淺議機(jī)器人自動(dòng)割草機(jī)

王建 洪偉榮 楊遠(yuǎn)安

摘 要：以前的割草設(shè)備不具備智能化系統(tǒng)，因此需要大量的人力資源。機(jī)器人自動(dòng)割草機(jī)則能夠?qū)崿F(xiàn)在特定的區(qū)域進(jìn)行智能化作業(yè)的功能，這不僅能夠提高割草的工作效率，還能夠節(jié)省人力資源、減少環(huán)境污染等。于是文章簡(jiǎn)單闡述了機(jī)器人自動(dòng)割草機(jī)。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人；自動(dòng)；割草機(jī)

引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)自動(dòng)化的不斷追求，科學(xué)技術(shù)開始被運(yùn)用于越來越多的領(lǐng)域，尤其是自動(dòng)化機(jī)器人技術(shù)被廣泛的使用。在城市現(xiàn)代化建設(shè)過程中，人們對(duì)綠化的要求也不斷提升，當(dāng)前傳統(tǒng)的草坪管理技術(shù)顯然已經(jīng)不能滿足人們的需求，自動(dòng)化機(jī)器人割草機(jī)自然成為了當(dāng)前的研究課題。

1 機(jī)器人自動(dòng)割草機(jī)的優(yōu)勢(shì)

機(jī)器人自動(dòng)割草機(jī)可以實(shí)現(xiàn)智能工作，通過自身的感應(yīng)器和處理器對(duì)不同的工作環(huán)境進(jìn)行識(shí)別和處理，極大地減少了人力資源，從而實(shí)現(xiàn)了智能化控制。機(jī)器人自動(dòng)割草機(jī)主要有以下的優(yōu)勢(shì)。

1.1 機(jī)器人自動(dòng)割草機(jī)工作效率高

傳統(tǒng)的割草機(jī)由于體積龐大、便攜性差等原因，整體顯得比較笨重，在使用過程中很不方便[1]。同時(shí)，由于使用的發(fā)動(dòng)機(jī)主要是以內(nèi)燃機(jī)為主要?jiǎng)恿υ吹南到y(tǒng)，在能源的利用率方面也不是很高，熱能損失比較嚴(yán)重。機(jī)器人自動(dòng)割草機(jī)在設(shè)計(jì)之初便考慮到這些因素，在動(dòng)力系統(tǒng)方面我們使用安全無污染的蓄電池作為動(dòng)力源，不僅降低了機(jī)器的工作噪聲，還有效減少了對(duì)環(huán)境的污染。機(jī)器人自動(dòng)割草機(jī)通過外部的感應(yīng)器系統(tǒng)，自動(dòng)記錄運(yùn)動(dòng)軌跡，當(dāng)蓄電池能源不足時(shí)，會(huì)自動(dòng)尋找充電設(shè)備進(jìn)行充電，這種自動(dòng)充電機(jī)制不需要人工操作，因此具有較高的工作效率。

1.2 機(jī)器人自動(dòng)割草機(jī)能夠有效減少污染

傳統(tǒng)的燃油機(jī)的燃料不完全燃燒所產(chǎn)生的尾氣是環(huán)境污染的主要源頭，這不僅會(huì)造成能源的浪費(fèi)，還會(huì)對(duì)大氣造成嚴(yán)重污染。當(dāng)然也不能忽視傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的噪聲污染，這種噪聲污染也會(huì)對(duì)周邊居民的身體產(chǎn)生不利的影響。機(jī)器人自動(dòng)割草機(jī)采用清潔無污染的蓄電池作為割草機(jī)的能源，高效無污染，還能夠有效地避免噪聲污染。

1.3 機(jī)器人自動(dòng)割草機(jī)安全性高

傳統(tǒng)的割草機(jī)體積較大，發(fā)動(dòng)機(jī)工作噪聲大，必須通過人們的輔助操作才能夠工作，這也就不可避免地人們要承受巨大的噪聲污染和尾氣排放污染，長(zhǎng)此以往會(huì)對(duì)工人的身體構(gòu)成嚴(yán)重健康威脅，加之傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的功率較高，一旦發(fā)生故障，也會(huì)對(duì)操作員的人身安全構(gòu)成威脅。機(jī)器人自動(dòng)割草機(jī)則避免了這些情況的發(fā)生，避免了人們對(duì)設(shè)備的直接接觸[2]。

2 機(jī)器人自動(dòng)割草機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 傳感系統(tǒng)

機(jī)器人割草系統(tǒng)通過超聲波傳感器、紅外傳感器、接觸傳感器等一系列傳感器將外部環(huán)境轉(zhuǎn)化為輸入信號(hào)傳輸給機(jī)器人割草機(jī)的處理器，處理器通過分析這些數(shù)據(jù)，然后指令信息傳輸給機(jī)器人割草機(jī)各個(gè)控制系統(tǒng)，完成智能割草任務(wù)。超聲波傳感器主要是用于障礙物距離的測(cè)量，通過將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸給中央處理器，中央處理器通過一系列的計(jì)算，給出最合理的解決方案。紅外感應(yīng)器主要是針對(duì)人體和機(jī)器本身的，一旦有人進(jìn)入設(shè)備的工作范圍，那么設(shè)備會(huì)發(fā)出緊急避讓或停止工作的指令，防止意外的發(fā)生。當(dāng)設(shè)備溫度過高時(shí)，通過紅外感應(yīng)器檢測(cè)到的溫度超過了限額，那么設(shè)備也會(huì)自動(dòng)報(bào)警。

2.2 轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)

這里主要是通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器將電信號(hào)和模擬信號(hào)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，機(jī)器人處理器與各個(gè)感應(yīng)器、子控制系統(tǒng)通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。數(shù)模轉(zhuǎn)換器的原理就是先將傳感器所傳輸?shù)碾娦盘?hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，然后將模擬信號(hào)傳輸給中央處理器進(jìn)行處理，中央處理器再將計(jì)算結(jié)果和指令回傳給轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，轉(zhuǎn)化為電信號(hào)傳輸給控制系統(tǒng)進(jìn)行執(zhí)行。

2.3 總控制系統(tǒng)

總控制系統(tǒng)主要包括傳感處理系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)[3]?？偪刂七@也是整個(gè)機(jī)器人割草機(jī)系統(tǒng)中的核心系統(tǒng)。

2.3.1 傳感處理系統(tǒng)

在機(jī)器人自動(dòng)割草機(jī)的實(shí)現(xiàn)中會(huì)設(shè)置比較多的傳感器，究竟是用一個(gè)處理器還是多個(gè)處理器，其實(shí)經(jīng)過分析可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)每個(gè)傳感器均設(shè)置一個(gè)處理器的做法是最快速的做法，這樣既能減小總處理器的負(fù)荷，又能加快設(shè)備的執(zhí)行速度和響應(yīng)速度。為后續(xù)的遠(yuǎn)程控制傳輸預(yù)留了充足的資源空間。

2.3.2 驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)

驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)是用來接收處理器傳達(dá)的控制指令的。處理器通過分析傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，然后給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)下達(dá)驅(qū)動(dòng)指令。在驅(qū)動(dòng)控制模塊中，應(yīng)該具有無線傳輸模塊以及燒寫模塊等一系列的擴(kuò)展模塊，方便日后對(duì)設(shè)備進(jìn)行功能升級(jí)。在驅(qū)動(dòng)方面，主要有步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)兩種。

2.4 遠(yuǎn)程信號(hào)傳輸系統(tǒng)

通過驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中預(yù)留的無線收發(fā)模塊，我們可以通過無線電實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的遠(yuǎn)程驅(qū)動(dòng)，一方面是在應(yīng)急時(shí)可通過人工對(duì)其進(jìn)行控制，另一方面也是為了手動(dòng)清理工作“死角”問題。當(dāng)遠(yuǎn)程控制信號(hào)連接到無線模塊以后，無線模塊就會(huì)向中央處理器發(fā)送一個(gè)手動(dòng)控制指令，這時(shí)中央處理器不再向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)送指令，同時(shí)暫停各傳感器的信號(hào)傳輸，所有子系統(tǒng)均受無線收發(fā)模塊的指令控制。

2.5 目前存在的困難

2.5.1 傳感器精確度問題

傳感器作為一種高精密器件，很容易受到外部環(huán)境的干擾，環(huán)境中的某些不穩(wěn)定因素可能會(huì)導(dǎo)致傳感器精確度的改變。在機(jī)器人自動(dòng)割草機(jī)工作時(shí)，環(huán)境的復(fù)雜性和可變性導(dǎo)致了各個(gè)感應(yīng)器的不穩(wěn)定性，感應(yīng)器收集的信息難免會(huì)出現(xiàn)一些失誤，從而影響到設(shè)備正確的判斷。

2.5.2 準(zhǔn)確判斷邊界的問題

雖然機(jī)器人自動(dòng)割草機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)路徑的自動(dòng)判斷和障礙物的智能躲避功能，但由于算法精確度的問題，障礙物一旦超過一定的百分比，那么中央處理器在執(zhí)行障礙物躲避時(shí)候的誤差就會(huì)加大，導(dǎo)致部分區(qū)域不能夠完整的清理，這無疑會(huì)加大人工成本。設(shè)備循環(huán)的檢測(cè)判定固然是個(gè)不錯(cuò)的辦法，但這樣也會(huì)降低設(shè)備的工作效率。

2.5.3 無線信號(hào)的安全性問題

在選擇無線頻段時(shí)，應(yīng)該盡量避免公共的無線頻段[4]。避免發(fā)生信號(hào)干擾和信號(hào)沖突，導(dǎo)致設(shè)備接收到不可預(yù)測(cè)性的“指令”。同時(shí)還應(yīng)該做好無線配對(duì)驗(yàn)證機(jī)制，避免無線信號(hào)被惡意劫持。同時(shí)，還應(yīng)該確保在一定范圍內(nèi)的信號(hào)強(qiáng)度，切實(shí)結(jié)合工作環(huán)境的要求，避免出現(xiàn)信號(hào)中斷導(dǎo)致的問題。

3 結(jié)束語

機(jī)器人智能割草機(jī)有著良好的市場(chǎng)前景，它不但方便了人們的日常生活，還能夠加快城市綠化的步伐，為減少城市污染作出貢獻(xiàn)。在這一方面的研究中，我們應(yīng)繼續(xù)努力，深入研究存在的技術(shù)難點(diǎn)，確保其能夠順利安全地進(jìn)行應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]馬道寬.基于ARM太陽能割草機(jī)器人控制系統(tǒng)的研究[D].南京理工大學(xué)，2009.

[2]張陽，張鋒偉.機(jī)器人割草機(jī)的市場(chǎng)前景與技術(shù)難點(diǎn)分析[J].北京農(nóng)業(yè)，2014，27：227-228.

[3]崔業(yè)兵.智能割草機(jī)器人工程化過程中的安全性問題的研究[D].南京理工大學(xué)，2008.