CN113940186B - 一种智能割草机的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能割草机的控制方法，割草机在工作区域进行割草工作，割草机的探测传感器向前方发射探测信号，探测信号遇到障碍物时返回反射信号，确认障碍物的距离和大致体积，判断割草机是否能够正常越过障碍物，若判断所述障碍物不可逾越，则进行避障动作，若判断障碍物可以越过，进行越障动作。本发明针对割草机遇障处理处理能力差的问题，提供了一种智能割草机的控制方法，通过压力检测和高度检测相配合的方式实现了割草机器人遇障自动处理的目的，提高了割草机器人对障碍物的处理能力和割草效率，减少了设备磨损，提高了设备使用寿命。

Description

一种智能割草机的控制方法

技术领域

本发明属于智能设备控制技术领域，具体来说是一种智能割草机的控制方法。

背景技术

随着新技术的应用，割草机技术日益智能化，现有的智能割草机通常在草坪预埋线圈生成电子篱笆或者通过图像识别、导航定位等构建虚拟地图，割草机在圈定区域进行割草工作。

但是现有的智能割草机对于障碍物的处理能力较差，遇到一般障碍物转弯绕过，虽然方便，但导致障碍物附近的区域无法进行割草，形成漏割区域，使得割草效率变低；遇到低矮障碍物可能无法检测识别，直接越过进行割草作业，但某些障碍物如石块、树桩等体积小但硬度大的物体，容易造成刀片磨损，割草机被困，严重时会造成设备故障甚至损坏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能割草机的控制方法，其能够对障碍物进行区分，并进行避障或越障处理，解决现有割草机器人对障碍物处理方法单一的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种智能割草机的控制方法，割草机在工作区域进行割草工作，割草机的探测传感器向前方发射探测信号，探测信号遇到障碍物时返回反射信号，确认障碍物的距离和大致体积，判断割草机器人是否能够正常越过障碍物，若判断所述障碍物不可逾越，则进行避障动作，若判断障碍物可以越过，进行越障动作，

所述越障动作为：通过割草机下方的压力检测装置获得检测压力值，所述压力检测装置包括能够与障碍物接触的接触单元和压力检测组件，若检测压力值低于预设压力阈值，则控制割草机通过障碍物；若检测压力值高于或等于预设压力阈值，则割草机停止割草，通过对地传感器检测障碍物的高度，若障碍物的高度小于第一高度预设阈值，割草机通过障碍物，若检测到所述障碍物的高度大于或等于第一高度预设阈值，且小于第二高度预设阈值时，控制割草机向上调节刀盘高度，使得刀盘略高于所述障碍物高度，待割草机通过障碍物后，重新下调刀盘并继续割草工作。

进一步地，割草机在工作区域进行割草工作时，割草机前方的传感器每隔预定时间向前方发射探测信号，所述探测信号包括超声波、激光、红外线。

进一步地，所述避障动作为：割草机进行缓慢转弯，并结合传感器的检测，改变行走路线，绕过障碍物后继续进行直线割草工作。

进一步地，所述避障动作为：割草机沿前进方向缓慢向障碍物左侧方向扭转，待检测到障碍物左侧边缘后，割草机调头向障碍物右侧方向扭转，检测到障碍物右侧边缘后，割草机重新调头，向障碍物左侧扭转，使得割草机在障碍物前面多次进行左扭转、右扭转的动作，结合割草机检测到的探测信号和碰撞传感器信号，割草机贴着障碍物边缘顺时针或逆时针割草，割草机与障碍物边缘保持预定的距离确保割草机不会触碰到障碍物，待工作到障碍物背面后，扭转割草机器人前进方向，远离障碍物继续前进割草。

进一步地，所述压力检测装置包括一个或多个，压力检测装置为多个时，每个压力检测装置之间相互独立，每个压力检测装置的接触单元前侧面和底面设置有柔性薄膜压力传感器，每个接触单元的底面为斜面。

进一步地，所述压力检测装置的接触单元为圆柱形结构，在接触单元靠近机器前端的弧形侧面和底部布覆有柔性薄膜压力传感器。

进一步地，所述对地传感器有两个，一个放置在接触单元后侧、刀盘前侧的中间位置，另一个放置在刀盘后侧位置。

进一步地，当割草机进行越障动作时，割草机正对障碍物前进，若前进方向发生变化，或者由于障碍物具有一定的宽度和高度，割草机可能会被卡住或者挡住，无法顺利通过障碍物，导致越障失败时，控制割草机后退直至距离障碍物位置预定长度距离，同时调整前进方向，再次尝试进行越障，直至成功对准障碍物，并顺利通过；

如果经过反复至少三次越障动作，仍然越障失败，则认为割草机无法越过该障碍物，控制割草机脱离越障动作，执行避障动作，绕过障碍物继续割草工作，同时在后期规划工作路线时，将该障碍物确认为不可翻越类型，并进行规避。

进一步地，第一高度预设阈值小于第二高度预设阈值，所述第一高度预设阈值等于刀盘最低对地高度，第二高度预设阈值等于刀盘最高对地高度，接触单元的压力传感器与刀盘最低对地高度在同一水平高度上。

进一步地，割草机的刀盘最低对地高度为4cm，刀盘最高对地高度为10cm，当前割草工作时刀盘对地高度为6cm，压力传感器对地高度为4cm，第一高度预设阈值为4cm，第二高度预设阈值为10cm。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

(1)本发明针对割草机遇障处理处理能力差的问题，提供了一种智能割草机的控制方法，通过压力检测和高度检测相配合的方式实现了割草机器人遇障自动处理的目的，提高了割草机器人对障碍物的处理能力和割草效率，减少了设备磨损，提高了设备使用寿命；

(2)本发明在机器遭遇障碍物时，利用多个传感器辅助机器绕障碍物进行左右摆动从而实现避障动作，在保证安全的情况下尽可能的对障碍物周围草地进行切割。

附图说明

图1是本发明的智能割草机遇障控制方法流程图。

图2是本发明的智能割草机各模块对地高度示意图。

图3是本发明的智能割草机避障示意图。

图4是本发明的智能割草机越障流程图。

图5是第一种接触单元示意图。

图6是第二种接触单元示意图。

图7是第三种接触单元示意图。

图8是第四种接触单元示意图。

图9是压力检测装置实施例1的内部结构示意图。

图10是压力检测装置实施例1的第一视角爆炸图。

图11是压力检测装置实施例1的第二视角爆炸图。

图12是压力检测装置实施例1的剖视图。

图13是压力检测装置实施例2的内部结构示意图。

图14是压力检测装置实施例2的外部结构示意图。

图15是压力检测装置实施例2的爆炸图。

图16是压力检测装置实施例2的盖体结构示意图。

图17是压力检测装置实施例2的部件结构示意图。

图18是压力检测装置实施例2的剖视图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参考图1，根据本发明的一种智能割草机的控制方法，所述控制方法应用于智能割草机器人。

割草机器人在圈定的工作区域以预设的行走速度进行正常割草工作，割草机器人前方的碰撞传感器每隔预定时间向前方发射探测信号，探测信号可以是超声波、激光、红外线等，压力检测装置至少有两个，分别位于割草机器人机身的左右两侧，探测信号遇到障碍物时返回反射信号，确认障碍物的距离和大致体积，判断割草机器人是否能够正常越过障碍物，若检测到所述障碍物不可逾越，则进行避障动作，割草机器人进行缓慢转弯，并结合外部传感器的检测，改变行走路线，绕过障碍物后继续进行直线割草工作；

若判断障碍物可以越过，进行越障动作，控制割草机器人逐步减速并继续前进，通过割草机器人下方的左右两个压力检测装置接触障碍物。其中，压力检测装置位于割草机器人前进方向的正下侧，分别与刀盘左右两侧位于同一水平线，压力传感器采用柔性装置，可通过接触检测受力情况。

若检测到压力值低于预设阈值，认为障碍物硬度较小，刀盘切割时不会损坏刀片，则控制割草机器人以当前低速通过障碍物，通过后恢复正常速度继续工作；

若检测到压力值高于预设阈值，认为障碍物硬度足以磨损设备，割草机器人继续减速前进并停止割草。通过对地传感器20(结合图8)检测障碍物的高度，对地传感器可以是对地面发射的超声波传感器、激光传感器等用于进行距离判断的元件，对地传感器20有两个，一个放置在压力传感器后侧，刀盘前面的中间位置，另一个放置在刀盘后侧位置，当前面的对地传感器检测到所述障碍物的高度大于或等于第一预设阈值，且小于第二预设阈值时，控制割草机器人向上调节刀盘高度，使得刀盘略高于所述障碍物高度，待刀盘后侧的对地传感器检测到通过障碍物后，重新下调刀盘并继续进行直线割草工作。

参考图2，割草机器人各模块对地高度设置，其中，第一预设阈值小于第二预设阈值，且第一预设阈值等于刀盘最低对地高度，第二预设阈值等于刀盘最高对地高度，压力传感器与刀盘最低对地高度在同一水平高度上。当障碍物高度小于第一预设阈值时，割草机器人可以低速割草通过障碍物；当障碍物高度大于或等于第一预设阈值，且小于第二预设阈值时，割草机器人需要停止割草同时向上调节刀盘高度。

下面以具体高度为例进行说明。

例如，在一实施例中，割草机器人的刀盘最低对地高度为4cm，刀盘最高对地高度为10cm，当前割草工作时刀盘对地高度为6cm，则割草机器人上放置的压力传感器对地高度为4cm，设置第一预设阈值为4cm，第二预设阈值为10cm。

当检测到障碍物高度大于10cm，或障碍物体积过大无法进行通过时，割草机器人进行避障动作，转弯绕行。

当检测到障碍物高度小于4cm时，确定该障碍物可以直接通过，割草机器人在低速下通过障碍物，无需停止割草，完成越障动作。

当检测到障碍物高度大于或等于4cm，且小于10cm时，割草机器人停止割草，调节刀盘高度高于障碍物高度后，低速通过障碍物，通过后重新下调刀盘至之前设定高度，继续进行割草工作。

参考图3，当割草机器人进行避障动作时，割草机器人沿前进方向缓慢向障碍物左侧方向扭转，待检测到障碍物左侧边缘后，割草机器人调头向障碍物右侧方向扭转，检测到障碍物右侧边缘后，割草机器人重新调头，向障碍物左侧扭转，使得割草机器人在障碍物前面多次进行左扭转、右扭转的动作，使得割草机器人尽可能将障碍物面前的工作区域完成割草作业，并结合割草机器人检测到的探测信号和碰撞传感器信号，割草机器人贴着障碍物边缘顺时针割草，割草机机器人与障碍物边缘需保持一定的距离来确保割草机器人不会触碰到障碍物，待工作到障碍物背面后，扭转割草机器人前进方向，远离障碍物继续前进割草。

参考图4，当割草机器人进行越障动作时，割草机器人应正对障碍物前进，若前进方向发生变化，或者由于障碍物具有一定的宽度和高度，割草机器人可能会被卡住或者挡住，无法顺利通过障碍物，导致越障失败；则控制割草机器人后退直至距离障碍物位置预定长度距离，同时调整前进方向，再次尝试进行越障，直至成功对准障碍物，并顺利通过。

如果经过反复三次越障操作后，仍然越障失败，说明割草机器人无法越过障碍物，控制割草机器人脱离越障动作，执行避障动作，绕过障碍物继续割草工作，同时在后期规划工作路线时，将该障碍物确认为不可翻越类型，并进行规避，保证割草机器人的正常。

下面附图5-8对机器底部的压力检测装置的接触单元结构进行说明，以下四图所示为底部带有接触单元的割草机器人1结构示意图，割草机器人1底座(或底盘)2的下方前段设置有接触单元3a/3b/3c。3a为单个接触单元，接触单元底面为斜面；3b为多个独立的接触单元，3b底面为斜面；3c同样为多个独立的接触单元，其为圆柱形结构。在上述接触单元中，在各个接触单元表面设置柔性薄膜压力传感器，具体的，3a和3b上，柔性薄膜传感器布覆在接触单元前侧和底面，3c中，柔性薄膜传感器布覆在接触单元靠近机器前端的弧形侧面和底部。

所述压力检测装置包括接触单元和压力检测组件，所述接触单元的下部位于所述底座2外、上部与所述压力检测组件对接，所述压力检测组件内包括压力传感器，当所述接触单元触碰到障碍物后能够触发压力检测组件内的压力传感器从而获得一检测压力值，所述压力检测组件位于所述底座2内，所述底座2上开设有槽，所述接触单元的上部通过所述槽与所述压力检测组件对接。所述接触单元触碰到障碍物后能够发生滑动或转动从而触发压力检测组件内的压力传感器，以下分别针对滑动和转动方式给出具体实现方案：

方案一：结合图9-12，所述接触单元为滑动接触块3，所述压力检测组件包括盖体4以及位于所述盖体4内的滑动座5、固定座6、弹簧8、传感器安装座10和压力传感器，底座2中设置有盖体4，盖体4内设置有滑动座5和固定座6，底座2上设置有滑动槽7，滑动接触块3上部通过连接座9与滑动座5连接，滑动接触块3与滑动座5组合成的整体可以沿滑动槽7滑动，滑动座5上朝向固定座6的一侧设置有凸起的接触头501，接触头501根部设置有安装座502,固定座6上对应接触头501设置有沉孔601，沉孔601底部设置有凸起的压力传感器安装座10，压力传感器安装座10端部设置有压力传感器，接触头501外部套接有弹簧8，弹簧8两端分别在安装座502和沉孔601内进行限位。在使用过程中，滑动接触块3触碰到地面障碍物后，会向机器尾端滑动，接触头501在经过一段冗余行程后接触到压力传感器，冗余行程的设置是避免压力传感器过于频繁的被启动，同时在接触头501接触到压力传感器前提供一定缓存，避免压力传感器测量值在冲击力作用下跳变，出现过大的误差值，影响机器的判断。

方案二：结合图13-18，所述接触单元为旋转接触件12，所述底座2上开设有旋转槽14，所述压力检测组件包括盖体11以及位于所述盖体11内的固定块15、复位片13和压力传感器，底座2中设置有盖体11，盖体11内设置有旋转接触件12和固定块15，底座2上设置有旋转槽14，旋转接触件12包括转轴1201，转轴1201两端设置有连接轴1204，转轴1201侧部设置有飞轮1202和接触杆1203，旋转槽14主体为贴合转轴1201的弧形凹槽1401,弧形凹槽1401两端对应连接轴1204设置有定位槽1403，弧形凹槽1401内设置有贯通的开口1402，旋转接触件12上的接触杆1203穿过开口1402，伸至机器底部，转轴1201和连接轴1204分别嵌入弧形凹槽1401和定位槽1403内，盖体11上对应转轴1201也设置有限位槽1101，当盖体11安装至底座2上时，连接轴1204可转动的固定于限位槽1101和定位槽1403组合构成的空间内。固定块15上设置有复位片13和压力传感器16，飞轮1202上设置有凸起的接触台1205，复位片13为具有弹性的片体，其一部分固定于固定块15上，端部抵触飞轮1202，将飞轮1202向远离压力传感器16方向推动。在使用过程中，接触杆1203触碰到底面障碍物后，会向机器尾端转动，飞轮1202克服复位片13朝向固定块15运动，在经过一段冗余行程后，接触台1205接触到压力传感器16，冗余行程的设置是避免压力传感器过于频繁的被启动，同时在接触台1205接触到压力传感器前提供一定缓存，避免压力传感器测量值在冲击力作用下跳变，出现过大的误差值，影响机器的判断。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。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。

Claims (10)

1.一种智能割草机的控制方法，其特征在于，割草机在工作区域进行割草工作，割草机的探测传感器向前方发射探测信号，探测信号遇到障碍物时返回反射信号，确认障碍物的距离和大致体积，判断割草机是否能够正常越过障碍物，若判断所述障碍物不可逾越，则进行避障动作，若判断障碍物可以越过，进行越障动作，

所述越障动作为：通过割草机下方的压力检测装置获得检测压力值，所述压力检测装置包括能够与障碍物接触的接触单元和压力检测组件，若检测压力值低于预设压力阈值，则控制割草机通过障碍物；若检测压力值高于或等于预设压力阈值，则割草机停止割草，通过对地传感器检测障碍物的高度，若障碍物的高度小于第一高度预设阈值，割草机通过障碍物，若检测到所述障碍物的高度大于或等于第一高度预设阈值，且小于第二高度预设阈值时，控制割草机向上调节刀盘高度，使得刀盘略高于所述障碍物高度，待割草机通过障碍物后，重新下调刀盘并继续割草工作。

2.根据权利要求1所述的智能割草机的控制方法，其特征在于，割草机在工作区域进行割草工作时，割草机前方的探测传感器每隔预定时间向前方发射探测信号，所述探测信号包括超声波、激光、红外线。

3.根据权利要求1所述的智能割草机的控制方法，其特征在于，所述避障动作为：割草机进行缓慢转弯，并结合探测传感器的检测，改变行走路线，绕过障碍物后继续进行直线割草工作。

4.根据权利要求1所述的智能割草机的控制方法，其特征在于，所述避障动作为：割草机沿前进方向缓慢向障碍物左侧方向扭转，待检测到障碍物左侧边缘后，割草机调头向障碍物右侧方向扭转，检测到障碍物右侧边缘后，割草机重新调头，向障碍物左侧扭转，使得割草机在障碍物前面多次进行左扭转、右扭转的动作，结合割草机检测到的探测信号和碰撞传感器信号，割草机贴着障碍物边缘顺时针或逆时针割草，割草机与障碍物边缘保持预定的距离确保割草机不会触碰到障碍物，待工作到障碍物背面后，扭转割草机前进方向，远离障碍物继续前进割草。

5.根据权利要求1所述的智能割草机的控制方法，其特征在于，所述压力检测装置包括一个或多个，压力检测装置为多个时，每个压力检测装置之间相互独立，每个压力检测装置的接触单元前侧面和底面设置有柔性薄膜压力传感器，每个接触单元的底面为斜面。

6.根据权利要求1所述的智能割草机的控制方法，其特征在于，所述压力检测装置的接触单元为圆柱形结构，在接触单元靠近割草机前端的弧形侧面和底部布覆有柔性薄膜压力传感器。

7.根据权利要求1所述的智能割草机的控制方法，其特征在于，所述对地传感器有两个，一个放置在接触单元后侧、刀盘前侧的中间位置，另一个放置在刀盘后侧位置。

8.根据权利要求1所述的智能割草机的控制方法，其特征在于，当割草机进行越障动作时，割草机正对障碍物前进，若前进方向发生变化，或者由于障碍物具有一定的宽度和高度，割草机可能会被卡住或者挡住，无法顺利通过障碍物，导致越障失败时，控制割草机后退直至距离障碍物位置预定长度距离，同时调整前进方向，再次尝试进行越障，直至成功对准障碍物，并顺利通过；

如果经过反复至少三次越障动作，仍然越障失败，则认为割草机无法越过该障碍物，控制割草机脱离越障动作，执行避障动作，绕过障碍物继续割草工作，同时在后期规划工作路线时，将该障碍物确认为不可翻越类型，并进行规避。

9.根据权利要求1-8任一项所述的智能割草机的控制方法，其特征在于，第一高度预设阈值小于第二高度预设阈值，所述第一高度预设阈值等于刀盘最低对地高度，第二高度预设阈值等于刀盘最高对地高度，接触单元的压力传感器与刀盘最低对地高度在同一水平高度上。

10.根据权利要求9所述的智能割草机的控制方法，其特征在于，割草机的刀盘最低对地高度为4cm，刀盘最高对地高度为10cm，当前割草工作时刀盘对地高度为6cm，压力传感器对地高度为4cm，第一高度预设阈值为4cm，第二高度预设阈值为10cm。

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