CN112970412B - 充电站、智能割草机和自动工作系统 - Google Patents

充电站、智能割草机和自动工作系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种自动工作系统和充电站，包括：在工作区域内自主移动和割草的智能割草机，以及供所述智能割草机对接充电的充电站，所述充电站包括：充电支架；安装在所述充电支架上的充电极片；所述智能割草机包括：壳体；充电接头，设置在所述壳体的侧面，在智能割草机处于与充电站对接的对接位置时，与所述充电极片配接以接收电能，所述智能割草机位于所述对接位置时，所述充电支架位于智能割草机的侧面、并且所述充电站在智能割草机的前后方向上开放以形成一个通道供所述智能割草机大致沿同一个方向进入和离开所述充电站。本发明提供的自动工作系统能够使智能割草机沿着进入方向离开充电站，无需倒退。

Description

充电站、智能割草机和自动工作系统
本申请是2016年09月23日提交的题为“自动工作系统及充电站及智能割草机回归充电站的方法”的中国专利申请201610846619.3的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种智能割草机与充电站组成的自动工作系统，本发明还涉及该自动工作系统中的充电站以及智能割草机回归充电站的方法。
背景技术
随着科学技术的发展，智能的智能割草机为人们所熟知，由于智能割草机可以自动预先设置的程序执行预先设置的相关任务，无须人为的操作与干预，因此在工业应用及家居产品上的应用非常广泛。工业上的应用如执行各种功能的机器人，家居产品上的应用如割草机、吸尘器等，这些智能设备极大地节省了人们的时间，给工业生产及家居生活都带来了极大的便利。但这些智能割草机由于采用电池供电，当电池的电量被用尽后，这些智能割草机就无法工作了，所以一般设定当智能割草机的电量低于某一个设定的值，程序可选择的控制自动移动设备回归充电站为电池充电。
通常，充电极片设置在智能割草机的前面，充电站的设置一般是允许自动移动设备进入，执行充电动作，充电完毕后，自动移动设备需要退出充电站然后去继续执行工作。这种工作模式势必导致智能割草机无法覆盖到充电站后面甚至两侧的工作面积，而且每次充电都要完成进出充电站的动作，时间长了，充电站的进入区域被智能割草机多次碾压导致地面植被破坏或者产生地面压痕。
为克服上述问题，必须开发一种能使智能割草机充电完成后无需倒退的自动工作系统，智能割草机充满电后可直接沿着进入充电站的方向驶离充电站继续执行切割工作。
发明内容
本发明所要解决的技术问题为：提供一种在进出充电站整个过程智能割草机无需倒退的自动工作系统。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种充电站，供智能割草机对接充电，包括充电支架；安装在所述充电支架上的充电极片，在所述智能割草机处于与所述充电站对接的对接位置时，所述充电极片为所述智能割草机提供充电电压；所述智能割草机位于所述对接位置时，所述充电支架位于智能割草机的侧面，所述充电站在所述智能割草机对接位置的前后方向上开放以形成供所述智能割草机沿同一个方向进入和离开的通道；所述充电极片连接至充电支架，且可相对于所述充电支架转动。
作为优选，所述充电极片自充电支架向外延伸的方向与智能割草机进入充电站的方向成锐角或直角的角度，且所述充电极片可相对充电支架向减小所述角度的方向转动。
作为优选，所述充电极片仅可相对充电支架向减小所述角度的方向转动。
作为优选，所述充电极片在一伸出位置和一回退位置之间可活动，在所述回退位置，智能割草机能够沿进入对接位置的移动方向继续移动而离开所述充电站。
作为优选，所述充电极片的转动角度不大于90°。
作为优选，所述充电极片与充电支架之间连接有弹性连接部，用于弹性连接充电极片和充电支架。
作为优选，所述弹性连接部包括支撑充电极片的支撑部，以及作用于支撑部上使支撑部转动的扭簧，所述扭簧通过固定轴连接在充电支架上，且可绕固定轴90°范围内旋转。
作为优选，所述智能割草机能够从前进方向和倒退方向到达所述对接位置。
作为优选，所述充电支架位于所述工作区域外；所述充电站还包括底板，所述充电支架设置在充电底板的侧面上。
作为优选，所述智能割草机沿所述工作区域的边界进入所述充电站。
为解决上述技术问题，本发明还提供一种自动工作系统，包括上述的任一充电站，还包括与所述充电站对接充电的智能割草机，所述智能割草机包括：壳体；充电接头，设置在所述壳体的侧面，在智能割草机处于与所述充电站对接的对接位置时，与所述充电极片配接以接收电能。
为解决上述技术问题，本发明还提供一种充电站，供智能割草机对接充电，包括充电支架；安装在所述充电支架上的充电极片，在所述智能割草机处于与所述充电站对接的对接位置时，所述充电极片为所述智能割草机提供充电电压；所述智能割草机位于所述对接位置时，所述充电支架位于智能割草机的侧面，所述充电站在所述智能割草机对接位置的前后方向上开放以形成供所述智能割草机沿同一个方向进入和离开的通道；所述充电极片通过弹性安装部安装至充电支架，以使充电极片相对于所述充电支架在一伸出位置和一回退位置之间弹性活动。
作为优选，所述充电极片相对于充电支架伸缩移动或转动。
为解决上述技术问题，本发明还提供一种智能割草机，能够在工作区域内自主移动，在对接位置与充电站对接时接收电能，包括：壳体；充电接头，设置在所述壳体的侧面，在智能割草机处于与所述充电站对接的对接位置时，与充电站对接接收电能；所述智能割草机位于所述对接位置时，所述充电站位于智能割草机的侧面，所述智能割草机沿同一个方向进入和离开充电站；所述充电接头通过弹性安装部安装至壳体，以使充电接头相对于所述壳体在一伸出位置和一回退位置之间弹性活动。
作为优选，所述充电接头相对于壳体伸缩移动或转动。
本发明的充电站结构简单，使智能割草机沿着进入充电站的方向直接驶离充电站，使整个自动工作系统更加简单，对于工作区域的覆盖率更高，而且不易破环充电站。
附图说明
以上所述的本发明所解决的技术问题、技术方案以及有益效果可以通过下面的能够实现本发明的具体实施例的详细描述，同时结合附图描述而清楚地获得。
附图以及说明书中的相同的标号和符号用于代表相同的或者等同的元件。
图1是本发明一较佳实施方式的智能割草机的自动工作系统示意图；
图2是图1所示自动工作系统的极片设置示意图；
图3是图1所示智能割草机充电状态示意图；
图4是图1所示智能割草机充电完成离开充电站的俯视图；
图5是图1所示的智能割草机的两种充电状态极片设置局部剖视图；
图6是图1所示的自动工作系统的充电站极片安装结构示意图；
图7是本发明第二实施方式智能割草机的自动工作系统极片设置示意图；
图8是图7所示智能割草机充电时极片状态示意图；
图9是图7所示自动工作系统的充电站极片安装结构示意图；
图10是本发明第三实施方式的智能割草机充电状态示意图；
图11是图10所示的自动工作系统的充电状态极片设置局部剖视图；
图12是本发明第四实施方式的智能割草机充电状态示意图；
图13是图12所示的自动工作系统的充电状态极片设置局部剖视图；
图14是本发明第五实施方式的智能割草机充电状态示意图；
图15是图14所示的自动工作系统的充电状态极片设置局部剖视图；
图16是本发明的自动工作系统的智能割草机回归充电站方法的流程图；
其中：
1、智能割草机
4、充电站
5、工作区域
6、边界
7、非工作区域
9、充电极片
10、充电接头
11、支撑部
12、支撑部
20、弹簧
22、支撑部
25、充电槽
30、支撑部
31、支撑部
43、充电底板
45、充电支架
51、扭簧
52、扭簧
具体实施方式
有关本发明的详细说明和技术内容，配合附图说明如下，所附附图仅提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。
图1至图6示出了本发明第一实施例提供的自动工作系统。
如图1所示的自动工作系统包括智能割草机1和充电站4。智能割草机在由边界6所限定的工作区域5中自动工作、并避免进入非工作区域7。
本实施例中，充电站4设置在边界6附近的位置，智能割草机1在电量不足等情况下，可通过引导控制模块自动返回充电站4，并与其对接充电。在本实施例中，智能割草机沿边界6返回充电站4。具体的，智能割草机1上设置有边界传感器以检测边界的位置，在需要返回充电站4时，引导控制模块根据边界传感器的检测结果，引导控制智能割草机1首先行走到达边界6，然后保持沿边界6行走直到到达充电站4。更具体的，边界6由连接在充电站4上的边界线形成，边界线上通有边界电信号，边界传感器为检测该边界电信号的传感器，如电感，霍尔传感器等。在其他实施例中，智能割草机也可通过其他方式返回充电站，例如，通过卫星导航技术确定充电站位置并返回，通过图像技术识别充电站位置并返回等，不再赘述。
继续参照图1和2，智能割草机1包括壳体和充电接头10，充电接头10设置在壳体的侧面；充电站4包括充电支架45和以及设置在充电支架45上的充电极片9。本实施例中，充电站还包括底板，充电支架设置在充电底板上。在对接位置，充电接头和充电极片相互抵接，充电支架45位于智能割草机的侧面，且充电站在智能割草机的前后均开放以形成供智能割草机沿直行方向通过的通道，这样，智能割草机能够沿正常直行的方向，也即其纵轴线方向驶入充电站4，进入对接位置进行充电，并继续沿该直行方向驶离充电站4。在整个进入和离开的过程中，智能割草机不需要倒退。因此智能割草机可以切割到充电站后面的草，相比传统的前面充电的自动工作系统可以更加全面的覆盖工作区域。
在本实施例中，充电支架45设置在充电底板43的一个侧面上，具体的，充电支架设置在位于工作区域5之外的侧面上，即非工作区域7内。在其他实施例中，充电支架也可以设置在充电底板的两个侧面。具体的，充电支架设置大致垂直于充电底板，当智能割草机位于所述对接位置时，所述充电支架位于智能割草机的侧面、并且充电站在智能割草机的前后方向上开放以形成供智能割草机大致沿进入充电站的方向离开充电站。
请参照图3和图4，在对接位置，充电站上的充电极片9与智能割草机上的充电接头10相互抵接以为智能割草机1输送电能。在本实施例中，充电极片9可以在一个伸出位置和一回退位置之间弹性活动，在回退位置时，智能割草机1能够沿进入对接位置的移动方向F继续移动而离开充电站4。本领域技术人员可以想到，充电极片9也能够设置成由开关触发或者由磁力吸引而在一个伸出位置和一回退位置之间活动，同样也可以设置成其他刚性形变的结构，只要其发明精髓与本方案类似都应涵盖在本发明的保护范围之内。在其他实施例中，充电接头10也能够设置成在一个伸出位置和一回退位置之间活动，同理，充电接头可以设置成弹性活动，也可以设置成由磁力吸引或者开关触发或者其他刚性形变而在在一个伸出位置和一回退位置之间活动，本领域技术人员可以想到，只要充电极片和所述充电接头的至少其中之一在一伸出位置和一回退位置之间可活动，在回退位置时，智能割草机1能够沿进入对接位置的移动方向F继续移动而离开充电站。
本实施例中，单个充电极片9设置角度与智能割草机1进入充电站4的方向大致呈直角，且可向减小或增大所述直角的方向转动。在其他实施例中，充电极片也可以设置成伸缩结构，例如充电极片通过弹簧等弹性连接元件可相对充电支架伸缩移动。下面结合图5和图6进一步详细说明。
请首先参阅图6，充电极片9通过弹性连接部与充电支架45弹性连接，充电极片9大致垂直于充电支架45的安装平面，即大致垂直于智能割草机进入充电站的前进方向。在本实施例中，弹性连接部包括支撑所述充电极片9的支撑部11以及作用于支撑部11使支撑部11转动的扭簧51。具体的，扭簧51是一个双脚扭簧，且中间具有凸出部用以连接充电极片的支撑部11，中间凸出部大致垂直于充电支架，双脚扭簧51的两个末端具有两个引脚，两个引脚使充电极片9大致垂直于充电支架45，扭簧51通过固定轴与充电支架连接，充电极片在受到外力的情况下能够向所述智能割草机进入所述充电站的方向以及进入方向的相反方向活动。充电极片9初始位置居中，在受到外力的情况下可以双向活动的结构使得智能割草机在对接失败之后可以直接倒退继续执行对接任务，无需拐弯返回进入充电站的位置，使对接更加简单方便。
本实施例中，充电极片9的双向活动的结构设置保证了智能割草机能够顺利进入充电站然后可以沿着进入方向驶离充电站，能够确保智能割草机从前进方向F或者倒退方向V到达对接位置实现对接充电任务。
请参照图5，智能割草机1的充电接头10与充电极片9有两种抵接状态，分别如图5(a)和5(b)所示。请参照图5(a)，智能割草机沿着进入充电站的前进方向F与充电极片9对接，充电极片9向着前进方向F倾斜并最终与进入充电站的前进方向F呈锐角，充电极片9与充电接头10相互抵接以为智能割草机输送电能。当智能割草机从前进方向F进入充电站没有使充电接头10与充电极片9形成电连接回路，而已经越过了对接位置，智能割草机判断对接失败，然后执行相关控制动作。具体的，当智能割草机判断已经越过了对接位置但是没有对接成功，智能割草机执行倒退动作，从倒退方向V进行重新对接。在其他实施例中，当智能割草机判断已经越过了对接位置但是没有对接成功，智能割草机执行转弯动作，返回到最初即将进入充电站的位置继续执行对接动作。请参阅图5(b)，智能割草机沿着倒退方向V与充电极片9对接，充电极片9向着倒退方向V倾斜并最终与最初进入充电站的前进方向F呈钝角，充电极片9与充电极头10相互抵接以为智能割草机输送电能。
充电极片9设置成双向活动的结构，使得智能割草机可以从前进方向F或者倒退方向V到达对接位置实现对接充电任务。在其他实施例中，充电极片也可以设置成半弧面的结构、具有两个引导坡面的结构或者在磁力吸引下而在伸出位置和回退位置之间活动的结构，本领域技术人员可以想到，只要智能割草机可以从前进方向F或者倒退方向V能够到达对接位置实现充电极片与充电接头的电连接都应涵盖在本发明的保护范围之内。图7至图9示出了本发明第二实施例提供的自动工作系统。
本实施例的自动工作系统与第一实施例具有类似的结构，不同之处在于自动工作系统的充电极片的设置，为表述方便，相同的结构采用相同的编号表示并不做赘述。
请参阅图7和图8，智能割草机1的充电接头10与充电站的充电极片9相互抵接以为智能割草机提供电能。本实施例中，充电极片9的倾斜方向与智能割草机的前进方向F呈锐角或者直角，充电极片9可相对充电支架45向减小所述锐角或直角的方向转动，其转动角度不大于直角。智能割草机可大致沿着进入充电站的方向行驶离开充电站，整个进站和出站过程智能割草机无需倒退。
下面结合附图9详细描述本实施方式的充电极片的设置结构。
请参阅图9，充电极片9通过弹性连接部与充电支架45弹性连接，弹性连接部包括支撑所述充电极片9的支撑部12以及作用于支撑部12使支撑部12转动的扭簧52。具体的，扭簧52通过一根固定轴连接在充电支架上，且可绕着固定轴90°范围内转动。在本实施例中，充电极片9的倾斜方向与智能割草机1的进入充电站4的方向F的夹角a不大于直角，且充电极片9可向减小所述夹角a角度的方向转动。如果智能割草机失败，智能割草机将返回最初即将进入充电站的位置继续执行对接任务。
充电极片9的90°范围内转动的结构设置保证了智能割草机能够顺利进入充电站并可以沿着进入方向驶离充电站，且充电极片弹性结构确保充电对接更加充分，避免因不良接触导致充电效率降低。本领域技术人员可以想到，本自动工作系统的充电站充电极片9与智能割草机1上的充电接头10的位置可以相互交换，凡采用与本实施例类似的技术方案均应涵盖在本发明的保护范围之内。
图10和图11示出了本发明第三实施例提供的自动工作系统。
本实施例的自动工作系统与第一实施例具有类似的结构，不同之处在于自动工作系统的充电极片和充电接头的安装结构，为表述方便，相同的结构采用相同的编号表示并不做赘述。
请参阅图10，充电极片9通过弹性连接部与充电支架45弹性连接，充电极片9可相对充电支架伸缩移动；充电槽25的一个侧壁并排布置两个充电接头10，当然，充电接头也可以是其他布置方式，如一字形布置。具体的，弹性连接部包括充电极片9的支撑部22和弹簧20。在本实施例中，智能割草机的壳体侧面设置有充电槽25，充电槽具有在智能割草机进入充电站方向前后的开口，和至少一个侧面的开口，充电接头设置在所述充电槽的侧壁上。充电槽25的侧壁是指平行于智能割草机进入充电站的方向的其他围壁。充电槽在智能割草机进入充电站方向前后具有开口从而使充电支架以及充电极片9可以自由进入和退出充电槽，智能割草机能够进入充电站并可继续沿着进入方向离开充电站。
沿着图10中剖面L方向，得到局部剖面A，具体请参阅图11，在本实施例中，充电接头10与充电槽25固定连接。具体的，充电接头10设置在充电槽的下方的一个侧壁上。充电站的充电支架45伸出一延伸结构，延伸结构上设置充电极片，延伸结构和充电极片能够平行进入充电槽25并可沿着进入方向退出。充电极片具有大致梯形且边角圆滑的形状，这种结构可使充电极片与充电接头对接冲击减小，更容易实现连接。支撑部22通过弹簧20与充电支架45弹性连接，充电极片9在弹簧20的作用下可伸缩移动，这种弹性连接保证了充电极片与充电接头能充分接触，且可缓冲机器进站充电对充电站的冲击。
图12和图13示出了本发明第四实施例提供的自动工作系统。
本实施例的自动工作系统与第三实施例具有类似的结构，不同之处在于自动工作系统的充电极片与充电接头的设置，为表述方便，相同的结构采用相同的编号表示并不做赘述。
请参阅图12和图13，充电接头10通过弹性连接部与智能割草机弹性连接，充电接头10可相对智能割草机1伸缩移动；充电槽25的一个侧壁并排或者一字形布置两个充电接头10。具体的，弹性连接部包括充电接头10的支撑部30和弹簧20。沿着剖面M方向得到局部剖面B。在本实施例中，充电极片9固定设置在充电支架的上，两充电极片并排布置在充电支架上，也可以一字形布置，充电接头10对应设置，充电接头10通过弹性连接部与充电槽25弹性连接，弹性连接部包括支撑所述充电接头10的支撑部30，以及作用于支撑部30使支撑部30可伸缩移动的弹簧20。充电接头10是具有大致梯形且边角圆滑的形状，充电接头在弹簧的作用下可伸缩移动，这种弹性连接保证了充电极片与充电接头能充分接触，且可缓冲机器进站充电对充电站的冲击。
图14和图15示出了本发明第五实施例提供的自动工作系统。
本实施例的自动工作系统与第三实施例具有类似的结构，不同之处在于自动工作系统的充电极片与充电接头的设置。为表述方便，相同的结构采用相同的编号表示并不做赘述。
请参阅图14和图15，充电接头10通过弹性连接部与智能割草机弹性连接，充电接头10可相对智能割草机1伸缩移动；充电槽25的一个一字形布置两个充电接头10。具体的，弹性连接部包括充电接头10的支撑部31和弹簧20。沿着剖面N方向得到局部剖面C。在本实施例中，充电极片9一字形固定设置在充电支架45的上，充电接头10也对应一字形布置充电槽25内，充电接头10通过弹性连接部与充电槽25弹性连接，当然，充电接头和充电极片也可以是其他布置方式，如一字形布置。充电接头10是具有大致梯形且边角圆滑的形状，充电接头在弹簧的作用下可伸缩移动，这种弹性连接保证了充电极片与充电接头能充分接触，且可缓冲机器进站充电对充电站的冲击。
本发明还提供了自动工作系统的智能割草机回归充电站的方法。
请参阅图16，其方法包括如下步骤：
S1：所述智能割草机通过所述引导控制模块回归到所述充电站附近。
智能割草机在电量不足等情况下，可通过引导控制模块自动返回充电站，并与充电站对接充电。引导控制模块通过检测回归信号来控制智能割草机回归充电站，在本实施例中，智能割草机通过检测边界信号回归充电站，在其他实施例中，智能割草机也可通过其他方式返回充电站，例如，通过卫星导航技术确定充电站位置并返回，通过图像技术识别充电站位置并返回等，不再赘述。
S2：在到达所述充电站附近之后，继续根据引导控制模块的控制信号前进，检测所述充电极片与所述充电接头是否成功配接。
智能割草机通过引导控制模块回归到充电站附近之后，继续向前行进，当智能割草机上的充电接头与充电极片成功配接，智能割草机检测到配接之后的电流或电压信号以判断对接是否成功。
S3：若S2判断结果为是，所述智能割草机停止行走并充电。
S4：所述智能割草机充电完成或者收到离开所述充电站的信号，所述智能割草机继续大致沿进入所述充电站的方向离开所述充电站。
智能割草机在充电过程中收到离开充电站的信号或者充电完毕，智能割草机大致沿进入充电站的方向继续行走以离开充电站，无需倒退，减轻了对草坪的压痕，同时使智能割草机切割到充电站后面的草，提高切割效率。
S5：若S2判断结果为否，所述智能割草机执行倒退或者返回最初进入所述充电站的位置继续执行S2步骤。
当所述智能割草机在前进方向没有实现充电极片与充电接头的成功配接，即没有形成充电回路，智能割草机执行倒退或者返回最初进入所述充电站的位置继续执行S2步骤。具体的，智能割草机还具有识别到所述充电站相对位置的机构，当智能割草机识别到已经穿过充电站，智能割草机判断对接失败，然后执行倒退或者返回最初进入所述充电站的位置继续执行S2步骤。
本发明中，智能割草机1可以为智能割草机、骑式割草机、智能吸尘器等智能或半智能设备。充电站4可以为控制平台、充电站等。
本领域技术人员可以想到的是，本发明还可以有其他的实现方式，但只要其采用的技术精髓与本发明相同或相近似，或者任何基于本发明做出的变化和替换都在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种充电站，供智能割草机对接充电，其特征在于：包括充电支架；
安装在所述充电支架上的充电极片，在所述智能割草机处于与所述充电站对接的对接位置时，所述充电极片为所述智能割草机提供充电电压；
所述智能割草机位于所述对接位置时，所述充电支架位于智能割草机的侧面，所述充电极片位于所述充电支架和所述智能割草机之间，所述充电站在所述智能割草机对接位置的前后方向上开放以形成供所述智能割草机沿同一个方向进入和离开的通道；
所述充电极片通过弹性连接部弹性连接至所述充电支架，且可相对于所述充电支架水平转动。
2.根据权利要求1所述的充电站，其特征在于：所述充电极片自充电支架向外延伸的方向与智能割草机进入充电站的方向成锐角或直角的角度，且所述充电极片可相对充电支架向减小所述角度的方向转动。
3.根据权利要求2所述的充电站，其特征在于：所述充电极片仅可相对充电支架向减小所述角度的方向转动。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的充电站，其特征在于：所述充电极片在一伸出位置和一回退位置之间可活动，在所述回退位置，智能割草机能够沿进入对接位置的移动方向继续移动而离开所述充电站。
5.根据权利要求3所述的充电站，其特征在于：所述充电极片的转动角度不大于90°。
6.根据权利要求1所述的充电站，其特征在于：所述弹性连接部包括支撑充电极片的支撑部，以及作用于支撑部上使支撑部转动的扭簧，所述扭簧通过固定轴连接在充电支架上，且可绕固定轴90°范围内旋转。
7.根据权利要求1所述的充电站，其特征在于：所述智能割草机能够从前进方向和倒退方向到达所述对接位置。
8.根据权利要求1所述的充电站，其特征在于：所述充电支架位于工作区域外；所述充电站还包括底板，所述充电支架设置在充电底板的侧面上。
9.根据权利要求1所述的充电站，其特征在于：所述智能割草机沿工作区域的边界进入所述充电站。
10.一种自动工作系统，包括如权利要求1-9中任意一项所述的充电站，其特征在于：还包括与所述充电站对接充电的智能割草机，
所述智能割草机包括：
壳体；
充电接头，设置在所述壳体的侧面，在智能割草机处于与所述充电站对接的对接位置时，与所述充电极片配接以接收电能。
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