CN100515695C

CN100515695C - 智能割草机器人

Info

Publication number: CN100515695C
Application number: CNB2006100882799A
Authority: CN
Inventors: 王华坤; 范元勋; 宋德锋; 祖莉; 张庆
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2006-07-07
Filing date: 2006-07-07
Publication date: 2009-07-22
Anticipated expiration: 2026-07-07
Also published as: CN101100058A

Abstract

本发明公开了一种智能割草机器人。包括车体、行走轮，车体下方设置割草电机、割草刀片，行走轮的转轴上分别连接减速器，行走驱动电机输出轴通过编码器与减速器连接，两个减速器之间输出轴上设置组合导航***，车体上设置控制***，包括主控模块、驱动控制模块、传感器信息处理模块，主控模块与驱动控制模块连接，驱动控制模块[8]与行走驱动电机驱动输入端连接，编码器信号输出端与驱动控制模块相连，车体前方边缘设置超声波传感器，车体前端设置万向轮，车体上还设置蓄电池。本发明无需设置电缆和增添标识物就能实现无人照应自主草坪修剪，实现了全区域覆盖自主割草，割草效率高，无污染，噪音低，安全性好。

Description

智能割草机器人

一技术领域

本发明涉及一种割草机器人，特别是一种具有全区域覆盖自主割草功能的智能割草机器人。

二背景技术

传统的草坪割草机需要人工操作，劳动强度大。近年来出现了自动割草机和割草机器人，基本实现自动割草，但这种割草机器人智能化程度很低，需要在边界埋设电缆，用于割草机器人行进中的边界识别，这给使用者带来极大不便。因为它首先必须埋设电缆，其次还要为电缆通上电源，既给用户带来麻烦，又存在不安全因素。这类割草机器人不具有精确导航功能，难以实现无遗漏覆盖割草，而是用“羊吃草”的方式，不断地来回割草，实现全区域割草，因此割草效率低。

为了实现全区域覆盖割草，现有技术通常采用铺设电缆，增设标识物，或采用示教的方法人工先带割草机器人割一遍，机器人记录下所有轨迹，然后重复先前记录路径按轨迹运行。这种方法数据采集量大，工程实现成本高，若不采用导航技术，仍会产生误差，难以重复原来工作。因此，上述方法要实现无信标的自主全区域覆盖割草尚有困难。

三发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现全区域覆盖自主割草、无需铺设电缆及增添标识物，能自主完成整个草坪修剪的智能割草机器人。

实现本发明目的的技术解决方案：一种智能割草机器人，它包括车体、行走轮，车体下方设置割草电机、割草刀片，每个行走轮的转轴上分别连接各自的减速器，每个行走驱动电机输出轴分别通过各自的编码器与各自的减速器连接，两个减速器的输出轴之间设置组合导航***，该组合导航***包括左锥齿轮和右锥齿轮，左锥齿轮与左侧行走轮的转轴连接，右锥齿轮与右侧行走轮的转轴连接；左锥齿轮与与其垂直的上锥齿轮和下锥齿轮相啮合，右锥齿轮与与其垂直的上锥齿轮和下锥齿轮相啮合；上锥齿轮和下锥齿轮的自转轴设置在十字轴座上，十字轴座上设置两个速差传感器，该两速差传感器之间设置有指针，指针与左侧行走轮的转轴相连；车体上设置控制***，包括主控模块、驱动控制模块、传感器信息处理模块，主控模块与驱动控制模块连接，驱动控制模块与行走驱动电机驱动输入端连接，编码器信号输出端与驱动控制模块相连，车体前方边缘设置超声波传感器，车体前端设置万向轮，车体上还设置蓄电池。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：本发明无需设置电缆和增添标识物就能实现无人照应自主草坪修剪，采用组合导航***和单片机控制，实现了有规则的全区域覆盖自主割草，割草效率高，具有回避障碍，边界识别的功能；本发明无污染，噪音低，改变传统割草机应用汽油机作为动力对周边环境所带来的不利影响。并设有安全装置，保证人在危险区时机器人处于休眠待机状态，其安全性极高。它适合于老人和体弱人家庭草坪的修剪，以及工作繁忙而无暇顾及草坪修剪的人士使用。

四附图说明

图1是本发明的智能割草机器人的一种结构示意图。

图2是本发明的智能割草机器人的组合导航***结构示意图。

图3是本发明的智能割草机器人的全区域覆盖路径规划运行示意图。

图4是本发明的智能割草机器人的人体探测警示***示意图。

图5是本发明的智能割草机器人的控制***联接示意图。

五具体实施方式

结合图1，本发明的智能割草机器人包括：两个行走轮1、两只编码器2、两个行走驱动电机3、两个减速器4、组合导航***5、蓄电池组6、主控模块7、驱动控制模块8、热释电传感器9、割草电机10、割草刀片11、超声波传感器12、万向轮13、传感器信息处理模块14、车体15。

结合图2，组合导航***5包括锥齿轮左16、上锥齿轮17，下锥齿轮18，右锥齿轮19，十字轴座20，两只传感器21，指针22。人体探测警示***如图4所示，包括热释电传感器9，传感器信息处理模块14，主控模块7，警示器23。本发明的连接与实施方式为：当启动电源开关，蓄电池(或蓄电池组)6提供能源，两个行走驱动电机3开始旋转，带动两个减速器4，减速器4输出轴驱动两个行走轮1前进，由于事先将路径规划程序固化在主控模块7中，通过主控模块发出指令，给驱动控制模块8，再由驱动控制模块8控制行走驱动电机3按图3规划的路径行走。

由于两个行走驱动电机3另一端又联接两只编码器2对路程信息进行采集，送入主控模块7运算得到运行距离数据，当实际运行距离与本行规划路程相同时，则发出掉头180°控制信号，实现边界的识别并实行下一行的运行。这样周而复始重复动作，完成全区域覆盖割草。如果草坪中存在障碍，则运行过程中超声波传感器12获得信息，传给传感器信息处理模块14，经处理后再送入主控模块7，作出回避障碍指令给行走驱动电机3，驱使两个行走轮1以不同转速绕过障碍，然后主控模块7再发出回到原运行路线行走指令，车体15进入正常割草作业。本发明应用组合导航***5与单片机控制，智能割草机器人实际运行在规划的路径上，实现行行之间无遗漏的全区域覆盖割草，实施方式为：组合导航***5中左锥齿轮16和右锥齿轮19的转轴分别与两个行走轮1的轴相联，同时又与上锥齿轮17和下锥齿轮18相啮合，上锥齿轮17和锥齿轮下18自转轴24被支承在一个与行走轮1同轴线的十字轴座20上，十字轴座20上还固接两只速差传感器21，指针22指示位置位于两只速差传感器21之间，指针22安装在行走轮1轴上或减速器4输出轴上一起旋转，当两个行走轮1转速相同时，指针22处于两传感器21的中间位置，当两个行走轮转速不同时，指针22偏过平衡线触发一个传感器21，将一信息传入传感器信息处理模块14，再输入主控模块7，发出指令改变两个行走驱动电机3的转速，修正行走路线偏差，使割草机器人回到规划路线上。一旦有人接近智能割草机器人，进入危险区，由图4热释电传感器9感应到人体信息，传入传感器信息处理模块14，经处理一路信号触发警示器23发出警报或语言提示，告诫人离开，另一路信号传入主控模块7，控制行走驱动电机3和割草电机10紧急制动，以保证人体安全。

结合图5，本发明的控制***的连接方式为，超声波传感器12，热释电传感器9，传感器21信号输出端都与传感器信息处理模块14连接，传感器信息处理模块14又将3种传感器信息处理后输入至主控模块7。主控模块7又与驱动控制模块8连接，驱动控制模块8又联接行走驱动电机3驱动输入端，行走驱动电机3轴上又连接编码器2，编码器2信号输出端又与驱动控制模块8相联，构成一个完整的机器人控制***。

全区域覆盖割草实现过程为：机器人应用前，根据用户草坪地图特征，通过路径规划将其割草机器人行走路线规划为运行程序，固化于单片机中，机器人就将按预设的程序完成全区域覆盖割草。将智能割草机器人置于基站，并校准起始位置。启动电源，机器人开始工作，驱动两只行走驱动电机，经减速器减速带动两个行走轮按规划路线运行，由于实际运行时两驱动轮有转速差，智能割草机器人车体实际运行轨迹与规划路线有偏差，难以按规划路径运行。由于在两个减速器的输出轴上连接组合导航***，通过组合导航***实时采集行走轨迹偏差信息，通过主控模块实时处理，反馈信息至行走驱动电机，控制左右驱动电机转速保持两轮转速一致，使其回到正确的运行路线，通过不断采集偏差信息和不断修正行走轨迹，保证机器人运行在所规划的路径上，直至到边界作180°掉头，进行另一行草坪割草。而边界的识别主要通过与电机轴相联的两只编码器实现对路程信息的采集，再由单片机运算得到运行距离数据，当数据与规划路程相同时，则发出边界掉头控制信号，实现下一行的运行，这样周而复始重复一行一行动作，完成全区域覆盖割草。

本发明车体上设有热释电传感器，当儿童或其他人接近车体时，热释电传感器收集到人体信息送入传感器信息处理模块，经信号放大及处理，触发蜂鸣器或语言提示，警示人们离开，与此同时一路信号送入主控模块，控制行走驱动电机和割草电机紧急制动，以防止小孩好奇，手伸入割草刀片引发事故。一旦人离开危险区，热释电传感器失去信息，主控模块发出重新启动指令，车体仍沿原有路径继续作业。

Claims

1、一种智能割草机器人，它包括车体[15]、行走轮[1]，车体下方设置割草电机[10]、割草刀片[11]，其特征在于：每个行走轮的转轴上分别连接各自的减速器[4]，每个行走驱动电机[3]输出轴分别通过各自的编码器[2]与各自的减速器连接，两个减速器的输出轴之间设置组合导航***[5]，该组合导航***[5]包括左锥齿轮[16]和右锥齿轮[19]，左锥齿轮[16]与左侧行走轮的转轴连接，右锥齿轮[19]与右侧行走轮的转轴连接；左锥齿轮[16]与与其垂直的上锥齿轮[17]和下锥齿轮[18]相啮合，右锥齿轮[19]与与其垂直的上锥齿轮和下锥齿轮相啮合；上锥齿轮[17]和下锥齿轮[18]的自转轴[24]设置在十字轴座[20]上，十字轴座[20]上设置两个速差传感器[21]，该两速差传感器之间设置有指针[22]，指针[22]与左侧行走轮[1]的转轴相连；车体上设置控制***，包括主控模块[7]、驱动控制模块[8]、传感器信息处理模块[14]，主控模块[7]与驱动控制模块[8]连接，驱动控制模块[8]与行走驱动电机[3]驱动输入端连接，编码器[2]信号输出端与驱动控制模块[8]相连，车体前方边缘设置超声波传感器[12]，车体前端设置万向轮[13]，车体上还设置蓄电池[6]。

2、根据权利要求1所述的智能割草机器人，其特征在于：车体前方边缘设置4--6个超声波传感器[12]。

3、根据权利要求1所述的智能割草机器人，其特征在于：车体周边设置热释电传感器[9]，分布在前后左右，其信号输出端与传感器信息处理模块[14]连接，传感器信息处理模块将传感器信息处理后输入至主控模块[7]。

4、根据权利要求1所述的智能割草机器人，其特征在于：速差传感器信号输出端与传感器信息处理模块[14]连接，传感器信息处理模块将传感器信息处理后输入至主控模块[7]。

5、根据权利要求3所述的智能割草机器人，其特征在于热释电传感器[9]与传感器信息处理模块[14]相连，传感器信息处理模块[14]分别与警示器[23]和主控模块[7]相连。