割草机器人机械系统设计与的研究

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1、AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMechanicalSystemDesignandResearchonRobotMowerCandidate:LianYongjunMajor:MechatronicsEngineeringSupervisor:Prof.ChenXuedongHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan,Hubei430074,P.R.ChinaMa

2、y,2008独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据

3、库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要随着经济的发展，城市绿化进程逐渐加快，绿色草坪逐渐成为一种时尚，越来越多的国外家庭更注重生活环境的美化，这也带动了家用草坪机械的发展。对小型家庭草坪的修剪和维护作业需要消耗掉大量的时间、资本和人力。此外在使用传统割草机对草坪进行修剪时，还会带来噪声和废气等污染，严重影响了从业人员的身心健康。为了将劳动力从重复、枯燥的割草作

4、业中解放出来，有必要研制一种自动化的小型割草机器人。本文首先对国内外现存的割草机器人进行了介绍和比较，指出了现有割草机器人研制过程中的关键技术和存在的不足，并结合机器人的机构，选择了四轮形式的车体结构设计方案。针对割草机器人的工作环境、运动方式等要求，首先进行了机器人机械本体的设计，包括机器人车体、驱动轮、万向轮等结构设计；然后，根据机器人在草坪环境下的受力模型，按照机器人的质量和尺寸等参数确定了所需驱动电机的参数，并以此为基础进行了电机、减速箱的选型以及机械零件的设计；最后，结合割草机器人的任务特点，为其设计了特制的割草机构。最后，建立了割草机器

5、人的机构数学模型，并在深入研究移动机器人的运动学模型与动力学模型基础上，针对户外工作环境下移动机器人的简化动力学模型，利用后退方法设计了割草机器人非完整动力学的轨迹跟踪模型，结合机器人自身特点应用matlab进行仿真，给出了控制仿真实验分析结果，验证了机器人良好的轨迹跟踪特性；在实现了机器人轨迹跟踪基础之上，进一步讨论了割草机器人的全区域覆盖问题，包括区域充满检测标准、工作区域划分和工作区间遍历等。通过以上研究，设计了一种简单实用的割草机器人，具有一定的智能化水平，满足了自主移动、寻迹、充电、割草等功能，验证了方案的可行性，为户外小型移动机器人的研

6、究奠定了基础。关键词：割草机器人运动学模型轨迹跟踪全区域覆盖I华中科技大学硕士学位论文AbstractEconomicdevelopmentinrecentyearspromotesurbangreeningprocessrapidly,andgreenlawnhasgraduallybecomeatrend.Moreandmoreforeignfamiliespaymoreattentiontolandscapingthelivingenvironment,whichacceleratestheprogressoflawnindustry.Eve

7、ryyear,itconsumeslotsofresourcestomaintainthosepublicarealawnssuchasgrassyinfamilyyard.Furthermore,thosetraditionallawnmowerswillalsobringnoiseandexhaustairpollution,whichhaveaseriousimpactonthephysicalandmentalhealthofworkers.Inordertoliberatelaborsfromhighrepetition,boringmo

8、wingwork,itisnecessarytodevelopakindofrobotmower.Thethesisfir