CN213399309U - 自主作业设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自主作业设备，其能够实现关机状态或电池耗尽状态对接上电。该自主作业设备包括主体机构、移动机构、工作机构、能源模块和第一控制模块，能源模块包括能源单元和与充电连接结构，能源单元与充电连接结构连接，自主作业设备还包括第一开关电路、第二开关电路和电容器C5；其中，第一开关电路的输入端与充电连接结构连接，第一开关电路的输出端与第一控制模块的电源引脚连接，第二开关电路的输入端与第一开关电路的控制端连接，第二开关电路的输出端接地，第二开关电路的控制端与第一控制模块连接；电容器C5的第一端与第一开关电路的控制端连接，电容器C5的第二端接地。

Description

自主作业设备

技术领域

本发明涉及一种自主作业设备，尤其涉及一种智能割草机；本发明还涉及一种与上述自主作业设备适配的停靠站、以及典型地配置在上述停靠站的第一信号发生装置和第二信号发生装置。本发明还涉及一种具有上述自主作业设备、停靠站、第一信号发生装置和第二信号发生装置的自主作业系统，尤其涉及一种智能割草机系统。

背景技术

在室外环境使用自主作业系统进行特定工作的执行是已知的，但自主作业系统的一些特性和功能仍有改进的空间。

发明内容

本发明要解决的技术问题之一是提供一种能够正确获取电池剩余电量信息的自主作业设备及自主作业系统。

为解决上述技术问题，本发明的一种自主作业设备，被配置为可自主地在预设区域内移动并执行作业，包括主体机构、移动机构、工作机构、能源模块、检测模块和第一控制模块，所述能源模块包括能源单元，所述能源单元被配置为与所述检测模块连接，所述检测模块被配置为与所述第一控制模块连接；所述检测模块被配置为用于检测所述能源单元的电压，所述第一控制模块被配置为根据所述检测模块获得的电压信号、控制所述自主作业设备改变运行状态；其中，所述检测模块包括能源单元电压采集电路，所述能源单元电压采集电路包括缓冲电路和第一采样电路，所述缓冲电路的输入端与所述能源单元连接，所述缓冲电路的输出端与所述第一采样电路的输入端连接，所述第一采样电路的输出端接地，所述第一采样电路的信号端与所述第一控制模块连接。

作为本发明一具体实施方案，所述缓冲电路包括单向导通元件和电荷蓄积元件；其中，所述单向导通元件被配置为所述电荷蓄积元件的放电电流不能流向所述缓冲电路的输入端。进一步地，所述单向导通元件被配置为二极管D1，所述电荷蓄积元件被配置为电容器C1；其中，所述二极管D1的阳极与所述缓冲电路的输入端连接，所述二极管D1的阴极与所述缓冲电路的输出端连接，所述电容器C1的第一端与所述二极管D1的阴极连接，所述电容器C1的第二端接地。

作为本发明一具体实施方案，所述第一采样电路包括电阻器R1，所述电阻器R1的第一端与所述第一采样电路的输入端连接，所述电阻器R1的第二端与所述第一采样电路的输出端连接；所述第一采样电路的信号端与所述电阻器R1的第一端连接。进一步地，所述第一采样电路还包括跟随器和/或第一滤波器，所述电阻器R1的第一端通过所述跟随器和/或第一滤波器与所述第一采样电路的信号端连接。进一步地，所述跟随器包括第一运算放大器U1；所述第一滤波器包括RC滤波器。进一步地，所述第一采样电路包括跟随器和第一滤波器，所述跟随器和第一滤波器串联连接。进一步地，所述第一采样电路还包括电阻器R2，所述电阻器R1与所述电阻器R2串联连接，所述电阻器R1的第一端通过所述电阻器R2与所述第一采样电路的输入端连接。

作为本发明一具体实施方案，还包括交互模块；所述控制模块被配置为根据所述检测模块获得的电压信号得到能源单元的剩余电量信息，所述交互模块被配置为与所述控制模块连接并可将所述剩余电量信息以用户可感知的形式展示。

为解决上述技术问题，本发明的一种自主作业系统，包括上述的自主作业设备和停靠站，所述停靠站被配置为能够向所述自主作业设备供给能量；所述控制模块被配置为当所述检测模块获得的电压信号小于等于第一电压阈值时，控制所述自主作业设备回到所述停靠站。

本发明要解决的技术问题之另一是提供一种能够实现关机状态或电池耗尽状态对接上电的自主作业设备。

为解决上述技术问题，本发明的一种自主作业设备，被配置为可自主地在预设区域内移动并执行作业，包括主体机构、移动机构、工作机构、能源模块和第一控制模块，所述能源模块包括能源单元和与充电连接结构，所述能源单元与所述充电连接结构连接，所述自主作业设备还包括第一开关电路、第二开关电路和电容器C5；其中，所述第一开关电路的输入端与所述充电连接结构连接，所述第一开关电路的输出端与所述第一控制模块的电源引脚连接，所述第二开关电路的输入端与所述第一开关电路的控制端连接，所述第二开关电路的输出端接地，所述第二开关电路的控制端与所述第一控制模块连接；所述电容器C5的第一端与所述第一开关电路的控制端连接，所述电容器C5的第二端接地。

作为本发明一具体实施方案，所述第一开关电路被配置为，当所述第一开关电路的输入端与所述第一开关电路的控制端之间存在电压差时，使所述第一开关电路的输入端和所述第一开关电路的输出端之间导通；当所述第一开关电路的输入端与所述第一开关电路的控制端之间不存在电压差时，使所述第一开关电路的输入端和所述第一开关电路的输出端之间截止。进一步地，所述第一开关电路包括三极管Q1。进一步地，所述三极管Q1的发射极与所述三极管Q1的基极之间并联有二极管D2，所述二极管D2的阳极与所述三极管Q1的发射极连接，所述二极管D2的阴极与所述三极管Q1的基极连接。

作为本发明一具体实施方案，所述第二开关电路被配置为当所述第二开关电路的控制端的电平变化时，切换所述第二开关电路的输入端与所述第二开关电路的输出端的导通和截止。进一步地，所述第二开关电路包括三极管Q2。

作为本发明一具体实施方案，所述第一开关电路通过第二采样电路和/或第一电源模块与所述第一控制模块的电源引脚连接。进一步地，所述第二采样电路的输入端与所述第一开关电路的输出端连接，所述第二采样电路的输出端与所述第一电源模块的输入端连接，所述第二采样电路的信号端与所述第一控制模块连接，所述第一电源模块的输出端与所述第一控制模块的电源引脚连接。进一步地，所述第二采样电路包括二极管D3；所述二极管D3的阳极与所述第二采样电路的输入端连接，所述二极管D3的阴极与所述第二采样电路的输出端连接，所述二极管D3的阴极还与所述第二采样电路的信号端连接。进一步地，所述第一电源模块被配置为DC/DC降压模块。

本发明要解决的技术问题之另一是提供一种能够检测对接状态和充电状态的停靠站及自主作业系统。

为解决上述技术问题，本发明的一种停靠站，被配置为包括第二控制模块和供电连接结构，所述供电连接结构被配置为可与自主作业设备的充电连接结构对接，以在所述停靠站和所述自主作业设备之间形成主供电回路，所述主供电回路包括供电连接结构正极、充电连接结构正极、检测电路、充电电路、充电连接结构负极、供电连接结构负极、第三采样电路和第四采样电路，其中，所述供电连接结构正极被配置为与所述充电连接结构正极对接，所述供电连接结构负极被配置为与所述充电连接结构负极对接，所述充电连接结构正极与所述充电连接结构负极之间设有并联连接的检测电路和充电电路；所述第三采样电路的输入端与所述供电连接结构负极连接，所述第三采样电路的输出端接地，所述第三采样电路的输出端接地，所述第三采样电路的信号端与所述第二控制模块连接；所述第三采样电路包括降压单元，且所述第三采样电路被配置为检测所述降压单元的电压降。

作为本发明一具体实施方案，所述第三采样电路还包括第二滤波器，所述第二滤波器被配置为连接所述第三采样电路的输入端与所述第三采样电路的信号端。

作为本发明一具体实施方案，所述检测回路还包括第四采样电路，所述第四采样电路被配置为检测所述主供电回路的电流。进一步地，所述第四采样电路的输入端与所述第三采样电路的输出端连接，所述第四采样电路的输出端接地，所述第四采样电路的控制端与所述第二控制模块连接。进一步地，所述第四采样电路包括电流采样电阻器R12，所述电流采样电阻器R12的第一端与所述第四采样电路的输入端连接，所述电流采样电阻器R12的第二端与所述第四采样电路的输出端连接。进一步地，所述第四采样电路还包括第三滤波器和/或第二放大器，所述第三滤波器和/或第二放大器被配置为连接所述电流采样电阻器R12的第一端与所述第四采样电路的信号端。

作为本发明一具体实施方案，所述降压单元包括二极管D5，所述二极管D5的阳极与所述第三采样电路的输入端连接，所述二极管D5的阴极与所述第三采样电路的输出端连接。进一步地，所述降压单元还包括开关元件，所述开关元件被配置为与所述二极管D5并联，所述第二控制模块控制所述开关元件的导通和截止。进一步地，所述第二控制模块被配置为当所述主供电回路的电流达到第一电流阈值时，控制所述开关元件导通。进一步地，所述开关元件被配置为场效应管Q3，所述场效应管Q3的漏极与所述二极管D5的阳极连接，所述场效应管Q3的源极与所述二极管D5的阴极连接，所述场效应管Q3的栅极与所述第三采样电路的控制端连接。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种自主作业系统，包括自主作业设备和停靠站，所述自主作业设备被配置为包括充电连接结构，所述停靠站被配置为包括第二控制模块和供电连接结构，所述供电连接结构被配置为可与所述充电连接结构对接，以在所述停靠站和所述自主作业设备之间形成主供电回路，其特征是，所述主供电回路包括供电连接结构正极、充电连接结构正极、检测电路、充电电路、充电连接结构负极、供电连接结构负极、第三采样电路和第四采样电路，其中，所述供电连接结构正极被配置为与所述充电连接结构正极对接，所述供电连接结构负极被配置为与所述充电连接结构负极对接，所述充电连接结构正极与所述充电连接结构负极之间设有并联连接的检测电路和充电电路；所述第三采样电路的输入端与所述供电连接结构负极连接，所述第三采样电路的输出端接地，所述第三采样电路的输出端接地，所述第三采样电路的信号端与所述第二控制模块连接；所述第三采样电路包括降压单元，且所述第三采样电路被配置为检测所述降压单元的电压降。

本发明要解决的技术问题之另一是提供一种避免大电流对供电模块产生冲击的信号发生装置及自主作业系统。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种第一信号发生装置，被配置为包括第二控制模块、第一回路导线和第三开关电路，还包括蓄积电路，其中，所述蓄积电路的输入端与外接电源连接，所述蓄积电路的输出端与所述第一回路导线的第一端连接，所述第一回路导线的第二端与所述第三开关电路的输入端连接，所述第三开关电路的输出端接地，所述第三开关电路的控制端与所述第二控制模块连接，所述第二控制模块被配置为控制所述第三开关电路的导通和截止。

作为本发明一具体实施方案，其特征是，还包括第二电源模块，所述蓄积电路通过所述第二电源模块与所述外接电源连接，所述第二电源模块的输入端与所述外接电源连接，所述第二电源模块的输出端与所述积蓄电路的输入端。进一步地，所述第二电源模块被配置为用于降压和限流。进一步地，所述第二电源模块包括降压集成电路单元和二极管降压单元，其中所述降压集成电路单元被配置为用于降压和限流，所述二极管降压单元被配置为用于降压。进一步地，所述二极管降压单元包括一个或串联连接的至少两个二极管。

作为本发明一具体实施方案，所述第三开关电路包括三极管或场效应管；所述第二控制模块被配置为周期性地控制所述第四开关电路的导通和截止，使所述第一回路导线内产生脉冲电流。

作为本发明一具体实施方案，所述蓄积电路包括电容器组，所述电容器组包括一个或并联连接的至少两个电容器；所述电容器组的第一端与所述蓄积电路的输入端连接、且所述电容器组的第一端与所述蓄积电路的输出端连接，所述电容器组的第二端接地。进一步地，所述电容器组包括一个或并联连接的至少两个固态电解电容器和/或高分子电解电容器。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种自主作业系统，包括自主作业设备和上述第一信号发生装置。

作为本发明一具体实施方案，所述停靠站设有第二信号发生装置，所述第二信号发生装置包括第二回路导线，所述第二回路导线被配置为至少限定出所述自主作业设备的工作区域范围的外边界，其特征是，所述停靠站还设有上述的第一信号发生装置，其中，所述第一回路导线所围合的区域在工作面的投影不超出所述停靠站在所述工作面的投影。

本发明要解决的技术问题之另一是提供一种能够准确识别断线的信号发生装置及自主作业系统。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种第二信号发生装置，被配置为包括第二控制模块、第二回路导线、第四开关电路，还包括第五采样电路，所述第五采样电路被配置为检测流经所述第二回路导线的电流特征值；其中，所述第二回路导线的第一端与外接电源连接，所述第二回路导线的第二端与所述第四开关电路的输入端连接，所述第四开关电路的控制端与所述第二控制模块连接，所述第四开关电路的输出端与所述第五采样电路的输入端连接，所述第五采样电路的信号端与所述第二控制模块连接，所述第五采样电路的输出端接地；所述第二控制模块被配置为控制所述第四开关电路的导通和截止。

作为本发明一具体实施方案，所述第五采样电路包括电流采样电阻器R20，所述电流采样电阻器R20的第一端与所述第五采样电路的输入端连接，所述电流采样电阻器R20的第二端接地。进一步地，所述电流采样电阻R20被配置为由至少两个电阻器并联组成。进一步地，所述第五采样电路还包括滤波器单元，所述滤波器单元的输入端与所述电流采样电阻R20的第一端连接，所述滤波器单元的输出端与所述第二控制模块连接；其中，所述滤波器单元包括RC滤波器和二极管D10，所述RC滤波器与所述二极管D10并联连接。进一步地，所述第五采样电路还包括放大器U3，所述电流采样电阻R20的第一端通过所述放大器U3与所述滤波器单元的输入端连接。进一步地，所述第五采样电路还包括第四滤波器，所述电流采样电阻R20的第一端通过所述第四滤波器与所述放大器U3的输入端连接。

作为本发明一具体实施方案，所述第四开关电路包括三极管或场效应管；所述第二控制模块被配置为周期性地控制所述第四开关电路的导通和截止，使所述第二回路导线中产生脉冲电流。

作为本发明一具体实施方案，还包括钳位电路，所述钳位电路被配置为与所述第五采样电路的输入端连接，用于将所述第五采样电路的输入端钳位在预设电压值。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种自主作业系统，包括自主作业设备和上述第二信号发生装置。

作为本发明一具体实施方案，还包括示警模块，所述示警模块被配置为当流经所述第二回路导线的电流特征值小于第二电流阈值时发出示警信号。

本发明能够达到的技术效果在具体实施方式部分做出了详细的说明。

附图说明

图1是本发明一具体实施方式的自主作业系统的示意图。

图2是本发明一具体实施方式的自主作业系统的电路框架图。

图3是本发明一具体实施方式的缓冲电路的示意图。

图4是本发明一具体实施方式的第一采样电路的示意图。

图5是本发明一具体实施方式的第一开关电路和第二开关电路的示意图。

图6是本发明一具体实施方式的第二采样电路的示意图。

图7是本发明一具体实施方式的第三采样电路的示意图。

图8是本发明一具体实施方式的第四采样电路的示意图。

图9是本发明一具体实施方式的第二电源模块和蓄积电路的示意图。

图10是本发明一具体实施方式的第五采样电路的示意图。

图11是本发明一具体实施方式的能源单元剩余电量检测值与现有技术中能源单元剩余电量检测值的示意图。

图12是本发明一具体实施方式中第二回路导线正常情况下采集电压值的变化曲线的示意图。

图13是本发明一具体实施方式中第二回路导线断线情况下采集电压值的变化曲线的示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

需要理解的是，在本发明具体实施方式的描述中，“第一”、“第二”等术语仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。

在本发明具体实施方式中，除非另有明确的规定和限定，“相连”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是活动连接，还可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明具体实施方式中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。

在本发明具体实施方式中，除非另有明确的规定和限定，术语“多”是指两个或两个以上。

参考图1，本实施例提供了一种自主作业系统1，包括自主作业设备100、停靠站900和边界。

所述自主作业设备100尤其是可自主地在预设区域内移动并执行特定作业的机器人，典型的如执行清洁作业的智能扫地机/吸尘器，或执行割草作业的智能割草机等。其中，所述特定作业尤其指对工作面进行处理、使工作面的状态发生改变的作业。本发明以智能割草机为例进行详细说明。所述自主作业设备100可自主行走于工作区域的表面上，尤其作为智能割草机可自主地在地面上进行割草作业。自主作业设备100至少包括主体机构、移动机构、工作机构、能源模块、检测模块、交互模块、控制模块等。

所述主体机构通常包括底盘和外壳，所述底盘用于安装和容纳移动机构、工作机构、能源模块、检测模块、交互模块、控制模块等功能机构与功能模块。所述外壳通常构造为至少部分地包覆所述底盘，主要起到增强自主作业设备100美观和辨识度的作用。在本实施例中，所述外壳构造为在外力作用下可相对于所述底盘可复位地平移和/或旋转，配合适当的检测模块，示例性地如霍尔传感器，可进一步地起到感知碰撞、抬起等事件的作用。

所述移动机构构造为用于将所述主体机构支撑于地面并驱动所述主体机构在地面上移动，通常包括轮式移动机构、履带式或半履带式移动机构和步行式移动机构等。在本实施例中，所述移动机构为轮式移动机构，包括至少一个驱动轮和至少一个行走原动机。行走原动机优选为电动机，在其他实施方式中也可为内燃机或使用其他类型能源产生动力的机械。在本实施例中，优选地设置一左驱动轮、一驱动所述左驱动轮的左行走原动机、一右驱动轮和一驱动所述右驱动轮的右行走原动机。在本实施例中，所述自主作业设备的直线行进通过左右两个驱动轮同向等速转动实现，转向行进通过左右两个驱动轮的同向差速或相向转动实现。在其他实施方式中，移动机构还可包括独立于所述驱动轮的转向机构和独立于所述行走原动机的转向原动机。在本实施中，所述移动机构还包括至少一个从动轮，所述从动轮典型地构造为万向轮，所述驱动轮和所述从动轮分别位于自主作业设备的前后两端。

所述工作机构构造为用于执行具体的作业任务，包括工作件和驱动所述工作件运行的工作原动机。示例性地，对于智能扫地机/吸尘器，所述工作件包括滚刷、吸尘管和集尘室等；对于智能割草机，所述工作件包括切割刀片或切割刀盘，进一步地还包括用于调节割草高度的高度调节机构等优化或调整割草效果的其他部件。所述工作原动机优选为电动机，在其他实施方式中也可为内燃机或使用其他类型能源产生动力的机械。在另外的一些实施方式中，工作原动机和行走原动机构造为同一个原动机。

所述能源模块构造为用于为自主作业设备的各项工作提供能量。在本实施例中，所述能源模块包括能源单元12和充电连接结构。其中，能源单元12优选为电池，进一步地优选为可充电电池。充电连接结构被配置为当其被加载预设的电压时能够向能源单元121补充能量，优选地充电连接结构为可暴露于自主作业设备外的充电电极。在其他实施方式中，能源模块包括内燃机。

所述检测模块构造为感知自主作业设备100所处环境参数或其自身工作参数的至少一种传感器。典型地，检测模块可包括与工作区域限定有关的传感器，例如磁感应式、碰撞式、超声波式、红外线式、无线电式等多种类型，其传感器类型与对应的信号发生装置的位置和数量相适应。检测模块还可包括与定位导航相关的传感器，例如GPS定位装置、激光定位装置、电子罗盘、加速度传感器、里程计、角度传感器、地磁传感器等。检测模块还可包括与自身工作安全性相关的传感器，例如障碍物传感器、抬升传感器、电池包温度传感器等。检测模块还可包括与外部环境相关传感器，例如环境温度传感器、环境湿度传感器、光照传感器、雨淋传感器等。

所述交互模块构造为至少用于接收用户输入的控制指令信息、发出需要用户感知的信息、与其他系统或设备通信以收发信息等。在本实施例中，交互模块包括设置在自主作业设备100上的输入装置，用于接收用户输入的控制指令信息，典型地如控制面板、急停按键等；交互模块还包括设置在自主作业设备100上的显示屏、指示灯和/或蜂鸣器，通过发光或发声使用户感知信息。在其他实施方式中，交互模块包括设置在自主作业设备100上的通信模块和独立于自主作业设备100的终端设备，例如手机、电脑、网络服务器等，用户的控制指令信息或其他信息可在终端设备上输入、经由有线或无线通信模块到达自主作业设备100。

所述控制模块通常包括至少一个处理器和至少一个非易失性存储器，所述存储器内存储有预先写入的计算机程序或指令集，处理器根据所述计算机程序或指令集控制自主作业设备100的移动、工作等动作的执行。进一步地，所述控制模块还能够根据检测模块的信号和/或用户控制指令控制和调整自主作业设备100的相应行为、修改所述存储器内的参数等。

所述边界用于限定所述机器人系统的工作区域，通常包括外边界和内边界。自主作业设备100被限定在所述外边界之内、所述内边界之外或所述外边界与内边界之间移动并工作。所述边界可以是实体的，典型地如墙壁、篱笆、栏杆等；所述边界也可以是虚拟的，典型地如由边界信号发生装置发出虚拟边界信号，所述虚拟边界信号通常为电磁信号或光信号，或针对设有定位装置（如GPS等）的自主作业设备100而言，在示例性地由二维或三维坐标形成的电子地图中设置的虚拟边界。在本实施方式中，边界构造为与边界信号发生装置电连接的闭合通电导线，边界信号发生装置通常设置在停靠站900内。

所述停靠站900通常构造在边界上或边界内，供自主作业设备100停泊，特别是能够向停泊在停靠站的自主作业设备100供给能量。

对自主作业设备100的能源单元12的能量水平进行实时的监测是已知的。通常能源单元12被配置为可充电电池，通过检测可充电电池的端电压，估算其剩余电量，以保证有足够的剩余电量供自主作业设备100返回停靠站900充电。在现有技术中，由于室外环境的复杂性，行走原动机和工作原动机的负载都有可能在短时间内急遽增大，典型地如行走机构陷入卡滞、或工作机构堵转，进而导致能源单元12的端电压短时间下降，当大负载解除后，能源单元12的端电压会恢复正常。若端电压下降到第一电压阈值以下，则会不适当地触发自主作业设备100的回归动作。为弥补上述缺陷，通常会根据放电电流、电机转速等参数进行补偿，但补偿算法通常相对复杂。为了解决上述技术问题，参考图2~图4，本发明一具体实施方式提供了一种自主作业设备100，被配置为可自主地在预设区域内移动并执行作业，包括主体机构、移动机构、工作机构、能源模块、检测模块和第一控制模块11，所述能源模块包括能源单元12，所述能源单元12被配置为与所述检测模块连接，所述检测模块被配置为与所述第一控制模块11连接；所述检测模块被配置为用于检测所述能源单元12的电压，所述第一控制模块11被配置为根据所述检测模块获得的电压信号、控制所述自主作业设备100改变运行状态；其中，所述检测模块包括能源单元电压采集电路，所述能源单元电压采集电路包括缓冲电路131和第一采样电路132，所述缓冲电路的输入端131i与所述能源单元12连接，所述缓冲电路的输出端131o与所述第一采样电路的输入端132i连接，所述第一采样电路的输出端132o接地，所述第一采样电路的信号端132s与所述第一控制模块的引脚PA5连接。缓冲电路131的设置，使第一采样电路132获得的电压值基本反映了能源单元12的开路电压，其不会随负载的突变而变化，以此电压值来估算剩余电量时，可以不关心放电电流、电机转速等参数，简化计算、提高准确性、降低成本。具体地，参考图11，其中X轴表示时间，Y轴表示剩余电量，平滑曲线L1为采样本发明技术方案所检测到的剩余电量曲线，折线L2为现有技术方案所检测到的剩余电量曲线，虚线L3为剩余电量阈值。

在本实施方式中，参考图3，所述缓冲电路131包括单向导通元件和电荷蓄积元件；其中，所述单向导通元件被配置为所述电荷蓄积元件的放电电流不能流向所述缓冲电路的输入端132i，保证能源单元12单向地对电荷蓄积元件的充电。具体地，所述单向导通元件被配置为二极管D1。所述电荷蓄积元件被配置为电容器C1；其中，所述二极管D1的阳极与所述缓冲电路的输入端131i连接，所述二极管D1的阴极与所述缓冲电路的输出端131o连接，所述电容器C1的第一端与所述二极管D1的阴极连接，所述电容器C1的第二端接地。电容器C1的电容值优选为20 μF~100 μF。

在本实施方式中，参考图4，所述第一采样电路132包括电阻器R1，所述电阻器R1的第一端与所述第一采样电路的输入端132i连接，所述电阻器R1的第二端与所述第一采样电路的输出端132o连接；所述第一采样电路的信号端132s与所述电阻器R1的第一端连接。所述第一采样电路132还包括跟随器和/或第一滤波器，所述电阻器R1的第一端通过所述跟随器和/或第一滤波器与所述第一采样电路的信号端132s连接。具体地，所述跟随器包括第一运算放大器U1，用于降低信号源内阻，使采样电压更准确。所述第一滤波器包括RC滤波器。优选的，所述第一采样电路132包括跟随器和第一滤波器，所述跟随器和第一滤波器串联连接。在本实施方式中，所述第一采样电路132还包括电阻器R2，所述电阻器R1与所述电阻器R2串联连接，所述电阻器R1的第一端通过所述电阻器R2与所述第一采样电路的输入端132i连接。优选的，电阻器R2的电阻值与电阻器R1的电阻值的比值，按照适于AD采样范围确定。具体地，电阻器R1被配置为千欧级到十万欧级电阻，电阻器R2被配置为兆欧级电阻。

在本实施方式中，自主作业设备100还包括交互模块13。所述控制模块11被配置为根据所述检测模块获得的电压信号得到能源单元12的剩余电量信息，所述交互模块13被配置为与所述控制模块11的引脚PA4连接并可将所述剩余电量信息以用户可感知的形式展示。所述剩余电量信息可以根据实际需要，使用计算得到的库伦为单位的电量值、以伏特为单位的电压值、以安∙时或毫安∙时为单位的电池容量值等合适的物理量。在本实施方式中，所述控制模块11被配置为当所述检测模块获得的电压信号小于等于第一电压阈值时，控制所述自主作业设备100回到所述停靠站900进行充电。

在自主作业系统的使用过程中，可能会出现自主作业设备100在能源单元12耗尽时仍未回到停靠站900充电的情况。由于对能源单元12进行充电需要自主作业设备100上的第一控制模块11来进行控制，在能源单元12耗尽时，第一控制模块11无法正常工作，则导致无法正常充电。为解决上述问题，参考图1、图2、图5和图6，本发明一具体实施方式提供了一种自主作业设备100，被配置为可自主地在预设区域内移动并执行作业，包括主体机构、移动机构、工作机构、能源模块和第一控制模块11，所述能源模块包括能源单元12和与充电连接结构X+，所述能源单元12与所述充电连接结构X+连接，所述自主作业设备100还包括第一开关电路141、第二开关电路142和电容器C5；其中，所述第一开关电路的输入端141i与所述充电连接结构X+连接，所述第一开关电路的输出端141o与所述第一控制模块11的电源引脚PA1连接，所述第二开关电路的输入端142i与所述第一开关电路的控制端141c连接，所述第二开关电路的输出端142c接地，所述第二开关电路的控制端141c与所述第一控制模块11的控制引脚PA3连接；所述电容器C5的第一端与所述第一开关电路的控制端141c连接，所述电容器C5的第二端接地，即电容器C5与第二开关电路142的输入-输出路并联第二开关电路的输入端142i与接地端之间并联有电容器C5。采用上述方案，在处于关机状态、或因能源单元12耗尽而导致第一控制模块11无法从能源单元12获得正常工作所需的电能时，只要将自主作业设备11的充电连接结构X+、X-与供电连接结构Y+、Y-对接，即可自动完成第一控制模块11的上电，进而对能源单元12进行充电。

在本实施方式中，参考图5，所述第一开关电路141被配置为，当所述第一开关电路的输入端141i与所述第一开关电路的控制端141c之间存在电压差时，使所述第一开关电路的输入端141i和所述第一开关电路的输出端141o之间导通；当所述第一开关电路的输入端141i与所述第一开关电路的控制端141c之间不存在电压差时，使所述第一开关电路的输入端141i和所述第一开关电路的输出端141o之间截止。优选的，所述第一开关电路141包括三极管Q1。所述三极管Q1的发射极与所述三极管Q1的基极之间并联有二极管D2，所述二极管D2的阳极与所述三极管Q1的发射极连接，所述二极管D2的阴极与所述三极管Q1的基极连接。进一步参考图5，所述第二开关电路142被配置为当所述第二开关电路的控制端142c的电平变化时，切换所述第二开关电路的输入端142i与所述第二开关电路的输出端142o的导通和截止。优选的，所述第二开关电路142包括三极管Q2。

在本实施方式中，所述第一开关电路141通过第二采样电路143和/或第一电源模块144与所述第一控制模块11的电源引脚PA1连接。所述第二采样电路的输入端143i与所述第一开关电路的输出端141o连接，所述第二采样电路的输出端143o与所述第一电源模块144的输入端144i连接，所述第二采样电路的信号端143s与所述第一控制模块11连接，所述第一电源模块的输出端144o与所述第一控制模块11的电源引脚PA1连接。所述第二采样电路143包括二极管D3；所述二极管D3的阳极与所述第二采样电路的输入端143i连接，所述二极管D3的阴极与所述第二采样电路的输出端143o连接，所述二极管D3的阴极还与所述第二采样电路的信号端143s连接。优选的，所述第一电源模块144被配置为DC/DC降压模块。

采用上述技术方案，在自主作业设备100与停靠站900配接的一瞬间，电容器C5充电，使第一开关电路141的输入端和输出端之间产生压差，进而第一开关电路141导通，第一控制模块11上电。第一控制模块11上电后，通过控制引脚PA3将第二开关电路142的控制端锁定为高电平，则第二开关电路142持续导通，进而保证第一开关电路141导通，且电容器C5放电，完成整个上电开机过程。

在现有技术中，存在停靠站900根据自主作业设备100是否于其对接、对接时是否在充电而执行不同预设行为的情况。例如，当自主作业设备100与停靠站900对接时，停靠站900可以关闭除充电功能以外的其他功能来降低系统能耗。为了能够实现停靠站900对对接状态的识别，需要在停靠站900和自主作业设备100之间设置通讯，但这样会增加软硬件成本。为了解决上述技术问题，参考图1、图2、图7和图8，本发明一具体实施方式提供了一种自主作业系统，包括自主作业设备100和停靠站900，所述自主作业设备100被配置为包括充电连接结构X+、X-，所述停靠站900被配置为包括第二控制模块91和供电连接结构Y+、Y-，所述供电连接结构Y+、Y-被配置为可与所述充电连接结构X+、X-对接，以在所述停靠站900和所述自主作业设备100之间形成主供电回路，其中，所述主供电回路包括供电连接结构正极Y+、充电连接结构正极X+、检测电路、充电电路、充电连接结构负极X-、供电连接结构负极Y-、第三采样电路921和第四采样电路922，其中，所述供电连接结构正极Y+被配置为与所述充电连接结构正极X+对接，所述供电连接结构负极Y-被配置为与所述充电连接结构负极X-对接，所述充电连接结构正极X+与所述充电连接结构负极X-之间设有并联连接的检测电路和充电电路；所述第三采样电路的输入端921i与所述供电连接结构负极Y-连接，所述第三采样电路的输出端921i接地，所述第三采样电路的输出端921o接地，所述第三采样电路的信号端921s与所述第二控制模块91的引脚PB2连接；所述第三采样电路921包括降压单元，且所述第三采样电路921被配置为检测所述降压单元的电压降。采用上述技术方案，可以在即使不配置自主作业设备100和停靠站900之间的通信的情况下，实现停靠站900对自主作业设备100与其是否对接、以及是否正在向自主作业设备100充电进行识别。

在本实施方式中，参考图7，所述第三采样电路921还包括第二滤波器，所述第二滤波器被配置为连接所述第三采样电路的输入端921i与所述第三采样电路的信号端921s。优选的，所述第二滤波器被配置为RC滤波器。

在本实施方式中，参考图8，所述检测回路还包括第四采样电路922，所述第四采样电路922被配置为检测所述主供电回路的电流。所述第四采样电路的输入端922i与所述第三采样电路的输出端921o连接，所述第四采样电路的输出端922o接地，所述第四采样电路的控制端922c与所述第二控制模块91的引脚PB4连接。进一步地，所述第四采样电路922包括电流采样电阻器R12，所述电流采样电阻器R12的第一端与所述第四采样电路的输入端922i连接，所述电流采样电阻器R12的第二端与所述第四采样电路的输出端922o连接。所述第四采样电路922还包括第三滤波器和/或第二放大器，所述第三滤波器和/或第二放大器被配置为连接所述电流采样电阻器R12的第一端与所述第四采样电路的信号端922s。其中，第三滤波器被配置为RC滤波器，第二放大器包括放大器U2。

在本实施方式中，再次参考图7，所述降压单元包括二极管D5，所述二极管D5的阳极与所述第三采样电路的输入端921i连接，所述二极管D5的阴极与所述第三采样电路的输出端921o连接。进一步地，所述降压单元还包括开关元件Q3，所述开关元件Q3被配置为与所述二极管D5并联，所述第二控制模块91控制所述开关元件Q3的导通和截止。在本实施方式中，当所述开关元件Q3导通时，所述二极管D5被短接。所述第二控制模块91被配置为当所述主供电回路的电流达到第一电流阈值时，控制所述开关元件Q3导通。所述第一电流阈值被配置为反映正常充电电流，通常第一电流阈值等于或略小于正常充电电流。具体地，所述开关元件Q3被配置为场效应管Q3，所述场效应管Q3的漏极与所述二极管D5的阳极连接，所述场效应管Q3的源极与所述二极管D5的阴极连接，所述场效应管Q3的栅极与所述第三采样电路的控制端921c连接，第三采样电路的控制端921c与第二控制模块91的控制引脚PA3连接。

采用上述技术方案，当第二控制模块91通过第三采样电路921检测到二极管D5有压降或第四采样电路922检测到主供电回路中存在电流时，则判断自主作业设备100与停靠站900处于对接状态。当第二控制模块91通过第四采样电路922检测到主供电回路中存在较大电流时，则判断自主作业设备100正在充电，此时，第二控制模块91可以通过控制引脚PB3控制场效应管Q3导通，由于场效应管Q3的内阻和功耗均很小，可以视为将二极管D5短路，降低系统功耗。

在一些自主作业系统中，停靠站900设有第一信号发生装置和第二信号发生装置，其中第一信号发生装置包括一控制模块和第一回路导线933，第二信号发生装置包括一控制模块和第二回路导线941。通常，第一信号发生装置的控制模块和第二信号发生装置的控制模块配置为共用第二控制模块91，该第二控制模块91同时被进一步地配置为控制停靠站900的其他功能。在一些实施方式中，第二控制模块91由一块独立的芯片构成；在一些实施方式中，第二控制模块91由至少两块芯片构成。参考图1，第一回路导线933被配置为其围合的区域在工作面的投影不超出停靠站900在工作面的投影，其作用是当自主作业设备100接近停靠站900时能够感测到第一回路导线933发射的电磁信号，进而使自主作业设备100根据该信号执行响应的动作，例如降低行走速度。第二回路导线941被配置为至少限定出自主作业设备100的工作区域范围的外边界，即自主作业设备100被限制在第二回路导线941围合的封闭区域内行走。

对于第一回路导线933，由于其围合的面积较小，所以要发射足够强的电磁信号时，就要求第一回路导线933中脉冲电流的电流强度较大。然而对于外接电源901（尤其是其AC/DC电源适配器）以及电路内部的DC/DC模块而言，过大的电流会对其造成损害。为了接近上述技术问题，参考图1、图2和图9，本发明一具体实施方式提供了一种第一信号发生装置，被配置为包括第二控制模块91、第一回路导线933和第三开关电路934，还包括蓄积电路932，其中，所述蓄积电路的输入端932i与外接电源901连接，所述蓄积电路的输出端932o与所述第一回路导线933的第一端连接，所述第一回路导线933的第二端与所述第三开关电路的输入端934i连接，所述第三开关电路的输出端934o接地，所述第三开关电路的控制端934c与所述第二控制模块91的控制引脚PB8连接，所述第二控制模块91被配置为控制所述第三开关电路934的导通和截止。采用上述技术方案，当第三开关电路934截止时，外接电源901可以小电流给蓄积电路932充电；当第三开关电路934导通时，蓄积电路932大电流放电，在第一回路导线933中形成大电流强度的电流脉冲，避免了外接电源901受大电流冲击。

在本实施方式中，第一信号发生装置还包括第二电源模块931，所述蓄积电路932通过所述第二电源模块931与所述外接电源901连接，所述第二电源模块的输入端931i与所述外接电源901连接，所述第二电源模块的输出端931o与所述积蓄电路的输入端932i。具体地，所述第二电源模块931被配置为用于降压和限流。优选的，所述第二电源模块931包括降压集成电路单元9311和二极管降压单元9312，其中所述降压集成电路单元9311被配置为用于降压和限流，在本实施方式中示例性地选用RT7272BGSP芯片。所述二极管降压单元9312被配置为用于降压，包括一个或串联连接的至少两个二极管，在本实施方式中示例性地包括串联连接的二极管D6、二极管D7、二极管D8和二极管D9，这些二极管优选为整流二极管，一方面能够起到进一步降压的作用，另一方面还能够防止蓄积电路932的大电流放电逆向冲击第二电源模块931和外接电源901。

在本实施方式中，所述第三开关电路934包括三极管或场效应管；所述第二控制模块91被配置为周期性地控制所述第四开关电路942的导通和截止，使所述第一回路导线933内产生脉冲电流。

在本实施方式中，所述蓄积电路932包括电容器组，所述电容器组包括一个或并联连接的至少两个电容器；所述电容器组的第一端与所述蓄积电路的输入端932i连接、且所述电容器组的第一端与所述蓄积电路的输出端932o连接，所述电容器组的第二端接地。在本实施方式中，电容器组示例性地包括并联连接的电容器C16、电容器C17、电容器C18和电容器C19，这些电容器优选为固态电解电容器或高分子电解电容器，其具有内阻小，耐高温、耐大纹波电流、寿命长等优点。

对于第二回路导线941，现有技术中存在检测其断线（如被自主作业设备100割断）的方法，典型的如专利文献CN101949988A所公开的技术方案，尤其参考其附图3，当未断线时，三极管导通，则读取的电平为低电平，并可通过交互模块（例如指示灯）指示正常；而当断线时，三极管截止，则读取的电平未高电平，并可通过交互模块指示异常。但该方案应用于室外环境的智能割草机时往往会存在如下问题：第一，如果第二回路导线941断点的两个断头比较近，且断口在潮湿的土壤中，则两个断头之间的电阻可能只有几千欧姆，这种情况下三极管也是可以导通的，这就导致不能正确指示异常；第二，断线后，地下导线会传导市电干扰，导致三极管以一定频率（典型地如50Hz或60Hz）在导通状态和截止状态之间切换，进而导致不能正确指示异常；第三，如果用户选用的第二回路导线941较细或较长，那么导线阻抗过大，会导致信号脉冲电流达不到设计的幅值要求，而现有技术的方法无法识别出这种情况。为解决上述问题，参考图2和图10，本发明以具体实施方式提供了一种第二信号发生装置，被配置为包括第二控制模块91、第二回路导线941、第四开关电路942，还包括第五采样电路943，所述第五采样电路被配置为检测流经所述第二回路导线941的电流特征值；其中，所述第二回路导线941的第一端与外接电源901连接，所述第二回路导线941的第二端与所述第四开关电路的输入端942i连接，所述第四开关电路的控制端942c与所述第二控制模块91连接，所述第四开关电路的输出端942o与所述第五采样电路的输入端943i连接，所述第五采样电路的信号端943s与所述第二控制模块91连接，所述第五采样电路的输出端943o接地；所述第二控制模块91被配置为控制所述第四开关电路942的导通和截止。采用上述技术方案直接测量第二回路导线941中的电流，可解决现有技术中存在的诸多问题。

在本实施方式中，所述第五采样电路943包括电流采样电阻器R20，所述电流采样电阻器R20的第一端与所述第五采样电路的输入端943i连接，所述电流采样电阻器R20的第二端接地。优选的，所述电流采样电阻R20被配置为由至少两个电阻器并联组成。所述第五采样电路943还包括滤波器单元，所述滤波器单元的输入端与所述电流采样电阻R20的第一端连接，所述滤波器单元的输出端与所述第二控制模块91连接；其中，所述滤波器单元包括RC滤波器和二极管D10，所述RC滤波器与所述二极管D10并联连接。为了AD采样方便，所述第五采样电路943还包括放大器U3，所述电流采样电阻R20的第一端通过所述放大器U3与所述滤波器单元的输入端连接。进一步地，所述第五采样电路943还包括第四滤波器，所述电流采样电阻R20的第一端通过所述第四滤波器与所述放大器U3的输入端连接。在本实施方式中，所述第四开关电路942包括三极管或场效应管；所述第二控制模块91被配置为周期性地控制所述第四开关电路942的导通和截止，使所述第二回路导线941中产生脉冲电流。进一步地，第二信号发生装置还包括钳位电路，所述钳位电路944被配置为与所述第五采样电路的输入端943i连接，用于将所述第五采样电路的输入端943i钳位在预设电压值。在上述技术方案中，第二回路导线941中加载脉冲电流，而由于二极管D10给电容器C21充电进行滤波，使得采样到的电压值变化趋于平滑（参考图12，其中X轴为时间，Y轴为电压值），且电阻器R24的电阻值越小，电压的下降越快，会使图12中曲线的锯齿波越突出。本领域技术人员可以在本发明公开的技术方案的教导下，根据实际情况选择电阻器R24的规格。在本实施方式中，选择电阻器R24的原则是第二控制模块91能够在第二回路导线941断开后1~2秒内做出判断，图13中的曲线段L4示例性地示出了第二回路导线941断开时采样到的电压值的变化情况。采用上述技术方案，进一步地能够根据第二回路导线941中的电流大小确定第二回路导线941的电阻值，当用户使用的第二回路导线941过长、或者导线接头电阻过大时通过交互模块发出示警信号。具体的，交互模块包括示警模块，示警模块进一步地被配置为能够发出声音信号和/或光信号，也可被配置为向移动终端（如手机）发送示警信息。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自主作业设备，被配置为可自主地在预设区域内移动并执行作业，包括主体机构、移动机构、工作机构、能源模块和第一控制模块，所述能源模块包括能源单元和与充电连接结构，所述能源单元与所述充电连接结构连接，其特征是，所述自主作业设备还包括第一开关电路、第二开关电路和电容器C5；其中，所述第一开关电路的输入端与所述充电连接结构连接，所述第一开关电路的输出端与所述第一控制模块的电源引脚连接，所述第二开关电路的输入端与所述第一开关电路的控制端连接，所述第二开关电路的输出端接地，所述第二开关电路的控制端与所述第一控制模块连接；所述电容器C5的第一端与所述第一开关电路的控制端连接，所述电容器C5的第二端接地。

2.根据权利要求1所述的自主作业设备，其特征是，所述第一开关电路被配置为，当所述第一开关电路的输入端与所述第一开关电路的控制端之间存在电压差时，使所述第一开关电路的输入端和所述第一开关电路的输出端之间导通；当所述第一开关电路的输入端与所述第一开关电路的控制端之间不存在电压差时，使所述第一开关电路的输入端和所述第一开关电路的输出端之间截止。

3.根据权利要求2所述的自主作业设备，其特征是，所述第一开关电路包括三极管Q1。

4.根据权利要求3所述的自主作业设备，其特征是，所述三极管Q1的发射极与所述三极管Q1的基极之间并联有二极管D2，所述二极管D2的阳极与所述三极管Q1的发射极连接，所述二极管D2的阴极与所述三极管Q1的基极连接。

5.根据权利要求1所述的自主作业设备，其特征是，所述第二开关电路被配置为当所述第二开关电路的控制端的电平变化时，切换所述第二开关电路的输入端与所述第二开关电路的输出端的导通和截止。

6.根据权利要求5所述的自主作业设备，其特征是，所述第二开关电路包括三极管Q2。

7.根据权利要求1所述的自主作业设备，其特征是，所述第一开关电路通过第二采样电路和/或第一电源模块与所述第一控制模块的电源引脚连接。

8.根据权利要求7所述的自主作业设备，其特征是，所述第二采样电路的输入端与所述第一开关电路的输出端连接，所述第二采样电路的输出端与所述第一电源模块的输入端连接，所述第二采样电路的信号端与所述第一控制模块连接，所述第一电源模块的输出端与所述第一控制模块的电源引脚连接。

9.根据权利要求7所述的自主作业设备，其特征是，所述第二采样电路包括二极管D3；所述二极管D3的阳极与所述第二采样电路的输入端连接，所述二极管D3的阴极与所述第二采样电路的输出端连接，所述二极管D3的阴极还与所述第二采样电路的信号端连接。

10.根据权利要求7所述的自主作业设备，其特征是，所述第一电源模块被配置为DC/DC降压模块。

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