機(jī)器人割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)分析

上海天祥質(zhì)量技術(shù)服務(wù)有限公司 上海 200233

引言

機(jī)器人割草機(jī)能夠依靠自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)完成割草工作，該機(jī)器在一定程度上也有效節(jié)省了人力。機(jī)器人割草機(jī)在工作期間，其工作路徑的設(shè)計(jì)主要的就是為了能夠躲避運(yùn)行期間的障礙物，從而自動(dòng)尋求一條最優(yōu)路徑。其應(yīng)用在除草區(qū)域相比于人工傳統(tǒng)割草機(jī)而言，有著高效率、低噪音等諸多優(yōu)勢(shì)，在機(jī)器人割草機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)中，割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)主要采取與運(yùn)動(dòng)控制器的相關(guān)設(shè)計(jì)，該方面能夠滿足割草機(jī)在速度方面和可靠性方面的需求。除此之外，機(jī)器人割草機(jī)在工作過(guò)程中，還會(huì)在作業(yè)區(qū)自動(dòng)規(guī)避障礙物，完成割草工作，從而為現(xiàn)如今的綠化提供更加優(yōu)越的維護(hù)方案。

1 割草機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀

伴隨著科技和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速健康發(fā)展，城市綠化的區(qū)域也有所提高，公園、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)所等需要草坪等類似的場(chǎng)所也越來(lái)越多，因此對(duì)于草坪維護(hù)和修剪的效率也在逐年遞增，其中以草坪為主的割草工作也是最為煩瑣并且任務(wù)量較為艱巨的重點(diǎn)工作內(nèi)容。通常來(lái)說(shuō)，草坪割草這項(xiàng)工作不僅有著較大的工作量，同時(shí)也因?yàn)楦畈莨ぷ鞯目菰餆o(wú)味并且重復(fù)性作業(yè)較強(qiáng)等特點(diǎn)，所以會(huì)導(dǎo)致該工作會(huì)浪費(fèi)大量的人力物力。因此為了能夠有效減少這種現(xiàn)象，機(jī)器人割草機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，并且有著諸多的優(yōu)勢(shì)。首先和傳統(tǒng)的人工作業(yè)相比，機(jī)器人割草在工作的期間不需要人工干預(yù)，同時(shí)結(jié)合自身的感應(yīng)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)周圍環(huán)境的精準(zhǔn)判斷，從而實(shí)現(xiàn)工作路徑的規(guī)劃，完成作業(yè)。除此之外，因?yàn)樵谄渥詣?dòng)控制系統(tǒng)中有著多種類型的傳感器裝置，通過(guò)對(duì)傳感器采集到的信息以及其他模塊的有效配合，機(jī)器人割草機(jī)能夠根據(jù)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)更加高精準(zhǔn)、低污染的環(huán)保作業(yè)[1]。

2 機(jī)器人割草機(jī)硬件設(shè)計(jì)分析

機(jī)器人割草機(jī)也被稱作為智能割草機(jī)，其結(jié)構(gòu)為小車形態(tài)并且也擁有四個(gè)輪子，導(dǎo)向裝置也是采取了萬(wàn)向輪結(jié)構(gòu)的前輪，后輪驅(qū)動(dòng)則是使用了伺服電機(jī)。在割草機(jī)工作期間，后輪經(jīng)過(guò)系統(tǒng)發(fā)出的指令從而做出相應(yīng)的動(dòng)作，而前輪則是為了更好的配合后輪的指令改變運(yùn)動(dòng)的軌跡，整個(gè)過(guò)程依靠自身的系統(tǒng)即可完成操作，無(wú)須人為干涉。

3 機(jī)器人割草機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析

機(jī)器人割草機(jī)控制系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計(jì)主要所選取了模塊化方式，因?yàn)樵摲绞骄哂懈咝实膬?yōu)點(diǎn)?？刂葡到y(tǒng)每一個(gè)部分之間既能夠做到獨(dú)立存在，同時(shí)又能夠在運(yùn)行的期間互相關(guān)聯(lián)，因?yàn)槿绻渲腥魏我粋€(gè)模塊出現(xiàn)了故障，其余部位也會(huì)受到一定的影響。通常情況下，機(jī)器人割草及控制系統(tǒng)被分為執(zhí)行模塊、管理模塊、控制模塊、交互模塊和反饋與檢測(cè)五大模塊[2]。

運(yùn)動(dòng)控制器和能夠發(fā)揮操控指令的計(jì)算機(jī)以及伺服驅(qū)動(dòng)器之間能夠形成通訊功能。運(yùn)動(dòng)控制器最為明顯的優(yōu)勢(shì)特征就是可以快速處理接收到的數(shù)據(jù)，因?yàn)槠湓跀?shù)據(jù)反饋速度和準(zhǔn)確度方面來(lái)說(shuō)都比較可靠。運(yùn)動(dòng)控制器能夠?qū)⒔邮軝z測(cè)裝置中的信息進(jìn)行同步反饋，然后再根據(jù)相關(guān)的程序傳送至伺服驅(qū)動(dòng)器，最后伺服電機(jī)根據(jù)指令完成割草工作。機(jī)器人割草機(jī)中的檢測(cè)裝置多數(shù)都是選用傳感器裝置，其中包含但不限于多種形式，例如超聲波形式、紅外接觸形式、溫度形式。其中超聲波傳感器主要應(yīng)用于在機(jī)器人割草機(jī)除草期間與周圍障礙物之間的距離檢測(cè)，但是同時(shí)對(duì)于前方一定區(qū)域內(nèi)的障礙物無(wú)法做到精準(zhǔn)檢測(cè)，所以該方面的反饋效果較差。為了提升該方面的設(shè)計(jì)，在其中添加紅外傳感器就能夠有效的做到近距離檢測(cè)障礙物的功能，以此來(lái)提升機(jī)器人割草機(jī)的整體性能。

其中伺服電機(jī)屬于機(jī)器人割草機(jī)中的執(zhí)行裝置，脈沖信號(hào)發(fā)出指令傳輸?shù)叫≤囼?qū)動(dòng)后輪中，從而保障控制系統(tǒng)的精確度。伺服電機(jī)在控制模塊中則是應(yīng)用了位置自動(dòng)控制形式，能夠更加高效的提升路徑規(guī)劃的準(zhǔn)確度。伺服驅(qū)動(dòng)器在接收到自動(dòng)控制器的指令之后將其轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)，從而傳送至伺服電機(jī)中。伺服電機(jī)則是通過(guò)差速方式控制機(jī)器的兩個(gè)后輪，由此令其產(chǎn)生不同的速度，從而有效的控制機(jī)器人割草機(jī)在工作期間的路徑，實(shí)現(xiàn)全程無(wú)碰撞工作。

4 機(jī)器人割草機(jī)軟件程序的設(shè)計(jì)分析

割草機(jī)在進(jìn)行工作的期間主要的流程如下：首先將設(shè)備打開(kāi)，并將其系統(tǒng)化，等待人工將調(diào)至其各項(xiàng)參數(shù)以及工作路徑的選擇。在設(shè)置完畢之后方可正常使用，但是如果割草機(jī)在工作的過(guò)程中遇到了任何障礙，系統(tǒng)就會(huì)自行做出是否終止工作的判斷。若是特殊情況下導(dǎo)致機(jī)器中斷，系統(tǒng)也會(huì)重啟并再次初始化，繼續(xù)工作。

在工作的期間，執(zhí)行裝置需要通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制器反饋的信息進(jìn)行控制，運(yùn)動(dòng)控制器的信息則是通過(guò)檢測(cè)裝置所獲取的，主要的方式是通過(guò)自身輸入、輸出的接口而達(dá)到的。檢測(cè)裝置按照順序，然后將運(yùn)動(dòng)控制器的輸入接口連在一起，運(yùn)動(dòng)控制器的輸出口而是與執(zhí)行裝置相連接，通過(guò)以上的流程實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制器對(duì)機(jī)器人割草機(jī)的路徑控制，從而完成自身的工作[3]。

機(jī)器人割草機(jī)軟件程序的設(shè)計(jì)主要是為了能夠更好地實(shí)現(xiàn)在工作期間的路徑規(guī)劃。使用的運(yùn)動(dòng)控制器也是自身程序。程序應(yīng)用在機(jī)器人割草機(jī)的自動(dòng)控制中，主要是為了能夠?qū)崿F(xiàn)工作的全程自動(dòng)化，并且能夠做到全面積覆蓋，避免出現(xiàn)漏割等不良現(xiàn)象。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，機(jī)器人割草機(jī)在整個(gè)工作的期間不需要依靠人工的參與，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化的高效率工作，在節(jié)省人力的同時(shí)也降低了成本上的投入。機(jī)器人割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)在每一個(gè)模塊的有效工作下，從而實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)化的割草工作，也進(jìn)一步推動(dòng)了科技的高速發(fā)展。