一种基于机器视觉的割草机器人的制作方法

本实用新型属于农用机械技术领域，涉及一种割草机器人，特别涉及一种基于机器视觉的割草机器人。

背景技术：

随着社会的发展，人们对生活品质的要求越来越高，在现代城市中绿化面积的占比日益增大，绿化面积的增大不可避免的给绿化修整工作带来了一定的困难，绿化修整工作中工作量最大的就是草坪修整。传统的草坪修整是通过工人控制汽油割草机来实现的，其噪音大、油耗高、污染较大且需要人工控制，成本较高，已经与当前社会的节能减排智能化的发展需求格格不入。因此，开发一种无需人工控制、智能化程度高且噪声、能耗低的自动割草机是当前行业的迫切需求。

而目前自动割草机市场主要被国外品牌垄断，其设备价格昂贵，难以在国内进行大规模推广，严重制约了我国的草坪自动化和智能化建设。同时，目前的智能割草机绝大多数是采用电子围栏限定割草范围使得割草机在限定范围内割草，其虽然一定程度上进行了割草智能自动化，但架设电子围栏需要耗费额外的人力，调整割草范围还需重新架设电子围栏，其运行成本较高。此外，目前的割草机的割刀形状设计不合理，割草效率不高，割草机的转向幅度较小，影响了割草机的灵活性，进而影响了割草机的割草效率。

因此，开发一种智能自动化程度高、运行成本低且割草效率高的割草机器人极具现实意义。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术需要电子围栏、运行成本高和割草效率较低的缺陷，提供一种智能自动化程度高、运行成本低且割草效率高的割草机器人。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种基于机器视觉的割草机器人，包括车轮、车体、驱动电机、割刀、割草电机、微型电脑及摄像头；

所述车体包括底板；

所述底板上安装有至少四个大小形状相同的车轮，所有车轮不完全共轴且两两共轴，车轮轴至少包括轴i和轴ii；

所述底板的底部安装有与割草电机连接的割刀，割刀为三叶形，相比于其他形状的割刀，在保证较大的有效切割长度下，降低了刀片质量，提高了割草效率；

所述轴i上的两轮间设有连接两轮的转向桥，转向桥与转向舵机连接，轴ii上的两轮与驱动电机连接；采用转向桥进行机器人转向，通过转向舵机即可控制，可通过单片机控制，结构简单，成本低廉，此外转向桥结构的转向角度大，灵活性好；

所述摄像头安装在车体上，其分别与竖直运动舵机和水平运动舵机连接，竖直运动舵机用于驱动摄像头在竖直方向上运动，水平运动舵机用于驱动摄像头在水平方向上运动，竖直运动舵机和水平运动舵机使得摄像头有水平和垂直两个自由度，能有效保证摄像头的运动面积使拍照区域足够广，保证了割草机利用机器视觉割草的可用性；

所述微型电脑分别与转向舵机、驱动电机、割草电机、摄像头、竖直运动舵机和水平运动舵机连接，微型电脑由摄像头采集图像后分析目标位置，控制驱动电机和转向舵机到达指定位置后，开启割草电机开始割草，再通过竖直运动舵机和水平运动舵机调整摄像头的位置采集其他图像，继续割草。

本实用新型的基于机器视觉的割草机器人，结构简单，自动化程度高，微型电脑通过摄像头即可获取目标(待割草区)位置，通过控制驱动电机和转向舵机即可驱动机器人到达指定位置，开启割草电机进行割草，该位置割草完成后，通过控制竖直运动舵机和水平运动舵机调整摄像头的位置即可获取机器人周围环境图像，如周围环境图像中还有草，则继续割草，否则停止割草，本实用新型的基于机器视觉的割草机器人无需架设电子围栏，其可自行寻找草，自行完成工作，运行成本低且其采用转向桥结构进行转向，灵活性好，三叶形的割刀提高了割草效率，极具应用前景。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种基于机器视觉的割草机器人，所述割草机器人还包括单片机模块和电源模块；

所述单片机模块用于接收微型电脑发出的控制信号并根据该信号控制转向舵机、驱动电机、割草电机、竖直运动舵机和水平运动舵机；

所述电源模块用于为单片机模块、微型电脑、转向舵机、驱动电机、割草电机、竖直运动舵机和水平运动舵机提供电力。

本实用新型的割草机器人以电能作为能量来源，相比直接使用化石燃料的机器人能源利用率更高，用电力为全系统供能实现零排放，对环境友好且相比化石燃料割草机噪声低，此外，电机启动速度快，相比于运作时需要常开的燃机割草机，启停无损耗，既节约能源，又能延长设备使用寿命，应用前景好。

如上所述的一种基于机器视觉的割草机器人，所述电源模块包括相互连接的电池和变压器，通过变压器能够将输出的电压调整至供电电器的工作电压(如5v)。

如上所述的一种基于机器视觉的割草机器人，所述车体包括底板和位于底板上方的搭载板，所述搭载板与底板平行，搭载板通过搭载板支撑杆与底板连接；

所述电池和割草电机安装在底板与搭载板之间，电池和割草电机分别通过电池固定架和割草电机固定架固定在底板上，所述变压器固定在搭载板上。本实用新型的具体结构并不仅限于此，本领域技术人员可根据需求合理布置各部件。

如上所述的一种基于机器视觉的割草机器人，所述车轮共有四个，轴i上的两轮为前轮，轴ii上的两轮为后轮。本实用新型的车轮数量并不仅限于此，也可为三轴六轮或其他多轴设计，相对的车轮数量越多，机器人的通过性更好，但成本更高，本领域技术人员可根据实际情况选择合适数量的车轮。

如上所述的一种基于机器视觉的割草机器人，所述摄像头固定在搭载板的前部，搭载板上安有水平运动舵机，所述水平运动舵机上方依次设有水平支撑板、竖直运动舵机和摄像头。

如上所述的一种基于机器视觉的割草机器人，所述单片机模块包括与搭载板固定连接的单片机和垂直于搭载板的面包板，所述单片机与面包板连接。

如上所述的一种基于机器视觉的割草机器人，还包括布置在搭载板上的温度传感器i和安装在驱动电机上的温度传感器ii，温度传感器i和温度传感器ii分别通过面包板与单片机连接；

搭载板上设有与单片机连接的散热风扇；

当温度传感器i监测到的温度超过60℃时，单片机将开启散热风扇对搭载板进行降温；

所述散热风扇垂直于搭载板所在平面，散热风扇的工作条件并不仅限于此，此处仅做示例，本领域技术人员可根据实际需求设置。

如上所述的一种基于机器视觉的割草机器人，所述搭载板支撑杆垂直于底板。

如上所述的一种基于机器视觉的割草机器人，所述转向桥包括相互连接的车桥和连杆，所述车桥两端与车轮连接，车桥通过连杆与固定在底板上的转向舵机连接。

本实用新型的基于机器视觉的割草机器人还可包括与微型电脑连接的通讯模块，所述通讯模块用于接受遥控手柄的控制信号，当机器人发生故障或需要人工操作时，可用遥控手柄强制操作机器人以人工操作的方式进行除草。遥控手柄可通过apc220无线模块和dfr0008dfrobot(遥控板)远程遥控机器人的运动以及工作开关。此外，还可通过通讯模块将摄像头、温度传感器i、温度传感器ii及其他传感器采集带的数据传送至显示端，操作人员可随时查看机器人速度、温度、电量等参数，方便监控及检修。

有益效果：

(1)本实用新型的基于机器视觉的割草机器人，自动化程度高，无需架设电子围栏，操作简便，运行成本低；

(2)本实用新型的基于机器视觉的割草机器人，以电能为能量来源，相比直接使用化石燃料的机器人能源利用率更高，用电力为全系统供能实现零排放，对环境友好且相比化石燃料割草机噪声低，极具应用前景。

附图说明

图1～3分别为本实用新型的基于机器视觉的割草机器人不同视角的示意图；

其中，1-底板，2-割刀，3-转向舵机，4-温度传感器ii，5-割草电机，6-后轮，7-电池固定架，8-割草电机固定架，9-电池，10-温度传感器i，11-微型电脑，12-面包板，13-摄像头，14-变压器，15-竖直运动舵机，16-水平运动舵机，17-搭载板，18-散热风扇，19-车桥，20-单片机，21-连杆，22-搭载板支撑杆。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式做进一步阐述。

一种基于机器视觉的割草机器人，如图1～3所示，包括车轮、车体、驱动电机、割刀2、割草电机5、微型电脑11、摄像头13、单片机模块、电源模块、布置在搭载板上的温度传感器i10和安装在驱动电机上的温度传感器ii4；

车体包括底板1和位于底板上方的搭载板17，搭载板17与底板1平行，搭载板17通过垂直于底板1的搭载板支撑杆22与底板1连接，底板1上安装有四个大小形状相同的车轮，所有车轮不完全共轴且两两共轴，车轮轴包括轴i和轴ii，其中轴i上的两轮为前轮，轴ii上的两轮为后轮6，轴i上的两轮间设有连接两轮的转向桥，转向桥包括相互连接的车桥19和连杆21，车桥19两端与车轮连接，车桥19通过连杆21与固定在底板上的转向舵机3连接，轴ii上的两轮与驱动电机连接；

电源模块用于为单片机模块、微型电脑11、转向舵机3、驱动电机、割草电机5、竖直运动舵机15和水平运动舵机16提供电力，其包括相互连接的电池9和变压器14，电池9和割草电机5安装在底板1与搭载板17之间，电池9和割草电机5分别通过电池固定架7和割草电机固定架8固定在底板1上，变压器14固定在搭载板17上，底板1的底部安装有与割草电机5连接的三叶形割刀2；

单片机模块用于接收微型电脑11发出的控制信号并根据该信号控制转向舵机3、驱动电机、割草电机5、竖直运动舵机15和水平运动舵机16，其包括与搭载板17固定连接的单片机20和垂直于搭载板17的面包板12，单片机20与面包板12连接，搭载板17和驱动电机上分别设有温度传感器i14和温度传感器ii4，温度传感器i14和温度传感器ii4分别通过面包板12与单片机20连接；

搭载板17上设有与单片机20连接的散热风扇18，散热风扇18垂直于搭载板17所在平面，当温度传感器i14监测到的温度超过60℃时，单片机20将开启散热风扇18对搭载板17进行降温；

摄像头13固定在搭载板17的前部，搭载板17上安有水平运动舵机16，水平运动舵机16上方依次设有水平支撑板、竖直运动舵机15和摄像头13，竖直运动舵机15用于驱动摄像头在竖直方向上运动，水平运动舵机用16于驱动摄像头在水平方向上运动；

微型电脑由摄像头采集图像后分析目标位置，通过单片机控制驱动电机和转向舵机到达指定位置后，开启割草电机开始割草，再通过竖直运动舵机和水平运动舵机调整摄像头的位置采集其他图像，继续割草直至周围没有草停止割草。

经验证，本实用新型的基于机器视觉的割草机器人，自动化程度高，无需架设电子围栏，操作简便，运行成本低；以电能为能量来源，相比直接使用化石燃料的机器人能源利用率更高，用电力为全系统供能实现零排放，对环境友好且相比化石燃料割草机噪声低，极具应用前景。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应该理解，这些仅是举例说明，在不违背本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改。