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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201820698308.1 (22)申请日 2018.05.11 (73)专利权人 上海电力学院 地址 200090 上海市杨浦区平凉路2103号 (72)发明人 吴韶飞 潘卫国 杨执钧 王丹豪 闫霆 项文威 秦岭 (74)专利代理机构 上海科盛知识产权代理有限 公司 31225 代理人 赵继明 (51)Int.Cl. A01D 43/14(2006.01) A01D 34/00(2006.01) A01D 67/00(2006.01) A01D 69/02(2006.01) 。
2、A01D 69/00(2006.01) E03B 3/02(2006.01) H02S 10/12(2014.01) (ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利 (54)实用新型名称 一种风光储充一体化的智能草坪养护系统 (57)摘要 本实用新型涉及一种风光储充一体化的智 能草坪养护系统， 包括绿色房部分、 供能部分、 机 器人部分和控制部分， 绿色房部分上部设有自动 跟踪太阳装置、 风力发电机和雨水收集装置， 自 动跟踪太阳装置利用摄像头检测太阳能板的阴 影长度驱动舵机云台转动； 绿色房部分和机器人 部分之间连接供能部分， 以提供系统的全部电 能； 控制部分通过各种传感器、 机器视觉和摄像 。
3、头检测信号， 驱动履带式机器人部分自主导航与 路径规划， 执行智能除草、 补水浇灌或浇灌施肥 等功能。 与现有技术相比， 本实用新型可解决草 坪养护系统能源利用率低、 能耗大及智能化和适 应性不强等问题， 智能环保、 能源利用率高、 功率 较低、 稳定性和适应性较强， 能承担繁重的草坪 护养工作。 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 CN 208191343 U 2018.12.07 CN 208191343 U 1.一种风光储充一体化的智能草坪养护系统， 其特征在于， 包括： 绿色房部分(1)， 所述的绿色房部分(1)位置固定， 绿色房部分(1)主体上设有太阳能发 电装置、 风力发电装置和。
4、雨水收集装置(103)； 供能部分(2)， 包括储能电池(201)、 无线充电装置(202)和蓄电池(203)， 所述的储能电 池(201)位置固定， 其输入端通过电能转换装置与太阳能发电装置和风力发电装置连接， 输 出端通过无线充电装置(202)与蓄电池(203)无线连接； 机器人部分(3)， 包括行走机构以及设置在行走机构上的除草刀具(301)、 浇灌水箱 (303)和喷头， 所述的浇灌水箱(303)分别与雨水收集装置(103)和喷头连接， 所述的蓄电池 (203)设置在行走机构上， 用于提供所述的机器人部分(3)的动力来源； 控制部分(4)， 与机器人部分(3)和绿色房部分(1)连接， 。
5、用于控制机器人部分(3)和太 阳能发电装置的动作。 2.根据权利要求1所述的一种风光储充一体化的智能草坪养护系统， 其特征在于， 所述 的太阳能发电装置为自动跟踪太阳装置(101)， 包括太阳能板(105)、 用于改变太阳能板 (105)角度的转动机构和用于拍摄太阳能板(105)在参照物上产生的阴影的摄像头(106)， 所述的控制部分(4)分别与转动机构和摄像头(106)连接。 3.根据权利要求1所述的一种风光储充一体化的智能草坪养护系统， 其特征在于， 所述 的行走机构为履带底盘。 4.根据权利要求1所述的一种风光储充一体化的智能草坪养护系统， 其特征在于， 所述 的系统还包括与控制部分(4。
6、)连接的土壤湿度传感器(402a)和土壤氮磷钾检测传感器 (402b)。 5.根据权利要求1所述的一种风光储充一体化的智能草坪养护系统， 其特征在于， 所述 的系统还包括与控制部分(4)连接的高度传感器(404a)。 6.根据权利要求5所述的一种风光储充一体化的智能草坪养护系统， 其特征在于， 所述 的除草刀具(301)包括用于调节刀口高度的伸缩杆， 所述的伸缩杆与控制部分(4)连接。 7.根据权利要求1所述的一种风光储充一体化的智能草坪养护系统， 其特征在于， 所述 的系统还包括设置在浇灌水箱(303)中的液位传感器(405b)， 所述的浇灌水箱(303)和雨水 收集装置(103)之间的通道。
7、上设有电开关， 所述的电开关与控制部分(4)连接。 8.根据权利要求7所述的一种风光储充一体化的智能草坪养护系统， 其特征在于， 所述 的液位传感器(405b)包括水位显示模块和水位采集模块， 所述的水位显示模块包括用于表 示液位的LED阵列， 所述的水位采集模块输出端与控制部分(4)连接， 并通过AD转换器与LED 阵列连接。 9.根据权利要求1所述的一种风光储充一体化的智能草坪养护系统， 其特征在于， 所述 的无线充电装置(202)包括发射端和接收端， 所述的发射端设有高频振荡器(206)。 权 利 要 求 书 1/1 页 2 CN 208191343 U 2 一种风光储充一体化的智能草坪。
8、养护系统 技术领域 0001 本实用新型涉及一种草坪养护装置， 尤其是涉及一种风光储充一体化的智能草坪 养护系统。 背景技术 0002 现阶段， 新能源高效利用推动能源革命快速向前发展， 太阳能、 风能等多能互补正 是顺应发展趋势的清洁可再生的利用模式。 风光储充联合发电系统将太阳能和风能的转 换、 存储和释放， 能够提供稳定的高品质电能输出， 极大提高系统的功率输出特性， 增加电 网对可再生能源的消纳能力， 同时缓解因电能需求量的波动而引起的电网不稳定， 增强电 网削峰填谷的适应能力， 提高电能利用效率。 0003 无线充电与高效储能对发展分布式能源起到关键作用， 现有无线电力传输形式主 要。
9、分为短程、 中程和远程传输三大类。 短程传输主要通过电磁感应电力传输技术来实现， 电 磁感应传输功率大， 传输距离很短。 而中程传输是利用电磁耦合共振/射频技术来完成电力 传输， 传输距离较长， 是目前较为成熟的技术， 并且安全性较高。 远程传输通过微波/激光电 力传输技术来实现， 该技术尚处于开发阶段， 安全性和可靠性仍需论证和完善， 且射束能量 在传输过程中会有部分损失。 基于以上背景技术， 中程电力传输技术是一种极具应用潜力 的无线传输技术。 储能技术主要涉及储电、 储热和储氢， 储电又主要包括储能电池。 目前储 能电池普遍存在比能量和比功率较低， 循环性能和倍率性能较差， 如何有效提高。
10、储能电池 的循环倍率成为目前研究的热点。 0004 智能草坪养护机器人作为智能制造和绿化工程交叉领域， 逐渐成为智慧城市绿色 智能发展的重点， 经过几代机器人的升级创新， 已经开始向市场推广， 但需要进行大规模市 场化生产还存在诸多关键瓶颈。 如能源利用率太低、 机器人载重大和重心高以及智能化程 度较低， 导致设备的自供能程度低、 功率较大、 安全性和稳定性较低以及草坪养护过程劳动 力消耗过大等。 通过提高可再生能源利用率、 减轻机器人自重、 降低设备的重心同时通过智 能算法优化其整体性能， 能够推动草坪养护机器人市场化进程。 0005 中国专利CN201520407751.5提出一种风光储离。
11、/并网发电的电动汽车无线发电系 统设计， 包括风光储发电装置、 无线功率发射装置和无线功率接收装置等组成。 虽然该专利 能够利用太阳能和风能用于电能存储， 然后通过无线输电装置输出稳定电能， 供电动汽车 充电 。 但 太 阳 能 、 风 能 利 用效 率 较 低 ， 充 储电 容 量 小 且 时 间 较 长 ； 对比 专 利 CN201710793801.1提出的一种节能环保太阳能机器人设计， 包括机架、 行走电机以及滑动 件、 前部架体、 中部架体以及后部架体， 将太阳能板布置在机器人的机架前部， 导致机器人 载重大且重心高， 使得设备的功率过大且稳定性和可靠性偏低， 区域迁移能力较差。 实。
12、用新型内容 0006 本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种风光储充 一体化的智能草坪养护系统， 能显著提高能源利用率、 降低机器人工作功率以及提升系统 说 明 书 1/5 页 3 CN 208191343 U 3 的智能化程度和稳定性能， 达到自供能、 智能环保、 可复制推广的目的。 0007 本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现： 0008 一种风光储充一体化的智能草坪养护系统， 包括： 0009 绿色房部分， 所述的绿色房部分位置固定， 绿色房部分主体上设有太阳能发电装 置、 风力发电装置和雨水收集装置； 0010 供能部分， 包括储能电池、 无线充电装置和蓄。
13、电池， 所述的储能电池位置固定， 其 输入端通过电能转换装置与太阳能发电装置和风力发电装置连接， 输出端通过无线充电装 置与蓄电池无线连接； 0011 机器人部分， 包括行走机构以及设置在行走机构上的除草刀具、 浇灌水箱和喷头， 所述的浇灌水箱分别与雨水收集装置和喷头连接， 所述的蓄电池设置在行走机构上， 用于 提供所述的机器人部分的动力来源； 0012 控制部分， 与机器人部分和绿色房部分连接， 用于控制机器人部分和太阳能发电 装置的动作。 0013 进一步的， 所述的太阳能发电装置为自动跟踪太阳装置， 包括太阳能板、 用于改变 太阳能板角度的转动机构和用于拍摄太阳能板在参照物上产生的阴影的。
14、摄像头， 所述的控 制部分分别与转动机构和摄像头连接。 0014 进一步的， 所述的行走机构为履带底盘。 0015 进一步的， 所述的系统还包括与控制部分连接的土壤湿度传感器和土壤氮磷钾检 测传感器。 0016 进一步的， 所述的系统还包括与控制部分连接的高度传感器。 0017 进一步的， 所述的除草刀具包括用于调节刀口高度的伸缩杆， 所述的伸缩杆与控 制部分连接。 0018 进一步的， 所述的系统还包括设置在浇灌水箱中的液位传感器， 所述的浇灌水箱 和雨水收集装置之间的通道上设有电开关， 所述的电开关与控制部分连接。 0019 进一步的， 所述的液位传感器包括水位显示模块和水位采集模块， 所。
15、述的水位显 示模块包括用于表示液位的LED阵列， 所述的水位采集模块输出端与控制部分连接， 并通过 AD转换器与LED阵列连接。 0020 进一步的， 所述的无线充电装置包括发射端和接收端， 所述的发射端设有高频振 荡器。 0021 与现有技术相比， 本实用新型具有以下优点： 0022 (1)风光互补、 储充结合、 雨水收集、 智能除草、 补水浇灌和选择性浇灌施肥组成智 能草坪养护系统， 将可再生能源利用和智能控制高度融合， 能够代替复杂繁重的草坪护养 工作， 同时提高能源利用率， 进而达到节能减排、 推动绿色能源发展的目的。 0023 (2)太阳能发电装置为自动跟踪太阳装置， 包括太阳能板、。
16、 用于改变太阳能板角度 的转动机构和用于拍摄太阳能板在参照物上产生的阴影的摄像头， 控制部分分别与转动机 构和摄像头连接， 自动跟踪太阳角度， 有利于提高太阳能的利用效率。 0024 (3)雨水收集与液位控制相结合， 将收集的雨水用于草坪浇灌， 提高水资源利用 率， 同时将新型液位传感器采集到的信号， 经程序处理后驱动电磁阀工作， 达到精确补水的 效果。 说 明 书 2/5 页 4 CN 208191343 U 4 0025 (4)无线充电与高效储电巧妙组合， 将机器人部分与绿色房部分分离， 不仅能够使 发电系统更稳定， 而且能够降低机器人部分的载重和重心， 极大地降低机器人的功率， 提高 其。
17、稳定性和适应性， 增强区域迁移能力。 0026 (5)利用液位传感器、 土壤湿度传感器、 氮磷钾检测传感器、 小草高度传感器、 摄像 头、 机器视觉和激光传感器采集多种信号， 经过程序控制后， 驱动机器人选择性执行补水、 浇灌、 施肥和除草功能， 能够代替多种复杂的人工劳动， 工作效率、 安全性和可靠性较高。 附图说明 0027 图1是本实施例的整体系统结构示意图； 0028 图2是本实施例的绿色房部分结构示意图； 0029 图3是本实施例的供能部分结构示意图； 0030 图4是本实施例的机器人部分结构示意图； 0031 图5是本实施例的控制部分结构示意图； 0032 图中： 1为绿色房部分；。
18、 101为自动跟踪太阳装置； 102为垂直轴风力发电机； 103为 凹槽型虹吸雨水收集装置； 104为舵机云台； 105为太阳能板； 106为摄像头； 2为供能部分； 201为储能电池； 202为无线充电装置； 203为蓄电池； 204为承重板； 205为逆变器； 206为高频 振荡器； 3为机器人部分； 301为除草刀具； 301a为除草刀具升缩杆； 302为机器底盘； 302a为 导向轮； 302b为支重轮； 302c为驱动轮； 302d为拖带轮； 303为浇灌水箱； 304为选择型喷头； 4 为控制部分； 401为程序控制板； 401a为驱动器； 401b为供能电池； 402为选择型浇灌。
19、施肥模 块； 402a为土壤湿度传感器； 402b为土壤氮磷钾检测传感器； 403为自主导航与路径规划模 块； 403a为机器视觉模块； 403b为激光传感器； 404为智能除草模块； 404a为高度传感器； 405 为补水浇灌模块； 405a为电磁阀； 405b为液位传感器； 406为自动跟踪太阳模块。 具体实施方式 0033 下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。 本实施例以本实用新型 技术方案为前提进行实施， 给出了详细的实施方式和具体的操作过程， 但本实用新型的保 护范围不限于下述的实施例。 0034 实施例 0035 一种风光储充一体化的智能草坪养护系统， 如图1所示， 。
20、包括绿色房部分1、 供能部 分2、 机器人部分3和控制部分4。 0036 如图2， 绿色房部分1包括自动跟踪太阳装置101、 垂直轴风力发电机102、 雨水收集 装置103、 舵机云台104、 太阳能板105和摄像头106。 自动跟踪太阳装置101位于绿色房部分1 顶部， 摄像头106安装在太阳能板105下部， 舵机云台104通过齿轮啮合支撑太阳能板105转 动。 通过摄像头106检测太阳能板105的阴影长度， 经过程序处理后， 驱动舵机云台104转动， 实时与太阳保持垂直状态。 垂直轴风力发电机102均布于绿色房部分1周围， 用来捕捉各个 方向具有一定速度的风能。 雨水收集装置103置于自动。
21、跟踪太阳装置101下部， 采用若干多 边形板形成凹槽， 凹槽内安装虹吸装置， 用来高效收集雨水。 0037 如图3， 供能部分2包括储能电池201、 无线充电装置202、 蓄电池203、 承重板204、 逆 变器205、 高频振荡器206。 储能电池201、 无线充电装置202、 逆变器205、 高频振荡器206均布 说 明 书 3/5 页 5 CN 208191343 U 5 置在承重板204上侧， 自动跟踪太阳装置101和垂直轴风力发电机102产生的电能经逆变器 205和高频振荡器206处理后， 全部储存在储能电池(201)中， 再经过无线充电装置202将电 能储存在蓄电池203中， 为机。
22、器人部分3提供电能。 0038 如图4， 机器人部分3包括除草刀具301、 机器底盘302、 浇灌水箱303、 选择型喷头 304。 机器底盘302位于机器人部分3底部， 设有导向轮302a、 支重轮302b、 驱动轮302c、 拖带 轮302d， 除草刀具301垂直镶嵌于机器底盘302平板上， 浇灌水箱303位于机器人部分3后端， 分为雨水区和肥料区， 选择型喷头304安装在浇灌水箱303后端上部， 根据控制程序执行浇 灌或施肥等动作。 除草刀具301根据高度传感器404a， 驱动智能除草模块404功能， 按预定高 度实现除草动作， 若遇到障碍物， 超过除草刀具升缩杆301a的预设高度， 除。
23、草刀具301自动 缩回， 避开障碍物。 机器底盘302采用履带设计， 将导向轮302a、 支重轮302b、 驱动轮302c、 拖 带轮302d用履带连接， 有助于机器人部分3安全稳定地运动。 浇灌水箱303与选择型喷头304 结合， 通过检测各传感器信号， 经过控制程序处理后， 使选择型喷头304执行相应的动作。 0039 如图5， 控制部分4包括程序控制板401、 选择型浇灌施肥模块402、 自主导航与路径 规划模块403、 智能除草模块404、 补水浇灌模块405、 自动跟踪太阳模块406。 程序控制板401 位于机器人部分3的前端上部， 驱动器401a和供能电池401b位于其同一水平面的。
24、左侧， 供能 电池401b补充来自蓄电池203的电能后， 使驱动器401a执行相应的动作。 选择型浇灌施肥模 块402通过程序控制板401处理土壤湿度传感器402a与土壤氮磷钾检测传感器402b采集的 湿度和氮磷钾含量信号后， 执行浇灌或施肥动作。 自主导航与路径规划模块403采集机器视 觉403a和激光传感器403b的信号， 经过控制程序板401内的边缘检测算子和颜色分割算法 处理后， 实现全自动路线规划和自主导航功能。 智能除草模块404主要通过高度传感器404a 检测小草高度， 采集高度信息进行处理后， 执行除草功能。 补水浇灌模块405采用液位传感 器405b采集信号后， 经过程序控制。
25、板401处理， 控制电磁阀405a执行补水动作。 自动跟踪太 阳模块406利用摄像头106检测太阳能板105的阴影长度， 经过程序控制板401处理后， 驱动 舵机云台104转动， 使其始终与太阳保持垂直。 0040 具体工作原理为： 在风光储充一体化的智能草坪养护系统中， 绿色房部分1主要提 供电能和浇灌用水以及支撑整个系统的重量， 通过采用自动跟踪太阳装置101高效利用太 阳能， 利用垂直轴风力发电机102多角度捕捉风能以及安装凹槽型虹吸雨水收集装置103使 雨水聚集在集水箱中， 供系统用电和浇灌。 供能部分2主要是将太阳能和风能转化的电能储 存在钠型双离子储能电池中， 并通过中程无线电力传。
26、输技术将储能电池201中的电能传输 至蓄电池203中， 此举能够显著降低机器人部分3的重量和重心， 减小设备的功率、 增强稳定 性和安全性。 机器人部分3主要是执行除草、 浇灌和施肥功能， 通过高度传感器404a、 土壤湿 度传感器402a和土壤氮磷钾检测传感器402b采集信号， 驱动除草刀具301或选择性喷头304 执行相应的动作。 控制部分4主要是通过各种传感器或机器视觉、 摄像头采集相应的信号， 经过控制程序板内的代码或算法处理后， 驱动相应的执行机构动作， 实现特定的功能。 0041 当草坪小草高度超过5cm， 土壤湿度和土壤养分含量较高时， 程序板401通过驱动 器401a只驱动除草。
27、刀具开始除草； 当土壤湿度低于70， 小草高度和土壤养分含量合适时， 土壤湿度传感器402a检测到信号， 该湿度信号经过程序控制板401处理后， 驱动器401a只驱 动选择型喷头304实现浇灌功能； 当土壤养分含量较低， 小草高度和土壤湿度均合适时， 土 壤氮磷钾检测传感器402b检测到信号， 该信号经过程序控制板401反馈后， 驱动选择型喷头 说 明 书 4/5 页 6 CN 208191343 U 6 304执行施肥动作。 若小草高度超过5cm， 土壤湿度低于70且土壤养分含量较低时， 三个传 感器同时检测高度、 湿度和养分含量的信号， 经过程序控制板401处理， 使驱动器401a同时 驱动除草刀具和选择型喷头304工作， 及时除草并补充土壤水分和养分。 说 明 书 5/5 页 7 CN 208191343 U 7 图1 说 明 书 附 图 1/3 页 8 CN 208191343 U 8 图2 图3 说 明 书 附 图 2/3 页 9 CN 208191343 U 9 图4 图5 说 明 书 附 图 3/3 页 10 CN 208191343 U 10 。