CN113552874A - 智能割草系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能割草系统，包括:信号发射单元能周期性发射边界信号并发送给边界线缆；所述边界信号包括发射信号段和辅助信号段；所述发射信号段是具有第一相位的正弦波信号；所述辅助信号段是具有第二相位的正弦波信号；所述第一相位和所述第二相位不同；所述智能割草机包括：信号接收模块，用于感应所述磁场信号并生成边界感应信号；控制模块用于：接收所述边界感应信号；周期性获取与所述边界感应信号相关的物理参量；根据所述边界感应信号的物理参量来判断所述智能割草机是否在所述工作区域内。本发明提供了一种能够准确的识别智能割草机处于边界线缆内外的智能割草系统。

Description

智能割草系统

技术领域

本发明涉及一种园林工具，具体涉及一种智能割草系统。

背景技术

通常，割草机等户外园艺类切割工具上都设置有用于推行的操作把手，操作杆把手上靠近握持部位设置有方便操作者操作控制的开关盒及控制机构。割草机依靠操作者施加于操作把手的推力于地面行进并进行切割操作，操作者操作这种推行式割草机的劳动强度非常大。随着人工智能的不断发展，能够自行走的智能割草机也得到了发展。由于智能割草机可以自动行走，执行预先设置的相关任务，无需人为的操作与干预，极大的节省了人力物力，为操作者带来方便。

智能割草机的出现给用户带来了极大的便利，让用户可以从繁重的园艺护理劳动中解脱出来。但是，智能割草机工作环境较复杂，割草机可能存在工作区域判断失误的问题，而影响其正常工作。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种能够准确的识别智能割草机处于边界线缆内外的智能割草系统。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种智能割草系统，包括:智能割草机，边界线缆，用于规划出所述智能割草机的工作区域；信号发射单元，能周期性发射边界信号并发送给所述边界线缆，所述边界信号流经所述边界线缆时产生磁场信号；所述边界信号包括发射信号段和辅助信号段；所述发射信号段是具有第一相位的正弦波信号；所述辅助信号段是具有第二相位的正弦波信号；所述第一相位和所述第二相位不同；所述智能割草机包括：信号接收模块，用于感应所述磁场信号并生成边界感应信号；控制模块，用于：接收所述边界感应信号；周期性获取与所述边界感应信号相关的物理参量；根据所述边界感应信号的物理参量来判断所述智能割草机是否在所述工作区域内。

可选地，所述信号发射单元能够在发射一个周期的边界信号后，经第一预设时长再发送第二个周期的边界信号。

可选地，所述信号发射单元在一个周期内，先发射发射信号段，经第二预设时长后发射辅助信号段。

可选地，控制模块周期性获取与所述边界感应信号相关的物理参量，所述物理参量包括所述边界感应信号的相位和所述边界感应信号的幅值。

可选地，控制模块周期性获取与所述边界感应信号相关的物理参量，所述物理参量包括所述边界感应信号的周期或所频率，以及所述边界感应信号的幅值。

可选地，若所述边界感应信号的相位变化且所述边界感应信号的幅值大于零，则所述控制模块判断所述智能割草机在所述工作区域内。

可选地，若所述边界感应信号的相位变化且所述边界感应信号的幅值小于零，则所述控制模块判断所述智能割草机在所述工作区域外。

可选地，若所述边界感应信号的正弦波信号的周期或所述边界感应信号的正弦波信号的频率变化且所述边界感应信号的正弦波信号的幅值大于零，则所述控制模块判断所述智能割草机在所述工作区域内。

可选地，若所述边界感应信号的正弦波信号的周期或所述边界感应信号的正弦波信号的频率变化且所述边界感应信号的正弦波信号的幅值小于零，则所述控制模块判断所述智能割草机在所述工作区域外。

可选地，所述第一相位和所述第二相位相反。

本发明的有益之处在于提供一种能够准确的识别智能割草机处于边界线缆内外的智能割草系统。

附图说明

图1是一种智能割草系统的示意图；

图2是图1所示的智能割草系统中的智能割草机的结构示意图；

图3是图2所示智能割草机的电路模块图；

图4是图3所示智能割草机的控制模块的电路模块图；

图5是实施方式之一的边界信号波形图；

图6是第一实施方式的智能割草机在边界线缆内的边界感应信号波形图；

图7是第一实施方式的智能割草机在边界线缆内的处理信号波形图；

图8是第二实施方式的智能割草机在外边界外的边界感应信号波形图；

图9是第二实施方式的智能割草机在外边界外的处理信号波形图；

图10是一种判断智能割草机处于边界线缆内还是边界线缆外的方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

图1所示的智能割草系统100包括边界线缆11、信号发射单元12和智能割草机20。边界线缆11用于规划出智能割草机20的工作区域，其中位于边界线缆11内的区域为工作区域和位于边界线缆11外的区域为非工作区域，边界线缆11可以设置在地面。信号发射单元12能周期性发射边界信号，信号发射单元12与边界线缆11电性连接，信号发射单元12发射边界信号给边界线缆11，边界线缆11用于接收发射单元发射的边界信号。边界信号流经边界线缆11时产生磁场信号，可以理解，边界信号可以为电流信号。在一些实施例中，信号发射单元12周期性地给边界线缆11提供交变的电流信号，电流信号流经边界线缆11时产生交变磁场信号。在一些具体的实施例中，信号发射单元12可以是充电桩，充电桩能够周期性地给边界线缆11提供交变的电流信号，充电桩还可以为智能割草机20充电。作为一种实施方式，信号发射单元12按照图1设置，则电流信号沿着边界线缆11逆时针方向流动。

参考图2和图3所示，智能割草机20至少包括主体21，割草组件22和行走组件23。

割草组件22通常安装于主体21下方，用于切割草或植被，具体可以为用于实现割草功能的割草元件（未示出），还包括用于驱动割草元件的高速旋转的切割马达221以及用于控制所述切割马达221的切割驱动控制器222。割草组件22可以包括一个以上的割草元件，对应的，切割马达221的数目可以与割草元件相对应。

行走组件23，由所述主体21支撑并可转动，用于使得智能割草机20能够在草坪上行走。行走组件23包括行走轮，在一些实施例中，所述行走轮包括第一行走轮231和第二行走轮232，上述割草元件位于所述第一行走轮231和所述第二行走轮232之间。行走组件23还包括行走马达233，所述行走马达233用于驱动所述行走轮，行走马达的数目也为2，分别为驱动第一行走轮的第一行走马达2331和驱动第二行走轮的第二行走马达2332。行走组件23还包括用于控制所述行走马达233的行走驱动控制器235，行走驱动控制器235包括：第一行走驱动控制器2351和第二行走驱动控制器2352。具体地，第一行走驱动控制器2351用于驱动对应的第一行走马达2331；第二行走驱动控制器2352用于控制对应的第二行走马达2332。这样，当第一行走马达2331和第二行走马达2332以不同的转速驱动对应行走轮转动时，第一行走轮和第二行走轮之间产生速度差，从而使得智能割草机20进行转向。

智能割草机20还包括电源模组25，其为智能割草机20提供电能，可选的，电源模组25被实施为至少一电池包，且通过智能割草机20上的电池包界面接入智能割草机20，以给切割马达221和行走马达233提供电能。供电电路，其电连接电源模组25及电机，使得从电源设备输出的电能提供给电机，以驱动割草组件22和行走组件23。值得一提的是，所述智能割草机20可选择全自动割草模式，也可增加手动割草模式，即用户手动控制所述智能割草机20进行作业。

智能割草机20还设有与用户交互的交互界面28，交互界面28可显示智能割草机20的运行状态信息，并设有按键或开关供用户控制智能割草机20的启动和运行。在一些实施例中，交互界面28与控制模块27连接，用户通过按键或开关传输控制指令时，由控制模块27获取分析并输出响应的控制指令到对应的控制器，以控制智能割草机20的运行。交互界面28与控制模块27可通信地连接，交互界面28还可以设置在手机等移动终端上，这样用户可以通过手机等移动终端监测和操控智能割草机20，这样，方便了用户的使用。

智能割草机20进一步包括信号接收模块26和控制模块27。其中，信号接收模块26设置在智能割草机20上，用于接收智能割草机20周围环境中存在的磁场信号，并将磁场信号转换为边界感应信号。信号接收模块26能够将磁场信号转换为相应的电信号，在一些具体的实施例中，信号接收模块26包括电感，电感感应磁场，并产生相应的电动势，从而将磁场信号转换为边界感应信号传递给控制模块27。在另一些实施例中，信号接收模块26包括磁场检测传感器，磁场检测传感器可以检测交变磁场并转变成电信号输出。控制模块27设置为接收所述边界感应信号，并根据边界感应信号来判断智能割草机20是否在边界线缆11内的工作区域，同时根据边界感应信号来控制所述智能割草机20在工作区域内行走。具体的，控制模块接收边界感应信号，周期性获取与所述边界感应信号相关的物理参量，并且根据所述边界感应信号的物理参量来判断所述智能割草机20处于边界线缆11内的工作区域还是边界线缆11外的非工作区域，从而控制智能割草机的行走方向。

参考图4所示，控制模块还包括信号处理器271和微控制器272。信号处理器271接收边界感应信号并传递处理信号给微控制器272，微控制器272能够根据处理信号判断所述智能割草机20是否在所述工作区域内。具体的，信号处理器271能够对信号接收模块26传递的边界感应信号进行放大，生成处理信号并传递给微控制器272。其中，所述处理信号能够反映出与所述边界感应信号相关的物理参量。微控制器272接收所述处理信号，并周期性获取与所述边界感应信号相关的物理参量，同时依据所述边界感应信号相关的物理参量来判断所述智能割草机20是否在所述工作区域内。

在一些实施例中，边界信号为正弦波信号，其包括发射信号段和辅助信号段。发射信号段是具有第一相位的正弦波信号，辅助信号段是具有第二相位的正弦波信号，第一相位和第二相位不同。信号发射单元12交替发射发射信号段和辅助信号段。信号发射单元能够在发射一个周期的边界信号后，经预设时长t1再发送第二个周期的边界信号。这样，信号发射单元12不需要连续的发射边界信号，能够节约电能。

具体而言，参考图5所示，边界信号BS包括发射信号段ES和辅助信号段AS，发射信号段ES是具有第一相位的正弦波信号，辅助信号段AS是具有第二相位的正弦波信号，在本实施方式中，第一相位和第二相位相反。

可选择地，信号发射单元12在一个边界信号周期内，先发射发射信号段ES，经第二预设时长t2后发射辅助信号段AS。在本实施方式中，第二预设时长t2可以为零。

由于发射信号段ES和辅助信号段AS不是同一时间函数的连续变化，因此发射信号段ES和辅助信号段AS交界处出现波形的变化，波形的变化可以表现为边界感应信号的相关物理参量的变化。信号接收模块26检测边界信号并转换为边界感应信号MS传递给控制模块27。边界感应信号MS包含对应于发射信号段ES的第一信号FS，和对应于所述辅助信号段AS的第二信号SS，当然边界感应信号MS也会反映出因为发射信号段ES和辅助信号段AS交界处出现的突变而生成的存在于第一信号FS和第二信号SS之间的变化，即边界感应信号MS的相关物理参量发生变化，微控制器周期性获取边界感应信号MS的相关物理参量，根据边界感应信号MS的物理参量来判断所述智能割草机20是否在所述工作区域内。

在一些实施例中，上述与边界感应信号MS的相关物理参量具体可以包括边界感应信号MS的相位和所述边界感应信号MS的幅值。

当智能割草机20处于边界线缆11内时，信号接收模块26检测到磁场信号而生成如图6所示的边界感应信号MS。边界感应信号MS经信号处理器271放大后生成如图7所示的处理信号PS。处理信号PS传递给微控制器272，微控制器272接收所述处理信号PS，并周期性获取所述边界感应信号MS的相位和边界感应信号MS的幅值。微控制器272判断所述处理信号PS的相位变化且所述边界感应信号MS的幅值大于零，则判断智能割草机在边界线缆11内，即智能割草机20在所述工作区域内。

当智能割草机20处于边界线缆11外时，信号接收模块26检测到磁场信号而生成如图8所示的边界感应信号MS。由于边界线缆11内外的磁场信号方向相反，因此当智能割草机20处于边界线缆11外时，信号接收模块26检测到的边界感应信号MS与其在边界线缆11内时检测到的边界感应信号MS相位相反，其他参数相同。边界感应信号MS经信号处理器放大后生成如图9所示的处理信号PS。信号处理器271将处理信号PS传递给微控制器272，微控制器272接收所述处理信号PS，并周期性获取所述边界感应信号MS的相位和边界感应信号MS的幅值。若所述边界感应信号MS的相位变化且所述边界感应信号MS的幅值小于零，则判断智能割草机20在边界线缆11外，即智能割草机20在所述工作区域外。

可以理解的是，上述实施方式只是示例性地说明，由于边界线缆11与信号发射单元12的连接方式的不同，将会引起流经边界线缆11的电流方向的变化，从而导致边界线缆11内外区域的磁场方向不同。例如，将信号发射单元12的正负极对调与边界线缆连接，控制模块的判断方式将与上述实施方式不同。因此，在另一些实施方式中，控制模块周期性获取边界感应信号MS的相位和边界感应信号MS的幅值。若边界感应信号的相位变化且所述边界感应信号的幅值大于零，则控制模块判断所述智能割草机在所述工作区域外；而当边界感应信号的相位变化且所述边界感应信号的幅值小于零，则控制模块判断所述智能割草机在所述工作区域外。

这样，采用发射信号段ES以及和发射信号相位不同的辅助信号段AS组成边界信号，其中，辅助信号段AS相当于抑制信号，可以使发射信号段ES和辅助信号段AS交界处的信号的相位发生明显变化，从而使控制模块能更精准的判断智能割草机的所在区域。

在本实施方式中，边界信号BS在发射信号段ES的正弦波在过零点处发射辅助信号段AS，即边界信号BS在正弦波的过零点处由第一相位转换为第二相位，可以理解的是，相位转换点也可以选择为正弦波的其他位置，例如边界信号在正弦波的波峰处由第一相位转换为第二相位，在此并没有限制。

为判断智能割草机处于边界线缆内的工作区域还是边界线缆外的非工作区域，控制模块27除检测包括边界感应信号的相位和所述边界感应信号的幅值的上述实施方式外，还可以设置为检测边界感应信号的周期或频率以及所述边界感应信号的幅值。

具体的，当智能割草机处于边界线缆内时，信号接收模块26检测到磁场信号而生成如图6所示的边界感应信号MS。边界感应信号MS经信号处理器271放大后生成如图7所示的处理信号PS。处理信号PS传递给微控制器272，微控制器272接收所述处理信号PS，并周期性获取所述边界感应信号MS的周期或频率和边界感应信号MS的幅值。微控制器272判断所述边界感应信号MS的周期或频率变化且所述边界感应信号MS的幅值大于零，则判断智能割草机20在边界线缆11内，即智能割草机20在所述工作区域内。

当智能割草机处于边界线缆外时，信号接收模块26检测到磁场而生成如图7所示的边界感应信号MS。边界感应信号MS经信号处理器271放大后生成如图8所示的处理信号PS。信号处理器271将处理信号PS传递给微控制器272，微控制器272接收所述处理信号PS，并周期性获取所述边界感应信号MS的的周期或频率和边界感应信号MS的幅值。若所述边界感应信号MS的周期或频率变化且所述边界感应信号的幅值小于零，则判断智能割草机20在边界线缆11外，即智能割草机在所述工作区域外。

可以理解的是，上述实施方式只是示例性地说明，由于边界线缆11与信号发射单元12的连接方式的不同，将会引起流经边界线缆11的电流方向的变化，从而导致边界线缆11内外区域的磁场方向不同。例如，将信号发射单元12的正负极对调与边界线缆连接，控制模块的判断方式将与上述实施方式不同。因此，在另一些实施方式中，控制模块周期性获取边界感应信号MS的相位和边界感应信号MS的幅值。若所述边界感应信号的周期或频率变化且所述边界感应信号的幅值大于零，则控制模块判断智能割草机在所述工作区域外；而当边界感应信号的周期或频率变化且所述边界感应信号的幅值小于零，则控制模块判断所述智能割草机在所述工作区域外。

这样，采用发射信号段ES以及和发射信号相位不同的辅助信号段AS组成边界信号，其中，辅助信号段AS相当于抑制信号，可以使发射信号段ES和辅助信号段AS交界处的信号的周期和频率发生明显变化，从而使控制模块能更精准的判断智能割草机的所在区域。

以上为预设工作信号为正弦波信号的实施方式，可以理解的是，预设工作信号还可以为方波信号、三角波信号或锯齿波信号等信号形式中的一种，在此不做限制。

参考图10所示，一种如前述的判断智能割草机处于边界线缆内还是边界线缆外的方法，包括步骤S101至步骤S106。

在步骤S101中，接收边界信号。在此步骤中，信号发射单元12产生边界信号BS发送给边界线缆11，边界信号BS流经边界线缆11时产生磁场信号，信号接收模块26能够感应所述磁场信号，并生成边界感应信号MS。

在步骤S102中，检测边界感应信号的相位和幅值。

在此步骤中，控制模块27设置为接收边界感应信号MS。控制模块27中的信号处理器271设置为接收边界感应信号MS，这样可以对边界感应信号MS进行放大，并生成处理信号PS。控制模块27中的微控制器272设置为接收处理信号PS，并检测边界感应信号MS的相位和幅值。

在步骤S103中，判断边界感应信号的相位变化。

在此步骤中，微控制器272设置为判断边界感应信号的相位是否发生变化，如果是则执行步骤S104；如果否，则执行步骤S102。

在步骤S104中，判断边界感应信号的幅值是否大于零。

在此步骤中，微控制器272设置为判断边界感应信号的幅值是否大于零，如果是则执行步骤S105，如果否则执行步骤S106。

在步骤S105中，判断智能割草机在边界线缆内，即智能割草机20在所述工作区域内，则微控制器272发送第一控制信号给行走组件23以驱动智能割草机20继续行走。

在步骤S106中，判断智能割草机在边界线缆外，即智能割草机20在所述工作区域外，则微控制器272发送第二控制信号给行走组件23以驱动智能割草机20向边界线缆11内行走。

本领域技术人员根据本发明在前述实施方式的说明，可以判断智能割草机20相对于边界线缆11的位置，进而控制智能割草机20的行走路径，在此具体过程不再赘述。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种智能割草系统，包括:

智能割草机；

边界线缆，用于规划出所述智能割草机的工作区域；

信号发射单元，能周期性发射边界信号并发送给所述边界线缆，所述边界信号流经所述边界线缆时产生磁场信号；

所述边界信号包括发射信号段和辅助信号段；所述发射信号段是具有第一相位的信号；所述辅助信号段是具有第二相位的信号；所述第一相位和所述第二相位不同；

所述智能割草机包括：

信号接收模块，用于感应所述磁场信号并生成边界感应信号；

控制模块，用于：

接收所述边界感应信号；

周期性获取与所述边界感应信号相关的物理参量；

根据所述边界感应信号的物理参量来判断所述智能割草机是否在所述工作区域内。

2.如权利要求1所述的智能割草系统，其特征在于：

所述信号发射单元能够在发射一个周期的边界信号后，经第一预设时长再发送第二个周期的边界信号。

3.如权利要求1所述的智能割草系统，其特征在于：

所述信号发射单元在一个周期内，先发射发射信号段，经第二预设时长后发射辅助信号段。

4.如权利要求1所述的智能割草系统，其特征在于：

所述控制模块周期性获取与所述边界感应信号相关的物理参量，所述物理参量包括所述边界感应信号的相位和所述边界感应信号的幅值。

5.如权利要求1所述的智能割草系统，其特征在于：

所述控制模块周期性获取与所述边界感应信号相关的物理参量，所述物理参量包括所述边界感应信号的周期或频率，以及所述边界感应信号的幅值。

6.如权利要求4所述的智能割草系统，其特征在于：

若所述边界感应信号的相位变化且所述边界感应信号的幅值大于零，则所述控制模块判断所述智能割草机在所述工作区域内。

7.如权利要求4所述的智能割草系统，其特征在于：

若所述边界感应信号的相位变化且所述边界感应信号的幅值小于零，则所述控制模块判断所述智能割草机在所述工作区域外。

8.如权利要求5所述的智能割草系统，其特征在于：

若所述边界感应信号的周期或频率变化且所述边界感应信号的幅值大于零，则所述控制模块判断所述智能割草机在所述工作区域内。

9.如权利要求5所述的智能割草系统，其特征在于：

若所述边界感应信号的周期或频率变化且所述边界感应信号的幅值小于零，则所述控制模块判断所述智能割草机在所述工作区域外。

10.如权利要求1所述的智能割草系统，其特征在于：

所述第一相位和所述第二相位相反。

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