浅析有关智能割草机的主要技术

洪伟荣 杨远安 王建

摘 要：智能化技术是我们今后技术发展的一个重要的方向。智能化割草机不仅能够节省巨大的人力和物力，还能够实现较高的工作效率。它不但能够方便人们的日常生活，还能够加快城市绿化的步伐，为城市的绿色可持续发展做出贡献。于是文章简单分析了智能割草机。

关键词：智能割草机；技术；特点

1 智能割草机概述

智能割草机主要用于帮助人们完成割草工作，由于它的高效、安全、便捷等优点广泛地被人们使用。智能割草机避免浪费过多的人力资源，节省人力物力的同时，还具有高效率、高安全性等优点。

在早期，已经出现过一些半智能割草机，虽然能够实现割草功能，但大多不能实现路径识别和路线设定等功能[1]。

2 智能割草机主要特点

2.1 智能割草机使用简单

所谓智能化，就是尽量避免过多的人工干预。智能割草机操作简单，支持自主识别工作范围边界和人工输入边界两种方式。在简单的工作环境中，智能割草机可以实现自主判断工作路径和工作范围，最大化地减少人工操作。在较为复杂的草地，可以通过人工输入轨迹的方式加快割草机识别边界的速度。实现无重复、无遗漏全方面的作业。

2.2 智能割草机高效快捷

传统的割草机基本上都是一机一人的作业模式，这种作业模式工作效率低，还造成了人力资源的浪费。加之传统割草机的体积庞大、便携性差，在使用过程中的运输环节也会耗费很多时间。以内燃机发动机为动力源的传统割草机热能损耗大，能源的利用率不是很理想。智能割草机使用节能环保的蓄电池作为动力源，避免了热损耗问题，提高了资源利用率，同时，智能割草机能够实现自动化的操作，自动循迹操作以及自动锁定工作边界等问题，大大降低了人力操作成本。机器操作很少出现“技术性失误”，工作效率要比人工高很多。

2.3 智能割草机使用方便

智能割草机小巧灵活，蓄电池加步进电机的模式有效避免了内燃机发动机的笨重缺点[2]。因此，智能割草机的长宽高都控制在50cm左右，简单方便，通过一定的艺术设计可以将智能割草机摇身变为一款电子艺术品，功能性和艺术性都得到彰显。

2.4 智能割草机污染小

传统的燃油机，由于不完全燃烧所产生的尾气是现在污染物的主要成因，不但对我们的生活环境造成了极大危害，而且还会造成资源的严重浪费。其次是传统燃油机的工作方式会产生很大噪声，不仅对工作人员的身心健康造成伤害，还对周围的居民生活造成影响。智能割草机采用安全无污染的蓄电池作为动力源，配上步进电机和伺服电机，避免了工作时的噪声污染和环境污染。

2.5 智能割草机安全性高

传统以内燃机作为动力的割草机体积较大，并且需要专人专设备一对一操作，工人不可避免地要承受内燃机所带来的尾气污染和噪声污染，长此以往，势必会对工作人员的健康造成不利影响。另外，内燃机在工作时，会一直保持高温高负荷运转的状态，在未保养的情况下，极易发生事故，导致工作人员身体受到伤害。智能割草机通过智能化操作，大大减少了人在其中的工作，同时，智能割草机所使用的蓄电池和步进电机的工作方式也保证了设备的安全性及可靠性。

3 智能割草机主要技术

3.1 传感技术

智能割草机在工作过程中，通过温度传感器、距离传感器、超声波传感器等各种感应器将收集的外部环境信息实时传输给中央处理器。这些信息包括外部温度、地面状况、周围障碍物距离信息等，这就需要不同的传感器协同配合。智能割草机通过超声波传感器、红外传感器、接触传感器等一系列传感器将外部环境转化为输入信号传输给机器人割草机的处理器，处理器通过分析这些数据，然后指令信息传输给机器人割草机各个控制系统，完成智能割草任务。超声波传感器主要是用于障碍物距离的测量，通过将数据实时传输给中央处理器，中央处理器通过一系列的计算，给出最合理的解决方案。红外感应器主要是针对人体和机器本身的，一旦有人进入设备的工作范围，那么设备会做出紧急避让或者停止工作的指令，以防止意外的发生。当设备的温度过高时，通过红外感应器检测到的温度超过了限额，那么设备也会自动报警。

这些传感器共同构成了传感器系统[3]。传感器系统通过将各个传感器所捕获的信息进行封装，然后发送给智能割草机的中央处理器，也就是总处理器，然后总处理器再分析这些数据，对各个驱动设备下达相应的指令。

3.2 智能路径识别技术

智能路径识别技术是一种新型的区域覆盖的路径规划技术[4]。这种路径规划有其自身的特殊性。首先就是要实现工作范围的感知，既然是智能化控制，那就要求尽量避免过多的人工干预，实现智能割草机的自主识别。其次就是要求处理器通过感应器所传输的信息，自动规划出一条合理的无障碍路径。这里的技术难点在于障碍物躲避角度的选择上，角度过大会产生清理“死角”，角度过小，割草机有可能碰上障碍物。因此，智能割草机在工作前会对整个工作区域进行整体规划，然后将路径记录在中央处理器中，通过此规划，再逐步细致地深入分析工作环境。

3.3 工作边界的自我识别技术

边界的自我识别技术主要存在两个技术难点，一是如何让智能割草机自动识别工作边界，另一个是智能割草机如何对已经存在的工作边界如何进行识别。工作边界的识别大致可划分为室内边界的识别以及室外边界的识别。室内边界识别相对来说较容易，主要是通过墙体循迹技术逐步构造出以墙体为边界的工作边界。然而室外工作区域的面积较大较空旷，并且工作区内多障碍物，这无疑会对工作边界的识别工作造成很大影响。现在所使用的技术主要是GPS定位技术和特殊边界物识别技术两大类。GPS定位技术需要工作人员手动对智能割草机进行定位操作，然后通过卫星地图和按照相应的比例绘出工作区域的边界，然后智能割草机会在指定工作区内进行自动操作。特殊边界识别物是通过在各个边界放置特殊的物体，然后通过割草机外围的传感器系统进行识别，分析出该障碍物就是设定的边界，从而确定出工作区域。

3.4 智能躲避技术

智能躲避技术主要是通过机器人割草机的超声波感应器实时传输障碍物距离信息，中央处理器通过对不同路径信息的对比，选择出最合理的路径方案。当传感器返回障碍物信息时，中央处理器会对信息进行预测，当障碍物体积较大时，则会选择圈外绕行路径，当障碍物体积较小时，则会选择圈内绕行的策略。当前人们也在研究视觉传感技术，通过摄像头将障碍物虚拟为模拟信号发送给中央处理器，然后经由中央处理器的判断，进而选择最优的工作路径。

4 结束语

在蓄电池续航方面的研究仍需进一步加强，在实际测试过程中，应该考虑到更大范围的工作面积情况，这个时候会对智能割草机的电池续航能力提出更高的要求。一方面是要对电池的革新，积极探索和开发新型电池能源技术，另一方面，还要积极地思考技术创新，例如在智能割草机顶部加装太阳能电池板，这样，设备的续航能力会有显著的提升。

参考文献

[1]金立刚.自动割草机器人的研制[D].大连：大连理工大学，2006.

[2]黄杰，苏谢祖.自动割草机器人的设计[J].电子技术应用，2010（8）：27-28.

[3]樊明轩.全区域覆盖移动机器人避障策略与多传感器系统的设计研究[D].南京：南京理工大学，2002：29-30.