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非传统切割器的机器人割草机的制作方法

2022-09-15 07:36:32 来源:中国专利 TAG:

非传统切割器的机器人割草机
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2020年2月7日提交的美国临时专利申请第62/971805号的优先权,其公开内容作为本技术的一部分通过引用整体结合于此。
技术领域
3.本发明涉及一种具有非传统切割器或刀片的机器人割草机。更具体地,本发明涉及一种割草机,其具有至少一组半刚性和半柔性的切割工具或切割器,并且通常可以是单杆或绞合索或线的形式,这通常不被认为是传统割草机的具有锋利刀刃的刀片。


背景技术:

4.通常,割草机被定义为一种具有可旋转刀片的机器,该可旋转刀片相对于地面的高度是可调节的,并且该机器能够在地面上(或在草坪上)四处移动,使得当被手动驱动或由内燃机驱动以及由电力或电池等驱动时,可旋转刀片可以平滑的外观和均匀的高度切割草。因此,割草机的基本或必要元件是:(1)至少一个可调节地安装在车辆或可移动承载平台上的可旋转刀片;(2)用于移动车辆和叶片的驱动机构;以及(3)用于为移动的车辆和/或叶片的旋转提供动力的动力源;其中车辆或可移动承载平台可以包括底盘或底板和/或外壳,以将所有东西或每个部件保持在一起。
5.割草机的当前趋势是机器人化的,即可控的和/或自动可移动的;但在任何情况下,割草机主要关心的是在具有各种条件的各种类型的草坪上割草的效率,这些条件例如是尺寸、形状、边界、凹入/不平坦地面或地面水平,以及草的干燥或潮湿等。因此,关于这些元件如何更有效地一起工作,已经对割草机进行了许多改进。现在,改进的重点可能不仅是机器人操作,还包括人工智能(又称为ai)操作。


技术实现要素:

6.根据本发明,一种割草机包括:底盘,用于在其上承载至少一组可旋转的切割工具,该切割工具安装在底盘的前部,所述切割工具呈半刚性和半柔性杆或绞合索或线的形式;安装在底盘侧面的至少两个车轮;用于移动割草机的驱动机构;以及用于旋转切割工具的旋转机构。割草机至少包括为驱动机构和旋转机构提供动力的动力源,其优选为一组可再充电电池,以及控制单元,用于控制切割工具以所采用的期望速度或在可调节的期望速度范围内旋转,并且适于在各种条件下切割或修剪草坪的草,以及调节切割工具相对于草坪的草的高度,其中切割工具的高度可根据割草机移动的草坪的预定图案进行调节,并且可响应于草坪的任何随机条件进行调节。
7.可替代地,用于驱动割草机的驱动机构可以由相同的动力源提供动力,或者由与用于旋转切割工具的旋转机构的动力源分开的动力源提供动力;并且提供独立的控制单元,用于根据草坪的预定图案控制移动轮在任何或所有方向上的运动,而不需要转动割草机底盘的前部。
8.根据本发明,切割工具可以是单杆或绞合索或线的形式,并且该组切割工具或切割组件连接到用于旋转切割工具的旋转机构的轴上。用于旋转切割工具的旋转机构可以是由动力源即电池或可再充电电池等提供动力的电动马达。
9.进一步根据本发明,切割工具可以是十字的形式,并且切割工具的十字的中心连接到用于旋转切割工具的旋转机构的轴,即连接到电动马达。
10.更进一步地,切割工具可以替代地是多个均匀间隔开的杆或者绞合索或线,其可以是三个、五个、六个、八个或更多个围绕旋转轴均匀布置的杆或者绞合索或线,例如安装在连接到旋转轴的盘上。此外,在切割工具的杆或者索或线的所有布置中,每个杆可以具有三角形的横截面,或者具有期望的柔性和刚性的不规则横截面。当然,切割工具可以是带有锋利刀刃的刀片。
11.根据本发明,优选有四个轮安装在底盘的侧面,即每侧两个。在用于控制轮运动的控制单元的控制下,每个轮由驱动机构的电动马达独立操作和驱动。每个轮通过悬架连接到底盘,该悬架在用于控制轮运动的控制单元的控制下响应于地面或草坪的各种条件而动作,例如根据草坪的预定图案调节动力输出、速度和方向,或者响应于草坪的某些随机或即时条件而动作。
12.本发明的细节可被理解,并将在下文中结合附图进行讨论。
附图说明
13.图1a示出了本发明基本实施例的割草机或机器人割草机的透视图。
14.图1b和1c分别示出了本发明的割草机或机器人割草机的前视图和俯视图。
15.图2a示出了本发明的割草机或机器人割草机的主要部件。
16.图2b和2c分别从不同的角度示出了本发明的割草机或机器人割草机的主要部件的安装。
17.图3a示出了根据本发明的切割工具样品或切割组件的安装。
18.图3b至3e分别示出了根据本发明的切割工具的替代示例。
19.图4a示出了根据本发明的移动轮的安装;
20.图4b和4c分别示出了用于本发明的移动轮的驱动马达组件和悬架的细节。
21.图4d至4g分别示出了根据本发明的机器人割草机的移动轮在向前和向后以及向左和向右方向上的运动。
22.图4h、4j、4k和4m分别示出了本发明的机器人割草机的割草轮在对角线方向上的运动。
23.图4n和4p示出了本发明的机器人割草机的割草轮的左转弯和右转弯。
24.图5示出了本发明的机器人割草机的一个或多个控制单元的框图,用于提供切割工具和移动轮的马达操作的控制模式。
25.图6示出了本发明的机器人割草机的操作或控制的流程图。
26.图7示出了本发明的感测和/或检测系统的布置,示出了系统部件的可能安装。
27.图8a、8b和8c示出了本发明的移动轮的替代实施例。
28.图9示出了作为本发明的动力源的可再充电电池的替代布置。
具体实施方式
29.总体上,如图1a至1c所示,本发明的机器人割草机10包括用于将割草机10的主要部件保持在其中的外壳11、作为示例通常具有四个移动轮13的移动组件12以及具有一组或多组切割工具或切割器15的切割或割草组件14(如图2a至2c所示)。其他部件是包括一个或多个可再充电电池17的至少一个电源16以及一个或多个操作控制板或单元18(如图2a至2c所示)。此外,为移动轮提供悬挂机构19(见图2b),其用于响应和作用于草坪或地面的各种条件,以及其他必要的安装结构元件或构件。此外,感测和/或检测系统20设置在外壳周围或者至少设置在割草机的前部和后部,用于在割草机操作期间检测正在被割草的草地和地面的条件,如结合图7详细描述。
30.图1a是本发明基本实施例的割草机的透视图。外壳11仅是说明性的,并且它可被设计成任何形状,只要适于容纳割草机的部件并且是任何种类或风格的工业设计。优选地,它可以在一个外壳11中包括两个隔间11a和11b,其中一个隔间11a用于切割工具15,另一个隔间11b用于其他主要部件,例如动力源16、一个或多个控制单元18。两个隔间11a和11b也可以是可分离的,用于切割工具15的隔间11a设置在割草机的前部,并且可以相对于另一个隔间11b上下移动,从而允许切割工具15相对于地面或草坪的竖直高度调节。底盘或基板9是用于安装部件的承载平台,并且用作或配合到外壳11的底部,并且考虑到结构稳定性、强度和/或耐用性来设计底盘9以支撑和保持其上的那些部件。外壳11具有上部8,其由任何合适且耐用的材料形成,并且至少为容纳在其中的部件提供保护。
31.图1b和1c分别示出了本发明的割草机的前视图和俯视图。图1b示出了两组切割工具15或两个切割组件14,它们安装在割草机底盘9前部的隔间11a中,如沿向前移动方向限定;并且移动轮13通过合适的安装结构或悬挂机构19沿着外壳11的另一隔间11b的侧面连接到外壳11的底盘或基板9,如沿向前移动方向看到。如图1c所示,一些附加特征可以包括操作按钮7、天线6、wifi 5或蓝牙4、任何其他可用的无线连接或通信设备3以及用于监视或监控相机2的观察窗或透明窗,它们是说明性的和可选的,因为它们也可以设置在外壳11的任何部分。
32.图2a大致示出了根据本发明基本实施例的割草机的那些主要部件的可能布置。可以有一组或两组独立的可再充电电池17,其中一组或一部分用于操作切割组件14,或者更确切地说,为切割工具15的一个或多个马达21提供动力,其中另一组用于为移动组件12的移动轮13的马达31提供动力。然而,可以只有一组或一排可再充电电池用于给切割组件14和驱动或移动组件12供电。切割组件14的马达或每个马达21将在控制板或控制单元18的控制下以期望的速度或在期望的速度范围内旋转或转动切割工具15,以便根据草坪的预定图案或来自感测或检测系统20的草和地面条件的任何反馈而响应于控制信号来切割或割草。图2a中示出了操作控制板或单元18,但可以有两个或更多个控制板或单元等,取决于割草机各种操作的必要功能。也就是说,控制单元18可以只是被设计成控制所有功能的执行的一个部分或部件,或者可以是控制切割或割草组件14和移动组件12的相应功能的执行的两个或更多个部分或部件。
33.图2b和2c分别示出了割草机10的那些部件是如何安装在本发明的机器人割草机的底盘或基板9上的。同样,底盘或基板9上的部件的布置或隔间是可能选项的示例。其连接是通过布线或者一个或多个电路板电连接的,这些电路板可用于其他合适的设计。
34.图3a示出了根据本发明的切削工具15或切削组件14的示例的安装。在图3a中示出了两组切割工具15,并且相应的马达组件21a和21b或马达组件箱#通过底盘的两个相应开口中的每个安装,如图2b所示。切割工具15包括支撑盘15a,其与马达组件21a或21b中的马达21的轴22中心地或同轴地连接,并且如图所示,切割工具15呈均匀地围绕支撑盘15a分配的八根绞合索或线的形式。每根绞合索或线15由半刚性和半柔性材料制成,例如不锈钢,或通常足够耐用和坚固的任何材料,以在切割工具15相对高的转速下承受草等的冲击,从而切割草。与割草机的传统刀片相比,本发明的切割工具或切割器15不具有非常锋利的刀刃,但仍可以有效地切割草。尽管如此,具有锋利刀刃的任何传统刀片也可以是一组可选的或可更换的切割工具,尤其是对于大面积的草坪,例如足球场或高尔夫球场。此外,切割工具的绞合索或线的其他替代物可以是不锈钢或类似材料的短杆,其足够耐用和坚固,以在以一种或多种相对高速度转动时承受草的冲击。每个杆的横截面可以是方形、三角形或甚至矩形,或者是其绞合的。同样,不需要像传统割草机的刀片那样有非常锋利的刀刃。
35.半刚性和半柔性材料还具有直接接触固体或坚硬物质,例如墙壁、栅栏等,而不破坏它们的优点。这将是有利的并显著提高割草效率。割草机的传统类型的具有锋利刀刃的刀片通常会在割草机和坚硬物质之间的某些区域留下不可切割的草,并且可能需要计时器来完成完整的割草工作。
36.图3b至3e分别示出了本发明的切割工具15的替代示例。如图所示,切割工具15可以是简单的单根或两根索或杆,也可以是三根、四根、五根、六根或甚至更多根,它们通常围绕通常为圆形的支撑盘15a的周边均匀分布。然而,可以理解的是,支撑盘15a可以是任何其他形式,只要它可以均匀地支撑杆或绞合索或线等,使得它们可以相对于盘15a的中心旋转,与马达21的轴22同轴。
37.图4a示出了本发明的移动组件12的一个移动轮13的安装的更多细节。移动轮13通过马达组件31a和悬挂机构19连接或安装在割草机10的外壳11的底盘9上。马达组件31a在箱中示出,其中容纳有驱动马达31,并且马达具有在其一端与轮13同轴连接的轴32,并且马达31通过布线电连接到控制板或单元18和可再充电电池(未示出)。响应于草或地面的任何条件,马达31将在控制单元18的控制下沿期望的方向驱动轮13,控制单元18产生控制信号以操作马达31。控制单元18的操作将在下文中讨论。
38.图4b和4c进一步示出了用于本发明的移动轮13的驱动马达31的马达组件31a。在马达组件或容纳箱31a的内部,安装有驱动马达31及其相关附件,并且具有各种连接布线以电连接到控制单元18(图4b和4c中未示出);并且在马达31a的容纳箱上,支撑件33延伸(如图4a至4c所示),远离该盒突出,该支撑件用作直接或通过悬挂机构19与底盘连接的基础件。可以理解,用于切割工具15的马达组件21a可以与移动轮13的马达组件31a相似,因此,省略了对切割工具15的马达组件21a的描述。然而,可以采用马达组件31a的其他可能的形式或布置,只要它们独立地和协作地操作。
39.不管用于移动轮13的马达组件31a的任何可能的布置,本发明的一个重要特征是这些移动轮13能够在转动或不转动割草机10的前部或头部的情况下在任何或所有方向上移动割草机10,并且这些轮可以是如图4a所示的在本发明的这个基本实施例中采用的麦克纳姆轮或如图8a至8c所示的全方位轮。在控制下的移动轮13的移动的细节将在下文中描述。
40.对于割草机10的移动轮13在向前和/或向后以及向左和/或向右的任何一个方向上的移动,可以在图4d至4g中看到或示出移动轮的期望能力。采用这种麦克纳姆轮可以满足上述运动的要求。同样容易理解的是,割草机在向前和/或向后方向上的运动将需要所有四个轮13或13a至13d在相同方向上移动或被驱动移动,如图4d和4e所示。当割草机10在地面上的草上移动时,切割组件14或切割工具15可以保持旋转以切割草。割草机10沿向左方向的运动将分别要求左侧的两个轮13a、13c朝向彼此移动或旋转,而右侧的两个轮13b、13d远离彼此移动或旋转,如箭头所示。同样,割草机10在向右方向上的运动将分别要求右侧的两个轮13b、13d朝向彼此移动或旋转,而左侧的两个轮13a、13c远离彼此移动或旋转,如图4f和4g中的箭头所示。
41.图4h和4j分别示出了机器人割草机10在稍微对角地向后倾斜的方向上的运动,如窄线所示。如果割草机10的运动稍微向左和向后,则四个轮中的两个即对角地位于每一侧的左前轮13a和右后轮13d在相同的方向上向后移动或旋转,而对角地定位的另外两个轮13b、13c不旋转,如图4h所示。如果割草机10的运动稍微向右和向后,则四个轮中的两个即对角地定位在每一侧的右前轮13b和左后轮13c在相同的方向上向后移动或旋转,而对角地定位的另外两个轮13a、13d不旋转,如图4j所示。此外,不同的驱动力可以施加到两个旋转轮上,使得机器人割草机10将在任何期望的对角线方向上向后移动。割草机10的所有运动都将受到控制单元18的控制。
42.类似地,图4k和4m分别示出了割草机10在稍微对角地向前方向上的期望运动。也就是说,如果希望割草机稍微向左和向前移动,四个轮中的两个即对角地位于每一侧的左后轮13c和右前轮13b在相同的方向上向前移动或旋转,而对角地定位的另外两个轮13a、13d不旋转,如图4k所示;如果割草机10需要稍微向右和向前移动,则四个轮中的两个即对角地位于每一侧的右后轮13d和左前轮13a在相同的方向上向前移动或旋转,而对角地定位的另外两个轮13b、13c不旋转,如图4m所示。同样,不同的驱动力可以施加到两个轮上,使得割草机可以在任何期望的对角线方向上移动。
43.如上所述,本发明的割草机10可以在不转动割草机的头部或前部的情况下在沿任何期望的方向移动的同时保持割草。有时,仍需要转动割草机10的头部或前部,使得安装在割草机10前部的切割工具15可以切割草坪边缘的草。如图4n所示,可以通过使右侧的两个轮13b、13d向后移动或旋转,而使左侧的两个轮13a、13c向前移动或旋转来执行右转,如箭头所示。类似地,可以通过使左侧的两个轮13a、13c向后移动或旋转,而使右侧的两个轮13b、13d向前移动或旋转来执行左转,如箭头所示。因此,可以理解,本发明的割草机可以在整块草坪上甚至靠近草坪边缘的地方割草或切割,而不需要使用三聚体。
44.图5示出了本发明的机器人割草机的一个或多个控制单元18的框图。控制单元18是割草机10的操作系统,并且控制单元18或操作系统至少包括cpu、ram、rom,用于存储和处理关于需要分别操作切割工具和移动轮的马达的各种操作模式的操作程序和信号。基本的和/或预定的操作模式作为操作程序被预先安装,并且当利用接收到的或检索到的这块草坪的草坪轮廓数据来确定特定块草坪时,将被选择来操作马达。控制单元18还包括各种通信装置,例如wi-fi、蓝牙和4g/5g模块,这些通信装置与远程数据库或控制中心(未示出)建立无线通信和/或远程通信,并且向远程数据库和控制中心发送控制需求信号并从其接收草坪轮廓数据,以确定适当的操作并调节关于该特定块草坪的操作模式。也就是说,结合控
制单元提供传感器或相机,以便提供草条件的实时信息,并响应于此而调节检索到的一个或多个操作模式。然后,cpu将向切割工具和/或移动轮的相应马达发出并发送操作信号。
45.图6示出了本发明的机器人割草机的操作或控制的流程图。在机器人割草机开始割草工作之前,割草机的控制单元或操作系统将首先验证许多事情,如图6所示,这些事情包括要割草的草坪是否是合适的或正确的、正确的日期、授权的用户以及割草机的条件等。在正确检查并验证一切之后,机器人割草机开始根据特定的草坪轮廓数据和一个或多个期望的或预定的割草机操作模式工作。草坪轮廓数据非常详细地描述了特定块草坪。一个或多个操作模式将被检索并发送到cpu,以在控制下开始马达的操作。也就是说,机器人割草机准备好执行特定草坪的所有区域的割草工作。机器人割草机将首先使用这些数据来为要修剪的草坪区域生成修剪计划,并检查动力源是否足以修剪特定草坪。如果一切都检查正常,机器人割草机开始按照割草计划的指导和控制进行割草工作。如果检测到或发现任何意外的障碍,机器人割草机将启动避障程序来响应和处理这种情况。一旦障碍被克服,割草机然后将继续完成草坪的一个或多个特定区域的工作,如预定的操作模式或预定的割草计划所指示。它将对每个剩余区域重复该程序,直到所有区域都完成,即完成割草工作。
46.图7示意性地示出了本发明的感测和/或检测系统20的布置,示出了感测和检测系统20的各个部分的安装。它至少包括作为控制单元18的操作系统40的一部分的基本子系统45和ai系统46、前双目相机41、激光测距雷达42、后或后部相机43和一对超声波测距传感器44以及监视相机47和防掉落传感器48,每个传感器都靠近每个移动轮13。一旦割草机10在验证和检查了如上所述的各种条件之后开始如修剪计划所引导和启动的那样工作,激光测距雷达42、前双目相机41、后相机43、超声波测距传感器44、监视相机47和防掉落传感器48就开始工作。当割草机10继续在特定块草坪上进行割草工作时,所有的激光测距雷达42、前双目相机41、后相机43、超声波测距传感器44和防掉落传感器48以及监视相机47将向操作系统40的ai子系统46发送草坪的实时或实际条件;并且ai子系统46向基本子系统45产生表示实际条件或障碍的信号,如果这样检测的话,指示任何调节操作或避开任何障碍;然后基本子系统45将向切割工具15和/或移动轮13的相应马达21、31发送调节信号。之后,割草机10将基于剩余的割草计划继续割草工作,以完成该工作。感测和检测系统20的所有部分都需要动力源,并且它可以是单独的动力源,或者它可以是用于切割工具15和/或移动轮13的操作的相同的一个或多个动力源。
47.图8a、8b和8c分别示出了本发明的移动轮(即全方位轮)的替代实施例的不同视图。它们仅仅示出了这种轮的细节,包括沿着每个轮的每一侧均匀分配的可旋转块,即每个轮具有两个平行的侧部。图8a示出了轮的内侧,即面向壳体,图8b示出了轮的外侧。图8c示出了车轮的侧视图。每个可旋转块可以基于安装和连接在轮的每个平行侧部上的轴承旋转,如图8c所示,可旋转块容纳和安装在轮侧部的凹槽中。因此,旋转块可以相对于轮的旋转稍微水平或垂直地移动。也就是说,可旋转块将根据需要和控制进行旋转,以完成如上所述的运动,如图4d至4g、图4h和4j、图4k和4m以及图4n和4p所示。因此,割草机可以在控制单元的控制下和/或在为操作数据选择或重试的割草计划的引导下在所有方向上移动或转弯。
48.图9示出了作为本发明割草机主要部件的可再充电电池或动力源以及控制板的替代布置。它包括两组电池或两个动力源,而不是图2a至2c中的一组电池或动力源。与图2a至
2c中的主要部件的布置相比,这仅仅表明,考虑到部件或零件的特定设计或其适于或适合割草机的任何期望外形的期望布置,以及考虑到割草机的容量而设计的需要多少可再充电电池或动力源,割草机的所有部件的布置应该是平衡和方便的。在任何情况下,动力源或可再充电电池是机器人割草机中最重的,并且占据更多的空间。
再多了解一些

本文用于企业家、创业者技术爱好者查询,结果仅供参考。

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