智能草坪修剪機器人設計

耿立明,楊 威,何麟鵬

（沈陽城市學院機電工程學院，遼寧沈陽 ，110112）

目前隨著城市的發展，越來越多的場合地區需要綠化，草坪覆蓋率逐漸提高，在綠地的維護作業中，要消耗大量的勞動強度和成本，迫切需要割草機器人等智能機器的技術推廣。

1 系統組成

本智能機器人的電路系統包括電源管理模塊、單片機模塊、驅動模塊。剪草方案使用扇葉狀螺旋剪刀。由單片機控制機器人的前進軌跡。設置一個探測水平高度，使用超聲波檢測模塊，如果前方草坪高于這個高度，則機器人直線前進，進行剪草。當前方水平高度低于或等于設置的高度（如平地），則向右旋轉測量高度，如果右側高度也高于設定高度，則前進一個身位，再次向右旋轉，然后前進重復前進過程，當下次走到邊界時，進行左轉，反復呈蛇形軌跡前進，我們將一個周期稱為行為A。當四周都高度都低于設定值時，機器人停止工作并發出提示音。該設備同時配有顏色識別模塊，判別顏色區域在#02ffaa、#60ff88、#ffbf00、#ffb259區域內，當識別的顏色不在該顏色區域范圍內時，小車會原地旋轉進行檢測，如果檢測到了，將實施行為A，如果旋轉一周之后仍沒檢測到，小車將原地停止。

2 硬件組成

割草機器人由控制模塊，傳感器模塊，移動模塊，割草模塊等四個部分組成。

控制模塊功能：主控模塊選擇STC12C5A60S2單片機，其運行速度快，抗干擾能力強等優點極其適用于本智能剪草機器人。將獲得的數據與自身的數據庫做比較,并參照路徑規劃對移動機構和割草機構發出修正指令,以獲得穩定的運行情況。

驅動模塊：L289驅動板內含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅動器，可以用來驅動直流電動機和步進電動機、繼電器線圈等感性負載。

傳感器模塊：實時監測外界環境變量、移動機構及割草機構運行參數,并將結果輸送到控制系統。

移動模塊：采用三輪小車為本體，后輪用兩個不同的直流電機驅動,前輪為起導向作用的萬向輪,在車體前端搭載了個的高速電機控制割刀,能形成寬左右的切割區域,割刀的最大特點是可將割下來的草莖粉碎成以下的碎草沫,形成天然的肥料再釋放回草坪中去。

顏色識別模塊：判別顏色區域在#02ffaa、#60ff88、#ffbf00、#ffb259區域內（待定）、當識別的顏色不在該顏色區域范圍內時、小車會原地旋轉進行檢測、如果檢測到、將實施行為，如果旋轉一周之后仍沒檢測到，小車將原地停止。

低智能的割草機器人只依據設定的軌跡進行工作,不具備動態分析外部環境的能力,中等智能的割草機器人則依照某種策略繞過障礙物,但不能保證完全覆蓋除障礙物以外的其他所有區域,剩余未割草坪由人工修整高智能的割草機器人能直接建立工作區間的地圖,具備路徑自主規劃和決策的能力,無需任何外部因素干預即可實現割草區域的完全遍歷。

單片機模塊采用stc16C5260S單片機。高度探測器4采用紅外探測器。草坪邊界探測器采用超聲波探測器或GY-31TCS230 TCS3200顏色傳感器。

本具體實施方式由單片機控制機器人的前進軌跡。設置一個探測水平高度，如果前方草坪高于這個高度，則機器人直線前進，進行剪草。當前方水平高度低于或等于設置的高度（如平地），則向右旋轉測量高度，如果右側高度也高于設定高度，則前進一個身位，再次向右旋轉，然后前進重復前進過程，當下次走到邊界時，進行左轉，反復呈蛇形前進軌跡，當四周都高度都低于設定值時，機器人停止工作并發出提示音。

本具體實施方式的整個電路系統主要由檢測、控制、驅動三個模塊組成，首先利用光電對管對路面信號進行檢測，經過比較器處理之后，送給軟件控制模塊進行實時控制，輸出相應的信號給驅動芯片驅動電機轉動，從而控制整個小車的運動，從而實現在無花壇的草坪上實施自動剪草功能。

3 PWM調速程序編寫

4 結論

割草機器人具有節約人力成本，環保等特點。

控制系統的關鍵部件是實現自主執行任務的自主機器人割草機割草，根據特定的任務與低成本戰略，建立一套獨立的電機控制芯片處理系統是必要的。

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[2]覃柯,孫茂相,孫昌志.動態環境下基于改進人工勢場法的機器人運動規劃[J].沈陽工業大學學報.2004(05)