專利名稱：智能割草機系統及割草方法
技術領域：
本發明涉及一種系統及方法，尤其是一種智能割草機系統及割草方法，具體地說是在邊界電子圍欄圈定的區域進行割草的系統及方法。
背景技術：
隨著城市建設的發展，人們環保認識的提高，城市綠化水平已成為衡量一個城市發展水平和人們生活質量的標準。近些年，城市廣場和生活小區的綠地日益增多，對于草坪的維護工作量日漸繁重，人們開始嘗試利用電子信息技術實現智能化割草的方法。各廠商紛紛推出了各自的智能割草機產品，并力求在控制成本的前提下，尋找更加安全，簡捷，高效的割草方法，為用戶提供更智能化的服務。傳統的按路線或隨機割草方式在真實的割草情況下顯得不夠靈活，導致其割草效率較低，割草機的使用壽命較短。另一方面，利用定位技術，使割草機系統建立區域地圖，進行路徑規劃和導航割草，可提高割草效率，但其開發難度打，成本較高，且其系統性能與定位精度和實時性密切相關。

發明內容
本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種智能割草機系統及割草方法，其自動化程度高，能在圈定區域內實現高效自主的智能化割草作業，適應范圍廣，安全
可靠。 按照本發明提供的技術方案，所述智能割草機系統，包括智能割草機，所述智能割草機內具有PWM調速能力及數據處理能力的控制平臺；所述智能割草機的外圈設有用于圈定智能割草機割草區域的邊界電子圍欄；智能割草機內包括位于智能割草機機身下方且并排安裝的若干割草電機，智能割草機上設有用于檢測每個割草電機工作電流的電流檢測裝置；智能割草機上安裝有檢測運行狀態的傳感檢測裝置，所述傳感檢測裝置包括電機轉速霍爾計數器、防碰撞開關及安裝于智能割草機兩側的電感檢測傳感器；所述電流檢測裝置及傳感檢測裝置內的電感檢測傳感器、防碰撞開關與電機轉速霍爾計數器均與控制平臺連接，控制平臺根據檢測輸入信號控制智能割草機在邊界電子圍欄確定的區域內進行所需的割草作業。所述邊界電子圍欄上設有用于與智能割草機對接充電的充電站。所述智能割草機內下方設有用于驅動割草作業的第一割草電機、第二割草電機及第三割草電機；所述電流檢測裝置包括用于檢測第一割草電機工作電流的第一電流傳感器、用于檢測第二割草電機工作電流的第二電流傳感器及用于檢測第三割草電機工作電流的第三電流傳感器。所述智能割草機兩側的電感檢測傳感器能檢測邊界電子圍欄，以作為智能割草機正常工作時的邊界限制；智能割草機的控制平臺利用電感檢測傳感器對邊界電子圍欄進行探測及循跡，以完成所需的邊界割草作業。所述智能割草機兩側的電感檢測傳感器能檢測邊界電子圍欄，以作為智能割草機正常工作時的邊界限制；智能割草機的控制平臺利用電感檢測傳感器對邊界電子圍欄進行探測及循跡，以完成所需的邊界割草作業及返回充電站進行充電。一種智能割草機系統的割草方法，所述割草方法包括如下步驟:
a、啟動智能割草機，并通過所述智能割草機兩側的電感檢測傳感器循跡邊界電子圍欄一周，以完成對邊界電子圍欄確定區域的邊界割草作業；
b、通過循跡邊界電子圍欄一周完成邊界割草后，所述智能割草機由邊界電子圍欄向內旋轉預設角度，通過電流檢測裝置檢測智能割草機內對應割草電機的運行狀態；當對應割草電機的工作電流增大時，則智能割草機找到未割草區域邊緣，并通過控制平臺調整智能割草機兩側驅動輪速度來調節運動位姿，使得并排安裝的割草電機有一側進行割草，另一側空載，智能割草機準備進入沿邊緣循跡環形收斂模式進行割草；當旋轉過程中未發現待割草區域時，則進入隨機直線模式進行尋找待割草區域；
C、在沿邊緣環形收斂割草模式下 ，智能割草機通過電流檢測裝置探測智能割草機內對應割草電機的當前狀態，并通過控制平臺反饋調節智能割草機兩側驅動輪速度，使得智能割草機進行連續循跡未割草區域邊緣；
d、在沿邊緣環形收斂割草模式下，智能割草機最終將割草至一個局部區域中心點，當所述智能割草機在所述局部區域中心點處旋轉一周且未割草后，則智能割草機進入隨機直線模式尋找其他未割草區域；
e、在沿邊緣環形收斂割草模式割草過程中，智能割草機遇到障礙物或通過電感檢測傳感器感應到邊界信號，則控制平臺控制智能割草機立即后退旋轉，然后反方向對未割草區域進行環形收斂割草；當在一定時間內多次探測到障礙物或邊界信號，則通過控制平臺調節進入隨機直線模式尋找其他未割草區域；
f、隨機直線模式下，智能割草機強制直線行走設定距離，通過防碰撞開關和電感檢測傳感器在劃定區域內進行隨機蔽障割草，并根據割草電機的電流檢測裝置尋找待割草區域；當割草電機的電流在短時間內連續超過閾值，則表明當前區域有草或草未割凈，智能割草機隨即進行旋轉，重復進入步驟b的割草狀態，使智能割草機的機身處于待割草區域邊緣，而后進入到沿邊緣環形收斂割草模式對該區域割草；
g、在隨機直線模式下，智能割草機如在連續一定時間內都未發現待割草區域，且該時間超過用戶設定的時間限制，則控制平臺控制智能割草機返回充電站。所述步驟a中，智能割草機的循跡方向與充電站在邊界電子圍欄的實際朝向對應。本發明的優點:智能割草機在邊界電子圍欄圈定的割草區域內，依靠割草電機的電流檢測裝置，尋找未割草區域，判斷未割草區域邊緣，并圍繞邊緣向未割草區域中心環形收斂割草，實現對區域內草坪的智能化割草；智能割草機通過計時連續未割到草的時間判斷是否已完成在劃定范圍內的割草任務，如超出設定時間或電量不足時則自動返回充電，該方法使得智能割草機在不借助其他定位技術的情況下，提高對區域內草坪的割草效率和全覆蓋水平，節省能耗，增強了智能割草機的自主性。


圖1為本發明的結構示意圖。
圖2為本發明進行割草時的示意圖。附圖標記說明:1_智能割草機、2-第一電流傳感器、3-第二電流傳感器、4-第三電流傳感器、5-第一割草電機、6-第二割草電機、7-第三割草電機、8-電感檢測傳感器、9-防碰撞開關、10-電機轉速霍爾計數器、11-邊界電子圍欄、12-充電站、13-第一定位點、14-第二定位點、15-局部區域中心點、16-選擇角度、17-待割草區域及18-障礙物。
具體實施例方式下面結合具體附圖和實施例對本發明作進一步說明。如圖1所示:為了能夠對割草區域進行高效自主的割草作業，本發明包括智能割草機I，所述智能割草機I內具有PWM (Pulse Width Modulation)調速能力及數據處理能力的控制平臺；所述智能割草機I的外圈設有用于圈定智能割草機I割草區域的邊界電子圍欄11 ;智能割草機I內包括位于智能割草機I機身下方且并排安裝的若干割草電機，智能割草機I上設有用于檢測每個割草電機工作電流的電流檢測裝置；智能割草機I上安裝有檢測運行狀態的傳感檢測裝置，所述傳感檢測裝置包括電機轉速霍爾計數器10、防碰撞開關9及安裝于智能割草機I兩側的電感檢測傳感器8 ;所述電流檢測裝置及傳感檢測裝置內的電感檢測傳感器8、防碰撞開關9與電機轉速霍爾計數器10均與控制平臺連接，控制平臺根據檢測輸入信號控制智能割草機I在邊界電子圍欄11確定的區域內進行所需的割草作業。所述邊界電子圍欄11上設有用于與智能割草機I對接充電的充電站12。具體地，本發明實施例中，所述智能割草機I內下方設有用于驅動割草作業的第一割草電機5、第二割草電機6及第三割草電機7 ;所述電流檢測裝置包括用于檢測第一割草電機5工作電流的第一電流傳感器2、用于檢測第二割草電機6工作電流的第二電流傳感器3及用于檢測第三割草電機7工作電流的第三電流傳感器4。所述智能割草機I兩側的電感檢測傳感器8能檢測邊界電子圍欄11，以作為智能割草機I正常工作時的邊界限制；智能割草機I的控制平臺利用電感檢測傳感器8對邊界電子圍欄11進行探測及循跡，以完成所需的邊界割草作業及返回充電站12進行充電。如圖1和圖2所示:本發明智能割草機系統的割草方法包括如下步驟:
a、啟動智能割草機I，并通過所述智能割草機I兩側的電感檢測傳感器8循跡邊界電子圍欄11 一周，以完成對邊界電子圍欄11確定區域的邊界割草作業；
其中，智能割草機I的循跡方向與充電站12在邊界電子圍欄11的實際朝向對應。b、通過循跡邊界電子圍欄11 一周完成邊界割草后，所述智能割草機I由邊界電子圍欄11向內旋轉預設角度，通過電流檢測裝置檢測智能割草機I內對應割草電機的運行狀態；當對應割草電機的工作電流增大時，則智能割草機I找到未割草區域邊緣，并通過控制平臺調整智能割草機I兩側驅動輪速度來調節運動位姿，使得并排安裝的割草電機有一側進行割草，另一側空載，智能割草機I準備進入沿邊緣循跡環形收斂模式進行割草；當旋轉過程中未發現待割草區域時，則進入隨機直線模式進行尋找待割草區域；
C、在沿邊緣環形收斂割草模式下， 智能割草機I通過電流檢測裝置探測智能割草機I內對應割草電機的當前狀態，并通過控制平臺反饋調節智能割草機I兩側驅動輪速度，使得智能割草機I進行連續循跡未割草區域邊緣；d、在沿邊緣環形收斂割草模式下，智能割草機I最終將割草至一個局部區域中心點，當所述智能割草機1在所述局部區域中心點處旋轉一周且未割草后，則智能割草機1進入隨機直線模式尋找其他未割草區域；
e、在沿邊緣環形收斂割草模式割草過程中，智能割草機1遇到障礙物18或通過電感檢測傳感器8感應到邊界信號，則控制平臺控制智能割草機1立即后退旋轉，然后反方向對未割草區域進行環形收斂割草；當在一定時間內多次探測到障礙物18或邊界信號，則通過控制平臺調節進入隨機直線模式尋找其他未割草區域；
f、隨機直線模式下，智能割草機I強制直線行走設定距離，通過防碰撞開關9和電感檢測傳感器8在劃定區域內進行隨機蔽障割草，并根據割草電機的電流檢測裝置尋找待割草區域；當割草電機的電流在短時間內連續超過閾值，則表明當前區域有草或草未割凈，智能害1]草機1隨即進行旋轉，重復進入步驟b的割草狀態，使智能割草機1的機身處于待割草區域邊緣，而后進入到沿邊緣環形收斂割草模式對該區域割草；
g、在隨機直線模式下，智能割草機I如在連續一定時間內都未發現待割草區域，且該時間超過用戶設定的時間限制，則控制平臺控制智能割草機I返回充電站。具體地,智能割草機1從充電站12啟動,或從劃定范圍內任意位置啟動直線行走至邊界電子圍欄11，通過智能割草機I兩側的電感檢測傳感器8循跡邊界電子圍欄11 一周，到達圖2中的第一定位點13處，以完成邊界割草，其實際充電站12的朝向使得循跡方向為逆時針。智能割草機I完成邊界割草后，由邊界向內旋轉所設角度，通過第一電流傳感器
2、第二電流傳感器3及第三電流傳感器4實時檢測智能割草機1內各割草電機運行情況，當割草電機電流增大時，表明智能割草機找到未割草區域邊緣，并開始通過調整兩側驅動輪速度來調節自身位姿，使得第三割草電機7進行割草，第一割草電機5空載，智能割草機1準備進入沿邊緣循跡環形收斂模式進行割草；如旋轉過程中未發現待割草區域，則進入隨機直線模式進行尋找。在沿邊緣環形收斂割草模式下，智能割草機I通過第一電流傳感器2、第二電流傳感器3及第三電流傳感器4探測其當前狀態，反饋調節兩側驅動輪速度，使得智能割草機1可以連續循跡未割草區域邊緣，理想情況下，安裝在機身中間的割草電機6大部分時間處于割草狀態，如圖2中第二定位點14處。在沿邊緣環形收斂割草模式下，智能割草機最終將割草至一個局部區域中心點15，當智能割草機I在該點處旋轉一周且未割草后，則認為完成在該局部的割草任務，進入隨機直線模式尋找其他未割草區域。所述隨機直線模式為智能割草機I在任意方向上直線運行，邊緣環形收斂割草模式為控制平臺控制智能割草機I沿環形運動割草，其中，環形運動的區域范圍可以預先根據需要進行設定。在沿邊緣環形收斂割草模式割草過程中，智能割草機1如遇到障礙物18或感應到邊界信號，則立即后退旋轉，旋轉角度16可以預先設定，然后反方向對未割草區域進行環形收斂割草。如在一定時間內多次探測到障礙物或邊界信號，則進入隨機直線模式尋找其他未割草區域。隨機直線模式下，智能割草機1強制直線行走設定距離，通過防碰撞開關9和電感檢測傳感器8在劃定區域內進行隨機蔽障割草，并利用第一電流傳感器2、第二電流傳感器3及第三電流傳感器4尋找待割草區域17;如果割草電機電流在短時間內連續超過閾值，則表明當前區域有草或草未割凈，如圖2中待割草區域17處，智能割草機I隨即進行旋轉，使機身處于待割草區域17的邊緣，而后進入到沿邊緣環形收斂割草模式對該區域割草。
在隨機直線模式下，智能割草機I如在連續一定時間內都未發現待割草區域，即不再切換到沿邊緣環形收斂割草模式，且該時間超過用戶設定的時間限制，則認為邊界內割草任務已完成，自動循跡返回充電站12。
權利要求
1.一種智能割草機系統，包括智能割草機(1)，所述智能割草機(I)內具有PWM調速能力及數據處理能力的控制平臺；其特征是:所述智能割草機(I)的外圈設有用于圈定智能割草機(I)割草區域的邊界電子圍欄(11);智能割草機(I)內包括位于智能割草機(I)機身下方且并排安裝的若干割草電機，智能割草機(I)上設有用于檢測每個割草電機工作電流的電流檢測裝置；智能割草機(I)上安裝有檢測運行狀態的傳感檢測裝置，所述傳感檢測裝置包括電機轉速霍爾計數器(10)、防碰撞開關(9)及安裝于智能割草機(I)兩側的電感檢測傳感器(8);所述電流檢測裝置及傳感檢測裝置內的電感檢測傳感器(8)、防碰撞開關(9)與電機轉速霍爾計數器(10)均與控制平臺連接，控制平臺根據檢測輸入信號控制智能割草機(I)在邊界電子圍欄(11)確定的區域內進行所需的割草作業。
2.根據權利要求1所述的智能割草機系統，其特征是:所述邊界電子圍欄(11)上設有用于與智能割草機(I)對接充電的充電站(12)。
3.根據權利要求1所述的智能割草機系統，其特征是:所述智能割草機(I)內下方設有用于驅動割草作業的第一割草電機(5)、第二割草電機(6)及第三割草電機(7);所述電流檢測裝置包括用于檢測第一割草電機(5)工作電流的第一電流傳感器(2)、用于檢測第二割草電機(6)工作電流的第二電流傳感器(3)及用于檢測第三割草電機(7)工作電流的第三電流傳感器(4)。
4.根據權利要求1所述的智能割草機系統，其特征是:所述智能割草機(I)兩側的電感檢測傳感器(8)能檢測邊界電子圍欄(11)，以作為智能割草機(I)正常工作時的邊界限制；智能割草機(I)的控制平臺利用電感檢測傳感器(8)對邊界電子圍欄(11)進行探測及循跡，以完成所需的邊界割草作業。
5.根據權利要求2所述 的智能割草機系統，其特征是:所述智能割草機(I)兩側的電感檢測傳感器(8)能檢測邊界電子圍欄(11)，以作為智能割草機(I)正常工作時的邊界限制；智能割草機(I)的控制平臺利用電感檢測傳感器(8)對邊界電子圍欄(11)進行探測及循跡，以完成所需的邊界割草作業及返回充電站(12)進行充電。
6.一種智能割草機系統的割草方法，其特征是，所述割草方法包括如下步驟: U)、啟動智能割草機(1)，并通過所述智能割草機(I)兩側的電感檢測傳感器(8)循跡邊界電子圍欄(11) 一周，以完成對邊界電子圍欄(11)確定區域的邊界割草作業； (b)、通過循跡邊界電子圍欄(11) 一周完成邊界割草后，所述智能割草機(I)由邊界電子圍欄(11)向內旋轉預設角度，通過電流檢測裝置檢測智能割草機(I)內對應割草電機的運行狀態；當對應割草電機的工作電流增大時，則智能割草機(I)找到未割草區域邊緣，并通過控制平臺調整智能割草機(I)兩側驅動輪速度來調節運動位姿，使得并排安裝的割草電機有一側進行割草，另一側空載，智能割草機(I)準備進入沿邊緣循跡環形收斂模式進行割草；當旋轉過程中未發現待割草區域時，則進入隨機直線模式進行尋找待割草區域； (C)、在沿邊緣環形收斂割草模式下，智能割草機(I)通過電流檢測裝置探測智能割草機(I)內對應割草電機的當前狀態，并通過控制平臺反饋調節智能割草機(I)兩側驅動輪速度，使得智能割草機(I)進行連續循跡未割草區域邊緣； (d)、在沿邊緣環形收斂割草模式下，智能割草機(I)最終將割草至一個局部區域中心點，當所述智能割草機(I)在所述局部區域中心點處旋轉一周且未割草后，則智能割草機(I)進入隨機直線模式尋找其他未割草區域；(e)、在沿邊緣環形收斂割草模式割草過程中，智能割草機(1)遇到障礙物(18)或通過電感檢測傳感器(8)感應到邊界信號，則控制平臺控制智能割草機(1)立即后退旋轉，然后反方向對未割草區域進行環形收斂割草；當在一定時間內多次探測到障礙物(18)或邊界信號，則通過控制平臺調節進入隨機直線模式尋找其他未割草區域； (f)、隨機直線模式下，智能割草機(1)強制直線行走設定距離，通過防碰撞開關(9)和電感檢測傳感器(8)在劃定區域內進行隨機蔽障割草，并根據割草電機的電流檢測裝置尋找待割草區域；當割草電機的電流在短時間內連續超過閾值，則表明當前區域有草或草未割凈，智能割草機(1)隨即進行旋轉，重復進入步驟(b)的割草狀態，使智能割草機(1)的機身處于待割草區域邊緣，而后進入到沿邊緣環形收斂割草模式對該區域割草； (g)、在隨機直線模式下，智能割草機(1)如在連續一定時間內都未發現待割草區域，且該時間超過用戶設定的時間限制，則控制平臺控制智能割草機(1)返回充電站。
7.根據步驟6所述的智能割草機系統的割草方法，其特征是:所述步驟(a)中，智能割草機(1)的循跡方向與充電站(12)在邊界電子圍欄(11)的實際朝向對應。
全文摘要
本發明涉及一種智能割草機系統及割草方法，其包括智能割草機，智能割草機內具有控制平臺；智能割草機的外圈設有邊界電子圍欄；智能割草機內包括若干割草電機，智能割草機上設有電流檢測裝置；智能割草機上安裝有檢測運行狀態的傳感檢測裝置，所述傳感檢測裝置包括電機轉速霍爾計數器、防碰撞開關及安裝于智能割草機兩側的電感檢測傳感器；所述電流檢測裝置及傳感檢測裝置內的電感檢測傳感器、防碰撞開關與電機轉速霍爾計數器均與控制平臺連接，控制平臺根據檢測輸入信號控制智能割草機在邊界電子圍欄確定的區域內進行所需的割草作業。本發明自動化程度高，能在圈定區域內實現高效自主的智能化割草作業，適應范圍廣，安全可靠。
文檔編號A01D34/00GK103141210SQ20131008077
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月13日 優先權日2013年3月13日
發明者肖健夫 申請人:江蘇春花杰佳電器有限公司