CN202958189U - 智能割草机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能割草机器人，能主动执行草坪修剪任务，适用于于家庭、公共服务空间等场所进行绿地护理的服务。其车体从前到后由割草斗箱体和储草箱体固定连接构成，割草刀片安装在割草斗箱体的最前端，输送系统将被割草刀片割断的草从割草斗箱体中定向输送至储草箱体中实现集草作业，控制系统包括主控制器、传感器数据处理器、电机驱动控制模块和人机交互模块，传感器数据处理器分别处理来自陀螺仪、加速度传感器及环境图像采集系统的信息，环境图像采集系统包括四个CCD摄像头。本实用新型智能割草机器人能实现自动导航、臂障、检测、割草和集草等功能，从而避免割完的草凌乱散落在草坪上，减轻工人劳动强度，提高割草作业工作效率。

Description

智能割草机器人

技术领域

本实用新型涉及一种移动机器人，特别是一种割草机器人，能主动执行草坪修剪任务，适用于于家庭、公共服务空间等场所进行绿地护理的服务。

背景技术

随着经济的增长，城市建设的加快，随之也带动了绿色产业的繁荣。在城市中，草坪具有吸尘、降噪、保湿和保持水土的诸多优点，在各种绿化工程中得到了广泛应用。目前，草坪业已成为一种新兴的产业。

在草坪维护作业当中，草坪修剪的工作最为繁重，该工作不仅劳动强度大，而且有很高的重复性。目前，大多数草坪修剪都是采用内燃机割草机作业的，内燃机带来的噪音及空气污染，这将严重影响作业人员的健康及周边的环境。

随着半导体技术、信息技术及机械电子技术的发展，这将使机器人技术逐渐走入人们的日常生活。目前，工程人员也将这些技术应用到草坪修剪的设备上，开发出了自动化的割草机器人，在一定程度上降低了工人的劳动强度，提高了割草效率。但由于这项技术还处在初级阶段，尚未成熟。目前，割草机器人的自主控制难点是运动路径控制，其运动路径一般根据现场草坪的规格和形状而定，通常采用螺旋运动路径、无规则的运动路径来控制。但是这些控制方法在实际操作当中，经常得不到理想的修剪结果，例如出现漏检等现象。

公开号为CN100515695C的发明专利公开了一种智能割草机器人，其包括车体、行走轮，车体下方设置割草电机、 割草刀片，行走轮的转轴上分别连接减速器，行走驱动电机输出轴通过编码器与减速 器连接，两个减速器之间输出轴上设置组合导航系统，车体上设置控制系统，包括主 控模块、驱动控制模块、传感器信息处理模块，主控模块与驱动控制模块连接，驱动控制模块与行走驱动电机驱动输入端连接，编码器信号输出端与驱动控制模块相连，车体前方边缘设置超声波传感器，车体前端设置万向轮，车体上还设置蓄电池。其与现有的割草机类似，大多没有集草的功能，这将导致草坪在割完草后出现凌乱的现象，集草的工作势必加强工人的劳动强度。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，并提供一种智能割草机器人，引入机器视觉和惯性导航技术的结构稳定、可靠性强的智能割草机器人。能够实现自动导航、臂障、检测、割草和集草等功能的集成，从而避免割完的草凌乱的散落在草坪上，减轻工人的劳动强度，提高割草作业的工作效率。

为达到上述发明创造目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种智能割草机器人，包括车体、行走轮子、行走电机、割草刀片、割草电机、控制系统和电源模块，行走轮子分别安装在车体的底盘两侧，包括两个前轮和两个后轮，行走电机包括左右侧两个前轮驱动电机，前轮分别驱动电机驱动两个前轮行走，控制系统安装在车体上，电源模块为电子元件和电气系统供电，车体从前到后由割草斗箱体和储草箱体固定连接构成，割草刀片安装在割草斗箱体的最前端，割草电机通过传动部分驱动割草刀片进行割草作业，输送系统包括输送电机和输送执行装置，输送执行装置设置于割草斗箱体内部，输送电机驱动输送执行装置，将被割草刀片割断的草从割草斗箱体中定向输送至储草箱体中实现集草作业，控制系统包括主控制器和与之信号连接的传感器数据处理器、电机驱动控制模块和人机交互模块，电机驱动控制模块包括3个电机驱动器，电机驱动器分别控制前轮驱动电机、割草电机和输送电机，传感器数据处理器分别处理来自陀螺仪、加速度传感器及环境图像采集系统的信息，陀螺仪和加速度传感器安装在车体上，通过陀螺仪和加速度传感器的信息融合来控制割草机器人的位姿和实现惯性导航，环境图像采集系统包括固定安装在车体上的四个CCD摄像头，CCD摄像头分别固定安装在车体的左前、左后、右前和右后的位置处，传感器数据处理器通过处理CCD摄像头获取的信息，得出调整机器人的运动状态数据，控制割草刀片的割草操作、指挥割草机器人避障和实现对外界环境的监测，与人机交互模块信号连接的触摸屏终端也安装在车体上。

作为本实用新型优选的技术方案，上述输送执行装置包括分草装置和定向送草装置，分草装置包括分草滚轮，分草滚轮的轮轴两端分别通过两个支架固定在割草斗箱体左右两侧，分草滚轮设有梳状构件，梳状构件沿着分草滚轮的径向梳理被割草刀片割断的草，使被割草刀片割断的草沿着垂直分草滚轮轴向理顺，的分草滚轮通过传动皮带传动实现草的定向摆放传输，定向送草装置包括送草卷筒，送草卷筒的中轴两端也分别通过支架固定在割草斗箱体左右两侧，送草卷筒外表面上设有螺旋曲面，通过输送皮带带动送草卷筒旋转，对分草滚轮定向摆放传输的草进行定向输送，从而实现将草从割草斗箱体中输送至储草箱体中，输送电机装在割草斗箱体的外侧，传动皮带和输送皮带皆由输送电机传动。

作为本实用新型进一步优选的技术方案，上述割草刀片由动刀片和定定刀片构成，定刀片固定在割草斗箱体上，割草电机装在割草斗箱体的外侧，通过传动部分将割草电机的旋转运动转换为动刀片的平移往复运动，从而实现割草操作。

作为本实用新型更进一步优选的技术方案，上述主控制器通过电机驱动控制模块利用PWM控制方式控制前轮驱动电机，实现割草机器人的前进、后退、左右转弯动作。

作为本实用新型还更进一步优选的技术方案，上述后轮皆为万向轮。

本实用新型与现有技术相比较，具有如下实质性特点和优点：

1. 本实用新型智能割草机器人运动时，对其周边环境及方向信息进行采集、转换、处理、融合，将获得周边环境信息及位姿信息反馈到行走电机驱动模块使其调整机器人的运行状态，实现机器人的运动控制，从而实现良好的割草效果。

2. 本实用新型智能割草机器人通过分草滚轮和送草卷筒可以把割草斗中的草定向运输到集草箱中，通过分草滚轮可以实现草的梳理，是割草更省力，提高割草的效率，降低功耗。

附图说明

图1是本实用新型实施例一智能割草机器人的结构示意图。

图2是图1的A向视图。

图3是图1的B向视图。

图4是本实用新型实施例一的分草滚轮的结构示意图。

图5是图4的C向视图。

图6是本实用新型实施例一智能割草机器人的控制系统结构关系示意图。

具体实施方式

本实用新型的优选实施例结合附图说明如下：

实施例一：

参见图1～图6，一种智能割草机器人，包括车体、行走轮子、行走电机、割草刀片、割草电机11、控制系统和电源模块28，行走轮子分别安装在车体的底盘两侧，包括两个前轮4、16和两个后轮3、17，行走电机包括左右侧两个前轮驱动电机14、15，前轮驱动电机14、15驱动两个前轮4、16行走，控制系统安装在车体上，电源模块28为电子元件和电气系统供电，车体从前到后由割草斗箱体22和储草箱体1固定连接构成，割草刀片安装在割草斗箱体22的最前端，割草电机11通过传动部分8驱动割草刀片进行割草作业，输送系统包括输送电机25和输送执行装置，输送执行装置设置于割草斗箱体22内部，输送电机25驱动输送执行装置，将被割草刀片割断的草从割草斗箱体22中定向输送至储草箱体1中实现集草作业，控制系统包括主控制器26和与之信号连接的传感器数据处理器27、电机驱动控制模块和人机交互模块2，的电源模块28能为控制器提供5V电源，能为电机驱动器提供24V电源，电机驱动控制模块包括3个电机驱动器29、30、31，电机驱动器29、30、31分别控制前轮驱动电机14、15、割草电机11和输送电机25，传感器数据处理器27分别处理来自陀螺仪18、加速度传感器19及环境图像采集系统的信息，陀螺仪18和加速度传感器19安装在车体上，通过陀螺仪18和加速度传感器19的信息融合来控制割草机器人的位姿和实现惯性导航，环境图像采集系统包括固定安装在车体上的四个CCD摄像头20、21、23、24，CCD摄像头20、21、23、24分别固定安装在车体的左前、左后、右前和右后的位置处，传感器数据处理器27通过处理CCD摄像头20、21、23、24获取的信息，得出调整机器人的运动状态数据，控制割草刀片的割草操作、指挥割草机器人避障和实现对外界环境的监测，从而实现割草机器人平稳、安全、快速的运行，与人机交互模块2信号连接的触摸屏终端也安装在车体上。本实施例智能割草机器人可以实现割草机的自主导航、避障、检测和操作，无需人为操作，实现机器人的自主割草，提高割草的效率。

上述输送执行装置优选包括分草装置和定向送草装置，分草装置包括分草滚轮7，分草滚轮7的轮轴两端分别通过两个支架6固定在割草斗箱体22左右两侧，分草滚轮设有梳状构件，梳状构件沿着分草滚轮7的径向梳理被割草刀片割断的草，使被割草刀片割断的草沿着垂直分草滚轮7轴向理顺，的分草滚轮7通过传动皮带12传动实现草的定向摆放传输，定向送草装置包括送草卷筒5，送草卷筒5的中轴两端也分别通过支架6固定在割草斗箱体22左右两侧，送草卷筒5外表面上设有螺旋曲面，通过输送皮带13带动送草卷筒5旋转，对分草滚轮7定向摆放传输的草进行定向输送，从而实现将草从割草斗箱体22中输送至储草箱体1中，从而避免割完的草凌乱的散落在草坪上，输送电机25装在割草斗箱体22的外侧，传动皮带12和输送皮带13皆由输送电机25传动。本实施例智能割草机器人通过分草滚轮和送草卷筒可以把割草斗中的草定向运输到集草箱中，通过分草滚轮可以实现草的梳理，是割草更省力，提高割草的效率，降低功耗。

上述割草刀片优选由动刀片9和定刀片10构成，定刀片10固定在割草斗箱体22上，割草电机11装在割草斗箱体22的外侧，通过传动部分8将割草电机22的旋转运动转换为动刀片9的平移往复运动，从而实现割草操作，动刀片9和定刀片10组成的割草刀片组合结构简单，切割草容易方便，体积小，切割作业灵活。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，主控制器26通过电机驱动控制模块利用PWM控制方式控制前轮驱动电机14、15，实现割草机器人的前进、后退、左右转弯动作。PWM控制方式控制简单，灵活和动态响应好, 经济、节约空间、抗噪性能强，与本实施例智能割草机器人的运动执行机构和割草输送执行机构能很好地结合，实现动力输出的优化。

实施例三：

本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，后轮3、17皆为万向轮，万向轮轻巧、灵活，尤其可以优化本实施例智能割草机器人的前进和左右转弯动作执行，尤其是在智能割草机器人转弯时，万向轮的使用更具优势。

上面结合附图对本实用新型实施例进行了说明，但本实用新型不限于上述实施例，还可以根据本实用新型的实用新型创造的目的做出多种变化，凡依据本实用新型技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，只要符合用于本实用新型智能割草机器人的结构和构造原理，都属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种智能割草机器人，包括车体、行走轮子、行走电机、割草刀片、割草电机（11）、控制系统和电源模块（28），行走轮子分别安装在所述车体的底盘两侧，包括两个前轮（4、16）和两个后轮（3、17），所述行走电机包括左右侧两个前轮驱动电机（14、15），所述前轮驱动电机（14、15）驱动两个前轮（4、16）行走，所述控制系统安装在所述车体上，所述电源模块（28）为电子元件和电气系统供电，其特征在于：所述车体从前到后由割草斗箱体（22）和储草箱体（1）固定连接构成，所述割草刀片安装在所述割草斗箱体（22）的最前端，所述割草电机（11）通过传动部分（8）驱动所述割草刀片进行割草作业，所述输送系统包括输送电机（25）和输送执行装置，所述输送执行装置设置于所述割草斗箱体（22）内部，所述输送电机（25）驱动所述输送执行装置，将被所述割草刀片割断的草从所述割草斗箱体（22）中定向输送至储草箱体（1）中实现集草作业，所述控制系统包括主控制器（26）和与之信号连接的传感器数据处理器（27）、电机驱动控制模块和人机交互模块（2），所述电机驱动控制模块包括3个电机驱动器（29、30、31），所述电机驱动器（29、30、31）分别控制所述前轮驱动电机（14、15）、割草电机（11）和输送电机（25），所述传感器数据处理器（27）分别处理来自陀螺仪（18）、加速度传感器（19）及环境图像采集系统的信息，所述陀螺仪（18）和所述加速度传感器（19）安装在所述车体上，通过所述陀螺仪（18）和所述加速度传感器（19）的信息融合来控制割草机器人的位姿和实现惯性导航，所述环境图像采集系统包括固定安装在所述车体上的四个CCD摄像头（20、21、23、24），所述CCD摄像头（20、21、23、24）分别固定安装在所述车体的左前、左后、右前和右后的位置处，所述传感器数据处理器（27）通过处理所述CCD摄像头（20、21、23、24）获取的信息，得出调整机器人的运动状态数据，控制所述割草刀片的割草操作、指挥割草机器人避障和实现对外界环境的监测，与所述人机交互模块（2）信号连接的触摸屏终端也安装在所述车体上。

2.根据权利要求1所述的智能割草机器人，其特征在于：所述输送执行装置包括分草装置和定向送草装置，所述分草装置包括分草滚轮（7），所述分草滚轮（7）的轮轴两端分别通过两个支架（6）固定在所述割草斗箱体（22）左右两侧，所述分草滚轮设有梳状构件，所述梳状构件沿着所述分草滚轮（7）的径向梳理被所述割草刀片割断的草，使被所述割草刀片割断的草沿着垂直所述分草滚轮（7）轴向理顺，所述的分草滚轮（7）通过传动皮带（12）传动实现草的定向摆放传输，所述定向送草装置包括送草卷筒（5），所述送草卷筒（5）的中轴两端也分别通过所述支架（6）固定在所述割草斗箱体（22）左右两侧，所述送草卷筒（5）外表面上设有螺旋曲面，通过输送皮带（13）带动所述送草卷筒（5）旋转，对所述分草滚轮（7）定向摆放传输的草进行定向输送，从而实现将草从所述割草斗箱体（22）中输送至储草箱体（1）中，所述输送电机（25）装在所述割草斗箱体（22）的外侧，所述传动皮带（12）和所述输送皮带（13）皆由所述输送电机（25）传动。

3.根据权利要求2所述的智能割草机器人，其特征在于：所述割草刀片由动刀片（9）和定刀片（10）构成，所述定刀片（10）固定在所述割草斗箱体（22）上，所述割草电机（11）装在所述割草斗箱体（22）的外侧，通过所述传动部分（8）将所述割草电机（22）的旋转运动转换为所述动刀片（9）的平移往复运动，从而实现割草操作。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的智能割草机器人，其特征在于：所述主控制器（26）通过电机驱动控制模块利用PWM控制方式控制所述前轮驱动电机（14、15），实现割草机器人的前进、后退、左右转弯动作。

5.根据权利要求1～3中任意一项所述的智能割草机器人，其特征在于：所述后轮（3、17）皆为万向轮。

6.根据权利要求4所述的智能割草机器人，其特征在于：所述后轮（3、17）皆为万向轮。

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