和图2的机器人作业工具100。应当注意，即使本文的描述集中在作为旋转刀片保持器的盘上，诸如两臂、三臂、四臂或五臂工具保持器的其他形式也是可能的。图4、图5和图6的描述将集中在此多臂旋转刀片保持器的一个臂上，但是应当注意，本文的教导可以相同的优势在任何形状的刀片保持器中使用，如椭圆形、十字形、杆形或矩形。盘300设置有两个狭缝301，用于将刀片(或可能的其他工具)302安装到其中。在图3中，狭缝302是半圆形的，但是应当注意的是，其他形式也是可能的，如参考图4、图5和图6将示出的。狭缝302的半径相对于盘300的旋转轴线305是不均匀的。在该实施例中，狭缝301的半径相对于位于狭缝301和盘300的旋转轴线305之间的假想中心点是均匀的。具有不均匀半径或到旋转轴线的距离的狭缝的其他示例是直狭缝，U形狭缝等。

在狭缝301中，工具302通过工具紧固装置304附接。在该示例性实施例中，工具由切割刀片302实现，而紧固装置通过销304实现。工具附接装置以下将被称为销，但是应当注意，也可使用其他形式(诸如螺栓、螺钉或螺柱)。还应当注意，尽管图3示出具有两个狭缝301和两个刀片302的刀片保持器300，但是本申请的教导也可与其他数量的狭缝301和刀片302一起使用。狭缝的延伸也可在不同的实施例之间变化。

刀片302被布置成当附接到刀片保持器300时能够围绕销304旋转，即刀片302将可旋转地附接到刀片保持器300。其也能够沿狭缝301移动。

狭缝的一个基本特征是其具有用于刀片的操作端部或位置，该操作位置307位于从狭缝302内到盘的旋转轴线305最长的距离处。另一个基本特征是狭缝302具有相对于从狭缝302到盘300的旋转轴线305的距离不均匀的延伸区。

这确保当盘300旋转时，向心力在从刀片保持器朝向操作位置307的径向向外方向上引导刀片302，但是当在刀片保持器300的旋转期间无意中击中物体时，刀片302将能够沿狭缝301朝向狭缝301的第二端部或位置306移动(并且还可以或者另选地围绕螺钉304旋转)。因此，刀片302允许远离被击中的物体并且也可能允许围绕销旋转。这会抑制刀片302和被击中物体之间的冲击。因此，可使刀片302和物体免于损坏。

由于图3中的狭缝301的曲率大于盘300的边缘的曲率，所以通过作用在刀片302上的向心力将刀片302推动到狭缝301的中间的位置307。当击中物体时，刀片302沿狭缝301移动到另一个位置306，并且最终通过向心力返回到狭缝301的中间的初始位置307。将工具附接装置304作为销或螺钉来实现的一个优点在于：可用新的螺钉或销替换所安装的螺钉或销。因此，磨损的螺钉或销可在毁坏之前被替换，这防止刀片302从刀片保持器300松开，这增加割草机的安全性。然而，其他替代的工具附接装置304可在本发明的概念内实现，例如，旋钮、螺栓或螺柱。即使在图3中刀片保持器300被示出为盘，但是概念不限于此，设计者可以自由地在所公开的概念内不同地实现刀片保持器300，例如作为椭圆形、多边形，或作为臂(如上所述)，具有合适数量的狭缝301和工具302。

图4、图5和图6示出刀片保持器160的其他示例性实施例的示意图，刀片302附接到刀片保持器160。在这些图中，狭缝具有四分之一圆形401(图4)、对角线放置的矩形501(图5)和完全的圆形601(图6)的形状。这些都允许刀片或其他工具302远离被击中的物体移动以及旋转，从而减少工具和被击中物体之间的冲击。图7是图6中的实施例的侧视图，示出圆形路径601，刀片302能够沿其移动。利用该布置，刀片302能够围绕销404并围绕圆形狭缝601旋转。

图8示出根据另一个示例性实施例的诸如刀片保持器160的工具保持器的示意图。工具保持器160包括适于安装到机器人作业工具100的盘800。在其他实施例中，刀片保持器160可具有其他形状，诸如椭圆形、十字形、杆形或矩形。通过紧固装置804(诸如销、螺钉或用于将工具附接到盘的其他附接装置)，设置有狭缝801的工具802附接到盘800。为了说明的目的，工具802的一个端部803在图8中被标记，以便指示工具802取向的方式。在图9、图10和图11中示出具有刀片802的相同的刀片保持器800。在该示例性实施例中，紧固装置由销804实现。附接装置以下将被称为销，但是应当注意，也可使用其他形式(诸如螺钉或螺栓)。还应当注意，尽管图8示出具有一个刀片802的刀片保持器800，但是本申请的教导也可与其他数量的刀片802一起使用。刀片802中的狭缝801在这里被实现为具有圆形角的矩形，但它也可具有不同形状，例如具有尖角的矩形或椭圆形。狭缝801在这里实现为对称地放置在刀片802内，但其也可不同地放置。如图12所示，刀片802包括狭缝901，其相对于x轴线(x指示刀片的长度)不对称地放置在刀片802内，而相对于y轴线(y指示刀片的宽度)对称地放置。该刀片802能够旋转并折回，并且其将返回到其初始位置。然而，由于结合图8、图9、图10和图11描述的刀片802能够转动180度并保持该位置，所以刀片802将不会返回到其初始位置。因此狭缝901可相对于x轴线不对称地放置。其也可为不对称的形状，只要刀片802可以自由移动，并且不造成结构的平衡问题。

现在再次参考图8、图9、图10和图11，当附接到盘800时，刀片802将能够围绕销804旋转，即刀片802将可旋转地附接到盘800。它也将能够移动，使得销804在狭缝801内移位。通常在操作期间，即当刀片保持器800旋转时，如图8所示，向心力将从刀片保持器800径向向外引导刀片802，但是在刀片保持器800旋转期间，当无意中击中物体810时，刀片802将能够围绕销旋转并且同时移动，使得销在狭缝801内移位。由此，可使刀片802和物体810免于损坏。将结合图9、图10和图11更详细地描述。

将工具附接装置804实现为螺钉的一个优点在于，安装的螺钉804可以被新的螺钉替换。因此，磨损的螺钉804可以在毁坏之前被更换，这防止工具802从刀片保持器800松开，增加割草机的安全性。然而，其他替代的工具附接装置804可在本发明的概念内实现，例如，旋钮或销。即使在图8、图9、图10和图11中刀片保持器800被示出为盘，但是概念不限于此，设计者可以自由地在所公开的概念内不同地实现刀片保持器800，例如作为椭圆形、多边形，或作为臂，具有合适数量的工具802和狭缝801。

图8、图9、图10和图11示意性地示出一系列击中物体810的刀片802。在图8中，刀片802将要撞击物体810。端部803朝向盘800的中心被引导，并且刀片802从盘800径向向外被引导。

进一步参考图9，刀片802已经击中物体810，它已经开始围绕螺钉804旋转，并且已经移动一段距离，使得销804已经在狭缝801内移位。因此，刀片802不再从盘800径向向外被引导。端部803现在离盘800的边缘更近。通过该旋转动作并且通过移动使得销804在狭缝801内移位，刀片802以平滑的方式避开物体810，减少物体和刀片之间的冲击，从而可能防止它们两者损坏。

在一个实施例中，刀片802能够进一步移动，使得销在狭缝的延伸内移位。以这种方式，刀片能够更有效地抑制物体和刀片之间的冲击，因为这防止像现有技术那样当刀片802以全圆形旋转时，刀片802从相反侧击中物体。

参考图10，工具已经围绕物体810旋转，并且端部803现在从盘800向外被引导。刀片802已经通过物体810。在图11中，刀片802已经完成旋转动作，并且再次处于其初始位置，从盘800径向向外被引导，但现在端部803向外。物体810和刀片802已经避免了损坏。当刀片802能够向外转动其任一短边时，两个切割刃被更对称地磨损，这导致刀片的寿命更长，这是有利的。

在图13、图14和图15中，示出结合图8、图9、图10和图11所述的相同的布置，但是是在刀片802以其短的端部击中障碍物810的情况下。应当注意，为了说明的目的，物体810和盘800之间的距离已被夸大。如图13所示，刀片802以其短边815击中物体810。如果刀片802没有狭缝801，则它将保持卡在该位置，楔入盘800和物体810之间，并且作业工具100将停止或更糟糕，刀片可以不受控制的方式毁坏并且可能从机器人作业工具抛出。但是，由于狭缝802，如图14所示，刀片可朝向盘800的中心向内移动，从而从物体810逃脱。图15示出当作业工具100已经通过物体810并且刀片802已经再次向外移动返回到其初始位置时的情况。如本文所述的刀片802的优点是：增加的机动可能性和以创造性的方式缓冲刀片802，这样使得如果它偶然击中物体，其不会损坏。

以上已经参考几个实施例主要描述了本发明。然而，如本领域技术人员容易理解的那样，在所附权利要求所限定的本发明的范围内，除上述公开的实施例外的其他实施例同样是可能的。

Claims (8)

1.一种适于由设置在机器人割草机(100)中的工具保持器(160)承载的机器人割草机刀片(802)，所述机器人割草机刀片(802)包括狭缝(801；901)，所述狭缝被布置成接收用于将所述机器人割草机刀片(802)附接到所述工具保持器(160)的销(804)，其特征在于，所述机器人割草机刀片(802)能移动，这样使得在所述机器人割草机刀片(802)能够围绕所述销转动的同时所述销(804)能在所述狭缝(801；901)内移位，并且其中所述狭缝相对于所述机器人割草机刀片的长度对称地位于所述机器人割草机刀片(802)内。

2.根据权利要求1所述的机器人割草机刀片(802)，其中所述狭缝(801；901)在形状上基本上为矩形。

3.根据权利要求2所述的机器人割草机刀片(802)，其中所述狭缝(801；901)在形状上基本上为具有圆角的矩形。

4.根据权利要求1所述的机器人割草机刀片(802)，其中所述狭缝(801；901)在形状上为椭圆形。

5.一种用于机器人割草机(100)的工具保持器(160)，该工具保持器承载至少一个机器人割草机刀片(802)，所述机器人割草机刀片(802)包括狭缝(801；901)，所述机器人割草机刀片(802)接收将所述机器人割草机刀片(802)附接到所述工具保持器(160)的销(804)，其特征在于，所述机器人割草机刀片(802)能移动，这样使得在所述机器人割草机刀片(802)能够围绕所述销转动的同时所述销(804)能在所述狭缝(801；901)内移位，并且其中所述狭缝相对于所述机器人割草机刀片的长度对称地位于所述机器人割草机刀片(802)内。

6.根据权利要求5所述的工具保持器(160)，该工具保持器具有以下形状之一：圆形、矩形、十字形、椭圆形、杆形、盘形，或者该工具保持器包括多个臂。

7.一种机器人割草机(100)，包括根据权利要求5或6所述的工具保持器(160)和至少一个根据权利要求1至4中任一项所述的机器人割草机刀片(802)。

8.一种机器人作业工具系统(200)，包括根据权利要求7所述的机器人割草机(100)。

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