[发明专利]一种自动割草机器人

说明书

技术领域

本发明属于机器人应用领域，涉及一种户外移动机器人，特别是涉及一种一种能自主执行草坪修剪任务的自动割草机器人。

背景技术

随着经济的增长，城市建设步伐逐渐加快，随之也带动了绿化行业的繁荣发展。在城市中，草坪具有吸尘、降噪、保湿、施工周期短和保持水土等诸多优点，在各种绿化工程中的到了广泛应用。目前，草坪业已成为了一种新兴的产业。

在各种草坪维护作业中，草坪修剪的工作最为繁重，该工作不仅劳动强度高、劳动密集度大，并且有很强的重复性；在采用内燃机割草机进行作业的时还会带来噪音污染和空气污染，将严重影响从业人员的健康及周边的环境。如能设计一种能自动执行草坪修剪工作的智能设备，必然能节省大量的劳动力和资源。

最近几年，半导体技术、信息技术和机械电子技术得到了长足的进步，这使机器人走入日常应用成为可能，目前已经成功上市的吸尘机器人既是最有利的说明。自2000年以来，中国草坪业更是开始了迅猛的发展阶段，大量的公园绿地、高尔夫球场绿地、体育场绿地均需要进行日常修剪；自动割草机器人有着劳动力消耗少、安全性高、自动化程度高等特点，在未来的几年内必然会有广泛应用。

自动割草机器人是一种带有特殊割草机构的户外移动型机器人。一些大型公司已对自动割草机器人的进行了初步研究，并推出了部分自动割草机器人产品，如Friendly Machines公司的Robomow、Zucchetti公司的AmbrigioRobo-Lawnmower和Electrolux公司的Husqvarna Auto Mower等。这些自动割草机器人虽然能够自主地在特定工作区域内执行割草任务，能自动避障，但是它们大都采用无序不规则运动的方式实现遍历，效率比较低，而且存在死角。专利US5974347提供了一种带有旋转天线的四轮自动割草机器人，该机器人能通过三个固定在工作区域外的基站定位，能实现初步的遍历，但是它采用了类似汽车的四轮驱动结构，转弯半径比较大，不能实现零半径转弯，在作业的时候容易留下未切割区域；旋转的天线也增加了机构的复杂性，容易带来偏差。

如何实现割草机器人在特定工作区域内的全覆盖是割草机器人的研究重点和难点，专利US6885912提供了一种适合于移动机器人的全区域覆盖方法，特点是在工作区域边界和固定障碍物边界埋藏金属导线，移动机器人通过这些导线对自己在工作区域的位置进行识别，当遇到工作区域边界和固定障碍物边界时机器人执行特定的转向命令，以往复的行进路线实现工作区域的遍历，未知障碍物和移动物体通过机器人上的传感器识别，并依照策略执行避让。这种全区域覆盖的路径规划算法运算量低，但是智能性比较差，缺少外界的标定基准，容易产生遗漏区域。专利CN2510249Y则着重介绍了一种针对室内清洁的机器人原型，差动传动的驱动方式灵活性强，但该专利没有深入讨论适合于割草作业的机器人结构，也没有实现智能无人作业。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种以电力为能源、具有安全保护机制、能在特定区域内自主执行草坪修剪任务的自动割草机器人。

本发明的技术方案是：一种自动割草机器人，包括机器人车体、割草机构、控制系统和传感单元等部分，其特征在于：机器人车体为自动割草机器人的本体，割草机构、控制系统和传感单元均安装于其上；割草机构是自动割草机器人的执行部分，用于承担割草的任务，能带动刀盘以不同的转速和不同的割草高度下运行；传感单元能监测自动割草机器人的内外部信息，并对该信息进行初步的处理，为控制系统提供更简单，更易于处理的反馈信号；控制系统是自动割草机器人的控制核心，控制系统根据预先获得或者学习到的地图，依靠一定的策略和路径规划算法，参照传感单元传输的反馈信号对机器人车体和割草机构进行相应的控制。

自动割草机器人的机器人车体包括机器人车体底盘、直流减速电机、减速箱、电机驱动板、驱动车轮和导向轮。

自动割草机器人的机器人车体中的减速箱包括同步齿型带轮小轮、同步齿型带、同步齿型带轮大轮和驱动车轮轮轴。

自动割草机器人的割草机构包括割草机构电机外套、割草机构电机、割草机构电机和刀盘连接件、刀盘和刀片。

自动割草机器人的传感单元包括内红外传感器、外红外传感器、超声波传感器、接触传感器、温度传感器、人体热释传感器和传感单元核心处理器。

自动割草机器人的控制系统包括核心控制器、扩展存储芯片和通讯模块。在自动割草机器人的控制系统中，还包括了运动控制策略，安全策略和路径规划算法。