CN114765431B - 自行走设备及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了自行走设备及其控制方法，该设备包括电机；电池包，提供供电电源；开关电路，输出开机信号或者关机信号；第一开关器件，用以控制电机的上电状态；第二开关器件，用以驱动电机转动；控制器，至少与第一开关器件、开关电路和第二开关器件电连接；控制器被配置为：在检测到开机信号时，控制第一开关器件和第二开关器件以第一工作方式控制电机转动；在检测到关机信号时，控制第一开关器件和第二开关器件以第二工作方式控制电机转动。采用本发明，可提供一种满足把手处辐射要求且具有稳定开关机性能的自行走设备。

Description

自行走设备及其控制方法

技术领域

本发明涉及电动工具技术领域，具体涉及一种自行走设备及其控制方法。

背景技术

为了方便操作，自行走设备的大电流开关即机械开关一般设置在自行走设备的把手上。然而大电流开关具有较大的电子辐射，会造成把手处的电子辐射量超标。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种满足把手处辐射要求且具有稳定开关机性能的自行走设备。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种自行走设备，包括：电机；开关电路，输出开机信号或者关机信号；电池包，提供供电电源；第一开关器件，用以控制所述电机的上电状态；第二开关器件，用以驱动所述电机转动；控制器，至少与所述第一开关器件、所述开关电路和所述第二开关器件电连接；所述控制器被配置为：在检测到所述开机信号时，控制所述第一开关器件和所述第二开关器件以第一工作方式控制所述电机转动；在检测到所述关机信号时，控制所述第一开关器件和所述第二开关器件以第二工作方式控制所述电机转动。

进一步的，所述控制器被配置为：在检测到所述开机信号时，控制所述第一开关器件闭合，并在第一预设时间后控制所述第二开关器件导通，所述电池包至少与所述第一开关器件、所述电机和所述第二开关器件构成第一导通回路；在检测到所述关机信号时，控制所述第二开关器件断开，控制所述第一开关器件断开，并在第二预设时间后控制所述第二开关器件导通，所述电机至少与所述第一开关器件、所述电池包和所述第二开关器件构成第二导通回路。

进一步的，所述第一开关器件包括继电器。

进一步的，在所述第一导通回路下，所述电池包输出供电电能为所述电机供电；在所述第二导通回路下，所述电机输出发电电能为所述电池包充电。

进一步的，所述第二预设时间段大于或等于零且小于或等于所述第一预设时间段。

进一步的，所述开关电路输出的开机信号或关机信号通过总线通信的方式传输至所述控制器。

进一步的，所述自行走设备还包括：驱动电路，连接在所述控制器和所述第二开关器件之间，以控制所述第二开关器件的导通状态和导通频率。

一种自行走设备的控制方法，所述自行走设备包括电机；输出开机信号或者关机信号的开关电路；提供供电电源的电池包；第一开关器件，控制电机的上电状态；第二开关器件，驱动电机转动；控制器，至少与第一开关器件、开关电路和第二开关器件电连接；所述控制方法包括：在检测到所述开机信号时，控制所述第一开关器件和所述第二开关器件以第一工作方式控制所述电机转动；在检测到所述关机信号时，控制所述第一开关器件和所述第二开关器件以第二工作方式控制所述电机转动。

进一步的，所述方法还包括：在检测到所述开机信号时，控制所述第一开关器件闭合，并在第一预设时间后控制所述第二开关器件导通，所述电池包至少与所述第一开关器件、所述电机和所述第二开关器件构成第一导通回路；在检测到所述关机信号时，控制所述第二开关器件断开，控制所述第一开关器件断开，并在第二预设时间后控制所述第二开关器件导通，所述电机至少与所述第一开关器件、所述电池包和所述第二开关器件构成第二导通回路。

进一步的，所述第一开关器件包括继电器。

本发明的有益之处在于：提供了一种能够满足把手处辐射要求且具有稳定开关机性能的自行走设备。

附图说明

图1是作为一种实施方式的割草机的结构示意图；

图2是作为一种实施方式的割草机的电路框图；

图3是作为一种实施方式的割草机中开关电路的电路图；

图4是作为一种实施方式的割草机中总线通信电路图；

图5是作为一种实施方式的割草机中继电器控制电路图；

图6是作为一种实施方式的割草机中驱动电路的电路图；

图7是作为一种实施方式的用于割草机控制方法的流程图；

图8是作为一种实施方式的用于割草机控制方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

需要说明的是，本发明中的自行走设备可以包括自动清洁设备、自动浇灌设备、自动扫雪机等可通过操控行走的设备。在本申请中以割草机为例进行说明。

请参考图1所示的割草机的结构图，割草机100包括机身101、电池包102、把手103、自走操作开关104、驱动轮105以及切割附件106。其中，电池包102作为供电电源可由一组电池单元组成，例如，可将电池单元串联成单一电源支路，形成1P电池包。把手103供用户操作割草机。自走操作开关104可以是图1所示手柄开关也可以是按键开关或者其他类型的电子开关等。其中，用户按下自走操作开关104时自行走设备进入驱动状态，松开自走操作开关104自行走设备进入制动状态。驱动轮105在电机的驱动下行走并带动行走轮行走。其中，驱动轮105和切割附件106例如切割刀片可被同一电机驱动，也可被不同的电机驱动。

参考图2所示的割草机的电路框图，可以包括电机201、开关电路202、电池包203、第一开关器件204、控制器205、升压电路206、驱动电路207、电源转换模块208、电感元件L、第二开关器件Q1、保护电容C1以及二极管D1。

在本实施例中，电机201，为直流无刷电动机，具有正极端口M+和负极端口M-。

在一个实施例中，开关电路202，如图3所示至少包括上拉电阻R1、分压电阻R2、信号输出端SW、保护电容C、二极管D0和上述自走操作开关104。具体的，在自走操作开关104被按压闭合时，节点n处的电压为低，由信号输出端SW输出低电平数字信号0，在自走操作开关104断开时，节点n处的电压为高，由信号输出端SW输出高电平数字信号1。通常，开关电路202输出低电平信号0代表开机信号即设备进入驱动状态，输出高电平信号1代表关机信号即设备进入制动状态。可选的，图3所示的开关电路202中还包括信号传输控制芯片U3，U3的一个引脚接信号输出端SW用来接收开关机信号，一个引脚BUSY作为状态检测引脚，以确定信号传输总线是否空闲。可以理解的是，信号传输控制芯片U3只有在检测到总线为空闲状态时，才传输开关信号至控制器205，否则不传输开关机信号。

在一个实施例中，开关电路202输出的开关信号可以通过总线通信的方式传输至控制器。如图4所示的总线通信电路，主要包括六条通信线路L1至L6对应信号输出端口J2的1至6六个接口、开关芯片U2、总线状态检测电路209。其中，开关信号在基于输入端TXD传输至开关芯片U2，经芯片U2处理后通过其引脚A，B输出。通信线路中L6接入电源、L3接地、L1作为唤醒线路、L2为总线状态检测线路、L4和L5为开关信号接收线路，与开关芯片U2的输出引脚A，B连接。总线状态检测电路209至少包括开关元件Q11和Q12，第一上拉电阻R25和第二上拉电阻R16，R25和Q11串联，R16和Q12串联，总线状态输出接口BUSY，该接口将当前总线的状态传输至开关电路中的信号传输控制芯片U3。其他分压电阻等在不影响理解总线状态检测电路的基础上不再一一介绍。具体的，当使能端T_EN为高电平时，Q11导通，Q12不导通，节点12处为高电压，从而输出接口BUSY输出代表高电平的数据信号1；当使能端T_EN为低电平时，Q11不导通，Q12导通，节点12处为低电压，从而输出接口BUSY输出代表低电平的数据信号0。在BUSY输出高电平时，总线处于忙状态，BUSY输出低电平时，总线处于空闲状态。可以理解的是，在BUSY未低电平总线处于空闲状态时，来自信号传输控制芯片U3的开关机信号经由开关芯片U2和总线以及信号输出端口J2传输至控制器205。相应的，控制器205中也存在与信号输出端口J2对应的接收端口（未示出）。

需要说明的是，本申请只是事例性的给出芯片引脚及其***电路，不应局限于所给出的事例电路。其他任何能实现上述功能的电路连接均在本申请的保护范围内。

在本申请实施例中，第一开关器件204可以是继电器也可以是其他类型的可控电子元器件，例如晶体管、三极管、MOSFET、模拟开关、固态继电器等。第二开关器件Q1可以是一个驱动开关，例如可控半导体功率器件（例如FET，BJT，IGBT等）或者是任何其他类型的固态开关，例如绝缘栅双极型晶体管（IGBT），双极结型晶体管（BJT）等。

如图5所示的继电器控制电路中包括继电器204、控制器205和继电器控制模块210，继电器204包括五个引脚，具体为触点1,4,5，和铁芯的输出端2和3。继电器的触点1,4,5分别对应外接触点COM、NO、NC，铁芯的输出端2和 3之间并联一分压二极管D20，二极管D20的阳极连接开关元件Q18，Q18的基极连接分压电阻R15和R16。分压电阻R15的输入端连接控制器205以接收控制器输出的控制继电器吸合状态的控制信号。具体的，在继电器的铁芯未上电时，触点1,5处于连接状态；只有在铁芯通电时，引脚才由1，4才吸合，继电器导通。从而，开关元件Q18导通时，2,3引脚通电即铁芯通电，触点1和4吸合即触点COM和NO导通，继电器204处于导通状态；在开关元件Q18断开时，2,3引脚不通电，触点COM与NC连接时，继电器204处于断开状态。从而控制器205可以根据开关电路202输出的开关机信号控制开关元件Q18的导通状态，从而控制继电器触点的连接状态。具体的，控制器205在检测到开机信号时，控制Q18导通使继电器的触点COM和NO吸合；控制器205在检测到关机信号时控制Q18断开使继电器触点COM与NC连接。

升压电路206，包括开关元件Q2、电容C2以及二极管D2，以将电池包输出的电能升压后为电机供电。

驱动电路207，如图6所示包括驱动芯片U4和驱动芯片的***电路，该驱动芯片可以增强控制器205输出的驱动信号，以控制第二开关器件Q1的导通状态和导通频率，从而控制电机201的转速。例如，控制器205输出的PWM控制信号经驱动芯片U4增强后输出PWM_gate以驱动第二开关器件Q1的导通频率和导通状态。其中，驱动芯片U4的***电路在不影响理解驱动电路207的基础上不做详述。

电源转换模块208可将电池包的供电电能转化为开关电路202供电的电能。

具体实现中，在图2所示的电路中，电机的正极M+与继电器204的COM触点连接，电机的负极M-与第二开关器件Q1的漏极连接。控制器205至少与开关电路202、继电器204以及第二开关器件Q1电连接，控制器205可以获取开关电路202输出的开关信号，并据此确定设备所处的工作状态，例如驱动状态或制动状态。进而在不同的工作状态下，控制器205可以控制继电器204和第二开关器件Q1以不同的工作方式控制电机转动。具体的，在驱动状态下，控制器205可以控制继电器204和第二开关器件Q1以第一工作方式控制电机转动；在制动状态下，控制继电器204和第二开关器件Q1以第二工作方式控制电机转动。其中，继电器204和第二开关器件Q1的工作方式主要是指二者不同导通顺序和导通状态的组合形成的工作方式。上述第一工作方式是指继电器204先导通，并在第一预设时间后第二开关器件Q1导通的工作方式。第二工作方式是指第二开关器件Q1先断开，继电器204紧接着断开，并在第二预设时间段后第二开关器件Q1导通的工作方式。特别的，上述第二预设时间段大于或等于零且小于或等于第一预设时间段。

在本申请中，控制器205根据检测到的开关信号控制电机转动的过程如下：

驱动状态下控制电机转动的过程：自走操作开关104被按下，开关电路202输出低电平数据信号0代表开机信号，开关电路202中信号传输控制芯片U3检测到总线空闲时，通过总线通信的方式输出开机信号至控制器205；控制器205使继电器控制电路中的开关元件Q18导通，从而继电器204的触点COM和NO连接，并在第一预设时间段后，控制第二开关器件Q1导通。从而电池包203与继电器204、电机201和第二开关器件Q1构成第一导通回路LD，电池包203输出供电电能为电机供电，且供电电流方向如图2中箭头所示，电机开始转动，进而带动设备行走。可以理解的是，电池包203和保护电容C1构成充电回路LC1(未示出)，以为保护电容C1充电。

制动状态下控制电机转动的过程：自走操作开关104被松开，开关电路202输出高电平数据信号1代表关机信号，开关电路202中信号传输控制芯片U3检测到总线空闲时，通过总线通信的方式输出关机信号至控制器205；控制器205控制第二开关器件Q1断开，并控制继电器控制电路中的开关元件Q18断开，使继电器204的触点COM和NC连接。紧接着，控制器205控制第二开关器件Q1再次导通，使电机201至少与第二开关器件Q1、电感元件L、二极管D1和电池包203构成第二导通回路LC2，电机201输出发电电能为电池包203充电。也就是说，在第二导通回路LC2中，电机转速降至零之前电机相当于发电机，转动产生的能量可回收至电池包即从电机输出充电电流为电池包充电。从而，在电机制动过程中，实现了部分能量回收，节省了电池包的输出电能。

在一个实施例中，控制器205控制第二开关器件Q1断开后可以立即控制继电器204断开或者在第三预设时间段后控制继电器断开。其中，第三预设时间段大于或等于0且小于或等于上述第一预设时间段。

在上述实施例中，通过控制继电器和驱动开关以不同的导通顺序和导通时间间隔控制电机转动，使继电器在电路中无电流的情况下进行导通状态切换，避免了大电流导致的继电器拉弧损伤，使继电器失效，从而使割草机具备稳定的开关机性能；同时避免了采用大电流机械开关进行电机控制导致的电磁辐射超标的问题。

在本申请中，任何区别于上述第一工作方式和第二工作方式且能使继电器204在无电流状态下切换的工作方式，均在本申请的保护范围内。

下面将结合图7说明割草机中电机的控制方法，该方法包括如下步骤：

S101，获取开机信号或关机信号。

S102，在检测到开机信号时，控制第一开关器件和第二开关器件以第一工作方式控制电机转动。

S103，在检测到关机信号时，控制第一开关器件和第二开关器件以第二工作方式控制电机转动。

在一个实施例中，如图8所示给出了割草机中电机的另一种控制方法，具体步骤如下：

S201，获取开机信号或关机信号。

S202，在检测到开机信号时，控制第一开关器件闭合，并在第一预设时间后控制第二开关器件导通。

S203，在检测到关机信号时，控制第二开关器件断开，控制第一开关器件断开，并在第二预设时间后控制第二开关器件导通。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种自行走设备，包括：

电机；

电池包，提供供电电源；

开关电路，用以输出开机信号或者关机信号；

第一开关器件，用以控制所述电机的上电状态；

第二开关器件，用以驱动所述电机转动；

控制器，至少与所述第一开关器件、所述开关电路和所述第二开关器件电连接；

所述控制器被配置为：

在检测到所述开机信号时，控制所述第一开关器件和所述第二开关器件以第一工作方式控制所述电机转动；

在检测到所述关机信号时，控制所述第一开关器件和所述第二开关器件以第二工作方式控制所述电机转动；

所述第一开关器件包括继电器；

第二工作方式是指所述第二开关器件先断开，所述继电器紧接着断开，并在第二预设时间段后第二开关器件导通的工作方式。

2.根据权利要求1所述的自行走设备，其特征在于，

所述控制器被配置为：

在检测到所述开机信号时，控制所述第一开关器件闭合，并在第一预设时间后控制所述第二开关器件导通，所述电池包至少与所述第一开关器件、所述电机和所述第二开关器件构成第一导通回路；

在检测到所述关机信号时，控制所述第二开关器件断开，控制所述第一开关器件断开，并在第二预设时间后控制所述第二开关器件导通，所述电机至少与所述第一开关器件、所述电池包和所述第二开关器件构成第二导通回路。

3.根据权利要求2所述的自行走设备，其特征在于，

在所述第一导通回路下，所述电池包输出供电电能为所述电机供电；

在所述第二导通回路下，所述电机输出发电电能为所述电池包充电。

4.根据权利要求2所述的自行走设备，其特征在于，

所述第二预设时间段大于或等于零且小于或等于所述第一预设时间段。

5.根据权利要求1所述的自行走设备，其特征在于，

所述开关电路输出的开机信号或关机信号通过总线通信的方式传输至所述控制器。

6.根据权利要求1所述的自行走设备，其特征在于，

还包括：

驱动电路，连接在所述控制器和所述第二开关器件之间，以控制所述第二开关器件的导通状态和导通频率。

7.一种自行走设备的控制方法，所述自行走设备包括电机；输出开机信号或者关机信号的开关电路；提供供电电源的电池包；第一开关器件，控制电机的上电状态；第二开关器件，驱动电机转动；控制器，至少与第一开关器件、开关电路和第二开关器件电连接；所述控制方法包括：

在检测到所述开机信号时，控制所述第一开关器件和所述第二开关器件以第一工作方式控制所述电机转动；

在检测到所述关机信号时，控制所述第一开关器件和所述第二开关器件以第二工作方式控制所述电机转动；

所述第一开关器件包括继电器；

第二工作方式是指所述第二开关器件先断开，所述继电器紧接着断开，并在第二预设时间段后第二开关器件导通的工作方式。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在检测到所述开机信号时，控制所述第一开关器件闭合，并在第一预设时间后控制所述第二开关器件导通，所述电池包至少与所述第一开关器件、所述电机和所述第二开关器件构成第一导通回路；

在检测到所述关机信号时，控制所述第二开关器件断开，控制所述第一开关器件断开，并在第二预设时间后控制所述第二开关器件导通，所述电机至少与所述第一开关器件、所述电池包和所述第二开关器件构成第二导通回路。