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(tǒng)，因此需要大量的人力資源。機器人自動割草機則能夠實現(xiàn)在特定的區(qū)域進行智能化作業(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(fā)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(xiàn)代化建設過程中，人們對綠化的要求也不斷提升，當前傳統(tǒng)的草坪管理技術顯然已經(jīng)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(yōu)勢

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

1.1 機器人自動割草機工作效率高

傳統(tǒng)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(fā)動機主要是以內(nèi)燃機為主要動力源的系統(tǒng)，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(tǒng)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(huán)境的污染。機器人自動割草機通過外部的感應器系統(tǒng)，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(tǒng)的燃油機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(tǒng)內(nèi)燃機產(chǎn)生的噪聲污染，這種噪聲污染也會對周邊居民的身體產(chǎn)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(tǒng)的割草機體積較大，發(fā)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(tǒng)內(nèi)燃機的功率較高，一旦發(fā)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(fā)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(tǒng)結構

2.1 傳感系統(tǒng)

機器人割草系統(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(shù)據(jù)，然后指令信息傳輸給機器人割草機各個控制系統(tǒng)，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(shù)據(jù)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(fā)出緊急避讓或停止工作的指令，防止意外的發(fā)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(tǒng)

這里主要是通過數(shù)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(tǒng)通過數(shù)模轉換器進行數(shù)據(jù)的傳輸。數(shù)模轉換器的原理就是先將傳感器所傳輸?shù)碾娦盘栟D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(tǒng)，轉化為電信號傳輸給控制系統(tǒng)進行執(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)和驅動控制系統(tǒng)[3]。總控制這也是整個機器人割草機系統(tǒng)中的核心系統(tǒng)。

2.3.1 傳感處理系統(tǒng)

在機器人自動割草機的實現(xiàn)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(jīng)過分析可以發(fā)現(xiàn)，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(zhí)行速度和響應速度。為后續(xù)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(tǒng)

驅動控制系統(tǒng)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?shù)臄?shù)據(jù)，然后給驅動系統(tǒng)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(tǒng)

通過驅動系統(tǒng)中預留的無線收發(fā)模塊，我們可以通過無線電實現(xiàn)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(fā)送一個手動控制指令，這時中央處理器不再向驅動系統(tǒng)發(fā)送指令，同時暫停各傳感器的信號傳輸，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)定因素可能會導致傳感器精確度的改變。在機器人自動割草機工作時，環(huán)境的復雜性和可變性導致了各個感應器的不穩(wěn)定性，感應器收集的信息難免會出現(xiàn)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(xiàn)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(zhí)行障礙物躲避時候的誤差就會加大，導致部分區(qū)域不能夠完整的清理，這無疑會加大人工成本。設備循環(huán)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(fā)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(nèi)的信號強度，切實結合工作環(huán)境的要求，避免出現(xiàn)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(xù)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(tǒng)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(nóng)業(yè)，2014，27：227-228.

[3]崔業(yè)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.