TWI601476B - Automatic mowing robot - Google Patents

Description

自動割草機器人

本發明關於一種自動割草機器人，特別是指一種藉由無線操作並且無須使用人力進行割草作業之機器人，避免割草作業產生日曬與過敏現象以及保障作業人員生命安全之結構者。

按，為了環境美觀以及避免病媒蟲孳生，清潔人員需要定期除草，除了草地外，大部分環境都有高低差，必須透過人力進行割草作業，而割草的方式都是使用者揹著引擎而手持割草機割除雜草。

然而，習用割草機其實具有下列的缺點：

1.習用結構需要透過人力進行割草作業，而割草機具有一定的重量，並且，割草作業大多選在天氣良好的情況下，機具重量以及日曬對使用者而言相當耗費體力。

2.呈上所述，由於習用割草機都是以人力進行作業，割除的雜草、石頭可能噴濺到人體上，造成使用者身體過敏、受傷的問題。

3.由於割草作業都是要透過人力進行作業，當在高速公路、快速公路進行割草作業時，若駕駛人沒注意有人員在前方進行割草作業時，會發生交通事故，相當危險。

4.習用割草機大多需要使用汽油才能使引擎運轉，而引擎所造成的噪音、廢氣對於人體、環境有害。

本發明之主要目的即在於提供一種自動割草機器人，透過遠端設定割草路徑、割草範圍，割草機器人經由攝影單元的影像處理辨別工作環境，改變割草的高度與左右擺動的幅度，可節省人力的使用以及避免被噴濺的雜草、石頭可能噴濺到人體上，造成使用者身體過敏、受傷的問題的結構者。

可以達到上述目的之結構者，主要包含有：一驅動模組，其包含有一驅動器，該驅動器接受命令後驅動使得自動割草機器人產生位移；一割草模組，其包含有一架體，一割草刀具、一升降裝置、一旋轉裝置以及一擺動幅度調節裝置所構成，該割草刀具裝設在該架體上，且該割草刀具設有一導桿，該架體下方設置該升降裝置及該旋轉裝置，該升降裝置用於控制割草刀具高度，而該旋轉裝置則使用四連桿機構控制割草刀具產生左、右旋轉擺動效果，該擺動幅度調節裝置則用於控制該割草刀具之左右擺動幅度；一避障模組，其包含有一攝影單元以及一超音波單元，該攝影單元透過影像判定周遭是否有障礙物、工作環境判斷來改變割草高度以及割草刀具之左右擺動幅度的大小，該超音波單元則產生一超音波，若接收反射波時則判定周遭有障礙物，並引導該自動割草機器人迴避障礙物；一路徑規劃導航模組，其包含有一GPS系統以及一導航單元，該GPS系統用於判斷該自動割草機器人所在位置，而導航單元則提供工作區座標路徑規劃； 一控制模組，其與該驅動模組、該割草模組、該避障模組、該路徑規劃導航模組電性連結，藉由該控制模組達到操控自動割草機器人進行除草作業。

透過上述結構，本發明可獲得之優點簡述如下：

1.本發明主要遠端操作割草機器人進行割草作業，該驅動模組受控制模組及路徑規劃導航模組控制帶動割草機器人前往指定割草位置，該避障模組則判定路線及工作範圍內是否有障礙物，而該割草模組可依需求調整割草高度、改變割草左右擺動的幅度，避開障礙物，使得進行割草作業無須透過人力。

2.該控制模組進一步包含一無線傳輸模組以及一遠端控制裝置，該無線傳輸模組用於接收該遠端控制裝置的指令，進而對割草機器人下達命令前往作業區域進行割草作業。

3.該升降裝置透過一升降馬達以及一螺桿所構成，藉由該升降馬達帶動該螺桿產生垂直移動使得割草刀具產生升降效果。

4.該旋轉裝置包含有一四連桿機構以及一旋轉馬達所構成，藉由該旋轉馬達帶動該四連桿機構使得該割草刀具產生左右擺動的功能。

5.左右擺動幅度調節裝置以馬達及一螺桿所構成，藉由該馬達帶動該螺桿產生水平移動，改變割草機導桿支撐點兩邊力臂長度的比例，則用於控制該割草刀具之左右擺動幅度的大小。

6.該驅動裝置包含有二驅動輪，二該驅動輪與該驅動器連接帶動割草機器人產生位移效果。

7.前述之二該驅動輪上進一步裝設一光編碼盤以及一紅外線感測器， 該紅外線感測器配合光編碼盤用於計算二該驅動輪的轉速，並配合驅動器改變轉速，校正二該驅動輪轉速達到一致，使得行走方向為直線。

8.該驅動器為一直流馬達。且使用直流馬達旋轉電位調整器改變驅動輪馬達的驅動電壓，達到驅動輪轉速的調整而達到轉彎及行走路徑的效正；

9.該割草刀具前端設有一輔助件，藉由該輔助件使得該割草刀具不接觸地面達到保護刀具及人員的安全。

10.該控制模組進一步配合加速度感測器、電子羅盤計算割草機器人的移動位置與方向，使用紅外線感測器與光編碼盤計算驅動輪的轉速。

「本發明」

100‧‧‧自動割草機器人

10‧‧‧驅動模組

11‧‧‧驅動器

12‧‧‧驅動輪

13‧‧‧光編碼盤

14‧‧‧紅外線感測器

20‧‧‧割草模組

21‧‧‧架體

22‧‧‧割草刀具

221‧‧‧導桿

222‧‧‧輔助件

23‧‧‧升降裝置

231‧‧‧升降馬達

232‧‧‧螺桿

24‧‧‧擺動幅度調節裝置

241‧‧‧四連桿機構

242‧‧‧旋轉馬達

25‧‧‧調節裝置

30‧‧‧避障模組

31‧‧‧攝影單元

32‧‧‧超音波單元

40‧‧‧路徑規劃導航模組

41‧‧‧GPS系統

42‧‧‧導航單元

50‧‧‧控制模組

51‧‧‧無線傳輸模組

52‧‧‧遠端控制裝置

第一圖係本發明之系統方塊圖。

第二圖係本發明之結構示意圖。

第三圖係該升降裝置帶動該割草刀具升降之動作示意圖。

第四圖係該旋轉裝置帶動該割草刀具旋擺之動作示意圖。

第五圖係該擺動幅度調節裝置調整割草刀具導桿水平位置之動作示意圖。

第六、七圖係該擺動幅度調節裝置擺幅調整示意圖。

第八圖係該避障模組之判斷方塊圖。

為使貴 審查委員能對本案之特徵與其特點有更進一步之了 解與認同，茲列舉以下較佳之實施例並配合圖式說明如下：請參閱第一至八圖，本發明自動割草機器人，主要包含有：一驅動模組10，其包含有一驅動器11，該驅動器11為一直流馬達透過旋轉電位調整器改變驅動輪馬達的驅動電壓，該驅動器11接受命令後驅動使得自動割草機器人100產生位移；一割草模組20，其包含有一架體21，一割草刀具22、一升降裝置23、一旋轉裝置24所構成，該割草刀具22裝設在該架體21上，且該割草刀具22設有一導桿221，該架體21下方設置該升降裝置23及該旋轉裝置24，該割草刀具22進一步包含一用於調節割草刀具22之導桿221水平位置之擺動幅度調節裝置25，該升降裝置23用於控制割草刀具22高度，而該旋轉裝置24透過四連桿機構241控制割草刀具22產生左、右擺動效果，而該擺動幅度調節裝置控置該割草刀具22之擺動幅度大小的調節；一避障模組30，其包含有一攝影單元31以及一超音波單元32，該攝影單元31透過影像判定周遭是否有障礙物及工作環境，而超音波單元32則產生一超音波，若接收反射波時則判定周遭有障礙物，並透過控制模組50產生一迴避障礙物路徑；一路徑規劃導航模組40，其包含有一GPS系統41以及一導航單元42，該GPS系統41用於判斷該自動割草機器人100所在位置，而導航單元42則提供工作區座標路徑規劃；一控制模組50，其與該驅動模組10、該割草模組20、該避障模組30、該路徑規劃導航模組40電性連結，藉由該控制模組50達到操控自動割草機器人進行除草作業。

透過上述之元件，本發明之使用方式以及可獲得的優點、功效簡述如下：

1.首先請參閱第一至八圖，本發明主要遠端操作自動割草機器人100進行割草作業，該驅動模組10受控制模組50及路徑規劃導航模組40控制帶動割草機器人前往指定割草位置，該避障模組30則判定路線及工作範圍內是否有障礙物，而該割草模組20可依需求調整割草高度、範圍，使得進行割草作業無須透過人力。

2.請參閱第一至八圖，該控制模組50進一步包含一無線傳輸模組51以及一遠端控制裝置52，該無線傳輸模組51用於接收該遠端控制裝置52的指令，進而對自動割草機器人100下達命令前往作業區域進行割草作業。

3.請參閱第一至三圖，該升降裝置23透過一升降馬達231以及一螺桿232所構成，藉由該升降馬達231帶動該螺桿232產生垂直升降使得割草刀具22產生升降效果。

4.請參閱第一、二、四圖，該旋轉裝置24包含有一四連桿機構241以及一旋轉馬達242所構成，藉由該旋轉馬達242帶動該四連桿機構241使得該割草刀具22產生旋轉。

5.請參閱第一、二圖，該驅動裝置包含有二驅動輪12，二該驅動輪12與該驅動器11連接帶動自動割草機器人100產生位移效果。並且二該驅動輪12上進一步裝設一光編碼盤13以及一紅外線感測器14，該紅外線感測器14用於配合該光編碼盤13計算二該驅動輪12的轉速，並配合驅動器11改變轉速，校正二該驅動輪12轉速達到一致，使得行走方向為 直線。

6.請參閱第一、二、五、六、七圖，該割草刀具22前端設有一輔助件222，藉由該輔助件222使得該割草刀具22不接觸地面達到保護刀具之效果。此外，透過該調節裝置25控制該割草刀具22水平位置控制割草刀具22擺動幅度，使得割草刀具22保持適當的水平距離，避免重心偏移。

7.請參閱第八圖，該避障裝置主要透過影像以及超音波判定該除草機機器人周邊是否有障礙物及工作環境，首先該攝影單元31判斷障礙物大小，同時擷取障礙物影響通知操作人員，接著，該超音波單元32定時產生超音波，若該超音波單元32接收到超音波之反射波時，則判定周遭有障礙物，當判斷障礙物影響割草作業時，則該路徑規劃導航模組40規劃新的作業路徑。

8.該路徑規劃導航模組40，其包含有一GPS系統41以及一導航單元42，該自動割草機器人100進行割草作業時，藉由該GPS系統41取得該自動割草機器人100所在位置，並將位置座標回傳至控制模組50判斷是否有超出工作位置，而該導航單元42除了引導行進路徑外，亦用於引導自動割草機器人100進行割草作業。

9.本發明主要透過微控制器(arduino)負責系統控制及訊號處理，增加系統的可靠性。

10.該控制模組進一步配合加速度感測器、電子羅盤計算割草機器人的移動位置與方向，使用紅外線感測器與光編碼盤計算驅動輪的轉速。

綜上所述，本發明構成結構均未曾見於諸書刊或公開使用， 誠符合發明專利申請要件，懇請 鈞局明鑑，早日准予專利，至為感禱。

需陳明者，以上所述乃是本發明之具體實施立即所運用之技術原理，若依本發明之構想所作之改變，其所產生之功能仍未超出說明書及圖式所涵蓋之精神時，均應在本發明之範圍內，合予陳明。

100‧‧‧自動割草機器人

10‧‧‧驅動模組

11‧‧‧驅動器

12‧‧‧驅動輪

13‧‧‧光編碼盤

14‧‧‧紅外線感測器

20‧‧‧割草模組

21‧‧‧架體

22‧‧‧割草刀具

23‧‧‧升降裝置

24‧‧‧旋轉裝置

25‧‧‧擺動幅度調節裝置

30‧‧‧避障模組

31‧‧‧攝影單元

32‧‧‧超音波單元

40‧‧‧路徑規劃導航模組

41‧‧‧GPS系統

42‧‧‧導航單元

50‧‧‧控制模組

51‧‧‧無線傳輸模組

52‧‧‧遠端控制裝置

Claims (9)

1. 一種自動割草機器人，主要包含有：一驅動模組，其包含有一驅動器，該驅動器接受命令後驅動使得自動該草機機器人產生位移；一割草模組，其包含有一架體，一割草刀具、一升降裝置、一旋轉裝置以及一擺動幅度調節裝置所構成，該割草刀具裝設在該架體上，且該割草刀具設有一導桿，該架體下方設置該升降裝置及該旋轉裝置，該升降裝置用於控制割草刀具高度，而該旋轉裝置則用於控制割草刀具產生左、右旋轉擺動效果，該擺動幅度調節裝置則用於控制該割草刀具之擺動幅度，該擺動幅度調節裝置以一馬達及一螺桿所構成，藉由該馬達帶動該螺桿產生水平移動，改變割草模組之導桿支撐點兩邊力臂長度的比例，進而用於控制該割草刀具之左右擺動幅度；一避障模組，其包含有一攝影單元以及一超音波單元，該攝影單元透過影像判定周遭是否有障礙物，而超音波單元則產生一超音波，若接收反射波時則判定周遭有障礙物，並引導該自動割草機器人迴避障礙物；一路徑規劃導航模組，其包含有一GPS系統以及一導航單元，該GPS系統用於判斷該自動割草機器人所在位置，而導航單元則提供工作區座標路徑規劃；一控制模組，其與該驅動模組、該割草模組、該避障模組、該路徑規劃導航模組電性連結，藉由該控制模組達到操控自動割草機器人進行除草作業。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之自動割草機器人，其中，該控制模組進一 步包含一無線傳輸模組以及一遠端控制裝置，該無線傳輸模組用於接收該遠端控制裝置的指令，進而對割草機器人下達命令前往作業區域進行割草作業。
3. 依據申請專利範圍第1項所述之自動割草機器人，其中，該升降裝置透過一升降馬達以及一螺桿所構成，藉由該升降馬達帶動該螺桿垂直升降使得割草刀具產生升降效果。
4. 依據申請專利範圍第1項所述之自動割草機器人，其中，該旋轉裝置包含有一四連桿機構以及一旋轉馬達所構成，藉由該旋轉馬達帶動該四連桿機構使得該割草刀具產生旋轉。
5. 依據申請專利範圍第1項所述之自動割草機器人，其中，該驅動裝置包含有二驅動輪，二該驅動輪與該驅動器連接帶動該割草機器人產生位移效果。
6. 依據申請專利範圍第5項所述之自動割草機器人，其中，該二該驅動輪上進一步裝設一光編碼盤以及一紅外線感測器，該紅外線感測器用於計算二該驅動輪的轉速，並配合該驅動器改變轉速，校正二該驅動輪轉速達到一致，使得行走方向為直線。
7. 依據申請專利範圍第1項所述之自動割草機器人，其中，該驅動器為一直流馬達。
8. 依據申請專利範圍第1項所述之自動割草機器人，其中，該割草刀具前端設有一輔助件，藉由該輔助件使得該割草刀具不接觸地面達到保護刀具之效果。
9. 依據申請專利範圍第1項所述之自動割草機器人，其中，該控制模組進一步配合加速度感測器、電子羅盤計算割草機器人的移動位置與方向，使用紅外線感測器與光編碼盤計算驅動輪的轉速。