CN110933986B - 一种割草机器人割草调高一体化装置及其调高控制方法 - Google Patents

Abstract

一种割草机器人割草调高一体化装置及其调高控制方法，包括固定装置、割草装置、调高装置、控制装置，所述调高装置包括螺杆、磁轭、线圈、轴连件、摩擦片、限位环、衔铁、齿轮法兰、螺栓、复位弹簧、轴承、主动齿轮、固定环、从动齿轮，所述控制装置包括控制器、驱动器、编码器和距离传感器；所述控制方法包括控制电机以较高速度旋转同时线圈断电实现以现有高度割草，根据调整距离控制电机转速、方向及线圈通电时间实现电机上下位置调整，调整过程中检测电流传感器和距离传感器。本发明电机同时作为割草电机和调高电机，不需要额外的调高电机可以降低成本，系统整体性高，调高方法简单，可进一步提高割草机器人的智能性。

Description

一种割草机器人割草调高一体化装置及其调高控制方法

技术领域

本发明属于园林绿化技术领域，主要涉及一种割草机器人割草调高一体化装置及其调高控制方法。

背景技术

随着经济发展和人们环保意识增强，城市绿地面积逐年提高，草坪具有美化环境、净化空气、保持水土、提供休闲娱乐场所等多种功能并且建植周期短、绿化效果明显，广泛应用于公园、小区、学校及道路绿化等。为保持草坪整齐美观同时提高草坪质量抑制杂草生长，定期修剪成为草坪养护工作的重要内容，修剪基本原则为每次修剪量一般不超过茎叶组织纵向高度的1/3，常见草坪草留茬高度一般为2-8cm，修剪高度一般根据草坪种类、生长状态、季节等有所调整。随着技术发展近年来出现有代替人工完成草坪修剪工作的割草机器人，割草机器人也应具有割草高度调整功能。

目前，现有技术中一种是使用者转动旋转部件带动割草电机上下位置调整，该调整过程相对较慢且割草过程中无法调整高度，还有另一种是使用额外的调高电机实现割草高度调节，成本相对较高且结构复杂。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种割草机器人割草调高一体化装置及其调高控制方法，通过将割草电机作为调高装置驱动电机实现一电机割草、调高两种用途。

本发明通过以下技术方案来实现：

一种割草机器人割草调高一体化装置，包括固定装置、割草装置、调高装置和控制装置，所述固定装置包括支撑板、上固定座、上板及外壳，所述割草装置包括电机、联轴器、刀盘和多个刀片，所述调高装置包括螺杆、磁轭、线圈、轴连件、摩擦片、限位环、衔铁、齿轮法兰、螺栓、复位弹簧、轴承、主动齿轮、固定环、从动齿轮，所述控制装置包括控制器、驱动器、编码器和距离传感器；

所述外壳内设有电机，外壳下端面四周开有多个通孔且中心开设有电机轴通孔，外壳下端面与割草机器人车体上表面固定连接，所述调高装置和控制装置设在外壳内部，所述上板与外壳固定连接，所述上固定座上端与上板下表面固定连接，且上固定座的下端孔内设置有内螺纹，该内螺纹与设置在上固定座下方的螺杆外螺纹对应连接；所述电机与支撑板固定连接，所述支撑板支撑于螺杆的凸台上，且螺杆可在支撑板上开设的通孔内转动，所述联轴器的上端与电机轴连接，联轴器的下端与所述刀盘固连，多个所述刀片倾斜向下铰接在刀盘的边缘;

所述磁轭固定于支撑板下表面，所述线圈置于磁轭内部，所述轴连件的上端与电机轴连接，轴连件的下端通过限位环与电机轴轴向固定，所述限位环由两半环组成并围合在电机轴相应位置环形凹槽处，所述摩擦片与轴连件下表面固定连接，所述衔铁上表面距摩擦片下表面一定距离，衔铁下端通过螺栓与齿轮法兰周向固定连接，并且衔铁可在电磁力作用下产生一定相对齿轮法兰的轴向运动，所述螺栓和复位弹簧安装于衔铁的阶梯孔内，所述齿轮法兰内表面与轴承外表面相接触设置，齿轮法兰外表面与主动齿轮轴端固定连接，所述固定环上表面与主动齿轮相接触设置，固定环由两半环组成并围合在电机轴相应位置环形凹槽处，所述从动齿轮与主动齿轮相啮合，从动齿轮内孔表面与螺杆键连接并且相对螺杆轴向位置固定；

所述控制器、所述驱动器均固定于支撑板上，所述编码器安装在电机轴上，所述距离传感器固定在外壳下端内表面。

进一步优化，所述刀片两长边均开有刃口且可以绕铰接中心旋转。

进一步优化，所述螺杆外螺纹和上固定座内螺纹均为梯形螺纹或锯齿形螺纹中的一种。

进一步优化，所述主动齿轮和从动齿轮均为斜齿轮，且从动齿轮的齿数大于主动齿轮的齿数。

进一步优化，所述控制器包括控制模块、IO模块、PWM模块、AD模块和存储模块，所述驱动器包括功率开关和电流传感器，控制器PWM模块通过驱动器的功率开关与电机连接，存储模块存储相关控制程序及现有割草高度，控制模块接受用户指令并运行相关程序以控制线圈通断、电机转速及方向，AD模块采集相应传感器信息，包括通过编码器采集电机转速及方向、电流传感器采集电机电流和距离传感器采集支撑板与外壳下端内表面的距离，IO模块输出线圈通、断电信号，PWM模块输出PWM信号给驱动电路功率开关。

割草机器人割草调高一体化装置的调高控制方法，主要步骤包括：

S1、用户检查割草高度是否合适需要调整，当高度合适不需要调整时，执行步骤S2，当高度不合适需要调整时，用户设定割草高度并执行步骤S3；

S2、控制电机以较高速度旋转同时线圈断电，实现以现有高度割草；

S3、根据用户设定高度与现有高度的差值作为调整距离，控制电机转速、方向及线圈通电时间进行割草高度调整，调整过程中检测电流传感器和距离传感器；

S31、电流传感器超过一定阈值时，表明达到可调高度极限位置，此时停止调整并向用户发出警告；

S32、根据距离传感器反馈值判断是否达到用户设定高度，若达到则更新现有高度并存储，若没有则以用户设定高度与距离传感器反馈值差值作为调整距离继续调整直至达到。

进一步优化，所述步骤S1中用户设定高度包括通过割草机器人按键输入或移动终端设备以无线网络/蓝牙等方式发送包含割草高度的用户指令。

进一步优化，所述步骤S3中调整距离与电机转速、从动齿轮主动齿轮齿数比、线圈通电时间、螺杆螺距的关系为

；

其中Δh为调整距离，n为电机转速，p为螺杆螺距，t为线圈通电时间，i为从动齿轮与主动齿轮齿数比。

本发明的有益效果在于：

（1）电机同时作为割草电机和调高电机，不需要额外的调高电机，可降低割草机器人成本；

（2）高度调整由电机完成，调整简单迅速，装置整体性高，也可割草过程中调整高度，进一步提高割草机器人的智能性；

（3）刀片斜向下铰接在刀盘上，使其可以绕铰接中心旋转，防止碰到硬物损伤刀片，同时刀片意外脱落后直接插入土中，防止伤害到周围人及动物，进一步提高割草机器人的安全性。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为装置内部结构示意图；

图3为调高装置局部放大示意图；

图4为调高装置局部剖视图；

图5为控制装置连接示意图；

图6为控制方法流程图；

附图标记：1、电机，2、支撑板，3、螺杆，4、上固定座，5、上板，6、外壳，7、联轴器，8、刀盘，9、刀片，10、磁轭，11、线圈，12、轴连件，13、摩擦片，14、平键，15、限位环，16、衔铁，17、齿轮法兰，18、螺栓，19、复位弹簧，20、轴承，21、主动齿轮，22、固定环，23、从动齿轮，24、套筒，25、止动垫圈，26、圆螺母。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

一种割草机器人割草调高一体化装置，包括固定装置、割草装置、调高装置和控制装置，所述固定装置包括支撑板2、上固定座4、上板5及外壳6，所述调高装置和所述控制装置设在外壳6内部，所述割草装置包括电机1、联轴器7、刀盘8和多个刀片9，所述调高装置包括螺杆3、磁轭10、线圈11、轴连件12、摩擦片13、平键14、限位环15、衔铁16、齿轮法兰17、复位弹簧19、轴承20、主动齿轮21、固定环22、从动齿轮23、套筒24、止动垫圈25和圆螺母26，所述控制装置包括控制器、驱动器、编码器和距离传感器。

所述外壳6下端面四周开有多个通孔且中心开设有电机轴通孔，外壳6与割草机器人车体固定连接，所述上板5与外壳6固定连接，所述上固定座4上端与上板5下表面固定连接，且上固定座4的下端开口内设置有内螺纹，该内螺纹与设置在上固定座4下方的螺杆3对应连接，其中螺杆3的外螺纹和上固定座4的内螺纹均为梯形螺纹或锯齿形螺纹中的一种。

所述电机1与支撑板2固定连接，所述支撑板2支撑于螺杆3的凸台上，且螺杆3可在支撑板2上开设的通孔内转动，所述联轴器7的上端与电机轴连接，联轴器7的下端与所述刀盘8固连，多个所述刀片9倾斜向下铰接在刀盘8的边缘，多个刀片9两端均开有刃口且可以绕铰接中心旋转，防止碰到硬物损伤刀片9，同时刀片9意外脱落后直接插入土中，防止伤害到周围人及动物，进一步提高割草机器人的安全性。

所述磁轭10固定于支撑板2下表面，所述线圈置于磁轭10内部，所述轴连件12的上端通过所述平键14与电机轴连接，使轴连件12与电机轴共同旋转，轴连件12的下端通过限位环15与电机轴轴向固定，所述限位环15由两半环组成并围合在电机轴相应位置环形凹槽处，所述摩擦片13与轴连件12下表面固定连接，所述衔铁16上表面与摩擦片13之间具有一定距离，衔铁16下端通过螺栓18与所述齿轮法兰17周向固定连接，并且衔铁16可在电磁力作用下产生一定相对齿轮法兰17的轴向运动，所述螺栓18和复位弹簧19安装于衔铁16的阶梯孔内，齿轮法兰17内表面与电机轴的轴承20配合，齿轮法兰17外表面与主动齿轮21轴端固定连接，所述固定环22由两半环组成并围合在电机轴相应位置环形凹槽处，固定环22上表面与主动齿轮21相接触，所述从动齿轮23与主动齿轮21啮合，从动齿轮23内孔表面与螺杆3键连接并且通过套筒24、止动垫圈25和圆螺母26实现相对螺杆3轴向位置固定，主动齿轮21和从动齿轮23均为斜齿轮，且从动齿轮23的齿数大于主动齿轮21的齿数。

所述控制器、所述驱动器均固定于支撑板2上，所述编码器安装在电机轴上，所述距离传感器固定在外壳6下端内表面，所述控制器包括控制模块、IO模块、PWM模块、AD模块和存储模块，所述驱动器包括功率开关和电流传感器，控制器PWM模块通过驱动器的功率开关与电机连接，存储模块存储相关控制程序及现有割草高度，控制模块接受用户指令并运行相关程序以控制线圈通断、电机转速及方向，AD模块采集相应传感器信息，包括通过编码器采集电机转速及方向、电流传感器采集电机1电流和距离传感器采集支撑板2与外壳6下端内表面的距离，IO模块输出线圈通、断电信号，PWM模块输出PWM信号给驱动电路功率开关。

本发明割草调高一体化装置的工作过程为：用户检查割草高度是否合适需要调整，当不需要调整割草高度时，磁轭10内线圈11断电，衔铁16在重力及复位弹簧19的作用下与摩擦片13脱离接触，使得齿轮法兰17、主动齿轮21、从动齿轮23及螺杆3不随电机轴共同旋转，从而支撑板2相对于上固定座4上下位置固定，电机轴旋转带动联轴器7、刀盘8及刀片9的旋转，从而实现以现有高度割草；

当需要调割草整高度时，磁轭10内线圈11通电产生电磁力，吸附衔铁16与摩擦片13相接触，因摩擦片13与轴连件12固定连接，从而衔铁16在摩擦力作用下随轴连12件共同旋转并带动齿轮法兰17、主动齿轮21、从动齿轮23及螺杆3一同旋转，因螺杆3上部与上固定座4螺纹连接并可在支撑板2通孔内旋转，实现支撑板2相对于上固定座4的上下移动，带动电机轴、联轴器7、刀盘8及刀片9的上下移动，从而实现割草高度的调整。

割草机器人割草调高一体化装置的调高控制方法，其具体方法为：

S1、用户检查割草高度是否合适需要调整，当高度合适不需要调整时，执行步骤S2，当高度不合适需要调整时，用户通过割草机器人按键输入或移动终端设备以无线网络/蓝牙等方式发送包含割草高度的用户指令来设定割草高度并执行步骤S3；

S2、控制电机以较高速度旋转同时线圈断电，衔铁在重力及复位弹簧作用下与摩擦片分离，实现以现有高度割草；

S3、根据用户设定高度与现有高度的差值作为调整距离，控制电机转速、方向及线圈通电时间进行割草高度调整，线圈通电后产生电磁力，吸引衔铁与摩擦片接触，带动齿轮法兰、主动齿轮、从动此轮、螺杆随电机轴旋转，带动支撑板和电机相对于上固定座的上下移动，调整过程中检测电流传感器和距离传感器；

调整距离与电机转速、从动齿轮主动齿轮齿数比、线圈通电时间、螺杆螺距的关系为

；

其中

为调整距离，n为电机转速，p为螺杆螺距，t为线圈通电时间，i为从动齿轮与主动齿轮齿数比。

S31、电流传感器超过一定阈值时，表明达到可调高度极限位置，此时停止调整并向用户发出警告；

S32、根据距离传感器反馈值判断是否达到用户设定高度，若达到则更新现有高度并存储，若没有则以用户设定高度与距离传感器反馈值差值作为调整距离继续调整直至达到用户设定高度。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征、优点和工作过程，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种割草机器人割草调高一体化装置，包括固定装置、割草装置、调高装置和控制装置，所述固定装置包括支撑板（2）、上固定座（4）、上板（5）及外壳（6），所述割草装置包括电机（1）、联轴器（7）、刀盘（8）和多个刀片（9），所述调高装置包括螺杆（3）、磁轭（10）、线圈（11）、轴连件（12）、摩擦片（13）、限位环（15）、衔铁（16）、齿轮法兰（17）、螺栓（18）、复位弹簧（19）、轴承（20）、主动齿轮（21）、固定环（22）、从动齿轮（23），所述控制装置包括控制器、驱动器、编码器和距离传感器，其特征在于：

所述外壳（6）内设有电机（1），外壳（6）下端面四周开有多个通孔且中心开设有电机轴通孔，外壳（6）下端面与割草机器人车体上表面固定连接，所述调高装置和控制装置设在外壳（6）内部，所述上板（5）与外壳（6）固定连接，所述上固定座（4）上端与上板（5）下表面固定连接，且上固定座（4）的下端孔内设置有内螺纹，该内螺纹与设置在上固定座（4）下方的螺杆（3）外螺纹对应连接；所述电机（1）与支撑板（2）固定连接，所述支撑板（2）支撑于螺杆（3）的凸台上，且螺杆（3）可在支撑板（2）上开设的通孔内转动，所述联轴器（7）的上端与电机轴连接，联轴器（7）的下端与所述刀盘（8）固连，多个所述刀片（9）倾斜向下铰接在刀盘（8）的边缘;

所述磁轭（10）固定于支撑板（2）下表面，所述线圈（11）置于磁轭（10）内部，所述轴连件（12）的上端与电机轴连接，轴连件（12）的下端通过限位环（15）与电机轴轴向固定，所述限位环（15）由两半环组成并围合在电机轴相应位置环形凹槽处，所述摩擦片（13）与轴连件（12）下表面固定连接，所述衔铁（16）上表面距摩擦片（13）下表面一定距离，衔铁（16）下端通过螺栓（18）与齿轮法兰（17）周向固定连接，并且衔铁（16）可在电磁力作用下产生一定相对齿轮法兰（17）的轴向运动，所述螺栓（18）和复位弹簧（19）安装于衔铁（16）的阶梯孔内，所述齿轮法兰（17）内表面与轴承（20）外表面相接触设置，齿轮法兰（17）外表面与主动齿轮（21）轴端固定连接，所述固定环（22）上表面与主动齿轮（21）相接触设置，固定环（22）由两半环组成并围合在电机轴相应位置环形凹槽处，所述从动齿轮（23）与主动齿轮（21）相啮合，从动齿轮（23）内孔表面与螺杆（3）键连接并且相对螺杆（3）轴向位置固定；

所述控制器、所述驱动器均固定于支撑板（2）上，所述编码器安装在电机轴上，所述距离传感器固定在外壳（6）下端内表面；

所述控制器包括控制模块、IO模块、PWM模块、AD模块和存储模块，所述驱动器包括功率开关和电流传感器，控制器PWM模块通过驱动器的功率开关与电机连接，存储模块存储相关控制程序及现有割草高度，控制模块接受用户指令并运行相关程序以控制线圈通断、电机转速及方向，AD模块采集相应传感器信息，包括通过编码器采集电机转速及方向、电流传感器采集电机（1）电流和距离传感器采集支撑板（2）与外壳（6）下端内表面的距离，IO模块输出线圈通、断电信号，PWM模块输出PWM信号给驱动电路功率开关。

2.如权利要求1所述的一种割草机器人割草调高一体化装置，其特征在于，所述刀片（9）两长边均开有刃口且可以绕铰接中心旋转。

3.如权利要求1所述的一种割草机器人割草调高一体化装置，其特征在于，所述螺杆（3）外螺纹和上固定座（4）内螺纹均为梯形螺纹或锯齿形螺纹中的一种。

4.如权利要求1所述的一种割草机器人割草调高一体化装置，其特征在于，所述主动齿轮（21）和从动齿轮（23）均为斜齿轮，且从动齿轮（23）的齿数大于主动齿轮（21）的齿数。

5.如权利要求1-4任意一项所述的一种割草机器人割草调高一体化装置的调高控制方法，其特征在于，主要步骤包括：

S1、用户检查割草高度是否合适需要调整，当高度合适不需要调整时，执行步骤S2，当高度不合适需要调整时，用户设定割草高度并执行步骤S3；

S2、控制电机以较高速度旋转同时线圈断电，实现以现有高度割草；

S3、根据用户设定高度与现有高度的差值作为调整距离，控制电机转速、方向及线圈通电时间进行割草高度调整，调整过程中检测电流传感器和距离传感器；

S31、电流传感器超过一定阈值时，表明达到可调高度极限位置，此时停止调整并向用户发出警告；

S32、根据距离传感器反馈值判断是否达到用户设定高度，若达到则更新现有高度并存储，若没有则以用户设定高度与距离传感器反馈值差值作为调整距离继续调整直至达到。

6.如权利要求5所述的割草机器人割草调高一体化装置的调高控制方法，其特征在于，所述步骤S1中用户设定高度包括通过割草机器人按键输入或移动终端设备以无线网络/蓝牙等方式发送包含割草高度的用户指令。

7.如权利要求5所述的割草机器人割草调高一体化装置的调高控制方法，其特征在于，所述步骤S3中调整距离与电机转速、从动齿轮主动齿轮齿数比、线圈通电时间、螺杆螺距的关系为

其中Δh为调整距离，n为电机转速，p为螺杆螺距，t为线圈通电时间，i为从动齿轮与主动齿轮齿数比。

Images