随着我国城市化脚步的加快,城市草坪面积不断增加,其中包括了城市绿化草坪、足球场和高尔夫球场等。草坪改善了城市环境,但是其维护作业消耗了大量人力物力,并且维护过程也会产生噪声和废气污染。因此研制割草机器人取代人工修剪草坪是必要的且具备市场效益的。另外,割草机器人工作在开放的非结构化空间内,而如何实现机器人在非结构化空间的移动正是现今机器人研究的重要课题,所以割草机器人的研制具有一定的学术价值。本文对目前的割草机器人研究现状进行了介绍和分析,在传统割草机器人技术的基础上,对关键的机械结构和控制系统进行了改进设计,得到了一套完整的割草机器人设计方案。对于机械结构部分设计,首先选择割草机器人的车身结构为前端两个导向轮后面两个驱动轮的四轮结构,然后对割草结构和驱动机构进行了设计,最终确定了割草机器人的机械结构的设计方案。为了降低机器人成本,简化机器人结构,本文设计了一种割草刀具升降机构。为了提高机器人工作安全性,本文设计了一种倾覆停机机构。对于控制系统部分设计,首先对割草机器人的运动模型进行分析,得到割草机器人运动的数学模型。然后通过对户外机器人的定位方法研究,确定了割草机器人的定位和导航方法。最后根据整个机器人控制方法,对传感器系统进行选型。为了提高机器人的定位精度,为本文使用了卡尔曼滤波算法,对机器人里程计数据、IMU(惯性测量模块)和GPS数据进行了融合。为了降低机器人成本,节约机器内部空间,本文设计了一种运动控制器。