CN209609208U - 一种智能割草机 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种智能割草机，包括马达，与马达相连的控制系统，所述控制系统与电池组相连，所述电池组包括电池控制单元，用于测量电池组中的单节电池电压，并将各单节电池电压值不断传输给控制系统，所述控制系统包括，主控制单元，用于接收电池控制单元传输的数据，并将数据处理后转换为控制信息控制马达动作；降压模块，用于将电池组的电压转换为主控制单元和电池控制单元可工作的工作电源提供给主控制单元和电池控制单元；电池组上电电路，连接所述电池控制单元和主控制单元；其中，当主控制单元不工作时，所述主控制单元控制所述电池组上电电路不工作，电池控制单元断开与工作电源的连接，电池控制单元不工作，节约电池组的电能。

Description

一种智能割草机

技术领域

本实用新型涉及园林工具，具体的涉及到一种能够自动行走的智能割草机。

背景技术

智能割草机自动行走于草坪或者地面，用于家庭庭院草坪的维护、大型草地的修剪。采用随机路径规划的智能割草机由可编程单片机(MPU)控制、由可充电电池组提供能源，在预先铺设的边界电线产生的电子篱笆墙范围内，按照随机路径自主行走并进行割草作业。在电池组的电压低于一定值或者满足其它预设条件时，自动回到充电桩充电，并等待下一次的割草作业。

智能割草机使用的可充电电池组为整台机器的控制和运动系统提供能源，电池组内有电池控制单元，由电池组的电能经降压电路降压后给电池控制单元提供电能，当智能割草机主控制板不工作时，电池控制单元仍然工作，会造成电池组电能的浪费，影响智能割草机的工作效率，同时，当电池组电压过低，将智能割草机放在充电桩上充电时，需要打开显示屏电源和启动开关的情况下，才可为充电组充电，在这种情况下，电池组的电量过低，继续给主控制板供电，会造成电池组过放，损耗电池组。

实用新型内容

基于上述问题，本实用新型的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。提出一种智能割草机，能够实现在主控制板不工作的情况下，节约电池组电能，提高智能割草机工作效率，同时，还能够实现智能割草机低电压启动。为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种智能割草机，包括驱动智能割草机刀片的马达，与马达相连的控制系统，所述控制系统与电池组相连，所述电池组包括电池控制单元，用于测量电池组中的单节电池电压，并将各单节电池电压值不断传输给控制系统，所述控制系统包括：

主控制单元，用于接收电池控制单元传输的数据，并将数据处理后转换为控制信息控制马达动作；

降压模块，用于将电池组的电压转换为主控制单元和电池控制单元可工作的工作电源提供给所述主控制单元和电池控制单元；

电池组上电电路，连接所述电池控制单元和主控制单元；其中，

所述电池组的电能经降压模块降压后转换为工作电源为所述主控制单元提供电能，当所述智能割草机启动，所述主控制单元上电工作时，主控制单元产生控制信息控制所述电池组上电电路工作，所述电池控制单元上电工作，当所述主控制单元不工作时，所述主控制单元控制所述电池组上电电路不工作，所述电池控制单元断开与工作电源的连接，所述电池控制单元不工作。

优选的，所述电池组上电电路包括第一电子开关和第二电子开关，所述第一电子开关的第一端分别连接电阻R1和电阻R4的一端，所述电阻R1的另一端连接所述主控制单元，所述第一电子开关的第二端子连接电阻R2的一端，所述电阻R2的另一端分别连接第二电子开关的第一端子和电阻R5的一端，所述第二电子开关的第二端子和电阻R5的另一端分别连接所述工作电源，所述第二电子开关的第三端子分别连接电池控制单元和电阻R3的一端，所述电阻R3的另一端、第一电子开关的第三端和电阻R4的另一端分别接地。

优选的，所述控制系统还包括：

电源开关，用于控制电池组和控制系统之间的电源连接；

第一MOS开关，位于电源开关和降压模块之间；

电压检测模块，用于检测电池组的电压值，并将所述电压值传输给所述主控制单元；其中，

当所述主控制单元判断所述电池组的电压低于第一预设值时，所述主控制单元控制所述智能割草机返回充电桩充电，当所述主控制单元判断所述电池组的电压低于第二预设值时，所述主控制单元发出控制信号控制第三电子开关断开，进而控制第一MOS开关断开，电池包停止放电。

优选的，所述控制系统还包括：

电源开关，用于控制电池组和控制系统之间的电源连接；

第一MOS开关，位于电源开关和降压模块之间；

电压检测模块，用于检测电池组的电压值，并将所述电压值传输给所述主控制单元；其中，

当所述主控制单元判断所述电池组的电压低于第一预设值时，所述主控制单元控制所述智能割草机返回充电桩充电，若智能割草机在预设时间后仍没有返回充电桩充电，则主控制单元发出控制信号控制第三电子开关断开，进而控制第一MOS开关断开，电池包停止放电。

优选的，所述主控制单元根据电压检测模块检测到电压值与第一预设值的差值大小来设定所述预设时间。

优选的，还包括充电电路，所述充电电路分别电连接主控制单元和充电桩，当所述主控制单元判断所述电池组的电量低于第三预设值时，所述主控制单元输出控制信号控制所述充电电路工作，用于给所述电池组充电。

优选的，所述充电电路包括第四电子开关、第五电子开关和第二MOS开关，所述第四电子开关的第一端分别连接电阻R6和电阻R7，所述电阻R6连接主控制单元，所述第四电子开关的第二端子和电阻R7接地，所述第四电子开关的第三端子分别连接第五电子开关的第一端子，电阻R8和电阻R9的一端,所述第五电子开关的第二端子和电阻R8的另一端接地，所述第五电子开关的第三端子连接电阻R10的一端，电阻R10的另一端分别连接第二MOS开关的第一端子，电阻R11和二极管D1的输入端，第二MOS开关的第二端子分别连接电阻R11，二极管D1、电阻R9和充电桩子，所述第二MOS开关的第三端子通过二极管D2给电池组充电，其中，当所述主控制单元判断所述电池组的电量低于第二预设值时，所述主控制单元输出控制信号控制所述第四电子开关断开，第五电子开关闭合，使得第二MOS开关闭合，充电桩的电能直接给所述电池组充电。

优选的，所述充电电路还用于给所述控制系统提供电能。

优选的，所述控制系统还包括自锁电路，所述自锁电路的输入端与主控制单元连接，自锁电路的输出端与降压模块的输入端连接，降压模块的输出端分别与电池控制单元和主控制单元连接，所述自锁电路在主控制单元不工作时，自锁电路关闭，进而切断为主控制单元供电；当主控制单元工作时，打开自锁电路，为整个控制系统供电。

相对于现有技术中的方案，本实用新型的优点：

本实用新型实施例提出的一种智能割草机，电池组的电能转换为工作电源为主控制单元上电，主控制单元上电后控制电池控制单元上电，当启动开关不触发，主控制单元不工作时，电池控制单元不工作，从而节约了电池组的电能，提高的智能割草机的工作效率，同时在智能割草机电量较低时，主控制单元发送控制信号控制充电电路工作，可以直接给电池组充电，还可以给控制系统提供电能，这样可以在不触发显示屏启动开关的情况下直接给电池组充电，防止电池组电量过低时，仍给主控制单元供电，造成电池组过放损坏，同时可以充电桩的电能可以直接给控制系统供电，而不需电池组的电能，可以使得电池组快速完成充电。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

图1所示为本实用新型的智能割草机控制系统的功能模块示意图；

图2所示为本实用新型上电电路的电路图；

图3所示为本实用新型放电保护电路图；

图4所示为本实用新型充电电路的电路图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本实用新型而不限于限制本实用新型的范围。实施例中采用的实施条件可以如具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

本实用新型智能割草机自动行走于草坪或者地面上，进行割草，当需要进行充电时，他们能够返回充电桩，从外部电源补充能量。请参加图1，为本实用新型提供的智能割草机控制系统的功能模块示意图，所述智能割草机包括驱动智能割草机刀片的马达，与马达相连的控制系统20，控制系统20与电池组10相连，在其中一实施例中，电池组10位于智能割草机内部，不可拆卸。在本实用新型的另一实施例中，电池组10可拆卸的安装于智能割草机的安装座上，为智能割草机提供电能。上述两实施例中，电池组10括电池控制单元11，用于测量电池组10中的单节电池电压，并将各单节电池电压值不断传输给控制系统20，控制系统20根据接收的电压值判断电池组10是否出现过充或过放等现象。

本实用新型控制系统20包括降压模块21，主控制单元23，其中，降压模块21用于将电池组10的电压转换为主控制单元23和电池控制单元11可工作的工作电源，5V电压22提供给所述主控制单元23和电池控制单元11；主控制单元23用于接收各种数据，并将数据处理后转换为控制信息发送给相关模块，并控制马达动作，例如主控制单元23接收电池控制单元11传输的单节电池电压值，并根据接收的电压值判断电池组10是否出现过放现象，若出现过放现象，则控制马达停机，对电池组10进行保护；控制系统20还包括电池组上电电路24，电池组上电电路24分别连接5V电源，电池控制单元11和主控制单元23，主控制单元23用于控制电池组上电电路24工作，从而使得电池控制单元11与5V电源连接，电池控制单元11上电工作。

本实用新型电池组10内的电池控制单元11的上电是由主控制单元23控制的，在主控制单元23不工作时，主控制单元23控制电池组上电电路24不工作，进而使得电池控制单元11与5V电源22断开连接，电池控制单元11无法上电工作，防止电池组10电能浪费，提高了智能割草机的工作效率。具体工作原理为，当所述智能割草机启动时，电池组10的电能经降压模块21降压后转换为5V电源22为所述主控制单元23和电池组上电电路24提供电能，所述主控制单元23上电工作时，主控制单元23产生控制信息控制所述电池组上电电路24工作，进而使得电池控制单元11与5V电源连接，电池控制单元11上电工作，用于测量电池组10中的单节电池电压，并将各单节电池电压值不断传输给主控制单元23，主控制单元23接收各种数据，并将接收的数据转换为控制信息控制电池组上电电路24、马达等模块的工作；当主控制单元23不工作时，主控制单元23无法产生控制信号控制电池组上电电路24工作，电池组上电电路24无法与5V电源连接，电池控制单元11不工作，从而节约了电池组10的电能。

请参考图2所示为本实用新型上电电路的电路图，所述电池组上电电路包括第一电子开关和第二电子开关，在本实用新型的其中一实施例中，第一电子开关为三极管Q1，第二电子开关为三极管Q2,三极管Q1的基极分别连接电阻R1和电阻R4的一端，电阻R1的另一端连接主控制单元23，三极管Q1的集电极连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端分别连接电阻R5的一端和三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极和电阻R5的另一端分别连接5V电源22，三极管Q2的集电极分别连接电池控制单元11和电阻R3的一端，电阻R3的另一端、三极管Q1的发射极和电阻R4的另一端分别接地。图1中，当智能割草机启动时，电池组10的电能经降压模块21降压后转换为5V电源22为所述主控制单元23和电池组上电电路24提供电能，所述主控制单元23上电工作时，主控制单元23产生控制信息控制所述电池组上电电路24工作，具体的，主控制单元24输出低电平，使得Q1导通，进而Q2导通，电池控制单元11与5V电源22连接，电池控制单元11上电工作；当主控制单元23不工作时，Q1高电平截止，Q2截止，电池组上电电路24与5V电源22断开连接，电池控制单元11不工作，从而节约了电池组10的电能。

本实用新型智能割草机还包括放电保护电路，请参考图3所示为本实用新型放电保护电路图，放电保护电路一端通过电源开关S1连接电池组10，电源开关S1用于控制电池组10和控制系统20之间的电源连接，放电保护电路包括电压检测模块31，采用分压电阻的方式，用于检测电池组10的电压值，并将所述电压值传输给主控制单元23,开关MOS1，位于电源开关S1和降压模块21之间，其中，电压检测模块31检测电池组10的电压，并将检测的电压值传输给主控制单元23，主控制单元23将检测的电池组电压与第一预设值进行比对，判断当检测的电压值低于第一预设值时，主控制单元23控制智能割草机返回充电桩充电，若电池组10的电压值大于第一预设值，智能割草机继续工作，不进行其它动作。当主控制单元23判断电池组的电压低于第二预设值时，主控制单元23判断电池组10出现过放的情况，主控制单元23输出低电平信号给三极管Q3，使得Q3截止，进而MOS1断开，电池组10的电能无法传输给降压模块21，电池组10停止放电，防止电子组10在低电压情况下放电，损耗电池组。降压模块21也称电压转换模块。本实施方式中，MOS1上电性连接有二极管D21，二极管D21的阳极电性连接MOS1的漏极端，阴极电性连接MOS1的源极端。电压检测模块31的一端电性连接二极管D21的阴极，二极管D22的阴极及电阻R21的一端，另一端电性连接至主控单元23。主控单元23的输出端电性连接至电阻R23的一端，电阻R23的另一端电性连接三极管Q3的基极端；电阻R21的另一端电性连接电阻R22的一端，电阻R22的另一端电性连接三极管Q3集电极端。三极管Q3发射极端电性连接电阻R24的一端，电阻R24的另一端电性接地。

上述实施例中，智能割草机在电池组10的电压值低于第一预设值时，智能割草机开始返回充电桩充电，智能割草机设定一个预设时间，从智能割草机启动回归动作时开始计时，判断预设时间是否到达，若预设时间已经达到，则控制系统20控制智能割草机停止行走，若此时智能割草机没有返回充电桩充电，则主控制单元23发出控制信号控制Q3截止，MOS1断开，电池组停止放电，防止电池组过放损坏。

上述实施例中，无论智能割草机是否成功返回充电桩，它在预设时间后，均处于停止行走状态，并给主控制单元23断电，这样在工作过程中避免智能割草机在无法顺利返回充电桩时，仍不断的寻找充电桩，而导致的电池组过放损坏。

上述实施例中，预设时间是一个预先存储的固定值，例如20分钟。在其中一实施例中，只要电池组的电量小于或等于第一预设值，而不管该电量和第一预设值之间的差值是多少，预设时间都是一定的。然而，在可选的其它实施例中，预设时间也可以是一个变化的时，主控制单元23会根据电压检测模块31检测到的电池组电量值来设定所述预设时间。具体的，主控制单元23会根据检测到的电压值和第一预设值之间的差值大小来计算该预设时间的大小，或者直接根据电池组的电量来计算该预设时间的大小，二者没有本质区别。在本实施例中，因此电池组的电量采用电池组的电压来标示，因此，实际主控制单元23会根据电池组的电压值来设置所述的预设时间的大小，具体的，会根据检测到的电压值和第一预设值之间的差值的大小来设定该预设时间。容易想到，预设时间和检测到的电压值或者说前述的差值的赌赢关系可以由一个公式计算得出，也可以由一个预先存储在主控制单元23中的对照表直接设置好。

主控制单元23启动回归动作之后，智能割草机执行回归动作，返回充电桩充电，在此过程中，主控制单元23判断智能割草机是否成功返回充电桩，具体为判断智能割草机的充电端子是否和充电桩的电源端子对接上。通常该判断通过监测充电端子上是否接受到了外部的电压或信号来实现，然而该判断可以通过其他如位置碰撞传感器等其他方式方式来进行。若判断结果为是，智能割草机返回了充电桩，则主控制单元23控制智能割草机停止行走，并开始充电。若判断结果为否，则判断预设时间是否已经到达，若否，则继续执行回归充电桩的动作，若判断结果为是，则主控制单元23输出低电平控制Q3截止，使得MOS1断开，电池组停止放电，防止电池组过放，损耗电池组。

上述实施例中，当智能割草机的电量过低，且智能割草机无法顺利返回充电桩时，需要人为的将智能割草机放到充电桩上进行充电，此时，存在低电量启动的问题。本实用新型智能割草机还包括充电电路，用于当电池组的电量过低时，不需要打开显示屏启动开关的情况下，就可以直接为充电组充电，还可以为控制系统提供电能。

本实用新型充电电路分别电连接主控制单元23和充电桩(CIN+)，当所述主控制单元23判断所述电池组10的电量低于第三预设值时，所述主控制单元23输出控制信号控制所述充电电路工作，用于给所述电池组10充电，还可以为控制系统提供电能。

请参考图4所示为本实用新型充电电路的电路图，所述充电电路包括第四电子开关，第五电子开关和第二MOS开关，在本实用新型的一实施例中，第四电子开关为三极管Q4，第五电子开关为三极管Q5，第二MOS开关为MOS2，具体的，三级管Q4的基极分别连接电阻R6和电阻R7的一端，所述电阻R6的另一端连接主控制单元23，三极管Q4的发射极和电阻R7的另一端均接地，三级管Q4的集电极分别连接三极管Q5的基极，电阻R8和电阻R9的一端，三极管Q5的发射极和电阻R8的另一端接地，所述三极管Q5的集电极连接电阻R10的一端，电阻R10的另一端分别连接MOS2的第一端子，电阻R11和二极管D1的输入端，MOS2的第二端子分别连接电阻R11的另一端，二极管D1的输出端、电阻R9的另一端和充电桩子，MOS2的第三端子通过二极管D2给电池组充电，其中，当主控制单元23判断所述电池组10的电量低于第三预设值时，所述主控制单元23输出控制信号控制三极管Q4截止，三极管Q5导通，使得MOS2闭合，充电桩的电能可以不经过启动开关直接给电池组10充电，也可以给控制系统提供电能，使得电池组10在充电的过程中不需要为控制系统提供电能，电池组10可以快速的充电。

上述实施例中，第三预设值可以等于第二预设值，也可以高于第二预设值，具体根据需要进行设置。

在本实用新型的其中一实施例中，智能割草机还包括自锁电路，所述自锁电路的输入端与主控制单元连接，自锁电路的输出端与降压模块的输入端连接，降压模块的输出端分别与电池控制单元和主控制单元连接，所述自锁电路在主控制单元不工作时，自锁电路关闭，进而切断为主控制单元供电；当主控制单元工作时，打开自锁电路，为整个控制系统供电。

上述实施方式的智能割草机的设计中，马达包含用于驱动割草部件的马达；用以驱动割草机移动的驱动马达。

上述实施方式的电池组的设计中，其电压介于20V～60V，如20V，28V，40V，56V，60V在一实施方式中电池组的40V，56V，60V时利用电压为20V或28V的电池组串联组合(如，40V的电压利用2个20V的电池包串联，58V时利用2个28V的电池包串联)。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡如本实用新型精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种智能割草机，包括智能驱动割草机刀片的马达，与马达相连的控制系统，所述控制系统与电池组相连，所述电池组包括电池控制单元，用于测量电池组中的单节电池电压，并将各单节电池电压值不断传输给控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：

主控制单元，用于接收电池控制单元传输的数据，并将数据处理后转换为控制信息，并控制马达动作；

降压模块，用于将电池组的电压转换为主控制单元和电池控制单元可工作的工作电源提供给所述主控制单元和电池控制单元；

电池组上电电路，连接所述电池控制单元和主控制单元；其中，

所述电池组的电能经所述降压模块降压后转换为工作电源为所述主控制单元提供电能，当智能割草机启动，所述主控制单元上电工作时，主控制单元产生控制信息控制所述电池组上电电路工作，所述电池控制单元上电工作，当所述主控制单元不工作时，所述主控制单元控制所述电池组上电电路不工作，所述电池控制单元断开与工作电源的连接，所述电池控制单元不工作。

2.根据权利要求1所述的智能割草机，其特征在于，所述电池组上电电路包括第一电子开关和第二电子开关，所述第一电子开关的第一端分别连接电阻R1和电阻R4的一端，所述电阻R1的另一端连接所述主控制单元，所述第一电子开关的第二端子连接电阻R2的一端，所述电阻R2的另一端分别连接第二电子开关的第一端子和电阻R5的一端，所述第二电子开关的第二端子和电阻R5的另一端分别连接所述工作电源，所述第二电子开关的第三端子分别连接电池控制单元和电阻R3的一端，所述电阻R3的另一端、第一电子开关的第三端和电阻R4的另一端分别接地。

3.根据权利要求1所述的智能割草机，其特征在于，所述控制系统还包括：

电源开关，用于控制电池组和控制系统之间的电源连接；

第一MOS开关，位于电源开关和降压模块之间；

电压检测模块，用于检测电池组的电压值，并将所述电压值传输给所述主控制单元；其中，

当所述主控制单元判断所述电池组的电压低于第一预设值时，所述主控制单元控制所述智能割草机返回充电桩充电，当所述主控制单元判断所述电池组的电压低于第二预设值时，所述主控制单元发出控制信号控制第三电子开关断开，进而控制第一MOS开关断开，电池包停止放电。

4.根据权利要求1所述的智能割草机，其特征在于，所述控制系统还包括：

电源开关，用于控制电池组和控制系统之间的电源连接；

第一MOS开关，位于电源开关和降压模块之间；

电压检测模块，用于检测电池组的电压值，并将所述电压值传输给所述主控制单元；其中，

当所述主控制单元判断所述电池组的电压低于第一预设值时，所述主控制单元控制所述智能割草机返回充电桩充电，若智能割草机在预设时间后仍没有返回充电桩充电，则主控制单元发出控制信号控制第三电子开关断开，进而控制第一MOS开关断开，电池包停止放电。

5.根据权利要求4所述的智能割草机，其特征在于，所述主控制单元根据电压检测模块检测到电压值与第一预设值的差值大小来设定所述预设时间。

6.根据权利要求1所述的智能割草机，其特征在于，还包括充电电路，所述充电电路分别电连接主控制单元和充电桩，当所述主控制单元判断所述电池组的电量低于第三预设值时，所述主控制单元输出控制信号控制所述充电电路工作，用于给所述电池组充电。

7.根据权利要求6所述的智能割草机，其特征在于，所述充电电路包括第四电子开关、第五电子开关和第二MOS开关，所述第四电子开关的第一端分别连接电阻R6和电阻R7，所述电阻R6连接主控制单元，所述第四电子开关的第二端子和电阻R7接地，所述第四电子开关的第三端子分别连接第五电子开关的第一端子，电阻R8和电阻R9的一端,所述第五电子开关的第二端子和电阻R8的另一端接地，所述第五电子开关的第三端子连接电阻R10的一端，电阻R10的另一端分别连接第二MOS开关的第一端子，电阻R11和二极管D1的输入端，第二MOS开关的第二端子分别连接电阻R11，二极管D1、电阻R9和充电桩子，所述第二MOS开关的第三端子通过二极管D2给电池组充电，其中，当所述主控制单元判断所述电池组的电量低于第二预设值时，所述主控制单元输出控制信号控制所述第四电子开关断开，第五电子开关闭合，使得第二MOS开关闭合，充电桩的电能直接给所述电池组充电。

8.根据权利要求6或者7所述的智能割草机，其特征在于，所述充电电路还用于给所述控制系统提供电能。

9.根据权利要求1所述的智能割草机，其特征在于，所述控制系统还包括自锁电路，所述自锁电路的输入端与主控制单元连接，自锁电路的输出端与降压模块的输入端连接，降压模块的输出端分别与电池控制单元和主控制单元连接，所述自锁电路在主控制单元不工作时，自锁电路关闭，进而切断为主控制单元供电；当主控制单元工作时，打开自锁电路，为整个控制系统供电。