[0001] 本实用新型涉及一种自动化的智能机器领域，尤其涉及一种用于家庭、公共绿地等场合进行草坪修剪的割草机。

[0002] 割草机器人通常用于家庭、公园、园林、小区、高尔夫球场的草地修剪维护。由于割草机器人能够自动行走、自动割草、无需人工操作，能够减轻人力，提高工作效率，并能保持割草高度与质量的稳定。然而割草机器人在工作中常常会遇到各种不同的特殊情况，比如：遇到障碍物，机器人翻倒或者工作过程中遇到下雨，为此如一申请号为CN201710201962.7(申请公布号为CN107168304U)的中国发明专利申请《一种割草机器控制方法》提供了一种割草机器人，该割草机器人包括主控模块和行走机构，其中主控模块连接有用于采集割草机器人运动角速度的陀螺仪传感器，主控模块根据陀螺仪传感器反馈的角速度数据获得实际角度数据，并通过与预定角度数据的对比来控制机器人的转向角度，以避免机器人在遇到障碍物时发生翻倒或是倾倒。

[0003] 另外，为了更好地对待修剪的草坪进行识别，现有的割草机中也常常设置有视觉识别系统，将视觉图像并传递给视觉处理器，视觉处理器通过视觉识别待修剪的草坪的形态特征，并与系统内存储的目标草坪的形态特征进行对比，采用排除法确定待修剪的草坪并将方位信息传给主控系统，主控系统根据待修剪的草坪的方位信息发出控制指令，控制割草机行走至草坪的目标修剪位置。无论是陀螺仪传感器或是视觉识别系统能使得割草机更灵活、平稳地处理各种情况，但仍具有如下缺陷：安装于割草机上的视觉识别系统的位置相对固定，若遇到高低不平的作业环境，则不能全面地识别待修剪的草坪的形态特征，或是即将需要上坡或是下坡的作业环境时，视觉识别系统也需要能快速地作出识别，否则最终均不能有效地控制割草机行走至草坪的目标修剪位置，使得草坪整体修剪完需要更长时间，这无形中降低了生产效率。实用新型内容

[0004] 本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种能使视觉识别系统更好地适应高低不平的作业环境的智能割草机。

[0005] 本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：该智能割草机，包括有机体，所述机体上还安装有：

[0006] 图像采集模块，用于采集待修剪草坪的图像；

[0007] 控制模块，与图像采集模块相连接，用于对所述待修剪草坪的图像进行图像识别，生成修剪信息；

[0008] 其特征在于：

[0009] 所述机体还设置有与控制模块相连接的角度传感器，该角度传感器用于实时检测待修剪草坪的平整度；

[0010] 上述的控制模块被配置为根据角度传感器检测到的待修剪草坪平整度结果而控制所述图像采集模块相对机体作至少一个动作：升降、旋转或俯仰。

[0011] 为了对图像采集模块进行保护，起到相应的防雨作用，优选地，所述图像采集模块被约束在外露在所述机体外的上罩体内，所述上罩体具有供所述图像采集模块至少局部外伸出的开口，所述上罩体以其下侧部位连接在所述机体的前部位置，所述机体内设置有位于所述上罩体之下的下罩体，所述下罩体容纳有用于控制所述上罩体相对机体上下升降、旋转和/或前后俯仰的驱动机构，所述控制模块与驱动机构相连接。同样，将驱动机构也设置在下罩体内，也能对驱动机构起到相应的防雨作用，借助上罩体相对机体的上下升降、旋转或前后俯仰，以使得图像采集模块能够更好地适应高低不平的作业环境，更加全面地识别待修剪的草坪的形态特征，从而有效地控制割草机行走至目标位置。

[0012] 为了能够实现上罩体相对机体的上下升降，从结构实现角度考虑，优选地，所述驱动机构为仅用于控制所述上罩体相对机体上下升降的第一驱动机构，所述第一驱动机构包括有第一驱动源、与第一驱动源的动力输出端连接的第一传动机构，对应地，所述上罩体具有能伸入所述下罩体的连接座，所述连接座与所述第一传动机构传动连接。上罩体借助其连接座与第一传动机构的传动连接，从而间接地实现图像采集模块相对机体的上下升降。

[0013] 进一步地，所述连接座开设有竖向导向孔，对应地，所述第一传动机构包括有能插入所述竖向导向孔的传动杆、套设在所述第一驱动源的动力输出端上的螺母以及嵌设在所述螺母上并能跟着螺母一起转动的基板，所述基板位于连接座之下并设有供所述传动杆穿过的第一穿孔，所述基板于第一穿孔的外围设有套在所述传动杆上的轴承，并在所述基板上设置有限制所述传动杆和基板只能发生上下移动而不旋转的导向机构。该第一驱动源的动力输出端局部为丝杆，在螺母套设其上时形成丝杆螺母传动副，此时，丝杆只发生旋转而带动螺母发生周向地旋转，本实用新型的螺母截面呈倒置的“T”字形，能供基板嵌设其上以使二者一起旋转，并且由于基板上的轴承设置以致传动杆也能被带动地旋转，最后在导向机构的限制作用下只能发生上下移动而不旋转，该导向机构可以为竖向设置的导向杆。

[0014] 为了更加稳定地实现传动杆的上下移动，优选地，所述传动杆包括有位于所述基板之上的上段以及位于所述基板之下的下段，所述上段设有与所述连接座相抵的抵接部，所述第一传动机构还包括有位于所述基板下的基座以及设在基座上并竖向设置的导向筒，所述导向筒上开设有上下布置的导向孔，对应地，所述传动杆的下段设置有能插配在导向孔并相对其滑动的插销。传动杆的上段通过抵接部与连接座相抵，实现连接座与传动杆同步的上下滑移，再借助其下段的插销沿着导向孔上下的滑移，最终使得上罩体通过连接座与传动杆同步的上下滑移而实现相对机体的上下移动。

[0015] 为了能够实现图像采集模块相对机体作旋转，优选地，所述基座上固定有其动力输出轴与所述传动杆同轴设置的第二驱动源和由该第二驱动源通过第二传动机构驱动所述导向筒带动所述传动杆连同所述连接座一起沿着所述传动杆的传动轴旋转。第二驱动源和第一驱动源可以独立工作，当第一驱动源独立工作时，能实现上罩体相对机体的上下移动，而当第二驱动源独立工作时，能实现上罩体相对机体的旋转，当然第一驱动源和第二驱动源一起共同工作时，则可以实现上罩体相对机体的上下移动的同时并发生相对机体的旋转。

[0016] 为了实现将第二驱动源的水平转动转换为使传动杆沿着其传动轴旋转，优选地，所述第二传动机构包括有与所述第二驱动源的动力输出轴同轴设置有第二主动齿轮、与所述第二主动齿轮相啮合的第二从动齿轮以及与所述第二从动齿轮同轴设置的传动件，所述传动件至少局部能转伸入所述导向筒内并与其连接。

[0017] 为了实现传动件与第二从动齿轮的同轴设置，优选地，所述传动件具有插设在基座上的插设部以及位于插设部的上端并伸入所述导向筒内的伸入部，所述伸入部设有与导向筒连接的至少两个齿条，所述基座设有供插设部插设的插孔，所述插孔的孔壁具有导向槽，对应地，所述插设部设有与导向槽相适配的导向柱。

[0018] 为了减小第一驱动源、第二驱动源以及第一传动机构和第二传动机构的安装空间，优选地，所述基座的截面呈“Z”字形，包括有与所述基板平行设置的下基台、上基台以及连接下基台和上基台之间的连接基台，所述第二驱动源和第二传动机构设置在所述下基台上，所述第一驱动源设置在所述上基台上，所述第一传动机构的传动杆和导向筒则设在下基台与连接基台围成的腔体内，而所述导向机构则连接在所述连接基台上。基座的这种结构设计使得下罩体够做得更小，结构上更加紧凑。

[0019] 为了能够实现图像采集模块相对机体作俯仰，优选地，所述驱动机构为仅用于控制所述上罩体相对下罩体能够绕着俯仰轴方向枢转的第三驱动机构，所述俯仰轴设置在机体上，对应地，所述上罩体具有能伸入所述下罩体并供所述俯仰轴穿设的连接部，所述连接部与所述第三传动机构传动连接。通过第三传动机构与连接部的传动连接使得上罩体相对下罩体进行俯仰动作。

[0020] 其中第三传动机构可以为：所述第三传动机构可以为齿轮传动或是摇臂结构以进行俯仰变幅运动。

[0021] 从齿轮传动设置的角度考虑，优选地，所述第三传动机构为齿轮传动时，包括有与第三驱动机构的第三驱动源的动力输出端同轴设置的第三主动齿轮、与所述第三主动齿轮相啮合的第三从动齿轮以及设在所述俯仰轴上并与第三从动齿轮相啮合的第四从动齿轮，所述第三驱动源的动力输出端与供第三从动齿轮连接的转动轴分别与所述俯仰轴平行设置，所述第三主动齿轮通过连接在所述下罩体上的连接板而与第四从动齿轮相啮合，所述连接板则开设有供第三主动齿轮穿过的第二穿孔。以方便实现各齿轮的排布和连接。

[0022] 从摇臂结构设置的角度考虑，优选地，所述第三传动机构为摇臂结构时，包括有与第三驱动机构的第三驱动源的动力输出端平行的轴铰接的连杆机构，连杆机构的末端设有用于连接所述上罩体的所述连接部，所述俯仰轴穿过所述连接部的中部，所述连杆机构分别通过各自对应的销轴连接于所述连接部的末端。

[0023] 摇臂结构从单摇臂的角度考虑，优选地，所述连杆机构包括第一连杆和第二连杆，第一连杆的下端与第三驱动源的动力输出端铰接，其上端则通过第一销轴铰接在第二连杆的下端，第二连杆的上端通过第二销轴铰接在所述连接部的末端，在第三驱动源发生转动的状态下，能带动所述第一连杆和第二连杆相对靠近和远离，从而带动所述连接部进行俯仰动作。

[0024] 进一步地，所述第三传动机构为曲柄结构时，包括有与第三驱动机构的第三驱动源的动力输出端同轴设置的曲柄圆盘，而所述上罩体的连接部包括有摆杆，所述摆杆的驱动力由曲柄圆盘通过传动杆传送，所述传动杆的第一端偏置地连接在所述曲柄圆盘上并与其一起旋转，所述传动杆的第二端能在摆杆中滑移。

[0025] 为了适应上罩体相对下罩体的俯仰，优选地，所述上罩体和下罩体之间连接有相对于俯仰轴于旋转角α之间线性变化的柔性套，并且‑20°≤α≤20°。该柔性套的设置有一物两用的作用，其一为柔性套能跟随上罩体相对下罩体的俯仰而发生弹性变化；其二为防雨作用，其能避免下罩体外露而保护驱动机构。

[0026] 与现有技术相比，本实用新型的优点在于：在机体上设置角度传感器，在其检测到割草机机体的角度发生倾斜时，则控制模块能够对应启动驱动机构而带动图像采集模块相对机体作动作，从而实现图像采集模块的角度变化，如俯仰，或是升降、旋转，最终实现图像采集模块达到视觉最大化状态，以使得图像采集模块能够更好地适应高低不平的作业环境，更加全面地识别待修剪草坪的形态特征，从而有效地控制割草机行走至草坪的目标修剪位置。

[0042] 以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

[0043] 实施例1

[0044] 如图1～6所示，为本实用新型的第一个实施例。本实施例的该智能割草机包括有机体1和设置在机体1上的控制系统，控制系统包括主控模块和与主控模块连接的行走机构，行走机构包括行走电机驱动模块和行走电机组合，主控模块通过行走电机驱动模块控制行走电机组合的运动状态实现割草机的直线运动和转向运动。

[0045] 本实用新型的主控模块还连接有用于采集割草机运动角速度的角度传感器13，如陀螺仪传感器，主控模块实时接收陀螺仪传感器的角速度数据，主控模块内设有处理器，处理器根据接收的角速度数据计算出当前割草机运动的角度信息，割草机控制方法包括转向方向控制和转向角度控制，转向方向控制用于控制割草机的转动方向，转向角度控制用于在完成转向后控制割草机的转向角度，主控模块根据陀螺仪传感器反馈的角速度数据获得实际角度数据，并通过与预定角度数据的对比来控制割草机的转向角度。当实际角度数据达到预定角度数据时，主控模块停止转向运动控制，割草机可实现转向运动，因此整体的运动灵活性更好，便于对草地的一些边角区域进行有效割草，提高了割草效果；同时割草机在倒退行进的过程中，若遇到高低不平的作业环境，则不能全面地识别待修剪的草坪的形态特征，最终不能有效地控制割草机行走至草坪的目标修剪位置，使得草坪整体修剪完需要更长时间，为此本实施例的重点在于：机体1上还安装有图像采集模块11以及控制模块12：其中图像采集模块11用于控制视觉系统采集待修剪的草坪的图像，而控制模块12与图像采集模块11相连接，用于对待修剪草坪的图像进行图像识别生成修剪信息，而机体1还设置有与控制模块12相连接的角度传感器13，该角度传感器13用于实时检测待修剪草坪的草坪平整度，上述的控制模块12被配置为根据角度传感器13检测到的待修剪草坪平整度结果而控制图像采集模块11相对机体1作至少一个动作：升降、旋转或俯仰。

[0046] 为了便于理解控制模块12的控制过程，本实施例中以下述的例子进行说明：

[0047] 如若待修剪草坪为高低不平的草坪时，当智能割草机在运动至草坪上的凹坑过程中，机体1上的角度传感器13检测到当前机体1所处的待修剪草坪的草坪平整度为α(该α对应为机体1相对于草坪上平整位置的倾斜角度，α的角度为锐角)，控制模块12则控制图像采集模块11相对机体1作相应的作上升和/或上仰动作，具体上升的高度可根据凹坑的深度确定，上仰角度为α，以使图像采集模块11在凹坑位置时也能采集到与草坪上平整位置相同的形态特征；另外当智能割草机在运动至草坪上的凸起位置过程中，机体1上的角度传感器13检测到当前机体1所处的待修剪草坪的草坪平整度为β(该β对应为机体1相对于草坪上平整位置的倾斜角度，β的角度为钝角)，控制模块12则控制图像采集模块11相对机体1作相应的作下降和/或下俯动作，具体下降的高度可根据凸起的高度确定，下俯角度为β，以使图像采集模块11在凸起位置时也能采集到与草坪上平整位置相同的形态特征。上述图像采集模块11具体是否需要旋转，则根据图像采集模块11采集到的待修剪草坪的具体形态特征而作适应性的改变，因此能够更好地适应高低不平的作业环境，更加全面地识别待修剪草坪的形态特征。为了对图像采集模块11进行保护，起到相应的防雨作用，该图像采集模块11被约束在外露在机体1外的上罩体1a内，上罩体1a具有供图像采集模块11至少局部外伸出的开口
111，上罩体1a以其下侧部位连接在机体1的前部位置，机体1内设置有位于上罩体1a之下的下罩体1b，下罩体1b容纳有用于控制上罩体1a相对机体1上下升降、旋转和/或前后俯仰的驱动机构，控制模块12与上述驱动机构相连接，将驱动机构也设置在下罩体1b内，也能对驱动机构起到相应的防雨作用，借助上罩体1a相对机体1的上下升降、旋转或前后俯仰，以使得图像采集模块11能够更好地适应高低不平的作业环境，更加全面地识别待修剪草坪的形态特征，从而有效地控制割草机行走至草坪的目标修剪。

[0048] 本实施例以能够升降为例展开：

[0049] 为了能够实现上罩体1a相对机体1的上下升降，从结构实现角度考虑，本实施例的驱动机构为仅用于控制上罩体1a相对机体1上下升降的第一驱动机构21，第一驱动机构21包括有第一驱动源20、与第一驱动源20的动力输出端连接的第一传动机构22，对应地，上罩体1a具有能伸入下罩体1b的连接座1c，连接座1c与第一传动机构22传动连接。上罩体1a借助其连接座1c与第一传动机构22的传动连接，从而间接地实现图像采集模块11相对机体1的上下升降。具体地，连接座1c开设有竖向导向孔1d，对应地，第一传动机构22包括有能插入竖向导向孔1d的传动杆23、套设在第一驱动源20的动力输出端上的螺母24以及嵌设在螺母24上并能跟着螺母24一起转动的基板25，基板25位于连接座1c之下并设有供传动杆23穿过的第一穿孔251，基板25于第一穿孔251的外围设有套在传动杆23上的轴承26，并在基板25上设置有限制传动杆23和基板25只能发生上下移动而不旋转的导向机构27。该第一驱动源20的动力输出端局部为丝杆，在螺母24套设其上时形成丝杆螺母24传动副，此时，丝杆只发生旋转而带动螺母24发生周向地旋转，本实用新型的螺母24截面呈倒置的“T”字形，能供基板25嵌设其上以使二者一起旋转，并且由于基板25上的轴承26设置以致传动杆23也能被带动地旋转，最后在导向机构27的限制作用下只能发生上下移动而不旋转，该导向机构27可以为竖向设置的导向杆。另外，传动杆23包括有位于基板25之上的上段23a以及位于基板
25之下的下段23b，上段23a设有与连接座1c相抵的抵接部23c，第一传动机构22还包括有位于基板25下的基座28以及设在基座28上并竖向设置的导向筒29，导向筒29上开设有上下布置的导向孔290，对应地，传动杆23的下段23b设置有能插配在导向孔290并相对其滑动的插销23d。传动杆23的上段23a通过抵接部23c与连接座1c相抵，实现连接座1c与传动杆23同步的上下滑移，再借助其下段23b的插销23d沿着导向孔290上下的滑移，最终使得上罩体1a通过连接座1c与传动杆23同步的上下滑移而实现相对机体1的上下移动，最终更加稳定地实现传动杆23的上下移动，仅上下升降的应用场景还可以在于智能割草机寻找充电基站时。

[0050] 实施例2

[0051] 与实施例1的结构基本相同，唯一的区别在于：基座28上固定有其动力输出轴与传动杆23同轴设置的第二驱动源3和由该第二驱动源3通过第二传动机构4驱动导向筒29带动传动杆23连同连接座1c一起沿着传动杆23的传动轴旋转。第二驱动源3和第一驱动源20可以独立工作，当第一驱动源20独立工作时，能实现上罩体1a相对机体1的上下移动，而当第二驱动源3独立工作时，能实现上罩体1a相对机体1的旋转，当然第一驱动源20和第二驱动源3一起共同工作时，则可以实现上罩体1a相对机体1的上下移动的同时并发生相对机体1的旋转。为了实现将第二驱动源3的水平转动转换为使传动杆23沿着其传动轴旋转，第二传动机构4包括有与第二驱动源3的动力输出轴同轴设置有第二主动齿轮41、与第二主动齿轮41相啮合的第二从动齿轮42以及与第二从动齿轮42同轴设置的传动件43，传动件43至少局部能转伸入导向筒29内并与其连接。

[0052] 其中，为了实现传动件43与第二从动齿轮42的同轴设置，传动件43具有插设在基座28上的插设部43a以及位于插设部43a的上端并伸入导向筒29内的伸入部43b，伸入部43b设有与导向筒29连接的至少两个齿条，基座28设有供插设部43a插设的插孔，插孔的孔壁具有导向槽，对应地，插设部43a设有与导向槽相适配的导向柱43c，并且为了减小第一驱动源20、第二驱动源3以及第一传动机构22和第二传动机构4的安装空间，本实施例的基座28的截面呈“Z”字形，包括有与基板25平行设置的下基台281、上基台282以及连接下基台281和上基台282之间的连接基台283，第二驱动源3和第二传动机构4设置在下基台281上，第一驱动源20设置在上基台282上，第一传动机构22的传动杆23和导向筒29则设在下基台281与连接基台283围成的腔体284内，而导向机构27则连接在连接基台283上。基座28的这种结构设计使得下罩体1b能够做得更小，结构上更加紧凑，此实施例能在智能割草机上下升降的基础上实现旋转。

[0053] 实施例3

[0054] 与实施例1的结构基本相同，唯一的区别在于：仅利用第二驱动机构而实现上下升降和旋转，仅需要将导向筒29的导向孔290设置成呈螺旋盘绕设置的结构。

[0055] 实施例4

[0056] 与实施例1的结构基本相同，唯一的区别在于：仅利用第三驱动机构而实现俯仰动作，第三传动机构为齿轮传动，为了能够实现图像采集模块11相对机体1作俯仰，驱动机构为仅用于控制上罩体1a相对下罩体1b能够绕着俯仰轴1g方向枢转的第三驱动机构，俯仰轴1g设置在机体1上，对应地，上罩体1a具有能伸入下罩体1b并供俯仰轴1g穿设的连接部1h，连接部1h与第三传动机构传动连接。通过第三传动机构与连接部1h的传动连接使得上罩体
1a相对下罩体1b进行俯仰动作，从齿轮传动设置的角度考虑，具体为，当第三传动机构为齿轮传动时，包括有与第三驱动机构的第三驱动源5的动力输出端同轴设置的第三主动齿轮
51、与第三主动齿轮51相啮合的第三从动齿轮52以及设在俯仰轴1g上并与第三从动齿轮52相啮合的第四从动齿轮53，第三驱动源5的动力输出端与供第三从动齿轮52连接的转动轴分别与俯仰轴1g平行设置。并从为了实现各齿轮的排布和连接的角度考虑，第三主动齿轮
51可通过连接在下罩体1b上的连接板54而与第四从动齿轮53相啮合，连接板54则开设有供第三主动齿轮51穿过的第二穿孔55，如图6～8所示。

[0057] 实施例5

[0058] 与实施例4的结构基本相同，唯一的区别在于：仅利用第三驱动机构而实现俯仰动作，传动为摇臂传动；从摇臂结构设置的角度考虑，第三传动机构为摇臂结构时，包括有与第三驱动机构的第三驱动源5的动力输出端平行的轴铰接的连杆机构，连杆机构的末端设有用于连接上罩体1a的连接部1h，俯仰轴1g穿过连接部1h的中部，连杆机构分别通过各自对应的销轴连接于连接部1h的末端，本实施例的摇臂结构从单摇臂的角度考虑，连杆机构包括第一连杆61和第二连杆62，第一连杆61的下端与第三驱动源5的动力输出端铰接，其上端则通过第一销轴63铰接在第二连杆62的下端，第二连杆62的上端通过第二销轴64铰接在连接部1h的末端，在第三驱动源5发生转动的状态下，能带动第一连杆61和第二连杆62相对靠近和远离，从而带动连接部1h进行俯仰动作。最后，为了适应上罩体1a相对下罩体1b的俯仰，上罩体1a和下罩体1b之间连接有相对于俯仰轴1g于旋转角α之间线性变化的柔性套8，该柔性套8的设置有一物两用的作用，其一为柔性套8能跟随上罩体1a相对下罩体1b的俯仰而发生弹性变化；其二为防雨作用，其能避免下罩体1b外露而保护驱动机构，并且旋转角可在‑20°≤α≤20°之间作俯仰变化，优选为变化角度α为±10°，如图10～12所示。即将需要上坡或是下坡的作业环境时，视觉识别系统也需要能快速地作出识别，如上坡的瞬间，割草机的机体1相对待修剪的草坪所在的平面呈一定角度的夹角，若此时图像采集模块11不能相对机体1作上仰，则容易发生机体行进的卡顿，为此，图像采集模块11此时可以相对机体1作上仰，待其割草机的机体1整体均上坡后，再重新调回原位；同理，如下坡的瞬间，图像采集模块11需相对机体1作下仰，最终均能有效地控制割草机行走至草坪的目标修剪位置。

[0059] 实施例6

[0060] 与实施例4的结构基本相同，唯一的区别在于：仅利用第三驱动机构而实现俯仰动作，传动为曲柄传动，该第三传动机构为曲柄结构时，包括有与第三驱动机构的第三驱动源5的动力输出端同轴设置的曲柄圆盘71，而上罩体1a的连接部1h包括有摆杆1e，摆杆1e的驱动力由曲柄圆盘71通过传动轴72传送，传动轴72的第一端偏置地连接在曲柄圆盘71上并与其一起旋转，传动轴72的第二端能在摆杆1e中滑移，摆杆1e中开设有滑槽1f，如图13～15所示。