自動割草系統的製作方法
2023-11-09 12:46:07 1
自動割草系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種自動割草系統，包括自動割草機及邊界裝置，所述邊界裝置包括若干無線發射器，所述若干無線發射器發出的射線作為邊界線圍成一個封閉或基本封閉的多邊形，以界定工作區域，如此使得用戶可快速更換或改變工作區域。
【專利說明】自動割草系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種自動割草系統。
【背景技術】
[0002]隨著計算機技術和人工智慧技術的不斷進步，類似於智慧機器人的自動行走設備已經開始慢慢的走進人們的生活。三星、伊萊克斯等公司均開發了全自動吸塵器並已經投入市場。這種全自動吸塵器通常體積小巧，集成有環境傳感器、自驅系統、吸塵系統、電池和充電系統，能夠無需人工操控，自行在室內巡航，在能量低時自動返回基站，對接並充電，然後繼續巡航吸塵。同時，哈斯科瓦納等公司開發了類似的智能割草機，其能夠自動在用戶的草坪中割草、充電，無需用戶幹涉。由於這種自動割草系統一次設置之後就無需再投入精力管理，將用戶從清潔、草坪維護等枯燥且費時費力的家務工作中解放出來，因此受到極大歡迎。
[0003]現有的自動割草機一般應用於面積較大的工作區域，如1000平方米。自動割草機的工作區域的邊界為可產生磁場的導線，自動割草機上的磁感應裝置偵測磁場從而識別邊界。在若干工作區域面積較小的工作區域，如50-200平方米，用於希望能快速更換或改變工作區域，而鋪設導線作為邊界非常麻煩，不方便更換或改變工作區域。
[0004]因此有必要對現有的自動割草機及基站進行改進，使得用戶可快速更換或改變工作區域。
【發明內容】
[0005]針對現有技術存在的不足，本發明提供一種使得用戶可快速更換或改變工作區域的自動割草系統。
[0006]本發明的技術方案是這樣實現的:一種自動割草系統，包括自動割草機及邊界裝置，所述邊界裝置包括若干無線發射器，所述若干無線發射器發出射線，各個無線發射器發出的射線作為邊界線圍成一個封閉或基本封閉的多邊形，以界定所述自動割草機的工作區域，所述自動割草機設有至少一個第一無線接收器，用於接收無線發射器的無線信號以偵測所述工作區域的邊界線。
[0007]優選地，所述若干無線發射器為紅外發射器，所述第一無線接收器為紅外接收器。
[0008]優選地，所述若干無線發射器分別位於所述多邊形的一個邊角處的邊界延長線上。
[0009]優選地，所述自動割草系統還包括基站，所述基站位於所述工作區域的邊界線上，所述基站具有至少一個朝向邊界線的側面，所述基站朝向邊界線的側面上設有無線發射
器。
[0010]優選地，所述無線發射器有多個，所述多個無線發射器的發射方向整體呈順時針或逆時針分布。[0011]優選地，所述基站位於所述多邊形的一個邊角處。
[0012]優選地，所述第一無線接收器位於所述自動割草機的至少一個機身側面，所述自動割草機的前端還設有第二無線接收器，所述自動割草機還包括控制器，當所述控制器控制自動割草機回歸時，若第一無線接收器接收到無線信號，則控制器控制自動割草機旋轉，直到第二無線接收器接收到無線信號，之後控制自動割草機在行走過程中第二無線接收器始終接收到無線信號。
[0013]優選地，在自動割草機行走的過程中，若第一無線接收器再次接收到無線信號，則控制器控制自動割草機旋轉，直到第二無線接收器再次接收到無線信號。
[0014]優選地，所述若干無線發射器包括電池、風力發電裝置或太陽能發電裝置。
[0015]本發明中的自動割草系統的邊界裝置包括若干無線發射器，所述若干無線發射器發出的射線作為邊界線圍成一個封閉或基本封閉的多邊形，以界定工作區域，如此使得用戶可快速更換或改變工作區域。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明:
[0017]圖1是本發明的自動割草系統的示意圖。
[0018]圖2是圖1中的自動割草機的爆炸示意圖。 [0019]圖3是圖1中的自動割草機的方框示意圖。
[0020]圖4是本發明的自動割草系統中的工作程序的流程示意圖。
[0021]圖5是本發明的自動割草系統的另一較佳實施方式的示意圖。
圖6是本發明的自動割草系統的另一較佳實施方式的示意圖。
圖7是圖6所示的自動割草系統的另一狀態示意圖。
[0022]其中，
[0023]100、自動割草機； 200、基站；20、輪子；
[0024]30、行走電機；40、切割電機； 42、切割刀片；
[0025]50、電源裝置；60、邊界感應裝置；110、控制器；
[0026]120、存儲器；130、啟動鍵；140、停止鍵；
[0027]310、導線；Al~A4、紅外發射器； BI~B3、紅外接收器；
[0028]15、碰撞感應器； 12、外殼體；14、內殼體；
[0029]16、凹槽；150、電源鍵；
【具體實施方式】
[0030]請參考圖1，一種自動割草系統，包括自動割草機100、停靠站200及邊界裝置。邊界裝置用於限定工作區域的範圍，自動割草機100用於在工作區域之中行走並進行割草工作，停靠站200用於供自動割草機100在能源不足時返回補充能量或供自動割草機100避雨或停靠。
[0031]請同時參考圖2及圖3，自動割草機100包括沿縱向延伸的殼體，設置於殼體底部的若干輪子20，設置於殼體內且用於驅動輪子20的至少一個行走電機30，設置於殼體底部且用於切割工作的切割刀片42，設置於殼體內且用於驅動切割刀片42的切割電機40，以及為行走電機30及切割電機40供電的電源裝置50。
[0032]自動割草機100還包括控制器110、存儲器120、操作界面及邊界感應裝置60。
[0033]存儲器120中存儲有固定的工作程序，操作界面上僅設有啟動鍵130、停止鍵140及電源鍵150，控制器110與存儲器120、電源裝置50、啟動鍵130、停止鍵140、行走電機30、切割電機40及邊界感應裝置60均相連，電源鍵150與電源裝置50相連。
[0034]邊界感應裝置60用於感應工作區域的邊界。自動割草機100正常割草時，當邊界感應裝置60感應到邊界時，控制器110控制自動割草機100改變行走方向，以返回工作區域。本實施方式中，輪子20包括前輪、左驅動輪及右驅動輪，行走電機30包括左驅動電機及右驅動電機，其中左驅動電機用於驅動左驅動輪，右驅動電機用於驅動右驅動輪。控制器110控制左驅動電機及右驅動電機以不同的轉速旋轉，從而控制自動割草機100改變行走方向，以返回工作區域。
[0035]電源鍵150被按下時，所述電源裝置50開啟或關閉。啟動鍵130被按下時發出啟動指令，停止鍵140被按下時發出停止指令。控制器110接收到啟動指令後，執行存儲器120中的工作程序，以控制自動割草機100自動進行割草工作及返回停靠站200進行充電，如此反覆，直到控制器110接收到停止指令。其他實施方式中，啟動鍵130及停止鍵140
也可合二為一。
[0036]請參考圖4，工作程序包括以下步驟:
[0037]步驟S1:啟動行走電機30。
[0038]步驟S2:控制自動割草機100進入工作區域。
[0039]步驟S3:控制自動割草機100按照預定路線或隨機路線進行割草工作。
[0040]步驟S4:偵測自動割草機100的至少一個第一參數，若第一參數達到第一預定值則控制自動割草機100返回停靠站200進行充電。本實施方式中，第一參數為工作時間，控制器110從自動割草機100啟動時開始計時，當計時達到預定值時控制自動割草機100返回停靠站200。其他實施方式中，第一參數也可為電源裝置50的電量，當偵測到電源裝置50的電量低於預定值時，自動割草機100返回停靠站200進行充電。本實施方式中，電源裝置50的電量通過監測電源裝置50的電壓實現。
[0041]步驟S5:判斷自動割草機100在進行割草或者充電的過程中，是否收到停止指令，若收到停止指令則進入步驟S7，否則進入步驟S6。
[0042]步驟S6:偵測電源裝置50的至少一個第二參數，若第二參數達到第二預定值則返回步驟SI，如此反覆。本實施方式中，第二參數為電源裝置50的電量，當偵測到電源裝置50的電量達到預定值時則返回步驟SI。其他實施方式中，第二參數也可為充電時間，從自動割草機100與停靠站200對接充電時開始計時，若達到預定時間則返回步驟SI。
[0043]步驟S7:關閉電源裝置50。
[0044]綜上所述，自動割草機100的控制器110執行上述工作程序使得自動割草機100在工作區域面積較小的工作區域工作時，如50-200平方米，只要接收到啟動指令即自動反覆進行割草工作及返回停靠站200充電，直到接收到停止指令，無需用戶輸入工作參數，成本較低。
[0045]邊界裝置 可為物理邊界裝置或虛擬邊界裝置。物理邊界裝置與自動割草機100獨立設置，用於形成邊界線以界定工作區域；虛擬邊界裝置可設置於自動割草機100上或工作區域外，偵測自動割草機100附近的環境，根據偵測的數據判斷自動割草機100是否位於工作區域內。
[0046]請再次參考圖1，物理邊界裝置可為與停靠站200電性連接的導線310。導線與停靠站200形成閉合迴路，用於產生磁場信號，自動割草機100的邊界感應裝置60為偵測邊界信號的磁感應裝置，控制器110根據磁感應裝置偵測到的磁場方向判斷自動割草機100是否位於工作區域內。
[0047]物理邊界裝置可為若干彼此獨立的無線發射器，無線發射器用於發出無線信號作為邊界信號，自動割草機100的邊界感應裝置60為偵測無線信號的無線接收器，控制器110根據無線接收器是否接收到無線信號判斷自動割草機100是否位於工作區域內。便攜的無線發射器作為邊界裝置，使得用戶可快速更換或改變工作區域。
[0048]請參考圖5，在本發明自動割草系統的另一較佳實施方式中，無線發射器為紅外發射器Al、A2、A3、A4。所述紅外發射器Al、A2、A3、A4發射的紅外信號作為邊界線形成封閉或基本封閉的多邊形區域，以界定所述自動割草機100的工作區域。在其中一種實施方式中，紅外發射器Al、A2、A3、A4均位於多邊形的邊角處，此時所述紅外發射器Al、A2、A3、A4發射的紅外信號形成的多邊形區域是封閉的。
[0049]在本實施方式中，紅外發射器Al、A2、A3分別位於多邊形的三個邊角處的邊界延長線上。停靠站200也位於一個邊角處的邊界延長線上，紅外發射器A4設置於停靠站200朝向邊界的側面。此時所述紅外發射器Al、A2、A3、A4發射的紅外信號形成的多邊形區域不完全封閉，在停靠站200處形成一個缺口，對本發明自動割草系統的實施不構成影響。 [0050]本實施方式中，紅外發射器Al、A2、A3上設有獨立電池、風力發電裝置或太陽能發電裝置，從而能獨立進行供電。紅外發射器A4由停靠站200供電。
[0051]無線接收器為設置於自動割草機100的側面的紅外接收器B1、B2。當紅外接收器BI或紅外接收器B2接收到紅外信號時，控制器110即判斷自動割草機100達到工作區域的邊界。
[0052]虛擬邊界裝置可為設置於自動割草機100內的全球定位模塊(圖未示)、草地識別模塊(圖未示)或設置於工作區域外的攝像模塊(圖未示)。
[0053]全球定位模塊與衛星無線通信，用於獲知自動割草機100當前的位置坐標，控制器110將預定的位置坐標序列形成虛擬邊界信息並形成工作區域的地圖，若全球定位模塊偵測的位置坐標不在虛擬邊界信息圍成的地圖內，則控制器110判斷自動割草機100位於工作區域外。
[0054]草地識別模塊用於根據地面的顏色或溼度判斷自動割草機100當前的位置是否為草地，控制器110根據自動割草機100是否位於草地上判斷自動割草機100是否位於工作區域內。
[0055]具體地，草地識別模塊可為朝向地面的顏色傳感器(圖未示)或設置於自動割草機100的殼體底部的若干電極(圖未示)。顏色傳感器偵測地面的顏色，若為綠色則控制器110判斷自動割草機100位於工作區域內。若干電極從殼體底部向外伸出，其離地高度小於切割刀片的切割高度，當自動割草機100位於草地上時，若干電極間間隔有已割或未割的草，其介電常數ε將遠大於空氣的介電常數ε，而若干電極間的電容C滿足:C =ε S/4 π kd ;其中S為若干電極的正對面積，k為常數，d為若干電極的距離，當若干電極設定之後，正對面積S與電極的距離d均為常數，即電容C的變化僅與介電常數ε有關。通過偵測若干電極間的電容，可知得知自動割草機100是否位於草地上。
[0056]攝像模塊拍攝自動割草機100及欲設定的工作區域的圖像，並在拍攝的圖像上劃定封閉的虛擬邊界。若在拍攝的圖像上顯示自動割草機100位於虛擬邊界外，則控制器110判斷自動割草機100位於工作區域外。
[0057]自動割草機100還包括用於檢測障礙物的障礙檢測模塊，當障礙檢測模塊檢測到障礙物時，控制器110控制自動割草機100改變行走方向以避開障礙物。
[0058]請再次參考圖2，本實施方式中，障礙檢測模塊為碰撞感應器15，如霍爾感應器，殼體包括外殼體12及內殼體14，外殼體12覆蓋住內殼體14，碰撞感應器15設置於內殼體14與外殼體12之間，當自動割草機100與障礙物發生碰撞時，碰撞感應器15能夠偵測到內殼體與外殼體之間發生的相對移動。其他實施方式中，障礙檢測模塊也可為超聲波發生器及超聲波接收器，超聲波發生器發出的超聲波信號經障礙物反射回來後被超聲波接收器接收，根據超聲波信號的發射與接收的時間差即可算出自動割草機100與障礙物之間的距離。
[0059]自動割草機100還包括用於檢測雨水的雨水檢測模塊，當雨水檢測模塊檢測到雨水時，控制器110控制自動割草機返回停靠站。雨水檢測模塊為導通偵測電路，具有正負兩個極片，正負兩個極片設置於自動割草機100外殼12的頂部的凹槽16中。當凹槽16中有積水或其他導電液體時，正負兩個極片導通，雨水檢測模塊即可檢測雨水。
[0060]當自動割草機100需返回停靠站200進行充電、避雨或停靠時，控制器控制自動割草機沿工作區域的邊界返回停靠站。 [0061]當邊界裝置為導線時，控制器110控制自動割草機跨導線並按順時針或逆時針方
向返回停靠站。
[0062]請再次參考圖5，當邊界裝置為若干無線發射器Al、Α2、A3、Α4時，特別是紅外發射器，若干無線發射器Α1、Α2、Α3、Α4設置於工作區域的若干邊角處且發射方向一致為順時針或逆時針，自動割草機100的側面設有無線接收器Β1、Β2，自動割草機100的前端設有無線接收器Β3，控制器110控制自動割草機100使得前端的無線接收器Β3始終接收到無線信號，從而使得自動割草機100返回停靠站200。如自動割草機100抵達邊界且無線接收器BI接收到無線信號時，控制器110控制自動割草機100旋轉直到前端的無線接收器Β3接收到無線信號；維持自動割草機100的行進方向；當自動割草機100到達邊角處且無線接收器BI再次接收到無線信號時，控制器110控制自動割草機100旋轉直到前端的無線接收器Β3再次接收到無線信號，如此使得自動割草機100沿邊界順時針或逆時針返回停靠站200。其他實施方式中，自動割草機100的側面可僅設一個無線接收器，若無線發射器的發射方向一致為順時針時，無線接收器設置於自動割草機100的左側；若無線發射器的發射方向一致為逆時針時，無線接收器設置於自動割草機100的右側。
[0063]請參考圖6及圖7，其他實施方式中，在停靠站200處設有至少一個超聲波發生器，在自動割草機100上設有至少一個超聲波接收器，返回時控制器110根據超聲波接收器的接收情況調整自動割草機100的行進方向，使得自動割草機100直接朝向停靠站200返回。
[0064]具體地，在停靠站200處設有第一超聲波發生器Α、第二超聲波發生器B及一個紅外發射器C，兩個超聲波發生器Α、Β分別位於紅外發射器C的兩側，第一超聲波發生器A用於發出第一超聲波信號、第二超聲波發生器B用於發出與第一超聲波信號頻率或強度不同的第二超聲波信號，紅外發射器C用於發出直線的紅外信號。
[0065]兩個超聲波發生器A、B的發射角部分重疊，從而將停靠站200附近區域分為若干子區域:單信號覆蓋區域、重疊區域ab及空白區域。單信號覆蓋區域包括僅覆蓋第一超聲波信號的第一信號覆蓋區域a及僅覆蓋第二超聲波信號的第二信號覆蓋區域b。重疊區域ab覆蓋有第一超聲波信號及第二超聲波信號。
[0066]在自動割草機100上設有第一超聲波接收器Rl、第二超聲波接收器R2及一個紅外接收器R3。
[0067]紅外接收器R3位於自動割草機100的前端中部，超聲波接收器Rl及R2分別設置於自動割草機100上紅外接收器R3的兩側。
[0068]自動割草機100需返回或首次接收到超聲波信號時，控制器110控制自動割草機100先旋轉一周進行初始位置判斷，以確定當前所屬子區域。若自動割草機100旋轉一周後，第一超聲波接收器Rl或第二超聲波接收器R2僅接收到第一超聲波信號，則控制器110判斷當前區域為第一信號覆蓋區域a;若自動割草機100旋轉一周後，第一超聲波接收器Rl或第二超聲波接收器R2僅接收到第二超聲波信號，則控制器110判斷當前區域為第二信號覆蓋區域b ;若自動割草機100旋轉一周後，第一超聲波接收器Rl及第二超聲波接收器R2接收到第一超聲波信號及第二超聲波信號，則控制器110判斷當前區域為第一重疊區域ab ;若自動割草機100旋轉一周後，第一超聲波接收器Rl及第二超聲波接收器R2沒有接收到任何信號，控制器110控制自動割草機100繼續按照預定路線或隨機路線行走。
[0069]若自動割草機100的初始位置為第一信號覆蓋區域a,控制器110控制自動割草機100旋轉，直到僅第一超聲波接收器Rl接收到第一超聲波信號，如圖6虛線部分所示，以此時自動割草機100的朝向為行走方向，控制自動割草機100進入重疊區域ab。同理，自動割草機100的初始位置為第二信號覆蓋區域b時，控制器110控制自動割草機100旋轉，直到僅第二超聲波接收器R2接收到第二超聲波信號，並以此時自動割草機100的朝向為行走方向。
[0070]自動割草機100由第一信號覆蓋區域a進入到第一重疊區域ab時，第一超聲波接收器Rl接收到第一超聲波信號及第二超聲波信號，控制器110控制自動割草機100旋轉，直到第一超聲波接收器RU第二超聲波接收器R2均接收到第一超聲波信號及第二超聲波信號，使得自動割草機100面向停靠站200。之後控制器110持續控制自動割草機100，使得第一超聲波接收器RU第二超聲波接收器R2均保持接收第一超聲波信號及第二超聲波信號。
[0071]自動割草機100位於重疊區域ab的一個極限狀況為:自動割草機100位於第二超聲波發生器B左側的信號邊界處。此時控制器110控制自動割草機100，使得第一超聲波接收器Rl保持接收第一超聲波信號、第二超聲波接收器R2保持接收第二超聲波信號。自動割草機100將沿著第二超聲波發生器B左側的信號邊界前進。 [0072]同理，自動割草機100由第二信號覆蓋區域b進入到第一重疊區域ab時，第二超聲波接收器R2接收到第一超聲波信號及第二超聲波信號，控制器110控制自動割草機100旋轉，直到第一超聲波接收器RU第二超聲波接收器R2均接收到第一超聲波信號及第二超聲波信號。此時的一個極限狀況為:控制器Iio控制自動割草機100沿著第一超聲波發生器A右側的信號邊界前進。
[0073]若自動割草機100的初始位置為第一重疊區域ab,控制器110仍控制自動割草機100旋轉，直到第一超聲波接收器R1、第二超聲波接收器R2均接收到第一超聲波信號及第
二超聲波信號。
[0074]請參考圖7，當自動割草機100即將離開第一重疊區域ab並進入空白區域時，若第一超聲波接收器Rl沒有接收到任何信號，控制器110控制自動割草機100逆時針旋轉，直到紅外接收器R3接收到紅外信號，使得自動割草機100正對停靠站200。此後控制器110維持自動割草機100的行走方向，從而實現自動割草機100與停靠站200精準對接。
[0075]同理，在自動割草機100即將離開第一重疊區域ab並進入空白區域m時，若第二超聲波接收器R2沒有接收到任何信號，控制器110則控制自動割草機100順時針旋轉，直到紅外接收器R3接收到紅外信號，使得自動割草機100正對停靠站200。
[0076]自動割草機100在發生器覆蓋範圍內的初始位置判斷、進入區域判斷及控制方式如表1所示:
[0077]
【權利要求】
1.一種自動割草系統，包括自動割草機及邊界裝置，其特徵在於，所述邊界裝置包括若干無線發射器，所述若干無線發射器發出射線，各個無線發射器發出的射線作為邊界線圍成一個封閉或基本封閉的多邊形，以界定所述自動割草機的工作區域，所述自動割草機設有至少一個第一無線接收器，用於接收無線發射器的無線信號以偵測所述工作區域的邊界線。
2.根據權利要求1所述的自動割草系統，其特徵在於:所述若干無線發射器為紅外發射器，所述第一無線接收器為紅外接收器。
3.根據權利要求1所述的自動割草系統，其特徵在於:所述若干無線發射器分別位於所述多邊形的一個邊角處的邊界延長線上。
4.根據權利要求3所述的自動割草系統，其特徵在於:所述自動割草系統還包括基站，所述基站位於所述工作區域的邊界線上，所述基站具有至少一個朝向邊界線的側面，所述基站朝向邊界線的側面上設有無線發射器。
5.根據權利要求4所述的自動割草系統，其特徵在於:所述無線發射器有多個，所述多個無線發射器的發射方向整體呈順時針或逆時針分布。
6.根據權利要求5所述的自動割草系統，其特徵在於:所述基站位於所述多邊形的一個邊角處。
7.根據權利要求5所述的自動割草系統，其特徵在於:所述第一無線接收器位於所述自動割草機的至少一個機身側面，所述自動割草機的前端還設有第二無線接收器，所述自動割草機還包括控制器，當所述控制器控制自動割草機回歸時，若第一無線接收器接收到無線信號，則控制器控制自動割草機旋轉，直到第二無線接收器接收到無線信號，之後控制自動割草機在行走過程中第二無線接收器始終接收到無線信號。
8.根據權利要求7所述的自動割草系統，其特徵在於:在自動割草機行走的過程中，若第一無線接收器再次接收到無線信號，則控制器控制自動割草機旋轉，直到第二無線接收器再次接收到無線信號。
9.根據權利要求1所述的自動割草系統，其特徵在於:所述若干無線發射器包括電池、風力發電裝置或太陽能發電裝置。
【文檔編號】A01D34/63GK103891463SQ201210584509
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年12月28日 優先權日:2012年12月28日
【發明者】強尼·鮑瑞那圖 申請人:蘇州寶時得電動工具有限公司