CN108073179A - 自移动设备及自移动设备的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自移动设备和自移动设备的控制方法，自移动设备包括移动模块、控制模块和调节装置，移动模块包括履带，由驱动马达驱动以带动自移动设备移动；控制模块控制调节装置调节履带的接地长度，使得自移动设备转向时履带的接地长度，小于自移动设备直线移动时履带的接地长度。自移动设备的控制方法包括步骤：控制自移动设备转向前，控制减小履带的接地长度；控制自移动设备完成转向后，控制增大履带的接地长度。本自移动设备中，由于在转向时履带接地长度较小，履带与草坪的接触面积较小，可减少履带对草坪的损伤，还可以减小自移动设备的最小转弯半径，提高机器的通过性，同时还能减小马达的驱动力。

Description

自移动设备及自移动设备的控制方法

技术领域

本发明涉及动力工具技术领域，特别涉及一种自移动设备及自移动的控制方法。

背景技术

一种割草机采用履带作为行走机构，履带式行走机构包括驱动轮、导向轮和包覆驱动轮和导向轮的履带。通常，这种履带式行走机构的驱动轮和导向轮之间的履带接地。这种履带式行走机构存在以下缺陷：1、以较小转弯半径转弯时，履带容易磨草，破坏草坪；2、最小转弯半径较大，通过性较差；3、转弯时驱动扭矩较大。

发明内容

基于此，有必要提供一种转弯时对草坪损伤较小、通过性较好的自移动设备。

还有必要提供一种自移动设备的控制方法。

一种履带式自动行走设备，包括移动模块、控制模块和调节装置，所述移动模块包括履带，由驱动马达驱动以带动所述自移动设备移动；所述控制模块控制所述调节装置调节所述履带的接地长度，使得所述自移动设备转向时所述履带的接地长度，小于所述自移动设备直线移动时所述履带的接地长度。

本自移动设备中，由于在转向时履带接地长度较小，履带与草坪的接触面积较小，可减少履带对草坪的损伤，还可以减小自移动设备的最小转弯半径，提高机器的通过性，同时还能减小马达的驱动力。

在其中一实施例中，所述履带包括接地侧和与所述接地侧相对的远地侧，所述支重轮可在所述接地侧和所述远地侧之间移动，以使所述履带式自动行走设备可分别处于所述第一工作状态和所述第二工作状态。

在其中一实施例中，所述自移动设备直线移动时，所述控制模块控制所述履带的接地长度大于或等于300mm。

在其中一实施例中，所述自移动设备转向时，所述控制模块控制所述履带的接地长度小于300mm。

在其中一实施例中，所述控制模块控制所述移动模块带动所述自移动设备转向时的转向半径小于等于0.5m。

在其中一实施例中，所述控制模块控制所述移动模块带动所述自移动设备转向时的转向半径为零。

在其中一实施例中，所述移动模块包括轮组，所述履带绕设于所述轮组，所述轮组包括前轮和后轮，所述履带的接地长度为所述前轮与所述后轮在水平方向上的距离；所述调节装置包括水平调节机构，调节所述前轮与所述后轮在水平方向上的距离。

在其中一实施例中，所述移动模块包括轮组，所述履带绕设于所述轮组，所述轮组包括前轮和后轮，所述调节装置包括支重轮，所述支重轮位于所述前轮和所述后轮之间。

在其中一实施例中，所述自移动设备转向时，所述履带的接地长度小于或等于所述支重轮与所述前轮之间的距离，或者小于或等于所述支重轮与所述后轮之间的距离。

在其中一实施例中，所述自移动设备直线移动时，所述履带的接地长度为所述前轮与所述后轮在水平方向上的距离。

在其中一实施例中，所述调节装置包括升降机构，与所述支重轮连接，所述升降机构带动所述支重轮下降，以减小所述履带的接地长度；所述升降机构带动所述支重轮上升，以增大所述履带的接地长度。

在其中一实施例中，所述控制模块控制自移动设备转向前，控制所述升降机构带动所述支重轮下降；所述控制模块判断所述自移动设备完成转向后，控制所述升降机构带动所述支重轮上升。

在其中一实施例中，所述自移动设备的重心与所述支重轮的中心沿所述自移动设备的移动方向的距离小于或等于100mm。

在其中一实施例中，所述自移动设备的重心与所述支重轮的中心沿所述自移动设备的移动方向的距离为零。

在其中一实施例中，所述自移动设备为自动割草机。

一种自移动设备的控制方法，所述自移动设备包括履带，由驱动马达驱动以带动所述自移动设备移动，所述自移动设备的控制方法包括步骤：

控制所述自移动设备转向前，控制减小所述履带的接地长度；

控制所述自移动设备完成转向后，控制增大所述履带的接地长度。

在其中一实施例中，所述自移动设备包括轮组，所述履带绕设于所述轮组，所述轮组包括前轮和后轮，所述自移动设备还包括支重轮，所述支重轮位于所述前轮和所述后轮之间；所述自移动设备的控制方法包括步骤：

控制所述自移动设备转向前，控制所述支重轮下降以减小所述履带的接地长度；

控制所述自移动设备完成转向后，控制所述支重轮上升以增大所述履带的接地长度。

在其中一实施例中，所述自移动设备包括轮组，所述履带绕设于所述轮组，所述轮组包括前轮和后轮，所述履带的接地长度为所述前轮与所述后轮在水平方向上的距离；所述自移动设备的控制方法包括步骤：

控制所述自移动设备转向前，控制减小前轮与后轮在水平方向上的距离；

控制所述自移动设备完成转向后，控制增大前轮与后轮在水平方向上的距离。

附图说明

图1为本发明第一实施例的自移动设备的结构示意图；

图2为图1所示自移动设备直线移动时的示意图；及

图3为图1所示自移动设备转向时的示意图；

图4为图1所示自移动设备的控制模块的示意图；

图5为图1所示自移动设备转向时支重轮与前轮或后轮之间履带接地时的受力示意图；

图6为第二实施例的自移动设备直线移动时的示意图；

图7为图6所示自移动设备转向时的示意图；及

图8为本发明自移动设备的控制方法的流程示意图。

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两者之间的元件。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两者之间的元件。

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。

首先，需要说明的是，履带式自动行走设备由于能适用于恶劣的环境，广泛使用于挖掘机、起重机、坦克等重型机械中，也可适用于割草机，以适应高低起伏的草坪。对于挖掘机、起重机、坦克等重型机械而言，由于负载较大，为了保证机器的稳定性，通常尽量增大接地长度，目前行业内对于负载较小的割草机等动力工具中对履带式自动行走设备的要求并无相关研究。

请参阅图1至图3，本发明具体实施例中的自移动设备包括移动模块30、控制模块和调节装置80。移动模块30包括履带301和驱动马达，由驱动马达驱动以带动自移动设备移动。控制模块用于控制调节装置80调节履带301的接地长度，使得自移动设备转向时履带301的接地长度，小于自移动设备直线移动时履带301的接地长度。

本自移动设备中，由于在转向时履带接地长度较小，履带301与草坪的接触面积较小，可减少履带301对草坪的损伤，还可以减小自移动设备的最小转弯半径，提高机器的通过性，同时根据公式履带转向阻力矩M_μ＝μGL/4，其中，μ为转向阻力系数，G为机器重力，L为履带接地长度，可见履带接地长度越小，转向阻力矩越小，对应的自移动设备的驱动马达输出功率越小，因此减小履带接地长度还能减小驱动马达的驱动力。

本实施例中，自移动设备在直线移动时，控制模块控制履带301的接地长度大于或等于300mm。当自移动设备直线移动时的履带301的接地长度设置为300mm时，可保证自移动设备具有较好的爬坡、越障能力等。可以理解，自移动设备直线移动时候，履带301的接地长度可为300mm、350mm、400mm、450mm、500mm等，可根据实际需求设定。

本实施例中，自移动设备转向时，控制模块控制履带301的接地长度小于300mm。当自移动设备转向时的履带的接地长度小于300mm时，有利于驱动电机驱动自移动设备转向，同时可以将转向半径控制在0.5m以内。可以理解，自移动设备转向时，控制模块控制履带301的接地长度可为250mm、200mm、150mm、100mm等。

本实施例中，控制模块控制移动模块30带动自移动设备转向时的转向半径小于等于0.5m。具体地，控制模块控制移动模块带动自移动设备转向时的转向半径可为零。

在本发明的第一实施例中，移动模块30包括轮组，履带301绕设于轮组，轮组包括前轮302和后轮304，调节装置80包括支重轮306，支重轮306位于前轮302和后轮304之间。具体在本实施例中，前轮302为导向轮，后轮304为驱动轮。可以理解，调节装置80可包括一个、两个或两个以上的支重轮306。

在本实施例中，自移动设备转向时，履带301的接地长度小于或等于支重轮306与前轮302之间的距离，或者小于或等于支重轮306与后轮304之间的距离。具体地，当只有一个支重轮306时，支重轮306与后轮304之间履带301或支重轮306与前轮302之间的履带301接地；当有两个支重轮306时，两个支重轮306之间的履带301接地，也就是说自移动设备的履带的接地长度小于前轮302与后轮304之间的距离。

本实施例中，自移动设备直线移动时，履带301的接地长度为前轮302与后轮304在水平方向上的距离。

本实施例中，调节装置还包括升降机构，升降机构与支重轮306连接，并可带动支重轮下降，以减小履带301的接地长度；升降机构可带动支重轮306上升，以增大履带301的接地长度。具体地，履带301包括接地侧3012和与接地侧3012相对的远地侧3014。支重轮306可在接地侧3012和远地侧3014之间移动，以使自移动设备可分别处于转向和直线移动模式。需要说明的是，履带301的接地侧3012为靠近地面70的一侧，本实施例中为后轮304和前轮302之间并包覆支重轮306的部分。

当自移动设备转向时，自移动设备的履带的接地长度小于前轮302与后轮304之间的距离，也就是说支重轮306靠近接地侧3012的一侧与前轮302和后轮304分别位于前轮302与后轮304靠近接地侧3012的一侧的公切线的两侧。当自移动设备直线移动时，后轮304与前轮302之间的履带301接地，也就是说自移动设备的履带的接地长度等于前轮302与后轮304之间的距离，也就是支重轮306靠近接地侧3012的一侧的切线和前轮302与后轮304靠近接地侧3012的一侧的公切线重合。

本实施例中，自移动设备还包括车架10，移动模块30连接于车架10。自移动设备升降机构包括连接于车架10的升降驱动件802、推杆804、推杆支架806和支撑支重轮306的支重轮支架808，推杆804一部分连于推杆支架806，另一部分可由升降驱动件802驱动伸缩，支重轮支架808连接于推杆804可伸缩的一端，从而在升降驱动件802的驱动下可驱动支重轮306移动而升降。具体地，升降驱动件802可为电机。升降驱动组件还可包括连接于升降驱动件802和推杆804之间的传动机构，传动机构包括连接于升降驱动件的蜗轮和连接于蜗轮和推杆804之间的蜗杆，蜗杆与蜗轮啮合，从而在升降驱动件的转动下支重轮306可做直线移动。可以理解，传动机构也可以是丝杠螺母结构等其他结构。

本实施例中，请参阅图4，调节装置80还包括感测元件809，感测元件809用于感测自移动设备是否需要改变状态，控制装置20用于根据感测元件809感测的状态控制升降驱动件802，从而控制支重轮306的位置。具体地，感测元件809可为障碍感测传感器，当感测元件809感测到边界或有障碍物时，自移动设备需要转向，控制装置20可根据感测元件809感测的状态控制升降驱动件802启动，并控制支重轮306向远离履带301的远地侧3014的方向移动，以减小自移动设备的履带301的接地长度，转向完成后，控制装置20再控制升降驱动件802反向转动，从而控制支重轮306向靠近履带301的远地侧3014的方向移动，以增大自移动设备的履带301的接地长度。这样，自移动设备可根据行走环境的实际情况，适时改变其接地长度，既能保证正常行走时的稳定性，也能保证转向时不损伤草坪及良好的通过性，可极大地满足使用者的需求。可以理解，调节装置80也可根据其他实际需要自主转向，而不依赖于感测元件809的感测方可转向。

本实施例中，自移动设备的重心与支重轮306的中心沿所述自移动设备的移动方向的距离小于或等于100mm，使自移动设备的重心所在的竖直直线与支重轮306的中心所在的竖直直线相距一个较小的范围。这样，可利于自移动设备在转弯状态时在仅支重轮306接地时尽可能地保持机器平衡，尽可能地保持在仅支重轮306接地的线接触状态，即使不处于上述线接触状态也可使自移动设备对履带的压力集中在支重轮处，从支重轮至前轮(或后轮)的压力逐渐减小，因此此时磨草程度仍然较小。在另一实施例中，自移动设备的重心与支重轮306的中心沿所述自移动设备的移动方向的距离为零。为自移动设备在转向时尽量处于履带301与地面为线接触，优选地，自移动设备的重心所在的竖直直线与支重轮306的中心所在的竖直直线重合。具体地，自移动设备的重心所在的竖直直线与支重轮306的中心所在的竖直直线重合包括两种情况，一种是自移动设备的重心与支重轮306重合；另一种是支重轮306位于自移动设备的重心所在的竖直直线上。上述竖直直线是指与水平面垂直的方向。

当自移动设备转向时，可能存在两种情况，第一种情况是减小对草坪的损伤最为理想的状态，即仅支重轮306处的履带301接地，亦即履带301与地面为线接触，此时接触面积最小，对草坪损伤最小，此时自移动设备的转弯半径可为零，基本为原地转向；第二种情况是，当有一个支重轮306时，支重轮306与后轮304之间的接地侧3012一侧的履带301或支重轮306与前轮302之间的接地侧3082一侧的履带301接地，当有两个支重轮306时，两个支重轮306之间的接地侧3012一侧的履带301接地，也就是说自移动设备的履带的接地长度小于前轮302与后轮304之间的距离。磨草程度由履带的滑移量决定，滑移量越大，磨草越严重，而滑移量与履带的接地长度成正比，与自移动设备的转向半径成反比，因此，履带接地长度长时，须控制自移动设备的转向半径大于预设值。在上述第一种情况下，转向时的线接触是不稳定的，自移动设备可能前倾，即转换到上述第二种情况，虽然前轮接地，但由于自移动设备的重心与支重轮中心所在竖直直线重合或相距距离较小，压力集中在支重轮处或在支重轮附近，从支重轮至前轮的压力逐渐减小，因此此时磨草程度仍然较小，远小于压力在前轮与支重轮之间平均分布情况下的磨草程度；机器后倾的情况相同，具体压力分布请参阅图5。

本实施例中，自移动设备的后轮304和前轮302分别可转动连接于车架10的两相对端。

本实施例中，自移动设备还包括作业工具50，的作业工具50连接于车架10的底部。具体地，作业工具50为刀盘，自移动设备为自动割草机。

本实施例中，自移动设备还包括连接于作业工具50的作业电机，以驱动作业工具50运转。

本实施例中，自移动设备还包括机身90，车架10连接于机身90。

请参阅图6和图7，在本发明第二实施例中，移动模块30包括轮组，履带301绕设于轮组，轮组包括前轮302’和后轮304’，履带301的接地长度为前轮302’与后轮304’在水平方向上的距离；调节装置80包括水平调节机构，调节前轮302’与后轮304’在水平方向上的距离。

本实施例中，调节装置80还包括托轮306’，托轮306’位于前轮302’和后轮304’之间，自移动设备转向时，前轮302’和后轮304’之间的距离较小(见图7)，自移动设备直线移动时，前轮302’和后轮304’之间的距离较大(见图6)。

本实施例中，后轮304’可相对前轮302’水平移动地设置，水平调节机构与托轮306’连接，并可带动托轮306’上下移动，以带动后轮304’水平移动，从而调节前轮302’与后轮304’在水平方向上的距离。可以理解，也可设置为前轮302’可水平移动地设置。

请参阅图8，本发明还提供一种自移动设备的控制方法，自移动设备包括履带，由驱动马达驱动以带动自移动设备移动，该自移动设备的控制方法包括以下步骤：

S110：控制自移动设备转向前，控制减小所述履带的接地长度；

S130：控制自移动设备完成转向后，控制增大所述履带的接地长度。

在其中一实施例中，自移动设备包括轮组，履带301绕设于所述轮组，轮组包括前轮302和后轮304，自移动设备还包括支重轮306，支重轮306位于前轮302和后轮304之间，该自移动设备的控制方法还包括以下步骤：

控制自移动设备转向前，控制支重轮306下降以减小履带301的接地长度；

控制自移动设备完成转向后，控制支重轮306上升以增大履带301的接地长度。

在另一实施例中，自移动设备包括轮组，履带301’绕设于所述轮组，轮组包括前轮302’和后轮304’，履带301’的接地长度为前轮302’与后轮304’在水平方向上的距离；该自移动设备的控制方法包括步骤：

控制自移动设备转向前，控制减小前轮302’与后轮304’在水平方向上的距离；

控制自移动设备完成转向后，控制增大前轮302’与后轮304’在水平方向上的距离。

本实施例中，该自移动设备的控制方法还包括位于步骤S110之前的步骤：

感测自移动设备的行走环境并根据行走环境判断其是否需要转弯。

本实施例中，感测履带式自动行走设备30的行走环境并根据行走环境判断其是否需要转弯的步骤S100具体为：感测是否有障碍物，如果感测到有障碍物则判断需要转弯，如果感测没有障碍物则不需要转弯。

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 (17)

1.一种自移动设备，包括：

移动模块，所述移动模块包括履带，由驱动马达驱动以带动所述自移动设备移动；其特征在于，

所述自移动设备还包括控制模块和调节装置，所述控制模块控制所述调节装置调节所述履带的接地长度，使得所述自移动设备转向时所述履带的接地长度，小于所述自移动设备直线移动时所述履带的接地长度。

2.根据权利要求1所述的自移动设备，其特征在于，所述自移动设备直线移动时，所述控制模块控制所述履带的接地长度大于或等于300mm。

3.根据权利要求1所述的自移动设备，其特征在于，所述自移动设备转向时，所述控制模块控制所述履带的接地长度小于300mm。

4.根据权利要求1所述的自移动设备，其特征在于，所述控制模块控制所述移动模块带动所述自移动设备转向时的转向半径小于等于0.5m。

5.根据权利要求4所述的自移动设备，其特征在于，所述控制模块控制所述移动模块带动所述自移动设备转向时的转向半径为零。

6.根据权利要求1所述的自移动设备，其特征在于，所述移动模块包括轮组，所述履带绕设于所述轮组，所述轮组包括前轮和后轮，所述履带的接地长度为所述前轮与所述后轮在水平方向上的距离；

所述调节装置包括水平调节机构，调节所述前轮与所述后轮在水平方向上的距离。

7.根据权利要求1所述的自移动设备，其特征在于，所述移动模块包括轮组，所述履带绕设于所述轮组，所述轮组包括前轮和后轮，所述调节装置包括支重轮，所述支重轮位于所述前轮和所述后轮之间。

8.根据权利要求7所述的自移动设备，其特征在于，所述自移动设备转向时，所述履带的接地长度小于或等于所述支重轮与所述前轮之间的距离，或者小于或等于所述支重轮与所述后轮之间的距离。

9.根据权利要求7所述的自移动设备，其特征在于，所述自移动设备直线移动时，所述履带的接地长度为所述前轮与所述后轮在水平方向上的距离。

10.根据权利要求7所述的自移动设备，其特征在于，所述调节装置包括升降机构，与所述支重轮连接，所述升降机构带动所述支重轮下降，以减小所述履带的接地长度；所述升降机构带动所述支重轮上升，以增大所述履带的接地长度。

11.根据权利要求10所述的自移动设备，其特征在于，所述控制模块控制自移动设备转向前，控制所述升降机构带动所述支重轮下降；所述控制模块判断所述自移动设备完成转向后，控制所述升降机构带动所述支重轮上升。

12.根据权利要求7所述的移动设备，其特征在于，所述自移动设备的重心与所述支重轮的中心沿所述自移动设备的移动方向的距离小于或等于100mm。

13.根据权利要求12所述的移动设备，其特征在于，所述自移动设备的重心与所述支重轮的中心沿所述自移动设备的移动方向的距离为零。

14.根据权利要求1所述的移动设备，其特征在于，所述自移动设备为自动割草机。

15.一种自移动设备的控制方法，所述自移动设备包括履带，由驱动马达驱动以带动所述自移动设备移动，其特征在于，所述自移动设备的控制方法包括步骤：

控制所述自移动设备转向前，控制减小所述履带的接地长度；

控制所述自移动设备完成转向后，控制增大所述履带的接地长度。

16.根据权利要求15所述的自移动设备的控制方法，其特征在于，所述自移动设备包括轮组，所述履带绕设于所述轮组，所述轮组包括前轮和后轮，所述自移动设备还包括支重轮，所述支重轮位于所述前轮和所述后轮之间；所述自移动设备的控制方法包括步骤：

控制所述自移动设备转向前，控制所述支重轮下降以减小所述履带的接地长度；

控制所述自移动设备完成转向后，控制所述支重轮上升以增大所述履带的接地长度。

17.根据权利要求15所述的自移动设备的控制方法，其特征在于，所述自移动设备包括轮组，所述履带绕设于所述轮组，所述轮组包括前轮和后轮，所述履带的接地长度为所述前轮与所述后轮在水平方向上的距离；所述自移动设备的控制方法包括步骤：

控制所述自移动设备转向前，控制减小前轮与后轮在水平方向上的距离；

控制所述自移动设备完成转向后，控制增大前轮与后轮在水平方向上的距离。