割草机器人调查研究报告

1、-PAGE . z.割草机器人调研一 国外研究状况在欧美国家，城市中有大量的公园草坪、足球场草坪、高尔夫球场草坪等公共绿地以及一般家庭绿地需要进展维护。为降低草坪维护作业的劳动强度，1997年，OPEI年会上第一次提出了智能割草机器人Intelligent Robot Mower的概念。目前，国外市场上已经有了多款割草机器人产品。以色列Friendly Machines公司设计的Friendly Robomow见图1是世界上第一批走进家庭和市场的割草机器人也是目前市场化最成功的智能割草机器人产品之一。此外，还有意大利Zucchetti公司生产的Robo-Lawnmower见图2，爬坡的坡度为2

2、730，其中型号为Line 300的机器人具有下雨时，自动回归充电站的功能；瑞典Electrolu*公司生产的Husqvarna Auto Mower见图3，该机器人驱动轮直径较大，有很强的爬坡能力，最大爬坡角度为35；比利时Belrobotics公司生产的适用于大、中型草坪维护的Bigmow见图4。据国据报道，2007年2月，大学研发成功了割草机器人kakamower并准备于今年投入市场，预期售价为460美元左右。以及在今年3月，*市金联塑料制品与大学联合研发成功了割草机器人。国从事割草机器人研究的还有理工大学、大学等。图1 Friendly RL850 图2 Robo-Lawnmower图

3、3 Auto Mower 图4 Bigmow 下表列出了各种割草机器人的参数指标和价格。-. z.表1 各种品牌割草机器人参数指标及价格比拟型号生产厂商重量kg外形尺寸(cm)驱动电源割刀功率(w)割草宽度cm连续工作时间(h)工作面积(m)价格Robomow(RL 850)Friendly Machines以色列2289*65*31.524v,17Ah*2铅酸电瓶150*3割刀5800r/min532.53500$1199.95Robo-LawnmowerLine50Zucchetti (意大利)41*19*36锂/铅酸电池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比利时48120*120*5024v,15Ah镍铬电池24v,3200r/min*5割刀10020000$12799MORO理工大学5080*51*405000r/min待设计机器人锂/镍电池24v,6070w,3500r/min2523最大 1500实际建议500-. z.二 割草机器人技术分析1构造设计设计要

5、求：割草宽度：25 cm，割草高度：2-7cm割刀距地面距离可调节按功能分割草机器人的机械构造可分为驱动机械构造和割草机械构造。1 驱动机械构造现有的割草机器人大多采用轮式机构驱动也有采用履带驱动，很少。常见的轮式构造为三轮2个驱动轮，1个导向轮，如Robomow和四轮(2个驱动轮，2个导向轮，如Electrolu* Husqvama Auto Mower)。三轮方式构造简单，能满足一般要求。四轮方式稳定性好、承载能力较大、构造相对复杂。2 割草机械构造1刀片：刀片的设计直接影响割草机器人的性能，须考虑割草刀片在高速旋转时所产生气流的流场；分析刀片在运行时的模态、不平衡离心力和动态响应等参数。

6、2割草高度调节机构：现有的割草机器人为手动调节。Robomow通过调整前端万向轮、车身相对后端驱动轮的高度来调整割草高度。伊莱克斯的Auto mower通过调整割刀的高度来实现割草高度的调节。3出草通道设计：防止草屑的堵塞。4散热机构设计：由于刀片处于高速旋转的状态，有较大的发热量，因而所设计的构造须有良好的散热性。5割草宽度：可设计并列的双割刀，横向宽度为25cm.。6增加收集碎草功能待讨论，Robomow割草机器人是将草剪碎至3mm，作为天然肥料留在草坪上。2驱动系统1 割刀电机选型直流电机额定电压：24V功率：60-70w转速：3500转/分10%2 行走电机选型行走电机可参照吸尘机器人

7、较强的爬坡能力，30度行走电机功率要求较高3工作空间，时间围设计要求：最大割草面积：1500 m2，建议围500m，额定工作时间：120-180 min1通过减轻重量，非割草状态下割草电机转速减缓等实现低功耗2大容量电池3选择适宜的行走速度，使一样能耗下割草的效率最高。4工作面积超过建议的500m时，设计多个充电站。如以500 m为1个单位，当面积为1500 m可以设计3个充电站。4充电器选型外包INPUT：100-240V ，AC 1500mA ，50/60HzOUTPUT：DC29.4V 2-2.5A充电时间：180min锂电(或镍氢)：8Ah5传感系统避障方案：超声波传感器、红外传感器及

8、碰撞传感器雨天自动感知，并避雨方案1：湿度传感器原理：利用雨天湿度大的特点来检测。存在问题：是否能够准确地区别出雾天和小雨天。表2 湿度传感器参数型号西博臣CHTM-01系列温湿度传感器模块输出A型：03V B型：01V敏感元件湿度高分子湿敏电容HS1101供电5V5%耗电电流5mA ma*.(2mA avg.)工作围温度 060 湿度10% 95%RH以下储存条件温度 -2070 湿度 95%RH以下精度湿度5%RH 在25，输入电压=5V方案2：雨水传感器原理：当雨水滴落在传感器电路板上时，产生触发信号。为克制易触发的缺点，应将传感器封闭好，只留有一小孔让雨水可以滴落在传感器电路板上。存在

9、问题：1、易触发，不确定是否可以防止因露水引起的触发； 2、在避雨后，须用户将传感器电路板擦干。方案3：雨量传感器原理：如图5所示的雨水收集装置，当装置中的雨水满到触发线时，便会产生触发信号。该方法可有效克制方案2中易触发的缺点。存在问题：避雨后，如何将水排空。图5 雨量传感器检测原理示意图防跌落：前视传感器，可参照吸尘机器人设计该功能待讨论感知小动物，并进展驱赶方案：人体热释传感器原理：人体热释传感器是一种检测人或动物身体发射的红外线而输出电信号的传感器，其原理是利用热释电效应。热释电效应同压电效应类似，是指由于温度的变化而引起的晶体外表荷电的现象。热释电传感器是对温度敏感的传感器，由瓷氧化

10、物或压电晶体元件组成，在元件两个外表做成电极，在传感器监测围温度有变化时，热释电效应会在两个电极上产生电荷，即在两电极之间产生微弱的电压。由于它的输出阻抗极高，在传感器中有一个场效应管进展阻抗变换。热释电效应所产生的电荷会被空气中的离子所结合而消失，即当环境温度稳定不变时，传感器无输出。当人体进入检测区，因人体温度与环境温度有差异，产生温度变化，则产生输出信号。当人体进入检测区后不动，则温度没有变化，传感器也没有输出。所以该类型传感器用于检测人体或动物的活动情况。当探测到动物后，采用黄色闪烁警示灯、蜂鸣声进展驱赶。存在问题：对人和动物都将产生报警设计一按钮可手动解除报警表3 人体热释传感器参数

11、型号CT-418工作电压35V静态电流50uA工作温度070电平输出4V无信号输出0.4V感应角度110度外形尺寸28mm*36mm模块重量约25g价格33元6 自动回归充电方案：图6 边界限检测传感器布置在割草机器人的前端并排安装两个用于边界限检测的传感器。工作时，当割草机器人的剩余电量低于我们的设定电量值时，机器人便要自动回归充电。机器人采用循迹回归的方法，按第一次检测到边界限时的状态可分为下述的三种情况。情况一： 当机器人行走的方向与边界限呈锐角时，左侧的传感器首先检测到信号，随后右侧的传感器也检测到信号。然后走过一段距离，机器人顺时针旋转(见图7 B)。当转过一定角度，右侧的传感器再次

12、检测到信号时，机器人便处于骑线状态。接下来，机器人便只要循线行走即可。循线的方法是，当左侧的传感器检测到信号时，机器人便向左偏转；右侧的传感器检测到信号时，机器人便向右偏转。 (A) (B) (C)图7 情况1情况二：机器人以与边界限垂直的方向朝边界限前进。这时，前端的两个传感器同时检测到信号。然后当机器人走过一段距离后，顺时针偏转见图8 B。当右侧的传感器再次检测到信号时，机器人便处于了骑线的状态。循线的方法与情况一一样。 (A) (B) (C)图8 情况2情况三：当机器人行走的方向与边界限呈钝角时，右侧的传感器首先检测到信号，随后左侧的传感器也检测到信号。然后走过一段距离，机器人顺时针旋转

13、(见图9 B)。当转过一定角度，右侧的传感器再次检测到信号时，机器人便处于骑线状态。循线的方法与情况一一样。 (A) (B) (C) (D)图9 情况37 路径规划及边界控制方案：边界控制采用HMC1001磁场传感器见杰师兄文件。路径规划采用吸尘机器人的路径规划方法。8 遥控功能结合吸尘机器人进展设计，功能有：1前、后、左、右运动2割草：停、开；行走：停、开3回归充电4电源开/关9 割草方式调节根据草的长度，对割草速度和行走速度的自适应调节待讨论参考吸尘机器人，设计不同的割草模式，如往复前进式、螺旋式等10平安保护假设工作中发生割草刀片因为草屑而卡死、锁紧时，要及时切断电源，防止电机及驱动电路被烧毁。超负荷保护：负荷重我们的理解是因草过长或过于浓密，割刀无法割动时到退后前进, 超负荷