【正文】 安全性。其中激光測距傳感器造價相對較高，不適宜采用在民用服務(wù)機器人系統(tǒng)上，因此在本文中不予考慮；超聲波傳感器是利用超聲波的反射特性研制而成的傳感器，有效的檢測范圍為30cm2m；紅外傳感器屬接近傳感器，發(fā)射出的紅外波波長大約在幾百納米范圍內(nèi)，屬短波長的電磁，有效的檢測范圍通常小于30cm。因此，本文選擇超聲波傳感器和紅外傳感器相結(jié)合的方式來實現(xiàn)智能割草機器人的障礙物距離檢測。智能割草機器人在運行時內(nèi)部的割草刀片會高速旋轉(zhuǎn)，這會對人和動物造成潛在的傷害，還需要特別要注意安全問題，所以本論文的智能割草機器人還選用了接觸傳感器和人體熱釋傳感器。智能割草機器人的控制系統(tǒng)是智能割草機器人的重要部分，需要對機器人進行一系列的決策控制，它甚至在一定程度上決定了機器人性能的優(yōu)劣。作為戶外移動型服務(wù)機器人的研究平臺，為實現(xiàn)低成本高效率的運動控制，智能割草機器人的控制系統(tǒng)需要具備以下功能或特點:(1)成本低廉，具有較好的穩(wěn)定性。(3)控制兩個驅(qū)動輪的起停、轉(zhuǎn)速。(5)接收超聲波傳感器、紅外線傳感器、接觸傳感器、旋轉(zhuǎn)編碼器、人體熱釋電傳感器和溫度傳感器的信號。(7)對割草機構(gòu)的驅(qū)動電機進行控制。依照上述的控制系統(tǒng)需求，智能割草機器人控制系統(tǒng)的主要功能是對兩路電機進行控制、對傳感信號進行處理和根據(jù)反饋結(jié)果進行運動規(guī)劃。電機驅(qū)動單元用于驅(qū)動直流調(diào)速電機、穩(wěn)定輸入電壓和過載保護。傳感系統(tǒng)信號處理單元用于處理各種傳感元件的輸入信號，將復(fù)雜的環(huán)境信息整理成簡單的條件參數(shù)反饋給電機控制單元。，為智能割草機器人控制系統(tǒng)框圖，該系統(tǒng)采用了模塊化的設(shè)計方法，將控制功能劃分為三個相對獨立部分，即電機驅(qū)動單元、電機控制單元和傳感系統(tǒng)信號處理單元。智能割草機器人為了獲得外部工作環(huán)境信息和自身位置信息，設(shè)置有大量的傳感元件，傳感系統(tǒng)信號處理單元用于預(yù)處理這些傳感元件的信號，將其綜合成簡單的反饋信號傳遞給電機控制單元。本課題所涉及的智能割草機器人以實用化技術(shù)應(yīng)用為主要目的，總體方案的設(shè)計要求實用、經(jīng)濟、穩(wěn)定性強和維護簡單，因此盡可能采用成熟、可靠和實用的技術(shù)。其中智能割草機器人本體又分為機器人車體和割草機構(gòu)。智能割草機器人本體采用差動的方式驅(qū)動，車體共設(shè)置三個車輪，分別為兩個同軸的驅(qū)動輪和一個萬向的導(dǎo)向輪。萬向輪采用工業(yè)用腳輪，能承受比較大的載荷。傳感系統(tǒng)設(shè)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。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。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。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。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。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。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(yù)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。，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(shè)置一個減速比約為2的減速箱，以控制轉(zhuǎn)速。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。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(yīng)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。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。結(jié)合所選電機的輸出轉(zhuǎn)矩，設(shè)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(shè)計要求。設(shè)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。，為智能割草機器人車體裝配圖。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。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。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。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(yīng)的同步齒型帶和帶輪即可，使用比較方便。智能割草機器人的割草機構(gòu)所需轉(zhuǎn)速約為6001200rpm，因此應(yīng)當考慮割草機構(gòu)驅(qū)動電機的散熱問題，此外為了適應(yīng)不同草坪，割草刀盤還應(yīng)具備高度調(diào)節(jié)、刀片更換等功能。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。本章的涉及的內(nèi)容是智能割草機器人機械本體設(shè)計。本部分詳細討論了智能割草機器人的機械本體設(shè)計問題，根據(jù)機器人的運動學(xué)和動力學(xué)模型選擇驅(qū)動電機，依照輸出的要求設(shè)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(shè)計圖紙。4 智能割草機器人傳感系統(tǒng)設(shè)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。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。因此超聲波傳感器用于測量智能割草機器人工作環(huán)境中障礙物的距離信息和地圖構(gòu)造等方面。另外，超聲波會受到溫度的影響，在應(yīng)用時應(yīng)當注意補償。測出超聲波從發(fā)射到遇到障礙物返回所經(jīng)歷的時間t，再乘以超聲波的速度C就得到二倍的聲源與障礙物之間的距離L， 即L=Ct/2 () 其中C為聲波在空氣中的傳播速度，單位m／sT為聲波發(fā)射信號和回聲的時間間隔，單位SL為被測物體與傳感器的直線距離，單位m，為所選用的URM37 。紅外傳感器發(fā)射出的紅外波長大約在幾百納米范圍內(nèi)，是短波長的電磁波。另外，紅外線不受周圍可見光的影響，可在晝夜進行測量。紅外傳感器測量范圍較近，大致為30cm以內(nèi)，可與超聲波傳感器結(jié)合使用，用于障礙物的測量。熱釋電紅外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。該類型傳感器用于檢測人體或動物的活動情況。熱釋傳感器能精確地捕捉到外界環(huán)境的溫度變化，特別適合識別進入工作區(qū)域的人體及動物等的檢測。接觸傳感器屬于觸覺傳感器，一般成組使用，以陣列的形式設(shè)置于機器人周圍。接觸傳感器的缺點是信號滯后，很難實現(xiàn)實時避障。由于智能割草機器人工作在溫度變化較大的戶外環(huán)境，超聲波傳感器會受溫度變化而與實際數(shù)值有偏