【正文】 動(dòng)單元用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)，傳感系統(tǒng)信號(hào)處理單元用于接收各傳感元件所采集的信息，并對(duì)此進(jìn)行預(yù)處理，將復(fù)雜的環(huán)境變量轉(zhuǎn)化為相對(duì)簡(jiǎn)潔的反饋信號(hào)傳遞給電機(jī)控制單元。電機(jī)控制單元依照特定的策略，結(jié)合傳感系統(tǒng)信號(hào)處理單元的反饋信號(hào)，對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)智能割草機(jī)器人的預(yù)定功能。6 智能割草機(jī)器人區(qū)域充滿路徑規(guī)劃算法與傳統(tǒng)的移動(dòng)機(jī)器人點(diǎn)對(duì)點(diǎn)路徑規(guī)劃不同的是，智能割草機(jī)器人的工作特點(diǎn)要求機(jī)器人的運(yùn)行軌跡能充滿一整塊區(qū)域，即完全覆蓋所有無(wú)障礙的工作區(qū)間。因此需要對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的區(qū)域充滿(也叫遍歷區(qū)域)算法進(jìn)行研究。這個(gè)任務(wù)的困難性在于機(jī)器人運(yùn)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(diǎn)。遍歷規(guī)劃方法不同于通常所說(shuō)的點(diǎn)到點(diǎn)規(guī)劃方法。遍歷規(guī)劃是在滿足某種性能評(píng)價(jià)指標(biāo)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(diǎn)到終點(diǎn)且經(jīng)過(guò)所有可達(dá)點(diǎn)的連續(xù)路徑，而點(diǎn)到點(diǎn)規(guī)劃的目標(biāo)是尋求一條從始點(diǎn)到終點(diǎn)的無(wú)碰撞最優(yōu)路徑。 智能割草機(jī)器人路徑規(guī)劃的遍歷策略是割草機(jī)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，涉及到割草機(jī)割草的效率。合理的遍歷策略可以使智能割草機(jī)器人在最短的時(shí)間內(nèi)遍歷整個(gè)割草區(qū)域。常用的割草策略主要有兩種方式:直線運(yùn)行方式和邊界跟蹤運(yùn)行方式。、。 邊界跟蹤運(yùn)行方式采用直線運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)向處會(huì)有不可避免的重疊路徑，使總的運(yùn)行距離增加；采用邊界跟蹤的方式時(shí)，需要機(jī)器人不斷地調(diào)整進(jìn)行方向，容易帶來(lái)誤差。針對(duì)智能割草機(jī)器人以單片機(jī)為核心的控制器而言，需要智能割草機(jī)器人的運(yùn)行軌跡盡量簡(jiǎn)單化和規(guī)范化。因此采取直線運(yùn)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(jī)器人后退一小段距離，然后以一個(gè)輪子為中心，另一個(gè)輪子左轉(zhuǎn)（或右轉(zhuǎn)）180176。，完成掉頭，然后繼續(xù)前進(jìn)，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(jī)器人在區(qū)域的邊角處行走是最容易出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候，不合理的行走策略可能導(dǎo)致割草機(jī)器人走出邊界。所以要利用割草機(jī)器人現(xiàn)有的傳感器去選擇在區(qū)域邊角的運(yùn)行策略。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)越界問(wèn)題的情況主要有兩種。 （1）割草機(jī)到達(dá)邊界的一個(gè)角落。在這種情況下割草機(jī)器人傳感器A4(或者A3)首先檢測(cè)到邊界L1的信息，根據(jù)直線運(yùn)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(shí)就應(yīng)該是先檢測(cè)到L1，然后后退一段距離，再向右方向轉(zhuǎn)180176。在轉(zhuǎn)彎的過(guò)程中，由于L2的存在， A3就會(huì)感應(yīng)到角落的另外一個(gè)邊界L2，如果沒(méi)有特別的策略，就會(huì)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(dòng)，即在轉(zhuǎn)彎過(guò)程中如果有其他傳感器檢測(cè)到邊界，就說(shuō)明已經(jīng)到了另一個(gè)邊界角落的位置。最好的處理方法就是原路回轉(zhuǎn)過(guò)去，回到原位后再次左轉(zhuǎn)180176。，開(kāi)始從這個(gè)區(qū)域的頂端到另外一端的循環(huán)行走遍歷。 （2）割草機(jī)遇到了一個(gè)傾斜的邊界，如圖10。如果沒(méi)有特殊的策略，A4檢測(cè)到邊界后，就執(zhí)行轉(zhuǎn)向的策略，這樣就會(huì)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(gè)問(wèn)題。在正常行走時(shí)，如果A2首先檢測(cè)到了邊界，則執(zhí)行先后退、然后左拐一定的角度、最后前進(jìn)的策略。智能割草機(jī)器人就會(huì)沿著這根斜線邊界不斷調(diào)整自己的角度前進(jìn)，而不會(huì)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(xì)討論了智能割草機(jī)器人的區(qū)域充滿路徑的規(guī)劃問(wèn)題。首先，提出了區(qū)域充滿檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)和區(qū)域模型的簡(jiǎn)化方法，然后以此為基礎(chǔ)對(duì)子區(qū)域的遍歷展開(kāi)研究，最后將遍歷問(wèn)題擴(kuò)大至整個(gè)工作區(qū)間，最后給出了智能割草機(jī)器人工作流程圖。這對(duì)研究移動(dòng)機(jī)器人的區(qū)域填充問(wèn)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(jī)器人的實(shí)際需求，結(jié)合現(xiàn)有智能割草機(jī)器人產(chǎn)品發(fā)展現(xiàn)狀，提出了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本經(jīng)濟(jì)的智能割草機(jī)器人方案。在戶外移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了智能割草機(jī)器人機(jī)械本體設(shè)計(jì)。根據(jù)智能割草機(jī)器人工作環(huán)境特點(diǎn)，選擇了合適的傳感器件，設(shè)計(jì)了智能割草機(jī)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(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型為數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，結(jié)合自動(dòng)割草任務(wù)的實(shí)際需求，設(shè)計(jì)了智能割草機(jī)器人的機(jī)械本體，該機(jī)械本體大量采用板件，具有重量輕、強(qiáng)度適中、拆卸方便和成本經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，這為移動(dòng)機(jī)器人本體設(shè)計(jì)提供了一個(gè)新的思路。(2)針對(duì)不同草坪的割草高度設(shè)計(jì)了可替換的刀片連接件，以保證智能割草機(jī)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(jī)驅(qū)動(dòng)電路，并將L298N的兩路輸出并為一路，較大的提升了電機(jī)驅(qū)動(dòng)能力，以適應(yīng)智能割草機(jī)器人的需求，也為實(shí)現(xiàn)智能割草機(jī)器人電機(jī)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(gè)信息反饋豐富、成本經(jīng)濟(jì)、感知能力強(qiáng)的傳感系統(tǒng)。針對(duì)該傳感系統(tǒng)設(shè)計(jì)了傳感系統(tǒng)信號(hào)處理板，對(duì)所采集的環(huán)境信息進(jìn)行預(yù)處理，這大大的降低了運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的計(jì)算量，也提升了反饋信息的質(zhì)量。(5)采取以AT89C51單片機(jī)開(kāi)發(fā)板為核心，用模塊化的思想設(shè)計(jì)了智能割草機(jī)器人的控制器，為戶外移動(dòng)機(jī)器人的研究提供了一種通用的低成本控制方案。參考文獻(xiàn)[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(xué)出版社,2008.[8][D]. 南京: 南京理工大學(xué),碩士論文，2000.[9][D]. 南京: 南京理工大學(xué), 碩士論文，2002.[10][D]. 南京: 南京理工大學(xué),博士論文，2004.[11][D].南京:南京理工大學(xué), 博士論文，2004.[12][D].南京:江蘇大學(xué), 博士論文，2005.[13][D]. 南京: 江蘇大學(xué), 博士論文，2005.[14][D].哈爾濱:國(guó)防科技大學(xué),碩士論文，2005.[15]高國(guó)富,謝少榮,[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005.[16][D].大連:大連理工大學(xué),碩士論文，2005.[17]饒開(kāi)晴，[J].四川草原，2004，104:5356.[18]李淑珍，[J].林業(yè)科技情報(bào)，2005，37(1):24.[19]韓烈保，中國(guó)草坪業(yè)從狂熱進(jìn)入理性[J].中國(guó)花卉園藝，2005，(5):32—33.[20]肖雄軍，[J].自動(dòng)化博覽，2006，(6):10一13.[21]祖莉，[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2002，23(3):841—842.[22]黃永志，[J].機(jī)器人，2004，26(1):4044.[23]Jorge —理論、:機(jī)械工業(yè)出版社，2004，255.[24] Fred —工程實(shí)踐指南[M].北京:電子工業(yè)出版社，2004，134156.[25]趙廣濤，[J].微計(jì)算機(jī)信息，2006 (1):129130，149. 附 錄32