CN202077380U

CN202077380U - 一种gps导航割草机器人

Info

Publication number: CN202077380U
Application number: CN2011200919338U
Authority: CN
Inventors: 陈祥斌; 谈士力; 季后红; 汪文兵; 王吉香; 李阳
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2011-04-01
Filing date: 2011-04-01
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2021-04-01

Abstract

本实用新型涉及一种GPS导航割草机器人。它包括车体、控制***、驱动***、上位刀***、下位刀***、转向***和检测***，控制***控制整个***运行，包括行进、转向、GPS定位、越障等动作，通过驱动***提供动力以及GPS坐标定位，使机器人沿着事先制定好的GPS坐标工作路线行进而且进行实时通讯，通过前方摄像头检测进行转向越障，通过测速传感器控制行进速度，到达草坪边际GPS坐标点后进行自动转向，继续下一路线的作业，最后自动回到起始坐标点，而且本GPS割草机器人可以通过无线遥控控制割草机器人的启停。本实用新型实现了草坪维护中的无人化智能管理，操作简单，使用方便，无污染、无噪音、碎草充分，大大减轻了工人的劳动强度，提高了工作效率，保护了环境。

Description

一种GPS导航割草机器人

技术领域

本实用新型涉及一种GPS导航割草机器人，属于机器人应用技术领域。。

背景技术

随着经济的发展，城市建设的逐步加快，各种大型草坪也相继涌现，如一些大型公园草坪、足球场草坪以及高尔夫球场草坪等。如果用人工修剪，将耗费大量的人力物力，工人的工作量大，耗费时间，而且修剪不均匀，常常是割下来的草比较长，需要收集后移出草坪。在一些西方国家，已经出现了利用现代手段进行无人看管草坪维护的作业方式，而在国内的草坪机，一般都是采用自走手推式，由于是人工操作，人的劳动强度没有降低，而且效率比较低；再就是绝大多数草坪机是汽油机作为动力源，噪音大，污染环境。

基于现代GPS卫星导航技术的不断发展，卫星导航已不在仅仅应用于军事领域，它正逐渐走进人们的日常生活。而且卫星导航技术日趋成熟，应用GPS定位的产品也得到了快速发展，其价格低廉，使用方便，应用广泛。

随着机械、电子、传感器、通讯网络的不断发展，机器人的应用范围也越来越广，除应用于工业以外，它正朝着民用化、微小型化的方向发展，并将服务于人类活动的各个领域。

发明内容

为了克服现有草坪机技术的不足，本实用新型目的在于提供一种GPS导航割草机器人，利用清洁能源作为动力，配备GPS导航技术，采用高效的碎草方式，这样既可以降低人的劳动强度，又提高了工作效率，还降低了噪音，保护了环境。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

在一种GPS导航割草机器人机构，包括车体、控制***、驱动***、上位刀***、下位刀***、转向***和检测***，其特征是：机器人车体是GPS割草机器人的骨架，充电电池、控制***位于其上部，上位刀***、下位刀***位于其下部，驱动***位于其左侧与后部，转向***位于其前端，检测***位于其前端与右后端；充电电池是整个GPS割草机器人的动力源泉，为其他各个***提供能源动力；控制***是整个GPS割草机器人的神经中枢，控制着上位刀***、下位刀***、驱动***、转向***、检测***的运行，同时利用先前测定的GPS坐标控制运行轨迹，还可以处理检测***传输过来的信号，并予以回馈；驱动***是整个车体前进的直接动力来源，驱动着前叉轮、后叉轮与后轮的转动，同时叉轮可以将草进行梳理，利于切割；上位刀***，用于割除青草的半部分，以减小割下来的青草的长度；下位刀***，为主力刀，用于切除上位刀割除后余下的下半部分青草；转向***作用于前轮，控制车体的前进方向；检测***，用于检测障碍物、检测后轮转速，以避开障碍物和提高后轮驱动电机的输出功率，保持正常运行。

GPS导航割草机器人的车体是由一个车盖和一个车盘接合构成，有一个充电电池连接在车盘的上部，位于车盘的后端。

GPS导航割草机器人的控制***是由一个控制***箱内装有GPS***、控制器和扩展存储芯片，控制***箱连接在车盘上，固定在车盘的后端。

GPS导航割草机器人的驱动***是由一个驱动直流电动机经小型驱动同步齿形带轮、驱动同步齿形带、驱动传动轴和大后车轴同步齿形带轮驱动，后轮、前叉轮和后叉轮，驱动直流电机连接小型同步齿形带轮，小型驱动同步齿形带轮带动驱动同步齿形带，驱动同步齿形带带动驱动传动轴，再经过驱动传动轴通过皮带轮与同步齿形带的链接，通过驱动同步齿形带带动大后车轴同步齿形带轮，大后车轴同步齿形带轮驱动后轮转动，后轮再通过同步齿形带带动前叉轮与后叉轮转动。

GPS导航割草机器人的上位刀***包括同步直流电动机、大型同步齿形带轮、上位刀同步齿形带、上位刀传动轴、45度锥齿轮、上位刀转动轴、链轮、上位刀固定刀盘、转动链刀，同步直流电动机连接大型同步齿形带轮，经过上位刀同步齿形带带动上位刀传动轴，上位刀传动轴的一端连接一个45度锥齿轮，带动位于链轮上端部的另一个45度锥齿轮，带动链轮转动，链轮下端部的上位刀固定刀盘再带动转动链刀。

GPS导航割草机器人的下位刀***包括同步直流电动机、大型同步齿形带轮、同步齿形带、下位刀传动轴、45度锥齿轮、下位刀转动轴、下位刀固定刀盘、下位刀刀片，同步直流电动机连接上大型同步齿形带轮，经过同步齿形带带动下位刀传动轴，下位刀传动轴的一端连接一个45度锥齿轮，带动连接于下位刀转动轴上端的另一45度锥齿轮，再带动下位刀固定刀盘，带动连接在下位刀固定刀盘上的下位刀刀片。

GPS导航割草机器人的转向***包括转向直流电动机、转向齿轮、转向齿条导轨、横向导轨、纵向导轨、转向摇杆、转向架、转向节臂，转向直流电动机连接转向齿轮，转向齿轮带动转向齿条导轨，转向齿条导轨连接横向导轨横向移动，横向导轨连接下部的纵向导轨纵向移动，横向导轨与转向摇杆固定连接，转向摇杆通过转向架驱动转向节臂，转向节臂连接前轮使其转动。

GPS导航割草机器人的检测***包括摄像头、测速传感器，摄像头固定在车盘的前端，透过透明玻璃板检测外部环境，控制方向与越障，测速传感器安装在车盘后端右侧，通过右侧后轮上的反光条反射回来的信号检测后轮的转速，控制车体的行进速度。

在GPS导航割草机器人工作前，还需要人工通过测定整个草场的坐标，并把这些坐标输入到控制***中的GPS***。

本实用新型的有益效果是：转向***采用横向导轨与纵向导轨相结合，可以使转向更加灵活；采用叉轮机构，前叉轮可以对青草进行梳理，使青草的切割更加均匀，后叉轮可以使割完的草楔及时排出、压下，避免青草在车体内部的阻塞；采用上、下位刀分开处理，可以对青草进行分段式切割，避免了一刀切的方式，使草楔长度更短，这样既可以直接将碎草楔散在草坪上，间接地可以加快微生物的分解速度；采用摄像头可以实时监测前方的障碍物，机器人可以进行自主避障，智能化比较高；采用测速传感器，可以监测车的行进速度，通过控制***调节驱动电机的输出功率，保持车体更加平稳的运行；利用GPS导航，，可以使机器人自动的按照事先确定好的路线行进，省去大量的人力，提高了工作效率。

附图说明

图1为本GPS导航割草机器人的***总体结构图（带盖）。

图2为本GPS导航割草机器人的***总体结构图（不带盖）。

图3为本GPS导航割草机器人的***详细结构图。

图4为本GPS导航割草机器人的车体外部结构图。

图5为本GPS导航割草机器人的车体上部结构图。

图6为本GPS导航割草机器人的车体下部结构图。

图7为本GPS导航割草机器人的下位刀***剖视结构图。

图8为图7的A—A剖视图。

图9为本GPS导航割草机器人的上位刀***剖视结构图。

图10为图9的B—B剖视图。

图11为本GPS导航割草机器人的转向***剖视结构图。

图12为图11的C—C剖视图。

图13为本GPS导航割草机器人的驱动***剖视结构图。

图14为图13的D—D剖视图。

图15为本GPS导航割草机器人的后车轮剖视图。

图16为本GPS导航割草机器人的GPS坐标工作线路示意图。

具体实施方式

本实用新型的优选实施例结合附图详述如下：

实施例一：参见图1和图2，本GPS导航割草机器人包括车体I、控制***II、无线遥控器III、驱动***IV、上刀位***V、下刀位***VI、转向***VII、检测***VIII,其特征在于所述控制***II、驱动***IV连接与车体I上部，位于车体I后方；转向***VII连接于车体I的上部，位于车体I的前端；上刀位***V连接于车体I的下部，位于车体I的前端；下刀位***VI连接于车体I的下部，位于车体I的后端；检测***VIII连接于车体(I)的前端与右后侧;无线遥控器III与控制***II连接。

实施例二：本实施例与实施例一基本相同，更详细结构说明如下：参见图2-10，GPS导航割草机器人由 1、车盖 2、车盘3、透明玻璃板4、转向节臂5、转向摇杆 6、转向架7、摄像头8、转向直流电动机9、转向齿条导轨 10、横向导轨11、纵向导轨12、45度锥齿轮 13、大轴承支座 14、上位传转动轴15、小型同步齿形带轮 16、下位刀传动轴17、同步齿形带 18、测速传感器19、后轮20、大型同步齿形带轮21、同步直流电机22、充电电池23、固定螺栓24、大后车轴同步齿形带轮25、下位刀转动轴26、同步齿形带27、驱动直流电动机 28、驱动同步齿形带29、控制***箱30、驱动传动轴31、小轴承支32、上位刀转动轴33、上位刀齿形带轮 34、小叉轮轴同步齿形带轮35、前轮36、前端车轴横梁37、前叉轮38、上位刀固定刀盘39、链轮40、转动链41、下位刀刀片42、后叉轮43、下位刀固定架 44、下位刀固定刀盘45、上位刀固定架46、反光条等组成。

上述车体I由一个车盖1和一个车盘2接合构成，有一个充电电池22连接在车盘2的上部，位于车盘2的后端。

所述控制***II是一个控制***箱29内安装有GPS***51、控制器50、扩展存储芯片52，所述控制器50与GPS***51和扩展存储芯片52相连接，控制***箱29连接在所述车盘2上，固定在车盘2的后端；

所述驱动***IV是由一个驱动直流电动机27经小型驱动同步齿形带轮15、驱动同步齿形带26、驱动传动轴30和大后车轴同步齿形带轮24后，驱动后轮19以及前叉轮37和后叉轮42；驱动直流电机27、小型驱动同步齿形带轮15、驱动同步齿形带26、驱动传动轴30连接在车盘上，位于车体中部；大后车轴同步齿形带轮24、后轮19位于车体的外部左侧；前叉轮37位于车盘的下部前端；后叉轮42位于车盘2的下部，车体的后端；

所述上位刀***V是由一个同步直流电动机21经大型同步齿形带轮20、上位刀同步齿形带17、上位刀传动轴14、45度锥齿轮12、上位刀转动轴32、链轮39和上位刀固定刀盘38驱动转动链刀40，所述同步直流电动机21、大型同步齿形带轮20、上位刀同步齿形带17、上位刀传动轴14、45度锥齿轮12位于车体I上部，车盘2的中部，所述上位刀转动轴32、链轮39、上位刀固定刀盘38、转动链刀40位于车盘2的下部，车体I的前部。

所述下位刀***VI是所述同步直流电动机21经所述大型同步齿形带轮20、所述同步齿形带17、下位刀传动轴16、所述45度锥齿轮12、下位刀转动轴25和下位刀固定刀盘44驱动下位刀刀片41，所述同步直流电动机21、大型同步齿形带轮20、同步齿形带17、下位刀传动轴16、45度锥齿轮12位于车盘2上，在车体I的中部，所述下位刀转动轴25、下位刀固定刀盘44、下位刀刀片41位于车盘2下，位于车体I的后部。

转向***VII是一个转向直流电动机8经转向齿轮、转向齿条导轨9、横向导轨10、纵向导轨11、转向摇杆5、转向架6和转向节臂4驱动前轮35，其都位于车盘2上，车体的前部。

所述检测***VIII包括一个摄像头7和一个测速传感器18，所述摄像头7固定在车盘2的前端，透过透明玻璃板3检测外部环境；测速传感器18安装在车盘2后端右侧，通过右侧后轮19上的反光条46反射回来的信号检测后轮19的转速。

上述无线遥控器III通过无线传输与所述控制器50连接，所述GPS***51通过电路与扩展存储芯片52和控制器50连接，控制器50与各直流电机（8、21、27）、摄像头7和测速传感器18连接。

GPS导航割草机器人的工作方式与导航路线：参见图16，在使用此GPS割草机器人前，需事先获得整个草坪的GPS坐标，并将起始坐标点定为第1个坐标点，然后输入到控制***的扩展存储芯片中。然后，人工利用无线遥控器接通电源，然后通过控制器与GPS***实时通讯，通过驱动***、转向***、检测***使机器人自动走到第2个坐标位置（如图16中的坐标路线）。启动驱动***：通过控制器，接通充电电池22与驱动直流电动机27，驱动直流电动机27通过驱动同步齿形带轮与驱动同步齿形带28，经过驱动传动轴30使后轮19与前叉轮37、后叉轮42转动；驱动传动轴30通过同步齿形带28与大后车轴同步齿形带轮24连接，使后轮19平稳地行进；大后车轴同步齿形带轮24与小叉轮轴同步齿形带轮34连接，使前、后叉轮匀速转动。启动转向***：利用存储的GPS坐标数据保持实时通信，通过控制器接通充电电池22与转向直流电动机8，转向直流电动机8安装在纵向导轨上11，转向直流电动机8转过一定的角度，通过转向齿轮齿条导轨9，使横向导轨10做左右运动带动转向摇杆5，经过转向架6，连接转向节臂4，驱动前轮35转动，由于转向节臂4是在做圆周运动，所以纵向导轨11也会跟着前后移动，因此转向摇杆5是在做横向与纵向相结合的复合运动，这样避免了转向摇杆被“卡死”的问题；由于***是实时通讯，GPS***不断与扩展存储芯片内的坐标信息进行比对，不断调整转向直流电动机8的转角，然后使前轮35不断调整角度，最后到达第2个坐标点。启动检测***：当在行进时，摄像头7、测速传感器18保持实时监测。遇到障碍物时，摄像头7采集到障碍物图像，然后输入到控制器，通过分析判定为障碍物，再通过控制器使转向直流电动机8转过一定角度，避开障碍物；当检测不到障碍物后，根据GPS***，寻找坐标线路，回到正确路线。在没有前方没有检测到障碍物，而车体运行过慢或者过快时，通过车体后端的测速传感器18，测得贴在后轮19内圈上的反光条46的脉冲个数，然后与扩展存储芯片内的设定数据进行比对，来判断车体的速度，然后通过控制器调节驱动直流电动机27的输出功率，控制车体的运行。经过检测***的实时监测，最后保证到达第2个坐标点。

当到达第2个坐标后，***自动启动上位刀***、下位刀***，进行作业。启动上位刀***：GPS***将第2坐标点的信息发送给控制器，然后控制器立即启动同步直流电动机21，通过大型同步齿形带20及上位刀同步齿形带轮33，经过上位刀传动轴32，然后再通过45度锥齿轮12的垂直运动的传递，带动链轮39，链轮39再带动转动链刀40，与上位刀固定刀盘38相对转动，进行作业。启动下位刀***：GPS***将第2坐标点的信息发送给控制器，然后控制器立即启动同步直流电动机21，通过大型同步齿形带轮20及同步齿形带26，经过下位刀传动轴16，然后通过45度锥齿轮12的垂直运动的传递，带动下位刀转动轴25、下位刀固定刀盘44，使下位刀刀片41转动，进行作业。

不断沿着预定坐标路线行进寻找第3个坐标点，通过GPS***实时通讯、摄像头7对障碍物的检测、测速传感器18对后轮19车速的检测，到达第3个坐标点，经过转向直流电动机8，掉头，进行下一路线的作业，最终到达第4坐标点…最后到达最后一点的坐标。

到达最后一点坐标后，然后停止上位刀、下位刀，停止作业。然后割草机器人再沿着预定坐标自动返回第1个坐标点，随后关闭所有电源，停止工作。

Claims

1.一种GPS导航割草机器人包括车体（I）、控制***(II)、无线遥控器(III)、驱动***(IV)、上刀位***(V)、下刀位***(VI)、转向***(VII)、检测***(VIII),其特征在于所述控制***(II)、驱动***（IV）连接于车体(I)上部，位于车体(I)后方；转向***(VII)连接于车体(I)的上部，位于车体(I)的前端；上刀位***(V)连接于车体(I)的下部，位于车体(I)的前端；下刀位***(VI)连接于车体(I)的下部，位于车体(I)的后端；检测***(VIII)连接于车体(I)的前端与右后侧;无线遥控器（III）与控制***（II）连接。

2.根据权利要求1所述的GPS导航割草机器人，其特征在于所述车体由一个车盖（1）和车盘（2）接合构成，有一个充电电池（22）连接在车盘（2）的上部，位于车盘（2）的后端；

所述控制***（II）是一个控制***箱（29）内安装有GPS***（51）、控制器（50）、扩展存储芯片（52），所述控制器（50）与GPS***（51）和扩展存储芯片（52）相连接，控制***箱（29）连接在所述车盘（2）上，固定在车盘（2）的后端；

所述驱动***（IV）是由一个驱动直流电动机（27）经小型驱动同步齿形带轮（15）、驱动同步齿形带（26）、驱动传动轴（30）和大后车轴同步齿形带轮（24）后，驱动后轮(19)以及前叉轮(37)和后叉轮（42）；驱动直流电机（27）、小型驱动同步齿形带轮（15）、驱动同步齿形带（26）、驱动传动轴（30）连接在车盘上，位于车体中部；大后车轴同步齿形带轮（24）、后轮(19)位于车体的外部左侧；前叉轮(37)位于车盘的下部前端；后叉轮（42）位于车盘（2）的下部，车体的后端；

所述上位刀***（V）是由一个同步直流电动机（21）经大型同步齿形带轮（20）、上位刀同步齿形带（17）、上位刀传动轴（14）、45度锥齿轮（12）、上位刀转动轴（32）、链轮（39）和上位刀固定刀盘（38）驱动转动链刀（40），所述同步直流电动机（21）、大型同步齿形带轮（20）、上位刀同步齿形带（17）、上位刀传动轴（14）、45度锥齿轮（12）位于车体（I）上部，车盘（2）的中部，所述上位刀转动轴（32）、链轮（39）、上位刀固定刀盘（38）、转动链刀（40）位于车盘（2）的下部，车体（I）的前部；

所述下位刀***（VI）是所述同步直流电动机（21）经所述大型同步齿形带轮（20）、所述同步齿形带（17）、下位刀传动轴（16）、所述45度锥齿轮（12）、下位刀转动轴（25）和下位刀固定刀盘（44）驱动下位刀刀片（41），所述同步直流电动机（21）、大型同步齿形带轮（20）、同步齿形带（17）、下位刀传动轴（16）、45度锥齿轮（12）位于车盘（2）上，在车体（I）的中部，所述下位刀转动轴（25）、下位刀固定刀盘（44）、下位刀刀片（41）位于车盘（2）下，位于车体（I）的后部；

转向***（VII）是一个转向直流电动机（8）经转向齿轮、转向齿条导轨（9）、横向导轨（10）、纵向导轨（11）、转向摇杆（5）、转向架（6）和转向节臂（4）驱动前轮（35），其都位于车盘（2）上，车体的前部；

所述检测***（VIII）包括一个摄像头（7）和一个测速传感器（18），所述摄像头（7）固定在车盘（2）的前端，透过透明玻璃板（3）检测外部环境；测速传感器（18）安装在车盘（2）后端右侧，通过右侧后轮（19）上的反光条(46)反射回来的信号检测后轮(19)的转速。

3.根据权利2所述的GPS导航割草机器人，其特征还在于：所述无线遥控器（III）通过无线传输与所述控制器（50）连接，所述GPS***（51）通过电路与扩展存储芯片（52）和控制器（50）连接，控制器（50）与各直流电机（8、21、27）、摄像头（7）和测速传感器（18）连接。