一种基于激光扫描雷达传感器的智能割草机及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于激光扫描雷达传感器的智能割草机及其控制方法，包括：可移动车体、图像采集装置、转向机构、驱动机构、激光扫描雷达传感器、控制器、切割电机和高度调节机构；切割电机的输出轴通过传动装置安装有切割线；高度调节机构设置在可移动车体上，切割电机设置在高度调节机构上；图像采集装置和激光扫描雷达传感器的信号输出端均与控制器的信号输入端相连接，控制器的信号输出端分别与转向机构、驱动机构、切割电机和高度调节机构相连接。本发明专利技术的智能割草机通过激光扫描雷达传感器可较精确的分辨待割草坪高度，可根据需求调节割草高度，具有较高的割草质量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光扫描雷达传感器的智能割草机及其控制方法
本专利技术属于智能割草机
，特别涉及一种基于激光扫描雷达传感器的智能割草机及其控制方法。
技术介绍
现有的割草机多数为人工手动，所修剪出的草坪高度参差不齐，且费时费力。目前，市场上现有的智能割草机多为超声波制导，超声波制导虽然也能识别前方障碍物，但是无法精确的分辨待割草的高度，也无法根据用户需求调节修剪高度，同时超声波制导无法准确把握整体草坪规格，不能满足当今的市场需求。另外，现有的智能割草机没有对割草质量进行把控，而是更多侧重于路径规划与障碍物识别，智能割草机的割草质量会受到智能割草机行驶速度、切割速度和割草深度等因素的影响，现有的智能割草机的行驶速度无法根据草坪高度变化进行调节，当前方草坪高度高于智能割草机的高度时，会对智能割草机的行驶产生阻力，这会影响到割草机的行驶速度稳定性，这一现象在高度复杂的草坪上会尤其明显。现有的智能割草机并没有针对该现象，进行任何行驶速度和切割转速上的调节，导致割草质量较低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于激光扫描雷达传感器的智能割草机及其控制方法，以解决上述存在的技术问题。本专利技术的智能割草机通过激光扫描雷达传感器可较精确的分辨待割草坪高度，可根据需求调节割草高度，具有较高的割草质量。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种基于激光扫描雷达传感器的智能割草机，包括：可移动车体、图像采集装置、转向机构、驱动机构、激光扫描雷达传感器、控制器、切割电机和高度调节机构；图像采集装置设置在可移动车体上，用于采集草坪的图像信息采集；激光扫描雷达传感器设置在可移动车体上，用于采集智能割草机周围草坪的信息；转向机构设置在可移动车体上，用于智能割草机的转向；驱动机构设置在可移动车体上，用于为智能割草机的行走提供动力；切割电机的输出轴通过传动装置安装有切割线；高度调节机构设置在可移动车体上，切割电机设置在高度调节机构上，通过高度调节机构可调节切割线的高度；控制器设置在可移动车体上，图像采集装置和激光扫描雷达传感器的信号输出端均与控制器的信号输入端相连接，控制器的信号输出端分别与转向机构、驱动机构、切割电机和高度调节机构相连接。进一步的，图像采集装置包括前摄像头和后摄像头，前摄像头设置在可移动车体的前端，后摄像头设置在可移动车体的后端。进一步的，转向机构包括：转舵电机、曲柄、转向连杆和轮边连杆；转舵电机固定设置在可移动车体上，转舵电机的信号接收端与控制器的信号输出端相连接；转舵电机的输出轴上安装有曲柄，曲柄上铰接有转向连杆，转向连杆的两端分别铰接有轮边连杆，两个轮边连杆分别与同一个车轴上设置的两个车轮连接，转舵电机通过曲柄、转向连杆和轮边连杆能够使车轮转向。进一步的，轮边连杆与车轮之间设置有减震装置。进一步的，高度调节装置包括：导轨、复位装置和伸缩电机；导轨竖直固定设置在可移动车体上，切割电机可移动的设置在导轨上；伸缩电机和复位装置设置在切割电机的两侧，通过伸缩电机和复位装置可使切割电机沿导轨向相反方向运动。进一步的，高度调节装置包括：四个导轨、伸缩电机和连接板；四个导轨均固定设置在可移动车体上，连接板可移动的安装在四个导轨上，连接板上设置有挤压罩，切割电机设置在挤压罩内；连接板的下方设置有复位装置，复位装置能够通过连接板使切割电机沿导轨向上运动；伸缩电机固定设置在可移动车体上，伸缩电机的伸缩杆能够挤压挤压罩使切割电机沿导轨向下运动；复位装置为复位弹簧，复位弹簧套装在导轨上。一种权基于激光扫描雷达传感器的智能割草机的控制方法，基于上述的智能割草机，包括以下步骤：步骤1，通过激光扫描雷达传感器对待割草区域进行预先扫描，确定待割草区域的边界及障碍物的形状及分布，然后采用栅格法对待割草区域进行区域划分；步骤2，通过驱动机构驱动智能割草机移动，通过切割电机驱动切割线进行割草，通过高度调节结构调节割草线的高度，通过激光扫描雷达传感器采集智能割草机前进方向的草坪高度情况、需要割草高度情况和障碍物情况，草坪高度有变化时跳转至步骤3，割草高度有变化时跳转至步骤4，有障碍物出现时跳转至步骤5，直至整个待割草区域割草完毕；步骤3，根据采集的草坪高度的情况，通过控制器控制驱动机构降低智能割草机的行驶速度，草坪高度变化越大，智能割草机的行驶速度越低，调节完毕后跳转至步骤2；步骤4，根据需要割草高度的实时情况，通过控制器控制切割电机的转速，割草高度越大，切割电机的转速越快，调节完毕后跳转至步骤2；步骤5，出现障碍物时，通过控制器控制转向机构进行避障，避障完毕后跳转至步骤2。进一步的，步骤3中，智能割草机的行驶速度的调节范围为25m/min～15m/min；智能割草机的行驶速度的调节公式为：其中，hd为采集的草坪地形高度，单位mm；H为车身高度，单位mm；d为底盘高度，单位mm；v为智能割草机的行驶速度，单位m/min。进一步的，步骤4中，切割电机的转速的调节范围为3000r/min～4000r/min，切割电机的转速调节计算公式为：其中，n为切割电机的转速，单位r/min；h为割草高度，单位mm；D为前后割草质量，其取值范围为0-1，v为智能割草机的行驶速度，单位m/min。进一步的，步骤5的避障具体包括：步骤5.1，判断障碍物的类别：障碍物连续五秒未移动认为是固定障碍物，否则认为是移动障碍物；若为固定障碍物则跳转至步骤5.2，若为移动障碍物则跳转至步骤5.3；步骤5.2，通过控制器控制转向机构，使智能割草机绕开障碍物，完成避障；步骤5.3，通过控制器控制驱动机构，使智能割草机停止运动，等待障碍物离开割草路径，完成避障。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的智能割草机，设置有激光扫描雷达传感器，其具有快速实时反映能力和高精度特性，能够实时更正测量数据，可使得测量数据更加精确；通过图像采集装置能够对割草质量进行监控，采集的图像传递给控制器，通过与控制器内预存的阈值比较，可评定出割草质量；割草质量在阈值以上，保持当前参数继续工作，割草质量在阈值以下时，降低智能割草机的行驶速度，提高切割电机的转速，通过实时调节割草机的割草参数可获得较好的割草质量；通过控制器控制高度调节机构，能够调节切割线的割草高度，满足不同割草高度的需要，可使智能割草机具有较好的适应性；通过图像采集装置和激光扫描雷达传感器能够监测割草路径上的障碍物，通过控制器控制转向机构和驱动机构能够实现智能割草机的避障，提高智能割草机的应用的可靠性和安全性。综上，本专利技术的智能割草机既能准确修整草坪高度，又能基于割草质量与割草深度进行实时调控，具有较好的割草质量。进一步的，在轮边连杆与车轮之间设置有减震装置，能够增强车轮的抗震性，增加智能割草机对草坪地形的适应性。进一步的，导轨竖直设置在可移动车体，复位弹簧套装在导轨上，连接板可移动的套装在导轨上，伸缩电机通过伸缩杆挤压挤压罩，使切割电机、切割线和连接板沿导轨向下运动，此时割草高度增大，复位弹簧储存势能；伸缩电机收回伸缩杆，复位弹簧释放势能，顶升连接板，使切割电机、切割线和连接板沿导轨向上运动，此时割草高度减小。本专利技术的智能割草机的控制方法，通过激光扫描雷达传感器获取草坪高度、草坪内障碍物分布及割草高度信息，通过图像采集装置获取草坪本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于激光扫描雷达传感器的智能割草机，其特征在于，包括：可移动车体、图像采集装置、转向机构、驱动机构、激光扫描雷达传感器(2)、控制器、切割电机(9)和高度调节机构；图像采集装置设置在可移动车体上，用于采集草坪的图像信息；激光扫描雷达传感器(2)设置在可移动车体上，用于待修剪草坪的高度、割草高度及草坪内障碍物的信息采集；转向机构设置在可移动车体上，用于智能割草机的转向；驱动机构设置在可移动车体上，用于为智能割草机的行走提供动力；切割电机(9)的输出轴通过传动装置安装有切割线(11)；高度调节机构设置在可移动车体上，切割电机(9)设置在高度调节机构上，通过高度调节机构可调节切割线(11)的高度；控制器设置在可移动车体上，图像采集装置和激光扫描雷达传感器(2)的信号输出端均与控制器的信号输入端相连接，控制器的信号输出端分别与转向机构、驱动机构、切割电机(9)和高度调节机构相连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于激光扫描雷达传感器的智能割草机，其特征在于，包括：可移动车体、图像采集装置、转向机构、驱动机构、激光扫描雷达传感器(2)、控制器、切割电机(9)和高度调节机构；图像采集装置设置在可移动车体上，用于采集草坪的图像信息；激光扫描雷达传感器(2)设置在可移动车体上，用于待修剪草坪的高度、割草高度及草坪内障碍物的信息采集；转向机构设置在可移动车体上，用于智能割草机的转向；驱动机构设置在可移动车体上，用于为智能割草机的行走提供动力；切割电机(9)的输出轴通过传动装置安装有切割线(11)；高度调节机构设置在可移动车体上，切割电机(9)设置在高度调节机构上，通过高度调节机构可调节切割线(11)的高度；控制器设置在可移动车体上，图像采集装置和激光扫描雷达传感器(2)的信号输出端均与控制器的信号输入端相连接，控制器的信号输出端分别与转向机构、驱动机构、切割电机(9)和高度调节机构相连接。2.根据权利要求1所述的一种基于激光扫描雷达传感器的智能割草机，其特征在于，图像采集装置包括前摄像头(1)和后摄像头(4)，前摄像头(1)设置在可移动车体的前端，后摄像头(4)设置在可移动车体的后端。3.根据权利要求1所述的一种基于激光扫描雷达传感器的智能割草机，其特征在于，转向机构包括：转舵电机(7)、曲柄(15)、转向连杆(17)和轮边连杆(18)；转舵电机(7)固定设置在可移动车体上，转舵电机(7)的信号接收端与控制器的信号输出端相连接；转舵电机(7)的输出轴上安装有曲柄(15)，曲柄(15)上铰接有转向连杆(17)，转向连杆(17)的两端分别铰接有轮边连杆(18)，两个轮边连杆(18)分别与同一个车轴上设置的两个车轮连接，转舵电机(7)通过曲柄(15)、转向连杆(17)和轮边连杆(18)能够使车轮转向。4.根据权利要求3所述的一种基于激光扫描雷达传感器的智能割草机，其特征在于，轮边连杆(18)与车轮之间设置有减震装置。5.根据权利要求1所述的一种基于激光扫描雷达传感器的智能割草机，其特征在于，高度调节装置包括：导轨(8)、复位装置和伸缩电机(3)；导轨(8)竖直固定设置在可移动车体上，切割电机(9)可移动的设置在导轨(8)上；伸缩电机(3)和复位装置设置在切割电机(9)的两侧，通过伸缩电机(3)和复位装置可使切割电机(9)沿导轨向相反方向运动。6.根据权利要求1所述的一种基于激光扫描雷达传感器的智能割草机，其特征在于，高度调节装置包括：四个导轨(8)、伸缩电机(3)和连接板(13)；四个导轨(8)均固定设置在可移动车体上，连接板(13)可移动的安装在四个导轨上，连接板(13)上设置有挤压罩(14)，切割电机(9)设置在挤压罩(14)内；连接板(13)的下方设置有复位装置，复...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩毅，李昌乐，董小明，宋明洋，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61