专利名称：利用激光器切割草坪的装置和方法
利用激光器切割草坪的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种改进的用于切割植被的装置和方法。更具体地说，本发明涉及一
种利用激光器切割草坪的装置和方法。背景技术：
在美国，绝大多数的郊区住房和许多市区住房具有由草覆盖的庭院。这些草庭院
或草坪必须定期剪割以使得草保持在理想的高度。此外，商业地产、公园、高尔夫球场以及
其他供养地产往往由草覆盖。目前，大多数草坪和供养地产使用汽油或电作为动力的草坪
割草机、乘式割草机或者包括旋转钢片的草坪拖拉机进行修剪。业主或由业主雇用的人，不
是推动就是乘坐割草机横穿草坪切割草，这是一个耗时的过程。此外，利用汽油作为动力的
剪草机使用相当大量的矿物燃料，并且排放二氧化碳和污染物到大气中。 最近，已开发出利用激光器来切割草的草坪修剪装置。例如，美国专利第
6， 269， 617号揭示一种草坪切割装置，其中草坪拖拉机或草坪割草机安装有使用激光器来
切割草的装置。虽然这种设计消除了旋转钢刀片，但仍然需要操作者推动或乘坐割草机横
穿草坪，这是一个耗时的过程。 美国专利第4， 952， 222号和第6， 374， 584号也揭示了用于割草的激光装置，其包 括必须通过人在草坪上移动的割草机。在这些现有技术参考资料的每一个中，必须耗费大 量时间和精力去切割草坪。 需要一种装置，其将允许土地所有者使用激光器自动并毫不费力地切割草坪上的 草，而不必使用割草机、乘式割草机或者草坪拖拉机。 也需要一种装置，其将允许土地所有者以一种减少污染和使用更少能源的方式除草。
发明内容
本发明解决了现有用于切割草坪的装置所引起的相关问题。它不再需要推动或乘
坐割草机横穿草坪。本发明利用来自于草坪上的固定地点的旋转激光去除草。 本发明的激光草坪切割系统将由横穿草坪分布的激光头阵列或栅格组成。激光头
可被永久地固定在草坪表面的上方，或者优选安装在草坪表面的下方，并且被设计成在切
割时向上提升。如果被安装在草坪表面的下方，则可用螺线管来将激光头移动高于表面。因
为其他机械装置将会在本领域中普通技术人员的设计技能范围内，所以也可以用来使激光
头移动高于草坪表面。 控制盒可以被编程以使得激光头按照预定进度向上提升并切割草坪。此外或替代 地，可将该系统设计为手动地打开和关闭。激光头也可以按区排列，使得每个区被控制盒独 立地控制。在独立受控的区中的激光头的编程和设置二者可以由本领域普通技术人员容易 地完成。在草坪洒水领域使用类似的控制系统。 优选地，激光头将以栅格或矩阵方式横穿草坪进行分布，使得由旋转激光头产生的激光在交叠的弧内横扫过草坪。每一个激光头可旋转直到360度，或其旋转量可能会受 到限制，使得激光不会以不期望方式延伸到物体(如花圃、树木或其他植被)。此外，可以调 整激光头的旋转，使激光不超出它们所安装的地产边界。 激光仅需要足够的能量，使它切穿草的单个或少量的叶片。当光连续扫掠时，同一 区域的多次扫掠将逐步切割离激光头更远的草的更多叶片，直到获得预期范围。这样，可保 持激光功率到尽可能低的水平，与同时切割草的单个或少量的叶片一致。地面的变化需要 可变长度的光束，这通过改变激光器的功率水平来实现。在地面不平整的地方，低功率是用 来防止激光剥离草坪或者除草太高。通过局部化从激光头发出的激光，更加平整的切割长 度是可能的。代替使用低功率，可使用透镜系统来允许激光束的长度或其有效射程的调整。 或者，激光头可以更换，从而可以选择产生适当长度的激光束的激光头用于陆地区域上的 局部化需求。 虽然使用其他类型的激光器和电源是可能的，但优选地，所使用的激光器是固态、
低功率、低电压和直流的。如果使用低电压直流电，常用的12伏直流电可以足够给激光头
供能。由激光头产生的光束优选是分散的，使得光束的强度将随距离迅速下降。虽然可以
使用切割范围的任何距离，但激光切割能力的范围，优选地可以是直径达到12至20英尺。
可以使用半导体激光器二极管去产生在可见或红外光谱范围的激光束。 优选地，激光头将被安装在散热片上，这将吸收由激光器所产生的热量。在下一次
使用之前，热量可以在长时间间隔内慢慢消散到地面。 为方便该系统的安全运行，当运动传感器在激光栅格内或邻近激光栅格处感应到 预定量的运动时，运动传感器可用于阻止或停止激光束的产生。具有这个特征，当动物或人 进入由激光头矩阵覆盖的草坪区域时，该系统将阻止激光的产生。运动探测器应优选地覆 盖延伸超出安装有该系统的陆地的地产线的区域。这将提供一个早期预警系统，其在人或 动物实际越过地产线时将安全地致使激光器关闭。此外，可以使用雨传感器以阻止下雨时 激光束的产生。 也可将本发明用于控制昆虫。由激光头产生的激光将强有力得足以杀死如蚊、昆 虫的小飞虫。这些昆虫经常是在晚上和在夜间被发现飞行略高于草坪或高于静止的水体， 例如小池塘。可以调整激光头，使得它可以杀死这些昆虫。激光束可以比用来切割草坪所 用的激光束提高几英寸。优选地，光束将比设计用来除草的更加宽并且更加分散。用于消 除昆虫的激光头可以与用于除草的激光头相结合或者可以是多个独立的激光头的部分。例 如，当在水面上使用时，可以使用昆虫消灭激光器而不需要植被切割激光器。此外，可以发 出比植被切割激光器更加高于地面的昆虫杀死激光束，从而激光可以扫过高于陆地以及高 于植被顶部水平面的更大区域。 在另一个实施例中，可将激光头用于融化表面上的冰雪，如车道、人行道、庭院、停 车场或其他表面。激光头以交叠的覆盖范围沿表面的周界排列。当雪下降，或在它积累在 表面上之后，激光头可以融化雪。由此产生的水或排走或被蒸发掉。对于融化雪与冰，低于 用于割草的功率水平将是可行的。如同除草应用，可以使用多个通道去融雪。
为了融化雪与冰，激光头将被致力于这样目的，即把部分光束被向下导向以扫过 表面本身，这将阻止水重新冻结。
图1是本发明的激光器草坪切割装置的剖面正视图。 图2是图1的激光器草坪切割装置的剖面正视图，且激光头被显示在第二位置中。 图3是图1的激光器草坪切割装置的剖面正视图。 图4是本发明的激光器草坪切割装置的第二实施例的剖面正视图。 图5是图4的激光器草坪切割装置的剖面正视图，且激光头被显示在第二位置中。 图6阐明了本发明的激光头切割路径。 图7阐明了本发明的激光头阵列。 图8阐明了本发明的激光头切割路径。 图9阐明了本发明的激光头切割路径。 图10阐明了本发明的激光头阵列。 图11阐明了本发明的激光头阵列。 图12阐明了本发明的激光头阵列的接线图。 图13阐明了本发明的传感器阵列。 图14是本发明的另一实施例的正视图。 图15是图14所示的本发明的俯视图。 图16阐明了本发明的激光头阵列的另一实施例。 图17是本发明另一实施例的主视图，其中阐明了在收回位置中的激光头。 图18是图17的本发明的主视图，其中阐明了在伸展位置中的激光头。
具体实施方式
图1-18阐明了本发明。在图1中，揭示了单个激光器组件10的剖面图。该组件 10包括带有半导体二极管激光器14的弹出激光头12。当不使用时，弹出激光头12与在草 18基部的地面16齐平(或水平面以下)。当激光头12低于地面16时，帽15和缸17保护 激光头12。激光头安装组件20在地面高度16之下，其包括壳22、销24和螺线管线圈26。 销24被安装用于在垂直方向的直移运动。销24还被安装用于由马达28使轴30转动所引 起的旋转运动。刷40和环38提供来自于电源34的电能以给半导体激光器14供能。电线 (未显示)给螺线管26和马达28提供电能。 当将电流从电源34发送到螺线管26时，它被通电则销24向上移动。激光器14 被通电并且由马达28经轴30引起旋转。图2和图3揭示了在其高于地面16的伸展位置 中的激光头12。可以调整激光头12以凸出一高于地面16的预定高度，从而确定切割草18 的高度。可以使用包括聚焦环21和透镜23的透镜系统，以改变从激光头12发出的激光束 的长度。或者，可以通过改变传递至激光头12的电能的电压而改变激光束的长度。
图4和图5揭示了激光头组件的替代实施例。在图4和5中，已经增加第二激光 器二极管32用于昆虫控制。此激光器二极管32射出在高于激光器二极管14的水平面上 的激光。来自激光器二极管32的激光适于将发散光束瞄准去杀死略高于草18的顶部水平 面飞行的昆虫。 图6阐明了从激光头44发射的激光束42的路径。光束扫过圆形路径46。
图7揭示了在栅格中的几个激光头50、60、70、80、90和100。每个激光头分别发出激光束52、62、72、82、92和102。每个激光束具有与它联系的覆盖圆弧54、64、74、84、94和 104。如图7所示，圆弧彼此交叠，从而栅格的整个区域是被由激光束产生的交叠的圆覆盖。
图8和9阐明了具有可变功率的激光输出的激光头。在图8中，激光头110发出 激光束112以产生相对较小的切割区114。相反，在图9中，激光头120产生具有较大切割 区124的较大激光束122。图10阐明了排列在树156周围的激光头130、 140和150的安 装。激光头130发出产生半圆弧134的激光束132。类似地，激光头140发出在半圆弧144 内的激光束142，激光头150发出在半圆弧154内的激光束152。包围树156的是一个护根 床158。可以使用机械和/或电气止动器(未显示)用来确保当光束到达护根床158时， 激光束132、142和152的旋转结束。如果使用止动器，一旦止动器阻止激光头在一个方向 上的进一步运动，则激光头的运动将换向。或者，激光头130、 140和150可以继续转过360 度，但是可在部分旋转位置对激光头断能，否则在这些位置将导致激光束撞击到护根床158 和树156上。在另一个选择(未显示)中，滑动环可以为了要被产生的激光在旋转的部分 上具有导电材料，而滑动环的剩余部分将具有绝缘材料，从而没有电传送到激光头。采用这 种设计，仅当刷接触导电材料时，马达将会引起激光头的旋转而激光头将获得能量。将不需 要止动器或换向机构。 图11阐明了在典型的庭院中排列的激光头矩阵。激光头170邻近建筑物176，因 此，弧174在建筑物176的周界处结束。激光头180邻近地产边界186，因此，弧184在地产 边界186处结束。激光头190位于建筑物176和地产边界186之间，因此，其被允许环绕延 伸完整的360度。 图12揭示了用于该系统的简化接线图。激光头200通过电线202连接到控制盒 214，被设计用于控制该系统的操作。运动传感器210通过电线212连接到控制盒214。电 源216被提供用于给系统供能。 图13揭示了用于检测在草坪上的运动的传感器阵列。邻近建筑物176放置传感 器220。传感器220覆盖由线222所指示的草坪区域224。将传感器230邻近地产线186 放置，并且覆盖由线232所指示的草坪区域224。如果由传感器220或230探测到有运动， 则控制盒214将停止供能给激光头。 图14到16阐明了本发明的另一个实施例，揭示了一种便携式激光草坪切割系统。 激光头260被安装在可移动的基底262上。基底262可以具有多个激光头260，诸如，例如 2至4个激光头260。安装板264和外壳266收容高于地面270的激光头260。每个激光头 260的高度可通过伸縮柱272进行调整。 如图15所示，每个板264通过安装组件268收容4个激光头260。激光头260共 同工作以扫过360度。当获得能量时，激光头260向下延伸到供使用的预设水平。
图16揭示了由软线274连接的一连串的六个可移动基底262。将线274设计成 被连接到标准的家用电源276，并且将包括变压器(未显示)以将电压降到低电压直流电。 每个可移动基底262具有植被将在其内被切割的切割路径278。 图17和18阐明了用于融化冰雪的激光器组件310。图17阐明了在收回位置中的 激光器组件310，并且图18阐明了在伸展位置中的激光器组件310。激光器组件310类似 于如图1和2所示的激光器组件并且以同样的方式操作。然而，组件310包括融化冰雪的 加热元件314，否则将无法让激光头312从地面16露出。
权利要求
一种切割陆地区域上植被的方法，其包括在该陆地区域上的固定位置设置多个激光头；从激光头产生激光束；以及绕固定位置旋转激光束以割断植被的一部分。
2. 根据权利要求1所述的方法，其还包括以预定进度产生激光束的步骤。
3. 根据权利要求1所述的方法，其还在所述多个激光头中包括第一组激光头和第二组激光头，并且其中该第一组和第二组可以彼此独立地被激活。
4. 一种用于切割陆地区域上植被的装置，其包括安装在陆地区域中并适于产生激光束的多个激光头，激光头适于移动激光束的角坐标，使得激光束割断植被。
5. 根据权利要求4所述的装置，其中，激光头安装在该陆地区域的表面以下。
6. 根据权利要求5所述的装置，其中，激光头适于在两个位置之间移动，在第一位置中激光头低于该陆地区域的表面，以及在第二位置中激光头高于该陆地区域的表面。
7. 根据权利要求6所述的装置，其还包括用于在两个位置之间移动激光头的螺线管。
8. 根据权利要求4所述的装置，其还包括接合到每一个激光头用于驱散由激光头产生的热量的散热片。
9. 根据权利要求8所述的装置，其中，多个激光头中的每一个激光头在高达20英尺的距离范围内切割植被。
10. 根据权利要求4所述的装置，其还包括运动传感器，其用于当运动传感器感应到预定量的运动时阻止激光束的产生。
11. 根据权利要求4所述的装置，其还包括雨传感器，其用于当雨传感器感应到雨时阻止激光束的产生。
12. 根据权利要求4所述的装置，其中，由激光头产生的激光束是分散的。
13. 根据权利要求4所述的装置，其中，激光头由直流电供能。
14. 根据权利要求13所述的装置，其中，直流电的电压低于15伏。
15. 根据权利要求4所述的装置，其中，激光头是半导体激光器。
16. 根据权利要求4所述的装置，其中，激光头产生红外光谱的激光。
17. 根据权利要求4所述的装置，其中，激光头产生可见光谱的激光。
18. 根据权利要求6所述的装置，其中，激光头仅在第二位置中发出激光束。
19. 根据权利要求4所述的装置，其中，激光头适于绕轴旋转。
20. 根据权利要求19所述的装置，其中，激光头的角位移量由用户预先选择。
21. 根据权利要求4所述的装置，其中，传递给一些激光头供能的电能可被改变，从而由激光头产生的激光束的长度可被改变。
22. 根据权利要求4所述的装置，其还包括用于改变由一些激光头产生的激光束长度的手段。
23. 根据权利要求22所述的装置，其中，用于改变激光束长度的手段包括改变施加到激光头上的电压。
24. 根据权利要求22所述的装置，其中，用于改变激光束长度的手段包括可操作地连接到激光头的透镜系统，其适于改变从激光头发出的激光束长度。
25. 根据权利要求4所述的装置，其中，多个激光头中的一些激光头适于被拆下并用具有产生不同长度的激光束的激光头所代替。
26. 根据权利要求4所述的装置，其中，多个激光头中的至少一些适于在高于该陆地区域的较高水平面产生用于杀死昆虫的第二激光束。
27. —种用于杀死陆地区域上昆虫的装置，其包括安装在该陆地区域并适于产生激光束的多个激光头，激光头适于移动激光束的角坐标，使得激光束杀死在陆地区域上方飞行的昆虫。
28. —种用于杀死水体上方昆虫的装置，其包括安装在固定位置并适于产生激光束的多个激光头，激光头适于移动激光束的角坐标，使得激光束杀死在水体上方飞行的昆虫。
29. —种融化在部分陆地区域上的雪的方法，其包括在该陆地区域上的固定位置设置多个激光头；从激光头产生激光束；以及绕固定位置旋转激光束以融化雪。
30. —种用于融化在部分陆地区域上的雪的装置，其包括安装在陆地区域并适于产生激光束的多个激光头，激光头适于移动激光束的角坐标，使得激光束融化雪。
31. 根据权利要求30所述的装置，其中，激光头被安装在陆地区域的表面下方。
32. 根据权利要求31所述的装置，其中，激光头适于在两个位置之间移动，在第一位置中激光头低于该陆地区域的表面，以及在第二位置中激光头高于该陆地区域的表面。
33. 根据权利要求32所述的装置，其还包括用于在两个位置之间移动激光头的螺线管。
34. 根据权利要求30所述的装置，其还包括接合到每一个激光头用于驱散由激光头产生的热量的散热片。
35. 根据权利要求30所述的装置，其中，多个激光头中的每一个激光头融化高达20英尺的距离范围内的雪。
36. 根据权利要求30所述的装置，其还包括运动传感器，其用于当运动传感器感应到预定量的运动时阻止激光束的产生。
37. 根据权利要求30所述的装置，其中，激光头产生的激光束是分散的。
38. 根据权利要求30所述的装置，其中，激光头由直流电供能。
39. 根据权利要求38所述的装置，其中，直流电的电压低于15伏。
40. 根据权利要求30所述的装置，其中，激光头是半导体激光器。
41. 根据权利要求30所述的装置，其中，激光头产生红外光谱的激光。
42. 根据权利要求30所述的装置，其中，激光头产生可见光谱的激光。
43. 根据权利要求32所述的装置，其中，激光头仅在第二位置中发出激光束。
44. 根据权利要求30所述的装置，其中，激光头适于绕轴旋转。
45. 根据权利要求44所述的装置，其中，激光头的角位移量由用户预先选择。
46. 根据权利要求30所述的装置，其中，传递给一些激光头供能的电能可被改变，从而激光头产生的激光束的长度可被改变。
47. 根据权利要求30所述的装置，其还包括用于改变由一些激光头产生的激光束长度的手段。
48. 根据权利要求47所述的装置，其中，用于改变激光束长度的手段包括改变施加到激光头上的电压。
49. 根据权利要求47所述的装置，其中，用于改变激光束长度的手段包括可操作地连接到激光头的透镜系统，其适于改变从激光头发出的激光束长度。
50. 根据权利要求30所述的装置，其中，多个激光头中的一些激光头适于被拆下并被具有产生不同长度激光束的激光头所代替。
51. —种切割在陆地区域上植被的方法，其包括在陆地区域上的第一间隔位置设置多个激光头；从激光头产生激光束；绕所述间隔位置旋转激光束以割断植被的部分；阻止激光头发出激光束；以及将多个激光头移动到陆地区域上的第二间隔位置。
52. —种切割在陆地区域上植被的方法，其包括在陆地区域上的第一间隔位置设置多个激光头，所述多个激光头通过电源线彼此相连；从激光头产生激光束；绕所述间隔位置旋转激光束以割断植被的部分；以及将多个激光头移动到陆地区域上的第二间隔位置。
53. —种用于切割在陆地区域上植被的装置，其包括放置在陆地区域上许多位置处并适于产生激光束的多个激光头，激光头适于移动激光束的角坐标，使得当激光头保持在所述位置时激光束割断植被。
54. 根据权利要求53所述的装置，其中，所述多个激光头由公共的电力源供能。
55. 根据权利要求54所述的装置，其中，所述多个激光头通过公共的电源线彼此连接。
全文摘要
本发明的激光器草坪切割系统由横穿草坪分布的激光头阵列或栅格组成。激光头可以被永久地固定在草坪的表面上方，或者优选地安装在草坪的表面下方，并且设计成在切割时向上弹出。如果安装在草坪的表面下方，可以使用螺线管将激光头移动高于所述表面。也可以使用其他机械装置使得激光头移动高于草坪的表面。优选地，激光头将以栅格或者矩阵的方式横穿草坪进行分布，使得由旋转激光头产生的激光横扫过在重叠的弧内的草坪以切割植被。还可以将该系统用于融化雪或杀死昆虫。
文档编号A01D34/01GK101742900SQ200880017999
公开日2010年6月16日 申请日期2008年3月28日 优先权日2007年4月3日
发明者G·P·霍夫曼, N·F·伊德, R·J·伊德 申请人:更新热力学有限责任公司