利用激光器切割草坪的裝置和方法

專利名稱：利用激光器切割草坪的裝置和方法
利用激光器切割草坪的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種改進的用于切割植被的裝置和方法。更具體地說，本發明涉及一
種利用激光器切割草坪的裝置和方法。背景技術：
在美國，絕大多數的郊區住房和許多市區住房具有由草覆蓋的庭院。這些草庭院
或草坪必須定期剪割以使得草保持在理想的高度。此外，商業地產、公園、高爾夫球場以及
其他供養地產往往由草覆蓋。目前，大多數草坪和供養地產使用汽油或電作為動力的草坪
割草機、乘式割草機或者包括旋轉鋼片的草坪拖拉機進行修剪。業主或由業主雇用的人，不
是推動就是乘坐割草機橫穿草坪切割草，這是一個耗時的過程。此外，利用汽油作為動力的
剪草機使用相當大量的礦物燃料，并且排放二氧化碳和污染物到大氣中。 最近，已開發出利用激光器來切割草的草坪修剪裝置。例如，美國專利第
6， 269， 617號揭示一種草坪切割裝置，其中草坪拖拉機或草坪割草機安裝有使用激光器來
切割草的裝置。雖然這種設計消除了旋轉鋼刀片，但仍然需要操作者推動或乘坐割草機橫
穿草坪，這是一個耗時的過程。 美國專利第4， 952， 222號和第6， 374， 584號也揭示了用于割草的激光裝置，其包 括必須通過人在草坪上移動的割草機。在這些現有技術參考資料的每一個中，必須耗費大 量時間和精力去切割草坪。 需要一種裝置，其將允許土地所有者使用激光器自動并毫不費力地切割草坪上的 草，而不必使用割草機、乘式割草機或者草坪拖拉機。 也需要一種裝置，其將允許土地所有者以一種減少污染和使用更少能源的方式除草。

發明內容
本發明解決了現有用于切割草坪的裝置所引起的相關問題。它不再需要推動或乘
坐割草機橫穿草坪。本發明利用來自于草坪上的固定地點的旋轉激光去除草。 本發明的激光草坪切割系統將由橫穿草坪分布的激光頭陣列或柵格組成。激光頭
可被永久地固定在草坪表面的上方，或者優選安裝在草坪表面的下方，并且被設計成在切
割時向上提升。如果被安裝在草坪表面的下方，則可用螺線管來將激光頭移動高于表面。因
為其他機械裝置將會在本領域中普通技術人員的設計技能范圍內，所以也可以用來使激光
頭移動高于草坪表面。 控制盒可以被編程以使得激光頭按照預定進度向上提升并切割草坪。此外或替代 地，可將該系統設計為手動地打開和關閉。激光頭也可以按區排列，使得每個區被控制盒獨 立地控制。在獨立受控的區中的激光頭的編程和設置二者可以由本領域普通技術人員容易 地完成。在草坪灑水領域使用類似的控制系統。 優選地，激光頭將以柵格或矩陣方式橫穿草坪進行分布，使得由旋轉激光頭產生的激光在交疊的弧內橫掃過草坪。每一個激光頭可旋轉直到360度，或其旋轉量可能會受 到限制，使得激光不會以不期望方式延伸到物體(如花圃、樹木或其他植被)。此外，可以調 整激光頭的旋轉，使激光不超出它們所安裝的地產邊界。 激光僅需要足夠的能量，使它切穿草的單個或少量的葉片。當光連續掃掠時，同一 區域的多次掃掠將逐步切割離激光頭更遠的草的更多葉片，直到獲得預期范圍。這樣，可保 持激光功率到盡可能低的水平，與同時切割草的單個或少量的葉片一致。地面的變化需要 可變長度的光束，這通過改變激光器的功率水平來實現。在地面不平整的地方，低功率是用 來防止激光剝離草坪或者除草太高。通過局部化從激光頭發出的激光，更加平整的切割長 度是可能的。代替使用低功率，可使用透鏡系統來允許激光束的長度或其有效射程的調整。 或者，激光頭可以更換，從而可以選擇產生適當長度的激光束的激光頭用于陸地區域上的 局部化需求。 雖然使用其他類型的激光器和電源是可能的，但優選地，所使用的激光器是固態、
低功率、低電壓和直流的。如果使用低電壓直流電，常用的12伏直流電可以足夠給激光頭
供能。由激光頭產生的光束優選是分散的，使得光束的強度將隨距離迅速下降。雖然可以
使用切割范圍的任何距離，但激光切割能力的范圍，優選地可以是直徑達到12至20英尺。
可以使用半導體激光器二極管去產生在可見或紅外光譜范圍的激光束。 優選地，激光頭將被安裝在散熱片上，這將吸收由激光器所產生的熱量。在下一次
使用之前，熱量可以在長時間間隔內慢慢消散到地面。 為方便該系統的安全運行，當運動傳感器在激光柵格內或鄰近激光柵格處感應到 預定量的運動時，運動傳感器可用于阻止或停止激光束的產生。具有這個特征，當動物或人 進入由激光頭矩陣覆蓋的草坪區域時，該系統將阻止激光的產生。運動探測器應優選地覆 蓋延伸超出安裝有該系統的陸地的地產線的區域。這將提供一個早期預警系統，其在人或 動物實際越過地產線時將安全地致使激光器關閉。此外，可以使用雨傳感器以阻止下雨時 激光束的產生。 也可將本發明用于控制昆蟲。由激光頭產生的激光將強有力得足以殺死如蚊、昆 蟲的小飛蟲。這些昆蟲經常是在晚上和在夜間被發現飛行略高于草坪或高于靜止的水體， 例如小池塘。可以調整激光頭，使得它可以殺死這些昆蟲。激光束可以比用來切割草坪所 用的激光束提高幾英寸。優選地，光束將比設計用來除草的更加寬并且更加分散。用于消 除昆蟲的激光頭可以與用于除草的激光頭相結合或者可以是多個獨立的激光頭的部分。例 如，當在水面上使用時，可以使用昆蟲消滅激光器而不需要植被切割激光器。此外，可以發 出比植被切割激光器更加高于地面的昆蟲殺死激光束，從而激光可以掃過高于陸地以及高 于植被頂部水平面的更大區域。 在另一個實施例中，可將激光頭用于融化表面上的冰雪，如車道、人行道、庭院、停 車場或其他表面。激光頭以交疊的覆蓋范圍沿表面的周界排列。當雪下降，或在它積累在 表面上之后，激光頭可以融化雪。由此產生的水或排走或被蒸發掉。對于融化雪與冰，低于 用于割草的功率水平將是可行的。如同除草應用，可以使用多個通道去融雪。
為了融化雪與冰，激光頭將被致力于這樣目的，即把部分光束被向下導向以掃過 表面本身，這將阻止水重新凍結。


圖1是本發明的激光器草坪切割裝置的剖面正視圖。 圖2是圖1的激光器草坪切割裝置的剖面正視圖，且激光頭被顯示在第二位置中。 圖3是圖1的激光器草坪切割裝置的剖面正視圖。 圖4是本發明的激光器草坪切割裝置的第二實施例的剖面正視圖。 圖5是圖4的激光器草坪切割裝置的剖面正視圖，且激光頭被顯示在第二位置中。 圖6闡明了本發明的激光頭切割路徑。 圖7闡明了本發明的激光頭陣列。 圖8闡明了本發明的激光頭切割路徑。 圖9闡明了本發明的激光頭切割路徑。 圖10闡明了本發明的激光頭陣列。 圖11闡明了本發明的激光頭陣列。 圖12闡明了本發明的激光頭陣列的接線圖。 圖13闡明了本發明的傳感器陣列。 圖14是本發明的另一實施例的正視圖。 圖15是圖14所示的本發明的俯視圖。 圖16闡明了本發明的激光頭陣列的另一實施例。 圖17是本發明另一實施例的主視圖，其中闡明了在收回位置中的激光頭。 圖18是圖17的本發明的主視圖，其中闡明了在伸展位置中的激光頭。
具體實施方式
圖1-18闡明了本發明。在圖1中，揭示了單個激光器組件10的剖面圖。該組件 10包括帶有半導體二極管激光器14的彈出激光頭12。當不使用時，彈出激光頭12與在草 18基部的地面16齊平(或水平面以下)。當激光頭12低于地面16時，帽15和缸17保護 激光頭12。激光頭安裝組件20在地面高度16之下，其包括殼22、銷24和螺線管線圈26。 銷24被安裝用于在垂直方向的直移運動。銷24還被安裝用于由馬達28使軸30轉動所引 起的旋轉運動。刷40和環38提供來自于電源34的電能以給半導體激光器14供能。電線 (未顯示)給螺線管26和馬達28提供電能。 當將電流從電源34發送到螺線管26時，它被通電則銷24向上移動。激光器14 被通電并且由馬達28經軸30引起旋轉。圖2和圖3揭示了在其高于地面16的伸展位置 中的激光頭12。可以調整激光頭12以凸出一高于地面16的預定高度，從而確定切割草18 的高度。可以使用包括聚焦環21和透鏡23的透鏡系統，以改變從激光頭12發出的激光束 的長度。或者，可以通過改變傳遞至激光頭12的電能的電壓而改變激光束的長度。
圖4和圖5揭示了激光頭組件的替代實施例。在圖4和5中，已經增加第二激光 器二極管32用于昆蟲控制。此激光器二極管32射出在高于激光器二極管14的水平面上 的激光。來自激光器二極管32的激光適于將發散光束瞄準去殺死略高于草18的頂部水平 面飛行的昆蟲。 圖6闡明了從激光頭44發射的激光束42的路徑。光束掃過圓形路徑46。
圖7揭示了在柵格中的幾個激光頭50、60、70、80、90和100。每個激光頭分別發出激光束52、62、72、82、92和102。每個激光束具有與它聯系的覆蓋圓弧54、64、74、84、94和 104。如圖7所示，圓弧彼此交疊，從而柵格的整個區域是被由激光束產生的交疊的圓覆蓋。
圖8和9闡明了具有可變功率的激光輸出的激光頭。在圖8中，激光頭110發出 激光束112以產生相對較小的切割區114。相反，在圖9中，激光頭120產生具有較大切割 區124的較大激光束122。圖10闡明了排列在樹156周圍的激光頭130、 140和150的安 裝。激光頭130發出產生半圓弧134的激光束132。類似地，激光頭140發出在半圓弧144 內的激光束142，激光頭150發出在半圓弧154內的激光束152。包圍樹156的是一個護根 床158。可以使用機械和/或電氣止動器(未顯示)用來確保當光束到達護根床158時， 激光束132、142和152的旋轉結束。如果使用止動器，一旦止動器阻止激光頭在一個方向 上的進一步運動，則激光頭的運動將換向。或者，激光頭130、 140和150可以繼續轉過360 度，但是可在部分旋轉位置對激光頭斷能，否則在這些位置將導致激光束撞擊到護根床158 和樹156上。在另一個選擇(未顯示)中，滑動環可以為了要被產生的激光在旋轉的部分 上具有導電材料，而滑動環的剩余部分將具有絕緣材料，從而沒有電傳送到激光頭。采用這 種設計，僅當刷接觸導電材料時，馬達將會引起激光頭的旋轉而激光頭將獲得能量。將不需 要止動器或換向機構。 圖11闡明了在典型的庭院中排列的激光頭矩陣。激光頭170鄰近建筑物176，因 此，弧174在建筑物176的周界處結束。激光頭180鄰近地產邊界186，因此，弧184在地產 邊界186處結束。激光頭190位于建筑物176和地產邊界186之間，因此，其被允許環繞延 伸完整的360度。 圖12揭示了用于該系統的簡化接線圖。激光頭200通過電線202連接到控制盒 214，被設計用于控制該系統的操作。運動傳感器210通過電線212連接到控制盒214。電 源216被提供用于給系統供能。 圖13揭示了用于檢測在草坪上的運動的傳感器陣列。鄰近建筑物176放置傳感 器220。傳感器220覆蓋由線222所指示的草坪區域224。將傳感器230鄰近地產線186 放置，并且覆蓋由線232所指示的草坪區域224。如果由傳感器220或230探測到有運動， 則控制盒214將停止供能給激光頭。 圖14到16闡明了本發明的另一個實施例，揭示了一種便攜式激光草坪切割系統。 激光頭260被安裝在可移動的基底262上。基底262可以具有多個激光頭260，諸如，例如 2至4個激光頭260。安裝板264和外殼266收容高于地面270的激光頭260。每個激光頭 260的高度可通過伸縮柱272進行調整。 如圖15所示，每個板264通過安裝組件268收容4個激光頭260。激光頭260共 同工作以掃過360度。當獲得能量時，激光頭260向下延伸到供使用的預設水平。
圖16揭示了由軟線274連接的一連串的六個可移動基底262。將線274設計成 被連接到標準的家用電源276，并且將包括變壓器(未顯示)以將電壓降到低電壓直流電。 每個可移動基底262具有植被將在其內被切割的切割路徑278。 圖17和18闡明了用于融化冰雪的激光器組件310。圖17闡明了在收回位置中的 激光器組件310，并且圖18闡明了在伸展位置中的激光器組件310。激光器組件310類似 于如圖1和2所示的激光器組件并且以同樣的方式操作。然而，組件310包括融化冰雪的 加熱元件314，否則將無法讓激光頭312從地面16露出。
權利要求
一種切割陸地區域上植被的方法，其包括在該陸地區域上的固定位置設置多個激光頭；從激光頭產生激光束；以及繞固定位置旋轉激光束以割斷植被的一部分。
2. 根據權利要求1所述的方法，其還包括以預定進度產生激光束的步驟。
3. 根據權利要求1所述的方法，其還在所述多個激光頭中包括第一組激光頭和第二組激光頭，并且其中該第一組和第二組可以彼此獨立地被激活。
4. 一種用于切割陸地區域上植被的裝置，其包括安裝在陸地區域中并適于產生激光束的多個激光頭，激光頭適于移動激光束的角坐標，使得激光束割斷植被。
5. 根據權利要求4所述的裝置，其中，激光頭安裝在該陸地區域的表面以下。
6. 根據權利要求5所述的裝置，其中，激光頭適于在兩個位置之間移動，在第一位置中激光頭低于該陸地區域的表面，以及在第二位置中激光頭高于該陸地區域的表面。
7. 根據權利要求6所述的裝置，其還包括用于在兩個位置之間移動激光頭的螺線管。
8. 根據權利要求4所述的裝置，其還包括接合到每一個激光頭用于驅散由激光頭產生的熱量的散熱片。
9. 根據權利要求8所述的裝置，其中，多個激光頭中的每一個激光頭在高達20英尺的距離范圍內切割植被。
10. 根據權利要求4所述的裝置，其還包括運動傳感器，其用于當運動傳感器感應到預定量的運動時阻止激光束的產生。
11. 根據權利要求4所述的裝置，其還包括雨傳感器，其用于當雨傳感器感應到雨時阻止激光束的產生。
12. 根據權利要求4所述的裝置，其中，由激光頭產生的激光束是分散的。
13. 根據權利要求4所述的裝置，其中，激光頭由直流電供能。
14. 根據權利要求13所述的裝置，其中，直流電的電壓低于15伏。
15. 根據權利要求4所述的裝置，其中，激光頭是半導體激光器。
16. 根據權利要求4所述的裝置，其中，激光頭產生紅外光譜的激光。
17. 根據權利要求4所述的裝置，其中，激光頭產生可見光譜的激光。
18. 根據權利要求6所述的裝置，其中，激光頭僅在第二位置中發出激光束。
19. 根據權利要求4所述的裝置，其中，激光頭適于繞軸旋轉。
20. 根據權利要求19所述的裝置，其中，激光頭的角位移量由用戶預先選擇。
21. 根據權利要求4所述的裝置，其中，傳遞給一些激光頭供能的電能可被改變，從而由激光頭產生的激光束的長度可被改變。
22. 根據權利要求4所述的裝置，其還包括用于改變由一些激光頭產生的激光束長度的手段。
23. 根據權利要求22所述的裝置，其中，用于改變激光束長度的手段包括改變施加到激光頭上的電壓。
24. 根據權利要求22所述的裝置，其中，用于改變激光束長度的手段包括可操作地連接到激光頭的透鏡系統，其適于改變從激光頭發出的激光束長度。
25. 根據權利要求4所述的裝置，其中，多個激光頭中的一些激光頭適于被拆下并用具有產生不同長度的激光束的激光頭所代替。
26. 根據權利要求4所述的裝置，其中，多個激光頭中的至少一些適于在高于該陸地區域的較高水平面產生用于殺死昆蟲的第二激光束。
27. —種用于殺死陸地區域上昆蟲的裝置，其包括安裝在該陸地區域并適于產生激光束的多個激光頭，激光頭適于移動激光束的角坐標，使得激光束殺死在陸地區域上方飛行的昆蟲。
28. —種用于殺死水體上方昆蟲的裝置，其包括安裝在固定位置并適于產生激光束的多個激光頭，激光頭適于移動激光束的角坐標，使得激光束殺死在水體上方飛行的昆蟲。
29. —種融化在部分陸地區域上的雪的方法，其包括在該陸地區域上的固定位置設置多個激光頭；從激光頭產生激光束；以及繞固定位置旋轉激光束以融化雪。
30. —種用于融化在部分陸地區域上的雪的裝置，其包括安裝在陸地區域并適于產生激光束的多個激光頭，激光頭適于移動激光束的角坐標，使得激光束融化雪。
31. 根據權利要求30所述的裝置，其中，激光頭被安裝在陸地區域的表面下方。
32. 根據權利要求31所述的裝置，其中，激光頭適于在兩個位置之間移動，在第一位置中激光頭低于該陸地區域的表面，以及在第二位置中激光頭高于該陸地區域的表面。
33. 根據權利要求32所述的裝置，其還包括用于在兩個位置之間移動激光頭的螺線管。
34. 根據權利要求30所述的裝置，其還包括接合到每一個激光頭用于驅散由激光頭產生的熱量的散熱片。
35. 根據權利要求30所述的裝置，其中，多個激光頭中的每一個激光頭融化高達20英尺的距離范圍內的雪。
36. 根據權利要求30所述的裝置，其還包括運動傳感器，其用于當運動傳感器感應到預定量的運動時阻止激光束的產生。
37. 根據權利要求30所述的裝置，其中，激光頭產生的激光束是分散的。
38. 根據權利要求30所述的裝置，其中，激光頭由直流電供能。
39. 根據權利要求38所述的裝置，其中，直流電的電壓低于15伏。
40. 根據權利要求30所述的裝置，其中，激光頭是半導體激光器。
41. 根據權利要求30所述的裝置，其中，激光頭產生紅外光譜的激光。
42. 根據權利要求30所述的裝置，其中，激光頭產生可見光譜的激光。
43. 根據權利要求32所述的裝置，其中，激光頭僅在第二位置中發出激光束。
44. 根據權利要求30所述的裝置，其中，激光頭適于繞軸旋轉。
45. 根據權利要求44所述的裝置，其中，激光頭的角位移量由用戶預先選擇。
46. 根據權利要求30所述的裝置，其中，傳遞給一些激光頭供能的電能可被改變，從而激光頭產生的激光束的長度可被改變。
47. 根據權利要求30所述的裝置，其還包括用于改變由一些激光頭產生的激光束長度的手段。
48. 根據權利要求47所述的裝置，其中，用于改變激光束長度的手段包括改變施加到激光頭上的電壓。
49. 根據權利要求47所述的裝置，其中，用于改變激光束長度的手段包括可操作地連接到激光頭的透鏡系統，其適于改變從激光頭發出的激光束長度。
50. 根據權利要求30所述的裝置，其中，多個激光頭中的一些激光頭適于被拆下并被具有產生不同長度激光束的激光頭所代替。
51. —種切割在陸地區域上植被的方法，其包括在陸地區域上的第一間隔位置設置多個激光頭；從激光頭產生激光束；繞所述間隔位置旋轉激光束以割斷植被的部分；阻止激光頭發出激光束；以及將多個激光頭移動到陸地區域上的第二間隔位置。
52. —種切割在陸地區域上植被的方法，其包括在陸地區域上的第一間隔位置設置多個激光頭，所述多個激光頭通過電源線彼此相連；從激光頭產生激光束；繞所述間隔位置旋轉激光束以割斷植被的部分；以及將多個激光頭移動到陸地區域上的第二間隔位置。
53. —種用于切割在陸地區域上植被的裝置，其包括放置在陸地區域上許多位置處并適于產生激光束的多個激光頭，激光頭適于移動激光束的角坐標，使得當激光頭保持在所述位置時激光束割斷植被。
54. 根據權利要求53所述的裝置，其中，所述多個激光頭由公共的電力源供能。
55. 根據權利要求54所述的裝置，其中，所述多個激光頭通過公共的電源線彼此連接。
全文摘要
本發明的激光器草坪切割系統由橫穿草坪分布的激光頭陣列或柵格組成。激光頭可以被永久地固定在草坪的表面上方，或者優選地安裝在草坪的表面下方，并且設計成在切割時向上彈出。如果安裝在草坪的表面下方，可以使用螺線管將激光頭移動高于所述表面。也可以使用其他機械裝置使得激光頭移動高于草坪的表面。優選地，激光頭將以柵格或者矩陣的方式橫穿草坪進行分布，使得由旋轉激光頭產生的激光橫掃過在重疊的弧內的草坪以切割植被。還可以將該系統用于融化雪或殺死昆蟲。
文檔編號A01D34/01GK101742900SQ200880017999
公開日2010年6月16日 申請日期2008年3月28日 優先權日2007年4月3日
發明者G·P·霍夫曼, N·F·伊德, R·J·伊德 申請人:更新熱力學有限責任公司