摘要
随着城市化进程的加快，城市中的绿化程度也越来越高，这意味着有着越来越多的草坪需要维护。传统的草坪修剪采用人工方法，是一个繁重且枯燥的工程，需要大量的人工成本。并且草坪修剪还会带来噪声与尾气污染，影响从业人员的健康。因此十分有必要设计一种智能化的割草机器人，实现草坪修剪的自动化。针对上述问题，本文基于IMU与DGPS，研究了一种智能割草机，可以实现自主化智能割草，无需人工参与。 本文的主要工作如下： (1)首先设计了智能割草机总体方案。根据功能需求与成本要求，分别确定了动力模块、信息感知模块、人机交互模块和导航定位与姿态、直行控制模块的设计方案。然后根据设计方案选择了合适的元器件，并设计电路连接各元件形成智能割草机总体的电路。 (2)根据智能割草机姿态控制的要求，研究了使用卡尔曼滤波融合IMU数据(加速度计与陀螺仪)实现俯仰角与翻滚角的控制方案；使用卡尔曼滤波融合陀螺仪和霍尔信号实现航向角的控制方案；根据智能割草机行走控制的要求，研究了基于IMU数据使用模糊PID控制割草机行走，最后测试了姿态控制与行走控制的性能。 (3)根据智能割草机的导航定位精度需求，研究了基于IMU/DGPS的导航定位方案。根据DGPS的工作原理实现了低成本DGPS在嵌入式端的工作。接着研究了使用无迹卡尔曼滤波融合IMU与DGPS数据，实现智能割草机IMU与DGPS互补式的导航定位方案，最后验证了该方案的导航定位性能。 (4)基于上述的导航定位方法、姿态测量与行走控制方法，分别设计了智能割草机在作业时各功能的控制算法与策略，包括路径规划功能、自主充电功能、避障功能与安全保障功能。 (5)最后，开发了智能割草机的功能测试实验平台，编写了程序实现各功能模块，然后在智能割草机实验平台上测试了智能割草机各功能。 实验表明，本文所研究的智能割草机能够自主完成划定割草区域的遍历割草，并能实现自主充电，智能避障，安全保障割草功能，符合智能割草机的功能要求与成本要求。
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