智能割草机可实现无人化维护、自动割草，应用日益广泛。当前智能割草机普遍存在航向精度不足与运动跟随问题，导致割草机直线行走不准、转弯精度差，进而影响路径规划效果，造成割草效率低、覆盖率低、重复率高等问题。准确的路径跟随不仅需要精准航向角，还依赖多工况下电机驱动系统，根据不同工况实时调速以提高运动跟随精度，真正实现割草机路径跟随。本文针对智能割草机系统航向角精度问题，提出基于INS/磁力计组合导航的测量方案。先对惯性传感器进行N长滑动滤波消除静态漂移误差；再利用惯性导航求出俯仰角和横滚角补偿磁力计计算磁航向角；最后对多传感器数据融合，输出准确可靠航向角。针对运动跟随问题，利用组合导航获取精确航向角，结合电机驱动控制，设计基于INS/磁力计组合导航与模糊PID控制双轮差速电机的智能割草机系统。硬件设计按主控模块与各功能模块划分，软件设计实现多任务框架下的实时操作系统，软硬件协同实现割草作业、直线行走、路径规划等功能；应用层结合蓝牙和Wi‑Fi双通道通信，方便远程控制并实时查看割草机运行数据及状态。不同工况下对比实验表明，本文算法运动状态监测下静止漂移0°，割草机在35米整廊直线行走航向偏移≤0.5°；基于组合导航得到航向角数据，结合割草机运动模型与复杂工作环境，采用模糊PID与传统PID算法控制双轮差速驱动。结果表明模糊PID控制算法在运动跟随控制效果更为精确，实现割草机在35米整廊行走测试轨迹偏移中心线<0.2m，在20米复杂路况草坪上偏移中心线<0.45m。
作者：王梦瑶
指导老师：陈科明
企业导师：曾佳
发布时间：2023年5月