目 录
第一章 太阳能割草机器人的研究现状 ......................................................................................... 2 第二章 太阳能割草机器人总体方案的设计 ................................................................................. 3
2.1太阳能割草机器人设计要求 ............................................................................................. 3 2.2太阳能割草机器人本体结构的设计 ................................................................................. 4
2.2.1太阳能割草机器人关键部件的选择 ...................................................................... 5 2.2.2太阳能割草机部件分布 .......................................................................................... 6 2.3传感器的选择 ..................................................................................................................... 8 2.4系统控制体系结构的设计 ................................................................................................. 9 2.5控制系统的中的数据管理 ............................................................................................... 10 2.6本章小结 ........................................................................................................................... 11 第三章 太阳能割草机器人控制系统的硬件构成 ....................................................................... 11
3.1太阳能割草机的主控制器的介绍 ................................................................................... 12 3.2 CPU核心电路的设计 ...................................................................................................... 13 3.3传感器的系统模块设计-- CMPS03电子罗盘的应用 .................................................... 14 第四章 太阳能割草机器人的软件设计 ....................................................................................... 15
4.1嵌入式数据库的应用 ....................................................................................................... 15
4.1.1嵌入式系统SQLite简介 ...................................................................................... 16 4.2关键部分编程的实现 ....................................................................................................... 18
4.2.1主程序的设计 ........................................................................................................ 18 4.2.2超声波避障程序的设计 ........................................................................................ 19
第五章 总结与展望 ....................................................................................................................... 20
5.1总结 ................................................................................................................................... 20 5.2展望 ................................................................................................................................... 21
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基于ARM太阳能割草机器人控制系统的研究
第一章 太阳能割草机器人的研究现状
太阳能割草机器人为自动割草机器人的一个类别，它与其它类型的自动割草机的唯一区别是能源系统不同，太阳能割草机器人的主要能量源为太阳能。现在在国际与国内对太阳能割草机器人的研究己经十多年了，并且积累了一定经验，但是现在比较成熟的产品应该是瑞典Electrolux公司开发的Husqvarna AutoMower太阳能割草机器人系列如图1.1所示。它是以蓄电池与太阳能电池板共同为系统提供能源。Husqvarna AutoMower在比较好的天气下每天大概能割0.65英亩的草坪，比只利用蓄电池的割草机割草面积的大小大概可以提高25%。但是在Husqvarna AutoMower割草的区域的四周仍然需要铺设导线，以便于为太阳能割草机器人提供导航与边界标示。
图1.1 Husqvarna AutoMower
在国内，太阳能割草机器人还处于起步发展阶段，现在投放市场
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的产品只有桂林豪明生物环保能源有限责任公司生产的肩背式太阳能割草机，如图1.2所示，它对太阳能在割草机上的应用起到技术积累的功效。智能化的太阳能割草机在大中院校做了一些实验性的研究，虽然取得了一定的成果，但是到现在为止还没有推出成品化的机器。
图1.2 肩背式太阳能割草机
第二章 太阳能割草机器人总体方案的设计
本课题研究的对象为智能环保的家用割草机，它是一个综合的体系结构，其集成了能源利用、机械机构、智能控制、环境的感知、行为的规划、智能决策等多种技术。本文从实用出发讨论了割草机车体的选型，能量管理，硬件电路的设计以及嵌入式数据库系统和硬件的控制算法。
2.1太阳能割草机器人设计要求
太阳能草坪割草机的基本任务就是完成草坪的割草工作。由于它采用了太阳能作为能源，电动机作为动力，其结构与传统的机械式割
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草机有很大的区别，对其设计要求除了满足传统割草机的工作要求之外，还有一些特殊的设计要求。其设计要求包括以下几个方面:
(1)工作要求:割草宽度46cm(18inches),割草高度25-55mm(1-2.2inch);割草电机转速3500r/min;最大行进速度0.4m/s;转弯半径为零。
(2)结构要求:太阳能草坪割草机在结构上要简洁，除去不必要的结构，来减轻整机重量。
(3)操作要求:太阳能割草机要求操作简单，在无人职守的情况下可以独立完成割草任务。
2.2太阳能割草机器人本体结构的设计
与机械式割草机相比，太阳能割草机器人能量和控制的传递是通过柔性的电线而不是刚性的机构，这使太阳能割草机便于模块化，因此本系统将太阳能割草机分为四个模块:能量系统，电机驱动系统，控制系统，割草系统。能量系统主要有控制器，蓄电池，太阳能电池池，电流调节器组成;电机驱动模块主要由驱动电机和驱动轮驱动组成，其作用是通过差动方式使太阳能割草机器人完成前进、后退、转弯;割草系统主要由割草电机，割刀及高度调节机构组成;控制系统主要有控制器与传感器组成;除此之外还有割草机器人壳体等。太阳能割草机器人的基本结构如图2.1所示，其中粗实线为能量流动方向，细实线为控制信号方向，粗浅色线为机械传动连接。
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图2.1 太阳能割草机的基本结构
2.2.1太阳能割草机器人关键部件的选择
现在割草机的运动方式主要有轮式、履带式、足式等;履带式割草机一般用于坡度较大的环境中，足式割草机一般用于特殊的场合，在比较平坦的环境下轮式割草机应用广泛。由于家庭草坪与公共绿地地形平坦，因此本系统采用轮式运动方式。
目前草坪机械主要有两个基本类型:滚刀式修剪机和旋刀式修剪机，而滚刀价格较高，且要求严格的保养，所以割草机采用旋刀式设计，即以高速水平旋转的刀片把草割下。对于家用割草机器人来说，其割刀尺寸不应过大，因此割刀采用单刀片。割刀刀片由高速直流电
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