淺析有關智能割草機的主要技術

洪偉榮 楊遠安 王建

摘 要：智能化技術是我們今后技術發展的一個重要的方向。智能化割草機不僅能夠節省巨大的人力和物力，還能夠實現較高的工作效率。它不但能夠方便人們的日常生活，還能夠加快城市綠化的步伐，為城市的綠色可持續發展做出貢獻。于是文章簡單分析了智能割草機。

關鍵詞：智能割草機；技術；特點

1 智能割草機概述

智能割草機主要用于幫助人們完成割草工作，由于它的高效、安全、便捷等優點廣泛地被人們使用。智能割草機避免浪費過多的人力資源，節省人力物力的同時，還具有高效率、高安全性等優點。

在早期，已經出現過一些半智能割草機，雖然能夠實現割草功能，但大多不能實現路徑識別和路線設定等功能[1]。

2 智能割草機主要特點

2.1 智能割草機使用簡單

所謂智能化，就是盡量避免過多的人工干預。智能割草機操作簡單，支持自主識別工作范圍邊界和人工輸入邊界兩種方式。在簡單的工作環境中，智能割草機可以實現自主判斷工作路徑和工作范圍，最大化地減少人工操作。在較為復雜的草地，可以通過人工輸入軌跡的方式加快割草機識別邊界的速度。實現無重復、無遺漏全方面的作業。

2.2 智能割草機高效快捷

傳統的割草機基本上都是一機一人的作業模式，這種作業模式工作效率低，還造成了人力資源的浪費。加之傳統割草機的體積龐大、便攜性差，在使用過程中的運輸環節也會耗費很多時間。以內燃機發動機為動力源的傳統割草機熱能損耗大，能源的利用率不是很理想。智能割草機使用節能環保的蓄電池作為動力源，避免了熱損耗問題，提高了資源利用率，同時，智能割草機能夠實現自動化的操作，自動循跡操作以及自動鎖定工作邊界等問題，大大降低了人力操作成本。機器操作很少出現“技術性失誤”，工作效率要比人工高很多。

2.3 智能割草機使用方便

智能割草機小巧靈活，蓄電池加步進電機的模式有效避免了內燃機發動機的笨重缺點[2]。因此，智能割草機的長寬高都控制在50cm左右，簡單方便，通過一定的藝術設計可以將智能割草機搖身變為一款電子藝術品，功能性和藝術性都得到彰顯。

2.4 智能割草機污染小

傳統的燃油機，由于不完全燃燒所產生的尾氣是現在污染物的主要成因，不但對我們的生活環境造成了極大危害，而且還會造成資源的嚴重浪費。其次是傳統燃油機的工作方式會產生很大噪聲，不僅對工作人員的身心健康造成傷害，還對周圍的居民生活造成影響。智能割草機采用安全無污染的蓄電池作為動力源，配上步進電機和伺服電機，避免了工作時的噪聲污染和環境污染。

2.5 智能割草機安全性高

傳統以內燃機作為動力的割草機體積較大，并且需要專人專設備一對一操作，工人不可避免地要承受內燃機所帶來的尾氣污染和噪聲污染，長此以往，勢必會對工作人員的健康造成不利影響。另外，內燃機在工作時，會一直保持高溫高負荷運轉的狀態，在未保養的情況下，極易發生事故，導致工作人員身體受到傷害。智能割草機通過智能化操作，大大減少了人在其中的工作，同時，智能割草機所使用的蓄電池和步進電機的工作方式也保證了設備的安全性及可靠性。

3 智能割草機主要技術

3.1 傳感技術

智能割草機在工作過程中，通過溫度傳感器、距離傳感器、超聲波傳感器等各種感應器將收集的外部環境信息實時傳輸給中央處理器。這些信息包括外部溫度、地面狀況、周圍障礙物距離信息等，這就需要不同的傳感器協同配合。智能割草機通過超聲波傳感器、紅外傳感器、接觸傳感器等一系列傳感器將外部環境轉化為輸入信號傳輸給機器人割草機的處理器，處理器通過分析這些數據，然后指令信息傳輸給機器人割草機各個控制系統，完成智能割草任務。超聲波傳感器主要是用于障礙物距離的測量，通過將數據實時傳輸給中央處理器，中央處理器通過一系列的計算，給出最合理的解決方案。紅外感應器主要是針對人體和機器本身的，一旦有人進入設備的工作范圍，那么設備會做出緊急避讓或者停止工作的指令，以防止意外的發生。當設備的溫度過高時，通過紅外感應器檢測到的溫度超過了限額，那么設備也會自動報警。

這些傳感器共同構成了傳感器系統[3]。傳感器系統通過將各個傳感器所捕獲的信息進行封裝，然后發送給智能割草機的中央處理器，也就是總處理器，然后總處理器再分析這些數據，對各個驅動設備下達相應的指令。

3.2 智能路徑識別技術

智能路徑識別技術是一種新型的區域覆蓋的路徑規劃技術[4]。這種路徑規劃有其自身的特殊性。首先就是要實現工作范圍的感知，既然是智能化控制，那就要求盡量避免過多的人工干預，實現智能割草機的自主識別。其次就是要求處理器通過感應器所傳輸的信息，自動規劃出一條合理的無障礙路徑。這里的技術難點在于障礙物躲避角度的選擇上，角度過大會產生清理“死角”，角度過小，割草機有可能碰上障礙物。因此，智能割草機在工作前會對整個工作區域進行整體規劃，然后將路徑記錄在中央處理器中，通過此規劃，再逐步細致地深入分析工作環境。

3.3 工作邊界的自我識別技術

邊界的自我識別技術主要存在兩個技術難點，一是如何讓智能割草機自動識別工作邊界，另一個是智能割草機如何對已經存在的工作邊界如何進行識別。工作邊界的識別大致可劃分為室內邊界的識別以及室外邊界的識別。室內邊界識別相對來說較容易，主要是通過墻體循跡技術逐步構造出以墻體為邊界的工作邊界。然而室外工作區域的面積較大較空曠，并且工作區內多障礙物，這無疑會對工作邊界的識別工作造成很大影響。現在所使用的技術主要是GPS定位技術和特殊邊界物識別技術兩大類。GPS定位技術需要工作人員手動對智能割草機進行定位操作，然后通過衛星地圖和按照相應的比例繪出工作區域的邊界，然后智能割草機會在指定工作區內進行自動操作。特殊邊界識別物是通過在各個邊界放置特殊的物體，然后通過割草機外圍的傳感器系統進行識別，分析出該障礙物就是設定的邊界，從而確定出工作區域。

3.4 智能躲避技術

智能躲避技術主要是通過機器人割草機的超聲波感應器實時傳輸障礙物距離信息，中央處理器通過對不同路徑信息的對比，選擇出最合理的路徑方案。當傳感器返回障礙物信息時，中央處理器會對信息進行預測，當障礙物體積較大時，則會選擇圈外繞行路徑，當障礙物體積較小時，則會選擇圈內繞行的策略。當前人們也在研究視覺傳感技術，通過攝像頭將障礙物虛擬為模擬信號發送給中央處理器，然后經由中央處理器的判斷，進而選擇最優的工作路徑。

4 結束語

在蓄電池續航方面的研究仍需進一步加強，在實際測試過程中，應該考慮到更大范圍的工作面積情況，這個時候會對智能割草機的電池續航能力提出更高的要求。一方面是要對電池的革新，積極探索和開發新型電池能源技術，另一方面，還要積極地思考技術創新，例如在智能割草機頂部加裝太陽能電池板，這樣，設備的續航能力會有顯著的提升。

參考文獻

[1]金立剛.自動割草機器人的研制[D].大連：大連理工大學，2006.

[2]黃杰，蘇謝祖.自動割草機器人的設計[J].電子技術應用，2010（8）：27-28.

[3]樊明軒.全區域覆蓋移動機器人避障策略與多傳感器系統的設計研究[D].南京：南京理工大學，2002：29-30.