CN111328558A - 一种割草设备及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种割草设备及其控制方法。本发明的割草设备在接收到生命体感应信号时停止工作；在未接收到所述生命体感应信号时，根据接触感应信号控制所述割草设备避障或工作。本发明的割草设备能够更为及时的检测外部工作环境，其可以检测到尚未与割草设备接触但处于割草设备附近的生命体，并在未检测到生命体时根据对障碍物的检测控制所述割草设备。在未检测到生命体时，本发明能够保证割草设备对障碍物边缘草地的修整效果。在检测到生命体时，本发明又能够及时保证割草设备不会碰触到生命体而产生安全隐患。

Description

一种割草设备及其控制方法
技术领域
本发明涉及花园工具，尤其涉及一种割草设备及其控制方法。
背景技术
割草设备主要包括割草单元、控制单元以及自行走单元。工作时，通过各种感知外部环境的装置感知割草设备外部环境的相关数据，控制单元根据外部环境的相关数据，例如，根据对障碍物的识别控制自行走单元绕过障碍物，或同时控制割草单元相应地停止运转。
现有的割草设备，其检测障碍物的方式常用的有两种，一种是采用非接触式传感器，另一种是采用接触式检测方式。采用非接触式传感器，例如超声波传感器时，当装有非接触式传感器的割草设备距离障碍物一定距离时即可感应到障碍物，由此控制模块控制割草设备避开障碍物行走。但是这种非接触式的传感方式存在以下问题有：1、割草设备无法割除障碍物前方的草；2、容易将长得较高的草误认为是障碍物而避开，存在误判。
采用接触式传感器检测障碍物时，只有当割草设备与障碍物发生接触碰撞时才能感应到障碍物从而控制设备避开。此种方式虽然能够割除障碍物前方的草，但是当障碍物是人或动物等生命体时，碰撞接触过程中，割草单元的刀盘容易造成人员受伤等危险。
发明内容
为了解决现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种能够避免误伤生命体并能够修理障碍物边缘草坪的技术。
首先，为实现上述目的，提出一种割草设备的控制方法，其步骤包括：当接收到生命体感应信号时，控制所述割草设备停止工作；当未接收到所述生命体感应信号时，根据接触感应信号控制所述割草设备避障或工作。
可选的，上述的割草设备的控制方法中，所述根据接触感应信号控制所述割草设备的具体步骤包括：在接收到接触感应信号时，控制所述割草设备避障；在未接收到接触感应信号时，保持所述割草设备工作。
可选的，上述的割草设备的控制方法中，当接收到生命体感应信号时，还输出报警信号以驱动报警。
可选的，上述的割草设备的控制方法中，当所述割草设备因接收到所述生命体感应信号而停止工作达到预设时长时，再次判断是否接收到所述生命体感应信号：若接收到所述生命体感应信号，则输出控制信号，控制所述割草设备停止工作；若未接收到所述生命体感应信号，则根据所述接触感应信号控制所述割草设备。
可选的，上述的割草设备的控制方法中，生命体感应信号包括：感应生命体发出的红外信号、声音信号、振动信号，感应生命体反射的雷达信号而产生的电信号，和/或检测所述割草设备外部图像中生命体特征而产生的信号；所述接触感应信号包括：感应所述割草设备机身与外壳相对位置而产生的电信号，感应所述割草设备的驱动单元转速或电流变化而产生的电信号，感应所述割草设备与障碍物接触而产生的电信号，感应所述割草设备与障碍物距离过小而产生的电信号，和/或感应所述割草设备加速度变化而产生的电信号。
其次，为实现上述目的，还提出一种割草设备，包括控制单元，生命体感应装置和接触感应装置：所述生命体感应装置连接所述控制单元，用于感应生命体而输出生命体感应信号至所述控制单元；所述接触感应装置连接所述控制单元，用于感应所述割草设备与障碍物的接触而输出接触感应信号至所述控制单元；所述控制单元被设置为用于执行上述的控制方法。
可选的，上述的割草设备中，所述生命体感应装置包括：红外传感器、音频传感器振动传感器、雷达探测器和/或视觉传感器：所述红外传感器用于感应生命体发出的红外信号而输出生命体感应信号至所述控制单元；所述音频传感器或振动传感器用于感应生命体发出的音频信号或振动信号而输出生命体感应信号至所述控制单元；所述雷达探测器用于根据生命体反射的雷达信号而输出生命体感应信号至所述控制单元；所述视觉传感器用于获取所述割草设备外部图像，检测所述外部图像中的生命体特征，根据检测到的所述生命体特征而输出信号至所述控制单元。
可选的，上述的割草设备中，还包括：驱动单元，其连接所述控制单元，根据所述控制单元的控制而输出驱动信号，以驱动所述割草设备避障、工作或停止。
可选的，上述的割草设备中，所述接触感应装置包括：碰撞传感器、驱动状态检测机构、碰撞开关、距离传感器和/或加速度传感器：所述碰撞传感器包括相对设置在所述割草设备的机身上和外壳内的触发端与感应端，当所述割草设备与障碍物接触时，所述触发端与所述感应端偏离初始位置而在所述感应端产生接触感应信号；所述碰撞传感器输出所述接触感应信号至所述控制单元；所述驱动状态检测机构用于检测所述割草设备的驱动单元的转速和/或电流变化，在转速和/或电流变化时产生接触感应信号，输出所述接触感应信号至所述控制单元；所述碰撞开关设置在到达割草设备的外壳外侧，在所述外壳接触到障碍物时产生接触感应信号，输出所述接触感应信号至所述控制单元；所述距离传感器包括红外距离传感器、激光测距装置或超声波测距装置，其在检测到障碍物与所述割草设备的距离低于预设值时输出所述接触感应信号至所述控制单元；所述加速度传感器检测到所述割草设备的加速度或加速度的变化率，在所述割草设备的加速度或加速度的变化率达到预设值时输出所述接触感应信号至所述控制单元。
可选的，上述的割草设备中，还包括报警装置，其连接所述控制单元；所述报警装置被设置为，接收到所述报警信号时报警。
有益效果
本发明的割草设备能够更为及时、全面的检测外部工作环境，其可以检测到尚未与割草设备接触但处于割草设备附近的生命体。进而，本发明的割草设备在未检测到生命体时根据对障碍物的检测控制所述割草设备。由此，本发明在未检测到生命体时，本发明能够保证割草设备对障碍物边缘草地的修整效果。在检测到生命体时，本发明又能够及时保证割草设备不会碰触到生命体而产生安全隐患。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为根据本发明的割草设备整体的示意图；
图2为本发明的割草设备所采用的第一种电路结构的示意图；
图3为本发明的割草设备所采用的第二种电路结构的示意图；
图4为本发明的割草设备所采用的第三种电路结构的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明所提供的割草装置如图1所示，其包括生命体感应装置1，用于检测所述割草设备附近的生命体信号，如生命体发出的红外信号、声音信号、振动信号、生命体反射的雷达信号、和/或检测所述割草设备外部图像中生命体特征而获得的信号；以及接触感应装置2，用于检测所述割草设备与外部接触的信号；所述生命体感应装置1和接触感应装置2分别安装在割草设备上，并连接所述控制单元。所述控制单元被设置为根据上述生命体感应装置1感应生命体而输出的生命体感应信号以及所述接触感应装置2感应所述割草设备与障碍物的接触而输出的接触感应信号控制所述割草机的驱动单元，以驱动所述割草设备避障、工作或停止。
在本发明的一种实现方式下，所述的生命体感应装置可选择为：红外传感器、音频传感器、雷达探测器、视觉传感器中的一种或其组合。
其中的红外传感器探测人体发射的10UM左右的红外线，以输出生命体感应信号至所述控制单元，来实现对生命体的检测。其原因在于，不同温度的物体，其释放的红外能量信号的波长是不一样的。人体都有恒定的体温，一般在37度，其对应红外能量信号的波长在10UM左右的红外线。由此，红外传感器可通过检测10UM左右的红外线的强度实现对生命体的检测。
其中的音频传感器探测人话音频段范围内的声波信号，根据检测情况输出生命体感应信号至所述控制单元，来实现对生命体的检测。人交流说话的声音信号固定在一定的话音频段范围内，该频段的声波信号的强度在一定程度上能够反映人距离所述割草设备的距离。因此，通过对话音频段声波信号的检测，本发明同样能够实现生命体的远距离检测。
其中的振动传感器，其采用特殊的微电子处理器，能够识别在空气或固体中传播的微小震动。其用于生命探测器中可搜寻被困在混凝土、瓦砾或其他固体下的生命体。本发明利用与其类似的原理，通过微电子处理器准确识别来自人体的声音如呼喊、交谈、拍打、移动或敲击等震动信号。与此同时，还可以对周围的背景噪音做过滤处理。凭借这些特殊的震动信号识别生命体与所述割草设备的距离，实现对生命体的远距离检测。
其中的雷达探测器首先向其检测方向发射雷达信号，雷达信号遇人体后以特定的频率或信号形式反射回到所述雷达探测器。由此，所述雷达探测器根据生命体反射的雷达信号而输出生命体感应信号至所述控制单元，实现对生命体的远距离检测。具体而言，雷达探测器基于雷达信号进行生命探测，其利用微功率超宽带雷达技术与生物医学工程技术，其工作原理是：基于人体运动在雷达回波上产生的时域多普勒效应来进行分析判断探测区域内有无生命体存在以及生命体得具***置信息。它充分利用纳秒级电磁波脉冲的频谱宽、穿透性强、分辨力高、抗干扰性好、功耗低等特性，由割草设备向其工作区域发射纳秒级脉冲电磁波，并对回波相参接收后进行信号处理，对墙壁、瓦砾等静止目标回波予以滤除，仅仅对远动的肢体、心肺等动目标回波进行检测显示，从而实现探测生命体的目的。
其中的视觉传感器，利用视觉识别技术，通过算法处理识别视觉范围内的生命体特征。具体而言，所述视觉传感器包括有图像采集单元和图像识别单元。所述图像采集单元获取所述割草设备外部图像，将图像输入至图像识别单元。图像识别单元通过对图像执行其预设的检测算法，可检测到所述外部图像中的生命体特征。所述的生命体特征可包括符合人体特点的像素点分布形状、符合人体色彩特征的像素区域或者通过机器学习或深度学习训练获得的反应人体的特征。由此，所述视觉传感器可根据检测到的所述生命体特征而输出生命体感应信号至所述控制单元，实现对生命体的远距离检测。其中，所述图像识别单元可选集成于所述割草设备的控制单元内部，或通过专门的图像处理芯片或硬件，将其识别的结果输出至对应的所述控制单元。
在本发明的一种实现方式下，所述的接触感应装置2可包括：碰撞传感器、驱动状态检测机构、碰撞开关、距离传感器、加速度传感器中的一种或其组合：
所述的碰撞传感器：包括相对设置在所述割草设备的机身上和外壳内的触发端与感应端，当所述割草设备与障碍物接触时，所述触发端与所述感应端偏离初始位置而在所述感应端产生接触感应信号。所述的触发端和感应端可相应的选择为霍尔元件与磁性部件，霍尔元件感应磁性部件的磁场而相应的输出信号；所述触发端和感应端还可通过碰撞开关等实现。所述碰撞传感器输出所述接触感应信号至所述控制单元。
所述驱动状态检测机构用于检测所述割草设备的驱动单元的转速和/或电流变化，在转速和/或电流变化时，尤其是在转速和/或电流因障碍物阻挡割草设备运行而发生突变时产生接触感应信号，并输出所述接触感应信号至所述控制单元。
所述碰撞开关设置在到达割草设备的外壳外侧，在所述外壳接触到障碍物时，碰撞开关内部的触点电接触或断开而使其内部电路导通或断路，进而相应的产生接触感应信号。
所述距离传感器可包括红外距离传感器、激光测距装置或超声波测距装置中的一种或任意组合，其通过发射红外信号、激光信号或超声信号，在遇到障碍物时，发射信号被障碍物阻挡而反射回到距离传感器的接收端，通过对反射信号时间、相位的计算可获知障碍物与传感器之间的距离。由此，输出该距离至控制单元或在在检测到障碍物与所述割草设备的距离低于预设值时产生接触感应信号，输出所述接触感应信号至所述控制单元。
所述加速度传感器检测到所述割草设备的加速度或加速度的变化率，在所述割草设备的加速度或加速度的变化率达到预设值时产生所述接触感应信号，并将其输出至所述控制单元。加速度传感器相对上述传感器而言，其采用陀螺仪测量加速度使，其获得的加速度数据中包含有速度变化的方向信息，因此，这种方式下，控制单元还可进一步根据加速度的变化而判断碰撞发生的方向和位置。
再进一步，上述的各个传感装置可设置在割草设备的前部或上部或环绕在割草设备的四周，也可通过一个转向结构连接所述割草设备。转向结构由割草设备或人工驱动舵机而控制其旋转，转向结构的旋转驱动设置在其上的生命体感应装置和/或所述接触感应装置的检测方向随着其一起旋转。由此，本发明的各个传感装置可获得所述割草设备周围360°范围内的全部障碍信息，对割草设备的控制更为准率及时，进一步提高割草设备的安全性。
参考图2所示，在一种可行的实现方式下，上述割草设备的控制单元可通过与门3或者通过或非门实现其判断电路：生命体感应装置和所述接触感应装置的信号输出端同时连接所述与门电路的输入端。在这种方式下，与门电路或者或非门仅在上述生命体感应装置和所述接触感应装置均未检测到障碍物时控制所述割草设备工作，而在上述生命体感应装置或所述接触感应装置中的任意一个检测到障碍物时控制所述割草设备报警、停止或避障。
考虑到所述生命体感应装置1的探测距离远于所述接触感应装置2的探测距离，生命体感应装置1探测的是尚未与割草设备接触但处于割草设备附近的生命体，而接触感应装置2探测的是与割草设备接触或即将接触的障碍物的信号。两个信号并非同时产生。因此，在另一种实现方式下，上述割草设备的控制单元可通过两个单独的判断电路实现，如，通过一个比较器判断生命体感应装置获得的生命体感应信号是否到达预设的阈值，通过另一个比较器判断接触感应信号是否到达预设的阈值。当判断所述生命体感应信号未到达预设的阈值时，根据所述接触感应信号输出控制信号以控制割草设备工作、报警、停止或避障。例如，在接收到接触感应信号时，控制所述割草设备避障；在未接收到接触感应信号时，保持所述割草设备工作。而当判断所述生命体感应信号到达预设的阈值时，直接控制所述割草设备停止工作。
或者，如图3所示，上述的用于判断生命体感应信号的判断电路41，其输出端还可连接另一个判断电路42的使能端。由此，当接收到生命体感应信号时，第一个判断电路41可控制所述割草设备停止工作；当未接收到所述生命体感应信号时，第一个判断电路41可向第二个判断电路42发出使能信号，第二个判断电路42进一步对其接收的接触感应信号控制所述割草设备避障或工作。
或者，上述的判断过程还可以通过图4所示的CPU5、单片机或信号处理芯片直接实现。可选的，此时可设置所述控制单元当所述割草设备因接收到所述生命体感应信号而停止工作达到预设时长时，再次判断是否接收到所述生命体感应信号：若接收到所述生命体感应信号，则输出控制信号，控制所述割草设备停止工作；若未接收到所述生命体感应信号，则根据所述接触感应信号控制所述割草设备。
上述割草设备避障可通过与其自行走马达连接的驱动单元，使其自行走马达的转速变化，在左右两行走轮之间产生转速差而实现割草设备的掉头、绕过障碍物、转弯。或者，也可通过该驱动单元关闭对自行走马达的驱动，使割草设备停止行走。进一步，上述的避障状态下，还可进一步通过连接割草刀马达的驱动单元，通过改变该驱动单元输出驱动信号的占空比而改变割草马达的转速，或停止对割草马达的驱动。
本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种割草设备的控制方法，其特征在于，步骤包括：
当接收到生命体感应信号时，控制所述割草设备停止工作；
当未接收到所述生命体感应信号时，根据接触感应信号控制所述割草设备避障或工作。
2.如权利要求1所述的割草设备的控制方法，其特征在于，根据接触感应信号控制所述割草设备的具体步骤包括：
在接收到接触感应信号时，控制所述割草设备避障；
在未接收到接触感应信号时，保持所述割草设备工作。
3.如权利要求1所述的割草设备的控制方法，其特征在于，当接收到生命体感应信号时，还输出报警信号以驱动报警。
4.如权利要求1-3所述的割草设备的控制方法，其特征在于，当所述割草设备因接收到所述生命体感应信号而停止工作达到预设时长时，再次判断是否接收到所述生命体感应信号：
若接收到所述生命体感应信号，则输出控制信号，控制所述割草设备停止工作；
若未接收到所述生命体感应信号，则根据所述接触感应信号控制所述割草设备。
5.如权利要求1-4所述的割草设备的控制方法，其特征在于，所述生命体感应信号包括：感应生命体发出的红外信号、声音信号、振动信号、感应生命体反射的雷达信号而产生的电信号、和/或检测所述割草设备外部图像中生命体特征而产生的信号；
所述接触感应信号包括：感应所述割草设备机身与外壳相对位置而产生的电信号，感应所述割草设备的驱动单元转速或电流变化而产生的电信号，感应所述割草设备与障碍物接触而产生的电信号，感应所述割草设备与障碍物距离过小而产生的电信号，和/或感应所述割草设备加速度变化而产生的电信号。
6.一种割草设备，包括控制单元，其特征在于，还包括生命体感应装置和接触感应装置；
所述生命体感应装置连接所述控制单元，用于感应生命体而输出生命体感应信号至所述控制单元；
所述接触感应装置连接所述控制单元，用于感应所述割草设备与障碍物的接触而输出接触感应信号至所述控制单元；
所述控制单元被设置为用于执行权利要求1至6任一所述的控制方法。
7.如权利要求6所述的割草设备，其特征在于，生命体感应装置包括：红外传感器、音频传感器、振动传感器、雷达探测器和/或视觉传感器；
所述红外传感器用于感应生命体发出的红外信号而输出生命体感应信号至所述控制单元；
所述音频传感器或振动传感器用于感应生命体发出的音频信号或振动信号而输出生命体感应信号至所述控制单元；
所述雷达探测器用于根据生命体反射的雷达信号而输出生命体感应信号至所述控制单元；
所述视觉传感器用于获取所述割草设备外部图像，检测所述外部图像中的生命体特征，根据检测到的所述生命体特征而输出信号至所述控制单元。
8.如权利要求6所述的割草设备，其特征在于，还包括：驱动单元，
其连接所述控制单元，根据所述控制单元的控制而输出驱动信号，以驱动所述割草设备避障、工作或停止。
9.如权利要求9所述的割草设备，其特征在于，所述接触感应装置包括：碰撞传感器、驱动状态检测机构、碰撞开关、距离传感器和/或加速度传感器；
所述碰撞传感器包括相对设置在所述割草设备的机身上和外壳内的触发端与感应端，当所述割草设备与障碍物接触时，所述触发端与所述感应端偏离初始位置而在所述感应端产生接触感应信号；所述碰撞传感器输出所述接触感应信号至所述控制单元；
所述驱动状态检测机构用于检测所述割草设备的驱动单元的转速和/或电流变化，在转速和/或电流变化时产生接触感应信号，输出所述接触感应信号至所述控制单元；
所述碰撞开关设置在到达割草设备的外壳外侧，在所述外壳接触到障碍物时产生接触感应信号，输出所述接触感应信号至所述控制单元；
所述距离传感器包括红外距离传感器、激光测距装置或超声波测距装置，其在检测到障碍物与所述割草设备的距离低于预设值时输出所述接触感应信号至所述控制单元；
所述加速度传感器检测到所述割草设备的加速度或加速度的变化率，在所述割草设备的加速度或加速度的变化率达到预设值时输出所述接触感应信号至所述控制单元。
10.如权利要求9所述的割草设备，其特征在于，还包括报警装置，其连接所述控制单元；所述报警装置被设置为，接收到所述报警信号时报警。
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