随着对水果需求的日益增长,水果种植规模逐渐扩大,果园机械化生产管理是未来的趋势。果园生草是果园植被管理中一种较为先进的方法,但需要按时除草,配以机械式除草代替除草剂,可减肥减药,保护环境,提高可持续发展。山地果园地形复杂,路面不平整,作业机械通行困难,这对机械化割草提出更高的要求,赣南果园特殊的梯田种植方式,株间除草困难。为此本文研发了一种山地果园仿形避障割草机,以适应复杂地形,提高割草效率和作业安全性,开展的主要研究工作如下:1)进行了山地果园常见草类的植物力学特性试验。研究了不同种类、不同切割部位、不同生长周期杂草的剪切特性和弯曲特性,进行多株杂草聚集对切削效果的影响,为割草机设计和作业参数选择提供理论依据。试验结果表明:3种类杂草的平均剪切力从大到小依次为柯孟披碱草、一年蓬、牛筋草,平均抗弯力从大到小依次为:一年蓬、柯孟披碱草、牛筋草;总体上,剪切力和抗弯力均随直径增加而增大;距根部40-80mm范围,总体上剪切力随距离增加而增大,抗弯力随距离增加而减少,50mm是较合适的剪切高度;随着株数增加,剪切力增加超线性增加,抗弯力增加近似线性增加。2)进行了仿形避障割草机的整机结构设计。为了适应山地果园不平整地面和狭小通过要求及行株间割草需求,采用履带式底盘与前后割台分置的整体结构方案。履带式底盘采用差速驱动结构,左右驱动轮采用1.5k W的伺服电机,通过减速器和链传动带动驱动轮,履带宽150mm,最大爬坡角度25°,底盘整体宽度720mm。为了适应果园行间和株间避障割草需求,采用前置割台和后置割台分置方案。前置割台两个割刀并列布置,割幅600mm,设计了前置割台仿形机构,仿形量62.6mm。设计了后置侧切仿形割台,提出了一种多向仿形机构,横向、纵向仿形量均为40mm,实现了后置刀盘贴地仿形功能,设计了后置割台避障调整机构,可调节割幅0-200mm;使用Adams仿真验证了侧切仿形割台仿形效果。完成了整机加工试制,整机割幅600-800mm可调。3)进行了仿形避障割草机控制系统设计与实现。根据仿形避障割草机的结构特点和作业需求,整机控制系统采用分层控制方案,上位机为避障控制系统,采用工控机,安装ubuntu系统,主要通过二维激光扫描仪实现整机的障碍物探测;下位机包括底盘Stm32控制器和割台Stm32控制器。采用后置刀盘局部避障和整机整体避障结合的避障方案,通过激光扫描探测信息聚类分析,进行避障决策:在障碍物靠近底盘中心时,采用左右绕行的整体避障策略;在障碍物距离稍远时,采用后置刀盘避障的局部避障策略。此外进行了底盘性能测试,底盘爬坡角度为25°,可越过高15cm障碍物,可越过深20cm、宽25cm的壕沟。符合果园行走作业要求。4)进行了仿形避障割草机的避障功能试验和割草性能试验。对避障装置响应距离及避障割草效果进行了验证分析,割草机最短停止距离为1442mm,距离误差稳定在10cm内,避障决策正确率为100%。以割茬高度、割幅及碎草率等指标对样机进行了割草性能测试。试验结果表明:割草机可适应起伏4cm的地形割草,前置割台平均割幅为596.3mm,平均割幅利用率为99.4%,平均割茬高度为53.3mm,平均割茬高度稳定系数为88.8%,平均碎草率为88.5%,平均漏割率为1.93%,整体切割效果良好,满足园艺要求。