【正文】 動單元用于驅(qū)動電機，傳感系統(tǒng)信號處理單元用于接收各傳感元件所采集的信息，并對此進行預(yù)處理，將復(fù)雜的環(huán)境變量轉(zhuǎn)化為相對簡潔的反饋信號傳遞給電機控制單元。電機控制單元依照特定的策略，結(jié)合傳感系統(tǒng)信號處理單元的反饋信號，對電機驅(qū)動單元進行控制，以實現(xiàn)智能割草機器人的預(yù)定功能。6 智能割草機器人區(qū)域充滿路徑規(guī)劃算法與傳統(tǒng)的移動機器人點對點路徑規(guī)劃不同的是，智能割草機器人的工作特點要求機器人的運行軌跡能充滿一整塊區(qū)域，即完全覆蓋所有無障礙的工作區(qū)間。因此需要對移動機器人的區(qū)域充滿(也叫遍歷區(qū)域)算法進行研究。這個任務(wù)的困難性在于機器人運行在非結(jié)構(gòu)化空間內(nèi)，環(huán)境具有多樣性和可變性的特點。遍歷規(guī)劃方法不同于通常所說的點到點規(guī)劃方法。遍歷規(guī)劃是在滿足某種性能評價指標最優(yōu)或者比較優(yōu)的前提下尋找一條在設(shè)定區(qū)域內(nèi)從始點到終點且經(jīng)過所有可達點的連續(xù)路徑，而點到點規(guī)劃的目標是尋求一條從始點到終點的無碰撞最優(yōu)路徑。 智能割草機器人路徑規(guī)劃的遍歷策略是割草機設(shè)計中的一個重要環(huán)節(jié)，涉及到割草機割草的效率。合理的遍歷策略可以使智能割草機器人在最短的時間內(nèi)遍歷整個割草區(qū)域。常用的割草策略主要有兩種方式:直線運行方式和邊界跟蹤運行方式。、。 邊界跟蹤運行方式采用直線運行時，轉(zhuǎn)向處會有不可避免的重疊路徑，使總的運行距離增加；采用邊界跟蹤的方式時，需要機器人不斷地調(diào)整進行方向，容易帶來誤差。針對智能割草機器人以單片機為核心的控制器而言，需要智能割草機器人的運行軌跡盡量簡單化和規(guī)范化。因此采取直線運行方式遍歷子區(qū)間，在前向的電子籬笆傳感器感應(yīng)到邊界后，割草機器人后退一小段距離，然后以一個輪子為中心，另一個輪子左轉(zhuǎn)（或右轉(zhuǎn)）180176。，完成掉頭，然后繼續(xù)前進，下次再碰到邊界就向相反的方向旋轉(zhuǎn)180176。，這樣就可以做到區(qū)域的覆蓋。 割草邊界區(qū)域的處理方法 割草機器人在區(qū)域的邊角處行走是最容易出現(xiàn)問題的時候，不合理的行走策略可能導(dǎo)致割草機器人走出邊界。所以要利用割草機器人現(xiàn)有的傳感器去選擇在區(qū)域邊角的運行策略。經(jīng)過實驗發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)越界問題的情況主要有兩種。 （1）割草機到達邊界的一個角落。在這種情況下割草機器人傳感器A4(或者A3)首先檢測到邊界L1的信息，根據(jù)直線運行方式就應(yīng)該先后退再向左轉(zhuǎn)（或向右轉(zhuǎn)）。正常情況下走到這種角落時就應(yīng)該是先檢測到L1，然后后退一段距離，再向右方向轉(zhuǎn)180176。在轉(zhuǎn)彎的過程中，由于L2的存在， A3就會感應(yīng)到角落的另外一個邊界L2，如果沒有特別的策略，就會執(zhí)行先后退一段距離，再向左轉(zhuǎn)180176。的策略，這樣就很容易走出邊界，或者使控制變得混亂。要避免這種情況就需要在軟件上做出改動，即在轉(zhuǎn)彎過程中如果有其他傳感器檢測到邊界，就說明已經(jīng)到了另一個邊界角落的位置。最好的處理方法就是原路回轉(zhuǎn)過去，回到原位后再次左轉(zhuǎn)180176。，開始從這個區(qū)域的頂端到另外一端的循環(huán)行走遍歷。 （2）割草機遇到了一個傾斜的邊界，如圖10。如果沒有特殊的策略，A4檢測到邊界后，就執(zhí)行轉(zhuǎn)向的策略，這樣就會有很大一片的前方區(qū)域（區(qū)域一）不能遍歷到，所以就需要利用右邊的A2去解決這個問題。在正常行走時，如果A2首先檢測到了邊界，則執(zhí)行先后退、然后左拐一定的角度、最后前進的策略。智能割草機器人就會沿著這根斜線邊界不斷調(diào)整自己的角度前進，而不會漏掉這些區(qū)域，適用于邊界不是很規(guī)則的草地。本章詳細討論了智能割草機器人的區(qū)域充滿路徑的規(guī)劃問題。首先，提出了區(qū)域充滿檢測的標準和區(qū)域模型的簡化方法，然后以此為基礎(chǔ)對子區(qū)域的遍歷展開研究，最后將遍歷問題擴大至整個工作區(qū)間，最后給出了智能割草機器人工作流程圖。這對研究移動機器人的區(qū)域填充問題能起到一定的積極意義。7 結(jié)論本文分析了智能割草機器人的實際需求，結(jié)合現(xiàn)有智能割草機器人產(chǎn)品發(fā)展現(xiàn)狀，提出了結(jié)構(gòu)簡單、成本經(jīng)濟的智能割草機器人方案。在戶外移動機器人運動學和動力學分析的基礎(chǔ)上，進行了智能割草機器人機械本體設(shè)計。根據(jù)智能割草機器人工作環(huán)境特點，選擇了合適的傳感器件，設(shè)計了智能割草機器人控制系統(tǒng)。最后，本文得到的主要結(jié)論如下:(1)以移動機器人的運動學和動力學模型為數(shù)學基礎(chǔ)，結(jié)合自動割草任務(wù)的實際需求，設(shè)計了智能割草機器人的機械本體，該機械本體大量采用板件，具有重量輕、強度適中、拆卸方便和成本經(jīng)濟等特點，這為移動機器人本體設(shè)計提供了一個新的思路。(2)針對不同草坪的割草高度設(shè)計了可替換的刀片連接件，以保證智能割草機器人的適應(yīng)性和通用性。(3)用L298N芯片搭建了大功率直流調(diào)速電機驅(qū)動電路，并將L298N的兩路輸出并為一路，較大的提升了電機驅(qū)動能力，以適應(yīng)智能割草機器人的需求，也為實現(xiàn)智能割草機器人電機控制提供了便利。(4)采用了超聲波傳感器、紅外傳感器結(jié)合、人體熱釋傳感器等多種傳感元件，形成了一個信息反饋豐富、成本經(jīng)濟、感知能力強的傳感系統(tǒng)。針對該傳感系統(tǒng)設(shè)計了傳感系統(tǒng)信號處理板，對所采集的環(huán)境信息進行預(yù)處理，這大大的降低了運動控制系統(tǒng)的計算量，也提升了反饋信息的質(zhì)量。(5)采取以AT89C51單片機開發(fā)板為核心，用模塊化的思想設(shè)計了智能割草機器人的控制器，為戶外移動機器人的研究提供了一種通用的低成本控制方案。參考文獻[1] . [2] [3]Out door Power Equipment Institute [EB/0L ] ，2006716.[4] 3rd Annual ION Antonomoua Lawnmower Competition[EB/OL].，20060601.[5] Robotics [EB/OL].，20060320.[6][EB/OL].， 200603—05.[7][M].廣州:華南理工大學出版社,2008.[8][D]. 南京: 南京理工大學,碩士論文，2000.[9][D]. 南京: 南京理工大學, 碩士論文，2002.[10][D]. 南京: 南京理工大學,博士論文，2004.[11][D].南京:南京理工大學, 博士論文，2004.[12][D].南京:江蘇大學, 博士論文，2005.[13][D]. 南京: 江蘇大學, 博士論文，2005.[14][D].哈爾濱:國防科技大學,碩士論文，2005.[15]高國富,謝少榮,[M].北京:化學工業(yè)出版社,2005.[16][D].大連:大連理工大學,碩士論文，2005.[17]饒開晴，[J].四川草原，2004，104:5356.[18]李淑珍，[J].林業(yè)科技情報，2005，37(1):24.[19]韓烈保，中國草坪業(yè)從狂熱進入理性[J].中國花卉園藝，2005，(5):32—33.[20]肖雄軍，[J].自動化博覽，2006，(6):10一13.[21]祖莉，[J].儀器儀表學報，2002，23(3):841—842.[22]黃永志，[J].機器人，2004，26(1):4044.[23]Jorge —理論、:機械工業(yè)出版社，2004，255.[24] Fred —工程實踐指南[M].北京:電子工業(yè)出版社，2004，134156.[25]趙廣濤，[J].微計算機信息，2006 (1):129130，149. 附 錄32