油電混合動力割草機器人系統研究

陳壽輝 王旭 葉超 王欣欣

摘 要：介紹了一種油電混合動力割草機器人系統，其主要由油電混合動力底盤，導航系統，控制系統，遙控系統組成;油電混合系統由汽油發動機、發電機、AC/DC充電模塊、電池組和電源管理模塊組成，系統運行穩定可靠，可以在降低能耗的同時，提高割草效率。

一、引言

隨著我國機械自動化水平不斷提高，無論是大型農場和小型農田的收割與耕種，還是機場割草和大型公共領域的清潔，都已經使用了有人操作的機械化裝備。然而，隨著人工成本的不斷增加，人工操作面臨的壓力越來越大，無人裝備的使用需求越來越迫切，大型割草機器人的應用也越來越廣泛[1-2]。

二、研究內容

本文介紹了一種油電混合動力的割草機器人，它是集環境感知、路徑規劃和行為控制等多種功能于一體的綜合機器人系統。該割草車使用后驅前轉向功能的車身底盤，并將割臺嵌進幾字形車身結構中中。采用混合式油電動力方案，由汽油發動機、發電機、AC/DC充電模塊、電池組和電源管理模塊組成，如圖1所示。采用GPS—RTK導航設備獲取割草車精確位置、航向信息，用于路徑規劃與導航[3-4]。采用雷達傳感器獲取割草機周邊環境信息，用于實現避障功能。采用嵌入式智能控制器對整車進行控制，通過采集GPS導航信息、避障傳感器信息等進行路徑規劃，實現行走、導航、糾偏循跡等功能，輸出控制信號給相應執行機構。

割草車機器人油電混合系統主要組成部分有汽油發動機、交流發電機、鋰電池組、智能充電機，如圖2所示。汽油發動機單獨提供割臺動力進行割草，同時帶動交流發電機產生交流電，發出的交流電經過智能充電機交-直流轉換成電壓可變直流電，智能充電機可控輸出兩路直流電，一路為鋰電池組充電回路，一路為伺服電機驅動供電回路。智能充電機同時具有統一整個無人割草車電壓平臺作用。另外，鋰電池組為無人割草車補充動力，當智能充電機一路提供給行走伺服驅動電機動力不足時，可提供補充動力;當智能充電機功率富足時，鋰電池組處于浮充狀態。當發動機未啟動或者發電機無法供電時。鋰電池組處于應急供電狀態，保障行走電機及其他電氣設備正常供電。

三、未來發展方向

（1）引入遠程監控系統。能夠在監控站實時獲取割草機器人的工作狀態，包括位置信息，割臺高度，油量，工作時間等等;

（2）能夠多臺割草機器人協同作業。一臺監控站可以控制多臺割草機器人，每臺機器人能夠在自己的割草區域按要求割草，互不干涉;

（3）基于4G或5G的數字通訊網絡割草機器人。利用現在的物聯網技術，將割草機器人接入網絡中，使得控制和監控割草機器人不受地域限制[5]。

（4）進一步提高割草機器人安全性。割草機器人的安全性永遠是排在首位的，如何讓割草機器人不僅能在結構化的環境中安全運行，也要讓其在非結構化的復雜環境中安全作業，尤其是處理動態障礙物的應急能力。

參考文獻：

[1] 牧草收貨機械化裝備介紹[J].柳琪.農業機械學報，2018.

[2] 甘肅牧草生產機械化現狀和發展潛力[J].張中鋒，石林雄，張陸海.農機科技推廣，2019.

[3] 地理信息系統中GPS控制測繪技術的應用與研究[J].何曉亮.中國地名，2020

[4] 多傳感器融合的無人船定位與導航[B].王夢旭.西南科技大學，2020

[5] 基于嵌入式Qt技術的車輛運行狀況移動監控終端技術研究[B].李芳芳.西安石油大學，2020