专利名称：一种平行运动的智能割草机器人的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及自动化的智能机器领域，具体的说是一种适用于家庭、公共绿地 等场合进行草坪修剪的智能割草机器人。
背景技术：
随着经济的发展，城市建设步伐逐渐加快，城市绿化程度的提高最为明显。草坪具 有吸尘、降噪、保湿、保持水土等众多优点，是城市绿化必不可少组成部分，但草坪的日常维 护及保养工作较为繁重，特别是草坪的修剪，该种工作劳动密集度高，又具有重复性，劳动 强度大；割草机采用内燃式发动机，带来了噪音污染和空气污染。随着信息技术、机械电子技术的发展，机器人已逐渐走入人们的日常生活，如家用 的吸尘机器人就是典型例子。技术人员也将此项技术应用到草坪修剪设备上，开发出了自 动化的割草机器人，在一定程度上提高了割草效率，降低劳动强度，节省了大量劳动资源。 但由于该项技术在割草机上的应用尚未到达成熟阶段，诸多技术上的难题一直困扰着本领 域的研发人员。割草机器人自主运动控制的难点是运动路径控制，其运动路径一般根据现 场草坪的规格及形状而定，通常可采用的有螺旋形运动路径控制、轮廓跟踪形运动路径控 制、无规则的随机路径控制以及平行往复式运动路径控制，平行往复式运动路径控制是其 中最为理想的机器人高效运动控制方式。如
图1所示为理想的平行往复式运动路径，割草 机器人沿多条平行的直线往复运动割草；但是，目前实际应用中，由于控制割草机器人运动 直线间的方向一致性效果不佳，只能达到如图2所示“Z”字型的运动效果，运动直线间不能 平行，不能达到平行路径控制的要求。
发明内容本实用新型所要解决的问题就是提供一种平行运动的智能割草机器人，可以实现 割草机器人按平行往复方式运动的自主割草，提高割草机器人的割草效率。为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案一种平行运动的智能割草 机器人，包括主控模块以及连接在主控模块上的割草机构、行走机构，其特征在于还包括 信息采集机构，所述信息采集机构包括采集机器人方向信息的方向采集模块及采集机器人 边界信息的边界信号采集模块，所述主控模块以方向信息、边界信息为反馈控制行走机构 动作实现机器人的直线运动及平移运动。进一步的，所述行走机构包括行走电机组合及行走电机驱动模块，所述主控模块 通过行走电机驱动模块控制行走电机组合的运动状态实现机器人的直线运动及平移运动。进一步的，所述行走电机组合包括左行走电机与右行走电机，所述主控模块通过 行走电机驱动模块驱动左行走电机与右行走电机，使机器人的运动方向稳定在目标运动方 向上；所述主控模块通过行走电机驱动模块控制左行走电机与右行走电机差速运行实现机 器人的平移运动。进一步的，所述行走电机组合包括左行走电机、右行走电机以及沿机器人平移方向运动的平移行走电机，所述主控模块通过行走电机驱动模块驱动左行走电机与右行走电 机实现机器人的直线运动，所述主控模块通过行走电机驱动模块驱动平移行走电机实现机 器人的平移运动。进一步的，所述的割草机构包括割草电机及割草电机驱动模块，所述的割草电机 驱动模块内设有场效应管、三极管、电阻及电容，所述割草电机驱动模块通过PWM接口连接 主控模块，所述场效应管连接所述的割草电机。进一步的，所述的方向采集模块内设有设有用于感应地磁场的磁感芯片，磁感芯 片输出端连接放大电路，放大电路输出端连接转换信号用的AD芯片，AD芯片的输出端连接 单片机，所述的单片机通过UART接口连接主控模块。进一步的，所述的边界信号采集模块内设有感应边界信息的感应电路、转换信息 用的信号处理电路以及处理信息用的单片机，所述信号处理电路连接单片机，所述单片机 通过UART接口连接主控模块。进一步的，所述的信息采集机构还包括用于记录行走电机组合行走时间的实时时 钟模块，所述实时时钟模块内设有实时时钟芯片及附属外围电路，所述的实时时钟芯片通 过IIC接口连接主控模块。进一步的，所述的信息采集机构还包括用于记录行走电机组合行走路程的行程采 集模块，所述行程采集模块内设有感应行走电机转数的霍尔元件，所述的霍尔元件通过计 数器接口连接主控模块。进一步的，所述的信息采集机构还包括用于感应机器人碰撞信息的碰撞开关模 块，所述碰撞开关模块通过碰撞开关接口连接主控模块。本实用新型的有益效果本实用新型在割草机器人运动时，对其周围的边界信号 及方向信号进行采集、转换、处理，将获得的边界信息及方向信息反馈到行走电机驱动模块 使其调整行走电机的行走状态，以实现平行运动控制；通过稳定割草机器人运动方向，控制 机器人直线运动；机器人直线运动到达边界、到达限定的时间或限定行程后，以不调头的方 式平移，然后继续与原来直线运动方向平行的方向直线运动；简言之，机器人在相邻直线间 的运动分别采用前进运动和后退运动互换的运动形式，机器人本身的方向始终一致，可以 较稳定地控制割草机器人运动直线间的平行，提高割草机器人割草效率。
以下结合附图对本实用新型作进一步的说明
图1为平行往复式割草的理想路径示意图；图2为现有机器人在平行往复式割草中的“Z”字型运动路径示意图；图3为本实用新型的控制系统的结构框图；图4为本实用新型智能割草机器人不调头平行运动的示意图。
具体实施方式
如图3所示，本实用新型为一种平行运动的智能割草机器人，包括主控模块1以及 连接在主控模块1上的割草机构4、行走机构3，还包括信息采集机构2，所述信息采集机构 2包括采集机器人方向信息的方向采集模块21及采集机器人边界信息的边界信号采集模块22，所述主控模块1以方向信息、边界信息为反馈控制行走机构3动作实现机器人的直线 运动及平移运动；行走机构3包括行走电机组合32及行走电机驱动模块31，主控模块1通 过行走电机驱动模块31控制行走电机组合32的运动状态实现机器人的直线运动及平移运动。机器人的第一种运动控制方案如下所述行走电机组合32包括左行走电机与右 行走电机，所述主控模块通过行走电机驱动模块31驱动左行走电机与右行走电机，使机器 人的运动方向稳定在目标运动方向上；所述主控模块通过行走电机驱动模块31控制左行 走电机与右行走电机差速运行实现机器人的平移运动。在行走电机驱动模块31内还设有 驱动芯片，所述的驱动芯片的信号输入端通过4路PWM接口连接主控模块1，其中2路PWM 接口通过驱动芯片的信号输出端连接左行走电机，另外2路PWM接口通过驱动芯片的信号 输出端连接右行走电机，通过调节PWM输入的占空比实现电机正反转控制、速度调节、急停 控制。在机器人右平移过程中，先控制左行走电机速度大于右行走电机速度运动一定距离， 再控制右行走电机速度大于左行走电机速度运动一定距离，交替变换速度完成右平移；左 平移时，控制右行走电机速度大于左行走电机速度使机器人运动一定距离，再控制左行走 电机速度大于右行走电机速度运动一定距离，交替变换速度完成左平移。上述过程也可以 理解为机器人右平移时，主控模块1控制左行走电机与右行走电机的运行速度使机器人 先向右转过一定角度并运动一小段距离，然后向左转过相同的角度再持续运动，从而实现 机器人的平移运动，左平移则相反，不再详述。机器人的第二种运动控制方案如下行走电机组合32除了左行走电机、右行走电 机外还有沿机器人平移方向运动的平移行走电机，所述主控模块1通过行走电机驱动模块 31驱动左行走电机与右行走电机实现机器人的直线运动，所述主控模块1通过行走电机驱 动模块31驱动平移行走电机实现机器人的平移运动，机器人的直线运动与平移运动由不 同的行走电机分开实现。所述的割草机构4包括割草电机42及割草电机驱动模块41，割草电机驱动模块 41内设有场效应管、三极管、电阻及电容，所述割草电机驱动模块41通过PWM接口连接主控 模块1，所述场效应管连接所述的割草电机42，通过调节PWM输入的占空比改变场效应管的 状态以控制输出端的电压差，实现割草电机42正转、停止控制；在平移过程中，边界信号采 集模块22感应机器人左机身与后机身或者右机身与后机身是否同时出边界，若出边界则 发送边界信息给主控模块1，结束平移割草，若不出界则继续新的直线运动。所述的方向采集模块21内设有设有用于感应地磁场的磁感芯片，磁感芯片输出 端连接放大电路，放大电路输出端连接转换信号用的AD芯片，AD芯片的输出端连接单片 机，所述的单片机通过UART接口连接主控模块1。边界信号采集模块22设有3个，分别采集机器人的左、右、后3路边界信息，每个 边界信号采集模块22内设有感应边界信息的感应电路、转换信息用的信号处理电路及处 理信息用的单片机，所述信号处理电路分别连接在单片机的AD接口及PIO接口上，所述单 片机通过UART接口连接主控模块1。信息采集机构还包括了实时时钟模块23、行程采集模块24以及碰撞开关模块 25 实时时钟模块23内设有实时时钟芯片及附属外围电路，所述的实时时钟芯片通过Iic接口连接主控模块1，实时时钟模块23用于记录行走电机组合32的行走时间。行程采集模块24设有2个，2个行程采集模块24分别记录左行走电机与右行走电 机的行走路程，每个行程采集模块24内设有感应行走电机转数的霍尔元件。霍尔元件将电 机转数转化为脉冲信号输出，脉冲信号连接主控模块1的计数器接口进行转数计数，实现 行程采集。碰撞开关模块25设有5个，每个碰撞开关模块25通过碰撞开关接口连接主控模 块1，每个碰撞开关模块25的输入信号通过上拉电阻接电源，正常输入为高电平，碰撞开关 有效时，输入接口通过下拉电阻接地，输入为低电平；所述的5个碰撞开关模块25采集机器 人前左、前右、前中、后左及后右5个方向上的碰撞信息。参照图4所示，本实用新型在割草机器人运动时，对其周围的边界信号及方向信 号进行采集、转换、处理，将获得的边界信息及方向信息反馈到行走电机驱动模块使其调整 左右行走电机的状态，以控制机器人平行运动；通过采集方向信息作为反馈，调整左右行走 电机速度，稳定割草机器人运动方向，控制机器人直线运动；机器人以直线运动到达边界、 到达限定的时间或行程为机器人控制平移的条件；在机器人满足平移条件时，则先结束当 前直线运动，控制机器人平移后开始新的直线运动；若平移过程中结束平行割草条件满足， 则平行割草结束，否则继续新的直线运动。简言之，机器人在相邻直线线间的运动分别采用 正向运动和反向运动互换的运动形式，机器人运动的目标方向始终一致，可以较稳定地控 制割草机器人运动直线间的平行，提高割草机器人割草效率。除上述优选实施例外，本实用新型还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根 据本实用新型作出各种改变和变形，如智能吸尘器、游泳池清洁机器人等有类似应用需求 的其它机器人，只要不脱离本实用新型的精神，均应属于本实用新型所附权利要求所定义 的范围。
权利要求一种平行运动的智能割草机器人，包括主控模块(1)以及连接在主控模块(1)上的割草机构(4)、行走机构(3)，其特征在于还包括信息采集机构(2)，所述信息采集机构(2)包括采集机器人方向信息的方向采集模块(21)及采集机器人边界信息的边界信号采集模块(22)，所述主控模块(1)以方向信息、边界信息为反馈控制行走机构(3)动作实现机器人的直线运动及平移运动。
2.根据权利要求1所述的一种平行运动的智能割草机器人，其特征在于所述行走机 构(3)包括行走电机组合(32)及行走电机驱动模块(31)，所述主控模块(1)通过行走电机 驱动模块(31)控制行走电机组合(32)的运动状态实现机器人的直线运动及平移运动。
3.根据权利要求2所述的一种平行运动的智能割草机器人，其特征在于所述行走电 机组合(32)包括左行走电机与右行走电机，所述主控模块(1)通过行走电机驱动模块(31) 驱动左行走电机与右行走电机，使机器人的运动方向稳定在目标运动方向上；所述主控模 块(1)通过行走电机驱动模块(31)控制左行走电机与右行走电机差速运行实现机器人的 平移运动。
4.根据权利要求2所述的一种平行运动的智能割草机器人，其特征在于所述行走电 机组合(32)包括左行走电机、右行走电机以及沿机器人平移方向运动的平移行走电机，所 述主控模块(1)通过行走电机驱动模块(31)驱动左行走电机与右行走电机实现机器人的 直线运动，所述主控模块(1)通过行走电机驱动模块(31)驱动平移行走电机实现机器人的 平移运动。
5.根据权利要求2或3或4所述的一种平行运动的智能割草机器人，其特征在于所 述的割草机构⑷包括割草电机(42)及割草电机驱动模块(41)，所述的割草电机驱动模 块(41)内设有场效应管、三极管、电阻及电容，所述割草电机驱动模块(41)通过PWM接口 连接主控模块(1)，所述场效应管连接所述的割草电机(42)。
6.根据权利要求2或3或4所述的一种平行运动的智能割草机器人，其特征在于所 述的方向采集模块(21)内设有设有用于感应地磁场的磁感芯片，磁感芯片输出端连接放 大电路，放大电路输出端连接转换信号用的AD芯片，AD芯片的输出端连接单片机，所述的 单片机通过UART接口连接主控模块(1)。
7.根据权利要求2或3或4所述的一种平行运动的智能割草机器人，其特征在于所 述的边界信号采集模块(22)内设有感应边界信息的感应电路、转换信息用的信号处理电 路以及处理信息用的单片机，所述信号处理电路连接单片机，所述单片机通过UART接口连 接主控模块(1)。
8.根据权利要求2或3或4所述的一种平行运动的智能割草机器人，其特征在于所述 的信息采集机构(2)还包括用于记录行走电机组合(32)行走时间的实时时钟模块(23)，所 述实时时钟模块(23)内设有实时时钟芯片及附属外围电路，所述的实时时钟芯片通过IIC 接口连接主控模块(1)。
9.根据权利要求2或3或4所述的一种平行运动的智能割草机器人，其特征在于所 述的信息采集机构(2)还包括用于记录行走电机组合(32)行走路程的行程采集模块(24)， 所述行程采集模块(24)内设有感应行走电机转数的霍尔元件，所述的霍尔元件通过计数 器接口连接主控模块(1)。
10.根据权利要求2或3或4所述的一种平行运动的智能割草机器人，其特征在于所述信息采集机构(2)还包括用于感应机器人碰撞信息的碰撞开关模块(25)，碰撞开关模块 (25)通过碰撞开关接口连接主控模块(1)。
专利摘要本实用新型公开了一种平行运动的智能割草机器人，包括主控模块以及连接在主控模块上的割草机构、行走机构，还包括信息采集机构，所述信息采集机构包括采集机器人方向信息的方向采集模块及采集机器人边界信息的边界信号采集模块，所述主控模块以方向信息、边界信息为反馈控制行走机构动作实现机器人的直线运动及平移运动。通过本实用新型的应用可以实现割草机器人按平行往复方式运动的自主割草，提高割草机器人的割草效率。
文档编号A01D34/84GK201667826SQ2010201986
公开日2010年12月15日 申请日期2010年5月20日 优先权日2010年5月20日
发明者沈勇, 王长宝, 钱兴桂, 顾勇 申请人:浙江亚特电器有限公司