陳壽輝 王旭 葉超 王欣欣

摘 要：介紹了一種油電混合動(dòng)力割草機(jī)器人系統(tǒng)，其主要由油電混合動(dòng)力底盤，導(dǎo)航系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，遙控系統(tǒng)組成;油電混合系統(tǒng)由汽油發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、AC/DC充電模塊、電池組和電源管理模塊組成，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，可以在降低能耗的同時(shí)，提高割草效率。

一、引言

隨著我國機(jī)械自動(dòng)化水平不斷提高，無論是大型農(nóng)場和小型農(nóng)田的收割與耕種，還是機(jī)場割草和大型公共領(lǐng)域的清潔，都已經(jīng)使用了有人操作的機(jī)械化裝備。然而，隨著人工成本的不斷增加，人工操作面臨的壓力越來越大，無人裝備的使用需求越來越迫切，大型割草機(jī)器人的應(yīng)用也越來越廣泛[1-2]。

二、研究內(nèi)容

本文介紹了一種油電混合動(dòng)力的割草機(jī)器人，它是集環(huán)境感知、路徑規(guī)劃和行為控制等多種功能于一體的綜合機(jī)器人系統(tǒng)。該割草車使用后驅(qū)前轉(zhuǎn)向功能的車身底盤，并將割臺(tái)嵌進(jìn)幾字形車身結(jié)構(gòu)中中。采用混合式油電動(dòng)力方案，由汽油發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、AC/DC充電模塊、電池組和電源管理模塊組成，如圖1所示。采用GPS—RTK導(dǎo)航設(shè)備獲取割草車精確位置、航向信息，用于路徑規(guī)劃與導(dǎo)航[3-4]。采用雷達(dá)傳感器獲取割草機(jī)周邊環(huán)境信息，用于實(shí)現(xiàn)避障功能。采用嵌入式智能控制器對(duì)整車進(jìn)行控制，通過采集GPS導(dǎo)航信息、避障傳感器信息等進(jìn)行路徑規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)行走、導(dǎo)航、糾偏循跡等功能，輸出控制信號(hào)給相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

割草車機(jī)器人油電混合系統(tǒng)主要組成部分有汽油發(fā)動(dòng)機(jī)、交流發(fā)電機(jī)、鋰電池組、智能充電機(jī)，如圖2所示。汽油發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)提供割臺(tái)動(dòng)力進(jìn)行割草，同時(shí)帶動(dòng)交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生交流電，發(fā)出的交流電經(jīng)過智能充電機(jī)交-直流轉(zhuǎn)換成電壓可變直流電，智能充電機(jī)可控輸出兩路直流電，一路為鋰電池組充電回路，一路為伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)供電回路。智能充電機(jī)同時(shí)具有統(tǒng)一整個(gè)無人割草車電壓平臺(tái)作用。另外，鋰電池組為無人割草車補(bǔ)充動(dòng)力，當(dāng)智能充電機(jī)一路提供給行走伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)力不足時(shí)，可提供補(bǔ)充動(dòng)力;當(dāng)智能充電機(jī)功率富足時(shí)，鋰電池組處于浮充狀態(tài)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)未啟動(dòng)或者發(fā)電機(jī)無法供電時(shí)。鋰電池組處于應(yīng)急供電狀態(tài)，保障行走電機(jī)及其他電氣設(shè)備正常供電。

三、未來發(fā)展方向

（1）引入遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。能夠在監(jiān)控站實(shí)時(shí)獲取割草機(jī)器人的工作狀態(tài)，包括位置信息，割臺(tái)高度，油量，工作時(shí)間等等;

（2）能夠多臺(tái)割草機(jī)器人協(xié)同作業(yè)。一臺(tái)監(jiān)控站可以控制多臺(tái)割草機(jī)器人，每臺(tái)機(jī)器人能夠在自己的割草區(qū)域按要求割草，互不干涉;

（3）基于4G或5G的數(shù)字通訊網(wǎng)絡(luò)割草機(jī)器人。利用現(xiàn)在的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將割草機(jī)器人接入網(wǎng)絡(luò)中，使得控制和監(jiān)控割草機(jī)器人不受地域限制[5]。

（4）進(jìn)一步提高割草機(jī)器人安全性。割草機(jī)器人的安全性永遠(yuǎn)是排在首位的，如何讓割草機(jī)器人不僅能在結(jié)構(gòu)化的環(huán)境中安全運(yùn)行，也要讓其在非結(jié)構(gòu)化的復(fù)雜環(huán)境中安全作業(yè)，尤其是處理動(dòng)態(tài)障礙物的應(yīng)急能力。

參考文獻(xiàn)：

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