一種自動割草機器人制造技術

本發明專利技術屬于機器人應用技術領域，涉及一種戶外移動機器人，特別涉及一種能自主執行草坪修剪任務的自動割草機器人。其特征是該自動割草機器人包括機器人車體、割草機構、控制系統和傳感單元等部分。控制系統通過自主識別或下載的方式獲得割草機器人的工作地圖信息，通過傳感單元實時采集割草機器人的內部和外部的動態信息，依照特定的控制策略和路徑規劃算法對割草機構和機器人車體進行無人工干預的自動控制。本發明專利技術的效果和益處是實現了草坪修剪工作的智能自動化，操作簡單，成本低廉，清潔環保，解決了人工作業時勞動強度大、時間消耗高、工作重復枯燥及噪音污染和空氣污染等缺點。

Automatic mowing robot

The invention belongs to the field of robot application technology, and relates to an outdoor mobile robot, in particular to an automatic mowing robot capable of performing the mowing task autonomously. The utility model is characterized in that the automatic mowing robot comprises a robot body, a mowing mechanism, a control system and a sensing unit. Control of map information system for Robot Mower through self identification or download the dynamic information through the sensing unit real-time acquisition of the mowing robot internal and external, automatic control without manual intervention on the cutting mechanism and the robot body in accordance with the control strategy and the specific path planning algorithm. The advantage of the invention is to realize intelligent automation, lawn work has the advantages of simple operation, low cost, clean and environmental protection, solve the manual operation labor intensity, high time consumption, work boring and noise pollution and air pollution etc..

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于機器人應用領域，涉及一種戶外移動機器人，特別是涉及一種一種能自主執行草坪修剪任務的自動割草機器人。
技術介紹
隨著經濟的增長，城市建設步伐逐漸加快，隨之也帶動了綠化行業的繁榮發展。在城市中，草坪具有吸塵、降噪、保濕、施工周期短和保持水土等諸多優點，在各種綠化工程中的到了廣泛應用。目前，草坪業已成為了一種新興的產業。在各種草坪維護作業中，草坪修剪的工作最為繁重，該工作不僅勞動強度高、勞動密集度大，并且有很強的重復性；在采用內燃機割草機進行作業的時還會帶來噪音污染和空氣污染，將嚴重影響從業人員的健康及周邊的環境。如能設計一種能自動執行草坪修剪工作的智能設備，必然能節省大量的勞動力和資源。最近幾年，半導體技術、信息技術和機械電子技術得到了長足的進步，這使機器人走入日常應用成為可能，目前已經成功上市的吸塵機器人既是最有利的說明。自2000年以來，中國草坪業更是開始了迅猛的發展階段，大量的公園綠地、高爾夫球場綠地、體育場綠地均需要進行日常修剪；自動割草機器人有著勞動力消耗少、安全性高、自動化程度高等特點，在未來的幾年內必然會有廣泛應用。自動割草機器人是一種帶有特殊割草機構的戶外移動型機器人。一些大型公司已對自動割草機器人的進行了初步研究，并推出了部分自動割草機器人產品，如Friendly Machines公司的Robomow、Zucchetti公司的AmbrigioRobo-Lawnmower和Electrolux公司的Husqvarna Auto Mower等。這些自動割草機器人雖然能夠自主地在特定工作區域內執行割草任務，能自動避障，但是它們大都采用無序不規則運動的方式實現遍歷，效率比較低，而且存在死角。專利US5974347提供了一種帶有旋轉天線的四輪自動割草機器人，該機器人能通過三個固定在工作區域外的基站定位，能實現初步的遍歷，但是它采用了類似汽車的四輪驅動結構，轉彎半徑比較大，不能實現零半徑轉彎，在作業的時候容易留下未切割區域；旋轉的天線也增加了機構的復雜性，容易帶來偏差。如何實現割草機器人在特定工作區域內的全覆蓋是割草機器人的研究重點和難點，專利US6885912提供了一種適合于移動機器人的全區域覆蓋方法，特點是在工作區域邊界和固定障礙物邊界埋藏金屬導線，移動機器人通過這些導線對自己在工作區域的位置進行識別，當遇到工作區域邊界和固定障礙物邊界時機器人執行特定的轉向命令，以往復的行進路線實現工作區域的遍歷，未知障礙物和移動物體通過機器人上的傳感器識別，并依照策略執行避讓。這種全區域覆蓋的路徑規劃算法運算量低，但是智能性比較差，缺少外界的標定基準，容易產生遺漏區域。專利CN2510249Y則著重介紹了一種針對室內清潔的機器人原型，差動傳動的驅動方式靈活性強，但該專利沒有深入討論適合于割草作業的機器人結構，也沒有實現智能無人作業。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是，提供一種以電力為能源、具有安全保護機制、能在特定區域內自主執行草坪修剪任務的自動割草機器人。本專利技術的技術方案是一種自動割草機器人，包括機器人車體、割草機構、控制系統和傳感單元等部分，其特征在于機器人車體為自動割草機器人的本體，割草機構、控制系統和傳感單元均安裝于其上；割草機構是自動割草機器人的執行部分，用于承擔割草的任務，能帶動刀盤以不同的轉速和不同的割草高度下運行；傳感單元能監測自動割草機器人的內外部信息，并對該信息進行初步的處理，為控制系統提供更簡單，更易于處理的反饋信號；控制系統是自動割草機器人的控制核心，控制系統根據預先獲得或者學習到的地圖，依靠一定的策略和路徑規劃算法，參照傳感單元傳輸的反饋信號對機器人車體和割草機構進行相應的控制。自動割草機器人的機器人車體包括機器人車體底盤、直流減速電機、減速箱、電機驅動板、驅動車輪和導向輪。自動割草機器人的機器人車體中的減速箱包括同步齒型帶輪小輪、同步齒型帶、同步齒型帶輪大輪和驅動車輪輪軸。自動割草機器人的割草機構包括割草機構電機外套、割草機構電機、割草機構電機和刀盤連接件、刀盤和刀片。自動割草機器人的傳感單元包括內紅外傳感器、外紅外傳感器、超聲波傳感器、接觸傳感器、溫度傳感器、人體熱釋傳感器和傳感單元核心處理器。自動割草機器人的控制系統包括核心控制器、擴展存儲芯片和通訊模塊。在自動割草機器人的控制系統中，還包括了運動控制策略，安全策略和路徑規劃算法。本專利技術的有益效果由于采用了帶有減速箱的差速驅動方式，輸出轉矩大，能實現自動割草機器人零工作半徑轉彎，使得路徑控制更容易，轉彎更靈活；割草機構電機安置在了特殊的割草機構電機外套內，能調節刀盤的高度，使得自動割草機器人能適應不同的割草高度要求；采用了復合的傳感單元，能綜合監測自動割草機器人的內外部信息，智能化比較高；控制系統搭載了擴展存儲芯片，能實現大量地圖信息和更復雜路徑規劃算法的存儲，使得自動割草機器人自主運動的能力增強，能實現割草機器人工作區域的全區域覆蓋。附圖說明圖1是本自動割草機器人的結構框圖。圖2是本自動割草機器人的結構3是本自動割草機器人的機器人車體圖。圖4為自動割草機器人車體中的減速箱圖。圖5為自動割草機器人的割草機構。圖6為自動割草機器人工作過程框圖。圖7為子區域劃分示例以及子區間遍歷方式。圖8為不同形狀子區域采用的不同工作路徑。a為螺旋型路徑；b為輪廓跟蹤型路徑；c為往復型路徑；d為隨機型路徑。圖中1.機器人車體 2.割草機構3.控制系統4.傳感單元5.驅動車輪6.減速箱7.內紅外傳感器8.直流減速電機9.電機驅動卡 10.自動割草機器人車體底盤11.萬向導向輪 12.超聲波傳感器13.人體熱釋傳感器 14.電池組15.碰撞傳感器 16.刀片17.刀盤 18.外紅外傳感器19.同步齒形帶帶輪小輪 20.同步齒形帶21.同步齒形帶帶輪大輪 22.驅動車輪輪軸軸承23.驅動輪軸 24.輪軸軸承外蓋25.驅動車輪輪軸軸承 26.輪軸軸承外蓋27.割草電機外套 28.割草電機29.驅動車輪輪軸軸承具體實施方式下面結合技術方案和附圖詳細說明本專利技術的具體實施例方式自動割草機器人開機后，首先完成內部硬件和軟件的檢測，將所有的隨機存儲單元清零。當自動割草機器人各個部分復位后開始詢問用戶執行方式。執行方式分為兩種，一種為手動控制，用戶通過遙控器對割草機器人進行操縱；另一種方式為自動控制，即自動割草機器人自主進行工作。當選擇手動控制時，自動割草機器人控制系統將開啟遙控接口，并保持到待機狀態，隨時準備接收運動指令。當選擇為自動控制模式時，自動割草機器人開始根據控制器內的信息為自己的工作做出計劃。值得說明的是，無論是在手動控制模式下還是在自動控制模式下，自動割草機器人的避障指令、危險情況緊急關機和人員距離過近警告等安全相關的控制命令始終對自動割草機器人的控制享有優先權，以盡可能地避免潛在的危險。如選擇自動模式運行，割草機器人將查詢自身存儲器上的地圖信息，以安排相應的工作計劃。當工作區域內障物比較小的時候，自動割草機器人會采用避讓的方法進行工作；當工作區域內障礙物比較大的時候，自動割草機器人將把工作區域劃分成若干個內部不含有障礙物的子區域，如圖6所示，然后自動割草機器人根據子區域的外型特征選擇合適的遍歷方法，通常本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種自動割草機器人，包括機器人車體（１）、割草機構（２）、控制系統（３）和傳感單元（４），其特征在于機器人車體（１）包括機器人車體底盤（１０）、直流減速電機（７）、直流電機驅動板（８）、減速箱（６）、驅動車輪（５）和萬向的導向輪（１ １）；減速箱（６）包括同步齒型帶輪小輪（１９）、同步齒型帶（２０）、同步齒型帶輪大輪（２１）和驅動車輪輪軸（２３）；割草機構（２）包括割草機構電機外套（２７）、割草機構電機（２８）、電機刀盤聯接件（２９）、刀盤（１７）和刀片 （１６）。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：叢明，金立剛，房波，杜宇，沈寶宏，
申請(專利權)人：大連理工大學，
類型：發明
國別省市：91[中國|大連]