專利名稱：智能割草機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種割草機器人，特別是一種具有全區(qū)域覆蓋自主割草功能的智能割 草機器人。
二
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的草坪割草機需要人工操作，勞動強度大。近年來出現(xiàn)了自動割草機和割草 機器人，基本實現(xiàn)自動割草，但這種割草機器人智能化程度很低，需要在邊界埋設(shè)電 纜，用于割草機器人行進中的邊界識別，這給使用者帶來極大不便。因為它首先必須 埋設(shè)電纜，其次還要為電纜通上電源，既給用戶帶來麻煩，又存在不安全因素。這類 割草機器人不具有精確導航功能，難以實現(xiàn)無遺漏覆蓋割草，而是用"羊吃草"的方 式，不斷地來回割草，實現(xiàn)全區(qū)域割草，因此割草效率低。
為了實現(xiàn)全區(qū)域覆蓋割草，現(xiàn)有技術(shù)通常采用鋪設(shè)電纜，增設(shè)標識物，或采用示 教的方法人工先帶割草機器人割一遍，機器人記錄下所有軌跡，然后重復(fù)先前記錄路 徑按軌跡運行。這種方法數(shù)據(jù)采集量大，工程實現(xiàn)成本高，若不采用導航技術(shù)，仍會 產(chǎn)生誤差，難以重復(fù)原來工作。因此，上述方法要實現(xiàn)無信標的自主全區(qū)域覆蓋割草 尚有困難。
三

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)全區(qū)域覆蓋自主割草、無需鋪設(shè)電纜及增添 標識物，能自主完成整個草坪修剪的智能割草機器人。
實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案 一種智能割草機器人，它包括車體、行走輪， 車體下方設(shè)置割草電機、割草刀片，其特征在于行走輪的轉(zhuǎn)軸上分別連接減速器， 行走驅(qū)動電機輸出軸通過編碼器與減速器連接，兩個減速器之間輸出軸上設(shè)置組合導 航系統(tǒng)，車體上設(shè)置控制系統(tǒng)，包括主控模塊、驅(qū)動控制模塊、傳感器信息處理模塊，
主控模塊與驅(qū)動控制模塊連接，驅(qū)動控制模塊[8]與行走驅(qū)動電機驅(qū)動輸入端連接，編
碼器信號輸出端與驅(qū)動控制模塊相連，車體前方邊緣設(shè)置超聲波傳感器，車體前端設(shè) 置萬向輪，車體上還設(shè)置蓄電池。
本發(fā)明的智能割草機器人的組合導航系統(tǒng)包括左錐齒輪和右錐齒輪，分別與行走 輪的軸連接，左錐齒輪和右錐齒輪分別與與其垂直的上錐齒輪和下錐齒輪相嚙合，上 錐齒輪和下錐齒輪的自轉(zhuǎn)軸設(shè)置在十字軸座上，十字軸座上設(shè)置兩個速差傳感器，該 兩速差傳感器之間設(shè)置有指針，指針與行走輪的軸相連。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點是本發(fā)明無需設(shè)置電纜和增添標識物就能 實現(xiàn)無人照應(yīng)自主草坪修剪，采用組合導航系統(tǒng)和單片機控制，實現(xiàn)了有規(guī)則的全區(qū) 域覆蓋自主割草，割草效率高，具有回避障礙，邊界識別的功能；本發(fā)明無污染，噪 音低，改變傳統(tǒng)割草機應(yīng)用汽油機作為動力對周邊環(huán)境所帶來的不利影響。并設(shè)有安 全裝置，保證人在危險區(qū)時機器人處于休眠待機狀態(tài)，其安全性極高。它適合于老人 和體弱人家庭草坪的修剪，以及工作繁忙而無暇顧及草坪修剪的人士使用。
四


圖1是本發(fā)明的智能割草機器人的一種結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明的智能割草機器人的組合導航系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3是本發(fā)明的智能割草機器人的全區(qū)域覆蓋路徑規(guī)劃運行示意圖。 圖4是本發(fā)明的智能割草機器人的人體探測警示系統(tǒng)示意圖。 圖5是本發(fā)明的智能割草機器人的控制系統(tǒng)聯(lián)接示意圖。 五
具體實施例方式
結(jié)合圖l，本發(fā)明的智能割草機器人包括兩個行走輪l、兩只編碼器2、兩個行
走驅(qū)動電機3、兩個減速器4、組合導航系統(tǒng)5、蓄電池組6、主控模塊7、驅(qū)動控制模 塊8、熱釋電傳感器9、割草電機IO、割草刀片ll、超聲波傳感器12、萬向輪13、傳 感器信息處理模塊14、車體15。
結(jié)合圖2，組合導航系統(tǒng)5包括錐齒輪左16、上錐齒輪n，下錐齒輪18，右錐齒
輪19，十字軸座20，兩只傳感器21，指針22。人體探測警示系統(tǒng)如圖4所示，包括 熱釋電傳感器9，傳感器信息處理模塊14，主控模塊7，警示器23。本發(fā)明的連接與 實施方式為當啟動電源開關(guān)，蓄電池(或蓄電池組)6提供能源，兩個行走驅(qū)動電機 3開始旋轉(zhuǎn)，帶動兩個減速器4，減速器4輸出軸驅(qū)動兩個行走輪1前進，由于事先將 路徑規(guī)劃程序固化在主控模塊7中，通過主控模塊發(fā)出指令，給驅(qū)動控制模塊8，再由 驅(qū)動控制模塊8控制行走驅(qū)動電機3按圖3規(guī)劃的路徑行走。
由于兩個行走驅(qū)動電機3另一端又聯(lián)接兩只編碼器2對路程信息進行采集，送入 主控模塊7運算得到運行距離數(shù)據(jù)，當實際運行距離與本行規(guī)劃路程相同時，則發(fā)出 掉頭180?？刂菩盘枺瑢崿F(xiàn)邊界的識別并實行下一行的運行。這樣周而復(fù)始重復(fù)動作， 完成全區(qū)域覆蓋割草。如果草坪中存在障礙，則運行過程中超聲波傳感器12獲得信息， 傳給傳感器信息處理模塊14，經(jīng)處理后再送入主控模塊7，作出回避障礙指令給行走 驅(qū)動電機3，驅(qū)使兩個行走輪l以不同轉(zhuǎn)速繞過障礙，然后主控模塊7再發(fā)出回到原運 行路線行走指令，車體15進入正常割草作業(yè)。本發(fā)明應(yīng)用組合導航系統(tǒng)5與單片機控 制，智能割草機器人實際運行在規(guī)劃的路徑上，實現(xiàn)行行之間無遺漏的全區(qū)域覆蓋割 草，實施方式為組合導航系統(tǒng)5中左錐齒輪16和右錐齒輪19的轉(zhuǎn)軸分別與兩個行 走輪1的軸相聯(lián)，同時又與上錐齒輪17和下錐齒輪18相嚙合，上錐齒輪17和錐齒輪 下18自轉(zhuǎn)軸24被支承在一個與行走輪1同軸線的十字軸座20上，十字軸座20上還 固接兩只速差傳感器21,指針22指示位置位于兩只速差傳感器21之間，指針22安裝 在行走輪1軸上或減速器4輸出軸上一起旋轉(zhuǎn)，當兩個行走輪1轉(zhuǎn)速相同時，指針22 處于兩傳感器21的中間位置，當兩個行走輪轉(zhuǎn)速不同時，指針22偏過平衡線觸發(fā)一 個傳感器21，將一信息傳入傳感器信息處理模塊14，再輸入主控模塊7，發(fā)出指令改 變兩個行走驅(qū)動電機3的轉(zhuǎn)速，修正行走路線偏差，使割草機器人回到規(guī)劃路線上。 一旦有人接近智能割草機器人，進入危險區(qū)，由圖4熱釋電傳感器9感應(yīng)到人體信息， 傳入傳感器信息處理模塊14，經(jīng)處理一路信號觸發(fā)警示器23發(fā)出警報或語言提示，告 誡人離開，另一路信號傳入主控模塊7，控制行走驅(qū)動電機3和割草電機10緊急制動，
以保證人體安全。
結(jié)合圖5，本發(fā)明的控制系統(tǒng)的連接方式為，超聲波傳感器12，熱釋電傳感器9， 傳感器21信號輸出端都與傳感器信息處理模塊14連接，傳感器信息處理模塊14又將 3種傳感器信息處理后輸入至主控模塊7。主控模塊7又與驅(qū)動控制模塊8連接，驅(qū)動 控制模塊8又聯(lián)接行走驅(qū)動電機3驅(qū)動輸入端，行走驅(qū)動電機3軸上又連接編碼器2， 編碼器2信號輸出端又與驅(qū)動控制模塊8相聯(lián)，構(gòu)成一個完整的機器人控制系統(tǒng)。
全區(qū)域覆蓋割草實現(xiàn)過程為機器人應(yīng)用前，根據(jù)用戶草坪地圖特征，通過路徑 規(guī)劃將其割草機器人行走路線規(guī)劃為運行程序，固化于單片機中，機器人就將按預(yù)設(shè) 的程序完成全區(qū)域覆蓋割草。將智能割草機器人置于基站，并校準起始位置。啟動電 源，機器人開始工作，驅(qū)動兩只行走驅(qū)動電機，經(jīng)減速器減速帶動兩個行走輪按規(guī)劃 路線運行，由于實際運行時兩驅(qū)動輪有轉(zhuǎn)速差，智能割草機器人車體實際運行軌跡與 規(guī)劃路線有偏差，難以按規(guī)劃路徑運行。由于在兩個減速器的輸出軸上連接組合導航 系統(tǒng)，通過組合導航系統(tǒng)實時采集行走軌跡偏差信息，通過主控模塊實時處理，反饋 信息至行走驅(qū)動電機，控制左右驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速保持兩輪轉(zhuǎn)速一致，使其回到正確的運 行路線，通過不斷采集偏差信息和不斷修正行走軌跡，保證機器人運行在所規(guī)劃的路 徑上，直至到邊界作180°掉頭，進行另一行草坪割草。而邊界的識別主要通過與電機
軸相聯(lián)的兩只編碼器實現(xiàn)對路程信息的采集，再由單片機運算得到運行距離數(shù)據(jù)，當 數(shù)據(jù)與規(guī)劃路程相同時，則發(fā)出邊界掉頭控制信號，實現(xiàn)下一行的運行，這樣周而復(fù) 始重復(fù)一行一行動作，完成全區(qū)域覆蓋割草。
本發(fā)明車體上設(shè)有熱釋電傳感器，當兒童或其他人接近車體時，熱釋電傳感器收
集到人體信息送入傳感器信息處理模塊，經(jīng)信號放大及處理，觸發(fā)蜂鳴器或語言提示， 警示人們離開，與此同時一路信號送入主控模塊，控制行走驅(qū)動電機和割草電機緊急 制動，以防止小孩好奇，手伸入割草刀片引發(fā)事故。 一旦人離開危險區(qū)，熱釋電傳感 器失去信息，主控模塊發(fā)出重新啟動指令，車體仍沿原有路徑繼續(xù)作業(yè)。
權(quán)利要求
1、一種智能割草機器人，它包括車體[15]、行走輪[1]，車體下方設(shè)置割草電機[10]、割草刀片[11]，其特征在于行走輪的轉(zhuǎn)軸上分別連接減速器[4]，行走驅(qū)動電機[3]輸出軸通過編碼器[2]與減速器連接，兩個減速器之間輸出軸上設(shè)置組合導航系統(tǒng)[5]，車體上設(shè)置控制系統(tǒng)，包括主控模塊[7]、驅(qū)動控制模塊[8]、傳感器信息處理模塊[14]，主控模塊[7]與驅(qū)動控制模塊[8]連接，驅(qū)動控制模塊[8]與行走驅(qū)動電機[3]驅(qū)動輸入端連接，編碼器[2]信號輸出端與驅(qū)動控制模塊[8]相連，車體前方邊緣設(shè)置超聲波傳感器[12]，車體前端設(shè)置萬向輪[13]，車體上還設(shè)置蓄電池[6]。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能割草機器人，其特征在于組合導航系統(tǒng)[5]包括左 錐齒輪[16]和右錐齒輪[19]，分別與行走輪的軸連接，左錐齒輪和右錐齒輪分別與與其 垂直的上錐齒輪[17]和下錐齒輪[18]相嚙合，上錐齒輪[17]和下錐齒輪[18]的自轉(zhuǎn)軸設(shè)置 [24]在十字軸座[20]上，十字軸座[20]上設(shè)置兩個速差傳感器[21]，該兩速差傳感器之間 設(shè)置有指針[22]，指針[22]與行走輪[1]的軸相連。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的智能割草機器人，其特征在于車體前方邊緣設(shè)置 4—6個超聲波傳感器[12]。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的智能割草機器人，其特征在于車體周邊設(shè)置熱釋 電傳感器[9],分布在前后左右，其信號輸出端與傳感器信息處理模塊[14]連接，傳感 器信息處理模塊將傳感器信息處理后輸入至主控模塊[7]。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的智能割草機器人，其特征在于速差傳感器信號輸 出端與傳感器信息處理模塊[14]連接，傳感器信息處理模塊將傳感器信息處理后輸入至 主控模塊[7]。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的智能割草機器人，其特征在于熱釋電傳感器[9]與傳感器 信息處理模塊[14]相連，傳感器信息處理模塊[14]分別與警示器[23]和主控模塊[7]相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種智能割草機器人。包括車體、行走輪，車體下方設(shè)置割草電機、割草刀片，行走輪的轉(zhuǎn)軸上分別連接減速器，行走驅(qū)動電機輸出軸通過編碼器與減速器連接，兩個減速器之間輸出軸上設(shè)置組合導航系統(tǒng)，車體上設(shè)置控制系統(tǒng)，包括主控模塊、驅(qū)動控制模塊、傳感器信息處理模塊，主控模塊與驅(qū)動控制模塊連接，驅(qū)動控制模塊[8]與行走驅(qū)動電機驅(qū)動輸入端連接，編碼器信號輸出端與驅(qū)動控制模塊相連，車體前方邊緣設(shè)置超聲波傳感器，車體前端設(shè)置萬向輪，車體上還設(shè)置蓄電池。本發(fā)明無需設(shè)置電纜和增添標識物就能實現(xiàn)無人照應(yīng)自主草坪修剪，實現(xiàn)了全區(qū)域覆蓋自主割草，割草效率高，無污染，噪音低，安全性好。
文檔編號B25J13/00GK101100058SQ200610088279
公開日2008年1月9日 申請日期2006年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月7日
發(fā)明者宋德鋒, 慶 張, 王華坤, 莉 祖, 范元勛 申請人:南京理工大學