一种智能化精密自动割草机及其控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及精密割草机及其控制技术领域，特别涉及割草机机械结构、分布式信标与激光自动定位测量、转角位移定位、角度和位置坐标补偿轨迹控制和超声波自动测量与防撞控制等技术领域，适合于智能化控制过程中的精密割草和草坪园林美化要求的场入口 ο
【背景技术】
[0002]随着人们生活的改善和审美水准的提高，手动割草机远远不能满足人们对草坪修剪质量要求。需要一种具有实时位置测量和轨迹补偿控制的智能化自动精密割草机，实现对草坪高度、平整度、形态等有高质量要求的精密割草，并将人们从重复、枯燥的体力劳动中解放出来。
[0003]目前，传统割草机以手扶式和机器牵引式为主，割草机动力大都采用汽油或柴油内燃机驱动系统，这种割草机需要人工操作，劳动强度大，工作效率低，噪音大、污染环境，割草质量差，无法适应人们对草坪美化的需要。
[0004]本发明提供了一种智能化精密自动割草机，所发明具有图形预处理、轨迹坐标自动生成、分布式定位、智能化补偿轨迹控制、自动防撞避障和美化草坪等功能。达到美化草坪和节能环保的目的。
【发明内容】
[0005]1、发明目标
[0006]本发明提供一种智能化自动精密割草机及其控制装置，主要目标包括:(1)依据用户草坪美化图形方案，通过计算机图像预处理，将图形数字化，生成割草轨迹坐标，下载到智能化精密自动割草机本身的中央监控系统中；(2)通过分布式信标定位、自动激光导航位置测量、车体姿态转角位移测量，实时计算出割草机在草坪上的实时坐标位置和转角位移，生成轨迹纠偏补偿控制算法，执行轨迹运动指令，控制割草机按预定轨迹坐标连续运动，在运动过程中实现精密割草，按预设的轨迹图形，实现对草坪的精整和美化；(3)割草机还具有超声波检测防撞避障以及遥控功能。
[0007]2、基本原理
[0008]本发明保证智能化精密自动割草机轨迹控制的准确性，首先进行割草机机体位置坐标和转角位移的准确测量，并把测量的结果及时反馈给割草机的中央监控模块，由中央监控模块实时跟踪割草机的运动位置状态，执行闭环运动控制算法，进行割草轨迹的及时纠正，实现割草机轨迹运动的智能化控制。本发明提出基于如下原理来实现:
[0009](1)激光水平扫描的割草机位置坐标测量原理(图1)
[0010]如图1，割草机车体(1)放置在草坪地块0ABC任一位置，将两个远程信标(50、51)分别被直立于坐标点0(0，0)和点A(0，c)，c为常数，事先测定。D(x，y)为割草机激光扫描收发器(36)回转中心坐标，定义为割草机机体质点坐标，DO、DA分别是D点到两个信标的水平距离，通过激光扫描测距方式实时获取，DO = a,, DA = a2。
[0011]在Λ OAD中，由余弦定理可得:
[0012]Cos ( γ ^ = {c1+a.1-a.2) /2cal
[0013]贝1J，割草机位置坐标:D(x,y) = (a1 X sin ( γ 1), aj X cos ( γ 1))
[0014]DO和DA距离由激光测距获取，由此可以计算D(x，y)坐标。
[0015](2)割草机机体水平转角测量原理(图1)
[0016]如图1，割草机机体中心轴线(52)通过点D(x，y)且与割草机机体两侧边平行。
[0017]割草机机体的转角α定义为割草机机体中心轴线(52)与Υ轴垂直运动方向的夹角，其算法如下:
[0018]β != 90°-γ!
[0019]α = β 2-β 1
[0020]这里，α〈0，表示割草机机体中心线逆时针转动α角，
[0021]α >0，表示割草机机体中心线顺时针转动α角，
[0022]α = 0，表示割草机机体中心线和y轴垂直。
[0023]β 2由云台立式伺服电机上的旋转编码器Α、Β、Ζ脉冲实时获取。
[0024](3)智能化轨迹运动控制原理
[0025]中央监控模块依据接收到的割草机的位置坐标和转动角位移，结合割草机预设轨迹，生成智能化轨迹纠偏算法指令，发送给运动控制模块，实现割草机自动割草功能。
[0026](3)超声波防撞控制原理
[0027]车体前后各安装一个超声波传感器，进行前后障碍物距离测量，超声波测控模块定时采集前后超声波传感器所测得的距离，进行阈值分析，判断距离是否超限，将处理结果发送给中央监控模块，以便执行防撞和避障指令。
[0028]3、技术方案(图2)
[0029]本发明根据智能化精密自动割草机的工作目标和基本原理，制订技术方案，并从功能角度分析和整合，对系统集成和封装，建立了智能化精密自动割草机结构模型。模型分为物理、通信、控制、功能4个层次:
[0030](1)物理层
[0031]本发明由计算机和割草机本体及其相关附件组成。
[0032]优选地，所述计算机设有割草机图形和轨迹预处理软件，将用户订制的图形载体，转化为割草机所需要的割草机运动轨迹坐标，下载到割草机中央控制系统的存储器中。
[0033]优选地，所述割草机本体由机械装置和控制装置组成。
[0034]优选地，所述机械装置包括割草机机体、差动行走机构、主运动机构、刀盘自动升降机构、超声波传感器、激光扫描云台、控制箱和电源等。
[0035]优选地，所述控制装置分为三个部分7个模块。第一部分安装在割草机的车体上，包括中央监控、运动控制、激光定位导航和超声波测控4个模块，各模块之间通过RS485总线组成主从式通信接口，其中，中央监控模块为主机，其余为从机；第二部分包括手持遥控模块1个，通过红外接口和中央监控模块通信；第三部分包括远程信标控制模块2个，两个远程信标控制模块功能结构相同。每个远程信标控制模块通过各自的无线射频接口与激光定位导航模块实现分布式数据通信。
[0036]优选地，所述附件包括:远程分布式信标装置2个、信标装置所用电源2个。
[0037](2)通信层
[0038]优选地，以RS485和射频无线通信等接口构成的分布式总线通信结构，实现各个控制模块之间的数据传输。
[0039]优选地，所述分布式结构通信结构，各模块既相互独立，又有统一、开放的数据通信接口，保证了通信和控制算法的可靠性。
[0040]优选地，所述各模块内部算法独立运行，模块之间只交换指令和数据处理结果，大大减少了系统数据通信量，减少了通信堵塞，提高了系统处理速度。
[0041]优选地，所述分布式总线通信结构，便于软件结构规范化，减轻了开发的工作量。
[0042](3)控制层
[0043]优选地，所述控制层由智能测量算法、通信协议、智能轨迹算法、任务分配、智能诊断例程等控制单元所组成的控制构件。
[0044]优选地，所述控制单元采用库函数封装，理论算法及其程序相互独立，共享标准通信接口，方便数据通信和编程。
[0045](4)功能层
[0046]所述功能层通过外部人机交互和内部控制驱动实现参数设置、刀具升降、轨迹运动、刀盘旋转、超声波防撞、数据监控，实现精密割草机自动割草功能，达到精密割草和美化草坪的目的。
[0047]3、发明效果
[0048]和现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0049](1)草坪图像到运动轨