目前,社会上对草坪修剪机械的需求日益增加,而市场上提供的草坪修剪机械多为需人工参与劳动、由燃油提供动力的割草机,其具有噪声大、污染重、人的劳动强度大等缺点,这样对于能改善上述缺点的割草机器人的研究就显得必要了。本课题就割草机器人的设计及运动控制等方面展开了一系列的研究工作。 根据对割草机器人的设计要求并在论述了其载体履带式机器人结构及其草坪行驶动力学性能等的基础上研究了割台部分的设计过程。最后得到割草机器人割台的主要性能参数为:割幅400mm,刀片驱动电机功率90W、转速5000r/min,草坪修剪高度调节范围为20～90(mm)(采用滑动螺旋调节机构,可实现无级调节)。机器人的行驶速度约0.1m/s。整个系统都采用蓄电池供电,噪声小且无污染。 根据割草机器人的工作特点,研究了其路径规划。在全局路径规划当中,依据路径规划原则,给出了量化的计算公式作为运行路径选择的依据;针对以往对割草机器人避障过程控制方法的缺点提出了基于传感器测距及模糊控制技术的避障控制方法。试验结果表明此方法可行,且可通过改变模糊控制器输入、输出等参数的论域以及避障过程中割草机器人行驶的折线段轨迹的长度等来改变避障过程中割草机器人与突发性障碍物的相对位姿,说明该方法具有灵活性等优点。 割草机器人路径跟踪的精度如何主要取决于其定位系统的精度以及路径跟踪方法的选用。本文设计了路径跟踪PID控制器,在割草机器人路径跟踪过程当中高精度方位角的测取是关键,本文通过采用卡尔曼滤波技术融合光电编码器及数字罗盘测取的冗余方位角信息的方法,从而获得割草机器人的方位角。试验结果表明,融合后割草机器人沿直线路径行驶时其方位角的测取误差不大于1.5°,沿曲线行驶及原地转向行驶时方位角的测取精度也有了很大的提高。根据割草机器人工作的特点,研究了其定位系统的选用。最后通过路径跟踪试验得到:割草机器人在跟踪往返平行直线路径(长度为10m)的过程当中,其轨迹拟合直线度(指斜率)的范围是—0.0062～0.0063(理想值是零),误差分布比较均匀,每相邻两条拟合直线轨迹之间距离(理论值为0.4m)的偏差范围是—0.059～0.097(m)。 根据对割草机器人的任务要求,设计了割草机器人的路径跟踪试验,提出了其智能化工作效果的评价参数,并通过试验得到评价参数的结果。