摘要：杂草影响着林业苗圃苗木的生长，因此对林业苗圃苗床和垄沟上杂草的治理问题不容忽视。林业苗圃除草作用中大多采用的是人工除草，效率低且劳动强度大。针对其除草作业要求，本文设计了一款适应林地苗圃环境的除草机器人。其底盘结构采用三角履带式底盘，加强了其除草工作过程中的稳定性和通过性。除草执行器安装在机械臂末端，以铲除的方式来进行除草作业工作。在实验环境下进行了实验验证，实验根据结果得出简易可行，易于安装，精确定位，除草效率高。

  在实验室环境下进行了模拟除草实验。除草机器人从初始位置出发，到达实验指定位置，控制机械臂定位到杂草位置，利用末端除草铲除去杂草，如下图2所示。

  通过模拟除草实验得出，该苗圃除草机器人行路机构易于控制，能准确的到达指定位置，从而到达精确除草源自文库效果。

  杂草影响着林业苗圃苗木的生长，而传统的除草方法主要是靠人工除草或者化学药剂除草。人工除草工作量大、耗时费力、工作效率低，化学药剂除草会给苗木、土壤、生态环境甚至人体健康造成损害[1，2]。随着现代科学技术的进步和现代高效农林业的发展、农业劳动力的提高[3]，国内外的很多科研机构已经广泛开展了除草机器人的研究。日本开发了一种履带式除草机器人用来去除稻田中的杂草。该机器人改采用电子装置作为引擎稳定前进，拨动土壤后对其施压并将杂草翻动出来。荷兰研究设计了一种自动除草机器人，采用柴油发动机作为动力，具有独立转向系统，可实现四轮转向。南京林业大学[4]设计了一种基于机器视觉导航和杂草识别的农田除草机器人，但该机器人采用喷药除草技术，但处于试验阶段。本文旨在设计一种适应林业苗圃作业环境的履带式智能除草机器人。履带式智能除草机器人的机械结构由履带式底盘、除草机械臂及除草执行器组成，底盘部分驱动整车在苗圃垄沟间行进，机械臂及除草执行器可通过控制器定位苗床和垄间的杂草从而完成除草工作。

  本设计采用三角式履带式底盘结构，能使其在地况复杂的苗圃中能够稳定有效的进行除草作业。林业苗圃除草机器人所利用的是履带轮式行路机构，具有更加好的适应性、高性能性和稳定能力。驱动模块置于除草机器人的顶部，底部的两个履带轮为从动轮，这样使得其行走部分变得更轻巧简单。底盘作业平台高度可以上下调节，如图1中所示，使除草机器人作业能适应不同时期、不同高度的苗木，以达到更好的除草效果。

  林业苗圃除草机器人的结构分为履带式底盘、机械臂和除草执行器三个部分，其中除草执行器为除草铲，如图1所示。实验苗圃根据机器人尺寸确定苗床、垄沟宽度，故该机器人能横跨宽度约为750mm苗床进行除草作业。在林业苗圃中除草作业时，机器人横跨在苗床的垄沟间，沿着垄沟行走。机械臂平台在苗床上方三维空间内移动，除草执行器安装在机械臂的末端。

  机械除草设备中，除草执行器的结构对于除草效率、结构设计等方面影响至关重要。基于以上因素综合考虑其除草机构的结构设计。林业苗圃除草机器人的除草执行器采用的则就是除草铲。驱动除草执行器作业的电机通过L形连接板固定于z轴丝杠平台末端上，除草铲通过一方形连接块与电机相连，如图1中除草执行器部分所示。此种除草方式除草效率较高，伤苗率低，精确定位由此减少能耗。这种除草方式能根据不同的苗木杂草情况更换不相同的型号的除草铲，更换方便，适用于不同苗木的苗圃除草作业环境。

  本文提出并阐述了一种林业苗圃除草机器人的结构设计与实现，具体分析了该款机器人底盘、机械臂和除草执行器的结构。与同类机器人相比，该款机器人具有更加好的地面自适应功能，精确定位，除草效率高。实验也证明了该机器人具有非常好的环境适应能力和精确除草功能，可大范围的应用于林业苗圃。

  [1]李江国，刘占良，张晋国，等.国内外田间机械除草技术探讨研究现状[J].农机化研究，2006（10）：14～16

  [2]马超.浅谈我国田间机械除草现状及发展的新趋势[C].中国农业机械学会第四届青年学术年会论文集，2007：132～135.

  [3]郭伟斌，陈勇，侯学贵，等.除草机器人机械臂的逆向求解与控制[J].农业工程学报，2009，25（4）：108-112.

  [4]陈勇，田磊，郑加强.基于直接施药方法的除草机器人[J].农业机械学报，2005，36（10）：91-93

  除草机械臂的结构是由位于除草作业三个坐标轴方向的移动丝杠模块组成，安装在底盘平台底部。其结构如图1中的机械臂模块可看出，机械臂的x方向为垄沟间移动方向，y方向是机器人行走方向，z是除草作业方向。x、y、z三个方向的有效行程分别为300mm、100mm、100mm，移动精度为0.01mm，可以除草执行器实现在苗床上的精确定位。该机构总的来说，能够较为容易的达到预定的目标，并且易于安装。

  由于整机重量较大，采用履带式底盘结构，也增加了与地面的摩擦。驱动模块的结构是直流电机与驱动轮轴用梅花联轴器相连，如图1所示。该款机器人履带式底盘主要重量在于组成履带行走结构的轮重和底盘自身重量，因此驱动电机采用MAXON DC motor 148867直流电机。选用MLDS 3610-B型号明朗驱动器为直流电机的驱动器。