智能除草机器人总体方案如图1所示，以四轮小车为移动载体，小车的转向方式为将控制同侧前后轮转动的电机串联在一起，转向时，同侧的前后两轮同步转动，而另一侧的两个轮子按相反方向转动，从而使得小车能够在原地转向，这样的形式比差速转向更加快捷，而且还能减小转向所需的空间，使除草机器人能适应更广泛的工作空间。三种除草模式设计：自主除草、化学除草和手动除草。自主模式主要针对草坪，无需人为操控，自主完成除草作业，并可以通过喷洒系统在除草的同时进行除虫剂和营养剂的补充。化学除草主要针对一些要彻底根除的杂草，自主进行化学药剂的喷洒。手动除草主要处理斜坡处杂草，通过遥控器控制两侧辅刀的位置，使其可在任意所需角度悬停进行除草。当左右两侧的辅助刀具与绿化带平行时还可以对绿化带进行修剪。小车前方搭载刀具保护装置，可以将草坪上会对刀具造成损坏的小石块等坚硬物体进行清理。小车尾部搭载草屑收集装置，可实现边除草边收集草屑，提高作业质量和效率。为实现对机器人作业的实时监控和确保机器人的自主作业，小车还搭载了视觉系统和避障系统。此外，该机器人采用锂电池和太阳能板双重供电方式，可有效提高电池的续航能力，不仅绿色节能，还降低了成本，符合未来农业机器人的发展方向。

  该机器人执行机构主要包括主刀及其升降机构、辅刀及其悬停机构、药剂喷洒系统、草屑收集装置和刀具保护装置，其结构示意和实物如图2所示。

  除草机器人的主刀安装在小车底盘的正下方，由高速电机带动三个圆形刀片组成，刀片按照等腰三角形位置安装，这样能够使电机工作起来比较省力，实现小功率电机高效除草的目的。在电机的上方是控制主刀具升降机构，通过左右两个推杆步进电机控制主刀在一定行程内的上下移动，从而适应不同高度的除草需求。

  在小车的前后两轮中间位置安装辅刀，辅刀是将三把圆型刀固定在同一平面上，并通过一个MG996舵机与车底盘相连接。在斜坡环境中进行除草作业时，使用者可通过遥控器控制调整舵机角度，来实现辅刀任意位置的悬停。辅刀的悬停范围由舵机的可调整角度决定。当辅刀垂直状态放置时，还可以实现对绿化带竖直方向的修剪。

  荷兰wageningen大学tijmenbakker等设计了一种自动除草机器人采用dgps机器视觉导航机器人采用机器视觉技术进行杂草识别该除草机器人导航线与实际作物行线mm总体方案设计智能除草机器人总体方案如图1所示以四轮小车为移动载体小车的转向方式为将控制同侧前后轮转动的电机串联在一起转向时同侧的前后两轮同步转动而另一侧的两个轮子按相反方向转动从而使得小车能够在原地转向这种方式比差速转向更加快捷而且还能减小转向所需的空间使除草机器人能适应更广泛的工作空间

  摘要：随着人们生活水平的不断提高和环保意识逐渐的增强，绿化面积越来越大，其中绿化区修剪的工作量也越来越繁重，为此设计了一种具有自主除草、化学除草和手动除草多种模式，并可适应于多种地形作业的智能除草机器人。以Arduino Mega2560为主控芯片，实现了对除草机器人的功能设计和模型制作。经过对除草机器人样机模型的验证，获得了良好的除草效果和较高的工作效率，为后续的成果转化及推广奠定了基础。

  药剂喷洒系统安装在小车的第一层，由1个12V的直流压力泵、1个2L水箱、3个喷雾口和1个液体添加口组成。水箱里的水通过压力泵产生高压水，从喷雾口喷出，实现雾状喷洒。当用户在水箱中加入营养剂或除虫剂时，除草机器人可以边机械除草，边进行营养剂的补充和除虫，相比传统除草机，大大提高了工作效率；当针对要彻底根除的杂草时，单纯依靠机械除草无法解决问题，这时可以往水箱中添加化学药剂，采用化学除草模式，从而弥补了机械除草的不足。

  草屑收集装置是根据吸尘器的工作原理而设计，由收集箱、高速电机、叶片组成。利用高速电机旋转带动叶片转动，产生极强的吸力和压力，使收集箱中产生真空，和外界大气压形成负压差，在大气压的作用下，将草屑吸入收集箱。

  刀具保护设施的主体结构为具有一定行进角度的推渣板，为金属铝合金板材质，其行进角为30度至45度，确保能将草坪上的小石块等障碍物进行及时清理，避免坚硬物体损伤刀具。

  视觉系统由高清摄像头和无线Wi-Fi视频传输模块构成。其中，高清摄像头采用CMOS图像传感器，像素为30万，帧率为30fps，摄像头云台通过13kgN/cm扭力的舵机来控制，旋转角度为0-360°，俯仰角度为0-150°，可进行周围环境的视频图像采集。

  除草机器人的避障性能是其智能化水平的一种体现[3]。利用超声波测距方式，原理如图5所示，在小车车身的三个侧方装有HC-SR04超声波传感器，通过三个传感器不断对比数据，帮助小车找到可顺利通过的方向，以此来实现无死角，能达到任意角落。通过不断试验，确定出超声波传感器的安装的地方，得到较为理想的避障系统，是机器人实现自主导航功能的基础和保障。

  控制管理系统主要由主控芯片、避障系统、视觉系统、语音系统、供电系统、车轮电机和步进电机驱动模块、舵机控制系统和无线主控芯片

  该智能除草机器人采用Arduino Mega2560单片机作为中央处理器。Arduino2560微控制器，具有54路数字输入输出端（其中16路可做PWM输出），16路模拟输入端，4路UART（hardware serial ports），6路外部中断，能够完全满足智能除草机器人数据处理的需求，主控芯片原理图如图4所示。

  草坪在我国城市建设中的分布愈来愈普遍，绿地面积和绿地覆盖率慢慢的变成了衡量城市环境、社区建设、生态城市建设和城市园林化程度的一个重要指标[1]，近些年来逐步得到了人们的重视，并实现了快速的发展；随着绿化面积的持续不断的增加，绿化带修剪工作量大、投资所需成本高、智能化程度低等矛盾日益尖锐，因此有必要研发一种能够自主除草、高效率、绿色节能的除草机来代替工人完成高强度的工作。美国伊利诺伊大学Tony Grift博士和他的学生Nhanael Gringrich开发出了一种太阳能除草机器人，可以精确判断出杂草，并用刀切断杂草，然后在杂草切口处喷上除草剂；荷兰Wageningen大学Tijmen Bakker等设计了一种自动除草机器人，采用DGPS和机器视觉导航，机器人采用机器视觉技术进行杂草识别，该除草机器人导航线]。