機器人割草機自動控制系統(tǒng)技術(shù)分析

上海天祥質(zhì)量技術(shù)服務(wù)有限公司 上海 200233

引言

機器人割草機能夠依靠自動控制系統(tǒng)的設(shè)計完成割草工作，該機器在一定程度上也有效節(jié)省了人力。機器人割草機在工作期間，其工作路徑的設(shè)計主要的就是為了能夠躲避運行期間的障礙物，從而自動尋求一條最優(yōu)路徑。其應(yīng)用在除草區(qū)域相比于人工傳統(tǒng)割草機而言，有著高效率、低噪音等諸多優(yōu)勢，在機器人割草機的自動控制系統(tǒng)中，割草機自動控制系統(tǒng)主要采取與運動控制器的相關(guān)設(shè)計，該方面能夠滿足割草機在速度方面和可靠性方面的需求。除此之外，機器人割草機在工作過程中，還會在作業(yè)區(qū)自動規(guī)避障礙物，完成割草工作，從而為現(xiàn)如今的綠化提供更加優(yōu)越的維護(hù)方案。

1 割草機器人的發(fā)展現(xiàn)狀

伴隨著科技和社會經(jīng)濟的高速健康發(fā)展，城市綠化的區(qū)域也有所提高，公園、運動場所等需要草坪等類似的場所也越來越多，因此對于草坪維護(hù)和修剪的效率也在逐年遞增，其中以草坪為主的割草工作也是最為煩瑣并且任務(wù)量較為艱巨的重點工作內(nèi)容。通常來說，草坪割草這項工作不僅有著較大的工作量，同時也因為割草工作的枯燥無味并且重復(fù)性作業(yè)較強等特點，所以會導(dǎo)致該工作會浪費大量的人力物力。因此為了能夠有效減少這種現(xiàn)象，機器人割草機應(yīng)運而生，并且有著諸多的優(yōu)勢。首先和傳統(tǒng)的人工作業(yè)相比，機器人割草在工作的期間不需要人工干預(yù)，同時結(jié)合自身的感應(yīng)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對周圍環(huán)境的精準(zhǔn)判斷，從而實現(xiàn)工作路徑的規(guī)劃，完成作業(yè)。除此之外，因為在其自動控制系統(tǒng)中有著多種類型的傳感器裝置，通過對傳感器采集到的信息以及其他模塊的有效配合，機器人割草機能夠根據(jù)作業(yè)現(xiàn)場實現(xiàn)更加高精準(zhǔn)、低污染的環(huán)保作業(yè)[1]。

2 機器人割草機硬件設(shè)計分析

機器人割草機也被稱作為智能割草機，其結(jié)構(gòu)為小車形態(tài)并且也擁有四個輪子，導(dǎo)向裝置也是采取了萬向輪結(jié)構(gòu)的前輪，后輪驅(qū)動則是使用了伺服電機。在割草機工作期間，后輪經(jīng)過系統(tǒng)發(fā)出的指令從而做出相應(yīng)的動作，而前輪則是為了更好的配合后輪的指令改變運動的軌跡，整個過程依靠自身的系統(tǒng)即可完成操作，無須人為干涉。

3 機器人割草機控制系統(tǒng)的設(shè)計分析

機器人割草機控制系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計主要所選取了模塊化方式，因為該方式具有高效率的優(yōu)點。控制系統(tǒng)每一個部分之間既能夠做到獨立存在，同時又能夠在運行的期間互相關(guān)聯(lián)，因為如果其中任何一個模塊出現(xiàn)了故障，其余部位也會受到一定的影響。通常情況下，機器人割草及控制系統(tǒng)被分為執(zhí)行模塊、管理模塊、控制模塊、交互模塊和反饋與檢測五大模塊[2]。

運動控制器和能夠發(fā)揮操控指令的計算機以及伺服驅(qū)動器之間能夠形成通訊功能。運動控制器最為明顯的優(yōu)勢特征就是可以快速處理接收到的數(shù)據(jù)，因為其在數(shù)據(jù)反饋速度和準(zhǔn)確度方面來說都比較可靠。運動控制器能夠?qū)⒔邮軝z測裝置中的信息進(jìn)行同步反饋，然后再根據(jù)相關(guān)的程序傳送至伺服驅(qū)動器，最后伺服電機根據(jù)指令完成割草工作。機器人割草機中的檢測裝置多數(shù)都是選用傳感器裝置，其中包含但不限于多種形式，例如超聲波形式、紅外接觸形式、溫度形式。其中超聲波傳感器主要應(yīng)用于在機器人割草機除草期間與周圍障礙物之間的距離檢測，但是同時對于前方一定區(qū)域內(nèi)的障礙物無法做到精準(zhǔn)檢測，所以該方面的反饋效果較差。為了提升該方面的設(shè)計，在其中添加紅外傳感器就能夠有效的做到近距離檢測障礙物的功能，以此來提升機器人割草機的整體性能。

其中伺服電機屬于機器人割草機中的執(zhí)行裝置，脈沖信號發(fā)出指令傳輸?shù)叫≤囼?qū)動后輪中，從而保障控制系統(tǒng)的精確度。伺服電機在控制模塊中則是應(yīng)用了位置自動控制形式，能夠更加高效的提升路徑規(guī)劃的準(zhǔn)確度。伺服驅(qū)動器在接收到自動控制器的指令之后將其轉(zhuǎn)換為脈沖信號，從而傳送至伺服電機中。伺服電機則是通過差速方式控制機器的兩個后輪，由此令其產(chǎn)生不同的速度，從而有效的控制機器人割草機在工作期間的路徑，實現(xiàn)全程無碰撞工作。

4 機器人割草機軟件程序的設(shè)計分析

割草機在進(jìn)行工作的期間主要的流程如下：首先將設(shè)備打開，并將其系統(tǒng)化，等待人工將調(diào)至其各項參數(shù)以及工作路徑的選擇。在設(shè)置完畢之后方可正常使用，但是如果割草機在工作的過程中遇到了任何障礙，系統(tǒng)就會自行做出是否終止工作的判斷。若是特殊情況下導(dǎo)致機器中斷，系統(tǒng)也會重啟并再次初始化，繼續(xù)工作。

在工作的期間，執(zhí)行裝置需要通過運動控制器反饋的信息進(jìn)行控制，運動控制器的信息則是通過檢測裝置所獲取的，主要的方式是通過自身輸入、輸出的接口而達(dá)到的。檢測裝置按照順序，然后將運動控制器的輸入接口連在一起，運動控制器的輸出口而是與執(zhí)行裝置相連接，通過以上的流程實現(xiàn)運動控制器對機器人割草機的路徑控制，從而完成自身的工作[3]。

機器人割草機軟件程序的設(shè)計主要是為了能夠更好地實現(xiàn)在工作期間的路徑規(guī)劃。使用的運動控制器也是自身程序。程序應(yīng)用在機器人割草機的自動控制中，主要是為了能夠?qū)崿F(xiàn)工作的全程自動化，并且能夠做到全面積覆蓋，避免出現(xiàn)漏割等不良現(xiàn)象。

5 結(jié)束語

綜上所述，機器人割草機在整個工作的期間不需要依靠人工的參與，實現(xiàn)了全自動化的高效率工作，在節(jié)省人力的同時也降低了成本上的投入。機器人割草機自動控制系統(tǒng)在每一個模塊的有效工作下，從而實現(xiàn)全程自動化的割草工作，也進(jìn)一步推動了科技的高速發(fā)展。