專利名稱：自動草坪割草機及其控制系統和方法
技術領域：
本發明涉及自動草坪割草機，具體涉及自動草坪割草機及其控制系統和方法。
背景技術：
目前，大多數的自動草坪割草機均不能主動識別草叢的分布及其高度狀態，只能按預設固定的行走路徑和程序進行工作。例如中國發明專利CN101100058公開的智能割草機器人(專利號200610088279. 9)和中國發明專利CN101135911公開的ー種割草機器人智能控制系統(專利號200710071373. 8)，這類自動草坪割草機在啟動后，割草馬達在啟動后一直保持通電工作狀態，這樣一來，當地面上的草叢出現散亂分布的狀態時，刀片和割草馬達空轉的情況就會高頻率地發生，從而極大地浪費了有限的電池電能，降低了工作效率。此夕卜，也有一些自動草坪割草機的控制系統嘗試通過完善預設的固定行走路徑來提高割草效 率，如專利中國發明專利CN101828464A公開了ー種平行運動的智能割草機器人及平行運動的控制方法(專利號201010178886. 0)，這種自動控制系統包含了ー套左右輪轉速監測裝置，它嘗試通過讓機器精確地按預設的平行行走路徑走來提高工作效率，減少重復現象的發生，但是，這種控制系統沒有考慮到實際復雜的草地工作環境，尤其對于家庭庭院草坪來講，每家每戶的草坪形狀各不相同，而且家庭庭院草地上還會有諸多障礙物，例如樹木，涼亭，泳池等等，在這種復雜的環境下，預設的一成不變的行走路徑規劃是不可能做到全區域覆蓋的；還有的自動草坪割草機包含有感知馬達轉速高低或電流大小的感應裝置，這種設計試圖通過割草馬達的轉速或電流大小的變化來判斷當前有沒有待割的草叢，進而采取相應的控制策略來提高工作效率，例如定點螺旋線展開路徑，但這種自動控制系統的不足之處在于其割草馬達要一直處于通電狀態，同樣地，隨著割草進程的推迸，當地面上的草叢變得分散和零星分布時，割草馬達和刀片出現空轉的情況會越來越多的發生，從而浪費了有限的電池電能。由此可見，現有的自動草坪割草機均存在有割草馬達空轉的現象，從而降低了エ作效率。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是解決自動草坪割草機工作效率低的問題。為了解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是提供一種自動草坪割草機的控制系統，包括控制單元、感應板和多個電容式觸摸感應芯片，所述感應板環繞自動草坪割草機的割草刀盤的外圓周面設置，所述感應板的前部沿周向設有多個感應區，所述多個電容式觸摸感應芯片與所述感應區一一對應設置，所述電容式觸摸感應芯片的感應電容輸入接ロ分別連接至所述感應區，所述控制単元根據相應電容式觸摸感應芯片的感應信號控制自動草坪割草機的走向及割草馬達的啟動或停止。在上述控制系統中，所述感應板為柔性非金屬板，沿所述感應板的內表面的周向間隔設置有多塊金屬板。
在上述控制系統中，所述 感應板為柔性非金屬板，沿所述感應板的內表面的周向間隔涂覆有多塊金屬涂層。在上述控制系統中，所述感應區為四個，依次分為左、左前、右前、右感應區。本發明還提供了ー種具有上述控制系統的自動草坪割草機。本發明還提供了一種自動草坪割草機的控制方法，通過環繞在自動草坪割草機的割草刀盤的前部外圓周表面上的不同感應區感知草叢的分布和高度，并控制自動草坪割草機的走向及割草馬達的啟動或停止。在上述方法中，所述感應區為四個，沿半圓弧形間隔布置在自動草坪割草機的割草刀盤的前半部。在上述方法中，四個所述感應區依次分為左、左前、右前、右感應區；
當四個感應區均未感應到草叢接觸信號時，發出關閉割草馬達控制信號；
當左前、右前感應區感應到草叢接觸信號，而左、右感應區未感應到草叢接觸信號吋，發出直行控制信號，同時發出啟動割草馬達控制信號；
當左、左前感應區感應到草叢接觸信號，而右前、右感應區未感應到草叢接觸信號吋，發出左轉控制信號，同時發出啟動割草馬達控制信號；
當左、左前感應區未感應到草叢接觸信號，而右前、右感應區感應到草叢接觸信號吋，發出右轉控制信號，同時發出啟動割草馬達控制信號。在上述方法中，當四個感應區中的任兩個不相鄰的感應區感應到草叢接觸信號，而其他兩個感應區未感應區感應到草叢接觸信號時，發出自動草坪割草機隨機行走的控制信號。本發明，通過圍繞在自動草坪割草機的割草刀盤前部的不同感應區感知草叢的分布和高度，并控制左右驅動馬達和割草馬達進行工作，從而提高自動草坪割草機的工作效率。


圖I為本發明提供的自動草坪割草機的控制系統示意 圖2為本發明中感應區的布置示意圖。
具體實施例方式本發明的核心在于提供一種自動草坪割草機，通過圍繞在自動草坪割草機的割草刀盤前部的不同感應區感知草叢的分布和高度，當自動草坪割草機啟動后，寫有特定的自動控制程序的控制單元根據相應感應區的感應信號控制左右驅動馬達和割草馬達進行エ作。例如，當感應區沒有感應到感應信號吋，則認為該感應區的前方沒有待切割的草叢，于是，控制単元發出控制信號使割草馬達停止轉動，以節省電能，同時，控制左右驅動馬達使自動草坪割草機按特定的行走規劃行進，例如進行轉向近而尋找待切割的草叢；當感應區感應到感應信號吋，則認為該感應區的前方有待切割的草叢，此時控制單元啟動割草馬達，實現割草工作，同時控制左右驅動馬達按照特定的行走路徑進行割草。本發明中，自動草坪割草機的控制系統還包括多個狀態傳感器，例如圈定工作區域的電磁信號感應器和感知行進路線上障礙物的接近傳感器等等，通過這些傳感器的組合，自動草坪割草機能隨時感知當前所處的環境，從而執行相適應的控制策略，順利地執行割草任務。這些狀態傳感器以及控制原理為本領域的公知技術，在此不再贅述。下面結合附圖對本發明作出詳細的說明。如圖I所示，本發明提供的自動草坪割草機的控制系統包括控制單元10、感應板20和多個電容式觸摸感應芯片30。再參見圖2，感應板20環繞自動草坪割草機的割草刀盤40的外圓周面設置，感應板20的前部沿周向設有多個感應區，本具體實施例中，感應區一共有四個，依次分為左、左前、右前、右感應區21、22、23、24，同樣地，電容式觸摸感應芯片30也一共有四個。四個電容式觸摸感應芯片30的感應電容輸入接ロ分別——對應地連接至四個感應區21、22、23、24，控制單元10根據相應電容式觸摸感應芯片的感應信號控制自動草坪割 草機的走向及割草馬達的啟動或停止。具體地說，控制単元10發出相應的控制信號，控制割草馬達的啟動或停止，以及控制左右驅動馬達實現自動草坪割草機的行走方向。感應板20可以采用以下兩種方式實現。(I)沿感應板20的內表面周向間隔設置四塊金屬板。( 2 )沿感應板20的內表面周向間隔涂覆四塊金屬涂層，金屬涂層可以是導電膠。在此基礎上，本發明還提供了包含有上述控制系統的自動草坪割草機。本發明還提供了一種自動草坪割草機的控制方法，通過圍繞在自動草坪割草機的割草刀盤前部的不同感應區感知草叢的分布和高度，并控制自動草坪割草機的走向及割草馬達的啟動或停止。當有草叢接觸到割草刀盤的外表面時，電容式接觸感應芯片感應到這種接觸狀態并輸出相應的感應信號，控制單元根據相應的感應信號來判斷當前割草刀盤前方的草地上有沒有待切割的草叢，從而選擇相應的高效行走路徑和控制策略來提高割草效率和電源的有效利用，當電容式接觸感應芯片輸出的感應信號S= “O”吋，控制單元判斷出當前割草刀盤前方的草地上沒有待切割的草叢，于是控制単元發出控制信號關閉割草馬達，以節省電能，同時控制左右驅動馬達按照相應的行走路徑和控制策略工作，盡快找到需要進行割草得草叢；當電容式接觸感應芯片輸出的感應信號S= “I”時，說明當前割草刀盤前方的草地上有待切割的草叢，進而啟動割草馬達進行割草，同時控制左右驅動馬達按相應的行走路徑和控制策略工作。電容式觸摸感應芯片的型號為ST01B，本發明的工作原理如下
感應板20上的感應區21、22、23和24分別作為各個電容式觸摸感應芯片的檢測電極，草地上生長著的草叢體內存在大量的水份，而水又是較好的導電介質，因此，當沒有草叢接觸到檢測電極時，檢測電極具有ー個固定寄生電容Cl，當草叢接觸到檢測電極時，產生了新的寄生電容C2，從而改變了固定寄生電容Cl的電容大小，電容式觸摸感應芯片通過固定寄生電容Cl的變化就可以判斷出草叢的接觸狀態，從而發出相應的控制信號，控制割草馬達和左右驅動馬達。當相應的感應區接觸到草叢時，輸出感應信號S = 1，當感應區沒有接觸到草叢時，輸出感應信號S = 0，這樣，四個感應區的組合感應信號SZ共有16種數字狀態，具體如下
組合感應信號SZ對應的草叢狀態(0000)草叢高度低于刀片離地高度，無需切割
(1111)草叢高度高于刀片離地高度，需切割；
(1110)前方及左側草叢高度高于刀片離地高度，需切割；
(1100)前方及左側草叢高于刀片離地高度，需切割；
(1000)左邊草叢高于刀片離地高度，需切割；
(0111)前方及右側草叢高于刀片離地高度，需切割；
(0011)前方及右側草叢高于刀片離地高度，需切割；
(0001)右邊草叢高于刀片離地高度，需切割；
(1010)前方有待割草叢，分布零散；
(1011)前方有待割草叢，分布零散；
(1001)前方有待割草叢，分布零散；
(0101)前方有待割草叢，分布零散；
(0100)前方有待割草叢，分布零散；
(0110)前方有待割草叢，分布零散；
(0010)前方有待割草叢，分布零散；
(1101)前方有待割草叢，分布零散。根據上述的組合感應信號SZ，控制單元判斷割草刀盤前方的左側和右側有沒有待切割的草叢，進而采取高效方式進行割草工作，沿著已割和未割草叢的結合帶行走行進割草。當自動草坪割草機剛開始在草地上工作時，此時我們可以認定草地上的草叢是成片的且是等高地生長，在這種認定前提下，上述組合感應信號SZ列表中的后8種狀態出現的概率非常小，暫不予以考慮，那就只剩下前8種狀態。再深入的分析，除了 1111和0000タト，其它6種狀態其實是左右対稱的，具體對應的是自動草坪割草機的左邊或右邊有待切割的草叢，在這里，我們設定組合感應信號SZ的行走路徑是沿著已割未割的結合帶自外向里順時針行迸，在這個設定下，結合上述認定的成片且等高分布的草叢，組合感應信號SZ行進方向的右邊會有大量待割草叢，而左邊可以認定是沒有待切割的草叢，這樣我們需要考慮的狀態就只剩下了 1111，0000,0111,0011,0001這五種。當自動草坪割草機處于已割和未割草叢的結合帶上時，組合感應信號SZ可能的狀態是三種，即0111，0011，0001，處于最佳割草狀態的應該是0111，此時刀片的大部分和草叢接觸，其割草效率最高，也就是說，在上述一系列認定的前提下，實現沿著已割和未割草叢結合行進割草的控制策略就是讓組合感應信號SZ保持0111這種狀態，根據這個分析結果，沿著已割未割草叢結合帶行進割草的控制方法就是當組合感應信號SZ=Olll時，保持直行；當組合感應信號SZ=Illl吋，自動草坪割草機左轉；當組合感應信號SZ=OOll吋，自動草坪割草機右轉。當大量的草叢長時間與感應區處于接觸狀態時，這時電容式接觸感應芯片就很難再識別這種接觸狀態。本發明的解決的辦法是當組合感應信號SZ=Olll時，讓組合感應信號SZ在0111和0011之間頻繁的跳轉，也就是說當組合感應信號SZ=Olll且時間大于5秒吋，自動草坪割草機左轉，小于5秒直行；當組合感應信號SZ=OOll吋，自動草坪割草機右轉。同樣地，當保持S=Olll和0011 —定時間后，右感應區由于和草叢長時間接觸，其感應信號可能翻轉為0，此時可以忽略這個變化，也就是說當自動草坪割草機在執行上述的控制策略一定時間后，可以忽略最后兩位數字信號的狀態，即只需要考慮前兩位的信號變化即(01XX), (OOXX)就可以。總之，當四個感應區均未感應到草叢接觸信號時，控制單元發出關閉割草馬達控制信號，并控制自動草坪割草機繼續前行，尋找待割草叢；
當左前、右前感應區感應到草叢接觸信號，而左、右感應區未感應到草叢接觸信號吋，發出直行控制信號，同時發出啟動割草馬達控制信號；
當左、左前感應區感應到草叢接觸信號，而右前、右感應區未感應到草叢接觸信號吋，發出左轉控制信號，同時發出啟動割草馬達控制信號；
當左、左前感應區未感應到草叢接觸信號，而右前、右感應區感應到草叢接觸信號吋，發出右轉控制信號，同時發出啟動割草馬達控制信號。當四個感應區中的任兩個不相鄰的感應區感應到草叢接觸信號，而其他兩個感應區未感應區感應到草叢接觸信號時，發出隨時走行控制信號。 本發明不局限于上述最佳實施方式，任何人應該得知在本發明的啟示下作出的結構變化，凡是與本發明具有相同或相近的技術方案，均落入本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.自動草坪割草機的控制系統，包括控制單元，其特征在于，還包括 感應板，環繞自動草坪割草機的割草刀盤的外圓周面設置，所述感應板的前部沿周向設有多個感應區； 多個電容式觸摸感應芯片，與所述感應區一一對應設置，所述電容式觸摸感應芯片的感應電容輸入接ロ分別連接至所述感應區，所述控制單元根據相應電容式觸摸感應芯片的感應信號控制自動草坪割草機的走向及割草馬達的啟動或停止。
2.如權利要求I所述的自動草坪割草機的控制系統，其特征在于，所述感應板為柔性 非金屬板，沿所述感應板的內表面的周向間隔設置有多塊金屬板。
3.如權利要求I所述的自動草坪割草機的控制系統，其特征在于，所述感應板為柔性非金屬板，沿所述感應板的內表面的周向間隔涂覆有多塊金屬涂層。
4.如權利要求I所述的自動草坪割草機的控制系統，其特征在于，所述感應區為四個，依次分為左、左前、右前、右感應區。
5.自動草坪割草機，其特征在于，包括如權利要求I至4項任ー項所述的控制系統。
6.自動草坪割草機的控制方法，其特征在于，通過環繞在自動草坪割草機的割草刀盤的前部外圓周表面上的不同感應區感知草叢的分布和高度，并控制自動草坪割草機的走向及割草馬達的啟動或停止。
7.如權利要求6所述的自動草坪割草機的控制方法，其特征在于，所述感應區為四個，沿半圓弧形間隔布置在自動草坪割草機的割草刀盤的前半部。
8.如權利要求7所述的自動草坪割草機的控制方法，其特征在干，四個所述感應區依次分為左、左前、右前、右感應區； 當四個感應區均未感應到草叢接觸信號時，發出關閉割草馬達的控制信號； 當左前、右前感應區感應到草叢接觸信號，而左、右感應區未感應到草叢接觸信號吋，發出直行控制信號，同時發出啟動割草馬達的控制信號； 當左、左前感應區感應到草叢接觸信號，而右前、右感應區未感應到草叢接觸信號吋，發出左轉控制信號，同時發出啟動割草馬達的控制信號； 當左、左前感應區未感應到草叢接觸信號，而右前、右感應區感應到草叢接觸信號吋，發出右轉控制信號，同時發出啟動割草馬達的控制信號。
9.如權利要求8所述的自動草坪割草機的控制方法，其特征在于，當四個感應區中的任兩個不相鄰的感應區感應到草叢接觸信號，而其他兩個感應區未感應區感應到草叢接觸信號時，發出自動草坪割草機隨機行走的控制信號。
全文摘要
本發明公開了一種自動草坪割草機及其控制系統和方法，控制系統包括控制單元、感應板和多個電容式觸摸感應芯片，所述感應板環繞自動草坪割草機的割草刀盤的外圓周面設置，所述感應板上沿周向設有多個感應區，所述多個電容式觸摸感應芯片與所述感應區一一對應設置，所述電容式觸摸感應芯片的感應電容輸入接口分別連接至所述感應區，所述控制單元根據相應電容式觸摸感應芯片的感應信號控制自動草坪割草機的走向及割草馬達的啟動或停止。本發明通過圍繞在自動草坪割草機的割草刀盤前部的不同感應區感知草叢的分布和高度，并控制左右驅動馬達和割草馬達進行工作，從而提高自動草坪割草機的工作效率。
文檔編號A01D69/02GK102640625SQ20121014613
公開日2012年8月22日 申請日期2012年5月11日 優先權日2012年5月11日
發明者林小冬 申請人:林小冬