CN202077380U

CN202077380U - 一种gps导航割草机器人

Info

Publication number: CN202077380U
Application number: CN2011200919338U
Authority: CN
Inventors: 陈祥斌; 谈士力; 季后红; 汪文兵; 王吉香; 李阳
Original assignee: 上海大学
Priority date: 2011-04-01
Filing date: 2011-04-01
Publication date: 2011-12-21

Abstract

本实用新型涉及一种GPS导航割草机器人。它包括车体、控制系统、驱动系统、上位刀系统、下位刀系统、转向系统和检测系统，控制系统控制整个系统运行，包括行进、转向、GPS定位、越障等动作，通过驱动系统提供动力以及GPS坐标定位，使机器人沿着事先制定好的GPS坐标工作路线行进而且进行实时通讯，通过前方摄像头检测进行转向越障，通过测速传感器控制行进速度，到达草坪边际GPS坐标点后进行自动转向，继续下一路线的作业，最后自动回到起始坐标点，而且本GPS割草机器人可以通过无线遥控控制割草机器人的启停。本实用新型实现了草坪维护中的无人化智能管理，操作简单，使用方便，无污染、无噪音、碎草充分，大大减轻了工人的劳动强度，提高了工作效率，保护了环境。

Description

一种GPS导航割草机器人

技术领域

[0001] 本实用新型涉及一种GPS导航割草机器人，属于机器人应用技术领域。。背景技术

[0002] 随着经济的发展，城市建设的逐步加快，各种大型草坪也相继涌现，如一些大型公园草坪、足球场草坪以及高尔夫球场草坪等。如果用人工修剪，将耗费大量的人力物力，工人的工作量大，耗费时间，而且修剪不均勻，常常是割下来的草比较长，需要收集后移出草坪。在一些西方国家，已经出现了利用现代手段进行无人看管草坪维护的作业方式，而在国内的草坪机，一般都是采用自走手推式，由于是人工操作，人的劳动强度没有降低，而且效率比较低；再就是绝大多数草坪机是汽油机作为动力源，噪音大，污染环境。

[0003] 基于现代GPS卫星导航技术的不断发展，卫星导航已不在仅仅应用于军事领域，它正逐渐走进人们的日常生活。而且卫星导航技术日趋成熟，应用GPS定位的产品也得到了快速发展，其价格低廉，使用方便，应用广泛。

[0004] 随着机械、电子、传感器、通讯网络的不断发展，机器人的应用范围也越来越广，除应用于工业以外，它正朝着民用化、微小型化的方向发展，并将服务于人类活动的各个领域。

发明内容

[0005] 为了克服现有草坪机技术的不足，本实用新型目的在于提供一种GPS导航割草机器人，利用清洁能源作为动力，配备GPS导航技术，采用高效的碎草方式，这样既可以降低人的劳动强度，又提高了工作效率，还降低了噪音，保护了环境。

[0006] 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

[0007] 在一种GPS导航割草机器人机构，包括车体、控制系统、驱动系统、上位刀系统、下位刀系统、转向系统和检测系统，其特征是：机器人车体是GPS割草机器人的骨架，充电电池、控制系统位于其上部，上位刀系统、下位刀系统位于其下部，驱动系统位于其左侧与后部，转向系统位于其前端，检测系统位于其前端与右后端；充电电池是整个GPS割草机器人的动力源泉，为其他各个系统提供能源动力；控制系统是整个GPS割草机器人的神经中枢，控制着上位刀系统、下位刀系统、驱动系统、转向系统、检测系统的运行，同时利用先前测定的GPS坐标控制运行轨迹，还可以处理检测系统传输过来的信号，并予以回馈；驱动系统是整个车体前进的直接动力来源，驱动着前叉轮、后叉轮与后轮的转动，同时叉轮可以将草进行梳理，利于切割；上位刀系统，用于割除青草的半部分，以减小割下来的青草的长度；下位刀系统，为主力刀，用于切除上位刀割除后余下的下半部分青草；转向系统作用于前轮，控制车体的前进方向；检测系统，用于检测障碍物、检测后轮转速，以避开障碍物和提高后轮驱动电机的输出功率，保持正常运行。

[0008] GPS导航割草机器人的车体是由一个车盖和一个车盘接合构成，有一个充电电池连接在车盘的上部，位于车盘的后端。[0009] GPS导航割草机器人的控制系统是由一个控制系统箱内装有GPS定位器、控制器和扩展存储芯片，控制系统箱连接在车盘上，固定在车盘的后端。

[0010] GPS导航割草机器人的驱动系统是由一个驱动直流电动机经小型驱动同步齿形带轮、驱动同步齿形带、驱动传动轴和大后车轴同步齿形带轮驱动，后轮、前叉轮和后叉轮，驱动直流电机连接小型同步齿形带轮，小型驱动同步齿形带轮带动驱动同步齿形带，驱动同步齿形带带动驱动传动轴，再经过驱动传动轴通过皮带轮与同步齿形带的链接，通过驱动同步齿形带带动大后车轴同步齿形带轮，大后车轴同步齿形带轮驱动后轮转动，后轮再通过同步齿形带带动前叉轮与后叉轮转动。

[0011] GPS导航割草机器人的上位刀系统包括同步直流电动机、大型同步齿形带轮、上位刀同步齿形带、上位刀传动轴、45度锥齿轮、上位刀转动轴、链轮、上位刀固定刀盘、转动链刀，同步直流电动机连接大型同步齿形带轮，经过上位刀同步齿形带带动上位刀传动轴，上位刀传动轴的一端连接一个45度锥齿轮，带动位于链轮上端部的另一个45度锥齿轮，带动链轮转动，链轮下端部的上位刀固定刀盘再带动转动链刀。

[0012] GPS导航割草机器人的下位刀系统包括同步直流电动机、大型同步齿形带轮、同步齿形带、下位刀传动轴、45度锥齿轮、下位刀转动轴、下位刀固定刀盘、下位刀刀片，同步直流电动机连接上大型同步齿形带轮，经过同步齿形带带动下位刀传动轴，下位刀传动轴的一端连接一个45度锥齿轮，带动连接于下位刀转动轴上端的另一 45度锥齿轮，再带动下位刀固定刀盘，带动连接在下位刀固定刀盘上的下位刀刀片。

[0013] GPS导航割草机器人的转向系统包括转向直流电动机、转向齿轮、转向齿条导轨、横向导轨、纵向导轨、转向摇杆、转向架、转向节臂，转向直流电动机连接转向齿轮，转向齿轮带动转向齿条导轨，转向齿条导轨连接横向导轨横向移动，横向导轨连接下部的纵向导轨纵向移动，横向导轨与转向摇杆固定连接，转向摇杆通过转向架驱动转向节臂，转向节臂连接前轮使其转动。

[0014] GPS导航割草机器人的检测系统包括摄像头、测速传感器，摄像头固定在车盘的前端，透过透明玻璃板检测外部环境，控制方向与越障，测速传感器安装在车盘后端右侧，通过右侧后轮上的反光条反射回来的信号检测后轮的转速，控制车体的行进速度。

[0015] 在GPS导航割草机器人工作前，还需要人工通过测定整个草场的坐标，并把这些坐标输入到控制系统中的GPS定位器。

[0016] 本实用新型的有益效果是：转向系统采用横向导轨与纵向导轨相结合，可以使转向更加灵活；采用叉轮机构，前叉轮可以对青草进行梳理，使青草的切割更加均勻，后叉轮可以使割完的草楔及时排出、压下，避免青草在车体内部的阻塞；采用上、下位刀分开处理，可以对青草进行分段式切割，避免了一刀切的方式，使草楔长度更短，这样既可以直接将碎草楔散在草坪上，间接地可以加快微生物的分解速度；采用摄像头可以实时监测前方的障碍物，机器人可以进行自主避障，智能化比较高；采用测速传感器，可以监测车的行进速度，通过控制系统调节驱动电机的输出功率，保持车体更加平稳的运行；利用GPS导航，，可以使机器人自动的按照事先确定好的路线行进，省去大量的人力，提高了工作效率。

附图说明

[0017] 图1为本GPS导航割草机器人的系统总体结构图(带盖)。[0018] 图2为本GPS导航割草机器人的系统总体结构图(不带盖)。

[0019] 图3为本GPS导航割草机器人的系统详细结构图。

[0020] 图4为本GPS导航割草机器人的车体外部结构图。

[0021] 图5为本GPS导航割草机器人的车体上部结构图。

[0022] 图6为本GPS导航割草机器人的车体下部结构图。

[0023] 图7为本GPS导航割草机器人的下位刀系统剖视结构图。

[0024] 图8为图7的A— A剖视图。

[0025] 图9为本GPS导航割草机器人的上位刀系统剖视结构图。

[0026] 图10为图9的B— B剖视图。

[0027] 图11为本GPS导航割草机器人的转向系统剖视结构图。

[0028] 图12为图11的C一C剖视图。

[0029] 图13为本GPS导航割草机器人的驱动系统剖视结构图。

[0030] 图14为图13的D— D剖视图。

[0031] 图15为本GPS导航割草机器人的后车轮剖视图。

[0032] 图16为本GPS导航割草机器人的GPS坐标工作线路示意图。

具体实施方式

[0033] 本实用新型的优选实施例结合附图详述如下：

[0034] 实施例一：参见图1和图2，本GPS导航割草机器人包括车体I、控制系统II、无线遥控器III、驱动系统IV、上刀位系统V、下刀位系统VI、转向系统VII、检测系统VIII，其特征在于所述控制系统II、驱动系统IV连接与车体I上部，位于车体I后方；转向系统VII连接于车体I的上部，位于车体I的前端；上刀位系统V连接于车体I的下部，位于车体I的前端；下刀位系统VI连接于车体I的下部，位于车体I的后端；检测系统VIII连接于车体 (I)的前端与右后侧；无线遥控器III与控制系统II连接。

[0035] 实施例二：本实施例与实施例一基本相同，更详细结构说明如下：参见图2-10， GPS导航割草机器人由1、车盖2、车盘3、透明玻璃板4、转向节臂5、转向摇杆6、转向架 7、摄像头8、转向直流电动机9、转向齿条导轨10、横向导轨11、纵向导轨12、45度锥齿轮 13、大轴承支座14、上位传转动轴15、小型同步齿形带轮16、下位刀传动轴17、同步齿形带18、测速传感器19、后轮20、大型同步齿形带轮21、同步直流电机22、充电电池23、固定螺栓M、大后车轴同步齿形带轮25、下位刀转动轴沈、同步齿形带27、驱动直流电动机28、驱动同步齿形带四、控制系统箱30、驱动传动轴31、小轴承支32、上位刀转动轴33、上位刀齿形带轮34、小叉轮轴同步齿形带轮35、前轮36、前端车轴横梁37、前叉轮38、上位刀固定刀盘39、链轮40、转动链41、下位刀刀片42、后叉轮43、下位刀固定架44、下位刀固定刀盘 45、上位刀固定架46、反光条等组成。

[0036] 上述车体I由一个车盖1和一个车盘2接合构成，有一个充电电池22连接在车盘 2的上部，位于车盘2的后端。

[0037] 所述控制系统II是一个控制系统箱四内安装有GPS定位器51、控制器50、扩展存储芯片52，所述控制器50与GPS定位器51和扩展存储芯片52相连接，控制系统箱四连接在所述车盘2上，固定在车盘2的后端；[0038] 所述驱动系统IV是由一个驱动直流电动机27经小型驱动同步齿形带轮15、驱动同步齿形带26、驱动传动轴30和大后车轴同步齿形带轮M后，驱动后轮19以及前叉轮37 和后叉轮42 ；驱动直流电机27、小型驱动同步齿形带轮15、驱动同步齿形带沈、驱动传动轴 30连接在车盘上，位于车体中部；大后车轴同步齿形带轮M、后轮19位于车体的外部左侧；前叉轮37位于车盘的下部前端；后叉轮42位于车盘2的下部，车体的后端；

[0039] 所述上位刀系统V是由一个同步直流电动机21经大型同步齿形带轮20、上位刀同步齿形带17、上位刀传动轴14、45度锥齿轮12、上位刀转动轴32、链轮39和上位刀固定刀盘38驱动转动链刀40，所述同步直流电动机21、大型同步齿形带轮20、上位刀同步齿形带17、上位刀传动轴14、45度锥齿轮12位于车体I上部，车盘2的中部，所述上位刀转动轴 32、链轮39、上位刀固定刀盘38、转动链刀40位于车盘2的下部，车体I的前部。

[0040] 所述下位刀系统VI是所述同步直流电动机21经所述大型同步齿形带轮20、所述同步齿形带17、下位刀传动轴16、所述45度锥齿轮12、下位刀转动轴25和下位刀固定刀盘44驱动下位刀刀片41，所述同步直流电动机21、大型同步齿形带轮20、同步齿形带17、下位刀传动轴16、45度锥齿轮12位于车盘2上，在车体I的中部，所述下位刀转动轴25、下位刀固定刀盘44、下位刀刀片41位于车盘2下，位于车体I的后部。

[0041] 转向系统VII是一个转向直流电动机8经转向齿轮、转向齿条导轨9、横向导轨 10、纵向导轨11、转向摇杆5、转向架6和转向节臂4驱动前轮35，其都位于车盘2上，车体的前部。

[0042] 所述检测系统VIII包括一个摄像头7和一个测速传感器18，所述摄像头7固定在车盘2的前端，透过透明玻璃板3检测外部环境；测速传感器18安装在车盘2后端右侧，通过右侧后轮19上的反光条46反射回来的信号检测后轮19的转速。

[0043] 上述无线遥控器III通过无线传输与所述控制器50连接，所述GPS定位器51通过电路与扩展存储芯片52和控制器50连接，控制器50与各直流电机（8、21、27)、摄像头7 和测速传感器18连接。

[0044] GPS导航割草机器人的工作方式与导航路线：参见图16，在使用此GPS割草机器人前，需事先获得整个草坪的GPS坐标，并将起始坐标点定为第1个坐标点，然后输入到控制系统的扩展存储芯片中。然后，人工利用无线遥控器接通电源，然后通过控制器与GPS定位器实时通讯，通过驱动系统、转向系统、检测系统使机器人自动走到第2个坐标位置(如图 16中的坐标路线)。启动驱动系统：通过控制器，接通充电电池22与驱动直流电动机27，驱动直流电动机27通过驱动同步齿形带轮与驱动同步齿形带观，经过驱动传动轴30使后轮 19与前叉轮37、后叉轮42转动；驱动传动轴30通过同步齿形带观与大后车轴同步齿形带轮M连接，使后轮19平稳地行进；大后车轴同步齿形带轮M与小叉轮轴同步齿形带轮34 连接，使前、后叉轮勻速转动。启动转向系统：利用存储的GPS坐标数据保持实时通信，通过控制器接通充电电池22与转向直流电动机8，转向直流电动机8安装在纵向导轨上11，转向直流电动机8转过一定的角度，通过转向齿轮齿条导轨9，使横向导轨10做左右运动带动转向摇杆5，经过转向架6，连接转向节臂4，驱动前轮35转动，由于转向节臂4是在做圆周运动，所以纵向导轨11也会跟着前后移动，因此转向摇杆5是在做横向与纵向相结合的复合运动，这样避免了转向摇杆被“卡死”的问题；由于系统是实时通讯，GPS定位器不断与扩展存储芯片内的坐标信息进行比对，不断调整转向直流电动机8的转角，然后使前轮35不断调整角度，最后到达第2个坐标点。启动检测系统：当在行进时，摄像头7、测速传感器18保持实时监测。遇到障碍物时，摄像头7采集到障碍物图像，然后输入到控制器，通过分析判定为障碍物，再通过控制器使转向直流电动机8转过一定角度，避开障碍物；当检测不到障碍物后，根据GPS定位器，寻找坐标线路，回到正确路线。在没有前方没有检测到障碍物，而车体运行过慢或者过快时，通过车体后端的测速传感器18，测得贴在后轮19内圈上的反光条46的脉冲个数，然后与扩展存储芯片内的设定数据进行比对，来判断车体的速度，然后通过控制器调节驱动直流电动机27的输出功率，控制车体的运行。经过检测系统的实时监测，最后保证到达第2个坐标点。

[0045] 当到达第2个坐标后，系统自动启动上位刀系统、下位刀系统，进行作业。启动上位刀系统：GPS定位器将第2坐标点的信息发送给控制器，然后控制器立即启动同步直流电动机21，通过大型同步齿形带20及上位刀同步齿形带轮33，经过上位刀传动轴32，然后再通过45度锥齿轮12的垂直运动的传递，带动链轮39，链轮39再带动转动链刀40，与上位刀固定刀盘38相对转动，进行作业。启动下位刀系统：GPS定位器将第2坐标点的信息发送给控制器，然后控制器立即启动同步直流电动机21，通过大型同步齿形带轮20及同步齿形带沈，经过下位刀传动轴16，然后通过45度锥齿轮12的垂直运动的传递，带动下位刀转动轴25、下位刀固定刀盘44，使下位刀刀片41转动，进行作业。

[0046] 不断沿着预定坐标路线行进寻找第3个坐标点，通过GPS定位器实时通讯、摄像头 7对障碍物的检测、测速传感器18对后轮19车速的检测，到达第3个坐标点，经过转向直流电动机8，掉头，进行下一路线的作业，最终到达第4坐标点…最后到达最后一点的坐标。

[0047] 到达最后一点坐标后，然后停止上位刀、下位刀，停止作业。然后割草机器人再沿着预定坐标自动返回第1个坐标点，随后关闭所有电源，停止工作。

Claims

1. 一种GPS导航割草机器人包括车体（I)、控制系统（II)、无线遥控器（III)、驱动系统（IV)、上刀位系统（V)、下刀位系统（VI)、转向系统（VII)、检测系统（VIII)，其特征在于所述控制系统（II)、驱动系统（IV)连接于车体（I)上部，位于车体（I)后方；转向系统 (VII)连接于车体（I)的上部，位于车体（I)的前端；上刀位系统（V)连接于车体（I)的下部，位于车体（I)的前端；下刀位系统（VI)连接于车体（I)的下部，位于车体（I)的后端；检测系统（VIII)连接于车体（I)的前端与右后侧；无线遥控器（III)与控制系统（II)连接。

2.根据权利要求1所述的GPS导航割草机器人，其特征在于所述车体由一个车盖（1) 和车盘（2)接合构成，有一个充电电池（22)连接在车盘（2)的上部，位于车盘（2)的后端；所述控制系统（II)是一个控制系统箱（29)内安装有GPS定位器（51)、控制器（50)、扩展存储芯片（52)，所述控制器（50)与GPS定位器（51)和扩展存储芯片（52)相连接，控制系统箱（29)连接在所述车盘（2)上，固定在车盘（2)的后端；所述驱动系统（IV)是由一个驱动直流电动机（27)经小型驱动同步齿形带轮（15)、驱动同步齿形带（26)、驱动传动轴（30)和大后车轴同步齿形带轮（24)后，驱动后轮（19)以及前叉轮（37)和后叉轮（42);驱动直流电机（27)、小型驱动同步齿形带轮（15)、驱动同步齿形带（26)、驱动传动轴（30)连接在车盘上，位于车体中部；大后车轴同步齿形带轮（24)、后轮（19)位于车体的外部左侧；前叉轮（37)位于车盘的下部前端；后叉轮（42)位于车盘 (2)的下部，车体的后端；所述上位刀系统（V)是由一个同步直流电动机（21)经大型同步齿形带轮（20)、上位刀同步齿形带（17)、上位刀传动轴（14)、45度锥齿轮（12)、上位刀转动轴（32)、链轮（39) 和上位刀固定刀盘（38)驱动转动链刀（40)，所述同步直流电动机（21)、大型同步齿形带轮 (20)、上位刀同步齿形带（17)、上位刀传动轴（14)、45度锥齿轮（12)位于车体（I)上部，车盘（2 )的中部，所述上位刀转动轴（32 )、链轮（39 )、上位刀固定刀盘（38 )、转动链刀（40 )位于车盘（2)的下部，车体（I)的前部；所述下位刀系统（VI)是所述同步直流电动机（21)经所述大型同步齿形带轮（20)、所述同步齿形带（17)、下位刀传动轴（16)、所述45度锥齿轮（12)、下位刀转动轴（25)和下位刀固定刀盘（44)驱动下位刀刀片（41)，所述同步直流电动机（21)、大型同步齿形带轮 (20)、同步齿形带（17)、下位刀传动轴（16)、45度锥齿轮（12)位于车盘（2)上，在车体（I) 的中部，所述下位刀转动轴（25)、下位刀固定刀盘（44)、下位刀刀片（41)位于车盘（2)下，位于车体（I)的后部；转向系统（VII)是一个转向直流电动机（8)经转向齿轮、转向齿条导轨（9)、横向导轨 (10)、纵向导轨（11)、转向摇杆（5)、转向架（6)和转向节臂（4)驱动前轮（35)，其都位于车盘（2)上，车体的前部；所述检测系统（VIII)包括一个摄像头（7)和一个测速传感器（18)，所述摄像头（7)固定在车盘（2)的前端，透过透明玻璃板（3)检测外部环境；测速传感器（18)安装在车盘（2) 后端右侧，通过右侧后轮（19)上的反光条06)反射回来的信号检测后轮（19)的转速。

3.根据权利2所述的GPS导航割草机器人，其特征还在于：所述无线遥控器（III)通过无线传输与所述控制器（50)连接，所述GPS定位器（51)通过电路与扩展存储芯片（52)和控制器（50)连接，控制器（50)与各直流电机（8、21、27)、摄像头（7)和测速传感器（18)连接。