割草機(jī)器人調(diào)查研究報告

1、-PAGE . z.割草機(jī)器人調(diào)研一 國外研究狀況在歐美國家，城市中有大量的公園草坪、足球場草坪、高爾夫球場草坪等公共綠地以及一般家庭綠地需要進(jìn)展維護(hù)。為降低草坪維護(hù)作業(yè)的勞動強(qiáng)度，1997年，OPEI年會上第一次提出了智能割草機(jī)器人Intelligent Robot Mower的概念。目前，國外市場上已經(jīng)有了多款割草機(jī)器人產(chǎn)品。以色列Friendly Machines公司設(shè)計的Friendly Robomow見圖1是世界上第一批走進(jìn)家庭和市場的割草機(jī)器人也是目前市場化最成功的智能割草機(jī)器人產(chǎn)品之一。此外，還有意大利Zucchetti公司生產(chǎn)的Robo-Lawnmower見圖2，爬坡的坡度為2

2、730，其中型號為Line 300的機(jī)器人具有下雨時，自動回歸充電站的功能；瑞典Electrolu*公司生產(chǎn)的Husqvarna Auto Mower見圖3，該機(jī)器人驅(qū)動輪直徑較大，有很強(qiáng)的爬坡能力，最大爬坡角度為35；比利時Belrobotics公司生產(chǎn)的適用于大、中型草坪維護(hù)的Bigmow見圖4。據(jù)國據(jù)報道，2007年2月，大學(xué)研發(fā)成功了割草機(jī)器人kakamower并準(zhǔn)備于今年投入市場，預(yù)期售價為460美元左右。以及在今年3月，*市金聯(lián)塑料制品與大學(xué)聯(lián)合研發(fā)成功了割草機(jī)器人。國從事割草機(jī)器人研究的還有理工大學(xué)、大學(xué)等。圖1 Friendly RL850 圖2 Robo-Lawnmower圖

3、3 Auto Mower 圖4 Bigmow 下表列出了各種割草機(jī)器人的參數(shù)指標(biāo)和價格。-. z.表1 各種品牌割草機(jī)器人參數(shù)指標(biāo)及價格比擬型號生產(chǎn)廠商重量kg外形尺寸(cm)驅(qū)動電源割刀功率(w)割草寬度cm連續(xù)工作時間(h)工作面積(m)價格Robomow(RL 850)Friendly Machines以色列2289*65*31.524v,17Ah*2鉛酸電瓶150*3割刀5800r/min532.53500$1199.95Robo-LawnmowerLine50Zucchetti (意大利)41*19*36鋰/鉛酸電池253.5(Line 100)51*33*432925300(Lin

4、e 200)57*42*262924.5300ma*3000(Line 300)65*49*285000Husqvarna Auto MowerElectrolu*瑞典8.671*60*2618v,22Ah*12400$2299.99Bigmow (中、大型草坪)Belrobotics比利時48120*120*5024v,15Ah鎳鉻電池24v,3200r/min*5割刀10020000$12799MORO理工大學(xué)5080*51*405000r/min待設(shè)計機(jī)器人鋰/鎳電池24v,6070w,3500r/min2523最大 1500實際建議500-. z.二 割草機(jī)器人技術(shù)分析1構(gòu)造設(shè)計設(shè)計要

5、求：割草寬度：25 cm，割草高度：2-7cm割刀距地面距離可調(diào)節(jié)按功能分割草機(jī)器人的機(jī)械構(gòu)造可分為驅(qū)動機(jī)械構(gòu)造和割草機(jī)械構(gòu)造。1 驅(qū)動機(jī)械構(gòu)造現(xiàn)有的割草機(jī)器人大多采用輪式機(jī)構(gòu)驅(qū)動也有采用履帶驅(qū)動，很少。常見的輪式構(gòu)造為三輪2個驅(qū)動輪，1個導(dǎo)向輪，如Robomow和四輪(2個驅(qū)動輪，2個導(dǎo)向輪，如Electrolu* Husqvama Auto Mower)。三輪方式構(gòu)造簡單，能滿足一般要求。四輪方式穩(wěn)定性好、承載能力較大、構(gòu)造相對復(fù)雜。2 割草機(jī)械構(gòu)造1刀片：刀片的設(shè)計直接影響割草機(jī)器人的性能，須考慮割草刀片在高速旋轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生氣流的流場；分析刀片在運(yùn)行時的模態(tài)、不平衡離心力和動態(tài)響應(yīng)等參數(shù)。

6、2割草高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)：現(xiàn)有的割草機(jī)器人為手動調(diào)節(jié)。Robomow通過調(diào)整前端萬向輪、車身相對后端驅(qū)動輪的高度來調(diào)整割草高度。伊萊克斯的Auto mower通過調(diào)整割刀的高度來實現(xiàn)割草高度的調(diào)節(jié)。3出草通道設(shè)計：防止草屑的堵塞。4散熱機(jī)構(gòu)設(shè)計：由于刀片處于高速旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)，有較大的發(fā)熱量，因而所設(shè)計的構(gòu)造須有良好的散熱性。5割草寬度：可設(shè)計并列的雙割刀，橫向?qū)挾葹?5cm.。6增加收集碎草功能待討論，Robomow割草機(jī)器人是將草剪碎至3mm，作為天然肥料留在草坪上。2驅(qū)動系統(tǒng)1 割刀電機(jī)選型直流電機(jī)額定電壓：24V功率：60-70w轉(zhuǎn)速：3500轉(zhuǎn)/分10%2 行走電機(jī)選型行走電機(jī)可參照吸塵機(jī)器人

7、較強(qiáng)的爬坡能力，30度行走電機(jī)功率要求較高3工作空間，時間圍設(shè)計要求：最大割草面積：1500 m2，建議圍500m，額定工作時間：120-180 min1通過減輕重量，非割草狀態(tài)下割草電機(jī)轉(zhuǎn)速減緩等實現(xiàn)低功耗2大容量電池3選擇適宜的行走速度，使一樣能耗下割草的效率最高。4工作面積超過建議的500m時，設(shè)計多個充電站。如以500 m為1個單位，當(dāng)面積為1500 m可以設(shè)計3個充電站。4充電器選型外包INPUT：100-240V ，AC 1500mA ，50/60HzOUTPUT：DC29.4V 2-2.5A充電時間：180min鋰電(或鎳氫)：8Ah5傳感系統(tǒng)避障方案：超聲波傳感器、紅外傳感器及

8、碰撞傳感器雨天自動感知，并避雨方案1：濕度傳感器原理：利用雨天濕度大的特點(diǎn)來檢測。存在問題：是否能夠準(zhǔn)確地區(qū)別出霧天和小雨天。表2 濕度傳感器參數(shù)型號西博臣CHTM-01系列溫濕度傳感器模塊輸出A型：03V B型：01V敏感元件濕度高分子濕敏電容HS1101供電5V5%耗電電流5mA ma*.(2mA avg.)工作圍溫度 060 濕度10% 95%RH以下儲存條件溫度 -2070 濕度 95%RH以下精度濕度5%RH 在25，輸入電壓=5V方案2：雨水傳感器原理：當(dāng)雨水滴落在傳感器電路板上時，產(chǎn)生觸發(fā)信號。為克制易觸發(fā)的缺點(diǎn)，應(yīng)將傳感器封閉好，只留有一小孔讓雨水可以滴落在傳感器電路板上。存在

9、問題：1、易觸發(fā)，不確定是否可以防止因露水引起的觸發(fā)； 2、在避雨后，須用戶將傳感器電路板擦干。方案3：雨量傳感器原理：如圖5所示的雨水收集裝置，當(dāng)裝置中的雨水滿到觸發(fā)線時，便會產(chǎn)生觸發(fā)信號。該方法可有效克制方案2中易觸發(fā)的缺點(diǎn)。存在問題：避雨后，如何將水排空。圖5 雨量傳感器檢測原理示意圖防跌落：前視傳感器，可參照吸塵機(jī)器人設(shè)計該功能待討論感知小動物，并進(jìn)展驅(qū)趕方案：人體熱釋傳感器原理：人體熱釋傳感器是一種檢測人或動物身體發(fā)射的紅外線而輸出電信號的傳感器，其原理是利用熱釋電效應(yīng)。熱釋電效應(yīng)同壓電效應(yīng)類似，是指由于溫度的變化而引起的晶體外表荷電的現(xiàn)象。熱釋電傳感器是對溫度敏感的傳感器，由瓷氧化

10、物或壓電晶體元件組成，在元件兩個外表做成電極，在傳感器監(jiān)測圍溫度有變化時，熱釋電效應(yīng)會在兩個電極上產(chǎn)生電荷，即在兩電極之間產(chǎn)生微弱的電壓。由于它的輸出阻抗極高，在傳感器中有一個場效應(yīng)管進(jìn)展阻抗變換。熱釋電效應(yīng)所產(chǎn)生的電荷會被空氣中的離子所結(jié)合而消失，即當(dāng)環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時，傳感器無輸出。當(dāng)人體進(jìn)入檢測區(qū)，因人體溫度與環(huán)境溫度有差異，產(chǎn)生溫度變化，則產(chǎn)生輸出信號。當(dāng)人體進(jìn)入檢測區(qū)后不動，則溫度沒有變化，傳感器也沒有輸出。所以該類型傳感器用于檢測人體或動物的活動情況。當(dāng)探測到動物后，采用黃色閃爍警示燈、蜂鳴聲進(jìn)展驅(qū)趕。存在問題：對人和動物都將產(chǎn)生報警設(shè)計一按鈕可手動解除報警表3 人體熱釋傳感器參數(shù)

11、型號CT-418工作電壓35V靜態(tài)電流50uA工作溫度070電平輸出4V無信號輸出0.4V感應(yīng)角度110度外形尺寸28mm*36mm模塊重量約25g價格33元6 自動回歸充電方案：圖6 邊界限檢測傳感器布置在割草機(jī)器人的前端并排安裝兩個用于邊界限檢測的傳感器。工作時，當(dāng)割草機(jī)器人的剩余電量低于我們的設(shè)定電量值時，機(jī)器人便要自動回歸充電。機(jī)器人采用循跡回歸的方法，按第一次檢測到邊界限時的狀態(tài)可分為下述的三種情況。情況一： 當(dāng)機(jī)器人行走的方向與邊界限呈銳角時，左側(cè)的傳感器首先檢測到信號，隨后右側(cè)的傳感器也檢測到信號。然后走過一段距離，機(jī)器人順時針旋轉(zhuǎn)(見圖7 B)。當(dāng)轉(zhuǎn)過一定角度，右側(cè)的傳感器再次

12、檢測到信號時，機(jī)器人便處于騎線狀態(tài)。接下來，機(jī)器人便只要循線行走即可。循線的方法是，當(dāng)左側(cè)的傳感器檢測到信號時，機(jī)器人便向左偏轉(zhuǎn)；右側(cè)的傳感器檢測到信號時，機(jī)器人便向右偏轉(zhuǎn)。 (A) (B) (C)圖7 情況1情況二：機(jī)器人以與邊界限垂直的方向朝邊界限前進(jìn)。這時，前端的兩個傳感器同時檢測到信號。然后當(dāng)機(jī)器人走過一段距離后，順時針偏轉(zhuǎn)見圖8 B。當(dāng)右側(cè)的傳感器再次檢測到信號時，機(jī)器人便處于了騎線的狀態(tài)。循線的方法與情況一一樣。 (A) (B) (C)圖8 情況2情況三：當(dāng)機(jī)器人行走的方向與邊界限呈鈍角時，右側(cè)的傳感器首先檢測到信號，隨后左側(cè)的傳感器也檢測到信號。然后走過一段距離，機(jī)器人順時針旋轉(zhuǎn)

13、(見圖9 B)。當(dāng)轉(zhuǎn)過一定角度，右側(cè)的傳感器再次檢測到信號時，機(jī)器人便處于騎線狀態(tài)。循線的方法與情況一一樣。 (A) (B) (C) (D)圖9 情況37 路徑規(guī)劃及邊界控制方案：邊界控制采用HMC1001磁場傳感器見杰師兄文件。路徑規(guī)劃采用吸塵機(jī)器人的路徑規(guī)劃方法。8 遙控功能結(jié)合吸塵機(jī)器人進(jìn)展設(shè)計，功能有：1前、后、左、右運(yùn)動2割草：停、開；行走：停、開3回歸充電4電源開/關(guān)9 割草方式調(diào)節(jié)根據(jù)草的長度，對割草速度和行走速度的自適應(yīng)調(diào)節(jié)待討論參考吸塵機(jī)器人，設(shè)計不同的割草模式，如往復(fù)前進(jìn)式、螺旋式等10平安保護(hù)假設(shè)工作中發(fā)生割草刀片因為草屑而卡死、鎖緊時，要及時切斷電源，防止電機(jī)及驅(qū)動電路被燒毀。超負(fù)荷保護(hù)：負(fù)荷重我們的理解是因草過長或過于濃密，割刀無法割動時到退后前進(jìn), 超負(fù)荷