淺析有關(guān)智能割草機(jī)的主要技術(shù)

洪偉榮 楊遠(yuǎn)安 王建

摘 要：智能化技術(shù)是我們今后技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要的方向。智能化割草機(jī)不僅能夠節(jié)省巨大的人力和物力，還能夠?qū)崿F(xiàn)較高的工作效率。它不但能夠方便人們的日常生活，還能夠加快城市綠化的步伐，為城市的綠色可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。于是文章簡單分析了智能割草機(jī)。

關(guān)鍵詞：智能割草機(jī)；技術(shù)；特點(diǎn)

1 智能割草機(jī)概述

智能割草機(jī)主要用于幫助人們完成割草工作，由于它的高效、安全、便捷等優(yōu)點(diǎn)廣泛地被人們使用。智能割草機(jī)避免浪費(fèi)過多的人力資源，節(jié)省人力物力的同時(shí)，還具有高效率、高安全性等優(yōu)點(diǎn)。

在早期，已經(jīng)出現(xiàn)過一些半智能割草機(jī)，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)割草功能，但大多不能實(shí)現(xiàn)路徑識別和路線設(shè)定等功能[1]。

2 智能割草機(jī)主要特點(diǎn)

2.1 智能割草機(jī)使用簡單

所謂智能化，就是盡量避免過多的人工干預(yù)。智能割草機(jī)操作簡單，支持自主識別工作范圍邊界和人工輸入邊界兩種方式。在簡單的工作環(huán)境中，智能割草機(jī)可以實(shí)現(xiàn)自主判斷工作路徑和工作范圍，最大化地減少人工操作。在較為復(fù)雜的草地，可以通過人工輸入軌跡的方式加快割草機(jī)識別邊界的速度。實(shí)現(xiàn)無重復(fù)、無遺漏全方面的作業(yè)。

2.2 智能割草機(jī)高效快捷

傳統(tǒng)的割草機(jī)基本上都是一機(jī)一人的作業(yè)模式，這種作業(yè)模式工作效率低，還造成了人力資源的浪費(fèi)。加之傳統(tǒng)割草機(jī)的體積龐大、便攜性差，在使用過程中的運(yùn)輸環(huán)節(jié)也會耗費(fèi)很多時(shí)間。以內(nèi)燃機(jī)發(fā)動機(jī)為動力源的傳統(tǒng)割草機(jī)熱能損耗大，能源的利用率不是很理想。智能割草機(jī)使用節(jié)能環(huán)保的蓄電池作為動力源，避免了熱損耗問題，提高了資源利用率，同時(shí)，智能割草機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)自動化的操作，自動循跡操作以及自動鎖定工作邊界等問題，大大降低了人力操作成本。機(jī)器操作很少出現(xiàn)“技術(shù)性失誤”，工作效率要比人工高很多。

2.3 智能割草機(jī)使用方便

智能割草機(jī)小巧靈活，蓄電池加步進(jìn)電機(jī)的模式有效避免了內(nèi)燃機(jī)發(fā)動機(jī)的笨重缺點(diǎn)[2]。因此，智能割草機(jī)的長寬高都控制在50cm左右，簡單方便，通過一定的藝術(shù)設(shè)計(jì)可以將智能割草機(jī)搖身變?yōu)橐豢铍娮铀囆g(shù)品，功能性和藝術(shù)性都得到彰顯。

2.4 智能割草機(jī)污染小

傳統(tǒng)的燃油機(jī)，由于不完全燃燒所產(chǎn)生的尾氣是現(xiàn)在污染物的主要成因，不但對我們的生活環(huán)境造成了極大危害，而且還會造成資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。其次是傳統(tǒng)燃油機(jī)的工作方式會產(chǎn)生很大噪聲，不僅對工作人員的身心健康造成傷害，還對周圍的居民生活造成影響。智能割草機(jī)采用安全無污染的蓄電池作為動力源，配上步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)，避免了工作時(shí)的噪聲污染和環(huán)境污染。

2.5 智能割草機(jī)安全性高

傳統(tǒng)以內(nèi)燃機(jī)作為動力的割草機(jī)體積較大，并且需要專人專設(shè)備一對一操作，工人不可避免地要承受內(nèi)燃機(jī)所帶來的尾氣污染和噪聲污染，長此以往，勢必會對工作人員的健康造成不利影響。另外，內(nèi)燃機(jī)在工作時(shí)，會一直保持高溫高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，在未保養(yǎng)的情況下，極易發(fā)生事故，導(dǎo)致工作人員身體受到傷害。智能割草機(jī)通過智能化操作，大大減少了人在其中的工作，同時(shí)，智能割草機(jī)所使用的蓄電池和步進(jìn)電機(jī)的工作方式也保證了設(shè)備的安全性及可靠性。

3 智能割草機(jī)主要技術(shù)

3.1 傳感技術(shù)

智能割草機(jī)在工作過程中，通過溫度傳感器、距離傳感器、超聲波傳感器等各種感應(yīng)器將收集的外部環(huán)境信息實(shí)時(shí)傳輸給中央處理器。這些信息包括外部溫度、地面狀況、周圍障礙物距離信息等，這就需要不同的傳感器協(xié)同配合。智能割草機(jī)通過超聲波傳感器、紅外傳感器、接觸傳感器等一系列傳感器將外部環(huán)境轉(zhuǎn)化為輸入信號傳輸給機(jī)器人割草機(jī)的處理器，處理器通過分析這些數(shù)據(jù)，然后指令信息傳輸給機(jī)器人割草機(jī)各個(gè)控制系統(tǒng)，完成智能割草任務(wù)。超聲波傳感器主要是用于障礙物距離的測量，通過將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸給中央處理器，中央處理器通過一系列的計(jì)算，給出最合理的解決方案。紅外感應(yīng)器主要是針對人體和機(jī)器本身的，一旦有人進(jìn)入設(shè)備的工作范圍，那么設(shè)備會做出緊急避讓或者停止工作的指令，以防止意外的發(fā)生。當(dāng)設(shè)備的溫度過高時(shí)，通過紅外感應(yīng)器檢測到的溫度超過了限額，那么設(shè)備也會自動報(bào)警。

這些傳感器共同構(gòu)成了傳感器系統(tǒng)[3]。傳感器系統(tǒng)通過將各個(gè)傳感器所捕獲的信息進(jìn)行封裝，然后發(fā)送給智能割草機(jī)的中央處理器，也就是總處理器，然后總處理器再分析這些數(shù)據(jù)，對各個(gè)驅(qū)動設(shè)備下達(dá)相應(yīng)的指令。

3.2 智能路徑識別技術(shù)

智能路徑識別技術(shù)是一種新型的區(qū)域覆蓋的路徑規(guī)劃技術(shù)[4]。這種路徑規(guī)劃有其自身的特殊性。首先就是要實(shí)現(xiàn)工作范圍的感知，既然是智能化控制，那就要求盡量避免過多的人工干預(yù)，實(shí)現(xiàn)智能割草機(jī)的自主識別。其次就是要求處理器通過感應(yīng)器所傳輸?shù)男畔?，自動?guī)劃出一條合理的無障礙路徑。這里的技術(shù)難點(diǎn)在于障礙物躲避角度的選擇上，角度過大會產(chǎn)生清理“死角”，角度過小，割草機(jī)有可能碰上障礙物。因此，智能割草機(jī)在工作前會對整個(gè)工作區(qū)域進(jìn)行整體規(guī)劃，然后將路徑記錄在中央處理器中，通過此規(guī)劃，再逐步細(xì)致地深入分析工作環(huán)境。

3.3 工作邊界的自我識別技術(shù)

邊界的自我識別技術(shù)主要存在兩個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，一是如何讓智能割草機(jī)自動識別工作邊界，另一個(gè)是智能割草機(jī)如何對已經(jīng)存在的工作邊界如何進(jìn)行識別。工作邊界的識別大致可劃分為室內(nèi)邊界的識別以及室外邊界的識別。室內(nèi)邊界識別相對來說較容易，主要是通過墻體循跡技術(shù)逐步構(gòu)造出以墻體為邊界的工作邊界。然而室外工作區(qū)域的面積較大較空曠，并且工作區(qū)內(nèi)多障礙物，這無疑會對工作邊界的識別工作造成很大影響?，F(xiàn)在所使用的技術(shù)主要是GPS定位技術(shù)和特殊邊界物識別技術(shù)兩大類。GPS定位技術(shù)需要工作人員手動對智能割草機(jī)進(jìn)行定位操作，然后通過衛(wèi)星地圖和按照相應(yīng)的比例繪出工作區(qū)域的邊界，然后智能割草機(jī)會在指定工作區(qū)內(nèi)進(jìn)行自動操作。特殊邊界識別物是通過在各個(gè)邊界放置特殊的物體，然后通過割草機(jī)外圍的傳感器系統(tǒng)進(jìn)行識別，分析出該障礙物就是設(shè)定的邊界，從而確定出工作區(qū)域。

3.4 智能躲避技術(shù)

智能躲避技術(shù)主要是通過機(jī)器人割草機(jī)的超聲波感應(yīng)器實(shí)時(shí)傳輸障礙物距離信息，中央處理器通過對不同路徑信息的對比，選擇出最合理的路徑方案。當(dāng)傳感器返回障礙物信息時(shí)，中央處理器會對信息進(jìn)行預(yù)測，當(dāng)障礙物體積較大時(shí)，則會選擇圈外繞行路徑，當(dāng)障礙物體積較小時(shí)，則會選擇圈內(nèi)繞行的策略。當(dāng)前人們也在研究視覺傳感技術(shù)，通過攝像頭將障礙物虛擬為模擬信號發(fā)送給中央處理器，然后經(jīng)由中央處理器的判斷，進(jìn)而選擇最優(yōu)的工作路徑。

4 結(jié)束語

在蓄電池續(xù)航方面的研究仍需進(jìn)一步加強(qiáng)，在實(shí)際測試過程中，應(yīng)該考慮到更大范圍的工作面積情況，這個(gè)時(shí)候會對智能割草機(jī)的電池續(xù)航能力提出更高的要求。一方面是要對電池的革新，積極探索和開發(fā)新型電池能源技術(shù)，另一方面，還要積極地思考技術(shù)創(chuàng)新，例如在智能割草機(jī)頂部加裝太陽能電池板，這樣，設(shè)備的續(xù)航能力會有顯著的提升。

參考文獻(xiàn)

[1]金立剛.自動割草機(jī)器人的研制[D].大連：大連理工大學(xué)，2006.

[2]黃杰，蘇謝祖.自動割草機(jī)器人的設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2010（8）：27-28.

[3]樊明軒.全區(qū)域覆蓋移動機(jī)器人避障策略與多傳感器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究[D].南京：南京理工大學(xué)，2002：29-30.