淺議機器人自動割草機

王建 洪偉榮 楊遠安

摘 要：以前的割草設備不具備智能化系統，因此需要大量的人力資源。機器人自動割草機則能夠實現在特定的區域進行智能化作業的功能，這不僅能夠提高割草的工作效率，還能夠節省人力資源、減少環境污染等。于是文章簡單闡述了機器人自動割草機。

關鍵詞：機器人；自動；割草機

引言

隨著科學技術的發展，人們對自動化的不斷追求，科學技術開始被運用于越來越多的領域，尤其是自動化機器人技術被廣泛的使用。在城市現代化建設過程中，人們對綠化的要求也不斷提升，當前傳統的草坪管理技術顯然已經不能滿足人們的需求，自動化機器人割草機自然成為了當前的研究課題。

1 機器人自動割草機的優勢

機器人自動割草機可以實現智能工作，通過自身的感應器和處理器對不同的工作環境進行識別和處理，極大地減少了人力資源，從而實現了智能化控制。機器人自動割草機主要有以下的優勢。

1.1 機器人自動割草機工作效率高

傳統的割草機由于體積龐大、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，由于使用的發動機主要是以內燃機為主要動力源的系統，在能源的利用率方面也不是很高，熱能損失比較嚴重。機器人自動割草機在設計之初便考慮到這些因素，在動力系統方面我們使用安全無污染的蓄電池作為動力源，不僅降低了機器的工作噪聲，還有效減少了對環境的污染。機器人自動割草機通過外部的感應器系統，自動記錄運動軌跡，當蓄電池能源不足時，會自動尋找充電設備進行充電，這種自動充電機制不需要人工操作，因此具有較高的工作效率。

1.2 機器人自動割草機能夠有效減少污染

傳統的燃油機的燃料不完全燃燒所產生的尾氣是環境污染的主要源頭，這不僅會造成能源的浪費，還會對大氣造成嚴重污染。當然也不能忽視傳統內燃機產生的噪聲污染，這種噪聲污染也會對周邊居民的身體產生不利的影響。機器人自動割草機采用清潔無污染的蓄電池作為割草機的能源，高效無污染，還能夠有效地避免噪聲污染。

1.3 機器人自動割草機安全性高

傳統的割草機體積較大，發動機工作噪聲大，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，長此以往會對工人的身體構成嚴重健康威脅，加之傳統內燃機的功率較高，一旦發生故障，也會對操作員的人身安全構成威脅。機器人自動割草機則避免了這些情況的發生，避免了人們對設備的直接接觸[2]。

2 機器人自動割草機系統結構

2.1 傳感系統

機器人割草系統通過超聲波傳感器、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，那么設備會發出緊急避讓或停止工作的指令，防止意外的發生。當設備溫度過高時，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。

2.2 轉換器系統

這里主要是通過數模轉換器將電信號和模擬信號進行相互轉換，機器人處理器與各個感應器、子控制系統通過數模轉換器進行數據的傳輸。數模轉換器的原理就是先將傳感器所傳輸的電信號轉換為模擬信號，然后將模擬信號傳輸給中央處理器進行處理，中央處理器再將計算結果和指令回傳給轉換器系統，轉化為電信號傳輸給控制系統進行執行。

2.3 總控制系統

總控制系統主要包括傳感處理系統和驅動控制系統[3]。總控制這也是整個機器人割草機系統中的核心系統。

2.3.1 傳感處理系統

在機器人自動割草機的實現中會設置比較多的傳感器，究竟是用一個處理器還是多個處理器，其實經過分析可以發現，對每個傳感器均設置一個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荷，又能加快設備的執行速度和響應速度。為后續的遠程控制傳輸預留了充足的資源空間。

2.3.2 驅動控制系統

驅動控制系統是用來接收處理器傳達的控制指令的。處理器通過分析傳感器傳輸的數據，然后給驅動系統下達驅動指令。在驅動控制模塊中，應該具有無線傳輸模塊以及燒寫模塊等一系列的擴展模塊，方便日后對設備進行功能升級。在驅動方面，主要有步進電機和伺服電機兩種。

2.4 遠程信號傳輸系統

通過驅動系統中預留的無線收發模塊，我們可以通過無線電實現對步進電機的遠程驅動，一方面是在應急時可通過人工對其進行控制，另一方面也是為了手動清理工作“死角”問題。當遠程控制信號連接到無線模塊以后，無線模塊就會向中央處理器發送一個手動控制指令，這時中央處理器不再向驅動系統發送指令，同時暫停各傳感器的信號傳輸，所有子系統均受無線收發模塊的指令控制。

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，很容易受到外部環境的干擾，環境中的某些不穩定因素可能會導致傳感器精確度的改變。在機器人自動割草機工作時，環境的復雜性和可變性導致了各個感應器的不穩定性，感應器收集的信息難免會出現一些失誤，從而影響到設備正確的判斷。

2.5.2 準確判斷邊界的問題

雖然機器人自動割草機能夠實現路徑的自動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行障礙物躲避時候的誤差就會加大，導致部分區域不能夠完整的清理，這無疑會加大人工成本。設備循環的檢測判定固然是個不錯的辦法，但這樣也會降低設備的工作效率。

2.5.3 無線信號的安全性問題

在選擇無線頻段時，應該盡量避免公共的無線頻段[4]。避免發生信號干擾和信號沖突，導致設備接收到不可預測性的“指令”。同時還應該做好無線配對驗證機制，避免無線信號被惡意劫持。同時，還應該確保在一定范圍內的信號強度，切實結合工作環境的要求，避免出現信號中斷導致的問題。

3 結束語

機器人智能割草機有著良好的市場前景，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。在這一方面的研究中，我們應繼續努力，深入研究存在的技術難點，確保其能夠順利安全地進行應用。

參考文獻

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

[2]張陽，張鋒偉.機器人割草機的市場前景與技術難點分析[J].北京農業，2014，27：227-228.

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