喻波

摘 要：随着经济快速发展，各国城市现代化建设你超我赶，市政绿化与家庭花园绿化程度越来越高，大量的公园草坪、足球场草坪、GOLF球场草坪修剪工作十分繁重，重复性高。随着人工智能与物联网技术的发展，利用现代电子技术和智能控制技术的全自动智能割草机器人应运而生，在不久的将来势必会取代传统割草设备。文章通过对国内外市场上在售的割草机器人进行调查，分析出智能割草机器人的行业现状与发展前景。

关键词：割草机；机器人；人工智能；传感技术；智能设备

中图分类号：TP242.3 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）29-0070-02

Abstract： With the rapid economic development， urban modernization in all countries you catch up with me， municipal greening and home garden greening degree is getting higher and higher， a large number of park lawn， football field lawn， GOLF pitch lawn pruning work is very heavy， high repeatability. With the development of artificial intelligence and Internet of things technology， the fully automatic intelligent mowing robot based on modern electronic technology and intelligent control technology emerges as the times require， and is bound to replace the traditional mowing equipment in the near future. In this paper， the industry status and development prospects of intelligent mower robot are analyzed by investigating the mower robot sold in the domestic and international market.

Keywords： mower； robot； artificial intelligence； sensing technology； intelligent equipment

1 智能割草机器人概述

草坪修剪工作的劳动强度之大，所耗成本之高，拉动各国企业积极进行技术提升和设备改造，并于1997年首次提出智能割草机器人的概念。[1]

智能割草机器人，属于民用户外移动机器人领域，凭借一定的人工智能技术，自动在设定区域内完成割草工作，是用以替代人工修剪或半自动割草设备的智能花园管理设备，最大限度节省人力、物力、財力，具有高效、安全、便捷、使用简单、环保污染小等特点。各方面都有点类似智能扫地机器人，以及智能擦窗机、浇水智能机器人、排水沟智能清洁机器人、智能烤架清洗机器人等，外观方面由20世纪初美国高校研制样品的四四方方，慢慢演变为曲线型设计，有的远看像缩小版的小汽车。

全自动智能割草机器人一般拥有以下功能：自动割草、清理草屑、自动避雨、自动行走功能，自动躲避障碍物，电子虚拟篱笆、自动返回充电，网络控制等。具备安全检测和电池电量检测功能，具备一定爬坡能力，可调节修剪高度，可用APP操控，是一种适合家庭庭院、公共绿地等场所进行草坪修剪维护的中小型设备。APP里会显示工作状态、剩余电量、除草日期或者切换至手动远程操控，也可将后台数据上传至云端，方便制造商远程诊断设备故障。它不仅能自主完成修剪草坪的工作，无须人为直接控制和操作，且功率低、噪音60分贝左右、外形精巧美观。在国外，许多家庭都备有智能割草机，用来为门前的花园除草。

机器人科技如今日趋成熟，故每种品牌都有不同的研发方向，拥有特殊的设计。基本构造如下：

本体：不同厂商的品牌设计外型不同，机身为自动化技术的可移动装置。

充电电池：大部分采用锂电池，小部分用铅酸电池，各厂商的电池充电时间与使用时长也有所差别，工作时长是对电池的考验，是整机的核心之一。也有加装太阳能板补充电能的方案。

充电座装置：供智能割草机器人回充。

传动轮子：用于滚动行走。

控制面板：可设置参数，一般会设置强制停止按钮。

相比早期的半自动智能割草机，全自动的智能割草机器人主要应用技术如下：

传感技术：通过温度传感器、距离传感器、超声波传感器、红外传感器、雨滴感应器、角度传感器、人体热释传感器、摄像头视觉传感等，为智能割草机器人提供外部环境信息，中央处理器通过分析这些数据信息，对各驱动装置发布相应的动作指令。

智能路劲识别与规划技术：要求处理器自动规划出合理的无障碍行驶路径，逐步细致深入分析工作环境。

特殊边界物识别技术：为智能割草机器人设置电子虚拟篱笆，可利用GPS定位系统进行定位操作。

智能躲避技术：主要是利用超声波感应器实时传输障碍物距离信息，也可利用视觉传感技术，通过摄像头识别与传输分析模拟信号，选择最佳躲避路径。[2]

智能割草机器人目前面临六大技术难题：a.工作环境复杂，传感系统采集信息的准确度还不够；b.工作范围难以全部覆盖，反复工作造成能源浪费与降低效率；c.机器人与外界的通讯功能不强，人机交互能力需提升；d.定位系统不够精确，容易导致工作范围偏差；e.能源体系不够优良，持续工作能力弱；f.学习能力不够强大，难以避免重复犯错。

传感技术、GPS定位技术、物联网技术、智能规划与躲避技术等都已被广泛应用于各行各业的智能产品上，相比20年前智能割草机器人刚刚萌芽时成熟很多，却仍然没有达到最佳状态，难以实现技术突破。目前企业进行研究制造，最多能在细节优化方面做出差异化设计。相关核心元器件产品较多，容易获得，成本可控；从其他智能设备的制造情况来看，智能割草机器人的整机可具备量产条件。

2 行业现状研究

通过对网络上正在销售的智能割草机进行调查，目前智能割草机价格从3000元至50000元不等，所有国内电商平台销量几乎为零。引起价格差异的主要原因有：外观设计、电池耐用度、割草面积、割草高度，以及一些差异化的人性化功能设计等。主体结构一般在70cm×50cm×40cm以内，重量一般在22kg以内，割草刀片2pcs-4pcs左右，修剪高度2-6cm可调不等，续航工作时长2-7H不等。而美国专业除草工人的工资，约1000美金每家每年，一些欧美的智能割草机器人售价约1200-1800美金。Lawnbott或者 Husqvarna品牌的自动割草机会卖3000美金。

以色列Friendiy Machines公司的 Robomower 是目前较典型的智能割草机器人之一，重约22kg，与智能扫地机器人相似，采用三轮小车的结构，前轮为万向轮，最大特点是能将切割下来的草茎粉碎成3mm 以下的碎草末，形成天然肥料；意大利的Zucchetti公司设计的Oscar和苏州威克士全自动智能机器人为产品配备雨水传感器，下雨时自动回充躲避；瑞典的Eleetrofux公司制造的Auotmower为产品加装太阳能板供电；比利时Berlbooties公司的BigMow具备优良的路径算法，刀片覆盖面积大，工作覆盖面积较高；南京理工大学提出了一种廉价实用的总体方案MORO，根据机器人动力学方程推导出驱动力矩的计算公式，为核心元器件参数选择提供依据，将机器人领域的前沿技术引用到这一领域，MORO系列样机重约50kg，刀片转速高达5000r/min，适用于大面积草坪的修剪。

3 行业上游产业结构及企业情况

草坪业在发达国家是一个重要产业，在我国还属于新兴产业。我国草坪业起步虽晚，但在近10年中，无论是数量还是质量，都取得了长足进步。

中国草坪業市场占有率仅相当于美国的1%，欧盟国家的1.5%，专家认为，中国每年可有15万-30万吨的草种市场潜力，但我国目前只有8000吨的用量。20世纪80年代，许多发达国家人均绿地面积都超过了20m2，那时候的美国草坪业每年以18%的不变产值高速递增，人均绿地面积近10000m2，年产值超过100亿美元。美国20世纪90年代初草坪总面积为166万-200万公顷，建设养护费用超过250亿美元。[3]

几年前的资料显示，我国首都北京，目前人均公用绿地面积6.14m2，上海1.15m2，绝大多数城市距离政府提出的人均公用面积相差甚远。

草坪草的最佳观赏期是幼苗期，采用修剪的方法能够控制和防止草坪草枯黄与老化。草坪养护修剪次数，常因季节、地区、草种用途不同而不同。一般处于生长旺盛期的修剪次数多，一般草坪一年最少要修剪4-5次，高度养护管理的草坪（如高尔夫球场草坪），一年的修剪次数可高达百余次。一般草坪草适宜的留茬高度为3-4cm，具体情况因草种不同而略有差异。

国内外研制智能割草机器人的企业，大多是园艺工具研制行业的厂商，原理技术实现等文献均来自各大高校与研究所，所以几乎还在技术研究层面，应用层还有待提高，价位较高，实现家用产品化还有很长的路要走。

国外已有一批产品较为成熟的企业，并发展了至少4款系列改进型产品，市场成长性较好；国内市场，智能割草机器人相比智能扫地机器人，制造商参与者并不多，研发与制造的企业几乎屈指可数，竞争不激烈。国内目前还是以人工半自动化的割草机为主，出售和购买全自动智能割草机器人的都十分少，不过也正是因为这样，市场才有很广阔的发展空间。对国内，各大绿化园地需要对割草工作更精细化管理的割草机器人；对国外，众多的私家花园也需要更多产品来冲击市场，带给消费者更多选择。

可增加的功能建议：增加摄像头拍照与存储、分享功能，方便管理者进行对比分析和分享给草坪管理爱好者交流；可考虑融合花园灯光管理系统、自动浇水管理系统，以及别的花园管理方面的功能；可考虑增加小拖斗，便于花园管理时暂时存放小工具。

4 行业发展趋势研究

智能割草机器人以其全自动化工作的特性，把人们从枯燥的体力劳动中解放出来，为现代社会生产生活节约人力资源，符合互联网时代社会发展的趋势与需要，顺应了人工智能时代的发展，适用市场还是很广泛的。难点在于攻破技术限制壁垒，将割草工作进行地更漂亮更彻底更快速。

国外情况，根据可阅读到的文献资料看来，较中国的行业发展情况起码领先15年。目前，国内价格低廉、功能多样，却不成熟的产品比比皆是，效率低、耗能高、不安全、不耐用等缺点也暴露无遗。不过随着城市信息化现代化发展进程逐渐加快，人们对居住环境的要求增高，相信随着绿化率的提高，人们对智能割草机器人的需求也会增加，因而，高效率，高品质的优质智能割草机将逐步得到青睐。

从智能扫地机器人的缺点来看，这类机器人容易出现的问题有：电池不耐用、工作不干净、路径规划凌乱、噪音大、容易被缠绕干扰，使得每次工作完毕，都还得人力返工。所以我们需要面临和必须克服的难题，在于从技术方面提高性能，使产品的割草工作更精准化；充分利用物联网技术，增强人机互动，使产品更智能化、人性化；降低生产成本，使产品更大众化。

智能割草机器人是一个很有意义也很有前景的项目，它能为人们生活带来便利与舒适。但从2005年以来智能割草机器人还停留在最初设定的一些结构与功能上，并不能完全摆脱人为返工的结果，所以它也是一个很难取得突破性进展的项目。

参考文献：

[1]丛明，金立刚，房波.智能割草机器人的研究综述[J].机器人，2007（07）.

[2]洪伟荣，杨远安，王建.浅析有关智能割草机的主要技术[J].科技创新与应用，2015（31）.

[3]李硕.中国草坪发展前景研究[D].黑龙江八一农垦大学，2015.