CN109892096A - 智能割草机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能割草机，包括：机器本体、控制器、驱动器以及一个电容传感器，其中，一个电容传感器设置在机器本体的下方，用于检测机器下方是否有草；一个电容传感器和驱动器分别与控制器连接，控制器用于当一个电容传感器检测到机器下方无草时，规划机器的行走方向；驱动器用于驱动机器按照所述行走方向行走并割草。通过在机器本体的下方设置单个电容传感器，以检测机器下方是否有草，当检测到无草时，则通过控制器规划机器的行走方向，并通过驱动器驱动机器按照行走方向行走并割草，从而无需布置边界线，实现智能割草机自动完成割草任务，且不会存在多个电容传感器导致相互干扰的问题。

Description

智能割草机

技术领域

本发明涉及智能设备技术领域，特别是涉及一种无需边界线的智能割草机。

背景技术

在对家庭庭院、公共绿地等场所进行草坪修剪时，通常需要用到智能割草机。目前市场上的智能割草机，在使用前一般需要通过人工提前在草坪周围布置边界线或者在智能割草机上安装多个电容传感器。通过布置边界线以限定智能割草机的工作区域，对于多个区域，则需要布置多个边界线才能使用智能割草机，其成本较高，且通过人工布置边界线费时费力，需要耗费大量的人力物力。而在智能割草机上安装多个电容传感器则容易导致电容传感器之间相互干扰，进而影响智能割草机作业。

发明内容

基于此，有必要针对目前智能割草机作业时需要借助于边界线或在机身上安装多个电容传感器导致相互干扰的问题，提供一种智能割草机。

一种智能割草机，包括：机器本体、控制器、驱动器以及一个电容传感器，所述一个电容传感器设置在机器本体的下方，所述一个电容传感器和驱动器分别与所述控制器连接，

所述一个电容传感器用于检测机器下方是否有草；

所述控制器用于当所述一个电容传感器检测到机器下方无草时，规划所述机器的行走方向；

所述驱动器用于驱动所述机器按照所述行走方向行走并割草。

在其中一个实施例中，还包括轮速传感器和惯性传感器，所述轮速传感器和惯性传感器分别与所述控制器连接，

所述惯性传感器用于获取所述机器的实时运行方向；

所述轮速传感器用于获取所述机器转动的距离；

所述控制器还用于根据所述机器的运行方向和转动的距离规划所述机器的行走方向。

在其中一个实施例中，规划所述机器的行走方向，具体为：

机器在初始时刻自初始位置前进，当电容传感器检测到机器下方无草时，控制器通过读取电容传感器输出的无草的信号，控制驱动器驱动机器后退并向某一方向转弯后前进，同时控制器进行计时，若电容传感器再次检测到无草时，则控制器停止计时，并将所计时长与预设时长进行比较，如果所计时长小于预设时长，则通过驱动器驱动机器后退至初始位置并朝与上次转弯相反的方向转弯前进。

在其中一个实施例中，还包括台阶检测部件和碰撞检测部件，所述台阶检测部件和碰撞检测部件分别与所述控制器连接，

所述台阶检测部件用于检测机器前方是否有台阶；

所述碰撞检测部件用于检测机器是否发生碰撞；

所述控制器还用于当所述台阶检测部件检测到机器前方有台阶或碰撞检测部件检测到机器发生碰撞时，重新规划所述机器的行走方向。

在其中一个实施例中，所述轮速传感器采用磁电式轮速传感器、霍尔式轮速传感器和码盘中的任一种。

在其中一个实施例中，所述惯性传感器包括加速度计、陀螺仪和地磁传感器件，其中，地磁传感器件用于获取机器的运行方向；陀螺仪用于获取机器的转弯角度；加速度计用于获取机器的加速度，以通过获取的机器的运行方向、转弯角度以及加速度确定机器的实时运行轨迹。

在其中一个实施例中，所述台阶检测部件包括设置在所述机器本体上的测距传感器或机械悬挂轮。

在其中一个实施例中，所述测距传感器采用激光测距传感器、超声测距传感器和红外测距传感器中的任一种。

在其中一个实施例中，所述机械悬挂轮包括悬挂轮、设置在所述悬挂轮上端的上盖以及设置在所述上盖外侧的传感器件，所述悬挂轮与所述上盖之间设置有弹簧。

在其中一个实施例中，所述传感器件采用霍尔传感器或红外对射传感器中的任一种。

在其中一个实施例中，所述碰撞检测部件包括轴向均匀分布在所述机器本体前轮内部的多个磁铁以及设置在所述前轮上部的霍尔传感器，每个磁铁与其相邻的磁铁摆放方向相反。

在其中一个实施例中，所述碰撞检测部件包括设置在所述机器本体上与机器本体相对浮动的外壳，所述外壳与所述机器本体之间通过弹性部件连接，所述外壳上设置有磁铁，所述机器本体的相应位置设置有霍尔传感器。

在其中一个实施例中，所述弹性部件采用弹簧或橡胶弹性柱。

采用上述本发明技术方案的有益效果是：通过在机器本体的下方设置单个电容传感器，以检测机器下方是否有草，当检测到无草时，则通过控制器规划机器的行走方向，并通过驱动器驱动机器按照行走方向行走并割草，从而无需布置边界线，实现智能割草机自动完成割草任务，且不会存在多个电容传感器导致相互干扰的问题。

附图说明

图1为一个实施例中智能割草机的结构示意图；

图2为一个实施例中智能割草机的结构示意图；

图3为一个实施例中智能割草机的结构示意图；

图4为一个实施例中智能割草机的结构示意图；

图5为一个实施例中智能割草机的结构示意图；

图6为一个实施例中智能割草机的结构示意图；

图7A为一个实施例中智能割草机的结构示意图；

图7B为一个实施例中智能割草机的结构示意图；

图8A为一个实施例中智能割草机的结构示意图；

图8B为一个实施例中智能割草机的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

100、机器本体；

101、控制器；

102、驱动器；

103、电容传感器；

301、轮速传感器；

302、惯性传感器；

401、台阶检测部件；

402、碰撞检测部件；

601、测距传感器；

701、悬挂轮；

702、上盖；

703、传感器件；

704、弹簧；

801、前轮；

802、磁铁；

803、第一霍尔传感器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

本发明实施例提供了一种智能割草机，如图1、图2所示，包括：机器本体100、控制器101、驱动器102以及一个电容传感器103，在本实施例中，一个电容传感器103设置在机器本体100的下方，所述一个电容传感器103和驱动器102分别与控制器103连接。在本实施例中，一个电容传感器103用于检测机器下方是否有草，其具体可以通过探测与该电容传感器103电极特性不同的导体和尽缘体，例如，当有物体靠近时即机器下方有草时，电极的电场就会发生改变，从而被判定为机器下方有草，而当机器下方没有草时，则电极的电场不会发生改变；控制器101用于当一个电容传感器103检测到机器下方无草时，规划机器的行走方向；驱动器102则用于驱动机器按照控制器101规划的行走方向行走并割草。

具体的，机器在初始时刻自初始位置前进，设置在机器本体100下方的一个电容传感器103检测机器下方是否有草，例如检测到有草时可以输出第一信号，检测到无草时可以输出第二信号。当检测到无草时，控制器101通过读取电容传感器输出的第二信号，并通过驱动器102驱动机器后退并向某一方向转弯后前进，同时进行计时。如果电容传感器再次检测到无草时，则控制器101停止计时，并将所计时长t与预设时长T进行比较，如果所计时长t小于预设时长T，则通过驱动器102驱动机器后退至初始位置并朝上次转弯相反的方向转弯前进，例如，若上次朝左边转弯，则本次退回后朝右边转弯，并重新计时。如果所计时长t大于预设时长T，则通过驱动器102驱动机器后退后随机转弯，并重新计时。

本发明实施例通过在机器本体的下方设置单个电容传感器，以检测机器下方是否有草，当检测到无草时，则通过控制器规划机器的行走方向，并通过驱动器驱动机器按照行走方向行走并割草，从而无需布置边界线，实现智能割草机自动完成割草任务，且不会存在现有技术中多个电容传感器导致相互干扰的问题。

在一个实施例中，如图3所示，该智能割草机还可以包括轮速传感器301和惯性传感器302，其中，轮速传感器301和惯性传感器302分别与控制器101连接。在本实施例中，惯性传感器302用于记录机器的实时运行方向；轮速传感器301用于记录机器转动的距离；控制器101则用于当电容传感器103检测到机器下方无草时，根据机器的运行方向和转动的距离规划机器的行走方向。

具体的，轮速传感器301可以采用磁电式轮速传感器、霍尔式轮速传感器和码盘中的任一种。惯性传感器302可以包括加速度计、陀螺仪和地磁传感器件。

在本实施例中，以轮速传感器采用码盘为例进行说明。机器在工作时，通过设置在机器本体100下方的一个电容传感器103检测机器下方是否有草，同时通过码盘和惯性传感器监测机器的运行轨迹。具体的，可以通过地磁传感器件获取机器的运行方向、通过陀螺仪获取其转弯角度，并通过加速度计获取其加速度，从而通过获取的机器的运行方向、转弯角度以及加速度以确定机器的实时运行轨迹，通过码盘获取在相应方向上轮子转动的距离(轮子转动的圈数)，从而得到机器的运行轨迹。当电容传感器检测到机器下方无草时，控制器则通过读取电容传感器输出的第二信号以及码盘和惯性传感器监测的机器在T1时间内的运行轨迹，并通过驱动器102驱动机器按原T1时间内的运动轨迹返回后改变运动方向。例如，假设机器在原T1时间内是向东行驶，且轮子转动了5圈，则检测到无草时，控制机器向西退回5圈，即退回到原点，并改变其运行方向，如继续向西行驶，或向南行驶，并在行驶过程中继续监测机器的运行轨迹。

在一个实施例中，如图4、图5所示，该智能割草机还包括台阶检测部件401和碰撞检测部件402，其中，台阶检测部件401和碰撞检测部件402分别与控制器101连接。在本实施例中，台阶检测部件401可以用于检测机器前方是否有台阶；碰撞检测部件402可以用于检测机器是否发生碰撞；控制器101则用于当台阶检测部件401检测到机器前方有台阶或碰撞检测部件402检测到机器发生碰撞时或电容传感器103检测到机器下方无草时，重新规划机器的行走方向。

在本实施例，设置在机器本体100下方的一个电容传感器103检测机器下方是否有草，台阶检测部件401则检测机器前方是否有台阶，碰撞检测部件402检测机器是否发生碰撞。控制器101则通过读取电容传感器、台阶检测部件以及碰撞检测部件输出的信号，如果检测到机器下方无草或机器前方有台阶或机器发生碰撞时，控制器则通过驱动器驱动机器后退并向某一方向转弯后前进，同时进行计时。如果电容传感器再次检测到无草时，或台阶检测部件再次检测到机器前方有台阶时，或碰撞检测部件再次检测到机器发生碰撞时，则控制器停止计时，并将所计时长t与预设时长T进行比较，如果所计时长t小于预设时长T，则通过驱动器驱动机器后退并朝上次转弯相反的方向转弯前进，例如，若上次朝左边转弯，则本次退回后朝右边转弯，并重新计时。如果所计时长t大于预设时长T，则通过驱动器驱动机器后退后随机转弯，并重新计时。

在一个实施例中，如图5所示，机器在工作时，通过设置在机器本体100下方的一个电容传感器103检测机器下方是否有草，通过台阶检测部件401检测机器前方是否有台阶，通过碰撞检测部件402检测机器是否发生碰撞。同时通过轮速传感器301和惯性传感器302监测机器的运行轨迹。具体的，可以通过地磁传感器件记录机器的实时运行方向，通过轮速传感器如码盘记录在相应方向上轮子转动的距离(轮子转动的圈数)以及转弯角度，从而得到机器的运行轨迹。当电容传感器检测到机器下方无草时，或台阶检测部件检测到机器前方有台阶时，或碰撞检测部件检测到机器发生碰撞时，控制器则通过读取电容传感器、台阶检测部件或碰撞检测部件输出的信号以及码盘和惯性传感器监测的机器在T1时间内的运行轨迹，并通过驱动器102驱动机器按原T1时间内的运动轨迹返回后改变运行方向。例如，假设机器在原T1时间内是向东行驶，且轮子转动了5圈，若检测到无草时，或检测到台阶时，或检测到碰撞时，则控制机器向西退回5圈，即退回到原点，并改变其运行方向，如继续向西行驶，或向南行驶，并在行驶过程中继续监测机器的运行轨迹。

在一个实施例中，如图6所示，台阶检测部件401可以采用设置在机器本体100上的测距传感器601实现，通过测量到地面600的高度而确定机器前方是否有台阶。在本实施例中，该测距传感器601具体可以采用激光测距传感器、超声测距传感器和红外测距传感器中的任一种。

在一个实施例中，如图7A、图7B所示，台阶检测部件401还可以采用设置在机器本体100上的机械悬挂轮实现。具体的，该机械悬挂轮可以包括设置在机器本体上的悬挂轮701、设置在悬挂轮701上端的上盖702以及设置在上盖702外侧的传感器件703，其中，悬挂轮701与上盖702之间设置有弹簧704。传感器件703可以采用霍尔传感器或红外对射传感器中的任一种。

在本实施例中，以传感器件采用霍尔传感器为例进行说明。当机器在平地上时，如图7A所示，悬挂轮的上盖与其外侧的霍尔传感器处于同一高度，当遇到台阶时，如图7B所示，悬挂轮下坠，从而上盖与霍尔传感器不在同一高度。控制器则通过读取霍尔传感器的输出信号变化，识别台阶。

在一个实施例中，以传感器件采用红外对射传感器为例进行说明，该红外对射传感器的一端为发射管，另一端为接收管，当平地时，由于上盖的阻挡，接收管无法接收到发射管的发射信号，此时控制器判断为平地。当出现台阶时，此时上盖下坠，发射管发出红外信号被接收管接收，控制器接收到这一信号，由此可判断为台阶。

在一个实施例中，如图8所示，碰撞检测部件402可以包括轴向均匀分布在机器本体100前轮801内部的多个磁铁802以及设置在前轮801上部的第一霍尔传感器803，其中，每个磁铁与其相邻的磁铁摆放方向相反。

在本实施例中，前轮可以采用从动轮，其上部放置有感应磁场的第一霍尔传感器，当前轮转动时，第一霍尔传感器感受到磁场变化，当发生碰撞时，前轮停止运动，则磁场不再变化，从而控制器可以识别出碰撞。

在一个实施例中，可以通过配合驱动轮电流检测，即碰撞时电流会增大，从而可以进一步增加碰撞识别的精准度。

在一个实施例中，碰撞检测部件402还可以包括设置在机器本体100上与机器本体100相对浮动的外壳，其中，外壳与机器本体100之间通过弹性部件连接，外壳上设置有第二磁铁，机器本体的相应位置则设置有第二霍尔传感器。在本实施例中，弹性部件可以采用弹簧或橡胶弹性柱实现。

在本实施例中，当无碰撞时，第二霍尔传感器正对第二磁铁，当发生碰撞时，可相对浮动的外壳相对机器底盘有一个位移，导致第二磁铁偏离第二霍尔传感器，此时第二霍尔传感器感受到磁场信号变化，即可检测出碰撞。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

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 (10)

1.一种智能割草机，其特征在于，包括：机器本体、控制器、驱动器以及一个电容传感器，所述一个电容传感器设置在所述机器本体的下方，所述一个电容传感器和驱动器分别与所述控制器连接，

所述一个电容传感器用于检测机器下方是否有草；

所述控制器用于当所述一个电容传感器检测到机器下方无草时，规划所述机器的行走方向；

所述驱动器用于驱动所述机器按照所述行走方向行走并割草。

2.根据权利要求1所述的智能割草机，其特征在于，还包括轮速传感器和惯性传感器，所述轮速传感器和惯性传感器分别与所述控制器连接，

所述惯性传感器用于获取所述机器的实时运行方向；

所述轮速传感器用于获取所述机器转动的距离；

所述控制器还用于根据所述机器的实时运行方向和转动的距离规划所述机器的行走方向。

3.根据权利要求1所述的智能割草机，其特征在于，所述规划所述机器的行走方向，具体为：

所述机器在初始时刻自初始位置前进，当所述电容传感器检测到机器下方无草时，所述控制器通过读取所述电容传感器输出的无草的信号，控制驱动器驱动机器后退并向某一方向转弯后前进，同时所述控制器进行计时，若所述电容传感器再次检测到无草时，则控制器停止计时，并将所计时长与预设时长进行比较，如果所计时长小于预设时长，则通过驱动器驱动机器后退至初始位置并朝与上次转弯相反的方向转弯前进。

4.根据权利要求1或2所述的智能割草机，其特征在于，还包括台阶检测部件和碰撞检测部件，所述台阶检测部件和碰撞检测部件分别与所述控制器连接，

所述台阶检测部件用于检测机器前方是否有台阶；

所述碰撞检测部件用于检测机器是否发生碰撞；

所述控制器还用于当所述台阶检测部件检测到机器前方有台阶或碰撞检测部件检测到机器发生碰撞时，重新规划所述机器的行走方向。

5.根据权利要求2所述的智能割草机，其特征在于，所述惯性传感器包括加速度计、陀螺仪和地磁传感器件，

所述地磁传感器件用于获取机器的获取机器的运行方向；

所述陀螺仪用于获取机器的转弯角度；

所述加速度计用于获取机器的加速度，以通过获取的机器的运行方向、转弯角度以及加速度确定机器的实时运行轨迹。

6.根据权利要求4所述的智能割草机，其特征在于，所述台阶检测部件包括设置在所述机器本体上的测距传感器或机械悬挂轮。

7.根据权利要求6所述的智能割草机，其特征在于，所述机械悬挂轮包括悬挂轮、设置在所述悬挂轮上端的上盖以及设置在所述上盖外侧的传感器件，所述悬挂轮与所述上盖之间设置有弹簧。

8.根据权利要求4所述的智能割草机，其特征在于，所述碰撞检测部件包括轴向均匀分布在所述机器本体前轮内部的多个磁铁以及设置在所述前轮上部的霍尔传感器，每个磁铁与其相邻的磁铁摆放方向相反。

9.根据权利要求4所述的智能割草机，其特征在于，所述碰撞检测部件包括设置在所述机器本体上与机器本体相对浮动的外壳，所述外壳与所述机器本体之间通过弹性部件连接，所述外壳上设置有磁铁，所述机器本体的相应位置设置有霍尔传感器。

10.根据权利要求9所述的智能割草机，其特征在于，所述弹性部件采用弹簧或橡胶弹性柱。