[发明专利]具感知电路多功能平台在草坪长时作业的智能园林工作机

权利要求书

1.具感知电路多功能平台在草坪长时作业的智能园林工作机，其含改进的具自动充电销插入及拔出接触片组件；所述的具自动充电销插入及拔出接触片组件，其含具自动充电销插入部件的固定的供电部件，还含割草机机身的具拔出接触片的活动的受电部件；所述具自动充电销插入部件的固定的供电部件，设有水平铺于地表的底板、立于前方的前墙、供电源、地脚螺钉，所述水平铺于地表的底板的单侧设有沿单边的前万向轮的前进线而对称的导向轨(233c)，以便对割草机的机身前部沿着单边前万向轮的前进线的左右予以导向；且所述水平铺于地表的底板的左侧及右侧各所设有的沿中轴线对称的导向轨(233c)的每个导向轨的曲线段是立方曲线，以便减缓冲击；所述水平铺于地表的底板的四脚设有所述地脚螺钉，以便固定；所述水平铺于地表的底板的前部设有所述的立于前方的前墙；所述的立于前方的前墙上设有沿中轴线对称的左侧及右侧各一的所述的充电销((233)，所述的充电销((233)的根部设有销球(233a)，以便微量随动，所述的充电销((233)的根部设有螺纹，以便与所述供电源相连；所述的充电销((233)的头部设有插入面(233b)，以便充电销插入及拔出接触片；所述水平铺于地表的底板沿中轴线铺设和引出并在工作区域沿地表铺设有电磁脉冲的引路导线，以便通过割草机前部下方的传感器(234d)并通过电路板智能引导割草机要充电时行走到所述具自动充电销插入部件的固定的供电部件的设有水平铺于地表的底板上；所述含具拔出接触片的活动的受电部件设在割草机前部，所述含具拔出接触片的活动的受电部件含所述的割草机前部下方的传感器(234d)和设在割草机前部的接触片(234)及压片扭簧(234a)以及转轴；所述接触片(234)及压片扭簧(234a)以及转轴各共有四个，每一个所述接触片(234)及压片扭簧(234a)以及转轴组成一个活动门，而所述每一个所述接触片(234)及压片扭簧(234a)以及转轴组成的一个活动门与所述每一个所述接触片(234)及压片扭簧(234a)以及转轴组成的另一个活动门形成面对面的对开的双门，左侧和右侧各有所述的双门的活动门的面对面的每个所述的接触片(234)的接触面((234b)对应所述的立于前方的前墙上所设有的沿中轴线对称的左侧及右侧各一的所述的充电销((233)的头部所设有的所述的插入面(233b)，由充电销靠销球(233a)微量随动插入；当充至设定值时会启动割草机后退，使充电销拔出接触片，继而工作；当又要充电时割草机行走到所述具自动充电销插入部件的固定的供电部件的水平铺于地表的底板上并由充电销插入；所述水平铺于地表的底板的左侧及右侧各所设有的沿中轴线对称的导向轨(233c)的每个导向轨的曲线段是立方曲线，以便与割草机前侧边的辅助导向棒(234e)相配而减冲击；所述的水平铺于地表的底板的四脚设有的所述地脚螺钉是膨胀螺钉；所述充电销(233)的根部所设有的销球(233a)，是在球形座上设有十字架销，以便微量随动；所述的充电销((233)的根部设有的螺纹上装有两个螺母，以防松动；所述的充电销(233)的头部所设有的插入面(233b)是锲形的；所述的压片扭簧(234a)的密圈扭簧有两个；所述的接触片(234)的接触面((234b)的一段曲线是对数螺线，因对数螺线即等角螺线具有压力角处处相等的特性，利于接触插入；所述的具感知电路多功能平台在草坪长时作业的智能园林工作机，其所设有的所述的充电销((233)的根部所设有的销球(233a)装在凹半球座上且所述的销球的左右各一的同轴线的销分别坐落在左右各一的U形槽里，以便微动随动及耐冲击；具感知电路多功能平台在草坪长时作业的智能园林工作机其含的所述具自动充电销插入部件的固定的供电部件所设有的所述水平铺于地表的底板的单侧设有沿单边的前万向轮的前进线而对称的窄的导向轨(233c)，所述窄的导向轨(233c)的中间凹槽仅能容纳割草机的单边前轮的前万向轮，所述窄的导向轨(233c)的左右宽度小于割草机的宽度的一半，所述窄的导向轨(233c)的每个导向轨是含高等数学的函数曲线的立方曲线段的喇叭口形，以便减缓冲击和使前万向轮与半边导向槽配合而对割草机的机身前部沿着单边前万向轮的前进线的左右予以导向且扩大割草面积，避免了原来的宽的两导向轨间的有靠左的一半是漏割区或靠左的一半是伤刀区或靠左的一半是伤导轨区；具感知电路多功能平台在草坪长时作业的智能园林工作机，其特征在于，所述具自动充电销插入部件的固定的供电部件的底板上连接着光伏发电充电桩及沿割草边境铺于地表有电磁脉冲的引路导线围困圈，在所述的沿割草工作区域边境的铺于地表的有电磁脉冲的引路导线围困圈内摆放着多台草坪割草机，所述的每台草坪割草机上设有指南针罗盘以便在作业时按纵横方向来维持秩序编排成队；所述具自动充电销插入部件的固定的供电部件与草坪割草机之间，采用具感知电路多功能平台长时作业的感知多台顺次编队充电的通讯遥控，人工半自动用手机纠偏补正感应导线电磁场的探测头及多个摄像机及激光器及超声测距器感知以及通过互联网的北斗定位来遥控各园林工作机次序来充电；所述工作机含采取智能化的充电管理电路，根据电池包实际电量状况采取不同的充电策略，保证系统工作；根据电池包实际电量状况采取不同的充电策略；当电池的单节电芯电压低于2.7V/CELL，由于系统工作电流较大，电芯剩余电量不足以维持系统正常工作，此时直接通过充电基站的电压给系统供电和给电池充电，具体工作原理如下：当机器接入到时充电站时系统检测电池电压，如果电压电压低于2.7V/CELL，此时，MCU发出的BD_EN、BT_ctr控制信号都为低电平，TF14 MOS导通，充电基站给系统供电，同时，TF10 MOS截止，阻止电池给系统供电，避免电池过度放电，各部分电路工作如下：电池电压检测电路：系统工作时，MCU的AD输入引脚检测电阻R142、R146、R147的分压电压，经过采样计算电池的电压值，并与软件设置的充电阈值比较，以控制充电方式；

单片机微控单元芯片MCU采样到的电压：

V＝(R146//R147)*(R142+R146//R147)*Vbattery

其中TF15 MOS场效应管的作用如下：

当系统在正常供电状态下，MOS的G极通过12V电压给G极供电，G极电压为：

VG-S＝R127/(R126+R127)*12V

此电压保证TF15管可靠导通，电池电压采样电路工作，当系统断电时，TF15因G、S端电压为零而截止，电池电压采样电路断开，阻止电池通过此电路放电，减小机器在不使用的情况下的电量消耗，

当机器在系统断电的情况下接入到充电基站，此时因MCU的BT_ctr信号为低电平，三极管Q28截止，而三极管Q27的B-E端的电压为：VB-E＝VCIN+*R212/(R210+R212)，

此电压值大于三极管的导通阈值电压，三极管Q27导通，此时TF14 MOS管的G-S端电压为：

VG-S＝VCIN*(1-R211/(R209+R211))

TF14因此导通，基站电压VCIN+通过TF14给系统供电，系统自动开机，并检测是否符合充电条件；充电过程中，当MCU检测到时充电电压大于2.7V/CELL时，控制信号BT_ctr、BD_EN由低电平切换到高电平，充电状态切换如下所描述：

因BT_ctr信号由低电平切换到高电平时，三极管Q28由截止状态切换导通状态，导致三极管Q27的基极电压降低为零电压而截止，TF14随之截止，

基站给系统供电通道断开，

在BT_ctr信号由低电平切换到高电平的同时，BD_EN信号亦由低电平切换到高电平，三极管Q16由截止状态切换到导通状态，R138电阻两端的电压降大于TF10的G-S导通电压，TF10 MOS随之导通，此时，在基站供电通道断开的同时，由电池给系统供电，

D23A二极管的作用：在系统其它工作状态时，除充电之外的状态，为防止电池电压通过TF14的体二极管加到CIN+信号端，使系统判断为进入充电状态而误操作，加一阻塞二极管；

D23二极管的作用：在充电状态时，阻止充电电压通过TF10的体二极管给电池充电；

本系统采用智能化的充电管理系统，多个充电数据检测及充电过程中的数据测量，提供多重保护功能，以保证充电安全；

芯片MCU通过检测电池电压决定充电的大小，及根据设定的充电截止电压和电流的值，决定何时终止充电，以保证充电安全及提高电池的使用寿命，

MCU通过控制ChrgEn1、ChrgEN2信号的电平状况来控制充电电流的大小，

当MCU检测到时电池电压低于2.7V/CELL时，采用小电流给电池充电，此时，ChrgEn1信号为低电平，同时，ChrgEN2信号为高电平，三极管Q20导通，三极管Q19随之导通，基站电压通过电阻R164、R164A、R164B、Q19给电池充电，

电阻R164、R164A、R164B的作用如下：

起限流作用，充电电流为：

IChrg＝(VCIN+-Vbattery)/(R164+R164A+R164B)

避免电池电压过低，将基站电压拉低，导致系统不能正常工作；

当MCU检测到时电池电压高于2.7V/CELL时，采用大电流给电池充电，此时，ChrgEn1信号切换为高电平，同时，ChrgEN2信号切换为低电平，三极管Q21导通，MOS管TF12随之导通，基站电压通过电阻TF12 MOS管给电池充电，充电电流由基站充电器电流大小来决定，

R176、R181为电流取样电阻，当充电电流流过此电阻产生的电压大于MCU设定充电阈值电压时，MCU认为充电过流，立即停止充电；

充电截止条件：

当电池总压大于4.15V/CELL，或充电电流小于200mA时，停止充电，避免电池出现过充；

系统供电电路：

本系统供电设计采用开关电源及线性稳压电源组合的方式提供系统所需的12V、5V、3.3V电压，具体工作描述如下：

电池电压或基站供电电压加在开关电源变换芯片的输入引脚1，当开关控制引脚5为低电平时，控制芯片内部连接引脚1与引脚2之间的MOS管处于开关状态，MOS管在每一个开关周期的导通时间取决于输出电压反馈到引脚4端的反馈电压与内置基准电压的误差值的大小，

在芯片内置MOS导通状态，输入电压通过电感L1给输出+12V提供能量，同时电感L1与电容C64在此期间也会储电能，

当MOS断开时，在上一个导通周期内存储在电感L1上的电能会释放出来，给负载供电，二极管D21给电感L1提供电流回路，当L1上能量减小时，C64补充提供电压，维持输出电压+12V不变；

内置开关管的工作原理如下所述：

当负载加大时，输出电压降低，同时反馈引脚4的电压随之降低，与芯片内部的基准电压的误差值加大，结果使内置MOS的导通时间加长，更多的电量加大输出端，使输出电压接近设定压，维持输出电压稳定；

同理，当输出负载减小时，输出电压上升，因此反馈电压与基准电压误差减小，导致内置的MOS开关管导通时间减小，减小供电端提供给负载端的电量，使输出回落至设定的电压值，以上因负载的变化，引起输出电压与设定电压值的误差值，使输出电压维持动态平衡的稳定值，因开关电源工作在开关状态，直接将输入电压变换为系统所需的电压，取消线性电源输入输出电压差的能量消耗，因此，具有效率高，同时系统发热量小，提供系统工作可靠性，

U18、U16为三端稳压器，提供系统所需的5V、3.3V工作电压；

电机控制原理如下所示：

本系统直流无刷电机控制部分采购集成芯片控制方案，芯片内置转子位置译码器，监控三个电机位置传感器，以提供上部、下部功率MOS驱动的正确时序，具有全波六步驱动功能，外围三相驱动器件为集成MOS管，

上部功率开关为PMOS管，下部功率开关为NMOS管；

集成芯片具有过流保护功能，R118电阻为电机电流采样电阻，电流采样信号被R117、R119分压后送到芯片电流采样端，当电流采样信号值大于0.1V，过流保护功能激活，电机停止转动，过流保护设置点为：

Icurrent＝0.1*(R117+R119)/(R118*R119)

当发生过流事件时，驱动芯片Fault Output引脚的输出为低电平，将电机驱动信号OutputEnable信号拉低，电机停止运转，避免机器负载电流过大而发生电子器件损坏，当Fault Output为低电平时，三极管Q24的B-E端电压也降为零，由导通状态切换为截止状态，BLADE_FAULT信号为高电平，当MCU收到BLADE_FAULT高电平后，立即停止所有电机运行；MCU还设置有二级软件过流保护功能，以便在不同负载条件下，灵活处理机器运行动作，避免机器频繁停机；软件过流保护功能描述如下：

电机电流采样信号BLADE_P8，经过运算放大器运算放大7.8倍后，将放大后的采样电流模拟信号BLADE_CRT信号送给MCU具有模数转换功能的引脚上，经过内置的模数转换单元处理后，模拟电流信号转换为12位的数字电流信号，此信号与MCU设置的过流阈值信号相比较，当电流信号值大于过流阈值时，执行相应的过流时的运行动作；

左、右行走电机具有相同的过流保护功能；电流运算放大电路的电流放大倍数计数公式：

A＝1+(R7/R14)*Icurrent

当电机运行过程中出现异常状况如机器碰撞、机器提升，机器翻转时，发生这些事件的感觉器将相关信号反馈给MCU，MCU立即执行刹车功能；具体动作过程如下：

当检测以上事件的霍尔传感器发生位置偏置时，霍尔信号由高电平切换为低电平，MCU管脚检测至电平变化后，发出的BLADE_BRK信号由高电平切换为低电平，经过以下的反相电路处理后，产生BLADE_P4高电平信号给电机驱动芯片U13，执行电机刹车功能，左、右行走电机具有相同的功能；驱动芯片还有使电机正转/反转功能，当机器运行中发生碰撞事件时，机器执行后退功能，具体动作描述如下：当霍尔传感器将碰撞信号发送给MCU时，MCU将控制电机运行方向的BLADE_DIR的信号由低电平切换为高电平，经过如下反相电路处理后，产生低电平的BLADE_P7信号给电机驱动芯片U13，电机由正转切换反转状态，机器执行后退运行动作，左、右行走电机具有相同的功能；电机速度控制原理：机器在不同的工作状态下，电机运行速度也不相同，因此需要反馈电机的运行速度信号给电机驱动芯U13，本系统设计采用专用的电机速度检测芯片，以产生电机速度控制所需的反馈电压，而无需昂贵的转速计U12，即可实现此功能。