CN118614253A - 割草机器人和割草机 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种割草机器人和割草机，割草机器人，包括：割草系统，用于割草；机壳，用于支撑割草系统；行驶组件，包括用于支撑机壳以带动割草机器人在地面上行走的行走轮；割草系统包括：切割组件，包括用于割草的割草元件；驱动机构，包括用于驱动切割组件转动的割草电机；高度调节机构，用于调节切割组件沿第一轴线方向移动以实现割草元件具有不同的切割高度；其中，高度调节机构包括：调节电机，用于产生调节割草元件具有不同的切割高度的调节力；割草机器人还包括：参数检测单元，用于检测调节电机工作过程中的工作参数；控制单元，被配置为根据获取到的工作参数识别割草元件的切割高度。

Description

割草机器人和割草机

技术领域

本发明涉及一种园林工具，具体涉及一种割草机器人和割草机。

背景技术

割草机为一种常用的园林工具之一，主要应用于各类草坪的修剪，随着人们对绿化水平要求的提高以及科技的进步，此工具科技含量也不断提高，不断往更智能、更环保的方向发展。其中，割草机器人能够按规划线路自主运行并完成割草，相较于传统割草机能节省大量劳动力，降低草坪维护的成本及提高劳动效率，其使用电能，并因为科学规划路径，减少重复工作而节约能源。

目前大部分的割草机器人为了实现不同的割草高度，割草系统的高度通常能够上下移动，但是现有的割草系统内部的调节机构的结构比较复杂，导致调节割草元件的切割高度时结构复杂且稳定性差。

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结构简单、稳定性好的割草机器人和割草机。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种割草机器人，包括：割草系统，用于割草；机壳，用于支撑所述割草系统；行驶组件，包括用于支撑所述机壳以带动所述割草机器人在地面上行走的行走轮；所述割草系统包括：切割组件，包括用于割草的割草元件；驱动机构，包括用于驱动所述切割组件转动的割草电机；高度调节机构，用于调节所述切割组件沿第一轴线方向移动以实现所述割草元件具有不同的切割高度；其中，所述高度调节机构包括：调节电机，用于产生调节所述割草元件具有不同的切割高度的调节力；所述割草机器人还包括：参数检测单元，用于检测所述调节电机工作过程中的工作参数；控制单元，被配置为根据获取到的所述工作参数识别所述割草元件的切割高度。

可选的，所述工作参数包括所述调节电机的工作电流、工作电压、反电势、转动圈数中的一个或多个。

可选的，所述控制单元被配置为：在所述工作参数大于预设参数阈值时，确定所述割草元件处于极限切割位置，控制所述调节电机降低转速或者停止运转；其中所述割草元件处于所述极限切割位置时具有极限切割高度。

可选的，所述控制单元被配置为：根据所述割草元件处于所述极限切割位置时所述调节电机的工作参数校准预设标准工作参数，所述预设标准工作参数为初始设置的所述割草元件处于所述极限切割位置时所述调节电机的工作参数。

可选的，所述割草机器人还包括：控制开关，用于控制所述调节电机调节所述割草元件的切割高度；所述控制单元被配置为：根据所述控制开关的开关状态控制所述调节电机的运转动态。

可选的，所述控制单元被配置为：在所述控制开关处于第一状态时，输出第一驱动信号以控制所述调节电机以第一方向转动；在所述控制开关处于第二状态时，输出第二驱动信号以控制所述调节电机以第二方向转动；在所述控制开关处于第三状态时，输出刹车信号以控制所述调节电机停止转动。

可选的，控制单元，被配置为：在所述割草元件的切割高度达到目标切割高度时，控制所述调节电机降低转速或者停止运转。

可选的，所述控制开关具有预设长度的开关行程；所述开关行程与目标切割高度呈正相关关系或负相关关系。

可选的，所述割草机器人还包括：存储单元，用于存储历史切割高度；所述控制单元被配置为：根据所述历史切割高度控制所述调节电机调节所述切割元件当前的切割高度。

可选的，所述存储单元，还用于存储预设草坪图像数据；所述控制单元被配置为：根据所述预设草坪图像数据控制所述调节电机自适应调节所述切割元件的切割高度，以使所述切割元件按照所述预设草坪图像数据割草。

一种割草机，包括：割草系统，用于割草；机壳，用于支撑所述割草系统；行驶组件，包括用于支撑所述机壳以带动所述割草机器人在地面上行走的行走轮；所述割草系统包括：切割组件，包括用于割草的割草元件；驱动机构，包括用于驱动所述切割组件转动的割草电机；高度调节机构，用于调节所述切割组件沿第一轴线方向移动以实现所述割草元件具有不同的切割高度；其中，所述高度调节机构包括：调节电机，用于产生调节所述割草元件具有不同的切割高度的调节力；所述割草机器人还包括：参数检测单元，用于检测所述调节电机工作过程中的工作参数；控制单元，被配置为根据获取到的所述工作参数识别所述割草元件的切割高度。

本发明的有益之处在于：该割草机在进行高度调节时，采用无感电机控制高度调节机构的调节割草元件的割草高度，无需借助传感器即可准确计算出割草元件的切割高度，使得割草机的结构更加单，稳定性更好。

附图说明

图1是本发明施例中割草机的结构示意图；

图2是图1中的割草机中的割草系统的结构示意图；

图3是图1中的针对调节电机的一种控制电路图；

图4是图1中的针对调节电机的一种控制电路图；

图5是图1中的割草机中的割草系统的结构示意图。

实施方式

图1所示的实施例的割草机100用于修剪草坪、杂草等植被。在本实施例中，该割草机100为一种无须用户用手推着的割草机器人，割草机器人能够在无人操作的情况下自动的修剪草坪。当然，可以理解的，该割草机也可以为手推式割草机，对于手推式割草机而言，用户通常是站在手推式割草机的后面，用户手推着手推式割草机的把手以推动其在地面上行走。或者，该割草机也可也为骑乘式割草机，对于骑乘式割草机而言，用户乘坐在骑乘式割草机的座椅上以操作其在地面上行走。事实上，只要是能应用以下介绍的本发明的实质方案均属于本发明所保护的范围。

如图1和图2所示，割草机100包括：割草系统10、行驶组件20、控制组件、能量源装置40以及机壳50。割草系统10用于实现割草机100的割草功能。行驶组件20包括用于带动割草机100在地面上行走的行走轮21。控制组件用于控制割草机100内的用电设备以显示割草机100的智能化性能。能量源装置40用于给割草系统10、行驶组件20、控制组件提供能量来源，在本实施例中，该能量源装置40为电源装置，电源装置可以包括安装至机壳50的电池包41。机壳50用于承载割草系统10、电源装置40以及割草机中用于中的控制或者检测系统。行驶组件20安装至机壳50并支撑机壳50。

在一个实施例中，如图2所示割草系统10包括：驱动机构110、切割组件120以及高度调节机构130，其中，驱动机构110包括用于输出动力以驱动切割组件的割草电机111。切割组件120包括：安装轴121、割草元件122、刀盘123和护罩124。其中，割草元件122可以是一个或多个割草刀片，安装在刀盘123上。护罩124安装在刀盘123和割草元件122的下端，能保护割草元件122，使其免受损坏。刀盘123安装在安装轴121上能被安装轴121驱动，从而使割草元件122在离心力的作用下以第一轴线101为轴转动割草。护罩124可固定设置在安装轴121上，也可以绕安装轴121转动，此处不做限定。

在一种实现方式中，割草电机111的电机轴1111与安装轴121沿第一轴线101方向同轴设置，割草电机111的电机轴1111和安装轴121同轴或同速转动。在一个实施例中，切割组件120可以固定在割草电机111的电机轴1111上，能被割草电机111直接带动割草。

在本实施例中，高度调节机构130能调节割草元件122相对于机壳50在第一轴线101方向上的高度，从而使得割草元件122具有不同的切割高度，即使得割草机100具有不同的切割高度。示例性的，高度调节机构130能调节切割组件120以使割草元件122具有第一切割高度和第二切割高度。当割草元件122处于第一切割高度时，割草元件122距离地面较近，这样可以使得地面上的草被切割的较多。当割草元件122处于第二切割高度时，割草元件122距离地面较远，这样可以使得地面上的草被切割的较少。

在一种实现方式中，割草系统10还包括电机筒140以及固定电机筒140的底座150。其中，割草电机111部分或全部容纳与电机筒140内部，电机筒140的外周形成有外螺纹141。可选的，电机筒140的外螺纹141可以是全螺纹也可以是断续螺纹。在一个实施例中，割草电机111固定在底座150上。底座150可以构成壳体50的一部分，或者是设置在壳体50形成的容纳腔内。由于电机筒140和割草电机111均可以固定在底座150上，从而电机筒140、割草电机111和底座150三者之间形成有相对固定的连接关系。也就是说，若电机筒140能沿第一轴线101上下移动，则能带动底座150上下移动，而底座150上固定的割草电机111也能被带动沿第一轴线101上下移动。

在一种实施方式中，高度调节机构130至少包括调节电机131和齿轮组件132。调节电机131通过驱动齿轮组件132能够带动切割组件120沿第一轴线101方向上下移动。具体的，齿轮组件132能与电机筒140上的外螺纹141啮合，从而齿轮组件132的转动能带动电机筒140转动，使其沿第一轴线101方向移动。在一个实施例中，齿轮组件132包括主驱动轮1321和从驱动轮1322。主驱动轮1321设置在调节电机131的电机轴上，能与从驱动轮1322啮合，以驱动从驱动轮1322转动。电机筒140外侧的外螺纹能与从驱动轮1322啮合。从而，调节电机131的转动能驱动主驱动轮1321转动，进而带动从驱动轮1322转动，进而带动电机筒140沿第一轴线101方向上下移动。由上述可知，电机筒140沿第一轴线101移动的过程中，能带动割草电机111上下移动。由于切割组件120能固定在割草电机111上，被割草电机111带动割草，因而在割草电机111上下移动时，能带动割草元件122沿第一轴线101上下移动，以改变其切割高度。

在一个实施例中，调节电机131为无感电机，例如是无感无刷电机。

在本实施例中，控制调节电机131转动状态的控制电路能根据调节电机131运转过程中的工作参数识别割草元件122的切割高度。上述工作参数可以包括电机的输出电流、电压、转动圈数中的一个或多个。在一种实现方式中，控制电路可以根据调节电机131的转动圈数以及转动方向确定割草元件122的切割高度。示例性的，调节电机131以第一方向转动时，转动圈数越多，割草元件122的切割高度越高；调节电机131以与第一方向相反的第二方向转动时，转动圈数越多，割草元件122的切割高度越低。

在一种实现方式中，上述控制电路还能根据调节电机131运转过程中的工作参数判断割草元件122是否处于极限切割位置。所谓的极限切割位置，可以是割草元件122在第一轴线101方向上具有最低切割高度和最高切割高度时所处的切割位置。即割草元件122可以具有上极限切割位置和下极限切割位置。在本实施例中，在电机筒140、或者底座150或者壳体50上设有限位部，能将割草元件122的切割高度限定在上下两个极限切割位置中间，避免过度调节割草元件122的切割高度造成割草机部件的损坏。在一个实施例中，限位部142设置在电机筒140的外螺纹141上方。在一个实施例中，限位部151设置在底座150上或者是底座150的一个组成部分。在一种实现方式中，在调节电机131带动电机筒140上下移动使割草元件122处于极限切割位置时，由于限位部的限制电机继续转动也不能带动电机筒140继续移动，从而调节电机131的工作参数会发生突变，例如电机的工作电流或者电压突然变大。在一个实施例中，控制电路在检测到调节电机131的工作参数大于预设参数阈值时，可以确定割草元件122已处于极限切割高度，进而能控制调节电机131刹车制动，如控制电机131降低转速或者停止运转。也就是说，调节电机131可以调节切割元件122的切割高度至极限切割高度后自动停止。

在一个实施例中，针对调节电机131的控制电路如图3所示，至少包括控制单元1311、调节电机131、参数检测单元1312、驱动电路1313和电池包41。其中，调节电机131为无感电机。参数检测单元1312能检测电机131的工作参数，例如包括电机的工作电流、输出电压、转动圈数等。

驱动电路1313与调节电机131的定子绕组A、B、C电性连接，用于将来自电池包41的电流传递至定子绕组A、B、C以驱动调节电机131旋转。在一个实施例中，驱动电路1313包括多个开关元件Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6。每个开关元件的栅极端与控制单元1311电性连接，用于接收来自控制单元1311的控制信号，该控制信号可以是PWM信号。每个开关元件的漏极或源极与调节电机131的定子绕组A、B、C连接。开关元件Q1-Q6接收来自控制单元1311的控制信号改变各自的导通状态，从而改变电池包41加载在调节电机131的定子绕组A、B、C上的电流。在一个实施例中，驱动电路1313可以是包括六个可控半导体功率器件（例如FET，BJT，IGBT等）的三相桥驱动器电路。可以理解的是，上述开关元件也可以是任何其他类型的固态开关，例如绝缘栅双极型晶体管（IGBT），双极结型晶体管（BJT）等。为了驱动图3所示的调节电机131转动，驱动电路1313具有多种驱动状态，不同驱动状态下，调节电机131的转速或者转向可以不同。本申请针对控制单元1311控制驱动电路1313改变不同驱动状态的使调节电机131获得不同转速或者转向的过程不做详述。

在一个实施例中，控制单元1311可以获取参数检测单元1312检测到的调节电机131的工作参数，并根据获取到的工作参数识别割草元件122当前的切割高度。在一种实现方式中，控制单元1311可以根据所获取到的调节电机131的工作参数和预设的标准工作参数识别切割元件122在任意时刻的切割高度。其中，预设标准工作参数，为初始设置的割草元件122处于极限切割位置时调节电机131的工作参数。示例性的，控制单元1311可以根据调节电机的反电势计算电机的转动圈数，而电机每转动一圈对应切割元件122在第一轴线101方向上的移动距离是一定的，因此可以根据电机131的转动圈数确定割草元件122的切割高度的变化。若以切割元件122在极限切割位置具有极限切割高度时对应的电机的转动圈数为标准圈数，则控制单元1311可以根据实际检测到的电机的转动圈数和标准圈数确定切割元件122当前实际的切割高度。如割草机100出厂设置是割草元件122处于上极限切割位置时，调节电机转动圈数为1000rpm，则控制单元1311在检测到调节电机131实际的转动圈数1000rpm时则确定割草元件122处于上极限切割位置。

然而，随着割草机100使用时间的增加，调节电机131在切割元件122处于极限切割位置时的工作参数可能与预设的标准工作参数之间可能出现误差，从而影响切割高度识别的准确性。例如，电机每转动一圈对应的切割元件122的移动高度可能会发生变化，因此需要定期对上述标准圈数进行校准，以保证能精切地识别切割元件122的切割高度。具体的校准方式可以是定期根据实际检测到的工作参数对预设标准工作参数进行更新。

在一种实施例中，如图4所示控制电路中还可以包括控制开关1314。控制开关1314可被用户操作，以控制调节割草元件122的切割高度。控制开关1314可以设置在割草机100上任何方便用户操作的位置。在一种实现方式中，当用户操作控制开关1314闭合时，图3所示的控制电路上电，控制单元1311能输出驱动信号，控制调节电机131转动，以调节割草元件122的切割高度；当用户操作控制开关1314断开时，图3所示的控制电路失电，控制单元1311能输出刹车信号控制调节电机131停止转动或者控制单元1311停止输出驱动信号，调节电机131能靠惯性刹车。

在一个实施例中，控制开关1314可以对应多种操作状态，如用户操作控制开关1314至第一状态时，控制单元1311输出第一驱动信号，控制调节电机131以第一方向转动，以增加割草元件122的割草高度；用户操作控制开关1314至第二状态时，控制单元1311输出第二驱动信号，控制调节电机131以第二方向转动，以降低割草元件122的割草高度；用户操作控制开关1314至第三状态时，控制单元1311输出刹车信号，控制调节电机131停止运转，使割草元件122能保持当前的切割高度。

在一个实施例中，控制开关1314可以是薄膜开关、电子开关或者机械开关等任何能实现上述功能的元件。

在一个实施例中，控制单元1311还可以控制割草电机111的转动状态，以控制割草元件122进行割草。在一种实施方式中，控制单元1311可以在控制割草电机111转动的过程中，控制调节电机131调整割草元件122的切割高度。在一种实现方式中，割草电机111可以被其割草电路控制，割草电路中的控制单元可以与上述控制单元1311进行通信，也能达到在割草电机111割草的同时调节割草元件122切割高度的目的。示例性的，控制单元1311可以根据用户的操组需求或者植被检测传感器检测到的植被特征数据自适应调整割草元件122的切割高度。例如，植被检测传感器检测到待割草区域内的草较高时，控制单元1311可以控制调节电机131改变转动状态以降低当前的切割高度。其中，用户的操作需求可以通过控制开关1314的开关状态或者调整开关行程输入割草机100。植被检测传感器可以设置在割草机100的任意位置，能够检测待割的草的特征数据，如草的长度、密度、种类等。植被检测传感器可以是图像传感器、雷达、红外传感器、摄像头等等。

在一种实施方式中，控制单元1311在控制割草电机111转动的过程中，检测到控制开关1314闭合时，可以控制割草电机111暂停割草，并控制调节电机131调整割草元件122的切割高度，并在切割高度达到目标切割高度后再控制割草电机111开始割草。可以理解的，在控制单元1311调整割草元件122的切割高度的过程中，可以根据调节电机111的工作参数实时识别出割草元件122的切割高度，从而能在割草高度达到目标切割高度时，准确控制调节电机131刹车制动。其中的目标切割高度可以通过控制开关1314设置，例如，控制开关1314为具有一定开关行程的拨动开关或者旋钮开关，不同的开关行程对应不同的目标切割高度。例如，控制开关1314的开关行程越小对应的目标切割高度越小，反之越大；或者控制开关1314的开关行程越小对应的目标切割高度越大，反之越小。

在一个实施例中，割草机100还包括存储单元1315，存储单元1315能存储割草机100的历史切割高度。在割草机100开机工作时，控制单元1311可以控制调节电机122将割草元件122的切割高度调整至关机前的切割高度，或者调整至历史使用次数最多的历史切割高度。

在一个实施例中，控制单元1311还可以根据存储单元1315存储的所有历史切割高度和植被检测传感器检测到的待割草的历史状态数据，进行用户自学习。从而使割草机100能根据植被检测传感器检测到的待割草的当前状态，自适应调整割草元件122的切割高度。

为将草坪修整成不同的形状，需要在修整的过程中不断调整割草元件122的切割高度。例如，为将草坪修整为数字“2022”，则组成数字“2022”的草的高度与其他部分的草的高度不同。在一个实施例中，存储单元1315中可以存储有针对待修整草坪的预设草坪图像，控制单元1311可以根据上述预设草坪图像在割草机100割草的过程中自动调整割草元件122的切割高度，以使割草机100在草坪上自主割草形成预设草坪图像的图案。

在一个实施例中，如图5所示割草系统10还包括齿轮箱160。齿轮箱160能形成有容纳上述高度调节机构130的容纳空间。在齿轮箱160上安装有能抵接电机筒140的弹性件161。在电机筒140沿第一轴线101方向移动时，弹性件161能降低电机筒140的震动从而减少噪音。在一种实现方式一种，弹性件161也可以安装在底座150上，弹性件161的一端能与电机筒140抵接，以在电机筒140沿第一轴线101方向移动时，降低电机筒140的震动、减少噪音。

在一个实施例中，从驱动轮1322的下端设有垫片，用于降低从驱动轮1322与底座150或者下壳体50之间的摩擦力。可选的，垫片为金属垫片。

在一个实施例中，在齿轮箱160和电机筒140之间设有止转结构170。止转结构180可以协助电机筒140沿第一轴线101方向上下移动，并阻止电机筒140绕第一轴线101方向旋转。在一个实施例中，止转结构170也可以协助校准电机筒140、割草电机111和切割元件122的周向位置。

在本申请实施例中，高度调节机构130只要包含无感的调节电机，均可以采用上述控制电路识别或调整割草元件122的切割高度。也就是说，本申请实施例中对高度调节机构130中调节电机131的安装位置、以及调节电机131配合其他调节组件控制割草元件122调节切割高度的方式不做限定。

在一个实施例中，割草电机111在割草机100中的相对位置不会发生变化，即割草电机111不会在调节割草元件122切割高度的过程中改变自身的位置，能在一定程度上减少割草电机111由于移动带动的震动，保证割草性能。关于割草电机111的安装位置、安装方式，以及高度调节机构130调节割草元件122的切割高度的过程此处不再详述。

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 (11)

1.一种割草机器人，包括：

割草系统，用于割草；

机壳，用于支撑所述割草系统；

行驶组件，包括用于支撑所述机壳以带动所述割草机器人在地面上行走的行走轮；

所述割草系统包括：

切割组件，包括用于割草的割草元件；

驱动机构，包括用于驱动所述切割组件转动的割草电机；

高度调节机构，用于调节所述切割组件沿第一轴线方向移动以实现所述割草元件具有不同的切割高度；

其中，所述高度调节机构包括：

调节电机，用于产生调节所述割草元件具有不同的切割高度的调节力；

所述割草机器人还包括：

参数检测单元，用于检测所述调节电机工作过程中的工作参数；

控制单元，被配置为根据获取到的所述工作参数识别所述割草元件的切割高度。

2.根据权利要求1所述的割草机器人，其特征在于，

所述工作参数包括所述调节电机的工作电流、工作电压、反电势中的一个或多个。

3.根据权利要求1所述的割草机器人，其特征在于，

所述控制单元被配置为：

在所述工作参数大于预设参数阈值时，确定所述割草元件处于极限切割位置，控制所述调节电机降低转速或者停止运转；其中所述割草元件处于所述极限切割位置时具有极限切割高度。

4.根据权利要求3所述的割草机器人，其特征在于，

所述控制单元被配置为：

根据所述割草元件处于所述极限切割位置时所述调节电机的工作参数校准预设标准工作参数，所述预设标准工作参数为初始设置的所述割草元件处于所述极限切割位置时所述调节电机的工作参数。

5.根据权利要求1所述的割草机器人，其特征在于，

所述割草机器人还包括：

控制开关，用于控制所述调节电机调节所述割草元件的切割高度；

所述控制单元被配置为：

根据所述控制开关的开关状态控制所述调节电机的运转动态。

6.根据权利要求5所述的割草机器人，其特征在于，

所述控制单元被配置为：

在所述控制开关处于第一状态时，输出第一驱动信号以控制所述调节电机以第一方向转动；

在所述控制开关处于第二状态时，输出第二驱动信号以控制所述调节电机以第二方向转动；

在所述控制开关处于第三状态时，输出刹车信号以控制所述调节电机停止转动。

7.根据权利要求1所述的割草机器人，其特征在于，

控制单元，被配置为：

在所述割草元件的切割高度达到目标切割高度时，控制所述调节电机降低转速或者停止运转。

8.根据权利要求5所述的割草机器人，其特征在于，

所述控制开关具有预设长度的开关行程；

所述开关行程与目标切割高度呈正相关关系或负相关关系。

9.根据权利要求1所述的割草机器人，其特征在于，

所述割草机器人还包括：

存储单元，用于存储历史切割高度；

所述控制单元被配置为：

根据所述历史切割高度控制所述调节电机调节所述切割元件当前的切割高度。

10.根据权利要求9所述的割草机器人，其特征在于，

所述存储单元，还用于存储预设草坪图像数据；

所述控制单元被配置为：

根据所述预设草坪图像数据控制所述调节电机自适应调节所述切割元件的切割高度，以使所述切割元件按照所述预设草坪图像数据割草。

11.一种割草机，包括：

割草系统，用于割草；

机壳，用于支撑所述割草系统；

行驶组件，包括用于支撑所述机壳以带动所述割草机器人在地面上行走的行走轮；

所述割草系统包括：

切割组件，包括用于割草的割草元件；

驱动机构，包括用于驱动所述切割组件转动的割草电机；

高度调节机构，用于调节所述切割组件沿第一轴线方向移动以实现所述割草元件具有不同的切割高度；

其中，所述高度调节机构包括：

调节电机，用于产生调节所述割草元件具有不同的切割高度的调节力；

所述割草机器人还包括：

参数检测单元，用于检测所述调节电机工作过程中的工作参数；

控制单元，被配置为根据获取到的所述工作参数识别所述割草元件的切割高度。