CN112423579A - 机器人割草机切割装置、机器人割草机、切割刀片及方法 - Google Patents

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Abstract

一种机器人割草机，包括刀架(200)和枢转地连接到刀架的切割刀片(400)，该刀片包括沿着切割部分平面(410)延伸的基本上扁平的切割部分(401)、刀架接口(404)，以及将切割部分(401)与刀架接口(404)互连的偏移部分(406)。当操作该机器人割草机时，切割刀片(400)的刀架接口(404)遵循刀架接口旋转平面(415)中的圆形路径，并且切割部分(401)遵循切割平面(402)中的圆形路径，从刀架接口旋转平面(415)偏移一段切割平面偏移距离(408)。

Description

机器人割草机切割装置、机器人割草机、切割刀片及方法
技术领域
本发明涉及由机器人割草机(robotic lawnmower，机器人草坪割草机)承载的机器人割草机切割装置的各个方面。
背景技术
用于花园或草坪维护的机器人割草机在本领域中是公知的。通常，机器人割草机包括多个切割刀片，这些切割刀片能拆卸地连接到旋转刀架盘，该旋转刀架盘用作刀片或刀具保持器。通常为圆盘的刀架布置成围绕垂直于草地表面的竖直轴线旋转，并且由机器人割草机的电马达提供动力以使切割刀片旋转。
通常，在切割期间，机器人割草机使用能量来割草，并且推动其自身穿过草坪。在电池供电的电马达器人割草机中，机器人割草机在其能量资源已经消耗之后必须返回到其充电站。除了执行实际的割草之外，机器人割草机还通过其控制逻辑、传感器和通信系统消耗能量。甚至到充电站以对电池再充电的回程也会消耗能量。典型的机器人割草机随机导航，从而对已切割的草进行多次操作。对于一些机器人割草机，在达到期望的切割质量之前，切割质量包括草地表面的美学平整度，无论如何可能需要在每个特定区域上进行若干次切割。
电池供电的机器人割草机受到其电池容量和用于割草的能量效率的限制。除了诸如草特性、地面特性、障碍物和机器人割草机的适当维护的环境条件之外，能量效率还取决于其电子控制逻辑的传动系效率、电马达、车轮、传动和切割效率。为了在草的较高切割高度处割草，刀片通常需要比更深地切入草中的切割更少的能量，结果是切割的草的长度较短。因此，切割非常短的草比在更高的切割高度割草更有挑战性和更大的能量需求。当今一些机器人割草机的另一问题是例如在不平坦的地形中颠簸时搁浅而被卡住的趋势。当这种情况发生时，在机器人割草机试图使其自身自由时，也消耗诸如电池电源的能量。EP0808096B1建议在草地表面和旋转刀架盘之间使用自由旋转的防护下板。为了节省能量，刀架盘的旋转轴线具有7度的向前倾斜，使得切割刀片将不会再次接触切割头后面的草。然而，仍然需要一种能够覆盖更大区域和/或提供改进的切割结果和/或较不易于卡在地形特征上的机器人割草机。
发明内容
本发明的目的是解决或至少减轻上述问题的部分或全部。为此，根据第一方面，提供了一种机器人割草机切割装置，包括：刀架，其配置为由切割马达围绕刀架旋转轴线旋转，刀架远离刀架旋转轴线在径向上延伸，并且包括从刀架旋转轴线径向偏移的刀片附接接口，该刀片附接接口配置为枢转地(pivotally)保持切割刀片；以及切割刀片，其包括设置有切割边缘的基本上扁平的切割部分，以及枢转地连接到刀架的刀片附接接口的刀架接口，从而枢转连接允许切割刀片相对于刀架围绕从刀架旋转轴线偏移的刀片枢转轴线枢转，使得当刀架围绕刀架旋转轴线旋转时，切割刀片的刀架接口遵循在垂直于刀架旋转轴线的刀架接口旋转平面中的圆形路径，并且切割部分遵循在切割平面中的圆形路径，其中，切割边缘在切割平面内延伸，并且切割平面相对于刀架旋转轴线从刀架接口旋转平面在轴向上偏移一段切割平面偏移距离。这种机器人割草机切割装置允许将刀架升高到草的上方，这减少了与草的摩擦，从而减少了功耗。这种摩擦减小可以利用切割装置来获得，该切割装置在草地表面和旋转刀架之间没有(即没有设置)自由旋转下板，例如EP0808096B1的自由旋转下板。同时，该刀片设计允许将草切割到低切割高度。特别地，与EP0808096B1的切割装置相比，可以避免下板和草之间的摩擦。由此可获得的增加的离地间隙还可以降低卡住的风险。表述“相对于刀架旋转轴线在轴向上偏移”应被解释为在刀架旋转轴线的方向上偏移。刀片枢转轴线可以从刀架旋转轴线偏移一段枢转轴线径向偏移距离，该枢转轴线径向偏移距离被定义为从刀架旋转轴线到枢转轴线穿过平面的点的径向距离，该平面穿过刀架接口，并且该平面垂直于刀架旋转轴线。根据一个实施方式，切割部分和刀架接口可以通过在横向于由切割部分限定的平面的方向上延伸的偏移部分互连。优选地，切割装置配置为在使用时定向成使得切割平面在刀架接口旋转平面下方。
根据一些实施方式，切割平面偏移距离可以超过5mm、10mm、15mm或20mm。替代地或附加地，切割平面偏移距离可以小于50mm、小于35mm或小于25mm。
根据第二方面，上述问题中的部分或全部通过一种机器人割草机切割装置来解决或至少减轻，该机器人割草机切割装置包括：刀架，其配置为由切割马达围绕刀架旋转轴线旋转，刀架远离刀架旋转轴线在径向上延伸并且包括从刀架旋转轴线径向偏移的刀片附接接口，该刀片附接接口配置为枢转地保持切割刀片；以及切割刀片，其包括沿着切割部分平面延伸的基本上扁平的切割部分，该切割部分设置有切割边缘，以及枢转地连接到刀架的刀片附接接口的刀架接口，从而枢转连接允许切割刀片相对于刀架围绕刀片枢转轴线枢转，其中，切割刀片还包括使切割部分和刀架接口互连并且在横向于切割部分平面的方向上延伸的偏移部分，使得切割部分平面至少在刀架接口处相对于刀架旋转轴线从刀架接口在轴向上偏移。这种机器人割草机切割装置允许将刀架升高到草的上方，这减少了与草的摩擦，从而减少了功耗。同时，该刀片设计允许将草切割到低切割高度。可选地，偏移部分也可以设置有切割边缘。
根据上文限定的任何机器人割草机切割装置的实施方式，切割刀片的刀架接口与刀架的刀片附接接口之间的枢转连接配置为允许切割刀片围绕刀片枢转轴线自由地(即未偏置地)枢转。因此，当撞击物体时的冲击能量将是低的，这提供了较长的寿命以及高水平的安全性。根据这些实例，可以允许切割刀片围绕刀片枢转轴线在大于90度、大于120度、大于150度、大于180度或大于210度的枢转角度范围内自由枢转。也可以允许切割刀片自由旋转，以完成围绕刀片枢转轴线的完整转动。
根据一个实施方式，刀片枢转轴线可以相对于刀架旋转轴线倾斜。该倾斜可以定向成使得当刀架围绕刀架轴线旋转时，刀片枢转轴线的路径限定其顶点朝下的锥体。因此，当撞击到不可切割的物体时，切割刀片可以围绕枢转轴线枢转到升高的位置，该位置高于地面。例如，刀片枢转轴线可以与刀架旋转轴线形成3度至20度的角度。此外，刀片枢转轴线可以位于刀架旋转轴线沿着其延伸的平面中。因此，无论刀架在哪个方向上旋转，都可以获得相同的冲击性能。
根据上文所定义的任何机器人割草机切割装置的实施方式，刀架接口可以与切割部分一体地形成。这可以产生坚固且廉价的刀片。根据一些实施方式，切割刀片可以由板材一体地形成。例如，该板材可以是金属板，例如钢板。切割部分的板材的最大厚度可以例如小于2mm，或小于1.25mm。通过使用薄的并且因此也是低重量的刀片，可以甚至进一步降低功耗。同时，需要足够的强度来切割典型草坪的草。板材的特别合适的厚度可以是在例如0.4mm至0.8mm。
根据一些实施方式，切割部分平面可以与切割平面重合。根据其他实施方式，切割部分平面可以相对于切割平面倾斜。切割部分平面可以例如相对于切割平面倾斜一度至五度的倾斜角，如在包括刀架旋转轴线和刀架接口的竖直截面中看到的。
根据一些实施方式，刀架接口可以由在刀架接口平面中延伸的板材制成，其中，刀架接口平面基本上平行于切割平面和切割部分平面中的至少一者，并且可选地平行于两者。这种切割装置特别适合于刀片枢转轴线平行于刀架旋转轴线的情况。根据一些实施方式，刀架接口平面可以与切割平面和切割部分平面中的至少一者形成小于十度或小于五度的角度。
根据一些实施方式，切割刀片可以能拆卸地连接到刀架。特别地，切割刀片可以是从刀架能在无工具的情况下拆卸的。
根据一些实施方式，切割刀片的刀架接口和刀架的刀片附接接口之间的接合可以具有相对于刀片枢转轴线的至少5mm的径向间隙。因此，刀片可以在与不可切割物体碰撞时自动地径向向内抛掷，这减少了对刀片和不可切割物体的损坏。根据一些实施方式，径向间隙可以超过10mm、15mm或20mm。替代地或附加地，径向间隙可以小于50mm、小于35mm或小于25mm。径向间隙可以配置为允许在沿着刀片的纵向轴线的方向上相对于刀片附接接口移动切割刀片。在垂直于纵向轴线和刀片枢转轴线的横向方向上，切割刀片的刀架接口和刀架的刀片附接接口之间的接合可以具有更紧密的配合，使得不允许切割刀片相对于刀片附接接口在所述横向方向上显著移动。这种布置可以通过例如将切割刀片的刀架接口和刀架的刀片附接接口中的一者配置为具有伸长轴线的伸长孔或狭槽来获得，该伸长轴线在使用时在径向远离刀架旋转轴线的方向上延伸，并且将切割刀片的刀架接口和刀架的刀片附接接口中的另一者枢转地且可滑动地连接到该伸长孔，以允许其在所述伸长方向上沿着所述伸长孔滑动。
根据一些实施方式，刀架接口和刀片附接接口之间的接合可以具有相对于刀片枢转轴线的至少0.2mm的轴向间隙，或者根据其他实施方式，具有至少0.5mm的轴向间隙。当与从刀架接口轴向分离的切割部分组合时，该轴向间隙降低了刀架接口处的枢转连接在操作期间由于离心力试图使切割刀片倾斜而卡住的风险。
根据一些实施方式，刀架接口和刀片附接接口之间的接合允许在刀架旋转期间使刀片围绕延伸穿过刀片附接接口的刀片倾斜轴线在刀片附接接口的行进方向上(即在相对于刀架旋转轴线的切向方向上)倾斜。因此，刀片在旋转时可以自动地呈现用于切割的最佳倾斜。根据一些实施方式，刀片可以在1度到30度的倾斜间隙内可倾斜，或者在5度到15度的倾斜间隙内可倾斜。当与从刀架接口轴向分离的切割部分组合时，该倾斜间隙降低了刀架接口处的枢转连接在操作期间由于离心力试图使切割刀片倾斜而卡住的风险。
根据一些实施方式，切割边缘可以是基本上直的。机器人割草机切割装置可以这样的方式设计，使得当刀架旋转时，切割刀片响应于离心力自动地处于切割边缘基本上径向远离刀架旋转轴线延伸的位置。根据一些实施方式，切割边缘与所述径向方向形成小于十度或小于五度的角度。根据一些实施方式，除了切割部分的直的切割边缘之外，刀片还可以包括辅助切割边缘，该辅助切割边缘可以不是直的，并且可以可选地沿着例如刀架接口和切割部分之间的任何偏移部分延伸。
根据一些实施方式，切割刀片可以包括沿着切割刀片的第一侧边缘延伸的第一切割边缘，以及沿着切割刀片的第二侧边缘延伸的第二切割边缘，第二侧边缘与第一侧边缘相反。因此，切割装置可以通过围绕刀架旋转轴线在任一旋转方向上旋转或通过在两个相反的旋转方向上交替旋转而操作。特别地，切割刀片可以关于穿过刀架接口的对称轴线对称，使得第一切割边缘和第二切割边缘在对称轴线的两侧上沿着对称轴线延伸。因此，无论切割装置的旋转方向如何，都可以获得完全相同的行为。
根据一些实施方式，切割刀片可以是伸长的并且沿着其伸长方向具有切割刀片长度，其中，切割部分沿着所述伸长方向具有切割刀片长度的至少20％的切割部分长度。根据一些实施方式，切割部分长度可以超过切割刀片长度的25％、30％或35％。替代地或附加地，切割部分长度可以短于切割刀片长度的70％，或短于50％。
根据一些实施方式，刀架接口可以包括通孔，该通孔具有沿着垂直于刀片枢转轴线的平面的伸长形状。该伸长形状可以具有在使用时相对于刀架旋转轴线在径向方向上延伸的伸长方向。根据一个实施方式，通孔可以是椭圆形的。
根据一些实施方式，切割刀片可以在设置有所述刀架接口的近端和设有所述切割部分的远端之间延伸。近端可以在切割刀片的短侧边缘与长侧边缘之间斜切，以便促进围绕刀片枢转轴线的枢转。在一种替代构造中，切割刀片可以在每个纵向端部处具有切割部分和刀架接口。这种切割刀片可以经由刀架接口中的任一个交替地连接到刀架，以延长使用寿命。
根据一些实施方式，刀架可以由塑料制成，并且可以可选地具有圆盘的形状。
根据一些实施方式，刀架可以上文定义的方式枢转地承载多个围绕其周边分布的切割刀片。刀片的合适数量可以是例如两个、三个、四个或五个。根据一个典型实例，切割组件包括至少四个围绕刀架的周边分布的切割刀片。
根据第三方面，通过一种机器人割草机切割刀片来解决或至少减轻上述问题中的部分或全部，该机器人割草机切割刀片包括：沿着切割部分平面延伸的基本上扁平的切割部分，该切割部分设置有切割边缘；刀架接口；以及偏移部分，该偏移部分使切割部分和刀架接口互连，并且在横向于切割部分平面的方向上延伸，从而将刀架接口保持在从切割部分平面偏移的位置处。这种切割刀片可以用作如上文定义的机器人割草机切割装置中的切割刀片。机器人割草机切割刀片的附加可选特征从上文定义的示例性机器人割草机切割装置中是显而易见的。
根据第四方面，通过一种包括如上文定义的机器人割草机切割装置或机器人割草机切割刀片的机器人割草机来解决或至少减轻上述问题中的部分或全部。
根据一些实施方式，当机器人割草机在水平表面上定位在正常操作位置时，刀架旋转轴线可以是基本上竖直的，例如与竖直线形成小于三度的角度。切割平面和切割部分平面中的至少一者可以是基本上水平的，例如与水平面形成小于三度的最大角度。通过具有基本上水平的切割平面，可以在围绕旋转刀架盘的周边的任何位置切割草，而不仅是如EP0808096B1中建议的在前部位置。从而，提高了切割效率和切割质量。通过具有水平切割部分平面，即使机器人割草机以相对高的速度在草地上通过，所有草叶也将在相同的高度处接收水平切割。这也提高了切割的视觉质量。例如，诸如EP0808096B1的倾斜切割装置的缺点在于，其趋向于对草叶进行非水平切割，并且当在切割的同时以高速移动穿过草坪时，还趋向于导致草坪的草叶的条纹状上部包络。因此，需要多次重新切割草坪的每个点以获得均匀的切割，这会消耗能量。由于系统切割机器人割草机的路径规划和精确引导达到更好的精度，所以特别有利的是，仅必须以最小重叠切割每个点一次，以达到期望的草坪表面平整度质量。因此，根据一些实施方式，切割装置由配置为用于系统导航的机器人割草机承载，这与当今机器人割草机中通常使用的典型随机导航不同。
根据一些实施方式，机器人割草机还可以包括控制器和切割马达，其中，控制器配置为在低于极限RPM(每分钟转数)下操作切割马达，该极限RPM适于为所述切割刀片的切割部分提供小于5焦耳、优选地小于2焦耳的最大冲击能量。那些极限值可以例如通过以适于分别给予所述切割部分小于5焦耳或2焦耳的总动能的RPM操作切割马达来保障。
根据一些实施方式，切割马达可以是配置为以小于200瓦特的输出功率操作的电马达。这种功率水平是机器人割草机的典型功率水平。根据一些实施方式，切割马达可以配置为以小于50瓦特或小于20瓦特的输出功率操作。这种功率水平可能特别适合于家庭和花园使用的低功率机器人割草机。
根据第五方面，通过一种操作机器人割草机的方法来解决或至少减轻上述问题中的部分或全部，该方法包括：使切割刀片的刀架接口围绕刀架旋转轴线在刀架接口旋转平面中旋转；以及使所述切割刀片的切割部分旋转，该切割部分具有面向切割刀片的行进的切向方向的切割边缘，其中，切割边缘在所述刀架接口旋转平面下方的切割平面中旋转。切割边缘可以在切割平面内延伸。例如，切割边缘可以在相对于刀架旋转轴线径向的方向上延伸。此外，切割边缘可以在垂直于刀架旋转轴线的方向上延伸。该方法的附加可选特征从上文定义的示例性机器人割草机切割装置中是显而易见的。
根据第六方面，通过使用如本文定义的用于在小于15mm的切割高度处切割高尔夫球场球道的草的机器人割草机切割装置、机器人割草机切割刀片、机器人割草机或方法来解决或至少减轻上述问题中的部分或全部。如上文定义的机器人割草机切割装置、机器人割草机切割刀片和机器人割草机特别良好地适合于以非常高的准确度切割非常短的草，例如用于高尔夫球场和足球场。
根据第七方面，通过使用如本文定义的用于在小于5mm的切割高度处切割高尔夫球场果岭的草的机器人割草机切割装置、机器人割草机切割刀片、机器人割草机或方法来解决或至少减轻上述问题中的部分或全部。根据一些实施方式，切割高度可以低于4mm，或者甚至低于3mm。如上文定义的机器人割草机切割装置、机器人割草机切割刀片和机器人割草机可以适合于在低达几毫米的切割高度处割草。对于高尔夫果岭，提供具有抽吸装置和集草腔的机器人割草机是有益的，用于从高尔夫果岭上真空抽吸剪下的草。
根据第八方面，通过一种制造机器人割草机切割刀片的方法来解决或至少减轻上述问题中的部分或全部，该方法包括：使金属板坯件弯曲以形成基本上扁平的切割部分、基本上扁平的刀架接口部分、和偏移部分，该偏移部分在横向于切割部分的平面的方向上将切割部分与刀架接口部分分离；以及磨削切割边缘；以及可选地，在磨削切割边缘之后，局部处理切割边缘以改变其材料特性。通过仅局部处理切割边缘，并且使切割刀片的其他部分不进行处理，刀片可以长时间保持锋利，而切割刀片的未处理的主体部分可以允许其承受与不可切割物体的冲击而不断裂。可选地，可以在刀架接口部分中冲压出通孔，以形成刀架接口。
根据第九方面，通过一种制造机器人割草机切割刀片的方法来解决或至少减轻上述问题中的部分或全部，该方法包括：使金属板坯件弯曲以形成基本上扁平的切割部分、基本上扁平的刀架接口部分、和偏移部分，该偏移部分在横向于切割部分的平面的方向上将切割部分与刀架接口部分分离；以及将切割边缘附接到切割部分。使用该方法，硬化的切割边缘可以附接到未硬化的切割部分。切割边缘可以通过例如钎焊、熔焊、压配合或胶粘来附接。
应注意，本发明的实施方式可以通过权利要求中所记载的特征的所有可能的组合来实现。此外，应理解，针对根据一些方面的装置描述的各种实施方式都可以与根据其他方面的装置的实施方式以及根据另一些方面的方法组合，反之亦然。
附图说明
通过以下参考附图对本发明的优选实施方式的说明性和非限制性的详细描述，将更好地理解本发明的上述以及附加的目的、特征和优点，其中相同的附图标记将用于相似的元件，其中：
图1是机器人割草机系统的立体图；
图2是说明机器人割草机的功能块的框图；
图3是机器人割草机切割装置的截面侧视图，并且示出了切割刀片与刀架的枢转附接的三种不同构造；
图4A示出了图3的机器人割草机切割装置的切割刀片和刀片紧固件组件的截面；
图4B是图4A的切割刀片的立体图；
图4C是图4A的切割刀片的顶视图；
图5是图3的机器人割草机切割装置在操作时的顶视图；
图6是图3的机器人割草机切割装置在割草时的截面侧视图；
图7是图3的机器人割草机切割装置的截面侧视图，其中切割刀片相对于刀片枢转轴线具有和不具有轴向和径向间隙；
图8是机器人割草机切割装置的一个替代实施方式的截面侧视图；
图9是机器人割草机切割装置的又一替代实施方式的截面侧视图；
图10是机器人割草机切割装置的再一替代实施方式的截面侧视图；
图11是切割刀片的一个替代实施方式的立体图；
图12是切割刀片的又一替代实施方式的立体图；
图13是切割刀片的又一替代实施方式的立体图；以及
图14是示出了制造机器人割草机切割刀片的两个替代方法的流程图。
所有附图都是示意性的，不是必须按比例绘制，并且通常仅示出为了阐明实施方式所必需的部件，其中可以省略其他部件。
具体实施方式
图1示意性地示出了机器人割草机系统1的概览，其配置为以本领域已知的方式在由发射磁场的边界线11界定的预定工作区域12内对草坪2进行割草。机器人割草机系统1包括自推进式机器人割草机10和充电站16。机器人割草机设置有轮，例如一对前轮18和一对后轮20，用于在工作区域12内移动。通常，轮18、20中的至少一者直接或经由传动装置(未示出)连接到诸如电马达的马达，用于推进机器人割草机10穿过草坪2。
图2示出了机器人割草机10的功能块。在图2的实例中，每个后轮20连接到相应的电推进马达24。这允许彼此独立地驱动后轮20，使得能够实现机器人割草机10的例如急转弯。机器人割草机10还包括控制器26。控制器26可以连接到各种类型的传感器、致动器和通信接口，并且可以使用中央处理单元来实现，该中央处理单元执行存储在存储器28上的指令。不用说，通用集成电路和专用集成电路的不同组合也可以用作不同的存储器技术。通常，控制器26配置为从存储器28读取指令并且可能鉴于不同的传感器信号执行这些指令以控制机器人割草机10的操作。通常，控制器26配置为基于这些指令以自主或半自主方式控制机器人割草机，即没有或仅偶尔有来自人工操作员的指令。控制器26还控制切割机马达300的操作，该切割机马达配置为驱动切割装置，该切割装置包括以将在下面进一步阐述的方式保持一组切割刀片的刀架。
无线数据收发器32连接到控制器26，并且允许控制器26与充电站16或任何其他装置(例如遥控器或智能电话(未示出))通信。
机器人割草机10还包括导航系统34。在所示实例中，导航系统34包括惯性导航装置36，例如加速度计或陀螺仪，以及磁场传感器38，其配置为检测由地面上/中的边界线11(图1)发射的磁场。边界线可以用于限定待处理区域12的边界，或以其他方式提供参考以帮助机器人割草机10导航。惯性导航装置36允许机器人割草机10跟踪其在待处理区域12内的移动。惯性导航装置36可以由罗盘(未示出)补充，以提供可以补偿惯性导航装置36的任何漂移的基本定向信息。
控制器26还控制推进马达24，从而控制机器人割草机10在待处理区域12内的推进。推进马达24可以是步进马达，允许控制器26跟踪马达24的相应转数，从而还跟踪机器人割草机10行进的距离，以及当马达24以不同速度或在相反方向上操作时机器人割草机10的任何转弯角度。在这方面，推进马达24可以作为里程表操作。可替代地，轮20可以设置有里程表分度器，其配置为向控制器26提供关于每个马达24的转数的反馈。导航系统34还包括来自导航系统34的GNSS(全球导航卫星系统)接收器42导航信息，并且马达24被融合在控制器26中以提供精确的位置指示，以便实现例如机器人割草机10的系统运动模式，其中，机器人割草机10沿着平行的、相邻的割草轨迹横穿草坪2。
控制器26、导航系统34、收发器32和电马达24、30由电池40供电。机器人割草机10配置为定期和/或在电池电量低时导航到充电站16，以便与充电站16对接以对电池40充电。充电站16可以连接以从电网接收电力。
电池供电的机器人割草机受到其电池容量和用于割草的能量效率的限制。如果可以降低能耗，则可以增进切割覆盖范围、切割质量和切割速度，同时减小机器人割草机机械装置的磨损和撕裂。
图3示出了图1至图2的机器人割草机10的机器人割草机切割装置100的实例。机器人割草机切割装置100包括刀架200，其配置为由切割马达300经由切割马达轴301围绕竖直刀架旋转轴线201旋转。刀架300可以配置为注塑成型的塑料部件。刀架200可以是旋转对称的，并且在所示实例中，当沿着刀架旋转轴线201观察时具有圆形形状，该圆形形状与刀架旋转轴线201同心。刀架200包括一组从刀架旋转轴线201径向偏移的刀片附接接口202，每个刀片附接接口202配置为枢转地保持相应的切割刀片。在图3的图示中，为了图示清楚，刀片附接接口202中的仅一个连接到相应的切割刀片400。
切割刀片400在其远端424处包括沿着切割部分平面410延伸的基本上扁平的切割部分401，该切割部分平面是水平的，即平行于待切割草坪的表面。切割部分401设置有面向相对于刀架旋转轴线201的切向方向的切割边缘403。刀架接口404布置在切割刀片400的近端422处。刀架接口404经由切割刀片附接螺钉418将切割刀片400枢转地连接到刀架200的刀片附接接口202，该切割刀片附接螺钉作为枢转销操作并由此限定刀片枢转轴线405。刀片枢转轴线405可以是竖直的，如通过附接到刀架200的刀片400示出的。然而，根据其他实施方式，刀片枢转轴线405可以径向地向内倾斜一个向内的倾斜角407，或径向地向外倾斜一个向外的倾斜角409，如由切割刀片400和切割刀片附接螺钉418相对于各自的刀片枢转轴线405'、405”的替代位置413'、413”所示的。刀片枢转轴线405与刀架旋转轴线201径向分开一段枢转轴线径向偏移距离102，该径向偏移距离被定义为从刀架旋转轴线201到枢转轴线405穿过平面415的点的径向距离，该平面415穿过刀架接口404，并且该平面415垂直于刀架旋转轴线201。典型的枢转轴线径向偏移距离102可以在50mm和500mm之间；更典型地在100mm和300mm之间。
在切割部分401和刀架接口404之间，切割刀片400具有偏移部分406，其在横向于切割部分平面410的方向上延伸，从而相对于刀架旋转轴线201以及刀片枢转轴线405限定切割部分401和刀架接口404之间的一段轴向切割平面偏移距离408。例如，该切割平面偏移距离408可以是大约15mm。
当操作机器人割草机切割装置100时，刀架200围绕刀架旋转轴线201旋转，使得刀片400围绕刀架旋转轴线201沿轨道运行。因此，切割刀片400的刀架接口404在垂直于刀架旋转轴线201的刀架接口旋转平面415内沿圆形路径行进，并且切割部分401在切割平面402内沿圆形路径行进，这些平面402、415彼此竖直地偏移一段切割平面偏移距离408。
图4A、图4B和图4C更详细地示出了切割刀片400，其中，图4A的截面还提供了用于将切割刀片400附接到刀架200的紧固件组件的分解图。从图4A的截面图开始，切割刀片400由钢板整体形成。钢板的厚度419可以是例如稍微小于1mm。具有刀架接口404的近端422与刀片400的其余部分一体地形成，并且刀架接口404在与刀架接口旋转平面415重合的刀架接口平面412中延伸。因此，刀架接口平面412平行于切割平面402以及切割部分平面410。紧固件组件包括切割刀片附接螺钉418和垫圈411，切割刀片附接螺钉配置为穿透刀架附接接口404并固定在刀架200的刀片附接接口202中(图3)，垫圈配置为定位在切割刀片400和刀架200之间(图3)。垫圈411用于减小切割刀片400和刀架200之间的枢转接合中的摩擦。刀片附接螺钉418配置为当固定到刀架200时，为刀架接口404提供微小的轴向间隙，使得切割刀片400可在刀架接口旋转平面415中枢转并沿着该刀架接口旋转平面滑动。
如图4B所示，刀架接口404配置为伸长通孔。通孔404的伸长形状为刀架接口404和刀片附接接口202(图3)之间的接合提供了相对于刀片枢转轴线405的径向间隙，该径向间隙对应于伸长通孔沿着刀架接口旋转平面415的长度减去刀片附接螺钉418的直径。典型的径向间隙可以是例如10mm至50mm的量级。
现在转到图4C，切割刀片400包括一对直的切割边缘403，其沿着切割刀片400的相反的侧边缘延伸。每个边缘403相对于刀架旋转轴线201面向相应的切向方向。切割刀片400是伸长的，其伸长方向从近端422延伸到远端424，并且沿着其伸长方向具有切割刀片长度L1。切割部分401具有沿着所述伸长方向的切割部分长度L2，其大约为切割刀片长度L1的一半。在刀架接口平面412(图4A)中延伸的刀架接口部分422具有沿着所述伸长方向的刀架接口部分长度L3，其也是切割刀片长度L1的大约一半。切割刀片的近端420具有一对斜面430，这对斜面便于切割刀片400围绕刀片枢转轴线405(图4B)的枢转运动。
图5示出了操作中的机器人割草机切割装置100，并且如从下方看到的，示出了四个枢转地附接到刀架200的切割刀片400。每个刀片400围绕相应的枢转轴线405(图4B)枢转的自由度以及切割刀片400相对于其相应的刀片枢转轴线405(图4B)的径向间隙，允许切割刀片400围绕枢转轴线405(图3)自由地旋转504，响应于离心力而从刀架旋转轴线201径向地向外移动503，响应于与不可切割物体500的碰撞而朝向刀架旋转轴线201径向地向内移动501，并且还响应于与不可切割物体500的碰撞而围绕枢转轴线405枢转502。返回参考图2，控制器26可以配置为在极限RPM之下操作切割马达300，该极限RPM适于为每个相应的切割部分401提供小于2焦耳的最大冲击能量，从而产生对人相对安全的机器人割草机切割装置。对于这种情况，切割马达300以小于20瓦的输出功率操作可能就足够了。
图6示出了在操作中的机器人割草机切割装置100，并且如从侧面看到的，示出了图5的四个切割刀片400中的两个。当在向前方向600上移动穿过草坪时，机器人割草机切割装置100通过切割马达300围绕刀架旋转轴线201旋转。进入机器人割草机切割装置100的前端610的草叶501将在相对于刀架旋转轴线201的切向方向上从侧面被切割。当经过机器人割草机切割装置100的后端620时，任何剩余的未切割的草叶将被给予在相同切割高度处被切割的第二次机会。当经过后端620时，草叶501将再次在相反的切向方向上从侧面被切割，从而在机器人割草机切割装置100仅经过一次之后留下均匀质量的切割草坪。切割刀片400的非切割部件404、406将在已切割的草503上方一段距离处旋转，从而使对草的摩擦最小化。
如从图6中显而易见的，机器人割草机10(图1)通过以下方式操作：使每个刀架接口404在刀架接口旋转平面415中围绕刀架旋转轴线201旋转；以及使切割部分401旋转，其中切割边缘403面向切割刀片400的行进的切向方向，其中，切割边缘403在位于刀架接口旋转平面415下方的切割平面402中旋转。
如图7所示，刀架接口404和刀架附接接口202之间的接合中的轴向间隙由刀片附接螺钉418的头部与刀架200之间的超过垫圈411和切割刀片400的板材的厚度的一段轴向距离限定，该轴向距离允许刀片400在刀架200的旋转期间在刀架接口404的行进方向上，即在相对于刀架旋转轴线201的切向方向上，围绕延伸穿过刀架接口404的刀片倾斜轴线稍微倾斜。由此获得的倾斜间隙450可以例如允许相对于水平面的-5度和+5度之间的倾斜角。在围绕刀架旋转轴线201旋转时，切割刀片400将响应于作用在其上的离心力而自动地呈现适合于切割的倾斜位置。
图8示意性地示出了机器人割草机切割装置100a的一个替代实施方式。机器人割草机切割装置100a包括扁平的刀架盘200，切割刀片400a以未示出的方式悬挂在该刀架盘上。切割刀片400a在大多数方面与上文详细描述的切割刀片400类似，但是与切割刀片400的不同之处在于，刀架接口平面412a不平行于刀架接口旋转平面415(图3)和切割部分平面410，并且刀架接口的枢转轴线405不是竖直的。而且，切割平面402和切割部分平面410重合，并且是水平的。由于刀片枢转轴线405径向地向外倾斜，所以当碰到不可切割物体时，切割刀片400a可以围绕枢转轴线405枢转到高于地面的升高位置。该倾斜定向成使得刀片枢转轴线405位于与刀架旋转轴线201相同的平面中。当刀架200围绕刀架旋转轴线201旋转时，刀片枢转轴线405的路径限定其顶点朝下的锥体。
图9示意性地示出了机器人割草机切割装置100b的又一替代实施方式。机器人割草机切割装置100b在大多数方面与参考图8描述的机器人割草机切割装置100a类似，但是与图8的机器人割草机切割装置100a的不同之处在于，刀架接口平面412b平行于切割部分平面410B，并且两个平面都相对于水平面倾斜。而且，刀架盘旋转轴线201是竖直的，使得切割平面402(即，由切割刀片400的切割边缘的最下端所遵循的圆限定的平面，草尖沿着该平面被切割)是水平的。如在包括刀架旋转轴线201和刀架接口的所示竖直截面中看到的，切割部分平面410b相对于切割平面402倾斜。
图10示出了机器人割草机切割装置100c的又一替代实施方式。机器人割草机切割装置100c在大多数方面与参考图8描述的机器人割草机切割装置100a类似，但是与图8的机器人割草机切割装置100a的不同之处在于，刀架接口404沿着与偏移部分406重合的刀架接口平面412c延伸。
图11示出了机器人割草机切割刀片400d的又一替代实施方式。切割刀片400d设置有两个刀架接口404和两个切割部分201，并且关于其偏移部分406在功能上对称，使得其可在任一端附接到刀架200(图3)。
图12示出了机器人割草机切割刀片400e的又一替代实施方式。切割刀片400e与螺纹杆1200一体地形成，该螺纹杆兼作偏移部分406和刀架接口404，并且限定刀片枢转轴线405。
图13示出了机器人割草机切割刀片400f的又一替代实施方式，如从刀片枢转轴线405的径向方向看到的，该机器人割草机切割刀片的切割部分平面410相对于切割平面402倾斜。
由于能够以高精度和低摩擦到达非常接近于地面，所以本发明的方法和装置适合于在诸如高尔夫球场球道和高尔夫球场果岭的应用中切割非常短的草。
上述切割刀片可以按照图14的流程图中所示的制造方法来制造，该方法包括以下步骤
1101：提供金属板坯件；
1102：使金属板坯件弯曲以形成基本上扁平的切割部分401(图4B)、基本上扁平的刀架接口部分420，以及将切割部分401与刀架接口部分420在横向于切割部分的平面的方向上分开的偏移部分406；
1103：磨削切割边缘403；以及
1104：在磨削切割边缘之后，局部处理切割边缘以改变其材料特性，例如改变其硬度。
在一个替代实施方式中，步骤1103和1104可以由步骤1105代替：将切割边缘403附接到切割部分401。此外，步骤1102和1105的顺序可以颠倒。
上面已经参考几个实施方式主要描述了本发明。然而，本领域技术人员容易理解，在由所附专利权利要求限定的本发明的范围内，除了上面公开的实施方式之外的其他实施方式同样是可能的。例如，已经示出了竖直的刀架旋转轴线。然而，具有相对于竖直轴线倾斜的刀架旋转轴线的机器人割草机切割装置也可能受益于本文中所公开的教导。因此，即使不太优选地用于切割非常短的草，这种装置也旨在落入权利要求的范围内。类似地，已经示出了没有任何自由旋转的下保护板的刀架，例如EP0808096B1中的下保护板。然而，具有自由旋转的下保护板的机器人割草机切割装置也可能受益于本文中所公开的教导。因此，即使不太优选地用于切割非常短的草，这种装置也旨在落入权利要求的范围内。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。

Claims (29)

1.一种机器人割草机切割装置(100；100a；100c)，包括：
刀架(200；200a)，配置为由切割马达(300)围绕刀架旋转轴线(201)旋转，所述刀架远离所述刀架旋转轴线(201)在径向上延伸并且包括从所述刀架旋转轴线(201)径向偏移的刀片附接接口(202)，所述刀片附接接口(202)配置为枢转地保持切割刀片(400；400a；400c；400d；400e)；以及
切割刀片(400；400a；400c；400d；400e)，包括设置有切割边缘(403)的基本上扁平的切割部分(401)和枢转地连接到所述刀架(200；200a)的所述刀片附接接口(202)的刀架接口(404)，从而枢转连接允许所述切割刀片(400；400a；400c；400d；400e)相对于所述刀架(200；200a)围绕从所述刀架旋转轴线(201)偏移的刀片枢转轴线(405)枢转，使得当所述刀架(200；200a)围绕所述刀架旋转轴线(201)旋转时，所述切割刀片(400；400a；400c；400d；400e)的所述刀架接口(404)在垂直于所述刀架旋转轴线(201)的刀架接口旋转平面(415)中遵循圆形路径，并且所述切割部分(401)在切割平面(402)中遵循圆形路径，
其特征在于，所述切割边缘在所述切割平面内延伸，并且所述切割平面(402)相对于所述刀架旋转轴线(201)从所述刀架接口旋转平面(415)在轴向上偏移一段切割平面偏移距离(408)。
2.根据权利要求1所述的机器人割草机切割装置(100；100a；100c)，其中，所述切割平面偏移距离(408)超过5mm。
3.一种机器人割草机切割装置(100；100a；100b；100c)，包括：
刀架(200；200a)，配置为由切割马达(300)围绕刀架旋转轴线(201)旋转，所述刀架远离所述刀架旋转轴线(201)在径向上延伸并且包括从所述刀架旋转轴线(201)径向偏移的刀片附接接口(202)，所述刀片附接接口(202)配置为枢转地保持切割刀片(400；400a；400b；400c；400d；400e；400f)；以及
切割刀片(400；400a；400b；400c；400d；400e；400f)，包括沿着切割部分平面(410)延伸的基本上扁平的切割部分(401)并且包括刀架接口(404)，所述切割部分(401)设置有切割边缘(403)，所述刀架接口枢转地连接到所述刀架(200；200a)的所述刀片附接接口(202)，从而枢转连接允许所述切割刀片(400；400a；400b：400c；400d；400e；400f)相对于所述刀架(200；200a)围绕刀片枢转轴线(405)枢转，
其特征在于，所述切割刀片(400；400a；400b：400c；400d；400e；400f)还包括偏移部分(406)，所述偏移部分将所述切割部分(401)与所述刀架接口(404)互连并且在横向于所述切割部分平面(410)的方向上延伸，使得所述切割部分平面(410)相对于所述刀架旋转轴线从所述刀架接口在轴向上偏移。
4.根据前述权利要求中任一项所述的机器人割草机切割装置(100；100a；100b；100c)，其中，所述切割刀片(400；400a；400b；400c；400d；400e；400f)的所述刀架接口(404)和所述刀架(200；200a)的所述刀片附接接口(202)之间的枢转连接配置为允许所述切割刀片(400；400a；400b：400c；400d；400e；400f)围绕所述刀片枢转轴线(405)自由枢转。
5.根据前述权利要求中任一项所述的机器人割草机切割装置(100；100a；100b；100c)，其中，所述刀架接口(404)与所述切割部分(401)一体地形成。
6.根据前述权利要求中任一项所述的机器人割草机切割装置(100)，其中，所述切割刀片由板材一体地形成。
7.根据权利要求6所述的机器人割草机切割装置(100；100a；100b；100c)，其中，所述切割部分的所述板材的最大厚度(407)小于2mm，例如小于1.25mm。
8.根据前述权利要求中任一项所述的机器人割草机切割装置(100)，其中，所述刀架接口(404)由在刀架接口平面(412)中延伸的板材制成，其中，所述刀架接口平面(412)基本上平行于切割平面(402)和切割部分平面(410)中的至少一者。
9.根据前述权利要求中任一项所述的机器人割草机切割装置(100；100a；100b；100c)，其中，所述切割刀片(400；400a；400b：400c；400d；400e)能拆卸地连接到所述刀架(200；200a)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的机器人割草机切割装置(100；100a；100b；100c)，其中，所述刀架接口(404)和所述刀片附接接口(202)之间的接合相对于所述刀片枢转轴线(405)具有至少5mm的径向间隙。
11.根据前述权利要求中任一项所述的机器人割草机切割装置(100；100a；100b；100c)，其中，所述刀架接口(404)和所述刀片附接接口(202)之间的接合允许所述刀片(400)在所述刀架(200；200a)的旋转期间围绕延伸穿过所述刀片附接接口(202)的刀片倾斜轴线在所述刀片附接接口(202)的行进方向上倾斜，即，在相对于所述刀架旋转轴线(201)的切向方向上倾斜。
12.根据前述权利要求中任一项所述的机器人割草机切割装置(100；100a；100b；100c)，其中，所述切割边缘(403)是基本上直的。
13.根据前述权利要求中任一项所述的机器人割草机切割装置(100；100a；100b；100c)，其中，所述切割刀片(400)是伸长的并且沿着其伸长方向具有切割刀片长度(L1)，其中，所述切割部分(401)沿着所述伸长方向具有的切割部分长度(L2)是所述切割刀片长度(L1)的至少20％。
14.根据前述权利要求中任一项所述的机器人割草机切割装置(100)，其中，所述刀架接口(404)包括通孔，所述通孔具有沿着垂直于所述刀片枢转轴线(405)的平面的伸长形状。
15.根据前述权利要求中任一项所述的机器人割草机切割装置(100；100a；100b；100c)，其中，所述切割刀片在设置有所述刀架接口(404)的近端(422)和设置有所述切割部分(401)的远端(424)之间延伸。
16.根据前述权利要求中任一项所述的机器人割草机切割装置(100；100a；100b；100c)，其中，所述刀架(200；200a)由塑料制成。
17.根据前述权利要求中任一项所述的机器人割草机切割装置(100；100a；100b；100c)，其中，所述刀架(200；200a)具有圆盘的形状。
18.一种机器人割草机切割刀片，包括
基本上扁平的切割部分(401)，所述切割部分沿着切割部分平面(410)延伸，所述切割部分(401)设置有切割边缘(403)；
刀架接口(404)；以及
偏移部分(406)，将所述切割部分(401)与所述刀架接口(404)互连并且在横向于所述切割部分平面(410)的方向上延伸，从而将所述刀架接口(404)保持在从所述切割部分平面(410)偏移的位置处。
19.一种机器人割草机(10)，包括根据前述权利要求中任一项所述的机器人割草机切割装置(100；100a；100b；100c)或机器人割草机切割刀片。
20.根据权利要求19所述的机器人割草机，其中，当所述机器人割草机(10)定位在水平表面上的正常操作位置时，所述刀架旋转轴线(201)是竖直的。
21.根据权利要求19至20中任一项所述的机器人割草机，其中，切割平面(402)和切割部分平面(410)中的至少一者是基本上水平的。
22.根据权利要求19至21中任一项所述的机器人割草机，还包括控制器(26)和切割马达(300)，其中，所述控制器(26)配置为在低于极限RPM下操作所述切割马达(300)，所述极限RPM适于为所述切割部分(401)提供小于5焦耳、优选地小于2焦耳的最大冲击能量。
23.根据权利要求22所述的机器人割草机(10)，其中，所述切割马达(300)是配置为以小于200瓦的输出功率操作的电马达。
24.一种操作机器人割草机的方法，所述方法包括：
使切割刀片(400)的刀架接口(404)在刀架接口旋转平面(415)中围绕刀架旋转轴线(201)旋转；以及
使所述切割刀片(400)的切割部分旋转，所述切割部分(401)具有面向所述切割刀片的行进的切向方向的切割边缘(403)，所述方法的特征在于，所述切割边缘在位于所述刀架接口旋转平面(415)下方的切割平面(402)中旋转。
25.根据权利要求24所述的方法，还包括
允许所述切割刀片(400)围绕刀片枢转轴线(405)自由地枢转。
26.根据前述权利要求中任一项所述的机器人割草机切割装置(100；100a；100b；100c)、机器人割草机切割刀片、机器人割草机(10)或方法在小于15mm的切割高度处切割草坪的草的用途，例如切割高尔夫球场球道的草。
27.根据权利要求26所述的机器人割草机切割装置(100；100a；100b；100c)、机器人割草机切割刀片、机器人割草机(10)或方法在小于5mm的切割高度处切割草坪的草的用途，例如切割高尔夫球场果岭的草。
28.一种制造机器人割草机切割刀片的方法，包括：
使金属板坯件弯曲以形成基本上扁平的切割部分(401)，基本上扁平的刀架接口部分(420)，和偏移部分(406)，所述偏移部分在横向于所述切割部分的平面的方向上将所述切割部分(401)与所述刀架接口部分(420)分开；
磨削切割边缘(403)；以及
在磨削所述切割边缘之后，局部处理所述切割边缘。
29.一种制造机器人割草机切割刀片的方法，包括：
使金属板坯件弯曲以形成基本上扁平的切割部分(401)，基本上扁平的刀架接口部分(420)，和偏移部分(406)，所述偏移部分在横向于所述切割部分的平面的方向上将所述切割部分(401)与所述刀架接口部分(420)分开；以及
将切割边缘(403)附接到所述切割部分(401)。
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