电动遥控割草机(1)

全自动草机割

设

计

报

告

目录

摘要 (1)

第一章绪论 (1)

1.1 前言 (1)

1.2系统主要结构及总体设计 (1)

1.3系统功能描述 (2)

1.4 工作原理 (2)

第二章遥控割草机的设计 (3)

2.1遥控割草机驱动方案的选择 (3)

2.2 车体驱动电机的选择 (3)

2.3 遥控割草机车体设计 (4)

2.4 电动割草机风路设计 (4)

2.5调高方案的选择 (5)

2.6 智能避障方案 (5)

2.7 遥控方案选择 (5)

摘要

摘要：本文对国内外市场现存的割草机进行了介绍和比较，指出了现在割草机技术的设计不足，并结合以往的割草机的机械原理和遥控割草机控制系统的要求，对遥控割草机的机械进行了本体的设计。首先，选择了结构容易实现的四轮机构，其后，建立了自动割草机的运动学和力学模型已经控制原理的调试，并根据相关计算确定出机械部分的参数，所需电动机的参数，以此为基础进行电机的选型，以及对割草时喷水雾化装置的设计。最后，结合遥控割草机的任务特点，为其设计割草的机构，作为割草机的主体部分，割台及调高部分技术成熟，性能稳定，在这方面将采用传统的设计理念，与遥控部分配合，做了适当的调整。

关键词：遥控；割草机；洒水；人机工程学

第一章绪论

1.1 前言

伴随着各国城市城区的绿化程度的提高，许多的高尔夫球场，足球草坪场，街道草坪等公共绿地都需要进行维护。在维护作业中，以草皮的修剪工作最为繁重，不仅枯燥复性强而且还容易激起大量尘土。而在割草工作中消耗人力和物力最大的就是在人力跟随上。为了降低草坪维护的劳动强度和成本，西方国家曾导出了一系列改进机型。其技术比较成熟，其性能比较完善的为乘坐式草坪割草机，虽很大程度降低了劳动强度，为了将人从人力跟随中解脱出来，近年来，一些国家提出了用现代电子技术和智能控制技术改造和提升草坪机械产业的战略，希望在不久的将来更加聪明的割草机取代传统的割草机。所以遥控割草机械应运而生了。

遥控割草机的研究不但满足了市场需求，而且具有一定的学术价值。遥控割草机属于新型的新一代机电一体化产品，需要单片机等相关技术的配合。

如今，草坪业已经成为了我国的新兴产业，经过多年的快速发展后草坪业逐渐从高峰时期过渡到平缓时期，这样促使了草坪行业开始由一个劳动密集型到知识密集的转换时期，尤其是草坪的修建维护工作，迫使需要一种效率更高，并且人员消耗和能源消耗更低的草坪机械。为此，我们必须依靠自己的力量和经验来研究具有自己特色的遥控割草机。

1.2系统主要结构及总体设计

遥控割草机的主要结构框架，蓄电池，配电器，遥控器，喷水机构，驱动机构，转向机构,机械传动机构，割刀，避障等装置组成，遥控割草机是机电一体化的产品，以实际的需求为出发点，合理的选择遥控割草机的本体选型方案割台系统方案和调高选择等多方面的内容，最后给设计主要参数。系统功能描述 遥控割草机用于远程割草控制，是现在一定范围内通过单片机控制和草机按要求完成修剪草坪的工作。

1.3系统功能描述

遥控割草机用于远程割草控制，是现在一定范围内通过单片机控制和草机按要求完成修剪草坪的工作。

1.4工作原理

割草机按割草方式可以分为推进式，坐骑式（乘坐式），手推随行式（自走式）和拖拉机悬挂式（牵引式）等几种割草机。虽然这些割草机在功能上不够完善，但是性能稳定，并以发展出序列，有一定的技术基础。本遥控割草机以推进式和手推式割草机的机构为基础，遥控割草机的驱动由电动机完成，洒水装置由电动喷水泵实现，，电动机连接减速器带动刀具旋转割草，此过程中产生的回转气流把割下来的草带出，通过小电动机和转向机构由遥控来控制转向，以达到割草的目的。遥控割草机的设计需要完成设计割台，驱动机构，控制系统等，其机械部分的功能分解后的功能如图所示

控制割草高度

主功能 割草及碎草

排草

用于割草 变能 遥控割草机 动力功能 用于行进

传动 用于控制

其他功能

第二章遥控割草机的设计

2.1遥控割草机驱动方案的选择

遥控割草机为户外作业的移动性及其，其中应用驱动广泛的是履带式，轮式，和足式等。较平整的路面应用较多的轮式和履带式，而特殊的条件相对恶劣的环境运用较多的是足式，割草机一般在条件较好的草坪上工作，结合其工作要求割草机选用驱动方式为四轮式，四轮式稳定性能好，承载能力比较大，结构灵活，控制起来比较方便。

2.2 车体驱动电机的选择

局遥控割草机的行走部分的要求，选择的电动机要具备广调速功能，并具有冲击，确定选用直流无刷电机。驱动电机的功率由割草机的质量M、运行的速度v、驱动轮的直径d来确定。分析和计算割草机的受力情况时，假设遥控割草机在平地上直线加速行驶，不考虑行驶过程中的空气阻力。

假设割草机的加速度为dv/dt，对应的车轮角加速度为dw1/dt。其中Mt，为作用在驱动轮的驱动力矩，P1为驱动轮上的载荷，N1为地面对驱动轮的法向作用反力，m1为驱动轮的质量，X1为驱动轴对驱动轮的阻力，U1为地面对驱动轮的切向反作用力。

由Wi=v/ri可得

dw1/dt=(1/ri)*(dv/dt),(i=1,2) ri为车轮半径

根据平衡条件

U1-X1=m1*dv/dt

M1-Mn-U1r1=J1*dwi/dt

Mn为驱动轮滚动阻力力矩，其值为Mn=N1e1

为驱动轮的转动惯量

联立和式得

M1/r1=Mn/r1+X1+（m1+J1/r?2）dv/dt ⑶（1）

由此可见，实际驱动力要克服三种阻力，即由驱动轴传来的阻力X1、驱动轮本身的加速阻力m1dv/dt和驱动轮本身的滚动阻力。而后者由旋转质量产生的加速阻力（J1/ r?2）*（dv/dt）和由平移质量产生的加速阻力m，dv组成。

遥控割草机的驱动力是用来克服车轮的滚动阻力、平移质量的加速阻力和车轮旋转质量的加速阻力。所以驱动力必须大于滚动阻力才能加速行驶，如果驱动力小于滚动阻力则遥控割草机无法启动，经计算则有

M1/r1≥Mf1/r1+Mf2/r2

最后通过计算分析得出，去遥控割草机车体40Kg，驱动轮直径200mm，行走速度3.5Km/h，安全系数为2，则选择的电机的功率约为174W，输出转矩1.96Nm，目前市场上的直流电机并没有符合该特性的电机产品，可选择性能与之相近的电

动机，利用减速箱来实现预期目标。

按照遥控割草机的实际需求和要求，选择弗朗克电机厂生产的FBL——92F 系列直流电动机，所选用的电机型号为FBL——92F30061RS。该电机参数如表1所示，电机尺寸如表2所示。

2.3 遥控割草机车体设计

综合遥控割草机的工作特点和需求，遥控割草机车体须具有一下特点：

底盘距地面高度约为30-90ram；

为了车轮能接触地表，车轮宽度尽可能要小；

车体应拆卸方便，利于维修；

车体要有一定的刚度；

车体重量要轻；

内有高速旋转的电机，要留有空间散热。

根据上述特点，对遥控割草机车体进行设计。车体主要由硬质铝合金板件拼接而成，各板件依靠连接件与螺栓连接。采用该结构的特点是便于拆卸，结构简单，并且硬质铝合金强度适中，密度小，能满足设计的质量和刚度要求。结合所选电机的输出转矩，设计机器人车体的车轮直径为200mm，厚度为50ram，平面底盘，可满足底盘距地面高度约为30-90mm的设计要求。另外在遥控割草机车轮内外侧还要有对称的深槽，用于增大摩擦力，看确保机器人在地表稳定运行。设计机器人总体尺寸长*宽*高为866mm*842mm*20ram，总重量M约为30Kg （包括电瓶重量），割草机底盘距离地面高度为。70mm，驱动车轮直径为200mm，驱动轮轮距。766mm，割草机从动轮直径为200mm，导向轮和两后驱轮之间的距离为598mm。

2.4 电动割草机风路设计

风路与出草通道有着密切的联系，在出草通道的设计上，我们采用最合理的蜗壳设造型，从前向后逐渐扩大的形状，通道内应无任何障碍，并在后传动部分的一些可能阻碍草屑流动的零件上装配过渡导板，以保持出草的通畅，获得最佳的割草效果。

2.5调高方案的选择

目前，对草坪割草机的割茬高度调节机构主要有两种。一种是前后轮同时联动的四杆调节机构，其优点是调节敏捷简单，结构简单，许多割草机都运用此结构；缺点是参数的设计和选择比较困难，合理的选择与否直接影响机器的作业质量，另一种是分别独立调节割草机前后轮来改变切割平面到地面的距离，起到了调节割茬高度的目的。其优点是能够很好的保证割刀的旋转平面与地面之间平行；缺点是调节机构的数量增加了，调节相对而言较复杂，且生产成本高。本遥控割草机选用的是四连杆调节机构.

2.6 智能避障方案

割草机采用遥控方案，在很大程度上减轻人们的劳动负担，但同时当割草机远离操作手视线时难以避免与草地障碍物发生碰撞，在一定程度上损伤机器。我们选择采用51单片机控制的红外传感器，当红外传感器检测到障碍物，51单片机接收到信号，自动进行避障，减少对机器的损伤。

2.7 遥控方案选择

方案一：

选择PS 2.4G无线手柄遥控器，这款遥控器的优点是小巧轻盈，价格在几十元，大大减少了制作成本，但是他遥控距离有限，信号接受稳定性不好。

方案二：

选择MC6B 6通道2.4G车模遥控器，他的价格在要稍贵于手柄遥控器，通过测试他的遥控距离1000米左右，信号接受稳定性高，满足我们的设计需求。

通过综合考虑，我们选择6通道 2.4G车模遥控器。