小型多功能割草機(jī)設(shè)計(jì)

卜 勻，位凱玲，趙 鵬

草坪及一定面積草場的定期保養(yǎng)及修整，既是綠化美化環(huán)境的重要方法之一，也是減少草坪及草場病蟲害的有效措施之一。草坪修剪工作量大，工作環(huán)境差，基于此，設(shè)計(jì)一款高效、環(huán)保、節(jié)能的多功能割草機(jī)設(shè)備尤為必要。

引 言

割草機(jī)是完成除草、剪草、修剪草坪植被等任務(wù)的主要機(jī)械工具之一。近幾年，國內(nèi)割草機(jī)研究發(fā)展突出表現(xiàn)在高效和節(jié)能方面，手推操作方式向自動(dòng)控制方向發(fā)展，石油驅(qū)動(dòng)向電能和太陽能等新型驅(qū)動(dòng)能源發(fā)展。例如，江蘇科技大學(xué)研制的一款割草機(jī)，在作業(yè)過程中不僅可以定幅割草，而且可以實(shí)現(xiàn)零轉(zhuǎn)彎半徑，改變工作幅度，完成不同空間的割草要求，使割草效率大幅度提高。上海保羅公司研發(fā)的太陽能割草機(jī)，具備高精度的圖像識(shí)別能力，自動(dòng)避障，配備智能化控制系統(tǒng)、自主充電系統(tǒng)及自主導(dǎo)航定位系統(tǒng)，節(jié)約能源提高效率的同時(shí)，極大降低對(duì)草坪工作環(huán)境要求。山東科技大學(xué)設(shè)計(jì)的割草機(jī)器人，以模擬機(jī)器人作為機(jī)體的框架，電腦控制割草機(jī)行動(dòng)，按照特定的軌跡割草，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障，操作簡單方便。四川水利學(xué)院多次實(shí)驗(yàn)研究割草機(jī)的自主定位功能①陳萬金，趙春花.智能割草機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)討論［J］.湖南農(nóng)機(jī)，2013（7）：156-157。。德州學(xué)院研究太陽能電池板供電割草機(jī)，自然環(huán)境中把太陽光通過多個(gè)環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)變成太陽能，通過光電效應(yīng)，轉(zhuǎn)變成智能割草機(jī)所需的電能，為割草機(jī)提供清潔能源②謝忠華.基于視覺導(dǎo)航的割草機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制［J］.農(nóng)業(yè)工程，2016.6（5）：30-32。。國外智能割草機(jī)發(fā)展較快，例如：本田在美國推廣的一款智能割草機(jī)器人Mimo，用戶購買特定的感應(yīng)線，安裝在院子的邊緣，應(yīng)用定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)限定工作范圍內(nèi)的割草③朱麗娟.談園林機(jī)械中割草機(jī)的使用與保養(yǎng)［J］.科技與企業(yè)，2013（19）：298。。筆者設(shè)計(jì)的小型割草機(jī)具有多種功能：自動(dòng)控制行走功能，避障安全；旋轉(zhuǎn)刀片完成割草功能；不同形狀刀片替換，完成草坪花式造型；自動(dòng)調(diào)整割刀刀桿伸出高度，得到不同草桿高度草坪；集草功能，集草箱使草屑即割即收，不會(huì)污染草場，經(jīng)壓縮成型，方便清理；石塊雜物收集功能，保護(hù)刀具的同時(shí)清理草坪隱藏雜物；灑水功能，除塵防止污染。

一、總體設(shè)計(jì)方案

小型多功能割草機(jī)可用于家庭庭院、學(xué)校草地、公園草坪、小型草場及高爾夫球場等場所。總體設(shè)計(jì)方案包括：割草機(jī)傳感器件設(shè)計(jì)、割草機(jī)械本體設(shè)計(jì)及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)三部分④陳辰，顧菁.割草機(jī)飛甩物危險(xiǎn)性試驗(yàn)［J］.電動(dòng)工具，2011（1）：14-17。。割草機(jī)采用蓄電池組，經(jīng)相應(yīng)的調(diào)壓電路，分別給割草機(jī)械本體部分和控制系統(tǒng)供電。割草機(jī)以單片機(jī)為核心控制系統(tǒng)，通過傳感器，感知系統(tǒng)采集外部環(huán)境參數(shù)信號(hào)，將采集的信號(hào)發(fā)送給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)據(jù)此控制割草機(jī)機(jī)械部分采取相應(yīng)行動(dòng)①杜健民.水草收獲機(jī)械切割輸送裝置的設(shè)計(jì)分析［J］.農(nóng)村牧區(qū)機(jī)械化，1995（2）：25-40。。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 割草機(jī)的系統(tǒng)構(gòu)成框圖

二、傳感器件設(shè)計(jì)

工作過程中，割草機(jī)如遇障礙物，則可能損傷刀盤，如遇人，高速旋轉(zhuǎn)的刀片可能對(duì)人產(chǎn)生極強(qiáng)的危害，因此無論是障礙物還是人，為了安全都應(yīng)規(guī)避。割草機(jī)在行進(jìn)過程中，需要不斷采集周圍信息，據(jù)此規(guī)劃自身運(yùn)動(dòng)路徑。綜上要求，筆者選用包括測量距離、位置傳感器，檢測范圍為40mm～3m，達(dá)到繞開障礙物行駛，實(shí)現(xiàn)避障的目的；采用保障人身安全的顏色傳感器，根據(jù)顏色傳感器反饋給控制系統(tǒng)的信號(hào)，來判斷是否需要轉(zhuǎn)向。

三、割草機(jī)機(jī)械本體設(shè)計(jì)

割草機(jī)機(jī)械本體設(shè)計(jì)包括：割草機(jī)行進(jìn)機(jī)構(gòu)，割草機(jī)構(gòu)，集草機(jī)構(gòu)以及其他結(jié)構(gòu)部分設(shè)計(jì)等。綜合考慮穩(wěn)定性及柔性，割草機(jī)采用四輪差動(dòng)驅(qū)動(dòng)，利用蓄電池給割草機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電，驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出端通過錐齒輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)后輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)。為實(shí)現(xiàn)后輪轉(zhuǎn)彎功能，割草機(jī)后輪左右輪軸與差速器相連，驅(qū)動(dòng)后輪轉(zhuǎn)動(dòng)準(zhǔn)確控制割草機(jī)行進(jìn)方向；兩步進(jìn)電機(jī)分別控制前輪，實(shí)現(xiàn)前輪轉(zhuǎn)彎。割草機(jī)構(gòu)，割草電機(jī)的軸伸端通過聯(lián)軸器與刀具連接，帶動(dòng)割草刀片旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)割草功能；割草機(jī)構(gòu)整體位于絲杠升降機(jī)構(gòu)上，調(diào)整割草機(jī)構(gòu)垂直方向位置，實(shí)現(xiàn)刀片距地面不同高度距離的調(diào)整要求，從而滿足割草后達(dá)到草莖高度不同的美化要求。集草機(jī)構(gòu)中設(shè)置負(fù)壓集草箱，割草同時(shí)收集切割下的草屑，清潔環(huán)境，防止二次污染。其他結(jié)構(gòu)部分，噴水裝置于割草前進(jìn)行降塵處理，石塊清理擋板用于梳理小型石塊等異物保護(hù)刀具，設(shè)置隱藏式人工推桿方便不工作時(shí)人力推行割草機(jī)。割草機(jī)外觀如圖2所示，功能組成如圖3所示。

圖2 割草機(jī)三維整體示意圖

圖3 割草機(jī)整體示意圖

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要技術(shù)參數(shù)如下：總體尺寸為600mmx 550mmx 400mm；質(zhì)量：80kg左右；刀盤直徑：460mm；修剪后的草坪高度：20mm～40mm。

（一）割草機(jī)行進(jìn)機(jī)構(gòu)

割草機(jī)行進(jìn)機(jī)構(gòu)部分如圖4所示。

圖4 割草機(jī)行進(jìn)機(jī)構(gòu)部分剖視圖

1.驅(qū)動(dòng)電機(jī)設(shè)計(jì)

割草機(jī)質(zhì)量，驅(qū)動(dòng)輪直徑及行駛速度決定了驅(qū)動(dòng)電機(jī)的規(guī)格。

其中：k—安全系數(shù)；v—行駛速度；η—傳動(dòng)效率；M—驅(qū)動(dòng)軸力矩；

計(jì)算得電機(jī)功率約400W，輸出電壓24V，結(jié)合市場上的電機(jī)型號(hào)，選擇Z5BLD400-24GU-30S，并配合XY-15AS電機(jī)調(diào)速器進(jìn)行調(diào)速至1500r/min。

步進(jìn)電機(jī)能夠更好地實(shí)現(xiàn)前輪轉(zhuǎn)彎控制?？紤]轉(zhuǎn)彎所需扭力及割草機(jī)內(nèi)部空間，根據(jù)電機(jī)所需的靜態(tài)電流，選取57BYG02型步進(jìn)電機(jī)。

2.大小錐齒輪計(jì)算

電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速經(jīng)過一對(duì)錐齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。首先按照齒面接觸疲勞強(qiáng)度來設(shè)計(jì)錐齒輪，得到小錐齒輪平均分度圓直徑和大端的模數(shù)。其次按照齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，得到模數(shù)。計(jì)算結(jié)果比較可得，齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算得到的模數(shù)較大，由于錐齒輪齒根的彎曲強(qiáng)度主要由錐齒輪的模數(shù)來決定，齒面接觸疲勞強(qiáng)度與齒輪的直徑有關(guān)，故應(yīng)保留由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度所計(jì)算出的結(jié)果，即m=1.03，圓整為1。

按照接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算公式可得小齒輪齒數(shù)，進(jìn)一步計(jì)算其幾何尺寸，最終驗(yàn)算傳動(dòng)比誤差：Δi＝＝0.000754，Δi/i＝0.47%＜1%，故錐齒輪的傳動(dòng)比誤差合理。

3.差速器設(shè)計(jì)

割草機(jī)在轉(zhuǎn)彎時(shí)左右后輪會(huì)產(chǎn)生不同步問題，設(shè)計(jì)選用普通錐齒輪式差速器結(jié)構(gòu)，主要由半軸齒輪、行星輪架、行星齒輪等三大部分組成。割草機(jī)直行時(shí)左右輪和行星輪架的轉(zhuǎn)速相等，處于平衡狀態(tài)，當(dāng)割草機(jī)要轉(zhuǎn)彎時(shí)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)附加作用力，且兩個(gè)力方向相反，兩側(cè)車輪的轉(zhuǎn)速不同，破壞平衡狀態(tài)，不同的轉(zhuǎn)速反應(yīng)到相應(yīng)的半軸齒輪上，行星輪開始自轉(zhuǎn)，外側(cè)車輪轉(zhuǎn)速變高，內(nèi)側(cè)車輪轉(zhuǎn)速降低，左右兩軸以不同角速度轉(zhuǎn)動(dòng)。

（1）差速器錐齒輪基本參數(shù)選擇

設(shè)計(jì)采用3個(gè)行星輪，如圖4中第3部分差速器所示。圓錐行星輪球面半徑Rb：Rb=KBT3，式中：KB—行星齒輪球面半徑系數(shù)；T—轉(zhuǎn)矩；經(jīng)計(jì)算圓整得，Rb=34mm。

計(jì)算半軸齒輪與行星齒輪齒數(shù)：齒輪要求高強(qiáng)度，行星輪的齒數(shù)應(yīng)盡可能減少，通常不少于10個(gè)，半軸齒輪的齒數(shù)Z2通常為10～25個(gè)，半軸齒輪與行星輪齒數(shù)比Z2/Z1約為1.5～2，取Z1=12，Z2=18。

在圓錐行星齒輪式差速器中，兩個(gè)半軸齒輪與差速器的各個(gè)行星輪同時(shí)嚙合，確定半軸齒輪齒數(shù)時(shí)，兩半軸齒輪的齒數(shù)Z2R，Z2L之和應(yīng)能被行星輪齒數(shù)總和整除，否則差速器不能安裝。

即應(yīng)滿足：（Z2R+Z2L）/n=i

式中：Z2L—左半軸齒輪齒數(shù)；Z2R—右半軸齒輪齒數(shù)；i—任意的整數(shù)；n—行星輪數(shù)；取Z2L=Z2R=18，符合條件。

（2）半軸齒輪節(jié)圓直徑和差速器圓錐齒輪模數(shù)確定

初步計(jì)算半軸齒輪節(jié)錐角γ1與行星齒輪節(jié)錐角γ2：

初步計(jì)算圓錐齒輪大端的模數(shù)m：

取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)3，節(jié)圓直徑d1=d2=54mm。

（3）壓力角α的確定

齒輪差速器的壓力角通常采用22.5°。

4.后輪左（右）輪軸設(shè)計(jì)

左軸設(shè)計(jì)，軸段為花鍵軸，需將最小值減小7%作為花鍵軸的小徑。

根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖，得到左輪軸受力計(jì)算見圖5。

圖5 左輪軸受力簡圖

水平方向受力分析，得到平衡方程：

解聯(lián)立方程，求得水平彎矩MH=FL。

垂直方向受力分析，得到平衡方程：

解聯(lián)立方程，求得垂直彎矩MV。

結(jié)合圖5知截面C為危險(xiǎn)截面，按彎扭合成應(yīng)力對(duì)危險(xiǎn)截面進(jìn)行強(qiáng)度校核。

軸的材料為40Cr，查表得[σ-1]＝70MPa，即σca＜[σ-1]，因此左輪軸安全。

右軸設(shè)計(jì)與左軸同理，估算軸的直徑。根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖，可以得到右輪軸的計(jì)算簡圖，做水平方向受力分析及垂直方向受力分析。計(jì)算輪軸上載荷。按照彎扭合成應(yīng)力校核后輪軸的危險(xiǎn)截面強(qiáng)度，后輪輪軸材料選用40 Cr，進(jìn)行表面淬火與調(diào)質(zhì)處理。計(jì)算應(yīng)力σca＜[σ-1]，后輪軸安全。

5.車輪設(shè)計(jì)

割草機(jī)直行時(shí)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)后輪與地面主要產(chǎn)生滾動(dòng)摩擦，啟動(dòng)只需克服驅(qū)動(dòng)輪與地面的靜摩擦，但制動(dòng)過程驅(qū)動(dòng)輪受力比較復(fù)雜，輪子的設(shè)計(jì)應(yīng)以驅(qū)動(dòng)輪制動(dòng)情況為計(jì)算依據(jù)。制動(dòng)過程中車輪受力方程式為：

式中：Fw—慣性力，F(xiàn)j—牽引力，F(xiàn)f—滾動(dòng)阻力，F(xiàn)i—坡道的阻力，F(xiàn)b—車輪與地面的制動(dòng)力。

（二）割草機(jī)構(gòu)

1.割草電機(jī)設(shè)計(jì)

根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要技術(shù)參數(shù)，割草機(jī)的質(zhì)量、驅(qū)動(dòng)輪的直徑、行駛速度決定了驅(qū)動(dòng)電機(jī)的規(guī)格。最大滾動(dòng)阻力偶矩Mmax與支撐面正壓力的大小Fz成正比關(guān)系。即：Mmax=CFz=〔3～10〕Fz，C—滾動(dòng)摩擦系數(shù)（mm）。

負(fù)載轉(zhuǎn)矩：TL＝〔0.3～0.5〕Tsmax；TL＝Mmax，Tsma—直流電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩。

依據(jù)割草機(jī)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，割草機(jī)的電機(jī)輸出功率不低于800W，并且額定轉(zhuǎn)速大于等于2800r/min，查表選直流電動(dòng)機(jī)Z2-11。直流電機(jī)功率計(jì)算如下：割草機(jī)割草工作中消耗的總功率Pw包括割草消耗的功率Pg及空轉(zhuǎn)的功率Pk。

即：Pw=Pg+Pk

直流電機(jī)的空轉(zhuǎn)功率Pk的大小與刀具安裝切割運(yùn)動(dòng)具有一定的關(guān)系。電機(jī)的輸出功率為：Po=Pw/η，經(jīng)驗(yàn)算小于0.8kW。

故選擇輸出功率0.8kW的直流電機(jī)Z2-11，割草機(jī)工作中消耗的總功率滿足使用要求。

2.割草刀具

因作業(yè)環(huán)境內(nèi)草莖較軟，選用條形旋刀式刀具。將刀片刃口平面的另一側(cè)制成向上翹起的風(fēng)扇葉片形，刀片外形如混流式風(fēng)機(jī)的葉輪，在剪草時(shí)刀片高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生軸向氣流，將草莖吸起直立，從而避免因草莖倒伏而產(chǎn)生漏割的情況。刀具的頭部由承載刀盤和緊固螺釘將刀具固定在電機(jī)軸上，更換簡單，操作便利。刀具經(jīng)熱處理工藝處理，硬度、耐磨性、鋒利程度和壽命等性能大大提高。刀具安裝時(shí)保證兩端力矩平衡，有效減少噪音。結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 條形刀具圖

3.刀具升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

常見類植物的修剪高度[3]大致在2～6cm之間，草類植物的生長高度大約為5～10cm，因此確定割草機(jī)的刀具最低應(yīng)距地面2cm，刀具升降范圍在0～4cm之間。

升降機(jī)構(gòu)采用絲桿滑臺(tái)與電機(jī)相配合的方案，將電機(jī)和絲桿滑臺(tái)的螺母座相連，通過步進(jìn)電機(jī)控制絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)刀具升降。在電機(jī)支撐座兩側(cè)設(shè)有導(dǎo)向裝置，兩側(cè)的導(dǎo)向桿與絲桿呈三角形配置，該裝置在起到導(dǎo)向作用的同時(shí)防止絲桿滑臺(tái)兩側(cè)受力不均而導(dǎo)致刀具傾斜，提升機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性，保證割草機(jī)的正常作業(yè)。選用FM5756SFD04型號(hào)步進(jìn)電機(jī)，升降機(jī)構(gòu)可調(diào)精度達(dá)到0.05mm，垂直負(fù)載為10kg，垂直滿載速度為85mm/s，使用壽命為20000km。該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7 刀具升降機(jī)構(gòu)圖

（三）集草機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

為保證修剪后的草坪整潔美觀，防止草屑的二次污染，割草機(jī)加入集草機(jī)構(gòu)。集草機(jī)構(gòu)單獨(dú)增設(shè)電機(jī)，利用高轉(zhuǎn)速電機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)，將草屑吸入草箱。集草箱底部采用傾斜設(shè)計(jì)，后部設(shè)有小門，當(dāng)集草箱中草滿以后，只需將小門打開，即可將其中的草屑放出。具體展示如圖8（a）、（b）所示。

圖8 集草裝置圖

（四）其他部分設(shè)計(jì)

1.割草機(jī)推桿設(shè)計(jì)

割草機(jī)不工作時(shí)，為方便行走設(shè)計(jì)推桿。割草機(jī)應(yīng)能滿足不同身高的工作人員來進(jìn)行操控。根據(jù)文獻(xiàn)①童時(shí)中.人機(jī)工程設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)［M］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007：106-108。設(shè)計(jì)高度可調(diào)的推手，只需按動(dòng)推手按鈕，對(duì)推手施加輕微推力，可隨意調(diào)節(jié)所需高度。

2.石塊清理器件設(shè)計(jì)

考慮工作時(shí)避免受到草坪中暗藏的小石塊等硬物的影響，有效保護(hù)刀具，避免蹦刃，同時(shí)為維護(hù)草坪的美觀，筆者設(shè)計(jì)石塊清理裝置。如圖9所示。

圖9 石塊清理裝置

3.灰塵消除裝置設(shè)計(jì)

減低污染，加入除塵機(jī)構(gòu)。利用電機(jī)泵水，將水加壓后輸送到噴頭，形成噴霧，完成除塵。并且在一定程度上起到了灌溉作用。結(jié)構(gòu)如圖10、圖11所示。

圖10 泵水裝置圖

圖11 噴頭

5割草機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

割草機(jī)為戶外運(yùn)動(dòng)型機(jī)器，應(yīng)保證運(yùn)動(dòng)控制效率高、成本低。割草機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)該具備：足夠運(yùn)算能力；在較短時(shí)間內(nèi)響應(yīng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的信號(hào)以及傳感器采集信號(hào)；成本低，穩(wěn)定性較好；控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的啟動(dòng)與停止；對(duì)傳感信號(hào)進(jìn)行分析處理；依據(jù)采集信息對(duì)割草機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制。

總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：整個(gè)系統(tǒng)包括單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、藍(lán)牙模塊、紅外循跡模塊、超聲波壁障模塊、光感模塊、紅外遙控模塊、體感、聲感模塊以及電源、小車車體?？刂葡到y(tǒng)框圖如圖12所示。

圖12 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

實(shí)現(xiàn)功能：利用手機(jī)控制小車包括手動(dòng)控制行走及重力感應(yīng)兩種模式；利用紅外循跡可循黑線行走；超聲波壁障模式，小車可自動(dòng)躲避障礙物行走；利用紅外遙控控制小車；尋光行走；可感應(yīng)人體、感應(yīng)聲音。

1.小車硬件設(shè)計(jì)

（1）L298N芯片

L298N是一個(gè)內(nèi)部有兩個(gè)H橋的驅(qū)動(dòng)芯片，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)只需要三個(gè)信號(hào)控制：兩個(gè)方向信號(hào)和一個(gè)使能信號(hào)。L298N芯片的工作電壓需要兩路。輸出供給電機(jī)回路的工作電源12v輸出；輸入邏輯控制回路電源5v。

（2）ATK-HC05藍(lán)牙模塊

一款高性能主從一體藍(lán)牙串口模塊，可以同各種帶藍(lán)牙功能的電腦、藍(lán)牙主機(jī)、手機(jī)、PDA、PSP等智能終端配對(duì)。通過RXD引腳與TXD引腳與單片機(jī)進(jìn)行通信，從而控制各個(gè)IO口。

（3）超聲波避障模塊

基本工作原理：

1）采用IO口TRIG觸發(fā)測距，給最少10us的高電平信呈。

2）模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40khz的方波，自動(dòng)檢測是否有信號(hào)返回。

3）有信號(hào)返回，通過IO口ECHO輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間。測試距離＝（高電平時(shí)間×聲速（340m／s））／2。

（4）紅外循跡模塊

基本循跡原理：利用紅外線對(duì)于不同顏色具有不同反射性質(zhì)的特點(diǎn)。小車行駛過程中傳感器的紅外發(fā)射二極管不斷發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色地面時(shí)發(fā)生漫反射，紅外對(duì)管接收管接收反射光。如果遇到黑線則紅外光被吸收，則紅外管接收不到信號(hào)，故可通過相應(yīng)引腳的高低電平來判斷是否檢測到黑線。

（5）尋光模塊

光源引導(dǎo)小車的基本原理：利用感光元件（光電池）實(shí)現(xiàn)小車所處環(huán)境光線強(qiáng)度的檢測。當(dāng)光線強(qiáng)度增加時(shí)，光電池的輸出電壓升高；當(dāng)光線強(qiáng)度減弱時(shí)，光電池的輸出電壓降低。在光導(dǎo)小車的設(shè)計(jì)中，為實(shí)現(xiàn)小車位置與光源位置的判別，可以在小車車頭的左右兩側(cè)分別安裝一個(gè)光電池進(jìn)行光線的檢測。

（6）紅外無線遙控模塊

基本原理：紅外遙控系統(tǒng)由發(fā)射裝置和接收裝置兩大部分組成。按下遙控器的某一個(gè)鍵，遙控器會(huì)發(fā)出一連串經(jīng)過調(diào)制后的信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過紅外一體化模塊接收后，輸出解調(diào)后的數(shù)字脈沖，每個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)不同的脈沖，故識(shí)別出不同的脈沖就能識(shí)別出不同的按鍵。

（7）HC-SR501體感模塊、聲感模塊

HC-SR501是基于紅外線技術(shù)的自動(dòng)控制模塊，該模塊采用雙元探頭，當(dāng)人體從左至右經(jīng)過時(shí)，紅外光譜到達(dá)雙元探頭的時(shí)間、距離有差值，差值越大，感應(yīng)越靈敏，當(dāng)存在差值時(shí)，該模塊的信號(hào)輸出引腳輸出高電平。

聲感模塊有A0和D0兩個(gè)輸出，該模塊通過檢測信號(hào)輸出引腳。

2.小車軟件設(shè)計(jì)

分別對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行編程、調(diào)試，最后進(jìn)行了程序的多頭文件形式的整合，利用這種形式進(jìn)行模塊化，方便程序的調(diào)用與移植。主函數(shù)運(yùn)用switch case語句，通過手機(jī)發(fā)送不同字節(jié)，方便選擇小車的各種模式。

五、總結(jié)

割草機(jī)采用電機(jī)作為動(dòng)力源，采用旋轉(zhuǎn)刀片式切割，作業(yè)中受力均勻，工作平穩(wěn)，草坪的切口更整齊。割草機(jī)增加可充電式蓄電池，使用更加方便。割草機(jī)可采取自動(dòng)和手推前進(jìn)，推手高度可調(diào)，應(yīng)用廣泛。割草機(jī)內(nèi)部增設(shè)調(diào)高機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)完成對(duì)割草機(jī)刀具部分調(diào)高，以適應(yīng)草坪不同高度要求的修整。割草機(jī)增設(shè)集草箱，除塵裝置避免割草后草坪的雜亂及揚(yáng)塵，該集草箱在裝滿以后可以拉動(dòng)手柄，進(jìn)行卸料，便捷衛(wèi)生。割草機(jī)前端的石塊收集機(jī)構(gòu)，既避免刀片的損傷，也保護(hù)草坪的衛(wèi)生與美觀。割草機(jī)污染低、噪音小、節(jié)省人力、安全可控。