割草機(jī)器人調(diào)研報告

割草機(jī)器人調(diào)研在歐美國家，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〔IntelligentRobotMower〕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FriendlyMachinesFriendlyRobomow〔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-Lawnmowe〔見圖，爬坡的坡度為27~30，其中型號為Line300雨時，自動回歸充電站的功能；瑞典Electrolux公司生產(chǎn)的HusqvarnaAutoMower〔見圖3，該機(jī)器人驅(qū)動輪直徑較大，有很強(qiáng)的爬坡力量，最大爬坡角度為 35Belrobotics公司生產(chǎn)的適用于大、中型草坪維護(hù)的Bigmo〔見圖4。

；比利時據(jù)國內(nèi)據(jù)報道，20072kakamower”并預(yù)備于4603蘇大學(xué)等。圖1FriendlyRL850 圖2 Robo-Lawnmower圖3 AutoMower 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。型號生產(chǎn)廠商重量外形尺寸型號生產(chǎn)廠商重量外形尺寸驅(qū)動電源割刀功率(w)割草寬〔kg〕(cm)度〔cmRobomowFriendly2289*65*24v,17Ah*2150*353(RL850)Machins以鉛酸電瓶5800r/min色列〕Robo-〔Line50〕41*19*3625Zucchetti 鋰/鉛酸電Lawnmower(Line100)51*33*4329(意大利) 池(Line200) 57*42*26 29(Line300)65*49*28HusqvarnaAutoMowerElectrolux71*60*2618v,22Ah*1〔瑞典〕Bigmow(中、大型草坪)Belrobotics〔比利時〕48120*120*5024v,15Ah鎳鉻電池24v,3200r/min*5100MORO南京理工大學(xué)5080*51*405000r/min待設(shè)計機(jī)器人鋰/鎳電池24v,60~70w,3500r/min25構(gòu)造設(shè)計設(shè)計要求：割草寬度：25cm，割草高度：2-7cm〔割刀距地面距離可調(diào)整〕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)器人大多承受輪式機(jī)構(gòu)驅(qū)動〔也有承受履帶驅(qū)動，很少。常見的輪式構(gòu)造為三輪〔21Robomow〕和四輪(22輪，如ElectroluxHusqvamaAutoMower)。三輪方式構(gòu)造簡潔，能滿足一般要求。四輪方式穩(wěn)定性好、承載力量較大、構(gòu)造相對簡單。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)。2〕割草高度調(diào)整機(jī)構(gòu)：現(xiàn)有的割草機(jī)器人為手動調(diào)整。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Automower通過調(diào)整割刀的高度來實現(xiàn)割草高度的調(diào)整。出草通道設(shè)計：防止草屑的堵塞。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。割草寬度：可設(shè)計并列的雙割刀，橫向?qū)挾葹?5cm.。增加收集碎草功能〔待爭論，Robomow割草機(jī)器人是將草剪碎至3m料留在草坪上。21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/分±10%2行走電機(jī)選型行走電機(jī)〔可參照吸塵機(jī)器人〕較強(qiáng)的爬坡力量，30度〔行走電機(jī)功率要求較高〕工作空間，時間范圍設(shè)計要求：最大割草面積：1500m2500m2，額定工作時間：120-180min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)低功耗大容量電池選擇適宜的行走速度，使一樣能耗下割草的效率最高。500m2500m211500m23充電器選型〔外包〕INPUT：100-240V，AC1500mA，50/60HzOUTPUT：DC 2-2.5A充電時間：180min鋰電(或鎳氫)：8Ah傳感系統(tǒng)避障方案：超聲波傳感器、紅外傳感器及碰撞傳感器雨天自動感知，并避雨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)分出霧天和小雨天。型號西博臣CHTM-01系列溫濕度傳感器模塊輸出型號西博臣CHTM-01系列溫濕度傳感器模塊輸出A0~3VB：0~1V〔濕度〕高分子濕敏電容“HS1101”供電5V±5%耗電電流5mAmax.(2mAavg.)工作范圍溫度0~60℃濕度10%~95%RH儲存條件溫度-20~70℃濕度95%RH精度〔濕度〕±5%RH〔25℃，輸入電壓=5V〕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。為抑制易觸發(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。存在問題：1、易觸發(fā)，不確定是否可以避開因露水引起的觸發(fā)；2、在避雨后，須用戶將傳感器電路板擦干。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2存在問題：避雨后，如何將水排空。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〔該功能待爭論〕感知小動物，并進(jìn)展驅(qū)除方案：人體熱釋傳感器度穩(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)生溫所以該類型傳感器用于檢測人體或動物的活動狀況蜂鳴聲進(jìn)展驅(qū)除。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〕型號CT-418工作電壓3~5V型號CT-418工作電壓3~5V靜態(tài)電流50uA工作溫度0~70C電平輸出4V無信號輸出感應(yīng)角度110外形尺寸28mm*36mm模塊重量25g價格33自動回歸充電方案：6邊界限檢測傳感器布置剩余電量低于我們的設(shè)定電量值時按第一次檢測到邊界限時的狀態(tài)可分為下述的三種狀況。狀況一：7B)。當(dāng)轉(zhuǎn)過肯定角度，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)。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)。 (B) 71狀況二：機(jī)器人以與邊界限垂直的方向朝邊界限前進(jìn)然后當(dāng)機(jī)器人走過一段距離后，順時針偏轉(zhuǎn)〔見圖8B。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)。循線的方法與狀況一一樣。(A) (B) 82狀況三：9B)。當(dāng)轉(zhuǎn)過肯定角度，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)。循線的方法與狀況一一樣。(A) (B) (C) 93路徑規(guī)劃及邊界掌握方案：邊界掌握承受HMC1001磁場傳感器〔見孫杰師兄文件。路徑規(guī)劃承受吸塵機(jī)器人的路徑規(guī)劃方法。遙控功能結(jié)合吸塵機(jī)器人進(jìn)展設(shè)計，功能有：前、后、左、右運(yùn)動割草：停、開；行走：停、開回歸充電電源開/關(guān)割草方式調(diào)整依據(jù)草的長度，對割草速度和行走速度的自適應(yīng)調(diào)整〔待爭論〕1〕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、螺旋式等安全保護(hù)1、假設(shè)工作中發(fā)生割草刀片由于草屑而卡死、鎖緊時，要準(zhǔn)時切斷電源，防止電機(jī)及驅(qū)動電路被燒毀。2、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