浅议机器人自动割草机

王建 洪伟荣 杨远安

摘 要：以前的割草设备不具备智能化系统，因此需要大量的人力资源。机器人自动割草机则能够实现在特定的区域进行智能化作业的功能，这不仅能够提高割草的工作效率，还能够节省人力资源、减少环境污染等。于是文章简单阐述了机器人自动割草机。

关键词：机器人；自动；割草机

引言

随着科学技术的发展，人们对自动化的不断追求，科学技术开始被运用于越来越多的领域，尤其是自动化机器人技术被广泛的使用。在城市现代化建设过程中，人们对绿化的要求也不断提升，当前传统的草坪管理技术显然已经不能满足人们的需求，自动化机器人割草机自然成为了当前的研究课题。

1 机器人自动割草机的优势

机器人自动割草机可以实现智能工作，通过自身的感应器和处理器对不同的工作环境进行识别和处理，极大地减少了人力资源，从而实现了智能化控制。机器人自动割草机主要有以下的优势。

1.1 机器人自动割草机工作效率高

传统的割草机由于体积庞大、便携性差等原因，整体显得比较笨重，在使用过程中很不方便[1]。同时，由于使用的发动机主要是以内燃机为主要动力源的系统，在能源的利用率方面也不是很高，热能损失比较严重。机器人自动割草机在设计之初便考虑到这些因素，在动力系统方面我们使用安全无污染的蓄电池作为动力源，不仅降低了机器的工作噪声，还有效减少了对环境的污染。机器人自动割草机通过外部的感应器系统，自动记录运动轨迹，当蓄电池能源不足时，会自动寻找充电设备进行充电，这种自动充电机制不需要人工操作，因此具有较高的工作效率。

1.2 机器人自动割草机能够有效减少污染

传统的燃油机的燃料不完全燃烧所产生的尾气是环境污染的主要源头，这不仅会造成能源的浪费，还会对大气造成严重污染。当然也不能忽视传统内燃机产生的噪声污染，这种噪声污染也会对周边居民的身体产生不利的影响。机器人自动割草机采用清洁无污染的蓄电池作为割草机的能源，高效无污染，还能够有效地避免噪声污染。

1.3 机器人自动割草机安全性高

传统的割草机体积较大，发动机工作噪声大，必须通过人们的辅助操作才能够工作，这也就不可避免地人们要承受巨大的噪声污染和尾气排放污染，长此以往会对工人的身体构成严重健康威胁，加之传统内燃机的功率较高，一旦发生故障，也会对操作员的人身安全构成威胁。机器人自动割草机则避免了这些情况的发生，避免了人们对设备的直接接触[2]。

2 机器人自动割草机系统结构

2.1 传感系统

机器人割草系统通过超声波传感器、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，那么设备会发出紧急避让或停止工作的指令，防止意外的发生。当设备温度过高时，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。

2.2 转换器系统

这里主要是通过数模转换器将电信号和模拟信号进行相互转换，机器人处理器与各个感应器、子控制系统通过数模转换器进行数据的传输。数模转换器的原理就是先将传感器所传输的电信号转换为模拟信号，然后将模拟信号传输给中央处理器进行处理，中央处理器再将计算结果和指令回传给转换器系统，转化为电信号传输给控制系统进行执行。

2.3 总控制系统

总控制系统主要包括传感处理系统和驱动控制系统[3]。总控制这也是整个机器人割草机系统中的核心系统。

2.3.1 传感处理系统

在机器人自动割草机的实现中会设置比较多的传感器，究竟是用一个处理器还是多个处理器，其实经过分析可以发现，对每个传感器均设置一个处理器的做法是最快速的做法，这样既能减小总处理器的负荷，又能加快设备的执行速度和响应速度。为后续的远程控制传输预留了充足的资源空间。

2.3.2 驱动控制系统

驱动控制系统是用来接收处理器传达的控制指令的。处理器通过分析传感器传输的数据，然后给驱动系统下达驱动指令。在驱动控制模块中，应该具有无线传输模块以及烧写模块等一系列的扩展模块，方便日后对设备进行功能升级。在驱动方面，主要有步进电机和伺服电机两种。

2.4 远程信号传输系统

通过驱动系统中预留的无线收发模块，我们可以通过无线电实现对步进电机的远程驱动，一方面是在应急时可通过人工对其进行控制，另一方面也是为了手动清理工作“死角”问题。当远程控制信号连接到无线模块以后，无线模块就会向中央处理器发送一个手动控制指令，这时中央处理器不再向驱动系统发送指令，同时暂停各传感器的信号传输，所有子系统均受无线收发模块的指令控制。

2.5 目前存在的困难

2.5.1 传感器精确度问题

传感器作为一种高精密器件，很容易受到外部环境的干扰，环境中的某些不稳定因素可能会导致传感器精确度的改变。在机器人自动割草机工作时，环境的复杂性和可变性导致了各个感应器的不稳定性，感应器收集的信息难免会出现一些失误，从而影响到设备正确的判断。

2.5.2 准确判断边界的问题

虽然机器人自动割草机能够实现路径的自动判断和障碍物的智能躲避功能，但由于算法精确度的问题，障碍物一旦超过一定的百分比，那么中央处理器在执行障碍物躲避时候的误差就会加大，导致部分区域不能够完整的清理，这无疑会加大人工成本。设备循环的检测判定固然是个不错的办法，但这样也会降低设备的工作效率。

2.5.3 无线信号的安全性问题

在选择无线频段时，应该尽量避免公共的无线频段[4]。避免发生信号干扰和信号冲突，导致设备接收到不可预测性的“指令”。同时还应该做好无线配对验证机制，避免无线信号被恶意劫持。同时，还应该确保在一定范围内的信号强度，切实结合工作环境的要求，避免出现信号中断导致的问题。

3 结束语

机器人智能割草机有着良好的市场前景，它不但方便了人们的日常生活，还能够加快城市绿化的步伐，为减少城市污染作出贡献。在这一方面的研究中，我们应继续努力，深入研究存在的技术难点，确保其能够顺利安全地进行应用。

参考文献

[1]马道宽.基于ARM太阳能割草机器人控制系统的研究[D].南京理工大学，2009.

[2]张阳，张锋伟.机器人割草机的市场前景与技术难点分析[J].北京农业，2014，27：227-228.

[3]崔业兵.智能割草机器人工程化过程中的安全性问题的研究[D].南京理工大学，2008.