智能草坪修剪機器人設(shè)計

耿立明,楊 威,何麟鵬

（沈陽城市學(xué)院機電工程學(xué)院，遼寧沈陽 ，110112）

目前隨著城市的發(fā)展，越來越多的場合地區(qū)需要綠化，草坪覆蓋率逐漸提高，在綠地的維護作業(yè)中，要消耗大量的勞動強度和成本，迫切需要割草機器人等智能機器的技術(shù)推廣。

1 系統(tǒng)組成

本智能機器人的電路系統(tǒng)包括電源管理模塊、單片機模塊、驅(qū)動模塊。剪草方案使用扇葉狀螺旋剪刀。由單片機控制機器人的前進(jìn)軌跡。設(shè)置一個探測水平高度，使用超聲波檢測模塊，如果前方草坪高于這個高度，則機器人直線前進(jìn)，進(jìn)行剪草。當(dāng)前方水平高度低于或等于設(shè)置的高度（如平地），則向右旋轉(zhuǎn)測量高度，如果右側(cè)高度也高于設(shè)定高度，則前進(jìn)一個身位，再次向右旋轉(zhuǎn)，然后前進(jìn)重復(fù)前進(jìn)過程，當(dāng)下次走到邊界時，進(jìn)行左轉(zhuǎn)，反復(fù)呈蛇形軌跡前進(jìn)，我們將一個周期稱為行為A。當(dāng)四周都高度都低于設(shè)定值時，機器人停止工作并發(fā)出提示音。該設(shè)備同時配有顏色識別模塊，判別顏色區(qū)域在#02ffaa、#60ff88、#ffbf00、#ffb259區(qū)域內(nèi)，當(dāng)識別的顏色不在該顏色區(qū)域范圍內(nèi)時，小車會原地旋轉(zhuǎn)進(jìn)行檢測，如果檢測到了，將實施行為A，如果旋轉(zhuǎn)一周之后仍沒檢測到，小車將原地停止。

2 硬件組成

割草機器人由控制模塊，傳感器模塊，移動模塊，割草模塊等四個部分組成。

控制模塊功能：主控模塊選擇STC12C5A60S2單片機，其運行速度快，抗干擾能力強等優(yōu)點極其適用于本智能剪草機器人。將獲得的數(shù)據(jù)與自身的數(shù)據(jù)庫做比較,并參照路徑規(guī)劃對移動機構(gòu)和割草機構(gòu)發(fā)出修正指令,以獲得穩(wěn)定的運行情況。

驅(qū)動模塊：L289驅(qū)動板內(nèi)含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器，可以用來驅(qū)動直流電動機和步進(jìn)電動機、繼電器線圈等感性負(fù)載。

傳感器模塊：實時監(jiān)測外界環(huán)境變量、移動機構(gòu)及割草機構(gòu)運行參數(shù),并將結(jié)果輸送到控制系統(tǒng)。

移動模塊：采用三輪小車為本體，后輪用兩個不同的直流電機驅(qū)動,前輪為起導(dǎo)向作用的萬向輪,在車體前端搭載了個的高速電機控制割刀,能形成寬左右的切割區(qū)域,割刀的最大特點是可將割下來的草莖粉碎成以下的碎草沫,形成天然的肥料再釋放回草坪中去。

顏色識別模塊：判別顏色區(qū)域在#02ffaa、#60ff88、#ffbf00、#ffb259區(qū)域內(nèi)（待定）、當(dāng)識別的顏色不在該顏色區(qū)域范圍內(nèi)時、小車會原地旋轉(zhuǎn)進(jìn)行檢測、如果檢測到、將實施行為，如果旋轉(zhuǎn)一周之后仍沒檢測到，小車將原地停止。

低智能的割草機器人只依據(jù)設(shè)定的軌跡進(jìn)行工作,不具備動態(tài)分析外部環(huán)境的能力,中等智能的割草機器人則依照某種策略繞過障礙物,但不能保證完全覆蓋除障礙物以外的其他所有區(qū)域,剩余未割草坪由人工修整高智能的割草機器人能直接建立工作區(qū)間的地圖,具備路徑自主規(guī)劃和決策的能力,無需任何外部因素干預(yù)即可實現(xiàn)割草區(qū)域的完全遍歷。

單片機模塊采用stc16C5260S單片機。高度探測器4采用紅外探測器。草坪邊界探測器采用超聲波探測器或GY-31TCS230 TCS3200顏色傳感器。

本具體實施方式由單片機控制機器人的前進(jìn)軌跡。設(shè)置一個探測水平高度，如果前方草坪高于這個高度，則機器人直線前進(jìn)，進(jìn)行剪草。當(dāng)前方水平高度低于或等于設(shè)置的高度（如平地），則向右旋轉(zhuǎn)測量高度，如果右側(cè)高度也高于設(shè)定高度，則前進(jìn)一個身位，再次向右旋轉(zhuǎn)，然后前進(jìn)重復(fù)前進(jìn)過程，當(dāng)下次走到邊界時，進(jìn)行左轉(zhuǎn)，反復(fù)呈蛇形前進(jìn)軌跡，當(dāng)四周都高度都低于設(shè)定值時，機器人停止工作并發(fā)出提示音。

本具體實施方式的整個電路系統(tǒng)主要由檢測、控制、驅(qū)動三個模塊組成，首先利用光電對管對路面信號進(jìn)行檢測，經(jīng)過比較器處理之后，送給軟件控制模塊進(jìn)行實時控制，輸出相應(yīng)的信號給驅(qū)動芯片驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，從而控制整個小車的運動，從而實現(xiàn)在無花壇的草坪上實施自動剪草功能。

3 PWM調(diào)速程序編寫

4 結(jié)論

割草機器人具有節(jié)約人力成本，環(huán)保等特點。

控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件是實現(xiàn)自主執(zhí)行任務(wù)的自主機器人割草機割草，根據(jù)特定的任務(wù)與低成本戰(zhàn)略，建立一套獨立的電機控制芯片處理系統(tǒng)是必要的。

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[2]覃柯,孫茂相,孫昌志.動態(tài)環(huán)境下基于改進(jìn)人工勢場法的機器人運動規(guī)劃[J].沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報.2004(05)