【文章內(nèi)容簡介】 制的割草機構(gòu)，智能割草機器人的割草機構(gòu)由調(diào)速電機驅(qū)動，同樣設置了旋轉(zhuǎn)編碼器反饋轉(zhuǎn)速，割草刀片的高度可上下調(diào)節(jié)以適應不同高度的草坪。傳感系統(tǒng)設置了超聲波傳感器、紅外傳感器、接觸傳感器、人體熱釋傳感器和溫度傳感器等元件，結(jié)合各路電機的光電碼盤，可形成一個信息采集面較廣的系統(tǒng)，為智能割草機器人提供環(huán)境信息和位置信息?？刂葡到y(tǒng)采用模塊化的設計思路，將整體劃分為電機驅(qū)動單元、電機控制單元和傳感系統(tǒng)信息信號處理單元三部分。電機驅(qū)動單元最大程度上采用集成的電機控制芯片L298N，實現(xiàn)標準H橋電機驅(qū)動電路，并能接受PWM調(diào)速。電機控制單元和傳感系統(tǒng)信號處理單元均以51系列單片機開發(fā)板為基礎，可實現(xiàn)智能割草機器人的靈活控制。本章涉及智能割草機器人方案設計部分的內(nèi)容。針對論文緒論部分的具體需求，提出若干方案進行了比較和分析，并確定了智能割草機器人的總體方案。智能割草機器人的總體方案中包括本體驅(qū)動方案的選擇、傳感器件的選擇和控制系統(tǒng)方案設計等。最后，對所提出的方案進行了總結(jié)和歸納，給出了智能割草機器人的技術(shù)參數(shù)和硬件配置信息。3 智能割草機器人的機械本體設計智能割草機器人本體采用三輪小車機構(gòu)的設計，前輪為其起導向作用的萬向輪，兩后輪為兩個電機利用差動的原理分別驅(qū)動的驅(qū)動輪，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是:控制實現(xiàn)簡單，只需分別控制后兩輪驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角，就能準確控制智能割草機器人的動作；轉(zhuǎn)彎非常靈活，有利于移動機器人在行走過程中對路面障礙進行實時避障。驅(qū)動電機的功率由機器人質(zhì)量M、運行速度v、驅(qū)動輪直徑d來確定。計算和分析機器人受力情況時，假設機器人在平地上直線加速行駛，不考慮機器人在行駛過程中的產(chǎn)生空氣阻力。智能割草機器人的最大重力 ，／h，查手冊可知與草地的摩擦系數(shù)，電源為12V7Ah的鉛酸免維護電瓶供電，電壓12V。 （1）選擇電動機的容量電動機所需的工作功率為 （31）由式 （32） 由電機至傳動軸的總效率為 （33）式中:、分別為減速器、聯(lián)軸器的傳動效率，取=, =。所以 由以上計算則可選擇電機的功率約為18W，結(jié)合市場上直流電機的情況，沒有符合該特性的電機產(chǎn)品，可選擇性能相近的電機，通過減速機構(gòu)調(diào)速來實現(xiàn)預定目標根據(jù)實際需求和結(jié)構(gòu)要求，選擇無錫紅湖磁電機廠生產(chǎn)的37ZYJ一36ZY系列直流速電機。 電機參數(shù)。，兩驅(qū)動輪直徑為d=250mm，則驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速為而電機實際的轉(zhuǎn)速為22r／min，因此需要設置一個減速比約為2的減速箱，以控制轉(zhuǎn)速。，為機器人車體減速機構(gòu)。1)大帶輪軸2)同步齒型帶輪大輪3)滾動軸承4)同步齒型帶輪小輪5)小帶輪軸7)同步齒型帶8)軸固定架。直流電機輸出的轉(zhuǎn)矩傳遞到通過聯(lián)軸器聯(lián)接的同步齒型帶輪小輪2上，經(jīng)由同步齒型帶7傳遞至同步齒型帶輪大輪2上，進而帶動驅(qū)動輪軸1運動(3為驅(qū)動輪軸的滾動軸承3，最終運動由驅(qū)動輪軸1帶動的驅(qū)動輪實現(xiàn)。綜合智能割草機器人的工作特點和需求，智能割草機器人車體需具有以下特點；(1)底盤距地平面高度約為60—90mm；(2)為了車輪能接觸地表，車輪寬度盡可能要?。?3)作為原理樣機，車體應拆卸方便，利于調(diào)試；(4)車體要有一定的剛度；(5)車體重量要輕； .(6) 內(nèi)有高速旋轉(zhuǎn)的電機，要留有空間散熱。根據(jù)上述特點，對智能割草機器人車體進行設計。車體主要由硬質(zhì)鋁合金板件拼接而成，各板件依靠連接件與螺栓連接。采用該結(jié)構(gòu)的特點是便于拆卸，結(jié)構(gòu)簡單，并且硬質(zhì)鋁合金強度適中，密度小，能滿足設計的質(zhì)量和剛度要求。結(jié)合所選電機的輸出轉(zhuǎn)矩，設計機器人車體的車輪直徑為250mm，厚度為15ram，平面底盤，可滿足底盤距地平面高度約為6090mm的設計要求。另外在機器人車輪內(nèi)外兩側(cè)還銑出對稱的深槽，用于增大摩擦，可確保機器人在地表穩(wěn)定運行。設計機器人總體尺寸長寬高為680mmx500mmx260mm，總重量M約為15Kg(不包括電瓶重量)，機器人底盤距離地面高度為70mm，驅(qū)動車輪直徑為250mm，兩驅(qū)動輪輪距390mm。機器人導向輪直徑為150mm，高度150mm，導向輪和兩后驅(qū)輪之間的距離為350mm。，為智能割草機器人車體裝配圖。智能割草機器人的機器人車體包括機器人車體底盤、電池支架、驅(qū)動車輪和導向輪。機器人車體底盤大量采用厚度為4mm的鋁合金板件，板件間通過螺栓連接，該方式利于拆卸，并且有重量低，剛度好等特點。電池支架設置了活動的蓋板，可適應蓄電池、鋰電池和干電池組等多種類型電池。大半徑的驅(qū)動車輪可保證機器人車體底盤距離地表的高度滿足草坪修建需要。，為智能割草機器人的機器人車體內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。智能割草機器人內(nèi)部包括支撐板件、直流電機和減速箱等部件，其中減速箱包括同步齒型帶輪小輪、同步齒型帶、同步齒型帶輪大輪和驅(qū)動車輪輪軸。支撐板用于保證車體內(nèi)部的剛度，并將機器人車體內(nèi)部劃分為兩個區(qū)域:一部分為空腔，用于放置割草機構(gòu)，較大的容積為割草機構(gòu)提供了比較充足的散熱空間；另一部分用于放置直流電機和電機驅(qū)動板。車體內(nèi)減速箱的減速比為2:1，調(diào)速方式選用同步齒型帶和帶輪，當速比需要變更時只要更換相應的同步齒型帶和帶輪即可，使用比較方便。為了執(zhí)行割草任務，需要針對智能割草機器人車體的實際情況，設計專用的割草機構(gòu)。智能割草機器人的割草機構(gòu)所需轉(zhuǎn)速約為6001200rpm，因此應當考慮割草機構(gòu)驅(qū)動電機的散熱問題，此外為了適應不同草坪，割草刀盤還應具備高度調(diào)節(jié)、刀片更換等功能。，為智能割草機器人的割草機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖。智能割草機器人的割草機構(gòu)包括割草機構(gòu)刀片連接件、割草機構(gòu)電機和割草刀片等部件。可通過使用不同的刀片連接件來改變割草機構(gòu)刀片的位置，從而實現(xiàn)刀片的高度調(diào)節(jié)。本章的涉及的內(nèi)容是智能割草機器人機械本體設計。作為一個綜合系統(tǒng)，傳感系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、驅(qū)動電機和電源等其他重要組件均要安裝在機器人機械本體上，因此智能割草機器人的機械本體是實現(xiàn)其自動割草功能的基礎。本部分詳細討論了智能割草機器人的機械本體設計問題，根據(jù)機器人的運動學和動力學模型選擇驅(qū)動電機，依照輸出的要求設計了驅(qū)動系統(tǒng)的減速機構(gòu)，最后給出了智能割草機器人機械本體的設計圖紙。所設計的智能割草機器人本體結(jié)合實際需求，綜合考慮了各方面因素，這對后期的傳感系統(tǒng)設計、控制系統(tǒng)設計和路徑規(guī)劃算法研究提供了一個良好的平臺。4 智能割草機器人傳感系統(tǒng)設計傳感系統(tǒng)是智能割草機器人感知外界環(huán)境信息的重要單元。要實現(xiàn)智能割草機器人的預定工作任務，需要為機器人提供工作環(huán)境和機器人自身狀態(tài)等相關信息，為了保證工作區(qū)域內(nèi)人和動物的安全，還采取對應的安全機制。所以，智能割草機器人傳感系統(tǒng)所需要的傳感器有:超聲波傳感器、紅外傳感器、人體熱釋傳感器、接觸傳感器、溫度傳感器和旋轉(zhuǎn)編碼器。超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動頻率高于聲波的機械波，多由換能晶片在電壓的激勵下發(fā)生振動產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小、方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點。超聲波碰到