CN112119743A - 一种自动割草机器人及割草装置、调整割草高度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动割草机器人及割草装置、调整割草高度的方法，其中割草装置包括由底板和上盖组成的箱体结构，两组割草刀具设置在所述底板的底面上，还包括升降机构，用于带动所述箱体结构上下移动，调整割草刀具与地面之间的距离；所述割草刀具包括刀盘和多个沿所述刀盘的周向均布的刀片，所述刀片通过固定件固定在所述刀盘上，且所述刀片可沿所述固定件转动和上下移动。本发明，割草装置设计为一个独立模块，可根根需求整体更换；割草装置可上下调整高度，以适应不同割草高度要求；割草刀具中的刀片单独固定，任一刀片损坏后都可以单独更换，节约成本；割草刀具设有允许上下晃动和旋转的空间，保证刀片与硬物硬接触时起到缓冲作用，保护刀片。

Description

一种自动割草机器人及割草装置、调整割草高度的方法

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种自动割草机器人及割草装置、调整割草高度的方法。

背景技术

随着社会的发展进步，公共环境变得越来越好。街道草坪绿化带、公园绿地以至私家庭院中大量的草坪被种植。

草坪需要经常修剪维护，然而人工修剪不仅劳动强度大，而且效率低。自动割草机器人能够自动行走、自动割草、无需人工操作，从而减轻人力，提高工作效率，并能保持割草高度与质量的稳定。因而，得以广泛应用于家庭、公园、园林、小区、高尔夫球场等的草地修剪维护工作中。

割草装置是自动割草机器人实现割草功能的重要工具，由于不同的场地，草坪的高度有不同的要求，现有的自动割草机器人，割草装置通常是固定的，存在以下问题：

(1)无法满足割草高度任意调整的需求；

(2)无法方便地更换其他模块实现不同的功能。

有鉴于此，急需对现的自动割草机器人的割草装置进行改进，以满足割草高度任意调整的需求，并且具有灵活的通用性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有的自动割草机器人的割草装置不能任意调整割草高度，灵活性较差的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种割草装置，包括由底板和上盖组成的箱体结构，两组割草刀具设置在所述底板的底面上，还包括：

升降机构，用于带动所述箱体结构上下移动，调整割草刀具与地面之间的距离；

所述割草刀具包括刀盘和多个沿所述刀盘的周向均布的刀片，所述刀片通过固定件固定在所述刀盘上，且所述刀片可在切割力大于设定值时，沿所述固定件转动和上下移动。

在上述割草装置中，所述固定件包括：

轴杆，由下大上小的圆轴部和螺纹部构成，所述圆轴部的下端设有挡板，上端具有对称的铣扁部，所述刀盘上用于固定所述轴杆的通孔为长孔，与所述铣扁部相适配；

所述刀片套设在所述圆轴部上，所述螺纹部自下而上穿出所述长孔后通过螺母固定，所述刀片承载在所述挡板上，顶面与所述刀盘之间设有间隙，所述刀片可沿所述圆轴部上下移动。

在上述割草装置中，所述刀盘包括：

圆盘部，其顶面中心向上突设有连接轴，所述连接轴的上端设有轴承安装座，所述轴承安装座的直径小于所述连接轴的直径，所述连接轴的轴心设有连接孔。

在上述割草装置中，所述连接轴的外侧套设有保护套。

在上述割草装置中，所述上盖包括顶板，其左右两端分别向下垂直弯折形成侧板，所述侧板的底边分别向外侧水平延伸，形成支座；所述支座置于所述底板上，二者之间设有钢丝绳减震器。

在上述割草装置中，所述升降机构包括螺杆，所述螺杆设置在顶板的顶面中心处，其下端与所述顶板转动配合，上端设有用于使其转动的手轮，所述螺杆的左右两端对称地设有两根导向杆。

在上述割草装置中，所述螺杆的下端设有第一齿轮，所述顶板的底面上还固定有电机，所述电机的输出端固定设有第二齿轮，所述顶板上开设有一个贯通的滑槽，滑槽内穿设有调节轴，所述调节轴的下端固定第三齿轮，所述调节轴可沿所述滑槽滑动进而调整第三齿轮的位置，使所述第三齿轮与所述第一、第二齿轮啮合或脱开。

本发明还提供了一种自动割草机器人，包括可自动行驶的割草机器人主机和设置在割草机器人主机前端的割草装置，所述割草装置采用上述的割草装置，并通过升降机构设置在所述割草机器人主机前端的悬挂架上。

在上述自动割草机器人中，控制器通过可折叠支架设置在自动割草机器人的移动底盘的顶面上方，电源装置通过滑动平台可抽拉地设置在移动底盘内，用于向移动底盘中的驱动装置供电；

控制器的外壳上设有第一插头，移动底盘上设有第二插头，第一插头和第二插头通过电缆连接，用于向控制器供电以及实现移动底盘和控制器之间的信号传输。

本发明还提供了一种自动割草机器人的割草高度自动调整方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过摄像头获得当前场地内的草种类；

通过自动割草机器人上的GPS，获取自动割草机器人当前所处的经纬度以及海拔高度；

获取自动割草机器人当前时间，并换算成当地季节；

根据草种类、经纬度、海拔高度和当地季节获得应当修剪的草高度；

根据应当修剪的草高度，调整割草刀具与地面之间的距离。

与现有技术相比，本发明提供的割草装置，设计为一个独立模块，可单独拆卸，并根根需求整体更换；割草装置可上下调整高度，以适应不同割草高度要求；割草刀具中的刀片单独固定，任一刀片损坏后都可以单独更换，节约成本。割草刀具设有允许上下晃动和旋转的空间，保证刀片与硬物硬接触时起到缓冲作用，保护刀片。

另外，自动割草机器人的控制器通过可折叠支架，设置在可移动底盘的顶面上方，控制器的外壳上设有第一插头，移动底盘上设有第二插头，第一插头和第二插头通过电缆连接，用于向控制器供电以及实现移动底盘和控制器之间的信号传输。GPS信号在传输过程中受到驱动装置中电机电磁影响较小，大大提高了导航的灵敏度。

同时，控制器增加了散热风扇，用于对内部的控制模块进行散热，工作稳定性更好，运算速度更快，反应更灵敏。

本发明提供的割草高度自动调整方法，利用草种类、经纬度、海拔高度和当地季节确定应当修剪的高度，大大优化了草地修剪，智能性更高。

附图说明

图1为本发明中自动割草机器人的立体图；

图2为本发明中自动割草机器人除去防撞支架的立体图；

图3为本发明中割草装置的示意图；

图4为本发明中上盖的示意图；

图5为本发明中割草刀具的示意图；

图6为本发明中割草刀具的示意图；

图7为本发明中刀盘的示意图；

图8为本发明中固定件的示意图；

图9为本发明中电动丝杆升降机构的示意图；

图10为本发明中齿轮齿条升降机构的示意图；

图11为本发明中手动和电动一体式升降机构示意图；

图12为本发明中手动和电动一体式升降机构的传动结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种自动割草机器人及其割草装置，割草装置采用模块化设计，可拆卸地安装在割草机器人的前端，并且可通过升降机构调节其与地面的距离，适应不同高度的割草要求，具有更大的灵活性和通用性。下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做出详细说明。

如图1、图2所示，本发明提供的自动割草机器人，包括可自动行驶的割草机器人主机100和设置在割草机器人主机100前端的割草装置200。割草装置200为一个独立的模块，采用可拆卸的方式安装，可整体更换。割草机器人主机100前端还设有防撞支架。

割草装置200通过升降机构300设置在割草机器人主机100前端的悬挂架110上，可通过升降机构300使割草装置200上下移动，以调整割草装置200与地面的距离，从而调整割草的高度。

如图3所示，割草装置200包括底板210、上盖220和两组割草刀具230，底板210与上盖220固定形成箱体结构，两组割草刀具230左右间隔布置在一条直线上，且二者之间的距离大于割草刀具的旋转直径，以保证割草刀具转动过程中不会碰撞。并且，两组割草刀具230可以转向相反设置，带动切除后的草叶甩到割草机器人主机的两侧，避免草叶缠绕在割草刀具上。

如图4所示，上盖220包括顶板221，其左右两端分别向下垂直弯折形成侧板222，侧板222的底边分别向外侧水平延伸，形成支座223。

支座223置于底板210上，二者之间设有钢丝绳减震器224，通过钢丝绳减震器224可以吸附震动，避免固定螺丝松动，连接更可靠。

再参见图3，升降机构300包括螺杆310，螺杆310设置在顶板221的顶面中心处，螺杆310的下端与顶板221转动配合，螺杆310的上端向上穿出悬挂架110后设有用于使其转动的手轮320，螺杆310与悬挂架110构成丝杠螺母升降机构，利用手轮320转动螺杆310，可以使螺杆310升降，从而带动割草装置200上下移动，调整割草刀具与地面的距离。

螺杆310的左右两端对称地设有两根导向杆330，导向杆330的下端与顶板221固定，上端滑动设置在悬挂架110上，且上端穿出顶板221后设有限位环，用于限制向下移动的最大距离，防止割草刀具过低与地面接触而损坏。通过两根导向杆330，可以使割草装置200上下移动时保持垂直移动，不会发生倾斜而增加摩擦力、卡死。

如图5、图6所示，割草刀具230包括刀盘231和多个沿刀盘231的周向均布的刀片232，刀片232通过固定件240固定在刀盘231上。

如图7所示，刀盘231包括圆盘部2311和多个用于固定刀片的刀片固定部2312，圆盘部2311与刀片固定部2312一体成型，刀片固定部2312沿圆盘部2311的周向均布设置在其外缘。刀片固定部2312上设有固定孔，固定孔为长孔。

如图8所示，固定件240包括轴杆，轴杆由下大上小的圆轴部241和螺纹部242构成，圆轴部241的下端设有挡板243，上端具有对称的铣扁部244，铣扁部244与固定孔相适配，限制固定件240的转动。

再参见图5、图6，刀片232套设在圆轴部241上，螺纹部242自下而上穿出长孔后通过螺母250固定，刀片232的底面承载在挡板243上，顶面与刀盘231的底面之间设有间隙，该间隙用于刀片232沿圆轴部241上下移动。

刀片232与圆轴部241之间设有一定的过盈量配合，通过二者之间的摩擦力进行固定，该摩擦力根据刀片切断草叶所需要的最大切割力确定。在切割力大于设定值时，刀片232可沿圆轴部241转动和上下移动。当正常工作时，切割力小于摩擦力，因此，固定件240可通过摩擦力带动刀片232转动；当遇到硬物，切割力大于摩擦力时，则刀片232会绕圆轴部241转动，躲开硬物后，切割力变小，于是刀片232再次由固定件240带动其转动。

刀片232呈矩形，两侧设有斜坡状的刃口。刀片232的对角沿其纵向中心线上下对称扭转。

本发明中，刀片232允许在圆轴部241上转动，同时也可以沿圆轴部241上下移动，这种设计的目的在于：当与硬物硬接触时，扭转的刀片可以转动并且产生向上的推力，使刀片向上移动，允许刀片232具有上下晃动和旋转的空间，能够在刀片与硬物硬接触时起到缓冲作用，保护刀片。

圆盘部2311的顶面中心向上突设有连接轴2313，连接轴2313的上端设有轴承安装座2314，轴承安装座2314的直径小于连接轴2313的直径，轴承安装座2314上安装有由滚针轴承和推力球轴承组成的组合轴承。

连接轴2313和轴承安装座2314的轴心设有贯通的连接孔2315，连接孔2315的截面形状为：由直线和优弧组成的封闭图形。这种连接孔2315的结构，与之匹配的连接轴只需要单面铣扁即可，一方面与键连接相比简化了加工工艺，另一方面也能够适应更大的扭矩承载力。

连接轴2313的外侧套设有保护套260，可防止草叶进入，缠绕连接轴2313，保护套260的侧壁上设有纵向贯通的缺口。

刀盘231由刀具电机组件270驱动，刀具电机组件270的输出轴插入到连接孔2315内匹配连接。

以上所述为割草装置200纯手动升降的实施方案，本发明提供的方案中，割草装置200还可以采用电动升降方式，电动升降方式有以下两种实施例子：

如图9所示，第一种实施例采用电动丝杆。

电动丝杆400固定在悬挂架110(示意图，可采用板式结构或者框架式结构)，电动丝杆400的输出端，下端与上盖220固定，电动丝杆400由内置的升降电机驱动，升降电机可通过按钮或远程遥控控制，以实现割草刀具的升降。

如图10所示，第二种实施例采用齿轮齿条结构。

齿条510纵向布置，其下端与上盖220固定。驱动电机520固定在悬挂架110，驱动电机520的输出端设有与齿条510相匹配的齿轮530，电机可通过按钮或远程遥控控制，齿轮530带动齿条510上下移动，以实现割草刀具的升降。

图11、12示出了手动和电动一体式的升降结构及其传动结构。

在该升降结构中，螺杆310以及手轮320与手动调节机构相同，螺杆310的下端穿出顶板221的底面后固定设有第一齿轮610，顶板221的底面上还固定有电机620，电机620的输出端固定设有第二齿轮630。

通过第三齿轮640实现手动升降与电动升降的切换。顶板221上开设有一个贯通的滑槽650，滑槽650内穿设有一根调节轴660，调节轴660的上端穿出顶板221后固定设有一个手柄，调节轴660的下端固定第三齿轮640，滑槽650的两端分别设有卡位，调节轴660可沿滑槽650滑动进而调整第三齿轮640的位置。

当调节轴660卡在第一个卡位时，第三齿轮640分别与第一齿轮610和第二齿轮630啮合，此时，电机620的转动，通过第二齿轮、第三齿轮和第一齿轮驱动螺杆310转动，实现电动升降。同样地，电机可通过按钮或远程遥控控制。

当调节轴660卡在第二个卡位时，第三齿轮640与第一齿轮610和第二齿轮630脱开，可通过手柄转动螺杆310，实现手动升降。由于第三齿轮640与第一齿轮610是脱开的，因此，不会传动给电机620。

如图1所示，本发明提供的自动割草机器人，控制器500通过可折叠支架700，设置在可移动底盘的顶面上方。电源装置通过滑动平台可抽拉地设置在移动底盘，用于向移动底盘中的驱动装置供电。

控制器500的外壳上设有第一插头，移动底盘上设有第二插头，第一插头和第二插头通过电缆连接，用于向控制器供电以及实现移动底盘和控制器之间的信号传输。

用于导航的GPS收发模块以及控制模块均设置在控制器500内，因此，GPS信号在传输过程中受到驱动装置中电机电磁影响较小，大大提高了导航的灵敏度。

另外，控制器500的外壳上设有散热风扇，用于对内部的控制模块进行散热。传统的移动机器人，控制模块都是设置在移动底盘的内部的，因此，移动底盘通常是封闭的，无法安装散热风扇，以避免工作时环境中的灰尘、草屑等杂物进入。由此，传统的设计散热性能较差，造成工作稳定性差。本发明，由于控制模块设置在移动底盘的外部(上方)，这样就远离了工作时带起的灰尘、草屑等杂物，可能安装散热风扇，提高了散热性能，进而提高了工作稳定性。

本发明自动割草机器人的可移动底盘上还设有摄像头，控制器内设有草种类识别系统，草种类识别系统根据摄像头获得的图像，识别出草种类，并根据草种类获得该种类草的最佳高度，进而控制升降机构调整割草装置的高度，实现了全自动割草，无须人工参与。

本发明自动割草机器人优选的割草高度自动调整方法如下：

通过摄像头获得当前场地内的草种类；

通过自动割草机器人上的GPS，获取自动割草机器人当前所处的经纬度以及海拔高度；

获取自动割草机器人当前时间，并换算成当地季节；

根据草种类、经纬度、海拔高度和当地季节获得应当修剪的草高度；

根据应当修剪的草高度，调整割草刀具与地面之间的距离。

由于不同的草种类以及所处的地域和季节不同，草的生长速度以及修剪后所留的高度也不尽相同，本发明提供的方法，利用草种类、经纬度、海拔高度和当地季节确定应当修剪的高度，大大优化了草地修剪。

另外，出于特殊的目的，可能会要求在一段时间内草地生长到一定的目标高度，例如球场、活动现场等。为此，本发明提供的方法，可以根据草种类、经纬度、海拔高度和季节获得场地内草的生长速度，再根据目标高度，确定当前需要修剪的草高度，由此调整割草刀具与地面之间的距离。

综合上述描述，本发明的优点主要包括以下一些方面：

(1)割草装置设计为一个独立模块，可单独拆卸，并根根需求整体更换。

(2)割草装置可上下调整高度，以适应不同割草高度要求。

(3)割草刀具中的刀片单独固定，任一刀片损坏后都可以单独更换，节约成本。

(4)割草装置的底板210与上盖220上下两部分采用钢丝绳减震器连接。除草电机启动的时候会产生一定的振动，振动可能导致螺栓松动及其它部件的损坏，利用钢丝绳减震器可以吸附振动，防止螺栓松动。

(5)相反转向的刀片，带动切除后的草甩到车体两侧；

(6)割草刀具设有允许上下晃动和旋转的空间，保证刀片与硬物硬接触时起到缓冲作用，保护刀片。

(7)利用草种类、经纬度、海拔高度和季节确定应当修剪的高度，优化草地修剪。

本发明并不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种割草装置，包括由底板和上盖组成的箱体结构，两组割草刀具设置在所述底板的底面上，其特征在于，还包括：

升降机构，用于带动所述箱体结构上下移动，调整割草刀具与地面之间的距离；

所述割草刀具包括刀盘和多个沿所述刀盘的周向均布的刀片，所述刀片通过固定件固定在所述刀盘上，且所述刀片可在切割力大于设定值时，沿所述固定件转动和上下移动。

2.根据权利要求1所述的割草装置，其特征在于，所述固定件包括：

轴杆，由下大上小的圆轴部和螺纹部构成，所述圆轴部的下端设有挡板，上端具有对称的铣扁部，所述刀盘上用于固定所述轴杆的通孔为长孔，与所述铣扁部相适配；

所述刀片套设在所述圆轴部上，所述螺纹部自下而上穿出所述长孔后通过螺母固定，所述刀片承载在所述挡板上，顶面与所述刀盘之间设有间隙，所述刀片可沿所述圆轴部上下移动。

3.根据权利要求1所述的割草装置，其特征在于，所述刀盘包括：

圆盘部，其顶面中心向上突设有连接轴，所述连接轴的上端设有轴承安装座，所述轴承安装座的直径小于所述连接轴的直径，所述连接轴的轴心设有连接孔。

4.根据权利要求3所述的割草装置，其特征在于，所述连接轴的外侧套设有保护套。

5.根据权利要求1所述的割草装置，其特征在于，所述上盖包括顶板，其左右两端分别向下垂直弯折形成侧板，所述侧板的底边分别向外侧水平延伸，形成支座；所述支座置于所述底板上，二者之间设有钢丝绳减震器。

6.根据权利要求1所述的割草装置，其特征在于，所述升降机构包括螺杆，所述螺杆设置在顶板的顶面中心处，其下端与所述顶板转动配合，上端设有用于使其转动的手轮，所述螺杆的左右两端对称地设有两根导向杆。

7.根据权利要求6所述的割草装置，其特征在于，所述螺杆的下端设有第一齿轮，所述顶板的底面上还固定有电机，所述电机的输出端固定设有第二齿轮，所述顶板上开设有一个贯通的滑槽，滑槽内穿设有调节轴，所述调节轴的下端固定有第三齿轮，所述调节轴可沿所述滑槽滑动，进而调整所述第三齿轮的位置，使所述第三齿轮与所述第一、第二齿轮啮合或脱开。

8.一种自动割草机器人，包括可自动行驶的割草机器人主机和设置在割草机器人主机前端的割草装置，其特征在于：

所述割草装置采用如权利要求1所述的割草装置，并通过升降机构设置在自动割草机器人的前端的悬挂架上。

9.根据权利要求8所述的自动割草机器人，其特征在于，

控制器通过可折叠支架设置在自动割草机器人的移动底盘的顶面上方，电源装置通过滑动平台可抽拉地设置在移动底盘内，用于向移动底盘中的驱动装置供电；

控制器的外壳上设有第一插头，移动底盘上设有第二插头，第一插头和第二插头通过电缆连接，用于向控制器供电以及实现移动底盘和控制器之间的信号传输。

10.自动割草机器人的割草高度自动调整方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过摄像头获得当前场地内的草种类；

通过自动割草机器人上的GPS，获取自动割草机器人当前所处的经纬度以及海拔高度；

获取自动割草机器人的当前时间，并换算成当地季节；

根据草种类、经纬度、海拔高度和当地季节获得应当修剪的草高度；

根据应当修剪的草高度，调整割草刀具与地面之间的距离。

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