阅读说明：本技术 山地果园仿形自主避障割草机及其控制方法 (Mountain orchard profiling autonomous obstacle avoidance mower and control method thereof ) 是由 管贤平 刘志鹏 代富彬 邱白晶 董晓娅 于 2020-05-11 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种山地果园仿形自主避障割草机及其控制方法,通过推杆电机和旋转副配合,实现了多角度切削,用以减少割草作业所需能耗；通过设置连杆,连杆与上底座轴承、下底座轴承、底座连接光轴配合,构成柔性机构,柔性机构与推杆电机相互作用,实现了仿形作业,使得割草机整体可以在较为复杂的果园地形进行地面仿形割草作业,切削效果较传统割草机效果更佳；采用直角绕行的避障方式,实现了割草机精确避障,达到不过度依赖操作人员的作业目的。本发明可以进行地面仿形多角度割草作业,切削效果好；具有安全性高、作业可靠性高、智能化、高效、节能环保等特点。(The invention provides a hillside orchard profiling autonomous obstacle avoidance mower and a control method thereof, which realize multi-angle cutting by matching a push rod motor and a rotating pair so as to reduce energy consumption required by mowing operation; by arranging the connecting rod, the connecting rod is matched with the upper base bearing, the lower base bearing and the base connecting optical axis to form a flexible mechanism, and the flexible mechanism interacts with the push rod motor to realize profiling operation, so that the whole mower can perform ground profiling mowing operation on a relatively complex orchard terrain, and the cutting effect is better than that of the traditional mower; the obstacle avoidance mode of right-angle circumambulation is adopted, so that the accurate obstacle avoidance of the mower is realized, and the operation purpose of not excessively depending on operators is achieved. The invention can carry out ground profiling multi-angle mowing operation and has good cutting effect; the intelligent energy-saving environment-friendly energy-saving device has the characteristics of high safety, high operation reliability, intellectualization, high efficiency, energy conservation, environment friendliness and the like.)

山地果园仿形自主避障割草机及其控制方法

技术领域

本发明属于农业机械技术领域，具体涉及山地果园仿形自主避障割草机及其控制方法。

背景技术

山地果园地形较为复杂，传统割草方式多半借助人工手持机器割草或人员操作割草，智能化程度较低，不能进行精准割草；传统割草方式对人员依赖程度大，由于除草机械动能较大，对操作人员的生命安全也具有一定威胁；另外，传统割草机对于坑洼地区割草效果不佳，仿形效果不好。割草能耗较大，造成不必要的能源浪费。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种山地果园仿形自主避障割草机及其控制方法，本发明的割草机具有高效、节能环保、割茬均匀、安全性高以及智能化的特点。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

山地果园仿形自主避障割草机，包括机械部分和控制系统；

所述机械部分包括割台和履带底盘，所述履带底盘的底盘主体上设有绞盘支架和控制箱，绞盘支架前方的推杆电机后连接底座与推杆电机后端连接，绞盘支架中间安装电动绞盘，顶端安装二维激光雷达；履带底盘的底盘主体上还设有导航系统；割台包括缓冲限深机构、前限深机构连接板、电机连接板、割台支撑板和后限深机构连接板，前限深机构连接板前端连接三组缓冲限深机构，前限深机构连接板前端未与缓冲限深机构连接处设有支撑架，前限深机构连接板后端依次与电机连接板、后限深机构连接板连接，电机连接板上侧连接有割台支撑板，后限深轮机构连接板后端边沿连接两组缓冲限深机构；

所述缓冲限深机构包括安装底座、缓冲弹簧、旋转副连杆以及万向限深轮，安装底座下方与前限深机构连接板、后限深机构连接板连接，缓冲弹簧两端分别与旋转副连杆、安装底座连接，旋转副连杆呈“丁”字形，下端与安装底座连接，旋转副连杆外侧通过万向限深轮连接支架连接万向限深轮；

所述控制系统包括驱动系统和探测主控制系统，驱动系统用于驱动履带底盘作业，所述探测主控制系统包括二维激光雷达、导航系统、雷达配属姿态传感器、气压计、4G通讯系统以及上位工控机，二维激光雷达、导航系统、雷达配属姿态传感器、气压计均与上位工控机通信，气压计、雷达配属姿态传感器安装在二维激光雷达内部，4G通讯系统用于上位工控机与云端服务器进行通信；上位工控机还与底盘下位机、割台下位机进行信号传输。

上述技术方案中，所述电机连接板上的两割刀驱动电机分别安装割刀，电机连接板上还安装有割台加速度姿态传感器，用以实时反馈割刀角度。

上述技术方案中，所述割台支撑板上部连接底座轴承连接板，底座轴承连接板上安装有下底座轴承，下底座轴承通过底座连接光轴与上底座轴承连接，形成旋转副；底座轴承连接板后端设有推杆电机前连接底座，用于与推杆电机伸出端连接。

上述技术方案中，所述上底座轴承安装在上连接板下端，上连接板后端设有绞盘绳索连接底座，用于与电动绞盘的绳索挂钩连接，上连接板上安装连杆连接底座，连杆连接底座与连杆前端固连，连杆后端与连杆旋转副连接。

上述技术方案中，所述驱动系统包括伺服电机、编码器、减速器、底盘电源和底盘下位机，伺服电机输出轴与减速器输入轴承连接，编码器安装于伺服电机内部，底盘下位机与伺服电机、编码器信号连接。

山地果园仿形自主避障割草机的控制方法，包括履带底盘探测与控制、割台探测与控制、路径规划以及作业规划，具体为：

履带底盘前进方向标定通过导航系统航向信息与雷达配属姿态传感器、伺服电机编码器结合实现，编码器实时测量两侧履带转速，如两侧履带均达到转速预定值范围，雷达配属姿态传感器开始使用航向角对履带底盘前进方向进行检验，如检测航向角显示履带底盘在前进过程中航向角未发生改变，则使用导航系统再次测量航向是否出现问题；

割台下位机将当前割台整体翻滚角与割台预设值角度进行对比，若当前割台整体翻滚角不在割台预设值角度范围内，则割台下位机驱动推杆电机进行伸缩，直至符合预设角度值的偏差范围要求，进而改变切削角度，同时割台下位机控制割刀旋转角度以及割台高度；

二维激光雷达根据周围环境路标，调节合适的高度，上位工控机通过查询该位置的点云地图信息确定周围环境信息，开始对周围环境进行路径规划，确定边缘线，并标定主次边缘线，规划路径块；根据地形设定履带底盘前行速度以及割刀的割草速度、最佳切削角度，割草机进行割草作业，如前方安全距离Ls存在障碍物，则开始进行直角避障；若不存在障碍物，且前方安全距离Ls处存在边界，由边界的类型执行停止作业或换行作业。

进一步，所述直角避障具体为：如果前方存在障碍物，则在障碍物前方Ls处转弯，向次边缘线转弯90°后前进Ls，如此时转弯前前进路径已经远离障碍物，则割草机朝向主边缘线转弯90°，如此时转弯前前进路径未远离障碍物，则继续前进Ls，直至此时转弯前前进路径远离障碍物，远离障碍物之后割草机朝向主边缘线进行转弯90°，前进Ls后再进行转弯90°，恢复至转弯前前进路径，其中Ls为安全距离。

进一步，所述边界的类型的判定过程为：

上位主控机对比已走过路径块数和之前规划路径块数，如果已走过路径块数小于之前规划总路径块数，判定前方边界为换行边界，在距离边界Ls距离时，割草机向右侧边缘线转向90°，转向完毕后前进L，然后向左侧边缘线转弯90°，继续进行前进割草作业；如果已走过路径块数大于等于之前规划总路径块数，则判定前方边界为终点边界，停止作业。

本发明的有益效果为：

(1)本发明割草机的缓冲限深机构通过万向限深轮间接压缩缓冲弹簧，使得割台与地面发生冲击时缓冲弹簧能够充分吸收冲击能量，在实现限深保护割刀的同时，保护割台内部零件不造成损坏；

(2)本发明割草机使用两个电机分别对两个割刀进行旋转驱动，当一个电机损坏时，对作业效果造成影响但不会完全停止作业；

(3)本发明割草机前限深机构连接板前端未与缓冲限深机构连接处设有支撑架，用于扶禾支撑，使得理论切割所需最小转速降低，减少切割能耗损失，增强切割质量；

(4)本发明割草机的割台通过推杆电机和旋转副配合，可进行适当的角度调节，以达到最佳的切削角度，进而达到最佳切割效果；

(5)本发明割草机通过设置连杆，连杆与上底座轴承、下底座轴承、底座连接光轴配合，构成柔性机构，柔性机构与推杆电机相互作用，使得割草机可以在较为复杂的果园地形进行地面仿形割草作业，切削效果较传统割草机效果更佳；

(6)本发明控制方法采用二级控制，割台与底盘分开控制，互不干扰，模块化设计使得检修以及升级换代变的更加便捷；采用编码器、导航系统以及雷达配属姿态传感器相结合的方式，最大程度上保障航向位置精确，采用点云地图与二维激光雷达实时信息相结合，确保当前位置的准确性以及对障碍物精确定位；

(7)本发明控制方法通过上位工控机、底盘下位机，使得割草机采用直角绕行的避障方式，方式简单，在减少对上位工控机计算空间占有的同时，最大程度上保障了割草机自身安全以及作业可靠性。

附图说明

图1为本发明所述山地果园仿形自主避障割草机结构示意图；

图2为本发明所述履带底盘结构示意图；

图3为本发明所述割台结构示意图；

图4为本发明所述缓冲限深机构结构示意图；

图5为本发明所述上底座轴承装配示意图；

图6为本发明所述下底座轴承装配示意图；

图7为本发明所述连杆装配示意图；

图8为本发明所述山地果园仿形自主避障割草机的控制方法流程图；

图9为发明所述路径规划示意图。

其中：101-履带底盘；102-二维激光雷达；103-推杆电机；104-割台；105-电动绞盘；106-连杆旋转副；201-缓冲限深机构；202-前限深机构连接板；203-电机连接板；204-割台支撑板；205-后限深机构连接板；301-下底座轴承；302-底座轴承连接板；303-推杆电机前连接底座；304-底座连接光轴；401-连杆；403-上底座轴承；404-上连接板；405-连杆连接底座；406-绞盘绳索连接底座；501-雷达主天线；502-定位雷达支架；503-雷达副天线；504-控制箱；506-绞盘支架；507-推杆电机后连接底座；601-安装底座；602-缓冲弹簧；603-旋转副连杆；604-万向限深轮。

具体实施方式

虽然本发明实行方式易于转换为其他实现方式，但本发明描述的是一种特定的实施方式。应理解的是，本发明所公开的是一种用于展现工作原理的事例，并非将本发明限定于所展示特殊事例。

如图1所示，山地果园仿形自主避障割草机由机械部分和控制系统组成，其中机械部分由割台104和履带底盘101组成。

如图2所示，履带底盘101包括底盘主体，底盘主体上沿割草机前进方向依次设有绞盘支架506、控制箱504，绞盘支架506焊接在底盘主体上；控制箱504纵向轴线与履带底盘101表面纵向轴线重合，通过螺栓安装于履带底盘101表面横向轴线以后约纵向3/4处，控制箱504用于存放割台下位机和底盘下位机。绞盘支架506前方焊接有推杆电机后连接底座507，用于与推杆电机103后端安装孔通过圆销连接，便于推杆电机103在伸缩过程中既能改变割台角度，另外在保持割台角度时，随着割台上下起伏的同时保持切削角度不变。绞盘支架506中间部分用于安装电动绞盘105，顶端安装二维激光雷达102；优选地，本实施例中控制箱504两侧设有光孔，用以连接定位雷达支架502，雷达支架502由底盘连接支架与航向支架组成，底盘连接支架下端以及两内侧设有光孔，用以与履带底盘101螺纹孔、控制箱504两侧光孔对齐，通过螺纹、螺栓螺母连接进行固定；航向支架负责安装雷达主天线501、雷达副天线503，航向支架长度需使得雷达主天线501、雷达副天线503两天线中心距可以准确得出航向信息。

底盘主体履带接地长度与履带宽度满足关系式：

G/(2*Sk*Lj)<Pa*Kpa

其中：G为底盘主体整体重量(N)，Sk为履带宽度(m)，Lj为履带接地长度(m)，Pa为作业环境土壤最大承受压强(pa)，Kpa为安全系数(<1)；

履带式底盘101的履带采用橡胶制成。

为保证车体转弯性能，履带接地长度Lj与轧距B比值应在1-1.7之间，地面压强小于50kpa。

底盘主体采用独立悬挂，悬挂方式为左右两侧负重轮上方安装有可调节阻尼器，用以实现悬挂功能。

如图3所示，割台104包括缓冲限深机构201、前限深机构连接板202、电机连接板203、割台支撑板204和后限深机构连接板205。前限深机构连接板202前端边沿两侧以及中间位置设有光孔，用于与前端三组缓冲限深机构201进行连接；前限深机构连接板202前端未与缓冲限深机构201相连接的地方设有支撑架，支撑架间距要求：割草机以2m/s的速度前进时，草料不会填满支撑架间隙以造成割刀堵转。前限深机构连接板202纵向长度需使得割刀在旋转过程中不得漏出，以造成作业危险。前限深机构连接板202后端设有光孔，与电机连接板203前端光孔通过螺栓螺母连接；电机连接板203后端设有光孔，与后限深机构连接板205前端光孔通过螺栓螺母连接。电机连接板203横向两侧边沿以及横向3/4、横向1/4处均设有光孔，用于与割台支撑板204连接；割台支撑板204上下表面均设有螺纹孔，分别用于与底座轴承连接板302、电机连接板203通过螺栓连接，且螺纹孔个数不少于3个，等间距设置。割台支撑板204采用强度较大材料，如306不锈钢。后限深轮机构连接板205后端边沿两侧设有光孔，用于连接后端两组缓冲限深机构201，后限深机构连接板205将两组缓冲限深机构201分别安装与两侧顶角边沿。

电机连接板203上表面安装有割台加速度姿态传感器，用以实时反馈割刀角度，进而便于整个割台104实时监测调节切削角度。电机连接板203上安装有两割刀驱动电机，割刀驱动电机位于电机连接板203纵向中线，割刀通过割刀连接装置(现有技术)与割刀驱动电机输出轴进行连接，两割刀驱动电机横向间距需比割刀直径大1mm以上，以免造成旋转时两割刀互相碰撞，造成割刀损坏。割刀驱动电机采用无刷电机，无刷电机采用梯形加减速与PID控制算法。

割刀驱动电机的转矩公式为：

M＝9550*P/N

其中：M为电机转矩，P为电机功率，N为电机转速；

对于割刀驱动电机进行选型，电机所配驱动器需可实时监控、调控电机转速以及紧急刹车(现有技术)。

割刀规格根据下述公式进行选择：

Va≤2πnr/60000

其中：Va为割刀外侧线速度(m/s)，n为割刀转速，r为割刀半径；由割草速度范围：30m/s～80m/s，取Va＝40m/s、转速n＝3000r/min，计算可得割刀刀刃最小半径为127mm，为保证切割效果本实施例取130mm，为保证切割最佳效果取割刀整体长度为310mm，从割刀半径130mm处至割刀半径155mm处设有刃端，刃部角度为30°。

如图4所示，缓冲限深机构201由安装底座601、缓冲弹簧602、旋转副连杆603、万向限深轮连接支架以及万向限深轮604组成，旋转副连杆603整体呈“丁”字形。安装底座601下方设有光孔，通过螺栓螺母与前限深机构连接板202、后限深机构连接板205连接；缓冲弹簧602两端设有安装光孔，下端与安装底座601通过螺栓螺母连接，上端与旋转副连杆603连接；旋转副连杆603内侧上下端均设有光孔，分别与缓冲弹簧602以及安装底座601通过光轴连接；旋转副连杆603外侧设有多个等间距的光孔，用于与万向限深轮连接支架相连接，万向轮限深连接支架安装万向限深轮604，且旋转副连杆603外侧的光孔个数比万向限深轮连接支架上的光孔多1-3个，方便调节万向限深轮604与割刀位置，防止割刀误触万向限深轮604，造成零件损坏。

电机连接板203通过与前限深机构连接板202以及后限深机构连接板205相连接，进而与五组缓冲限深机构201刚性连接，当割台104在前进过程或抬举过程突然降落时，旋转副连杆603通过转动缓冲弹簧602的伸缩将冲击能力进行消除，进而减轻冲击力或惯性力对割台整体造成的损坏。

如图5所示，底座轴承连接板302上表面安装有三个下底座轴承301，其中一个下底座轴承301安装于底座轴承连接板302的中间位置，其余两个以底座轴承连接板204横向中线为对称轴安装，安装间距需大于一个上底座轴承403的宽度，以方便与上底座轴承403相连接。底座轴承连接板302后端焊接有推杆电机前连接底座303，推杆电机前连接底座303与推杆电机103伸出端连接，连接方式为：推杆电机103与推杆电机前连接底座303连接孔对齐、使用圆形销进行连接，保证在推杆电机103伸缩时两者不会发生互相约束。推杆电机103采用步进电机驱动，该步进电机采用梯形加减速控制算法；推杆电机103通过伸缩对底座轴承连接板302进行推拉，进而对割台104的切削部分进行角度调节。下底座轴承301通过底座连接光轴304与上底座轴承403连接，形成旋转副。

如图6所示，上底座轴承403安装在上连接板404下端，具体为：上连接板404以横向中线为对称轴，以下底座轴承301宽度加1cm为间距，纵向设有光孔，用于安装上底座轴承403。上连接板404后端边沿焊接有绞盘绳索连接底座406，绞盘绳索连接底座406与电动绞盘105的绳索挂钩相连接，当电动绞盘105反转收缩绳索时，通过挂钩提拉绞盘绳索连接底座406将割台104整体提升。以上连接板404一横向轴线为对称轴，以履带底盘101宽度为基准设有安装光孔，用以安装连杆连接底座405。连杆连接底座405上端设有光孔，用于与连杆401前端进行固定连接，连杆401后端设有螺纹孔，用于与连杆旋转副106进行螺栓连接，进而使得割台104与履带底盘101通过连杆连接；如图7所示。

电动绞盘105电源由底盘主体提供，电动绞盘105由绞盘驱动器进行驱动，绞盘驱动器通过接收割台下位机输入信号控制电动绞盘105工作。电动绞盘105输出力矩满足公式：

Mj＝Kj*Gg*Lg

其中：Mj为电动绞盘输出力矩(NM)，Kj为安全系数(>1)，Gg为割台部分整体重量(N)，Lg为连杆长度(m)。当开始进行作业时，电动绞盘105调节割台104的高度下限，当割台104遇到复杂地形时，连杆401随着割台104进行贴地的上下移动，进而实现被动仿形的作业效果。

机械部分使得割台104可以在电动绞盘105作用下进行抬起升降，由于通过绳索提升，当提升时，绳索仅限制了割台104最低位置，但未限制割台104向上的自由度，因此满足了纵向提升，并且使得割台104对地面进行仿形作业的要求。以此同时，下底座轴承301以及上底座轴承403进行配合形成旋转副，通过推杆电机104伸缩，得以在机械结构上完成对割台104切削角度的调整。

如图8所示，控制系统由驱动系统和探测主控制系统组成。

驱动系统采用两个伺服电机分别驱动履带底盘101两侧履带进行作业，驱动系统由伺服电机、编码器、减速器、底盘电源以及底盘下位机组成。履带底盘101驱动采用伺服电机与编码器、减速器相配合的闭环系统。

伺服电机与减速器安装于履带底盘后部，伺服电机输出轴与减速器输入轴承刚性连接，当伺服电机输出轴转动时，带动减速器转动；减速器输出轴与履带底盘驱动轮中心刚性连接，减速器输出端边沿与履带底盘内部边沿重合；编码器安装于伺服电机内部，当伺服电机开始转动时，带动编码器旋转，编码器则将转速信息传递至底盘下位机；底盘电源采用锂电池，安装于底盘内部，底盘电源由四块锂电池组成，四块锂电池两个为一组，两组以履带底盘前进方向轴线为基准，对称排列，两组锂电池均紧贴履带底盘内壁防止锂电池移动；底盘下位机安装于底盘中心位置，通过底盘电源进行供电，与伺服电机以及编码器信号连接，进而控制伺服电机转速以及实时监测伺服电机的转速。

伺服电机采用梯形加减速与PID控制算法，其中梯形加减速中加速度由人为需要设定；伺服电机选型依据公式：

P＝UI，P＝[a]*9550*M/n

其中：P为电机功率(W)，U为电机额定电压(V)，I为电流大小(A)，M为电机力矩大小(N/m)，N为电机转速(rad/s)，[a]为安全系数([a]>1)。

编码器采用光电16位正交编码器，为保证编码器信号反馈及时，底盘下位控制器采用硬件定时器，以每10ms为一个周期计算测量伺服电机的转速，并将转速反馈至底盘下位机，进而实现闭环驱动系统。

探测主控制系统由二维激光雷达102、激光雷达底座、导航系统、雷达配属姿态传感器、气压计、4G通讯系统以及上位工控机组成，上位工控机采用主频为2.8GHz的64位工控机，上位工控机安装于履带底盘内部。

激光雷达底座通过螺纹与履带底盘上表面进行连接，激光雷达底座置于履带底盘前端，且激光雷达底座顶端安装二维激光雷达102，二维激光雷达102并将获得信号传输至上位工控机进行相关计算。激光雷达底座的高度通过推杆电机103进行调节，当二维激光雷达102未采集足够的路标时，激光雷达底座首先向下伸缩，当缩至底部时仍未发现足够路标，则开始推动二维激光雷达102向上伸展，直到最顶端；在此期间，如二维激光雷达102发现足够路标，激光雷达底座马上停止伸缩；如果完成所有伸缩仍未发现有足够的路标，则重新定义路标、路标数量预设值，重新完成上述动作。

二维激光雷达102最低高度高于割台104处于完全抬高时的高度，避免外界环境影响二维激光雷达102的扫描。

二维激光雷达102内部安装有气压计、雷达配属姿态传感器，雷达配属姿态传感器采用100Hz频率姿态传感器，与上位工控机通过RS232通讯。雷达配属姿态传感器安装平面与二维激光雷达102的安装平面相平行，雷达配属姿态传感器航向角所绕轴线与激光雷达底座伸缩方向平行，雷达配属姿态传感器翻滚角所绕轴线与载具部分前进后退方向平行，雷达配属姿态传感器俯仰角所绕轴线与载具部分前进后退方向垂直。

导航系统由定位雷达支架502、雷达主天线501、雷达副天线503组成，导航系统采用5Hz的北斗定位系统，可以实时反馈该点的实际地理位置，并将实际地理位置和所获航向信息通过RS232接口传递至上位工控机。

将雷达配属姿态传感器获取激光雷达当前的姿态、气压计获取激光雷达的海拔高度、二维激光雷达102获取当前姿态的周围环境信息，均传输给上位工控机，上位工控机将二维激光雷达102、雷达配属姿态传感器和气压计所获得数据相结合，获得该时刻下的绝对地理位置信息，并通过4G通讯系统发送至云端服务器，通过查询该位置所在点云地图信息，并与二维激光雷达102获取的数据进行对比矫正，进一步确定周围环境信息。

4G通讯系统将所返回的周围环境信息发送至上位工控机，上位工控机将标定了特征以外的点云数据全部屏蔽，开始提取标定特征数据，并根据标定特征判定前方是否为存在障碍物。

履带底盘采用二级控制系统，采用arm cortex M4芯片为内核的底盘下位机作为底盘下位机，底盘下位机与上位工控机采用RS485通讯方式、MODBUS通讯协议，底盘下位机向上位工控机实时传输伺服电机转速实时情况，上位工控机根据该时刻下的绝对地理位置信息发送指令到底盘下位机，进而驱动履带底盘101整体进行运动。

如图8所示，山地果园仿形自主避障割草机的控制方法，分为以下几个步骤：履带底盘探测与控制、割台探测与控制、路径规划以及作业规划。

(1)履带底盘探测与控制

履带底盘前进方向标定通过导航系统航向信息与雷达配属姿态传感器、伺服电机编码器相结合的方法实现。由于雷达配属姿态传感器内置于二维激光雷达102之中，远离大量铁元素金属制品，因此不存在外部软磁环境对二维激光雷达102导航角干扰的问题。首先使用编码器对两侧履带转速进行实时测量，设定伺服电机转速预定值范围，如两侧履带均达到转速预定值范围，雷达配属姿态传感器开始使用航向角对履带底盘前进方向进行检验，如检测航向角显示履带底盘在前进过程中航向角未发生改变，则使用导航系统再次测量航向是否出现问题。这三种标定履带底盘前进方向的方法优先级大小排列依次为：编码器测量反馈>雷达配属姿态传感器反馈>导航系统航向检测。当导航系统存在信号问题接收不到信号时，履带底盘依靠编码器以及雷达配属姿态传感器依旧能够继续保持向前移动。履带底盘101转弯时，左侧底盘与右侧底盘采用相同的转速进行转弯，以保证在未打滑情况下转弯半径圆心始终位于履带底盘101中心。

(2)割台探测与控制

割台加速度姿态传感器用以测定割台整体翻滚角大小，以实时反馈割刀的切削角度，进而指导割台切削角度调节。当上位工控机发出预定角度值至割台下位机，割台下位机根据所获得割台整体翻滚角当前角度与割台预设值角度进行对比，进而驱动相对应的姿态调整推杆电机103进行伸缩，该过程将一直进行直至割台加速度姿态传感器所获得角度符合预设角度值的偏差范围要求后，姿态调整推杆电机103停止伸缩并进行自锁；通过割台下位机驱动推杆电机103，进而改变切削角度。与此同时上位工控机将预定割刀转速、电动绞盘105指令发送至割台下位机，通过割台下位机控制割刀旋转角度以及割台104的高度。

割台预设角度通过草料密度以及各种草料种类所建数据库获取，工控上位机将周围环境信息发送至云端服务器后，服务器查询后将该时刻最佳切削角度以及切削转速发送至上位工控机，上位工控机将切削角度以及切削转速通过RS485发送至割台下位机。

(3)路径规划以及作业规划

二维激光雷达102开始扫描周围环境是否存在足够预设路标，如果测得路标量小于预设值，则激光雷达底座开始回缩，缩至底部后开始伸展，期间如果测得路标量大于等于预设值，则底座停止伸缩，并开始下一步工作，如果上述动作完成后测得路标量仍小于预设值，则重新调节预设值。二维激光雷达102高度调节完毕后，导航系统开始启动，在数据稳定后二维激光雷达102开始工作；与此同时，二维激光雷达102、气压计以及雷达配属姿态传感器获得的数据，传递至上位工控机，上位工控机获得该时刻下二维激光雷达102的绝对地理位置，并通过4G通讯系统传输至云端服务器，通过查询该位置的点云地图信息，并与二维激光雷达102获取的数据进行对比矫正，进一步确定周围环境信息。

上位工控机开始对周围环境进行路径规划，计算环境边缘极限，比如悬崖、峭壁、梯田等环境的大范围分层处，确定分层处所沿线为边缘线；如果左右两侧均无边缘线，则由人工标定主次边缘线；如果左右两侧仅有一侧边缘线，则认定该侧边缘线标定为主边沿线，另一侧次边缘线由人工标定；如果左右两侧均存在边缘线，则两侧以地势低的一侧标定为主边缘线，另一侧为次边缘线。在标定完毕主次边缘线后，将主次边缘线间距最宽处标定为总宽度除以车体宽度L，如结果存在小数，则消掉小数自动加1，以此为标准规划路径块。

在规划出适合路径以后，根据当地地形设定履带底盘101前行速度以及割刀的割草速度、最佳切削角度，割草机平行于各路径块边线进行割草作业，如前方安全距离Ls存在障碍物，则开始进行避障。所述避障为：如果前方存在障碍物，则在障碍物前方Ls处转弯，向次边缘线转弯90°后前进Ls，如此时转弯前前进路径已经远离障碍物，则割草机朝向主边缘线转弯90°，如此时转弯前前进路径未远离障碍物，则继续前进Ls，直至此时转弯前前进路径远离障碍物，远离障碍物之后割草机朝向主边缘线进行转弯90°，前进Ls后再进行转弯90°，恢复至转弯前前进路径，其中Ls为安全距离，根据作业环境进行人为设定；如图9所示(图中：最左侧须线部分代表主边缘线，最右侧实线部分代表次边缘线)。

如前方安全距离Ls处存在边界，上位主控机开始计算已走过路径块数，并与之前规划路径块数进行对比，如果已走过路径块数小于之前规划总路径块数，判定前方边界为换行边界，在距离边界Ls距离时，开始向右侧边缘线转向90°，转向完毕后前进L，然后向左侧边缘线转弯90°，继续进行前进割草作业。如果已走过路径块数大于等于之前规划总路径块数，则判定前方边界为终点边界，在终点边界前停止作业，并返回作业始发原点。

在前进过程中，根据之前划定好的路径前进时，发现在前进方向安全距离Ls处存在边界，上位主控机开始计算已走过路径块数和先前规划路径时块数进行对比，如果已走过路径块数小于先前规划总路径块数时，判定前方边界为转弯边界，在距离边界Ls距离时开始向右侧边缘线转向90°，转向完毕后前进L，后向左侧边缘线转弯90°，继续进行前进割草作业。如果已走过路径块数大于等于先前规划总路径块数时，则判定前方边界为终点边界，在终点边界前停止作业，并返回作业始发原点。

当割草开始进行时，杂草首先经过前限深机构连接板202扶禾作业，目的是减少割刀旋转时所需的最小线速度，进而减少割刀驱动电机所需转速与扭矩。

当导航系统以及二维激光雷达102经识别扫描发现工作区域已经清理完毕，电动绞盘105开始进行收缩，将割台104升至一定高度，该高度需不遮挡二维激光雷达102扫描且需留出高度用以检修割刀等易损耗部件。

二维激光雷达102在10cm处被遮挡面积到超过60％时，割草机割刀驱动电机进行紧急刹车，目的是保证工作人员以及割草机部件安全。割草工作结束后，履带底盘101根据二维激光雷达102所获得数据返回工作起点，待到达原点后所有电机停止工作，保持锁死状态，避免工作人员检查时误伤。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。