CN212696668U - 户外机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种户外机器人，包括：主体；安装于主体底部用于拖动户外机器人移动的行走模块；设在主体上的动力机构，包括一输出旋转扭矩的输出轴；输出轴可选择地与至少两种用于执行不同工作任务的工作头配接，动力机构可驱动至少两种工作头中的至少一种围绕滚动输出轴线旋转，工作头沿滚动输出轴线所在方向延伸，滚动输出轴线与承载所述户外机器人的工作表之间的夹角在0‑10°之间。本实用新型提供的户外机器人仅设置一个动力机构，即可实现多种不同的工作头的切换，使多种不同的工作头能共用或共享一个动力机构和输出轴，工作头更换操作简单，整机体积较小，结构简化。

Description

户外机器人

技术领域

本实用新型涉及移动工作设备领域，尤其涉及一种户外机器人。

背景技术

以割草机等庭院设备为代表的户外机器人一定程度上将人们从繁杂的庭院修葺和维护劳动中解脱出来而受到欢迎。不过，传统的户外机器人的功能和工作任务均较为单一，例如割草机一般仅能完成以割草为主的草坪修剪作业，而不再具备其他功能。随着人们对生活品质要求的增高，使户外机器人兼具多种不同的功能，从而帮助人们完成不同种类的工作任务，继而实现一机多用，是亟待解决的问题。

目前，业已存在一些能实现多种功能的户外机器人。不过，这些户外机器人一般是配备多种用于执行不同工作任务的工作模块，这些工作模块一般包括用于具体执行工作任务的工作头以及驱动工作头的驱动装置，驱动装置一般包括动力源(电机)和中间传动机构。如此，单个工作模块的体积较大，结构接复杂。这样，欲实现功能切换，不仅需更换工作头，还需连同驱动装置一起更换。如此，一台户外机器人，需配备对应多个不同工作头的多套驱动装置，成本较高，且更换较为麻烦。此外，根据欲实现功能的不同，工作头的设置位置可能会发生变化，进而驱动装置的设置位置也要随之变化。从而，户外机器人要为工作模块提供多个不同的设置位置，造成整机体积较大，结构较为复杂。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种户外机器人，可至少解决上述问题之一。

为了实现上述目的，本实用新型提供了如下的技术方案。

一种户外机器人，包括：

主体；

行走模块，安装于所述主体的底部，用于拖动所述户外机器人移动；

动力机构，设在所述主体上，包括一输出旋转扭矩的输出轴；所述输出轴可选择地与至少两种用于执行不同工作任务的工作头配接，所述动力机构可驱动至少两种工作头中的至少一种围绕滚动输出轴线旋转，所述工作头沿所述滚动输出轴线所在方向延伸，所述滚动输出轴线与承载所述户外机器人的工作表之间的夹角在0-10°之间。

优选地，所述工作头具有相对所述主体上下浮动的自由度，以适应工作表面凹凸不平的走势。

优选地，所述工作头与所述工作表面之间的距离可调，以在所述主体装配不同种类的工作头时，不同种类的工作头的轴心距离所述工作表面的高度不同。

优选地，所述工作头包括：滚筒、设在所述滚筒外壁上的若干个工作元件；所述滚筒的端部设有第一匹配结构，所述输出轴设有与所述第一匹配结构可拆卸配合的第二匹配结构；所述第一匹配结构与所述第二匹配结构配合时，所述滚筒与所述输出轴至少沿周向固定。

优选地，所述第一匹配结构为卡槽或扣入件中的其中之一，所述第二匹配结构为卡槽或扣入件中之另一；所述扣入件可拆卸的嵌入所述卡槽中，所述卡槽的截面为非圆形，所述扣入件的截面形状与所述卡槽的截面形状相适配。

优选地，所述动力机构以不可拆卸的方式设在所述主体上，即所述主体上仅设置一种动力机构；执行不同工作任务的工作头所包含的第一匹配结构相同；或者，

所述动力机构以可拆卸的方式设在所述主体上；即所述主体上可选择性地设置至少两种不同的动力机构；其中，不同动力机构的输出轴上设置的第二匹配结构相同。

优选地，执行不同工作任务的工作头的种类不同；所述工作头包括单一的切割单元或单一的清洁单元或切割单元与清洁单元的组合，分别用于执行的工作任务为割草、清洁、割草碎物。

优选地，所述户外机器人包括用于草坪护理的割草机；所述工作头的工作元件包括第一类切割件，所述第一类切割件包括两个切割单元，所述切割单元包括：第一切割段、自所述第一切割段的第一端向外倾斜延伸的第二切割段；两个所述切割单元的所述第一切割段贴合设置，且所述第一切割段的第二端与所述滚筒枢转连接；

其中，所述第二切割段的厚度大于0mm但小于等于3mm，外端与所述第一切割段的第一端之间的高度落差在5-15mm之间，与所述第一切割段的轴向之间的夹角在45°-75°之间。

优选地，所述第一类切割件还包括：第三切割段，夹设在两个所述第一切割段之间；所述第三切割段的外端延伸至位于两个第二切割段之间，且所述第三切割段的外端不超过所述第二切割段的外端。

优选地，所述工作元件还包括拉升件，所述拉升件包括：连接段、设在所述连接段的第一端的拉升段；所述连接段的第二端与所述滚筒枢转连接；所述拉升段具有面对周向旋转方向的拉升面，沿所述连接段的第二端指向第一端的方向上，所述拉升面的面积逐渐增大；

其中，所述第一类切割件和所述拉升件可选择性与所述滚筒连接。

优选地，多个所述第一类切割件在所述滚筒上沿母线方向排布呈一列形成一个第一切割组；多个所述拉升件在所述滚筒上沿母线方向排布呈一列形成一个拉升组；

所述滚筒外设有沿周向均匀排布的多个第一切割组和多个拉升组；其中，所述拉升组的数量少于所述第一切割组的数量。

优选地，当所述工作元件包括第一类切割件和其他类型的切割件时，所述第一类切割件的旋转轨迹圆的半径大于等于其他类型的切割件的旋转轨迹圆半径。

优选地，所述第一类切割件为刀片；沿所述滚筒的母线方向上，所述滚筒上设有至少两个第二切割组，每个第二切割组包含至少一个刀片。

优选地，所述主体的底部向内凹陷形成有工作位，所述工作头设在所述工作位中；所述工作位的延伸方向与所述滚动输出轴线的方向大致相同，且与所述户外机器人的行走方向大致垂直。

优选地，所述主体沿户外机器人的行走方向的前端设有安装位，所述工作头设在所述安装位上。

本实用新型提供的户外机器人仅设置一个动力机构，即可实现多种不同的工作头的切换，使多种不同的工作头能共用或共享一个动力机构和输出轴，从而减省动力机构的设置数量和设置位置。这样，欲使户外机器人执行不同的工作任务时，仅需更换工作头即可，更换操作简单，功能切换快捷方便，整机体积较小，结构简化。

附图说明

图1为根据本实用新型第一非限制性实施例的户外机器人采用内置式工作头在执行割草碎草任务时的结构示意图；

图2为根据本实用新型第二非限制性实施例的户外机器人采用内置式工作头在执行割草收草任务时的结构示意图；

图3为根据本实用新型第三非限制性实施例的户外机器人采用内置式工作头在执行清扫落叶、灰尘或杂物任务时的结构示意图；

图4为根据本实用新型第四非限制性实施例的户外机器人采用内置式工作头在执行清理粘附物任务时的结构示意图；

图5为根据图1至图4所示的户外机器人的俯视结构示意图；

图6为根据本实用新型第五非限制性实施例的户外机器人采用外置式工作头在执行割草碎草任务时的结构示意图；

图7为根据本实用新型第六非限制性实施例的户外机器人采用外置式工作头在执行清扫雪、树叶、灰尘或泥土任务时的结构示意图；

图8为根据本实用新型第七非限制性实施例的户外机器人与被拖曳附件处于分离状态时的示意图；

图9为图8所示的户外机器人与被拖曳附件处于附接状态时的俯视结构示意图；

图10为户外机器人配置第一类切割件时的俯视结构示意图；

图11为户外机器人配置第一和拉升件时的俯视结构示意图；

图12为户外机器人配置第二类切割件时的俯视结构示意图；

图13为第一类切割件的结构示意图；

图14为拉升件的结构示意图；

图15为第二类切割件的结构示意图；

图16和图17为滚筒上同时设置第一类切割件和拉升件的结构示意图；

图18为根据本实用新型第八非限制性实施例的户外机器人采用滚刷和滚刀的组合式工作头且组合式工作头采用内置式结构执行草坪护理任务时的结构示意图；

图19为根据本实用新型第八非限制性实施例的户外机器人采用滚刷和滚刀的组合式工作头且组合式工作头采用外置式结构执行草坪护理任务时的结构示意图。

附图标记说明：

100、户外机器人；1、主体；101、工作位；102、安装位；211、驱动轮；221、导向轮；3、动力机构；311、输出轴；4、工作头；411、滚筒；4111、连接块；422、工作元件；4221、第一类切割件；4222、切割单元；4222a、第一切割段；4222b、第二切割段；4223、轴孔；4224、第三切割段；4225、拉升件；4225a、连接段；4225b、拉升段；4226、拉升件；4227、第一切割组；4228、拉升组；5、收集箱；6、挂接组件；611、杆体；622、挂钩；7、浮动件；200、被拖曳附件；G、工作表面；L、滚动输出轴线。

具体实施方式

本实用新型实施例提供了一种户外机器人，通过更换不同的工作头，可实现切割植物(割草)、路面清洁、落物破碎(草、落叶、树枝破碎)、物料收集、拖曳等工作任务中的一种或多种。其中，用于执行不同工作任务的多种不同的工作头共享或共用一个安装位置和一个动力机构。因此，本实用新型的户外机器人仅设置一个动力机构，即可实现多种不同种类的工作头的切换，从而减省动力机构的设置数量和设置位置，工作头更换操作简单，整机体积较小，结构简化。

如图1至图7所示，本实用新型实施例的户外机器人100包括主体1和安装于主体1底部的行走模块，行走模块用于拖动户外机器人100在工作表面G上行走以执行工作任务。在一些实施例中，行走模块可包括行走轮或者履带结构。在另一些实施例中，行走模块可包括设在主体1底部后侧的驱动轮211和设在主体1底部前端的导向轮221。驱动轮211可被马达驱动输出动力，以带动户外机器人100行走。

为实现户外机器人100的基本功能，本实用新型实施例中的户外机器人100还可包括其他必需的模块或部件，例如动力源(电池包)和传感器系统等。需要说明的是，户外机器人100所包括的其他必需的模块或部件，可以选用任意合适的现有构造。为清楚简要地说明本实用新型所提供的技术方案，在此将不再对上述部分进行赘述，说明书附图也进行了相应简化。但应该理解，本实用新型在范围上并不因此而受到限制。

结合图5所示，主体1上设有动力机构3，动力机构3伸出一输出旋转扭矩的输出轴311，用于驱动工作头4旋转。在一些可行的实施例中，动力机构3可以为电机，输出轴311为电机的电机轴，直接驱动工作头4。或者，在另一些可行的实施例中，动力机构3可以包括电机以及与电机连接的传动机构，输出轴311为传动机构的输出轴。在该实施例中，传动机构可以为能够对电机输出的转速进行减速的减速机构。

输出轴311可选择地与至少两种用于执行不同工作任务的工作头4配接，动力机构3可驱动至少两种工作头4中的至少一种围绕滚动输出轴线L旋转，工作头4沿滚动输出轴线L所在方向延伸，即工作头4在滚动输出轴线L上延伸或具有一定长度，滚动输出轴线L与工作表面G大致平行。

在本实施例中，滚动输出轴线L可以为输出轴311的中心轴线，或与输出轴311的中心轴线平行。工作表面G为户外机器人100执行工作任务时所行走的表面，其可根据户外机器人100执行的工作任务的不同而不同，例如可以为草坪、路面等。所述“大致”可以理解为接近，或者是与目标值相差在预定范围内。举例为，滚动输出轴线L与工作表面G之间的夹角0-10°(例如，0-8°、0-5°、2-5°，等等)之间，均可认为两者大致平行。在一个具体的实施场景中，户外机器人100被放置在水平的工作表面G上，则工作头4也水平设置。

在一个可行的实施例中，滚动输出轴线L为一个，则至少两种工作头4被动力机构3分别驱动时，围绕一共同的滚动输出轴线L旋转。如此，至少两种不同的工作头4相对于主体1的位置是固定不变的。也就是说，主体1为工作头4提供的设置位置仅为一个，从而工作头4在主体1上的设置位置是固定不变的。如此，主体1实现切换安装至少两种不同的工作头4，使各个工作头4可共用一个动力机构3。这样，当需要使户外机器人100去执行不同于当前正在执行的工作任务时，仅需更换工作头4即可，而不必更换动力机构3。从而，功能的切换仅依靠更换对应的工作头4即可快速的实现，操作简单。且由于共用动力机构3，可减省为使用不同类型的动力机构而占用的空间，从而整机体积较小，结构得以简化。

当然，滚动输出轴线L也可以至少两个，与至少两种不同种类或类型的工作头4相对应。如图18和图19所示，则在该实施例中，主体1上可同时配置至少两种工作头4，至少两种工作头4均由一个动力机构3驱动工作。如图18和图19所示意的实施例中，工作头4为两个，分别为滚刷和滚刀。其中，滚刷由动力机构3直接驱动，滚刀通过传动件例如皮带与滚刷连接，被动力机构3间接驱动。具体为，滚刷的一端设置主动轮，滚刀的一端设置被动轮，主动轮和被动轮通过皮带连接。

当然，在其他一些可选的实施例中，同时配置至少两种工作头4可能不需要同时工作，则至少两种工作头4与动力机构3之间可设置离合机构，通过离合机构控制其中某一个或某几个工作头4工作。

在本实施例中，工作头4均为滚动式工作头，不同种类的工作头4大体结构相似，从而在主体1上设置一个安装位置，即可使多个不同种类的工作头4的安装成为可能。具体的，工作头4可包括滚筒411和设在滚筒411外壁上的工作元件422。其中，执行不同工作任务的工作头4的种类不同，工作元件422也随工作头4需执行的工作任务的不同而不同。

举例为，如图1和图2所示，当工作头4为单一的切割单元(例如，滚刀)时，可执行割草(同时可碎草)任务，工作元件422可以为切割件。如图3和图4所示，当工作头4为单一的清洁单元(例如，滚刷)时，可执行清洁任务，工作元件422可以为毛刷。根据待清洁物的不同，毛刷的也不同的。具体的，如图3所示，当待清洁物为与工作表面G接合力较小、或者为掉落在工作表面上的落物例如落叶、灰尘或杂物时，可采用软质毛刷。而当待清洁物为与工作表面G接合力较大的粘附物例如口香糖、油污、苔藓等，或者工作表面为特殊道路例如清洁车道或硬质路面等较难清理的场景，则可采用硬质毛刷，如图4所示。

如图18和图19所示，工作头4还可以为切割单元与清洁单元的组合，可执行割草碎物任务，工作元件422包括切割件和毛刷。在该实施例中，清洁单元的位置低于切割单元，并且清洁单元位于切割单元的前方。此外，切割单元与清洁单元由一个动力机构3驱动，切割单元的转速高于清洁单元的转速，具体为主动轮的半径大于被动轮的半径。这样，位置较低的清洁单元可伸入草丛中，将藏在草丛中的落物抛起并甩向后方的切割单元，由切割单元对抛起的落物进行破碎。与此同时，旋转的切割单元进行割草，实现割草与碎物。将清洁单元的转速设置的较慢，是为了使清洁单元能充分的伸入草丛中与落物接触，保证落物抛起效果。切割单元转速较快，可以提高割草和碎物效率。

在本实施中，清洁单元消耗较低的能量即可将扎在草丛内的落物扫出来由切割单元粉碎，实现落物清扫与草坪切割的结合。此外，根据下文描述，工作头4的高度可调。运用到本实施例中，可根据实际需求，选择落物清扫与草坪切割是否同步。具体的，当不需要割草时，将切割单元高度调高至高于草坪。反之，将切割单元高度调至低于草坪。当然，也可选择将切割单元高度固定于常用高度，当不需要清扫落物时，将清洁单元调高至毛刷离开草丛，此时清洁单元仅作为中间传动部件使用。反之，将清洁单元高度调低至毛刷扎入草丛。

此外，在工作元件422为适用割草碎草任务的切割单元时，根据细分工作任务的不同，切割单元也可不同。具体的，如图10所示，在一个可选的实施例中，当仅需要执行割草任务时，切割件可包括Y型的第一类切割件4221。结合图13所示，第一类切割件4221包括两个切割单元4222，每个切割单元4222包括：第一切割段4222a、自第一切割段4222a的第一端(如图13所示意的左端)向外倾斜延伸的第二切割段4222b。

在一些实施例中，第一类切割件4221具体可以为刀片，其包含的第一切割段4222a、第二切割段4222b以及下文提及的第三切割段4224上设有刃口。则第一类切割件4221被带动旋转时，可利用各切割段上的刃口实现割草碎草。

当然，第一类切割件4221并不限于上述具有刃口的刀片。在其他可行的实施例中，第一类切割件4221可以为任意符合上述结构设计但不具有刃口的构造。具体的，第一类切割件4221所包含的切割单元4222可由具有一定硬度和强度的材料制成，以使第一切割段4222a、第二切割段4222b能稳定的保持弯折形状，避免第一类切割件4221被带动旋转时，在离心力的作用下切割单元4222被抻直。上述具有一定硬度和强度的材料可以包括金属、塑料等，对应的成型方式可以为：当制成材料为金属时，切割单元4222可通过弯折或钣金工艺制成；当制成材料为金属时，切割单元4222可通过注塑工艺制成。

由下文可知，承担割草任务的主要是切割单元4222(更具体的，为切割单元4222的第二切割段4222b)，夹持在两个切割单元4222之间的第三切割段4224主要起碎物作用。因此，第三切割段4224既可由硬质材料(例如金属、塑料等)制成，也可以由柔性材料(例如尼龙、橡胶)制成。

第一切割段4222a和第二切割段4222b可一体设置，两者形成一弯折结构。在第一类切割件4221为刀片的实施例中，第二切割段4222b的侧边为全切割，而第一切割段4222a的侧边接近全切割。这样，单一切割单元4222的切割长度最大化，可提升切割效率。

两个切割单元4222对称设置，两个第一切割段4222a贴合在一起。从而，两个第一切割段4222a可形成一个整体，而两个第二切割段4222b外扩延伸，继而整个第一类切割件4221的截面形状大致呈Y型。

第一切割段4222a和第二切割段4222b呈薄片状，其中第一切割段4222a呈线性，与滚筒411垂直设置。如此，可减小第一切割段4222a在被滚筒411带动旋转时的迎风面积，降低风阻。

由于第二切割段4222b为全切割结构设计，并且第二切割段4222b外扩设置。因此，在被滚筒411带动旋转时，第二切割段4222b可横向拦腰切断植物。从而，相对被滚筒411带动旋转时大致沿平行植物生长方向的第一切割段4222a而言，第二切割段4222b对切割的贡献相对较大。

为提高割草效率，理论上，第二切割段4222b的长度越长、外扩角度越大，对提升第一类切割件4221的切割效率越有利。不过，第二切割段4222b的长度过长，扫略半径相对较大，容易与主体1发生干涉，也容易切入工作表面G。同样的，如果第二切割段4222b的外扩角度过大，容易使草、落物缠绕在其上，不仅会使第二切割段4222b的切割性能降低甚至损失，还会增大风阻，能耗大幅增加。

当然，第二切割段4222b的长度和外扩角度也不宜过小。理由如上，如果第二切割段4222b的长度较短，割草深度较浅，达不到草坪护理的目的。同样的，如果第二切割段4222b的外扩较小，第二切割段4222b的扫略范围较小，不易与植物接触，进而导致割草效率降低。

本申请实用新型人在综合考虑上述切割效率和避免干涉这两方面的因素后，经反复研究发现，第二切割段4222b的外端与第一切割段4222a的第一端的高度落差a在5-15mm之间，第二切割段4222b与第一切割段4222a的轴向之间的夹角α在45°-75°之间，可较佳的满足或兼顾上述两方面需求。

经实践证明，借由上述参数设计，草坪切割的平整度较佳，草坪护理质量得到大幅提升。此外，第二切割段4222b的厚度大于0mm但小于等于3mm，优选为1-2mm。通过第二切割段4222b的厚度的合理设计，进一步提升草坪切割的平整度较佳。

第一切割段4222a的第二端(如图13所示意的右端)与滚筒411枢转连接。具体的，两个贴合设置并固定在一起的第一切割段4222a可形成连接柄，两者靠近第二端的位置贯穿设置轴孔4223。滚筒411的外壁设有连接块4111，连接块4111上设有连接孔。连接孔和轴孔4223对准后再在其中穿设连接销，使第一类切割件4221能够围绕连接销相对转动，进而实现第一类切割件4221与滚筒411的转动连接。

承接上文描述，为在割草的同时，对落物、杂草、树叶、树枝进行粉碎，如图12和图15所示，第一类切割件4221还可包括夹设在两个第一切割段4222a之间的第三切割段4224，第三切割段4224的外端(如图15所示意的左端)延伸至位于两个第二切割段4222b之间，并且第三切割段4224的外端不超过第二切割段4222b的外端。第三切割段4224呈一字型，同第二切割段4222b，第三切割段4224也可以为全切割结构。因此，该呈一字型的第三切割段4224与第一类切割件4221结合可形成另一种类型的刀片，为以示区别，可以将该类型的刀片定义为第二类切割件4226。

也就是说，第二类切割件4226是在第一类切割件4221的基础上，增设一个一字型的第三切割段4224。相较于第一类切割件4221，该第二类切割件4226不仅具有割草的功能，还具有碎物的功能。因此，该第二类切割件4226可用于执行割草+碎物的场景。

同样的，该第二类切割件4226也可通过连接块4111转动设置在滚筒411的外壁上。

如图11和图14所示，在另一个可选的实施例中，当需要执行粉碎草丛中的落叶、树枝等任务时，工作元件422可以包括拉升件4225。拉升件4225包括：连接段4225a、设在连接段4225a的第一端(如图14所示意的左端)的拉升段4225b。其中，连接段4225a整体呈笔直的板状或片状，其第二端(如图14所示意的右端)可通过连接块4111与滚筒411枢转连接，具体连接方式可参照上文第一切割段4222a与滚筒411的连接方式，在此不作赘述。

拉升段4225b呈板状或片状，具有面对周向旋转方向的拉升面，沿连接段4225a的第二端指向第一端的方向上(即如图14所示意的由右向左的方向)，拉升面的面积逐渐增大。在一个具体的实施例中，拉升段4225b的截面形状可呈等腰梯形状。当然，实际中，拉升段4225b的形状并不仅限于此。

籍此结构设计，拉升件4225在被滚筒411带动旋转时，拉升段4225b相当于扇片结构，旋转起来后扇动气流，在靠近草丛出形成负压，从而产生向上的拉升力，将散落在草丛中的落叶、树枝吸起，被吸起的落叶、树枝进一步可被第一类切割件4221和/或第二类切割件4226切割粉碎。进一步地，拉升件4225产生周向的拉升气流，可将被切割下来的草以及粉碎后的落叶、树枝等旋向收集箱5，从而可提高收料效率。

实际中，滚筒411外设置的切割件的种类，可至少包括上述第一类切割件4221、拉升件4225和第二类切割件4226三种之中的至少一种。也就是说，实际中，可根据需要完成的工作任务的不同，在滚筒411外选择性的设置第一类切割件4221、拉升件4225和第二类切割件4226。例如，在如图10至图12所示意的实施例中，滚筒411外设置的切割件种类分别为：第一类切割件4221、第一类切割件4221+拉升件4225、第二类切割件4226。当然，其他组合类型，例如：拉升件4225、第一类切割件4221+第二类切割件4226、第二类切割件4226+拉升件4225，以及第一类切割件4221+第二类切割件4226+拉升件4225，等等，虽未在附图中示出，但基于上述描述可知，这些均是可行的组合方式。因此，滚筒411外设置的切割件可以根据实际需要进行自由选择。

由于切割件的首要任务是执行割草，因此，当工作元件422包括第一类切割件4221和其他类型的刀片例如拉升件4225和/或第二类切割件4226时，用户执行割草任务的第一类切割件4221的旋转轨迹圆的半径最大。其他类型的工作元件422可起辅助作用，例如破碎、辅助提升割草效率等。

为实现上述目的，第一类切割件4221背对滚筒411的远端与第一类切割件4221与滚筒411的枢转连接点之间的距离，大于其他类型的切割件背对滚筒411的远端与该类切割件与滚筒411的枢转连接点之间的距离。如此，可保证，在滚筒411外同时配置第一类切割件4221和其他类型的工作元件422时，第一类切割件4221被滚筒411带动旋转的轨迹圆半径最大。从而，用于执行割草任务的第一类切割件4221可先于其他类型的工作元件422与植物接触，以至少保证割草任务的顺利完成。

在本实施例中，第一类切割件4221背对滚筒411的远端可以指第二切割段4222b的外端，具体可以为图13所示第二切割段4222b的左端。其他类型的工作元件422例如拉升件4225或第二类切割件4226背对滚筒411的远端可以分别为拉升段4225b和第三切割段4224的外端，具体可以分别为图14和图15所示拉升段4225b和第三切割段4224的左端。

在一个更具体的实施例中，如图13所示，第二切割段4222b的左端与第一类切割件4221和滚筒411的枢转连接点之间的距离为L1。如图14所示，拉升段4225b的左端与连接段4225a和滚筒411的枢转连接点之间的距离为L2，L1＞L2。

当户外机器人执行如图11和图14所示的割草+粉碎草丛中的落叶、树枝等任务时，滚筒411外设置的刀片同时包括第一类切割件4221和拉升件4225。承接上文描述可知，拉升件4225的旋转风阻较大，能耗较高。加之，第一类切割件4221是执行割草这一首要任务。因此，为兼顾能耗降低和割草任务，拉升件4225的设置数量要低于第一类切割件4221的设置数量。

具体的，如图11所示，多个第一类切割件4221在滚筒411上沿母线方向排布呈一列形成一个第一切割组4227，多个拉升件4225在滚筒411上沿母线方向排布呈一列形成一个拉升组4228。或者，也可以说，一个第一切割组4227包括多个沿滚筒411母线方向排布的第一类切割件4221，一个拉升组4228包括多个沿滚筒411母线方向排布的拉升件4225。

进一步地，滚筒411外设有沿周向均匀排布的多个第一切割组4227和多个拉升组4228。其中，拉升组4228的数量少于第一切割组4227的数量，并且相邻两个拉升组4228之间间隔的第一切割组4227的数量为至少两个。

举例为，如图16所示，滚筒411外沿周向均匀间隔设置8个工作组，包括6个第一切割组4227和2个拉升组4228。其中，2个拉升组4228的连线经过滚筒411的轴心，也就是2个拉升组4228以滚筒411的轴心对称设置。6个第一切割组4227分为两组，分布在2个拉升组4228连线的两侧，每组包括3个第一切割组4227。这样，2个拉升组4228之间间隔3个第一切割组4227。

亦或者，如图17所示，滚筒411外沿周向均匀间隔设置12个工作组，包括8个第一切割组4227和4个拉升组4228。其中，4个拉升组4228均匀排布在滚筒411外，相邻两个拉升组4228之间对应的圆心角为90°。8个第一切割组4227分为四组，每组包括2个第一切割组4227，设在相邻2个拉升组4228之间。这样，每2个相邻的拉升组4228之间间隔2个第一切割组4227。

通过上述结构设计，既可保证用于执行割草这一首要任务的第一类切割件4221的数量足够，保证割草任务能高效的完成，又能兼顾粉碎草丛中的落叶、树枝等任务。并且由于拉升件4226的数量较少，风阻以及能耗在可控范围内。

上述为工作元件在滚筒411外壁呈多排多列的规则方式布置的实施例。不过，实际中，工作元件在滚筒411外壁的排布方式，并不仅限于于此。由于工作元件最终由滚筒411带动旋转而实施作业，因此，在另一些可行的实施例中，工作元件在滚筒411外壁的布置也可以是不规则或杂乱无章的。例如，沿滚筒411的母线方向上，滚筒411上设有至少两个第二切割组，每个第二切割组包含至少一个刀片。也就是说，滚筒411的外壁沿轴向设有至少两个第二切割组，沿滚筒411的周向上，每个第二切割组包含的刀片(第一类切割件4221)的数量为至少一个。简言之，刀片在滚筒411的轴向上至少为两个，在设置第二切割组处的竖直截面上可以只有一个，也可以为多个。

进一步地，在某些实施例中，主体1内可设有收集箱5，用于承接工作头4旋转而输送来的物料，收集箱5上设有可打开或关闭的进料口。工作头4被驱动沿如图1至图4所示意的顺时针箭头方向旋转，收集箱5设在工作头4的后侧并靠近工作头4。这样，工作头4旋转时刮带的物料在收集箱5侧被甩出，并进入收集箱5中。如图1和图2所示，在割草、碎草的实施例中，工作元件422为刀片。为顺利实现物料的收集，刀片的切割设有一定的倾斜角度。具体的，切割的倾斜方向与工作头4的旋转方向相同。如此，物料可被刀片刮带并在到达收集箱5一侧时被甩出，实现物料收集。

收集箱5上设有可打开或关闭的进料口，配合工作头4的旋转，可实现收料和排料。如图1所示，收集箱5的进料口关闭，则此时户外机器人100执行割草碎任务。如图2所示，收集箱5的进料口打开，则此时户外机器人100执行割草收料任务。而在如图3和图4所示意的实施例中，工作头4为执行清洁路面任务的滚筒式毛刷，因此收集箱5的进料口应处于打开状态，用于收集被毛刷清扫下来的物料。

由此可知，在工作头4执行不同的工作任务时，收集箱5收集的物料是不同的。在如图2所示意的实施例中，收集箱5收集的物料为碎草、被粉碎的落叶、树枝等。在如图3和图4所示意的实施例中，收集箱5收集的物料为落物、灰尘、杂物、被硬质毛刷清理下来的粘附物和液体流质等。此外，当工作头4为如图3和图4所示意的滚筒式毛刷时，户外机器人100不仅可清洁或清扫上述所列的落物、灰尘、杂物、粘附物和液体流质等，还可以用来扫雪。

当然，本实用新型实施例的户外机器人100可执行的工作任务并不限于上述所列。在其他可选的实施例中，户外机器人100还可兼具拖车的功能。如图8和图9所示，主体1上可设有挂接组件6，用于与被拖曳附件200连接，以拖曳被拖曳附件200行走。在本实施例中，被拖曳附件200可包括由滚轮支撑的底板以及设在底板上的工作附件，工作附件可以为能盛置物料的容器或料斗，也可以为可执行播洒任务的机器。因此，被拖曳附件200可包括但不限于垃圾桶、车斗、播洒机等。在如图1和图2所示意的实施割草任务的场景中，户外机器人100可拖曳着垃圾桶或车斗，从而将刀片切割下的碎草、落叶、树枝等收集起来。或者，在某些实施场景中，户外机器人100不安装工作头4，而仅作为拖车功能拖曳着播洒机执行播洒任务。

在本实施例中，挂接组件6可设在主体1的顶部，包括一杆体611和设在杆体611上的挂钩622，挂钩622可与设在被拖曳附件200上的挂接孔连接。杆体611可具有上下移动和旋转功能，以适应不同高度以及不同方位的被拖曳附件200的连接。

在一些实施例中，工作头4可被设置为内置式或隐藏式，主体1向工作表面G的投影覆盖工作头4。由此，工作头4的设置不影响整机的外观和体积。具体的，如图1至图5所示，主体1的底部向内凹陷形成有工作位101，工作头4设在工作位101中。工作位101呈开口指向工作表面G的凹槽结构，其延伸方向的尺寸即长度不大于主体1的宽度。并且，工作位101的延伸方向与滚动输出轴线L的方向大致相同，即工作位101大致水平设置。此外，工作位101的延伸方向与户外机器人100的行走方向大致垂直。如此，在主体1带动工作头4在工作表面G上移动时，工作头4具有最大的扫略面积，从而可提高单次行走时的工作效率。结合图5所示，在该实施例中，动力机构3沿工作位101的延伸方向位于工作位101的一端，输出轴311伸入工作位101中。

在工作头4采用内置式或隐藏式的实施例中，户外机器人100可较佳的执行割草碎物、清扫落叶/灰尘/杂物/雪、清理粘附物等工作任务。

当然，工作头4的设置形式并不限于上述的内置式。在其他可行的实施例中，出于执行其他工作任务的便利，例如扫雪推雪，则工作头4采用外置式的结构设计效果可能更佳。如图6和图7所示，工作头4可位于主体1向工作表面G的投影的外侧。更优选地，主体1沿户外机器人100的行走方向的前端设有安装位102，工作头4设在安装位102上。在本实施例中，安装位102大致呈下端开口的护罩状，避免人手接触发生伤害事故。同样的，安装位102的延伸方向与滚动输出轴线L的方向大致相同，与户外机器人100的行走方向大致垂直。在一些可选的实施例中，安装位102可固定设置在主体1的前端。而在另一些可选的实施例中，安装位102转动连接在主体1的前端，安装位102的底部可设有滚轮。这样，滚轮承载着安装位102移动，在主体1推着安装位102向前行走的过程中，安装位102可随工作表面G的起伏而上下浮动，进而使工作头4适应工作表面G的起伏，更好的执行工作任务。

在工作头4采用外置式的实施例中，户外机器人100可较佳的执行扫雪任务，但并不以此为限，也可执行割草碎物、清扫落叶/灰尘/杂物、清理粘附物等工作任务。

当然，工作头4自身也可以具有相对主体1上下浮动的自由度，以使工作头4增强对工作表面G凹凸不平的工况的适应性。上述为工作头4采用外置式结构时，实现工作头4上下浮动的方案。当工作头4采用内置式或隐藏式的结构时，可通过浮动件7来实现工作头4的上下浮动。

具体的，如图10至图13所示，浮动件7呈杆状，其数量为两个，分别设在主体1沿行进方向的左右两侧。浮动件7大致呈水平设置，其沿主体1的前进方向的后端与主体1枢转连接，前端大致延伸至工作位101的位置处。动力机构3设在其中一个浮动件7的前端，另一个浮动件7的前端与工作头4的滚筒411转动连接。具体可以为，另一个浮动件7的前端设有安装孔，安装孔中设有轴承，滚筒411的端部插设并固定在轴承中。这样，当户外机器人100在工作表面G上行进而执行工作任务时，伴随着工作表面G的起伏，工作头4可上下浮动，从而使工作头4与工作表面G之间的距离保持大致相同，保证工作任务较佳的完成。

值得注意的是，作头4的工作元件422是否与工作表面G接触，与户外机器人执行的工作任务有关。例如，在如图1和图2所示的执行割草破碎任务的场景中，工作元件(刀片)不能与工作表面G接触。反之，在如图3和图4所示的执行清扫或清洁任务的场景中，工作元件(毛刷)需要与工作表面G接触。

因此，为适配不同工作场景下，工作头4的工作元件与工作表面G之间是否接触的需求，工作头4与工作表面G之间的距离可调，以在主体1装配不同种类的工作头4时，不同工作头4的轴心距离工作表面G的高度距离不同。具体的，如图2所示，当工作头4为执行割草碎草任务时，其轴心(滚筒411的轴心)与工作表面G之间的距离为H1。此时的工作元件为刀片，刀片不能与工作表面G接触，因此H1的值较大。相应的，如图4所示，当工作头4为执行清洁任务时，其轴心与工作表面G之间的距离为H2。此时的工作元件为毛刷，毛刷需要与工作表面G接触，因此H2的值较大。因此，H1＞H2。

结合图10至图12所示，实现工作头4与工作表面G之间的距离可调的方式可以为，浮动件7的自由端(左端)底部设置有一凸轮，凸轮被一电机驱动。通过电机驱动凸轮旋转，进而凸轮顶升浮动件7围绕其枢转点上下浮动，从而实现工作头4的上下移动，进而实现工作头4与工作表面G之间的距离调节。

为实现工作头4的快速可更换，滚筒411的端部设有第一匹配结构(未示出)，输出轴311设有与第一匹配结构可拆卸配合的第二匹配结构(未示出)。第一匹配结构与第二匹配结构配合时，滚筒411与输出轴311至少沿周向固定。通过唯一匹配的第一匹配结构与第二匹配结构的配合连接，使得具有与第二匹配结构相适配的工作头4能通过两个匹配结构的配合连接而实现快速的更换操作。

上述“至少沿周向固定”包括：滚筒411与输出轴311仅沿周向固定，两者轴向可相对运动；或者，滚筒411与输出轴311沿周向和轴向均固定。

滚筒411具有相对的两端，分别可以为第一端和第二端。第一匹配结构可以为一个，设在第一端和第二端中的任意一个；也可以为两个，分别设在第一端和第二端。在一些可行的实施例中，第一匹配结构可以为扣入件，第二匹配结构为卡槽。扣入件可拆卸的嵌入卡槽中，卡槽的截面为非圆形，例如可以包括但不限于多边形(三角形、四边形、六边形、八边形等)、椭圆形、异形等。卡槽可直接设在输出轴311上，其可在周向和端部方向开口，这样扣入件可经由周向的开口进入卡槽中。当然，卡槽也可设在一额外的轴向部件上，该轴向部件设在输出轴311上。扣入件的截面形状与卡槽的截面形状相适配，其可以为滚筒411的端部沿轴向向外延伸形成，或者为一单独的部件固定设在滚筒411的端部。扣入件可呈杆状、柱状或轴状，其可以通过与之适配的卡槽接收输出轴311传递来的输出旋转动力，以驱动滚筒411旋转。滚筒411与输出轴311至少沿周向固定，目的是为了传递转矩及防止滚筒411与输出轴311产生相对转动，以使输出轴311能带动滚筒411旋转。

当然，在其他可行的实施例中，卡槽和扣入件与第一、第二匹配结构的对应情况也可与上述相反，即第一匹配结构为扣入件，第二匹配结构为卡槽。综合言之，第一匹配结构可以为卡槽和扣入件两者中的其中一个，第二匹配结构为卡槽和扣入件两者中的另一个。在第一匹配结构为卡槽、第二匹配结构为扣入件的实施例中，滚筒411的端部沿轴向向内凹陷形成所述卡槽，或者滚筒411的端部设有轴向部件，卡槽设在该轴向部件中。同样的，输出轴311在靠近外部的部分的截面为非圆形，进而该部分形成所述扣入件。或者，扣入件作为一额外部件设在输出轴311上。

在某些实施例中，动力机构3以不可拆卸的方式设在主体1上，即主体1上仅设置一种动力机构3。如此，第二匹配结构是固定不变的。那么，由该一种动力机构3驱动多种不同的工作头4旋转。因此，为实现与动力机构3的装配连接，执行不同工作任务的工作头4所包含的第一匹配结构是相同的，并且均与第二匹配结构相适配。

在主体1上配置的动力机构3不变的情况下，动力机构3输出的动力是固定的。因此，该实施例适用于工作头4需输出的动力相差不大的场景。而在另一些实施场景中，执行不同工作任务的工作头4需输出的动力相差较大，则主体1上仅配置一个输出动力或功率不变的动力机构3，难以满足需求。

因此，在另一些实施例中，动力机构3以可拆卸的方式设在主体1上，即主体1上可选择性地设置至少两种不同的动力机构3。在该实施例中，可根据需求，选择是否更换动力机构3。例如，当前执行割草任务，所需动力较小，因此动力机构3输出的功率较低。而当需要执行扫雪推雪任务时，所需动力较大，则可更换输出功率更大的动力机构3。

为便于安装工作头4，不同动力机构3的输出轴311上设置的第二匹配结构相同。这样，所有不同种类的工作头4，其滚筒411上设置的第一匹配结构均相同。如此，即便是更换不同的动力机构3，也能快速的实现工作头4的安装。

以上所述仅为本实用新型的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容，可以对本实用新型实施例进行各种改动或变型而不脱离本实用新型的精神和范围。

Claims (15)

1.一种户外机器人，其特征在于，包括：

主体；

行走模块，安装于所述主体的底部，用于拖动所述户外机器人移动；

动力机构，设在所述主体上，包括一输出旋转扭矩的输出轴；所述输出轴可选择地与至少两种用于执行不同工作任务的工作头配接，所述动力机构可驱动至少两种工作头中的至少一种围绕滚动输出轴线旋转，所述工作头沿所述滚动输出轴线所在方向延伸，所述滚动输出轴线与承载所述户外机器人的工作表面之间的夹角在0-10°之间。

2.如权利要求1所述的户外机器人，其特征在于，所述工作头具有相对所述主体上下浮动的自由度，以适应所述工作表面凹凸不平的走势。

3.如权利要求1所述的户外机器人，其特征在于，所述工作头与所述工作表面之间的距离可调，以在所述主体装配不同种类的工作头时，不同种类的工作头的轴心距离所述工作表面的高度不同。

4.如权利要求1所述的户外机器人，其特征在于，所述工作头包括：滚筒、设在所述滚筒外壁上的若干个工作元件；所述滚筒的端部设有第一匹配结构，所述输出轴设有与所述第一匹配结构可拆卸配合的第二匹配结构；所述第一匹配结构与所述第二匹配结构配合时，所述滚筒与所述输出轴至少沿周向固定。

5.如权利要求4所述的户外机器人，其特征在于，所述第一匹配结构为卡槽或扣入件中的其中之一，所述第二匹配结构为卡槽或扣入件中之另一；所述扣入件可拆卸的嵌入所述卡槽中，所述卡槽的截面为非圆形，所述扣入件的截面形状与所述卡槽的截面形状相适配。

6.如权利要求4所述的户外机器人，其特征在于，

所述动力机构以不可拆卸的方式设在所述主体上，即所述主体上仅设置一种动力机构；执行不同工作任务的工作头所包含的第一匹配结构相同；或者，

所述动力机构以可拆卸的方式设在所述主体上；即所述主体上可选择性地设置至少两种不同的动力机构；其中，不同动力机构的输出轴上设置的第二匹配结构相同。

7.如权利要求4所述的户外机器人，其特征在于，执行不同工作任务的工作头的种类不同；所述工作头包括单一的切割单元或单一的清洁单元或切割单元与清洁单元的组合，分别用于执行的工作任务为割草、清洁、割草碎物。

8.如权利要求4所述的户外机器人，其特征在于，所述户外机器人包括用于草坪护理的割草机；所述工作头的工作元件包括第一类切割件，所述第一类切割件包括两个切割单元，所述切割单元包括：第一切割段、自所述第一切割段的第一端向外倾斜延伸的第二切割段；两个所述切割单元的所述第一切割段贴合设置，且所述第一切割段的第二端与所述滚筒枢转连接；

其中，所述第二切割段的厚度大于0mm但小于等于3mm，外端与所述第一切割段的第一端之间的高度落差在5-15mm之间，与所述第一切割段的轴向之间的夹角在45°-75°之间。

9.如权利要求8所述的户外机器人，其特征在于，所述第一类切割件还包括：第三切割段，夹设在两个所述第一切割段之间；所述第三切割段的外端延伸至位于两个第二切割段之间，且所述第三切割段的外端不超过所述第二切割段的外端。

10.如权利要求8所述的户外机器人，其特征在于，所述工作元件还包括拉升件，所述拉升件包括：连接段、设在所述连接段的第一端的拉升段；所述连接段的第二端与所述滚筒枢转连接；所述拉升段具有面对周向旋转方向的拉升面，沿所述连接段的第二端指向第一端的方向上，所述拉升面的面积逐渐增大；

其中，所述第一类切割件和所述拉升件可选择性与所述滚筒连接。

11.如权利要求10所述的户外机器人，其特征在于，多个所述第一类切割件在所述滚筒上沿母线方向排布呈一列形成一个第一切割组；多个所述拉升件在所述滚筒上沿母线方向排布呈一列形成一个拉升组；

所述滚筒外设有沿周向均匀排布的多个第一切割组和多个拉升组；其中，所述拉升组的数量少于所述第一切割组的数量。

12.如权利要求8所述的户外机器人，其特征在于，当所述工作元件包括第一类切割件和其他类型的切割件时，所述第一类切割件的旋转轨迹圆的半径大于等于其他类型的切割件的旋转轨迹圆半径。

13.如权利要求8-12任意一项所述的户外机器人，其特征在于，所述第一类切割件为刀片；沿所述滚筒的母线方向上，所述滚筒上设有至少两个第二切割组，每个第二切割组包含至少一个刀片。

14.如权利要求1所述的户外机器人，其特征在于，所述主体的底部向内凹陷形成有工作位，所述工作头设在所述工作位中；所述工作位的延伸方向与所述滚动输出轴线的方向大致相同，且与所述户外机器人的行走方向大致垂直。

15.如权利要求1所述的户外机器人，其特征在于，所述主体沿所述户外机器人的行走方向的前端设有安装位，所述工作头设在所述安装位上。

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