CN103749425A

CN103749425A - 一种太阳能智能水面割草机器人

Info

Publication number: CN103749425A
Application number: CN201410000073.0A
Authority: CN
Inventors: 谢少荣; 吴鹏; 罗均; 李庆梅; 陈继清
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2014-01-02
Filing date: 2014-01-02
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2034-01-02
Also published as: CN103749425B

Abstract

本发明涉及一种太阳能智能水面割草机器人，一种太阳能智能水面割草机器人，包括船体，控制模块、太阳能发电机构、传感器系统、驱动机构和割草机构；所述太阳能发电机构、传感器系统、驱动机构和割草机构分别安装在船体上，所述控制模块安装在船体内部，由传感器模块、驱动模块、割草机构控制模块组成；所述传感器模块连接传感器系统，所述驱动模块连接驱动机构，所述割草机构控制模块与割草机构连接；所述传感器模块分别与驱动模块和割草机构控制模块连接。本发明利用清洁能源提供动力，代替人工清除打捞作业，提高水体除草作业的工作效率，降低作业成本，保护环境，提高劳动生产率。

Description

一种太阳能智能水面割草机器人

技术领域

本发明涉及一种割草机器人，尤其是应用在水面割草的太阳能智能水面割草机器人。

背景技术

割草机器人最早诞生于上世纪五六十年代，受时代的影响，大量的军工技术开始转向民用领域，极大程度地带动了家庭生活的自动化。1997年的OPEX年会上，第一次提出了智能割草机器人的概念，希望在不久的将来用自动运行的智能割草机器人取代传统的割草机。智能割草机器人的研究建立在智能控制领域逐渐发展的基础上，微处理器的研制成功又使得利用小体积、低功耗控制器进行运动控制成为可能，在近二十年里，不同种类的智能割草机器人相继问世，它们大多性能相近，能自主执行割草任务，同时具有定时启动、自动充电等其他辅助功能。太阳能光伏发电作为绿色清洁能源，也已经在割草机器人上得到应用，目前的智能割草机器人主要还是针对陆地草坪、绿地的割草作业，而对于水面割草作业的智能割草机器人极少涉及。

近年来，节能和环保作为当今世界的两大主题，已越来越受到人们的高度重视，环境污染问题日趋严重，江河、池塘、灌排渠道内水体富营养化，各种水草迅猛生长，造成水质日趋恶化，污染严重，给人们的生产生活带来了巨大的经济损失。针对这一问题，传统的方法是采用人工清除、打捞，但采用人工清除、打捞作业时间长、成本巨大，而且效率很低，再加上施工污染区环境十分恶劣，工作人员难以适应。

当今的水体污染严重，人工除草的效率低下等问题已亟需一种环保的代替人工水面割草作业的智能割草机器人，满足人们对环境保护，降低成本，提高水体除草工作效率的需求。

发明内容

本发明的目的主要是针对人工除草技术的不足，提供一种一种太阳能智能水面割草机器人，代替人工清除打捞作业，提高水体除草作业的工作效率，降低作业成本，保护环境，提高劳动生产率。

本发明的构思是：以船体作为工作平台，以太阳能发电机构为动力源，驱动两个电机带动船体两侧的行走叶轮转动，驱动船体在水面航行，并由转向装置调整其运行方向，通过在船头安装割草电机，驱动割草刀片自动执行割草任务。在控制部分中，利用传感器系统进行自主路径规划，同时将外部信息反馈给割草机构控制部分、驱动控制部分，控制在割草刀片旋转、行走叶轮同步运转以及运行方向的调整，最终代替人工作业方式，实现自动水面割草作业。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种太阳能智能水面割草机器人，包括船体，控制模块、太阳能发电机构、传感器系统、驱动机构和割草机构；所述太阳能发电机构、传感器系统、驱动机构和割草机构分别安装在船体上，所述控制模块安装在船体内部，由传感器模块、驱动模块、割草机构控制模块组成；所述传感器模块连接传感器系统，所述驱动模块连接驱动机构，所述割草机构控制模块与割草机构连接；所述传感器模块分别与驱动模块和割草机构控制模块连接。

所述太阳能发电机构由蓄电池，太阳能电池板、第一太阳能电池板阵列、第二太阳能电池板阵列组成；所述蓄电池固定在船体后部的甲板上，所述太阳能电池板固定在船体中部的甲板上，所述第一太阳能电池板阵列和第二太阳能电池板阵列固定在太阳能电池板上，并经导线连接蓄电池。

所述传感器系统由第一超声波传感器、第二超声波传感器、第三超声波传感器、第四超声波传感器、第五超声波传感器、第六超声波传感器、第七超声波传感器、第八超声波传感器，第一碰撞传感器、第二碰撞传感器、第三碰撞传感器，第一红外传感器、第二红外传感器、第三红外传感器组成；所述船体船头安装所述第一超声波传感器、第二超声波传感器、第一碰撞传感器、第一红外传感器，所述船体船头一侧安装所述安装第三超声波传感器、第四超声波传感器、第七超声波传感器、第二碰撞传感器、第二红外传感器；所述船体船头另一侧安装所述第五超声波传感器、第六超声波传感器、第八超声波传感器、第三碰撞传感器、第三红外传感器；各个传感器接受外界信号反馈至所述控制模块中的传感器模块。

所述驱动机构由第一电机、第二电机、第一行走叶轮、第二行走叶轮、第一旋转编码器、第二旋转编码器及转向器组成；所述第一电机、第二电机分别安装于船体两侧，所述第一电机的输出轴连接并驱动第一行走叶轮，所述第二电机的输出轴连接并驱动第二行走叶轮，所述第一旋转编码器安装在第一行走叶轮内侧，所述第二旋转编码器安装在第二行走叶轮内侧，两个旋转编码器将两个行走叶轮的的速差比反馈至所述控制模块中的驱动模块，控制所述所述第一电机、第二电机同步运转；所述转向器固定于船体尾端，受所述传感器模块、驱动模块共同作用，调整所述船体运动方向。

所述割草机构由第三旋转编码器、割草电机、缸套、电机支撑板、刀盘及第一割草刀片、第二割草刀片组成；所述割草电机与缸套过盈配合，缸套上端与甲板固定，下端与电机支撑板固定，安装在船体内部，割草电机输出轴与刀盘过盈连接，刀盘上固定第一割草刀片和第二割草刀片，所述割草电机顶端设置有第三旋转编码器，由所述割草机构控制模块接收传感器模块的反馈信号，由第三旋转编码器控制所述割草电机的运转。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

本发明割草机器人充分利用太阳能作为清洁能源使用，保护环境；具有的自主水面除草功能，可代替人工操作，降低劳动力成本，提高了水面除草的工作效率。

附图说明

图1为太阳能水面割草机器人主视图。

图2为太阳能水面割草机器人俯视图。

图3为太阳能水面割草机器人右视图。

图4为太阳能水面割草机器人控制系统结构图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例作进一步的说明。

如图1至图4所示，一种太阳能智能水面割草机器人，包括船体2，还包括控制模块13、太阳能发电机构36、传感器系统37、驱动机构38和割草机构39；所述太阳能发电机构36、传感器系统37、驱动机构38和割草机构39分别安装在船体2上，所述控制模块13安装在船体2内部，由传感器模块40、驱动模块41、割草机构控制模块42组成；所述传感器模块40连接传感器系统37，所述驱动模块41连接驱动机构38，所述割草机构控制模块42与割草机构39连接；所述传感器模块40分别与驱动模块41和割草机构控制模块42连接。

所述太阳能发电机构36由蓄电池1，太阳能电池板12、第一太阳能电池板阵列31、第二太阳能电池板阵列32组成；所述蓄电池1固定在船体2后部的甲板4上，所述太阳能电池板12固定在船体2中部的甲板4上，所述第一太阳能电池板阵列31和第二太阳能电池板阵列32固定在太阳能电池板12上，并经导线连接蓄电池1。

所述传感器系统37由第一超声波传感器20、第二超声波传感器23、第三超声波传感器17、第四超声波传感器19、第五超声波传感器24、第六超声波传感器25、第七超声波传感器14、第八超声波传感器28，第一碰撞传感器22、第二碰撞传感器15、第三碰撞传感器26，第一红外传感器21、第二红外传感器16、第三红外传感器27组成；所述船体2船头安装所述第一超声波传感器20、第二超声波传感器23、第一碰撞传感器22、第一红外传感器21，所述船体2船头一侧安装所述安装第三超声波传感器17、第四超声波传感器19、第七超声波传感器14、第二碰撞传感器15、第二红外传感器16；所述船体2船头另一侧安装所述第五超声波传感器24、第六超声波传感器25、第八超声波传感器28、第三碰撞传感器26、第三红外传感器27；各个传感器接受外界信号反馈至所述控制模块13中的传感器模块40。

所述驱动机构38由第一电机30、第二电机33、第一行走叶轮34、第二行走叶轮35、第一旋转编码器11、第二旋转编码器29及转向器10组成；所述第一电机30、第二电机33分别安装于船体2两侧，所述第一电机30的输出轴连接并驱动第一行走叶轮34，所述第二电机33的输出轴连接并驱动第二行走叶轮35，所述第一旋转编码器11安装在第一行走叶轮34内侧，所述第二旋转编码器29安装在第二行走叶轮35内侧，两个旋转编码器将两个行走叶轮的的速差比反馈至所述控制模块13中的驱动模块41，控制所述所述第一电机30、第二电机33同步运转；所述转向器10固定于船体2尾端，受所述传感器模块40、驱动模块41共同作用，调整所述船体2运动方向。

所述割草机构39由第三旋转编码器18、割草电机3、缸套5、电机支撑板6、刀盘8及第一割草刀片7、第二割草刀片9组成；所述割草电机3与缸套5过盈配合，缸套5上端与甲板4固定，下端与电机支撑板6固定，安装在船体2内部，割草电机3输出轴与刀盘8过盈连接，刀盘8上固定第一割草刀片7和第二割草刀片9，所述割草电机3顶端设置有第三旋转编码器18，由所述割草机构控制模块42接收传感器模块40的反馈信号，由第三旋转编码器18控制所述割草电机3的运转。

Claims

1.一种太阳能智能水面割草机器人，包括船体（2），其特征在于，还包括控制模块（13）、太阳能发电机构（36）、传感器系统（37）、驱动机构（38）和割草机构（39）；所述太阳能发电机构（36）、传感器系统（37）、驱动机构（38）和割草机构（39）分别安装在船体（2）上，所述控制模块（13）安装在船体（2）内部，由传感器模块（40）、驱动模块（41）、割草机构控制模块（42）组成；所述传感器模块（40）连接传感器系统（37），所述驱动模块（41）连接驱动机构（38），所述割草机构控制模块（42）与割草机构（39）连接；所述传感器模块（40）分别与驱动模块（41）和割草机构控制模块（42）连接。

2.根据权利要求1所述的太阳能智能水面割草机器人，其特征在于，所述太阳能发电机构（36）由蓄电池（1），太阳能电池板（12）、第一太阳能电池板阵列（31）、第二太阳能电池板阵列（32）组成；所述蓄电池（1）固定在船体（2）后部的甲板（4）上，所述太阳能电池板（12）固定在船体（2）中部的甲板（4）上，所述第一太阳能电池板阵列（31）和第二太阳能电池板阵列（32）固定在太阳能电池板（12）上，并经导线连接蓄电池（1）。

3.根据权利要求1所述的太阳能智能水面割草机器人，其特征在于，所述传感器系统（37）由第一超声波传感器（20）、第二超声波传感器（23）、第三超声波传感器（17）、第四超声波传感器（19）、第五超声波传感器（24）、第六超声波传感器（25）、第七超声波传感器（14）、第八超声波传感器（28），第一碰撞传感器（22）、第二碰撞传感器（15）、第三碰撞传感器（26），第一红外传感器（21）、第二红外传感器（16）、第三红外传感器（27）组成；所述船体（2）船头安装所述第一超声波传感器（20）、第二超声波传感器（23）、第一碰撞传感器（22）、第一红外传感器（21），所述船体（2）船头一侧安装所述安装第三超声波传感器（17）、第四超声波传感器（19）、第七超声波传感器（14）、第二碰撞传感器（15）、第二红外传感器（16）；所述船体（2）船头另一侧安装所述第五超声波传感器（24）、第六超声波传感器（25）、第八超声波传感器（28）、第三碰撞传感器（26）、第三红外传感器（27）；各个传感器接受外界信号反馈至所述控制模块（13）中的传感器模块（40）。

4.根据权利要求1所述的太阳能智能水面割草机器人，其特征在于，所述驱动机构（38）由第一电机（30）、第二电机（33）、第一行走叶轮（34）、第二行走叶轮（35）、第一旋转编码器（11）、第二旋转编码器（29）及转向器（10）组成；所述第一电机（30）、第二电机（33）分别安装于船体（2）两侧，所述第一电机（30）的输出轴连接并驱动第一行走叶轮（34），所述第二电机（33）的输出轴连接并驱动第二行走叶轮（35），所述第一旋转编码器（11）安装在第一行走叶轮（34）内侧，所述第二旋转编码器（29）安装在第二行走叶轮（35）内侧，两个旋转编码器将两个行走叶轮的的速差比反馈至所述控制模块（13）中的驱动模块（41），控制所述所述第一电机（30）、第二电机（33）同步运转；所述转向器（10）固定于船体（2）尾端，受所述传感器模块（40）、驱动模块（41）共同作用，调整所述船体（2）运动方向。

5.根据权利要求1所述的太阳能智能水面割草机器人，其特征在于，所述割草机构（39）由第三旋转编码器（18）、割草电机（3）、缸套（5）、电机支撑板（6）、刀盘（8）及第一割草刀片（7）、第二割草刀片（9）组成；所述割草电机（3）与缸套（5）过盈配合，缸套（5）上端与甲板（4）固定，下端与电机支撑板（6）固定，安装在船体（2）内部，割草电机（3）输出轴与刀盘（8）过盈连接，刀盘（8）上固定第一割草刀片（7）和第二割草刀片（9），所述割草电机（3）顶端设置有第三旋转编码器（18），由所述割草机构控制模块（42）接收传感器模块（40）的反馈信号，由第三旋转编码器（18）控制所述割草电机（3）的运转。