自动草坪割草机及其控制系统和方法

1.自动草坪割草机的控制系统，包括控制单元，其特征在于，还包括：
感应板，环绕自动草坪割草机的割草刀盘的外圆周面设置，所述感应板的前部沿周向设有多个感应区，所述感应区为四个，依次分为左、左前、右前、右感应区；
多个电容式触摸感应芯片，与所述感应区一一对应设置，当有草丛接触到割草刀盘的外表面时，电容式触摸感应芯片感应到这种接触状态并输出相应的感应信号，所述电容式触摸感应芯片的感应电容输入接口分别连接至所述感应区，所述控制单元根据相应电容式触摸感应芯片的感应信号控制自动草坪割草机的走向及割草马达的启动或停止。
2.如权利要求1所述的自动草坪割草机的控制系统，其特征在于，所述感应板为柔性非金属板，沿所述感应板的内表面的周向间隔设置有多块金属板。
3.如权利要求1所述的自动草坪割草机的控制系统，其特征在于，所述感应板为柔性非金属板，沿所述感应板的内表面的周向间隔涂覆有多块金属涂层。
4.自动草坪割草机，其特征在于，包括如权利要求1至3项任一项所述的控制系统。
5.如权利要求4所述的自动草坪割草机的控制方法，其特征在于，通过环绕在自动草坪割草机的割草刀盘的前部外圆周表面上的不同感应区感知草丛的分布和高度，并控制自动草坪割草机的走向及割草马达的启动或停止，所述感应区为四个，沿半圆弧形间隔布置在自动草坪割草机的割草刀盘的前半部。
6.如权利要求5所述的自动草坪割草机的控制方法，其特征在于，四个所述感应区依次分为左、左前、右前、右感应区；
当四个感应区均未感应到草丛接触信号时，发出关闭割草马达的控制信号；
当左前、右前感应区感应到草丛接触信号，而左、右感应区未感应到草丛接触信号时，发出直行控制信号，同时发出启动割草马达的控制信号；
当左、左前感应区感应到草丛接触信号，而右前、右感应区未感应到草丛接触信号时，发出左转控制信号，同时发出启动割草马达的控制信号；
当左、左前感应区未感应到草丛接触信号，而右前、右感应区感应到草丛接触信号时，发出右转控制信号，同时发出启动割草马达的控制信号。
7.如权利要求6所述的自动草坪割草机的控制方法，其特征在于，当四个感应区中的任两个不相邻的感应区感应到草丛接触信号，而其他两个感应区未感应到草丛接触信号时，发出自动草坪割草机随机行走的控制信号。

自动草坪割草机及其控制系统和方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及自动草坪割草机，具体涉及自动草坪割草机及其控制系统和方法。\n背景技术\n[0002] 目前，大多数的自动草坪割草机均不能主动识别草丛的分布及其高度状态，只能按预设固定的行走路径和程序进行工作。例如中国发明专利CN101100058公开的智能割草机器人（专利号200610088279.9）和中国发明专利CN101135911公开的一种割草机器人智能控制系统（专利号：200710071373.8），这类自动草坪割草机在启动后，割草马达在启动后一直保持通电工作状态，这样一来，当地面上的草丛出现散乱分布的状态时，刀片和割草马达空转的情况就会高频率地发生，从而极大地浪费了有限的电池电能，降低了工作效率。此外，也有一些自动草坪割草机的控制系统尝试通过完善预设的固定行走路径来提高割草效率，如专利中国发明专利CN101828464A公开了一种平行运动的智能割草机器人及平行运动的控制方法（专利号：201010178886.0），这种自动控制系统包含了一套左右轮转速监测装置，它尝试通过让机器精确地按预设的平行行走路径走来提高工作效率，减少重复现象的发生，但是，这种控制系统没有考虑到实际复杂的草地工作环境，尤其对于家庭庭院草坪来讲，每家每户的草坪形状各不相同，而且家庭庭院草地上还会有诸多障碍物，例如树木，凉亭，泳池等等，在这种复杂的环境下，预设的一成不变的行走路径规划是不可能做到全区域覆盖的；还有的自动草坪割草机包含有感知马达转速高低或电流大小的感应装置，这种设计试图通过割草马达的转速或电流大小的变化来判断当前有没有待割的草丛，进而采取相应的控制策略来提高工作效率，例如定点螺旋线展开路径，但这种自动控制系统的不足之处在于其割草马达要一直处于通电状态，同样地，随着割草进程的推进，当地面上的草丛变得分散和零星分布时，割草马达和刀片出现空转的情况会越来越多的发生，从而浪费了有限的电池电能。\n[0003] 由此可见，现有的自动草坪割草机均存在有割草马达空转的现象，从而降低了工作效率。\n发明内容\n[0004] 本发明所要解决的技术问题是解决自动草坪割草机工作效率低的问题。\n[0005] 为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种自动草坪割草机的控制系统，包括控制单元、感应板和多个电容式触摸感应芯片，所述感应板环绕自动草坪割草机的割草刀盘的外圆周面设置，所述感应板的前部沿周向设有多个感应区，所述多个电容式触摸感应芯片与所述感应区一一对应设置，所述电容式触摸感应芯片的感应电容输入接口分别连接至所述感应区，所述控制单元根据相应电容式触摸感应芯片的感应信号控制自动草坪割草机的走向及割草马达的启动或停止。\n[0006] 在上述控制系统中，所述感应板为柔性非金属板，沿所述感应板的内表面的周向间隔设置有多块金属板。\n[0007] 在上述控制系统中，所述感应板为柔性非金属板，沿所述感应板的内表面的周向间隔涂覆有多块金属涂层。\n[0008] 在上述控制系统中，所述感应区为四个，依次分为左、左前、右前、右感应区。\n[0009] 本发明还提供了一种具有上述控制系统的自动草坪割草机。\n[0010] 本发明还提供了一种自动草坪割草机的控制方法，通过环绕在自动草坪割草机的割草刀盘的前部外圆周表面上的不同感应区感知草丛的分布和高度，并控制自动草坪割草机的走向及割草马达的启动或停止。\n[0011] 在上述方法中，所述感应区为四个，沿半圆弧形间隔布置在自动草坪割草机的割草刀盘的前半部。\n[0012] 在上述方法中，四个所述感应区依次分为左、左前、右前、右感应区；\n[0013] 当四个感应区均未感应到草丛接触信号时，发出关闭割草马达控制信号；\n[0014] 当左前、右前感应区感应到草丛接触信号，而左、右感应区未感应到草丛接触信号时，发出直行控制信号，同时发出启动割草马达控制信号；\n[0015] 当左、左前感应区感应到草丛接触信号，而右前、右感应区未感应到草丛接触信号时，发出左转控制信号，同时发出启动割草马达控制信号；\n[0016] 当左、左前感应区未感应到草丛接触信号，而右前、右感应区感应到草丛接触信号时，发出右转控制信号，同时发出启动割草马达控制信号。\n[0017] 在上述方法中，当四个感应区中的任两个不相邻的感应区感应到草丛接触信号，而其他两个感应区未感应区感应到草丛接触信号时，发出自动草坪割草机随机行走的控制信号。\n[0018] 本发明，通过围绕在自动草坪割草机的割草刀盘前部的不同感应区感知草丛的分布和高度，并控制左右驱动马达和割草马达进行工作，从而提高自动草坪割草机的工作效率。\n附图说明\n[0019] 图1为本发明提供的自动草坪割草机的控制系统示意图；\n[0020] 图2为本发明中感应区的布置示意图。\n具体实施方式\n[0021] 本发明的核心在于提供一种自动草坪割草机，通过围绕在自动草坪割草机的割草刀盘前部的不同感应区感知草丛的分布和高度，当自动草坪割草机启动后，写有特定的自动控制程序的控制单元根据相应感应区的感应信号控制左右驱动马达和割草马达进行工作。例如，当感应区没有感应到感应信号时，则认为该感应区的前方没有待切割的草丛，于是，控制单元发出控制信号使割草马达停止转动，以节省电能，同时，控制左右驱动马达使自动草坪割草机按特定的行走规划行进，例如进行转向近而寻找待切割的草丛；当感应区感应到感应信号时，则认为该感应区的前方有待切割的草丛，此时控制单元启动割草马达，实现割草工作，同时控制左右驱动马达按照特定的行走路径进行割草。\n[0022] 本发明中，自动草坪割草机的控制系统还包括多个状态传感器，例如圈定工作区域的电磁信号感应器和感知行进路线上障碍物的接近传感器等等，通过这些传感器的组合，自动草坪割草机能随时感知当前所处的环境，从而执行相适应的控制策略，顺利地执行割草任务。这些状态传感器以及控制原理为本领域的公知技术，在此不再赘述。\n[0023] 下面结合附图对本发明作出详细的说明。\n[0024] 如图1所示，本发明提供的自动草坪割草机的控制系统包括控制单元10、感应板\n20和多个电容式触摸感应芯片30。\n[0025] 再参见图2，感应板20环绕自动草坪割草机的割草刀盘40的外圆周面设置，感应板20的前部沿周向设有多个感应区，本具体实施例中，感应区一共有四个，依次分为左、左前、右前、右感应区21、22、23、24，同样地，电容式触摸感应芯片30也一共有四个。\n[0026] 四个电容式触摸感应芯片30的感应电容输入接口分别一一对应地连接至四个感应区21、22、23、24，控制单元10根据相应电容式触摸感应芯片的感应信号控制自动草坪割草机的走向及割草马达的启动或停止。具体地说，控制单元10发出相应的控制信号，控制割草马达的启动或停止，以及控制左右驱动马达实现自动草坪割草机的行走方向。\n[0027] 感应板20可以采用以下两种方式实现。\n[0028] （1）沿感应板20的内表面周向间隔设置四块金属板。\n[0029] （2）沿感应板20的内表面周向间隔涂覆四块金属涂层，金属涂层可以是导电胶。\n[0030] 在此基础上，本发明还提供了包含有上述控制系统的自动草坪割草机。\n[0031] 本发明还提供了一种自动草坪割草机的控制方法，通过围绕在自动草坪割草机的割草刀盘前部的不同感应区感知草丛的分布和高度，并控制自动草坪割草机的走向及割草马达的启动或停止。\n[0032] 当有草丛接触到割草刀盘的外表面时，电容式接触感应芯片感应到这种接触状态并输出相应的感应信号,控制单元根据相应的感应信号来判断当前割草刀盘前方的草地上有没有待切割的草丛，从而选择相应的高效行走路径和控制策略来提高割草效率和电源的有效利用，当电容式接触感应芯片输出的感应信号S=“0”时，控制单元判断出当前割草刀盘前方的草地上没有待切割的草丛，于是控制单元发出控制信号关闭割草马达，以节省电能，同时控制左右驱动马达按照相应的行走路径和控制策略工作，尽快找到需要进行割草得草丛；当电容式接触感应芯片输出的感应信号S=“1”时，说明当前割草刀盘前方的草地上有待切割的草丛，进而启动割草马达进行割草，同时控制左右驱动马达按相应的行走路径和控制策略工作。\n[0033] 电容式触摸感应芯片的型号为ST01B，本发明的工作原理如下：\n[0034] 感应板20上的感应区21、22、23和24分别作为各个电容式触摸感应芯片的检测电极，草地上生长着的草丛体内存在大量的水份，而水又是较好的导电介质，因此，当没有草丛接触到检测电极时，检测电极具有一个固定寄生电容C1，当草丛接触到检测电极时，产生了新的寄生电容C2，从而改变了固定寄生电容C1的电容大小，电容式触摸感应芯片通过固定寄生电容C1的变化就可以判断出草丛的接触状态，从而发出相应的控制信号，控制割草马达和左右驱动马达。\n[0035] 当相应的感应区接触到草丛时，输出感应信号S＝1，当感应区没有接触到草丛时，输出感应信号S＝0，这样，四个感应区的组合感应信号SZ共有16种数字状态，具体如下：\n[0036] 组合感应信号SZ 对应的草丛状态\n[0037] （0000） 草丛高度低于刀片离地高度，无需切割；\n[0038] （1111） 草丛高度高于刀片离地高度，需切割；\n[0039] （1110） 前方及左侧草丛高度高于刀片离地高度，需切割；\n[0040] （1100） 前方及左侧草丛高于刀片离地高度，需切割；\n[0041] （1000） 左边草丛高于刀片离地高度，需切割；\n[0042] （0111） 前方及右侧草丛高于刀片离地高度，需切割；\n[0043] （0011） 前方及右侧草丛高于刀片离地高度，需切割；\n[0044] （0001） 右边草丛高于刀片离地高度，需切割；\n[0045] （1010） 前方有待割草丛，分布零散；\n[0046] （1011） 前方有待割草丛，分布零散；\n[0047] （1001） 前方有待割草丛，分布零散；\n[0048] （0101） 前方有待割草丛，分布零散；\n[0049] （0100） 前方有待割草丛，分布零散；\n[0050] （0110） 前方有待割草丛，分布零散；\n[0051] （0010） 前方有待割草丛，分布零散；\n[0052] （1101） 前方有待割草丛，分布零散。\n[0053] 根据上述的组合感应信号SZ，控制单元判断割草刀盘前方的左侧和右侧有没有待切割的草丛，进而采取高效方式进行割草工作，沿着已割和未割草丛的结合带行走行进割草。当自动草坪割草机刚开始在草地上工作时，此时我们可以认定草地上的草丛是成片的且是等高地生长，在这种认定前提下，上述组合感应信号SZ列表中的后8种状态出现的概率非常小，暂不予以考虑，那就只剩下前8种状态。再深入的分析，除了1111和0000外，其它6种状态其实是左右对称的，具体对应的是自动草坪割草机的左边或右边有待切割的草丛，在这里，我们设定组合感应信号SZ的行走路径是沿着已割未割的结合带自外向里顺时针行进，在这个设定下，结合上述认定的成片且等高分布的草丛，组合感应信号SZ行进方向的右边会有大量待割草丛，而左边可以认定是没有待切割的草丛，这样我们需要考虑的状态就只剩下了1111，0000，0111，0011，0001这五种。当自动草坪割草机处于已割和未割草丛的结合带上时，组合感应信号SZ可能的状态是三种，即0111，0011，0001，处于最佳割草状态的应该是0111，此时刀片的大部分和草丛接触，其割草效率最高，也就是说，在上述一系列认定的前提下，实现沿着已割和未割草丛结合行进割草的控制策略就是让组合感应信号SZ保持0111这种状态，根据这个分析结果，沿着已割未割草丛结合带行进割草的控制方法就是：当组合感应信号SZ=0111时，保持直行；当组合感应信号SZ=1111时，自动草坪割草机左转；当组合感应信号SZ=0011时，自动草坪割草机右转。\n[0054] 当大量的草丛长时间与感应区处于接触状态时，这时电容式接触感应芯片就很难再识别这种接触状态。本发明的解决的办法是：当组合感应信号SZ=0111时，让组合感应信号SZ在0111和0011之间频繁的跳转，也就是说当组合感应信号SZ=0111且时间大于5秒时，自动草坪割草机左转，小于5秒直行；当组合感应信号SZ=0011时，自动草坪割草机右转。同样地，当保持S=0111和0011一定时间后，右感应区由于和草丛长时间接触，其感应信号可能翻转为0，此时可以忽略这个变化，也就是说当自动草坪割草机在执行上述的控制策略一定时间后，可以忽略最后两位数字信号的状态，即只需要考虑前两位的信号变化即（01XX），（00XX）就可以。\n[0055] 总之，当四个感应区均未感应到草丛接触信号时，控制单元发出关闭割草马达控制信号，并控制自动草坪割草机继续前行，寻找待割草丛；\n[0056] 当左前、右前感应区感应到草丛接触信号，而左、右感应区未感应到草丛接触信号时，发出直行控制信号，同时发出启动割草马达控制信号；\n[0057] 当左、左前感应区感应到草丛接触信号，而右前、右感应区未感应到草丛接触信号时，发出左转控制信号，同时发出启动割草马达控制信号；\n[0058] 当左、左前感应区未感应到草丛接触信号，而右前、右感应区感应到草丛接触信号时，发出右转控制信号，同时发出启动割草马达控制信号。\n[0059] 当四个感应区中的任两个不相邻的感应区感应到草丛接触信号，而其他两个感应区未感应区感应到草丛接触信号时，发出随时走行控制信号。\n[0060] 本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。