CN109640618A - 高效切割系统 - Google Patents

Abstract

用于自主式割草机的高效切割系统提供多个刀片尖端切割半径，以实现更清洁的切割和更完整的割草。该系统包括旋转刀片盘(102)，旋转刀片盘设置在包括垂直支座的壳体(106)内。刀片盘包括位于刀片盘的中心(108)和刀片盘的圆周(114)之间的第一对切割刀片(134)，以及从第一对切割刀片径向向内定位的第二对切割刀片(136)。切割刀片以一定角度向下并远离刀片盘延伸。

Description

高效切割系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年6月24日提交的美国临时申请No.62/354,198的权益，其全部公开内容通过引用结合于此。

发明领域

本公开大体上涉及用于割草机的切割系统，并且特别地但非排他地涉及用于自主式割草机的高效切割系统。

背景技术

一般而言，电池供电的机器和工具在产生足够的功率以完全和有效地完成任务同时遵守尺寸、重量和成本限制时面临挑战。利用提供高扭矩力的传统内燃机可以容易地处理许多任务，然而，环境和经济问题正在增加对使用更安静、更清洁的电动马达的工具的需求。

传统的电池供电自主式割草机有时难以提供所需的性能，尤其是在遇到恶劣条件时，例如湿草或深草。这主要是由于难以产生足够的力来维持足够的刀片速度。

传统的自主式割草机试图通过以下方式来解决这个问题：选择性地安排割草和更频繁的割草，以每次移除较少的草叶；并且提供更大的电动马达，电动马达需要额外电池，并且在某些情况下，需要额外的电池充电时间。这些方法产生混合的结果，并且倾向于增加自主式割草机的磨损，并且对自主式割草机的尺寸、重量和成本产生负面影响。

发明内容

以下呈现简要总结，以便提供对本公开的一些方面的基本理解。该总结不是本公开的全面展现。其目的不是要识别关键/重要元素或描述本公开的范围。其唯一目的是以简化形式呈现本公开的一些概念，作为稍后呈现的更详细描述的序言。

在一个实施方式中，一种用于自主式割草机的高效切割系统包括至少一个刀片盘、第一对切割刀片和第二对切割刀片，所述刀片盘具有中心部分、顶侧、底侧和外圆周，所述第一对切割刀片可枢转地安装在所述刀片盘的底侧，且位于所述刀片盘的中心部分和圆周之间，并以一定角度远离所述刀片盘延伸，所述第二对切割刀片可枢转地安装在所述刀片盘的底侧，并且比所述第一对切割刀片更靠近所述中心部分，并且从所述刀片盘以一定角度延伸。

在一个实施方式中，一种用于自主式割草机的高效切割系统包括壳体、至少一个旋转刀片盘、第一对切割刀片和第二对切割刀片，所述壳体具有外圆周和开放下部，所述至少一个旋转刀片盘设置在所述壳体内并具有中心部分、顶侧、底侧和外围边缘，所述第一对切割刀片可枢转地固定到所述刀片盘的底侧，且位于所述刀片盘的中心部分和所述刀片盘的外围边缘之间，并以一定角度远离所述刀片盘延伸，所述第二对切割刀片可枢转地固定到所述刀片盘的底侧，所述第二对切割刀片径向向内并且从所述第一对切割刀片偏移，并且以一定角度远离所述刀片盘延伸。

为了实现前述和相关目的，结合以下描述和附图描述了本公开的某些说明性方面。然而，这些方面仅指示了可以采用本公开的原理的各种方式中的一些，并且本公开旨在包括所有这些方面及其等同物。当结合附图考虑时，从以下对本公开的详细描述，本公开的其他优点和特征将变得显而易见。

附图说明

本发明的特征及其优点在本发明的实施方式中具体说明，本发明的实施方式现在将通过示例的方式参考附图进行描述，其中：

图1A、1B、1C和1D是根据本公开的一些方面的用于自主式割草机的示例性高效切割系统的图示；

图2A、2B、2C和2D是根据本公开的一些方面的高效切割系统的示例性剖视图的图示；

图3A、3B、3C和3D是根据本公开的一个方面的示例性高效切割系统的图示；

图4A、4B、4C、4D、4E、4F、4G、4H、4I、4J和4K是根据本公开的一个方面的用于自主式割草机的高效切割系统的示例性刀片盘的图示；

图5A、5B、5C和5D是根据本公开的一个方面的用于自主式割草机的高效切割系统的示例性壳体的图示；

图6A、6B和6C是根据本公开的一个方面的用于高效切割系统的示例性壳体的图示；

图7A、7B、7C和7D是根据本公开的一个方面的用于高效切割系统的示例性壳体的图示；

图8A、8B、8C和8D是根据本公开的一个方面的用于自主式割草机的高效切割系统的示例性壳体的图示；

图9A、9B、9C和9D是根据本公开的一个方面的用于自主式割草机的高效切割系统的示例性壳体的图示；

图10A和10B是根据本公开的一个方面的包括示例性高效切割系统的示例性自主式割草机的图示；

图11是根据本公开的一个方面的包括示例性高效切割系统的自主式割草机的图示；和

图12A和12B是根据本公开的一些方面的包括示例性高效切割系统的自主式割草机的图示。

应该注意的是，所有附图都是示意性的而不是按比例绘制的。为了清楚起见和绘图方便，这些附图的部分的相对尺寸和比例被扩大或缩小。相同的附图标记一般被用于指代不同实施方式中相应的或类似的特征。因此，附图和说明书应该理解为实质上是说明性的，而非限制性的。

具体实施方式

公开了用于高效切割系统的系统、装置和操作方法的实施方式。在以下描述中，阐述了许多具体细节以提供对实施方式的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，可以在没有一个或多个具体细节的情况下或者利用其他方法、组件、材料等来实践本文描述的技术。在其他情况下，未详细示出或描述公知的结构、材料或操作以避免使某些方面模糊。

本说明书中对“一个实施方式”或“实施方式”的引用意味着在相关实施方式中描述的特定特征、结构或特性包括在本公开的至少一个实施方式中。因此，贯穿本说明书在各个地方出现的短语“在一个实施方式中”或“在实施方式中”不一定所有都指的是同一实施方式。此外，特定特征、结构或特性可以在一个或多个实施方式中以任何合适的方式组合。

如本文所用，术语“自主式割草机”是指自主机器人，或大多数任何执行各种任务和功能的自主装置或机器，包括割草、草坪维护、真空清洁、地板清扫等。

如本文所用，术语“盘”是指通常为圆形且相对扁平的构造的任何结构，并且可包括具有周边(perimeter)的结构，该周边在遵循大致圆形路径的同时也可由本文所示和所述的一个或多个直线或弯曲段构成。

此处出于描述目的，术语“上”、“下”、“顶部”、“底部”、“向上”、“向下”及其派生词应涉及如图2A-2C所示横截面图中定向的高效切割系统。

在一个实施方式中，用于自主式割草机的切割系统包括壳体、至少一个刀片盘、第一对切割刀片和第二对切割刀片，所述壳体包括开放下部，所述至少一个刀片盘设置在所述壳体内并具有中心部分、顶侧、底侧和外圆周，所述第一对切割刀片可枢转地安装到所述刀片盘的底侧、位于所述刀片盘的中心部分和所述刀片盘的圆周之间、并以一定角度远离所述刀片盘延伸，所述第二对切割刀片可枢转地安装到所述刀片盘的底侧、并且从所述第一对切割刀片径向向内并偏移、并且以一定角度远离所述刀片盘延伸。

参考图1A-图1D，示出了用于自主式割草机的切割系统100的示例性实施方式。切割系统100包括刀片盘102、可操作地连接到刀片盘102的多个刀片104、以及壳体106。在一个实施方式中，刀片盘102和壳体106由塑料材料形成，但是本领域普通技术人员应该理解，任何其他具有足够结构刚度并且能够承受由于其操作引起的磨损的材料都是可以接受的。

在一个实施方式中，刀片盘102是非平坦或非平面的构件，其具有大致圆形的碟形形状，其中碟形开关的开口向下。刀片盘102包括平面中心部分108、顶侧110、底侧112和外围边缘114。中心部分108是位于中心的基本上平坦且大致圆形的部分。中心部分108包括穿过其厚度形成的至少一个附接孔116。中心的基本上光滑的圆柱形部分形成套环109并提供不间断的区域，例如，以帮助与固定的刚性物体平滑接触。圆柱形区域不太可能卡在或固定在对接或充电站的凸起部分上或者工作表面上的其他凸起区域上。

刀片盘底侧112包括多个同心的圆形凸起部分122，圆形凸起部分122的半径从中心部分108向外增加。凸起部分122通过大致C形的弯曲部分124连接。刀片盘底面112可以包括多个大致C形的弯曲部分124，弯曲部分124在由中心部分108的底面限定的平面P1上方垂直延伸(如图2A中详细示出和描述)。

弯曲部分124由同心凸起部分122分开。外凸起区域形成刀片盘102的外围边缘114。同心凸起部分122大致延伸到平面P1。在一个实施方式中，刀片盘外围边缘114在平面P1下方垂直延伸，并且在凸起部分122下方。在另外的实施方式中，刀片盘外围边缘114延伸到平面P1，并且一直延伸到凸起部分122。弯曲部分124的曲率半径可以在实施方式之间变化，并且一些实施方式可以不包括弯曲部分124，但是部分124可以从中心部分108倾斜或以其他角度向下倾斜。

如图1A和1B所示，多个刀片安装凹槽126形成在刀片盘102的底面中。在一个实施方式中，刀片安装凹槽126包括大致矩形的凹入区域，该凹入区域具有沿着短边的相对侧壁以及一个朝向刀片盘外围边缘114定向的开放长边。第二长边包括侧壁并朝向刀片盘中心部分108定向。刀片安装凹槽126的第二长边包括通常位于刀片安装凹槽126的中点处的半圆形凸起部分133。刀片安装凹槽126包括用于接收刀片附接机构130的开口128。刀片104通过刀片附接机构130可枢转地固定到刀片盘112的底面，并至少部分位于刀片安装凹槽126内。

如图1C和1D所示，多个刀片安装凹槽126形成在刀片盘102的底面中，刀片安装凹槽126包括大致V形或楔形开口区域，该开口区域具有朝向刀片盘中心部分108的顶点或封闭端以及朝向刀片盘外围边缘114的较宽的开口端。刀片安装凹槽126包括大致平面的倾斜顶部区域132和相对的侧壁。刀片安装凹槽顶部区域包括用于接收刀片附接机构130的开口128。刀片104通过刀片附接机构130可枢转地固定到刀片盘112的底面，并至少部分地位于刀片安装凹槽126内。

当刀片104围绕附接机构130枢转时，刀片安装凹槽126的尺寸和形状允许刀片104的横向移动，例如摆动刀片运动。刀片104能够进行左右运动，例如在遇到物体或障碍物时。刀片安装凹槽126的侧壁可以用作止动件，允许刀片104以大约70度的弧度到180度的弧度枢转。在一个实施方式中，止动件定位成在大约中间长度处接触刀片104的切割边缘，在该中间长度处执行最小的草切割，以便保护刀片边缘的重要切割部分。本领域普通技术人员应该理解，尽管图1A-1D中所示的示例性实施方式包括能够横向移动的可枢转地安装的刀片104，但是也可以使用固定的一个或多个刀片。

刀片安装凹槽126的顶部区域132是朝向刀片盘外围边缘114向下倾斜的大致平面的倾斜表面。当安装时，刀片104以由刀片盘凹部126的顶部区域132确定的角度向下并远离刀片盘中心部分108延伸。刀片104相对于水平面以向下的角度保持就位。

在一个实施方式中，刀片104相对于水平面以约5度至45度的角度延伸。可以根据刀片104尖端长度和刀片附接机构130的高度确定最佳角度。在一个实施方式中，刀片104相对于水平面以约20度的角度延伸。在另一个实施方式中，刀片104以大约15度的角度从刀片盘的底面向下突出。

刀片104的向下角度有助于在割草期间刀片盘102的效率，并且减小由未切割的草叶刷在旋转刀片盘102、刀片104和刀片附接机构130上引起的旋转负载或阻力。刀片104的向下角度也已经显示出有效地减少了在刀片附接机构130的枢转区域上和周围积累的草和碎屑。

在一个实施方式中，并且如图1A-1D所示，第一对刀片盘凹槽126形成在刀片盘底面112中相对于彼此约180度的位置处，并且位于刀片盘中心部分108和刀片盘外围边缘114之间。第二对刀片盘凹槽126形成在刀片盘底面112中相对于彼此约180度的位置处，并且位于刀片盘中心部分108和第一对刀片盘凹槽126之间。第一对刀片盘凹槽126可以与第二对刀片盘凹槽126正交地定位。

在示例性实施方式中，高效切割系统包括利用刀片附接机构130可枢转地固定到刀片盘102的底面112的刀片104，并且刀片104至少部分地位于相应的刀片安装凹槽126内。刀片盘102包括至少第一对切割刀片134，它们围绕中心部分108彼此成180度对齐，刀片的尖端138在刀片旋转时形成圆形切割范围。彼此成180度对齐的第二对切割刀片136与第一对切割刀片134成90度，并且围绕相同的中心部分108旋转，第二切割刀片136的尖端138形成第二圆形切割范围。

示例性切割系统100包括第一对切割刀片和第二对切割刀片134、136，并且可包括固定到刀片盘102的任意数量的刀片104和/或刀片对134、136。可以容易地修改刀片104的数量和布置，以针对不同的刀片盘尺寸和应用优化刀片盘102的草切割质量。

刀片104可以经由刀片附接机构130固定到刀片盘102，刀片附接机构130还用作允许刀片104横向移动的枢转点。本领域普通技术人员应该理解，尽管所示和所述的一些示例性实施方式包括能够横向移动的可枢转地安装的刀片104，但是也可以使用固定的刀片。

在一个实施方式中，每个刀片104形成为大致扁平的矩形构件，其纵向边缘被锐化。刀片104可包括多个切割表面和用于将刀片104安装到刀片盘102的多个孔。例如，刀片104可以是双面的(reversible)和/或双向的(bidirectional)，例如，每个刀片104提供四个切割表面。当刀片切割表面已经磨损时，刀片104可以从刀片盘102上取下并翻转端部和/或翻转侧面，并重新连接到刀片盘102上。刀片104的相对侧切割边缘也可以通过反转旋转刀片盘102的方向来使用。周期性地反转旋转刀片盘102的方向还可以帮助最小化草剪切积聚趋势，并且可以产生碎屑清除效果，因为任何寄存的碎片都会受到从不同角度的新切割的草屑的影响。

在实施方式中，第一对切割刀片134相对于彼此以约180度固定到刀片盘112。第一对切割刀片134通常位于刀片盘102的中心部分108和刀片盘102的外围边缘114之间。第二对切割刀片136相对于彼此以约180度，并且相对于第一对切割刀片134以约90度固定到刀片盘112。第二对切割刀片136径向向内定位并且偏离第一对切割刀片134。

转到图2A-2D，提供了大致碗形的壳体106，其具有向下指向的外圆周140和开放下部142。壳体106在尺寸和形状上类似于刀片盘102，并且逐渐大于刀片盘102，使得刀片盘102可以嵌套在壳体106内部，例如很靠近壳体106。壳体106的外圆周140靠近刀片盘外围边缘114。

在一个实施方式中，壳体106的外圆周140基本上围绕刀片盘外围边缘114并且略微在其下方延伸。刀片盘的外围边缘114与壳体106的外圆周140之间的开口144最小化，以防止或减少壳体106和刀片盘102之间的草屑、灰尘和碎屑的循环和收集。在一个实施方式中，刀片盘102的外围边缘114与壳体106的外周140之间的开口144可为约2mm至约8mm。

如图2A-2C所示，刀片盘底侧112包括多个同心的圆形凸起部分122，圆形凸起部分122的半径从中心部分108向外增加。凸起部分122通过大致C形的弯曲部分连接。刀片盘底面112可包括多个大致C形的弯曲部分124，弯曲部分124在由中心部分108的底面限定的平面上方垂直延伸(由箭头P1表示)。

弯曲部分124由两个同心凸起部分122分开。外凸起区域形成刀片盘102的外围边缘114。如图2A所示，同心凸起部分122大致延伸到平面P1。刀片盘外围边缘114通常延伸到平面P1。在实施方式中，并且如图2A所示，同心凸起部分122大致延伸到平面P1。刀片盘外围边缘114通常延伸到平面P1。

参考图2B、2C和2D，为了说明刀片尖端对134、136之间的半径关系，示出了两个刀片盘组件102叠加并旋转大约90度。

在实施方式中，并且如图2B所示，平面P2可以由倾斜刀片尖端138的边缘限定。刀片盘外围边缘114垂直于平面P2延伸，并且在刀片盘102的凸起部分122和弯曲部分124的下方延伸。

弯曲部分124的曲率半径可以在实施方式之间变化，并且一些实施方式可以不包括弯曲部分124，并且部分124可以从中心部分108倾斜或以其他角度向下倾斜。

防护装置156可以安装到壳体106上并且定位在刀片盘102附近。多个刀片安装凹槽126形成在刀片盘102的底面中。刀片104通过刀片附接机构130可枢转地固定到刀片盘112的底面，且至少部分地位于刀片安装凹槽126内。倾斜的刀片尖端138有助于最小化刀片104、刀片盘102和壳体106上的切割草叶的堵塞和结块。

在一个示例中，自主式割草机500可以配置为支撑电动马达120和至少一个电池(未示出)。电动马达120包括输出轴或可旋转轴118，轴118延伸穿过壳体106，轴118在此处连接到刀片盘102的附接孔116。轴118构造成能够将刀片盘102连接到自主式割草机500，这使得轴118的旋转能够传递到刀片盘102。至少一个电池向电动马达120提供电力，然后电力转换为轴118的旋转运动和刀片盘102的旋转。

刀片盘102机械连接到电动马达120并且布置成提供高达约96.5米/秒的刀片尖端速度。应该理解，刀片盘102的设计可以扩展到更大或更小的需求。例如，较大的自主式割草机500可能需要较大的刀片盘102，或甚至多个较小的刀片盘102。当缩放设计时，可以计算刀片104的最佳数量与刀片盘104的直径之间的数学关系。

壳体106安装到自主式割草机500并且包括位于中心的孔146，孔146与刀片盘102上的附接孔116对齐。马达120的轴118延伸穿过壳体孔146并连接到刀片盘102。在操作中，当由马达120的轴118驱动的刀片盘102旋转时，壳体106保持静止。在一个实施方式中，壳体106包括一个或多个马达导向器147，马达导向器147用于保持马达120相对于壳体106和刀片盘102的一致的放置和间隔。

在一个实施方式中，切割系统100可以相对于水平面以一定角度安装到自主式割草机500。例如，切割系统100可以以与水平面成大约零到五度的向前向下的节距或角度安装。在一些方面，切割系统100的前侧以两度角安装，并且相对于水平面向下倾斜。也就是说，切割系统100被安装成使得壳体106的向前侧148和刀片盘102的相应部分成角度地向下并且比壳体106的后向侧更靠近地面。切割系统100的略微向下的节距可以帮助减少切割单元100的下侧上的切割草叶的堵塞和结块。切割系统100的略微向下的节距也有助于减小刀片盘102的后部与待切割的剩余草皮草之间的阻力。

参照图2A-2D，壳体106包括垂直支座152。垂直支座152可包括选择性加厚的区域，该区域在壳体106的期望位置提供强度。在一个实施方式中，垂直支座152包括壳体106的外部。垂直支座152提供足够的刚度以防止在施加外部压力时壳体106的移动或变形，从而根据适用的安全标准保持壳体106和刀片104之间的距离。垂直支座152的尺寸、形状、高度、厚度和位置可以配置成与包括支座504的相应割草机主体502一起工作(例如，如图10A-10B所示)。

如图2C和2D所示，已经被壳体106的向前侧148和/或割草机主体502的前缘向下推动的草叶倾向于在割草操作期间沿着大致弧形178在不同的点处站立或弹回。草叶倾向于站立的点受许多因素的影响，包括草的类型、未切割的草164的高度、草叶的水分含量、壳体相对于地面166的高度以及其他因素。在割草操作期间，草叶接触壳体106的前缘并被向前推动，如图2C所示。当草叶沿着弧形178站立时，在返回到垂直位置时，草叶被第一组刀片134在确立的切割平面168处切割。当草叶继续返回到基本垂直的位置时，草叶的在刀片对134的切割平面168上方延伸的任何部分被第二组刀片136切割。

在一个实施方式中，切割平面168由用户确定，例如，根据基于季节、草坪草类型和/或用户偏好的推荐指南，割草高度可能更高或更矮。

在一个实施方式中，刀片盘外围边缘114可以定位得尽可能低，而不会在草茎返回垂直时侵入平均草茎尖端的弧形178下方。弧形178可以至少部分地基于草茎164到壳体高度166的平均长度、切割平面168(即割草高度)和割草机地面速度。最小化刀片盘外围边缘114的高度有助于减少切割草茎的积聚。

参考图2D，第一对刀片和第二对刀片134、136提供多个半径的刀片尖端覆盖区域、或多个切割范围，例如切割平面168和切割圆平面170。多个半径刀片尖端覆盖区域有助于确保在第一对切割刀片134经过之后站立的草叶可以被第二对切割刀片136冲击。

刀片104相对于切割平面168以约5度至45度的角度174延伸。可以根据刀片104尖端长度和刀片附接机构130的高度确定最佳刀片角度174或刀片尖端节距。在一个实施方式中，刀片104相对于水平面以约20度的角度延伸。在另一个实施方式中，刀片104以大约15度的角度从刀片盘的底面向下突出。

刀片角度174或刀片尖端节距可以与尖端上方表面的一般角(general angle)一起工作。刀片尖端138可以与工作表面大致平行。这种布置提供了最佳的切割效果和防割草积聚的能力。刀片尖端138和工作表面之间的距离是刀片的旋转速度和切割圆的直径的函数。这允许草在要切割的区域上方升高一些并且最小化非草物体(例如，手指、障碍物)可以插入的深度，从而限制破坏潜力。

刀片附接机构130的高度176可以被配置为在切割平面168和切割圆平面170上方，从而最小化在附接机构130上草屑积聚的任何可能性，并且避免在附接机构130上捕获或钩住未切割的草叶，并减少附接机构特征130的磨损。

本领域普通技术人员应该理解，尽管图中所示的壳体106的示例性实施方式的部分包括各种厚度，但是壳体106的任何部分的厚度可以与所示的不同，壳体106的任何部分的局部区域可以具有与该部分的其余部分和/或其他部分不同的厚度。

如图3A-图3D所示，在一个实施方式中，壳体106包括基本上开放的结构，该结构具有向下指向的外圆周140。壳体106在尺寸和形状上类似于刀片盘102，并且逐渐大于刀片盘102，使得刀片盘102可以嵌套在壳体106内部，例如很靠近壳体106。壳体106的外圆周140靠近刀片盘外围边缘114。壳体106的开放结构促使草屑和其他碎屑从刀片盘102的顶侧110和壳体106之间的区域离开和排出，防止或最小化在壳体106和刀片盘102上和周围的草屑、灰尘和碎屑的捕获和累积。

当施加外部压力时，垂直支座152提供足够的刚度以防止自主式割草机500的周围主体502的移动或变形(如图10B所示)，从而保持周围主体502、壳体106和切割刀片104之间的距离106符合适用的安全标准。防护装置156可以安装在刀片盘102附近，并且构造成在刀片盘102旋转时防止接近刀片104的切割表面。

本领域普通技术人员应该理解，尽管例如在图中示出的刀片盘102的示例性实施方式示出了特定的刀片位置和刀片盘布置，但是可以使用其他刀片位置和布置。

转到图4A、图4C、图4E和图4G，刀片盘底侧112包括多个同心的圆形凸起部分122，圆形凸起部分122的半径从中心部分108向外增加。凸起部分122通过大致C形的弯曲部分连接。刀片盘底面112可包括多个大致C形的弯曲部分124，弯曲部分124在由中心部分108的底面限定的平面P1上方垂直延伸。

如图4B、图4D、图4F和图4H所示，刀片盘顶侧110包括多个同心的圆形凸起部分122，圆形凸起部分12通过大致C形的弯曲部分124连接，圆形凸起部分122的半径从中心部分108向外增加，并且对应于刀片盘面112的凸起部分122和弯曲部分124。

附接孔116构造成允许刀片盘102附接到电池供电的电动马达120的可旋转轴118，这允许轴的旋转被传递到刀片盘102。

第一对切割刀片和第二对切割刀片134、136安装到刀片盘102的底部112。第一对切割刀片和第二对切割刀片134、136相对于水平面以约5度至45度之间的角度远离刀片盘102的底面向下延伸。在一个实施方式中，第一对切割刀片和第二对切割刀片134、136的刀片104以基本相同的角度远离刀片盘112向下延伸。

在一个实施方式中，第一对刀片134的每个刀片104的尖端138位于刀片盘102的外周边缘114的内侧。在另一个实施方式中，第一对刀片134的每个刀片104的尖端138基本上与刀片盘102的外周边缘114一起向外延伸。在每种情况下，第二对刀片136比第一对刀片134更靠近刀片盘中心部分108向内定位。

刀片104的布置，即，安装在第一对刀片134的径向内侧的第二对刀片136、以及刀片盘102的构造，已经显示出提供了超过传统切割系统的意想不到的和有益的改进，这至少部分要归因于多半径刀片尖端覆盖区域和成角度的刀片安装。所公开的刀片盘102和刀片104的布置产生与通常具有更大功率要求的割草机同等水平的第一道割草性能。

当刀片盘102旋转时，空气径向向外移动穿过刀片盘102。被置换的空气引起向上移动的空气流。向上移动的空气流与在割草操作期间由刀片104撞击草茎引起的振动相结合，有助于向上提升待切割的草叶。

已经被割草机轮子或割草机主体502的前缘向下推动的草叶在割草操作期间倾向于在不同点处站立或回弹。第一对刀片和第二对刀片134、136提供多半径刀片尖端覆盖区域，或多个切割范围，这有助于确保在第一对切割刀片134经过之后站立的草叶可受到第二对切割刀片136的冲击。

与利用在单个半径处的单独的摆动刀片尖端的传统自主式割草机相比，多半径刀片尖端覆盖区域产生更宽的有效切割区域和更完全的切割。此外，与传统的自主式割草机相比，所公开的切割系统还显示出提供减小的边缘修剪距离。

至少部分地由于防护装置156、垂直支座152和/或支座504的功能，本发明公开的高效切割系统提供优越且减小的边缘修剪距离。传统的自动聚焦割草机通常包括布置于割草机中心的刀片，并且出于安全原因刀片远离割草机的边缘，例如，以防止对手、手指、脚的伤害或对障碍物的损坏。相反，本发明公开的高效切割系统包括提供更高的安全性和减小的边缘修剪距离的协同安全特征。

通过刀片盘102的尺寸、形状、位置和构造，特别是刀片盘底面112的构造(例如，凸起部分122，弯曲部分124)，以及刀片104的尺寸、形状、位置和取向，旋转刀片盘102对草叶的影响得到增强，这些都有助于提高切割系统的效率。

已经发现刀片盘102的构造，例如凸起部分122和弯曲部分124，可有效地最小化与草的接触，从而减小刀片盘112的底面上的阻力。

还发现刀片盘102的构造，例如凸起部分122和弯曲部分124，以及刀片104的布置，对于将已经切割的草茎引导出外围边缘114是有效的，因此，通过防止或最小化刀片104上和刀片104周围以及刀片盘112的底面上的割草的积累来减小阻力。

参考图4I，在一个实施方式中，多组切割刀片104安装到刀片盘102的底部112。两组或更多组径向偏移的切割刀片104可以固定到刀片盘的底侧，每组径向偏移的刀片围绕刀片盘中心部分108成角度地布置。在一个实施方式中，多个径向偏移的切割刀片固定到刀片盘的底侧并且围绕刀片盘中心部分成角度地布置。

参考图4B、图4D、图4F和图4H，在一个实施方式中，刀片盘102的顶侧110设置有多个突起160，例如，叶片、翅片、肋或沿刀片盘的顶侧110延伸并延伸到刀片盘102的顶侧110和壳体106之间的空间中的其他突起。在一个实施方式中，突起160延伸到刀片盘102的外围边缘114和壳体106的外圆周140之间的开口144中。突起160可以包括整体模制的翅片或沿刀片盘102的顶侧110的外凸起部分122径向延伸的薄的弯曲突起。在进一步的实施方式中，突起160沿着刀片盘102的顶部从中心部分108径向延伸到外围边缘114。

在一个实施方式中，壳体106可包括受保护的空气入口(未示出)，例如，通气管型或过滤开口，其允许空气进入而不携带任何碎屑或尘土。在操作期间，突起160促使空气流入受保护的空气入口以产生气帘，气帘从刀片盘102的中心部分108沿刀片盘102的顶侧110的周边向外和向下移动空气，并且促进草屑和其他碎屑从刀片盘102的顶侧110和壳体106的开放下部142之间的区域排出。

在其他实施方式中，除了翅片之外或代替翅片，突起160可包括柔性细丝、纤维或线状(thread)结构。突起160用于防止或最小化其间的草屑、尘土和碎屑的侵入，同时不干扰刀片盘102的旋转。突起160还可以通过移除或瓦解可能存在于刀片盘102和壳体106之间的草屑、尘土或碎屑的任何积聚来提供清洁功能。

参考图4J和图4K，第一对切割刀片和第二对切割刀片134、136相对于水平面以向下的角度保持就位。刀片104的向下角度有助于在割草期间提高刀片盘102的效率，并且减小由未切割的草叶刷在旋转刀片盘102和刀片104上引起的旋转负载或阻力。倾斜的刀片尖端138也有助于最小化刀片104、刀片盘102和壳体106上的切割草叶的堵塞和结块。刀片104的向下角度也已被证明可有效减少在刀片附接机构130的枢转区域上和周围积累的草和碎屑。

在一个实施方式中，刀片104相对于水平面以约5度至45度的角度延伸。在一个实施方式中，刀片104相对于水平面以约20度的角度延伸。在另一个实施方式中，刀片104以大约15度的角度从刀片盘的底面向下突出。

如图5A-图5D所示，壳体106的向前侧148在壳体106的相对端处设置有整体模制的拱形部分150，以用于在自主式割草机500前进穿过草坪时引导草叶向前移动。当割草机移动时，传统自主式割草机的外边缘倾向于将未切割的草叶推到旁边。被推到旁边的草刀片不与切割刀片接触，因此自主式割草机的有效切割宽度相应地变窄。

壳体106的拱形部分150沿向前方向而不是向每一侧来引导草叶，使得草叶与切割刀片104接触，并确保刀片104提供完全有效切割宽度的优点。

在图5A和图5C所示的实施方式中，壳体106的顶面设置有多个突起161，例如，叶片、翅片、肋或沿壳体106的顶侧延伸的其他突起。沿着壳体106的顶侧延伸的突起161可以增加壳体106的结构强度，并为垂直支座152提供额外的支撑。

在图5B和图5D所示的实施方式中，壳体106的底面设置有多个突起162，例如，叶片、翅片、肋或沿壳体106的底侧延伸并进入壳体106和高效切割系统100的刀片盘102之间的开口的其他突起。突起162可包括多个叶片、翅片、肋或沿壳体106的底部径向延伸(例如，从孔146朝向壳体106的外圆周140延伸)的其他薄的弯曲突起。在另一实施方式中，突起延伸到壳体106的外圆周140和刀片盘102的外围边缘114之间的开口中。

沿着壳体106的底侧延伸的突起162增加了壳体106的结构强度。在进一步的实施方式中，除了翅片或替代翅片，突起162还可以包括柔性细丝、纤维、刷子或线状结构。突起可以延伸到刀片盘102的外围边缘114和壳体106的外圆周140之间的开口144中。突起162可以用于防止或最小化其间的草屑、尘土和碎屑的侵入，同时不干扰刀片盘102的旋转。

图6A和图6B是示例性壳体106的俯视图。图6C是大致碗形的壳体106的顶部立体图。壳体106包括向下指向的外圆周140。壳体的向前侧148在壳体106的相对端处设置有整体模制的拱形部分150，以用于在自主式割草机500前进穿过草坪时向前引导草叶。

壳体106可以包括多个孔154，以用于安装防护装置156。例如，防护装置156可以邻近刀片盘102安装并且构造成在刀片盘102旋转时防止接近刀片104的切割表面。壳体106包括位于中心的孔146，孔146与刀片盘102上的附接孔116对齐。

图7A和图7C是大致碗形的壳体106的仰视立体图。图7B和图7D是壳体106的仰视图。壳体106包括向下指向的外圆周140和开放下部142。壳体106的开放下部142在尺寸和形状上与刀片盘102类似，并且逐渐大于刀片盘102，使得刀片盘102可以嵌套在壳体106内。

仍然参考图7A-图7D，壳体106的向前侧148在壳体106的相对端处设置有整体模制的拱形部分150，以用于在自主式割草机500前进穿过草坪时引导草叶向前移动。壳体106的拱形部分150沿向前方向而不是向每一侧来引导草叶，使得草叶与切割刀片104接触，并确保刀片104提供完全有效切割宽度的优点。

壳体106包括位于中心的孔146，孔146与刀片盘102上的附接孔116对齐。马达120的轴118延伸穿过壳体孔146并连接到刀片盘102。在操作中，当由马达120的轴118驱动的刀片盘102旋转时，壳体106保持静止。壳体106的开放下部142的底面设置有多个突起162，例如，叶片、翅片、肋或其他突起。

壳体106可包括多个孔154，以用于安装一个或多个防护装置156。例如，防护装置156可以利用邻近刀片盘102的孔154安装到壳体106上，并构造成在刀片盘102旋转时防止接近刀片104的切割表面。

防护装置156包括平行间隔的纵向杆或刚性线，其根据机器人割草机的适用安全规定防止肢体(例如，手指、拇指、脚趾、四肢)侵入切割刀片104的半径。防护装置156允许未切割的草叶接触切割刀片104，同时最小化由于草屑的累积造成的堵塞。

图8A和图8C是示例性壳体106的右侧视图。图8B和图8D是示例性壳体106的左侧视图。防护装置156可以安装到壳体106并且邻近刀片盘102定位。防护装置156可以在壳体106的外圆周140下方延伸。

图9A和图9C是示例性壳体106的后视图。图9B和图9D是示例性壳体106的前视图。壳体106包括向下指向的外圆周140。壳体106的向前侧148在相对的端部处设置有整体模制的拱形部分150。

如图10A、图10B和图11所示，高效切割系统100的实施方式形成为自主式割草机500，其中自主式割草机500包括主体502。一个或多个高效切割系统100可以位于自主式割草机的主体502下方，并且可由大多数任何合适的单个马达驱动或由多个马达驱动。在一个实施方式中，单个马达驱动高效切割系统100和自主式割草机500的轮子。例如，自主式割草机500和相关的高效切割系统100可以由单个电池供电的电动马达驱动。在另一个示例中，自主式割草机500和相关联的高效切割系统100均可由其自己的专用电动马达120驱动。

参考图10A和图10B，在一个实施方式中，自主式割草机主体502包括至少一个支座504或凸起区域。支座504可以与割草机主体502一体形成，或者支座504可以包括可拆卸地连接到割草机主体502的单独部分。支座504位于割草机主体的内部并且定位成与壳体106的垂直支座152对齐。当外部压力施加在割草机主体502的外部部分上时，例如，手、脚或障碍物压在割草机主体502上，支座504和壳体106的垂直支座152的对齐减少或防止割草机主体502的变形。在一个实施方式中，支座504与垂直支座152一起工作，以在自主式割草机的区域提供增加的安全性，在该区域中，刀片104最靠近割草机主体502的外部，并防止肢体(例如，手指、拇指、脚趾、四肢)或障碍物接触切割刀片104。

支座504的位置和尺寸可以使其沿着其长度与垂直支座152接触，使得从自主式割草机主体502的外部到切割刀片的距离对于大多数切割高度保持不变。也就是说，当调整切割高度，并且刀片盘进一步远离或靠近工作表面时，支座504和垂直支座152保持对齐并一起工作以提供足够的支撑和阻力，以防止或减少割草机主体502和壳体106的变形，并保持从自主式割草机500的外部到刀片104的切割半径的安全距离。

参考图12A和图12B，自主式割草机500可包括多个高效切割系统100，其中高效切割系统100相对于自主式割草机500的向前运动并排布置。在一个实施方式中，自主式割草机500包括割草机主体502以及相对于自主式割草机500的箭头A所示向前运动并排布置的高效切割系统100。

在其他实施方式中，自主式割草机500可包括以并排、前后、内联、偏移和/或交错结构布置的多个高效切割系统100，使得每个高效切割系统100的有效割草宽度至少部分地与自主式割草机500的相邻和/或另一个高效切割系统100的有效割草宽度重叠。每个高效切割系统100可以包括如图所示的刀片盘102和壳体106，或者多个刀片盘102可以容纳在单个适当比例的壳体106内。

已经公开了用于自主式割草机500的高效切割系统100的实施方式，例如，已经阐述了可替代的刀片和/或刀片盘配置、刀片位置以及刀片和/或刀片盘布置。通过刀片盘102的尺寸、形状、位置和构造，特别是刀片盘底面112的构造，以及刀片104的尺寸、形状、位置和定向，切割平面168、切割圆平面170、切割圆节距172、刀片尖端角度或节距174以及刀片尖端附接高度176，增强了旋转刀片盘102对草叶的影响，所有这些都有助于当前公开的高效切割系统。

在另一个实施方式中，高效切割系统100形成为手持工具(例如，典型的线式修剪器)的元件。在该示例中，防护装置可以围绕修剪器外壳的外部设置，使得刀片在修剪草时不能接触诸如栅栏柱、树干、建筑物基础等固定物体。

虽然已经描述了实施方式，但是应该理解，所公开的系统不限于此，并且可以在不脱离所公开的高效切割系统的情况下进行修改。高效切割系统的范围由所附权利要求限定，无论字面上或等同的，在权利要求的含义内的所有装置、过程和方法都应理解为包含在其中。

Claims (20)

1.一种用于自主式割草机的切割系统，包括：

壳体，所述壳体具有外圆周和开放下部，所述外圆周包括至少一个垂直支座；

至少一个旋转刀片盘，所述旋转刀片盘设置在所述壳体内并具有中心部分、顶侧、底侧和外围边缘；

第一对切割刀片，所述第一对切割刀片可枢转地固定在所述刀片盘的底侧，所述第一对切割刀片位于所述刀片盘的中心部分和所述刀片盘的外围边缘之间，并以一定角度远离所述刀片盘延伸；和

第二对切割刀片，所述第二对切割刀片可枢转地固定到所述刀片盘的底侧，并且所述第二对切割刀片从所述第一对切割刀片径向向内并偏移，并且以一定角度远离所述刀片盘延伸。

2.根据权利要求1所述的用于自主式割草机的切割系统，其中所述至少一个竖直支座包括所述壳体的所述外圆周的至少一部分的选择性加厚区域，并且其中所述竖直支座构造成与位于所述自主式割草机的主体的内表面上的至少一个支座对齐。

3.根据权利要求1或2所述的用于自主式割草机的切割系统，其中所述刀片盘的底侧包括通过弯曲部分连接的多个同心凸起区域。

4.根据权利要求3所述的用于自主式割草机的切割系统，其中所述弯曲部分在所述中心部分上方垂直延伸，并且所述外围边缘在所述同心凸起区域下方垂直延伸。

5.根据前述权利要求中任一项所述的用于自主式割草机的切割系统，其中所述壳体的外圆周以约2毫米至8毫米的距离基本上围绕所述刀片盘的外围边缘。

6.根据前述权利要求中任一项所述的用于自主式割草机的切割系统，其中所述壳体的外圆周和/或所述刀片盘的外围边缘包括跨越其间的距离的突起。

7.根据前述权利要求中任一项所述的用于自主式割草机的切割系统，所述刀片盘包括从所述刀片盘的顶侧延伸的多个突起。

8.根据前述权利要求中任一项所述的用于自主式割草机的切割系统，其中所述第一对切割刀片相对于彼此以约180度安装。

9.根据前述权利要求中任一项所述的用于自主式割草机的切割系统，其中所述第二对切割刀片相对于彼此以约180度的角度安装。

10.根据前述权利要求中任一项所述的用于自主式割草机的切割系统，其中所述第一对切割刀片和所述第二对切割刀片相对于彼此以约90度的角度安装。

11.一种用于自主式割草机的切割系统，包括：

壳体，所述壳体具有外圆周，其中所述外圆周包括至少一个垂直支座；

至少一个旋转刀片盘，所述旋转刀片盘设置在所述壳体内并具有中心部分、顶侧、底侧和外围边缘，其中所述刀片盘的底侧包括多个同心凸起区域，所述凸起区域由在所述中心部分上方垂直延伸的弯曲部分连接，并且其中所述外围边缘在所述同心凸起区域下方垂直延伸；

第一对切割刀片，所述第一对切割刀片可枢转地固定到所述刀片盘的底侧并以一定角度远离所述刀片盘延伸；和

第二对切割刀片，所述第二对切割刀片可枢转地固定到所述刀片盘的底侧并以一定角度远离所述刀片盘延伸。

12.根据权利要求11所述的用于自主式割草机的切割系统，其中所述壳体的外圆周的至少一部分包括形成垂直支座的加厚区域，并且其中所述垂直支座构造成与位于所述自主式割草机的主体的内表面上的至少一个支座对齐。

13.根据权利要求11或12所述的用于自主式割草机的切割系统，其中所述壳体的外圆周以约2毫米至8毫米的距离基本上围绕所述刀片盘的外围边缘。

14.根据前述权利要求中任一项所述的用于自主式割草机的切割系统，其中所述第一对切割刀片和/或所述第二对切割刀片相对于水平面以约5度至45度的角度向下远离所述刀片盘的底侧延伸。

15.根据前述权利要求中任一项所述的用于自主式割草机的切割系统，其中所述第一对切割刀片和所述第二对切割刀片相对于水平面以约15度的角度向下远离所述刀片盘的底侧延伸。

16.根据前述权利要求中任一项所述的用于自主式割草机的切割系统，其中所述第一对切割刀片和所述第二对切割刀片以不同的向下角度远离所述刀片盘的底侧延伸。

17.根据前述权利要求中任一项所述的用于自主式割草机的切割系统，包括：

防护装置，所述防护装置安装在所述壳体上并适于防止接近所述第一对切割刀片和所述第二对切割刀片，其中所述防护装置位于所述刀片盘的底侧的至少一部分下方并与其相邻。

18.根据权利要求17所述的用于自主式割草机的切割系统，其中所述垂直支座位于所述防护装置附近。

19.根据权利要求17或18所述的用于自主式割草机的切割系统，其中所述防护装置包括多个间隔开的平行结构，所述多个间隔开的平行结构构造成防止其间的肢体侵入。

20.根据前述权利要求中任一项所述的用于自主式割草机的切割系统，其中所述刀片盘机械地连接到马达并且布置成提供高达约96米/秒的刀片尖端速度。