【正文】 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(shè)計的質(zhì)量和剛度要求。根據(jù)上述特點，對智能割草機器人車體進行設(shè)計。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)。為機器人車體減速機構(gòu)。 電機參數(shù)。 （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=, =。計算和分析機器人受力情況時，假設(shè)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。3 智能割草機器人的機械本體設(shè)計智能割草機器人本體采用三輪小車機構(gòu)的設(shè)計，前輪為其起導(dǎo)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(zhǔn)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。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(shè)計等。本章涉及智能割草機器人方案設(shè)計部分的內(nèi)容。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(chǔ)，可實現(xiàn)智能割草機器人的靈活控制?？刂葡到y(tǒng)采用模塊化的設(shè)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。針對智能割草機器人的實際需求，設(shè)計了特制的割草機構(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(shè)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(yīng)不同高度的草坪。驅(qū)動輪用兩個直流調(diào)速電機驅(qū)動，在電機輸出端和驅(qū)動輪之間設(shè)置了減速機構(gòu)，用于調(diào)節(jié)輸出轉(zhuǎn)速，驅(qū)動輪軸設(shè)置了旋轉(zhuǎn)編碼器，可向控制系統(tǒng)反饋位置信息。整個系統(tǒng)采用12V7Ah的鉛酸免維護電瓶供電。智能割草機器人主要分為機器人本體、傳感系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等三部分。電機控制單元是智能割草機器人控制系統(tǒng)的核心部分，能依靠特定的策略，結(jié)合傳感系統(tǒng)信號處理單元的反饋信息對電機驅(qū)動單元輸送控制信號，以實現(xiàn)對智能割草機器人的智能控制。控制系統(tǒng)的驅(qū)動單元用于驅(qū)動左右驅(qū)動電機和割草機構(gòu)電機。智能割草機器人屬于民用型機器人，特別需要考慮到生產(chǎn)成本，結(jié)合實際控制系統(tǒng)的運算量，控制系統(tǒng)不適宜采用造價昂貴的高速運動控制芯片，但可適當(dāng)采用集成芯片以降低控制系統(tǒng)硬件的復(fù)雜程度。電機控制單元屬邏輯控制部分，用于電機的轉(zhuǎn)動控制，如正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、急停和調(diào)速等。因此，智能割草機器人控制系統(tǒng)應(yīng)包括電機驅(qū)動單元、電機控制單元和傳感系統(tǒng)信號處理單元三部分。(8)根據(jù)傳感器采集的信息，依照特定的算法和策略，對智能割草機器人進行控制(包括運動控制和割草機構(gòu)控制)。(6)傳感器信號綜合處理。(4)控制兩個驅(qū)動輪并行運動，以復(fù)合成特殊的運動軌跡。(2)有足夠的運算能力，可在比較迅速的響應(yīng)時間內(nèi)同時接收傳感系統(tǒng)采集的信號和控制兩路驅(qū)動電機。因此，對智能割草機器人在芯片選擇、控制策略和通訊方式等方面要進行詳細(xì)的討論，并決定最佳方案。接觸傳感器屬于觸覺傳感器，以陣列的形式設(shè)置于機器人周圍，當(dāng)機器人與物體發(fā)生意外碰撞時，用于發(fā)生中斷信號；人體熱釋傳感器是一種檢測人或動物身體發(fā)射的紅外線而輸出電信號的傳感器，在智能割草機器人工作時，如有人或動物闖入到設(shè)定的安全范圍時，會發(fā)出對應(yīng)的警報信號。另外，智能割草機器人工作在溫度變化較大的戶外環(huán)境，超聲波傳感器測量結(jié)果會受溫度變化而與實際數(shù)值有偏差，因此，為了獲得精確和穩(wěn)定的采集數(shù)據(jù)，需要設(shè)置單獨的溫度傳感器采集環(huán)境溫度，用以修正產(chǎn)生的誤差。不能單獨采用超聲波傳感器或紅外傳感器。移動機器人常用的距離傳感器有超聲波傳感器、紅外線傳感器和激光測距傳感器等。智能割草機器人工作在開放的戶外空間內(nèi)，在執(zhí)行割草任務(wù)時需要獲得外圍障礙物信息和機器人自身位置信息，所涉及到的傳感器有距離傳感器和位置傳感器。移動機器人為了能在未知或時變環(huán)境下自主地工作，應(yīng)具有感受作業(yè)環(huán)境和規(guī)劃自身動作的能力。由于智能割草機器人屬于家用機器人，所以要求盡可能選擇簡潔、控制難度低的驅(qū)動方案，因此綜合上述內(nèi)容，選擇了典型的三輪差動的驅(qū)動方式()。(a)、(c)所示，轉(zhuǎn)向輪裝在轉(zhuǎn)向鉸軸上，轉(zhuǎn)向電機通過減速器和機械連桿機構(gòu)控制鉸軸從而控制轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向。六輪方式與四輪方式類似，具有更高的承載能力、穩(wěn)定性和柔性，多用于未知環(huán)境的探測，如月球車和火星車等。三輪方式結(jié)構(gòu)比較簡單，能夠滿足一般需要，應(yīng)用也比較廣泛，(a)、(b)。割草機器人一般工作在條件較好的草坪上，結(jié)合其他工作要求，割草機器人大多選用輪式驅(qū)動方式。戶外移動機器人的運動方式有輪式、履帶式和足式等多種。割草機器人屬于戶外移動型機器人，針對該類型的機器人有各種驅(qū)動方案可供參考。2 智能割草機器人總體方案的設(shè)計智能割草機器人是一個綜合的機器人系統(tǒng)，它集成了諸如機械系統(tǒng)設(shè)計、環(huán)境感知、行為控制等多方面的技術(shù)，因此需要對智能割草機器人的實現(xiàn)方案進行詳細(xì)的討論和研究，以確保智能割草機器人最終設(shè)計方案的合理性。第六章討論了區(qū)域充滿路徑的規(guī)劃算法。第五章闡述了智能割草機器人控制系統(tǒng)設(shè)計的過程，機器人的控制系統(tǒng)包括電機驅(qū)動和電機控制等兩方面。通過分析和評價，結(jié)合實際選擇了合適的傳感器。智能割草機器人的機械本體包括減速機構(gòu)、車體和割草機構(gòu)等主要部件。第三章是智能割草機器人機械本體設(shè)計。課題主要研究內(nèi)容和組織結(jié)構(gòu)如下:第二章為智能割草機器人系統(tǒng)的總體方案設(shè)計。本課題主要的任務(wù)是對研制一種適應(yīng)國內(nèi)市場需求的智能割草機器人。基于割草工作的特點，還需要智能割草機器人能以一種比較理想的方法完全覆蓋整個工作區(qū)間，所反映的區(qū)域充滿路徑規(guī)劃問題也是路徑規(guī)劃的研究熱點。在科技迅猛發(fā)展的今天，人們生活水平逐漸提高，一些應(yīng)用于工業(yè)的科技正逐漸走出工廠，對智能割草機器人進行研究為服務(wù)機器人的發(fā)展提供了新的課題方向，也是服務(wù)機器人走向?qū)嶋H應(yīng)用的一種嘗試和探索，更重要的是，智能割草機器人的研制能為服務(wù)型機器人產(chǎn)業(yè)化的進程提供有利的參考。草坪業(yè)開始了一個緩慢、平穩(wěn)也是積蓄力量的發(fā)展時期。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，草坪業(yè)已經(jīng)成為了我國一種新興的產(chǎn)業(yè)。此機器人由兩部分組成，另一部分為自行設(shè)計的割草機臺。此外，南京理工大學(xué)還將機器人領(lǐng)域的前沿技術(shù)引用到割草機器人上來，如基于Internet的機器人控制技術(shù)和太陽能草坪割草機關(guān)鍵技術(shù)等。該機器人的體積約為80X51X40 cm179。南京理工大學(xué)對割草機器人的總體設(shè)計、路徑規(guī)劃、避障、定位系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等從理論上進行了較全面的討論并提出了一種廉價實用的總體方案，還根據(jù)機器人動力學(xué)方程推導(dǎo)出驅(qū)動力矩的計算公式，為電機選擇、控制系統(tǒng)硬件電路主要元器件參數(shù)選擇提供了計算依據(jù)，為進一步深入研究割草機器人打下了基礎(chǔ)。國內(nèi)對于割草機器人的研究起步時間較晚，參與該領(lǐng)域的研究單位也比較少，但仍取得了一定的成果。美