一种自动除雪工具、其动作控制系统和控制方法

摘要

本发明公开了一种自动除雪工具、其动作控制系统和控制方法动作控制系统，该自动除雪工具包括手持部、与所述手持部固定连接的锹柄，和通过连接组件与所述锹柄可活动连接的锹头；锹头在第一动力部件的驱动下相对于所述锹柄在第一方向上做预设角度范围的往复摆动，所述第一方向为垂直于所述锹头之铲雪面的方向；该小型的自动除雪工具在原有铲雪锹的结构上做出改进，具有较为简单的结构，便于普通百姓手持使用，同时能够实现自动除雪，以降低使用者的劳动强度，提高除雪效率。

说明书

技术领域

本发明涉及除雪设备技术领域，尤其涉及一种自动除雪工具。本发明还涉及一种用于该自动除雪工具的动作控制系统及控制方法。

背景技术

在我国东北地区，由于气候寒冷，降雪期较长，除雪工具的使用范围广泛。现有的自动除雪设备均为大型设备，不仅成本很高，且对操作人员的技能要求很高，多用于市政环卫部门组织的大型除雪作业中；而民用除雪工具多为普通锹具，人工手持锹具实现铲雪，劳动强度较大。因此，提供一种小型的自动除雪工具，以期具有较为简单的结构，便于普通百姓手持使用，同时能够实现自动除雪，以降低使用者的劳动强度，提高除雪效率，就成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种提供一种小型的自动除雪工具，以期具有较为简单的结构，便于普通百姓手持使用，同时能够实现自动除雪，以降低使用者的劳动强度，提高除雪效率。本发明还提供一种用于该自动除雪工具的动作控制系统及控制方法。

为了实现上述目的，本发明提供的一种自动除雪工具包括手持部、与所述手持部固定连接的锹柄，和通过连接组件与所述锹柄可活动连接的锹头；其中，所述锹柄上安装有第一动力部件，所述锹头在所述第一动力部件的驱动下相对于所述锹柄在第一方向上做预设角度范围的往复摆动，所述第一方向为垂直于所述锹头之铲雪面的方向；所述锹柄包括第一柄段和与所述第一柄段可伸缩连接的第二柄段，所述第一柄段远离所述第二柄段的一端与所述手持部固接，所述第二柄段远离所述第一柄段的一端与所述锹头可活动连接；所述锹柄上安装有第二动力部件，所述第二柄段在所述第二动力部件的驱动下相对于所述第一柄段在第二方向上做伸缩往复运动，所述第二方向为平行于所述铲雪面的方向；所述手持部上安装有控制所述第一动力部件和所述第二动力部件开关的按钮。

在使用过程中，使用者握住手持部，按下启动按钮，第一动力部件驱动锹头在第一方向上做预设角度范围的往复运动，以实现锹头在垂直于铲雪面方向上的做预定频率和速度的摆动，应当理解的是，通过该摆动即可驱动锹头在上下方向上的运动；与此同时，第二动力部件驱动第二柄段相对于第一柄段往复地伸出或缩回，并带动锹头在沿锹柄轴向方向的伸缩运动；这样，两组运动矢量的合轨迹即能够实现锹头的自动铲雪作业；通过该工具将地面积雪铲起铲松后即可利用扫帚等工具轻松扫走。该小型的自动除雪工具在原有铲雪锹的结构上做出改进，具有较为简单的结构，便于普通百姓手持使用，同时能够实现自动除雪，以降低使用者的劳动强度，提高除雪效率。

进一步地，所述连接组件包括固定座、可转动地穿过所述固定座的转轴，和与所述转轴固定连接的转动座；

所述固定座与所述锹柄固定连接，且所述固定座上开设有过孔，所述转轴通过轴承与所述过孔转动连接，所述转动座与所述锹头固定连接；

所述第一动力部件为电机，所述转轴与所述电机的输出轴传动连接。

进一步地，所述锹柄内开设有用于盛放融雪剂的容置槽，所述容置槽朝向所述锹头的一端开设有出料口，所述出料口处安装有电磁闸板阀。

进一步地，所述出料口处还安装有带有网孔的挡板，所述挡板位于所述电磁闸板阀的内侧。

进一步地，所述锹柄为中空结构，所述容置槽形成于所述锹柄的中空结构。

本发明还提供一种动作控制系统，用于上述自动除雪工具，包括检测单元和控制单元；其中，所述检测单元用于检测待清理的雪层厚度和雪层硬度，并将检测到的厚度信号和硬度信号传输至所述控制单元；所述控制单元接收所述厚度信号和所述硬度信号，并将当前雪层厚度与预设雪层厚度相比较、将当前雪层硬度与预设雪层硬度相比较；若当前雪层厚度大于预设雪层厚度、且当前雪层硬度大于预设雪层硬度，所述控制单元控制第一动力部件增加所述锹头的摆动幅度和摆动速度，同时，所述控制单元控制所述第二动力部件增加所述第二柄段相对于所述第一柄段的伸出长度；若当前雪层厚度大于预设雪层厚度、且当前雪层硬度小于或等于预设雪层硬度，所述控制单元控制第一动力部件降低所述锹头的摆动幅度和摆动速度，同时，所述控制单元控制所述第二动力部件增加所述第二柄段相对于所述第一柄段的伸出长度；若当前雪层厚度小于或等于预设雪层厚度、且当前雪层硬度大于预设雪层硬度，所述控制单元控制第一动力部件增加所述锹头的摆动幅度和摆动速度，同时，所述控制单元控制所述第二动力部件减小所述第二柄段相对于所述第一柄段的伸出长度。

由于在雪层厚度较厚或者雪层硬度较大时，需要较大的铲雪力矩，也就是锹头的摆动幅度、摆动速度以及第二柄段的伸出长度均需较大，而在雪层厚度较薄或者雪层硬度较低时，则需要较小的铲雪力矩，也就是锹头的摆动幅度、摆动速度以及第二柄段的伸出长度均需较小。通过设置上述控制系统，能够根据当前雪层厚度和硬度调整锹头的摆动幅度和摆动速度、以及第二柄段的伸出长度，从而基于工况调整适宜的输出状态，以满足不同工况下的不同需求，扩大适用范围。

进一步地，还包括报警单元；若检测到的当前雪层厚度大于预设雪层厚度的3倍，或检测到的当前雪层硬度大于预设雪层硬度的1.5倍时，所述控制单元向所述报警单元发出预警指令，所述报警单元发出报警信号。

进一步地，所述报警单元为安装于所述锹柄上的声光报警器。

本发明还提供一种控制方法，基于如上所述的动作控制系统，包括以下步骤；

91)检测待清理的雪层厚度和雪层硬度，并将检测到的厚度信号和硬度信号传输至控制单元；

92)将当前雪层厚度与预设雪层厚度相比较、将当前雪层硬度与预设雪层硬度相比较；若当前雪层厚度大于预设雪层厚度、且当前雪层硬度大于预设雪层硬度，转向步骤93)；若当前雪层厚度大于预设雪层厚度、且当前雪层硬度小于或等于预设雪层硬度，转向步骤94)；若当前雪层厚度小于或等于预设雪层厚度、且当前雪层硬度大于预设雪层硬度，转向步骤95)；

93)控制第一动力部件增加所述锹头的摆动幅度和摆动速度，同时，控制所述第二动力部件增加所述第二柄段相对于所述第一柄段的伸出长度；

94)控制第一动力部件降低所述锹头的摆动幅度和摆动速度，同时，控制所述第二动力部件增加所述第二柄段相对于所述第一柄段的伸出长度；

95)控制第一动力部件增加所述锹头的摆动幅度和摆动速度，同时，控制所述第二动力部件减小所述第二柄段相对于所述第一柄段的伸出长度。

进一步地，还包括以下步骤：

若检测到的当前雪层厚度大于预设雪层厚度的3倍，或检测到的当前雪层硬度大于预设雪层硬度的1.5倍时，所述控制单元向所述报警单元发出预警指令，所述报警单元发出报警信号。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明所提供的自动除雪工具一种具体实施方式的结构示意图；

图2为本发明所提供的动作控制系统一种具体实施方式的结构示意图；

图3为本发明所提供的控制方法一种具体实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

请参考图1，图1为本发明所提供的自动除雪工具一种具体实施方式的结构示意图。

在一种具体实施方式中，本发明提供的一种自动除雪工具包括手持部1、与所述手持部1固定连接的锹柄2，和通过连接组件与所述锹柄2可活动连接的锹头3；其中，所述锹柄2上安装有第一动力部件4，所述锹头3在所述第一动力部件4的驱动下相对于所述锹柄2在第一方向上做预设角度范围的往复摆动，所述第一方向为垂直于所述锹头3之铲雪面的方向；所述锹柄2包括第一柄段21和与所述第一柄段21可伸缩连接的第二柄段22，所述第一柄段21远离所述第二柄段22的一端与所述手持部1固接，所述第二柄段22远离所述第一柄段21的一端与所述锹头3可活动连接；所述锹柄2上安装有第二动力部件7，所述第二柄段22在所述第二动力部件7的驱动下相对于所述第一柄段21在第二方向上做伸缩往复运动，所述第二方向为平行于所述铲雪面的方向，该第二动力部件7可以具体油缸或气缸等；所述手持部1上安装有控制所述第一动力部件4和所述第二动力部件7开关的按钮5。

上述锹头3与雪面接触的端部可设置有锯齿结构31，以便于铲雪时提高抓力，从而提高铲雪效率。锹头3的端部也可以为薄片结构，且为了保护锹头3，可以增设锹头3保护套。另外，为了提高夜间工作方便性，还可以在撬柄上安装照明结构。

需要指出的是，上述预设角度范围应根据预设的所需铲雪厚度范围、硬度范围等工况确定，例如，该角度范围可以为15°-40°。

在使用过程中，使用者握住手持部1，按下启动按钮5，第一动力部件4驱动锹头3在第一方向上做预设角度范围的往复运动，以实现锹头3在垂直于铲雪面方向上的做预定频率和速度的摆动，应当理解的是，通过该摆动即可驱动锹头3在上下方向上的运动；与此同时，第二动力部件7驱动第二柄段22相对于第一柄段21往复地伸出或缩回，并带动锹头3在沿锹柄2轴向方向的伸缩运动；这样，两组运动矢量的合轨迹即能够实现锹头3的自动铲雪作业；通过该工具将地面积雪铲起铲松后即可利用扫帚等工具轻松扫走。该小型的自动除雪工具在原有铲雪锹的结构上做出改进，具有较为简单的结构，便于普通百姓手持使用，同时能够实现自动除雪，以降低使用者的劳动强度，提高除雪效率。

具体地，上述连接组件包括固定座61、可转动地穿过所述固定座61的转轴62，和与所述转轴62固定连接的转动座63；其中，所述固定座61与所述锹柄2固定连接，且所述固定座61上开设有过孔，所述转轴62通过轴承与所述过孔转动连接，所述转动座63与所述锹头3固定连接；所述第一动力部件4为电机，所述转轴62与所述电机的输出轴传动连接。工作过程中，电机的输出轴带动转轴62转动从而驱动转动座63相对于固定座61转动，固定座61带动锹头3相对于锹柄2转动。

应当理解的是，该处电机优选为步进电机，根据预设的控制策略，该电机可根据控制指令实现一定转动范围内的正反转，从而实现转轴62在第一方向上的正转或反转，最终实现锹头3在第一方向上的往复摆动。该电机的结构为本领域公知常识性技术，在此不作赘述，且不应以此作为公开不充分的理由。

为了避免发生过位转动，还可以在固定座61与转轴62之间的预设位置设置定位块结构。

进一步地，所述锹柄2内开设有用于盛放融雪剂的容置槽，所述容置槽朝向所述锹头3的一端开设有出料口，所述出料口处安装有电磁闸板阀；这样，将雪层铲松后，撒上融雪剂即可使雪层充分融化。

上述出料口处还安装有带有网孔的挡板，所述挡板位于所述电磁闸板阀的内侧，以避免融雪剂泄漏。具体地，所述锹柄2为中空结构，所述容置槽形成于所述锹柄2的中空结构。

除了上述自动除雪工具，本发明还提供一种用于上述自动除雪工具动作控制系统。

如图2所示，在一种具体实施方式中，本发明所提供的控制系统包括检测单元101和控制单元102；其中，所述检测单元101用于检测待清理的雪层厚度和雪层硬度，并将检测到的厚度信号和硬度信号传输至所述控制单元102；所述控制单元102接收所述厚度信号和所述硬度信号，并将当前雪层厚度与预设雪层厚度相比较、将当前雪层硬度与预设雪层硬度相比较；若当前雪层厚度大于预设雪层厚度、且当前雪层硬度大于预设雪层硬度，所述控制单元102控制第一动力部件4增加所述锹头3的摆动幅度和摆动速度，同时，所述控制单元102控制所述第二动力部件77增加所述第二柄段22相对于所述第一柄段21的伸出长度；若当前雪层厚度大于预设雪层厚度、且当前雪层硬度小于或等于预设雪层硬度，所述控制单元102控制第一动力部件4降低所述锹头3的摆动幅度和摆动速度，同时，所述控制单元102控制所述第二动力部件7增加所述第二柄段22相对于所述第一柄段21的伸出长度；若当前雪层厚度小于或等于预设雪层厚度、且当前雪层硬度大于预设雪层硬度，所述控制单元102控制第一动力部件4增加所述锹头3的摆动幅度和摆动速度，同时，所述控制单元102控制所述第二动力部件7减小所述第二柄段22相对于所述第一柄段21的伸出长度。

由于在雪层厚度较厚或者雪层硬度较大时，需要较大的铲雪力矩，也就是锹头3的摆动幅度、摆动速度以及第二柄段22的伸出长度均需较大，而在雪层厚度较薄或者雪层硬度较低时，则需要较小的铲雪力矩，也就是锹头3的摆动幅度、摆动速度以及第二柄段22的伸出长度均需较小。通过设置上述控制系统，能够根据当前雪层厚度和硬度调整锹头3的摆动幅度和摆动速度、以及第二柄段22的伸出长度，从而基于工况调整适宜的输出状态，以满足不同工况下的不同需求，扩大适用范围。

进一步地，还包括报警单元103；若检测到的当前雪层厚度大于预设雪层厚度的3倍，或检测到的当前雪层硬度大于预设雪层硬度的1.5倍时，所述控制单元102向所述报警单元发出预警指令，所述报警单元发出报警信号。以便在极端条件下能够发出预警，从而避免雪层过厚或者过硬导致工具损坏。具体地，该报警单元103为安装于所述锹柄2上的声光报警器。

与之相对应地，本发明还提供一种控制方法，基于如上所述的动作控制系统，包括以下步骤；

S1：检测待清理的雪层厚度和雪层硬度，并将检测到的厚度信号和硬度信号传输至控制单元102；

S2：将当前雪层厚度与预设雪层厚度相比较、将当前雪层硬度与预设雪层硬度相比较；若当前雪层厚度大于预设雪层厚度、且当前雪层硬度大于预设雪层硬度，转向步骤S3；若当前雪层厚度大于预设雪层厚度、且当前雪层硬度小于或等于预设雪层硬度，转向步骤S4；若当前雪层厚度小于或等于预设雪层厚度、且当前雪层硬度大于预设雪层硬度，转向步骤S5；若检测到的当前雪层厚度大于预设雪层厚度的3倍，或检测到的当前雪层硬度大于预设雪层硬度的1.5倍，转向步骤S6；

S3:控制第一动力部件4增加所述锹头3的摆动幅度和摆动速度，同时，控制所述第二动力部件7增加所述第二柄段22相对于所述第一柄段21的伸出长度；

S4:控制第一动力部件4降低所述锹头3的摆动幅度和摆动速度，同时，控制所述第二动力部件7增加所述第二柄段22相对于所述第一柄段21的伸出长度；

S5:控制第一动力部件4增加所述锹头3的摆动幅度和摆动速度，同时，控制所述第二动力部件7减小所述第二柄段22相对于所述第一柄段21的伸出长度；

S6:发出报警信号。

由于在雪层厚度较厚或者雪层硬度较大时，需要较大的铲雪力矩，也就是锹头3的摆动幅度、摆动速度以及第二柄段22的伸出长度均需较大，而在雪层厚度较薄或者雪层硬度较低时，则需要较小的铲雪力矩，也就是锹头3的摆动幅度、摆动速度以及第二柄段22的伸出长度均需较小。通过设置上述控制系统，能够根据当前雪层厚度和硬度调整锹头3的摆动幅度和摆动速度、以及第二柄段22的伸出长度，从而基于工况调整适宜的输出状态，以满足不同工况下的不同需求，扩大适用范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。