CN113950935B - 一种用于割草机器人的滑动式压力检测装置和割草机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压力检测装置和自行走设备，所述压力检测装置设置于自行走设备的底座上，压力检测装置包括接触单元和压力检测组件，接触单元的下部位于所述底座外、上部与压力检测组件对接，压力检测组件内包括压力传感器，当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，压力检测组件位于所述底座内，底座上开设有槽，接触单元的上部通过所述槽与压力检测组件对接，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。当接触障碍物时通过接触单元与障碍物接触并触发压力检测组件实现压力值的检测，从而可通过压力检测和高度检测相配合的方式实现割草机器人遇障自动处理的目的。

Description

一种用于割草机器人的滑动式压力检测装置和割草机器人

技术领域

本发明属于智能设备控制技术领域，具体来说是一种用于割草机器人的滑动式压力检测装置和割草机器人。

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用于割草机器人的滑动式压力检测装置和割草机器人，以使得设备能够实现对障碍物的硬度检测，根据压力检测结果综合判断如何避障。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种压力检测装置，所述压力检测装置设置于自行走设备的底座上，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。

进一步地，所述压力检测组件位于所述底座内，所述底座上开设有槽，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。

进一步地，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。

进一步地，所述接触单元为滑动接触块，所述底座上开设有滑动槽，所述压力检测组件包括盖体以及位于所述盖体内的滑动座、固定座、传感器安装座和压力传感器，

所述滑动接触块的顶部通过一穿过滑动槽的连接座与所述滑动座的安装座连接，所述滑动座的安装座朝向固定座的一侧设置有凸起的接触头，所述接触头根部连接于所述安装座,所述固定座上对应接触头的端面设置有沉孔，所述沉孔底部设置有凸起的压力传感器安装座，所述压力传感器安装座端部设置有压力传感器。

进一步地，所述压力检测组件还包括弹簧，所述弹簧套接于所述接触头外部，所述弹簧两端分别在安装座和沉孔内进行限位。

进一步地，所述接触头的端部与所述压力传感器之间具有第一冗余行程，所述第一冗余行程的大小设置为设备行走速度与设备电子控制系统的延时时间之积。

进一步地，所述滑动接触块的底面为斜面。

进一步地，所述接触单元为旋转接触件，所述底座上开设有旋转槽，所述压力检测组件包括盖体以及位于所述盖体内的固定块和压力传感器，

所述旋转接触件包括转轴，转轴两端设置有连接轴，转轴侧部设置有飞轮和接触杆，旋转槽主体为贴合转轴的弧形凹槽,弧形凹槽两端对应连接轴设置有定位槽，弧形凹槽内设置有贯通的开口，旋转接触件上的接触杆穿过所述开口伸至所述底座外部，转轴和连接轴分别嵌入弧形凹槽和定位槽内，盖体上对应转轴也设置有限位槽，当盖体安装至底座上时，连接轴可转动的设置于限位槽和定位槽组合构成的空间内，固定块上设置有所述压力传感器，飞轮上与压力传感器相对的位置设置有凸起的接触台。

进一步地，所述压力检测组件还包括复位片，复位片为具有弹性的片体，其一端部固定于固定块上，另一端部抵触所述飞轮，将飞轮推离压力传感器。

进一步地，所述自行走设备为智能割草机，所述接触台与压力传感器之间具有第二冗余行程，所述第二冗余行程的大小设置为接触杆的下端部向上摆动至割草机的刀盘最低对地高度时所述接触台刚好与压力传感器接触。

一种自行走设备，所述自行走设备包括上述的压力检测装置。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

(1)本发明针对设备无法获知障碍物硬度的问题，提供了一种压力检测装置，该装置可设置于设备底部，当接触障碍物时通过接触单元与障碍物接触并触发压力检测组件实现压力值的检测，从而可通过压力检测和高度检测相配合的方式实现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)本发明提供了两种压力检测装置的具体实现结构，通过专门设计的滑动式和转动式的结构实现压力检测，根据检测值判断障碍物的硬度，其中设计的弹簧和复位片的相关结构能够为装置提供冗余行程，避免压力传感器过于频繁的被启动，同时在接触部件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，整体结构设计合理、巧妙，实用性高。

附图说明

图1是压力检测装置实施例1的内部结构示意图。

图2是压力检测装置实施例1的第一视角爆炸图。

图3是压力检测装置实施例1的第二视角爆炸图。

图4是压力检测装置实施例1的剖视图。

图5是压力检测装置实施例2的内部结构示意图。

图6是压力检测装置实施例2的外部结构示意图。

图7是压力检测装置实施例2的爆炸图。

图8是压力检测装置实施例2的盖体结构示意图。

图9是压力检测装置实施例2的部件结构示意图。

图10是压力检测装置实施例2的剖视图。

图11是本发明的智能割草机遇障控制方法流程图。

图12是本发明的智能割草机各模块对地高度示意图。

图13是本发明的智能割草机越障流程图。

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。

如图1-10所示，一种压力检测装置，所述压力检测装置设置于自行走设备的底座2上，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施例。

实施例1

所述自行走设备为智能割草机，结合图1-4，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。所述接触头501的端部与所述压力传感器之间具有第一冗余行程，所述第一冗余行程的大小可以设置为割草机行走速度与电子控制系统的延时时间之积，避免机器在停机、转向等动作过程中因为电控延时产生位移时触发压力传感器，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在经过第一冗余行程后接触到压力传感器，第一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。

实施例2

结合图5-10，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，所述接触台1205与压力传感器之间具有第二冗余行程，所述第二冗余行程的大小可以设置为接触杆1203的下端部向上摆动至割草机的刀盘最低对地高度时所述接触台1205刚好与压力传感器接触，避免高度低于最低切割高度的障碍物对机器运行产生不必要的影响。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，在经过第二冗余行程后，接触台1205接触到压力传感器16，第二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。

针对本发明的压力检测装置，以下在智能割草机的越障功能中给出具体使用方法：

结合图11，本压力检测装置在智能割草机的越障中的使用方法：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，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接触单元接触障碍物从而使得压力传感器获得检测压力值：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在经过第一冗余行程后接触到压力传感器，获得压力检测值；或者接触杆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朝向固定座15运动，在经过第二冗余行程后，接触台1205接触到压力传感器16，获得压力检测值。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，可通过接触检测受力情况。

若检测到压力值低于预设压力阈值，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压力阈值，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，对地传感器有两个，一个放置在压力检测装置后侧，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第一高度预设阈值，且小于或等于第二高度预设阈值时，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12，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13，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。

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 (5)

1.一种用于割草机器人的滑动式压力检测装置，所述压力检测装置设置于割草机器人的底座(2)上，其特征在于，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；

所述接触单元为滑动接触块(3)，所述底座(2)上开设有滑动槽(7)，所述压力检测组件包括盖体以及位于所述盖体内的滑动座(5)、固定座(6)、压力传感器安装座(10)和压力传感器，

所述滑动接触块(3)的顶部通过一穿过滑动槽(7)的连接座(9)与所述滑动座(5)的安装座(502)连接，所述滑动座(5)的安装座(502)朝向固定座(6)的一侧设置有凸起的接触头(501)，所述接触头(501)根部连接于所述安装座(502),所述固定座(6)上对应接触头(501)的端面设置有沉孔(601)，所述沉孔(601)底部设置有凸起的压力传感器安装座(10)，所述压力传感器安装座(10)端部设置有压力传感器，

所述压力检测组件还包括弹簧(8)，所述弹簧(8)套接于所述接触头(501)外部，所述弹簧(8)两端分别在安装座(502)和沉孔(601)内进行限位，

所述接触头(501)的端部与所述压力传感器之间具有第一冗余行程，所述第一冗余行程的大小设置为割草机器人行走速度与割草机器人电子控制系统的延时时间之积。

2.根据权利要求1所述的用于割草机器人的滑动式压力检测装置，其特征在于，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。

3.根据权利要求1所述的用于割草机器人的滑动式压力检测装置，其特征在于，所述接触单元触碰到障碍物后能够发生滑动从而触发压力检测组件内的压力传感器。

4.根据权利要求1所述的用于割草机器人的滑动式压力检测装置，其特征在于，所述滑动接触块(3)的底面为斜面。

5.一种割草机器人，其特征在于，所述割草机器人包括权利要求1-4任一项所述的用于割草机器人的滑动式压力检测装置。

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